JP2016136556A - インダクタ部品及びプリント配線板 - Google Patents

Abstract

【課題】 体積に対して高いインダクタンスを備えるインダクタ部品を提供する。
【解決手段】 インダクタ部品は、開口３４内に磁性体３８Ｍが充填されるのに加え、第１コイル３０Ｆ上に第１面側の磁性体３８Ｆが形成され、第２コイル３０Ｓ上に第２面側の磁性体３８Ｓが形成される。このため、体積に対して高いインダクタンスを備えると共に、良好なＱ値を得ることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、プリント配線板内蔵用のインダクタ部品、及び、該インダクタ部品を内蔵するプリント配線板に関する。

特許文献１は、プリント配線板に内蔵するために、プリント配線板と同様に樹脂絶縁層と導体層（コイル）を積層して形成されるインダクタ部品を開示している。インダクタ部品は、４ターン（層）のコイル（導体層）と、該コイルを絶縁する３層の樹脂絶縁層とから成り、４ターンのコイルの内側に貫通孔が形成され、該貫通孔内に磁性体が充填されている。

特開２０１４−７３３９号公報

特許文献１では、４ターンのコイルの内側に形成された貫通孔内に磁性体が充填され、インダクタンスが高められているが、更に小型で高いインダクタンスと、良好なＱ値が得られるインダクタ部品が求められている。

本発明の目的は、体積に対して高いインダクタンスを備えるインダクタ部品を提供することである。

本発明に係るインダクタ部品は、第１面と該第１面と反対側の第２面とを有し、開口を備える樹脂絶縁層と、前記樹脂絶縁層の第１面上であって、前記開口の周囲に配置された第１コイルと、前記樹脂絶縁層の第２面上であって、前記開口の周囲に配置された第２コイルと、前記樹脂絶縁層を貫通し前記第１コイルと前記第２コイルを接続するビア導体と、前記開口内に充填された磁性体と、前記第１コイル上に形成された磁性体と、前記第２コイル上に形成された磁性体と、を備える。

本発明のインダクタ部品は、特許文献と同様に第１コイル、第２コイルとの内側の貫通孔内に磁性体が充填されるのに加え、第１コイル上に磁性体が形成され、第２コイル上に磁性体が形成される。このため、体積に対して高いインダクタンスを備えると共に、良好なＱ値を得ることができる。

図１（Ａ）は実施形態のインダクタのコイルの構成を示す斜視図であり、図１（Ｂ）はインダクタの平面図である。 図２（Ａ）は、図１（Ｂ）のａ１−ａ１断面図であり、図２（Ｂ）は、図１（Ｂ）のｂ１−ｂ１断面図であり、図２（Ｃ）はインダクタ部品の平面図である。 実施形態のインダクタ部品を内蔵するプリント配線板の断面図。 実施形態のインダクタ部品の製造工程図。 実施形態のインダクタ部品の製造工程図。

図１（Ａ）は実施形態のインダクタ１０のコイルの構成を示す斜視図である。インダクタ１０は、第１コイル３０Ｆと第２コイル３０Ｓとの２枚のコイル３０から成る。第１コイル３０Ｆと第２コイル３０Ｓは１．８ターンとなるように配置されている。第１コイル３０Ｆと第２コイル３０Ｓとは接続ビア導体２０ａを介して接続されている。第１コイル３０Ｆの接続ビア導体との反対側の端には、配線３１Ｆが形成され、該配線３１Ｆの端に第１外部端子４６Ｆを形成するビア導体４４Ｆが形成されている。第２コイル３０Ｓの接続ビア導体との反対側の端には、配線３１Ｓが形成され、該配線３１Ｓの端にビア導体２０ｂが接続され、該ビア導体２０ｂ上に第２外部端子４６Ｓを形成するビア導体４４Ｓが形成されている。第１外部端子４６Ｆは、配線３１Ｆを介して第１コイルの側方へ引き出されている。第２外部端子４６Ｓは、配線３１Ｓを介して第２コイルの側方へ引き出されている。第１コイル３０Ｆ上には第１面側の磁性体３８Ｆが配置されている。第２コイル３０Ｓ上には第２面側の磁性体３８Ｓが配置されている。

図１（Ｂ）はインダクタ１０の平面図である。図２（Ｃ）は、インダクタ部品１００の構成を示す平面図である。インダクタ部品１００は、８個のインダクタ１０から成る。

図２（Ａ）は、図１（Ｂ）のａ１−ａ１断面図であり、図２（Ｂ）は、図１（Ｂ）のｂ１−ｂ１断面図である。
インダクタ部品は、第１面Ｆと第１面の反対側の第２面Ｓとを備える樹脂絶縁層１２を有する。第１コイル３０Ｆ、配線３１Ｆは樹脂絶縁層１２の第１面Ｆに形成されている。第２コイル３０Ｓ、配線３１Ｓは樹脂絶縁層１２の第２面Ｓに形成されている。樹脂絶縁層１２には開口３４が形成され、開口３４内には磁性体３８Ｍが充填されている。開口３４内の磁性体３８Ｍと、第１コイル３０Ｆ上の第１面側の磁性体３８Ｆと、第２コイル３０Ｓ上の第２面側の磁性体３８Ｓとは、一体に形成された磁性体３８の一部である。第１コイル３０Ｆ及び配線３１Ｆ上、第２コイル３０Ｓ及び配線３１Ｓ上には絶縁膜３２が形成されている。第１コイル３０Ｆは第１面側の磁性体３８Ｆに絶縁膜３２を介して接触している。第２コイル３０Ｓは第２面側の磁性体３８Ｓに絶縁膜３２を介して接触している。

第１コイルと第２コイルとを接続する接続ビア導体２０ａは、樹脂絶縁層１２に形成された貫通孔１６ａに形成されている。第２コイル３０Ｓから伸ばされた配線３１Ｓに接続するビア導体２０ｂは、樹脂絶縁層１２に形成された貫通孔１６ｂに形成されている。

第１面側の磁性体３８Ｆの設けられていない樹脂絶縁層１２の第１面Ｆ上には、第１カバー層３６Ｆが形成されている。第１面側の磁性体３８Ｆ、第１カバー層３６Ｆ上にはソルダーレジスト層４０Ｆが形成されている。ソルダーレジスト層４０Ｆの開口４２及び第１カバー層３６Ｆの開口４１Ｆに、第１外部端子４６Ｆを形成するビア導体４４Ｆが形成され、ソルダーレジスト層４０Ｆの開口４２及び第１カバー層３６Ｆの開口４１Ｓに、第２外部端子４６Ｓを形成するビア導体４４Ｓが形成されている。第２面側の磁性体３８Ｓの設けられていない樹脂絶縁層１２の第２面Ｓ上には、第２カバー層３６Ｓが形成されている。第２面側の磁性体３８Ｓ、第２カバー層３６Ｓ上にはソルダーレジスト層４０Ｓが形成されている。

図１（Ｂ）中に示されるように、樹脂絶縁層の開口３４、即ち、開口内の磁性体３８Ｍの外径Ｗ１は、０．３mm、第１コイル３０Ｆ、第２コイル３０Ｓの内径Ｗ２は０．４mm、外径Ｗ３は０．６mmである。

図２（Ｂ）中に示されるように、樹脂絶縁層１２の厚みａは５０μｍである。第１コイル３０Ｆの厚みｂｆ、第２コイル３０Ｓの厚みｂｓは２５μｍである。絶縁膜３２の厚みｃｆ、ｃｓは５μｍである。第１カバー層３６Ｆの絶縁厚み（絶縁膜３２の表面からソルダーレジスト層４０Ｆまでの絶縁距離）ｄｆ、第２カバー層３６Ｓの絶縁厚みｄｓは４５μｍである。ソルダーレジスト層４０Ｆの厚みｅｆ、ソルダーレジスト層４０Ｓの厚みｅｓは、１５μｍである。インダクタ１０の全体の厚みＴは、２３０μｍである。

第１コイル３０Ｆと第２コイル３０Ｓとを合わせた厚み（ｂｆ＋ｂｓ）は５０μｍであって、第１コイルと第２コイルとを合わせた厚みに対する、樹脂絶縁層１２の厚みａが６８．９％になっている。インダクタ部品全体の厚みを薄くし、インダクタ部品の体積に対するインダクタンス値を高めることができる。

インダクタ部品１００の全体積に占める磁性体３８の体積が４０％以上９５％以下であることが望ましい。４０％未満ではインダクタンス値を高めることはできない。９５％超になると、インダクタンス値が高まらないが、インダクタ部品の厚みが厚くなり、インダクタ部品の体積に対するインダクタンス値が低下する。

[比較例]
特許文献１の構成で更にコイルのターン数を６にした比較例をシミュレーションした結果、比較例のインダクタ部品では、面積０．６４mm2, 厚み０．７０mm、インダクタンス値が２．５ｎＨ、Ｌ密度が３．９１、Ｑ値が３０．０であった。

これに対して、実施形態のインダクタをシミュレーションした結果、実施形態のインダクタでは、面積０．３８mm2, 厚み０．２４mm、インダクタンス値が３．６３ｎＨ、Ｌ密度が９．５５、Ｑ値が３０．２であった。実施形態のインダクタは、比較例に対してＬ密度が倍以上になると共にインダクタンスが向上し、Ｑ値も若干の改善が見られた。

実施形態のインダクタ部品は、特許文献と同様に第１コイル３０Ｆ、第２コイル３０Ｓの内側の開口３４内に磁性体３８Ｍが充填されるのに加え、第１コイル３０Ｆ上に第１面側の磁性体３８Ｆが形成され、第２コイル３０Ｓ上に第２面側の磁性体３８Ｓが形成される。このため、体積に対して高いインダクタンスを備えると共に、良好なＱ値を得ることができると考えられる。

[製造方法]
図４、図５に実施形態のインダクタ部品の製造方法が示される。
樹脂絶縁層１２の両面に銅箔１４が積層された銅張積層板１２ｚが用意される（図４（Ａ））。樹脂絶縁層１２は、第１面Ｆと、該第１面と反対側の第２面Ｓとを備える。銅張積層板の代わりに、銅箔が積層されたポリイミド基板を用いることもできる。銅箔と樹脂絶縁層と貫通するビア用の貫通孔１６ａ、１６ｂがレーザで形成される（図４（Ｂ））。貫通孔１６ａ、１６ｂ内に、無電解めっき、電解めっきからなるめっき銅１８が形成され、貫通孔１６ａ内に接続ビア導体２０ａが、貫通孔１６ｂ内にビア導体２０ｂが形成される（図４（Ｃ））。パターニングにより、樹脂絶縁層の第１面Ｆ側の銅箔から第１コイル３０Ｆ及び配線３１Ｆが形成され、樹脂絶縁層の第２面Ｓ側の銅箔から第２コイル３０Ｓ及び配線３１Ｓが形成される（図４（Ｄ））。第１コイル３０Ｆ及び配線３１Ｆ、第２コイル３０Ｓ及び配線３１Ｓの表面に厚み５μｍの絶縁コーティングが施され、絶縁膜３２が形成される（図４（Ｅ））。これにより、絶縁信頼性が向上し、コイルと磁性体との距離が適切に保たれることでＱ値が改善される。絶縁膜にはパレリンを用いることができる。第１コイル、第２コイルの中央位置の樹脂絶縁層１２にレーザで直径０．３mmの開口３４が形成される（図４（Ｆ））。

樹脂絶縁層１２の第１面Ｆ側に磁性体充填用の開口３６Ｆａを備えるポリイミドカバー層が積層され、第２面Ｓ側に磁性体充填用の開口３６Ｓａを備えるポリイミドカバー層が積層され、硬化され第１カバー層３６Ｆ、第２カバー層３６Ｓが形成される（図５（Ａ））。樹脂絶縁層の開口３４内、及び、第１カバー層３６Ｆの開口３６Ｆａ、第２カバー層３６Ｓの開口３６Ｓａ内に磁性体３８が充填され、熱硬化される。開口３４内に充填された磁性体が磁性体３８Ｍを構成し、開口３６Ｆａ内に充填された磁性体が第１面側の磁性体３８Ｆを構成し、開口３６Ｓａ内に充填された磁性体が第２面側の磁性体３８Ｓを構成する。磁性体は、鉄-ニッケル合金、鉄合金、アモルファス合金等の磁性体粒子を含む樹脂から成る。磁性体粒子の量は３０〜６０vol％である。レジスト層の密着性を高めるため、磁性体３８の表面が研磨される（図５（Ｃ））。

第１カバー層３６Ｆ上、及び、第１面側の磁性体３８Ｆ上に開口４２を備えるソルダーレジスト層４０Ｆが形成され、第２カバー層３６Ｓ上、及び、第Ｓ面側の磁性体３８Ｓ上にソルダーレジスト層４０Ｓが形成される（図５（Ｄ））。ソルダーレジスト層４０Ｆの開口４２内であって、第１カバー層３６Ｆに配線３１Ｆに至るビア導体用の開口４１Ｆと、ビア導体２０ｂに至るビア導体用の開口４１Ｓが形成される。無電解めっき、電解めっきからなるめっき銅４８が形成され、開口４２内及び開口４１Ｆに第１外部端子４６Ｆを形成するビア導体４４Ｆが形成され、開口４２内及び開口４１Ｓに第２外部端子４６Ｓを形成するビア導体４４Ｓが形成され、インダクタ部品が完成する（図２（Ａ））。

実施形態のインダクタ部品を内蔵するプリント配線板１１０の断面が図３に示される。図３（Ａ）はインダクタ部品１００を内蔵するプリント配線板上にＩＣチップ１９０が実装される例を、図３（Ｂ）はプリント配線板１１０がインダクタ部品を内蔵するマザーボード２１０に搭載される例を示す。プリント配線板１１０は、主面（ＦＦ）とその主面と反対側の副面（ＳＳ）とを有するコア基材８０を有している。コア基材８０はキャビティ（開口部）８４を有している。本実施形態では、キャビティ８４はコア基材８０を貫通している。キャビティ８４の内部には、インダクタ部品１００が収容されている。キャビティ８４の側壁とインダクタ部品１００との隙間には樹脂５０が充填されている。これにより、インダクタ部品１００がキャビティ８４の内部において固定されている。

コア基材８０の主面ＦＦ上には導体パターン８８Ａが、副面ＳＳ上には導体パターン８８Ｂが形成されている。コア基材８０は、複数の貫通孔８２を有しており、貫通孔８２の内部には、導体パターン８８Ａ、８８Ｂを接続するスルーホール導体８６が形成されている。スルーホール導体８６は、貫通孔８２内をめっきで充填することにより形成される。

コア基材８０の主面ＦＦとインダクタ部品１００上に第１のビルドアップ層５５Ｆが形成されている。第１のビルドアップ層５５Ｆは、コア基材８０の主面ＦＦとインダクタ部品１００上に形成されている絶縁層５０Ａと、その絶縁層５０Ａ上の導体パターン５８Ａと、絶縁層５０Ａの内部に設けられ導体パターン５８Ａと導体パターン８８Ａとを接続するビア導体６０Ａとを有する。絶縁層５０Ａの内部には、さらに導体パターン５８Ａと後述するインダクタ部品１００の外部端子とを接続するビア導体６０Ａａが設けられている。第１のビルドアップ層は、さらに絶縁層５０Ａ上及び導体パターン５８Ａ上に設けられている絶縁層５０Ｃと、絶縁層５０Ｃ上の導体パターン５８Ｃと、絶縁層５０Ｃの内部に設けられ導体パターン５８Ａと導体パターン５８Ｃとを接続するビア導体６０Ｃとを有する。

コア基材８０の副面ＳＳ上とインダクタ部品１００上とには、第２のビルドアップ層５５Ｓが形成されている。第２のビルドアップ層５５Ｓは、上述した第１のビルドアップ層に対してビア導体６０Ａａが省略されている。すなわち、この第２のビルドアップ層の構成は、ビア導体６０Ａａの構成以外は第１のビルドアップ層と同様であるので、説明は省略する。

第１のビルドアップ層上と第２のビルドアップ層上とには、開口７１を有するソルダーレジスト層７０が形成されている。ソルダーレジスト層７０の開口により露出している導体パターン５８Ｃ、５８Ｄは、後述する半田バンプが形成されるパッドとして機能する。パッド上には、Ｎｉ／Ａｕ又はＮｉ／Ｐｄ／Ａｕなどの金属膜７２が形成され、その金属膜上に半田バンプ７６Ｕ、７６Ｄが形成されている。第１のビルドアップ層５５Ｆ上に形成されている半田バンプ７６Ｕを介して、インダクタ部品を内蔵するインターポーザ２１０が搭載される。更に、インターポーザ２１０上に半田バンプ１７６を介してＩＣチップ１９０が搭載される。第２のビルドアップ層上に形成されている半田バンプ７６Ｄを介してプリント配線板１１０は図示されないマザーボードに搭載される。

実施形態では、コア基材８０の内部にインダクタ部品１００が内蔵されるので、そのインダクタ特性（インダクタンス、Ｑ値）がビルドアップ層の導体パターンの層数に依存することは無い。コア基材の厚みは、コア基材上の絶縁層の厚みより一般的に厚いので、実施形態では、コア基材上の絶縁層の層数を増やすことなく、パターンの層数の多いインダクタ部品をプリント配線板に内蔵することができる。薄いプリント配線板であっても、インダクタンスの高いインダクタ部品が内蔵される。

実施形態では、樹脂絶縁層１２が単層の絶縁層から構成されたが、樹脂絶縁層１２は複数の樹脂絶縁層と各樹脂絶縁層上に形成された導体層から成ることも可能である。

１０ インダクタ
１２ 樹脂絶縁層
１６ａ、１６ｂ 貫通孔
２０ａ、２０ｂ ビア導体
３０Ｆ 第１コイル
３０Ｓ 第２コイル
３４ 開口
３８Ｆ、３８Ｓ、３８Ｍ 磁性体
４４Ｆ、４４Ｓ ビア導体
４６Ｆ 第１外部端子
４６Ｓ 第２外部端子
１００ インダクタ部品
１１０ プリント配線板

Claims (9)

1. インダクタ部品であって、
   第１面と該第１面と反対側の第２面とを有し、開口を備える樹脂絶縁層と、
   前記樹脂絶縁層の第１面上であって、前記開口の周囲に配置された第１コイルと、
   前記樹脂絶縁層の第２面上であって、前記開口の周囲に配置された第２コイルと、
   前記樹脂絶縁層を貫通し前記第１コイルと前記第２コイルを接続するビア導体と、
   前記開口内に充填された磁性体と、
   前記第１コイル上に形成された磁性体と、
   前記第２コイル上に形成された磁性体と、を備える。
2. 請求項１のインダクタ部品であって、
   前記開口内に充填された前記磁性体と、前記第１コイル上に形成された前記磁性体と、前記第２コイル上に形成された前記磁性体とは繋がっている。
3. 請求項２のインダクタ部品であって、
   前記開口内に充填された前記磁性体と、前記第１コイル上に形成された前記磁性体と、前記第２コイル上に形成された前記磁性体とは一体的に繋がっている。
4. 請求項１のインダクタ部品であって、
   さらに、前記第１コイル、前記第２コイルの表面に絶縁膜が形成され、前記第１コイル、前記第２コイルと前記磁性体との間に絶縁膜が介在する。
5. 請求項１のインダクタ部品であって、
   前記第１コイルと前記第２コイルから構成される２ターン以下のコイルを備える。
6. 請求項１のインダクタ部品であって、
   さらに、一対の外部端子は、前記第１コイルと前記第２コイルの側方へそれぞれ引き出されている。
7. 請求項１のインダクタ部品であって、
   前記第１コイル上の磁性体上に形成された最外の絶縁層と、
   前記第２コイル上の磁性体上に形成された最外の絶縁層とを備える。
8. 請求項７のインダクタ部品であって、
   インダクタ部品の全体積に占める前記磁性体の体積が４０〜９５％である。
9. 請求項１〜８のいずれかに記載のインダクタ部品を内蔵するプリント配線板。

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