(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-10-16
(45)【発行日】2024-10-24
(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 17/00 20060101AFI20241017BHJP
H01F 41/04 20060101ALI20241017BHJP
H01F 5/00 20060101ALI20241017BHJP
【ＦＩ】
H01F17/00 B
H01F41/04 C
H01F5/00 M
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2021073769
(22)【出願日】2021-04-26
(65)【公開番号】P2022168375
(43)【公開日】2022-11-08
【審査請求日】2024-02-08
(73)【特許権者】
【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】岡崎 道隆
(72)【発明者】
【氏名】小久保 郁也
(72)【発明者】
【氏名】竹内 拓也
(72)【発明者】
【氏名】遠藤 真輝
(72)【発明者】
【氏名】米山 将基
【審査官】古河 雅輝
(56)【参考文献】
【文献】特開２０２０－１５５７０１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００８－１６６４０７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００８－２５１６４０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００９－１１７６６４（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｆ ５／００
Ｈ０１Ｆ １７／００
Ｈ０１Ｆ ４１／０４
Ｈ０１Ｌ ２１／２８
Ｈ０１Ｌ ２７／０４
Ｈ０１Ｌ ２９／４４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
スパイラル状に複数ターン巻回されたスパイラルパターンを含む複数の導体層と複数の絶縁樹脂層が交互に積層された構造を有するコイル部品であって、径方向に隣接する前記スパイラルパターン間に位置し、前記絶縁樹脂層で埋め込まれたスペース領域の径方向におけるアスペクト比は２～４であり、
前記スパイラルパターンの周方向に沿った側面は、下部領域よりも上部領域における表面粗さの方が大きいことを特徴とするコイル部品。
【請求項2】
前記下部領域よりも前記上部領域の方が広い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】
前記上部領域の表面粗さＳａは０．２μｍ以上であり、前記下部領域の表面粗さＳａは０．１μｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載のコイル部品。
【請求項4】
前記側面のうち、前記スパイラルパターンの最内周ターンの内周壁及び前記スパイラルパターンの最外周ターンの外周壁の前記下部領域の方が、他の側面の前記下部領域よりも表面粗さが大きいことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のコイル部品。
【請求項5】
スパイラル状に複数ターン巻回されたスパイラルパターンを含む導体層を形成する第１の工程と、前記スパイラルパターンの上面及び周方向に沿った側面の上部領域を選択的に粗面化する第２の工程と、
前記導体層を埋め込む絶縁樹脂層を形成する第３の工程と、を備え、
前記第１乃至第３の工程を繰り返すことを特徴とするコイル部品の製造方法。
【請求項6】
径方向に隣接する前記スパイラルパターン間に位置するスペース領域の径方向におけるアスペクト比は２～４であり、前記第２の工程においては、前記スパイラルパターンの前記側面の下部領域における粗化処理液の循環を抑制することを特徴とする請求項５に記載の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、スパイラル状に複数ターン巻回されたスパイラルパターンを含む複数の導体層と複数の絶縁樹脂層が交互に積層さ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】
スパイラル状に複数ターン巻回されたスパイラルパターンを含む複数の導体層と複数の絶縁樹脂層が交互に積層された構造を有するコイル部品としては、特許文献１に記載されたコイル部品が知られている。このような構造を有するコイル部品においては、スパイラルパターンと絶縁樹脂層の密着性を高めるために、スパイラルパターンの表面が粗面化されることがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１９－１４０２０２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、スパイラルパターンの表面を過度に粗面化すると断面積が減少し、直流抵抗が増加するという問題があった。
【0005】
したがって、本発明は、粗面化による直流抵抗の増加を抑えることが可能な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、スパイラル状に複数ターン巻回されたスパイラルパターンを含む複数の導体層と複数の絶縁樹脂層が交互に積層された構造を有するコイル部品であって、径方向に隣接するスパイラルパターン間に位置し、絶縁樹脂層で埋め込まれたスペース領域の径方向におけるアスペクト比は２～４であり、スパイラルパターンの周方向に沿った側面は、下部領域よりも上部領域における表面粗さの方が大きいことを特徴とする。
【0007】
本発明によれば、スパイラルパターンの側面の上部領域が大きく粗面化されている一方、下部領域においては粗面化が抑えられていることから、絶縁樹脂層に対する密着性を確保しつつ、断面積の減少による直流抵抗の増加を抑えることが可能となる。
【0008】
本発明において、下部領域よりも上部領域の方が広くても構わない。これによれば、絶縁樹脂層に対する密着性をより高めることが可能となる。
【0009】
本発明において、上部領域の表面粗さＳａは０．２μｍ以上であり、下部領域の表面粗さＳａは０．１μｍ以下であっても構わない。これによれば、絶縁樹脂層に対する密着性を十分に確保しつつ、断面積の減少による直流抵抗の増加をより抑えることが可能となる。
【0010】
本発明において、スパイラルパターンの側面のうち、スパイラルパターンの最内周ターンの内周壁及びスパイラルパターンの最外周ターンの外周壁の下部領域の方が、他の側面の下部領域よりも表面粗さが大きくても構わない。これによれば、スパイラルパターンと絶縁樹脂層の密着性をより高めることが可能となる。
【0011】
本発明によるコイル部品の製造方法は、スパイラル状に複数ターン巻回されたスパイラルパターンを含む導体層を形成する第１の工程と、スパイラルパターンの上面及び周方向に沿った側面の上部領域を選択的に粗面化する第２の工程と、導体層を埋め込む絶縁樹脂層を形成する第３の工程とを備え、第１乃至第３の工程を繰り返すことを特徴とする。
【0012】
本発明によれば、スパイラルパターンの上面及び側面の上部領域を選択的に粗面化していることから、側面の下部領域が過度に粗面化されることによる直流抵抗の増加を抑えることが可能となる。
【0013】
本発明において、径方向に隣接するスパイラルパターン間に位置するスペース領域の径方向におけるアスペクト比は２～４であり、第２の工程においては、スパイラルパターンの側面の下部領域における粗化処理液の循環を抑制しても構わない。このような条件で粗面化を行えば、スパイラルパターンの側面の上部領域の表面粗さを下部領域の表面粗さよりも大きくすることができる。
【発明の効果】
【0014】
このように、本発明によれば、粗面化による直流抵抗の増加を抑えることが可能な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】
【0015】
【発明を実施するための形態】
【0016】
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。
【0017】
図１は、本発明の一実施形態によるコイル部品１の構造を説明するための略断面図である。
【0018】
第１の実施形態によるコイル部品１は表面実装型のチップ部品であり、図１に示すように、磁性部材Ｍと、磁性部材Ｍに埋め込まれたコイルパターンＣとを備える。コイルパターンＣの構成については後述するが、本実施形態においてはスパイラル状に複数ターン巻回されたスパイラルパターンＳＰ１～ＳＰ６からなる。
【0019】
磁性部材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部材であり、コイルパターンＣ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。磁性部材Ｍは、コイルパターンＣの軸方向における両側、コイルパターンＣの内径領域、コイルパターンＣの径方向における外側領域に設けられている。
【0020】
図１に示すように、絶縁樹脂層７０～７６と導体層１０，２０，３０，４０，５０，６０は、軸方向に交互に積層されている。導体層１０の平面形状は図２に示され、導体層２０，４０の平面形状は図３に示され、導体層３０，５０の平面形状は図４に示され、導体層６０の平面形状は図５に示されている。導体層１０，２０，３０，４０，５０，６０はそれぞれスパイラルパターンＳＰ１～ＳＰ６を有しており、スパイラルパターンＳＰ１～ＳＰ６の上面又は下面が絶縁樹脂層７０～７６で覆われている。スパイラルパターンＳＰ１～ＳＰ６の側面は、それぞれ絶縁樹脂層７１～７６の一部で覆われている。ここで、スパイラルパターンＳＰ１～ＳＰ６の上面及び下面とは、コイル軸に対して略垂直な面を指し、スパイラルパターンＳＰ１～ＳＰ６の側面とは、径方向に対して略垂直な面を指す。
【0021】
スパイラルパターンＳＰ１～ＳＰ６は、絶縁樹脂層７１～７５に形成されたビアホールを介して互いに接続されることにより、１つのコイル導体を構成している。導体層１０，２０，３０，４０，５０，６０の材料としては、銅（Ｃｕ）を用いることが好ましい。絶縁樹脂層７０～７６のうち、少なくとも絶縁樹脂層７１～７５については非磁性材料が用いられる。最下層に位置する絶縁樹脂層７０や、最上層に位置する絶縁樹脂層７６については、磁性を有していても構わない。
【0022】
導体層１０は、絶縁樹脂層７０上に形成された１層目の導体層であり、図２に示すように、スパイラル状に約３ターン巻回されたスパイラルパターンＳＰ１と、２つの電極パターン１１，１２を有している。スパイラルパターンＳＰ１の下面は絶縁樹脂層７０で覆われ、スパイラルパターンＳＰ１の側面及び上面は絶縁樹脂層７１で覆われている。これにより、スパイラルパターンＳＰ１と磁性部材Ｍの間には、絶縁樹脂層７１が介在する。電極パターン１１は、スパイラルパターンＳＰ１の外周端に接続されている。電極パターン１２は、スパイラルパターンＳＰ１とは独立して設けられている。
【0023】
導体層２０は、導体層１０の上面に絶縁樹脂層７１を介して形成された２層目の導体層であり、図３に示すように、スパイラル状に約３ターン巻回されたスパイラルパターンＳＰ２と、２つの電極パターン２１，２２を有している。スパイラルパターンＳＰ２の下面は絶縁樹脂層７１で覆われ、スパイラルパターンＳＰ２の側面及び上面は絶縁樹脂層７２で覆われている。これにより、スパイラルパターンＳＰ２と磁性部材Ｍの間には、絶縁樹脂層７２が介在する。電極パターン２１，２２は、いずれもスパイラルパターンＳＰ２とは独立して設けられている。
【0024】
導体層３０は、導体層２０の上面に絶縁樹脂層７２を介して形成された３層目の導体層であり、図４に示すように、スパイラル状に約３ターン巻回されたスパイラルパターンＳＰ３と、２つの電極パターン３１，３２を有している。スパイラルパターンＳＰ３の下面は絶縁樹脂層７２で覆われ、スパイラルパターンＳＰ３の側面及び上面は絶縁樹脂層７３で覆われている。これにより、スパイラルパターンＳＰ３と磁性部材Ｍの間には、絶縁樹脂層７３が介在する。電極パターン３１，３２は、いずれもスパイラルパターンＳＰ３とは独立して設けられている。
【0025】
導体層４０は、導体層３０の上面に絶縁樹脂層７３を介して形成された４層目の導体層であり、図３に示すように、スパイラル状に約３ターン巻回されたスパイラルパターンＳＰ４と、２つの電極パターン４１，４２を有している。スパイラルパターンＳＰ４の下面は絶縁樹脂層７３で覆われ、スパイラルパターンＳＰ４の側面及び上面は絶縁樹脂層７４で覆われている。これにより、スパイラルパターンＳＰ４と磁性部材Ｍの間には、絶縁樹脂層７４が介在する。電極パターン４１，４２は、いずれもスパイラルパターンＳＰ４とは独立して設けられている。
【0026】
導体層５０は、導体層４０の上面に絶縁樹脂層７４を介して形成された５層目の導体層であり、図４に示すように、スパイラル状に約３ターン巻回されたスパイラルパターンＳＰ５と、２つの電極パターン５１，５２を有している。スパイラルパターンＳＰ５の下面は絶縁樹脂層７４で覆われ、スパイラルパターンＳＰ５の側面及び上面は絶縁樹脂層７５で覆われている。これにより、スパイラルパターンＳＰ５と磁性部材Ｍの間には、絶縁樹脂層７５が介在する。電極パターン５１，５２は、いずれもスパイラルパターンＳＰ５とは独立して設けられている。
【0027】
導体層６０は、導体層５０の上面に絶縁樹脂層７５を介して形成された６層目の導体層であり、図５に示すように、スパイラル状に約２．５ターン巻回されたスパイラルパターンＳＰ６と、２つの電極パターン６１，６２を有している。スパイラルパターンＳＰ６の下面は絶縁樹脂層７５で覆われ、スパイラルパターンＳＰ６の側面及び上面は絶縁樹脂層７６で覆われている。これにより、スパイラルパターンＳＰ６と磁性部材Ｍの間には、絶縁樹脂層７６が介在する。電極パターン６２は、スパイラルパターンＳＰ６の外周端に接続されている。電極パターン６１は、スパイラルパターンＳＰ６とは独立して設けられている。
【0028】
そして、スパイラルパターンＳＰ１の内周端とスパイラルパターンＳＰ２の内周端は、導体層２０の一部であり絶縁樹脂層７１を貫通して設けられたビア導体８１を介して接続される。スパイラルパターンＳＰ２の外周端とスパイラルパターンＳＰ３の外周端は、導体層３０の一部であり絶縁樹脂層７２を貫通して設けられたビア導体８２を介して接続される。スパイラルパターンＳＰ３の内周端とスパイラルパターンＳＰ４の内周端は、導体層４０の一部であり絶縁樹脂層７３を貫通して設けられたビア導体８３を介して接続される。スパイラルパターンＳＰ４の外周端とスパイラルパターンＳＰ５の外周端は、導体層５０の一部であり絶縁樹脂層材７４を貫通して設けられたビア導体８４を介して接続される。スパイラルパターンＳＰ５の内周端とスパイラルパターンＳＰ６の内周端は、導体層６０の一部であり絶縁樹脂層７５を貫通して設けられたビア導体８５を介して接続される。これにより、スパイラルパターンＳＰ１～ＳＰ６が直列に接続され、複数ターンからなるコイル導体が形成される。また、電極パターン１１，２１，３１，４１，５１，６１は磁性部材Ｍから露出し、一方の外部端子として用いられる。電極パターン１２，２２，３２，４２，５２，６２は磁性部材Ｍから露出し、他方の外部端子として用いられる。
【0029】
図６は、スパイラルパターンＳＰ１の形状を説明するための拡大図であり、径方向に対して垂直な断面を示している。図６にはスパイラルパターンＳＰ１の断面が示されているが、他のスパイラルパターンＳＰ２～ＳＰ６の断面についても同様である。
【0030】
図６に示すように、スパイラルパターンＳＰ１は、軸方向における高さがＨであり、径方向における幅がＷである。したがって、スパイラルパターンＳＰ１の径方向におけるアスペクト比はＨ／Ｗであり、その値は０．５～１．５程度である。また、径方向に隣接するスパイラルパターンＳＰ１間に位置するスペース領域の径方向における幅はＳである。したがって、スペース領域の径方向におけるアスペクト比はＨ／Ｓであり、その値は２～４である。図１に示すように、スペース領域は絶縁樹脂層７１で埋め込まれる。
【0031】
さらに、スパイラルパターンＳＰ１の表面は、周方向に沿った側面９０と、軸方向に対して略垂直な上面９３及び底面９４を有している。このうち、側面９０と上面９３は絶縁樹脂層７１と接する面であり、底面９４は絶縁樹脂層７０と接する面である。そして、本実施形態においては、側面９０が上面９３側に位置する上部領域９１と底面９４側に位置する下部領域９２に分かれており、下部領域９２よりも上部領域９１における表面粗さの方が大きい。具体的には、上部領域９１の表面粗さＳａ（ＩＳＯ２５１７８に定義されたもの）は０．２μｍ以上であることが好ましく、下部領域９２の表面粗さＳａは０．１μｍ以下であることが好ましい。上面９３の表面粗さＳａについても０．２μｍ以上であることが好ましい。底面９４の表面粗さＳａについては、絶縁樹脂層７０の表面性がほぼそのまま反映される。
【0032】
このように、本実施形態においては、スパイラルパターンＳＰ１～ＳＰ６の上面９３及び側面９０の上部領域９１が大きく粗面化されていることから、絶縁樹脂層７１～７６に対する高い密着性を確保することができる。一方、側面９０の下部領域９２についてはほとんど粗面化されていないことから、断面積の減少による直流抵抗の増加を抑えることが可能となる。ここで、上部領域９１の軸方向における高さをＨ１とし、下部領域９２の軸方向における高さをＨ２とした場合、Ｈ１＞Ｈ２であることが好ましい。但し、高さＨ１が大きすぎると断面積の減少によって直流抵抗が増加することから、高さＨ１を高さＨ２の１．５～２倍の範囲に設定することが好ましい。
【0033】
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。
【0034】
まず、図７に示すように、基材９５の表面に絶縁樹脂層７０を形成した後、絶縁樹脂層７０の表面に導体層１０を形成する。導体層１０は、スパイラルパターンＳＰ１と犠牲パターンＶＰ１，ＶＰ２を含んでいる。犠牲パターンＶＰ１はコイルパターンＣの内径領域に位置し、犠牲パターンＶＰ２はコイルパターンＣの外側領域に位置する。導体層１０の形成方法としては、絶縁樹脂層７０の表面に薄いシード層を形成した後、シード層の表面にレジストパターンを形成し、この状態で電解メッキを行うことによって形成することができる。この段階では、スパイラルパターンＳＰ１の上面９３及び側面９０の表面粗さＳａは小さく、いずれも０．１μｍ以下である。
【0035】
次に、図８に示すように、導体層１０を粗化処理液９６に晒すことによって表面を粗化する。この時、スパイラルパターンＳＰ１の上部領域９１においては粗化処理液９６の循環が促進され、下部領域９２においては粗化処理液９６の循環が抑制される条件で粗面化処理を行う。このような条件は、粗化処理液９６の供給条件、撹拌条件、温度条件などを調整することによって実現できる。特に、スペース領域のアスペクト比が２～４であれば、上記の条件を容易に実現することができ、これによってスパイラルパターンＳＰ１の上面９３及び側面の上部領域９１が選択的に粗面化され、上面９３の表面粗さＳａは０．３μｍ以上となり、側面の上部領域９１の表面粗さＳａは０．２μｍ以上となる。側面の下部領域９２についても粗化処理液９６に晒されるため、実際には若干の粗面化が進行するが、上述の通り、粗化処理液９６の循環を抑制することにより表面粗さＳａを０．１μｍ以下に保つことが可能である。
【0036】
次に、図９に示すように、スペース領域を埋めるよう、導体層１０の表面に絶縁樹脂層７１を形成する。絶縁樹脂層７１の形成は、ラミネート法によって行うことができる。そして、図７～図９に示した工程を繰り返し行うことによってコイルパターンＣを形成した後、犠牲パターンＶＰ１，ＶＰ２を除去し、コイルパターンＣを磁性部材Ｍで埋め込めば、本実施形態によるコイル部品１が完成する。
【0037】
このように、本実施形態においては、スパイラルパターンＳＰ１～ＳＰ６の上面９３及び側面の上部領域９１が選択的に粗面化される条件で粗面化処理を行っていることから、スパイラルパターンＳＰ１～ＳＰ６と絶縁樹脂層７１～７６の密着性を高めつつ、直流抵抗の増加を抑えることが可能となる。
【0038】
また、スパイラルパターンＳＰ１の径方向における間隔よりも、スパイラルパターンＳＰ１と犠牲パターンＶＰ１，ＶＰ２の径方向における間隔の方が大きい場合、粗化処理液９６を用いて表面を粗化すると、図１０に示すように、スパイラルパターンＳＰ１の最内周ターンの内周壁やスパイラルパターンＳＰ１の最外周ターンの外周壁は、上部領域９１だけでなく下部領域９２も粗化され、その表面粗さＳａは０．２μｍ以上となる。つまり、スパイラルパターンＳＰ１の周方向に沿った側面のうち、スパイラルパターンＳＰ１の最内周ターンの内周壁及びスパイラルパターンＳＰ１の最外周ターンの外周壁の下部領域９２の方が、他の側面の下部領域９２よりも表面粗さが大きくなる。これによれば、スパイラルパターンＳＰ１～ＳＰ６と絶縁樹脂層７１～７６の密着性をより高めることが可能となる。
【0039】
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。
【符号の説明】
【0040】
１ コイル部品
１０，２０，３０，４０，５０，６０ 導体層
１１，１２，２１，２２，３１，３２，４１，４２，５１，５２，６１，６２ 電極パターン
７０～７６ 絶縁樹脂層
８１～８５ ビア導体
９０ 側面
９１ 上部領域
９２ 下部領域
９３ 上面
９４ 底面
９５ 基材
９６ 粗化処理液
Ｃ コイルパターン
Ｍ 磁性部材
ＳＰ１～ＳＰ６ スパイラルパターン
ＶＰ１，ＶＰ２ 犠牲パターン
１０，２０，３０，４０，５０，６０ 導体層
１１，１２，２１，２２，３１，３２，４１，４２，５１，５２，６１，６２ 電極パターン
７０～７６ 絶縁樹脂層
８１～８５ ビア導体
９０ 側面
９１ 上部領域
９２ 下部領域
９３ 上面
９４ 底面
９５ 基材
９６ 粗化処理液
Ｃ コイルパターン
Ｍ 磁性部材
ＳＰ１～ＳＰ６ スパイラルパターン
ＶＰ１，ＶＰ２ 犠牲パターン
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】