JP2019186524A - インダクタ及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】高インダクタンス及び高いＱ特性を有するインダクタを提供する。【解決手段】本発明のインダクタは、複数のコイルパターン１２１が配置された複数の絶縁層１１１を積層して形成される本体１０１と、本体１０１の内部に配置された第１及び第２外部電極１８１、１８２と、を含む。複数のコイルパターン１２１は、コイル接続部１３２を介して互いに接続され、両端部が第１及び第２外部電極１８１、１８２に接続されたコイル１２０を形成する。第１及び第２外部電極１８１、１８２は、本体１０１の内部で複数のコイルパターン１２１の両端部と直接接続される。【選択図】図２
Description
本発明は、インダクタ及びその製造方法に関するものである。
最近のスマートフォンは、多帯域のＬＴＥ（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）の適用により、多くの周波数帯域の信号を用いる。これにより、高周波インダクタが信号の送・受信ＲＦシステムにおいてインピーダンスマッチング回路として主に使用されている。高周波インダクタには、小型化及び高容量化が求められている。また、５Ｇに進むにつれて、数十ＧＨｚの高周波帯域で動作する受動素子の必要性も増加している。
よって、高インダクタンス及び低直流抵抗を実現できるインピーダンス／シグナルマッチング用のインダクタを得るために、インダクタンス及びＱ特性を向上させることができる構造が求められている。
従来のチップインダクタは、積層型方式であって、電極パターンが形成されている絶縁層を複数層積層し、各層の配線はビアホールを介して接続して製作した。
また、従来のインピーダンスマッチング用のインダクタの場合、大きく二つの方法で製作される。
第一に、感光性ペーストを用いてコイル層−ビア層−コイル層の順につながる積層体を形成した後、焼成により製作する方法が挙げられるが、上記の方法では、コイル及びビアの形状が平坦ではない。このような場合には、表皮効果（Ｓｋｉｎ Ｅｆｆｅｃｔ）が原因で抵抗が増加し、高周波領域で高いＱ特性を得ることができない。
第二に、薄膜積層型インダクタであって、金属コイル及び有機体からなり、有機体とコイルの結合力を向上させるために、コイルパターンの表面に粗さを形成する方法である。
このようにコイルパターンの表面に粗さを形成する場合、高周波領域で抵抗が増加するという問題があり、高いＱ特性を得ることができない。
特に、外部電極が本体の外側面に配置されるため、外部電極の体積の分だけ本体の体積が減少して高インダクタンスの実現に問題があった。
本発明の目的の一つは、高インダクタンス及び高いＱ特性を有するインダクタを提供することである。
本発明の一実施形態によると、複数のコイルパターンが配置された複数の絶縁層を積層して形成される本体と、上記本体の内部に配置された第１及び第２外部電極と、を含み、上記複数のコイルパターンは、コイル接続部を介して互いに接続され、両端部が上記第１及び第２外部電極に接続されたコイルを形成し、上記第１及び第２外部電極は、上記本体の内部で上記複数のコイルパターンの両端部と直接接続されたインダクタを提供する。
本発明の他の実施形態によると、第１絶縁体シート上に第１コイルパターン及びコイル接続部を形成する段階と、上記第１絶縁体シート上に第２絶縁体シートを積層する段階と、上記第２絶縁体シート上に第２コイルパターン及びコイル接続部を形成する段階と、上記第２絶縁体シート上に第３絶縁体シートを積層する段階と、上記段階を繰り返して積層することにより、複数のコイルパターンを含む本体を形成する段階と、を含み、上記本体内部には、上記複数のコイルパターンの両端部と接続された第１及び第２外部電極がさらに配置され、上記第１及び第２外部電極は、上記本体の内部で上記複数のコイルパターンの両端部と直接接続されたインダクタの製造方法を提供する。
本発明の一実施形態によるインダクタにおいて、第１及び第２外部電極が本体の内部に配置されるため、外部電極による本体の体積減少がなく、高インダクタンスを実現することができる。
また、別のコイル引出部がなく、コイルの両端部がそれぞれ第１及び第２外部電極に直接接続されるため、コイル引出部が占める面積の分だけコイルの内部面積を増加させることができ、インダクタのインダクタンスを向上させることができる。
以下では、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。しかし、本発明の実施形態は様々な他の形態に変形されることができ、本発明の範囲は以下で説明する実施形態に限定されない。また、本発明の実施形態は、当該技術分野で平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。したがって、図面における要素の形状及び大きさなどはより明確な説明のために拡大縮小表示（又は強調表示や簡略化表示）がされることがあり、図面上の同一の符号で示される要素は同一の要素である。
以下、図面に示すＷ、Ｌ、及びＴはそれぞれ、第１方向、第２方向、及び第３方向と定義することができる。
図１は本発明の一実施形態によるインダクタの透視斜視図を概略的に示したものであり、図２は図１のインダクタの正面図を概略的に示したものであり、図３は図２のＩ−Ｉ'線に沿った断面図を概略的に示したものである。
図１〜図３を参照して、本発明の一実施形態によるインダクタ１００の構造を説明する。
本発明の一実施形態によるインダクタ１００は、本体１０１が、実装面に水平な第１方向に複数の絶縁層１１１が積層されて形成されることができる。
上記絶縁層１１１はＳｉＯ２粉末を含むことができる。また、上記絶縁層１１１はＡｌ２Ｏ３粉末を含むこともできる。さらに、上記絶縁層１１１はアルミノケイ酸塩（Ａｌ２Ｏ５Ｓｉ）粉末を含むこともできる。但し、本発明は、かかる材料に限定されるものではない。
上記絶縁層１１１は、樹脂などに上記粉末を含むことで形成されることができる。
本発明の一実施形態によると、上記本体１０１の内部には、第１及び第２外部電極１８１、１８２が配置されることができる。
例えば、第１及び第２外部電極１８１、１８２は、本体１０１の実装面に配置されることができる。ここで、実装面とは、インダクタがプリント回路基板に実装される際にプリント回路基板に向かう面を意味する。
外部電極１８１、１８２は、インダクタ１００がプリント回路基板（ＰＣＢ）に実装される際に、インダクタ１００を上記プリント回路基板と電気的に接続させる役割を果たす。外部電極１８１、１８２は、本体１０１上に第１方向、及び実装面に水平な第２方向の端の部分に互いに離隔して配置される。外部電極１８１、１８２は、例えば、第１電極層１８１ａ、１８２ａと、上記第１電極層１８１ａ、１８２ａ上に形成されためっき層１８１ｂ、１８１ｃ、１８２ｂ、１８２ｃと、を含むことができるが、これに制限されるものではない。
第１電極層１８１ａ、１８２ａは、上記複数のコイルパターン１２１と直接接続され、且つ複数のコイルパターン１２１と同一の材料からなることができる。具体的には、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、及び銀（Ａｇ）からなる群から選択されたいずれか一つ以上の導電性金属を含むことができる。
上記第１及び第２外部電極１８１、１８２は、上記第１電極層１８１ａ、１８２ａ上に配置された複数のめっき層１８１ｂ、１８１ｃ、１８２ｂ、１８２ｃをさらに含むことができる。
上記複数のめっき層１８１ｂ、１８１ｃ、１８２ｂ、１８２ｃのうち最外側のめっき層１８１ｃ、１８２ｃは、上記本体１０１の外部に露出することができる。
上記複数のめっき層１８１ｂ、１８１ｃ、１８２ｂ、１８２ｃは、ニッケル（Ｎｉ）層１８１ｂ、１８２ｂとスズ（Ｓｎ）層１８１ｃ、１８２ｃが順に形成されたものであり得る。
従来のインダクタは、外部電極が本体の外側面に配置されるため、外部電極の体積の分だけ本体の体積が減少して高インダクタンスの実現に問題があった。
すなわち、従来では、外部電極が本体の外側面に配置されるため、「Ｌ」字状の外部電極の場合、長さ方向の端面において、外部電極の端部から本体の上面まで本体が十分に形成されないため、インダクタンスの形成に不利であった。
しかし、本発明の一実施形態によると、第１及び第２外部電極１８１、１８２が上記本体１０１の内部に配置されるため、外部電極による本体の体積減少がなく、高インダクタンスを実現することができる。
図２を参照すると、上記第１及び第２外部電極１８１、１８２が上記本体１０１の内部に配置されるとは、上記第１及び第２外部電極１８１、１８２が「Ｌ」字状である場合、長さ方向の端面において、外部電極の端部から本体の上面まで本体が十分に形成される形状を有することを意味する。
また、上記本体１０１の長さ方向において、第１及び第２外部電極１８１、１８２の端部境界面と本体１０１の長さ方向の端面境界面とが一致することを意味する。
但し、第１及び第２外部電極１８１、１８２の端部境界面と本体１０１の長さ方向の端面境界面とが一致するとは、完全に一致する場合だけでなく、工程上の違いにより一定部分に差が生じることまでを含む概念である。
この場合、後述のように、上記第１及び第２外部電極１８１、１８２を構成する最外側のめっき層１８１ｃ、１８２ｃは、本体の外部に露出する形状を有することができる。
また、上記第１及び第２外部電極１８１、１８２を構成する最外側のめっき層１８１ｃ、１８２ｃは、本体の外部に突出することもでき、本体１０１の長さ方向における端面境界面の内側に配置されることもできる。
図１〜図３を参照すると、絶縁層１１１には、コイルパターン１２１が形成されることができる。
コイルパターン１２１は、コイル接続部１３２を介して隣接するコイルパターン１２１と電気的に接続されることができる。すなわち、スパイラル状のコイルパターン１２１がコイル接続部１３２を介して接続されてコイル１２０を形成する。
コイル１２０の両端部は、第１及び第２外部電極１８１、１８２とそれぞれ接続される。
従来のインダクタでは、外部電極が本体の外側面に配置されるため、コイルの両端部と外部電極を接続するために、コイルの両端部に別のコイル引出部を形成しなければならなかった。
しかし、本発明の一実施形態によると、第１及び第２外部電極１８１、１８２が上記本体１０１の内部に配置されるため、コイル１２０の両端部には別のコイル引出部を設ける必要がない。コイル１２０の両端部はそれぞれ第１及び第２外部電極１８１、１８２と直接接続される。
上記のように、別のコイル引出部を設けることなく、コイル１２０の両端部がそれぞれ第１及び第２外部電極１８１、１８２と直接接続される場合、コイル引出部が占める面積の分だけコイルの内部面積を増加させることができる。
インダクタのインダクタンスは、透磁率、コイルのターン数、及び磁路の長さが同一である場合には、コイル内部の面積に比例する。
すなわち、本発明の一実施形態によると、別のコイル引出部を設けることなく、コイル１２０の両端部がそれぞれ第１及び第２外部電極１８１、１８２と直接接続されるため、コイル引出部が占める面積の分だけコイルの内部面積を増加させることができ、インダクタのインダクタンスを向上させることができる。
図２に示すように、本発明の一実施形態によるインダクタは、別のコイル引出部を設けることなく、コイル１２０の両端部がそれぞれ第１及び第２外部電極１８１、１８２と直接接続されるため、従来のコイル引出部により外部電極とコイルを接続したインダクタの構造に比べて、コイル内部の面積が約２３．８％程度増加する。
このように、コイル内部の面積の増加により、本発明の一実施形態によるインダクタのインダクタンスは向上することができる。
本発明の他の実施形態では、コイル接続部１３２を基準に上部コイル１２０の高さを８．２％増加させることができ、この場合、コイルの内部面積が３２．３％まで増加することができる。これにより、より高いインダクタンスを得ることができる。
コイル接続部１３２は、コイルパターン１２１間を接続することができ、絶縁層１１１を貫通する導電性ビアを含む。
コイルパターン１２１及びコイル接続部１３２の材料としては、導電性に優れた金属である銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、スズ（Ｓｎ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、鉛（Ｐｂ）、又はこれらの合金などの導電性物質を用いることができる。コイルパターン１２１及びコイル接続部１３２は、めっき法又は印刷法により形成することができる。
本発明の一実施形態によるインダクタ１００は、図２のように、絶縁層１１１にコイルパターン１２１又はコイル接続部１３２などを形成した後、絶縁層１１１を実装面に水平な第１方向に積層して製造するため、従来よりも容易にインダクタ１００を製造することができる。また、コイルパターン１２１が実装面に垂直に配置されるため、実装基板によって磁束が影響を受けることを防止することができる。
図２及び図３を参照すると、本発明の一実施形態によるインダクタ１００のコイル１２０は、第１方向からの投射時に、コイルパターン１２１が重なって１回以上のコイルターン数を有するコイル軌道を形成するようになる。
具体的には、第１外部電極１８１と第１コイルパターン１２１が直接接続され、その後、複数のコイルパターン１２１がコイル接続部１３２を介して順に接続される。
そして、最後のコイルパターン１２１が第２外部電極１８２と直接接続されてコイル１２０を形成するようになる。
一方、図４ａ〜図４ｋは図１のインダクタを製作する方法を概略的に示した工程図である。
図４ａ〜図４ｋを参照すると、本発明の他の実施形態によるインダクタ１００の製造方法は、第１絶縁体シート上に第１コイルパターン及びコイル接続部を形成する段階と、上記第１絶縁体シート上に第２絶縁体シートを積層する段階と、上記第２絶縁体シート上に第２コイルパターン及びコイル接続部を形成する段階と、上記第２絶縁体シート上に第３絶縁体シートを積層する段階と、上記段階を繰り返して積層することにより、複数のコイルパターンを含む本体を形成する段階と、を含み、上記本体内部には、上記複数のコイルパターンの両端部と接続された第１及び第２外部電極がさらに配置され、上記第１及び第２外部電極は、上記本体の内部で上記複数のコイルパターンの両端部と直接接続されることを特徴とする。
以下では、本発明の他の実施形態によるインダクタの製造方法について説明するが、必ずしもこれに制限されるものではない。
１．第１絶縁体シートを設ける段階
図４ａのように、第１絶縁体シート１１１を設ける。上記第１絶縁体シート１１１は、ＳｉＯ２粉末、Ａｌ２Ｏ３粉末、アルミノケイ酸塩（Ａｌ２Ｏ５Ｓｉ）粉末のいずれか一つ以上を含むことができる。但し、本発明は、かかる材料に限定されるものではない。
上記第１絶縁体シート１１１は、樹脂などに上記粉末を含むことで形成することができる。
図４ａのように、第１絶縁体シート１１１を設ける。上記第１絶縁体シート１１１は、ＳｉＯ２粉末、Ａｌ２Ｏ３粉末、アルミノケイ酸塩（Ａｌ２Ｏ５Ｓｉ）粉末のいずれか一つ以上を含むことができる。但し、本発明は、かかる材料に限定されるものではない。
上記第１絶縁体シート１１１は、樹脂などに上記粉末を含むことで形成することができる。
２．第１絶縁体シート１１１上に第１コイルパターン１２１及びコイル接続部１３２を形成する段階
図４ｂ及び図４ｃのように、第１絶縁体シート１１１上に第１コイルパターン１２１及びコイル接続部１３２を形成する。
上記第１コイルパターン及びコイル接続部を形成する方法は、マスクを用いた印刷方式により行われる。ここで、上記第１コイルパターン及びコイル接続部は金属からなる。
図４ｂ及び図４ｃのように、第１絶縁体シート１１１上に第１コイルパターン１２１及びコイル接続部１３２を形成する。
上記第１コイルパターン及びコイル接続部を形成する方法は、マスクを用いた印刷方式により行われる。ここで、上記第１コイルパターン及びコイル接続部は金属からなる。
３．第１絶縁体シート上に第２絶縁体シートを積層する段階
図４ｄのように、上記第１絶縁体シート上に第２絶縁体シートを積層する。
上記第１絶縁体シート上に第２絶縁体シートを積層する方法は、特に制限されず、従来の方法により行うことができる。
図４ｄのように、上記第１絶縁体シート上に第２絶縁体シートを積層する。
上記第１絶縁体シート上に第２絶縁体シートを積層する方法は、特に制限されず、従来の方法により行うことができる。
４．上記第２絶縁体シート上に第２コイルパターン及びコイル接続部を形成する段階
図４ｅ及び図４ｆのように、上記第２絶縁体シート上に第２コイルパターン及びコイル接続部を形成する。
上記第２コイルパターン及びコイル接続部を形成する方法は、マスクを用いた印刷方式により行われる。ここで、上記第２コイルパターン及びコイル接続部は金属からなる。
図４ｅ及び図４ｆのように、上記第２絶縁体シート上に第２コイルパターン及びコイル接続部を形成する。
上記第２コイルパターン及びコイル接続部を形成する方法は、マスクを用いた印刷方式により行われる。ここで、上記第２コイルパターン及びコイル接続部は金属からなる。
５．上記第２絶縁体シート上に第３絶縁体シートを積層する段階
図４ｇのように、上記第２絶縁体シート上に第３絶縁体シートを積層する。
上記第２絶縁体シート上に第３絶縁体シートを積層する方法は、上記第２絶縁体シートを第１絶縁体シート上に積層する方法と同一に行われることができる。
図４ｇのように、上記第２絶縁体シート上に第３絶縁体シートを積層する。
上記第２絶縁体シート上に第３絶縁体シートを積層する方法は、上記第２絶縁体シートを第１絶縁体シート上に積層する方法と同一に行われることができる。
６．上記段階を繰り返して積層することにより、複数のコイルパターンを含む本体を形成する段階
図４ｈのように、上記段階を繰り返して積層することにより、複数のコイルパターンを含む本体を形成する。
図４ｈのように、上記段階を繰り返して積層することにより、複数のコイルパターンを含む本体を形成する。
７．上記本体界面に露出する第１電極層１８１ａ、１８２ａをエッチングする段階
図４ｉのように、上記本体界面に露出する第１電極層１８１ａ、１８２ａをエッチングする。
図４ｉのように、上記本体界面に露出する第１電極層１８１ａ、１８２ａをエッチングする。
８．上記第１電極層１８１ａ、１８２ａ上にニッケル（Ｎｉ）とスズ（Ｓｎ）めっき層を形成する段階
図４ｊ及び図４ｋのように、上記第１電極層１８１ａ、１８２ａ上にニッケル（Ｎｉ）とスズ（Ｓｎ）めっき層１８１ｂ、１８１ｃ、１８２ｂ、１８２ｃを形成する。
図４ｊ及び図４ｋのように、上記第１電極層１８１ａ、１８２ａ上にニッケル（Ｎｉ）とスズ（Ｓｎ）めっき層１８１ｂ、１８１ｃ、１８２ｂ、１８２ｃを形成する。
上記のように形成することにより、上記本体１０１の内部に上記複数のコイルパターン１２１の両端部と接続された第１及び第２外部電極１８１、１８２がさらに配置され、上記第１及び第２外部電極１８１、１８２は上記本体１０１の内部で上記複数のコイルパターン１２１の両端部と直接接続されたインダクタを製作することができる。
また、上記本体１０１の長さ方向において、第１及び第２外部電極１８１、１８２の端部境界面と本体１０１の長さ方向の端面境界面とが一致することができる。
但し、長さ方向において、第１及び第２外部電極１８１、１８２の端部境界面と本体１０１の端面境界面とが一致するとは、完全に一致する場合だけでなく、工程上の違いにより一定部分に差が生じることまでを含む概念である。
この場合、上記第１及び第２外部電極１８１、１８２を構成する最外側のめっき層１８１ｃ、１８２ｃは、本体の外部に露出する形状を有することができる。
また、上記第１及び第２外部電極１８１、１８２を構成する最外側のめっき層１８１ｃ、１８２ｃは、本体の外部に突出することもでき、本体１０１の長さ方向における端面境界面の内側に配置されることもできる。
本発明の他の実施形態によるインダクタにおいて、上述した本発明の一実施形態によるインダクタと同一の特徴に対しては具体的な説明を省略する。
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の範囲はこれに限定されず、特許請求の範囲に記載された本発明の技術的思想から外れない範囲内で多様な修正及び変形が可能であるということは、当技術分野の通常の知識を有する者には明らかである。
１００ インダクタ
１０１ 本体
１２０ コイル
１２１ コイルパターン
１３２ コイル接続部
１８１、１８２ 外部電極
１０１ 本体
１２０ コイル
１２１ コイルパターン
１３２ コイル接続部
１８１、１８２ 外部電極
Claims (8)
- 複数のコイルパターンが配置された複数の絶縁層を積層して形成される本体と、
前記本体の内部に配置された第１及び第２外部電極と、を含み、
前記複数のコイルパターンは、コイル接続部を介して互いに接続され、両端部が前記第１及び第２外部電極に接続されたコイルを形成し、
前記第１及び第２外部電極は、前記本体の内部で前記複数のコイルパターンの両端部と直接接続される、インダクタ。 - 前記第１及び第２外部電極は、前記複数のコイルパターンと直接接続され、且つ複数のコイルパターンと同一の材料で蒸着された第１電極層を含む、請求項１に記載のインダクタ。
- 前記第１及び第２外部電極は前記第１電極層上に配置された複数のめっき層をさらに含む、請求項２に記載のインダクタ。
- 前記複数のめっき層のうち最外側のめっき層は前記本体の外部に露出する、請求項３に記載のインダクタ。
- 第１絶縁体シート上に第１コイルパターン及びコイル接続部を形成する段階と、
前記第１絶縁体シート上に第２絶縁体シートを積層する段階と、
前記第２絶縁体シート上に第２コイルパターン及びコイル接続部を形成する段階と、
前記第２絶縁体シート上に第３絶縁体シートを積層する段階と、
前記段階を繰り返して積層することにより、複数のコイルパターンを含む本体を形成する段階と、を含み、
前記本体内部には、前記複数のコイルパターンの両端部と接続された第１及び第２外部電極がさらに配置され、
前記第１及び第２外部電極は、前記本体の内部で前記複数のコイルパターンの両端部と直接接続される、インダクタの製造方法。 - 前記第１及び第２外部電極は、前記複数のコイルパターンと直接接続され、且つ複数のコイルパターンと同一の材料で蒸着された第１電極層を含む、請求項５に記載のインダクタの製造方法。
- 前記第１及び第２外部電極は前記第１電極層上に配置された複数のめっき層をさらに含む、請求項６に記載のインダクタの製造方法。
- 前記複数のめっき層のうち最外側のめっき層は前記本体の外部に露出する、請求項７に記載のインダクタの製造方法。
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