JP5584844B1 - コイル部品 - Google Patents

Abstract

第１樹脂基板と第２樹脂基板とを表面と裏面とが対向するよう交互に積層して接着させて第１コイル素子と第２コイル素子とが交互に重畳された積層成型体を形成し、下層にある第１コイル素子の他端と上層にある第２コイル素子の一端とを上層にある第２樹脂基板の一端に設けた貫通孔を介して電気的に接続し、上層にある第１コイル素子の一端と下層にある第２コイル素子の他端とを上層にある第１樹脂基板の一端に設けた貫通孔を介して電気的に接続して、積層成型体内に第１コイル素子と第２コイル素子とが交互に直列接続されたパワーインダクタを構成し、最下層にある第１樹脂基板に形成された第１コイル素子の一端と最上層にある第２樹脂基板に形成された第２コイル素子の他端とから積層成型体外に電極を引出して、パワーインダクタの電極とする。

Description

本発明は、樹脂基板内に作製されたコイル部品に係り、特に、複数の樹脂基板を積層して構成されたコイル部品に関する。

近年のスマートフォンやタブレット端末などのモバイル機器の多機能化に伴い、小型でインダクタンスが高く、かつ定格電流の大きなコイル部品（パワーインダクタ）の必要性が高まっている。

パワーインダクタの作製方法としては、それぞれにパターン化されたコイル素子が形成された樹脂基板を複数枚用意し、これらを積層してそれぞれの樹脂基板に形成された、各コイル素子同士を直列接続して作製するのが一般的である。

特許文献１には、コイル素子の導体パターンに対応した凹凸を有する樹脂凹版に導電性ペーストを充填し、充填された導電ペーストのパターンをセラミック基板に転写し、絶縁層を介してＮ（Ｎは２の倍数）層積層してコイル部品を作製することが記載されている。
また、特許文献２には、両面にコイル導電体が形成されたシート状の積層体を複数枚積層して積層されたチップコイルを作製することが記載されている。

特開２００３−６８５５５号公報 特開２００６−３３２１４７号公報

上述した特許文献１，２に記載されたコイル部品は、積層に際して、各層に形成されているコイル素子同士のビア接続構造が複雑で、かつ、各層のコイル素子同士の接合面積が大きいためコイル部品の占有面積が大きくなってしまうという課題を有している。
また、一層当りの厚さが厚いため、積層されたコイル部品を作製した場合、全体の厚さが一層厚くなるという課題も有している。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、刻印されて形成されたコイル素子を有する樹脂基板を積層するだけで各コイル素子が交互に直列接続されてパワーインダクタを構成することの出来るチップ面積が小さく、かつ、積層厚さの薄い小型のコイル部品を提供することを目的とする。

上記課題は、以下の本発明によって達成することができる。

本発明のコイル部品は、一端から他端にかけて時計廻り（又は反時計廻り）方向に内側に向って渦巻状に巻回された第１コイル素子パターンが、所定の深さで表面に刻印され、刻印された第１コイル素子パターンが電気めっきにより導電層で埋められて第１コイル素子が形成された第１樹脂基板と、一端から他端にかけて時計廻り（又は反時計廻り）方向に外側に向って渦巻状に巻回された第２コイル素子パターンが、所定の深さで表面に刻印され、刻印された第２コイル素子パターンが電気めっきにより導電層で埋められて第２コイル素子が形成された第２樹脂基板と、を備え、第１樹脂基板と第２樹脂基板とを表面と裏面とが対向するよう交互に積層して接着させて第１コイル素子と第２コイル素子とが交互に重畳された積層成型体を形成し、下層にある第１コイル素子の他端と上層にある第２コイル素子の一端とを上層にある第２樹脂基板の一端に設けた貫通孔を介して電気的に接続し、上層にある第１コイル素子の一端と下層にある第２コイル素子の他端とを上層にある第１樹脂基板の一端に設けた貫通孔を介して電気的に接続して、積層成型体内に第１コイル素子と第２コイル素子とが交互に直列接続されたパワーインダクタを構成し、最下層にある第１樹脂基板に形成された第１コイル素子の一端と最上層にある第２樹脂基板に形成された第２コイル素子の他端とから積層成型体外に電極を引出して、パワーインダクタの電極としたことを特徴とする。

また、本発明のコイル部品は、最下層にある第１樹脂基板の第１の位置と第２の位置とには、基板を貫通して刻印され、電気めっきにより導電層で埋められた第１の電極と第２の電極とを配置し、上層にある第１樹脂基板及び第２樹脂基板の第２の位置には基板を貫通して刻印され、電気めっきにより導電層で埋められた貫通電極を配置し、積層時に各層の貫通電極同士を連結して最下層にある第２の電極に電気的に接続し、最下層にある第１樹脂基板に形成された第１コイル素子の一端を第１の電極に接続し、最上層にある第２樹脂基板に形成された第２コイル素子の他端を貫通電極に接続し、第１の電極と第２の電極とをパワーインダクタの電極とすることを特徴とする。

また、本発明のコイル部品は、第１及び第２樹脂基板が熱硬化性樹脂によって作製されることを特徴とする。

本発明によれば、作製されるコイル部品の厚さを十分薄く、かつ、チップ面積の小さなパワーインダクタを得ることができる。

本発明による最下層の樹脂基板の構造図。 本発明による偶数層の樹脂基板の構造図。 本発明による奇数層の樹脂基板の構造図。 本発明による最上層の樹脂基板の構造図。 本発明による積層されたコイル素子の分解斜視図。 第１の金型の作製手順を示すプロセスフロー図。 第２の金型の構成を示す図。 樹脂基板の作製プロセスフロー図。

以下、添付図面に従って、本発明のコイル部品の実施例について詳細に説明する。

本発明によるコイル部品は、コイル素子が形成された樹脂基板を複数枚積層して接着した積層成型体の構造となっている。各樹脂基板内に形成されたコイル素子同士は層間で貫通孔を介して直列接続されてパワーインダクタとなり、最下層にある樹脂基板に形成されたコイル素子の一端と最上層にある樹脂基板に形成されたコイル素子の他端とを積層成型体外に引出して、パワーインダクタの電極としている。なお樹脂基板の積層枚数２Ｎ（Ｎは整数）に制限はないが、以下の実施例においてはＮ＝４の場合、即ち８層の場合について説明する。

図１〜図４はコイル素子が形成された樹脂基板の構造を示す平面図（ａ）及び断面図（ｂ），（ｃ）で、図１は１層目（最下層）、図２は２，４，６層目、図３は３，５，７層目、図４は８層目（最上層）の樹脂基板をそれぞれ示している。

図１は、１層（最下層）目の樹脂基板１００の構造を示している。（ａ）は平面図を、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線で切断したときの断面図を、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ線での断面図である。
樹脂基板１００には、一端１０２から他端１０４にかけて時計廻り方向に内側に向って渦巻状に巻回された第１コイル素子パターンが所定の深さ（ｄ１）で表面に刻印され、この刻印された第１コイル素子パターンは電気めっきにより導電層で埋められて第１コイル素子１０６が形成されている。また、樹脂基板１００の第１の位置Ｉと第２の位置IIとには基板を貫通して（ｄ２）刻印され、電気めっきにより導電層で埋められた第１の電極１０８と第２の電極１１０とが配置されている。なお、第１コイル素子１０６の一端１０２は、この第１の電極１０８に接続されている。

樹脂基板１００の中央部には基板を貫通する矩形状の開口部１２０が形成されている。
この開口部１２０には積層成型体が形成され、プリント配線基板に取付けられた際に、他の電子部品を配置することができる。
なお、第１コイル素子１０６の巻回方向は反時計廻りであっても良い。第１コイル素子１０６の線幅及び膜厚をそれぞれ４０μｍ、樹脂基板の厚さを５０μｍ、大きさを３．０ｍｍ×４．０ｍｍ程度にすることができる。第１コイル素子１０６の他端１０４の線幅は上層の樹脂基板に形成される第２コイル素子の一端と接続するために線幅を８０〜１００μｍ程度に広げておくのが良い。

図２は、８層（最上層）目を除く偶数層（２，４，６層）目の樹脂基板２００の構造を示している。（ａ）は平面図を、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線で切断したときの断面図、（ｃ）は（ａ）のＤ−Ｄ線での断面図である。
樹脂基板２００には、一端２０２から他端２０４にかけて時計廻り方向に外側に向って渦巻状に巻回された第２コイル素子パターンが所定の深さ（ｄ１）で表面に刻印され、この刻印された第２コイル素子パターンは電気めっきにより導電層で埋められて第２コイル素子２０６が形成されている。また、樹脂基板２００の第２の位置IIには基板を貫通して（ｄ２）刻印され、電気めっきにより導電層で埋められた貫通電極２０８が配置されている。一端２０２には基板を貫通する貫通孔２１０が設けられ、この貫通孔２１０は電気めっきにより導電層で埋められている。
なお、第２コイル素子２０６の巻回方向は、第１コイル１０６の巻回方向と同一である。

以後の説明においては、奇数層目の樹脂基板及びコイル素子をそれぞれ第１樹脂基板及び第１コイル素子と呼び、偶数層目の樹脂基板及びコイル素子をそれぞれ第２樹脂基板及び第２コイル素子と呼ぶことにする。
ここで、図１に示す第１樹脂基板１００と図２に示す第２樹脂基板とを第１樹脂基板１００の表面１００Ｆと第２樹脂基板２００の裏面２００Ｒとが対向するように積層して接着させる。すると下層にある第１コイル素子１０６の他端１０４と上層にある第２コイル素子の一端２０２とは第２樹脂基板２００の一端２０２に設けた貫通孔２１０を介して電気的に接続され、第１樹脂基板１００の第２の位置IIにある第２の電極１１０と第１の樹脂基板２００の第２の位置IIにある貫通電極２０８とも電気的に接続される。なお、電気的接続をより確実にするために、それぞれの接続部にはんだバンプを形成した後、溶着するようにしても良い。

図３は、１層目を除く奇数層（３，５，７層）目の第１樹脂基板１００ａの構造を示している。（ａ）は平面図を、（ｂ）は（ａ）のＥ−Ｅ線での断面図を、（ｃ）は（ａ）のＦ−Ｆ線での断面図である。図１に示す１層目の第１樹脂基板１００とほぼ同様の素子配置となっているが、第１コイル素子１０６ａの一端１０２ａの位置が異なることと、この一端１０２ａに接続されて貫通孔１１２ａが設けられていること、及び第１の位置Ｉには何等の電極も設けられていない点で構成をやや異にしている。
ここで、図２に示す第２樹脂基板２００の表面２００Ｆと図３に示す第１樹脂基板１００ａの裏面１００ａＲとが対向するように積層して接着させる。すると、下層にある第２コイル素子２０６の他端２０４と上層にある第１コイル素子１０６ａの一端１０２ａとは貫通孔１１２ａを介して電気的に接続され、上層にある第１樹脂基板１００ａの第２の位置IIにある貫通電極１１０ａと下層にある第２の樹脂基板２００の第２の位置IIにある貫通電極２０８とも電気的に接続される。

図４は、８層（最上層）目の第２樹脂基板２００ａの構造を示している。（ａ）は平面図を、（ｂ）は（ａ）のＧ−Ｇ線での断面図、（ｃ）は（ａ）のＨ−Ｈ線での断面図である。
図２に示す２，４，６層目の第２樹脂基板２００とほぼ同様の素子配置となっているが、第２コイル素子２０６ａの他端２０４ａの位置が異なることと、この他端２０４ａに接続されて貫通孔２０８ａが設けられている点で構成をやや異にしている。
ここで、図３に示す第１樹脂基板１００ａの表面１００ａＦと図４に示す第２樹脂基板２００ａの裏面２００ａＲとが対向するように積層して接着させる。すると、下層にある第１コイル素子１０６ａの他端１０４ａと最上層にある第２コイル素子２０６ａの一端２０２ａとは貫通孔２１０ａを介して電気的に接続され、最上層の第２樹脂基板２００ａの第２の位置IIにある貫通孔２０８ａと下層にある第１の樹脂基板１００ａの第２位置IIにある貫通電極１１０ａとも電気的に接続される。

このようにして８層からなる積層成型体が構成され、最下層にある第１樹脂基板１００の第１の位置Ｉにある第１の電極１０８と第２の位置IIにある第２の電極１１０とが、４個の第１コイル素子と４個の第２コイル素子とが交互に直列接続されて構成されたパワーインダクタの両電極として積層成型体外に引出される。

図５は、上述のようにして作製されたコイル部品のコイル素子と電極とを取出して配置を示す分解斜視図である。
パワーインダクタの両電極１０８と１１０は最下層の第１樹脂基板１００の裏面１００Ｒから取出され、プリント配線基板３００に設けられた図示しない電極に接続される。
なお、上述した説明では単体のコイル部品が作製されるものとして説明したが、実際には、第１及び第２樹脂基板には複数のコイル素子がマトリックス状に配列された状態で形成されており、積層後にダイシングにより切り離されて単体のコイル部品となる。
また、本発明によるコイル部品では、樹脂基板はコイル素子及びパワーインダクタの形成後にもそのまま残されて使用される。樹脂材料としてはエポキシ、フェノール、ポリイミド、ポリウレタンなどの熱硬化性樹脂を用いることができる。また導電層を形成するための電気めっきは銅めっきとするのが好ましい。

次に、熱硬化性材料で作製された樹脂金型を用いてコイル部品を作製する場合の作製方法の一例を説明する。
この作製方法では、コイル素子パターン３０及び貫通孔パターン４０がそれぞれ反転してパターン化された反転コイル素子パターン３５及び反転貫通孔パターン４５が表面に刻印された第１の金型と、側壁部を画成する金型と底面部を画成する金型とからなる第２の金型とを組合せて用いることにより所望の樹脂金型及び樹脂基板を作製する。

図６は第１の金型の作製手順を示すプロセスフロー図である。
まず、図６ａに示すように、深さｄ１のコイル素子パターン３０、深さｄ２の貫通孔パターン４０が表面に刻印されたＮｉ，ＳＵＳ又はＮｉ合金等からなる金属金型１を準備する。次に、図６ｂに示すように金型１の表面にＮｉＯなどの離形層を形成した後、Ｎｉを電気めっきにより積層して転写し、Ｎｉ金型２を作製する。その後、このＮｉ金型２を金属金型１から剥離して図６ｃに示すような第１の金型２とする。
この結果、第１の金型２の表面には高さｄ１の反転コイル素子パターン３５及び高さｄ２の反転貫通孔パターン４５が形成される。

図７は、第２の金型の構成を示す図である。第２の金型は注型金型と呼ばれ、側壁部を画成する金型４と底面部を画成する金型３とを貼り合わせて構成する。金型４の材料としては特に限定されず、樹脂であっても金属であっても良い。金型３の材料としては、低コストであること、後の工程のめっき処理のためのシード層が表面に形成できること、及び剥離又は溶解するために薄いこと等の要件を備える必要があることから、アクリルなどの樹脂を用いるのが好ましい。

図８は、図６に示す第１の金型２と図７に示す第２の金型とを用いて樹脂基板５を作製するプロセスフローを示す図である。
まず、図８ａに示すように、注型樹脂フィルムＦが流し込まれた第２の金型内に第１の金型２を反転貫通孔パターン４５が注型金型３の底面部に密着するように載置し、加圧する。
その際、反転貫通孔パターン４５は注型金型３の底面部に十分に密着させ、密着部に樹脂フィルムＦが入り込まないようにする。第１の金型２の凹部に樹脂フィルムＦをむらなく充填させた後、硬化させる。
その後、第１の金型２を除去すると、図８ｂに示すようにコイル素子パターン３０及び貫通孔パターン４０を備えた樹脂金型５が注型金型３の上に作製される。その後、図８ｃに示すように第２の金型の側壁部を画成する注型金型４を除去する。
次いで、シード層をコイル素子パターン３０の領域と貫通孔パターン４０の領域に形成して、電気めっきによりパターン部を導電層で埋めると、図８ｄに示すようにコイル素子３０ａ及び貫通孔４０ａが樹脂金型５内に形成される。
最後に、注型金型３を樹脂金型５から剥離すると、図８ｅに示すように樹脂基板が完成する。

なお、以上説明した樹脂基板では、第１の金型と第２の金型とによって樹脂金型が作製されているが、樹脂基板に直接インプリント又は熱プレスによってコイル素子パターン及び貫通孔パターンを刻印して樹脂金型とすることも可能である。

１０２ａ 第１コイル素子１０６ａの一端
１０４ 第１コイル素子１０６の他端
１０４ａ 第１コイル素子１０６ａの他端
１０６，１０６ａ 第１コイル素子
１０８ 第１の電極
１１０ 第２の電極
１１０ａ 貫通電極
２０２ 第２コイル素子の一端
２０２ａ 最上層にある第２コイル素子２０６ａの一端
２０４ 下層にある第２コイル素子２０６の他端
２０６ 下層にある第２コイル素子
２０６ａ 最上層にある第２コイル素子
２０８ 貫通電極
２０８ａ 貫通孔
３００ プリント配線基板

Claims (3)

1. 一端から他端にかけて時計廻り（又は反時計廻り）方向に内側に向って渦巻状に巻回された第１コイル素子パターンが、所定の深さで表面に刻印され、前記刻印された前記第１コイル素子パターンが電気めっきにより導電層で埋められて第１コイル素子が形成された第１樹脂基板と、
   一端から他端にかけて時計廻り（又は反時計廻り）方向に外側に向って渦巻状に巻回された第２コイル素子パターンが、所定の深さで表面に刻印され、前記刻印された前記第２コイル素子パターンが電気めっきにより導電層で埋められて第２コイル素子が形成された第２樹脂基板と、を備え、
   前記第１樹脂基板と前記第２樹脂基板とを表面と裏面とが対向するよう交互に積層して接着させて前記第１コイル素子と前記第２コイル素子とが交互に重畳された積層成型体を形成し、下層にある前記第１コイル素子の前記他端と上層にある前記第２コイル素子の前記一端とを上層にある前記第２樹脂基板の前記一端に設けた貫通孔を介して電気的に接続し、上層にある前記第１コイル素子の前記一端と下層にある前記第２コイル素子の前記他端とを上層にある前記第１樹脂基板の前記一端に設けた貫通孔を介して電気的に接続して、前記積層成型体内に前記第１コイル素子と前記第２コイル素子とが交互に直列接続されたパワーインダクタを構成し、最下層にある前記第１樹脂基板に形成された前記第１コイル素子の前記一端と最上層にある前記第２樹脂基板に形成された前記第２コイル素子の前記他端とから前記積層成型体外に電極を引出して、前記パワーインダクタの電極としたことを特徴とするコイル部品。
2. 最下層にある前記第１樹脂基板の第１の位置と第２の位置とには、基板を貫通して刻印され、電気めっきにより導電層で埋められた第１の電極と第２の電極とを配置し、上層にある前記第１樹脂基板及び前記第２樹脂基板の前記第２の位置には基板を貫通して刻印され、電気めっきにより導電層で埋められた貫通電極を配置し、積層時に各層の貫通電極同士を連結して最下層にある前記第２の電極に電気的に接続し、最下層にある前記第１樹脂基板に形成された前記第１コイル素子の前記一端を前記第１の電極に接続し、最上層にある前記第２樹脂基板に形成された前記第２コイル素子の前記他端を前記貫通電極に接続し、前記第１の電極と前記第２の電極とを前記パワーインダクタの電極とすることを特徴とする請求項１に記載のコイル部品。
3. 前記第１及び第２樹脂基板が熱硬化性樹脂によって作製されることを特徴とする請求項１に記載のコイル部品。

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