JP6451019B2 - 薄膜インダクター - Google Patents

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Description

本発明は、薄膜インダクターに関し、具体的に、超薄膜支持部材を有する薄膜型パワーインダクターに関する。
IT技術の発展に伴い、装置の小型化及び薄膜化が加速化しており、これに伴って、小型薄型素子に対する市場の要求が増加している。
このような技術傾向に対応すべく、下記の特許文献1では、ビアホールを有する基板と、上記基板の両面に配置され、上記基板のビアホールを介して電気的に連結されるコイルと、を含むパワーインダクターを提供することで、均一かつアスペクト比の大きいコイルを有するインダクターを提供しようとした。しかし、製造工程の限界により、均一かつアスペクト比の大きいコイルを形成するには、依然として限界がある状況である。
韓国公開特許第10−1999−0066108号公報
本発明が解決しようとする様々な課題のうちの一つは、従来のCCLコアの全厚さを維持しながらも、コイルの全厚さを増加させることで、高容量の薄膜パワーインダクターを提供することである。
本発明の一例による薄膜インダクターは、支持部材と、コイルと、上記支持部材及び上記コイルを封止する本体と、上記本体の外部面上に配置される外部電極と、を含む。上記コイルは互いに連結された複数のコイルパターンを含み、それぞれのコイルパターンの構造を見ると、上記支持部材の表面上に順に積層される第1導体層、第2導体層、及び第3導体層を含む。この際、上記第1導体層は、上記第2及び第3導体層のベースとなるベース導体層として見なすことができ、上記第2導体層は、支持部材内に形成されたビアホールの側面上に配置され、上記ビアホールの下面を封止するように配置される。
本発明の様々な効果のうちの一つは、支持部材の厚さを最小化することで、同一のチップサイズ内でコイルのアスペクト比(Aspect Ratio、AR)を最大限に確保するとともに、磁路長の減少と磁路面積の拡大によってインダクタンス及びDCバイアスが増加した薄膜インダクターを提供することができることである。
本発明の薄膜インダクターの概略的な斜視図である。 図1のI−I'線に沿って切断した概略的な断面図である。 図2のA領域を拡大した拡大図である。 図2の一変形例による薄膜インダクターの概略的な断面図である。 本発明の薄膜インダクターを製造する製造方法の概略的な工程図である。
以下では、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。しかし、本発明の実施形態は様々な他の形態に変形されることができ、本発明の範囲は以下で説明する実施形態に限定されない。また、本発明の実施形態は、当該技術分野で平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。したがって、図面における要素の形状及び大きさなどはより明確な説明のために拡大縮小表示(または強調表示や簡略化表示)がされることがある。
以下では、本発明の一例による薄膜インダクターを説明するが、必ずしもこれに制限されるものではない。
薄膜インダクター
図1は本発明の一例による薄膜インダクターの概略的な斜視図であり、図1を参照すると、薄膜インダクター100は、外観を成す本体1と、上記本体の外部面に配置される第1及び第2外部電極21、22と、を含む。
上記本体1は、厚さ(T)方向に互いに向かい合う上面及び下面、長さ(L)方向に互いに向かい合う第1端面及び第2端面、幅(W)方向に互いに向かい合う第1側面及び第2側面を含み、実質的に六面体形状を有することができるが、これに限定されるものではない。
上記本体1は磁気特性を示す磁性物質11を含み、上記本体内の磁性物質は、フェライトまたは金属磁性粒子が樹脂に充填されたものであることができる。上記金属磁性粒子は、鉄(Fe)、シリコン(Si)、クロム(Cr)、アルミニウム(Al)、及びニッケル(Ni)からなる群から選択される1つ以上を含むことができる。
上記本体1内には、上記磁性物質11の他にも、上記磁性物質により封止された支持部材12及びコイル13が含まれる。
上記本体1の外部面には、長さ方向に互いに向かい合うように配置される第1及び第2外部電極21、22が配置されており、上記第1及び第2外部電極は、図1に示されたようにアルファベットのC字状で構成されてもよく、本体の上面には延びずに、アルファベットのL字状で構成されてもよい。または、本体の下面にのみ配置される下面電極であってもよい。
上記第1及び第2外部電極は、本体の内部のコイルと電気的に連結されなければならないため、電気伝導性に優れた材質からなるべきである。例えば、ニッケル(Ni)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、銀(Ag)またはこれらの合金からなることができる。また、多層で構成されてもよく、場合によっては、最内側にCuプレめっき層を形成した後、追加のめっき層を配置してもよいなど、当業者がその材質及び形成方法を適宜選択することができる。
図2は、図1のI−I'線に沿って切断した断面図であり、図3は図2のA領域を拡大した拡大図である。
図2及び図3を参照すると、支持部材12は、コイルを支持する薄い板状で構成されており、コイルをより薄型に、且つより容易に形成するためのものである。上記支持部材は、絶縁樹脂からなる絶縁基材であることができ、通常のCCL(Copper Clad Laminate)の銅箔層の間に配置されるCCLコアであることが好ましい。このように通常のCCLをそのまま用いると、従来の工程及び設備施設をそのまま用いながらも、支持キャリアなどを用いずにコイルの厚さを著しく増加させることができる。または、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂、ポリイミドなどの熱可塑性樹脂、またはこれらにガラス繊維または無機フィラーなどの補強材が含浸された樹脂、例えば、プリプレグ(preprag)、ABF(Ajinomoto Build−up Film)、FR−4、BT(Bismaleimide Triazine)樹脂、PID(Photo Imageable Dielectric)樹脂などが用いられることができる。上記支持部材にガラス繊維が含まれる場合、より優れた剛性を有することができる。
上記支持部材の厚さは略25μm〜40μmであり、これは、薄膜インダクターに通常用いられるCCL支持部材の絶縁部の厚さが略60μmであるのに比べて、著しく薄い厚さである。例えば、薄膜インダクターのチップサイズが1005サイズまで小型化される場合、支持部材の厚さを実質的に30%まで減少させ、技術的に著しく有利な効果を発揮する。具体的に、インダクターのサイズが薄膜化していることから、インダクタンス、Rdcなどのインダクターのチップ特性が損なわれることなくチップの小型化を図るためには、コイルパターンのターン数を増加させるための微細パターン化や、高透磁率の材料の使用とともに、コイルの磁路長の減少及び磁路面積の拡大が重要である。この際、支持部材の厚さが減少すると、磁路長の減少及び磁路面積の拡大の効果を同時に確保することができる。
上記支持部材12の中央部には貫通孔Hが形成されることが好ましく、上記貫通孔の内部が磁性物質で充填されることで、インダクターの透磁率を大きく改善することができる。
支持部材12の上面及び下面にはコイル13が配置されており、上記コイルは全体的に渦巻き状を有すると示されているが、コイルの形状は当業者が必要に応じて適宜変形することができる。
上記コイル13は複数のコイルパターン13a、13b、・・・を含み、それぞれのコイルパターンは、少なくとも第1導体層131、第2導体層132、及び第3導体層133の複数の導体層を含む。
図2及び図3を参照すると、上記第1導体層131は、第2及び第3導体層のベースとなるベース導体層と見なすことができる。上記第1導体層の厚さは略9μm〜18μmであることが好ましい。上記第1導体層の上記厚さは、従来のCCLの全厚さ及び基本構造をそのまま維持しながら、支持部材の厚さを略25μm〜40μmまで減少させたため確保可能な適正厚さである。
図2及び図3を参照すると、上記第1導体層は、ビアホールの下部では支持部材のビアホールの下面を封止する第2導体層と接するように配置されるのに対し、ビアホールの下部以外の支持部材の上面または下面では上記支持部材と接するように配置され、実質的に第2及び第3導体層のシードパターンとして機能する。
上記第1導体層は、支持部材上に圧延や電解めっきにより形成される銅箔層であることができるが、これに限定されるものではない。尚、第1導体層の表面粗さや電気的特性などは、当業者が適宜設計変更することができ、要求される特性及び製造条件を考慮して適宜選択することができる。
次に、第2導体層132は、第1導体層及び第3導体層に比べて厚さが薄い薄膜層であって、略1μm以下の金属スパッタリング層であることができる。上記第2導体層の材質としては、金属スパッタリング工程が可能な物質であれば制限されずに用いられることができ、例えば、Mo、Al、Ti、Ni、及びWのうち1つ以上が用いられることができる。
上記第2導体層132は、金属スパッタリング工程により構成される薄膜層であるため、第2導体層の位置によって平均厚さの誤差が500nm以下で生じ、実質的に均一な導体層で構成されることができる。
上記第2導体層132はビアホールの側面と接するように配置されており、後述のように、上記ビアホールの内部が第3導体層133で充填されるため、ビアホールの側面に接する上記第2導体層は、ビアホールの内部を充填する第3導体層のベースとして機能する。
また、上記第2導体層132は、ビアホールの側面とともに、支持部材のビアホールの下面を封止する構造で配置される。
次に、上記第3導体層133は第2導体層上に配置されており、実質的にコイルのアスペクト比を決定する導体層である。第3導体層の幅は、実質的にその下面に配置される第1導体層の上面の幅と同一であるが、これは、第1導体層を形成した後、除去されるべき絶縁パターンのパターニングを用いた結果である。これにより、高アスペクト比のコイルを形成する際に通常発生する不均一なめっきや隣接コイル間のショート発生などの問題が発生しないことが分かる。
次に、第1、第2及び第3導体層が本体の磁性物質から絶縁されるように、絶縁膜14がさらに配置される。上記絶縁膜は、均一かつ薄く、加工性及び絶縁性に優れた材質からなることが好ましい。例えば、フェニレンが含まれた樹脂を化学気相蒸着(CVD、Chemical Vapor Deposition)することで絶縁膜を形成することが好ましい。
次に、図4は図2のインダクターの変形例によるインダクター200の概略的な断面図である。説明の便宜のために、図2と重複される説明は省略し、実質的に同一の構成要素には同一の図面符号を用いる。
図4のインダクター200は、図2と比較して、支持部材の下面に配置される第1導体層131'の厚さが厚いという点で異なる。この場合、支持部材の上面に配置される第1導体層131と、下面に配置される第1導体層131'が、厚さの観点で非対称である。位置及び機能の観点で、相対的に薄く構成される第1導体層131は上部シードパターンと称し、相対的に厚く構成される第1導体層131'は下部シードパターンと称することができる。一例として、上記第1導体層131'の厚さは略12〜18μmであるのに対し、上記第1導体層131の厚さは略2〜5μmであることが好ましい。図4のインダクター200は、支持部材の下面に、上面より厚い薄膜層を形成することで、支持部材にビアホールを形成するビアホール加工工程時に、支持部材の上面で行われるCOレーザー加工を容易にするとともに、支持部材の下面では、上記第1導体層131'が安定してパッド(Pad)を構成するようにする機能を実現する。ここで、パッドとは、第1導体層のうち、ビアホールの下面を封止する第2導体層を支持する導体層であって、ビアホールの下面の幅より大きい幅で構成される第1導体層を意味する。一方、パッドとして適用される第1導体層を形成する時には、ノジュール(Nodule)が大きいか圧延方式の銅箔層で構成することが、ビアの加工時におけるオープン不良の発生を防止する上で有利である。
本発明のインダクターを用いる場合、従来用いていたCCLの全厚さをそのまま適用することができるため、追加の設備投資なしに従来の設備をそのまま用いながら支持部材の厚さを著しく減少させることができ、その厚さを当業者が選択して自由に変更することができる。また、同一の面積、同一のサイズのインダクターで支持部材の厚さを最小化しているため、厚さ方向の磁路長を減少させ、カバーの厚さによるインダクタンス値、DCバイアス値の増加に有利である。支持部材を最小化したため、コイルのターン数とアスペクト比を仕様に応じて適宜調節することができる自由度も増加することは言うまでもない。一方、コアをデタッチ(Detach)する工法と比較して、DCF(Detach Cu Foil)を用いないためコストを低減することができ、品質の信頼性(基板の破損防止、割れなどの問題改善)も確保することができる。
次に、図5を参照して、図1〜図3のインダクター100を形成する工程を概略的に説明する。これはインダクター100を形成するための工程の一例に過ぎず、当業者が適宜設計変更して変形された製造方法を選択できることは言うまでもない。
図5の(a)を参照すると、従来の設備でそのまま適用可能な全厚さを有するように、支持部材12及び第1導体層131を準備する。上記支持部材上に配置される第1導体層を形成する方式は特に制限されず、例えば、銅箔圧延方式を採択することができる。
次に、図5の(b)及び(c)を参照すると、第1導体層のパターニングのための第1絶縁パターンR1を配置した後、上記第1絶縁パターンを用いた露光、現像工程を経て、第1導体層が全体的に渦巻き状を有するように加工する。
次に、図5の(d)は、ビアホールを形成するためのPTH(Plated Through Hole)加工工程であるが、この工程により、ビアホールと、ビアホールの下部側に第1導体層のパッド(Pad)が形成される。
図5の(d)は、複数の絶縁シートをラミネーションする工程であるが、絶縁シートの材質によっては、大きい厚さを有する単一の絶縁シートのみを適用してもよい。一方、絶縁シートの材質はエポキシ類であることができるが、アクリレート系のものでも十分であり、露光工程が適用可能な全てのフィルムやシート類を含む。
図5の(e)を参照すると、第1導体層に対応するパターニングにより、図5の(d)の絶縁シートを第2絶縁パターンR2に形成する。上記第2絶縁パターンの幅は実質的に第1絶縁パターンの幅と同一であり、厚さは適宜選択することができるが、高アスペクト比のコイルを得るためには、幅に比べて厚さを大きくすることが好ましい。または、上記第2絶縁パターンの幅を上記第1絶縁パターンの幅と異なるようにしてもよく、1:0.5以上の比率で第2絶縁パターンの幅を小さく変形してもよい。
次に、図5の(f)は、第2導体層132を形成するための金属スパッタリング工程を示す。露出した表面に薄い金属薄膜層を形成すると、ビアホールの側面、ビアホールの下面、パッドを構成する第1導体層の上面などに、薄い薄膜が形成される。
図5の(g)は、図5の(e)により形成された第2絶縁パターンの間の開口部に第3導体層133を充填する工程である。第3導体層はめっき工程により形成されることができるが、当業者が適宜選択することができる。第3導体層を充填する高さは、適宜選択することができるが、隣接する第2絶縁パターンの高さよりは低くすることが、導体層間のショートの発生を防止する上で有利である。
次に、図5の(h)は、支持部材の中央部に磁性物質を充填することで、磁性コアの透磁率を改善させる貫通孔Hを形成する工程と、第3導体層の充填のためのガイドの役割を果たす第2絶縁パターンR2を除去する工程を示す。その結果、支持部材上には、渦巻き状を有する第1導体層、第2導体層、及び第3導体層が順に積層された構造のコイルのみが残存するようになる。
図5の(i)は、上記第1導体層、第2導体層、及び第3導体層と、これらを封止する磁性物質とを絶縁させるための絶縁膜14をコーティングする工程を示す。具体的なコーティング工程は制限されないが、均一かつ薄い絶縁膜を形成するために、化学気相蒸着工程を行うことが好ましい。
図5の(j)は、磁性物質11により支持部材及びコイルを封止する工程を示す。この際、上記磁性物質は、図5の(h)で形成された中央部の貫通孔にも充填される。
最後に、図5の(k)は、本体の外部面に第1及び第2外部電極21、22を配置する工程を示す。具体的に示していないが、場合によって、コイルの引き出し部を露出させるダイシング工程やブレーディング工程が追加されることができる。
上記の説明を除き、上述の本発明の一例による薄膜インダクターの特徴と重複される説明はここで省略する。
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の範囲はこれに限定されず、特許請求の範囲に記載された本発明の技術的思想から外れない範囲内で多様な修正及び変形が可能であるということは、当技術分野の通常の知識を有する者には明らかである。
100、200 インダクター
1 本体
11 磁性物質
12 支持部材
3 コイル
14 絶縁膜
21、22 外部電極
131 第1導体層
132 第2導体層
133 第3導体層

Claims (16)

  1. 磁性物質で充填された貫通孔及びビアホールを含む支持部材と、
    前記支持部材の少なくとも一面上に配置され、複数のコイルパターンを含むコイルと、
    前記支持部材及び前記コイルを封止する磁性物質を含む本体と、
    前記本体の外部面上に配置され、前記コイルと連結される外部電極と、を含む薄膜インダクターであって、
    前記複数のコイルパターンのそれぞれは、第1導体層、第2導体層、及び第3導体層の複数の導体層を含み、
    前記第1導体層は、前記第2及び第3導体層のベース導体層であり、前記支持部材の少なくとも一面上で全体的に渦巻き状を有するように構成され、
    前記第2導体層は、前記ビアホールの側面上に配置され、前記ビアホールの下面を封止するように配置さ
    前記ビアホールの内部は、前記第3導体層で充填された、薄膜インダクター。
  2. 前記ビアホールの下面を封止する前記第2導体層の下部には前記第1導体層が接する、請求項1に記載の薄膜インダクター。
  3. 前記第2導体層は、Mo、Al、Ti、Ni、及びWのうち1つ以上を含む、請求項1または2に記載の薄膜インダクター。
  4. 磁性物質で充填された貫通孔及びビアホールを含む支持部材と、
    前記支持部材の少なくとも一面上に配置され、複数のコイルパターンを含むコイルと、
    前記支持部材及び前記コイルを封止する磁性物質を含む本体と、
    前記本体の外部面上に配置され、前記コイルと連結される外部電極と、を含む薄膜インダクターであって、
    前記複数のコイルパターンのそれぞれは、第1導体層、第2導体層、及び第3導体層の複数の導体層を含み、
    前記第1導体層は、前記第2及び第3導体層のベース導体層であり、前記支持部材の少なくとも一面上で全体的に渦巻き状を有するように構成され、
    前記第2導体層は、前記ビアホールの側面上に配置され、前記ビアホールの下面を封止するように配置され、
    前記支持部材の上面より高い位置、または下面より低い位置に配置される第2導体層の平均厚さは、前記ビアホールの側面に配置される第2導体層の平均厚さに比べて500nm以下の差を有する、薄膜インダクター。
  5. 磁性物質で充填された貫通孔及びビアホールを含む支持部材と、
    前記支持部材の少なくとも一面上に配置され、複数のコイルパターンを含むコイルと、
    前記支持部材及び前記コイルを封止する磁性物質を含む本体と、
    前記本体の外部面上に配置され、前記コイルと連結される外部電極と、を含む薄膜インダクターであって、
    前記複数のコイルパターンのそれぞれは、第1導体層、第2導体層、及び第3導体層の複数の導体層を含み、
    前記第1導体層は、前記第2及び第3導体層のベース導体層であり、前記支持部材の少なくとも一面上で全体的に渦巻き状を有するように構成され、
    前記第2導体層は、前記ビアホールの側面上に配置され、前記ビアホールの下面を封止するように配置され、
    前記第2導体層の平均全厚さは1μm以下である、薄膜インダクター。
  6. 前記第1導体層は銅めっき層である、請求項1からのいずれか一項に記載の薄膜インダクター。
  7. 前記第1導体層、前記第2導体層、及び前記第3導体層の間には各導体層間の境界面がある、請求項1からのいずれか一項に記載の薄膜インダクター。
  8. 磁性物質で充填された貫通孔及びビアホールを含む支持部材と、
    前記支持部材の少なくとも一面上に配置され、複数のコイルパターンを含むコイルと、
    前記支持部材及び前記コイルを封止する磁性物質を含む本体と、
    前記本体の外部面上に配置され、前記コイルと連結される外部電極と、を含む薄膜インダクターであって、
    前記複数のコイルパターンのそれぞれは、第1導体層、第2導体層、及び第3導体層の複数の導体層を含み、
    前記第1導体層は、前記第2及び第3導体層のベース導体層であり、前記支持部材の少なくとも一面上で全体的に渦巻き状を有するように構成され、
    前記第2導体層は、前記ビアホールの側面上に配置され、前記ビアホールの下面を封止するように配置され、
    前記第1導体層は、前記支持部材の上面上に配置される上部シードパターンと、前記支持部材の下面上に配置される下部シードパターンと、で構成されており、
    前記上部シードパターンの厚さが前記下部シードパターンの厚さより薄い、薄膜インダクター。
  9. 前記上部シードパターンの厚さは2μm〜5μmであり、前記下部シードパターンの厚さは12μm〜18μmである、請求項に記載の薄膜インダクター。
  10. 磁性物質で充填された貫通孔及びビアホールを含む支持部材と、
    前記支持部材の少なくとも一面上に配置され、複数のコイルパターンを含むコイルと、
    前記支持部材及び前記コイルを封止する磁性物質を含む本体と、
    前記本体の外部面上に配置され、前記コイルと連結される外部電極と、を含む薄膜インダクターであって、
    前記複数のコイルパターンのそれぞれは、第1導体層、第2導体層、及び第3導体層の複数の導体層を含み、
    前記第1導体層は、前記第2及び第3導体層のベース導体層であり、前記支持部材の少なくとも一面上で全体的に渦巻き状を有するように構成され、
    前記第2導体層は、前記ビアホールの側面上に配置され、前記ビアホールの下面を封止するように配置され、
    前記第2導体層の上面の幅が、その上に配置される第3導体層の下面の幅と同一である、薄膜インダクター。
  11. 磁性物質で充填された貫通孔及びビアホールを含む支持部材と、
    前記支持部材の少なくとも一面上に配置され、複数のコイルパターンを含むコイルと、
    前記支持部材及び前記コイルを封止する磁性物質を含む本体と、
    前記本体の外部面上に配置され、前記コイルと連結される外部電極と、を含む薄膜インダクターであって、
    前記複数のコイルパターンのそれぞれは、第1導体層、第2導体層、及び第3導体層の複数の導体層を含み、
    前記第1導体層は、前記第2及び第3導体層のベース導体層であり、前記支持部材の少なくとも一面上で全体的に渦巻き状を有するように構成され、
    前記第2導体層は、前記ビアホールの側面上に配置され、前記ビアホールの下面を封止するように配置され、
    前記ビアホールを含む支持部材の領域以外の領域において、支持部材上に配置される第1導体層、前記第1導体層上に配置される第2導体層、及び前記第2導体層上に配置される第3導体層の幅が同一である、薄膜インダクター。
  12. 前記ビアホールの断面は、前記支持部材の下面に向かって幅が次第に細くなるテーパ状を有する、請求項1から11のいずれか一項に記載の薄膜インダクター。
  13. 前記第1導体層、前記第2導体層、及び前記第3導体層を含む前記コイルと、前記磁性物質とが互いに向かい合う空間には絶縁膜がさらに配置される、請求項1から12のいずれか一項に記載の薄膜インダクター。
  14. 前記絶縁膜はフェニレンコーティング層である、請求項13に記載の薄膜インダクター。
  15. 前記第1導体層のうち前記ビアホールの下に配置される第1導体層はパッド(Pad)であり、前記パッドの幅は前記ビアホールの下面の幅より大きい、請求項1から14のいずれか一項に記載の薄膜インダクター。
  16. 前記支持部材の上面に配置されるビアの直径は、前記支持部材の下面に支持されるビアの直径より大きい、請求項1から15のいずれか一項に記載の薄膜インダクター。
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