JP6387215B2 - コイル部品 - Google Patents

Description

本発明はコイル部品に関し、特に、電気機器等に内蔵される回路基板上に表面実装し得る電子部品としてのコイル部品に関する。

従来より、電子機器等にはコイル部品が搭載されており、特に携帯機器で使われるコイル部品はチップ形状を呈し、携帯機器などに内蔵される回路基板上に表面実装される。従来技術の例として、特許文献１では、硬化物からなる絶縁性樹脂の中に、少なくともその一端が外部電極に接続された螺旋状の導体が内蔵され、前記導体の螺旋の方向が実装した基板面と平行になるように形成したチップコイルが提案されている。特許文献１のチップコイルは電子機器の基板に実装した時に、コイルのＱ値（Quality factor)が低下しにくく、インダクタンスが変化しにくいとされている。

特開２００６−３２４４８９号公報

近時、電子機器は小型化・高性能化が要求され、それに伴って、コイル部品についても小型化が求められている。そのような要求にかんがみて、本発明は、小型化、高Ｑ値化の要求に対応し得る、高精度かつ絶縁信頼性の高いコイル部品の提供を課題とする。

本発明者らが鋭意検討した結果、以下を特徴とする本発明を完成した。
（１）樹脂からなる絶縁体と、前記絶縁体内に設けられたコイル状の内部導体と、前記内部導体と電気的に接続されている外部電極と、を備え、前記絶縁体は、長さＬ、幅Ｗ、高さＨの直方体状であり、前記Ｌ、Ｗ、ＨについてはＬ＞Ｗ≧Ｈなる関係が成立し、前記外部電極は、絶縁体の高さ方向に垂直な一面において、長さ方向にみて前記一面の両端部近傍に、それぞれ一つずつ導体により形成され、前記コイル状の内部導体は絶縁体の幅方向と略平行なコイル軸を有する、コイル部品。
（２）前記外部電極は絶縁体の長さ方向に垂直な一対の面にもそれぞれに露出している（１）のコイル部品。
（３）前記コイル状の内部導体において、前記内部導体の幅が、隣り合う導体間の間隔より広い、（１）又（２）のコイル部品。
（４）前記コイル状の内部導体は、絶縁体の高さ方向と略平行なビア部と、絶縁体の高さ方向と略垂直な帯状導体とを有し、前記ビア部の絶縁体の高さ方向に垂直な切断面は、前記コイル軸と略平行な長軸を有する楕円形状である、（１）〜（３）のいずれかのコイル部品。
（５）帯状導体の幅が前記ビア部の切断面が形作る楕円形状の長軸よりも広い、（４）のコイル部品。
（６）外部電極が、直方体状の絶縁体から外部への突出部分を有する、（１）〜（５）のいずれかのコイル部品。
（７）外部電極の前記突出部分の突出長さが０．５〜２０μｍである（６）のコイル部品。
（８）外部電極の最外部はＣｕまたはＣｕを含む合金からなる（１）〜（７）のいずれかのコイル部品。
（９）外部電極がＣｕまたはＣｕを含む合金からなる厚さ４〜２３．５μｍの層を有する（８）のコイル部品。
（１０）前記Ｌは０．２〜０．４ｍｍであり、前記Ｗは０．１〜０．２ｍｍであり、前記Ｈは０．１〜０．２ｍｍである（１）〜（９）のいずれかのコイル部品。

本発明によれば、内部電極が形作るコイルは絶縁体の長手方向（Ｌ方向）に大きく形成されるため、相対的にコイルの周回数を少なくすることができ、結果として、特許文献１の構造と比較して隣り合う導体間の間隔を大きく設定することができることから絶縁信頼性が向上する。このため、コイル部品のさらなる小型化を図ることができる。コイルの周回数が少ないことは、導体の折れ曲がりの個数を減らすことを意味し、この結果、信頼性の向上、電流集中の緩和も期待される。また、外部電極間の方向とコイル軸とが垂直に近くなることから高周波特性が向上する。

好適態様によれば、導体を幅広に形成することにより、導体面積が大きくなり電流集中を緩和することができる。別の好適態様によれば、帯状導体とビア部との接続がより確実になる。さらに別の好適態様によれば、外部電極の構造や材質に起因して実装性が向上し、いわゆる半田食われを軽減することができる。

本発明のコイル部品の一実施形態の模式透視斜視図である。 本発明のコイル部品の分解図である。 本発明のコイル部品の側面図である。 本発明のコイル部品の他の実施形態の模式透視斜視図である。

図面を適宜参照しながら本発明を詳述する。但し、本発明は図示された態様に限定されるわけでなく、また、図面においては発明の特徴的な部分を強調して表現することがあるので、図面各部において縮尺の正確性は必ずしも担保されていない。

図１は本発明のコイル部品の一実施形態の模式透視斜視図である。本発明のコイル部品１は絶縁体１０とコイル状の内部導体２１、２２、３０、４０と外部電極５１、５２とを備える。内部導体２１、２２、３０、４０は絶縁体１０の内部に設けられる。外部電極５１は内部導体２１、２２、３０、４０と電気的に接続している。

絶縁体１０は樹脂からなり、この樹脂は熱、光、化学反応等により硬化したものが好ましく用いられ、具体例として、ポリイミド、エポキシ樹脂、液晶性ポリマーなどが非限定的に挙げられる。

絶縁体は長さＬ、幅Ｗ、高さＨの直方体状である。図１には方向性の説明のために、長さＬ、幅Ｗ、高さＨの方向を矢印で示している。ここで、Ｌ、Ｗ、ＨについてはＬ＞Ｗ≧Ｈなる関係が成立する。すなわち、最も長い辺の長さを直方体の長さＬであると定義する。幅Ｗと高さＨが同一の長さである場合は、幅Ｗと高さＨの特定は任意であるが、本発明では、高さ方向に垂直な面に外部電極が形成されるものとして、幅Ｗと高さＨとを定義する。なお、前記「高さ方向に垂直な面」を、以後、ＬＷ面と表記することがあり、同様に、他の面についてもＬＨ面あるいはＨＷ面などと表記することがある。なお、図１におけるＬ、Ｗ、Ｈの方向を示す矢印については、使用時におけるコイル部品の配置を特定するものではなく、構造・製法の説明のために付したものである。

本発明のコイル部品は小型のものであってもよく、前記Ｌ、Ｗ、Ｈについて、Ｌは好ましくは０．２〜０．４ｍｍであり、Ｗは好ましくは０．１〜０．２ｍｍであり、Ｈは好ましくは０．１〜０．２ｍｍである。なお、これらの数値はほぼコイル部品の寸法に相当するものである。

図示されるように、外部電極５１、５２は、ＬＷ面に形成される。ＬＷ面を長さＬ方向にみて、一端の近傍に一つの外部電極５１が形成され、他端近傍にもう一つの外部電極５２が形成される。

導体２１、２２、３０は一体となってコイル状を呈しており、導体４０はこのコイルから外部電極５１、５２への引出部を担っている。導体２１、２２、３０によるコイル状の内部電極のコイル軸は絶縁体１０の幅方向（図１におけるＷ方向）と略平行である。このような構成により、内部電極が形作るコイルは絶縁体の長手方向（Ｌ方向）に大きく形成されるため、相対的にコイルの周回数を少なくすることができ、結果として、隣り合う導体間の間隔を大きく設定することができることから絶縁信頼性が向上する。このため、コイル部品のさらなる小型化を図ることができる。コイルの周回数が少ないことは、導体の折れ曲がりの個数を減らすことを意味し、この結果、信頼性の向上、電流集中の緩和も期待される。

好適態様によれば、コイル状の内部導体は、絶縁体１０の高さ方向Ｈと略平行なビア部３０、４０と、絶縁体１０の高さ方向と略垂直な帯状導体２１、２２とを有する。ビア部３０、４０の高さ方向Ｈに垂直な切断面は、好ましくは、コイル軸と略平行な（図１におけるＷ方向）長軸を有する楕円形状である。これにより、内部導体における電流集中を緩和することができる。

図２は本発明のコイルの分解図であり、高さ方向に垂直な種々の断面（ＬＷ面）を示す。図２（Ａ）〜（Ｅ）に示される層を、便宜上、第１層〜第５層と呼ぶ。図２（Ｆ）は外部電極近傍を表す。図２における（Ａ）から（Ｆ）の順序は、図１における紙面上方から下方への順序に相当する。以下、本発明のコイル部品を製造する方法とともに、コイル部品の好適な構造について説明する。

好ましくは、樹脂層からなる第１層をまず形成する。図２（Ａ）は第１層の平面図である。好適には、第１層形成前の準備工程として、シリコン、ガラス、サファイア等からなる基板（図示せず）の上に剥離用樹脂を所定厚さにて塗布して硬化させる。剥離用樹脂は公知のものを特に限定せずに用いることができ、非限定的にシリコーン粘着剤などが例示される。剥離用樹脂の塗布手段は特に限定無く、スピンコータの利用などが例示される。第１層形成前に剥離用樹脂を形成させることによって、後の工程において絶縁体を基板から容易に剥がすことができる。

第１層としての樹脂層１１の形成にあたっては、絶縁体１０の一部になるべき樹脂が基板又は剥離用樹脂に塗布され、硬化処理が行われる。樹脂の前処理、塗布、硬化の処理については従来技術を適宜援用することができ、例えば、塗布にあたってはスピンコータによる厚み調整を行ってもよいし、硬化後に研磨剤又は研磨液の化学的作用により行われる化学機械研磨処理（ＣＭＰ処理）に供してもよい。

好適には、第１層の上に第２層を形成する。ここで、「上」という方向は、高さＨ方向における層構造が存在する方向を表す趣旨であり、図１に示された形態における紙面の「上下方向」とは逆である。図２（Ｂ）は第２層の平面図である。第２層は好ましくは樹脂層１２と帯状導体２１とからなる。樹脂層１２は絶縁体１０の一部になるべき樹脂からなり、好適には、第１層における樹脂層１１と同じ材質からなる。帯状導体２１はコイル状の内部導体の一部になるべき導体である。帯状導体２１の長手方向は上述の長さＬ方向と平行であることが好ましい。より好ましくは、帯状導体２１は矩形状である。図２（Ｂ）には帯状導体２１の幅Ｂと隣り合う帯状導体間の間隔Ｐが描写されている。好ましくは、内部導体における導体幅Ｂは隣り合う導体間の間隔Ｐより広い。これにより、導体面積が大きくなり電流の集中が緩和される。

帯状導体２１は好ましくはめっきにより形成される。樹脂層１２と帯状導体２１の具体的な製法については特に限定無く、好適にはフォトリソグラフィが挙げられる。フォトリソグラフィの具体的な実施については特に限定は無く、スパッタリングにより、第１層上の全面にシード層を形成し、帯状導体２１に相当するパターンをレジスト膜で形成し、シード層の表面にめっき処理を施して帯状導体２１を形成し、レジスト膜およびシード層を除去してから樹脂層１２の材料である樹脂で全面を覆った後に、研磨処理によって前述の帯状導体２１を露出させる方法が挙げられる。

シード層の材質としてはＴｉやＣｕ、Ｗ（タングステン）、Ｔａなどが非限定的に挙げられる。シード層の形成方法としてはスパッタリングなどが非限定的に挙げられる。レジスト膜の形成方法は特に限定無く、スピンコータによるレジスト材料の塗布、それに次ぐプリベーク、パターンマスクを用いた露光処理、ＴＭＡＨ等の有機現像液による現像、ならびに、デスカム処理などが非限定的に挙げられる。デスカム処理は、プラズマ照射などによりレジスト膜の残渣を除去する処理である。

めっき処理の方法は特に限定はなく従来技術を適宜援用することができ、めっき金属としてはＣｕ、Ａｇなどが挙げられる。レジスト膜およびシード層の除去方法は特に限定はなく、例えば、剥離液を用いてレジスト膜を除去し、酸やアルカリでシード層を除去することなどが挙げられる。樹脂の塗布後に帯状導体２１を露出させる方法としては、例えば、上述のＣＭＰ処理などが挙げられる。

好ましくは、第２層の上に第３層を形成する。図２（Ｃ）は第３層の平面図である。第３層は好ましくは樹脂層１３と柱状導体３０、４１とからなる。樹脂層１３は絶縁体１０の一部になるべき樹脂からなり、好適には、第１層における樹脂層１１と同じ材質からなる。柱状導体３０、４１はコイル状の内部導体（ビア部）の一部になるべき導体である。なお、柱状導体とビア部との関係については、各層の構成の説明においては「柱状導体」という語句を用い、これら「柱状導体」が複数の層にわたって一体化したものを指し示す用語として、コイル部品全体の構造においては「ビア部」という語句を用いる。好ましくは、ビア部の断面が形作る楕円形状の長軸よりも上述の帯状導体２１の幅の方が広い。これにより各層間に多少の位置ズレが生じても確実な接続を期することができる。柱状導体３０、４１はめっきにより形成してもよい。樹脂層１３と帯状導体４１の具体的な製法については特に限定無く、例えば、上述した第２層における樹脂層１２と帯状導体２１との製法を援用することも可能であり、その場合の好適態様についても上述した第２層の製法の場合と同様である。

好ましくは、第３層の上に第４層を形成する。図２（Ｄ）は第４層の平面図である。第４層は、好ましくは、樹脂層１４と帯状導体２２と柱状導体４２とからなる。樹脂層１４は絶縁体１０の一部になるべき樹脂からなり、好適には、第１層における樹脂層１１と同じ材質からなる。帯状導体２２と柱状導体４２はコイル状の内部導体の一部になるべき導体であり、柱状導体４２はビア部の一部となる。帯状導体２２および柱状導体４２は好ましくはめっきにより形成される。樹脂層１４と各導体２２、４２の具体的な製法については特に限定無く、例えば、上述した第２層における樹脂層１２と帯状導体２１との製法を援用することも可能であり、その場合の好適態様についても上述した第２層の製法の場合と同様である。

図２の態様では、内部電極としては、第２層の帯状導体２１の一端から第３層の柱状導体（ビア部）３０を介して第４層の帯状導体２２の一端に至り、さらに、当該帯状導体２２の他端を経て、第３層の前記とは別の柱状導体（ビア部）３０を介して第２の帯状導体２１（前述の導体の隣の導体）の一端へと到達する、コイル状の周回部が形成される。

好ましくは、第４層の上に第５層を形成する。図２（Ｅ）は第５層の平面図である。第５層は好ましくは樹脂層１５と柱状導体４３とからなる。樹脂層１５は絶縁体１０の一部になるべき樹脂からなり、好適には、第１層における樹脂層１１と同じ材質からなる。柱状導体４３はコイル状の内部導体の一部（ビア部）であって後述する外部電極に直結すべき導体である。柱状導体４３は好ましくはめっきにより形成される。樹脂層１５と柱導体４３の具体的な製法については特に限定無く、例えば、上述した第２層における樹脂層１２と帯状導体２１との製法を援用することも可能であり、その場合の好適態様についても上述した第２層の製法の場合と同様である。

好ましくは、第５層の上に外部電極を形成する。図２（Ｆ）は外部電極を含む層の平面図である。外部電極５１、５２の形成方法は特に限定はなく、好適にはフォトリソグラフィが挙げられる。フォトリソグラフィの具体的な実施については特に限定は無く、スパッタリングにより、第５層上の全面にシード層を形成し、外部電極５１、５２の形状に相当するレジスト膜を形成し、シード層の表面にめっき処理を施して外部電極５１、５２を形成し、レジスト膜およびシード層を除去する方法が挙げられる。

シード層の材質としてはＴｉやＣｕ、Ｗ（タングステン）、Ｔａなどが非限定的に挙げられる。シード層の形成方法としてはスパッタリングなどが非限定的に挙げられる。レジスト膜の形成方法は特に限定無く、スピンコータによるレジスト材料の塗布、それに次ぐプリベーク、パターンマスクを用いた露光処理、ＴＭＡＨ等の有機現像液による現像、ならびに、上述したデスカム処理などが非限定的に挙げられる。

めっき処理の方法は特に限定はなく従来技術を適宜援用することができ、めっき金属としてはＣｕ、Ａｇなどが挙げられる。レジスト膜およびシード層の除去方法は特に限定はなく、例えば、剥離液を用いてレジスト膜を除去し、酸やアルカリでシード層を除去することなどが挙げられる。

外部電極は同一面上に２つ形成されることが好ましく、外部電極５１、５２は、それぞれ、第５層に形成された柱状電極４３の一つずつと直接に結合する。外部電極５１、５２は、好ましくは、絶縁体１０が形作る直方体から突出して形成されることが好ましい。突出の態様については後述する。

以上が本発明のコイル部品の一製造例である。各層で形成した樹脂層１１〜１５は一体となって絶縁体１０を構成する。この絶縁体１０の内部にコイル状の内部電極が形成される。内部電極は、第２層の帯状導体２１、第３層の柱状導体３０及び第４層の帯状導体２２が一体となってコイルの周回構造を構成する。第３層の柱状導体の一部４１、第４層の柱状導体４２および第５層の柱状導体４３が一体となって、外部電極５１、５２への引出部としての導体４０を構成する。

図３は本発明のコイル部品の側面図（ＨＬ面）である。外部電極５１、５２は直方体状の絶縁体１０から外部に突出している。突出部分の突出長さが図３において符号Ｔで表され、Ｔは好ましくは０．５〜２０μｍである。このような突出部分の存在により、コイル部品１の実装がより確実になる。特に、Ｔが上述の範囲であると、実装条件によってコイル部品１全体が不所望に反り返るような場合であっても実装の安定性が確保される。図３の形態では外部電極５１、５２の全体が「突出部分」になっており、本発明ではこのような形態であってもよいし、外部電極の一部のみが突出部分を構成していてもよい。

本発明の好適態様によれば、外部電極５１、５２の最外部はＣｕまたはＣｕを含む合金からなる。外部電極５１、５２の「最外部」とは、絶縁体１０から最も離れた部分であり、図３の態様では、外部電極５１、５２のうち紙面最上部に位置する部分である。より好適には、外部電極５１、５２は、ＣｕまたはＣｕを含む合金からなる厚さ４〜２３．５μｍの層を有する。これにより、いわゆる半田食われが生じにくく、部品の小型化することができる。Ｃｕを含む合金としては、Ｃｕ−Ｔｉ合金、Ｃｕ−Ｗ合金、Ｃｕ−Ｎｉ合金、Ｃｕ−Ｓｎ合金などが非限定的に挙げられる。また、外部電極の最外部はＣｕまたはＣｕを含む合金であるが、用途によっては更にＮｉ、Ｓｎめっきなどの処理を施してもよい。

図４は本発明のコイル部品の他の一実施形態の模式透視斜視図である。図４に示されたコイル部品２の各構成について、図１の態様と同様の構成については同じ符号を付している。コイル部品２は絶縁体１０とコイル状の内部導体２１〜２４、３０、４０、６１、６２と外部電極５１、５２とを備える。図１の態様に比したときの図４の態様の特徴は、内部導体として、Ｌ字状導体２３、２４を備えること、外部導体５１、５２の上に内部導体６１、６２を備えること、ならびに、前記Ｌ字状導体２３、２４から内部導体６１、６２に向けて複数のビア部４０を備えることである。

図示されるように、内部導体が形作るコイルの周回構造は帯状導体２１、２２とビア部３０が担っており、周回構造の両端にＬ字状導体２３、２４が位置し、さらに、ビア部４０を介して、内部導体６１、６２へと接続されている。Ｌ字状導体２３、２４はそれぞれ幅Ｗ方向に伸びる長手方向をもつ帯状導体と長さＬ方向に長手方向をもつ帯状導体とが結合したものであると解釈することも可能である。内部導体６１、６２はＨＷ面に好ましくは露出しており、Ｗ方向（幅方向）のほぼ全域にわたって形成されている。このように、ＨＷ面にも導体が露出することにより、実装時にフィレットが形成されることで実装性が安定する。

本発明のコイル部品においては、内部導体、絶縁体、外部電極等といった各構成そのもの形成手法については従来技術を適宜援用することができ、このため、当業者であれば、以上の記載及び請求項の記載にもとづいて、本発明の製法により種々の設計のコイル部品を製造することができる。

１、２：コイル部品
１０：絶縁体
１１〜１５：樹脂層
２１、２２：帯状導体
２３、２４：Ｌ字状導体
３０、４０〜４３：柱状導体
５１、５２：外部電極
６１、６２：内部導体

Claims (9)

1. 樹脂からなる絶縁体と、前記絶縁体内に設けられたコイル状の内部導体と、前記内部導体と電気的に接続されている外部電極と、を備え、
   前記絶縁体は、長さＬ、幅Ｗ、高さＨの直方体状であり、前記Ｌ、Ｗ、ＨについてはＬ＞Ｗ≧Ｈなる関係が成立し、
   前記外部電極は、絶縁体の高さ方向に垂直な一面において、長さ方向にみて前記一面の両端部近傍に、それぞれ一つずつ導体により形成され、
   前記コイル状の内部導体は絶縁体の幅方向と略平行なコイル軸を有し、
   前記コイル状の内部導体は、さらに、絶縁体の高さ方向と略平行で、前記コイルの前後の周回数のビア部が互いに前記コイル軸と平行に一直線状に並んでいるビア部と、絶縁体の高さ方向と略垂直な帯状導体とを有し、
   前記ビア部の絶縁体の高さ方向に垂直な切断面は、前記コイル軸と略平行な長軸を有する楕円形状であり、
   帯状導体の幅が前記ビア部の切断面が形作る楕円形状の長軸よりも広い、
   コイル部品。
2. 前記内部導体は、さらに、前記絶縁体の長さ方向に垂直な面に、前記絶縁体の幅方向のほぼ全域にわたって露出する内部導体露出部を有し、前記内部導体が形作るコイルの周回構造の両端と前記内部導体露出部とは前記ビア部を介して接続され、前記露出部は、前記外部電極に接続されている、請求項１記載のコイル部品。
3. 前記外部電極は絶縁体の長さ方向に垂直な一対の面にもそれぞれに露出している請求項１記載のコイル部品。
4. 前記コイル状の内部導体において、前記内部導体の幅が、隣り合う導体間の間隔より広い、請求項１〜３のいずれか１項記載のコイル部品。
5. 外部電極が、直方体状の絶縁体から外部への突出部分を有する、請求項１〜４のいずれか１項記載のコイル部品。
6. 外部電極の前記突出部分の突出長さが０．５〜２０μｍである請求項５記載のコイル部品。
7. 外部電極の最外部はＣｕまたはＣｕを含む合金からなる請求項１〜６のいずれか１項記載のコイル部品。
8. 外部電極がＣｕまたはＣｕを含む合金からなる厚さ４〜２３．５μｍの層を有する請求項７記載のコイル部品。
9. 前記Ｌは０．２〜０．４ｍｍであり、前記Ｗは０．１〜０．２ｍｍであり、前記Ｈは０．１〜０．２ｍｍである請求項１〜８のいずれか１項記載のコイル部品。