JPH11204337A - 平面コイル及び平面トランス - Google Patents
平面コイル及び平面トランスInfo
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Abstract
イル導体を構成する各線条の間隔を狭くして、小型で直
流抵抗の小さい高性能平面コイル及びそれを用いた高性
能トランスを提供する。 【解決手段】 絶縁基板の片面又は両面に厚さ50〜4
00μmの複数のコイル導体線条をギャップ部のアスペ
クト比(H/G)1以上で設け、かつ所望によりその表
面が金属めっき薄膜層で被覆されている平面コイルにお
いて、該コイル導体線条がマッシュルーム状断面を有
し、その断面の頭部の幅(L)が首部の幅(l)の2倍
以上、頭部の高さ(H)の1.5倍以下及び各コイル導
体線条間の最小間隔(G)の2倍以上である平面コイ
ル、及びその平面コイルを、絶縁性フィルムを介して複
数個積層し、全体を薄型強磁性体コアで挟着して構成さ
れた平面トランスとする。
Description
面トランス、特に10W以下の小さいパワーで作動する
平面コイル及び平面トランスに関するものである。
スクの二軸アクチエータや人工衛星などの電源用又は信
号用として広く用いられている。ところで、最近、平面
コイルの精密部品用としての需要が高まるに従い、幅が
細く、かつ厚さの大きい、いわゆるハイアスペクト導体
パターンを狭い間隔で複数個並列的に形成させたものが
要求されるようになってきた。これまで、このような平
面コイルは、絶縁基板上に、導体薄膜を被着し、その上
にネガ型ホトレジスト層を施し、常法に従いレジストパ
ターンを形成させたのち、エッチング処理して、導体薄
膜の露出部分を食刻し、次いでレジストパターンを除去
することによって製造されている。
面コイルは、導体薄膜のエッチングに際し、エッチング
液がレジストパターンで被覆されている部分にも入り込
み、その部分の導体までも溶解除去してしまう結果、残
存する導体の断面が台形となり、コイルパターン間の間
隔が大幅に増大したものになるのを免れない。
絶縁基板と導体薄膜との電気抵抗の差を利用して、導体
薄膜へ選択的に厚いめっきを施す方法が提案されたが
(特開昭58−12315号公報)、めっき下地膜が薄
く、特にスパイラルパターンを形成する場合などに下地
の配線抵抗が増大し、めっき電流を大きくすることがで
きない上、めっきの成長速度に異方性がないため導体パ
ターンの厚さを大きくすることができない。
け、この上に厚いレジストパターンを形成させたのち、
パターンめっきでハイアスペクト導体を形成させ、レジ
ストを除去したのち、イオンミリングなどのドライエッ
チングで、線間の金属薄膜を除去する方法なども知られ
ているが、レジストの厚さは、せいぜい50μmが限度
であるので、導体パターンの厚さとしては、40μm程
度が得られるにすぎない。このように従来の平面コイル
は、コイル導体の層厚自体を厚くすることが困難である
上、エッチングにより導体パターンを形成するので、コ
イル導体を構成する各線条間の間隔はコイル導体の層厚
の2倍程度が限度であるため、コイル導体部の空間的な
意味での占積率が低く、直流抵抗が大きくなるのを免れ
ず、良好な電気特性を得ることができない。
の層厚を大きくするとともに、コイル導体を構成する各
線条の間隔を狭くして、小型で直流抵抗の小さい高性能
平面コイル及びそれを用いた高性能トランスを提供する
ことを目的としてなされたものである。
コイルを得るために、鋭意研究を重ねた結果、コイル導
体の各線条を異方性成長させて、マッシュルーム状断面
に形成することにより、コイル導体の高さを50μm以
上に、かつ各線条間の間隔を20μm以下で形成させう
ること、したがって、見掛け上の占積率を増大して電気
特性を向上させうることを見出し、この知見に基づいて
本発明をなすに至った。
両面に厚さ50〜400μmの複数のコイル導体線条を
ギャップ部のアスペクト比(H/G)1以上で設け、か
つ所望によりその表面が金属めっき薄膜層で被覆されて
いる平面コイルにおいて、該コイル導体線条がマッシュ
ルーム状断面を有し、その断面の頭部の幅(L)が首部
の幅(l)の2倍以上、頭部の高さ(H)の1.5倍以
下及び各コイル導体線条間の最小間隔(G)の2倍以上
であることを特徴とする平面コイル、及びその平面コイ
ルを、絶縁性フィルムを介して複数個積層し、全体を薄
型強磁性体コアで挟着して構成された平面トランスを提
供するものである。
をさらに詳細に説明する。図1は、本発明の平面コイル
の部分断面拡大図であって、絶縁基板1の上に金属薄膜
層2を介してコイル導体線条3,3′,3″…が並列的
に設けられている。この各線条は頭部4と首部5からな
るマッシュルーム状断面を有し、その頭部の幅(L)は
首部の幅(l)の2倍以上、好ましくは2〜5倍、頭部
の高さ(H)の1.5倍以下、好ましくは0.5〜1.
5倍、各コイル導体線条間の最小間隔(G)の2倍以
上、好ましくは4〜10倍であることが必要である。
法の1例であって、先ず円板状絶縁基板1上にスルーホ
ール7を穿設し、次いで該基板上に金属めっき薄膜層2
を設け、さらにホトレジストパターン層6を形成した構
造体を形成する(イ)。次に、上記の金属めっき薄膜層
2が露出している部分を中心として、好ましくはこれと
同じ金属を光沢電気めっきすることにより、マッシュル
ーム状断面をもつ線条3,3′,3″…を並列的に形成
させる(ロ)。次いで、残存してるレジストを剥離した
のち(ハ)、選択的なエッチング処理を施して、各線条
間の金属めっき薄膜層のみを除去する(ニ)。この場
合、所望ならば、ハイアスペクトめっきの後で、保護用
金属をめっきして、コイル導体線条の表面を被覆する。
コイルパターン状に金属めっき薄膜層が露出した部分を
中心に光沢電気めっきを行う場合、めっき条件を適切に
すれば、高さ方向の成長速度が幅方向の成長速度に比べ
て大きくなり、めっき部分が膨成して1回の処理でもマ
ッシュルーム状の、直流抵抗の小さいコイル導体線条が
形成される。
めっき槽の形状、浴の撹拌条件に依存するが、予備的試
験を繰り返すことにより容易に最適条件を選定すること
ができる。この際の電流密度については、限界電流密度
の70%以上で異方性成長を行わせる。
の幅は、まずレジストパターン上の露出している金属薄
膜の幅をレジストの解像度及びコイル導体を形成したと
きの強度を考慮して最小に選び、このパターンでのめっ
き条件を検討して、もっともアスペクト比の大きい条件
に設定し、所定の膜厚まで成長させたのち、各線条間の
間隔の最小値を測定し、これに設計値を減じた値だけレ
ジストパターン上の露出している金属薄膜の幅を増加す
ることによって調整する。
低い金属の光沢めっき浴であればよく、特に制限はない
が、無光沢めっき浴の場合は、コイル導体の線条間の間
隔が狭くなると線条間でショートするので用いることは
できない。
比の大きいものが得られる理由としては次のことが考え
られる。すなわち、スルーホールめっきにおいて、孔の
アスペクト比が大きい場合は孔内の膜厚が外部の膜厚よ
り小さくなり、この傾向はアスペクト比が大きいほど顕
著になるが、本発明において、コイル導体パターンを光
沢めっきにより形成される場合も、これと類似した現像
が起り、最初の間はめっきが等方的に成長するが、膜厚
が大きくなるに従って、溝部のアスペクトが大きくなり
異方的な成長が行われ、頭部が形成されることにより、
次第にこの傾向が助長されてアスペクト比が益々増大す
る。図3は、本発明の平面コイルの1例を示す平面図で
あって、この図においては、コイルパターンが円形スパ
イラル状に形成されているが、このコイルパターンの形
状としては、これ以外に角形スパイラル状、折れ線状な
ど従来の平面コイルで用いられている任意の形状をとる
ことができる。このようにして得た平面コイルは、薄型
強磁性体コアに挟着して用いることもできる。この薄型
強磁性体コアとしては、例えば厚さ1.2mmのNiZ
n系フェライトなどが用いられる。
ムを介して複数個積層し、全体を薄型強磁性体コアで挟
着すれば、非常に電気特性の優れた平面トランスを得る
ことができる。この際の絶縁性フィルムとしては、厚さ
0.05mmのポリエステルフィルムのようなプラスチ
ックフィルムが適当であり、薄型強磁性体コアとしては
前記したものと同じものを用いることができる。
する。
の処理を行った。すなわちアンクラッドFR4基板(厚
さ100μm)の所定の位置に、直径0.2mmのスル
ーホールを開け、無電解銅めっき液でその両面に1μm
の厚さの銅層を形成した。その上にポジ型ホトレジスト
を乾燥膜厚で5μmになるようにスピンコートした。次
いで、スルーホール周囲のレジストを除去すると同時
に、コイル部を形成するために、レジストパターン幅9
0μm、レジストパターン間隔(露出する導体の線幅)
20μmのパターンをホトリソグラフィー法により形成
した。ここでスルーホールは両面の銅層の接続のために
用いている。コイル部となるレジスト除去部のパターン
は円形スパイラル状で、最内周の半径は0.9mmで巻
数は11.5回である。これを光沢硫酸銅めっき浴でめ
っきした。めっき液の硫酸銅の濃度は70g/lであ
り、液温度は25℃である。小孔の開いているパイプを
カソードの付近に設置して、ここからめっき液を20m
m/秒で噴出させ、電流密度2.5A/dm2で膜厚が
150μmになるまでめっきした。このときの導体間隔
は10μmであった。次に、レジストを剥離し、下地銅
膜をイオンミリングでエッチングしてコイル導体部を形
成したのち、単一の平面コイルにカットした。このよう
にして得た284個の平面コイルは、それぞれ外形寸法
が3.1×3.1×0.4mmであり、コイル導体層の
厚さ(H)が150μm、コイル導体線条間の間隔
(G)が10μm、頭部の幅(L)が100μm、首部
の幅(l)が20μm、L/l比が5、L/H比が0.
67、L/G比が5であった。また、このものの電気特
性は、直流抵抗0.1Ω、インダクタンス値0.37μ
Hであった。比較のために、同じパターンのコイルを通
常のプリント配線板の製法によって、36μmの銅箔を
両面に貼った100μm厚のFR4基板を用いて作成し
た。ファインパターンであるために、歩留まりは大幅に
減少したが、良品の電気的特性を測定すると、直流抵抗
1.1Ω、インダクタンス値0.37μHであった。な
お、外形寸法は3.1×3.1×0.2mmである。こ
のことから、本発明の平面コイルは、通常のプリント配
線板の製法で作成したものに比べて直流抵抗を1/10
以下にできることが分かる。
ルをパターンめっき法により形成した。すなわち、実施
例1と同じ手法で同一基板上に下地銅膜を形成し、コイ
ル導体線条のギャップ位置に厚さ35μm、幅10μm
のレジストパターンを形成し、これに実施例と同一条件
で厚さ30μmのめっきを施した。これを5回繰り返
し、レジストを剥離してイオンミリングで導体間の下地
銅膜をエッチングして、実施例1で首の幅が頭の幅と同
じ断面形状のコイルを片面に形成した。この時の基板の
反りは1.2mmであった。一方、実施例1と同じ手法
で片面のみにコイルを形成し、基板の反りを測定すると
0.25mmであった。首を細くすることで基板の反り
量が1/5に減少しているのが分かる。
所定の位置に、直径0.2mmのスルーホールを設け、
無電解銅めっき液でその両面に1μmの厚さの銅層を形
成した。その上にポジ型ホトレジストを乾燥膜厚で5μ
mになるようにスピンコートし、レジストパターン幅1
10μm、レジストパターン間隔(露出する導体の線
幅)20μmのパターンをホトリソグラフィー法により
形成した。ここでスルーホールは両面の銅層の接続のた
めに用いている。コイル部となるレジスト除去部のパタ
ーンは円形スパイラル状で、最内周の半径は0.9mm
で巻数は11.5回である。これを光沢硫酸銅めっき浴
でめっきした。めっき液の硫酸銅の濃度は70g/lで
あり、液温度は25℃である。小孔の開いているパイプ
をカソードの付近に設置して、ここからめっき液を20
mm/秒で噴出させ、電流密度2.5A/dm2で膜厚
が200μmになるまでめっきした。このときの導体間
隔は10μmであった。実施例1に比べて、頭部の長さ
(L)が10μm長くなっているので、導体高さが大き
く取れる。次に、レジストを剥離し、下地銅膜をイオン
ミリングでエッチングしてコイル導体部を形成したの
ち、単一の平面コイルにカットした。このようにして得
た284個の平面コイルは、それぞれ外形寸法が3.1
×3.1×0.4mmであり、コイル導体層の厚さ
(H)が200μm、コイル導体線条間の間隔(G)が
10μm、頭部の幅(L)が100μm、首部の幅
(l)が20μm、L/l比が5、L/H比が0.5、
L/G比が10であった。また、このものの電気特性
は、直流抵抗0.06Ω、インダクタンス値0.36μ
Hであった。比較のために、同じパターンのコイルを通
常のプリント配線板の製法によって、36μmの銅箔を
両面に貼った100μm厚のFR4基板を用いて作成し
た。ファインパターンであるために、歩留まりは大幅に
減少したが、良品の電気的特性を測定すると、直流抵抗
0.9Ω、インダクタンス値0.37μHであった。な
お、外形寸法は3.1×3.1×0.2mmである。こ
のことから、本発明の平面コイルは、通常のプリント配
線板の製法で作成したものに比べて直流抵抗を1/10
以下にできることが分かる。
所定の位置に、直径0.2mmのスルーホールを設け、
無電解銅めっき液でその両面に1μmの厚さの銅層を形
成した。その上にポジ型ホトレジストを乾燥膜厚で5μ
mになるようにスピンコートし、レジストパターン幅9
0μm、レジストパターン間隔(露出する導体の線幅)
20μmのパターンをホトリソグラフィー法により形成
した。ここでスルーホールは両面の銅層の接続のために
用いている。コイル部となるレジスト除去部のパターン
は円形スパイラル状で、最内周の半径は0.9mmで巻
数は11.5回である。これを光沢高速硫酸銅めっき浴
でめっきした。めっき液の硫酸銅の濃度は110g/l
であり、液温度は35℃である。小孔の開いているパイ
プをカソードの付近に設置して、ここからめっき液を5
0mm/秒で噴出させ、電流密度9A/dm2で膜厚が
150μmになるまでめっきした。このときの導体間隔
は10μmであった。次に、レジストを剥離し、下地銅
膜をイオンミリングでエッチングしてコイル導体部を形
成した。このようにして得た平面コイルは、外形寸法が
3.1×3.1×0.4mmであり、コイル導体層の厚
さ(H)が150μm、コイル導体線条間の間隔(G)
が10μm、頭部の幅(L)が100μm、首部の幅
(l)が20μm、L/l比が5、L/H比が0.6
7、L/G比が5であった。また、このものの電気特性
は、直流抵抗0.1Ω、インダクタンス値0.37μH
であった。比較のために、同じパターンのコイルを通常
のプリント配線板の製法によって、36μmの銅箔を両
面に貼った100μm厚のFR4基板を用いて作成し
た。ファインパターンであるために、歩留まりは大幅に
減少したが、良品の電気的特性を測定すると、直流抵抗
1.1Ω、インダクタンス値0.37μHであった。な
お、外形寸法は3.1×3.1×0.2mmである。こ
のことから、本発明の平面コイルは、通常のプリント配
線板の製法で作成したものに比べて直流抵抗を1/10
以下にできることが分かる。
Zn系フェライト基板に、無電解銅めっき液でその両面
に1μmの厚さの銅層を形成した。その上にポジ型ホト
レジストを乾燥膜厚で5μmになるようにスピンコート
し、レジストパターン幅90μm、レジストパターン間
隔(露出する導体の線幅)20μmのパターンをホトリ
ソグラフィー法により形成した。コイル部となるレジス
ト除去部のパターンは円形スパイラル状で、最内周の半
径は0.9mmで巻数は5.75回である。これを光沢
硫酸銅めっき浴でめっきした。めっき液の硫酸銅の濃度
を70g/l、液温度を25℃として、実施例1と同様
にして、電流密度2.5A/dm2で膜厚が150μm
になるまでめっきした。このときの導体間隔は10μm
であった。次に、レジストを剥離し、下地銅膜をイオン
ミリングでエッチングしてコイル導体部を形成した。さ
らにこの上にカーテンコート法で感光性エポキシ樹脂を
ギャップ部も含めて塗布し、仮硬化後、所定の位置に、
慣用のホトリソグラフィー法によりコンタクトホールを
形成し、本硬化した。次いで前記の感光性エポキシ樹脂
を絶縁基板として、前記と同じ方法を繰り返し、第二の
コイル層を形成し積層平面コイル集合体を製造した。こ
の集合体を分割して得た1個の平面コイルは、外形寸法
が3.1×3.1×0.7mmであり、コイル導体層の
厚さ(H)が150μm、コイル導体線条間の間隔
(G)が10μm、頭部の幅(L)が100μm、首部
の幅(l)が20μm、L/l比が5、L/H比が0.
67、L/G比が5であった。また、このものの電気特
性は、直流抵抗0.1Ω、インダクタンス値0.6μH
であった。このものは、実施例1の平面コイルに比べて
インダクタンス値が約50%増加している。
イト基板(フェライト粉末70容量%及びエポキシ樹脂
30容量%)に、無電解銅めっき液で1μmの厚さの銅
層を形成した。その上にポジ型ホトレジストを乾燥膜厚
で5μmになるようにスピンコートし、レジストパター
ン幅90μm、レジストパターン間隔(露出する導体の
線幅)20μmのパターンをホトリソグラフィー法によ
り形成した。コイル部となるレジスト除去部のパターン
は円形スパイラル状で、最内周の半径は0.9mmで巻
数は5.75回である。これを光沢硫酸銅めっき浴でめ
っきした。めっき液の硫酸銅の濃度を70g/l、液温
度を25℃として、実施例1と同様にして、電流密度
2.5A/dm2で膜厚が150μmになるまでめっき
した。このときの導体間隔は10μmであった。次に、
レジストを剥離し、下地銅膜をイオンミリングでエッチ
ングしてコイル導体部を形成した。さらにこの上にカー
テンコート法で感光性エポキシ樹脂をギャップ部も含め
て塗布し、仮硬化後、所定の位置に、慣用のホトリソグ
ラフィー法によりコンタクトホールを形成し、本硬化し
た。次いで前記の感光性エポキシ樹脂を絶縁基板とし
て、前記と同じ方法を繰り返し、第二のコイル層を形成
し積層平面コイル集合体を製造した。この集合体を分割
して得た1個の平面コイルは、外形寸法が3.1×3.
1×0.6mmであり、コイル導体層の厚さ(H)が1
50μm、コイル導体線条間の間隔(G)が10μm、
頭部の幅(L)が100μm、首部の幅(l)が20μ
m、L/l比が5、L/H比が0.67、L/G比が1
0であった。また、このものの電気特性は、直流抵抗
0.1Ω、インダクタンス値0.48μHであった。こ
のものは、実施例1の平面コイルに比べてインダクタン
ス値が約30%増加している。
が3.2×3.2×1.3mmのNiZn系EI型フェ
ライトコアで挟着し、平面コイルを形成した。この時の
インダクタンス値は11μHであり、インダクタンス値
が約30倍に増大している。
所定の位置に、直径0.2mmのスルーホールを設け、
無電解銅めっき液でその両面に1μmの厚さの銅層を形
成した。その上にポジ型ホトレジストを乾燥膜厚で5μ
mになるようにスピンコートし、レジストパターン幅2
00μm、レジストパターン間隔(露出する導体の線
幅)20μmのパターンをホトリソグラフィー法により
形成した。ここでスルーホールは両面の銅層の接続のた
めに用いている。コイル部となるレジスト除去部のパタ
ーンは円形スパイラル状で、最内周の半径は0.9mm
で巻数は6回である。これを光沢硫酸銅めっき浴でめっ
きした。めっき液の硫酸銅の濃度を70g/l、液温度
を25℃として、液撹拌はカソードロックを3mm/秒
の速さでストローク100mm、電流密度2.5A/d
m2で膜厚が150μmになるまでめっきした。このと
きの導体間隔は10μmであった。次に、レジストを剥
離し、下地銅膜をイオンミリングでエッチングしてコイ
ル導体部を形成した。外形寸法は3.1×3.1×0.
4mmであり、電気特性は、直流抵抗0.05Ωであっ
た。これを絶縁性フィルムを介して実施例1で得た平面
コイルの中央部を穿孔してから積層し、全体を外形寸法
3.2×3.2×1.7mmのNiZn系EI型フェラ
イトコアで挟着して、平面トランスを形成した。結合係
数は、周波数500kHzで測定して0.95であっ
た。
(A)と170μmのもの(B)について、導体線条の
間隔(G)を10μmとして同定してめっきを行い、
(L−l)/2、すなわちマッシュルーム断面のひさし
の長さを変えて、導体の厚さ(H)の変化を測定し、そ
の結果をグラフとして図4に示す。なお、このグラフに
は参考のために等方成長の場合の結果をCとして示し
た。このことより、オーバーハング部のひさしの長さを
大きくすることで、横方向へのめっきの成長速度が抑制
される結果、導体間隔を一定にしたままで、導体の厚さ
を大きくすることができ、直流抵抗の小さい平面コイル
が得られることが分かる。また、ひさしの長さを大きく
するほど導体の厚さを大きくしうることが分かる。
間の間隔を小さくしたまま、導体の厚さを大きくするこ
とができるので、直流抵抗を小さくすることができ、こ
れを用いて平面トランスを構成すると、特に10W以下
の小パワーにおいて優れた電気特性を示すものになると
いう利点がある。
工程図。
図。
体高さとの関係を示すグラフ。
Claims (3)
- 【請求項1】 絶縁基板の片面又は両面に厚さ50〜4
00μmの複数のコイル導体線条をギャップ部のアスペ
クト比(H/G)1以上で設けた平面コイルにおいて、
該コイル導体線条がマッシュルーム状断面を有し、その
断面の頭部の幅(L)が首部の幅(l)の2倍以上、頭
部の高さ(H)の1.5倍以下及び各コイル導体線条間
の最小間隔(G)の2倍以上であることを特徴とする平
面コイル。 - 【請求項2】 コイル導体線条が保護用金属めっき薄膜
層で被覆されている請求項1記載の平面コイル。 - 【請求項3】 請求項1又は2の平面コイルを、絶縁性
フィルムを介して複数個積層し、全体を薄型強磁性体コ
アで挟着して構成された平面トランス。
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