JP4846025B2 - 磁性体の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、磁性体の製造方法に関し、特に、表面に配線を有する磁性体の製造方法に関するものである。
本発明の磁性体の製造方法で製造される磁性体は、インダクタを有する素子のことをいい、インダクタやトランスとも称されている。このような磁性体は、絶縁体の薄層で覆われた鉄粒子からなる絶縁磁性粉末を成形空間中に堆積した後、当該絶縁磁性粉末を押圧成形することにより形成することができる（例えば、特許文献１及び２参照。）。
このとき、絶縁磁性粉末は絶縁性を有することから、製造される磁性体も絶縁性を有することとなる。このため、磁性体の表面に所望パターンの配線を直接形成することができるようになり、ひいては当該配線上に電子素子、半導体素子、ＩＣチップなどの電子部品を実装することができるようになる。
ところで、磁性体の表面に形成される配線は、次のようにして形成することができる。すなわち、まず磁性体の表面全面に例えば銅箔を形成し、その後該銅箔にエッチングを施して所望のパターンを有する配線を形成するのである。
特開２００７−１３１７６号公報 特開２００６−２８３１９０号公報
しかしながら、上記した従来の磁性体の製造方法においては、絶縁磁性粉末がエッチング液に弱いため、銅箔にエッチングを施す際に絶縁磁性粉末が腐食することとなり、信頼性の高い磁性体を製造することが困難となるという問題がある。
そこで、本発明は、上記した問題を解決するためになされたものであり、絶縁磁性粉末が腐食することを防止することにより、信頼性の高い磁性体を製造することが可能な磁性体の製造方法を提供することにある。
（１）本発明の磁性体の製造方法は、上記した目的を達成するために創案されたものであり、成形空間中に絶縁磁性粉末を堆積して押圧成形し、該押圧成形によって固化される表面に配線を形成する磁性体の製造方法であって、シート状の基材と、当該基材上に形成され当該基材から離脱可能な配線とを有する配線基材を準備する第１工程と、前記成形空間中に前記絶縁磁性粉末を堆積した後、前記絶縁磁性粉末の表面に、前記配線が対向するように当該配線基材を配置し、これらを押圧成形する第２工程と、固化した前記絶縁磁性粉末の表面から前記配線を残して前記基材を取除く第３工程とをこの順序で含むものである。
このため、本発明の磁性体の製造方法によれば、第３工程で絶縁磁性粉末の表面から配線を残して基材を取り除くことにより、磁性体の表面に所望パターンの配線を形成することができる。その結果、従来のように磁性体の表面に形成された導電膜に対してエッチングを施す必要がなくなるため、絶縁磁性粉末が腐食することが防止され、信頼性の高い磁性体を製造することが可能となる。
（２）本発明の磁性体の製造方法においては、前記配線基材は、前記基材上に導電膜を形成した後、前記導電膜に対して所望パターンのエッチングを施して前記配線を形成することにより形成された配線基材であることが好ましい。
このような方法とすることにより、所望パターンの配線を予め基材上に形成しておいた配線基材を用いて、信頼性が高く高性能な磁性体を製造することが可能となる。
（３）本発明の磁性体の製造方法においては、前記配線の平均表面粗さは、前記絶縁磁性粉末の平均粒径よりも大きいことが好ましい。
このような方法とすることにより、第２工程中に、配線表面の凹凸を埋めるように絶縁磁性粉末が配列するようになる。このため、磁性体と配線との密着度を高くすることが可能となり、ひいては信頼性の高い磁性体を製造することが可能となる。
（４）本発明の磁性体の製造方法においては、前記配線は、金属箔からなることが好ましい。
このような方法とすることにより、電気抵抗が低く機械強度の高い配線を形成することが可能となり、ひいては高性能で信頼性の高い磁性体を製造することが可能となる。
（５）本発明の磁性体の製造方法においては、前記金属箔は、銅箔であることが好ましい。
銅箔は高い延性を有するため、上記のような方法とすることにより、第２工程中に、配線表面の凹凸を埋めるように絶縁磁性粉末が配列するようになるばかりでなく、絶縁磁性粉末間の隙間を埋めるように銅箔が塑性変形するようになる。このため、磁性体と配線との密着度をさらに高くすることが可能となり、ひいては信頼性のさらに高い磁性体を製造することが可能となる。
（６）本発明の磁性体の製造方法においては、前記基材は、樹脂からなることが好ましい。
樹脂は適度な柔軟性を有するため、上記のような方法とすることにより、基材を取り外す際の作業性を高くすることが可能となる。
（７）本発明の磁性体の製造方法においては、前記第２工程は、前記成形空間中に前記絶縁磁性粉末を堆積した状態で予備プレス成形をして前記絶縁磁性粉末の表面を平坦化する予備プレス工程と、前記絶縁磁性粉末の表面に、前記配線が対向するように前記配線基材を配置した状態で、前記予備プレス成形よりも高いプレス圧力で押圧成形する本プレス工程とをこの順序で含むことが好ましい。
このような方法とすることにより、予備プレス工程で絶縁磁性粉末の表面を平坦化した後に、当該絶縁磁性粉末上に配線基材を配置することが可能となるため、均一な押圧力で配線が形成された高性能な磁性体を製造することが可能となる。
実施形態に係る磁性体の製造方法によって製造される磁性体１０を説明するために示す図である。 実施形態に係る磁性体の製造方法を説明するために示すフローチャートである。 実施形態に係る磁性体の製造方法における第１工程Ｓ１０を説明するために示す図である。 実施形態に係る磁性体の製造方法における第２工程Ｓ２０を説明するために示す図である。 実施形態に係る磁性体の製造方法における第２工程Ｓ２０を説明するために示す図である。 実施形態に係る磁性体の製造方法における第２工程Ｓ２０を説明するために示す図である。 実施形態に係る磁性体の製造方法における第３工程Ｓ３０を説明するために示す図である。 配線の引き剥し強度試験に用いた配線基材における配線の表面状態を示す拡大断面図である。 配線の引き剥し強度試験の結果を示す図である。 試料Ａにおける磁性部と配線との界面の状態を示す拡大断面図である。
［実施形態］
以下、本発明の磁性体の製造方法について、図に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。なお、以下の説明では、実施形態に用いる図面について同一の構成要素には同一の符号を付し、かつ重複する説明は可能な限り省略する。
１．磁性体１０
図１は、実施形態に係る磁性体の製造方法によって製造される磁性体１０を説明するために示す図である。
磁性体１０は、図１に示すように、絶縁磁性粉末ＭＰを押圧成形した磁性部１２と、磁性部１２の表面に形成され所望パターンを有する配線１３と、磁性部１２の裏面に設けられた電極１４と、電極１４及び配線１３を電気的に接続する接続子１６とを備える表面実装型のインダクタである。
磁性部１２には、後述する図７（ｃ）に示すように、所定形状のコイル１１が内在している。コイル１１は、電極１４に接続されて電気回路の一部を構成している。なお、図７（ｃ）においては、電極１４の図示は省略している。
配線１３は、導電膜（例えば銅箔）を用いて形成されている。配線１３の形成方法は、後述する。
電極１４は、導電性材料（例えば銅）を用いて形成されている。電極１４は、板状の部材を加工して形成することができる。なお、電極１４は、例えば絶縁磁性粉末ＭＰを堆積させる際、導電性粉末（例えば銅粉末）を電極の形成位置に堆積させ、これらを一緒に圧縮することで磁性部１２とともに形成することもできる。
接続子１６は、導電性材料（例えば銅）を用いて、磁性部１２の表面及び裏面を挟持すべくコの字状に形成されている。配線１２と電極１４とは接続子１６によって電気的に接続されている。
配線１３上には、ＩＣチップ１７、コンデンサ、抵抗などの各種電子部品が実装されており、これらの電子部品とともに電気回路が構成されている。
絶縁磁性粉末ＭＰは、特許文献２に開示されているように、導電性の金属粉末（例えば鉄粒子）の表面をＰＨＰＳ（ペルヒドロポリシラザン）溶液で被覆した後、有機系のバインダ溶液と、エポキシ機能性シラン又はアミノ機能性シランの単独又はそれらを混合したカップリング剤とを混合し、その後溶液を蒸発させて除去する。溶液が除去される際に酸化を招き、もって金属粉末の表面にシリカ膜が形成される。これにより、シリカ膜によって絶縁性を有する磁性粉末が形成される。
２．磁性体の製造方法
図２は、実施形態に係る磁性体の製造方法を説明するために示すフローチャートである。
図３は、実施形態に係る磁性体の製造方法における第１工程Ｓ１０を説明するために示す図である。図３（ａ）〜図３（ｆ）は第１工程Ｓ１０の各工程を示す図である。
図４〜図６は、実施形態に係る磁性体の製造方法における第２工程Ｓ２０を説明するために示す図である。図４は、第２工程２０に用いる成形金型３１〜３３及び各原材料（コイル１１、電極１４、絶縁磁性粉末ＭＰ、配線基板４）を示す図である。図５（ａ）〜図５（ｃ）は第２工程Ｓ２０の各工程を示す図である。図６（ａ）〜図６（ｆ）は第２工程Ｓ２０の各工程を示す図である。
図７は、実施形態に係る磁性体の製造方法における第３工程Ｓ３０を説明するために示す図である。図７（ａ）〜図７（ｃ）は第３工程Ｓ３０の各工程を示す図である。なお、図５〜図７においては、電極１４の図示を省略している。
実施形態に係る磁性体の製造方法は、図２に示すように、第１工程Ｓ１０と、第２工程Ｓ２０と、第３工程Ｓ３０と、第４工程とをこの順序で含む。以下、実施形態に係る磁性体の製造方法を、第１工程１０、第２工程２０、第３工程Ｓ３０、第４工程Ｓ４０の順序で詳細に説明する。
２−１．第１工程Ｓ１０
第１工程Ｓ１０は、シート状の基材１と、基材１上に形成され基材１から離脱可能な配線１３とを有する配線基材４を準備する工程である。
まず、図３（ａ）に示すように、基材として、例えばＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）からなるシート状の基材１を準備する（ステップＳ１１）。
次に、図３（ｂ）に示すように、基材１の表面全面に銅箔２を形成する（ステップＳ１２）。従って、複数回に亘ってスクリーン印刷を繰り返すことにより配線を形成する場合と比較して、位置合わせ作業、重ね合わせの作業の必要がなく、銅箔２を比較的容易に形成することができる。配線の平均表面粗さは、例えば６μｍである。
次に、図３（ｃ）に示すように、銅箔２上にフォトレジスト３を塗布する（ステップＳ１３）。
次に、図３（ｄ）に示すように、フォトレジスト３に対してフォトリソグラフィーを行い、所望パターン状にパターニングを行なう（ステップＳ１４）。なお、図３（ｄ）にはポジレジストとしてパターニングされた例が示されている。
次に、図３（ｅ）に示すように、塩化第二鉄を用いて銅箔２にエッチングを施す（ステップＳ１５）。
最後に、図３（ｆ）に示すように、フォトレジスト３を取除くことにより、基材１上に所望パターンの配線１３を形成する（ステップＳ１６）。このようにして、シート状の基材１と、基材１上に形成され基材１から離脱可能な配線１３とを有する配線基材４が形成される。
２−２．第２工程Ｓ２０
第２工程Ｓ２０は、成形空間中に絶縁磁性粉末ＭＰを堆積した後、絶縁磁性粉末ＭＰの表面に、配線１３が対向するように配線基材４を配置し、これらを押圧成形する工程である。
まず、図４に示すように、成形金型３１〜３３によって画定される成形空間中にコイル１１及び電極１４を配置する。その後、図５（ａ）及び図６（ａ）〜図６（ｃ）に示すように、成形空間中にコイル１１を覆うように絶縁磁性粉末ＭＰを堆積した状態で予備プレス成形をして絶縁磁性粉末ＭＰの表面を平坦化する（予備プレス工程、ステップＳ２１）。予備プレス成形におけるプレス圧力は、例えば０．０１ＧＰａ〜０．０５ＧＰａである。絶縁磁性粉末の平均粒径は、例えば５μｍである。
成形金型３１は、表面及び裏面からの圧縮によって磁性体１０の外周形状を規定するように構成されている。磁性体１０は、方形状の外形を有する。
次に、図５（ｂ）及び図５（ｃ）並びに図６（ｄ）及び図６（ｅ）に示すように、絶縁磁性粉末ＭＰの表面に、配線１３が対向するように配線基材４を配置した状態で、予備プレス成形よりも高いプレス圧力で押圧成形する（本プレス工程、ステップ２２及び２３）。本プレス成形におけるプレス圧力は、例えば０．６５ＧＰａ〜１．０ＧＰａである。
第２工程２０の終了後、図６（ｆ）に示すように、成形金型３１から成形体１５を取り出す。これにより、絶縁磁性粉末ＭＰが固化して、磁性部１２の表面に配線１３が埋設されるとともに磁性部の裏面に電極１４が埋設された状態の成形体１５を取り出すことができる（図１参照。）。
その後、成形体１５を１２０℃〜１８０℃で２０分〜１時間、好ましくは１３０℃〜１４０℃で１時間加熱する。これにより、磁性部１２の硬化が図られる。
２−３．第３工程Ｓ３０
第３工程Ｓ３０は、固化した絶縁磁性粉末ＭＰの表面から配線１３を残して基材１を取除く工程である。
第３工程Ｓ３０においては、図７（ａ）〜図７（ｃ）に示すように、固化した絶縁磁性粉末ＭＰ（成形体１５）の表面から配線１３を残して基材１を取除く（ステップ３１〜３３）。
２−４．第４工程Ｓ４０
第４工程Ｓ４０は、磁性部１２に接続子１６を取り付けるとともに、ＩＣチップ１７、コンデンサ、抵抗などの電子部品を搭載する工程である。
第４工程Ｓ４０においては、磁性部１２の表面及び裏面を挟み込むように磁性部１２の側面側から磁性部１２にコの字状の接続子１６を取り付ける。これにより、電極１４と配線１３とが接続子１６によって電気的に接続される。さらにその後、磁性部１２の表面に、ＩＣチップ１７、コンデンサ、抵抗などの電子部品を搭載する。これによって、磁性体１０が完成する。
３．実施形態に係る磁性体の製造方法の効果
実施形態に係る製造方法によれば、第３工程Ｓ３０で絶縁磁性粉末ＭＰの表面から配線１３を残して基材１を取り除くことにより、磁性体１０の表面に所望パターンの配線４を形成することができる。その結果、従来のように磁性体の表面に形成された導電膜に対してエッチングを施す必要がなくなるため、絶縁磁性粉末が腐食することが防止され、信頼性の高い磁性体を製造することが可能となる。
また、実施形態に係る磁性体の製造方法によれば、所望パターンの配線を予め基材上に形成しておいた配線基材を用いて磁性体を製造することとしているため、信頼性が高く高性能な磁性体を製造することが可能となる。
また、実施形態に係る磁性体の製造方法によれば、配線１３の平均表面粗さが絶縁磁性粉末ＭＰの平均粒径よりも大きいため、第２工程Ｓ２０中に、配線表面の凹凸を埋めるように絶縁磁性粉末ＭＰが配列するようになる。このため、磁性体１０（磁性部１２）と配線１３との密着度を高くすることが可能となり、ひいては信頼性の高い磁性体を製造することが可能となる。
また、実施形態に係る磁性体の製造方法においては、配線１３が金属箔（銅箔）からなるため、電気抵抗が低く機械強度の高い配線を形成することが可能となり、ひいては高性能で信頼性の高い磁性体を製造することが可能となる。
また、実施形態に係る磁性体の製造方法においては、金属箔が、高い延性を有する銅箔２であるため、第２工程Ｓ２０中に、配線１３表面の凹凸を埋めるように絶縁磁性粉末ＭＰが配列するようになるばかりでなく、絶縁磁性粉末ＭＰ間の隙間を埋めるように銅箔２が塑性変形するようになる。このため、磁性体１０（磁性部１２）と配線１３との密着度をさらに高くすることが可能となり、ひいては信頼性のさらに高い磁性体を製造することが可能となる。
また、実施形態に係る磁性体の製造方法によれば、基材１が、適度な柔軟性を有する樹脂からなるため、基材１を取り外す際の作業性を高くすることが可能となる。
また、実施形態に係る磁性体の製造方法によれば、予備プレス工程で絶縁磁性粉末ＭＰの表面を平坦化した後に、絶縁磁性粉末ＭＰ（磁性部１２）上に配線基材４を配置することが可能となるため、均一な押圧力で配線１３が形成された高性能な磁性体を製造することが可能となる。
また、実施形態に係る磁性体の製造方法によれば、基材１上に形成する銅箔２の厚さ寸法を既知の方法で容易に変更することができ、磁性体１０（磁性部１２）の表面に所望の厚さ寸法の配線１３を容易に形成することができる。
さらにまた、印刷法によって配線を形成するような従来の製造方法では、厚さのある配線を形成するためには、複数回に亘ってスクリーン印刷を繰り返す必要があるのに対して、実施形態に係る磁性体の製造方法によれば、基材１上に形成する銅箔２の厚さを従来から知られた方法で容易に厚くすることができる。
[試験例］
次に、配線の平均表面粗さと、配線の密着度との関係を明らかにするために、配線の引き剥し強度試験（ピール強度試験）を行った。
図８は、配線の引き剥し強度試験に用いた配線基材における配線の表面状態を示す拡大断面図である。図８（ａ）は試料Ａに用いた配線基材における配線の表面状態を示す拡大断面図であり、図８（ｂ）は試料Ｂに用いた配線基材における配線の表面状態を示す拡大断面図である。
１．試料の作製
実施形態に係る磁性体の製造方法における第１工程１０〜第３工程Ｓ３０までと同様の方法を用いて磁性体を形成した。磁性体の寸法は、縦１０ｍｍ×横１０ｍｍ×高さ２ｍｍである。また、配線の幅は３ｍｍであり、配線の厚さは７５μｍである。絶縁磁性粉末ＭＰとしては、表面がシリカ膜に被覆された鉄粒子からなる絶縁磁性粉末を用いた。絶縁磁性粉末ＭＰの平均粒径は５μｍである。
１−１．試料Ａ
配線として平均表面粗さＲａが６μｍの銅箔を基材上に形成した配線基材（図８（ａ）参照。）を用いて磁性体を作製し、試料Ａとした。
１−２．試料Ｂ
配線として平均表面粗さＲａが２μｍの銅箔を基材上に形成した配線基材（図８（ｂ）参照。）を用いて磁性体を作製し、試料Ｂとした。
２．引き剥し強度試験
引き剥し強度試験においては、１分に１ｍｍの引き剥し速度で、配線を上方に引っ張りながら配線を磁性部から引き剥していくのに必要な引っ張り力を測定する。
図９は、配線の引き剥し強度試験の結果を示す図である。
図９に示すように、試料Ａの場合も試料Ｂの場合も０．１５ＫＮ／ｍ以上の引き剥し強度が得られ、実用的な密着度が得られていることが確認できた。なかでも、試料Ａの場合には、０．５ＫＮ／ｍの引き剥し強度が得られ、特に優れた密着度が得られていることが確認できた。
図１０は、試料Ａにおける磁性部と配線との界面の状態を示す拡大断面図である。
図１０からも明らかなように、試料Ａにおいては、配線表面の凹凸を埋めるように絶縁磁性粉末が配列している。
また、図１０からも明らかなように、試料Ａにおいては、絶縁磁性粉末間の隙間を埋めるように銅箔が塑性変形している。
以上、本発明の磁性体の製造方法を上記の実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能である。
 符号の説明
１…基材、２…銅箔、３…フォトレジスト、４…配線基材、１０…インダクタ（磁性体）、１１…コイル、１２…磁性部、１３…配線、１４…電極、１５…成形体、１６…接続子、１７…ＩＣチップ、３０，３１，３２…成形金型、ＭＰ…絶縁磁性粉末

Claims (7)

  1. 成形空間中に絶縁磁性粉末を堆積して押圧成形し、該押圧成形によって固化される表面に配線を形成する磁性体の製造方法であって、
    シート状の基材と、当該基材上に形成され当該基材から離脱可能な配線とを有する配線基材を準備する第１工程と、
    前記成形空間中に前記絶縁磁性粉末を堆積した後、前記絶縁磁性粉末の表面に、前記配線が対向するように当該配線基材を配置し、これらを押圧成形する第２工程と、
    固化した前記絶縁磁性粉末の表面から前記配線を残して前記基材を取除く第３工程とをこの順序で含むことを特徴とする磁性体の製造方法。
  2. 請求項１記載の磁性体の製造方法において、
    前記配線基材は、前記基材上に導電膜を形成した後、前記導電膜に対して所望パターンのエッチングを施して前記配線を形成することにより形成された配線基材であることを特徴とする磁性体の製造方法。
  3. 請求項１又は２に記載の磁性体の製造方法において、
    前記配線の平均表面粗さは、前記絶縁磁性粉末の平均粒径よりも大きいことを特徴とする磁性体の製造方法。
  4. 請求項１〜３のいずれかに記載の磁性体の製造方法において、
    前記配線は、金属箔からなることを特徴とする磁性体の製造方法。
  5. 請求項４に記載の磁性体の製造方法において、
    前記金属箔は、銅箔であることを特徴とする磁性体の製造方法。
  6. 請求項１〜５のいずれかに記載の磁性体の製造方法において、
    前記基材は、樹脂からなることを特徴とする磁性体の製造方法。
  7. 請求項１〜６のいずれかに記載の磁性体の製造方法において、
    前記第２工程は、
    前記成形空間中に前記絶縁磁性粉末を堆積した状態で予備プレス成形をして前記絶縁磁性粉末の表面を平坦化する予備プレス工程と、
    前記絶縁磁性粉末の表面に、前記配線が対向するように前記配線基材を配置した状態で、前記予備プレス成形よりも高いプレス圧力で押圧成形する本プレス工程とをこの順序で含むことを特徴とする磁性体の製造方法。
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