JP2009267291A - Coil component and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、携帯電話などの電子機器に広く使われるコイル部品およびその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a coil component widely used in an electronic device such as a mobile phone and a manufacturing method thereof.
従来の小型化を目的としたコイル部品は、セラミックグリーンシート工法あるいはセミアディティブ法で代表される製造方法で積層コイルを形成することによって作製されていた。 Conventional coil components aimed at miniaturization have been produced by forming a laminated coil by a production method represented by a ceramic green sheet method or a semi-additive method.
図10は従来工法であるセミアディティブ法によって作製されるコイル部品の構造を示す斜視図である。図10において、202は基板であり、その表面には配線204が形成され、この配線204はモールド樹脂206で覆われており、前記配線204の一部は外部電極208に接続されている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、前記従来のコイル部品は電極とモールド樹脂との接合強度あるいは長期における信頼性が課題となっていた。 However, the conventional coil component has a problem of the bonding strength between the electrode and the mold resin or long-term reliability.
すなわち、前記従来の構成においては、半田実装時等における加熱により、配線204とモールド樹脂206との熱収縮率の違いから局所的に応力が加わり、その結果として信頼性が低下していた。また、長期の経時変化によっても配線204とモールド樹脂206との間に隙間が発生し、電気特性の劣化あるいは強度劣化などの品質課題を有していた。
That is, in the conventional configuration, stress is locally applied due to the difference in thermal shrinkage between the
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、コイルパターンを形成する電極の一面に接合性と耐食性を有した金属層を形成することによって、コイル部品としての信頼性を向上させ、小型で高性能なコイル部品およびその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described conventional problems. By forming a metal layer having bonding properties and corrosion resistance on one surface of an electrode forming a coil pattern, the reliability as a coil component is improved, and the size is reduced. It is an object of the present invention to provide a high-performance coil component and a manufacturing method thereof.
前記従来の課題を解決するために、本発明は、感光性樹脂からなる絶縁性樹脂と、この絶縁性樹脂に複数のコイルパターンからなるコイル部を内蔵したコイル部品であって、前記コイルパターンの一面を金、銀、パラジウム、白金、錫またはニッケルからなる金属層で被覆し、この金属層を介してビア電極の底部と接続するとともに、ビア電極と接続する金属層の厚みをコイルパターンの一面に形成した金属層よりも薄くした構成とするものである。 In order to solve the conventional problems, the present invention provides a coil component in which an insulating resin made of a photosensitive resin and a coil portion made of a plurality of coil patterns are built in the insulating resin, One side is covered with a metal layer made of gold, silver, palladium, platinum, tin or nickel, and connected to the bottom of the via electrode through this metal layer, and the thickness of the metal layer connected to the via electrode is set to one side of the coil pattern It is set as the structure made thinner than the metal layer formed in this.
本発明のコイル部品およびその製造方法は、コイルパターンを形成する電極層の一面を金属層によって被覆することによって、絶縁性樹脂との接合性を高めるとともに、電極材料の表面酸化を低減することができるとともに、ビア電極と接続する金属層の厚みをコイルパターンの一面に設けた金属層の厚みよりも薄くすることによって、ビア電極の接続性を高め、さらに長期の信頼性に優れたコイル部品およびその製造方法を提供することができる。 The coil component and the manufacturing method thereof according to the present invention can improve the bondability with the insulating resin and reduce the surface oxidation of the electrode material by covering one surface of the electrode layer forming the coil pattern with the metal layer. In addition, the thickness of the metal layer connected to the via electrode is made thinner than the thickness of the metal layer provided on one surface of the coil pattern, thereby improving the connectivity of the via electrode and further improving the long-term reliability of the coil component and A manufacturing method thereof can be provided.
(実施の形態1)
以下、本発明の実施の形態1におけるコイル部品およびその製造方法について、図面を参照しながら説明する。
(Embodiment 1)
Hereinafter, a coil component and a manufacturing method thereof according to Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は本発明の実施の形態1におけるコイル部品のコイル部を透視した斜視図であり、図2はコイル部品のコイル部の構成を説明するための図1のAA部における断面図である。 FIG. 1 is a perspective view of a coil part of a coil component according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 1 for explaining the configuration of the coil part of the coil component.
図1および図2において、100はチップ部品であるコイル部品の外観形状を示す点線であり、このチップコイルは感光性樹脂を硬化した絶縁性樹脂の内部にコイルパターン102が螺旋形状になるように、めっき技術とフォトリソ技術を用いて積層しながら形成したコイル部品の構造を示している。
In FIG. 1 and FIG. 2,
そして、ビア電極104は複数のコイルパターン102の層間接続部分に相当しており、複数層で形成されたコイルパターン102は、所定位置に形成されたビア電極104によって螺旋状もしくはコイル状に接続されている。
The
なお、コイルパターン102としては渦巻き形状、ミアンダ形状などを用いることが可能であり、コイルパターン102の形状はどのようなパターンでも用いることができる。また、106は外部電極であり端子電極として実装され、前記螺旋状に形成されたコイルパターン102はその一部が複数の外部電極106に各々接続されている。
The
そして、図2に示したようにコイルパターン102の下層には下地電極層101を形成している。この下地電極層101はコイルパターン102を電気めっきによって形成するときの給電電極となるものであり、銅、ニッケル、クロム、金、銀、パラジウムなどの金属を用いることが可能である。そして、この下地電極層101とコイルパターン102を銅などの導電性に優れた同一電極材料で構成したとき、電気特性に優れたコイル部品を実現することができる。
As shown in FIG. 2, a
また、特に下地電極層101として、ニッケル、チタンあるいはクロムを主成分とする金属材料を用いたとき、これらの金属材料は樹脂との接合性が高く、且つ耐食性にも優れていることから、コイル部品の信頼性を高めるという利点を有している。そして、この下地電極層101は無電解めっき法、あるいはスパッタ法などによって形成することが可能である。そして、このときの下地電極層101の厚みとしては、0.01〜1μmの範囲が好ましい。0.01μmを下回れば給電ポイントとして不安定となり、1μmを越えると生産性が低下する。
In particular, when a metal material mainly composed of nickel, titanium, or chromium is used as the
次に、この下地電極層101の上に導電性に優れた銅などを用いてコイルパターン102を電気めっき法によって形成することが可能となる。
Next, the
また、110は金属層であり、この金属層110はコイルパターン102の一面に形成された状態でレジスト層108の中に埋め込まれている。この金属層110を形成することで、コイルパターン102の表面酸化を防止できるとともに、レジスト層108とコイルパターン102の密着強度を高めることができる。
また、ビア電極104を形成する金属との接合性を勘案して選定することによって、ビア電極104との接続性を高めることも可能である。さらには、露光時での作業性(露光時に位置合わせも含む)を高めるという優れた作用効果が得られる。
Further, the connectivity with the
従って、実際の電気特性に寄与するコイル部の電極パターンとしては、下地電極層101、コイルパターン102、ビア電極104および金属層110の積層体から構成しており、これらの積層体パターンがコイル部の導電体として作用している。
Therefore, the electrode pattern of the coil portion that contributes to actual electrical characteristics is composed of a laminate of the
また、コイルパターン102を銅で形成したとき、銅の表面は酸化することが多く、その酸化膜の上に下地電極101を介してビア電極104を形成すると、接続の信頼性の低いビア接続となることによって長期信頼性を低下させることとなる。これに対して、コイルパターン102の表面を貴金属、あるいは銅よりも酸化しにくい金属薄膜、あるいは酸化しても容易に還元することができる金属薄膜などで被覆しておくことによって、ビア接続の接続信頼性を高めることができる。
Further, when the
そして、特に金属層110として金薄膜を形成し、下地電極層101として銅電極を形成し、ビア電極104に銅電極を形成したとき、加熱によって相互拡散を起こして銅の粒成長を促進し、さらに接続信頼性を高めたビア接続構造を実現できることが分かった。
Then, in particular, when a gold thin film is formed as the
さらに、ビア電極104に接続する面積に相当する金属層110bの厚みを、コイルパターン102の一面に設けた金属層110の厚みよりも薄くすることによって、ビア電極104と金属層110bとの拡散層を薄く形成することによって、ビア電極104の接続導電性と接続信頼性をより高めることができる。
Furthermore, by making the thickness of the
次に、108は感光性樹脂よりなるレジスト層を示しており、このレジスト層108はコイルパターン102を形成するときのマスク材料となり、最終的には積層されてコイル部品の外観形状を構築している。従って、このレジスト層108に用いる材料としては、感光性材料であるとともに、優れた絶縁性と耐久性を有していることが好ましい。このような用途に適した有機材料としては、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂あるいはこれらの変性樹脂などが好ましい。
Next,
以上説明してきたような構成のコイル部品とすることによって、導電性に優れた銅などのコイルパターン102の表面酸化の防止と、ビア電極104の接続性の向上と、電極材料と樹脂材料間の密着性の向上を実現できることから、優れた電気特性と長期の信頼性に優れたコイル部品を実現できるとともに、一括して製造することができるコイル部品の製造方法を提供することができる。
By using the coil component having the configuration described above, it is possible to prevent surface oxidation of the
さらに、絶縁性樹脂に透過性を有しているときには、コイル部品の表裏の判別を容易にすることも可能である。 Furthermore, when the insulating resin is permeable, it is possible to easily distinguish the front and back of the coil component.
次に、本実施の形態1におけるコイル部品の製造方法について、図面を用いて詳細に説明する。 Next, the manufacturing method of the coil component in this Embodiment 1 is demonstrated in detail using drawing.
図3〜図9は本実施の形態1におけるコイル部品の製造方法を説明するための工程の断面図である。 3 to 9 are cross-sectional views of steps for explaining the method of manufacturing the coil component according to the first embodiment.
まず始めに、図3に示したように基材112を準備し、その上に感光性樹脂よりなるレジスト層108を所定のパターン形状に形成している。この基材112としては、シリコン基板や金属基板あるいはガラス基板等の一時的な土台となる材料であれば良い。そして、101は下地電極層であり、基材112あるいはレジスト層108の表面を覆うように全面に形成している。
First, as shown in FIG. 3, a
そして、この下地電極層101の形成方法としては、無電解めっき法、またはスパッタ法などの薄膜形成方法を用いることができる。
As a method for forming the
このようにして、基材112やレジスト層108の表面に、密着性に優れる下地電極層101を形成する。そして、下地電極層101に適した材料としては、ニッケル、チタン、クロム、銅、金、銀またはパラジウムなどの金属を使うことが可能であり、この下地電極層101の導電性を利用して、次の工程で電気めっきの給電電極として用いることができる。
In this way, the
また、下地電極層101に銀、銅、ニッケル等の比較的抵抗値の低い金属を選択したとき、形成したコイルパターン102の導体の一部として利用することが可能であり、高周波領域での表皮効果による低抵抗化を実現することができる。
Further, when a metal having a relatively low resistance value such as silver, copper, or nickel is selected for the
さらに、ニッケル、チタンまたはクロム等の耐マイグレーション性の高い部材を用いた場合、金属マイグレーションの防止効果が得られる。 Further, when a member having high migration resistance such as nickel, titanium or chromium is used, an effect of preventing metal migration can be obtained.
また、下地電極層101の厚みは0.01〜1μmが望ましい。厚みが0.01μm未満の場合、下地電極層101の抵抗値が増加することから、電気めっきの給電電極層としては使いにくい場合がある。また、厚みが1μmを超える場合は、下地電極層101の生産性が低下するとともに、その内部応力によって下地電極層101が基材112あるいはレジスト層108の表面から剥離する場合がある。
The thickness of the
次に、図4に示したように下地電極層101の上に電気めっき法によって銅などの電極層116をめっき形成した。ここでは下地電極層101の導電性を利用することで、電気めっき等の技術を用いて安価にかつ高速で導電性に優れた銅などの電極層116を形成することができる。なお、電極層116の電極材料としては、導電性に優れた銀を用いることも可能である。
Next, as shown in FIG. 4, an
また、下地電極層101を形成せずとも無電解めっき法あるいはスパッタ法などを用いて電極層116を形成することも可能である。
Further, the
その後、図5に示したようにレジスト層108の高さより突き出た上層部の余分な電極層116および下地電極層101を切削や研削等の機械研磨法あるいはCMP研磨法(化学的研磨)等で高精度に除去することによって、電極層116をパターン化してコイルパターン102とし、レジスト層108の内部に埋め込まれる。例えば、図5に示したレジスト層108の高さは図4のレジスト層108の高さよりも薄く研磨することもありうる。これによって、寸法精度を高くすることができる。
Thereafter, as shown in FIG. 5, the
このとき、研磨された銅などの卑金属材料の表面は研磨中に発生する熱、あるいは大気中にて放置されることによって表面酸化膜が形成されることがある。この表面酸化膜は、レジスト層108を構成する絶縁性樹脂とコイルパターン102との密着性の低下をもたらす原因となるとともに、酸化膜の厚みが増大するとコイルパターン102の導電性を低下させることになることから、表面の酸化状態の管理は重要である。
At this time, the surface of the polished base metal material such as copper may be left in the heat generated during polishing or in the atmosphere to form a surface oxide film. This surface oxide film causes a decrease in the adhesion between the insulating resin constituting the resist
次に、図6に示したようにコイルパターン102の上に金属層110を形成する。この金属層110としては、後述するようなコイルパターン102を構成する金属材料と選択的に化学反応する部材を用いることが好ましい。この選択的に化学反応させる方法としては、めっき法があり、特に置換めっき法および無電解めっき法であればパターニングが不必要となるという利点を有している。この置換めっき法は置換反応によって、また無電解めっき法は化学反応によって物体の表面に金属の被膜を形成する方法である。
Next, a
なお、これ以外にもパターニングを必要とするが薄膜法を用いて形成することも可能である。 In addition, although patterning is required, it can be formed using a thin film method.
そして、一般的に生産性と導電率の観点からコイルパターン102に用いる金属材料としては銅を用いることが最適であり、コイル部品の性能を高めることができる。コイルパターン102に銅を用いたとき、金属層110を構成する金属としては、金、銀、パラジウム、白金、錫またはニッケルのうちのいずれか一つの金属を主成分として構成することが好ましい。そして、金属層110を形成する方法としては、置換めっき法および無電解めっき法などのめっき法を用いることが最適である。置換めっき法の場合、例えば、金、銀あるいは白金がイオンあるいは錯体として存在する各種置換めっき浴中に、コイルパターン102を形成した基材112を浸漬させると、コイルパターン102の表出面が例えば銅よりなるコイルパターン102の材質より卑な標準電極電位を有した材質に置換されることで金属層110を形成することができる。
In general, copper is optimally used as the metal material used for the
また、無電解めっき法の場合、前処理としてコイルパターン102の表出面へ選択的に触媒付与することで、例えば、金、銀、パラジウム、白金、錫またはニッケルなどの金属を析出させることができることを利用しながら金属層110を形成することができる。
In the case of electroless plating, a catalyst such as gold, silver, palladium, platinum, tin or nickel can be deposited by selectively applying a catalyst to the exposed surface of the
これらの化学反応によって、コイルパターン102の表面酸化膜は除去され、新しい金属層110をその表面とすることによって、銅の表面酸化を防止することが可能となり、導電性と密着性に優れたコイル部品を実現できるとともに、長期の信頼性に優れたコイル部品の製造方法を提供することが可能となる。ここで、金属層110が1μmを超えると、コイル部に占める金属層110の割合が増加し、コイル部品の電気的性能を低下させてしまうことがある。また、0.01μm未満であればピンホールなどが多く存在し、接合性は向上するが、耐食性の向上は小さくなる。従って、金属層110の厚みは0.01〜1μmにすることが望ましい。
By these chemical reactions, the surface oxide film of the
なお、金属層110に金、銀、パラジウム、白金、錫またはニッケルのうちいずれか一つを用い、その金属材料の表面粗さを大きくすると、金属層110の上層に形成するレジスト層108との密着性をより高めることができる。そして、その粗面化の状態としては、0.01〜1μm以下の細かい襞状が望ましい。細かい突起を密集させることで、レジスト層108との密着力がより高められる。
Note that when any one of gold, silver, palladium, platinum, tin, or nickel is used for the
このように、コイルパターン102の表面を下地電極層101と金属層110とで被覆することで、レジスト層108との密着性を高めるとともに、機械的強度、あるいは電気特性などの長期の信頼性等も向上させることができる。
Thus, by covering the surface of the
また、金属層110は全層のコイルパターン102に形成しても良く、または必要なコイルパターン102にだけ形成しても良い。また、光の透過性を有するレジスト層108を用いたとき、金属層110を最上層となるコイルパターン102の表面にも形成することで、製品の上下(もしくは表裏)を区別しやすくなるという利点を有する。
Further, the
次に、図7に示したように新たなレジスト層108を形成し、フォトリソ技術とエッチング技術を用いることによって開口部128を形成する。このとき、レジスト層108とともに開口部128に表出している金属層110の厚みをコイルパターン102の一面に設けた金属層110の厚みよりも薄くなるようにエッチング法などを用いて一部除去し、金属層110bを形成している。このエッチングによる表面層の除去によって酸化皮膜を除去することができ、これによって下地電極層101との接続性とその信頼性を高めうることができるとともに、金属層110の厚みを薄くすることによって、コイル部の導体抵抗の低下を抑制することができる。この金属層110の表面を除去する方法としては、例えば真空中において、アルゴンガス等で金属層110の表面を逆スパッタすることによって効率よく除去することができ、この表出した金属層110bとしては金、銀、パラジウム、白金、錫またはニッケルからなる金属を主成分とする金属を用いることが好ましい。これらの金属層110bを介して下地電極層101を接続形成することによって高信頼性を有した接続構造を実現できることが分かった。
Next, as shown in FIG. 7, a new resist
さらに、図8に示したように図3の工程を繰り返すことによって下地電極層101をレジスト層108の表面および金属層110の開口部128の露出面に形成することができる。
Furthermore, as shown in FIG. 8, the
このように、下地電極層101を開口部128の内壁面にも形成することによって、開口部128を形成するレジスト層108とビア電極104の密着力を向上させることができる。そして、前記下地電極層101の形成方法としては、スパッタ等の薄膜法を選ぶことで、レジスト層108と下地電極層101との密着強度を高められることは言うまでもない。
In this way, by forming the
また、多層化してコイルパターン102を形成するとき、コイルパターン102の上には、強固にレジスト層108と接合された下地電極層101に保護された電極層116を形成することができる。そして、この電極層116の上面には、金属層110を形成することによって、レジスト層108と強固に接合されることになる。
Further, when the
その後、図4〜図6の工程を繰り返すことによって、図9に示したようにレジスト層108に形成された開口部128にも電極層116を充填形成することによって、ビア電極104を形成するとともに、コイルパターン102および金属層110を形成することができる。
Thereafter, by repeating the steps of FIGS. 4 to 6, the via
このとき、下地電極層101、ビア電極104の構成を全て銅にて行い、金属層110bを金などの材料で形成したとき、導電性に優れるとともに接続信頼性に優れたビア接続形成を実現することができ、小さなビア径を必要とするときには有効な構成である。
At this time, when the
これらの工程を所定の回数まで繰り返すことによって所望のインダクタンス値を有するコイル部品を作製することができる。一例として、図1に示したコイル部品では形状が0603サイズのチップコイルであり、コイル部は6.5ターンのチップコイルであり、インダクタンス;4〜5nH、Q;25前後からなるチップコイルを作製することができた。このチップコイルを高温高湿試験(65℃、95%)の信頼性試験において直流抵抗(RDc)の経時変化が少ないことを確認できた。 A coil component having a desired inductance value can be produced by repeating these steps up to a predetermined number of times. As an example, the coil component shown in FIG. 1 is a chip coil of 0603 size, the coil part is a 6.5-turn chip coil, and an inductor: 4 to 5 nH, Q; We were able to. It was confirmed that there was little change in DC resistance (RDc) with time in the reliability test of the high temperature and high humidity test (65 ° C., 95%) for this chip coil.
本発明によれば、ビア電極の接続性とその信頼性を高め、さらに積層したコイルパターンを形成する電極層と絶縁性樹脂との密着力に優れた信頼性の高い小型のコイル部品として各種電子機器に有用である。 According to the present invention, various types of electronic devices can be used as highly reliable small-sized coil components with improved adhesion and reliability of via electrodes, and excellent adhesion between the electrode layer forming the laminated coil pattern and the insulating resin. Useful for equipment.
100 点線
101 下地電極層
102 コイルパターン
104 ビア電極
106 外部電極
108 レジスト層
110 金属層
110b 金属層
116 電極層
112 基材
128 開口部
100 dotted
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