JP2011029222A

JP2011029222A - 電子部品

Info

Publication number: JP2011029222A
Application number: JP2009170168A
Authority: JP
Inventors: Hiroko Kawahara; 弘子川原
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2009-07-21
Filing date: 2009-07-21
Publication date: 2011-02-10

Abstract

【課題】段差緩和層に設けられた突起部が、段差緩和層と薄膜導電パターンの間に発生する連続的な隙間を部分的に埋めることで、この隙間への水分やめっき液などの浸入を防ぐ。
【解決手段】第１の絶縁体基板５と薄膜絶縁層８２と薄膜導電パターン８５とが順次複数形成された積層体と、積層体上に取り付けられた第２の絶縁体基板と、入出力端に接続される外部電極とを備える電子部品において、積層体の内部に薄膜絶縁層８２と薄膜導電パターン８５とで生じる段差を緩和するための段差緩和層１０１を有し、段差緩和層は、薄膜導電パターン８５に向かう突起部１０３を有するとともに、突起部の一部が薄膜導電パターンに密接している。
【選択図】図５

Description

本発明は、積層型の電子部品であって、特にコイルパターンを内蔵したトランスやコモンモードチョークコイル等として使用される電子部品に関する。

近年、携帯電話や携帯音楽プレーヤーなどの電子機器の小型化に伴い、搭載される電子部品の小型化が急速に進んでおり、例えば、積層型のコイル部品やセラミックコンデンサなどの積層電子部品が広く用いられている。

このような積層電子部品として、特許文献１に示すような電子部品がある。この電子部品は、第１の磁性体基板と、第１の磁性体基板の表面に薄膜形成手段にて形成された、絶縁体層とコイルパターンを厚み方向に積み重ねた積層体と、第１の磁性体基板との間に積層体を挟む第２の磁性体基板とを備え、コイルパターンが少なくとも２個のコイルを構成している電子部品である。

しかしながら、上記従来の電子部品では、以下のような問題がある。

第１の磁性体基板上に、薄膜形成手段を用いて絶縁体層とコイルパターンとを順に形成した場合、コイルパターンが配設された領域と、配設されていない領域では、コイルパターンの厚み分に対応する段差が生じる。この段差が発生した状態で、複数の絶縁体層とコイルパターンを積層すると、積層体の上面の凹凸が顕著になり、積層体と第２の磁性体基板との間の接着強度が不足したり、凹凸の影響で積層体と第２の磁性体基板との間に隙間が発生してしまう。

一方、積層セラミック電子部品の製造方法では、例えば特許文献２に示すように、セラミックグリーンシート上に、内部電極を印刷後、内部電極の厚みによる段差部を埋めるように、セラミックペーストをさらに印刷することで、内部電極の厚み分の段差を解消する方法が開示されている。

特開平８−２０３７３７特開２００１−１２６９５１

ところが、特許文献１の電子部品に、特許文献２のように段差を解消するための層（以下、段差緩和層という）を薄膜形成手段で形成した場合、コイルパターンと段差緩和層との間に、連続的な隙間が生じる。これは、フォトマスクの位置ずれなどによるコイルパターンと段差緩和層のパターンの重なりを防ぐために、フォトマスクの精度、および、位置合わせ精度分を考慮して設計したフォトマスクを使用するためである。この隙間の幅はフォトマスク自体の精度や位置合わせ精度にもよるが、おおよそ２〜４μｍの幅の隙間となる。

この連続的な隙間に外部からの水分やめっき液などの不純物が侵入した場合、コイルパターンの導電材料の腐食やマイグレーションが発生したり、これらの水分やめっき液などの不純物が外部電極とコイルパターンに接続された引き出し電極との接続点部に到達し、外部電極の下地電極が酸化されることで、直流抵抗（Ｒｄｃ）が増加する問題があった。

上記問題点を解決するために、本発明に係わる電子部品は、第１の絶縁体基板と、前記第１の絶縁体基板の表面に、薄膜絶縁層と薄膜導電パターンとが順次複数形成された積層体と、前記積層体上に取り付けられた第２の絶縁体基板と、前記薄膜導電パターンの入出力端に接続される外部電極とを備える電子部品において、前記積層体の内部に、前記薄膜絶縁層と前記薄膜導電パターンとで生じる段差を緩和するための段差緩和層を有し、前記段差緩和層は、前記薄膜絶縁層の上面であって、前記薄膜導電パターンが配設されていない領域に形成され、前記薄膜導電パターンに向かう突起部を有するとともに、前記突起部の一部が前記薄膜導電パターンに密接していることを特徴とする。

また、前記薄膜絶縁層のうちの１層と、その上面に形成された前記薄膜導電パターン１層を１セットとした場合、２セット毎に前記段差緩和層が設けられていることが好ましい。

また、前記第１の絶縁体基板および前記第２の絶縁体基板は、磁性体基板であることが好ましい。

また、前記薄膜導電パターンはコイルパターンを含むことが好ましい。

段差緩和層に設けられた突起部が、段差緩和層と薄膜導電パターンの間に発生する連続的な隙間を部分的に埋めることで、この隙間への水分やめっき液などの不純物の浸入を防ぐことができる。その結果、積層体内部の薄膜導電パターンの腐食やマイグレーションの発生、および、外部電極の下地電極が酸化されることによる、直流抵抗（Ｒｄｃ）の増加を防止できる。

本発明に係わる電子部品の一実施形態（実施形態１）の外観を示す斜視図である。実施形態１の分解斜視図である。実施形態１または比較例１の電子部品を天面から見た透視図である。実施形態１における図３のＡ−Ａ断面図である。実施形態１における段差緩和層１０１の上面部を切り取ったときの図である。実施形態１の段差緩和層の製造方法を説明する図である。実施形態１および比較例１の電子部品で耐湿試験を行った結果である。比較例１における図３のＡ−Ａ断面図である。比較例１における段差緩和層１０１Ａの上面部を切り取ったときの図である。

図１は、本発明に係わる実施形態１の電子部品の外観を示す斜視図であり、図２は、分解斜視図である。

実施形態１は、電子部品がコモンモードチョークコイルの場合の例である。

このコモンモードチョークコイル１は、チップ体２と外部電極３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄを具備している。また、チップ体２は、図２に示すように、第１の絶縁体基板としての第１の磁性体基板５上に、積層体４を形成し、この積層体４上に、接着層７ａ、７ｂを介して第２の絶縁体基板としての第２の磁性体基板６を貼り合わせた構成となっている。

第１の磁性体基板５および第２の磁性体基板６の材料としては、Ｎｉ−Ｚｎ系やＭｎ−Ｚｎ系等のフェライト材料が使用される。なお、基板の材料は磁性体に限定されるものではなく、用途に応じて、誘電体や絶縁体を用いても良い。

積層体４は、この第１の磁性体基板５上に、フォトリソグラフィ等の薄膜形成手段により形成された、薄膜絶縁層と薄膜導電パターンを交互に複数積層して形成したもので、薄膜絶縁層で被覆された１対のコイル部８、９を有する。さらに、第１のコイル部８と第２のコイル部９のそれぞれの内部に、薄膜絶縁層と薄膜導電パターンとで生じる段差を緩和するための段差緩和層１０１、１０２が形成されている。

具体的には、第１のコイル部８は、第１の磁性体基板５の上に、薄膜絶縁層８１、薄膜導電パターンとしてのコイルパターン８４および引き出し電極８６ａ、８６ｂ、薄膜絶縁層８２、薄膜導電パターンとしてのコイルパターン８５および引き出し電極８７ａ、８７ｂ、段差緩和層１０１、薄膜絶縁層８３を順に積み重ね、薄膜絶縁層８２に設けられたスルーホール８８を通じて、コイルパターン８４、８５を電気的に接続した構造となっている。

すなわち、第１のコイル部８内に、内部回路としてコイルパターン８４、８５からなる並列スパイラルコイルが形成され、それらに電気的にそれぞれ接続されている引き出し電極８６ａ、８６ｂ、８７ａ、８７ｂが積層体４の側面で露出されている。

一方、第２のコイル部９も第１のコイル部８とほぼ同様であり、第１のコイル部８の上に、薄膜絶縁層９１、薄膜導電パターンとしてのコイルパターン９４および引き出し電極９６ａ、９６ｂ、薄膜絶縁層９２、薄膜導電パターンとしてのコイルパターン９５および引き出し電極９７ａ、９７ｂ、段差緩和層１０２、薄膜絶縁層９３を順に積み重ね、薄膜絶縁層９２に設けられたスルーホール９８を通じて、コイルパターン９４、９５を電気的に接続した構造となっている。

すなわち、第２のコイル部９内に、内部回路としてコイルパターン９４、９５からなる並列スパイラルコイルがその軸心を第１のコイル部８の軸心と一致させた状態で形成され、それらに電気的にそれぞれ接続されている引き出し電極９６ａ、９６ｂ、９７ａ、９７ｂが積層体４の側面で露出されている。

本実施形態１では、薄膜導電パターンとしてのコイルパターン８４、８５、９４、９５および引き出し電極８６ａ、８６ｂ、８７ａ、８７ｂ、９６ａ、９６ｂ、９７ａ、９７ｂの材料としてＡｇもしくはその合金が用いられている。ただし、Ａｇ以外に、Ｐｄ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉあるいはこれらの合金等の金属であってもよい。

これらの薄膜導電パターンは、スパッタリングや蒸着等の薄膜形成、レジスト塗布、露光、現像、エッチング等の一連のフォトリソグラフィ技術を用いて所望のパターン形状に形成される。

また、薄膜絶縁層８１、８２、８３、９１、９２、９３の材料として感光性ポリイミド樹脂を使用した。これらの薄膜絶縁層は、感光性ポリイミドを塗布、露光、現像等の一連のフォトリソグラフィ技術を用いて形成される。特に、薄膜絶縁層８２、９２には所望のパターンのフォトマスクを利用し、露光することでスルーホール８８、９８が形成される。

薄膜絶縁層の材料として、上記感光性ポリイミド樹脂以外に、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、環状オレフィン樹脂、ベンゾシクロプテン樹脂等の種々の樹脂材料、あるいはＳｉＯ２等のガラス、ガラスセラミクス、誘電体等を用いることもできる。

また、第２の磁性体基板６は、接着層７ａ、７ｂを介して、積層体４上に接着される。具体的には、熱硬化性のポリイミド樹脂を、積層体４の薄膜絶縁層９３の上面と第２の磁性体基板６の下面とにそれぞれ塗布して、接着層７ａ、７ｂを形成し、これらを貼り合わせた後、乾燥させる。その後、加熱しながら、第２の磁性体基板６を第１の磁性体基板５側に所定の圧力で押圧して、第２の磁性体基板６を積層体４上に熱圧着する。

また、外部電極３ａ、３ｃは、図１に示すように、チップ体２の一方側面近傍であって、その一方主面から一方側面を経て他方主面に折り返すように形成されている。外部電極３ｂ、３ｄは、チップ体２の前記一方側面に対向する他方側面近傍であって、その一方主面から他方側面を経て他方主面に折り返すように形成されている。

更に、外部電極３ａが引き出し電極８６ａ、８７ａに、外部電極３ｂが引き出し電極８６ｂ、８７ｂに接続するように取り付けられ、外部電極３ｃが引き出し電極９６ａ、９７ａに、外部電極３ｄが引き出し電極９６ｂ、９７ｂに接続するように取り付けられている。

これにより、第１のコイル部８のスパイラルコイルと外部電極３ａ、３ｂとが電気的に接続され、第２のコイル部９のスパイラルコイルと外部電極３ｃ、３ｄとが電気的に接続される。

本実施形態１では、外部電極３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄは、下地電極としてスパッタ法等でＮｉ合金の膜が形成され、それを覆うようにＮｉめっき、Ｓｎめっきが形成された構成となっている。

この他、Ａｇ、Ｃｕ、ＮｉＣｒ又はＮｉＣｕおよびその合金等の材料を含む導電ペーストを塗布する方法、もしくは、これらの材料をスパッタリングや蒸着等で成膜する方法で下地電極が形成され、その後、湿式電解めっきによりＮｉ、Ｓｎ、Ｓｎ−Ｐｂ等の金属膜がめっきされるものであってもよい。

次に、段差緩和層１０１、１０２について詳細を説明する。

図３は、実施形態１または後述する比較例の電子部品を天面から見た透視図であり、図４は、実施形態１における図３のＡ−Ａ断面図である。さらに、図５（ａ）は、実施形態１における段差緩和層１０１の上面部を切断した場合の上面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）に示すＢの方向から見た斜視図である。

本実施形態１の場合、第１のコイル部８および第２のコイル部９の薄膜導電パターン、すなわち、コイルパターンおよび引き出し電極は、天面からみるとほぼ同様の形状をしており、積層方向に対してほぼ重なった状態になっている（図２および図３参照）。このため、積層体４においては、その積層方向において、薄膜導電パターン部分がその厚み分だけ、薄膜導電パターンが配設されていない部分と比較して厚くなってしまう。

この段差を解消するために、薄膜絶縁層上の薄膜導電パターンが配設されていない部分に、段差緩和層が形成されている。

より具体的に第１のコイル部８で説明すると、図５（ａ）に示すように、段差緩和層１０１は、薄膜絶縁層８２の上面であって、薄膜導電パターンであるコイルパターン８５および引き出し電極８７ａ、８７ｂが配設されていない部分であって、コイルパターン８５および引き出し電極８７ａ、８７ｂの周囲を囲むように形成されている。

この場合も、薄膜導電パターンと段差緩和層との間に、２〜４μｍの幅の隙間Ｓが生じる。

この構造に関しては、第２のコイル部９もほぼ同様である。

また、図２に示すように、薄膜絶縁層１層とその上面に形成された薄膜導電パターン１層を１セットとした場合、２セット毎に段差緩和層が設けられている。

すなわち、第１のコイル部８の場合、薄膜絶縁層８１と薄膜導電パターンであるコイルパターン８４および引き出し電極８６ａ、８６ｂが１セット目で、薄膜絶縁層８２と薄膜導電パターンであるコイルパターン８５および引き出し電極８７ａ、８６ｂが２セット目に相当し、これらに対して、段差緩和層１０１が１層形成されている。この場合、段差吸収層１０１の厚みは、おおよそコイルパターン８４および引き出し配線８６ａ、８６ｂの厚みと、コイルパターン８５および引き出し配線８７ａ、８７ｂの厚みとを合わせた厚みとなる。

第２のコイル部９の場合も、同様で、薄膜絶縁層９１と薄膜導電パターンであるコイルパターン９４および引き出し電極９６ａ、９６ｂが１セット目で、薄膜絶縁層９２と薄膜導電パターンであるコイルパターン９５および引き出し電極９７ａ、９６ｂが２セット目に相当し、これらに対して、段差緩和層１０２が１層形成されている。この場合、段差吸収層１０２の厚みは、おおよそコイルパターン９４および引き出し配線９６ａ、９６ｂの厚みと、コイルパターン９５および引き出し配線９７ａ、９７ｂの厚みとを合わせた厚みとなる。

このように、薄膜絶縁層１層と、その上面に形成された薄膜導電パターン１層を１セットとした場合に、２セット毎に段差緩和層が設けられることにより、１セット毎に段差緩和層を形成する場合に比べて、コモンモードチョークコイルの製造過程において、工程数が削減でき、コストを抑えることが可能となる。

次に、突起部１０３に関して詳細に説明する。

突起部１０３は、図４に示すように、段差緩和層１０１と薄膜導電パターン（この図ではコイルパターン８５）の間、および、段差緩和層１０２と薄膜導電パターン（この図ではコイルパターン９５）の間の隙間Ｓを埋める様に形成されている。更に、突起部１０３は、図５に示すように、段差緩和層１０１の要所に複数形成されており、薄膜導電パターンであるコイルパターン８５および引き出し電極９７ａ、９７ｂに向って突出しており、その一部が薄膜導電パターンに密接して形成されている。

また、突起部１０３の形状は、図５（ａ）のように平面視した場合、おおよそ底部が２０〜３０μｍで高さが１０〜１５μｍの２等辺三角形の形状をしており、頂点部分が薄膜導電パターンと数〜十数μｍの幅で重なっている。

このように、突起部１０３は、上述の隙間Ｓを分断するように形成されている。この突起部１０３により、この隙間Ｓへの水分やめっき液などの不純物の浸入を防ぐことができる。

また、特に、引き出し電極は、外部電極と電気的に接続するために積層体４の側面にその一部が露出しており、外部から水分やめっき液などの不純物が侵入しやすい部分である。このため、突起部１０３は、少なくとも引き出し電極近傍に必ず形成することが望ましい。

以上の突起部１０３についての説明では、段差緩和層１０１に形成されたものについて説明したが、段差緩和層１０２にも同様の突起部１０３が設けられている。

次に、段差緩和層および突起部の製造方法に関して図６を使って説明する。

図６は、積層体４の側面であって、図５（ｂ）と同様に、図５（ａ）のＢの方向から見た図であり、第１のコイル部８内の段差緩和層１０１を形成する途中の段階を示す図である。

まず、磁性体基板５上に薄膜絶縁層８１、引き出し電極８６ａ、薄膜絶縁膜８２、引き出し電極８７ａが順に形成されたその上面に、段差緩和層１０１となる感光性ポリイミド樹脂を塗布する（図６（ａ））、その後、所望の段差緩和層および突起部の形状に設計されたフォトマスクを用いて露光する（図６（ｂ））。その後、現像することで突起部１０３を有した段差緩和層１０１が形成される。この段階では、突起部１０３は、上述の連続的な隙間Ｓの一部を隙間なく埋めると共に、突起部１０３の先端部は、引き出し電極８７ａの上部に重なって形成される。この重なった部分は、積層体４あるいは第２の磁性体基板６を積層圧着する過程の中で、押しつぶされていき、重なり部分の厚みはほぼ皆無となり、図５（ｂ）の形状となる。なお、段差緩和層の材料は、薄膜絶縁層と同じ材料を用いることができる。本実施形態１では感光性ポリイミドが使用されている。

ここでの説明では、引き出し電極８７ａ付近のみの説明のため、コイルパターン８５や引き出し電極８７ｂは説明にはないが、積層体４全体で見た場合、コイルパターン８５や引き出し電極８７ｂは、引き出し電極８７ａを形成する際に同時に形成される。

上記一連の突起部に関する説明は、段差緩和層１０１および突起部１０３に関するものであるが、第２のコイル部９内に形成される段差緩和層１０２に関しても、同様に突起部１０３を有しており、同様な構造、製造方法で形成される（詳細説明は省略する）。

一方、比較例として、図８、９に段差緩和層に突起部が形成されていない場合の図を示す。図８は、比較例における図３のＡ−Ａ断面図である。さらに、図９（ａ）は、比較例における段差緩和層１０１Ａの上面部を切断した場合の上面図であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）に示すＣの方向から見た斜視図である。

この場合、突起部１０３が形成されていないため、図８に示すように、段差緩和層１０１Ａとコイルパターン８５の間、あるいは、段差緩和層１０２Ａとコイルパターン９５の間に隙間Ｓが形成された状態になる。また、図９（ａ）および図９（ｂ）に示すように、段差緩和層１０１Ａと、コイルパターン８５および引き出し電極８７ａ、８７ｂとの間に隙間Ｓが分断されていない状態で連続的に延伸して存在する。また、第２のコイル部９においても同様に連続的に延伸する隙間Ｓが形成されている。

これら実施形態１および比較例１のコモンモードチョークコイル１を、それぞれ耐湿試験層（試験条件７０℃／９３％）に投入し、故障率を比較した。その結果を図７に示す。

この結果からもわかるように、比較例１のコモンモードチョークコイルでは試験時間２０００時間後に故障率が３７％発生した。一方で、実施形態１のコモンモードチョークコイルでは２０００時間経過後も故障は発生しなかった。故障の発生原因は、上述の連続的な隙間Ｓに侵入した水分や不純物による積層体内部の薄膜導電パターンの腐食やマイグレーションの発生と、外部電極の下地電極が酸化したことによる、直流抵抗（Ｒｄｃ）の増加であった。

この結果からも判るように、段差緩和層１０１、１０２に本発明の突起部１０３を設けることで、コモンモードチョークコイル１の信頼性性能を向上させることができる。

ところで、コイルパターンをインダクタとして利用するような電子部品の場合、コイルのＱ値を上げるために、抵抗成分を下げる必要がある。このため、コイルパターンの導体の厚みを厚くしなければならない。その結果、導体の厚み分の段差がさらに大きなものになる。このため、本発明に係わる段差緩和層および突起部は、積層体の薄膜導電パターンが特にコイルパターンの場合において特にその効果を発揮することができる。

なお、この発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨の範囲において種々の変形及び変更が可能である。

本実施形態１では、薄膜絶縁層と薄膜導電パターン２セットにつき段差緩和層を１層形成する例を示したが、１セット毎に段差緩和層を形成してもよい。

また、段差緩和層および突起部はコイルパターンおよび引き出し電極が配設されていない部分であって、コイルパターンおよび引き出し電極の周囲を囲むように形成されている例を示したが、これに限定するものでなく、薄膜導電パターンの配設されていない場所全面に形成してもよい。また突起部は、略三角形の例を示したが、形状についてもこれに限定しない。さらに、突起部の間隔や個数についても限定しない。また、段差緩和層１０１、１０２に形成される突起部１０３の大きさ、形状、個数、位置は、上記２つの段差緩和層１０１、１０２間で同じである必要もなく、違っていても構わない。また、１つの段差緩和層内においても、大きさ、形状が同じにする必要もない。

更に、内部回路として、コイルパターン８４、８５で構成される第１のコイル部８とコイルパターン９４、９５に構成される第２のコイル部９というコイル回路を有するコモンモードチョークコイルについて例を挙げたが、内部回路として、一次側コイルと二次側コイルとで構成されるトランス回路を有した電子部品や、その他のコイルパターンを内蔵した電子部品であってもよい。

１コモンモードチョークコイル
２チップ体
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ外部電極
４積層体
５第１の絶縁体基板（第１の磁性体基板）
６第２の絶縁体基板（第２の磁性体基板）
７ａ、７ｂ接着層
８第１のコイル部
９第２のコイル部
８１、８２、８３、９１、９２、９３薄膜絶縁層
８４、８５、９４、９５コイルパターン
８６ａ、８６ｂ、８７ａ、８７ｂ、９６ａ、９６ｂ、９７ａ、９７ｂ引き出し電極
８８、９８スルーホール
１０１、１０２、１０１Ａ、１０２Ａ段差緩和層
１０３突起部

Claims

第１の絶縁体基板と、前記第１の絶縁体基板の表面に、薄膜絶縁層と薄膜導電パターンとが順次複数形成された積層体と、前記積層体上に取り付けられた第２の絶縁体基板と、前記薄膜導電パターンの入出力端に接続される外部電極とを備える電子部品において、
前記積層体の内部に、前記薄膜絶縁層と前記薄膜導電パターンとで生じる段差を緩和するための段差緩和層を有し、
前記段差緩和層は、前記薄膜絶縁層の上面であって、前記薄膜導電パターンが配設されていない領域に形成され、前記薄膜導電パターンに向かう突起部を有するとともに、前記突起部の一部が前記薄膜導電パターンに密接していることを特徴とする電子部品。
前記薄膜絶縁層のうちの１層と、その上面に形成された前記薄膜導電パターン１層を１セットとした場合、２セット毎に前記段差緩和層が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の電子部品。
前記第１の絶縁体基板および前記第２の絶縁体基板は、磁性体基板であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電子部品。
前記薄膜導電パターンはコイルパターンを含むことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の電子部品。