JP6686101B2 - コイル部品及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、コイル部品及びその製造方法に関するものである。
コイル電子部品のうちの一つであるインダクタ（Ｉｎｄｕｃｔｏｒ）は、抵抗、キャパシタとともにノイズ（Ｎｏｉｓｅ）を除去する代表的な受動素子である。このうち、薄膜型インダクタは、めっきでコイル導体を形成した後、磁性体粉末と樹脂を混合させた磁性体粉末−樹脂複合体を硬化して磁性体本体を製造し、磁性体本体の外側に外部電極を形成して製造する。
最近では、セットの複合化、多機能化、スリム化などの変化に応じて、かかる薄膜インダクタを小型化する試みが引き続きなされている。ところで、薄膜型インダクタが小型サイズで製作される場合、部品の特性を実現する磁性体の体積が減少し、コイル線幅や厚さを大きくするのに限界を有するため、特性劣化が生じるようになる。そこで、当技術分野では、かかる小型化にも、特性劣化の問題を解消することができる方案が要求されている。
本発明は、コイル部の断面積を増加させることで、低直流抵抗（Ｒｄｃ）を示すようにするコイル部品及びその製造方法に関するものである。
本発明の一実施形態によるコイル部品は、磁性体材料を含む磁性体本体と、上記磁性体本体の内部に埋設されたコイル部と、を含み、上記コイル部は、第１めっき層、及び上記第１めっき層の表面に配置される第２めっき層を含み、上記第２めっき層の表面粗さは１ｎｍ〜６００ｎｍであることができる。
本発明の一実施形態によると、コイル部の断面積を増加させるとともに、直流抵抗（Ｒｄｃ）特性を向上させることができる。本発明の一実施形態によると、コイル部の表面に粗さを付与することにより、コイル部の表面に形成される絶縁膜との密着力を増大させることができる。
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（又は強調表示や簡略化表示）がされることがあり、図面上の同一の符号で示される要素は同一の要素である。
また、本発明を明確に説明すべく、図面において説明と関係ない部分は省略し、多様の層及び領域を明確に表現するために厚さを拡大して示し、同一思想の範囲内において機能が同一である構成要素に対しては同一の参照符号を用いて説明する。
なお、明細書全体において、ある構成要素を「含む」というのは、特に反対される記載がない限り、他の構成要素を除外するのではなく、他の構成要素をさらに含むことができることを意味する。
図１は本発明の一実施形態によるコイル部品の概略斜視図である。
本発明の一実施形態によるコイル部品１００は、内部に第１及び第２コイル部４１、４２が配置される磁性体本体５０と、磁性体本体５０の外側に配置され、且つ上記第１及び第２コイル部４１、４２と電気的に接続される第１及び第２外部電極８１、８２と、を含む。本発明の一実施形態によるコイル部品１００において、「長さ」方向は図１の「Ｌ」方向、「幅」方向は「Ｗ」方向、及び「厚さ」方向は「Ｔ」方向と定義する。
磁性体本体５０は、コイル部品１００の外観をなし、磁性体材料を基板２０に充填して形成される。一例として、磁性体本体５０は、フェライト又は金属磁性体粉末が充填されて形成されることができる。フェライトは、例えば、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライト、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライト、Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト、Ｍｎ−Ｍｇ系フェライト、Ｂａ系フェライト又はＬｉ系フェライトなどであることができる。金属磁性体粉末は、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ａｌ、及びＮｉからなる群より選択されたいずれか一つ以上を含むことができ、一例として、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ−Ｃｒ系非晶質金属であってもよいが、必ずしもこれに制限されるものではない。金属磁性体粉末の粒径は０．１μｍ〜３０μｍであることができ、エポキシ（ｅｐｏｘｙ）樹脂又はポリイミド（ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）などの熱硬化性樹脂に分散された形で含まれることができる。
磁性体本体５０の内部には基板２０が配置される。一例として、基板２０は、エポキシ系絶縁基板、フェライト基板、又は金属系軟磁性基板であってもよい。
基板２０の一面にはコイル状の第１コイル部４１が形成され、基板２０の一面と対向する他面にはコイル状の第２コイル部４２が形成される。第１及び第２コイル部４１、４２は、電気めっき工程によって形成されることができる。
基板２０の中央部は貫通されてホールを形成し、かかるホールは磁性材料で充填されてコア部５５を形成する。磁性材料で充填されているコア部５５を形成することにより、インダクタンス（Ｌｓ）を向上させることができる。
第１及び第２コイル部４１、４２はスパイラル（ｓｐｉｒａｌ）状に形成されることができ、基板２０の一面及び他面に形成された第１及び第２コイル部４１、４２は、基板２０を貫通して形成されるビア４５を介して電気的に接続される。
第１及び第２コイル部４１、４２とビア４５は、電気導電性に優れた金属で形成されることができ、例えば、銀（Ａｇ）、パラジウム（Ｐｄ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、白金（Ｐｔ）、又はこれらの合金で形成されることができる。
インダクタの主な特徴の一つである直流抵抗（Ｒｄｃ）は、コイル部の断面積が大きければ大きいほど低くなる。また、インダクタのインダクタンスは、磁束が通過する磁性体の面積が大きければ大きいほど大きくなる。したがって、直流抵抗（Ｒｄｃ）を下げるとともに、インダクタンスを向上させるためには、コイル部の断面積を増加させ、磁性体の面積を増加させる必要がある。
コイル部の断面積を増加させるためには、コイル線幅を増加させる方法、及びコイル厚さを増加させる方法がある。しかし、コイル線幅を増加させる場合には、隣接するコイル間にショート（ｓｈｏｒｔ）が発生するおそれが非常に大きくなり、実現できるコイルターン数に限界が生じる。そして、これが結果的に、磁性体面積の縮小につながり、効率が低下して高容量製品の実現に限界をもたらす。そこで、コイル線幅に比べてコイル厚さを増加させて、高アスペクト比（Ａｓｐｅｃｔ Ｒａｔｉｏ、ＡＲ）を有する構造のコイル部が要求されている。
コイル部のアスペクト比（ＡＲ）とは、コイル厚さをコイル線幅で割った値であって、コイル線幅の増加量よりもコイル厚さの増加量が大きければ大きいほど高アスペクト比（ＡＲ）を実現することができる。しかし、パターンめっき法を行ってコイル部を形成する場合には、コイル厚さを厚く形成するために、隣接するコイルを絶縁する絶縁隔壁の厚さを厚く形成する必要がある。しかし、ここで、絶縁隔壁の厚さを厚くすればするほど、絶縁隔壁下部に対する露光が円滑でない露光工程上の限界が生じ、コイル厚さを増加させにくくなるという問題をもたらす。
また、厚い絶縁隔壁の形を維持するためには、一定幅以上を有さなければならず、絶縁隔壁を除去した後の絶縁隔壁の幅が隣接するコイル間の間隔になるため、隣接するコイル間の間隔が広くなって直流抵抗（Ｒｄｃ）及びインダクタンス（Ｌｓ）の特性向上に限界があった。
図２は図１の実施形態によるコイル部品のＩ−Ｉ'線に沿った断面図である。
図２を参照すると、第１及び第２コイル部４１、４２は、基板２０上に形成されたシードパターン２５と、上記シードパターン２５から厚さ方向において上部又は下部に延長形成される第１めっき層６１と、第１めっき層６１を被覆する第２めっき層６２と、を含む。
第１及び第２コイル部４１、４２は絶縁膜３０で被覆される。絶縁膜３０は、スクリーン印刷法、フォトレジスト（Ｐｈｏｔｏ Ｒｅｓｉｓｔ、ＰＲ）の露光、現像を通じた工程、又はスプレー（ｓｐｒａｙ）塗布工程により形成することができる。第１及び第２コイル部４１、４２は、絶縁膜３０で被覆されて磁性体本体５０をなす磁性材料と直接接触しなくてもよい。
基板２０の一面に形成された第１コイル部４１の一端は磁性体本体５０の長さ（Ｌ）方向の一端面に露出し、基板２０の他面に形成された第２コイル部４２の一端は磁性体本体５０の長さ（Ｌ）方向の他端面に露出する。但し、実施例に応じて、第１及び第２コイル部４１、４２のそれぞれの一端は、長さ（Ｌ）方向の同一の一端面に露出するか、又は長さ（Ｌ）方向の同一の他端面に露出する。さらに、第１及び第２コイル部４１、４２のそれぞれの一端及び他端が長さ（Ｌ）方向の同一の一端面及び他端面にともに露出することもできる。磁性体本体５０の端面に露出する第１及び第２コイル部４１、４２のそれぞれと接続されるように磁性体本体５０の外側に第１及び第２外部電極８１、８２が形成される。
図３は図２の実施形態によるコイル部品の「Ａ」部分の拡大図の一例を示す図である。
図２及び図３を参照すると、図２のシードパターン２５は、一例として、第１シードパターン２５ａを含むことができる。一例として、第１シードパターン２５ａは、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、スズ（Ｓｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、及びモリブデン（Ｍｏ）のうち少なくとも１つで形成されることができる。第１シードパターン２５ａは、第１めっき層６１の下面に配置される。第１シードパターン２５ａをシード層として第１シードパターン２５ａ上に電気めっきを行うことで第１めっき層６１を形成する。第１めっき層６１は、第１シードパターン２５ａ上で少なくとも１回のめっき工程を行うことで形成されることができる。一例として、第１めっき層６１の線幅は、第１シードパターン２５ａの線幅と同一であってもよい。
第１めっき層６１を被覆する第２めっき層６２は、第１めっき層６１をシード層として電気めっきを行うことにより形成することができる。第１めっき層６１の表面に第２めっき層６２を形成することにより、コイル部の断面積をさらに増加させて直流抵抗（Ｒｄｃ）及びインダクタンス（Ｌｓ）の特性を向上させることができる。図３に示された本発明の一実施形態による第２めっき層６２は、幅方向への成長程度ＷＰ１及び厚さ方向への成長程度ＴＰ１が同様の形状を示す。このように、第１めっき層６１に形成される第２めっき層６２を幅方向への成長程度ＷＰ１及び厚さ方向への成長程度ＴＰ１が同様の等方めっき層で形成することにより、隣接するコイル間の厚さ差を減らすとともに、均一な厚さを有するようにすることができる。これにより、直流抵抗（Ｒｄｃ）の散布を減らすことができる。また、第２めっき層６２を等方めっき層で形成することにより、第１及び第２コイル部４１、４２が曲がることなく真っ直ぐ形成されて、隣接するコイル間のショート（ｓｈｏｒｔ）を防止することができ、第１及び第２コイル部４１、４２の一部分に絶縁膜３０が形成されないという不良を防止することができる。
この際、第１めっき層６１の厚さｔＳＰは、第１シードパターン２５ａ、第１めっき層６１、及び第２めっき層６２を含む第１及び第２コイル部４１、４２の全厚さｔＩＣの５０％以上であることができる。このように形成された、本発明の一実施形態による第１及び第２コイル部４１、４２の全厚さｔＩＣは１５０μｍ以上であってもよく、アスペクト比（ＡＲ）は２．０以上であってもよい。
第２めっき層６２には、絶縁膜３０が形成されることができる。絶縁膜３０は、スクリーン印刷法、フォトレジスト（Ｐｈｏｔｏ Ｒｅｓｉｓｔ、ＰＲ）の露光及び現像を通じた工程、又はスプレー（ｓｐｒａｙ）塗布工程によって第２めっき層６２の表面に形成されることができる。
一方、第２めっき層６２の表面粗さ（Ｒａ）は１ｎｍ〜６００ｎｍであることができる。第２めっき層６２の表面をエッチングするか、又は表面を酸化することにより、第２めっき層６２の表面に１ｎｍ〜６００ｎｍの表面粗さを付与することができる。
本発明の一実施形態によると、第２めっき層６２の表面に１ｎｍ〜６００ｎｍの表面粗さを付与することにより、第２めっき層６２の表面に形成される絶縁膜３０との密着力を増大させることができる。
図４ａ〜図４ｄは図３の実施形態によるコイル部品の製造工程を示す図である。
図４ａを参照すると、薄膜導電層２５'が全体的に形成された基板２０上に複数の開口部７１'を有する絶縁隔壁７１を形成する。一例として、絶縁隔壁７１の厚さは４０μｍ〜６０μｍであることができる。薄膜導電層２５'は、スパッタリング（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）、無電解めっき、化学気相蒸着（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＣＶＤ）工程を用いて形成することができる。複数の開口部７１'を有する絶縁隔壁７１は、絶縁体を薄膜導電層２５'上に塗布した後、一部領域に露光及び現像工程を適用して形成することができる。絶縁体は、エポキシ系化合物を含むことができ、例えば、永久（ｐｅｒｍａｎｅｎｔ）型の感光性絶縁材料として、ビスフェノール系エポキシ樹脂を主成分とする感光性物質を含むことができる。
図４ｂを参照すると、開口部７１'に第１めっき層６１が形成されることができる。一例として、第１めっき層６１は、薄膜導電層２５'をシード層とするめっき工程によって形成されることができる。本発明の一実施形態によると、シード層として用いられる薄膜導電層２５'が基板２０の全面に形成されて、絶縁隔壁７１と第１めっき層６１を容易に整列することができる。
一方、図４ｂのめっき工程の結果、第１めっき層６１の上面が絶縁隔壁７１の上面よりも高く位置すると、隣接する第１めっき層６１間のショートを防止するために、研磨工程を行うことができる。上記研磨工程としては、機械研磨又は化学研磨が適用されることができる。これとは異なって、第１めっき層６１の上面が絶縁隔壁の上面よりも低く位置して下地めっき（ｕｎｄｅｒ ｐｌａｔｉｎｇ）された場合には研磨工程を省略することができる。
図４ｃを参照すると、第１めっき層６１が形成された領域以外の絶縁隔壁７１及び薄膜導電層２５'が除去されて、第１めっき層６１の下面にのみ第１シードパターン２５ａが形成されることができる。一例として、第１めっき層６１が形成された領域以外の絶縁隔壁７１及び薄膜導電層２５'は、レーザートリミング（Ｌａｓｅｒ Ｔｒｉｍｍｉｎｇ）工程によって除去されることができる。
図４ｄを参照すると、第１めっき層６１に第２めっき層６２が形成されることができる。一例として、第２めっき層６２は、第１めっき層６１をシード層とするめっき工程によって形成されることができる。
その後、第２めっき層６２の表面に表面粗さ（Ｒａ）を付与することができる。一例として、表面粗さ（Ｒａ）は、１ｎｍ〜６００ｎｍであることができる。第２めっき層６２の表面をエッチングするか、又は表面を酸化することにより、第２めっき層６２の表面に１ｎｍ〜６００ｎｍの表面粗さを付与することができる。
本発明の一実施形態によると、第２めっき層６２の表面に１ｎｍ〜６００ｎｍの表面粗さを付与することにより、第２めっき層６２の表面に形成される絶縁膜３０との密着力を増大させることができる。
図５は図２の実施形態によるコイル部品の「Ａ」部分の拡大図の他の例を示す図である。図５の実施形態は、図３の実施形態と類似するため、重複説明は省略し、相違点を中心に説明する。
図２及び図５を参照すると、図２のシードパターン２５は、一例として、第２シードパターン２５ｂを含むことができる。一例として、第２シードパターン２５ｂは銅（Ｃｕ）で形成されることができる。第２シードパターン２５ｂは、第１めっき層６１の下面に配置される。第２シードパターン２５ｂをシード層として第２シードパターン２５ｂ上に電気めっきを行うことで、第１めっき層６１を形成する。一例として、第１めっき層６１の線幅は第２シードパターン２５ｂの線幅よりも広くてもよい。第１めっき層６１に形成される第２めっき層６２は、第１めっき層６１をシード層として電気めっきを行うことにより形成することができる。第２めっき層６２には絶縁膜３０が形成されることができる。絶縁膜３０は、スクリーン印刷法、フォトレジスト（Ｐｈｏｔｏ Ｒｅｓｉｓｔ、ＰＲ）の露光及び現像を通じた工程、又はスプレー（ｓｐｒａｙ）塗布工程によって第２めっき層６２の表面に形成されることができる。
図６ａ〜図６ｆは図５の実施形態によるコイル部品の製造工程を示す図である。
図６ａを参照すると、薄膜導電層２５'が全体的に形成された基板２０上に複数の開口パターンを有するフォトレジスト２３を形成する。薄膜導電層２５'は、スパッタリング（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）、無電解めっき、化学気相蒸着（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＣＶＤ）工程を用いて形成することができる。
図６ｂを参照すると、フォトレジスト２３の開口パターンによって露出している薄膜導電層２５'をエッチングし、フォトレジスト２３を剥離することで、第２シードパターン２５ｂを形成することができる。
図６ｃを参照すると、第２シードパターン２５ｂが形成された領域以外の領域に絶縁隔壁７１を形成する。複数の開口部７１'を有する絶縁隔壁７１は、絶縁体を薄膜導電層２５'上に塗布した後、一部領域に露光及び現像工程を適用して形成することができる。絶縁体は、エポキシ系化合物を含むことができ、例えば、永久（ｐｅｒｍａｎｅｎｔ）型の感光性絶縁材料としては、ビスフェノール系エポキシ樹脂を主成分とする感光性物質を含むことができる。
図６ｄを参照すると、開口部７１'に第１めっき層６１が形成されることができる。一例として、第１めっき層６１は、第２シードパターン２５ｂをシード層とするめっき工程によって形成されることができる。
一方、図６ｄのめっき工程の結果、第１めっき層６１の上面が絶縁隔壁７１の上面よりも高く位置すると、隣接する第１めっき層６１間のショートを防止するために、研磨工程を行うことができる。上記研磨工程としては、機械研磨又は化学研磨が適用されることができる。これとは異なって、第１めっき層６１の上面が絶縁隔壁の上面よりも低く位置して下地めっき（ｕｎｄｅｒ ｐｌａｔｉｎｇ）された場合には研磨工程を省略することができる。
図６ｅを参照すると、絶縁隔壁７１が除去されて、第１めっき層６１の下面に、第１めっき層６１よりも線幅の細い第２シードパターン２５ｂが配置される形で、第１めっき層６１及び第２シードパターン２５ｂが残存することができる。一例として、絶縁隔壁７１は、レーザートリミング（Ｌａｓｅｒ Ｔｒｉｍｍｉｎｇ）工程によって除去されることができる。
図６ｆを参照すると、第１めっき層６１上に第２めっき層６２が形成されることができる。一例として、第２めっき層６２は、第１めっき層６１をシード層とするめっき工程によって形成されることができる。
その後、第２めっき層６２の表面に表面粗さ（Ｒａ）を付与することができる。一例として、表面粗さ（Ｒａ）は、１ｎｍ〜６００ｎｍであることができる。第２めっき層６２の表面をエッチングするか、又は表面を酸化することにより、第２めっき層６２の表面に１ｎｍ〜６００ｎｍの表面粗さを付与することができる。
本発明の一実施形態によると、第２めっき層６２の表面に１ｎｍ〜６００ｎｍの表面粗さを付与することにより、第２めっき層６２の表面に形成される絶縁膜３０との密着力を増大させることができる。
図７及び図８は本発明の一実施形態によるコイル部品がプリント回路基板に実装された様子を示す斜視図である。
本発明の一実施形態によるプリント回路基板１１００は互いに離隔して形成される第１及び第２電極パッド１１１０、１１２０を含む。コイル部品１００の両端面に形成された第１及び第２外部電極８１、８２はそれぞれ、第１及び第２電極パッド１１１０、１１２０上に配置され、半田１１３０を介してプリント回路基板１１００と電気的に接続されることができる。
この際、図７を参照すると、コイル部品１００の第１及び第２コイル部４１、４２は、プリント回路基板１１００の実装面に対して水平に配置されることができる。また、図８を参照すると、コイル部品１００の第１及び第２コイル部４１、４２は、プリント回路基板１１００の実装面に対して垂直に配置されることができる。
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 コイル部品
２０ 基板
２５ シードパターン
２５ａ 第１シードパターン
２５ｂ 第２シードパターン
３０ 絶縁膜
４１ 第１コイル部
４２ 第２コイル部
４５ ビア
５５ コア部
６１ 第１めっき層
６２ 第２めっき層
７１ 絶縁隔壁
１１１０ 第１電極パッド
１１２０ 第２電極パッド
１１３０ 半田
２０ 基板
２５ シードパターン
２５ａ 第１シードパターン
２５ｂ 第２シードパターン
３０ 絶縁膜
４１ 第１コイル部
４２ 第２コイル部
４５ ビア
５５ コア部
６１ 第１めっき層
６２ 第２めっき層
７１ 絶縁隔壁
１１１０ 第１電極パッド
１１２０ 第２電極パッド
１１３０ 半田
Claims (11)
- 磁性体材料を含む磁性体本体と、
前記磁性体本体の内部に配置された基板と、
前記基板の少なくとも一面に配置され、前記磁性体本体の内部に埋設されたコイル部と、を含み、
前記コイル部は、前記基板に配置されたシードパターン、前記シードパターンに配置された第１めっき層、及び前記第１めっき層の表面を被覆する第２めっき層を含み、
前記第１めっき層は、線幅が前記シードパターンの線幅よりも広く形成されて前記基板と接触し、
前記第２めっき層は前記第１めっき層上で等方成長する、コイル部品。 - 前記第２めっき層に形成される絶縁膜をさらに含む、請求項１に記載のコイル部品。
- 前記第１めっき層は全厚さが１００μｍ以上である、請求項１または２に記載のコイル部品。
- 前記第１めっき層の厚さは前記コイル部の全厚さの５０％以上である、請求項１から３の何れか１つに記載のコイル部品。
- 前記第１めっき層は前記磁性体本体の厚さ方向に成長する、請求項１から４の何れか１つに記載のコイル部品。
- 基板上にコイル部を形成する段階と、
前記コイル部が形成された基板に磁性体材料を充填して、磁性体本体を形成する段階と、を含み、
前記コイル部を形成する段階は、前記基板にシードパターンを形成する段階、前記シードパターン上に第１めっき層をめっきする段階、前記第１めっき層上に前記第１めっき層を被覆する第２めっき層をめっきする段階、及び前記第２めっき層に表面粗さを付与する段階を含み、
前記第１めっき層は、線幅が前記シードパターンの線幅よりも広く形成されて前記基板と接触し、
前記第２めっき層は前記第１めっき層上で等方成長する、コイル部品の製造方法。 - 前記表面粗さは１ｎｍ〜６００ｎｍである、請求項６に記載のコイル部品の製造方法。
- 前記表面粗さは前記第２めっき層の表面をエッチングして形成される、請求項６または７に記載のコイル部品の製造方法。
- 前記表面粗さは前記第２めっき層の表面を酸化して形成される、請求項６から８の何れか１つに記載のコイル部品の製造方法。
- 前記第１めっき層は前記磁性体本体の厚さ方向に成長する、請求項６から９の何れか１つに記載のコイル部品の製造方法。
- 前記第２めっき層の表面粗さは１ｎｍ〜６００ｎｍである、請求項１から５の何れか１つに記載のコイル部品。
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