JP6532387B2 - コイル部品及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、コイル部品に関するもので、より詳細には、ノイズフィルタとして動作するコイル部品及びその製造方法に関する。

技術の発展に伴い、携帯電話、家電製品、ＰＣ、ＰＤＡ、ＬＣＤなどのような電子機器がアナログ方式からデジタル方式に変化し、処理するデータ量の増加により高速化している実情にある。

これにより、高速信号送信インターフェースとしてＵＳＢ２．０、ＵＳＢ３．０及び高精細度マルチメディアインターフェース（ｈｉｇｈ−ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ；ＨＤＭＩ（登録商標））が広範囲で普及され、これらインターフェースは現在個人用コンピュータ及びデジタル高画質テレビジョンのような多くのデジタルデバイスなどで用いられている。

これら高速インターフェースは、長い間一般的に用いられたシングルエンド（ｓｉｎｇｌｅ−ｅｎｄ）送信システムとは異なって、一対の信号線を用いて差動信号（差動モード信号）を送信する差動信号システムを採用する。しかし、デジタル化及び高速化する電子機器は、外部からの刺激に敏感であるため高周波ノイズによる信号歪曲が度々発生している。

このようなノイズを除去するために電子機器内にフィルタが設置されている。特に、高速差動信号線などには、コモンモードノイズ（Ｃｏｍｍｏｎ ｍｏｄｅ ｎｏｉｓｅ）を除去するためのコイル部品としてコモンモードフィルタ（Ｃｏｍｍｏｎ Ｍｏｄｅ Ｆｉｌｔｅｒ）が広く用いられている。

コモンモードノイズは差動信号線で発生するノイズであり、コモンモードフィルタは従来のフィルタでは除去することができないコモンモードノイズを除去する。

一方、最近は、電子製品で用いられる周波数が次第に高まるにつれて、高周波帯域における狭帯域特性及び減衰特性（ａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎ）が向上したコモンモードフィルタが求められている。即ち、９０Ωのコモンモードインピーダンスを基準に±２５％〜±２０％程度の狭帯域特性や、数ＧＨｚ帯域における−３０ｄＢ以上の高い減衰特性などが求められている。

これにより、磁性損失（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｌｏｓｓ）を最小化するために、フェライト−樹脂複合層のような別途の磁性部材なしでコイル層を空気に直接露出させる構造のコモンモードフィルタが提示されている。

しかし、この場合、部品実装のための半田付けの過程において電極間にショートが発生するなど実装性が悪化するという問題が生じる。

また、コモンモードフィルタを構成する部材、例えば、磁性基板及びこれと接する絶縁層間に、熱膨張係数の偏差が激しくなって反り（Ｗａｒｐａｇｅ）などの変形が発生するなど製品そのものに不良が発生する。

特開２００５−１２９７９３号公報

本発明の目的は、高い減衰特性を実現するとともに、実装性が改善され、反りなどの不良が発生しないコイル部品及びその製造方法を提供することにある。

本発明の一実施形態によれば、焼結フェライトで構成される磁性基板と、上記磁性基板上に配置され、内部に１次コイルと２次コイルが形成された絶縁層と、上記絶縁層上に配置され、上記絶縁層より小さい熱膨張係数を有する補強層と、を含むコイル部品が提供される。

ここで、上記補強層は、非磁性の高分子樹脂、または上記高分子樹脂にアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、シリカ（ＳｉＯ_２）、及びチタンオキサイド（ＴｉＯ_２）などの無機フィラーが分散された混合物からなることができる。

また、本発明の一実施形態によれば、外部との電気的導通のための外部電極が絶縁層の上面に配置されるか、磁性基板、絶縁層、及び補強層で構成された積層体の側面に配置されるコイル部品が提供される。

ここで、上記外部電極が絶縁層の上面に配置される場合、上記補強層は外部電極間に位置することができる。

本発明のコイル部品によると、高い減衰特性とともに実装性を向上させることができ、構成間の熱膨張係数の偏差が緩和されることにより、反りなどの製品不良を抑制することができる。

本発明の一実施形態によるコイル部品の斜視図である。 図１のＩ−Ｉ'線に沿った断面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ'線に沿った断面図である。 本発明の他の実施形態によるコイル部品の斜視図である。 本発明の一実施形態によるコイル部品の製造方法を順に示した流れ図である。

以下では、添付の図面を参照し、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誇張されることがある。

図１は本発明の一実施形態によるコイル部品の斜視図であり、図２は図１のＩ−Ｉ'線に沿った断面図であり、図３は図１のＩＩ−ＩＩ'線に沿った断面図である。

図１から図３を参照すると、本実施形態にかかるコイル部品１００は、磁性基板１１０と、絶縁層１２０と、補強層１３０と、を含む。

磁性基板１１０はセラミック素材で形成される板状の支持体として最下部に配置され、その上に絶縁層１２０と補強層１３０が順に積層される。即ち、本実施形態では、磁性基板１１０、絶縁層１２０、及び補強層１３０を基本構成とする積層体が一つの単位素子になるコイル部品で、上記積層体は概ね０４０３サイズの長方体で形成される。

また、磁性基板１１０は、電流印加時に発生する磁束（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｌｕｘ）の移動通路としても機能する。

したがって、磁性基板１１０は、所定のインダクタンスを得ることができる限り任意の磁性材料、例えば、Ｆｅ_２Ｏ_３及びＮｉＯを主成分とするＮｉ系フェライト材料、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＮｉＯ及びＺｎＯを主成分とするＮｉ−Ｚｎ系フェライト材料、及びＦｅ_２Ｏ_３、ＮｉＯ、ＺｎＯ及びＣｕＯを主成分とするＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト材料から選択されるいずれか一つ以上の磁性材料を用いて形成することができる。また、これら材料を高温の雰囲気下において焼結することにより高いモジュラス（Ｍｏｄｕｌｕｓ）を実現することができる。

磁性基板１１０上に絶縁層１２０が備えられ、絶縁層１２０の内部にはコイル導体１４０が形成される。

コイル導体１４０は、平面上に形成されるコイル形状の金属配線で、電気伝導性に優れた銀（Ａｇ）、パラジウム（Ｐｄ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタニウム（Ｔｉ）、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、または白金（Ｐｔ）からなる群より選択される少なくとも１種以上の金属からなることができる。

コイル導体１４０は多層で構成されることができ、各層間の電気的連結はビア１４１を通じて行われることができる。

ここで、各層のコイル導体１４０は、それぞれの個別のコイル、例えば、１次コイル１４０ａと２次コイル１４０ｂを形成して互いに電磁気的に結合することができる。または、図面に示されているように、一層に１次コイル１４０ａと２次コイル１４０ｂが交互に配線される、いわゆる、同時コイル構造として電磁気的結合を形成することもできる。

このように、本実施形態にかかるコイル部品１００は、１次コイル１４０ａと２次コイル１４０ｂが互いに電磁気的に結合することにより、１次コイル１４０ａと２次コイル１４０ｂに、同一方向の電流が印加されると磁束が補強されてコモンモードインピーダンスが増加し、反対方向の電流が流れると磁束が互いに相殺されてディファレンシャルモードインピーダンスが減少するコモンモードフィルタ（Ｃｏｍｍｏｎ Ｍｏｄｅ Ｆｉｌｔｅｒ）として動作するようになる。

絶縁層１２０はコイル導体１４０を四方から覆うように形成される。

具体的には、絶縁層１２０は、磁性基板１１０との絶縁性を確保し、磁性基板１１０の表面凹凸を抑制して平坦性を与える基底層が先に形成され、その上にコイル導体１４０とこれを覆蓋するビルドアップ層が順に積層されることにより形成される。但し、高温高圧の積層過程において各層間の境界は区分されず、図面に示されているように一体化されることができる。

このように、絶縁層１２０は、コイル導体１４０を埋設することにより、配線間の絶縁性を確保するとともに、湿気や熱などの外部環境からコイル導体１４０を保護する機能をする。したがって、絶縁層１２０の構成材質としては、絶縁性だけでなく耐熱性及び耐湿性の特性に優れた高分子樹脂、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ウレタン樹脂、シリコン樹脂、ポリイミド樹脂などを用いることができる。

但し、このような高分子樹脂は、一般に、熱膨張係数（Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｅｘｐａｎｓｉｏｎ；ＣＴＥ）が約５０ｐｐｍ／Ｋ以上の大きい値を有するため、高温の熱処理過程において反り（Ｗａｒｐａｇｅ）が発生する可能性がある。また、焼結フェライトで構成される磁性基板１１０は、絶縁層１２０とは反対に、８〜１０ｐｐｍ／Ｋ程度の小さい熱膨張係数（ＣＴＥ）を示すため、両部材間の熱膨張係数（ＣＴＥ）の偏差により、磁性基板１１０と絶縁層１２０の間の境界面でデラミネーション（Ｄｅｌａｍｉｎａｔｉｏｎ）が発生するおそれがある。

これは、製品の小型化のために磁性基板１１０の厚さを薄く製作するか、または高い減衰特性を実現するために別途のフェライト部材が存在しない構造でより顕著になるが、補強層１３０はこれを防止するための手段になる。

即ち、補強層１３０は、絶縁層１２０の上部に備えられ、絶縁層１２０より小さい熱膨張係数（ＣＴＥ）を有する。これにより、補強層１３０は、磁性基板１１０と絶縁層１２０の間のＣＴＥミスマッチを緩和し、磁性基板１１０とともに絶縁層１２０の反りを防止するスティフナ（Ｓｔｉｆｆｅｎｅｒ）として機能する。

具体的には、補強層１３０の熱膨張係数（ＣＴＥ）は、２０〜３０ｐｐｍ／Ｋの範囲内で設定することができる。即ち、補強層１３０は、絶縁層１２０より小さく磁性基板１１０より大きい熱膨張係数（ＣＴＥ）を有するが、補強層１３０の熱膨張係数（ＣＴＥ）の設定が小さすぎると、逆に絶縁層１２０と補強層１３０の間にＣＴＥミスマッチが発生する可能性がある。したがって、補強層１３０は、上記範囲内の熱膨張係数（ＣＴＥ）を有する材質で形成することが好ましい。

補強層１３０は、非磁性材質、具体的には誘電正接（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｌｏｓｓ ｔａｎｇｅｎｔ）が０．３以下である誘電体で形成することができる。例えば、上記補強層を構成する最適の材質として、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ウレタン樹脂、シリコン樹脂、ポリイミド樹脂などの高分子樹脂を用いることができる。

これにより、電流印加時に発生する磁束が補強層１３０を通過しても、磁性損失（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｌｏｓｓ）が発生せず、その結果、高周波帯域でも高い減衰（ａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎ）特性を実現することができる。

補強層１３０内には非磁性の無機フィラー１３１が分散されて含有されることができ、補強層１３０の熱膨張係数（ＣＴＥ）は無機フィラー１３１の含量比によって調節されることができる。

即ち、補強層１３０は、高分子樹脂と平均１０ｐｐｍ／Ｋ程度の熱膨張係数（ＣＴＥ）を有する無機フィラー１３１、例えば、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、シリカ（ＳｉＯ_２）、及びチタンオキサイド（ＴｉＯ_２）などの混合物で構成される。したがって、無機フィラー１３１の含量比を増加させることにより、補強層１３０の熱膨張係数（ＣＴＥ）を減らすことができる。

但し、多すぎる量の無機フィラー１３１が含有されると、樹脂の比重が減少して補強層１３０と絶縁層１２０との接合力が弱くなる可能性があるため、適正量の無機フィラー１３１を用いることが好ましい。

絶縁層１２０の上部の外郭には、外部との電気的導通のための外部電極１５０が備えられる。即ち、外部電極１５０は、所定の厚さで形成され、絶縁層１２０内のバンプ電極１５１を通じてコイル導体１４０の端部と電気的に連結される。

より具体的には、コイル導体１４０が電磁気的に結合する１次コイル１４０ａと２次コイル１４０ｂで構成されるため、外部電極１５０は、１次コイル１４０ａの両端部と連結されてそれぞれ１次コイル１４０ａの入出力端として機能する一対の外部電極１５０、及び２次コイル１４０ｂの両端部と連結されてそれぞれ２次コイル１４０ｂの入出力端として機能する一対の外部電極１５０など全部で四つの端子を有する４端子回路で構成される。また、各外部電極１５０は、絶縁層１２０の上部の左側上端のコーナーから時計方向または反時計方向に回りながら絶縁層１２０の各コーナーの周辺に配置される。

このような構造により、補強層１３０は外部電極１５０間の空き空間に挿入される形態で備えられる。即ち、補強層１３０は、外部電極１５０に相応する厚さを有するように形成される。これにより、外部電極１５０の側面は補強層１３０によって覆われて上面だけが外部に露出する。

本実施形態にかかるコイル部品１００を基板に実装するとき、補強層１３０の上部面が実装面として提供される。したがって、外部に露出する外部電極１５０の上面に半田ボールが付着される。

ここで、各外部電極１５０の間に補強層１３０が備えられるため、本実施形態は、半田液によって外部電極１５０の間に電気的ショートが発生する半田ブリッジ（Ｓｏｌｄｅｒ Ｂｒｉｄｇｅ）を防止することができる。もし、補強層１３０なしで外部電極１５０の側面がすべて開放された状態で半田付け工程を行うと、外部電極１５０間の空き空間に半田液が流れ込んでショート不良が発生するようになる。

このように、補強層１３０は、熱膨張係数（ＣＴＥ）の偏差を緩和する機能の他に、外部電極１５０の間を絶縁させる遮断膜としても機能する。これは、製品の小型化に伴い、外部電極１５０間の間隔が次第に狭くなる構造でその効果がさらに発揮されて、ＳＭＴ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｍｏｕｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）実装性を向上させることができる。

下記表１は製品群をサイズ別に区分して、各サイズ別に補強層１３０を形成した構造（実施例１〜３）とそうではない構造（比較例１〜３）におけるＳＭＴ実装性及び反りを示す実験データ値である。

ここで、ＳＭＴ実装性は各類型別に１００個の試片を基板に実装したとき、半田ブリッジ現象がなく安定的に実装された個数を示す。また、反りは絶縁層１２０の中心点からリフロー（Ｒｅｆｌｏｗ）工程後に現れる絶縁層１２０の変曲点までの距離を測定した値である。

上記表１から分かるように、補強層１３０がない比較例１〜３の場合、製品が小型化するほど安定的に実装される製品の個数が減少する。これは、製品が小さくなるほど外部電極１５０間の間隔が狭くなるためであり、０４０３サイズでその数が急激に減少することが確認できる。また、０４０３サイズで発生する反りは０８０６サイズに比べて約６倍に増加するようになる。

これに対し、補強層１３０が備えられた実施例１〜３の場合、サイズに関係なく１００個の試片がすべて安定的に実装され、反りの場合、０４０３サイズを基準に補強層１３０がない場合に比べて約１／１０の水準に改善されることが分かる。

以上、外部電極１５０が下面構造として備えられた場合を想定して説明したが、本発明は、他の実施形態として、外部電極１５０が側面構造として備えられるコイル部品を提供することもできる。これについては以下で図４を参照して説明する。

図４は本発明の他の実施形態によるコイル部品の斜視図である。

図４を参照すると、本発明の他の実施形態によるコイル部品２００は、上述の実施形態と同様に、磁性基板２１０、絶縁層２２０、及び補強層２３０が下部から順に積層された構造体が基本素子となる。図面に示されてはいないが、絶縁層２２０の内部には互いに電磁気的結合を成す１次コイルと２次コイルが多層構造または同時コイル構造として設置される。

ここで、磁性基板２１０、絶縁層２２０、及び補強層２３０の構成材質や、それによる機能などは上述の通りであるため詳細な説明を省略する。

上記１次コイルと２次コイルの両端部は絶縁層２２０の側面に露出して外部電極２５０と接触する。即ち、外部電極２５０はすべて１次コイルと２次コイルの入出力端として機能する四つの端子で構成され、各外部電極２５０は磁性基板２１０、絶縁層２２０、及び補強層２３０からなる積層体の側面に設置されて外部に露出する１次及び２次コイルの端部と連結される。

以下では、本発明の一実施形態にかかるコイル部品の製造方法について説明する。

図５は本発明の一実施形態にかかるコイル部品の製造方法を順に示す流れ図である。本発明の一実施形態にかかるコイル部品の製造方法では、まず、Ｎｉ系フェライト、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライト、またはＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト素材の磁性粉末を一定の条件下で焼結して製作した磁性基板１１０を設ける段階を行う（Ｓ１００）。

次いで、内部にコイル導体１４０が埋設された絶縁層１２０を、上記磁性基板１１０上に形成する段階を行う（Ｓ１１０）。

そのため、まず、スピンコーティングなどの通常のコーティング法を用いて上記磁性基板１１０の上部面に絶縁材を塗布し、その上にコイル導体１４０をめっきして形成する。

上記コイル導体１４０のめっき方法としては、当業界において公知の通常のめっき工程、例えば、ＳＡＰ（Ｓｅｍｉ−Ａｄｄｉｔｉｖｅ Ｐｒｏｃｅｓｓ）、ＭＳＡＰ（Ｍｏｄｉｆｉｅｄ Ｓｅｍｉ−Ａｄｄｉｔｉｖｅ Ｐｒｏｃｅｓｓ）、またはサブトラクティブ法（Ｓｕｂｔｒａｃｔｉｖｅ）などを用いることができ、一層のコイル導体１４０が形成されるとこれを覆蓋する絶縁材をコーティングする。求められるコイル導体１４０の層数だけこのような過程を繰り返した後、焼成過程を経ると、コイル導体１４０が埋設された絶縁層１２０が形成される。

その後、所定の厚さの外部電極１５０を上述のめっき工法によって形成し（Ｓ１２０）、外部電極１５０の間に高分子樹脂と無機フィラー１３１をミルして製造した混合ペーストを充填してから硬化すると、上記補強層１３０が形成されたコイル部品１００が最終的に完成される（Ｓ１３０）。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の権利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ものには明らかである。

１００ コイル部品
１１０ 磁性基板
１２０ 絶縁層
１３０ 補強層
１３１ 無機フィラー
１４０ コイル導体
１５０ 外部電極

Claims (10)

1. 磁性基板と、
   前記磁性基板上に配置され、内部にコイル導体が形成された絶縁層と、
   前記絶縁層上に配置され、前記絶縁層より小さい熱膨張係数を有する補強層と、を含み、
   前記補強層は、高分子樹脂と無機フィラーの混合物からなり、前記無機フィラーは、アルミナ（Ａｌ _２ Ｏ _３ ）、シリカ（ＳｉＯ _２ ）、及びチタンオキサイド（ＴｉＯ _２ ）からなる群より選択されるいずれか一つまたはこれらの混合物であり、
   前記補強層は、熱膨張係数が２０〜３０ｐｐｍ／Ｋである、コイル部品。
2. 前記補強層の熱膨張係数は前記磁性基板の熱膨張係数より大きい、請求項１に記載のコイル部品。
3. 前記補強層は非磁性材質で形成される、請求項１または２に記載のコイル部品。
4. 前記磁性基板は焼結フェライトで構成される、請求項１から３のいずれか１項に記載のコイル部品。
5. 前記絶縁層の上面に配置され、前記コイル導体と電気的に接続される外部電極をさらに含み、前記補強層は前記外部電極間に位置する、請求項１から４のいずれか１項に記載のコイル部品。
6. 前記コイル導体は電磁気的に結合する１次コイルと２次コイルで構成される、請求項１から５のいずれか１項に記載のコイル部品。
7. 磁性基板と、
   前記磁性基板上に配置され、内部にコイル導体が形成された絶縁層と、
   前記絶縁層上に配置され、前記絶縁層より小さい熱膨張係数を有する補強層と、
   前記磁性基板、前記絶縁層、及び前記補強層で構成された積層体の側面に配置され、前記絶縁層の側面に露出する前記コイル導体の端部と電気的に接続される外部電極と、を含み、
   前記補強層は、高分子樹脂と無機フィラーの混合物からなり、前記無機フィラーは、アルミナ（Ａｌ _２ Ｏ _３ ）、シリカ（ＳｉＯ _２ ）、及びチタンオキサイド（ＴｉＯ _２ ）からなる群より選択されるいずれか一つまたはこれらの混合物であり、
   前記補強層は、熱膨張係数が２０〜３０ｐｐｍ／Ｋである、コイル部品。
8. 前記補強層の熱膨張係数は前記磁性基板の熱膨張係数より大きい、請求項７に記載のコイル部品。
9. 前記補強層は非磁性材質で形成される、請求項７または８に記載のコイル部品。
10. 前記磁性基板は焼結フェライトで構成される、請求項７から９のいずれか１項に記載のコイル部品。

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