JP2014192523A - パワーインダクタおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コイル電極パターンのアスペクト比を高めるとともに別のビア電極なしにコイル電極パターンの層間連結したパワーインダクタ及びその製造方法を提供する。
【解決手段】絶縁層１１０の両面に対向配置された上層及び下層コイル電極パターン１２０，１３０の層間連結構造を有するパワーインダクタであって、絶縁層を貫通する開口部１１１と、絶縁層の上面及び下面に形成され、開口部の周囲に巻線された形態の上層及び下層コイル電極パターンと、上層コイル電極パターンの最内側パターン１２０ａの表面及び下層コイル電極パターンの最内側パターン１３０ａの表面にメッキされた金属層１２１ａ，１３１ａと、を含み、上層コイル電極パターンの最内側パターンの表面にメッキされる金属層と、下層コイル電極パターンの最内側パターンの表面にメッキされる金属層とは、開口部の内壁に延長されて互いに連結される。
【選択図】図２

Description

本発明は、パワーインダクタおよびその製造方法に関し、より詳細には、パワーインダクタの内部に含まれたコイル電極パターンの層間連結構造に関する。

ＩＴ技術の発展につれて装置の小型化および薄膜化が加速化しつつあり、これに伴い小型および薄型の素子に対する市場の要求も増加している。これにより、表面実装素子（ＳＭＤ、Ｓｕｒｆａｃｅ Ｍｏｕｎｔｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）の一種であるパワーインダクタ（Ｐｏｗｅｒ Ｉｎｄｕｃｔｏｒ）に対しても薄膜型構造を有する製品が開発されている。

図１は通常の薄膜型パワーインダクタの断面図である。

図１を参照すれば、通常の薄膜型パワーインダクタ１は、コイル状のコイル電極パターン２を絶縁体３が包み、その周囲には金属‐ポリマー（ｐｏｌｙｍｅｒ）複合体４で充填されており、磁束の流れをスムーズにしている。

前記コイル電極パターン２は、外部電極５に連結されており、より具体的に、前記コイル電極パターン２は複数個が所定間隔おきに積層された構造を有しており、その層間連結はビア電極６を介して行われる。

特許文献１を参照して前記のような構造を有する従来のインダクタ素子の製造過程について説明すると、まず、絶縁層の上、下面にメッキされたコイル電極パターンの層間連結のためのビア電極を形成しなければならないが、このために、まず、絶縁層の所定位置にビアホールを加工する段階を行わなければならない。

次に、加工された開口部の内部を、充填メッキを施してビア電極を形成する段階を行う。ここで、充填メッキの前処理として、まず、開口部の内壁を含む前記絶縁層の表面にシード層（図示せず）の蒸着工程を行わなければならない。

このような過程を経てビア電極が完成されると、後工程を行ってコイル電極パターン、絶縁体、および金属‐ポリマー複合体などを順に形成してインダクタ素子を最終完成する。

このように従来のインダクタの製造方法では、コイル電極パターンをメッキする前にコイル電極パターンの層間連結のためのビア電極を必ず形成しなければならないため工程が複雑になり、これによる工程コストおよび工程時間が増加するしかなかった。

韓国公開特許第１９９９‐００６６１０８号公報

本発明は、コイル電極パターンのアスペクト比を高めるための工程過程中に上、下層のコイル電極パターンを自然に連結させることにより、コイル電極パターンのアスペクト比を高めるとともに別のビア電極がなくてもコイル電極パターンの層間連結がなされるパワーインダクタおよびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の一側面によれば、絶縁層の両面に対向配置された上層コイル電極パターンおよび下層コイル電極パターンの層間連結構造を有するパワーインダクタであって、前記絶縁層を貫通する開口部と、前記絶縁層の上面に形成され、前記開口部の周囲に巻線された形態の上層コイル電極パターンと、前記絶縁層の下面に形成され、前記開口部の周囲に巻線された形態の下層コイル電極パターンと、前記上層コイル電極パターンの最内側パターンの表面および前記下層コイル電極パターンの最内側パターンの表面にメッキされた金属層と、を含み、前記上層コイル電極パターンの最内側パターンの表面にメッキされる金属層と、前記下層コイル電極パターンの最内側パターンの表面にメッキされる金属層とは、前記開口部の内壁に延長されて互いに連結される、パワーインダクタが提供される。

前記上層コイル電極パターンの最内側パターンの表面にメッキされる金属層と、前記下層コイル電極パターンの最内側パターンの表面にメッキされる金属層とは一体に形成される、パワーインダクタが提供される。

前記最内側パターンは、前記最内側パターンの表面にメッキされる金属層が前記開口部の内壁に延長されてメッキされるように前記開口部の内壁から所定距離だけ離隔した位置に形成される、パワーインダクタが提供される。

前記最内側パターン以外のパターンの表面にメッキされた金属層をさらに含む、パワーインダクタが提供される。

前記最内側パターンの表面にメッキされた金属層と、前記最内側パターン以外のパターンの表面にメッキされた金属層とは、予め形成された前記コイル電極パターンを引込線とした電解メッキにより同時にメッキされる、パワーインダクタが提供される。

前記最内側パターンの表面にメッキされた金属層は等方性のメッキ工程により形成され、前記最内側パターン以外のパターンの表面にメッキされた金属層は異方性のメッキ工程により形成される、パワーインダクタが提供される。

一方、本発明の他の側面によれば、絶縁層の上面および下面にそれぞれ上層コイル電極パターンおよび下層コイル電極パターンをメッキする段階と、前記上、下層コイル電極パターンの中心部に前記絶縁層を貫通する開口部を加工する段階と、前記コイル電極パターンの表面に金属層をメッキする段階と、を含み、前記金属層をメッキする段階において、前記上層コイル電極パターンの最内側パターンの表面にメッキされる金属層と、前記下層コイル電極パターンの最内側パターンの表面にメッキされる金属層とが、前記開口部の内壁に延長されてメッキされることにより互いに連結される、パワーインダクタの製造方法が提供される。

前記金属層をメッキする段階は、前記コイル電極パターンを引込線として電解メッキすることにより行われる、パワーインダクタの製造方法が提供される。

前記電解メッキの際に、前記最内側パターンの表面に対しては等方性のメッキが行われ、前記最内側パターン以外のパターンの表面に対しては異方性のメッキが行われる、パワーインダクタの製造方法が提供される。

前記コイル電極パターンをメッキする段階は、サブトラクティブ（Ｓｕｂｔｒａｃｔｉｖｅ）工法、アディティブ（Ａｄｄｉｔｉｖｅ）工法、セミアディティブ（Ｓｅｍｉ‐Ａｄｄｉｔｉｖｅ）工法および修正されたセミアディティブ（Ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｓｅｍｉ‐Ａｄｄｉｔｉｖｅ）工法のうち何れか一つの工法を利用する、パワーインダクタの製造方法が提供される。

前記以外の他の側面、特徴、利点は、以下の図面、特許請求の範囲および発明の詳細な説明により明確になる。

本発明のパワーインダクタによれば、別のビア電極がなくてもコイル電極パターンの層間連結がなされることにより、ビア電極形成のための工程を行う必要がなく、工程の簡素化をはかることができるため工程コストおよび工程時間を低減することができる。

また、本発明によれば、コイル電極パターンの層間連結がコイル電極パターンのアスペクト比を高めるための工程過程中に自然になされることにより、前記効果とともに、コイル電極パターンのアスペクト比増加によるパワーインダクタ素子の直流抵抗特性（Ｒｄｃ）改善の効果を同時に奏することができる。

通常の薄膜型パワーインダクタの断面図である。 本発明に係るパワーインダクタ素子の層間連結構造を説明するためのパワーインダクタ素子の断面図である。 本発明のパワーインダクタの製造方法を順に示すための工程図である。 本発明のパワーインダクタの製造方法を順に示すための工程図である。 本発明のパワーインダクタの製造方法を順に示すための工程図である。

本発明の利点及び特徴、そしてそれらを果たす方法は、添付の図面とともに詳細に後述する実施形態を参照すると明確になるであろう。しかし、本発明は以下に開示される実施形態に限定されず、互いに異なる様々な形態に具現することができる。本実施形態は、本発明の開示を完全にするとともに、本発明が属する技術分野において通常の知識を有した者に発明の範疇を完全に伝達するために提供されることができる。

本明細書で用いられる用語は、実施形態を説明するためのものであり、本発明を限定しようとするものではない。本明細書において、単数型は文章で特に言及しない限り複数型も含む。明細書で用いられる「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」及び／又は「含んでいる（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は言及された構成要素、段階、動作及び／又は素子は一つ以上の他の構成要素、段階、動作及び／又は素子の存在又は追加を排除しない。

図２は本発明に係るパワーインダクタ素子の層間連結構造を説明するためのパワーインダクタ素子の断面図である。参考までに、図面の構成要素は必ずしも縮尺によって図示されず、例えば、本発明の理解を容易にするために図面の一部の構成要素の大きさが他の構成要素より誇張されることがある。

図２を参照すれば、本発明のパワーインダクタ素子は、基本的に、絶縁層１１０と、前記絶縁層１１０の上面および下面にそれぞれ形成された上層コイル電極パターン１２０および下層コイル電極パターン１３０と、を含む。

前記絶縁層１１０は、前記上、下層コイル電極パターン１２０、１３０を支持し絶縁する手段であり、プリプレグ（ｐｒｅｐｒｅｇ）、ポリイミド（Ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ、Ｐｏｌｙｅｔｈｙｅｌｅｎｅｔｅｒｅｐｔｈａｌａｔｅ）、シアン酸エステル（Ｃｙａｎｉｄｅ Ｅｓｔｅｒ）、ＡＢＦ（Ａｊｉｎｏｍｏｔｏ Ｂｕｉｌｄ ｕｐ Ｆｉｌｍ）またはエポキシ（ｅｐｏｘｙ）などの電気伝導率が小さく、電流をほとんど通さない様々な物質からなってもよい。

前記上、下層コイル電極パターン１２０、１３０は、前記絶縁層１１０の表面にコイル状にメッキされた電極であり、前記上層コイル電極パターン１２０と前記下層コイル電極パターン１３０は、前記絶縁層１１０の両面に互いに対向して配置されてもよく、その材質としては、伝導性に優れた銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、鉄（Ｆｅ）、チタン（Ｔｉ）、スズ（Ｓｎ）、ニッケル（Ｎｉ）またはモリブデン（Ｍｏ）などの金属物質が挙げられる。

前記絶縁層１１０の所定位置には開口部１１１が形成されている。本発明は、従来のようにビア電極によって上、下層のコイル電極パターンが連結される構造ではないため、前記開口部１１１はビア電極形成のためのビアホールではない。そのため、前記開口部１１１は、前記絶縁層１１０において前記上、下層コイル電極パターン１２０、１３０の先端に整合する位置に形成される必要がない。

すなわち、前記開口部１１１は、その内部に前記絶縁層１１０および上、下層コイル電極パターン１２０、１３０を包む金属‐ポリマー複合体（図示せず）が充填形成される空間であり、前記上、下層コイル電極パターン１２０、１３０が前記開口部１１１を中心に巻回されるように前記絶縁層１１０の中心部に形成されてもよい。

したがって、後述する「上層コイル電極パターン１２０の最内側パターン１２０ａ」という用語は、前記上層コイル電極パターン１２０のうち前記開口部１１１に最も近い位置に形成されたパターンを示すものと理解することができる。同様に、後述する「下層コイル電極パターン１３０の最内側パターン１３０ａ」という用語は、前記下層コイル電極パターン１３０のうち前記開口部１１１に最も近い位置に形成されたパターンを意味するものと理解することができる。

前記最内側パターン１２０ａ、１３０ａの表面には金属層１２１ａ、１３１ａがメッキされており、上層の最内側パターン１２０ａの表面にメッキされる金属層１２１ａと、前記最内側パターン１３０ａの表面にメッキされる金属層１３１ａとは、前記開口部１１１の内壁に延長されてメッキされることにより互いに連結されている。したがって、前記金属層１２１ａと前記金属層１３１ａは一体に形成されることができ、その結果、上層コイル電極パターン１２０と下層コイル電極パターン１３０は電気的に連結される。

すなわち、本発明のパワーインダクタ素子は、従来のようにビア電極を介して上、下層のコイル電極パターンが連結される構造を有することなく、前記開口部１１１に最も近い最内側パターン１２０ａ、１３０ａの表面にメッキされた金属層１２１ａ、１３１ａを用いて層間連結がなされる。

ここで、前記金属層は、前記最内側パターン１２０ａ、１３０ａだけでなく残りのパターン１２０ｂ、１３０ｂの表面にメッキされてもよく、前記最内側パターン１２０ａ、１３０ａの表面にメッキされる金属層１２１ａ、１３１ａと、前記パターン１２０ｂ、１３０ｂの表面にメッキされる金属層１２１ｂ、１３１ｂとは、予め形成された前記上、下層コイル電極パターン１２０、１３０を引込線とした電解メッキにより、前記上、下層コイル電極パターン１２０、１３０の全パターンに、まとめて同時にメッキされてもよい。

この際、前記電解メッキの際に、前記最内側パターン１２０ａ、１３０ａの内側方向、すなわち前記開口部１１１が位置する方向にはメッキ進行を妨害する構造物が存在せず、等方性のメッキが行われる。すなわち、高さ方向だけでなく幅方向にもメッキが行われ、これによって前記最内側パターン１２０ａの表面にメッキされる金属層１２１ａと、前記最内側パターン１３０ａの表面にメッキされる金属層１３１ａとは、前記開口部１１１の内壁に延長されてメッキされることにより互いに連結される。

また、前記最内側パターン１２０ａ、１３０ａ以外のパターン１２０ｂ、１３０ｂでは両側のパターン構造物によって幅方向へのメッキ進行が妨害を受ける異方性のメッキが行われる。その結果、前記パターン１２０ｂ、１３０ｂの表面にメッキされる金属層１２１ｂ、１３１ｂは、主に高さ方向にメッキが行われてパターンのアスペクト比（メッキの高さ／メッキの幅）が所定値以上に増加し、これによってパワーインダクタ素子の直流抵抗特性（Ｒｄｃ）が向上しうる。

このように、本発明のパワーインダクタ素子は、コイル電極パターンのアスペクト比を高めるための工程、すなわち予め形成されたコイル電極パターンを引込線とした電解メッキ過程でコイル電極パターンの最内側パターンの表面にメッキされる金属層により、上、下層コイル電極パターンが互いに連結される構造を有する。

一方、前記最内側パターン１２０ａ、１３０ａは、最内側パターン１２０ａ、１３０ａの表面にメッキされる金属層１２１ａ、１３１ａが前記開口部１１１の内壁に延長されてメッキされるように前記開口部１１１の内壁から所定距離だけ離隔した位置に形成されなければならない。

前記最内側パターン１２０ａ、１３０ａと前記開口部１１１の内壁との間の間隔ｄがしきい値以上になれば、前記最内側パターン１２０ａ、１３０ａの表面にメッキされる金属層１２１ａ、１３１ａが前記開口部１１１の内壁まで至らず延長メッキされないか、延長メッキされても過メッキされ、パターン間のショート（Ｓｈｏｒｔ）現象が生じうる。

そのため、前記最内側パターン１２０ａ、１３０ａと前記開口部１１１の内壁との間に間隔がないように前記最内側パターン１２０ａ、１３０ａの側面と前記開口部１１１の内壁面が一致するように形成することが最も好ましい。しかし、工程においてこのような構造の製造は困難なだけでなく、パターンが崩れる恐れがあるため、前記最内側パターン１２０ａ、１３０ａと前記開口部１１１の内壁との間の間隔ｄは、パターン間の間隔、メッキされる金属層１２１、１３１のメッキ量などを考慮し、多数の実験を経て統計的に決定することが好ましい。

以下、本発明のパワーインダクタの製造方法について説明する。

図３から図５は本発明のパワーインダクタの製造方法を順に示す工程図であり、まず、図３のように前記絶縁層１１０の上面および下面に上層コイル電極パターン１２０および下層コイル電極パターン１３０をメッキする段階を行う。

前記上、下層コイル電極パターン１２０、１３０のメッキは、サブトラクティブ（Ｓｕｂｔｒａｃｔｉｖｅ）工法、アディティブ（Ａｄｄｉｔｉｖｅ）工法、セミアディティブ（Ｓｅｍｉ‐Ａｄｄｉｔｉｖｅ）工法および修正されたセミアディティブ（Ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｓｅｍｉ‐Ａｄｄｉｔｉｖｅ）工法のうち何れか一つの工法を利用してもよい。したがって、図面においては示されていないが、メッキ工法によって電解メッキの前処理のためのシード層が前記上、下層コイル電極パターン１２０、１３０の下部に存在してもよい。

次に、図４のように、前記上、下層コイル電極パターン１２０、１３０の中心部に前記絶縁層１１０を貫通する開口部１１１を加工する段階を行う。

前記開口部１１１はレーザを用いて形成することができ、前記レーザとしては、ＣＯ_２レーザ、エキシマ（ｅｘｃｉｍｅｒ）レーザまたはＹＡＧレーザなどが挙げられるが、特にこれに限定されない。また、前記開口部１１１の形成後にはレーザの照射によって生じたスミア（ｓｍｅａｒ）を除去するためのデスミア（ｄｅｓｍｅａｒ）処理を行ってもよい。

前記開口部１１１を加工する際に、前記開口部１１１に最も近い前記上、下層コイル電極パターン１２０、１３０の最内側パターン１２０ａ、１３０ａが前記開口部１１１の内壁から所定距離だけ離隔した位置に配置されるように前記開口部１１１を加工することが重要である。前記最内側パターン１２０ａ、１３０ａと前記開口部１１１の内壁との間の間隔ｄがしきい値以上になれば、後段階で前記最内側パターン１２０ａ、１３０ａの表面にメッキされる金属層１２１ａ、１３１ａが前記開口部１１１の内壁に延長されてメッキされることができないためである。

前記最内側パターン１２０ａ、１３０ａと前記開口部１１１の内壁との間の間隔ｄは、パターン間の間隔、メッキされる金属層１２１、１３１のメッキ量などを考慮し、多数の実験を経て統計的に決定されることができる。

前記開口部１１１が加工されると、最後に、図５のように前記上、下層コイル電極パターン１２０、１３０の表面に金属層１２１、１３１をメッキする段階を行うことで前記上、下層コイル電極パターン１２０、１３０が電気的に連結された本発明のパワーインダクタ素子を最終完成することができる。

前記金属層１２１、１３１は、前記上、下層コイル電極パターン１２０、１３０を引込線として電解メッキを行うことで形成されることができる。この際、前記電解メッキの際に前記最内側パターン１２０ａ、１３０ａの内側方向、すなわち、前記開口部１１１が位置する方向にはメッキ進行を妨害する構造物が存在しないため等方性のメッキが行われる。

その結果、前記最内側パターン１２０ａの表面にメッキされる金属層１２１ａと、前記最内側パターン１３０ａの表面にメッキされる金属層１３１ａとは、前記開口部１１１の内壁に延長されてメッキされることにより互いに連結され、これによって前記上、下層のコイル電極パターン１２０、１３０が電気的に連結される。

また、前記最内側パターン１２０ａ、１３０ａ以外の残りのパターン１２０ｂ、１３０ｂの表面にメッキされる金属層１２１ｂ、１３１ｂは、両側のパターン構造物によって幅方向へのメッキ進行が妨害を受け、高さ方向にのみメッキ（すなわち、異方性のメッキ）が行われてパターンのアスペクト比（メッキ高さ／メッキ幅）が高くなる。

このように、本発明のパワーインダクタ素子の製造方法は、パターンのアスペクト比を高めるための工程、すなわち予め形成された上、下層コイル電極パターン１２０、１３０を引込線とした電解メッキの際に最内側パターン１２０ａ、１３０ａの表面に等方性のメッキが行われる金属層１２１ａ、１３１ａを用いて前記上、下層コイル電極パターン１２０、１３０を自然に連結する。これにより、従来のようにビア電極製造のための複雑な工程を行う必要がなく、工程収率を大きく改善するとともに、パターンのアスペクト比を高めることでパワーインダクタ素子の直流抵抗特性（Ｒｄｃ）を向上させることができる。

以上の詳細な説明は本発明を例示するものである。また、上述の内容は本発明の好ましい実施形態を示して説明するものに過ぎず、本発明は多様な他の組合、変更及び環境で用いることができる。即ち、本明細書に開示された発明の概念の範囲、述べた開示内容と均等な範囲及び／または当業界の技術または知識の範囲内で変更または修正が可能である。上述の実施例は本発明を実施するにおいて最善の状態を説明するためのものであり、本発明のような他の発明を用いるにおいて当業界に公知された他の状態での実施、そして発明の具体的な適用分野及び用途で要求される多様な変更も可能である。従って、以上の発明の詳細な説明は開示された実施状態に本発明を制限しようとする意図ではない。また、添付された特許請求の範囲は他の実施状態も含むと解釈されるべきであろう。

１１０ 絶縁層
１２０、１３０ コイル電極パターン
１２１、１３１ 金属層

Claims (10)

1. 絶縁層の両面に対向配置された上層コイル電極パターンおよび下層コイル電極パターンの層間連結構造を有するパワーインダクタであって、
   前記絶縁層を貫通する開口部と、
   前記絶縁層の上面に形成され、前記開口部の周囲に巻線された形態の上層コイル電極パターンと、
   前記絶縁層の下面に形成され、前記開口部の周囲に巻線された形態の下層コイル電極パターンと、
   前記上層コイル電極パターンの最内側パターンの表面および前記下層コイル電極パターンの最内側パターンの表面にメッキされた金属層と、を含み、
   前記上層コイル電極パターンの最内側パターンの表面にメッキされる金属層と、前記下層コイル電極パターンの最内側パターンの表面にメッキされる金属層とは、前記開口部の内壁に延長されて互いに連結される、パワーインダクタ。
2. 前記上層コイル電極パターンの最内側パターンの表面にメッキされる金属層と、前記下層コイル電極パターンの最内側パターンの表面にメッキされる金属層とは一体に形成される、請求項１に記載のパワーインダクタ。
3. 前記最内側パターンは、前記最内側パターンの表面にメッキされる金属層が前記開口部の内壁に延長されてメッキされるように前記開口部の内壁から所定距離だけ離隔した位置に形成される、請求項１に記載のパワーインダクタ。
4. 前記最内側パターン以外のパターンの表面にメッキされた金属層をさらに含む、請求項１に記載のパワーインダクタ。
5. 前記最内側パターンの表面にメッキされた金属層と、前記最内側パターン以外のパターンの表面にメッキされた金属層とは、予め形成された前記コイル電極パターンを引込線とした電解メッキにより同時にメッキされる、請求項４に記載のパワーインダクタ。
6. 前記最内側パターンの表面にメッキされた金属層は等方性のメッキ工程により形成され、前記最内側パターン以外のパターンの表面にメッキされた金属層は異方性のメッキ工程により形成される、請求項４に記載のパワーインダクタ。
7. 絶縁層の上面および下面にそれぞれ上層コイル電極パターンおよび下層コイル電極パターンをメッキする段階と、
   前記上層コイル電極パターンおよび前記下層コイル電極パターンの中心部に前記絶縁層を貫通する開口部を加工する段階と、
   前記上層コイル電極パターンおよび前記下層コイル電極パターンの表面に金属層をメッキする段階と、を含み、
   前記金属層をメッキする段階において、前記上層コイル電極パターンの最内側パターンの表面にメッキされる金属層と、前記下層コイル電極パターンの最内側パターンの表面にメッキされる金属層とが、前記開口部の内壁に延長されてメッキされることにより互いに連結される、パワーインダクタの製造方法。
8. 前記金属層をメッキする段階は、前記コイル電極パターンを引込線として電解メッキすることにより行われる、請求項７に記載のパワーインダクタの製造方法。
9. 前記電解メッキの際に、前記最内側パターンの表面に対しては等方性のメッキが行われ、前記最内側パターン以外のパターンの表面に対しては異方性のメッキが行われる、請求項８に記載のパワーインダクタの製造方法。
10. 前記コイル電極パターンをメッキする段階は、サブトラクティブ工法、アディティブ工法、セミアディティブ工法および修正されたセミアディティブ工法のうち何れか一つの工法を利用する、請求項７に記載のパワーインダクタの製造方法。

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