JP6477262B2 - コイル部品 - Google Patents

Description

本発明は、コイル部品に関する。

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、上述したコイル部品には、絶縁性だけでなく、十分に高い強度も求められる。

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、強度の向上が図られたコイル部品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、コイルの巻回部の上面が樹脂壁と接する高さ位置が、該上面における最低の高さ位置よりも高い。

このようなコイル部品においては、コイルの巻回部の上面が樹脂壁と接する高さ位置が、該上面における最低の高さ位置よりも高いため、樹脂壁と接する領域における巻回部が、樹脂壁を支えるように補強している。そのため、コイルの巻回部の上面が樹脂壁と接する高さ位置と該上面における最低の高さ位置とが同じである場合に比べて、樹脂壁の強度が増しており、それにより、コイル部品の強度向上が図られている。

また、樹脂壁は、上端部の幅が下端部の幅よりも広い態様であってもよい。この場合、隣り合う巻回部同士の沿面距離が長くなるためにそれらの間において耐圧が向上し、その結果、コイル部品の耐圧向上が図られる。

また、樹脂体の樹脂壁の断面形状が矩形状である態様であってもよい。このとき、樹脂体の樹脂壁のアスペクト比が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矩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アスペクト比が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。

本発明によれば、強度の向上が図られたコイル部品が提供される。

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５の巻回部と樹脂壁との高さ位置の関係を示した断面図である。 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。 図１０は、樹脂壁の変形例を示した断面図である。

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。

コイル部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形状となる。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の断面寸法は、一例として、高さ５０〜２６０μｍ、幅（厚さ）１０〜２６０μｍ、アスペクト比１〜２０である。コイル１３の巻回部１４のアスペクト比は２〜１０、または１０〜２０であってもよい。樹脂壁１８の断面寸法は、一例として、高さ５０〜３００μｍ、幅（厚さ）５〜３０μｍ、アスペクト比５〜３０であり、１０〜３０であってもよい。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。

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。

図５に示すとおり、コイル１３の巻回部１４の高さｈは、樹脂壁１８の高さＨよりも低いこと（ｈ＜Ｈ）が好ましい。すなわち、コイル１３の巻回部１４のめっき成長が樹脂壁１８の高さＨよりも低い位置で止まるように調整することが好ましい。コイル１３の巻回部１４の高さｈが樹脂壁１８の高さＨよりも低いと、巻回部１４は高さ方向にわたって設計寸法どおりの厚さとなる。また、コイル１３の巻回部１４の高さｈが、樹脂壁１８の高さＨより高いと、隣り合う巻回部１４同士が接触したり後述する絶縁体４０や接合層４１の厚さを十分に確保できなくなったりする事態が生じ、コイル１３の耐圧抵抗が低下するためである。

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。

さらに、図５、６に示すように、コイル１３の巻回部１４の上面１４ｃは、下側に窪んだ形状となっている。より詳しくは、コイル１３の巻回部１４の上面１４ｃは、中央部では基板１１の主面１１ａに対して略平行になっているが、樹脂壁１８近傍の端部では曲線状に漸次上昇している。そして、コイル１３の巻回部１４の上面１４ｃにおいては、基板１１の主面１１ａに対する相対位置に関し、上面１４ｃの樹脂壁１８と接する高さ位置Ｐ１が、上面１４ｃの中央部に位置する最低の高さ位置Ｐ２よりも高くなっている。このような上面形状は、めっき条件やめっき液の組成等で、上面１４ｃの端部のめっき成長速度を、上面１４ｃの中央部のめっき成長速度よりも高くすることで実現することができる。

また、位置Ｐ１と位置Ｐ２との高低差をＬ１とし、位置Ｐ２と樹脂壁１８の高さ位置Ｐ３との高低差をＬ２とすると、Ｌ１＜Ｌ２となっている。さらに、位置Ｐ１と位置Ｐ２との高低差Ｌ１と、樹脂壁１８の上端部の幅ｄ２（すなわち、位置Ｐ３と位置Ｐ４との距離）とは、Ｌ１＞ｄ２となっている。

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。

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。すなわち、巻回部１４の上に任意の層を形成する態様も何の層も形成しない態様も選択し得る。

巻回部１４の上に層を形成する場合には、各種の層形態や層材料を選択し得る。たとえば、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、絶縁体４０を設けることができる。絶縁体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、絶縁体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、絶縁体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と絶縁体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、銅めっきの酸化による黒化層）４１を設けることができる。

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によれば、図６で示したとおり、コイル１３の巻回部１４の上面１４ｃが樹脂壁１８と接する高さ位置Ｐ１が、上面１４ｃにおける最低の高さ位置Ｐ２よりも高く、めっき部１４ｂが樹脂壁１８の内側面に沿って這い上がっている。そのため、樹脂壁１８と接する領域における巻回部１４が、樹脂壁１８を支えるように補強している。この場合、図６に高さ位置Ｐ１’で示したように、コイル１３の巻回部１４の上面１４ｃが樹脂壁１８と接する高さ位置Ｐ１’と高さ位置Ｐ２とが同じである場合に比べて、樹脂壁１８の強度が増している。樹脂壁１８は、たとえば、図６における左右方向からの応力に対する強度が増している。それにより、コイル部品１の強度向上が図られている。

また、樹脂壁１８近傍の高さ位置Ｐ１が、中央部の高さ位置Ｐ２よりも高いため、上面１４ｃに狭小な凹みが存在せず、巻回部１４の上に層（たとえば接合層４１）を形成する際に気泡を生じさせることなく容易に形成することができる。

その上、位置Ｐ１と位置Ｐ２との高低差Ｌ１が、位置Ｐ２と樹脂壁１８の高さ位置Ｐ３との高低差Ｌ２よりも小さくなっているため（すなわち、Ｌ１＜Ｌ２）、めっき成長ばらつきにより樹脂壁１８を越えて溢れ出ることを抑制できる。高低差Ｌ１は、高低差Ｌ２よりも小さい態様（すなわち、Ｌ１＜Ｌ２）である。また、高低差Ｌ１は、樹脂壁１８の上端部の幅ｄ２よりも小さい態様（すなわち、Ｌ１＜ｄ２）であってもよい。高低差Ｌ１は、樹脂壁１８の上端部の幅ｄ２よりも大きい態様（すなわち、Ｌ１＞ｄ２）であってもよい。

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。

なお、コイル部品１は、上述した形態に限らず、様々な形態を採用することができる。

たとえば、樹脂壁の断面形状は、図１０に示したような断面形状であってもよい。図１０に示した樹脂壁１８Ａは、逆さ台形状を有し、上端部の幅ｄ２’が下端部の幅ｄ２’’よりも広くなっている。この場合、特にＰ３−Ｐ４間の距離が長くなることにより、樹脂壁１８を介して隣り合う巻回部１４までの沿面距離が長くなる。また、樹脂壁１８の内側面が、基板１１の主面１１ａの法線方向に対して傾くため、Ｐ１−Ｐ３間の距離も若干長くなる。それにより、そのため、隣り合う巻回部１４の間において耐圧が向上している。

さらに、樹脂壁１８の内側面が巻回部１４側に傾くことで、めっき部１４ｂを比較的大きめにめっき成長させたときでも、めっき部１４ｂが樹脂壁１８を越えて溢れ出にくい形状となっている。上端部の幅ｄ２’に対する下端部の幅ｄ２’’の比率（ｄ２’’／ｄ２’）は、たとえば０．６〜０．９である。この比率は、より好ましくは０．６〜０．８である。

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、１８Ａ…樹脂壁、２１…被覆樹脂、３０Ａ、３０Ｂ…外部端子電極、４０…絶縁体、Ｐ１、Ｐ２…高さ位置。

Claims (8)

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被覆樹脂とを備え、
   前記コイルの巻回部の上面が前記樹脂壁と接する高さ位置が、該上面における最低の高さ位置よりも高く、
   前記コイルの巻回部の上面が前記樹脂壁と接する高さ位置と前記上面における最低の高さ位置との高低差が、前記上面における最低の高さ位置と前記樹脂壁の高さ位置との高低差より小さい、コイル部品。
2. 前記樹脂壁は、上端部の幅が下端部の幅よりも広い、請求項１に記載のコイル部品。
3. 前記樹脂体の樹脂壁の断面形状が矩形状である、請求項１に記載のコイル部品。
4. 前記樹脂体の樹脂壁のアスペクト比が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３に記載のコイル部品。
5. 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１〜４のいずれか一項に記載のコイル部品。
6. 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１〜５のいずれか一項に記載のコイル部品。
7. 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が内側に位置する樹脂壁の厚さより厚い、請求項１〜６のいずれか一項に記載のコイル部品。
8. 前記コイルの巻回部の上面が前記樹脂壁と接する高さ位置と前記上面における最低の高さ位置との高低差が、前記樹脂体の樹脂壁の上端部の幅よりも大きい、請求項１〜６のいずれか一項に記載のコイル部品。

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