JP6657506B2 - インダクタ素子及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、インダクタ及びその製造方法に関する。

インダクタ素子は、抵抗、キャパシタとともに電子回路をなす重要な受動素子の一つであり、主に電子機器内のＤＣ−ＤＣコンバータのような電源回路に用いられるか、またはノイズ（ｎｏｉｓｅ）を除去したり、ＬＣ共振回路をなす部品として幅広く用いられている。特に、近年スマートフォンやタブレットＰＣなどに通信、カメラ、ゲーム等のマルチ駆動が要求されており、これにより、電流の損失を減少させ、かつ効率性を高めるためのパワーインダクタの使用が増加している。

インダクタ素子は、構造に応じて積層型、巻線型及び薄膜型など多様に分けられ、近年電子機器の小型化及び薄膜化が加速化されるにつれて薄膜インダクタ素子が広く用いられている。

このように、電子機器の小型化及び薄膜化に伴って、用いられるインダクタ素子に対しても薄膜化、小型化への要求が増大しており、これと共に同一水準以上のインダクタンス及びＱ値などが要求されている。これにより、材料の側面からは、より高い飽和磁化値を有するフェライト（Ｆｅｒｒｉｔｅ） 材料を用いており、工法の側面からは、コイル配線の幅と厚さの比、すなわち縦横比（Ａｓｐｅｃｔ Ｒａｔｉｏ）を高めることができる印刷工法または高い縦横比を形成できる構造的な工法を用いてコイル配線の面積を増加させようとする努力が行われつつある。

巻線型インダクタは、フェライト（ｆｅｒｒｉｔｅ）コアなどにコイルを巻いて形成することができる。上記巻線型インダクタは、コイル間に浮遊容量が発生することがあり、このため、高容量のインダクタンスを得るためにコイルの巻線数を増加させることになる。

積層型インダクタは、複数のセラミックシートが積層された形態であってもよい。上記積層型インダクタは、それぞれのセラミックシート上にコイル形態の金属パターンが形成され、上記金属パターンは、セラミックシートに備えられた複数の導電性ビアを介して順次的に接続することができる。このような積層型インダクタは、大量生産に適合し、巻線型インダクタと比べると、優れた高周波特性を有する。

薄膜型インダクタは、飽和磁化値の高い材料を使用できるだけでなく、小型サイズに製作される場合にも、積層型インダクタと比べると、内部回路パターンを形成するに容易であるので、近年その研究が活発に行われている。

米国特許出願公開第２００９／０２０７５７６号明細書

本発明の一側面（または観点）は、インダクタコイル上に高い密着力及び高い破壊強度を有する二重絶縁層を薄い厚さに形成してインダクタのＬｓ特性に優れながらも、インダクタ容量を上昇させることができるインダクタ素子を提供することである。

本発明の他の側面は、インダクタコイル上に高い密着力及び高い破壊強度を有する二重絶縁層を薄い厚さに形成してインダクタのＬｓ特性に優れながらも、インダクタ容量を上昇させることができるインダクタ素子の製造方法を提供することである。

本発明の一実施例に係るインダクタ素子は、絶縁層と、上記絶縁層の両面に形成されたコイルパターンと、上記コイルパターン上に互いに異なる絶縁物質で形成された二重絶縁膜と、上記絶縁層、上記コイルパターン及び上記二重絶縁膜で形成されたものがモールディングされるように形成された磁性体と、を含む。

また、一実施例に係るインダクタ素子の製造方法は、絶縁層の両面にコイルパターンを形成するステップと、上記コイルパターン上に互いに異なる物質で二重絶縁膜を形成するステップと、上記二重絶縁膜により形成されたものがモールディングされるように磁性体を形成するステップと、を含む。

本発明の特徴及び利点は、添付図面に基づいて後術する詳細な説明により、より明らかになるであろう。

これに先だち、本明細書及び特許請求の範囲に使用された用語や単語は通常の意味や辞書的な意味に限定して解釈してはならず、発明者が自らの発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義することができるという原則を根拠にして本発明の技術的思想に符合する意味や概念として解釈すべきである。

本発明の一実施例に係るインダクタ素子の平面図である。 本発明の一実施例に係るインダクタ素子の斜視図である。 本発明の一実施例に係るインダクタ素子の断面図である。 本発明の一実施例に係るインダクタ素子の製造方法の一工程の断面図である。 図４に示した工程の次の工程を示す断面図である。 図５に示した工程の次の工程を示す断面図である。 図６に示した工程の次の工程を示す断面図である。 図７に示した工程の次の工程を示す断面図である。 図８に示した工程の次の工程を示す断面図である。 図９に示した工程の次の工程を示す断面図である。 本発明のインダクタ素子の製造方法に適用するｉｃｖｄ工程の蒸着原理を示す図である。

本発明の目的、特定の利点及び新規な特徴は、添付された図面及び連関する以下の詳細な説明及び実施例からより明らかになるであろう。本明細書において、各図面の構成要素に参照番号を付するにあたり、同一の構成要素については、たとえ他の図面上に表示されても、できる限り同一の参照番号で表していることに留意しなければならない。また、本発明を説明するにあたり、関連する公知の技術に関する具体的な説明が本発明の要旨をかえって不明にすると判断される場合は、その詳細な説明を省略する。本明細書で、「第１」、「第２」などの用語は、一つの構成要素を他の構成要素から区別するために用いられるものであり、構成要素が上記用語によって限定されることはない。添付図面において、一部の構成要素は、誇張されたり、省略されたりまたは概略的に図示されており、各構成要素の大きさは、実際の大きさを全面的に反映するものではない。

以下、添付された図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。

＜インダクタ素子＞
先ず、本発明の一実施例に係るインダクタ素子について、図面を参照して具体的に説明する。

ここで、参照する図面に記載されていない図面符号は、同一の構成を示す他の図面における図面符号であることがある。

図１は、本発明の一実施例に係るインダクタ素子の平面図であり、図２は、本発明の一実施例に係るインダクタ素子の斜視図であり、図３は、本発明の一実施例に係るインダクタ素子の断面図である。図１から図３に示すように、インダクタ素子は、絶縁層１１０と、上記絶縁層１１０の両面に形成されたコイルパターン１３０と、上記コイルパターン１３０上に互いに異なる絶縁物質で形成された二重絶縁膜１４０，１５０と、上記絶縁層１１０、上記コイルパターン１３０及び上記二重絶縁膜１４０，１５０で形成されたものがモールディングされるように形成された磁性体１６０と、を含む。

上記絶縁層１１０は、コイルパターン１３０の支持層の役割をするものであって、中央に貫通孔１１１が形成されており、上記絶縁層１１０の上部面及び下部面に回路パターン１２０及びビア１２１が形成されて、コイルパターン１３０に電気的に接続される。ここで、上記貫通孔１１１は、上記絶縁層１１０が磁性材料に比べて透磁率が低いためにフラックス（ｆｌｕｘ）が円滑に循環できないことからインダクタンス値が低下するということを防止しながらも、直列抵抗値が増加することを抑制することができる。

このように、上記絶縁層１１０は、プリプレグ（ｐｒｅｐｒｅｇ）層で形成され、熱硬化性または熱可塑性高分子物質、セラミック、有機−無機複合素材、またはガラス繊維含浸であってもよく、高分子樹脂を含む場合は、ＦＲ−４、ＢＴ（Ｂｉｓｍａｌｅｉｍｉｄｅ Ｔｒｉａｚｉｎｅ）、ＡＢＦ（Ａｊｉｎｏｍｏｔｏ Ｂｕｉｌｄ ｕｐ Ｆｉｌｍ）などのエポキシ系絶縁樹脂を含むことができ、これとは異なってポリイミド系樹脂を含むこともできるが、特にこれに限定されることはない。

上記コイルパターン１３０は、上記絶縁層１１０の上部及び下部に銅（Ｃｕ）などの導電性金属材質を用いて、およそ１００〜２００μｍの厚さに形成される。このコイルパターンは、概して螺旋状の構造に形成可能であり、四角形、五角形、六角形などの多角形、円形、楕円形などであってもよく。必要によって、不規則な形状に形成されることも可能である。但し、本発明のコイルパターン１３０は、上記図１から図３に示すように、インダクタ素子にコイルパターンが楕円形に形成されると、面積が最大化され、誘導される磁場の強さを最大化することができる。

また、上記コイルパターン１３０は、電気の入出力のための入出力パターン１７０に接続しており、この入出力パターン１７０は、上記絶縁層１１０の側面に形成され、上記磁性体１６０の外部に形成された外部端子１８０に電気的に接続される。

上記二重絶縁膜１４０，１５０は、第１絶縁物質で形成された第１絶縁膜１４０と第２絶縁物質で形成された第２絶縁膜１５０とから形成される。

より具体的には、上記第１絶縁膜１４０は、相対的に上記第２絶縁膜よりも大きい密着強度を有する物質で形成される。すなわち、上記第１絶縁膜１４０は、上記コイルパターン上にシード（ｓｅｅｄ）層の役割をするように、密着力に優れた絶縁物質で形成される。

なお、第１絶縁膜としては、例示的に、シラン（Ｓｉｌａｎｅ）系ポリマー、アミン系ポリマー、イミダゾール系ポリマー、ピリジン系ポリマーを少なくても１種またはこれらの組み合わせにより形成可能であるが、これに限定されない。

また、上記第２絶縁膜１５０は、相対的に上記第１絶縁膜１４０よりも大きい破壊強度を有する物質で形成される。ここで、上記第２絶縁物質としては、例示的に、有機ケイ素ポリマー（Ｏｒｇａｎｏｓｉｌｉｃｏｎ ｐｏｌｙｍｅｒ）、超疎水性ポリマー（Ｓｕｐｅｒｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃ ｐｏｌｙｍｅｒ）、新水性ポリマー（Ｈｙｄｒｏｐｈｉｌｉｃ ｐｏｌｙｍｅｒ）、疎水性ポリマー（Ｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃ ｐｏｌｙｍｅｒ）などを用いることができるが、これに限定されない。

このような、上記第１絶縁膜及び上記第２絶縁膜は、ｉＣＶＤ蒸着工法を用いて形成することになる。すなわち、上記ｉＣＶＤ蒸着工法を用いることにより薄い絶縁膜を形成することができ、波形不良率を低減することができる。

上記磁性体１６０は、フェライトまたは金属磁性粉末とポリマーとの複合体からなった材料で形成されたドライフィルム形態のシートを上記二重絶縁膜１４０，１５０の形成された上記絶縁層１１０の上部及び下部にそれぞれ積層するか、これと同一の材料からなったペーストをキャスティングして形成することができる。

そして、上記磁性体１６０の両端部に、上記入出力パターン１７０に電気的に接続される一対の外部端子１８０が形成される。

＜インダクタ素子の製造方法＞
先ず、図４から図１０は、本発明の一実施例に係るインダクタ素子の製造方法の工程断面図であり、図１１は、本発明のインダクタ素子の製造方法に適用するｉｃｖｄ工程の蒸着原理を示す図である。

以下に製造方法の順に詳細に説明する。

以下では、上述したインダクタ素子及び図１から図３を参照することになり、重複する説明は省略する。

先ず、図４に示すように、絶縁層の両面に回路パターンを形成する。

より具体的には、上記絶縁層１１０の中央部に貫通孔１１１を形成し、貫通孔１１１が形成された絶縁層１１０の上部面及び下部面にビア１２１を含む回路パターン１２０を形成する。

ここで、上記貫通孔１１１は、上記絶縁層１１０が磁性材料に比べて透磁率が低いためにフラックス（ｆｌｕｘ）が円滑に循環できないことから、インダクタンス値が低下するということを防止しながらも、直列抵抗値が増加することを抑制することができる。この貫通孔１１１は、レーザドリルを用いて形成することができる。

そして、上記回路パターン１２０は、以後形成されるコイルパターンに電気的信号を印加するためのものであって、上記絶縁層１１０の上部面及び下部面に形成された金属層を選択的に除去して回路パターンを形成する。ここで、回路パターンは、回路工法のエッチング工程であるサブトラックティブ（Ｓｕｂｔｒａｃｔｉｖｅ）法と無電解銅メッキ及び電解銅メッキを用いるアディティブ（Ａｄｄｉｔｉｖｅ）法、ＳＡＰ（Ｓｅｍｉ−Ａｄｄｉｔｉｖｅ Ｐｒｏｃｅｓｓ）法を用いて形成することが好ましい。

このように、上記絶縁層１１０は、プリプレグ（ｐｒｅｐｒｅｇ）層で形成され、熱硬化性または熱可塑性高分子物質、セラミック、有機−無機複合素材、またはガラス繊維含浸等を用いることができ、高分子樹脂を含む場合、ＦＲ−４、ＢＴ（Ｂｉｓｍａｌｅｉｍｉｄｅ Ｔｒｉａｚｉｎｅ）、ＡＢＦ（Ａｊｉｎｏｍｏｔｏ Ｂｕｉｌｄ ｕｐ Ｆｉｌｍ）などのエポキシ系絶縁樹脂を含むことができ、これと異なってポリイミド系樹脂を含むこともできるが、特にこれに限定されない。

そして、図５に示すように、上記絶縁層１１０の両面にコイルパターン１３０を形成する。

上記コイルパターン１３０は、上記絶縁層１１０の上部及び下部に銅（Ｃｕ）等の導電性金属材質を用いて、およそ１００〜２００μｍ厚さに形成される。そして、金属層を選択的に除去してコイルパターンを形成する。

なお、コイルパターンは、サブトラックティブ（Ｓｕｂｔｒａｃｔｉｖｅ）法と無電解銅メッキ及び電解銅メッキを用いるアディティブ（Ａｄｄｉｔｉｖｅ）法、ＳＡＰ（Ｓｅｍｉ−Ａｄｄｉｔｉｖｅ Ｐｒｏｃｅｓｓ）法を用いて形成することができる。

このコイルパターン１３０は、概して螺旋状の構造に形成され、四角形、五角形、六角形などの多角形、円形、楕円形などであってもよく、必要によって、不規則な形状に形成されることも可能である。但し、本発明のコイルパターン１３０は、上記図１から図３に示すように、インダクタ素子にコイルパターンが楕円形に形成されると、面積が最大化され、誘導される磁場の強さを最大化することができる。

その後、図６に示すように、上記コイルパターン１３０上に第１絶縁膜１４０を、ｉＣＶＤ蒸着工法を用いて形成する。

より詳細には、上記第１絶縁膜１４０は、相対的に第２絶縁膜１５０よりも大きい密着強度を有する物質で形成される。すなわち、上記コイルパターン１３０上にシード（ｓｅｅｄ）層の役割をするように、密着力に優れた絶縁物質で形成される。

なお、第１絶縁膜１４０は、例示的に、シラン（Ｓｉｌａｎｅ）系ポリマー、アミン系ポリマー、イミダゾール系ポリマー、ピリジン系ポリマーを少なくとも１種またはこれらの組み合わせにより形成可能であるが、これに限定されない。

このように、上記第１絶縁膜１４０をｉＣＶＤ蒸着工法を用いて形成することにより、薄い絶縁膜を形成することができ、波形不良率を低減することができる。ここで、上記ｉＣＶＤ蒸着工法は、図１１に示すように、チャンバ内にＡＰ膜をなすポリマーのモノマー（Ｍｏｎｏｍｅｒ：Ｍ）を気化させて、ポリマーの重合反応と成膜工程を同時に行う気相重合反応によりポリマー薄膜（Ｐ）を形成することができる。このようなｉＣＶＤ方法は、開始剤（Ｉｎｉｔｉａｔｏｒ：Ｉ）とモノマーＭを気化させ、気相でフリーラジカル（ｆｒｅｅ ｒａｄｉｃａｌ：Ｒ）を用いた連鎖重合反応が行われるようにすることで、ポリマー薄膜（Ｐ）をコイルパターン及び絶縁層１１０の表面に蒸着することができる。

このとき、開始剤ＩとモノマーＭは、単純混合したときには重合反応が行われないが、ｉＣＶＤチャンバ内に位置した高温のフィラメントにより開始剤Ｉが分解してラジカルＲが生成されると、これにより、モノマーＭが活性化され、連鎖重合反応が行われる。上記開始剤Ｉとしては、ＴＢＰＯ（ｔｅｒｔ−ｂｕｔｙｌｐｅｒｏｘｉｄｅ）またはＴＡＰＯ（ｔｅｒｔ−ａｍｙｌ ｐｅｒｏｘｉｄｅ）などのような過酸化物（ｐｅｒｏｘｉｄｅ）が主に用いられ、このような開始剤Ｉは、１１０℃程度の沸点を有する揮発性物質であり、約１５０℃前後で熱分解する。

したがって、ｉＣＶＤチャンバで用いる高温フィラメントが２００〜２５０℃前後に維持されると、連鎖重合反応を容易に誘導することができる。ここで、フィラメントの温度は、過酸化物の開始剤Ｉを熱分解するには十分に高い温度であるが、ｉＣＶＤに用いられるモノマーＭを含む殆どの有機物は、この温度では熱分解しない。

開始剤Ｉの分解により形成されたフリーラジカルＲは、モノマーＭに伝達されて連鎖反応を起こし、ポリマーＰを形成することができる。このように形成されたポリマーＰが低温に維持された絶縁層上に蒸着され、ＡＰ膜を形成することができる。

そして、図７に示すように、上記第１絶縁膜１４０上に第２絶縁膜１５０を形成する。

より具体的には、上記第２絶縁膜１５０は、相対的に上記第１絶縁膜１４０よりも大きい破壊強度を有する物質で形成される。ここで、上記第２絶縁物質としては、例示的に、有機ケイ素ポリマー（Ｏｒｇａｎｏｓｉｌｉｃｏｎ ｐｏｌｙｍｅｒ）、超疎水性ポリマー（Ｓｕｐｅｒｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃ ｐｏｌｙｍｅｒ）、新水性ポリマー（Ｈｙｄｒｏｐｈｉｌｉｃ ｐｏｌｙｍｅｒ）、疎水性ポリマー（Ｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃ ｐｏｌｙｍｅｒ）などを用いることができるが、これに限定されない。

このように、上記第２絶縁膜１５０は、上記第１絶縁膜の形成工程と同様に、ｉＣＶＤ蒸着工法を用いて形成することになる。

その後、図８に示すように、上記第１絶縁膜１４０及び第２絶縁膜１５０が形成されたものがモールディングされるように磁性体を形成する。

上記磁性体１６０は、フェライトまたは金属磁性粉末とポリマーとの複合体からなる材料で形成されたドライフィルム形態のシートを上記第１絶縁膜及び第２絶縁膜１４０，１５０の形成された上記絶縁層１１０の上部及び下部にそれぞれ積層するか、これと同一の材料からなったペーストをキャスティングして形成することができる。

より具体的には、上記磁性体シートを上記絶縁層の上部及び下部に積層し、その後、圧着工程を行う。そして、１次硬化及び２次硬化工程を行うことになる。

その後、図９に示すように、上記硬化された磁性体から上記絶縁層１１０の側面部が露出するように、ダイシング−＞研磨−＞グラインディング工程を順次行う。そして、上記コイルパターンに電気的に接続されるコイル電極である入出力パターン１７０を側面部に形成する。

また、図１０に示すように、上記磁性体１６０の両端部に上記入出力パターン１７０に電気的に接続される一対の外部端子１８０が形成される。

以上では本発明を具体的な実施例を参照して詳細に説明したが、これは本発明を具体的に説明するためのものであり、本発明はこれに限定されず、本発明の技術的思想内で当分野の通常の知識を有する者によりその変形や改良が可能であることは明らかである。

本発明の単純な変形または変更はすべて本発明の範囲に属するものであり、本発明の具体的な保護範囲は添付された特許請求の範囲により明確になるであろう。

１１０ 絶縁層
１１１ 貫通孔
１２０ 回路パターン
１３０ コイルパターン
１４０ 第１絶縁膜
１５０ 第２絶縁膜
１６０ 磁性体
１７０ 入出力パターン
１８０ 外部端子

Claims (15)

1. 絶縁層と、
   前記絶縁層の両面に形成されたコイルパターンと、
   前記コイルパターン上に互いに異なる絶縁物質で形成された二重絶縁膜と、
   前記絶縁層、前記コイルパターン及び前記二重絶縁膜がモールディングされるように形成された磁性体と、を含み、
   前記二重絶縁膜には前記コイルパターンの隣接したターンとターンとの間の離隔空間に対応する形態の溝が形成され、
   前記溝は前記磁性体で充填される、インダクタ素子。
2. 前記二重絶縁膜は、第１絶縁物質で形成された第１絶縁膜と、第２絶縁物質で形成された第２絶縁膜とを含む請求項１に記載のインダクタ素子。
3. 前記第１絶縁膜は、前記第２絶縁膜よりも大きい密着強度を有する物質で形成される請求項２に記載のインダクタ素子。
4. 前記第２絶縁膜は、前記第１絶縁膜よりも大きい破壊強度を有する物質で形成される請求項２または３に記載のインダクタ素子。
5. 前記第１絶縁膜及び前記第２絶縁膜は、ｉＣＶＤ蒸着工法を用いて形成される請求項２から４のいずれか一項に記載のインダクタ素子。
6. 前記絶縁層上にビアを含む回路パターンが、さらに形成される請求項１から５のいずれか一項に記載のインダクタ素子。
7. 前記磁性体の外部面に前記コイルパターンに電気的に接続される一対の外部端子をさらに含む請求項１から６のいずれか一項に記載のインダクタ素子。
8. 絶縁層の両面にコイルパターンを形成するステップと、
   前記コイルパターン上に互いに異なる物質で二重絶縁膜を形成するステップと、
   前記二重絶縁膜が形成されたものがモールディングされるように磁性体を形成するステップと、を含み、
   前記二重絶縁膜には前記コイルパターンの隣接したターンとターンとの間の離隔空間に対応する形態の溝が形成され、
   前記溝は前記磁性体で充填される、インダクタ素子の製造方法。
9. 前記二重絶縁膜を形成するステップは、
   第１絶縁物質で第１絶縁膜を形成するステップと、第２絶縁物質で第２絶縁膜を形成するステップとを含む請求項８に記載のインダクタ素子の製造方法。
10. 前記第１絶縁膜は、前記第２絶縁膜よりも大きい密着強度を有する物質で形成される請求項９に記載のインダクタ素子の製造方法。
11. 前記第２絶縁膜は、前記第１絶縁膜よりも大きい破壊強度を有する物質で形成される請求項９または１０に記載のインダクタ素子の製造方法。
12. 前記二重絶縁膜は、ｉＣＶＤ蒸着工法を用いて形成される請求項８から１１のいずれか一項に記載のインダクタ素子の製造方法。
13. 前記ｉＣＶＤ蒸着工法は、開始剤としてＴＢＰＯ（Ｔｅｒｔ−Ｂｕｔｙｌ Ｐｅｒｏｘｉｄｅ）またはＴＡＰＯ（ｔｅｒｔ−ａｒｙｌ ｐｅｒｏｘｉｄｅ）の過酸化物（ｐｅｒｏｘｉｄｅ）を用いる請求項１２に記載のインダクタ素子の製造方法。
14. 前記絶縁層上に、ビアを含む回路パターンを形成するステップをさらに含む請求項８から１３のいずれか一項に記載のインダクタ素子の製造方法。
15. 前記磁性体の外部面に、前記コイルパターンに電気的に接続される一対の外部端子を形成するステップをさらに含む請求項８から１４のいずれか一項に記載のインダクタ素子の製造方法。

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