(57)【要約】【課題】コイル端子と外部電極との接続の信頼性を向上させた平面磁気素子を提供する。【解決手段】下部磁性体上にフォトリソグラフイーと電気めっきにて形成したスパイラルコイルを有し、該スパイラルコイルの線間を含めて上下磁性層間を磁性粉と樹脂との混合物で充填して中間磁性層とし、この中間磁性層と上部磁性体とを接着層により固着した構造になる平面磁気素子において、  該下部磁性体に、外部電極との接続部としてテーパを有するスルーホールを設け、該スパイラルコイルのコイル端子と該スルーホール内周面の接続部とを電気めっきにより一体形成する。【選択図】図１
2010040701.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部磁性体上にフォトリソグラフイーと電気めっきにて形成したスパイラルコイルを有し、該スパイラルコイルの線間を含めて上下磁性層間を磁性粉と樹脂との混合物で充填して中間磁性層とし、この中間磁性層と上部磁性体とを接着層により固着した構造になる平面磁気素子において、
該下部磁性体に、外部電極との接続部としてテーパを有するスルーホールを設け、該スパイラルコイルのコイル端子と該スルーホール内周面の接続部とを電気めっきにより一体形成したことを特徴とする平面磁気素子。
【請求項２】
前記スルーホールのテーパ角度θが、スルーホールの軸線に垂直な面に対し80°以下であることを特徴とする請求項１記載の平面磁気素子。
【請求項３】
前記スルーホールの外周から最近接コイル線部までの距離が50μm以上のコイル形状としたことを特徴とする請求項１または２記載の平面磁気素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平面磁気素子に関し、特に外部電極との接続の信頼性を向上させたものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯機器やノート型パソコン等の利用が盛んになるにつれ、内部で使われる電子部品の小型・薄型化が進んできている。特に大きい容積を占めるのが電源回路部であり、そこに使用されるＩＣ、インダクタ、コンデンサ等の部品を小型、薄型化しようと開発が盛んになされている。その中でもインダクダは最も占有容積が大きく、小型、薄型化の要求が最も強い部品となっている。
このような状況下で、薄型化に有利な平面磁気素子が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開2003−332163号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上掲特許文献１に開示されたように、上部磁性体を接着層にて接着する構造において、従来の上部磁性体側に外部電極接続用の端子開口部を設ける方法では、接着剤が端子部を汚染し、外部電極との界面に異相が混入し、例えば電流負荷試験等の信頼性試験において、不良を引き起こすという問題があった。
それを避けるために、下部磁性体の貫通孔に導電性ペーストを充填して端子開口部を設ける方法も開示されているが、その場合には、樹脂分を含む導電性ペーストと金属からなるコイル部との材料特性の差により、やはり電流負荷試験等の信頼性試験において、不良を引き起こす場合があった。
【０００４】
本発明は、上記の問題を有利に解決するもので、電流負荷試験等の信頼性試験において不良を引き起こすことのない、十分な信頼性を有する平面磁気素子を提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
以下、本発明の解明経緯について説明する。
コイル端子からの接続の信頼性を確保する観点からは、信頼性低下に繋がる異種接合をなくし、コイル端子から接続部までを同一物質で一体形成することが望ましい。つまり、コイル端子の形成工程であるめっき工程で、接続部までを形成することが有利である。
【０００６】
そこで、発明者らは、コイルを形成する下部磁性体側のコイル端子に相当する位置にスルーホールを設け、コイル形成時に同時にスルーホール部もめっきして接続部を形成することとした。
しかしながら、直管状のスルーホール形状では、スルーホールめっき厚が不均一となり、特に外部電極との接続部である下部磁性基板の下側にめっき層が形成されにくいことが判明した。このような状態では、外部電極との適正な電気的接続が取れないことになる。
【０００７】
そこで、次に発明者らは、スルーホール形状について検討を加えた。その結果、スルーホールをテーパ状にすることにより、下部磁性基板の下側に十分な厚さを持つめっき層が形成できることが判明した。これにより、外部電極との良好な接続が可能な同一物質で一体形成されたコイル端子から接続部を実現できることとなった。すなわち、接続部に対する信頼性が向上した磁気素子が得られることとなった。
【０００８】
また、本発明では、テーパ状のスルーホールを有する下部磁性体上にスパイラルコイルを形成することになるため、さらにコイル形状についても検討を加えた。電源回路系で使用されるインダクタの場合、その抵抗損失を減少するため、コイル断面積を大きくする必要がある。スパイラルコイルの場合、コイル厚みを増加させることで対応するが、一般的な厚みとしては40〜100μm程度必要である。従って、フォトリングラフィーにより形成されるコイルを形成する際の型枠となるレジストフレームの厚みとしてほ40〜100μmが必要となる。そのため、一般にレジストとしては、露光時の光が厚み方向に透過しやすいアクリル系が使用される。
【０００９】
ところで、図３に示すように、本発明のテーパ状のスルーホール４を有する下部磁性体２の上に、上記したレジスト14を塗布した場合、スルーホール４の空隙があるため、その上部のレジスト14の厚みに凹みが生じる。そのような状態で露光を行うと、凹みによる光の散乱13によって、本来遮光されるべき領域が感光してしまうことになる。なお、図中、符号11はガラスマスク、12はガラスマスク遮光部である。
【００１０】
例えば、ネガ型のレジストの場合、レジストが後の現像工程で溶解される必要のあるコイル線部は遮光されなければならないが、上述したように、スルーホールによる光散乱が生じるとレジストが感光し、現像工程で溶解せずに残ることとなる。これにより、その部分でのめっき成長が阻害され、コイルの断線不良につながり、成品歩留りの低下を招く。
そこで、スルーホール近傍の光散乱の影響について検討を加え結果、最も散乱の影響が大きかった100μm厚のレジスト厚に対して、コイル線部をスルーホール外周から50μm以上離れれば、散乱の影響がなくなることが判明した。
本発明は上記の知見に立脚するものである。
【００１１】
すなわち、本発明の要旨構成は次のとおりである。
１．下部磁性体上にフォトリソグラフイーと電気めっきにて形成したスパイラルコイルを有し、該スパイラルコイルの線間を含めて上下磁性層間を磁性粉と樹脂との混合物で充填して中間磁性層とし、この中間磁性層と上部磁性体とを接着層により固着した構造になる平面磁気素子において、
該下部磁性体に、外部電極との接続部としてテーパを有するスルーホールを設け、該スパイラルコイルのコイル端子と該スルーホール内周面の接続部とを電気めっきにより一体形成したことを特徴とする平面磁気素子。
【００１２】
２．  前記スルーホールのテーパ角度θが、スルーホールの軸線に垂直な面に対し80°以下であることを特徴とする上記１記載の平面磁気素子。
【００１３】
３．前記スルーホールの外周から最近接コイル線部までの距離が50μm以上のコイル形状としたことを特徴とする上記１または２記載の平面磁気素子。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に従い、下部磁性体にテーパを有するスルーホールを配し、スパイラルコイル形成時に外部電極との接続部を同一物質で一体形成することにより、接続信頼性を格段に向上させることができる。
さらに、スルーホール外周から50μm以上コイル線部を離すコイル形状とすることにより、成品歩留りを一層向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面に従い、本発明を具体的に説明する。
図１に、本発明に従う平面磁気素子を断面で示す。図中、符号１はスパイラルコイル、２は下部磁性体、３は中間磁性層、４はテーパ状のスルーホール、５は外部電極、６は上部磁性体、７は接着層、８はコイル端子であり、９がスルーホール４の内周面に形成された接続部である。なお、スルーホール４のテーパ角度をθで示す。
【００１６】
本発明は、スパイラルコイル１が形成される下部磁性体２に、コイル端子８と外部電極５とを接続するためのテーパ状スルーホール接続部９を備えている。これにより、コイル形成時のめっき工程で、外部電極５との電気的接続が良好なスルーホール接続部をスパイラルコイル１およびコイル端子８の形成と同時に一体形成できるようになる。
このように接続部９を含めたコイル全体を、同一材質で一体形成することにより、異種材接合による信頼性の劣化を回避することができる。
【００１７】
テーパ角度θについては、例えば90°つまり直管状の形状とした場合、スパイラルコイル形成時のめっき工程で、めっき液の循環が悪い下部磁性体下側でのめっき成長が阻害されるため、外部電極との良好な電気的接続に必要なめっき層を形成することができない。本発明のように、スルーホールにテーパを与えた形状とすることにより、上記めっき液の循環の問題が改善され、下部磁性体下側まで十分な厚みのめっき層が形成可能となる。つまり、テーパ角度θを90°未満とすることで、その効果は得られるが、特にテーパ角度θが80°以下となると、下部磁性体上側のスルーホール部めっき厚と下側のスルーホールめっき厚が同等になり、外部電極との接続面積が増加するため、電気的接続の信頼性が向上する点で好ましい。
【００１８】
図４に、テーパ角度θとスルーホール下面のめっき厚みとの関係について調べた結果を示す。
同図に示したとおり、テーパ角度θが90°から小さくなるに従ってスルーホール下面でのめっき厚みは増大していき、テーパ角度θが80°以下になると、上面のめっき厚みとほぼ同じ厚みのめっき層を得ることができた。
但し、テーパ角度θを小さくしすぎると、下部磁性体の上面でのスルーホール開口面積が大きくなり、その面に形成するスパイラルコイルに使用できる面積が制限されることになるため、インダクタンスの低下につながる、そのため、実質的には、テーパ角度θの下限は60°程度とすることが望ましい。
【００１９】
次に、図２に、本発明に従う平面磁気素子の上部磁性体６、接着層７、中間磁性層３を除去し、上方から見た図を示す。図中、ｘで、スルーホール４の外周からコイル線部１までの距離を示す。本発明では、スパイラルコイル線部をスルーホール外周から遠ざけたコイル構造とすることで、スルーホールによるレジスト厚み不均一がもたらすレジストパターニング不良による歩留りの低下を抑制することができる。
【００２０】
図３に示したスルーホールに最近接するガラスマスク遮光部とスルーホール外周からの距離ｙを30〜60μm の範囲で種々に変更したガラスマスクにより、露光・現像処理した後のレジスト厚み分布を、図５に示す。
本来、ガラスマスクにより遮光された領域にはレジストが残らないはずであるが、実際は、ｙ＝30μm、40μmの場合には、それぞれ遮光領域であるスルーホール外周から30μm、40μm の位置で、レジストが存在している。一方、ｙ＝50μm、60μmの場合は、それぞれの遮光領域において、レジストは存在しない。従って、スルーホール外周から50μm以内にコイル線部を作製しようとしても、その部分にはレジストが残ることになり、そこでのめっき成長が阻害され、コイル断線不良となるおそれがある。
この点、コイル線部をスルーホール外周から50μm以上離したコイル構造とすることにより、上述した悪影響を回避することができ、その結果、平面磁気素子の歩留りを向上させることができる。
【００２１】
本発明において、上部・下部磁性体としては、フェライト焼結板が有利に適合する。このフェライト焼結板の厚みは30〜300 μm 程度とするのが好ましい。
また、フェライトとしては、絶縁体であるNiZn系フェライトが有利に適合する。
【００２２】
中間磁性層としては、フェライト磁性粉と樹脂バインダとの混合物が好ましく、またかかるフェライト磁性樹脂中におけるフェライト磁性粉の体積密度は20〜80 vol％程度とすることが好ましい。
この中間磁性層の厚みは、５〜30μm 程度とするのが好適である。
【００２３】
接着層用の接着用樹脂については、特に制限はないが、エポキシ樹脂が特に有利に適合する。
そして、かかる接着層の厚みは、平均厚みで５〜20μm 程度とするのが好ましい。
【００２４】
本発明の平面磁気素子における平面コイルの形状としては、スパイラル型、ミアンダ型のいずれもが適合するが、より大きなインダクタンスを実現するためにはスパイラル型が好適である。また、スパイラル型コイルを２つ以上直列または並列に配置しても良い。さらに、電気的に絶縁されたコイルを２つ以上配置した場合はトランスとしての機能を発揮するが、本発明はこのような構造に対しても有効である。
【００２５】
次に、本発明の代表的な製造要領について説明するが、本発明の製造条件は、これに限定されるものではない。
(1) 予めテーパ状のスルーホールを形成した、好適にはNiZn系（NiCuZn系）のフェライト焼結基板上に、Cuシード層をスパッタや無電解めっきにより 0.5μm 厚程度に成膜する。
(2) この上に、レジストを塗布し、平面コイルパターンを露光・現像し、レジストフレームを形成する。平面コイルの形状については、スパラルコイルが一般的である。
(3) フレーム内に電気めっきでCuを析出させる。この電気めっきに際し、外部電極との接続部を含めたコイル全体を一体形成することが肝要である。
(4) レジスト剥離後、エッチングによって不要なCuシード層を除去する。
(5) フェライト磁性粉末をエポキシ樹脂に混ぜたペーストを、スクリーン印刷法にて、平面コイルのコイル線間、さらに必要に応じて端子部分を除く平面コイルの表面全面に刷り込み、約150 ℃で熱硬化させる。
(6) ついで、接着用の樹脂ペーストを端子部分を除いた全面に塗布する。
(7) フェライト焼結基板を上部フェライト層として重ね、約150 ℃程度で接着用樹脂を熱硬化することにより、下部磁性フェライト焼結基板および平面コイルと上部磁性フェライト焼結基板とを接着する。
(8) 上下磁性フェライト焼結基板ははじめから薄く加工したものを用いてもよいが、ハンドリングが困難な場合は、厚めの焼結基板を用いて、上記(7) が終了した時点で、研磨などにより薄く加工してもよい。
(9) 下部磁性フェライト焼結基板の下面に、外部電極形状に、Cu／Ni／Snの順で電気めっきすることにより、外部電極とする。
【実施例１】
【００２６】
次に、本発明を実施例により、さらに具体的に説明する。
下部磁性体となるFe203／ZnO／NiO＝50／30／20（mol％）組成の焼結フェライト基板に、ショットブラストにより、コイル端子部位置にテーパ状スルーホールを形成した。なお、テーパ角度θは、85°、80°、75°とした。ついで、電気めっきの際のシード膜として0.5μm厚のCu膜をスパッタ法で成膜した。次に、このシード膜上に、フォトレジストを塗布したのち、フォトリソグラフィーにより、７ターンのスパイラルコイルのレジストフレームを形成した。
ついで、電気めっきによりレジストフレーム内にCuを析出させたのち、レジストフレームを剥離し、湿式エッチンクでコイル間のめっき下地を取り除いて90μm厚のスパイラルコイルとした。なお、フォトリングラフィで使用するガラスマスクのパターンにより、コイル線部がスルーホール外周から50μm、75μm離れるようにした。
【００２７】
その後、Fe203／ZnO／CuO／NiO＝49／23／12／16（mol％）組成の磁性粉を樹脂に混合した樹脂フェライトペースト（磁性粉比率：70％）をコイル上およびコイル間にスクリーン印刷し、150℃で熱硬化させて、中間磁性層を形成した。
次に、上部磁性体となるFe203／ZnO／NiO＝50／30／20（mol％）組成の焼結フェライト板を、厚み：10μmの接着層を介して、中間磁性層上に接着した。ついで、下部磁性体の下側にCu／Ni／Snの順の積層構造の外部電極を形成し、平面磁気素子を完成させた。
【００２８】
また、従来例として、スルーホール接続部をめっきではなく、導電性ペーストを埋め込むことにより形成したこと以外は、同一工程で作製した平面磁気素子を用意した（図６参照）。図６中、符号10が導電性樹脂である。
さらに、比較例１として、下部磁性体にテーパを持たないスルーホール（テーパ角度＝90°）を形成した点以外は、実施例１と同一工程で作製した平面磁気素子を用意した（図７参照）。
またさらに、比較例２，３として、フォトリソグラフィーで使用するガラスマスクパターンのみを変更し、コイル線部とスルーホール外周の距離を０μm，25μmとした以外は、実施例１と同一工程で作製した平面磁気素子も用意した（図８参照）。
【００２９】
かくして得られた各平面磁気素子に対して、信頼性評価として、温度サイクル試験（−55℃／120℃、1000回）後の平均直流抵抗変動率を測定した（ｎ数＝20個）。また、歩留り評価として、直流抵抗値を測定して合否を判定（ｎ数＝100個）し、比較した。
得られた平面磁気素子の信頼性および歩留り評価結果を表１に示す。
【００３０】
【表１】
2010040701.tif 000003
【００３１】
同表から明らかなように発明例１〜４はいずれも、接続部材料に導電性樹脂を使用したNo.5の従来例に比べて、温度サイクルレ試験後の抵抗値変動率が明確に低減している。
また、テーパ角度θに注目すると、θ＝90°のNo.6の比較例１に対して、発明例の方が高い良品率となっていることが分かる。
さらに、温度サイクル試験評価結果に関しては、発明例でもθが80°以下の場合（No.２〜４）には、θ＝85°のNo.1の変動率の１／２以下に低減されている。このことから、テーパ角度θが80°以下の方が、信頼性の面でより好ましいことが分かる。
次に、コイル形状に注目すると、スルーホール外周からコイル線部までの距離が50μm以上の発明例１〜４では、90％程度の高い良品率が得られているのに対し、上記の距離が50μm未満の比較例２，３（No.７，８）では、50％以下の良品率に低下している。このことから、スルーホール外周からコイル線部までの距離を50μm以上とすることにより、歩留りが向上できていることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に従う平面磁気素子の断面図である。
【図２】本発明に従う平面磁気素子の上部磁性体、接着層、中間磁性層を除いて上方から見た図である。
【図３】スルーホール部での散乱光の発生状況を示す断面図である。
【図４】スルーホールのテーパ角度θとスルーホール下面のめっき厚みとの関係を示すグラフである。
【図５】スルーホール外周からの距離ｘと現像後のレジスト厚みとの関係を示すグラフである。
【図６】従来の平面磁気素子の例を示す断面図である。
【図７】比較例の平面磁気素子の例を示す断面図である。
【図８】比較例の平面磁気素子の上部磁性体、接着層、中間磁性層を除いて上方から見た図である。
【符号の説明】
【００３３】
１  スパイラルコイル
２  下部磁性体
３  中間磁性層
４  テーパ状のスルーホール
５  外部電極
６  上部磁性体
７  接着層
８  コイル端子
９  テーパ状のスルーホールに設けた接続部
10  導電性樹脂
11  ガラスマスク
12  ガラスマスク遮光部
13  散乱光
14  レジスト
【図１】
2010040701.tif 000004
【図２】
2010040701.tif 000005
【図３】
2010040701.tif 000006
【図４】
2010040701.tif 000007
【図５】
2010040701.tif 000008
【図６】
2010040701.tif 000009
【図７】
2010040701.tif 000010
【図８】
2010040701.tif 000011