JP6716867B2 - コイル部品およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、コイル部品およびその製造方法に関する。

従来、表面実装型の平面コイル素子等のコイル部品が、民生用機器、産業用機器等の電気製品に幅広く利用されている。中でも小型携帯機器においては、機能の充実化に伴い、各々のデバイスを駆動させるために単一の電源から複数の電圧を得る必要が生じてきている。そこで、このような電源用途等にも表面実装型の平面コイル素子が使用されている。

このようなコイル部品は、たとえば、下記特許文献１に開示されている。この文献に開示されたコイル部品は、基板の表裏面にそれぞれ平面渦巻き状の空芯コイルが設けられ、空芯コイルの磁芯部分において基板を貫くように設けられたスルーホール導体により空芯コイル同士が接続されている。

特開２００５−２１００１０号公報

上述した空芯コイルは、基板上に設けられたシードパターンに、Ｃｕなどの導体材料をめっき成長させることで形成されるが、基板の面方向へのめっき成長によりコイルの巻回部の間隔が狭まる。コイルの巻回部の間隔が狭い場合には、コイルの絶縁性低下が懸念されるため、より確実に絶縁する技術が望まれている。

そこで、コイルの隣り合う巻回部の間に樹脂壁を設けて確実な絶縁を図る技術の開発が進められている。ただし、巻回部の体積が小さい場合には十分なコイル特性が得られない虞があるため、巻回部の体積を増大させる技術が求められる。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、コイル特性の向上が図られたコイル部品およびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の一側面に係るコイル部品は、基板と、基板の主面上にめっき成長で設けられたコイルと、基板の主面上に設けられ、コイルの巻回部が間に延びる複数の樹脂壁を有する樹脂体と、磁性粉含有樹脂からなり、基板の主面のコイルと樹脂体とを一体的に覆う被覆樹脂とを備え、巻回部の上面と樹脂壁の上端面とが同一平面になっている。

このようなコイル部品においては、巻回部の上面と樹脂壁の上端面とが同一平面になっているために、隣り合う２つの樹脂壁の間に画成された空間が全てコイルで充たされている。すなわち、上記空間に形成しうる最大の体積でコイルが形成されている。このようにコイルの体積の最大化により、たとえば直流抵抗が低下したりインダクタンスが向上したりすることで、高いコイル特性が得られる。

また、巻回部と被覆樹脂との間に介在するとともに巻回部を覆う絶縁膜をさらに備え、巻回部を覆う部分の絶縁膜が均一厚さを有する態様であってもよい。この場合、絶縁膜に、局所的に薄くなっている箇所、すなわち、局所的に絶縁性が低下している箇所が存在せず、絶縁膜が高い絶縁性を有する。

また、コイルが、基板の主面上に配されたシード部と、該シード部上にめっき成長させためっき部とを有する態様であってもよい。

また、樹脂体の樹脂壁の断面形状が四角形状である態様であってもよい。このとき、樹脂体の樹脂壁の断面は底辺の長さに対する高さの比が１より大きく、該樹脂壁が基板の主面の法線方向に沿って長く延びている態様であってもよい。

また、コイルの巻回部の断面形状が四角形状である態様であってもよい。このとき、コイルの巻回部の断面は底辺の長さに対する高さの比が１より大きく、該巻回部の断面が基板の主面の法線方向に沿って長く延びている態様であってもよい。

また、樹脂体の樹脂壁の高さがコイルの巻回部の高さより高い態様であってもよい。この場合、巻回部は、高さ方向にわたって設計寸法どおりの厚さとなり得る。また、巻回部同士が樹脂壁を越えて接する事態が有意に回避される。

また、樹脂体は、基板の主面上にコイルがめっき成長される前に設けられ、コイルの巻回部は、樹脂体の樹脂壁に接着されていない態様であってもよい。

また、基板の主面上に複数並んだ樹脂壁のうち、最外に位置する樹脂壁の厚さが内側に位置する樹脂壁の厚さより厚い態様であってもよい。

本発明の一側面に係るコイル部品の製造方法は、複数の樹脂壁を有する樹脂体が主面上に設けられた基板を準備する工程と、基板の主面上に、樹脂壁の間に巻回部が延びるように、かつ、該巻回部の上面と樹脂壁の上端面とが同一平面になるように、コイルをめっき成長させる工程と、磁性粉含有樹脂からなる被覆樹脂で、基板の主面のコイルと樹脂体とを一体的に覆う工程とを含む。

このようなコイル部品の製造方法においては、巻回部の上面と樹脂壁の上端面とが同一平面になるようにコイルをめっき成長させるため、コイルが、隣り合う２つの樹脂壁の間に画成された空間を全て充たす。すなわち、上記空間に形成しうる最大の体積でコイルが形成される。このようにコイルの体積の最大化により、たとえば直流抵抗が低下したりインダクタンスが向上したりすることで、高いコイル特性が得られる。

また、コイルをめっき成長させる工程の際、樹脂壁の高さを超える高さまでコイルの巻回部を成長させた後、巻回部の上面を研磨して該巻回部の上面と樹脂壁の上端面とを同一平面にする態様であってもよい。この場合、細かな高さ調節等を要することなく、容易に、巻回部の上面と樹脂壁の上端面とを同一平面にすることができる。

本発明によれば、コイル特性の向上が図られたコイル部品およびその製造方法が提供される。

図１は、本発明の実施形態に係るコイル部品の概略斜視図である。 図２は、図１に示すコイル部品の製造に用いられる基板を示した斜視図である。 図３は、図２に示した基板のシードパターンを示した平面図である。 図４は、図１に示すコイル部品の製造方法の一工程を示した斜視図である。 図５は、図４のＶ−Ｖ線断面図である。 図６は、図１に示すコイル部品の製造方法の一工程を示した斜視図である。 図７は、コイルの巻回部上に設けられる絶縁体を示した断面図である。 図８は、図１に示すコイル部品の製造方法の一工程を示した斜視図である。 図９は、図１に示すコイル部品の製造方法の一工程を示した斜視図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

まず、本発明の実施形態に係るコイル部品の構造について、図１〜４を参照しつつ説明する。説明の便宜上、図示のようにＸＹＺ座標を設定する。すなわち、平面コイル素子の厚さ方向をＺ方向、外部端子電極の対面方向をＹ方向、Ｚ方向とＹ方向とに直交する方向をＸ方向と設定する。

コイル部品１は、略直方体形状を呈する本体部１０と、本体部１０の対向する一対の端面を覆うようにして設けられた一対の外部端子電極３０Ａ、３０Ｂとによって構成されている。コイル部品１は、一例として、長辺２．０ｍｍ、短辺１．６ｍｍ、高さ０．９ｍｍの寸法で設計される。

以下では、本体部１０を作製する手順を示しつつ、併せて、コイル部品１の構造についても説明する。

本体部１０は、図２に示す基板１１を含んでいる。基板１１は、非磁性の絶縁材料で構成された平板矩形状の部材である。基板１１の中央部分には、主面１１ａ、１１ｂ間を繋ぐように貫通された略円形の開口１２が設けられている。基板１１としては、ガラスクロスにシアネート樹脂（ＢＴ（ビスマレイミド・トリアジン）レジン：登録商標）が含浸された基板で、板厚６０μｍのものを用いることができる。なお、ＢＴレジンのほか、ポリイミド、アラミド等を用いることもできる。基板１１の材料としては、セラミックやガラスを用いることもできる。基板１１の材料としては、大量生産されているプリント基板材料が好ましく、特にＢＴプリント基板、ＦＲ４プリント基板、あるいはＦＲ５プリント基板に用いられる樹脂材料が最も好ましい。

基板１１には、図３に示すように、それぞれの主面１１ａ、１１ｂに、後述するコイル１３をめっき成長させるためのシードパターン１３Ａが形成されている。シードパターン１３Ａは、基板１１の開口１２の周りを回る螺旋パターン１４Ａと、基板１１のＹ方向に関する端部に形成された端部パターン１５Ａとを有し、これらのパターン１４Ａ、１５Ａが連続的かつ一体的に形成されている。なお、一方の主面１１ａ側に設けられるコイル１３と他方の主面１１ｂ側に設けられるコイル１３とでは電極引き出し方向が逆であり、そのため、一方の主面１１ａ側の端部パターン１５Ａと他方の主面１１ｂ側の端部パターンとは、基板１１のＹ方向に関する互いに異なる端部に形成されている。

図２に戻って、基板１１の各主面１１ａ、１１ｂ上には、樹脂体１７が設けられている。樹脂体１７は、公知のフォトリソグラフィーによってパターニングされた厚膜レジストである。樹脂体１７は、コイル１３の巻回部１４の成長領域を画定する樹脂壁１８と、コイル１３の引出電極部１５の成長領域を画定する樹脂壁１９とを有している。

図４は、シードパターン１３Ａを用いてコイル１３をめっき成長させたときの基板１１の状態を示している。コイル１３のめっき成長には、公知のめっき成長方法を採用することができる。

コイル１３は、銅で構成されており、シードパターン１３Ａの螺旋パターン１４Ａ上に形成された巻回部１４と、シードパターン１３Ａの端部パターン１５Ａ上に形成された引出電極部１５とを有している。コイル１３は、平面視したときに、シードパターン１３Ａ同様、基板１１の主面１１ａ、１１ｂに平行に延在する平面渦巻き状の空芯コイルの形状となっている。より詳しくは、基板上面１１ａの巻回部１４は、上面側から見て外側に向かう方向に沿って左回転の渦巻きであり、基板下面１１ｂの巻回部１４は、下面側から見て、外側に向かう方向に沿って左回転の渦巻きである。基板上面１１ａおよび基板下面１１ｂの両コイル１３は、たとえば、開口１２の近傍に別途設けられた貫通孔を介して端部同士が接続される。両コイル１３に一方向に電流を流したときには、両コイル１３の電流の流れる回転方向が同一となるため、コイル１３で発生する磁束が重畳して強め合う。

図５は、図４に示しためっき成長後の基板１１の状態を示しており、図４のＶ−Ｖ線断面図である。

図５に示すように、基板１１上には、基板１１の法線方向（Ｚ方向）に沿って長く延びる四角形状断面（図５では矩形状断面）の樹脂壁１８が形成されており、これらの樹脂壁１８の間においてコイル１３の巻回部１４がＺ方向に成長する。コイル１３の巻回部１４は、その成長領域が、めっき成長前に基板１１上に形成された樹脂壁１８によって予め画定されている。

コイル１３の巻回部１４は、螺旋パターン１４Ａの一部であるシード部１４ａと、シード部１４ａ上にめっき成長させためっき部１４ｂとで構成されており、シード部１４ａ周りにめっき部１４ｂが徐々に成長していくことにより形成される。このとき、コイル１３の巻回部１４は、隣り合う２つの樹脂壁１８の間に画成された空間を充たすように成長して、樹脂壁１８の間に画成された空間と同一の形状に形成され、その結果、コイル１３の巻回部１４は基板１１の法線方向（Ｚ方向）に沿って長く延びる四角形状断面（図５では矩形状断面）となる。すなわち、樹脂壁１８の間に画成される空間の形状を調整することで、コイル１３の巻回部１４の形状が調整され、設計したとおりの形状にコイル１３の巻回部１４を形成することができる。

コイル１３の巻回部１４は、隣り合う２つの樹脂壁１８の間を成長する際、成長領域を画定する樹脂壁１８の内側面に接しながら成長していく。このとき、コイル１３の巻回部１４と樹脂壁１８との間には、機械的結合も化学的結合も生じない。すなわち、コイル１３の巻回部１４は、樹脂壁１８と接着されないままめっき成長し、非接着状態で樹脂壁１８の間に介在する。本明細書において「非接着状態」とは、アンカー効果等の機械的結合および共有結合等の化学的結合が生じていない状態をいう。

コイル１３の巻回部１４の断面寸法は、一例として、高さ８０〜２６０μｍ、幅（厚さ）４０〜２６０μｍ、下端部の幅（底辺）に対する高さの比（アスペクト比）１〜５である。コイル１３の巻回部１４のアスペクト比は２〜５であってもよい。

図５に示すとおり、コイル１３の巻回部１４の上面１４ｃおよび樹脂壁１８の上端面１８ａはいずれも基板１１の主面１１ａに平行な平坦面となっている。また、コイル１３の巻回部１４の高さは樹脂壁１８の高さと同じとなっている。さらに、巻回部１４の上面１４ｃと樹脂壁１８の上端面１８ａとが同一平面になっている。

このように樹脂壁１８の上端面１８ａと巻回部１４の上面１４ｃとを同一平面にするには、たとえば図６に示すように、樹脂壁１８の高さＨを超える高さｈまで巻回部１４を成長させる方法がある。すなわち、巻回部１４を高さｈまで成長させた後、巻回部１４の上面１４ｃをダイヤモンド砥石等で研磨し、それにより、巻回部１４の上面１４ｃと樹脂壁１８の上端面１８ａとが同一平面になる。

また、コイル１３の巻回部１４の厚さＤは、高さ方向にわたって均一になっている。これは、隣り合う樹脂壁１８の間隔が高さ方向にわたって均一になっているためである。

なお、図５に示した態様では、各樹脂壁１８の厚さｄ１、ｄ２も、コイル１３の巻回部１４同様、高さ方向にわたって均一となっている。その結果、隣り合うコイル１３の巻回部１４の間隔が、高さ方向にわたって均一になる。すなわち、コイル１３の巻回部１４は、高さ方向に関して局所的に薄くなっている箇所（つまり、局所的に耐圧抵抗が低下している箇所）が存在しない、または存在しにくい構造となっている。樹脂壁１８の断面寸法は、一例として、高さ５０〜３００μｍ、幅（厚さ）５〜３０μｍ、下端部の幅（底辺）に対する高さの比（アスペクト比）５〜３０である。樹脂壁１８の断面寸法は、高さ１８０〜３００μｍ、幅（厚さ）５〜１２μｍ、アスペクト比１５〜３０であってもよい。

また、樹脂壁１８によって画成された空間は、上端が開放されており、樹脂壁１８の上端部が巻回部１４の上側を覆うように回り込んでいないため、巻回部１４の上側の設計自由度が高い。

図７に示すように、巻回部１４の上に、後述する被覆樹脂２１に含まれる金属磁性粉と巻回部１４との間の絶縁性を高めるために、絶縁膜４０を設けることができる。絶縁膜４０は、絶縁樹脂または絶縁磁性材料で構成することができる。また、絶縁膜４０は、巻回部１４の上面１４ｃに直接的または間接的に接するとともに、巻回部１４と樹脂壁１８とを一体的に覆っている。なお、絶縁膜４０は、巻回部１４のみを選択的に覆う構成にすることもできる。また、巻回部１４と絶縁膜４０との間の接合性を高めるために、所定の接合層（たとえば、酸化による銅めっきの黒化層）４１を設けることができる。

上述したとおり、巻回部１４の上面１４ｃと樹脂壁１８の上端面１８ａとが同一平面になっているため、これらを覆うように形成される絶縁膜４０および接合層４１はいずれも均一厚さを有する。絶縁膜４０は、たとえばエポキシ樹脂フィルムによって形成される。

さらに、図５に示すとおり、複数の樹脂壁１８のうち、最外に位置する樹脂壁１８の厚さｄ１が内側に位置する樹脂壁１８の厚さｄ２より厚いこと（ｄ１＞ｄ２）が好ましい。この場合、コイル部品１の作製時や使用時に受けるＺ方向の圧力に対して剛性が付与される。厚さが厚い樹脂壁１８を最外位置に配置することで、この部分において主に上記圧力を受け止める。剛性の観点からは、両端に位置する樹脂壁１８の両方が、内側に位置する樹脂壁１８の厚さより厚いことが好ましい。

なお、上述したコイル１３のめっき成長は、基板１１の両主面１１ａ、１１ｂにおいておこなわれる。両主面１１ａ、１１ｂのコイル１３同士は、基板１１の開口においてそれぞれの端部同士が接続されて導通される。

基板１１上にコイル１３をめっき成長させた後、図８に示すように、基板１１は被覆樹脂２１で全体的に覆われる。すなわち、被覆樹脂２１が、基板１１の主面１１ａ、１１ｂのコイル１３と樹脂体１７とを一体的に覆う。樹脂体１７は、被覆樹脂２１内に残ったままコイル部品１の一部を構成する。被覆樹脂２１は、金属磁性粉含有樹脂からなり、ウエハ状態の基板１１の上に形成され、その後、硬化されることにより形成される。

被覆樹脂２１を構成する金属磁性粉含有樹脂は、金属磁性粉が分散された樹脂で構成されている。金属磁性粉は、たとえば鉄ニッケル合金（パーマロイ合金）、カルボニル鉄、アモルファス、非晶質または結晶質のＦｅＳｉＣｒ系合金、センダスト等で構成され得る。金属磁性粉含有樹脂に用いられる樹脂は、たとえば熱硬化性のエポキシ樹脂である。金属磁性粉含有樹脂に含まれる金属磁性粉の含有量は、一例として、９０〜９９ｗｔ％である。

さらに、ダイシングしてチップ化することで、図９に示す本体部１０が得られる。チップ化した後、必要に応じてバレル研磨等によりエッジの面取りをおこなってもよい。

最後に、本体部１０の端部パターン１５Ａが露出した端面（Ｙ方向において対向する端面）に、端部パターン１５Ａと電気的に接続されるように外部端子電極３０Ａ、３０Ｂを設けることで、コイル部品１が完成する。外部端子電極３０Ａ、３０Ｂは、コイル部品を搭載する基板の回路に接続するための電極であり、複数層構造とすることができる。たとえば、外部端子電極３０Ａ、３０Ｂは、端面に樹脂電極材料を塗布した後、その樹脂電極材料に金属めっきを施すことにより形成することができる。外部端子電極３０Ａ、３０Ｂの金属めっきには、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ａｕ、はんだ等を用いることができる。

上述したコイル部品１およびその製造方法によれば、コイル１３の巻回部１４の上面１４ｃと樹脂壁１８の上端面１８ａとが同一平面にすることで、隣り合う２つの樹脂壁１８の間に画成された空間が全てコイルで充たされ、上記空間に形成しうる最大の体積でコイル１３の巻回部１４が形成されている。このようにコイル１３の巻回部１４の体積の最大化により、たとえば直流抵抗が低下したりインダクタンスが向上したりすることで、高いコイル特性が得られる。

なお、図６に示したように、樹脂壁１８の高さＨを超える高さｈまで一旦コイル１３の巻回部１４を成長させた後に、巻回部１４の上面１４ｃを研磨して巻回部１４の上面１４ｃと樹脂壁１８の上端面１８ａとを同一平面にすることで、細かな高さ調節等を要することなく、容易に、コイル１３の巻回部１４の上面１４ｃと樹脂壁１８の上端面１８ａとを同一平面にすることができる。

また、図７に示したように、コイル１３の巻回部１４を覆う部分の絶縁膜４０が均一厚さを有するため、絶縁膜４０に、局所的に薄くなっている箇所、すなわち、局所的に絶縁性が低下している箇所が存在せず、絶縁膜４０が高い絶縁性を有する。

さらに、コイル部品１によれば、複数の樹脂壁１８の間にコイル１３の巻回部１４が非接着状態で介在するため、コイル１３の巻回部１４と樹脂壁１８とが互いに対して変位可能である。そのため、コイル部品１の使用環境が高温になったときなどの周辺温度に変化があり、コイル１３の巻回部１４と樹脂壁１８との間の熱膨張係数の差に起因する応力が生じた場合であっても、コイル１３の巻回部１４と樹脂壁１８とが相対移動することでその応力が緩和される。

また、コイル部品１の製造方法によれば、樹脂体１７の樹脂壁１８の間に介在するように、コイル１３の巻回部１４がめっき成長されている。すなわち、被覆樹脂２１でコイル１３を覆う前に、コイル１３の巻回部１４間にはすでに樹脂壁１８が介在している。そのため、コイル１３の巻回部１４間に樹脂を別途に充填する必要はなく、樹脂壁１８によりコイル１３の巻回部１４間の樹脂の寸法精度の安定化が図られる。

１…コイル部品、１１…基板、１３…コイル、１４…巻回部、１４ａ…シード部、１４ｂ…めっき部、１４ｃ…上面、１７…樹脂体、１８…樹脂壁、１８ａ…上端面、２１…被覆樹脂、３０Ａ、３０Ｂ…外部端子電極、４０…絶縁膜。

Claims (11)

1. 基板と、
   前記基板の主面上にめっき成長で設けられたコイルと、
   前記基板の主面上に設けられ、前記コイルの巻回部が間に延びる複数の樹脂壁を有する樹脂体と、
   磁性粉含有樹脂からなり、前記基板の主面の前記コイルと前記樹脂体とを一体的に覆うとともに前記樹脂体の外周側において前記基板の主面を覆う被覆樹脂と
   を備え、
   前記巻回部の上面と前記樹脂壁の上端面とが同一平面になっており、
   前記基板の主面上に複数並んだ樹脂壁のうち、最外に位置する樹脂壁の厚さおよび最内に位置する樹脂壁の厚さが、最外に位置する樹脂壁と最内に位置する樹脂壁との間に位置する樹脂壁の厚さより厚い、コイル部品。
2. 前記巻回部と前記被覆樹脂との間に介在するとともに前記巻回部を覆う絶縁膜をさらに備え、前記巻回部を覆う部分の前記絶縁膜が均一厚さを有する、請求項１に記載のコイル部品。
3. 前記コイルが、前記基板の主面上に配されたシード部と、該シード部上にめっき成長させためっき部とを有する、請求項１または２に記載のコイル部品。
4. 前記樹脂体の樹脂壁の断面形状が四角形状である、請求項１〜３のいずれか一項に記載のコイル部品。
5. 前記樹脂体の樹脂壁の断面は底辺の長さに対する高さの比が１より大きく、該樹脂壁が前記基板の主面の法線方向に沿って長く延びている、請求項４に記載のコイル部品。
6. 前記コイルの巻回部の断面形状が四角形状である、請求項１〜５のいずれか一項に記載のコイル部品。
7. 前記コイルの巻回部の断面は底辺の長さに対する高さの比が１より大きく、該巻回部の断面が前記基板の主面の法線方向に沿って長く延びている、請求項６に記載のコイル部品。
8. 前記樹脂体の樹脂壁の高さが前記コイルの巻回部の高さより高い、請求項１〜７のいずれか一項に記載のコイル部品。
9. 前記樹脂体は、前記基板の主面上に前記コイルがめっき成長される前に設けられ、
   前記コイルの巻回部は、前記樹脂体の樹脂壁に接着されていない、請求項１〜８のいずれか一項に記載のコイル部品。
10. 複数の樹脂壁を有する樹脂体が主面上に設けられた基板を準備する工程と、
    前記基板の主面上に、前記樹脂壁の間に巻回部が延びるように、かつ、該巻回部の上面と前記樹脂壁の上端面とが同一平面になるように、コイルをめっき成長させる工程と、
    磁性粉含有樹脂からなる被覆樹脂で、前記基板の主面の前記コイルと前記樹脂体とを一体的に覆うとともに前記樹脂体の外周側において前記基板の主面を覆う工程と
    を含み、
    前記基板の主面上に複数並んだ樹脂壁のうち、最外に位置する樹脂壁の厚さおよび最内に位置する樹脂壁の厚さが、最外に位置する樹脂壁と最内に位置する樹脂壁との間に位置する樹脂壁の厚さより厚いコイル部品の製造方法。
11. 前記コイルをめっき成長させる工程の際、前記樹脂壁の高さを超える高さまで前記コイルの前記巻回部を成長させた後、前記巻回部の上面を研磨して該巻回部の上面と前記樹脂壁の上端面とを同一平面にする、請求項１０に記載のコイル部品の製造方法。

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