JP2020161698A - 多層金属膜およびインダクタ部品 - Google Patents
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Abstract
【課題】金属膜間の密着力が向上した多層金属膜を提供する。【解決手段】インダクタ部品において、多層金属膜４１は、絶縁性を有する基体１０上に配置された金属膜であって、基体１０に接触し導電性を有する第１金属膜４１１と、第１金属膜４１１に対して基体１０と反対側から第１金属膜４１１を覆う耐はんだ食われ性を有する第２金属膜４１２と、第１金属膜４１１と第２金属膜４１２の間に配置された触媒層４１５とを備える。触媒層４１５は、ベース部４１５ａから第２金属膜側４１２に凸となり、第２金属膜４１２に侵入する凸部４１５ｂを有する。【選択図】図２
Description
本発明は、多層金属膜およびインダクタ部品に関する。
従来、インダクタ部品などの電子部品においては、電気素子を構成する内部電極や、電気素子の端子となる外部端子に、金属膜が積層された多層金属膜が用いられる。例えば、特開２０１４−１３８１５号公報（特許文献１）に記載されたインダクタ部品は、基板と、基板の両面に設けられたスパイラル配線と、スパイラル配線を覆う磁性層と、磁性層の表面に設けられた外部端子と、スパイラル配線と外部端子を電気的に接続する引出配線とを備える。スパイラル配線は、基板上に無電解めっき工程で形成されたＣｕの下地層と、下地層上に２度の電解めっきで形成された２層のＣｕの電解めっき層からなる多層金属膜である。外部端子は、個片化前にスパッタリングまたはスクリーン印刷により形成され、個片化後にめっき処理された多層金属膜である。
多層金属膜では、積層された金属膜はその主面同士で化学的または物理的な結合力によって密着している。ここで、電子部品は、製造、実装、使用する際などに熱、電気、物理的な力が加えられるが、この力が電子部品内で内部応力となって蓄積し、多層金属膜の金属膜間で剥離が発生する場合がある。今後、より一層の電子部品の小型化を受け、多層金属膜も微細化、薄膜化が進むと、従来は問題のなかった製造、実装、使用条件であっても、上記のような剥離が発生する可能性がある。
そこで、本開示は、金属膜間の密着力が向上した多層金属膜および当該多層金属膜を備えるインダクタ部品を提供することにある。
前記課題を解決するため、本開示の一態様である多層金属膜は、
絶縁性を有する基体上に配置された金属膜であって、
前記基体に接触し導電性を有する第１金属膜と、
前記第１金属膜に対して前記基体と反対側から前記第１金属膜を覆う耐はんだ食われ性を有する第２金属膜と、
前記第１金属膜と前記第２金属膜の間に配置された触媒層と
を備え、
前記触媒層は、前記第２金属膜側に凸となり、前記第２金属膜に侵入する凸部を有する。
絶縁性を有する基体上に配置された金属膜であって、
前記基体に接触し導電性を有する第１金属膜と、
前記第１金属膜に対して前記基体と反対側から前記第１金属膜を覆う耐はんだ食われ性を有する第２金属膜と、
前記第１金属膜と前記第２金属膜の間に配置された触媒層と
を備え、
前記触媒層は、前記第２金属膜側に凸となり、前記第２金属膜に侵入する凸部を有する。
前記態様によれば、触媒層は、第２金属膜側に凸となり、第２金属膜に侵入する凸部を有するので、凸部のアンカー効果により第１金属膜と第２金属膜の間の密着力が向上する。なお、触媒層とは、上層側となる第２金属膜の析出を促進する金属を含む層である。例えば、第２金属膜がＮｉを含む膜である場合、Ｎｉめっき時のめっき液中の還元剤の酸化を促進するＰｄなどを含む層が、第１金属膜と第２金属膜の間に配置されていれば、当該Ｐｄなどを含む層を触媒として、無電解めっき処理によって、第２金属膜の析出を促進することができるため、当該層は触媒層となる。
また、一実施形態では、前記触媒層の前記凸部の高さは、前記触媒層の前記凸部以外の部分の膜厚の２倍以上である。
前記実施形態によれば、第１金属膜と第２金属膜の間の密着力がより一層向上する。また、第２金属膜に内部応力が蓄積された際、第２金属膜より先に凸部にクラックが生じやすくなり、第２金属膜の内部応力を低減できる。
また、一実施形態では、前記触媒層の前記凸部以外の部分の膜厚は、１０ｎｍ以上３０ｎｍ以下である。
前記実施形態によれば、良好に第２金属膜を形成できるとともに、多層金属膜の電気的、物理的、化学的特性の触媒層による影響を低減できる。
また、一実施形態では、前記触媒層の前記凸部の高さは、前記第２金属膜の膜厚の１／２以下である。
前記実施形態によれば、第２金属膜の耐はんだ食われ性を十分に確保できる。
また、一実施形態では、前記触媒層は、前記第１金属膜よりも貴な金属を含む。
前記実施形態によれば、第１金属膜との置換反応により触媒層を容易に形成することができる。
また、一実施形態では、
前記基体は、樹脂と前記樹脂に含有された金属磁性粉とを含む磁性樹脂層を有し、
前記第１金属膜は、前記磁性樹脂層に接触する。
前記基体は、樹脂と前記樹脂に含有された金属磁性粉とを含む磁性樹脂層を有し、
前記第１金属膜は、前記磁性樹脂層に接触する。
前記実施形態によれば、金属磁性粉の導電性や置換反応を利用して第１金属膜を析出させることができる。また、第１金属膜が金属磁性粉と強く結合し、基体と第１金属膜の密着力を向上できる。
また、一実施形態では、さらに、前記第２金属膜上にはんだ濡れ性を有する第３金属膜を有する。
前記実施形態によれば、多層金属膜のはんだ濡れ性を向上できる。
また、一実施形態では、前記第１金属膜は、Ｃｕを含む。
前記実施形態によれば、多層金属膜の導電性を低コストで確保できる。また、第１金属膜の硬度を小さくできるので、多層金属膜の内部応力を低減できる。
また、一実施形態では、前記第２金属膜は、Ｎｉを含む。
前記実施形態によれば、多層金属膜の耐はんだ食われ性を容易に向上できる。
また、一実施形態では、前記触媒層は、Ｐｄを含む。
前記実施形態によれば、触媒層を容易に構成することができる。
また、インダクタ部品の一実施形態では、
基体と、
前記多層金属膜と、
前記基体内に配置されたインダクタ素子と
を備え、
前記多層金属膜は、前記基体から露出し、かつ、前記インダクタ素子に電気的に接続された外部端子である。
基体と、
前記多層金属膜と、
前記基体内に配置されたインダクタ素子と
を備え、
前記多層金属膜は、前記基体から露出し、かつ、前記インダクタ素子に電気的に接続された外部端子である。
前記実施形態によれば、外部端子内の剥離を低減したインダクタ部品を提供できる。
本開示の一態様である多層金属膜およびインダクタ部品によれば、多層金属膜の金属膜間の密着力を向上できる。
以下、本開示の一態様であるインダクタ部品を図示の実施の形態により詳細に説明する。なお、図面は一部模式的なものを含み、実際の寸法や比率を反映していない場合がある。
（第１実施形態）
（構成）
図１Ａは、インダクタ部品の第１実施形態を示す透視平面図である。図１Ｂは、図１ＡのＡ−Ａ断面図である。図２は、図１Ｂの一部拡大図である。
（構成）
図１Ａは、インダクタ部品の第１実施形態を示す透視平面図である。図１Ｂは、図１ＡのＡ−Ａ断面図である。図２は、図１Ｂの一部拡大図である。
インダクタ部品１は、例えば、パソコン、ＤＶＤプレーヤー、デジタルカメラ、ＴＶ、携帯電話、カーエレクトロニクスなどの電子機器に搭載される回路基板に実装される表面実装型の電子部品である。ただし、インダクタ部品１は、表面実装型でなく、基板内蔵型の電子部品であってもよい。また、インダクタ部品１は、例えば全体として直方体形状の部品である。ただし、インダクタ部品１の形状は、特に限定されず、円柱状や多角形柱状、円錐台形状、多角形錐台形状であってもよい。
図１Ａと図１Ｂに示すように、インダクタ部品１は、絶縁性を有する基体１０と、基体１０内に配置された第１インダクタ素子２Ａおよび第２インダクタ素子２Ｂと、基体１０の長方形状の第１主面１０ａから端面が露出するように基体１０に埋め込まれた第１柱状配線３１、第２柱状配線３２、第３柱状配線３３および第４柱状配線３４と、基体１０の第１主面１０ａ上に配置された第１外部端子４１、第２外部端子４２、第３外部端子４３および第４外部端子４４と、基体１０の第１主面１０ａ上に設けられた絶縁膜５０とを備える。図中、インダクタ部品１の厚みに平行な方向をＺ方向とし、順Ｚ方向を上側、逆Ｚ方向を下側とする。Ｚ方向に直交する平面において、インダクタ部品１の長手側となる長さに平行な方向をＸ方向とし、インダクタ部品１の短手側となる幅に平行な方向をＹ方向とする。
基体１０は、絶縁層６１と、絶縁層６１の下面６１ａに配置された第１磁性層１１と、絶縁層６１の上面６１ｂに配置された第２磁性層１２とを有する。基体１０の第１主面１０ａは、第２磁性層１２の上面に相当する。基体１０は、絶縁層６１、第１磁性層１１および第２磁性層１２の３層構造であるが、磁性層のみの１層構造、磁性層と絶縁層のみの２層構造、複数の磁性層及び絶縁層からなる４層以上の構造のいずれであってもよい。
絶縁層６１は、絶縁性を有し、主面が長方形の層状であり、絶縁層６１の厚みは、例えば、１０μｍ以上１００μｍ以下である。絶縁層６１は、例えば、低背化の観点からガラスクロスなどの基材を含まないエポキシ系樹脂やポリイミド系樹脂などの絶縁樹脂層であることが好ましいが、ＮｉＺｎ系やＭｎＺｎ系などのフェライトのような磁性体や、アルミナ、ガラスのような非磁性体からなる焼結体層であってもよく、ガラスエポキシなどの基材を含む樹脂基板層であってもよい。なお、絶縁層６１が焼結体層である場合は、絶縁層６１の強度や平坦性を確保でき、絶縁層６１上の積層物の加工性が向上する。また、絶縁層６１が焼結体層である場合は、低背化の観点から研磨加工されていることが好ましく、特に積層物のない下側から研磨されていることが好ましい。
第１磁性層１１及び第２磁性層１２は、高い透磁率を有し、主面が長方形の層状であり、樹脂１３５と、樹脂１３５に含有された金属磁性粉１３６とを含む。樹脂１３５は、例えば、エポキシ系樹脂やビスマレイミド、液晶ポリマ、ポリイミドなどからなる有機絶縁材料である。金属磁性粉１３６は、例えば、ＦｅＳｉＣｒなどのＦｅＳｉ系合金、ＦｅＣｏ系合金、ＮｉＦｅなどのＦｅ系合金、または、それらのアモルファス合金などの磁性を有する金属材料である。金属磁性粉１３６の平均粒径は、例えば０．１μｍ以上５μｍ以下である。インダクタ部品１の製造段階においては、金属磁性粉１３６の平均粒径を、レーザ回折・散乱法によって求めた粒度分布における積算値５０％に相当する粒径（いわゆるＤ５０）として算出することができる。金属磁性粉１３６の含有率は、好ましくは、磁性層全体に対して、２０Ｖｏｌ％以上７０Ｖｏｌ％以下である。金属磁性粉１３６の平均粒径が５μｍ以下である場合、直流重畳特性がより向上し、微粉によって高周波での鉄損を低減できる。なお、金属磁性粉でなく、ＮｉＺｎ系やＭｎＺｎ系などのフェライトの磁性粉を用いてもよい。
第１インダクタ素子２Ａ、第２インダクタ素子２Ｂは、基体１０の第１主面１０ａと平行に配置された第１スパイラル配線２１、第２スパイラル配線２２を含む。これにより、第１インダクタ素子２Ａおよび第２インダクタ素子２Ｂを第１主面１０ａと平行な方向で構成でき、インダクタ部品１の低背化を実現できる。第１スパイラル配線２１と第２スパイラル配線２２は、基体１０内の同一平面上に配置されている。具体的に述べると、第１スパイラル配線２１と第２スパイラル配線２２は、絶縁層６１の上方側、つまり、絶縁層６１の上面６１ｂにのみ形成され、第２磁性層１２に覆われている。
第１、第２スパイラル配線２１，２２は、平面状に巻回されている。具体的に述べると、第１、第２スパイラル配線２１，２２は、Ｚ方向から見たときに、半楕円形の弧状である。すなわち、第１、第２スパイラル配線２１，２２は、約半周分巻回された曲線状の配線である。また、第１、第２スパイラル配線２１，２２は、中間部分で直線部を含んでいる。なお、本願において、スパイラル配線の「スパイラル」とは、渦巻形状を含む平面状に巻回された曲線形状を意味し、第１スパイラル配線２１、第２スパイラル配線２２のような１ターン以下の曲線形状も含み、また当該曲線形状は、部分的な直線部を含んでいてもよい。
第１、第２スパイラル配線２１，２２の厚みは、例えば、４０μｍ以上１２０μｍ以下であることが好ましい。第１、第２スパイラル配線２１，２２の実施例として、厚みが４５μｍ、配線幅が４０μｍ、配線間スペースが１０μｍである。配線間スペースは絶縁性の確保から、３μｍ以上２０μｍ以下が好ましい。
第１、第２スパイラル配線２１，２２は、導電性材料からなり、例えばＣｕ、Ａｇ，Ａｕなどの低電気抵抗な金属材料からなる。本実施形態では、インダクタ部品１は、第１、第２スパイラル配線２１，２２を１層のみ備えており、インダクタ部品１の低背化を実現できる。なお、第１、第２スパイラル配線２１，２２は多層金属膜であってもよく、例えば、無電解めっきにより形成されたＣｕやＴｉなどの下地層上に、ＣｕやＡｇなどの導電層が形成された構造であってもよい。
第１スパイラル配線２１は、第１端、第２端がそれぞれ外側に位置する第１柱状配線３１、第２柱状配線３２に電気的に接続され、第１柱状配線３１および第２柱状配線３２からインダクタ部品１の中心側に向かって孤を描く曲線状である。また、第１スパイラル配線２１は、その両端にスパイラル形状部分よりも線幅の大きいパッド部を有し、パッド部において、第１、第２柱状配線３１，３２と直接接続されている。
同様に、第２スパイラル配線２２は、第１端、第２端がそれぞれ外側に位置する第３柱状配線３３、第４柱状配線３４に電気的に接続され、第３柱状配線３３および第４柱状配線３４からインダクタ部品１の中心側に向かって孤を描く曲線状である。
ここで、第１、第２スパイラル配線２１，２２のそれぞれにおいて、第１、第２スパイラル配線２１，２２が描く曲線と、第１、第２スパイラル配線２１，２２の両端を結んだ直線とに囲まれる範囲を内径部分とする。このとき、Ｚ方向からみて、第１、第２スパイラル配線２１，２２について、その内径部分同士は重ならず、第１、第２スパイラル配線２１，２２は、互いに離隔している。
第１、第２スパイラル配線２１，２２の第１から第４柱状配線３１〜３４との接続位置からＸ方向に平行な方向であってインダクタ部品１の外側となる方向に向かってさらに配線が伸びており、この配線はインダクタ部品１の外側に露出している。つまり、第１、第２スパイラル配線２１，２２は、インダクタ部品１の積層方向に平行な側面（ＹＺ平面に平行な面）から外部に露出している露出部２００を有する。
この配線は、インダクタ部品１の製造過程において、第１、第２スパイラル配線２１，２２の形状を形成後、追加で電解めっきを行う際の給電配線と接続される配線である。この給電配線によりインダクタ部品１を個片化する前のインダクタ基板状態において、追加で電解めっきを容易に行うことができ、配線間距離を狭くすることができる。また、追加で電解めっきを行うことで、第１、第２スパイラル配線２１，２２の配線間距離を狭くすることにより、第１、第２スパイラル配線２１，２２の磁気結合を高めたり、第１、第２スパイラル配線２１，２２の配線幅を大きくして電気抵抗を低減したり、インダクタ部品１の外形を小型化したりすることができる。
また、第１、第２スパイラル配線２１，２２は、露出部２００を有するので、インダクタ基板の加工時の静電気破壊耐性を確保できる。各スパイラル配線２１，２２において、露出部２００の露出面２００ａの厚み（Ｚ方向に沿った寸法）は、好ましくは、各スパイラル配線２１，２２の厚み（Ｚ方向に沿った寸法）以下で、かつ、４５μｍ以上である。露出面２００ａの厚みがスパイラル配線２１，２２の厚み以下であることにより、磁性層１１，１２の割合を増やすことができ、インダクタンスを向上できる。また、露出面２００ａの厚みが４５μｍ以上であることにより、露出面２００ａ付近の断線の発生を低減できる。露出面２００ａは、好ましくは、酸化膜である。これによれば、インダクタ部品１とその隣接部品との間でショートを抑制できる。
第１から第４柱状配線３１〜３４は、各スパイラル配線２１，２２からＺ方向に延在し、第２磁性層１２の内部を貫通している。第１柱状配線３１は、第１スパイラル配線２１の一端の上面から上側に延在し、第１柱状配線３１の端面が、基体１０の第１主面１０ａから露出する。第２柱状配線３２は、第１スパイラル配線２１の他端の上面から上側に延在し、第２柱状配線３２の端面が、基体１０の第１主面１０ａから露出する。第３柱状配線３３は、第２スパイラル配線２２の一端の上面から上側に延在し、第３柱状配線３３の端面が、基体１０の第１主面１０ａから露出する。第４柱状配線３４は、第２スパイラル配線２２の他端の上面から上側に延在し、第４柱状配線３４の端面が、基体１０の第１主面１０ａから露出する。
したがって、第１柱状配線３１、第２柱状配線３２、第３柱状配線３３、第４柱状配線３４は、第１インダクタ素子２Ａ、第２インダクタ素子２Ｂから上記第１主面１０ａから露出する端面まで、当該端面に直交する方向に直線状に伸びる。これにより、第１外部端子４１、第２外部端子４２、第３外部端子４３、第４外部端子４４と、第１インダクタ素子２Ａ、第２インダクタ素子２Ｂとをより短い距離で接続することができ、インダクタ部品１の低抵抗化や高インダクタンス化を実現できる。第１から第４柱状配線３１〜３４は、導電性材料からなり、例えば、スパイラル配線２１，２２と同様の材料からなる。
第１から第４外部端子４１〜４４は、基体１０の第１主面１０ａ（第２磁性層１２の上面）上に配置された多層金属膜である。第１外部端子４１は、第１柱状配線３１の基体１０の第１主面１０ａから露出する端面に接触し、第１柱状配線３１と電気的に接続されている。これにより、第１外部端子４１は、第１スパイラル配線２１の一端に電気的に接続される。第２外部端子４２は、第２柱状配線３２の基体１０の第１主面１０ａから露出する端面に接触し、第２柱状配線３２と電気的に接続されている。これにより、第２外部端子４２は、第１スパイラル配線２１の他端に電気的に接続される。
同様に、第３外部端子４３は、第３柱状配線３３の端面に接触し、第３柱状配線３３と電気的に接続されて、第２スパイラル配線２２の一端に電気的に接続される。第４外部端子４４は、第４柱状配線３４の端面に接触し、第４柱状配線３４と電気的に接続されて、第２スパイラル配線２２の他端に電気的に接続される。
インダクタ部品１では、第１主面１０ａは、長方形状の辺に相当する直線状に伸びる第１端縁１０１、第２端縁１０２を有する。第１端縁１０１、第２端縁１０２は、それぞれ基体１０の第１側面１０ｂ、第２側面１０ｃに続く第１主面１０ａの端縁である。第１外部端子４１と第３外部端子４３は、基体１０の第１側面１０ｂ側の第１端縁１０１に沿って配列され、第２外部端子４２と第４外部端子４４は、基体１０の第２側面１０ｃ側の第２端縁１０２に沿って配列されている。なお、基体１０の第１主面１０ａに直交する方向からみて、基体１０の第１側面１０ｂ，第２側面１０ｃは、Ｙ方向に沿った面であり、第１端縁１０１、第２端縁１０２と一致する。第１外部端子４１と第３外部端子４３の配列方向は、第１外部端子４１の中心と第３外部端子４３の中心を結ぶ方向とし、第２外部端子４２と第４外部端子４４の配列方向は、第２外部端子４２の中心と第４外部端子４４の中心を結ぶ方向とする。
絶縁膜５０は、基体１０の第１主面１０ａにおける第１から第４外部端子４１〜４４が設けられていない部分上に設けられている。ただし、絶縁膜５０は第１から第４外部端子４１〜４４の端部が乗り上げることで、第１から第４外部端子４１〜４４とＺ方向に重なっていてもよい。絶縁膜５０は、例えば、アクリル樹脂、エポキシ系樹脂、ポリイミド等の電気絶縁性が高い樹脂材料から構成される。これにより、第１から第４外部端子４１〜４４の間の絶縁性を向上できる。また、絶縁膜５０が第１から第４外部端子４１〜４４のパターン形成時のマスク代わりとなり、製造効率が向上する。また、絶縁膜５０は、樹脂１３５から金属磁性粉１３６が露出していた場合に、当該露出する金属磁性粉１３６を覆うことで、金属磁性粉１３６の外部への露出を防止することができる。なお、絶縁膜５０は、シリカや硫酸バリウムなどの絶縁材料からなるフィラーを含有してもよい。
図２に示すように、多層金属膜である第１外部端子４１は、基体１０（第２磁性層１２）に接触する第１金属膜４１１と、第１金属膜４１１に対して基体１０と反対側から第１金属膜４１１を覆う第２金属膜４１２と、第１金属膜４１１と第２金属膜４１２の間に配置された触媒層４１５とを備える。第２、第３、第４外部端子４２，４３，４４の構成は、第１外部端子４１の構成と同じであるため、以下、第１外部端子４１のみについて説明する。
第１金属膜４１１は、導電性を有し、第１外部端子４１の電気抵抗を低減する役割を有する。第１金属膜４１１は、例えば、無電解めっきにより形成されるが、電解めっきにより形成されてもよい。第１金属膜４１１が無電解めっきにより形成される場合、基体１０は金属磁性粉１３６を含むので、金属磁性粉１３６との置換反応により金属磁性粉１３６上に第１金属膜４１１を析出させることができ、基体１０と第１金属膜４１１の密着性を向上できる。
第２金属膜４１２は、耐はんだ食われ性を有し、第１金属膜４１１を覆うことで第１外部端子４１の第１金属膜４１１の実装はんだによるはんだ食われを抑制できる。第２金属膜４１２は、例えば、触媒層４１５を介して、無電解めっきにより形成される。
触媒層４１５は、膜状のベース部４１５ａと、ベース部４１５ａ上に設けられた複数の凸部４１５ｂとを有する。凸部４１５ｂは、第２金属膜４１２側に凸となり、第２金属膜４１２に侵入している。これにより、凸部４１５ｂのアンカー効果により第１金属膜４１１と第２金属膜４１２の間の密着力が向上する。具体的に述べると、インダクタ部品１の製造時や実装時、使用時に、第１金属膜４１１と第２金属膜４１２の線膨張率の違いや、第１外部端子４１に対する外力の作用により、第１金属膜４１１または第２金属膜４１２に応力が生じる場合があるが、触媒層４１５の凸部４１５ｂが、第２金属膜４１２に対するアンカーとなり、第１金属膜４１１と第２金属膜４１２の間の密着力が向上する。触媒層４１５は、例えば、第１金属膜４１１との置換反応により形成される。
好ましくは、触媒層４１５の凸部４１５ｂの高さＡは、触媒層４１５の凸部４１５ｂ以外の部分（つまり、ベース部４１５ａ）の膜厚ｔの２倍以上である。高さＡ、膜厚ｔは、それぞれ凸部４１５ｂ、ベース部４１５ａについて、Ｚ方向と平行に測定した寸法である。
これにより、凸部４１５ｂの高さＡを高くでき、凸部４１５ｂのアンカー効果により第１金属膜４１１と第２金属膜４１２の間の密着力がより一層向上する。また、第２金属膜４１２に内部応力が蓄積された際、第２金属膜４１２より先に凸部４１５ｂにクラックが生じやすくなり、第２金属膜４１２の内部応力を低減できる。よって、凸部４１５ｂは、クラックを有していてもよく、このクラックにより、第２金属膜４１２の内部応力を確実に低減できる。
高さや膜厚の計測条件（以下の高さや膜厚の計測を含む）としては、計測対象（上記の場合は第１外部端子４１）の計測寸法（高さや膜厚）に垂直な面の中心で計測対象を切断した断面の走査透過型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像で観察して計測する。具体的に述べると、インダクタ部品１などの試料を加工して測定対象の多層金属膜の上記中心を通る断面を露出させ、当該断面をＳＥＭを用い、１万倍の倍率にて取得した画像において測定する。なお、凸部４１５ｂの高さＡは、最大寸法を測定すればよく、ベース部４１５ａの膜厚ｔは、端部を除いた５か所の膜厚を測定し、その平均値を算出すればよい。以下の膜厚も同様に算出する。
これにより、凸部４１５ｂの高さＡを高くでき、凸部４１５ｂのアンカー効果により第１金属膜４１１と第２金属膜４１２の間の密着力がより一層向上する。また、第２金属膜４１２に内部応力が蓄積された際、第２金属膜４１２より先に凸部４１５ｂにクラックが生じやすくなり、第２金属膜４１２の内部応力を低減できる。よって、凸部４１５ｂは、クラックを有していてもよく、このクラックにより、第２金属膜４１２の内部応力を確実に低減できる。
高さや膜厚の計測条件（以下の高さや膜厚の計測を含む）としては、計測対象（上記の場合は第１外部端子４１）の計測寸法（高さや膜厚）に垂直な面の中心で計測対象を切断した断面の走査透過型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像で観察して計測する。具体的に述べると、インダクタ部品１などの試料を加工して測定対象の多層金属膜の上記中心を通る断面を露出させ、当該断面をＳＥＭを用い、１万倍の倍率にて取得した画像において測定する。なお、凸部４１５ｂの高さＡは、最大寸法を測定すればよく、ベース部４１５ａの膜厚ｔは、端部を除いた５か所の膜厚を測定し、その平均値を算出すればよい。以下の膜厚も同様に算出する。
好ましくは、触媒層４１５の凸部４１５ｂ以外の部分（つまり、ベース部４１５ａ）の膜厚ｔは、１０ｎｍ以上３０ｎｍ以下である。
膜厚ｔが１０ｎｍ以上であることにより、良好に第２金属層を形成できるとともに、膜厚ｔが３０ｎｍ以下であることにより、第１外部端子４１の電気的、物理的、化学的特性の触媒層による影響を低減できる。
膜厚ｔが１０ｎｍ以上であることにより、良好に第２金属層を形成できるとともに、膜厚ｔが３０ｎｍ以下であることにより、第１外部端子４１の電気的、物理的、化学的特性の触媒層による影響を低減できる。
好ましくは、触媒層４１５の凸部４１５ｂの高さＡは、第２金属膜４１２の膜厚Ｔ２の１／２以下である。これにより、第２金属膜４１２の耐はんだ食われ性を十分に確保できる。
好ましくは、触媒層４１５は、第１金属膜４１１よりも貴な金属を含む。これにより、第１金属膜４１１との置換反応により触媒層４１５を形成することができる。
第１金属膜４１１は、触媒層４１５側に複数の穴部４１１ａを有する。隣接する穴部４１１ａは、離れていてもよく、または、繋がっていてもよい。第１金属膜４１１の穴部４１１ａにより第１金属膜４１１と第２金属膜４１２の間など第１外部端子４１（多層金属膜）内に蓄積される内部応力を緩和できる。具体的に述べると、インダクタ部品１の製造時や実装時、使用時などに、第１金属膜４１１と第２金属膜４１２の線膨張率の違いや、第１外部端子４１に対する外力の作用により、第１金属膜４１１と第２金属膜４１２の間など第１外部端子４１内に内部応力が生じるが、第１金属膜４１１の穴部４１１ａにおいて、蓄積された内部応力が解放されるため、第１外部端子４１内に蓄積される内部応力を緩和できる。
好ましくは、第１金属膜４１１の穴部４１１ａ内は、空洞である。したがって、第１金属膜４１１の穴部４１１ａ内への不純物の混入による、第１金属膜４１１の純度の低下を抑制できる。なお、第１金属膜４１１の穴部４１１ａ内に、第１金属膜４１１の材料以外の不純物が混入していてもよく、例えば、めっき液以外の組成物（硫黄など）が混入していてもよい。
好ましくは、第１金属膜４１１の穴部４１１ａは、第１金属膜４１１の触媒層４１５側の第１主面４１１ｂから第１金属膜４１１の膜厚Ｔ１の１／４以下までの範囲Ｂに存在している。したがって、第１金属膜４１１において穴部４１１ａの存在する領域を小さくでき、第１金属膜４１１の強度を確保できる。
好ましくは、第１金属膜４１１の穴部４１１ａの大きさは、第１金属膜４１１と第２金属膜４１２の間で層間剥離が発生しない程度の大きさである。ここで、第１金属膜４１１と第２金属膜４１２の間で剥離が発生しない程度とは、大きな穴部４１１ａが存在した場合、または穴部４１１ａが複数存在し、かつ複数の穴部４１１ａ同士が連通した場合などであっても、その大きさが一定値以下である程度、または、第１金属膜４１１と第２金属膜４１２とが電気的に導通している程度を言う。具体的には、上記穴部４１１ａの大きさは、０．５μｍ以下であることが好ましい。また、第１金属膜４１１と第２金属膜４１２の間の電気抵抗が１ｍΩ以下であることが好ましい。これらの場合、第１金属膜４１１と第２金属膜４１２の間で剥離が発生していないと判断できる。これにより、第１金属膜４１１と第２金属膜４１２を備える第１外部端子４１（多層金属膜）としての機能、信頼性を確保できる。
好ましくは、第１金属膜４１１の硬度は、第２金属膜４１２の硬度よりも小さい。ここで、硬度とは、例えば、ビッカース硬度である。したがって、第２金属膜４１２よりも柔らかい第１金属膜４１１によりさらに内部応力の蓄積を緩和できる。
好ましくは、第１金属膜４１１は、Ｃｕを含む。これにより、第１外部端子４１の導電性を低コストで確保できる。また、第１金属膜４１１の硬度を小さくできるので、第１金属膜４１１を含む第１外部端子４１の内部応力を低減できる。なお、第１金属膜４１１の膜厚は、第１外部端子４１の他の金属膜よりも厚いことが好ましく、この場合第１外部端子４１の導電性を向上しつつ、内部応力をより低減できる。なお、第１金属膜４１１は、Ｃｕに限られず、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｐｄのうちの少なくとも一つを含んでいてもよい。
好ましくは、第２金属膜４１２は、Ｎｉを含む。これにより、第１外部端子４１の耐はんだ食われ性を容易に向上できる。また、これにより、第１金属膜４１１のマイグレーションを低減することもできる。なお、第２金属膜４１２は、Ｎｉに限られず、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｏ、Ｆｅのうちの少なくとも一つを含んでいてもよい。
好ましくは、触媒層４１５は、Ｐｄを含む。これにより、触媒層４１５を第１金属膜４１１が含む金属より貴な金属で容易に構成でき、かつ第２金属膜４１２を無電解めっきで形成する際に、次亜リン酸などの還元剤の酸化を容易に促進でき、第２金属膜４１２の析出をより促進することができる。なお、触媒層４１５は、Ｐｄに限られず、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ａｕのうちの少なくとも一つを含んでいてもよい。
好ましくは、図２の仮想線で示すように、第１外部端子４１は、さらに、第２金属膜４１２上にはんだ濡れ性を有する第３金属膜４１３を有する。これにより、第１外部端子４１のはんだ濡れ性を向上できる。第３金属膜４１３は、例えば、Ａｕ、Ｓｎ、Ｐｄ、Ａｇのうちの少なくとも一つを含んでいる。
（製造方法）
次に、インダクタ部品１の製造方法について説明する。
次に、インダクタ部品１の製造方法について説明する。
図３Ａに示すように、複数のスパイラル配線２１，２２と複数の柱状配線３１〜３４を基体１０により覆った状態において、基体１０の上面を研磨などによって研削加工し、柱状配線３１〜３４の端面を基体１０の上面から露出させる。その後、図３Ｂに示すように、基体１０の上面全体に、スピンコートやスクリーン印刷などの塗布法、ドライフィルムレジスト貼付などの乾式法などにより、ハッチングにて示す絶縁膜５０を形成する。絶縁膜５０は例えば感光性レジストである。
その後、外部端子を形成する領域において、フォトリソグラフィやレーザ、ドリル、ブラストなどにより、絶縁膜５０を除去することにより、柱状配線３１〜３４の端面および基体１０（第２磁性層１２）の一部が露出する貫通孔５０ａを絶縁膜５０に形成する。この際、図３Ｂに示すように、貫通孔５０ａからは柱状配線３１〜３４の端面全体を露出させてもよいし、柱状配線３１〜３４の端面の一部を露出させてもよい。また、１つの貫通孔５０ａから、複数の柱状配線３１〜３４の端面を露出させてもよい。
その後、外部端子を形成する領域において、フォトリソグラフィやレーザ、ドリル、ブラストなどにより、絶縁膜５０を除去することにより、柱状配線３１〜３４の端面および基体１０（第２磁性層１２）の一部が露出する貫通孔５０ａを絶縁膜５０に形成する。この際、図３Ｂに示すように、貫通孔５０ａからは柱状配線３１〜３４の端面全体を露出させてもよいし、柱状配線３１〜３４の端面の一部を露出させてもよい。また、１つの貫通孔５０ａから、複数の柱状配線３１〜３４の端面を露出させてもよい。
その後、図３Ｃに示すように、貫通孔５０ａ内に、ハッチングにて示す多層金属膜４１０を後述の方法により形成して、マザー基板１００を構成する。多層金属膜４１０は、切断前の外部端子４１〜４４を構成する。その後、図３Ｄに示すように、マザー基板１００、すなわち封止された複数のスパイラル配線２１，２２を、ダイシングブレードなどを用いてカット線Ｃにて２つのスパイラル配線２１，２２ごとに個片化して、複数のインダクタ部品１を製造する。多層金属膜４１０は、カット線Ｃにて切断されて、外部端子４１〜４４を形成する。なお、外部端子４１〜４４の製造方法は上記のように多層金属膜４１０を切断する方法であってもよいし、あらかじめ貫通孔５０ａを外部端子４１〜４４の形状となるように絶縁膜５０を除去した上で多層金属膜４１０を形成する方法であってもよい。
（多層金属膜４１０の製造方法）
前述の多層金属膜４１０の製造方法について説明する。図４Ａは、インダクタ部品１の第１外部端子４１（多層金属膜４１０の一例）を切断する断面におけるＳＥＭによる画像を示す図である。図４Ｂは、図４Ａの触媒層４１５付近における拡大画像図である。図４Ａと図４Ｂは、前述したように第１外部端子４１の膜厚に垂直な面（第１外部端子４１の露出する主面）の中心で第１外部端子４１を切断した断面の画像図である。図４Ａと図４Ｂでは、図１Ｂや図２とは上下が逆向きになっており、下方向がＺ方向となる。
前述の多層金属膜４１０の製造方法について説明する。図４Ａは、インダクタ部品１の第１外部端子４１（多層金属膜４１０の一例）を切断する断面におけるＳＥＭによる画像を示す図である。図４Ｂは、図４Ａの触媒層４１５付近における拡大画像図である。図４Ａと図４Ｂは、前述したように第１外部端子４１の膜厚に垂直な面（第１外部端子４１の露出する主面）の中心で第１外部端子４１を切断した断面の画像図である。図４Ａと図４Ｂでは、図１Ｂや図２とは上下が逆向きになっており、下方向がＺ方向となる。
前述のとおり、絶縁膜５０に貫通孔５０ａを形成した状態では、貫通孔５０ａからは、柱状配線３１〜３４の端面および基体１０が露出している。この貫通孔５０ａから露出する柱状配線３１〜３４の端面および基体１０の上面に対して、無電解めっき処理などにより、基体１０に接触し導電性を有する第１金属膜４１１として、Ｃｕ層を形成する。
次に、第１金属膜４１１上に、第２金属膜４１２を形成するための触媒層４１５として、Ｐｄ層を形成する。具体的には、上記Ｐｄ層の形成は、例えば置換Ｐｄ触媒処理を行う。ここで、上記置換Ｐｄ触媒処理において、処理条件を特定の条件にすることにより、触媒層４１５に上層（第２金属膜４１２）側に凸となる凸部４１５ｂを形成する。具体的には、例えば、上記置換Ｐｄ触媒処理において、Ｐｄ濃度を０．０２ｇ／Ｌとし、温度を４５℃とし、時間を１０ｍｉｎとすることで、図４Ａと図４Ｂに示すような凸部４１５ｂが形成される。このとき、凸部４１５ｂを含めた触媒層４１５の全体の膜厚の範囲としては、最小膜厚が２ｎｍとなり、最大膜厚が２０５ｎｍとなる。
次に、凸部４１５ｂを形成した触媒層４１５上に、無電解めっき処理などにより、耐はんだ食われ性を有する第２金属膜４１２として、Ｎｉ層を形成する。これによって、凸部４１５ｂは第２金属膜４１２に侵入する形状となる。
次に、第２金属膜４１２上に、無電解めっき処理などにより、はんだ濡れ性を有する第３金属膜４１３として、Ａｕ層を形成する。このようにすれば、多層金属膜４１０を形成することができる。
また、当該製造条件は、あくまで一例であり、凸部４１５ｂが得られるのであれば製造条件に限定はない。例えば、上記製造方法において、触媒層４１５は、第２金属膜４１２であるＮｉ層を形成するＮｉめっき液中の還元剤の酸化を促進する金属としてＰｄを含むことにより、Ｐｄ層を触媒として、無電解めっき処理によって、Ｎｉ層の析出を促進することができる。一方、触媒層４１５は、無電解めっき処理における触媒に限られず、他の公知の方法によって、第２金属膜４１２を形成する際の、第２金属膜の析出を促進する金属を含む層（触媒）であればよい。
また、触媒層４１５は、第１金属膜４１１であるＣｕ層よりも貴な金属であるＰｄを含むことにより、Ｃｕ層との置換反応によりＰｄ層を容易に形成することができる。一方、触媒層４１５は、他の公知の方法によって、Ｃｕ層上に形成できればよく、Ｃｕ層より卑な金属であってもよい。
（多層金属膜４１０の構造）
前述の多層金属膜４１０の構造についてさらに説明する。図５は、インダクタ部品１の第１外部端子４１（多層金属膜４１０の一例）を切断する断面におけるＳＥＭによる画像を示す図である。図５は、前述したように第１外部端子４１の膜厚に垂直な面（第１外部端子４１の露出する主面）の中心を通る断面で切断した画像図である。図５では、図４Ａおよびず４Ｂと同様に、下方向がＺ方向となる。
前述の多層金属膜４１０の構造についてさらに説明する。図５は、インダクタ部品１の第１外部端子４１（多層金属膜４１０の一例）を切断する断面におけるＳＥＭによる画像を示す図である。図５は、前述したように第１外部端子４１の膜厚に垂直な面（第１外部端子４１の露出する主面）の中心を通る断面で切断した画像図である。図５では、図４Ａおよびず４Ｂと同様に、下方向がＺ方向となる。
図５に示すように、多層金属膜４１０において、第１金属膜４１１は、触媒層４１５側に穴部４１１ａを有する。第１金属膜４１１が有する穴部４１１ａの大きさは、０．５μｍ以下である。また、穴部４１１ａは複数存在し、複数の穴部４１１ａが連通する最大数は１０以下であり、図５では概ね５個前後である。また、第１金属膜４１１と第２金属膜４１２の間とは電気的に導通しており、第１金属膜４１１と第２金属膜４１２の間の電気抵抗は１ｍΩ以下である。この場合、第１金属膜４１１と第２金属膜４１２とが問題なく電気的に接続されており、第１金属膜４１１と第２金属膜４１２の間で剥離が発生していないと判断できる。前述の通り、第１金属膜４１１は、触媒層４１５側に有する穴部４１１ａにより、多層金属膜４１０内に蓄積される内部応力を緩和できる。
なお、穴部４１１ａは、例えばＣｕからなる第１金属膜４１１上にＰｄからなる触媒層４１５を形成する際、ＣｕからＰｄへの置換処理において、処理条件を特定の条件にすることにより、第１金属膜４１１の触媒層４１５側に穴部４１１ａを形成することができる。具体的には、例えば、上記置換処理に用いる処理液のＰｄ濃度を３ｇ／Ｌ、温度を２５℃以上とすることで、図５に示すような穴部４１１ａが形成されることが確認できている。
なお、当該製造条件は、あくまで一例であり、穴部４１１ａが得られるのであれば製造条件に限定はない。
また、凸部４１５ｂの形成及び穴部４１１ａの形成は、それぞれ独立して行うことができるが、処理液の濃度、処理温度、処理時間を調整することで、上記凸部４１５ｂと上記穴部４１１ａを同時に形成することができるし、凸部４１５ｂのみ、穴部４１１ａのみをそれぞれ形成することもできる。
なお、本開示は上述の実施形態に限定されず、本開示の要旨を逸脱しない範囲で設計変更可能である。
前記実施形態では、基体内には第１インダクタ素子および第２インダクタ素子の２つが配置されたが、３つ以上のインダクタ素子が配置されてもよく、このとき、外部端子および柱状配線は、それぞれ、６つ以上となる。
前記実施形態では、インダクタ素子が有するスパイラル配線のターン数は、１周未満であるが、スパイラル配線のターン数が、１周を超える曲線であってもよい。また、インダクタ素子が有するスパイラル配線の総数は、１層に限られず、２層以上の多層構成であってもよい。また、第１インダクタ素子の第１スパイラル配線と第２インダクタ素子の第２スパイラル配線は第１主面と平行な同一平面に配置される構成に限られず、第１スパイラル配線と第２スパイラル配線が第１主面と直交する方向に配列された構成であってもよい。
前記実施形態では、外部端子は、素体の表面に設けられているが、外部端子の少なくとも一部が、素体に埋め込まれていてもよい。例えば、外部端子の第１金属膜が、素体に埋め込まれ、外部端子の第２金属膜または第３金属膜が、素体の表面から露出していてもよい。
前記実施形態では、多層金属膜は、インダクタ部品の外部端子として適用しているが、これに限られず、例えば多層金属膜がインダクタ部品の内部電極であってもよい。また、多層金属膜は、インダクタ部品に限られず、コンデンサ部品や抵抗部品などの他の電子部品に適用してもよく、これらの電子部品を搭載する回路基板に適用してもよい。例えば、多層金属膜として、回路基板の配線パターンであってもよい。
前記実施形態では、第１金属膜は、触媒層側に穴部を有しているが、第１金属膜は、穴部を設けなくてもよい。
１ インダクタ部品
２Ａ 第１インダクタ素子
２Ｂ 第２インダクタ素子
１０ 基体
１０１ 第１端縁
１０２ 第２端縁
１０ａ 第１主面
１０ｂ 第１側面
１０ｃ 第２側面
１１ 第１磁性層
１２ 第２磁性層
２１ 第１スパイラル配線
２２ 第２スパイラル配線
３１ 第１柱状配線
３２ 第２柱状配線
３３ 第３柱状配線
３４ 第４柱状配線
４１ 第１外部端子（多層金属膜）
４１０ 多層金属膜
４１１ 第１金属膜
４１１ａ 穴部
４１１ｂ 第１主面
４１２ 第２金属膜
４１３ 第３金属膜
４１５ 触媒層
４１５ａ ベース部
４１５ｂ 凸部
４２ 第２外部端子（多層金属膜）
４３ 第３外部端子（多層金属膜）
４４ 第４外部端子（多層金属膜）
５０ 絶縁膜
６１ 絶縁層
１００ マザー基板
１３５ 樹脂
１３６ 金属磁性粉
Ａ （凸部の）高さ
Ｂ （穴部の）範囲
ｔ （ベース部の）膜厚
Ｔ１ （第１金属膜の）膜厚
Ｔ２ （第２金属膜の）膜厚
２Ａ 第１インダクタ素子
２Ｂ 第２インダクタ素子
１０ 基体
１０１ 第１端縁
１０２ 第２端縁
１０ａ 第１主面
１０ｂ 第１側面
１０ｃ 第２側面
１１ 第１磁性層
１２ 第２磁性層
２１ 第１スパイラル配線
２２ 第２スパイラル配線
３１ 第１柱状配線
３２ 第２柱状配線
３３ 第３柱状配線
３４ 第４柱状配線
４１ 第１外部端子（多層金属膜）
４１０ 多層金属膜
４１１ 第１金属膜
４１１ａ 穴部
４１１ｂ 第１主面
４１２ 第２金属膜
４１３ 第３金属膜
４１５ 触媒層
４１５ａ ベース部
４１５ｂ 凸部
４２ 第２外部端子（多層金属膜）
４３ 第３外部端子（多層金属膜）
４４ 第４外部端子（多層金属膜）
５０ 絶縁膜
６１ 絶縁層
１００ マザー基板
１３５ 樹脂
１３６ 金属磁性粉
Ａ （凸部の）高さ
Ｂ （穴部の）範囲
ｔ （ベース部の）膜厚
Ｔ１ （第１金属膜の）膜厚
Ｔ２ （第２金属膜の）膜厚
Claims (11)
- 絶縁性を有する基体上に配置された金属膜であって、
前記基体に接触し導電性を有する第１金属膜と、
前記第１金属膜に対して前記基体と反対側から前記第１金属膜を覆う耐はんだ食われ性を有する第２金属膜と、
前記第１金属膜と前記第２金属膜の間に配置された触媒層と
を備え、
前記触媒層は、前記第２金属膜側に凸となり、前記第２金属膜に侵入する凸部を有する、多層金属膜。 - 前記触媒層の前記凸部の高さは、前記触媒層の前記凸部以外の部分の膜厚の２倍以上である、請求項１に記載の多層金属膜。
- 前記触媒層の前記凸部以外の部分の膜厚は、１０ｎｍ以上３０ｎｍ以下である、請求項１または２に記載の多層金属膜。
- 前記触媒層の前記凸部の高さは、前記第２金属膜の膜厚の１／２以下である、請求項１から３の何れか一つに記載の多層金属膜。
- 前記触媒層は、前記第１金属膜よりも貴な金属を含む、請求項１から４の何れか一つに記載の多層金属膜。
- 前記基体は、樹脂と前記樹脂に含有された金属磁性粉とを含む磁性樹脂層を有し、
前記第１金属膜は、前記磁性樹脂層に接触する、請求項１から５の何れか一つに記載の多層金属膜。 - さらに、前記第２金属膜上にはんだ濡れ性を有する第３金属膜を有する、請求項１から６の何れか一つに記載の多層金属膜。
- 前記第１金属膜は、Ｃｕを含む、請求項１から７の何れか一つに記載の多層金属膜。
- 前記第２金属膜は、Ｎｉを含む、請求項１から８の何れか一つに記載の多層金属膜。
- 前記触媒層は、Ｐｄを含む、請求項１から９の何れか一つに記載の多層金属膜。
- 基体と、
請求項１から１０の何れか一つに記載の多層金属膜と、
前記基体内に配置されたインダクタ素子と
を備え、
前記多層金属膜は、前記基体から露出し、かつ、前記インダクタ素子に電気的に接続された外部端子である、インダクタ部品。
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2019
- 2019-03-27 JP JP2019061019A patent/JP7176453B2/ja active Active
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