JP4055978B2

JP4055978B2 - 高周波コイルの製造方法

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Publication number: JP4055978B2
Application number: JP2001306905A
Authority: JP
Inventors: 隆楫野; 稔高谷
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2000-10-02
Filing date: 2001-10-02
Publication date: 2008-03-05
Anticipated expiration: 2021-10-02
Also published as: JP2002184638A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板上にコイル導体を形成してなる高周波コイルの製造方法に係り、とくにＱが高く、量産性が良好で、狭公差の高周波コイルの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の高周波コイルの工法としては、以下の方法が知られている。
【０００３】
(1) 基板の表面に蒸着、スパッタリング、又はイオンプレーティングで第１導体膜を形成し、これをめっきで厚付けし、ドライエッチングでパターニングする工法（特公平７−１０１６５２号公報）。
【０００４】
(2) セラミック積層工法でヘリカルコイルを形成する工法（特開平３−２２９４０７号公報）。
【０００５】
図８はセラミック積層工法によるチップコイルの外観を示す斜視図に相当する写真であり、積層セラミック層１の両端部に端子電極２を有するとともに、図９の断面図に相当する写真の如く内部にコイル導体３を有している。ここで、端子電極２はチップコイルの端部を導電性ペーストの溶液の中に垂直に浸した後に焼成するので、チップコイルの両端面全部とこの周りの４面の端が全て導体で覆われる。また、セラミック積層工法でコイル導体３を作成する場合、導体ペーストを積層セラミック層１と共に焼成するため、図９の断面写真にあるようにコイル導体焼成時の溶剤のガス抜けに起因すると考えられる多数のボイドが表面に形成され、凹凸の多い断面形状となっている。
【０００６】
また、図１０はコイル導体３の上層のヘリカルパターンの拡大平面図に相当する写真であるが、やはり、コイル導体焼成時の溶剤のガス抜けに起因すると考えられる多数のボイドが表面に形成されたものとなる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記(1)の工法は、次の欠点がある。
【０００８】
▲１▼ 薄膜工法を多用しているので、量産性が悪い。特にエッチングにドライエッチング法を使用しているが、この工法はパターニングの精度は良いがエッチング速度が遅く、導体が厚くなると量産性が悪くなり、工業的に生産し得る膜厚は約１０μｍが上限である。例えば、膜厚０.３μｍの銅で１時間程度かかる。一方、コイルのＱの向上を考えると、コイル導体厚の１０μｍは下限値である。コイルのＱの向上には例えば５０μｍ〜ｌ００μｍの導体厚で設計することが有効であるが、この工法では実現困難である。
【０００９】
また、上記(2)のセラミック積層工法によりヘリカルコイルを形成する方法は、次の欠点がある。
【００１０】
▲１▼ 前者に比べるとＱは大きいが、高温で焼成する為にコイル導体に焼成時の溶剤のガス抜けに起因すると考えられる多数のボイドが存在し、導体表面に大きな凹凸が発生している為に、電流路の長さが伸びて抵抗が増大するためにＱを低下させている。
【００１１】
▲２▼ Ｑを上昇させるには導体層を厚くする必要があるが、導体層の形成は通常スクリーン印刷法で行われており約２０μｍが上限である。
【００１２】
▲３▼ 導体層の形成は通常スクリーン印刷法で行われており、焼成前のパターンの寸法精度が悪く、また焼成時に全体が１０〜２０％縮むがこの割合が一定せず、インダクタンスのばらつきが大きい。
【００１３】
本発明は、上記の点に鑑み、Ｑを高めることができ、インダクタンスのばらつきが小さく、信頼性、量産性に優れた高周波コイルの製造方法を提供することを目的とする。
【００１４】
本発明のその他の目的や新規な特徴は後述の実施の形態において明らかにする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本願請求項１の発明は、絶縁性基板上に、導体層と有機絶縁層とを交互に積層して作成する高周波コイルの製造方法において、
前記導体層を作製する工程が、
(1) ５μｍ以下のめっき用下地導体層を少なくとも前記絶縁性基板の片面の全てに形成する下地形成工程と、
(2) 感光性レジストを前記下地導体層の上に設けるレジスト形成工程と、
(3) フォトリソグラフィー法により前記レジストのコイル導体パターン部分を除去するパターニング工程と、
(4) 光沢電解銅めっきにより、前記レジストの除去されたコイル導体パターン部分に表面の凹凸が５μｍ以内のコイル導体層を形成すると同時に、層間絶縁層としての前記有機絶縁層に形成されているビアホールを導体で埋め尽くして当該ビアホールの穴を前記導体で完全に埋める光沢電解銅めっき工程と、
(5) 前記感光性レジストを除去するレジスト除去工程と、
(6) エッチングにより前記下地導体層の不要部分を除去する下地除去工程とを有することを特徴としている。
【００１６】
本願請求項２の発明に係る高周波コイルの製造方法は、請求項１において、前記めっき用下地導体層の少なくとも第１層を無電解めっきで形成することを特徴としている。
【００１７】
本願請求項３の発明に係る高周波コイルの製造方法は、請求項２において、前記無電解めっきが銅めっきであることを特徴としている。
【００１８】
本願請求項４の発明に係る高周波コイルの製造方法は、請求項１，２又は３において、前記感光性レジストがドライフィルムであることを特徴としている。
【００１９】
本願請求項５の発明に係る高周波コイルの製造方法は、請求項１，２，３又は４において、前記感光性レジストの露光を平行露光機で行うことを特徴としている。
【００２１】
本願請求項６の発明に係る高周波コイルの製造方法は、請求項１，２，３，４又は５において、前記電解めっきが銅めっきであることを特徴としている。
【００２２】
本願請求項７の発明に係る高周波コイルの製造方法は、請求項１，２，３，４，５又は６において、前記エッチングがウエットエッチングであることを特徴としている。
【００２３】
本願請求項８の発明に係る高周波コイルの製造方法は、請求項１，２，３，４，５，６又は７において、前記下地導体層と前記コイル導体層の金属種を選択エッチング可能な組み合わせにして、前記下地除去工程で下地導体層のみをエッチングするエッチング液で処理することを特徴としている。
【００２５】
本願請求項９の発明に係る高周波コイルの製造方法は、請求項１乃至８のいずれかにおいて、前記下地導体層とこれに積層された前記コイル導体層とからなる前記導体層のアスペクト比が０.３以上であることを特徴としている。
【００２６】
本願請求項１０の発明に係る高周波コイルの製造方法は、請求項１乃至９のいずれかにおいて、前記有機絶縁層が可撓性のある樹脂であることを特徴としている。
【００２７】
本願請求項１１の発明に係る高周波コイルの製造方法は、請求項１乃至１０のいずれかにおいて、層間絶縁層としての前記有機絶縁層に前記ビアホールをレーザー加工にて形成することを特徴としている。
【００２８】
本願請求項１２の発明に係る高周波コイルの製造方法は、請求項１乃至１０のいずれかにおいて、層間絶縁層としての前記有機絶縁層が感光性を有し、フォトリソグラフィー法で前記ビアホールを形成することを特徴としている。
【００２９】
本願請求項１３の発明に係る高周波コイルの製造方法は、請求項１乃至１２のいずれかにおいて、前記コイル導体パターンがヘリカルであることを特徴としている。
【００３０】
本願請求項１４の発明に係る高周波コイルの製造方法は、請求項１乃至１３のいずれかにおいて、前記下地導体層とこれに積層された前記コイル導体層とからなる前記導体層の厚さが、層間絶縁層としての前記有機絶縁層の厚さの１／２以上であることを特徴としている。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る高周波コイルの製造方法の実施の形態を図面に従って説明する。
【００３３】
図１乃至図４を用いて本発明に係る高周波コイルの製造方法の第１の実施の形態を説明する。
【００３４】
図１の第１工程（下地形成工程）において、有機又は無機の絶縁性基板１０の表面を粗化した後、片面の全てに厚さ５μｍ以下のめっき用下地導体層１１を形成する。なお、下地導体層１１が５μｍを超えると後工程で不要な下地導体層１１を除去するエッチングに時間がかかり、かつ下地導体層１１上に設けるコイル導体層もエッチングされるおそれが出てくるため、好ましくない。
【００３５】
前記下地導体層１１の形成方法は、スパッタリング、蒸着、イオンプレーティング等の薄膜工法、無電解めっき又は無電解めっきした上に電解めっきを施す等のウエット工法及びこれらの組み合わせとする。組み合わせの一例を挙げると、０.１μｍのＴｉ膜をスパッタリング法で形成した後で、電解銅めっきで２μｍ厚付けする等の方法である。この中でも無電解めっきもしくはこの上に電解めっきで厚付けする方法は量産性が良く、またスケールアップも容易なので好ましい。
【００３６】
金属の種類は比抵抗が低くて、安価なものが好ましい。銅は比抵抗とコストのバランスのとれた好ましい材料である。また、無電解銅めっきで容易に、量産性良く成膜出来る。
【００３７】
次に第２工程（レジスト形成工程）において、下地導体層１１の上に感光性レジストとしての光硬化性ドライフィルム１２をラミネーターで貼り付ける。ここで、ドライフィルム１２の厚みは後工程で形成するコイル導体層の厚さの８０％以上とすることが好ましく、例えばドライフィルム１２の厚みは８０μｍとする。
【００３８】
第３工程（パターニング工程）では、ドライフィルム１２に対してフォトリソグラフィーの手法を用いて平行露光機で露光、現像し、図２（Ａ）のコイル導体パターンを作製する。ここで図中の斜線の部分がドライフィルム１２を除去した溝部１３となる。基板全体の縦、横寸法は例えば０.８×１.６mm（製品個別の大きさ）であり、コイル導体部の幅は８５μｍである。但し、実際の製造においては、集合基板を使用して本実施の形態の各工程を実行し、最後に製品個別に切り出す。なお、平行露光機とするのは、これが平行光線をドライフィルム１２に垂直に照射でき、散乱光による場合に比べ細幅で側面が垂直に近い溝をパターニングできるからである。
【００３９】
第４工程（電解めっき工程）では、ドライフィルム１２の溝部１３に電解めっきとしての光沢硫酸銅めっきで厚さ８０μｍのコイル導体層１４を形成する。ここで光沢めっきとするのは、導体層１４表面を鏡面状にして凹凸を少なくするためである。なお、導体層１４は溝部１３の深さよりも肉厚が多少大きくなるようにめっき処理してもよい。
【００４０】
第５工程（レジスト除去工程）ではドライフィルム１２を剥離、除去し、下地導体層１１を露出させる。
【００４１】
第６工程（下地除去工程）では、全体をウェットエッチングでエッチング処理して下地導体層１１の不要部分を除去する。
【００４２】
以上の第１乃至第６工程により、図２（Ａ）のように絶縁性基板１０上に第１導体層２０が形成されることになる。以上の工法により第１導体層２０のアスペクト比を０.３以上にすることができる。
【００４３】
第７工程（層間絶縁層形成工程）では感光性絶縁樹脂を第１導体層２０上で２５μｍの厚さに塗布して有機絶縁層の層間絶縁層２１とする。
【００４４】
第８工程（ビアホール形成工程）では、層間絶縁層２１に対してフォトリソグラフィー法で露光、現像処理して図２（Ｂ）の斜線の位置にビアホール２２を作製する。ビアホールの直径は１００μｍである。
【００４５】
その後は、第１乃至第６工程と同様の工程を繰り返す。つまり、第９工程（下地形成工程）では、絶縁層２１の表面を粗化した後に５μｍ以下のめっき用下地導体層３１を銅の無電解めっき等で形成する。なお、下地導体層３１が５μｍを超えると後工程で不要な下地導体層３１を除去するエッチングに時間がかかり、かつ下地導体層３１上に設けるコイル導体層もエッチングされるおそれが出てくるため、好ましくない。
【００４６】
次に第１０工程（レジスト形成工程）において、下地導体層３１の上に感光性レジストとしての光硬化性ドライフィルム３２をラミネーターで貼り付ける。ここで、ドライフィルム３２の厚みは後工程で形成するコイル導体層の厚さの８０％以上とすることが好ましく、例えばドライフィルム３２の厚みは１００μｍとする。
【００４７】
第１１工程（パターニング工程）では、ドライフィルム３２に対してフォトリソグラフィーの手法を用いて平行露光機で露光、現像し、図２（Ｃ）のコイル導体パターンを作製する。ここで図中の斜線の部分がドライフィルム３２を除去した溝部３３となる。コイル導体部の幅は８５μｍである。
【００４８】
第１２工程（電解めっき工程）では、ドライフィルム３２の溝部３３に電解めっきとしての光沢硫酸銅めっきで厚さ１００μｍのコイル導体層３４を形成する。ここで光沢めっきとするのは、導体層３４表面を鏡面状にして凹凸を少なくするためである。なお、導体層３４は溝部３３の深さよりも肉厚が多少大きくなるようにめっき処理してもよい。ここで、導体層を厚くとり、めっき液の組成を選ぶと、ビアホールの穴を金属導体で完全に埋めることができ、信頼性上及び電気的特性上好ましい。この場合、硫酸銅めっき液の濃度は高い方が好ましく、５水塩換算で１５０ｇ／リットル以上、さらに好ましくは２００ｇ／リットルである。光沢剤はいわゆるビアフィル（ビアホールを埋め尽くすこと）を目的とし、さらに均一電着性が５０％以上であるものを選択する。導体層の厚さは層間絶縁層の厚さの１／２以上、さらに１以上が好ましい。
【００４９】
第１３工程（レジスト除去工程）ではドライフィルム３２を剥離、除去し、下地導体層３１を露出させる。
【００５０】
第１４工程（下地除去工程）では、全体をウェットエッチングでエッチング処理して下地導体層３１の不要部分を除去する。
【００５１】
以上の第９乃至第１４工程により、図２（Ｃ）のように層間絶縁層２１上に第２導体層４０が形成されることになる。以上の工法により第２導体層４０のアスペクト比を０.３以上にすることができる。
【００５２】
このようにして、図３に外観を、図４に第１及び第２導体層２０，４０の断面を示す高周波コイルが得られる。ここで、図１及び図２からも判るように前記第１導体層２０と第２導体層４０とは層間絶縁層２１のビアホール２２を介して相互に接続され、全体として基板両側縁の端子電極４５同士を接続するヘリカルパターンのコイル導体５０を構成している。
【００５３】
図３の外観を示す写真、図４の第１及び第２導体層２０，４０の断面図相当の写真から明らかなように、上記工法により各導体層２０，４０を作製できることで、図９や図１０の従来例に示す導体層のボイドの発生はなく、各導体層２０，４０の表面は滑らかなものとなる。
【００５４】
前記絶縁性基板１０及び層間絶縁層２１となる有機絶縁層の材質には浮遊容量を減少させるために誘電率の小さいものが好ましい。また誘電損失を減らす為にＱの大きいものが好ましい。具体的には絶縁性基板１０及び層間絶縁層２１の比誘電率がそれぞれ５以下で、Ｑはそれぞれ１００以上あることがとくに望ましい。絶縁性基板及び有機絶縁層の材料は使用周波数、目標のＱ値、コストを考慮して例えば以下の表１より選択すればよい。この中でも、ビニルベンジルは誘電率、Ｑ、コストのバランスが良く、好ましい材料である。
【００５５】

【００５６】
有機材としたときの絶縁性基板及び有機絶縁層には、機械的強度の向上の為に芯材を用いることが出来る。芯材には以下の表２のようにＤガラスクロス、Ｅガラスクロス、ケプラークロス等を用いることが出来る。一般的に誘電率の低く、低損失の材料ほど高価であるが、コストの許す限り、誘電率の低い材料を使用することが好ましい。
【００５７】

【００５８】
前記絶縁性基板１０及び有機絶縁層の層間絶縁層２１には、可撓性のある樹脂を用いることが好ましい。コイル導体と樹脂の熱膨張率は大きく異なっており、可撓性の乏しい樹脂を用いるとヒートサイクル等の信頼性試験によりクラックが生じる等の不具合が発生する。具体的に可撓性の尺度を挙げると、樹脂の伸び率が３％以上、エリクセン値が３mm以上等が挙げられる。基板１０に有機材を用いることは、誘電率が小さくかつ割れに強い材料が比較的容易に得られるので好ましい。
【００５９】
なお、セラミック基板の場合はアルミナのように機械的強度は優れているが誘電率が１０程度と大きい材料とガラスのように誘電率は４程度と小さいが割れやすい材料の二つにわかれて、機械的強度と低誘電率の両方を併せ持つ材料はない。
【００６０】
第１工程におけるめっき用下地導体層１１は、基板１０の全面にあるので第４工程の電解めっき時に大きな電流を流すことが出来めっき時間を短縮出来る。これは特にコイル導体層１４の高さを高くしてハイアスペクト形状にする場合に有効である。すなわち、導体層１４が厚い場合、めっき電流が小さいとめっき作業時間が大幅に増加して量産性の悪化を招く。
【００６１】
なお、最初にめっき下地導体層をパターニングして、電解めっきで厚付けする方法もあるが、この方法では一般的にめっき線の抵抗が大きくなるのでめっき時の電流を上げることが出来ず、またパターンの凸部は電解が集中してめっきが厚くなり、また凹部はその反対に薄くなり、パターニング精度が悪化する。特にスパイラルパターンのように導体の長さが大きい場合は著しい。また、島状のパターンが形成できないので、端子電極の構成時等に不具合が発生する場合もある。
【００６２】
第２工程及び第３工程において、パターンめっき用のめっきパターン形成に感光性レジストを使用すると、高精度のパターニングが出来て好ましい。またレジストを厚くすれば、容易にハイアスペクトパターンを形成する事が出来る。レジストが厚い場合は平行光線を照射できる平行露光機を用いると樹脂の壁面が垂直に加工され好ましい。
【００６３】
本実施の形態のように、感光性レジストにドライフィルム３２を用いるとハイアスペクトパターンが容易に出来るので好ましい。
【００６４】
例えば、スピンコート法で液状レジストを用いてレジスト層を形成する場合を考えると、厚塗りする場合はレジストの粘度を上げる必要があるが、この場合基板周辺のレジストが厚くなり膜厚の精度が出ない。また溶剤の乾燥も困難である。ドライフィルムの場合は膜厚は最初から保証されており、また溶剤乾燥の必要もない利点がある。
【００６５】
なお、ハイアスペクトパターンを形成する場合、パネルめっき後レジストパターンを形成して、ドライエッチングする方法も考えられる。この場合は高精度にハイアスペクトパターンが形成可能ではあるが、エッチングのスピードが遅く（膜厚０.３μｍで１時間程度かかる）、工業的に生産可能な膜厚の上限は１０μｍ程度であり、またそれ以下の膜厚の場合でも量産性は犠牲になる。
【００６６】
前記めっき下地導体層１１の厚さの上限は、第６工程でのエッチングのされやすさによって決まる。コイル導体層１４と下地導体層１１の選択エッチングが不可能な場合には下地導体層１１の厚さはコイル導体層１４の厚さの１／５が上限である。厚さがこれを越えると、コイル導体層１４のエッチング量が増えて高周波コイルとしての損失が増大し、またコイル導体層１４のパターン精度も落ちる。
【００６７】
コイル導体層１４と下地導体層１１が選択エッチング可能な場合はこれより厚くてもかまわないが、あまり厚いと下地導体層１１のサイドエッチングが大きくなるので、１／３が上限である。
【００６８】
第４工程の電解めっき法は膜形成速度が早く、またスケールアップが容易であるので好ましい製造手段である。特にハイアスペクト導体を形成する場合はコイル導体層１４の厚さが場合によっては１００μｍを越えるので量産性を確保するのに極めて重要な工法になる。また光沢めっきを用いるとコイル導体層１４の３面の凹凸が小さくなり好ましい。金属の種類も銅、銀等比抵抗の低いものがめっき可能である。この中でも銅は安価であり、比抵抗も低く、また銀に比べてマイグレーションも起こしにくいので要求特性のバランスがとれており、好ましい。
【００６９】
第６工程でのめっき用下地導体層１１のエッチングはドライエッチング又はウエットエッチングのどちらでも可能である。しかし、量産性を考慮すると本実施の形態で述べたようにウエットエッチングが好ましい。ウエットエッチングは量産性が良好であり（膜厚１０μｍの銅のエッチングで１０分程度）、またスケールアップも容易である。
【００７０】
また、めっき用下地導体層１１にコイル導体層１４と選択エッチング可能な金属を使用することも好ましい。こうすれば第６工程中でのコイル導体層１４の細りを防止する事が出来る。組み合わせの例として下地導体層がチタン、クロムであり、コイル導体層が銅である場合が挙げられる。下地導体層がチタンのみである場合、厚さを０.３〜１μｍとし、エッチング液は例えば水酸化ナトリウムと過酸化水素水の混合物（組成：水酸化ナトリウム１％、過酸化水素１％）を用いる。
【００７１】
第８工程でのビアホール２２の加工には層間絶縁層２１に感光性のある場合はフォトリソグラフィー技術で形成し、そうでない場合はレーザー加工法が好ましく用いられる。フォトリソグラフィー法の場合は一度に多くの穴を開けることが可能であるので、穴数の多い場合に好ましい。また穴開けの精度はフォトマスクの精度でほとんど決まるので高い。レーザー加工法で穴開けをするメリットは樹脂の種類を選ばないことである。また樹脂に感光性を付与すると一般的にＱ、誘電率等の特性値が低下し、また機械的強度も悪化する。レーザー加工法の場合は自由に樹脂を選択できるので、特性の良好な層間絶縁膜を使用することが可能である。
【００７２】
端子電極４５同士を接続するコイル導体５０となる第１導体層２０及び第２導体層４０のアスペクト比は出来るだけ大きいことが好ましい。アスペクト比を上げることにより、コイル導体の渦電流損失を増やすことなく電流路の断面積を増加する事が出来る。またインダクタンス値はほとんど変わらないので、Ｑを効率良く上げることが出来る。
【００７３】
コイル導体の幅を増やした場合は、電流路の断面積は増加するものの、磁界と鎖交する導体上部の面積が増え、またインダクタンス値が減少するので好ましくない。アスペクト比の目安として０.３以上が挙げられる。これはプリント基板等で行われているサブトラクティブ法はアスペクト比が０.２が上限であることに基づいている。また、アスペクト比が０.３未満では、電流路の断面積の増加はわずかにとどまりＱの改善効果はあまり期待できないからでもある。
【００７４】
コイル導体表面は出来るだけなめらかで凹凸の小さいものが好ましい。表面の凹凸が高周波のスキンデプスと同程度になると電流路の長さが大きくなって実効抵抗が上昇する。セラミック積層工法でコイルを作成すると図１０にあるように表面に多数のボイドが形成されて好ましくない。凹凸の目安としてセラミック工法との対比によると５μｍ以下が目安である。
【００７５】
コイル導体パターンをヘリカルにすると通常Ｑは上昇するが層数が増えるために量産性は低下する。本発明では導体層の工法を詳細に検討することにより、層数の多いヘリカルコイルにおいても実用に耐える量産性が確保可能な工法を開示している。
【００７６】
本実施の形態では、(I)高Ｑ、(II)量産性良好、(III)狭公差、(IV)高信頼性とするために以下に述べる構成とする。
【００７７】
(I) 高Ｑに関して
【００７８】
(1) 基本的関係
【００７９】
コイルのＱは次式で表される。
Ｑ＝２πｆＬ／Ｒeff …(１式)
（但し、ｆ：周波数、Ｌ：インダクタンス、Ｒeff：実効抵抗）
また、実効抵抗Ｒeffは次式で表される。
Ｒeff＝Ｒj＋Ｒe＋Ｒd …(２式)
（但し、Ｒj：ジュール損失に起因する抵抗、Ｒe：渦電流損失に起因する抵抗、Ｒd：誘電損失に起因する抵抗）
【００８０】
(2) 層間絶縁層を有機材料にする。
【００８１】
▲１▼ 層間絶縁層２１が有機絶縁層の場合、その形成温度が大幅に低下し（セラミック積層の場合は１０００℃程度、有機絶縁層の場合は２００℃以下）、導体ペーストの焼結によらずめっき工法でコイル導体５０を形成でき、導体表面が滑らかになる。コイル導体５０の滑らかさの目安は、導体表面の凹凸が使用周波数でのスキンデプスの３倍以下となるようにする。１ＧＨｚの場合を考えると、スキンデプスは導体が銅の場合約２μｍであるから６μｍ以下となる。また、コイル導体２０の電流方向に垂直な面での切り口の１／３以上が滑らかである事が望ましい。これにより電流路が短くなり、Ｒjが下がる。
【００８２】
スパッタリング、蒸着、プラズマＣＶＤ等の薄膜製膜方法により低温で無機絶縁層を形成することもできるが、ステップカバレージが悪く、特にヘリカル巻きのように多数の導体層を形成する場合には好ましくない。また量産性が落ちる。このことはヘリカル巻きのように層数の多い場合は顕著になる。その上、一般的に誘電率が大きくなり、ＳＲＦ（自己共振周波数）が低下する。さらに層数の多い場合はストレスが蓄積しクラックが生じやすくなる。
【００８３】
▲２▼ 絶縁性基板１０及び有機絶縁層としてＱ値の高い樹脂を選択すればＲdが減少しさらにＱを向上させる事が出来る。例えば、ビニルベンジル等のようにＱが１００以上の材料を選択することが望ましい。なお、Ｑが１００未満では高周波コイルのＱの低下を招くことになり好ましくない。
【００８４】
(3) コイル導体のアスペクト比を高くする。
コイル導体５０、つまり第１導体層２０、第２導体層４０のアスペクト比をそれぞれ上げると電流路の断面積を増やせるのでＲjが減少し、Ｑを向上出来る。
【００８５】
高周波においては電流は表皮効果の為に導体のごく表面にしか流れない。電流の流れる深さの目安としてスキンデプスがあり、導体が銅の場合は１ＧＨｚで約２μｍである。導体層を高く（厚く）すると側面にも電流が流れるようになり、電流路の断面積が拡大し、Ｒjが減少し、高周波においてもＱを上げる事が出来る。
【００８６】
なお、電流路を増やすもう一つの方法として、導体幅を広くすることが考えられる。この場合電流路の断面積は増えるものの、磁界とコイル導体の鎖交する面積が増えて渦電流損失が拡大する。また導体の最外周の位置を固定して考えると導体幅を増やすと中央の開口部の面積が減少してＬ値が減少する。一方、アスペクト比を上げた場合にはＬはほとんど変わらないので、アスペクト比を上げた場合と比較するとＱは減少することになる（１式参照）。
【００８７】
(4) 巻き線、つまりコイル導体５０をヘリカルにする。
ヘリカル巻きにするとスパイラルの場合に比べて同じインダクタンスＬを得るのに短い導体ですむのでＲjが減少する。
【００８８】
またコイル導体５０がヘリカルパターンの場合、磁界に接する導体の面積が減るのでＲeが減少する。その理由は、コイル導体の発生する磁界は基板に対してほぼ垂直であり、ヘリカルの場合は最下層の下側の導体面と最上層の上側の面は磁界にさらされて渦電流損失が生じるが、これ以外の導体面はこれらの面にシールドされて磁界にほとんど接しないからである。
【００８９】
(5) コイル導体パターンを光沢めっきのパターンめっき工法（図１に示した工法）で作製する。
これによりコイル導体５０を構成する第１導体層２０及び第２導体層４０の底面以外の３面を滑らかに出来る。
【００９０】
(II) 量産性に関して
【００９１】
(1) 層間絶縁層として有機絶縁層を用いる。
有機絶縁層の場合、量産性に優れた成膜方法を使用できる。一方、滑らかなコイル導体５０の表面を保って無機の層間絶縁層を使用する場合には、スパッタリング、蒸着、イオンプレーティング等の量産性の劣る製膜方法を使用せざるを得ない。また高周波コイルでは浮遊容量を小さくするために層間絶縁樹脂の厚さは１０μｍ以上に設定するが、この場合さらに量産性が悪化する。
【００９２】
(2) コイル導体の形成にはパターンめっき法を用いる。
図１で説明したパターンめっき法は量産性に優れている。またＱの向上には導体パターンのハイアスペクト化が有効であり、コイル導体厚が約１００μｍに達する場合もあるが、パターンめっき法によると量産性を損なうことなくハイアスペクトパターンが形成出来る。
【００９３】
(III) 狭公差に関して
【００９４】
(1) コイル導体の形成にはパターンめっき法を用いる。
パターンめっきの場合はコイル導体５０の精度はほとんどフォトマスクの精度で決まるので高精度である。
【００９５】
(2) ビアホール形成はレーザー加工もしくはフォトリソグラフィー法を使用する。
これらは、ビアホール２２をスクリーン印刷法で形成するよりも遥かに高精度で穴開け出来る。
【００９６】
(IV) 高信頼性に関して
【００９７】
(1) 可撓性のある樹脂を層間絶縁層に使用する。
層間絶縁層２１としての有機絶縁層には可撓性のある樹脂を用いることが好ましい。導体と樹脂の熱膨張率は大きく異なっており、可撓性の乏しい樹脂を用いるとヒートサイクル等の信頼性試験によりクラックが生じる等の不具合が発生する。可撓性のある樹脂を使用することにより、これらの不具合を回避する事が出来る。具体的に可撓性の尺度を揚げると、樹脂の伸び率が３％以上、エリクセン値が３mm以上等が挙げられる。
【００９８】
(2) 絶縁層２１の形成時に樹脂の溶剤としてブチルカルビトール等の沸点の高い溶剤を使用する。
これにより、溶剤の乾燥時に粘度上昇が穏やかに起こり、ステップカバレージが改善され、段差での導体の断線等の不具合を防止してくれる。
【００９９】
図５は本発明の第２の実施の形態を示し、ヘリカルの巻数を３.５ターンとしたものである。同図（Ａ）は有機又は無機の絶縁性基板１０上に形成された第１導体層６１、同図（Ｂ）は第１有機絶縁層６２、同図（Ｃ）は第２導体層６３、同図（Ｄ）は第２有機絶縁層６４、同図（Ｅ）は第３導体層６５、同図（Ｆ）は第３有機絶縁層６６、同図（Ｇ）は第４導体層６７、同図（Ｈ）は第４有機絶縁層６８、同図（Ｉ）は第５導体層６９である。各導体層は各有機絶縁層に形成されたビアホール７２を介し相互に接続されてコイル導体７０を構成し、このコイル導体７０は基板両端縁の端子電極４５間を接続している。各導体層の作製手順は第１の実施の形態と同様である。
【０１００】
この第２の実施の形態のように、多層の導体層を用いてヘリカルパターンを構成することで、コイル巻数を増してインダクタンスの増大を図ることができる。その他の作用効果は前述した第１の実施の形態と同様である。
【０１０１】
図６は本発明の第３の実施の形態であって、スパイラルパターンのコイル導体を有する高周波コイルを作製したものである。図６（Ａ）は有機又は無機の絶縁性基板１０上に形成されたスパイラルパターンの第１導体層８１を、同図（Ｂ）はその上に積層形成された有機絶縁層である層間絶縁層８２を、同図（Ｃ）はその上に形成された第２導体層８３を示すものであり、第１導体層８１と第２導体層８３とは層間絶縁層８２のビアホール８４を介して相互に接続され、全体として基板両側縁の端子電極４５同士を接続するスパイラルパターンのコイル導体９０を構成している。
【０１０２】
この第３の実施の形態は、第１の実施の形態のコイル導体をヘリカルからスパイラルに変更したものであり、その他の構成、製法、作用効果は前述の第１の実施の形態と同様である。
【０１０３】
【実施例】
以下、本発明に係る高周波コイルを実施例で詳述する。
【０１０４】
実施例１
比誘電率が７.２のＥガラスクロスを芯材（補強材）として、比誘電率が２.５、Ｑ＝２６０のビニルベンジルを含浸して厚さ０.３mmの有機絶縁性基板を作製した。このときの基板全体の比誘電率は３.２で、Ｑ＝２５０であった。
【０１０５】
図１の第１工程において、この基板１０の表面を粗化した後に、無電解銅めっきで厚さ０.３μｍとなる無電解銅めっき層を下地導体層１１として形成した。
【０１０６】
第２工程において、下地導体層１１の上に厚さ８０μｍのドライフィルム１２をラミネーターで貼り付けた。
【０１０７】
第３工程において、ドライフィルム１２に対してフォトリソグラフィーの手法を用いて平行露光機で露光、現像し、図２（Ａ）のコイル導体パターンを作製した。ここで図中の斜線の部分がドライフィルム１２を除去した溝部１３となる。基板全体の縦、横寸法は０.８×１.６mmであり、コイル導体部の幅は８５μｍである。
【０１０８】
第４工程において、ドライフィルム１２の溝部１３に電解めっきとしての光沢硫酸銅めっきで厚さ８０μｍのコイル導体層１４を形成した。
【０１０９】
第５工程において、ドライフィルム１２を剥離し、下地導体層１１を露出させた。
【０１１０】
第６工程において、全体をウェットエッチングでエッチング処理して下地導体層１１の不要部分を除去した。
【０１１１】
以上の第１乃至第６工程により、図２（Ａ）のように絶縁性基板１０上に第１導体層２０を形成した。
【０１１２】
第７工程において、感光性絶縁樹脂を第１導体層２０上で２５μｍの厚さに塗布して有機絶縁層の層間絶縁層２１とした。
【０１１３】
第８工程において、層間絶縁層２１に対してフォトリソグラフィー法で露光、現像処理して図２（Ｂ）の斜線の位置にビアホール２２を作製した。ビアホールの直径は１００μｍである。また、層間絶縁層の樹脂の硬化温度は１６０℃であり、比誘電率は３.５である。
【０１１４】
第９工程において、絶縁層２１の表面を粗化した後に０.３μｍの無電解銅めっきで厚さ０.３μｍとなる無電解銅めっき層を下地導体層３１として形成した。
【０１１５】
第１０工程において、下地導体層３１の上に厚さ１００μｍのドライフィルム３２を貼り付けた。
【０１１６】
第１１工程において、ドライフィルム３２に対してフォトリソグラフィーの手法を用いて平行露光機で露光、現像し、図２（Ｃ）のコイル導体パターンを作製した。ここで図中の斜線の部分がドライフィルム３２を除去した溝部３３となる。コイル導体部の幅は８５μｍである。
【０１１７】
第１２工程において、ドライフィルム３２の溝部３３に光沢硫酸銅めっきで厚さ１００μｍのコイル導体層３４を形成した。ここで、導体層を厚くとり、めっき液の組成を選ぶと、ビアホールの穴を金属導体で完全に埋めることができ、信頼性上及び電気的特性上好ましい。この場合、硫酸銅めっき液の濃度は高い方が好ましく、５水塩換算で１５０ｇ／リットル以上、さらに好ましくは２００ｇ／リットルである。光沢剤はいわゆるビアフィルを目的とし、さらに均一電着性が５０％以上であるものを選択する。導体層の厚さは層間絶縁層の厚さの１／２以上、さらに１以上が好ましい。
【０１１８】
第１３工程において、ドライフィルム３２を剥離して、下地導体層３１を露出させた。
【０１１９】
第１４工程において、全体をウェットエッチングでエッチング処理して下地導体層３１の不要部分を除去した。
【０１２０】
以上の第９乃至第１４工程により、図２（Ｃ）のように層間絶縁層２１上に第２導体層４０が形成されることになる。
【０１２１】
このようにして作製した高周波コイルの外形の全体写真を図３に、また、コイル導体の断面写真を図４にそれぞれ示す。また、この実施例１の高周波コイルのＳＲＦ、Ｒdc、Ｌ（但し１ＧＨｚにおける値）を以下の表３に、Ｑの周波数特性を図７に示す。
【０１２２】

【０１２３】
比較例１
通常のセラミック積層工法で高周波コイルを作製した。外形寸法は１.６×０.８×０.８mmで外形写真を図８に示す。実施例１と比較すると端子電極が大きく、両方の端面全体と残りの４面端部の全てにはみ出した形に形成されている。コイル導体は線幅１０５μｍ、高さ１５μｍで断面形状の写真を図９に示す。実施例１に比べて導体の断面積が小さく、また導体の中、表面に至るボイドが多数見られる。導体表面の写真を図１０に示す。導体表面に焼成時に形成されたと考えられる多数の小孔が見られる。コイル導体形状はヘリカルであり実施例１と同様である。層間絶縁層に使用したセラミック材料の比誘電率は４.３である。この時のＳＲＦ、Ｒdc及びＬ（但し１ＧＨｚにおける値）を前記表３に実施例１と対比して示す。
【０１２４】
この比較例１のＳＲＦは実施例１に比較して約３割低下している。これは層間絶縁層の誘電率が大きいこと、端子電極が大きいこと、コイル導体層の幅が大きいことによると考えられる。
【０１２５】
Ｒdcについては、導体が薄いので電流路の断面積が低下してＲdcは大幅に増加している。
【０１２６】
一方、インダクタンスＬはコイル導体の巻き方によって決まるのでほとんど同じである。コイル導体を実施例１のようにハイアスペクトにするとＬを一定にしたままでＲdcを下げる事が出来るのが解る。
【０１２７】
比較例１の場合のＱの周波数特性を図７に実施例１と対比して示す。比較例１ではＱは実施例１に比べておよそ半減している。これは導体の高さが小さいので電流路の断面積が十分に確保できないこと、コイル導体の表面が荒れているので高周波においては電流路が長くなること、によると考えられる。
【０１２８】
実施例２
実施例１と同様にして３.５ターンの高周波コイルを作製した。この時の各層のパターンを図５に示す。コイル導体の断面形状、層間絶縁膜としての有機絶縁層の材質、厚さは実施例１と同じである。この高周波コイルは良好な高周波特性を示した。
【０１２９】
実施例３
実施例１と同様にしてスパイラルパターンの高周波コイルを作成した。このときの各層のパターンを図６に示す。コイル導体の断面形状、層間絶縁層の材質、厚さは実施例１と同じである。このコイルは良好な高周波特性を示した。
【０１３０】
以上本発明の実施の形態及び実施例について説明してきたが、本発明はこれに限定されることなく請求項の記載の範囲内において各種の変形、変更が可能なことは当業者には自明であろう。例えば、本発明は、複数のコイルを組み合わせた、コイルチップアレイ、トランス、コモンモードチョークコイル、またコンデンサと組み合わせた各種フィルタ等、少なくとも１個以上のコイルを含む電子部品等に適用可能である。
【０１３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る高周波コイルの製造方法によれば、高Ｑでインダクタンスのばらつきが少なく、信頼性に優れた高周波コイルを量産性良く製造可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る高周波コイルの製造方法の第１の実施の形態を示す工程図である。
【図２】その場合の導体層及び層間有機絶縁層を示す平面図である。
【図３】第１の実施の形態により作製される高周波コイルの外観を示す斜視図である。
【図４】第１の実施の形態により作製される導体層の断面図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態で作製する高周波コイルの導体層及び層間有機絶縁層を示す平面図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態で作製する高周波コイルの導体層及び層間有機絶縁層を示す平面図である。
【図７】実施例１と比較例１とのＱ値を示すグラフである。
【図８】従来のセラミック積層工法によるチップコイルの外観を示す斜視図である。
【図９】図８の場合の導体層の断面図である。
【図１０】従来のセラミック積層工法によるチップコイルの上層の導体パターンの拡大平面図である。
【符号の説明】
１積層セラミック層
２，４５端子電極
３，５０，７０，９０コイル導体
１０絶縁性基板
１１，１４，２０，３１，３４，４０，６１，６３，６５，６７，６９，８１，８３導体層
１２，３２ドライフィルム
２１，６２，６４，６６，６８，８２絶縁層
２２，７２，８４ビアホール

Claims

絶縁性基板上に、導体層と有機絶縁層とを交互に積層して作製する高周波コイルの製造方法において、
前記導体層を作製する工程が、
(1) ５μｍ以下のめっき用下地導体層を少なくとも前記絶縁性基板の片面の全てに形成する下地形成工程と、
(2) 感光性レジストを前記下地導体層の上に設けるレジスト形成工程と、
(3) フォトリソグラフィー法により前記レジストのコイル導体パターン部分を除去するパターニング工程と、
(4) 光沢電解銅めっきにより、前記レジストの除去されたコイル導体パターン部分に表面の凹凸が５μｍ以内のコイル導体層を形成すると同時に、層間絶縁層としての前記有機絶縁層に形成されているビアホールを導体で埋め尽くして当該ビアホールの穴を前記導体で完全に埋める光沢電解銅めっき工程と、
(5) 前記感光性レジストを除去するレジスト除去工程と、
(6) エッチングにより前記下地導体層の不要部分を除去する下地除去工程とを有することを特徴とする高周波コイルの製造方法。
前記めっき用下地導体層の少なくとも第１層を無電解めっきで形成する請求項１記載の高周波コイルの製造方法。
前記無電解めっきが銅めっきである請求項２記載の高周波コイルの製造方法。
前記感光性レジストがドライフィルムである請求項１，２又は３記載の高周波コイルの製造方法。
前記感光性レジストの露光を平行露光機で行う請求項１，２，３又は４記載の高周波コイルの製造方法。
前記電解めっきが銅めっきである請求項１，２，３，４又は５記載の高周波コイルの製造方法。
前記エッチングがウエットエッチングである請求項１，２，３，４，５又は６記載の高周波コイルの製造方法。
前記下地導体層と前記コイル導体層の金属種を選択エッチング可能な組み合わせにして、前記下地除去工程で下地導体層のみをエッチングするエッチング液で処理する請求項１，２，３，４，５，６又は７記載の高周波コイルの製造方法。
前記下地導体層とこれに積層された前記コイル導体層とからなる前記導体層のアスペクト比が０.３以上である請求項１乃至８のいずれか記載の高周波コイルの製造方法。
前記有機絶縁層が可撓性のある樹脂である請求項１乃至９のいずれか記載の高周波コイルの製造方法。
層間絶縁層としての前記有機絶縁層に前記ビアホールをレーザー加工にて形成する請求項１乃至１０のいずれか記載の高周波コイルの製造方法。
層間絶縁層としての前記有機絶縁層が感光性を有し、フォトリソグラフィー法で前記ビアホールを形成する請求項１乃至１０のいずれか記載の高周波コイルの製造方法。
前記コイル導体パターンがヘリカルである請求項１乃至１２のいずれか記載の高周波コイルの製造方法。
前記下地導体層とこれに積層された前記コイル導体層とからなる前記導体層の厚さが、層間絶縁層としての前記有機絶縁層の厚さの１／２以上である請求項１乃至１３のいずれか記載の高周波コイルの製造方法。