JP2022068995A - コイル部品及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】素体にヘリカル状のコイルパターンが埋め込まれた構造を有するコイル部品において自己共振周波数を高める。【解決手段】コイル部品1は、素体10に埋め込まれたコイルパターンCを備える。素体10は、キャビティが形成された支持体11と、キャビティを覆うよう支持体11に積層された絶縁層13とを含み、これにより素体10の内部に空洞Sが形成される。コイルパターンCは、キャビティの内壁11aに沿って設けられた第1区間31~34と、絶縁層14上に設けられた第2区間41~45とを含み、第1区間31~34の端部及びこれらに対応する第2区間41~45の端部が互いに接続されている。これにより、コイルパターンCの内径領域の大部分が空洞Sによって構成されることから、コイルパターンCの隣接するターン間に生じる浮遊容量を大幅に低減することが可能となり、自己共振周波数が高められる。【選択図】図2

Description

本発明はコイル部品及びその製造方法に関し、特に、素体にヘリカル状のコイルパターンが埋め込まれた構造を有するコイル部品及びその製造方法に関する。
素体にヘリカル状のコイルパターンが埋め込まれた構造を有するコイル部品としては、特許文献1に記載されたコイル部品が知られている。
特開2006-324489号公報
しかしながら、特許文献1に記載されたコイル部品においては、自己共振周波数(SRF)を十分に高めることが困難であった。
したがって、本発明は、素体にヘリカル状のコイルパターンが埋め込まれた構造を有するコイル部品において、自己共振周波数を高めることを目的とする。
本発明によるコイル部品は、素体と、素体に埋め込まれ、複数ターンに亘ってヘリカル状に巻回されたコイルパターンと、素体の表面に設けられ、コイルパターンの一端及び他端にそれぞれ接続された第1及び第2の端子電極とを備え、素体は、キャビティが形成された支持体と、キャビティを覆うよう支持体に積層された第1の絶縁層とを含み、これにより素体の内部に空洞が形成され、コイルパターンは、キャビティの内壁に沿って設けられた複数の第1区間と、第1の絶縁層上に設けられた複数の第2区間とを含み、複数の第1区間の一端及びこれらに対応する複数の第2区間の一端が互いに接続され、複数の第1区間の他端及びこれらに対応する複数の第2区間の他端が互いに接続されていることを特徴とする。
本発明によれば、コイルパターンの内径領域の大部分が空洞によって構成されることから、コイルパターンの隣接するターン間に生じる浮遊容量を大幅に低減することが可能となる。これにより、自己共振周波数を高めることが可能となる。
本発明において、素体はキャビティの内壁を覆う第2の絶縁層をさらに含み、コイルパターンの第1の区間は、第2の絶縁層を介してキャビティの内壁に設けられていても構わない。これによれば、支持体の材料として導電性を有する材料を用いることが可能となる。この場合、支持体はシリコンからなるものであっても構わない。これによれば、支持体にキャビティを形成しやすくなる。
本発明において、第1の絶縁層は樹脂系絶縁材料からなるものであっても構わない。これによれば、第1の絶縁層が柔軟性を備えることから、外力が加わった場合であっても空洞を覆う部分が破損しにくくなる。この場合、第1の絶縁層を構成する樹脂系絶縁材料にはフィラーが添加されていても構わない。これによれば、第1の絶縁層の強度を高めることが可能となる。
本発明において、素体は複数の第2の区間を埋め込むよう第1の絶縁層を覆う樹脂系絶縁材料からなる第3の絶縁層をさらに含み、第1及び第2の端子電極は第3の絶縁層上に設けられており、第3の絶縁層を構成する樹脂系絶縁材料は、第1の絶縁層を構成する樹脂系絶縁材料よりも比誘電率が低くても構わない。これによれば、第1及び第2の端子電極とコイルパターンの間に生じる浮遊容量を低減することが可能となる。
本発明において、第1及び第2の端子電極はコイルパターンの軸方向に配列されていても構わない。これによれば、第1及び第2の端子電極とコイルパターンの間の電位差が抑えられることから、浮遊容量がより低減される。
この場合、第1及び第2の端子電極は、軸方向に対して垂直な素体の表面に形成されることなく、軸方向に沿った素体の表面に形成されていても構わない。これによれば、磁束が第1及び第2の端子電極と干渉しにくいことから、渦電流の発生を抑制することが可能となる。
本発明によるコイル部品の製造方法は、支持体にキャビティを形成する第1の工程と、キャビティの内壁に沿ってコイルパターンの複数の第1区間を形成する第2の工程と、キャビティを第1の絶縁層で覆うことによって空洞を形成する第3の工程と、第1の絶縁層に開口部を形成することにより、複数の第1区間の一端及び他端を露出させる第4の工程と、第1の絶縁層上にコイルパターンの複数の第2区間を形成することにより、複数の第1区間の一端及びこれらに対応する複数の第2区間の一端を互いに接続し、複数の第1区間の他端及びこれらに対応する複数の第2区間の他端を互いに接続する第5の工程とを備えることを特徴とする。
本発明によれば、内径領域の大部分が空洞であるコイルパターンを備えるコイル部品を容易に作製することが可能となる。
本発明によるコイル部品の製造方法は、第1の工程を行った後、第2の工程を行う前に、キャビティの内壁を覆う第2の絶縁層を形成する工程をさらに備えていても構わない。これによれば、支持体の材料として導電性を有する材料を用いることが可能となる。
本発明によるコイル部品の製造方法は、第1の絶縁層上に、複数の第2区間を埋め込むよう樹脂系絶縁材料からなる第3の絶縁層を形成する第6の工程と、第3の絶縁層上に、コイルパターンの一端及び他端にそれぞれ接続された第1及び第2の端子電極を形成する第7の工程とをさらに備え、第1の絶縁層は樹脂系絶縁材料からなり、第3の絶縁層を構成する樹脂系絶縁材料は、第1の絶縁層を構成する樹脂系絶縁材料よりも比誘電率が低くても構わない。これによれば、第1及び第2の端子電極とコイルパターンの間に生じる浮遊容量を低減することが可能となる。
本発明によれば、素体にヘリカル状のコイルパターンが埋め込まれた構造を有するコイル部品において、自己共振周波数を高めることが可能となる。
図1は、本発明の第1の実施形態によるコイル部品1の構成を説明するための略透視斜視図であり、(a)は上面側から見た図、(b)は実装面側から見た図である。 図2(a)は図1(b)に示すA-A線に沿った略断面図であり、図2(b)は図1(b)に示すB-B線に沿った略断面図である。 図3は、素体10に埋め込まれたコイルパターンCの構造を説明するための略斜視図である。 図4は、コイルパターンCをz方向から見た状態を示す略透視平面図である。 図5は、コイル部品1の製造方法を説明するための工程図である。 図6は、コイル部品1の製造方法を説明するための工程図である。 図7は、コイル部品1の製造方法を説明するための工程図である。 図8は、コイル部品1の製造方法を説明するための工程図である。 図9は、コイル部品1の製造方法を説明するための工程図である。 図10は、本発明の第2の実施形態によるコイル部品2の構成を説明するための略断面図である。
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。
<第1の実施形態>
図1は、本発明の第1の実施形態によるコイル部品1の構成を説明するための略透視斜視図であり、(a)は上面側から見た図、(b)は実装面側から見た図である。また、図2(a)は図1(b)に示すA-A線に沿った略断面図であり、図2(b)は図1(b)に示すB-B線に沿った略断面図である。
第1の実施形態によるコイル部品1は、表面実装が可能なチップ型電子部品であり、図1及び図2に示すように、素体10と、素体10に埋め込まれたコイルパターンCと、素体10の表面に設けられた端子電極E1,E2を備えている。
素体10は、支持体11と絶縁層12~14からなる。支持体11は、シリコンなど十分な機械的強度を有する材料からなり、そのxy平面にはz方向を深さ方向とするキャビティが設けられている。支持体11の表面は、キャビティの内壁11aと、キャビティを囲む外周面11bを有している。キャビティの内壁11aは、xy平面を構成する底面と、底面と外周面11bとの間に位置するテーパー面を有している。テーパー面は、x方向位置又はy方向位置が変化するにつれて深さがリニアに変化する領域であり、このようなテーパー面を設けることにより、後述するコイルパターンCの第1区間が形成しやすくなる。一方、外周面11bはリング状であり、xy平面を構成する。
絶縁層12は、キャビティの内壁11a及び外周面11bを覆う薄膜であり、例えば酸化シリコンからなる。本発明において絶縁層12を設けることは必須ではないが、支持体11の材料としてシリコンなどの導電性材料を用いる場合、支持体11とコイルパターンCを絶縁するために絶縁層12が必要となる。
絶縁層13は、キャビティを覆うよう支持体11の外周面11bに貼り付けられた樹脂系絶縁材料からなる。絶縁層13はキャビティの内壁11aとは接しておらず、これにより支持体11と絶縁層13によって、素体10の内部に空洞Sが形成される。空洞Sは空気で満たされており、このため空洞Sの比誘電率εは約1である。空洞Sは、窒素ガスなどの不活性ガスで満たされていても構わない。これによれば、空洞Sに露出するコイルパターンCの酸化を抑えることができる。また、絶縁層14は、絶縁層13の表面に積層される。ここで、絶縁層13は、エポキシ系又はアクリル系の樹脂材料にシリカなどのフィラーが添加された樹脂系絶縁材料からなる。これに対し、絶縁層14は、ビスマレイミドや液晶ポリマーなど、フィラーを含まない樹脂材料からなる。
このように、絶縁層13は、強度が高く柔軟性を有する樹脂系絶縁材料によって構成されることから、支持体11の外周面11bに絶縁層13を貼り付けることによって空洞Sを形成しても、外力による絶縁層13の破損が生じにくい。一方、絶縁層14を構成する樹脂系絶縁材料は、比誘電率の低い樹脂材料からなるとともに、シリカなどのフィラーが添加されていないことから、絶縁層13を構成する樹脂系絶縁材料よりも比誘電率が低い。一例として、絶縁層13を構成する樹脂系絶縁材料の1GHzにおける比誘電率εは約3.3であり、絶縁層14を構成する樹脂系絶縁材料の1GHzにおける比誘電率εは約2.4である。
図3は、素体10に埋め込まれたコイルパターンCの構造を説明するための略斜視図である。また、図4は、コイルパターンCをz方向から見た状態を示す略透視平面図である。
図2~図4に示すように、コイルパターンCは、絶縁層12を介して支持体11上に配置された第1区間31~34と、絶縁層13上に配置された第2区間41~45によって構成されている。そして、第1区間31~34の一端31a~34aは、第2区間41~44の一端41a~44aにそれぞれ接続され、第1区間31~34の他端31b~34bは、第2区間42~45の他端42b~45bにそれぞれ接続されている。図2に示すように、第1区間31~34のうちキャビティの内壁11aに形成された部分は空洞Sに露出し、第2区間41~45は絶縁層14に埋め込まれている。ここで、空洞Sの比誘電率εは約1であることから、x方向に隣接する第1区間31~34間における浮遊容量が大幅に低減される。さらに、第2区間41~45についても比誘電率の低い絶縁層14に埋め込まれていることから、x方向に隣接する第2区間41~45間における浮遊容量についても低減される。
かかる構成により、複数ターンに亘ってヘリカル状に巻回されたコイルパターンCが構成される。コイルパターンCのコイル軸はx方向である。第2区間41の他端41bはコイルパターンCの一端を構成し、絶縁層14を貫通して設けられたビア導体71を介して端子電極E1に接続される。一方、第2区間45の一端45aはコイルパターンCの他端を構成し、絶縁層14を貫通して設けられたビア導体72を介して端子電極E2に接続される。端子電極E1,E2は、素体10のxy表面にのみ形成された底面端子である。つまり、端子電極E1,E2は素体10のyz表面を覆っておらず、これにより、ハンダを用いて回路基板に実装した場合、素体10のyz表面がハンダのフィレットで覆われることがない。これにより、実装密度を高めることができるとともに、コイルパターンCによって生じる磁束が端子電極E1,E2やハンダと干渉しにくいことから、渦電流の発生を抑制することが可能となる。
図4に示すように、端子電極E1は少なくとも第2区間41と重なりを有しており、端子電極E2は少なくとも第2区間45と重なりを有している。このため、端子電極E1と第2水平区間41との間、並びに、端子電極E2と第2水平区間45との間には浮遊容量が発生する。しかしながら、本実施形態においては、両者間に位置する絶縁層14が比誘電率の低い樹脂系絶縁材料からなることから、端子電極E1,E2と第2区間41,45との間に生じる浮遊容量を低減することが可能となる。しかも、第2区間41~45は絶縁層14に埋め込まれていることから、x方向に隣接する第2区間41~45間における浮遊容量、つまり、コイルパターンCの隣接するターン間において生じる浮遊容量を低減することが可能となる。これにより、浮遊容量に起因する自己共振周波数の低下を防止することが可能となる。
また、本実施形態においては、端子電極E1が第2区間42の一部とも重なりを有し、端子電極E2が第2区間44の一部とも重なりを有している。このため、端子電極E1と第2区間42との間、並びに、端子電極E2と第2区間44との間にも浮遊容量が発生する。ここで、第2区間42は、第2区間41よりも端子電極E1からの配線距離が離れていることから、電圧降下の影響により、端子電極E1と第2区間42の単位面積当たりの浮遊容量は、端子電極E1と第2区間41の単位面積当たりの浮遊容量よりも大きくなる。同様に、第2区間44は、第2区間45よりも端子電極E2からの配線距離が離れていることから、電圧降下の影響により、端子電極E2と第2区間44の単位面積当たりの浮遊容量は、端子電極E2と第2区間45の単位面積当たりの浮遊容量よりも大きくなる。このように、端子電極E1,E2のそれぞれが複数本の第2区間41~45と重なりを有している場合、絶縁層14の材料として比誘電率の低い樹脂系絶縁材料を用いる効果はより大きくなる。
このように、本実施形態によるコイル部品1は、第1区間31~34のうちキャビティの内壁11aに形成された部分が空洞Sに露出していることから、x方向に隣接する第1区間31~34間における浮遊容量を大幅に低減することが可能となる。また、第2区間41~45についても比誘電率の低い絶縁層14に埋め込まれていることから、x方向に隣接する第2区間41~45間における浮遊容量についても低減することが可能となる。これにより、コイルパターンCの隣接するターン間において生じる浮遊容量を大幅に低減することができ、自己共振周波数を高めることが可能となる。
しかも、本実施形態においては、支持体11がシリコンなどの強度の高い材料からなることから、素体10の機械的強度を確保しつつ、浮遊容量に起因する自己共振周波数の低下を防止することが可能となる。
また、本実施形態においては、端子電極E1,E2がコイルパターンCの軸方向(x方向)に配列されていることから、端子電極E1が配線距離の離れた第2区間(例えば第2区間44や45)と重なることがなく、同様に、端子電極E2が配線距離の離れた第2区間(例えば第2区間41や42)と重なることがない。これにより、端子電極E1,E2及びこれらと重なる第2区間41,42,44,45の電位差が抑えられることから、端子電極E1,E2をy方向に配列した場合と比べて、浮遊容量をより低減することが可能となる。
次に、本実施形態によるコイル部品1の製造方法について説明する。
図5~図9は、本実施形態によるコイル部品1の製造方法を説明するための工程図である。図5~図9において、(a)は略斜視図、(b)は略平面図、(c)はyz略断面図である。
まず、図5に示すように、シリコンなどからなる支持体11を用意し、RIE法などを用いてz方向を深さ方向とするキャビティを形成する。これにより、キャビティに対応する部分には内壁11aが形成され、キャビティの周囲にはリング状の外周面11bが形成される。支持体11の材料としてシリコンを用いれば、キャビティを高精度に形成することが可能である。また、内壁11aのテーパー面の角度については、RIE条件によって調整可能である。
次に、内壁11a及び外周面11bに酸化シリコンなどからなる絶縁層12を形成した後、絶縁層12の表面にコイルパターンCの第1区間31~34を形成する。第1区間31~34の大部分はキャビティの内壁11aを覆う位置に形成されるが、その両端は外周面11bを覆う位置に形成される。第1区間31~34の形成方法としては、絶縁層12の全面に薄い給電膜を形成した後、スプレー法などを用いて感光性レジストを塗布し、露光現像することによって感光性レジストに開口部を形成し、電解メッキによって開口部に第1区間31~34を成長させることによって行うことができる。これにより、キャビティをy方向に横断する連続的な第1区間31~34が形成される。ここで、キャビティはテーパー面を有していることから、第1区間31~34に断線や膜厚ばらつきなどが生じにくい。
次に、図7に示すように、絶縁層12を介して支持体11の外周面11b上にフィルム状の絶縁層13を貼り付ける。これによりキャビティが閉塞され、空洞Sが形成される。かかる工程は、窒素ガスなどの不活性ガス中で行っても構わない。これによれば、空洞Sを窒素ガスなどの不活性ガスで満たすことが可能となる。また、第1区間31~34のうち、外周面11b上に形成された端部31a~34a,31b~34bは、絶縁層13に埋め込まれる。次に、絶縁層13に対して露光現像を行うことにより、絶縁層13に開口部51a~54a,51b~54bを形成する。このうち、開口部51a~54aはそれぞれ第1区間31~34の一端31a~34aを露出させる位置に設けられ、開口部51b~54bはそれぞれ第1区間31~34の他端31b~34bを露出させる位置に設けられる。ここで、絶縁層13は、比較的強度の高い樹脂材料にフィラーが添加された樹脂系絶縁材料からなることから、高い加工性を確保することが可能である。
次に、図8に示すように、絶縁層13の表面に第2区間41~45を形成する。第2区間41~45の形成方法としては、全面に薄い給電膜を形成した後、感光性フィルムを貼り付け、露光現像することによって感光性フィルムに開口部を形成し、電解メッキによって開口部に第2区間41~45を成長させることによって行うことができる。この時、第2区間41~44の一端41a~44aは、開口部51a~54aと重なる位置に設けられ、第2区間42~45の他端42b~45bは、開口部51b~54bと重なる位置に設けられる。これにより、第1区間31~34の一端31a~34aは、それぞれ第2区間41~44の一端41a~44aに接続され、第1区間31~34の他端31b~34bは、それぞれ第2区間42~45の他端42b~45bに接続される。
次に、図9に示すように、第2区間41~45が埋め込まれるよう、全面に絶縁層14を形成する。これにより、x方向に隣接する第2区間41~45は、比誘電率の低い樹脂系絶縁材料によって絶縁されることになる。次に、絶縁層14に開口部71a,72aを形成することによって、第2区間41の他端41bと第2区間45の一端45aを露出させる。そして、開口部71a,72aと重なる位置にそれぞれ端子電極E1,E2を形成すれば、本実施形態によるコイル部品1が完成する。
このように、本実施形態によるコイル部品1の製造方法においては、支持体11にキャビティを形成し、キャビティの内壁11aに第1区間31~34を形成した後、キャビティを閉塞するように絶縁層13を貼り付けていることから、素体10の内部に空洞Sを形成することが可能となる。これにより、浮遊容量の少ないコイルパターンCを素体10に埋め込むことが可能となる。
<第2の実施形態>
図10は、本発明の第2の実施形態によるコイル部品2の構成を説明するための略断面図である。
図10に示すように、第2の実施形態によるコイル部品2は、絶縁層14が絶縁層13と同じ樹脂系絶縁材料によって構成されている点において、第1の実施形態によるコイル部品1と相違している。その他の基本的な構成は、第1の実施形態によるコイル部品1と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。本実施形態によるコイル部品2が例示するように、本発明において、第2区間41~44が比誘電率の低い樹脂系絶縁材料によって覆われている点は必須ではない。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
1,2 コイル部品
10 素体
11 支持体
11a キャビティの内壁
11b 外周面
12~14 絶縁層
31~34 第1区間
31a~34a 第1区間の一端
31b~34b 第1区間の他端
41~45 第2区間
41a~44a 第2区間の一端
42b~45b 第2区間の他端
51a~54a,51b~54b 開口部
71,72 ビア導体
71a,72a 開口部
C コイルパターン
E1,E2 端子電極
S 空洞

Claims (11)

  1. 素体と、
    前記素体に埋め込まれ、複数ターンに亘ってヘリカル状に巻回されたコイルパターンと、
    前記素体の表面に設けられ、前記コイルパターンの一端及び他端にそれぞれ接続された第1及び第2の端子電極と、を備え、
    前記素体は、キャビティが形成された支持体と、前記キャビティを覆うよう前記支持体に積層された第1の絶縁層とを含み、これにより前記素体の内部に空洞が形成され、
    前記コイルパターンは、前記キャビティの内壁に沿って設けられた複数の第1区間と、前記第1の絶縁層上に設けられた複数の第2区間とを含み、
    前記複数の第1区間の一端及びこれらに対応する前記複数の第2区間の一端が互いに接続され、
    前記複数の第1区間の他端及びこれらに対応する前記複数の第2区間の他端が互いに接続されていることを特徴とするコイル部品。
  2. 前記素体は、前記キャビティの内壁を覆う第2の絶縁層をさらに含み、
    前記コイルパターンの前記第1の区間は、前記第2の絶縁層を介して前記キャビティの内壁に設けられていることを特徴とする請求項1に記載のコイル部品。
  3. 前記支持体は、シリコンからなることを特徴とする請求項2に記載のコイル部品。
  4. 前記第1の絶縁層は、樹脂系絶縁材料からなることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載のコイル部品。
  5. 前記第1の絶縁層を構成する樹脂系絶縁材料にはフィラーが添加されていることを特徴とする請求項4に記載のコイル部品。
  6. 前記素体は、前記複数の第2の区間を埋め込むよう前記第1の絶縁層を覆う、樹脂系絶縁材料からなる第3の絶縁層をさらに含み、
    前記第1及び第2の端子電極は、前記第3の絶縁層上に設けられており、
    前記第3の絶縁層を構成する樹脂系絶縁材料は、前記第1の絶縁層を構成する樹脂系絶縁材料よりも比誘電率が低いことを特徴とする請求項4又は5に記載のコイル部品。
  7. 前記第1及び第2の端子電極は、前記コイルパターンの軸方向に配列されていることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載のコイル部品。
  8. 前記第1及び第2の端子電極は、前記軸方向に対して垂直な前記素体の表面に形成されることなく、前記軸方向に沿った前記素体の表面に形成されていることを特徴とする請求項7に記載のコイル部品。
  9. 支持体にキャビティを形成する第1の工程と、
    前記キャビティの内壁に沿ってコイルパターンの複数の第1区間を形成する第2の工程と、
    前記キャビティを第1の絶縁層で覆うことによって空洞を形成する第3の工程と、
    前記第1の絶縁層に開口部を形成することにより、前記複数の第1区間の一端及び他端を露出させる第4の工程と、
    前記第1の絶縁層上に前記コイルパターンの複数の第2区間を形成することにより、前記複数の第1区間の一端及びこれらに対応する前記複数の第2区間の一端を互いに接続し、前記複数の第1区間の他端及びこれらに対応する前記複数の第2区間の他端を互いに接続する第5の工程と、を備えることを特徴とするコイル部品の製造方法。
  10. 前記第1の工程を行った後、前記第2の工程を行う前に、前記キャビティの内壁を覆う第2の絶縁層を形成する工程をさらに備えることを特徴とする請求項9に記載のコイル部品の製造方法。
  11. 前記第1の絶縁層上に、前記複数の第2区間を埋め込むよう樹脂系絶縁材料からなる第3の絶縁層を形成する第6の工程と、
    前記第3の絶縁層上に、前記コイルパターンの一端及び他端にそれぞれ接続された第1及び第2の端子電極を形成する第7の工程と、をさらに備え、
    前記第1の絶縁層は、樹脂系絶縁材料からなり、
    前記第3の絶縁層を構成する樹脂系絶縁材料は、前記第1の絶縁層を構成する樹脂系絶縁材料よりも比誘電率が低いことを特徴とする請求項9又は10に記載のコイル部品の製造方法。
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