JP5246461B2

JP5246461B2 - 電子素子及び電子素子の製造方法

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Publication number: JP5246461B2
Application number: JP2006352710A
Authority: JP
Inventors: 隆楫野; 寿之阿部
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2006-12-27
Filing date: 2006-12-27
Publication date: 2013-07-24
Anticipated expiration: 2026-12-27
Also published as: JP2008166407A

Description

本発明は、電子素子及び電子素子の製造方法に関し、特に、薄い接着層を有する電子素子及びその製造方法に関する。

近年、携帯電話やノートパソコン等の小型携帯機器が急速に普及している。これらの機器の小型・薄型化と高性能化を両立させるために、これらに使用されるコンデンサ、インダクタ、抵抗等の電子素子についても、小型・薄型化を進めることが要求されている。

かかる要求に応えるべく、絶縁板の少なくとも片面に表面がほぼ平滑になるように導体パターンを埋め込み、接着シート（接着層）を挟んで該導体パターンの埋め込まれた絶縁板同士を積層一体化することで、電子素子の小型・薄型化を図った製造技術が提案されている（例えば特許文献１参照）。
特開２００４−２１４６３３号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示された方法では、プレス後の接着シート（接着層）の厚みを２０μｍ以下に設定すると、該接着層の厚さばらつきや絶縁基板同士を積層一体化するプレス機の面圧ばらつき、プレス面の凹凸等に起因して、絶縁耐圧（以下、単に耐圧）が大きくばらついてしまう。

耐圧に関する信頼性試験においては、耐圧の下限値を保障する必要があるため、接着層の厚みを厚くせざるを得ず、結果として電子素子の小型・薄型化を実現するのは困難であった。

本発明は、以上説明した事情を鑑みてなされたものであり、小型・薄型化の要請に応えつつ、耐圧ばらつきの小さな信頼性の高い電子素子、及びその製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る電子素子は、凹部を有する絶縁層と、前記凹部における開口部の内側に上面を有する前記凹部内に設けられた導体パターンとを備える第１電子素子部と、導体パターンを備える第２電子素子部と、前記第１電子素子部と第２電子素子部とを接着する接着層と、を有し、前記第１電子素子部の導体パターンが前記接着層に対向して接着されていることを特徴とする。

かかる構成によれば、第１電子素子部と第２電子素子部とを接着層を介して接着されている電子素子について、第１電子素子部の導体パターンは、絶縁層に形成された開口部の内側に上面を有しており、かつ、該導体パターンが接着層に対向して接着されているため、第１電子素子部の導体パターンと第２電子素子部の導体パターンとの間の絶縁は確実に担保され、耐圧ばらつきを抑制するとともに耐圧を向上させることが可能となる。さらに、接着層を薄く設定することができるため、低背化・薄型化が可能となる。

また、上記構成にあっては、前記第１電子素子部の導体パターンと前記第２電子素子部の導体パターンとが対向して配置されている態様が好ましく、さらに、前記第２電子素子部は、凹部を有する絶縁層と、前記凹部における開口部の内側に上面を有する前記凹部内に設けられた導体パターンとを備える態様が好ましい。

また、本発明に係る電子素子を内蔵する基板は、凹部を有する絶縁層と、前記凹部における開口部の内側に上面を有する前記凹部内に設けられた導体パターンとを備える第１電子素子部と、導体パターンを備える第２電子素子部と、前記第１電子素子部と第２電子素子部とを接着する接着層と、を有し、前記第１電子素子部の導体パターンが前記接着層に対向して接着されていることを特徴とする。

また、本発明に係る電子素子の製造方法は、転写用基板上に導体パターンを形成する導体パターン形成工程と、前記導体パターンを覆う絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、前記転写用基板を剥離する剥離工程と、前記剥離工程で露出した前記導体パターンの表面をエッチングするエッチング工程と、前記エッチング工程の後に得られる第１電子素子部と、導体パターンとを備える第２電子素子部とを、接着層を介して接着する接着工程とを備え、前記接着工程においては、前記第１電子素子の導体パターンを前記接着層に対向して接着することを特徴とする。

本発明によれば、小型・薄型化の要請に応えつつ、絶縁耐圧のばらつきの小さな信頼性の高い電子素子、及び電子素子の製造方法を提供することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。さらに、図面の寸法比率は、図示の比率に限定されるものではない。また、以下の実施の形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明をその実施の形態のみに限定する趣旨ではない。さらに、本発明は、その要旨を逸脱しない限り、さまざまな変形が可能である。

Ａ．電子素子及びその製造方法
＜実施例１＞
図１は、本発明に係る平面コイル１００の要部を示す透視上面図であり、図２〜図９は、平面コイル１００を製造している状態を示す工程図であり、各々図１におけるＩＸ−ＩＸ線
視断面図である。なお、本実施例では、導体パターンとして平面コイル１００を形成するコイルパターンを想定する。

平面コイル１００は、凹部を有する絶縁層と、この凹部の空間の一部を占有するように設けられた導体パターン４とを備える点に特徴がある。以下、平面コイル１００の製造工程について説明する。

まず、導電性基板１上に電気めっきにより厚さ０．５μｍ程度のＮｉ膜２を形成する（図２参照）。導電性基板１は転写用基板として用いられ、材料に限定はないが、例えばステンレス板を用いることができる。ステンレス板は、工程中の基板の強度および寸法安定性を確保するため、例えば厚さが０．１〜２ｍｍ程度であることが好ましい。転写用基板としてのステンレス板は、適度の粗さを有することが望ましく、その表面粗さはＲmax＝０．２〜２μｍの範囲であることが好ましい。Ｒmaxが０．２μｍ未満では、レジストおよび導体パターンとステンレス板との密着性が不十分となり剥離し易くなるため好ましくない。また、Ｒmaxが２μｍを超えると、導体パターンの膜厚のばらつきに提供し、また高周波用に用いる場合には導体損失が増大するので好ましくない。ステンレス板の表面は、導体パターンとの剥離性を確保するために不動態化処理で不動態膜を形成することが好ましい。例えば、導電性基板１として、１ｍｍ厚で表面粗さＲmaxが０．５μｍのステンレス板（ＳＵＳ３０４テンションアニール材）の表面を不動態化処理し、１００ｍｍ角のサイズに切り出したものを用いることができる。

次にＮｉ膜２の形成された導電性基板１の上に厚さ５０μｍ程度のフォトレジストとしてのドライフィルムを貼り付け、フォトリソグラフィ処理（露光、現像処理）することで、コイルパターン（本実施例ではスパイラルパターン）に応じたレジスト層３を形成する（図３参照）。かかる導体パターンの幅および間隔は特に限定はないが、例えば、幅を１００μｍ、間隔を３０μｍとする。

次に、導電性基板１を下地とした電気めっきにより、レジスト層３のコイルパターンに応じた開口部３ａに導体パターン４を形成する（図４参照）。導体パターン４としては、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕなどの電気抵抗の小さい金属を使用するのが好ましいが、コスト、めっきの生産性の面からはＣｕが最も好ましい。光沢硫酸銅めっきでＣｕの導体パターンを形成する場合には、例えば硫酸銅五水塩２００ｇ/ｌ、硫酸１００ｇ/ｌ、塩素６０ｍｇ/ｌに光沢材が適量添加された硫酸銅めっき液等を利用すれば良い。なお、導体パターン４の厚みについて特に限定はないが、例えば３５μｍ〜４５μｍ程度とする。

次に、レジスト層３を剥離する（図５参照）。具体的には、５％の水酸化ナトリウム水溶液を５０℃に加温して導体パターン側に０．１５ＭＰａの圧力でスプレーすることにより、レジスト層３を剥離する。もちろん、レジスト層３の剥離方法はこれに限る趣旨ではなく、種々の方法を採用することができる。

その後、導体パターン４とこれを被覆する樹脂５との接着力を強化すべく、導体パターン４の表面を粗化する。この粗化処理では、次亜塩素酸ナトリウムによる黒化処理、蟻酸系処理液による処理（例えばメック社のＣＺ処理）、硫酸過水系の処理（例えば日本マクダーミッド社のＭＢ処理）等が使用される。硫酸過水系の処理は処理液を塩素フリー化できるので、信頼性上好ましい。黒化処理の場合は処理液そのものの中に、またはＣＺ処理では後処理に塩酸を用いるので好ましくない。またここで導体パターン４の上面、両側面の３面が粗化されるが、ステンレスによって形成された導電性基板１は粗化されない。このように導電性基板１にステンレスを用いると導体パターンのみを粗化処理できる処理液が多数選択できるので好ましい。

次に、接着性を有する絶縁性シート（絶縁層）５に、導体パターン４を対向させて、絶縁性シート５および導体パターン４を重ねて加熱加圧する（図６参照）。接着性を有する絶縁性シートとしては例えばプリプレグを用い、導体パターン４が形成された導電性基板１をコンベクションオーブンで１００℃、３０分乾燥した後に、５０μｍ厚の芯材のないエポキシ樹脂製プリプレグをパターン面に配置して、その上にテフロン（登録商標）シートを置いて加熱プレスする。これにより、上面および側面が粗化された導体パターン４がプリプレグの表面に埋め込まれる。別言すれば、加熱プレスすることによって絶縁シートに凹部５ａが形成され、この凹部内の前空間を占有するように導体パターン４が設けられる。ここで、プレスにはボイドの発生を抑制するために、真空プレスを用いることが好ましい。なお、芯材無しのプリプレグの代わりに、芯材入りのプリプレグを使用してもよい。また、芯材の代わりに、または芯材とともに、線膨張係数の調整のためのフィラーを混入した接着シートや、高誘電率フィラーを混入して誘電率の増大を図った絶縁性シート５を使用してもよい。

次に、導電性基板１を剥離した後（図７参照）、導体パターン４および絶縁シート５側に付着しているＮｉ膜２を除去する（図８参照）。なお、Ｎｉ膜２については、導体パターン１０に対して選択的にエッチングできる手法で除去する。

その後、導電性基板１を剥離した側の面に露出している導体パターン４にエッチングを施す（図９参照）。かかるエッチングを施すことで、図１１に示すように、絶縁層５における凹部５ａの開口部５ｂの内側に上面を有する導体パターン４が形成される。本実施例では、導体パターン４としてＣｕを利用しているため、例えば塩化第二鉄溶液（エッチング溶液）を用いて５μｍ程度のエッチングを行う。なお、エッチングの程度は、１μｍ〜２０μｍ、さらには５μｍ〜１０μｍが好ましい。なお、本実施例では、エッチング深さが、導体パターン４の形成された全領域にわたって略均一となっているが、エッチング形状はこれに限定する趣旨ではない。例えば、図１２に示すように導体パターン４の中央部が窪んだ形状であっても良い。要は、絶縁層５における凹部５ａの開口部５ｂの内側に導体パターン４の上面があるのであれば、どのようなエッチング形状であっても良い。ここで、エッチング深さ（エッチング量）Ｌは、狙いとする耐圧や接着シートの厚み、プレス圧（いずれも後述）などに応じて決定すれば良い。また、エッチング深さＬや形状は、エッチング溶液の種類やエッチング溶液の濃度、浸漬する時間を調整することで、制御すれば良い。

以上の工程を経て、図１に示す平面コイル１００が形成される。なお、図１では、スパイラルパターンの平面コイルを示したが、ミアンダパターンや角型パターンのコイルであってもよい。また、コイル用の導体パターン４に限定されず、抵抗、コンデンサ、トランジスタ等の電子素子の製造に本発明を適用可能である。本願明細書では、電子素子とは、導体パターンを含む機能素子を全て含み、受動素子、能動素子のいずれも含む。また、本発明はこのような電子素子を内蔵する基板の製造に好適である。

このように形成した平面コイル（第１電子素子部、第２電子素子部）１００を２枚用意し、各平面コイル１００におけるエッチングされた導体パターン４の面（以下、エッチング面）を同じ向きにあわせた後（図１０では下向き）、厚さ５μｍ程度のエポキシ製の接着層６を挟んで加熱しながら真空プレスすることで、積層コイル（電子素子）２００を形成した（図１０参照）。別言すれば、上層の平面コイル（第１電子素子部）１００の導体パターン４と下層の平面コイル（第２電子素子部）１００の導体パターンを同じ向きにして配置した後、接着層６を挟んで加熱しながら真空プレスする。これにより、上層の平面コイル（第１電子素子部）１００の導体パターン４のみが接着層６に対向して接着される。

この際、真空プレスの圧力を上げて絶縁シート５上の接着層６の厚さＤ１が１μｍ以下となるようにした。このように、真空プレスの圧力を上げて接着層６の厚さを薄くしても、余剰となった接着層６は絶縁層５における凹部５ａに形成された空間に充填されるため（図１１参照）、上層の導体パターン４と下層の導体パターン４との絶縁は確実に担保されるとともに、接着層６の厚みばらつきも抑制することが可能となる（詳細は後述）。なお、接着層６はできるだけ薄いことが望ましいが、圧力を上げすぎると絶縁シート５を潰してしまう。よって、絶縁シート５を潰さない範囲で圧力を上げるのが望ましい。

＜実施例２＞
実施例２では、実施例１に示す平面コイル（第１電子素子部、第２電子素子部）１００を２枚用意し、各平面コイル１００のエッチング面を対向させた後、厚さ５μｍ程度のエポキシ製の接着層６を挟んで加熱真空プレスすることで、積層コイル２００’を形成した（図１３参照）。別言すれば、上層の平面コイル（第１電子素子部）１００の導体パターン４と下層の平面コイル（第２電子素子部）１００の導体パターンを対向して配置した後、接着層６を挟んで加熱しながら真空プレスする。これにより、上層の平面コイル（第１電子素子部）１００及び下層の平面コイル（第２電子素子部）１００の両導体パターン４が接着層６に対向して接着される。なお、実施例１、２では、エッチングされた導体パターン４を有する平面コイル１００を２段積層したが、Ｎ段（Ｎ≧３）積層しても良い。

＜比較例１＞
比較例１では、まず、実施例１に示す導体パターン４のエッチング工程以外の工程（図３〜図８参照）を実施することで平面コイル１００’を形成した。そして、このように形成した平面コイル１００を２枚用意し、実施例１と同様、各平面コイル１００’におけるエッチング面を同じ向きにあわせた後、厚さ５μｍ程度のエポキシ製の接着層６を挟んで加熱真空プレスすることで、積層コイル２００’’を形成した（図１４参照）。

＜比較例２＞
比較例２では、比較例２に示す平面コイル１００’を２枚用意し、各平面コイル１００’のエッチング面を対向させた後、厚さ５μｍ程度のエポキシ製の接着層６を挟んで真空プレスすることで、積層コイル２００’’’を形成した（図１５参照）。

Ｂ．評価
上述した各実施例、各比較例において形成した積層コイル２００〜２００’’’を１０ｍｍの幅でそれぞれ切断し、各切断面の絶縁層の厚さ（具体的には上下層の近接する導体パターン間の距離）Ｄ１〜Ｄ４をデジタル顕微鏡（キーエンス社製）を用いて３０００倍にて１００点分測定した（図１０、図１３〜図１５参照）。

さらに、各実施例、各比較例において形成した積層コイル２００〜２００’’’を５０枚ずつ用意して、上層と下層間に印加する電圧を変化させ、電流値が１ｍＡを越えた電圧を耐圧として耐圧のばらつきを測定した。

これらの結果を表１及び表２並びに図１６〜図１９に示す。なお、図１６〜図１９に示すヒストグラムは、横軸にランク名を示し、縦軸にサンプル数を示す。

各表及び各図から明らかなように、実施例１、２の如く導体パターン４をエッチングした場合には、比較例１、２の結果に比して接着層６の厚さばらつき及び耐圧ばらつきも小さく、耐圧も向上することが判明した。これは、真空プレスによって余剰となった接着層６が凹部５ａの空間５ｂに充填されるため（図１１参照）、該プレスによる面圧ばらつきが生じたとしても、上層の導体パターン４と下層の導体パターン４との絶縁が確実に担保されるためだと推定される。

以上説明したように、絶縁層の凹部に形成された導体パターンについて、凹部における開口部の内側に上面を有するように所定深さだけエッチングすることで、耐圧ばらつきを抑制するとともに耐圧を向上させることが可能となる。

さらに、接着層を薄く設定することができるため、導体パターンをエッチングせずに積層する比較例１、２に比べて、低背化・薄型化が可能となる。

また、真空プレスによって余剰となった接着層は凹部内の空間に充填されるため、プレスによる面圧ばらつきが生じたとしても、上層の導体パターンと下層の導体パターンとの絶縁が確実に担保される。このため、プレス機のプレス条件のマージンを大きく出来るとともに、基板サイズを大きくしたとしても上層と下層の絶縁が確実に担保されるというメリットがある。

なお、上述した実施例１、２では、上下層ともエッチングされた導体パターン４を有する平面コイル１００を配置し、これを積層加圧して積層コイルを形成したが（図１０、図１１参照）、例えば上層にエッチングされた導体パターン４を有する平面コイル（第１電子素子部）１００を配置し、下層にエッチングされていない導体パターン４を有する平面コイル（第２電子素子部）１００’を配置し、これを積層加圧して積層コイル（電子素子）を形成しても良い。

本発明に係る平面コイルの要部を示す透視上面図である。平面コイルを製造する手順の一例を示す工程図である。平面コイルを製造する手順の一例を示す工程図である。平面コイルを製造する手順の一例を示す工程図である。平面コイルを製造する手順の一例を示す工程図である。平面コイルを製造する手順の一例を示す工程図である。平面コイルを製造する手順の一例を示す工程図である。平面コイルを製造する手順の一例を示す工程図である。平面コイルを製造する手順の一例を示す工程図である。実施例１に係る積層コイルを製造する手順の一例を示す工程図である。導体パターンの部分拡大図である。導体パターンの部分拡大図である。実施例２に係る積層コイルを製造する手順の一例を示す工程図である。比較例１に係る積層コイルを製造する手順の一例を示す工程図である。比較例２に係る積層コイルを製造する手順の一例を示す工程図である。実施例１に係る耐圧ランクとサンプル数の関係を示すグラフである。実施例２に係る耐圧ランクとサンプル数の関係を示すグラフである。比較例１に係る耐圧ランクとサンプル数の関係を示すグラフである。比較例２に係る耐圧ランクとサンプル数の関係を示すグラフである。

符号の説明

１００，１００’…平面コイル、１…導電性基板、２…ニッケル層、３…レジスト層、４…導体パターン、５…絶縁シート、５ａ…凹部、６…接着層、２００，２００’，２００’’，２００’’’…積層コイル。

Claims

凹部を有する絶縁層と、前記凹部内に設けられた導体パターンとを備える第１電子素子部と、
導体パターンを備える第２電子素子部と、
前記第１電子素子部と第２電子素子部とを接着する接着層と、
を有し、
前記第１電子素子部の導体パターンは、前記接着層に対向して接着されており、かつ、該導体パターンの上面が、前記凹部における開口部の端縁よりも該凹部の底壁側に位置するように形成されており、
前記第１電子素子部の導体パターンと前記第２電子素子部の導体パターンとが対向して配置されている、
ことを特徴とする電子素子。
凹部を有する絶縁層と、前記凹部内に設けられた導体パターンとを備える第１電子素子部と、
導体パターンを備える第２電子素子部と、
前記第１電子素子部と第２電子素子部とを接着する接着層と、
を有し、
前記第１電子素子部の導体パターンは、前記接着層に対向して接着されており、
前記凹部には、該導体パターンの上面を底壁とする溝が形成されており、
前記第１電子素子部の導体パターンと前記第２電子素子部の導体パターンとが対向して配置されている、
ことを特徴とする電子素子。
前記開口部の端縁と前記導体パターンの上面との距離が１〜２０μｍである、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の電子素子。
前記導体パターンの上面の中央部が前記凹部の底側へ窪んだ形状を有する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の電子素子。
前記第２電子素子部は、凹部を有する絶縁層と、前記凹部における開口部の内側に上面を有する前記凹部内に設けられた導体パターンとを備える、
ことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の電子素子。
凹部を有する絶縁層と、前記凹部内に設けられた導体パターンとを備える第１電子素子部と、
導体パターンを備える第２電子素子部と、
前記第１電子素子部と第２電子素子部とを接着する接着層と、
を有し、
前記第１電子素子部の導体パターンは、前記接着層に対向して接着されており、かつ、該導体パターンの上面が、前記凹部における開口部の端縁よりも該凹部の底壁側に位置するように形成されており、
前記第１電子素子部の導体パターンと前記第２電子素子部の導体パターンとが対向して配置されている、
電子素子を内蔵する基板。
転写用基板上に導体パターンを形成する導体パターン形成工程と、
前記導体パターンを覆う絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、
前記転写用基板を剥離する剥離工程と、
前記剥離工程で露出した前記導体パターンの表面をエッチングするエッチング工程と、
前記エッチング工程の後に得られる第１電子素子部と、導体パターンとを備える第２電子素子部とを、接着層を介して接着する接着工程と、
を備え、
前記接着工程においては、前記第１電子素子部の導体パターンを前記接着層に対向して接着し、且つ、前記第１電子素子部の導体パターンと前記第２電子素子部の導体パターンとを対向して接着する、
ことを特徴とする電子素子の製造方法。
前記第２電子素子部は、前記第１電子素子部と同じ工程で作成される、
ことを特徴とする請求項７に記載の電子素子の製造方法。