特開 2024-2489 コイル部品及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024002489

(43)【公開日】2024-01-11

(54)【発明の名称】コイル部品及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01F 27/29 20060101AFI20231228BHJP

   H01F 17/04 20060101ALI20231228BHJP

   H01F 27/06 20060101ALI20231228BHJP

   H01F 17/00 20060101ALI20231228BHJP

【ＦＩ】

H01F27/29 123

H01F17/04 F

H01F27/06 103

H01F17/00 D

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022101693

(22)【出願日】2022-06-24

(71)【出願人】

【識別番号】000003067

【氏名又は名称】ＴＤＫ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100115738

【弁理士】

【氏名又は名称】鷲頭 光宏

(74)【代理人】

【識別番号】100121681

【弁理士】

【氏名又は名称】緒方 和文

(72)【発明者】

【氏名】川口 裕一

(72)【発明者】

【氏名】藤井 直明

(72)【発明者】

【氏名】西川 朋永

(72)【発明者】

【氏名】陳 利益

(72)【発明者】

【氏名】佐久間 瑠偉

【テーマコード（参考）】

5E070

【Ｆターム（参考）】

5E070AA01

5E070AB02

5E070BB03

5E070CB13

5E070DA13

5E070DB02

5E070EA01

5E070EB04

(57)【要約】

【課題】コイル部品の実装面と回路基板の間にアンダーフィルなどが入り込みやすい構造を有するコイル部品を提供する。
【解決手段】コイル部品１は、磁性素体Ｍと、磁性素体Ｍに埋め込まれたコイル部Ｃと、磁性素体Ｍに埋め込まれ、一端がコイル部Ｃに接続され、他端が実装面Ｓ１から露出する導体ポストＰ１，Ｐ２とを備える。磁性素体Ｍの実装面Ｓ１側における表面は、導体ポストＰ１，Ｐ２の表面に対して窪みを有している。これにより、回路基板に実装した場合に、コイル部品１の実装面Ｓ１と回路基板の間にアンダーフィルなどが入り込みやすくなることから、実装信頼性が高められる。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

実装面を有する素体と、
前記素体に埋め込まれたコイル部と、
前記素体に埋め込まれ、一端が前記コイル部に接続され、他端が前記実装面から露出する導体ポストと、を備え、
前記素体の前記実装面側における表面は、前記導体ポストの表面に対して窪みを有していることを特徴とするコイル部品。

【請求項2】

前記窪みは、前記導体ポストから前記コイル部の中心軸に向かって深くなることを特徴とする請求項１に記載のコイル部品。

【請求項3】

前記窪みは、前記コイル部の内径領域と重なる位置において最も深いことを特徴とする請求項２に記載のコイル部品。

【請求項4】

前記素体に埋め込まれ、一端が前記コイル部に接続され、他端が前記実装面とは反対側の表面に露出する別の導体ポストをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のコイル部品。

【請求項5】

前記素体が磁性素体であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のコイル部品。

【請求項6】

コイル部を形成する工程と、
前記コイル部のコイル軸方向における一方側に、一端が前記コイル部に接続された導体ポストを形成する工程と、
前記コイル部及び前記導体ポストが埋め込まれるよう、前記コイル部の前記コイル軸方向における前記一方側、並びに、前記コイル部の内径領域に素体を形成する工程と、
前記導体ポストの他端が露出するよう、前記素体の表面を研削する工程と、
前記素体の前記表面が前記導体ポストの表面に対して窪むよう、前記素体に圧力を印加する工程と、を備えることを特徴とするコイル部品の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はコイル部品及びその製造方法に関し、特に、磁性素体にコイル部が埋め込まれた構造を有するコイル部品及びその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、磁性素体にコイル部が埋め込まれた構造を有するコイル部品が開示されている。特許文献１に記載されたコイル部品のように、コイル部を埋め込む素体に磁性材料を用いれば、小型で高いインダクタンスを得ることが可能となる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２１－０５２０７６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１に記載されたコイル部品は、導体ポストが露出する実装面が平坦であることから、回路基板に実装した場合に、コイル部品の実装面と回路基板の間にアンダーフィルなどが入り込みにくかった。

【0005】

したがって、本発明は、回路基板に実装した場合に、コイル部品の実装面と回路基板の間にアンダーフィルなどが入り込みやすい構造を有するコイル部品及びその製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明によるコイル部品は、実装面を有する素体と、素体に埋め込まれたコイル部と、素体に埋め込まれ、一端がコイル部に接続され、他端が実装面から露出する導体ポストとを備え、素体の実装面側における表面は、導体ポストの表面に対して窪みを有していることを特徴とする。

【0007】

本発明によれば、素体の実装面側における表面に窪みが設けられていることから、回路基板に実装した場合に、コイル部品の実装面と回路基板の間にアンダーフィルなどが入り込みやすくなる。これにより、実装信頼性を高めることが可能となる。

【0008】

本発明において、窪みは、導体ポストからコイル部の中心軸に向かって深くなるものであっても構わない。これによれば、素体のボリュームを十分に確保しつつ、実装信頼性を高めることが可能となる。

【0009】

本発明において、窪みは、コイル部の内径領域と重なる位置において最も深くても構わない。これによれば、コイル部の内径領域と重なる位置に十分なアンダーフィルを導入することが可能となる。

【0010】

本発明によるコイル部品は、素体に埋め込まれ、一端がコイル部に接続され、他端が実装面とは反対側の表面に露出する別の導体ポストをさらに備えていても構わない。これによれば、コイル軸方向における両側からの接続が可能となる。

【0011】

本発明によるコイル部品の製造方法は、コイル部を形成する工程と、コイル部のコイル軸方向における一方側に、一端がコイル部に接続された導体ポストを形成する工程と、コイル部及び導体ポストが埋め込まれるよう、コイル部のコイル軸方向における一方側、並びに、コイル部の内径領域に素体を形成する工程と、導体ポストの他端が露出するよう、素体の表面を研削する工程と、素体の表面が導体ポストの表面に対して窪むよう、素体に圧力を印加する工程とを備えることを特徴とする。

【0012】

本発明によれば、簡単な方法によって、素体の実装面側における表面に窪みを形成することが可能となる。

【発明の効果】

【0013】

このように、本発明によれば、回路基板に実装した場合に、コイル部品の実装面と回路基板の間にアンダーフィルなどが入り込みやすい構造を有するコイル部品及びその製造方法を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】図１は、本発明の第１の実施形態によるコイル部品１を実装面側から見た略平面図である。

【図2】図２は、図１に示すＡ－Ａ線に沿った略断面図である。

【図3】図３は、コイル部品１を回路基板８０に実装した状態を示す模式的な断面図である。

【図4】図４は、コイル部品１の製造方法を説明するための工程図である。

【図5】図５は、コイル部品１の製造方法を説明するための工程図である。

【図6】図６は、コイル部品１の製造方法を説明するための工程図である。

【図7】図７は、コイル部品１の製造方法を説明するための工程図である。

【図8】図８は、コイル部品１の製造方法を説明するための工程図である。

【図9】図９は、コイル部品１の製造方法を説明するための工程図である。

【図10】図１０は、コイル部品１の製造方法を説明するための工程図である。

【図11】図１１は、コイル部品１の製造方法を説明するための工程図である。

【図12】図１２は、コイル部品１の製造方法を説明するための工程図である。

【図13】図１３は、コイル部品１の製造方法を説明するための工程図である。

【図14】図１４は、コイル部品１の製造方法を説明するための工程図である。

【図15】図１５は、コイル部品１の製造方法を説明するための工程図である。

【図16】図１６は、コイル部品１の製造方法を説明するための工程図である。

【図17】図１７は、コイル部品１の製造方法を説明するための工程図である。

【図18】図１８は、第１の変形例によるコイル部品１Ａの略平面図である。

【図19】図１９は、第２の変形例によるコイル部品１Ｂの略平面図である。

【図20】図２０は、本発明の第２の実施形態によるコイル部品２の構成を示す略断面図である。

【図21】図２１は、本発明の第３の実施形態によるコイル部品３の構成を示す略断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。

【0016】

図１は、本発明の第１の実施形態によるコイル部品１を実装面側から見た略平面図である。また、図２は、図１に示すＡ－Ａ線に沿った略断面図である。

【0017】

図１及び図２に示すように、本実施形態によるコイル部品１は、Ｚ方向をコイル軸とするコイル部Ｃが磁性素体Ｍに埋め込まれた構造を有している。磁性素体Ｍは、コイル部Ｃを＋Ｚ方向側から覆う領域Ｍ１１と、コイル部Ｃを－Ｚ方向側から覆う領域Ｍ２０と、コイル部Ｃの内径領域に埋め込まれ、領域Ｍ１１，Ｍ２０を繋ぐ領域Ｍ１３と、コイル部Ｃの外側領域に位置する領域Ｍ１４とを含んでいる。磁性素体Ｍの領域Ｍ１１には導体ポストＰ１，Ｐ２が埋め込まれている。

【0018】

コイル部Ｃは、コイル軸方向に交互に積層された層間絶縁膜７０～７６及び導体層Ｌ１～Ｌ６からなる。導体層Ｌ１～Ｌ６は、それぞれコイルパターン１０，２０，３０，４０，５０，６０を有している。コイルパターン１０，２０，３０，４０，５０，６０は直列に接続されることにより、単一のコイルを構成している。そして、コイルの一端は導体ポストＰ１の一端（下端）に接続され、コイルの他端は導体ポストＰ２の一端（下端）に接続される。図２に示す例では、最上層に位置するコイルパターン６０の外周端が導体ポストＰ１に接続され、最下層に位置するコイルパターン１０の外周端が接続パターン２１，３１，４１，５１，６１を介して導体ポストＰ２に接続される。導体ポストＰ１，Ｐ２の他端（上端）は、実装面Ｓ１から露出する。このように、導体ポストＰ１，Ｐ２は、コイル軸方向から見てコイル部Ｃと重なり、且つ、コイル軸方向に延在する導体である。

【0019】

磁性素体Ｍは、鉄（Ｆｅ）やパーマロイ系材料などからなる金属磁性体フィラーと樹脂バインダーを含む複合磁性部材であり、コイルパターン１０，２０，３０，４０，５０，６０に電流を流すことによって生じる磁束の磁路を構成する。樹脂バインダーとしては、液状又は粉体のエポキシ樹脂を用いることが好ましい。尚、金属磁性体フィラーとしては、平均粒径サイズが異なる複数の金属磁性体フィラーを混合して用いても構わない。これによれば、磁性素体Ｍの透磁率や流動性の調整が容易となる。流動性の調整は、後述する水圧等を用いた加工による窪みの形成において重要である。

【0020】

図２に示すように、実装面Ｓ１側における磁性素体Ｍの表面は、導体ポストＰ１，Ｐ２の表面に対して窪みを有している。つまり、コイル部Ｃのコイル軸方向における一方側の表面を構成する層間絶縁膜７６の表面７６ａを基準とすると、導体ポストＰ１，Ｐ２の高さがＨ１であるのに対し、磁性素体Ｍの高さはＨ２（＜Ｈ１）である。これにより、実装面Ｓ１においては、導体ポストＰ１，Ｐ２がやや突出し、磁性素体Ｍがやや窪んだ状態となる。磁性素体Ｍの窪みは、導体ポストＰ１，Ｐ２からコイル部Ｃの中心軸に向かって深くなっている。つまり、導体ポストＰ１，Ｐ２に隣接する部分においては、磁性素体Ｍの高さＨ２が導体ポストＰ１，Ｐ２の高さＨ１とほぼ同じであるのに対し、導体ポストＰ１，Ｐ２から離れるにつれて磁性素体Ｍの高さＨ２が減少する。そして、磁性素体Ｍの窪みは、コイル部Ｃの内径領域と重なる位置において最も深くなる。

【0021】

図３は、コイル部品１を回路基板８０に実装した状態を示す模式的な断面図である。

【0022】

図３に示す回路基板８０はランドパターン８１，８２を有しており、ハンダ８３を介して導体ポストＰ１，Ｐ２がそれぞれランドパターン８１，８２に接続されるよう、回路基板８０にコイル部品１が実装される。そして、本実施形態によるコイル部品１は、実装面Ｓ１に窪みが形成されていることから、回路基板８０に実装すると、回路基板８０とコイル部品１の実装面Ｓ１の間に空間８４が形成される。ここで、空間８４の高さは、磁性素体Ｍが窪んでいない場合と比べて、Ｈ１－Ｈ２に相当する高さだけ増大することから、コイル部品１の実装面Ｓ１と回路基板８０の間にアンダーフィルやモールド樹脂などが入り込みやすくなる。これにより、コイル部品１の実装信頼性が高められる。

【0023】

高さＨ１とＨ２の比（＝Ｈ２／Ｈ１）は、５０％以上、９０％以下であることが好ましい。これは、高さＨ１とＨ２の比が５０％未満であると磁性素体Ｍのボリューム減少によるインダクタンスの低下が無視できなくなるからであり、高さＨ１とＨ２の比が９０％超であると実装信頼性の向上効果が十分に得られないからである。

【0024】

次に、本実施形態によるコイル部品１の製造方法について説明する。

【0025】

図４～図１７は、本実施形態によるコイル部品１の製造方法を説明するための工程図である。

【0026】

まず、支持体９０の表面に銅箔９１が形成されてなる基材を用意し、エッチングなどを行うことによって、コイル部Ｃと重なる位置の銅箔９１の膜厚を選択的に減少させる（図４）。次に、銅箔９１の表面を層間絶縁膜７０で覆った後（図５）、層間絶縁膜７０の表面に導体層Ｌ１を形成する（図６）。図６に示すように、この時点では導体層Ｌ１に犠牲パターン９２が含まれている。そして、図５及び図６に示す工程を繰り返すことにより、コイル部Ｃを形成する（図７）。ここで、各導体層Ｌ１～Ｌ６に含まれる犠牲パターン９２は、層間絶縁膜７１～７５によって分離されることなく、互いに接する状態とする。

【0027】

次に、レジスト９３を形成した後（図８）、電解メッキを行うことによって導体ポストＰ１，Ｐ２を形成する（図９）。これにより、コイル部Ｃのコイル軸方向における一方側に導体ポストＰ１，Ｐ２が形成される。次に、導体ポストＰ１，Ｐ２をレジスト９４で覆った後（図１０）、酸などを用いて犠牲パターン９２をエッチング、或いは、レーザ処理とうによって除去する（図１１）。これにより、コイル部Ｃの内径領域が空洞状態となる。図示しないが、コイル部Ｃの外側領域にも犠牲パターン９２が形成されており、これを除去することによってコイル部Ｃの外側領域も空洞状態となる。

【0028】

次に、コイル部Ｃ及び導体ポストＰ１，Ｐ２が埋め込まれるよう、コイル部Ｃのコイル軸方向における一方側、コイル部Ｃの内径領域、並びに、コイル部Ｃの外側領域に流動性を有する磁性素体Ｍ１０を形成する（図１２）。磁性素体Ｍ１０は、コイル部Ｃのコイル軸方向における一方側に位置する領域Ｍ１１、コイル部Ｃの内径領域に位置する領域Ｍ１３、コイル部Ｃの外側領域に位置する領域Ｍ１４を有しているが、図１２に示す断面には領域Ｍ１１，Ｍ１３のみが現れている。

【0029】

次に、磁性素体Ｍ１０を仮硬化させた後、その表面を研削することによって、導体ポストＰ１，Ｐ２の表面を露出させる（図１３）。したがって、この時点では、磁性素体Ｍ１０の表面と導体ポストＰ１，Ｐ２の表面は同一平面を構成している。次に、支持体９０を剥離した後（図１４）、エッチングにより銅箔９１を除去し、層間絶縁膜７０を露出させる（図１５）。そして、層間絶縁膜７０に対してデスミア処理などを行うことによって層間絶縁膜７０の膜厚を減少させることより、コイル部Ｃの内径領域及び外側領域に位置する磁性素体Ｍ１０の領域Ｍ１３，Ｍ１４を露出させる（図１６）。

【0030】

次に、コイル部Ｃのコイル軸方向における他方側にあらかじめ硬化済みの磁性素体Ｍ２０を形成する（図１７）。これにより、コイル部Ｃは、磁性素体Ｍ１０の領域Ｍ１１と磁性素体Ｍ２０によって軸方向から挟まれるとともに、両者が領域Ｍ１３，Ｍ１４によって磁気的に接続される。次に、磁性素体Ｍ２０を覆うようにプレート９５を貼り付けた状態で、水圧等を用いて磁性素体Ｍ１０を加圧し、仮硬化状態にある磁性素体Ｍ１０を硬化させる。これにより、仮硬化状態にある磁性素体Ｍ１０の領域Ｍ１１に圧力が印加され、図２に示すように、磁性素体Ｍ１１の表面が導体ポストＰ１，Ｐ２の表面に対して窪むように変形する。磁性素体Ｍ２０については、既に硬化状態にあるとともに、プレート９５によって固定されていることから、変形はほとんど生じない。その後、磁性素体Ｍの完全硬化及び個片化を行えば、本実施形態によるコイル部品１が完成する。

【0031】

このように、本実施形態においては、仮硬化状態である磁性素体Ｍ１１が変形するよう、磁性素体Ｍ１１側をプレートなどで固定することなく、水圧等を用いて加圧している。これにより、専用の金型などを用いることなく、導体ポストＰ１，Ｐ２が露出する実装面Ｓ１側に位置する磁性素体Ｍ１１の表面に窪みを形成することが可能となる。

【0032】

尚、導体ポストＰ１，Ｐ２は、図１８に示す第１の変形例によるコイル部品１Ａのように、実装面Ｓ１からだけでなくＹＺ側面からも露出するものであっても構わない。これによれば、コイル部品１Ａを回路基板８０に実装した際、ＹＺ側面にハンダ８３のフィレットを形成することが可能となる。また、実装面Ｓ１に露出する導体ポストＰ１，Ｐ２の平面形状が矩形である必要はなく、図１９に示す第２の変形例によるコイル部品１Ｂのように円形であっても構わない。

【0033】

図２０は、本発明の第２の実施形態によるコイル部品２の構成を示す略断面図である。

【0034】

図２０に示すように、第２の実施形態によるコイル部品２は、磁性素体Ｍの実装面Ｓ１側における表面が湾曲しておらず、導体ポストＰ１，Ｐ２の表面に対して全体的に窪んでいる点において、第１の実施形態によるコイル部品１と相違している。つまり、高さＨ２がほぼ一定である。その他の基本的な構成は、第１の実施形態によるコイル部品１と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。本実施形態が例示するように、磁性素体Ｍの実装面Ｓ１側における表面が湾曲している点は必須でなく、ほぼ平坦であっても構わない。

【0035】

図２１は、本発明の第３の実施形態によるコイル部品３の構成を示す略断面図である。

【0036】

図２１に示すように、第３の実施形態によるコイル部品３は、導体ポストＰ３，Ｐ４をさらに備える点において、第１の実施形態によるコイル部品１と相違している。その他の基本的な構成は、第１の実施形態によるコイル部品１と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。導体ポストＰ３，Ｐ４は磁性素体Ｍ２０に埋め込まれており、それぞれ導体ポストＰ１，Ｐ２と短絡されている。つまり、導体ポストＰ３の一端は、導体ポストＰ１と同様、コイルパターン６０の外周端に接続され、導体ポストＰ４の一端は、導体ポストＰ２と同様、コイルパターン１０の外周端に接続されている。導体ポストＰ３，Ｐ４の他端は、実装面Ｓ１とは反対側の表面Ｓ２に露出する。このような導体ポストＰ３，Ｐ４を追加すれば、コイル軸方向における両側からの接続が可能となることから、多層基板などに埋め込んで使用する場合に好適である。

【0037】

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。

【0038】

例えば、コイル部Ｃの構成が上記実施形態に限定されるものではなく、２つのコイルが層間絶縁膜を介して交互に積層されることによりコモンモードフィルタを構成するものであっても構わない。

【0039】

また、上記実施形態では、コイル部Ｃを磁性素体Ｍに埋め込んでいるが、本発明において磁性素体を用いることは必須でなく、非磁性の素体を用いても構わない。

【符号の説明】

【0040】

１～３，１Ａ，１Ｂ コイル部品
１０，２０，３０，４０，５０，６０ コイルパターン
２１，３１，４１，５１，６１ 接続パターン
７０～７６ 層間絶縁膜
７６ａ 層間絶縁膜の表面
８０ 回路基板
８１，８２ ランドパターン
８３ ハンダ
８４ 空間
９０ 支持体
９１ 銅箔
９２ 犠牲パターン
９３，９４ レジスト
９５ プレート
Ｃ コイル部
Ｌ１～Ｌ６ 導体層
Ｍ，Ｍ１０，Ｍ２０ 磁性素体
Ｍ１１，Ｍ１３，Ｍ１４ 磁性素体の領域
Ｐ１～Ｐ４ 導体ポスト
Ｓ１ 実装面
Ｓ２ 実装面とは反対側の表面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】