JP2017183529A

JP2017183529A - 薄膜インダクタ

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Publication number: JP2017183529A
Application number: JP2016068789A
Authority: JP
Inventors: 和夫石▲崎▼; Kazuo Ishizaki
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2016-03-30
Filing date: 2016-03-30
Publication date: 2017-10-05
Anticipated expiration: 2036-03-30
Also published as: JP6740668B2; US20170287622A1; US10366820B2

Abstract

【課題】特性を維持しつつより剛性が高められた薄膜インダクタを提供する。
【解決手段】薄膜インダクタ１では、ヤング率の低い第１絶縁層２１がコイル部１０の周囲を被覆することで、外部から何らかの力を受けた場合に第１絶縁層２１が応力を吸収することで、コイル部１０が変形することを防ぐことができ、インダクタとしての特性の低下を防ぐことができる。また、第２絶縁層２２が第１絶縁層２１を被覆する構成を備えることにより、薄膜インダクタ１全体としての剛性を高めることができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、薄膜インダクタに関する。

通信端末等の電子製品の小型化に伴い、電子製品に用いられる電子部品についても低背化を含む小型化が求められている。インダクタについても同様であり、薄膜インダクタに係る検討が行われている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１５−３７１８９号公報

しかしながら、薄膜インダクタの厚さをより薄くしようとすると、取り扱い時の変形や破損が起こりやすくなるという課題がある。

本発明は上記を鑑みてなされたものであり、特性を維持しつつより剛性が高められた薄膜インダクタを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る薄膜インダクタは、少なくとも一層のコイル導体層で構成され、両端部に端子電極が設けられたコイル部と、前記コイル部を被覆する第１絶縁層と、前記第１絶縁層を被覆し、前記第１絶縁層よりもヤング率が高い第２絶縁層と、を備える。

上記の薄膜インダクタでは、ヤング率の低い第１絶縁層がコイル部の周囲を被覆することで、外部から何らかの力を受けた場合に第１絶縁層が応力を吸収することで、コイル部が変形することを防ぐことができ、インダクタとしての特性の低下を防ぐことができる。また、ヤング率の高い第２絶縁層が第１絶縁層を被覆する構成を備えることにより、薄膜インダクタ全体としての剛性が高められ、取り扱い性が向上する。

ここで、前記第２絶縁層は、セラミック又は樹脂と、金属材料と、の複合材料を主成分とする態様とすることができる。

上記のように、セラミック又は樹脂と、金属材料と、の複合材料を第２絶縁層の主成分として用いることで、剛性を高めつつ薄膜インダクタとしての性能を向上させることができる。

また、前記金属材料はニッケル、鉄、アルミニウム又は銅である態様とすることができる。金属材料としてニッケル、鉄、アルミニウム又は銅を用いることで、コストを抑制しながら特性を維持しつつより剛性が高められた薄膜インダクタを製造することが可能となる。

本発明によれば、特性を維持しつつより剛性が高められた薄膜インダクタが提供される。

本発明の一実施形態に係る薄膜インダクタの平面図である。薄膜インダクタの分解斜視図である。薄膜インダクタの内部構造を模式的に示した断面図である。薄膜インダクタの製造方法を説明する断面図である。薄膜インダクタの製造方法を説明する断面図である。薄膜インダクタの製造方法を説明する断面図である。薄膜インダクタの製造方法を説明する断面図である。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

本発明の一実施形態に係る薄膜インダクタの概略構成を図１〜図３を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る薄膜インダクタの平面図であり、図２は、分解斜視図であり、図３は、内部構造を模式的に示した断面図である。

図１〜図３に示すように、薄膜インダクタ１は、後述するコイル部１０が内部に設けられた薄膜である。また、詳細は後述するが、コイル部１０は第１絶縁層２１及び第２絶縁層２２により二重に覆われている。薄膜インダクタ１は、平面視では短辺が０．２ｍｍ〜０．７ｍｍ程度であり、長辺が０．８ｍｍ〜１．２ｍｍ程度の略長方形状であって、厚さが３０μｍ〜５００μｍ程度である。なお、平面視の形状は特に限定されない。

コイル部１０は、例えば銅（Ｃｕ）等の導電性を有する金属材料で構成されており、その軸心が主面１ａに直交する方向に沿って延びている。コイル部１０は、二層のコイル導体層を有していて、コイル導体層としての第１コイル層１１及び第２コイル層１２と、第１コイル層１１及び第２コイル層１２を連結する連結部１３と、引出導体１４Ａ，１４Ｂとを有する。

第１コイル層１１と第２コイル層１２とは、主面１ａに直交する方向（コイル部の軸心方向）に並んでおり、第２コイル層１２が第１コイル層１１よりも主面１ａ側に位置している。第１コイル層１１と第２コイル層１２とは、巻回方向が同じである。連結部１３は、第１コイル層１１と第２コイル層１２との間に介在して、第１コイル層１１の内側の端部と第２コイル層１２の内側の端部とを連結している。なお、第１コイル層１１及び第２コイル層１２が、それぞれ複数ターンのコイルである場合について説明するが、コイル層のターン数は限定されない。

また、引出導体１４Ａ，１４Ｂは、それぞれコイル部１０の端部を構成する。引出導体１４Ａは、第１コイル層１１の外側端部Ｅ１から主面１ａに直行する方向に沿って延びる。また、引出導体１４Ｂは、第２コイル層１２の外側端部Ｅ２から主面１ａに直交する方向に沿って延びる。

引出導体１４Ａ，１４Ｂの端部、すなわち、コイル部１０の両端部は、それぞれ薄膜インダクタ１の主面１ａに設けられた端子電極１５Ａ，１５Ｂと接続される。端子電極１５Ａ，１５Ｂは、それぞれ内部のコイル部１０の端部と接続される。端子電極１５Ａ、１５Ｂは、いずれも膜状であり、平面視で略正方形形状を呈している。また、端子電極１５Ａ、１５Ｂは、例えばＣｕ等の導電性材料によって構成されている。

上記のコイル部１０は、第１コイル層１１及び第２コイル層１２の厚さがそれぞれ３０μｍ〜８０μｍ程度であり、全体としての厚さが７０μｍ〜１８０μｍ程度である。

コイル部１０は、第１絶縁層２１及び第２絶縁層２２を含む絶縁層２０により被覆されている。

第１絶縁層２１及び第２絶縁層２２を含む絶縁層２０は、コイル部１０の第１コイル層１１、第２コイル層１２、連結部１３及び引出導体１４Ａ，１４Ｂを一体的に覆っていて、コイル部１０の各部同士が接触することを防ぐと共に、位置ずれを抑制している。絶縁層２０は、図３に示すように、第１絶縁層２１及び第２絶縁層２２の二重構造となっている。すなわち、コイル部１０が第１絶縁層２１により被覆されると共に、第１絶縁層２１が第２絶縁層２２によって被覆されている。なお、コイル部１０の全面が第１絶縁層２１によって被覆される必要はなく、第１絶縁層２１の全面が第２絶縁層２２によって被覆される必要はない。ただし、コイル部１０は、端子電極１５Ａ，１５Ｂと接続する端部を除き、第１絶縁層２１及び第２絶縁層２２のいずれかによって全面が被覆される。その結果、薄膜インダクタ１の表面には、端子電極１５Ａ，１５Ｂ近傍を除き、第１絶縁層２１又は第２絶縁層２２が外部に露出している。

本実施形態に係る薄膜インダクタ１では、図３に示すように、コイル部１０の第１コイル層１１、第２コイル層１２、及び連結部１３のうち、第１コイル層１１の下面（第２コイル層１２側とは逆側の面）以外は、第１絶縁層２１によって被覆される。そして、第１コイル層１１の下面、引出導体１４Ａ，１４Ｂの周囲、及び、第１絶縁層２１の外側が第２絶縁層２２によって被覆される。

第１絶縁層２１及び第２絶縁層２２は、絶縁性を有する材料を主成分として構成される。なお、「主成分」であるとは、当該成分の占める割合が５０質量％以上であることをいう。第１絶縁層２１及び第２絶縁層２２の主成分として、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリイミド、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、エポキシ等の樹脂、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ、Ａｌ_２Ｏ_３等の材料から適宜選択して用いることができる。

また、第２絶縁層２２には、磁性を有する材料をさらに含有させてもよい。磁性を有する材料としては、例えば、ソフトフェライト、パーマロイ、センダスト、ケイ素鋼、純鉄が挙げられる。また、含有量は３０体積％〜９０体積％、好ましくは５０体積％〜９０体積％とすることができる。なお、磁性を有する材料は、第１絶縁層２１にも含有させることができる。その場合、磁性を有する材料は第２絶縁層２２における磁性を有する材料と同様の材料を選択することができる。また、第１絶縁層２１における磁性を有する材料の含有量を、第２絶縁層２２における含有量よりも少なくすることによって、磁気的特性を調整しつつ本発明の機械的強度に関する効果を発揮することができる。

また、第２絶縁層２２は、セラミック又は樹脂と、金属材料との複合材料を主成分として用いることができる。金属材料は特に限定されないが、コストや導電性等の観点からニッケル、鉄、アルミニウム又は銅を用いることができる。上記の複合材料を主成分として用いる場合、複合材料における金属材料の含有率は３０％〜９０％とすることができる。金属材料との複合材料を形成する態様としては、セラミック又は樹脂の中に金属材料の紛体を混入させる態様や、セラミック又は樹脂の表面に金属材料の薄膜を形成する態様など、種々の態様を選択することができる。第２絶縁層２２は、上記のような複合材料を主成分として用いることで、絶縁層２０としての剛性を高めつつ薄膜インダクタ１としての性能を向上させることができる。

第１絶縁層２１及び第２絶縁層２２の主成分に用いられる材料は、第１絶縁層２１のヤング率よりも第２絶縁層２２のヤング率が高くなるように選択される。したがって、上記に例示した絶縁性を有する材料を第１絶縁層２１及び第２絶縁層２２の主成分として選択する場合に、その組み合わせが限定される。

絶縁性を有し、本実施形態に係る薄膜インダクタ１の第１絶縁層２１及び第２絶縁層２２として利用することが可能であると考えられる絶縁性を有する材料のヤング率の一例を表１に示す。

上記のように、第１絶縁層２１及び第２絶縁層２２の主成分として選択することができる絶縁性を有する材料のヤング率は材料毎に大きく異なる。したがって、第１絶縁層２１及び第２絶縁層２２の主成分を選択する際には、第１絶縁層２１のヤング率よりも第２絶縁層２２のヤング率が高くなるように、例えば以下の表２に示すような組み合わせで選択することができる。ただし、下記の組み合わせは一例であり、適宜変更することができる。

第１絶縁層２１のヤング率よりも第２絶縁層２２のヤング率が高くなるように、第１絶縁層２１及び第２絶縁層２２の主成分を選択することで、特性を維持しつつより剛性が高められた薄膜インダクタ１が得られる。

従来の薄膜インダクタは、厚さが非常に薄いため、取り扱い性に問題があった。また、実装作業等に発生し得る変形に対する復元性の観点でも改良の余地があった。つまり、実装作業等で薄膜インダクタの内部のコイル部が変形し、その状態のまま実装された場合、コイル部の位置ずれ等に伴う性能の低下が起きる可能性があった。

これに対して、本実施形態に係る薄膜インダクタ１では、ヤング率の低い第１絶縁層２１がコイル部１０の周囲を被覆することで、外部から何らかの力を受けた場合に第１絶縁層２１が応力を吸収することで、コイル部１０が変形することを防ぐことができ、インダクタとしての特性の低下を防ぐことができる。

なお、コイル部１０の表面積に対して、第１絶縁層２１によって覆われる割合は６０％〜１００％であることが好ましい。ただし、この場合のコイル部１０の表面積には、引出導体１４Ａと１４Ｂとの接合部分の面積、及び、第１コイル層１１と第２コイル層１２との連結部１３の接合部分の面積は含まない。第１絶縁層２１によって覆われる割合が６０％〜１００％であることにより、薄膜インダクタ１のコイル部１０が破損することを防止しながら、位置ずれ等を好適に防ぐことができる。また、第１絶縁層２１及びコイル部１０からなる複合体の表面積に対して、第２絶縁層２２によって覆われる割合は８５％〜１００％であることが好ましい。第２絶縁層２２によって覆われる割合が８５％〜１００％であることにより、薄膜インダクタ１全体としての剛性が好適に高められる。

また、第１絶縁層２１及びコイル部１０の複合体においてコイル部１０が第１絶縁層２１の外部に露出している場合、コイル部１０の露出面積は、複合体の表面積に対して５％〜２０％に抑えられることが好ましい。これにより、外部からの力がコイル部１０に加わることが好適に抑制できる。

また、第１コイル層１１と第２コイル層１２との間には第１絶縁層２１が存在していることが好ましい。この部分における第１絶縁層２１の厚みは、第１コイル層１１または第２コイル層１２いずれか厚い方の厚みに対して０．５倍〜１倍であることが好ましい。これにより、一方のコイル層に伝わった外部からの力が、他方のコイル層に伝搬することを好適に抑制することができる。

また、第１コイル層１１の線間及び第２コイル層１２の線間には第１絶縁層２１が存在していることが好ましい。この部分における第１絶縁層２１の幅は第１コイル層１１の線幅または第２コイル層１２の線幅に対して０．５倍〜１倍であることが好ましい。これにより、第１コイル層１１又は第２コイル層１２に伝わった外部からの力がコイル層の内部で伝搬することによって、コイル層が変形することを好適に抑制することができる。

次に、上記の薄膜インダクタ１の製造方法について、図４〜図７を参照しながら説明する。なお、図４〜図６では、１つの薄膜インダクタの製造手順について説明するが、実際には、図７に示すように、複数の薄膜インダクタを１枚のウエハー上で形成した後に個片に分割するものである。図４〜図６では、１枚のウエハー上の特定の部分（薄膜インダクタ個片に相当する部分）を拡大して示しているものである。

薄膜インダクタ１は、上述のように２層のコイル層及び引出導体を有する。したがって、導体層形成する工程を３回繰り返す。

まず、図４（Ａ）に示すように、Ｓｉ等のウエハー３１上に接着剤層３２を介してキャリア付銅箔が積層された基材を準備する。キャリア付銅箔とは、剥離層を介してキャリア箔３３と銅箔３４とが接着されているものであり、接着剤層３２側にキャリア箔３３が配置されるように積層する。その後、レジスト前処理を行う。

次に、基材の銅箔３４の表面上にレジストを形成した後、フォトマスクを通して、活性光線（ＵＶ光等）を照射し、露光された部分を硬化させる。その後、硬化した部分以外のレジストを除去することで、図４（Ｂ）に示すように、レジストパターン３５を形成する。

次に、図４（Ｃ）に示すように、レジストパターン３５が形成された銅箔３４上にめっき層（めっきパターン）３６を形成する。めっき層３６の形成方法は公知の方法を利用することができる。このめっき層３６が第１コイル層１１となる。

その後、レジストパターン３５を除去した後、図４（Ｄ）に示すように、第１絶縁層２１に用いられる絶縁材料でめっき層３６及び銅箔３４の表面に第１絶縁材料層３７を積層する。その後、フォトマスクを用いた硬化又はパターニング等により、図４（Ｅ）に示すように、第１絶縁層２１となる領域以外の絶縁材料を除去する。このとき、連結部１３に対応する部分には開口３７ａを形成する。これで、第１コイル層１１及びその周縁の第１絶縁層２１に相当する部分が形成される。

次に、図４（Ｆ）に示すように、スパッタにより、第１絶縁材料層３７の表面にシード層３８を形成する。その後、第２コイル層１２及びその周縁の第１絶縁層２１に相当する部分を形成するため、これまでの一連の操作を繰り返す。

すなわち、銅箔３４及びシード層３８の表面にレジストを形成した後、フォトマスクを通して、活性光線（ＵＶ光等）を照射し、露光された部分を硬化させる。その後、硬化した部分以外のレジストを除去することで、図５（Ａ）に示すように、レジストパターン３９を形成する。

次に、図５（Ｂ）に示すように、レジストパターン３９が形成されたシード層３８上にめっき層（めっきパターン）４０を形成する。めっき層４０が第２コイル層１２となる。

その後、レジストパターン３９を除去し、さらに、残存するシード層３８を除去することで、図５（Ｃ）に示すように、第２コイル層１２となるめっき層４０が露出する。その後、第１絶縁層２１に用いられる絶縁材料を用いて、第１絶縁材料層３７、めっき層４０及び銅箔３４の表面に第２絶縁材料層４１を積層し、フォトマスクを用いた硬化又はパターニング等で一部を除去することで、図５（Ｄ）に示すように、第１絶縁層２１となる領域以外の絶縁材料を除去する。このとき、引出導体１４Ａ，１４Ｂに対応する部分には開口４１ａを形成する。これで、第２コイル層１２及びその周縁の第１絶縁層２１に相当する部分が形成される。また、連結部１３に相当する部分も形成される。

次に、図５（Ｅ）に示すように、スパッタにより、第１絶縁材料層３７及び第２絶縁材料層４１の表面にシード層４２を形成する。その後、引出導体に相当する部分及び第２絶縁層２２に相当する部分を形成する。

すなわち、銅箔３４及びシード層４２の表面にレジストを形成した後、フォトマスクを通して、活性光線（ＵＶ光等）を照射し、露光された部分を硬化させる。その後、硬化した部分以外のレジストを除去することで、図６（Ａ）に示すように、レジストパターン４３を形成する。

次に、図６（Ｂ）に示すように、レジストパターン４３が形成されたシード層３８上にめっき層（めっきパターン）４４を形成する。めっき層４４が引出導体１４Ａ，１４Ｂとなる。

その後、レジストパターン４３を除去し、さらに、残存するシード層４２を除去することで、図６（Ｃ）に示すように、引出導体１４Ａ，１４Ｂとなるめっき層４４が露出する。次に、図６（Ｄ）に示すように、第２絶縁層２２に用いられる絶縁材料による第３絶縁材料層４５を磁性モールドにより積層する。その後、表面を研磨することで、図６（Ｅ）に示すように、第１コイル層１１及び第２コイル層１２の周囲が第１絶縁層２１及び第２絶縁層２２により二重に覆われた積層体が得られる。なお、この段階では、ウエハー３１上に薄膜インダクタの主要部が積層した状態であり、薄膜インダクタとして個片化されていない状態である。図７を参照しながら、個片の薄膜インダクタ１を製造する方法について説明する。

まず、図７（Ａ）に示すように、ウエハー３１上の積層体の外周部分に溝４６を形成し、ピーラブル銅箔の剥離層においてはく離することで、ウエハー３１から積層体を剥離する。次に、図７（Ｂ）に示すように、離形フィルム４７が積層された別のウエハー４８に対して、上下逆転した状態、すなわち引出導体１４Ａ，１４Ｂが下側（離形フィルム４７側）となるように、積層体を貼り付けた後、最上面の銅箔３４を除去する。

その後、図７（Ｃ）に示すように、第２絶縁層２２に用いられる絶縁材料により、第４絶縁材料層４９を磁性モールドにより積層する。これにより、第１コイル層１１の下面（第２コイル層１２側とは逆側の面）が第２絶縁層２２に用いられる絶縁材料により被覆される。その後、図７（Ｄ）に示すように、離形フィルム４７を利用してウエハー４８を除去した後に、ダイシング等によって個片に分割することで、図７（Ｅ）に示すように複数の薄膜インダクタ１の個片を得ることができる。

以上のように、本実施形態に係る薄膜インダクタ１では、ヤング率の低い第１絶縁層２１がコイル部１０の周囲を被覆することで、外部から何らかの力を受けた場合に第１絶縁層２１が応力を吸収することで、コイル部１０が変形することを防ぐことができ、インダクタとしての特性の低下を防ぐことができる。また、第２絶縁層２２が第１絶縁層２１を被覆する構成を備えることにより、薄膜インダクタ１全体としての剛性を保つことができ、取り扱い性の観点からも優位な構成となる。

また、第２絶縁層２２においては、セラミック又は樹脂と、金属材料と、の複合材料を主成分として用いることで、剛性を高めつつ薄膜インダクタ１としての性能を向上させることができる。

また、金属材料として、ニッケル、鉄、アルミニウム又は銅を用いることで、コストを抑制しながら特性を維持しつつより剛性が高められた薄膜インダクタ１を製造することが可能となる。

以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。

例えば、上記実施形態で説明した薄膜インダクタ１では、端子電極１５Ａ，１５Ｂが同一の主面１ａに設けられる例について説明したが、端子電極１５Ａ，１５Ｂの配置は適宜変更することができる。なお、端子電極１５Ａ，１５Ｂの配置に応じてコイル部１０の導体の形状は適宜変更される。すなわち、コイルの巻回方向、連結部の位置、引出導体の配置等も適宜変更される。

また、上記実施形態の薄膜インダクタ１では、コイル部１０が２層のコイル導体層（第１コイル層１１及び第２コイル層１２）によって形成された場合について説明したが、少なくともコイル導体層が１層あればよい。コイル導体層が１層であっても、第１絶縁層２１及び第２絶縁層２２を上記の構成とすることで、薄膜インダクタとしての特性の低下を防ぐことができると共に剛性が高められる。

また、上記実施形態の薄膜インダクタ１では、第１コイル層１１の一方側の主面のみが第１絶縁層２１ではなく第２絶縁層２２によって覆われている構成について説明したが、第１コイル層１１の全面が第１絶縁層２１に覆われていてもよい。また、第１絶縁層２１の一部が外部に露出している構成であってもよい。

１…薄膜インダクタ、１０…コイル部、１１…第１コイル層、１２…第２コイル層、１３…連結部、１４Ａ，１４Ｂ…引出導体、１５Ａ，１５Ｂ…端子電極、２０…絶縁層、２１…第１絶縁層、２２…第２絶縁層。

Claims

少なくとも一層のコイル導体層で構成され、両端部に端子電極が設けられたコイル部と、
前記コイル部を被覆する第１絶縁層と、
前記第１絶縁層を被覆し、前記第１絶縁層よりもヤング率が高い第２絶縁層と、を備える薄膜インダクタ。
前記第２絶縁層は、セラミック又は樹脂と、金属材料と、の複合材料を主成分とする請求項１に記載の薄膜インダクタ。
前記金属材料はニッケル、鉄、アルミニウム又は銅である請求項２に記載の薄膜インダクタ。