JP2020194976A - インダクタ部品 - Google Patents

Abstract

【課題】コイル特性を向上することができ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、複数の絶縁層を積層してなる素体と、前記素体内に設けられたコイルとを備え、前記絶縁層は、クオーツからなるフィラー材とガラス材とを含み、前記コイルは、前記絶縁層上に巻回されたコイル導体層を含み、前記コイル導体層のアスペクト比は、１．０以上であり、前記コイル導体層の延伸方向に直交する横断面において、前記コイル導体層の側面は、１つの突起を有するか、または、平滑である。【選択図】図３

Description

本発明は、インダクタ部品に関する。

従来、インダクタ部品としては、特開２０１４−２０７２８０号公報（特許文献１）に記載されたものがある。インダクタ部品は、ガラス材を含む素体と素体内に設けられたコイルとを有する。素体は、複数の絶縁層を含む。コイルは、絶縁層上に平面に巻回されたコイル導体層を含む。

特開２０１４−２０７２８０号公報

ところで、前記従来のインダクタ部品では、コイル導体層のアスペクト比が小さいので、コイル導体層の断面積を大きくすることができず、コイルに流れる電流を多くすることができなかった。そこで、アスペクト比を大きくするために、２層のコイル導体層を面接触させていた。

しかしながら、２層のコイル導体層を面接触させることで、面接触した２層のコイル導体層の側面には、複数の突起が形成され、この複数の突起により、コイル特性が低下していた。

ここで、本願発明者は、従来のインダクタ部品の製造方法において、絶縁層にフォトリソグラフィ工法により溝を形成し、この溝内にコイル導体層を形成していることから、溝を深く形成することで、コイル導体層のアスペクト比を大きくすることに着目した。

しかしながら、本願発明者は、従来の製造方法では以下の問題があることを見出した。つまり、絶縁層には、ガラス材に加えて、強度を確保するためにアルミナからなるフィラー材が含まれている。フィラー材のアルミナは、屈折率が高いので、ネガ型の感光性の絶縁層を露光して溝を形成するとき、露光に用いる光が、絶縁層内で散乱して、絶縁層内のより深い部分まで光を照射することができない。このため、溝が浅くなって、アスペクト比の大きなコイル導体層を形成することが困難となる。

そこで、本発明の課題は、コイル特性を向上することができ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、本発明のインダクタ部品の製造方法は、
クオーツからなるフィラー材とガラス材と樹脂材とを含む感光性の絶縁ペーストと導電ペーストとを準備する工程と、
前記絶縁ペーストを塗布して第１絶縁層を形成する工程と、
前記第１絶縁層の第１部分をマスクにより遮光した状態で前記第１絶縁層を露光する工程と、
前記第１絶縁層の前記第１部分を除去して、前記第１部分に対応する位置に溝を形成する工程と、
前記溝内に前記導電ペーストを塗布して、前記溝内にコイル導体層を形成する工程と、
前記第１絶縁層上および前記コイル導体層上に前記絶縁ペーストを塗布して、第２絶縁層を形成する工程と
を備える。

本発明のインダクタ部品の製造方法によれば、クオーツからなるフィラー材とガラス材とを含む絶縁ペーストを用いているので、フィラー材とガラス材の屈折率を近似させることができる。これにより、第１絶縁層に露光により溝を形成する際、露光に用いる光が第１絶縁層内で散乱することを防止できて、第１絶縁層内のより深い部分まで光を照射することができる。これによって、コイル導体層のアスペクト比を大きくでき、コイル導体層の断面積を大きくすることができる。したがって、複数のコイル導体層を面接触させて積層する必要がなく、コイル導体層の側面の形状を滑らかに形成することができるため、よりQ値を高くすることができて、コイル特性を向上することができる。

また、インダクタ部品の製造方法の一実施形態では、前記露光工程において、３５０ｎｍ以下の波長を含まない光で露光を行う。

前記実施形態によれば、３５０ｎｍ以下の波長を含まない光で露光を行うので、散乱し易い短波長をカットでき、深い溝を一層確実に形成することができる。

また、インダクタ部品の製造方法の一実施形態では、前記第２絶縁層の形成工程の後に、８００℃以上１０００℃以下の温度で焼成を行う。

前記実施形態によれば、第２絶縁層の形成工程の後に、８００℃以上１０００℃以下の温度で焼成を行うので、ガラス材は溶けてフィラー材は溶けず、焼成を行うことができる。

また、インダクタ部品の製造方法の一実施形態では、前記絶縁ペーストと前記導電ペーストとを準備する工程において、前記フィラー材の前記ガラス材に対する含有率は、２０ｖｏｌ％以上５０ｖｏｌ％以下である。

前記実施形態によれば、フィラー材のガラス材に対する含有率は、２０ｖｏｌ％以上５０ｖｏｌ％以下であるので、高アスペクト比と焼結性を満たすことができる。

また、インダクタ部品の一実施形態では、
複数の絶縁層を積層してなる素体と、
前記素体内に設けられたコイルと
を備え、
前記絶縁層は、クオーツからなるフィラー材とガラス材とを含み、
前記コイルは、前記絶縁層上に巻回されたコイル導体層を含み、
前記コイル導体層のアスペクト比は、１．０以上であり、
前記コイル導体層の延伸方向に直交する横断面において、前記コイル導体層の側面は、１つの突起を有するか、または、平滑である。

ここで、コイル導体層のアスペクト比とは、（コイル導体層のコイル軸方向の厚み）／（コイル導体層の幅）である。なお、コイルの軸方向とは、コイルが巻き回された螺旋の中心軸に平行な方向を指す。また、コイル導体層の幅とは、コイル導体層の延伸方向に直交する断面におけるコイルの軸方向と直交する方向の幅を指す。

前記実施形態によれば、コイル導体層のアスペクト比を大きくでき、コイル導体層の側面の形状を滑らかに形成することができて、コイル特性を向上することができる。

また、インダクタ部品の一実施形態では、前記コイル導体層のアスペクト比は、２．０以下である。

前記実施形態によれば、コイル導体層のアスペクト比は、２．０以下であるので、アスペクト比の高いコイル導体層を安定して形成できる。

また、インダクタ部品の一実施形態では、前記横断面において、前記コイル導体層は、胴部と前記胴部に接続された頭部とを含み、前記頭部の幅は、前記胴部の幅よりも広く、前記頭部の厚みは、前記胴部の厚みよりも薄い部分を有する。

前記実施形態によれば、頭部の幅方向の端部は、突起を構成することになるが、頭部の厚みが薄いので、コイル特性の低下を防ぐことができる。コイル導体層の頭部が形成されるように、マスクの開口を大きくして露光することができ、露光ずれが発生してもコイル導体層を確実に形成できる。

本発明のインダクタ部品によれば、コイル特性を向上することができる。

本発明のインダクタ部品の第１実施形態を示す透視斜視図である。 インダクタ部品の分解斜視図である。 インダクタ部品の断面図である。 コイル導体層の断面図である。 インダクタ部品の製造方法を説明する説明図である。 インダクタ部品の製造方法を説明する説明図である。 インダクタ部品の製造方法を説明する説明図である。 インダクタ部品の製造方法を説明する説明図である。 インダクタ部品の製造方法を説明する説明図である。 インダクタ部品の製造方法を説明する説明図である。 本発明のインダクタ部品の第２実施形態を示す断面図である。 コイル導体層の画像図である。

以下、本発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。

（第１実施形態）
図１は、インダクタ部品の第１実施形態を示す透視斜視図である。図２は、インダクタ部品の分解斜視図である。図３は、インダクタ部品の断面図である。図１と図２と図３に示すように、インダクタ部品１は、素体１０と、素体１０の内部に設けられた螺旋状のコイル２０と、素体１０に設けられコイル２０に電気的に接続された第１外部電極３０および第２外部電極４０とを有する。図１では、素体１０は、構造を容易に理解できるよう、透明に描かれている。図３は、図１のIII−III断面である。

インダクタ部品１は、第１、第２外部電極３０，４０を介して、図示しない回路基板の配線に電気的に接続される。インダクタ部品１は、例えば、高周波回路のインピーダンス整合用コイル（マッチングコイル）として用いられ、パソコン、ＤＶＤプレーヤー、デジカメ、ＴＶ、携帯電話、カーエレクトロニクス、医療用・産業用機械などの電子機器に用いられる。ただし、インダクタ部品１の用途はこれに限られず、例えば、同調回路、フィルタ回路や整流平滑回路などにも用いることもできる。

素体１０は、複数の絶縁層１１を積層して構成される。素体１０は、略直方体状に形成されている。素体１０の表面は、第１端面１５と、第１端面１５に対向する第２端面１６と、第１端面１５と第２端面１６の間に接続された底面１７と、底面１７に対向する天面１８とを有する。第１端面１５、第２端面１６、底面１７および天面１８は、絶縁層１１の積層方向Ａに平行な面となる。ここで、本願における「平行」とは、厳密な平行関係に限定されず、現実的なばらつきの範囲を考慮し、実質的な平行関係も含む。なお、素体１０は、焼成などによって、複数の絶縁層１１同士の界面が明確となっていない場合がある。

絶縁層１１は、クオーツからなるフィラー材とガラス材とを含む。クオーツは、結晶石英であり、クオーツの結晶化度は、特に限定されない。ガラス材は、ホウケイ酸ガラスである。なお、ガラス材としては、ホウケイ酸ガラス以外に、例えば、ＳｉＯ_２、Ｂ_２Ｏ_３、Ｋ_２Ｏ、Ｌｉ_２Ｏ、ＣａＯ、ＺｎＯ、Ｂｉ_２Ｏ_３、および／またはＡｌ_２Ｏ_３などを含むガラス、例えば、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ｋ_２Ｏ系ガラス、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ｌｉ_２Ｏ−ＣａＯ系ガラス、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ｌｉ_２Ｏ−ＣａＯ−ＺｎＯ系ガラス、およびＢｉ_２Ｏ_３−Ｂ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３系ガラスであってもよい。これらの無機成分は、２種以上を組み合わせてもよい。

第１外部電極３０および第２外部電極４０は、例えば、ＡｇまたはＣｕなどの導電性材料、及び、ガラス粒子から構成される。第１外部電極３０は、第１端面１５と底面１７に渡って設けられたＬ字形状である。第２外部電極４０は、第２端面１６と底面１７に渡って設けられたＬ字形状である。

コイル２０は、例えば、第１、第２外部電極３０，４０と同様の導電性材料及びガラス粒子から構成される。コイル２０は、絶縁層１１の積層方向Ａに沿って、螺旋状に巻き回されている。コイル２０の第１端は、第１外部電極３０に接続され、コイル２０の第２端は、第２外部電極４０に接続されている。なお、本実施形態では、コイル２０と第１、第２外部電極３０，４０とは一体化されており、明確な境界は存在しないが、これに限られず、コイルと外部電極とが異種材料や異種工法で形成されることにより、境界が存在していても良い。

コイル２０は、軸方向Ｌからみて、略長円形に形成されているが、この形状に限定されない。コイル２０の形状は、例えば、円形、楕円形、長方形、その他の多角形などであってもよい。コイル２０の軸方向Ｌとは、コイル２０が巻き回された螺旋の中心軸に平行な方向を指す。コイル２０の軸方向Ｌと絶縁層１１の積層方向Ａとは、同一方向を指す。

コイル２０は、絶縁層１１上に巻回された複数のコイル導体層２５を含む。積層方向Ａに隣り合うコイル導体層２５は、絶縁層１１を厚み方向に貫通するビア導体層２６を介して、電気的に直列に接続される。このように、複数のコイル導体層２５は、互いに電気的に直列に接続されながら、螺旋を構成している。具体的には、コイル２０は、互いに電気的に直列に接続され、巻回数が１周未満の複数のコイル導体層２５が積層された構成を有し、コイル２０はヘリカル形状である。

図４に示すように、コイル導体層２５のアスペクト比は、１．０以上である。コイル導体層２５のアスペクト比とは、（コイル導体層２５の軸方向Ｌの厚みｔ）／（コイル導体層２５の幅ｗ）である。コイル導体層２５の幅ｗとは、コイル導体層２５の延伸方向に直交する断面におけるコイル２０の軸方向Ｌと直交する方向の幅を指す。コイル導体層２５の厚みｔは、例えば５０μｍであり、コイル導体層２５の幅ｗは、例えば２５μｍである。

図４では、コイル導体層２５の断面は矩形状であるが、実際のコイル導体層２５では矩形状とならない場合がある。この場合であっても、コイル導体層２５のアスペクト比は、コイル導体層２５の断面積とコイル導体層２５の軸方向の最大厚みとから算出することができる。具体的には、上記厚みｔは、コイル導体層２５の軸方向Ｌの最大厚みとし、上記幅ｗは、コイル導体層２５の断面積をコイル導体層２５の最大厚みで割った値とすればよい。これにより、コイル導体層２５の内面や外面に凹凸が形成されていても、アスペクト比を容易に求めることができる。このように、コイル導体層２５の断面形状は、矩形に限らず、楕円形や多角形、これらを凹凸させた形状なども含む。

図４に示すように、コイル導体層２５の延伸方向に直交する横断面において、コイル導体層２５の側面２５ａは、平滑である。コイル導体層２５の側面２５ａは、幅方向の両側に位置し、軸方向に延在する。平滑とは、突起のない状態をいい、平面に限らず、曲面を含む。

前記インダクタ部品１によれば、コイル導体層２５のアスペクト比を大きくでき、コイル導体層２５の側面２５ａの形状を滑らかに形成することができて、コイル特性を向上することができる。これに対して、従来において、同じアスペクト比を形成しようとすると、複数のコイル導体層を面接触させて積層する必要があり、複数のコイル導体層の側面に複数の突起が形成されることになって、コイル特性が悪化する。

前記インダクタ部品１のコイル導体層２５のアスペクト比は、好ましくは、２．０以下である。したがって、アスペクト比の高いコイル導体層２５を安定して形成できる。

次に、前記インダクタ部品１の製造方法について説明する。

まず、ネガ型の感光性の絶縁ペーストと導電ペーストとを準備する。絶縁ペーストは、クオーツからなるフィラー材とガラス材と樹脂材とを含む。

図５Ａに示すように、絶縁ペーストを塗布して外側絶縁層１１ａを形成する。外側絶縁層１１ａに絶縁ペーストを塗布して第１絶縁層１１ｂを形成する。絶縁ペーストは、例えば、スクリーン印刷により塗布される。

図５Ｂに示すように、第１絶縁層１１ｂの第１部分１１１（二点鎖線に示される）をマスク１１０により遮光した状態で、第１絶縁層１１ｂを露光する。図５Ｃに示すように、第１絶縁層１１ｂの第１部分１１１を現像により除去して、第１部分１１１に対応する位置に溝１１２を形成する。

図５Ｄに示すように、溝１１２内に導電ペーストを塗布して、図５Ｅに示すように、溝１１２内にコイル導体層２５を形成する。具体的に述べると、図５Ｄに示すように、第１絶縁層１１ｂ上および溝１１２内に感光性の導電ペーストをスクリーン印刷により塗布する。このとき、コイル導体層２５の上部の幅を、コイル導体層２５の溝１１２内の幅よりも、大きく形成する。そして、溝１１２内の導電ペーストにマスク１１０を介して紫外線等を照射し、アルカリ溶液等の現像液で現像して、コイル導体層２５の未露光部分２５ａを除去する。これにより、図５Ｅに示すように、コイル導体層２５は、溝１１２内に形成される。

図５Ｆに示すように、第１絶縁層１１ｂ上およびコイル導体層２５上に絶縁ペーストを塗布して、第２絶縁層１１ｃを形成する。以上の工程を複数繰り返して、積層体を形成し、その後、焼成を行い、インダクタ部品１を製造する。

前記インダクタ部品１の製造方法によれば、クオーツからなるフィラー材とガラス材とを含む絶縁ペーストを用いているので、フィラー材とガラス材の屈折率を近似させることができる。これにより、第１絶縁層１１ｂに露光により溝１１２を形成する際、露光に用いる光が第１絶縁層１１ｂ内で散乱することを防止できて、第１絶縁層１１ｂ内のより深い部分まで光を照射することができる。したがって、コイル導体層２５のアスペクト比を大きくできて、コイル導体層２５の断面積を大きくすることができ、この結果、コイル２０に流れる電流を多くすることができて、コイル特性を向上することができる。

また、コイル導体層２５のアスペクト比を大きくできるので、複数のコイル導体層２５を面接触させて積層する必要がなく、コイル導体層２５の側面２５ａの形状を滑らかに形成することができて、コイル特性を向上することができる。

クオーツの粒径は、０．１μｍ以上５μｍ以下である。好ましくは、クオーツの粒径は０．９μｍである。クオーツの粒径が０．１μｍ以上であることで、絶縁ペーストとして分散が容易となる一方、クオーツの粒径が５μｍ以下であることで、屈折率の変化が小さく、溝１１２の形状がいびつになりづらいため好ましい。

フィラー材とガラス材の屈折率の差の絶対値は、好ましくは、０．１以下である。これにより、露光に用いる光の散乱を一層防止できる。

コイル２０に含まれるガラス粒子の粒径は、０．１μｍ以上５μｍ以下である。好ましくは、ガラス粒子の粒径は０．９μｍである。ガラス粒子の粒径が０．１μｍより小さいと、導電ペーストの分散が困難になる一方、ガラス粒子の粒径が５μｍより大きいと、屈折率が変化してコイルの形状がいびつになり好ましくない。

好ましくは、前記露光工程において、フィルタなどを用いて、３５０ｎｍ以下の波長を含まない光で露光を行う。したがって、散乱し易い短波長をカットでき、深い溝１１２を一層確実に形成することができる。例えば、ハロゲンランプの光源の短波長をカットする。または、ＬＥＤのような単一の波長を有する光源を用いてもよい。

好ましくは、８００℃以上１０００℃以下の温度で焼成を行う。これにより、ガラス材は溶けてフィラー材は溶けず、焼成を行うことができる。

好ましくは、絶縁ペーストと導電ペーストとを準備する工程において、フィラー材のガラス材に対する含有率は、２０ｖｏｌ％以上５０ｖｏｌ％以下である。したがって、高アスペクト比と焼結性を満たすことができる。これに対して、フィラー材の含有率が少なすぎると、高アスペクト比に不利となり、フィラー材の含有率が多すぎると、焼結性が低下する。

（インダクタ部品の実施例）
インダクタ部品の実施例において、インダクタ部品のＷ寸は２００±１０μｍであり、インダクタ部品のＬ寸は４００±１０μｍであり、インダクタ部品のＴ寸は２００μｍ以上３２０μｍ以下である。溝の深さは２０μｍであり、溝の幅は２５μｍであり、コイル導体層の厚みは２５μｍである。コイルの巻数は、１〜１０回巻きである。
インダクタ部品の従来例において、インダクタ部品のＷ寸は２００±１０μｍであり、インダクタ部品のＬ寸は４００±１０μｍであり、インダクタ部品のＴ寸は２００μｍ以上３２０μｍ以下である。溝の深さは１０μｍであり、溝の幅は２５μｍであり、コイル導体層の厚みは１０μｍである。コイルの巻数は、１〜１０回巻きである。
そして、測定周波数を６．１ＧＨｚとし、Ｌ値を３．６ｎＨとした条件の下、Ｑ値の測定を行ったところ、従来例のＱ値が１８に対して、実施例のＱ値が２４となって、Ｑ値が１．２５倍以上に向上した。

（屈折率の測定方法）
屈折率の測定方法に組成分析方法を用いる。インダクタ部品の断面をＬ方向の中央まで研磨して、ＥＤＸを用いて、Ａｇ以外のガラス部分の全体の組成分析を実施する。この結果から、組成比率が判明し、屈折率を類推する。ガラスの屈折率の範囲は、ガラスの組成の比率と屈折率の対応表で類推する。

（クオーツフィラー材の素体に占める断面積の割合）
インダクタ部品の断面をＬ方向の中央まで研磨して、ＥＤＸ、ＳＥＭを用いて、球状のクオーツフィラー材を特定する。測定領域の情報を元に、その面積比率を計算する。線を１００本引いて、クオーツとホウケイ酸ガラスそれぞれの長さを測定し、平均化することで求める。

（クオーツフィラー材の粒径の測定方法）
インダクタ部品の断面をＬ方向の中央まで研磨して、溶解していないフィラーのそれぞれの最大長を測定する。フィラーを特定して、最大長を測る。１０個の平均を求める。

（第２実施形態）
図６は、本発明のインダクタ部品の第２実施形態を示す断面図である。第２実施形態は、第１実施形態とは、コイル導体層の構成が相違する。この相違する構成を以下に説明する。

図６に示すように、第２実施形態のインダクタ部品では、横断面において、コイル導体層２５Ａは、胴部２５１と胴部２５１に接続された頭部２５２とを含む。図７に、電子顕微鏡により撮影したコイル導体層２５Ａの画像図を示す。

頭部２５２は、胴部２５１の積層方向Ａの上側に位置する。頭部２５２の幅ｗ２は、胴部２５１の幅ｗ１よりも広い。頭部２５２の厚みｔ２は、胴部２５１の厚みｔ１よりも薄い部分を有する。頭部２５２の厚みｔ２は、好ましくは、全体の厚みの３０％以下である。

コイル導体層２５Ａの両側面２５ａは、それぞれ、１つの突起２５０を有する。つまり、突起２５０は、頭部２５２の幅方向の端部に相当する。頭部２５２は、図５Ｄに示すように、マスク１１０の開口を溝１１２の開口よりも大きくすることで、形成される。このように、マスク１１０の開口を大きくすることで、マスク１１０のずれが発生しても、コイル導体層２５Ａを確実に形成できる。

したがって、頭部２５２の幅方向の端部は、突起２５０を構成することになるが、頭部２５２の厚みｔ２が薄いので、コイル特性の低下を防ぐことができる。また、コイル導体層２５Ａの頭部２５２が形成されるように、マスク１１０の開口を大きくして露光することができ、露光ずれが発生してもコイル導体層２５Ａを確実に形成できる。なお、コイル導体層２５Ａの一方の側面２５ａのみに突起２５０を設けるようにしてもよい。

なお、本発明は上述の実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で設計変更可能である。例えば、第１と第２実施形態のそれぞれの特徴点を様々に組み合わせてもよい。

前記実施形態において、素体にコバルトなどの着色材を入れて、製品の透過率を低減してもよく、内部のコイルの視認性を低減できる。

前記実施形態では、外部電極はＬ字形状に形成されたが、これに限られず、素体の底面のみに形成されてもよい。

前記実施形態では、コイルは、巻回数が１周未満の複数のコイル導体層が積層された構成であったが、コイル導体層の巻回数は１周以上であってもよい。つまり、コイル導体層は、平面スパイラル形状であってもよい。

１ インダクタ部品
１０ 素体
１１ 絶縁層
２０ コイル
２５，２５Ａ コイル導体層
２５ａ 側面
２６ ビア導体層
３０ 第１外部電極
３３ 第１外部電極導体層
４０ 第２外部電極
４３ 第２外部電極導体層
２５０ 突起
２５１ 胴部
２５２ 頭部
Ａ 積層方向
Ｌ 軸方向
ｔ コイル導体層の厚み
ｗ コイル導体層の幅

Claims (3)

1. 複数の絶縁層を積層してなる素体と、
   前記素体内に設けられたコイルと
   を備え、
   前記絶縁層は、クオーツからなるフィラー材とガラス材とを含み、
   前記コイルは、前記絶縁層上に巻回されたコイル導体層を含み、
   前記コイル導体層のアスペクト比は、１．０以上であり、
   前記コイル導体層の延伸方向に直交する横断面において、前記コイル導体層の側面は、１つの突起を有するか、または、平滑である、インダクタ部品。
2. 前記コイル導体層のアスペクト比は、２．０以下である、請求項１に記載のインダクタ部品。
3. 前記横断面において、前記コイル導体層は、胴部と前記胴部に接続された頭部とを含み、前記頭部の幅は、前記胴部の幅よりも広く、前記頭部の厚みは、前記胴部の厚みよりも薄い部分を有する、請求項１または２に記載のインダクタ部品。