JP2013034006A - コイル内蔵基板および電子装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 コイル内蔵基板の内蔵コイルの重畳特性を向上させると共に、上面や下面に搭載された半導体チップやチップ部品に対するコイル用導体から発生する磁力線の影響を大幅に抑制することができるコイル内蔵セラミック基板および電子装置を提供すること。
【解決手段】
本発明のコイル内蔵基板は、内部にコイル導体4が埋設されているフェライト層2、3を、各々が非磁性フェライト層により形成されている一対の絶縁層1で挟持させて成り、コイルのコイル導体4間に非磁性フェライトからなる非磁性層が形成されており、コイルの上面および下面がフェライト層2、3で覆われている。
【選択図】 図2
【解決手段】
本発明のコイル内蔵基板は、内部にコイル導体4が埋設されているフェライト層2、3を、各々が非磁性フェライト層により形成されている一対の絶縁層1で挟持させて成り、コイルのコイル導体4間に非磁性フェライトからなる非磁性層が形成されており、コイルの上面および下面がフェライト層2、3で覆われている。
【選択図】 図2
Description
本発明は、非磁性フェライト焼結体から成る絶縁基体の内部に、非磁性フェライトと同時焼成されて形成されるとともに内部にコイルが埋設されたインダクタンス値を上げるためのフェライト層が設けられたコイル内蔵基板に関するものである。
従来、携帯電話機を始めとする移動体通信機器等の電子機器には、多数の電子装置が組み込まれている。
かかる携帯電話機等の通信機器は、近年小型化が急激に進んでおり、これに搭載される各種電子装置も小型化、薄型化が要求されている。
例えば、ガラスセラミック基板の内部にコイルを内蔵した構成のLCフィルタが知られている。
かかる携帯電話機等の通信機器は、近年小型化が急激に進んでおり、これに搭載される各種電子装置も小型化、薄型化が要求されている。
例えば、ガラスセラミック基板の内部にコイルを内蔵した構成のLCフィルタが知られている。
このLCフィルタの場合、従来はチップ部品のコイルを用いて外付けしていたものを、セラミック基板等の絶縁基板の内部に内蔵することで小型化、薄型化ができるという利点を有する。
なかでも、100nHを超えるインダクタンスの大きなコイルは、チップ部品として比較的大型であり、これを絶縁基板に内蔵することは小型化、薄型化への効果が大きいという利点を有する。
このようなセラミック基板に内蔵されるコイルとしては、厚み方向にコイルを繋げて形成するソレノイドコイル、同一平面状にコイルを形成する平面スパイラルコイルがあるが、なかでも平面スパイラルコイルは同一平面状にコイルを形成するためセラミック基板を薄型化する上で好ましい。
しかしながら、コイルを内蔵したセラミック等の絶縁基板では、磁性を持たない基板内にコイルを形成するため、100nH程度の比較的大きなインダクタンスを得ることができるコイルを内蔵させるにはコイルの巻き数を多くすることが必要となり、小型化、薄型化を効果的に達成することができないという不具合があった。
そこで、近年では絶縁基板に強磁性を有するフェライトを用いて、コイルをこのフェライト内部に埋設させることにより、コイルの巻き数を多くすることなく100nHを超えるインダクタンスを実現し効果的に小型化、薄型化ができるとともに、チップ部品を表面に実装する工程を省略し実装工程の簡略化を図ることが行なわれている。
しかしながら、絶縁基板にフェライトを用いた基板では、コイルと共に配線を形成した場合、磁性を持たせたくない配線に高いインダクタンスが生じ、この配線にノイズが起きることで回路が誤動作することが問題となっていた。そこで磁性を有さない非磁性フェライトの内部にフェライト層を内蔵させ、フェライト層にコイルを形成し、非磁性フェライトに配線を形成することで配線のインダクタンスを低減させ、回路が誤動作することを抑制していた。
このようなコイル内蔵基板として、例えば、携帯電話機に使用されるコイル内蔵基板は、図5に断面図で示すように、複数の非磁性フェライト層が積層されて成る絶縁基体11と、絶縁基体11に挟まれて積層されるとともに内部にコイル用導体14が埋設された第1のフェライト層12及び第2のフェライト層13によって構成されている。
そして、このような非磁性フェライト基板内部にフェライト層およびコイル用導体を設けたコイル内蔵基板においても、今後さらに小型化、薄型化、高機能化を行なっていく必要があり、コイル内蔵基板の上面や下面に、さらに半導体チップやチップ部品を表面実装する必要性がでてきた。
しかしながら、従来の非磁性フェライト基板内部にフェライト層およびコイル用導体を設けたコイル内蔵基板では、コイル用導体に電流を流すとコイル用導体周りに磁力線が発生し、さらに大きな電流を流すとコイル用導体の導体間という小さい領域に大きい磁束が発生することとなり、コイル用導体の導体間で磁束の部分飽和が起きやすくなるので、インダクタンスが低下するという、所謂重畳特性の低下を招いてしまっていた。さらに、基板の小面積化のためにコイルを高密度に形成した場合においてはコイル用導体の導体間が狭くなるため、より顕著に重畳特性の低下を招いていた。また、コイル内蔵基板で発生する磁力線が基板外部に洩れることで、例えば、コイル内蔵基板の上面や下面に実装した半導体チップやチップ部品や配線に対して電気的に影響を及ぼす可能性があった。
そこで、コイル用導体に発生する磁力線がコイル内蔵基板の上面や下面に実装した半導体チップやチップ部品や配線に対して電気的に影響を及ばさないようにするためには、コイル用導体と半導体チップやチップ部品や配線との間の距離を十分に取る必要があり、その結果、コイル内蔵基板全体が厚くなり、薄型化に適さないものとなっていた。
また、コイル内蔵基板に搭載する半導体チップやチップ部品が、例えばDC−DCコンバータ用半導体チップの場合には、コイル用導体に高い電流が流れるため、コイル用導体に高い電流が流せるほど使用電流の高い電源、例えば液晶ディスプレイ用の電源などに適用することが可能となるが、コイル用導体の導体抵抗が高いとコイル用導体が発熱するため、発熱による電力の損失で変換効率の低下などが生じるという問題点があった。
本発明は以上のような従来の問題点を解決するために案出されたものであり、その目的は、コイル用導体に発生する磁力線を抑制することで、重畳特性が向上するとともに、コイル内蔵基板の上面や下面に搭載される半導体チップやチップ部品に対する電気的な影響を改善し、更にはコイル用導体の導体抵抗を低減した小型のコイル内蔵基板を提供することにある。
本発明のコイル内蔵基板は、内部にコイルが埋設されているフェライト層を、各々が非磁性フェライト層により形成されている一対の絶縁層で挟持させて成り、前記コイルのコイル導体間に非磁性フェライトからなる非磁性層が形成されており、前記コイルの上面および下面が前記フェライト層で覆われていることを特徴とするものである。
本発明のコイル内蔵基板によれば、内部にコイルが埋設されているフェライト層を、各
々が非磁性フェライト層により形成されている一対の絶縁層で挟持させて成り、コイルのコイル導体間に非磁性フェライトからなる非磁性層が形成されており、コイルの上面および下面がフェライト層で覆われていることから、各コイル導体より発生する磁束がより透磁率の高いフェライト層に向かって発生することにより、コイルのコイル導体間に発生する磁束を抑制しコイル全体を通る大きな磁束となる。よって、コイル用導体パターン間に磁束が集中することにより生じる磁束の部分飽和を抑制し、重畳特性の低下を抑制することができる。
々が非磁性フェライト層により形成されている一対の絶縁層で挟持させて成り、コイルのコイル導体間に非磁性フェライトからなる非磁性層が形成されており、コイルの上面および下面がフェライト層で覆われていることから、各コイル導体より発生する磁束がより透磁率の高いフェライト層に向かって発生することにより、コイルのコイル導体間に発生する磁束を抑制しコイル全体を通る大きな磁束となる。よって、コイル用導体パターン間に磁束が集中することにより生じる磁束の部分飽和を抑制し、重畳特性の低下を抑制することができる。
本発明のコイル内蔵基板(以下、基板ともいう)を添付図面に基づいて以下に詳細に説明する。
図1及び図2は本発明の基板の実施の形態の一例を示す断面図であり、図3は本発明のコイル内蔵セラミック基板の実施の形態における平面スパイラルコイルと第3および第4のフェライト層の一例を示す断面図であり、1は複数の非磁性フェライト層から成る絶縁層、2は第1のフェライト層、3は第2のフェライト層、4は平面スパイラルコイル、5は平面スパイラルコイル4のコイル導体間に配置された第3のフェライト層、6は平面スパイラルコイル4間に配置された第4のフェライト層、7は半導体チップやチップ部品を搭載する搭載用電極、8は基板を外部電気回路に電気的に接続するための電極パッド、9はシールド層である。
複数の非磁性フェライト層から成る絶縁層1は、まず、非磁性フェライト組成の主成分およびガラス、第1酸化物成分、または、非磁性フェライト組成の主成分ならびに第1酸化物成分およびガラス、第2酸化物成分、さらに有機バインダ,可塑剤,有機溶剤等を混合してスラリーを得て、これからドクターブレード法,圧延法,カレンダーロール法等によって非磁性フェライトグリーンシートを製作し、この非磁性フェライトグリーンシートを複数積層した後、大気中または加湿窒素雰囲気中にて、800〜1000℃の温度で焼成して作製される。
非磁性フェライト組成の主成分としては、Fe2O3とCuOおよびZnOの少なくとも1種との粉体を用いることができ、例えば、これらを湿式混合し、次いで仮焼し、顆粒としてこれを粉砕した後、原料粉末とすることができる。
非磁性フェライト組成の主成分としてのFe2O3は、好ましくは46〜50質量%であり、CuOは、好ましくは2〜20質量%であり、ZnOは、好ましくは33〜52質量%の範囲である。
非磁性フェライトに含有するガラスは好ましくは体積固有抵抗が1×1011Ωm以上で含有量は3〜15質量%である。非磁性フェライトに含有するガラスの体積固有抵抗が1×1011Ωmより低いと非磁性フェライトの体積固有抵抗を高くする効果が小さい。また、含有量が3質量%より小さいと非磁性フェライトの体積固有抵抗を高くする効果が小さく、含有量が15質量%より大きいと非磁性フェライトの焼結挙動が大きく変化するため、第1のフェライト層2および第2のフェライト層3との焼結挙動と大きく異なることにより、第1のフェライト層2および第2のフェライト層3と非磁性フェライト層が互いに拘束し合い、第1のフェライト層2および第2のフェライト層3に焼結不良が生じ、基板に大気中の水分などが浸入してしまうという、いわゆる吸水が発生しやすいという傾向がある。
非磁性フェライトに含有するガラス粉末としては、例えばSiO2−B2O3系,SiO2−B2O3−Al2O3系,SiO2−B2O3−Al2O3−MO系(但し、MはCa,Sr,Mg,BaまたはZnを示す),SiO2−Al2O3−M1O−M2O系(但し、M1及びM2は同じまたは異なってCa,Sr,Mg,BaまたはZnを示す),SiO2−B2O3−Al2O3−M1O−M2O系(但し、M1及びM2は上記と同じである),SiO2−B2O3−M3 2O系(但し、M3はLi,NaまたはKを示す),SiO2−B2O3−Al2O3−M3 2O系(但し、M3は上記と同じである),Pb系ガラス,Bi系ガラス等を用いることができ、ガラスの軟化点が600℃以下であることがフェライトの焼結を阻害しないうえで望ましい。
第1のフェライト層2および第2のフェライト層3は、平面スパイラルコイル4の上下面を覆うようにして、絶縁層1の内層に平面スパイラルコイル4とともに形成されている。この第1のフェライト層2および第2のフェライト層3は、磁束を安定させるという観点からは同一の組成であることが望ましく、その場合は主成分の組成を、焼結体としてFe2O3を63〜73質量%、CuOを5〜10質量%、NiOを5〜12質量%、ZnOを10〜23質量%とすると、1000℃以下の低温で焼結密度5.0g/cm3以上の高密度焼成が可能であり、かつ、高周波帯域で十分に高い透磁率を得ることができるので好ましい。
ここで、Fe2O3は、フェライトの基幹成分であり、そのフェライトの主成分をX−Fe2O4(XはCu,Ni,Zn等)として示される逆スピネル構造の固溶体とすれば、第1のフェライト層2および第2のフェライト層3のうちFe2O3が63〜73質量%を構成していると良い。63質量%未満の場合、十分な透磁率が得られない傾向がある。他方、73質量%を超えて多い場合は、焼結密度の低下により機械的強度が低下する傾向がある。
CuOは第1のフェライト層2および第2のフェライト層3の主成分のうち5〜10質量%を構成していると良い。これは、CuOは焼結温度の低温化に大きく寄与しており、CuOが低温で液層を形成することにより焼結を促進させる効果を用いて、磁気特性を損なわずに非磁性フェライトの焼成温度である800〜1000℃で焼成するためである。5質量%未満であると、低抵抗金属を用いた配線導体と同時に低温度域で焼成を行う場合に焼結密度が不十分になり機械強度が不足する傾向がある。また、10質量%を超えて多い場合、磁気特性の低いCuFe2O4の割合が多くなるため磁気特性を損ないやすくなる傾向がある。
NiOはフェライトの高周波域における透磁率を確保するために含有させる。NiFe2O4は高周波域まで共振による透磁率の減衰を起さず、高周波域での透磁率を比較的高い値に維持することができるが、初期透磁率は低い特徴をもつため、5質量%未満である
と、10MHz乃至それ以上の高周波域での透磁率が低下する傾向がある。また、12質量%より多い場合、NiFe2O4の割合が多くなり初期透磁率が低下する傾向にある。
と、10MHz乃至それ以上の高周波域での透磁率が低下する傾向がある。また、12質量%より多い場合、NiFe2O4の割合が多くなり初期透磁率が低下する傾向にある。
ZnOはフェライトの透磁率向上のために重要な要素であり、フェライト主成分のうち10質量%未満であると、透磁率が低くなる可能性があり、逆に23質量%より多くても磁気特性が悪くなる傾向がある。
第1のフェライト層2および第2のフェライト層3の形成は、まずフェライト粉末に適当な有機バインダ,可塑剤,有機溶剤等を混合してスラリーを得て、これからドクターブレード法、圧延法、カレンダーロール法等によってフェライトグリーンシートを製作する。次に、このフェライトグリーンシートを所定の平面スパイラルコイル4を覆うものとして非磁性フェライトグリーンシートと平面透視で同じ大きさの同形状にカットし、非磁性フェライトグリーンシート積層体の内部に、間に平面スパイラルコイル4となる導体パターンを配置して、その平面スパイラルコイル4の上面および下面を覆うようにして積層する。
第1のフェライト層2および第2のフェライト層3となるフェライトグリーンシートを形成するのに用いるフェライト粉末は、仮焼済みのフェライト粉末であり、平均粒径が0.1μm〜0.9μmの範囲で均一であり、球形状に近い粒が望ましい。これは、平均粒径が0.1μmより小さいと、フェライトグリーンシートの製作においてフェライト粉末の均一な分散が困難であり、平均粒径が0.9μmより大きいとフェライトの焼結温度が高くなりやすくなるからである。また、粒径が均一で球状に近いことにより均一な焼結状態を得ることができる。例えばフェライト粉末で部分的に小さい粒径が存在した場合は、その部分のみ結晶粒の成長が低下し、焼結後に得られる第1のフェライト層2および第2のフェライト層3の透磁率が安定しにくい傾向がある。
メタライズ配線層から成る平面スパイラルコイル4は、第1のフェライト層2および第2のフェライト層3に上下面を覆われるように埋設されており、Cu,Ag,Au,Ag合金等の金属粉末に、適当な有機バインダ,溶剤を混練して作製した導体ペーストを、スクリーン印刷法やグラビア印刷法等によりフェライトグリーンシートの表面に塗布し、セラミックグリーンシートおよびフェライトグリーンシートと同時焼成されて形成される。
第1のフェライト層2および第2のフェライト層3より透磁率の低い第3のフェライト層5は、例えば電気的絶縁性の低透磁率材であるZn系フェライト及びCu−Zn系フェライトより選択した粉末を樹脂のバインダと混練してペーストを作り、得られた低透磁率材ペーストをスクリーン印刷法やグラビア印刷法等によりフェライトグリーンシートに平面スパイラルコイル4の上の略全面に塗布、もしくは例えば電気的絶縁性の低透磁率材であるZn系フェライト及びCu−Zn系フェライトよりなるグリーンシートをフェライトグリーンシートに平面スパイラルコイル4上に積層することにより、例えば非磁性フェライトシートおよびフェライトグリーンシートと同時焼成されて形成される。
第3のフェライト層5は、例えば図3に示すような形態で配置することが可能である。図3(a)および(c)のように少なくとも平面スパイラルコイル4の導体間を低透磁率の第3のフェライト層5で塞ぐことにより導体間に磁束が発生するのを抑制するように形成すれば効果的に磁束の漏洩を防止できる。例えば図3(a)の形態は第2のフェライト層3となるフェライトグリーンシート上に印刷法により形成した平面スパイラルコイル4をプレスによりフェライトグリーンシートに埋め込んだ後、コイル用導体間を塞ぐように低透磁率材ペーストを印刷することにより形成される。また、図3(c)の形態は例えば、第2のフェライト層3となるフェライトグリーンシート上に印刷法により形成した平面スパイラルコイル4のコイル用導体間を埋めるように低透磁率材ペーストを印刷すること
により形成される。また、コイル用導体間が狭く、コイル用導体間に合わせて低透磁率材ペーストを印刷することが困難な場合は、図3(b)、(f)のようにコイル用導体全体を覆うように低透磁率材ペーストを印刷することにより、第3のフェライト層5を平面スパイラルコイル4の導体間に配置するようにしても良い。この場合のコイル用導体上の第3のフェライト層5の厚みは導体間に磁束が発生するのを抑制する効果を発揮するためには厚い方が良いが、厚くしすぎると基板が厚くなり低背化ができなくなるのでコイル用導体と同程度であることが好ましい。コイル用導体の厚みによっては、第1のフェライト層2となるフェライトグリーンシートを積層した際にコイル用導体間に隙間ができてしまい、デラミネーションの発生起点となったり、焼成後にボイドとなったりすることを防止するためには、図3(b)、(c)、(e)、(f)のようにその上面がほぼ平坦となるように形成するのが好ましい。
により形成される。また、コイル用導体間が狭く、コイル用導体間に合わせて低透磁率材ペーストを印刷することが困難な場合は、図3(b)、(f)のようにコイル用導体全体を覆うように低透磁率材ペーストを印刷することにより、第3のフェライト層5を平面スパイラルコイル4の導体間に配置するようにしても良い。この場合のコイル用導体上の第3のフェライト層5の厚みは導体間に磁束が発生するのを抑制する効果を発揮するためには厚い方が良いが、厚くしすぎると基板が厚くなり低背化ができなくなるのでコイル用導体と同程度であることが好ましい。コイル用導体の厚みによっては、第1のフェライト層2となるフェライトグリーンシートを積層した際にコイル用導体間に隙間ができてしまい、デラミネーションの発生起点となったり、焼成後にボイドとなったりすることを防止するためには、図3(b)、(c)、(e)、(f)のようにその上面がほぼ平坦となるように形成するのが好ましい。
メタライズ配線層から成る平面スパイラルコイル4は厚み方向において対向するように配置されているとともに複数のコイル導体が電気的に並列接続されていることが好ましい。例えば、図2に示すように同形状の一対の導体パターンを絶縁層1の厚み方向に平面透視して重なるように形成されるとともに電気的に並列に接続されている場合は、並列に接続された同形状の一対のコイル導体の導体抵抗は同形状の一対のコイル導体それぞれの導体抵抗の半分になるため、電流を負荷した際に発生する熱を抑えることができ、より高い電流を流すことができ、出力電流の高いICを基板に搭載することが可能となり、コイル内蔵基板としての用途を広げることができる。並列接続されるコイル導体の数は多ければ多いほどコイル導体の抵抗を低減できるが、基板の厚みが大きくなるので、要求される基板の厚みに応じて適宜選択される。
また、複数のコイル導体の間隔が100μm以下であることが好ましい。これは100μmを超えると並列に接続された平面スパイラルコイル4のそれぞれの間に洩れ磁束が生じやすくなる傾向があるからである。並列に接続されたコイル用導体パターン間に生じる洩れ磁束を抑えることで、より大きな磁界が形成され、大きなインダクタンスを発生させることができる。
また、図2に示す並列に接続された平面スパイラルコイル4のパターン間に配置される、第1のフェライト層2および第2のフェライト層3より透磁率の低い第4のフェライト層6は、第3のフェライト層5と同様のものを用いることができ、例えば電気的絶縁性の低透磁率材であるZn系フェライト及びCu−Zn系フェライトより選択した粉末を樹脂のバインダと混練してペーストを作り、得られた低透磁率材ペーストをスクリーン印刷法やグラビア印刷法等によりフェライトグリーンシートにコイル用導体の上の略全面に塗布、もしくは例えば電気的絶縁性の低透磁率材であるZn系フェライト及びCu−Zn系フェライトよりなるグリーンシートをフェライトグリーンシートに平面スパイラルコイル4上に積層することにより、例えば非磁性フェライトシートおよびフェライトグリーンシートと同時焼成されて形成される。
また、第3のフェライト層5および第4のフェライト層6は図4に示す形態で配置することが可能であり、第4のフェライト層6は並列に接続された平面スパイラルコイル4のパターン間に生じる洩れ磁束を低減するため、並列に接続された平面スパイラルコイル4のパターン間に配置する。図3のように形成された平面スパイラルコイル4および第3のフェライト層5の上に重ねて同様にして形成すればよい。図3(b)および(f)のようにコイル用導体全体を覆うように第3のフェライト層5を形成したような場合は、第3のフェライト層5が第4のフェライト層6を兼ねることが可能であり、この場合はコイル用導体のみを形成するだけでもよい。また、並列に接続されるコイル用導体の上面も同様にその上面がほぼ平坦となるように形成するのが好ましい。図4(h)のように並列に接続されるコイル用導体の上面に全面に渡り低透磁率を形成する場合は、上記と同様にその厚
みはコイル用導体と同程度であることが好ましい。
みはコイル用導体と同程度であることが好ましい。
表1の重畳特性の評価欄において、◎◎は600mAでのインダクタンス値が規格2μHを満たすもの、◎は500mAでのインダクタンス値が規格2μHを満たすもの、○は300mAでのインダクタンス値が規格2μHを満たすもの、△は100mAでのインダクタンス値が規格2μHを満たすもの×は規格を全然満たさないものをあらわしている。一般的に携帯電話に使用されるコイルは300mA以上で2μH以上あれば、十分に機能する。
表1より、平面スパイラルコイルのコイル導体間に第1のフェライト層および第2のフェライト層より透磁率の小さい第3のフェライト層5が形成した実施例1が、比較例1の重畳特性と比べ、重畳特性が優れていることが確認された。
また、シールド層を配置した実施例2は、重畳特性が実施例1よりも高く、磁力線が外部により漏れにくくなるため、磁力線を安定させることができ、重畳特性が優れることが確認された。
また、シールド層がコイル用導体を完全に覆った実施例3は、重畳特性が実施例2よりも高く、より磁力線が外部により漏れにくくなるため、磁力線を安定させることができ、重畳特性が優れることが確認された。
また、平面スパイラルコイルを厚み方向において対向するように配置されているとともに並列接続された実施例4は実施例1に比べ導体抵抗が半分であり、同一形状の平面スパイラルコイルを2層並列に接続することにより導体の断面積が2倍になっていることが確認された。
また、平面スパイラルコイルの導体間に非磁性フェライトを配置した実施例5は重畳特性が実施例4よりも高く、平面スパイラルコイルの導体間に発生する洩れ磁束を抑制できていることが確認された。
また、平面スパイラルコイルの導体間の厚みが100μmである実施例5は重畳特性が実施例5よりも高く、平面スパイラルコイルの導体間を狭くすることで、平面スパイラルコイルの導体間に発生する洩れ磁束をより抑制できていることが確認された。
(実施例7)
実施例1で作製した非磁性フェライト仮焼粉末と体積固有抵抗が1×1011ΩmのSiO2−CaO−MgO系ガラス粉末を表2に示す調合組成比で混合し、混合粉末を作製した。その混合粉末100質量%に対し、ブチラール樹脂10質量%、高分子量のアルコールを希釈剤として45質量%添加し、ボールミル法により混合しスラリーとした。このスラリーを用いてドクターブレード法により厚さ100μmの非磁性フェライトグリーンシートを成型した。
実施例1で作製した非磁性フェライト仮焼粉末と体積固有抵抗が1×1011ΩmのSiO2−CaO−MgO系ガラス粉末を表2に示す調合組成比で混合し、混合粉末を作製した。その混合粉末100質量%に対し、ブチラール樹脂10質量%、高分子量のアルコールを希釈剤として45質量%添加し、ボールミル法により混合しスラリーとした。このスラリーを用いてドクターブレード法により厚さ100μmの非磁性フェライトグリーンシートを成型した。
この非磁性フェライトグリーンシート両面に実施例1で作製した配線導体用ペーストをスクリーン印刷法によって30mmの円形状で端部への引き出し線を設けたパターンを20μmの厚みで塗布し、70℃で30分乾燥して絶縁抵抗測定用導体パターンを形成した。
成型した非磁性フェライトグリーンシートと実施例1で作製したフェライトグリーンシートを積み重ねて、5MPaの圧力と50℃の温度で加熱圧着してグリーンシートの積層体を作製した。
次に、この積層体を、空気雰囲気中で500℃、3時間の条件で焼成し有機分を除去して、空気雰囲気中で900℃、1時間の条件で焼成し絶縁抵抗測定用の試験片を作製した。
図6は絶縁抵抗測定用の試験片の断面図を示す。ここで図1と同じ機能を有する箇所については同じ符号を用いている。
得られた本実施例7の試験片について、吸水率と絶縁抵抗を測定した。吸水率の測定は、初めに試験片の重量を測定し、その後試験片を水中に浸漬し、真空中に1時間放置し、その後の試験片の重量を測定し、水中浸漬前後の重量差を求めた。なお、重量測定には、SHIMADU製(AUX120)の電子天秤を使用した。その重量差を初期重量で割って百分率を求めることによって行なった。その結果を表1に示す。なお、表1において吸水率が0.1%以上の場合は吸水が発生したものとして×、0.1%未満の場合は吸水が発生しなかったものとして○で示している。体積固有抵抗の測定はDEGITAL SUPER MEGOHM METER「DSM−8103」(TOA社製)を用いて絶縁層間の抵抗値を測定し、絶縁層の形状より算出した。本実施例8の試験片について、吸水と体積固有抵抗を測定した結果を表2に示す。
表2より、絶縁基体の組成が本発明にて定める範囲内にあるものは、いずれも体積固有抵抗が1×1010Ωm以上で吸水がなく焼結性に優れたものであった。
(実施例8)
表3に示す調合組成比とした原料を各々250g秤量し、1Lの純水とともにジルコニア粉砕用ボールを使用した2Lのボールミルにて24時間調合後、原料粉を分別乾燥し、ジルコニアるつぼにて730℃の仮焼を行った。仮焼後、X線回折により所要の化合物が得られていることを確認し、ボールミルにて粉砕、乾燥後メッシュふるいにて分別して、仮焼粉の粒子径が0.5〜0.7μmとなるように整粒した。これに10質量%のPVA溶液を添加して、ライカイ機にて造粒し、造粒粉を金型にてプレス成型した後、大気中にて900℃、2時間の焼成を行い、外径16mm、内径8mm、厚さ2mmのトロイド形の焼結試験片を作成した。
表3に示す調合組成比とした原料を各々250g秤量し、1Lの純水とともにジルコニア粉砕用ボールを使用した2Lのボールミルにて24時間調合後、原料粉を分別乾燥し、ジルコニアるつぼにて730℃の仮焼を行った。仮焼後、X線回折により所要の化合物が得られていることを確認し、ボールミルにて粉砕、乾燥後メッシュふるいにて分別して、仮焼粉の粒子径が0.5〜0.7μmとなるように整粒した。これに10質量%のPVA溶液を添加して、ライカイ機にて造粒し、造粒粉を金型にてプレス成型した後、大気中にて900℃、2時間の焼成を行い、外径16mm、内径8mm、厚さ2mmのトロイド形の焼結試験片を作成した。
図7は焼結密度および透磁率の測定に用いたトロイド形の焼結試験片の断面図を示す。ここで図1と同じ機能を有する箇所については同じ符号を用いている。
試験片の密度は液中秤量法により測定し、透磁率の測定はインピーダンスアナライザー「HP−4291A」(ヒューレットパッカード社製)を用いて1.0MHz、10MHzにおける値を求めた。
表3に、焼結密度および透磁率の測定結果をあわせて示す。主成分の組成が本発明にて定める範囲内にあるものは、いずれも焼結密度および透磁率が優れていることが確認できた。
(実施例9)
実施例1と同様の方法で作製した非磁性フェライトシートに、実施例1と同様の表面配線導体用ペーストをスクリーン印刷法によって2mm四方のサイズで20μmの厚みに塗布し、70℃で30分乾燥してメタライズ強度測定用パターンを形成した。また、表面配線導体のインダクタンス及びシート抵抗を測定できるように、150μmの幅で20mmの長さの直線形状の独立パターンをスクリーン印刷によって形成しておいた。次に、非磁性フェライトグリーンシートを積み重ねて、5MPaの圧力と50℃の温度で加熱圧着してグリーンシートの積層体を作製した。次に、この積層体を、空気雰囲気中で500℃、3時間の条件で焼成し有機分を除去して、空気雰囲気中で900℃、1時間の条件で焼成
しメタライズ強度測定用基板、およびシート抵抗、インダクタンス測定用基板を作製した。
実施例1と同様の方法で作製した非磁性フェライトシートに、実施例1と同様の表面配線導体用ペーストをスクリーン印刷法によって2mm四方のサイズで20μmの厚みに塗布し、70℃で30分乾燥してメタライズ強度測定用パターンを形成した。また、表面配線導体のインダクタンス及びシート抵抗を測定できるように、150μmの幅で20mmの長さの直線形状の独立パターンをスクリーン印刷によって形成しておいた。次に、非磁性フェライトグリーンシートを積み重ねて、5MPaの圧力と50℃の温度で加熱圧着してグリーンシートの積層体を作製した。次に、この積層体を、空気雰囲気中で500℃、3時間の条件で焼成し有機分を除去して、空気雰囲気中で900℃、1時間の条件で焼成
しメタライズ強度測定用基板、およびシート抵抗、インダクタンス測定用基板を作製した。
(実施例10〜23)
表4に示すような原料組成とした表面配線導体用ペーストを用いた以外は実施例9と同様にしてメタライズ強度測定用基板、およびシート抵抗、インダクタンス測定用基板を作製した。
表4に示すような原料組成とした表面配線導体用ペーストを用いた以外は実施例9と同様にしてメタライズ強度測定用基板、およびシート抵抗、インダクタンス測定用基板を作製した。
(実施例24)
2価の金属酸化物としてNiOを添加した表面配線導体用ペーストを用いた以外は実施例9と同様にしてメタライズ強度およびシート抵抗測定用基板を作製した。
2価の金属酸化物としてNiOを添加した表面配線導体用ペーストを用いた以外は実施例9と同様にしてメタライズ強度およびシート抵抗測定用基板を作製した。
(実施例25)
メタライズ強度測定用パターンおよびシート抵抗、インダクタンス測定用の直線形状の独立パターンにおいて、パターン外周部を表4に示すような原料組成とした表面配線導体用ペーストを用いて、25umの幅で形成した以外は実施例9と同様にしてメタライズ強度測定用基板、およびシート抵抗、インダクタンス測定用基板を作製した。
メタライズ強度測定用パターンおよびシート抵抗、インダクタンス測定用の直線形状の独立パターンにおいて、パターン外周部を表4に示すような原料組成とした表面配線導体用ペーストを用いて、25umの幅で形成した以外は実施例9と同様にしてメタライズ強度測定用基板、およびシート抵抗、インダクタンス測定用基板を作製した。
次に、実施例9〜25の試料について、表面配線導体のメタライズ強度を測定した。メタライズ強度の測定は強度測定用パターン上に、直径2mm、高さ10mmのCu製のピンを共晶半田を用いて245℃の温度で接合し、引っ張り試験機(「MODEL−1310DW」AIKO ENGINEERING製)を用いて、引っ張り速度100mm/minでピンの引っ張りによる破壊強度を測定した。メタライズ強度を測定した結果を表4に示す。
また、実施例9〜25の試料について、インダクタンス測定用のパターン部分のインダクタンスをインピーダンスアナライザ(「4194A」Agilent Technologies製)を用いて0.5Vの印加電圧で測定した。測定周波数1MHzにおけるインダクタンスを測定した結果を表4に示す。
また、実施例9〜25の試料について、シート抵抗測定用のパターン部分の直流抵抗値、長さ、幅、厚みを測定して、厚さ15μmに換算したときのシート抵抗値(mΩ/□)を算出した。直流抵抗値の測定はデジタルマルチメータ(「R6871E」ADVANTEST製)を用いてシート抵抗測定用のパターン両端に測定端子を接触させて行った。長さ、幅の測定はメジャースコープ(「MM−22」Nikon製)を用いて測定を行った。厚みの測定は試料を断面方向に研磨し、マイクロスコープ(「VH−8000」KEYENCE製)を用いて断面方向よりシート抵抗測定用のパターン部分の厚みを測定した。この結果も、表4に記載した。
表4より、Agに2価の金属酸化物を添加した表面配線導体用ペーストいた実施例10〜25の試料のメタライズ強度が実施例9のメタライズ強度に比べ高くなっていることが確認された。この中でも、2価の金属酸化物の添加量(CuOまたはZnOの添加量、あるいはCuOの添加量およびZnOの添加量の和)が金属粉末であるAg粉末100質量部に対して5質量部以上である、実施例10〜17、20,21,23,24,25は25N以上とより高い強度を示した。
また、2価の金属酸化物の添加量が15質量部以下である実施例10〜19,22,24,25はシート抵抗が2.6mΩ/□未満と小さいものであった。15質量部を越えた実施例20、21、23の試料は、実使用上は問題のないレベルではあるが、シート抵抗が3.0mΩ/□を超えるものとなった。
また、2価の金属酸化物としてCuOまたはZnO、もしくは、CuOおよびZnOの和を添加した実施例10〜23及び実施例25は、インダクタンスが1.1nHと小さいものであった。これに対して2価の金属酸化物としてNiOを添加した実施例24の試料は、実使用上は問題のないレベルではあるが、インダクタンスが2.4nHと大きくなっていた。
また、2価の金属酸化物は表面に位置するメタライズ配線層の外周部のみに添加されている実施例25の試料はシート抵抗が2.03mΩ/□未満と小さいものであった。2価の金属酸化物はメタライズ配線層全体に添加されている実施例10〜12の試料は実使用上は問題のないレベルではあるが、シート抵抗が2.16mΩ/□を超えるものとなった。
以上より、Ag及び2価の金属酸化物の組成が本発明にて定める範囲内にあるものは、いずれもメタライズ強度、シート抵抗及び表面導体のインダクタンスが優れていることが確認できた。
1・・・絶縁層
2・・・第1のフェライト層
3・・・第2のフェライト層
4・・・平面スパイラルコイル
5・・・第3のフェライト層
6・・・第4のフェライト層
7・・・搭載用電極
8・・・電極パッド
9・・・シールド層
2・・・第1のフェライト層
3・・・第2のフェライト層
4・・・平面スパイラルコイル
5・・・第3のフェライト層
6・・・第4のフェライト層
7・・・搭載用電極
8・・・電極パッド
9・・・シールド層
Claims (4)
- 内部にコイルが埋設されているフェライト層を、各々が非磁性フェライト層により形成されている一対の絶縁層で挟持させて成り、
前記コイルのコイル導体間に非磁性フェライトからなる非磁性層が形成されており、
前記コイルの上面および下面が前記フェライト層で覆われていることを特徴とするコイル内蔵基板。 - 前記フェライト層と前記絶縁層との間に、前記コイルと対向する部分を有するように配置されたシールド層を備えていることを特徴とする請求項1記載のコイル内蔵基板。
- 前記コイルは、平面視して、その全面が前記シールド層と重なるように配置されていることを特徴とする請求項2記載のコイル内蔵基板。
- 請求項1に記載のコイル内蔵基板の上面に半導体チップまたはチップ部品を搭載したことを特徴とする電子装置。
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