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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-11-21
(54)【発明の名称】マイクロインダクタコイル及びその製造方法
(51)【国際特許分類】
H01F 17/04 20060101AFI20241114BHJP
H01F 41/04 20060101ALI20241114BHJP
【ＦＩ】
H01F17/04 A
H01F17/04 F
H01F41/04 C
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023550142
(86)(22)【出願日】2023-03-06
(85)【翻訳文提出日】2023-08-17
(86)【国際出願番号】 CN2023079910
(87)【国際公開番号】W WO2024098596
(87)【国際公開日】2024-05-16
(31)【優先権主張番号】202211406882.2
(32)【優先日】2022-11-10
(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】523313300
【氏名又は名称】昆山▲瑪▼冀▲電▼子有限公司
【氏名又は名称原語表記】ＫＵＮ ＳＨＡＮ ＭＡＺＯ ＴＥＣＨ ＣＯ．， ＬＴＤ．
【住所又は居所原語表記】Ｎｏ． １６１８， Ｈｕａ’ａｎ Ｒｏａｄ， Ｈｕａｑｉａｏ Ｔｏｗｎ， Ｋｕｎｓｈａｎ Ｃｉｔｙ， Ｓｕｚｈｏｕ， Ｊｉａｎｇｓｕ，２１５３００， Ｃｈｉｎａ
(74)【代理人】
【識別番号】100169904
【弁理士】
【氏名又は名称】村井 康司
(74)【代理人】
【識別番号】100219117
【弁理士】
【氏名又は名称】金 亨泰
(72)【発明者】
【氏名】李金兵
(72)【発明者】
【氏名】▲趙▼宜泰
(72)【発明者】
【氏名】▲趙▼家彦
(72)【発明者】
【氏名】李永▲権▼
【テーマコード（参考）】
5E062
5E070
【Ｆターム（参考）】
5E062DD04
5E070AA01
5E070AB02
5E070CB12
5E070CB17
5E070CC03
5E070CC04
5E070DA13
(57)【要約】
本発明は、インダクタコイルの技術分野に関し、具体的には、Ｈ０１Ｆ２７／３０に関し、より具体的には、本発明は、マイクロインダクタコイル及びその製造方法に関する。マイクロインダクタコイルは、Ｎ層の閉じていない環状平面導体と、コイルピンと、を含む。本発明のマイクロインダクタコイルの製造方法は、エッチング手段によって環状導体を形成し、各層の導体は絶縁層に埋め込まれたメッキされた導通孔を介して接続され、このようにして、従来のコイル巻き付けプロセスに発生する層間交差の問題を回避するとともに、従来のプロセスにおいて線径又は断面積が非常に小さい導体の場合、巻き方では、導体の巻き付け時に張力が大きすぎることにより、エナメルの損傷や導体の破断等の不良現象が発生する可能性が非常に高いことを回避する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
マイクロインダクタコイルであって、垂直に分布し、ビアを介して接続され、ビア外の隣接する閉じていない環状平面導体の間に物理的絶縁層が形成され、Ｎ≧２であるＮ層の閉じていない環状平面導体と、
前記閉じていない環状平面導体の最下層に設けられる第１コイルピンと、
前記閉じていない環状平面導体の最上層に設けられる第２コイルピンと、
を含むコイルピンと、
を備えることを特徴とするマイクロインダクタコイル。
【請求項2】
前記物理的絶縁層の材料は絶縁材料であることを特徴とする請求項１に記載のマイクロインダクタコイル。
【請求項3】
前記絶縁材料はポリイミド、ポリアミド、及びエポキシ樹脂のうちの１種又は複数種から選択されることを特徴とする請求項２に記載のマイクロインダクタコイル。
【請求項4】
前記環状平面導体の厚さは表皮深さの６倍以下であることを特徴とする請求項１－３のいずれか一項に記載のマイクロインダクタコイル。
【請求項5】
前記環状平面導体の厚さは表皮深さの４倍以下であり、好適には、表皮深さの２倍以下であることを特徴とする請求項４に記載のマイクロインダクタコイル。
【請求項6】
表皮深さの計算は、数式１を満たす必要があることを特徴とする請求項４に記載のマイクロインダクタコイル。【数1】
【請求項7】
Ｎ層の環状平面導体の内輪断面積Ａ１は環状平面導体の周辺断面積Ａ２以下であることを特徴とする請求項６に記載のマイクロインダクタコイル。
【請求項8】
ビアは物理的絶縁層に設置され、各物理的絶縁層におけるビアの数は１以上であり、好適には、２以上であることを特徴とする請求項７に記載のマイクロインダクタコイル。
【請求項9】
（１）絶縁材料の表面に１層の導体材料を被覆し、エッチングして閉じていない環状平面導体及び第１コイルピンを得て、次にエッチング部分に絶縁材料を充填し、環状平面導体の上部に１層の絶縁材料を被覆し、ボーリング及びメッキを行ってビアを含む物理的絶縁層を得て、以上の操作を繰り返してＮ層の閉じていない環状平面導体を得て、最後の１層の環状平面導体をエッチングして第２コイルピンを得て、エッチング及び充填された導体の上面に絶縁材料を被覆するステップと、（２）所定の絶縁膜厚を保持し、レーザー切断によって環状平面導体の内側及び外側の余分な絶縁材料を除去するステップと、を含むことを特徴とする請求項１－８のいずれか一項に記載のマイクロインダクタコイルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、インダクタコイルの技術分野に関し、具体的には、Ｈ０１Ｆ２７／３０に関し、より具体的には、本発明はマイクロインダクタコイル及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
通信及びコンピューティングインフラストラクチャの電源管理システムでは、電源モジュール手段はますます多くの機器メーカーに使用されている。電源モジュール手段はディスクリートスイッチング電源に基づく技術であり、機器の電源バスをＤＣ／ＤＣを介してインフラストラクチャシステムにおける各負荷点（ＰＯＬ）に変換し、回路の電力損失を大幅に低減させる。しかしながら、この技術は電源モジュールの高密度及び高集積度に対して厳しい要件を求めており、設計者はデバイスを選択する時に高性能と小型化を両立させる必要がある。
【0003】
インダクタは電源モジュールの重要な部品の一つとして、その構造サイズのマイクロ化がコイルの設計及び製造プロセスにより左右される。従来のインダクタコイルの作製は主に、牽引力によって導体を引っ張り、スピンドルの軌跡に合わせて移動させ、導体をボビン又は磁気コアに巻き付けてマルチターン巻線を形成することである。線径又は断面積が非常に小さい導体の場合、この巻き方では、導体の巻き付け時に張力が大きすぎることによりエナメルの損傷や導体の破断等の不良現象が発生する可能性は非常に高い。また、上記コイルの巻き付け中、ターンとターン間の交差により導体には巻線隙間が不可避的に発生し、層間欠陥を引き起こすとともに、ターンとターン間の交差はコイル設計では所望のシングルコイルを達成できない要因でもある。たとえば、中国特許ＣＮ２０２１２２０９７４８２はインダクタコイル機構を提供し、ランタンリングの設置によって複数のコイルを組み立て、この方法では、１つのコイル導体の巻き付け時に張力が大きすぎることによりエナメルの損傷や導体の判断等の不良現象が発生してしまう。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0004】
従来技術に存在するいくつかの問題に対して、本発明の第１の態様は、垂直に分布し、ビアを介して接続され、ビア外の隣接する閉じていない環状平面導体の間に物理的絶縁層が形成され、Ｎ≧２であるＮ層の閉じていない環状平面導体と、閉じていない環状平面導体の最下層に設けられる第１コイルピンと、閉じていない環状平面導体の最上層に設けられる第２コイルピンと、を含むコイルピンと、を備えるマイクロインダクタコイルを提供する。
【0005】
従来技術において導体コイルを使用して巻き付ける方式に比べて、本願のマイクロインダクタコイルはＮ層の閉じていない環状平面導体から構成され、ビアを介してＮ層の閉じていない環状平面導体を接続することで、従来技術において線径又は断面積が非常に小さい導体の場合、巻き方では、導体の巻き付け時に張力が大きすぎることによりエナメルの損傷や導体の破断等の不良現象が発生することを回避するとともに、層間欠陥を回避する。
【0006】
一実施形態では、前記物理的絶縁層の材料は絶縁材料である。
【0007】
一実施形態では、前記環状平面導体の厚さは表皮深さの６倍以下であり、好適には、表皮深さの４倍以下であり、より好適には、表皮深さの２倍以下である。
【0008】
表皮深さの計算式は数式１である。
【0009】
【数1】
【0010】
より具体的には、本発明のコイルが３０００００Ｈｚ以上の周波数に適用される場合、環状平面導体の厚さは０．５６ｍｍ以下であり、好適には、環状導体の厚さは０．２８ｍｍ以下である。本発明のコイルが２００００００Ｈｚ以上の周波数に適用される場合、環状平面導体の厚さは０．１ｍｍ以下であり、好適には、環状導体の厚さは０．０５３ｍｍ以下である。
【0011】
出願人は、環状平面導体の厚さが表皮深さの４倍以下であり、特に表皮深さの２倍以下である場合、本発明のマイクロインダクタコイルに対する表皮効果の影響が小さく、抵抗及びインダクタンスの損失が低減されることを偶然に見出した。
【0012】
本願では、環状平面導体の幅について特に限定せず、当業者は必要に応じて適宜選択することができ、２５０μｍ、３００μｍ等が挙げられる。
【0013】
一実施形態では、Ｎ層の環状平面導体の内輪断面積Ａ１は環状平面導体の周辺断面積Ａ２以下である。具体的には、図５に示すように、Ａ１は中間灰色領域、Ａ２は外周灰色領域である。
【0014】
出願人は、環状平面導体の内輪サイズが本願の範囲内に制御される場合、インダクタンス値が最適であることを偶然に見出した。
【0015】
一実施形態では、ビアは物理的絶縁層に設置され、各物理的絶縁層におけるビアの数は１以上であり、好適には２以上であり、具体的な数について、当業者は適宜選択することができ、また、ビアの孔径について特に限定せず、当業者は適宜選択することができる。
【0016】
本発明では、ビアは導電性を有する貫通孔である。
【0017】
本発明の第２の態様は、（１）絶縁材料の表面に１層の導体材料を被覆し、エッチングして閉じていない環状平面導体及び第１コイルピンを得て、次にエッチング部分に絶縁材料を充填し、環状平面導体の上部に１層の絶縁材料を被覆し、ボーリング及びメッキを行ってビアを含む物理的絶縁層を得て、以上の操作を繰り返してＮ層の閉じていない環状平面導体を得て、最後の１層の環状平面導体をエッチングして第２コイルピンを得て、エッチング及び充填された導体の上面に絶縁材料を被覆するステップと、（２）所定の絶縁膜厚を保持し、レーザー切断によって環状平面導体の内側及び外側の余分な絶縁材料を除去するステップと、を含む前記マイクロインダクタコイルの製造方法を提供する。
【0018】
一実施形態では、前記マイクロインダクタコイルの製造方法は、
（１）絶縁材料の表面に１層の導体材料を被覆し、導体材料をエッチングして閉じていない環状平面導体を形成し、エッチングして第１コイルピンを得て、エッチングされた導体部分に絶縁材料を充填し、該導体の表面に１層の絶縁材料を被覆し、次に該絶縁材料にボーリング及びメッキを行って、絶縁層を貫通するビアを形成するステップと、
（２）上記ビアを埋め込んだ絶縁材料の表面に１層の導体材料を被覆し、導体材料をエッチングして閉じていない環状平面導体を形成し、エッチングされた導体部分に絶縁材料を充填し、エッチング及び充填された導体の上面に絶縁材料を被覆し、該絶縁材料にボーリング及びメッキを行って、絶縁層を貫通するビアを形成し、ステップ（２）を繰り返して絶縁材料を被覆したＮ層の閉じていない環状平面導体を得るステップと、
（３）ステップ（２）の最上層の絶縁材料の表面に１層の導体材料を被覆し、導体材料をエッチングして閉じていない環状平面導体及び第２コイルピンを形成し、エッチングされた導体部分に絶縁材料を充填し、エッチング及び充填された導体の上面に絶縁材料を被覆するステップと、
（４）所定の絶縁膜厚を保持し、レーザー切断によって環状平面導体の内側及び外側の余分な絶縁材料を除去するステップと、を含む。
（１）絶縁材料の表面に１層の導体材料を被覆し、導体材料をエッチングして閉じていない環状平面導体を形成し、エッチングして第１コイルピンを得て、エッチングされた導体部分に絶縁材料を充填し、該導体の表面に１層の絶縁材料を被覆し、次に該絶縁材料にボーリング及びメッキを行って、絶縁層を貫通するビアを形成するステップと、
（２）上記ビアを埋め込んだ絶縁材料の表面に１層の導体材料を被覆し、導体材料をエッチングして閉じていない環状平面導体を形成し、エッチングされた導体部分に絶縁材料を充填し、エッチング及び充填された導体の上面に絶縁材料を被覆し、該絶縁材料にボーリング及びメッキを行って、絶縁層を貫通するビアを形成し、ステップ（２）を繰り返して絶縁材料を被覆したＮ層の閉じていない環状平面導体を得るステップと、
（３）ステップ（２）の最上層の絶縁材料の表面に１層の導体材料を被覆し、導体材料をエッチングして閉じていない環状平面導体及び第２コイルピンを形成し、エッチングされた導体部分に絶縁材料を充填し、エッチング及び充填された導体の上面に絶縁材料を被覆するステップと、
（４）所定の絶縁膜厚を保持し、レーザー切断によって環状平面導体の内側及び外側の余分な絶縁材料を除去するステップと、を含む。
【0019】
一実施形態では、絶縁材料はポリイミド、ポリアミド、及びエポキシ樹脂のうちのいずれか１種又は複数種から選択される。
【0020】
本願では、導体材料は金属材料であり、好適には銅である。
【0021】
本願では、絶縁膜の厚さについて、特に限定せず、２０μｍ、２５μｍ、３０μｍ等が挙げられる。
【0022】
従来技術に比べて、本発明は以下の有益な効果を有する。
【0023】
本発明のマイクロインダクタコイルの製造方法は、エッチング手段によって環状導体を形成し、各層の導体は絶縁層に埋め込まれたメッキされた導通孔を介して接続され、このようにして、従来のコイル巻き付けプロセスに発生する層間交差の問題を回避するとともに、従来のプロセスにおいて線径又は断面積が非常に小さい導体の場合、巻き方では、導体の巻き付け時に張力が大きすぎることにより、エナメルの損傷や導体の破断等の不良現象が発生する可能性が非常に高いことを回避する。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【発明を実施するための形態】
【0025】
以下、具体的な実施形態を参照しながら本発明を説明するが、以下に記載される具体的な実施例に限定されない。
【0026】
実施例１
図２に示すように、マイクロインダクタコイルは、６層の閉じていない環状平面導体３と、コイルピンと、を含み、６層の閉じていない環状平面導体３は垂直に分布し、ビアを介して接続され、ビア外の隣接する閉じていない環状平面導体の間に１層のエポキシ樹脂層で物理的絶縁層が形成され、環状平面導体の厚さは４８．５μｍであり、幅は２５０μｍであった。
図２に示すように、マイクロインダクタコイルは、６層の閉じていない環状平面導体３と、コイルピンと、を含み、６層の閉じていない環状平面導体３は垂直に分布し、ビアを介して接続され、ビア外の隣接する閉じていない環状平面導体の間に１層のエポキシ樹脂層で物理的絶縁層が形成され、環状平面導体の厚さは４８．５μｍであり、幅は２５０μｍであった。
【0027】
コイルピンは、閉じていない環状平面導体の最下層に設けられる第１コイルピンと、閉じていない環状平面導体の最上層に設けられる第２コイルピンと、を含む。得られたマイクロインダクタコイルの上面透視図は図４に示された。
【0028】
該マイクロインダクタコイルの製造方法について、
サイズが１４００μｍ＊１２００μｍ＊２５μｍのポリイミド材料の表面を被覆した銅片をエッチングして、エポキシ樹脂で被覆された６層の閉じていない環状平面導体を得た。隣接する導体は２つの孔径１００μｍのメッキされた導通孔を介して接続され、環状導体の厚さは４８．５μｍであり、幅は２５０μｍであり、環状導体の内輪サイズは４５０μｍ＊６５０μｍであった。第１コイルピンは最下層の環状平面導体の閉じていない端部に接続され、第２コイルピンは最上層の環状平面導体の閉じていない端部に接続される。レーザー切断によって導体表面の余分なポリイミド材料を除去し、２５μｍの絶縁厚さを保持した。具体的なフローチャートは図１に示された。
サイズが１４００μｍ＊１２００μｍ＊２５μｍのポリイミド材料の表面を被覆した銅片をエッチングして、エポキシ樹脂で被覆された６層の閉じていない環状平面導体を得た。隣接する導体は２つの孔径１００μｍのメッキされた導通孔を介して接続され、環状導体の厚さは４８．５μｍであり、幅は２５０μｍであり、環状導体の内輪サイズは４５０μｍ＊６５０μｍであった。第１コイルピンは最下層の環状平面導体の閉じていない端部に接続され、第２コイルピンは最上層の環状平面導体の閉じていない端部に接続される。レーザー切断によって導体表面の余分なポリイミド材料を除去し、２５μｍの絶縁厚さを保持した。具体的なフローチャートは図１に示された。
【0029】
上記コイルはサイズ１４００＊１２００＊１０００の磁性材料内にパッケージされ、磁性材料の比透磁率は３０であり、インダクタの磁気コアの断面積Ａｅは０．２９２５ｍｍ２であった。
【0030】
実施例２
マイクロインダクタコイルは、環状平面導体の厚さが６０μｍである以外、実施例１と同様であった。
マイクロインダクタコイルは、環状平面導体の厚さが６０μｍである以外、実施例１と同様であった。
【0031】
該マイクロインダクタコイルの製造方法は、実施例１と同様であった。
【0032】
上記コイルはサイズ１４００＊１２００＊１０００の磁性材料内にパッケージされ、磁性材料の比透磁率は３０であり、インダクタの磁気コアの断面積Ａｅは０．２９２５ｍｍ２であった。
【0033】
実施例３
マイクロインダクタコイルは、環状平面導体の厚さが２５μｍである以外、実施例１と同様であった。
マイクロインダクタコイルは、環状平面導体の厚さが２５μｍである以外、実施例１と同様であった。
【0034】
該マイクロインダクタコイルの製造方法は、実施例１と同様であった。
【0035】
上記コイルはサイズ１４００＊１２００＊１０００の磁性材料内にパッケージされ、磁性材料の比透磁率は３０であり、インダクタの磁気コアの断面積Ａｅは０．２９２５ｍｍ２であった。
【0036】
実施例４
マイクロインダクタコイル、及び製造方法は、実施例１と同様であった。
マイクロインダクタコイル、及び製造方法は、実施例１と同様であった。
【0037】
上記コイルはサイズ１４００＊１２００＊１０００の磁性材料内にパッケージされ、磁性材料の比透磁率は３０であり、インダクタの磁気コアの断面積Ａｅは０．５５２５ｍｍ２であった。
【0038】
実施例５
マイクロインダクタコイル、及び製造方法は、実施例１と同様であった。
マイクロインダクタコイル、及び製造方法は、実施例１と同様であった。
【0039】
上記コイルはサイズ１４００＊１２００＊１０００の磁性材料内にパッケージされ、磁性材料の比透磁率は３０であり、インダクタの磁気コアの断面積Ａｅは０．６８２５ｍｍ２であった。
【0040】
実施例１－５に対してインダクタンス特性のテストを行い、結果は表１に示された。
【0041】
【表1】
【0042】
実施例１－実施例３の結果からわかるように、環状導体の厚さが高いほど、インダクタのインダクタンス値及び抵抗値は低かった。また、実施例１－実施例５のテスト結果からわかるように、所定の範囲内に、環状導体の内輪サイズ、すなわち磁気コアの断面積Ａｅが増加すると、インダクタンス値は増加した。環状導体の内輪サイズが所定の数値に増加すると、インダクタンス値は減少した。
【0043】
比較実施例１
銅線をサイズが４５０μｍ＊６５０μｍの矩形ボビンに巻き付け、巻き数は６であり、内側の３ターン及び外側の３ターンに分けられた。銅線の直径は１２０μｍであり、エナメルの厚さは２５μｍであり、第１コイルピンは内側のコイルによって巻き取り方向とは反対の方向に形成され、第２コイルピンは外側コイルによって巻き出し方向に形成された。
銅線をサイズが４５０μｍ＊６５０μｍの矩形ボビンに巻き付け、巻き数は６であり、内側の３ターン及び外側の３ターンに分けられた。銅線の直径は１２０μｍであり、エナメルの厚さは２５μｍであり、第１コイルピンは内側のコイルによって巻き取り方向とは反対の方向に形成され、第２コイルピンは外側コイルによって巻き出し方向に形成された。
【0044】
実施例１と比較実施例１に対して交流抵抗テストを行い、テスト結果は図３に示され、図３からわかるように、本発明の実施例１における導体の抵抗の電流に伴う変化の幅は小さく、その理由として、本発明で製造された導体のサイズが小さく、従って受ける表皮深さの影響は従来の巻き付けにより製造されたコイルよりも低い。高周波の場合、インダクタの低い交流損失を確保できることに有利である。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【国際調査報告】