JP5082271B2

JP5082271B2 - チップコイルとその製造方法

Info

Publication number: JP5082271B2
Application number: JP2006082278A
Authority: JP
Inventors: 仁石本; 伸哉松谷; 秀典植松
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-03-24
Filing date: 2006-03-24
Publication date: 2012-11-28
Anticipated expiration: 2026-03-24
Also published as: JP2007258521A; CN101326597A; CN101326597B

Description

本発明は、例えば携帯電話の電源回路に用いられるチップコイルに関するものである。

従来この種のチップコイルは、図３８に示すごとく、シート状の素体１の中央にはスルーホール部２が設けられ、このスルーホール部２の外周方向にはコイル３Ａ、端子３Ｂが素体１内に形成され、スルーホール部２の内周面には磁性体層４が形成されていた。

そして、この磁性体層４における渦電流の発生を防止するため、この磁性体層４には酸化物などを添加する、あるいは樹脂材料に磁性粉末を混合するなどの構成とすることで、その抵抗値を上げていた。

なお、この出願に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開２００３−２５７７４４号公報

このような従来のチップコイルはＬ値が低いことが問題となっていた。

すなわち、上記従来の構成においては、磁性体層４における抵抗値を上げるため、低透磁率の酸化物を添加していたために、磁性体層４全体としての透磁率が低くなり、それが図３９に示すごとく、スルーホール部２内を磁束５が通過する間、絶えずこの磁束５に影響し続け、結果としてＬ値を低くしていた。

そこで本発明は、スルーホール部に磁性体層を有し、この磁性体層における渦電流を防止するチップコイルにおいて、そのＬ値を向上させることを目的とする。

そして、この目的を達成するために本発明は、フォトレジストから形成された素体と、この素体の略中央部に設けられたスルーホール部と、このスルーホール部の外周方向において前記素体内に形成されたコイルと、このコイルに電気的に接続された端子と、前記スルーホール部の内周面に形成された磁性体層とを備え、この磁性体層には、前記コイルの巻回平面に略垂直な絶縁性の壁を設けたチップコイルとしたものである。

本発明のチップコイルは、スルーホール部の内周面に形成された磁性体層において、コイルの巻回平面に略垂直な絶縁性の壁を設ける構成としたため、磁性体層自体の透磁率を下げることなく渦電流の発生を低減することができ、その結果としてＬ値を向上させることができる。

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１におけるチップコイルについて図面を参照しながら説明する。

図１において、シート状の素体６の略中央にはスルーホール部７を設け、このスルーホール部７の外周方向にはコイル８Ａを、このコイル８Ａの最外周部には端子８Ｂ、８Ｃを、コイル８Ａを構成する平面コイル８ＡＡ、８ＡＢ間にはビア８Ｄを、それぞれ素体１内に形成し、スルーホール部７の内部には磁性体層９を形成して構成している。また、端子８Ｂ、８Ｃにはそれぞれ素体６の外側面に設けた外部電極８ＢＢ、８ＣＣを電気的に接続している。

そして、この磁性体層９内には、コイル８Ａの巻回平面に略垂直な絶縁性の壁１０を複数設けている。この壁１０の配置としては、例えば図２に示すごとく、コイル８Ａの巻回平面に垂直方向から見て互いに平行になるように配置している。

ここでコイル８Ａは、図１に示すごとく２層の平面コイル８ＡＡ、８ＡＢにより構成している。上層の平面コイル８ＡＡは端子８Ｂからスルーホール部７へ向かう方向（内周方向）へ渦巻状に巻回し、この平面コイル８ＡＡの最内周部と下層の平面コイル８ＡＢの最内周部とをビア８Ｄにより接続し、この平面コイル８ＡＢを端子８Ｃへ向かう方向（外周方向）へ渦巻状に巻回してコイル８Ａを構成している。

ここで、平面コイル８ＡＡ、８ＡＢは互いに同方向に巻回することが望ましい。これは、平面コイル８ＡＡで発生した磁束と、平面コイル８ＡＢで発生した磁束とを打ち消し合わせることなく、大きなインダクタンス値を実現することができるためである。

このような構成により、コイル８Ａの巻回平面に略垂直（即ち、渦電流の発生平面に対しても略垂直）な絶縁性の壁１０により渦電流の発生を効率よく低減することができ、酸化物等の低透磁率な材料を添加して磁性体層９自体の透磁率を下げる必要がないため、図１に示すごとく、スルーホール部７を通過する磁束５の流通を阻害する影響が少なくなり、その結果として高いＬ値のチップコイルを実現することができる。

なお、絶縁層の壁１０の配置としては、図３に示すような構成、即ちスルーホール部７の内周面のみに磁性体層９を形成し、そのさらに内周方向には絶縁部１１を形成し、磁性体層９内には、コイル８Ａの巻回平面に略垂直な絶縁性の壁１０を複数設けるような構成としても、磁性体層９自体の透磁率を下げることなく渦電流の発生を低減することができる。

ただし、図２に示すごとく、スルーホール部７の内周面のみならず、その内周方向を充填するように磁性体層９を形成するような構成をとることにより、磁性体層９の有効断面積を増やすことができ、その結果として、飽和磁束密度を高めることができ望ましい。

さらに、図４に示すごとく、壁１０をコイル８Ａの巻回平面に垂直方向から見て互いに格子状になるように配置することにより、スルーホール部７内周から放射状に放出される、あるいは四方向からスルーホール部７内周へ入射してくる磁束に対して、その磁束により発生される渦電流の低減をかなえることができる。即ち、図２の構成においてある壁１０に垂直斜め方向から入射する（放出される）磁束に対しては、その磁束に垂直な平面において隣り合う壁１０と他の壁１０との距離が斜めに入射（放出）する分長くなるため、渦電流が発生しやすくなってしまうが、図４の構成においては、格子状に壁１０を設ける構成としたため、ある壁１０に対して垂直斜め方向から入射する（放出される）磁束に対しても、その壁１０に対して垂直な２つの壁１０が磁束の両脇に平行して存在することにより、その磁束に垂直な平面において隣り合う壁１０と他の壁１０との距離はどの角度から入射しても一定となり、渦電流の発生する確率を低減することができる。その結果として、より一層の渦電流発生の低減をかなえることができる。

また、図５に示すような構成、即ち、略十字形状の磁性体層９Ａに、複数の略くの字形状の壁１０を並走させ、この複数の略くの字形状の壁１０間に略くの字形状の磁性体層９Ｂを設けたような構成にすることにより、図２の構成に比べてインダクタンス値を高めることができる。即ち、図２の様な構成であれば、スルーホール部７から素体６上面（下面）方向へ放出される（入射する）磁束のうち、壁１０に平行な方向の磁束に関しては、壁１０の存在によりその流れを阻害されないものの、それ以外の方向の磁束に関しては、壁１０によりその流れを阻害されてしまう。これに対して、図５に示すような構成にすることにより、四方に放出される（入射する）磁束に対して、壁１０がその流れを阻害することがなく、インダクタンス値を向上させることができる。

さらに、図６に示すような構成、即ち、略十字形状の壁１０Ａに、複数の略くの字形状の壁１０Ｂを並走させ、この複数の略くの字形状の壁１０Ｂ間、及び複数の略くの字形状の壁１０Ｂと略十字形状の壁１０Ａとの間に、略くの字形状の磁性体層９を設けたような構成にすることにより、図５に示す略十字形状の磁性体層９Ａにおける中央部分の渦電流を低減することができる。

さらに、図７に示すような構成、即ち、略十字形状の壁１０Ａに、複数の略くの字形状の壁１０Ｂを並走させ、この複数の略くの字形状の壁１０Ｂ間、及び複数の略くの字形状の壁１０Ｂと略十字形状の壁１０Ａとの間に、略くの字形状の磁性体層９を設けるとともに、複数の略くの字形状の壁１０Ｂの中心部を横断する壁１０Ｃを設けた構成とすることにより、図６に示す略くの字形状の磁性体層９における中央部分の渦電流を低減することができる。

その他、図８、図９に示すような構成、即ち、スルーホール部７の内周面のみならず、その内周方向を充填するように磁性体層９を形成するような構成であれば、図２、図４に示すような構成と同様に、磁性体層９自体の透磁率を下げることなく、より一層の渦電流発生の低減をかなえることができるとともに、磁性体層９の有効断面積を増やすことができ、飽和磁束密度を高めることができる。

ただし、図９に示すように壁１０をコイル８Ａの巻回平面に垂直方向から見て、中央から発散させるような配置にすると、外周方向において壁１０とその他の壁１０との間隔が広がってしまうため、その部分において渦電流が発生しやすくなってしまう。従って、図２、図４〜図８に示すように、壁１０とその他の壁１０との間隔が略一定である構成にすることが、より効率よく渦電流発生を低減することができ望ましい。例えば、１〜１０ＭＨｚの周波数領域では、その間隔を２０μｍ以下にするとその効果が大きくなる。

なお、本実施の形態においては、図１に示すごとく、スルーホール部７が素体６に内在されており、このスルーホール部７に磁性体層９が充填されるような構成としたが、スルーホール部７を貫通孔とし、素体６の上面、下面から連続して磁性体層９を形成する構成とすると、漏洩磁束を低減することができる。

なお、コイル８Ａは単層でも構わないが、本実施の形態の図１に示すごとく平面コイル８ＡＡ、８ＡＢを２層以上積層させた構造とすることにより、より大きなインダクタンス値を実現することができ望ましい。

なお、コイル８Ａの断面は方形ではなく円形でもかまわないが、方形の方がコイル断面積を大きくとることができ、その結果として銅損を低減することができるため望ましい。

なお、平面コイル８ＡＡ、８ＡＢの厚みを１０μｍ以上とすることにより大電流に対応することができ望ましい。

次に、このチップコイルの製造方法について説明する。

まず、図１０に示すごとく、シリコン等の基板１２を用意する。

次に、図１１に示すごとく、この基板１２上に、フォトレジストにより絶縁層１３を形成する。

その後、図１２に示すごとく、絶縁層１３上面全体を露光する。

次に、図１３に示すごとく、絶縁層１３の上に絶縁層１４を形成する。

その後、図１４に示すごとく、絶縁層１３における略中央に設けた複数の磁性体層形成部１４Ａ、及びその外周方向に設けたコイル形成部１４Ｂを除いた、素体形成部１４Ｃの上面を露光する。ここで、複数の磁性体層形成部１４Ａ間には、積層方向に略平行（図１に示す、コイル８Ａの巻回平面に略垂直）な磁性体層非形成部１４Ｄを複数設けており、この磁性体層非形成部１４Ｄの上面を素体形成部１４Ｃと同様に露光する。

次に、図１５に示すごとく、図１４に示した磁性体層形成部１４Ａ、コイル形成部１４Ｂを現像により除去する。

その後、図１６に示すごとく、素体形成部１４Ｃ、磁性体層非形成部１４Ｄの露出する表面に無電解めっき等により下地層（図示せず）を形成した後、電気めっきにより導体１５を形成する。

次に、図１７に示すごとく、図１６に示した導体１５を上方から研磨し、素体形成部１４Ｃ、磁性体層非形成部１４Ｄを上面に露出させる。このとき、図１４に示した磁性体層形成部１４Ａ、コイル形成部１４Ｂに該当する部分には導体１５が入り込んでおり、コイル形成部１４Ｂに該当する部分に入り込んだ導体１５が平面コイル８ＡＢ、端子８Ｃとなる。この研磨方法としては、切削やＣＭＰ法を用いることにより、平坦な素体形成部１４Ｃ、磁性体層非形成部１４Ｄを形成することができる。

その後、図１８に示すごとく、平面コイル８ＡＢ、端子８Ｃ、磁性体層形成部１４Ａに入り込んだ導体１５、素体形成部１４Ｃ、磁性体層非形成部１４Ｄの上面全体に、フォトレジストにより絶縁層１６を形成する。フォトレジストを用いることにより、平面均一性に優れ、且つ１０μｍ〜２０μｍ程度の薄い絶縁層１６を形成することができる。

次に、図１９に示すごとく、絶縁層１６において、磁性体層形成部１６Ａ、ビア形成部１６Ｂを除いた素体形成部１６Ｃの上面を露光する。ここで、複数の磁性体層形成部１６Ａ間には、積層方向に略平行（図１に示す、コイル８Ａの巻回平面に略垂直）な磁性体層非形成部１６Ｄを複数設けており、この磁性体層非形成部１６Ｄの上面を素体形成部１６Ｃと同様に露光する。

その後、図２０に示すごとく、図１９に示した磁性体層形成部１６Ａ、ビア形成部１６Ｂを現像により除去する。

次に、図２１に示すごとく、図２０に示した素体形成部１６Ｃ、磁性体層非形成部１６Ｄの露出する表面に無電解めっき等により下地層（図示せず）を形成した後、電気めっきにより導体１７を形成する。

その後、図２２に示すごとく、図２１に示した導体１７を上方から研磨し、素体形成部１６Ｃ、磁性体層非形成部１６Ｄを上面に露出させる。このとき、図１９に示したビア形成部１６Ｂに該当する部分に入り込んだ導体１７が、図１に示すビア８Ｄとなる。

次に、図２３に示すごとく、ビア８Ｄ、磁性体層形成部１６Ａに入り込んだ導体１７、素体形成部１６Ｃ、磁性体層非形成部１６Ｄの上面全体に、フォトレジストにより絶縁層１８を形成する。フォトレジストを用いることにより、平面均一性に優れ、且つ１０μｍ〜２０μｍ程度の薄い絶縁層１８を形成することができる。

その後、図２４に示すごとく、絶縁層１８における略中央に設けた複数の磁性体層形成部１８Ａ、及びその外周方向に設けたコイル形成部１８Ｂを除いた、素体形成部１８Ｃの上面を露光する。ここで、複数の磁性体層形成部１８Ａ間には、積層方向に略平行（図１に示す、コイル８Ａの巻回平面に略垂直）な磁性体層非形成部１８Ｄを複数設けており、この磁性体層非形成部１８Ｄの上面を素体形成部１８Ｃと同様に露光する。

次に、図２５に示すごとく、図２４に示した磁性体層形成部１８Ａ、コイル形成部１８Ｂを現像により除去する。

次に、図２６に示すごとく、図２５に示した素体形成部１８Ｃ、磁性体層非形成部１８Ｄの露出する表面に無電解めっき等により下地層（図示せず）を形成した後、電気めっきにより導体１９を形成する。

その後、図２７に示すごとく、図２６に示した導体１９を上方から研磨し、素体形成部１８Ｃ、磁性体層非形成部１８Ｄを上面に露出させる。このとき、図２４に示したコイル形成部１８Ｂに該当する部分に入り込んだ導体１９が、図１に示す平面コイル８ＡＡ、端子８Ｂとなる。

次に、図２８に示すごとく、平面コイル８ＡＡ、端子８Ｂ、磁性体層形成部１８Ａに入り込んだ導体１９、素体形成部１８Ｃ、磁性体層非形成部１８Ｄの上面全体に、フォトレジストにより絶縁層２０を形成する。フォトレジストを用いることにより、平面均一性に優れ、且つ１０μｍ〜２０μｍ程度の薄い絶縁層２０を形成することができる。

その後、図２９に示すごとく、絶縁層２０における略中央に設けた複数の磁性体層形成部２０Ａを除いた、素体形成部２０Ｃの上面を露光する。ここで、複数の磁性体層形成部２０Ａ間には、積層方向に略平行（図１に示す、コイル８Ａの巻回平面に略垂直）な磁性体層非形成部２０Ｄを複数設けており、この磁性体層非形成部２０Ｄの上面を素体形成部２０Ｃと同様に露光する。

次に、図３０に示すごとく、図２９に示した磁性体層形成部２０Ａを現像により除去する。

その後、図３１に示すごとく、図２９に示した磁性体層形成部１４Ａ、１６Ａ、１８Ａに入り込んだ導体１５、１７、１９をエッチングにより除去する。

次に、図３２に示すごとく、図３１に示した磁性体層非形成部１４Ｄ、１６Ｄ、１８Ｄ、２０Ｄ、及び素体形成部１４Ｃ、１６Ｃ、１８Ｃ、２０Ｃ、絶縁層１３の露出する表面に無電解めっき等により下地層（図示せず）を形成した後、磁性めっきにより磁性体２１を形成する。

その後、図３３に示すごとく、図３２に示した磁性体２１を上方から研磨し、素体形成部２０Ｃ、磁性体層非形成部２０Ｄを上面に露出させる。このとき、図２９に示した磁性体層形成部１４Ａ、１６Ａ、１８Ａ、２０Ａに入り込んだ磁性体２１が、図１に示す磁性体層９となる。そして、図３１に示した磁性体層非形成部１４Ｄ、１６Ｄ、１８Ｄ、２０Ｄが、図１に示す壁１０となる。

次に、図３４に示すごとく、磁性体層９、壁１０、素体形成部２０Ｃの上面全体に、フォトレジストにより絶縁層２２を形成する。フォトレジストを用いることにより、平面均一性に優れ、且つ１０μｍ〜２０μｍ程度の薄い絶縁層２２を形成することができる。

その後、図３５に示すごとく、絶縁層２２表面全体を露光する。

次に、図３６に示すごとく、フッ酸処理等により図３５に示した基板１２を除去する。その後、図３７に示すごとく、樹脂と金属の混合物からなるペーストを外部電極８ＣＣ、８ＢＢとし、端子８Ｃ、８Ｂにそれぞれ電気的に接続する。

このようにして、渦電流発生を低減し、且つＬ値を向上させたチップコイルを形成することができる。

本発明のチップコイルは、Ｌ値が高いという特徴を有し、携帯電話等の各種電気機器において有用である。

本発明の実施の形態１におけるチップコイルの断面図本発明の実施の形態１におけるチップコイルの上面図本発明の実施の形態１におけるチップコイルの上面図本発明の実施の形態１におけるチップコイルの上面図本発明の実施の形態１におけるチップコイルの上面図本発明の実施の形態１におけるチップコイルの上面図本発明の実施の形態１におけるチップコイルの上面図本発明の実施の形態１におけるチップコイルの上面図本発明の実施の形態１におけるチップコイルの上面図本発明の実施の形態１におけるチップコイルの製造工程を示す断面図本発明の実施の形態１におけるチップコイルの製造工程を示す断面図本発明の実施の形態１におけるチップコイルの製造工程を示す断面図本発明の実施の形態１におけるチップコイルの製造工程を示す断面図本発明の実施の形態１におけるチップコイルの製造工程を示す断面図本発明の実施の形態１におけるチップコイルの製造工程を示す断面図本発明の実施の形態１におけるチップコイルの製造工程を示す断面図本発明の実施の形態１におけるチップコイルの製造工程を示す断面図本発明の実施の形態１におけるチップコイルの製造工程を示す断面図本発明の実施の形態１におけるチップコイルの製造工程を示す断面図本発明の実施の形態１におけるチップコイルの製造工程を示す断面図本発明の実施の形態１におけるチップコイルの製造工程を示す断面図本発明の実施の形態１におけるチップコイルの製造工程を示す断面図本発明の実施の形態１におけるチップコイルの製造工程を示す断面図本発明の実施の形態１におけるチップコイルの製造工程を示す断面図本発明の実施の形態１におけるチップコイルの製造工程を示す断面図本発明の実施の形態１におけるチップコイルの製造工程を示す断面図本発明の実施の形態１におけるチップコイルの製造工程を示す断面図本発明の実施の形態１におけるチップコイルの製造工程を示す断面図本発明の実施の形態１におけるチップコイルの製造工程を示す断面図本発明の実施の形態１におけるチップコイルの製造工程を示す断面図本発明の実施の形態１におけるチップコイルの製造工程を示す断面図本発明の実施の形態１におけるチップコイルの製造工程を示す断面図本発明の実施の形態１におけるチップコイルの製造工程を示す断面図本発明の実施の形態１におけるチップコイルの製造工程を示す断面図本発明の実施の形態１におけるチップコイルの製造工程を示す断面図本発明の実施の形態１におけるチップコイルの製造工程を示す断面図本発明の実施の形態１におけるチップコイルの製造工程を示す断面図従来のチップコイルの上面図従来のチップコイルの断面図

符号の説明

６素体
７スルーホール部
８Ａコイル
８Ｂ、８Ｃ端子
９磁性体層
１０壁

Claims

フォトレジストから形成された素体と、この素体に設けられたスルーホール部と、このスルーホール部の外周方向において前記素体内に形成されたコイルと、このコイルに電気的に接続された端子と、前記スルーホール部の内周面に形成された磁性体層とを備え、この磁性体層には、前記コイルの巻回平面に略垂直な絶縁性の壁を設けるとともに、この絶縁性の壁は素体と同一のフォトレジストから形成されてなるチップコイル。
フォトレジストから形成された素体と、この素体に設けられたスルーホール部と、このスルーホール部の外周方向において前記素体内に形成されたコイルと、このコイルに電気的に接続された端子と、前記スルーホール部の内周面に形成された磁性体層とを備え、この磁性体層には、前記コイルの巻回平面に略垂直な絶縁性の壁を設けるとともに、この絶縁性の壁は素体と同一のフォトレジストから形成されてなるチップコイルの製造方法であって、
前記磁性体層および前記絶縁性の壁を製造する工程は、
フォトレジストを用いて絶縁層を形成する第１の工程と、
前記絶縁層の一部を除去して磁性体層形成部を形成するとともに前記絶縁性の壁となる非磁性体層形成部を形成する第２の工程と、
前記磁性体層形成部に前記磁性体層を形成する第３の工程とを有する
前記チップコイルの製造方法。