(57)【要約】【課題】インダクタンスが高く、低抵抗のコイル導体を有し、少ない工程数で作製可能なコイル基板及び表面実装型コイル素子を提供する。【解決手段】磁気コア２と磁気コア５とを突き合わせてなり、両端部において閉じた外殻部と中央脚部とを有するコア構造体１と、中央部に透孔１２を有する絶縁板１１の表裏面にスパイラル状コイル導体２０を形成し、表裏コンタクト部を介して表裏面のスパイラル状コイル導体２０を相互に接続したコイル基板１０と、前記コイル導体２０に接続する外部電極とを備え、前記中央脚部が前記透孔１２に入った状態で、前記コイル基板１０は前記コア構造体１の内側に配置され、前記磁気コア２，５は前記中央脚部の部分においてギャップ８を有している。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁板の少なくとも一面にコイル導体を形成したコイル基板であって、前記コイル導体が電気めっき層からなる導体部を有し、かつ導出端電極部と表裏コンタクト部を除く、隣合う導体部間の隙間が１５μｍ以下であることを特徴とするコイル基板。
【請求項２】
前記絶縁板は中央部に透孔を有し、前記コイル導体は前記透孔の周囲の前記絶縁板表裏面にスパイラル状に形成され、表裏コンタクト部を介して前記絶縁板表裏面のコイル導体が相互に接続されている請求項１記載のコイル基板。
【請求項３】
前記コイル導体のアスペクト比が０．２〜５である請求項１又は２記載のコイル基板。
【請求項４】
前記絶縁板はガラスクロスに樹脂を含浸したものである請求項１，２又は３記載のコイル基板。
【請求項５】
前記コイル導体は、直流抵抗が０．０１〜１０オームである請求項１，２，３又は４記載のコイル基板。
【請求項６】
第１の磁気コアと第２の磁気コアとを突き合わせてなり、両端部において閉じた外殻部と中央脚部とを有するコア構造体と、
中央部に透孔を有する絶縁板の表裏面にスパイラル状コイル導体を形成し、表裏コンタクト部を介して前記表裏面のスパイラル状コイル導体を相互に接続したコイル基板と、
前記コイル導体に接続する外部電極とを備え、
前記中央脚部が前記透孔に入った状態で、前記コイル基板は前記コア構造体の内側に配置され、前記第１及び第２の磁気コアは前記中央脚部の部分においてギャップを有することを特徴とする表面実装型コイル素子。
【請求項７】
前記第１のフェライトコアは中央脚部を有し、前記第２のフェライトコアは両端部に外側脚部を有し、該外側脚部の先端面が前記第１のフェライトコアに突き合わされている請求項６記載の表面実装型コイル素子。
【請求項８】
前記ギャップが０．１〜１００μｍである請求項６又は７記載の表面実装型コイル素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、民生用機器、産業用機器等の電気製品に幅広く利用されるコイル基板及び表面実装型コイル素子に係り、更に詳しくは、プリント基板回路技術、半導体回路配線技術を利用し少ない工程数でかつ低コストで作製でき、特に１０ｋＨｚから２０ＭＨｚの周波数範囲で用いるのに適したコイル基板及び表面実装型コイル素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の表面実装型コイル素子は、民生用機器、産業用機器等の電気製品に幅広く利用される。中でも小型携帯機器は機能の充実化にともない、各々のデバイスを駆動させるために単一の電源から複数の電圧を得る必要があり、このような電源用途等にも表面実装型コイル素子が使用されている。それらの小型携帯機器等に使用する場合の要求としては、電気的絶縁性や信頼性、超小型化、低コスト化が重視され、そのためにプリント基板回路技術、半導体回路技術を応用した平面コイル構造が提案されている。
【０００３】
例えば、下記特許文献１乃至特許文献６等が挙げられる。
【特許文献１】特開平７−１４２２５４号公報
【特許文献２】特開平１１−２６２３９号公報
【特許文献３】特開平９−１５３４０６号公報
【特許文献４】特開平１１−２０４３６１号公報
【特許文献５】特開２００２−３５３０５６号公報
【特許文献６】特開２００２−２０３７３２号公報
【０００４】
これらの技術により構成されたコイルは、絶縁性基板上にプリント基板回路技術、半導体回路技術の応用によってコイルパターンを形成したものであり、特に小型化においては従来の巻き線型構造と比較し、電気的特性や製品寸法のばらつきが少ない、大量生産による低コスト化を図れる等の利点がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、コイル素子のさらなる小型、薄型化を図るためには、コイル導体の高集積化（高密度化）が必要であるが、従来のコイル構造では高集積化に限界があった。例えば、特許文献４の従来例では次記のような問題点がある。
【０００６】
すなわち、はじめに下地導体層（シード層）のパターンを形成し、その後、エッチングによりレジスト及び下地導体層を除去し断面形状がきのこ型のパターンを形成するが、導体部の隙間のアスペクト比にかかわらずその幅が２０μｍ以下になるとレジスト及び下地導体層の除去が困難になる。また、下地導体層のエッチングにおいてはパターン細り及びパターン根元部が細るために直流抵抗の増加、密着性低下によるベース基板からのパターン剥離といった問題が生じる。
【０００７】
また、コイル導体に大きな電流が流れる電源等の用途では、フェライト等の磁気コアにギャップを設けるが、ギャップが高精度でばらつきが無いことが要求される。
【０００８】
本発明は、上記の点に鑑みなされたものであり、その第１の目的は、前記課題を解決し、インダクタンスが高く、低抵抗のコイル導体を有し、少ない工程数で作製可能なコイル基板及び表面実装型コイル素子を提供することにある。
【０００９】
本発明の第２の目的は、小型、高精度で低コストで作製できる磁気コアの組み合わせからなり、高精度のギャップを内側に有しかつ外側が閉磁路構造のコア構造体を備え、高インダクタンスでばらつきが少なく、低抵抗の表面実装型コイル素子を提供することにある。
【００１０】
本発明のその他の目的や新規な特徴は後述の実施の形態において明らかにする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本願請求項１の発明に係るコイル基板は、絶縁板の少なくとも一面にコイル導体を形成した構成であって、前記コイル導体が電気めっき層からなる導体部を有し、かつ導出端電極部と表裏コンタクト部を除く、隣合う導体部間の隙間が１５μｍ以下であることを特徴としている。
【００１２】
本願請求項２の発明に係るコイル基板は、請求項１において、前記絶縁板は中央部に透孔を有し、前記コイル導体は前記透孔の周囲の前記絶縁板表裏面にスパイラル状に形成され、表裏コンタクト部を介して前記絶縁板表裏面のコイル導体が相互に接続されていることを特徴としている。
【００１３】
本願請求項３の発明に係るコイル基板は、請求項１又は２において、前記コイル導体のアスペクト比が０．２〜５であることを特徴としている。
【００１４】
本願請求項４の発明に係るコイル基板は、請求項１，２又は３において、前記絶縁板はガラスクロスに樹脂を含浸したものであることを特徴としている。
【００１５】
本願請求項５の発明に係るコイル基板は、請求項１，２，３又は４において、前記コイル導体は、直流抵抗が０．０１〜１０オームであることを特徴としている。
【００１６】
本願請求項６の発明に係る表面実装型コイル素子は、第１の磁気コアと第２の磁気コアとを突き合わせてなり、両端部において閉じた外殻部と中央脚部とを有するコア構造体と、
中央部に透孔を有する絶縁板の表裏面にスパイラル状コイル導体を形成し、表裏コンタクト部を介して前記表裏面のスパイラル状コイル導体を相互に接続したコイル基板と、
前記コイル導体に接続する外部電極とを備え、
前記中央脚部が前記透孔に入った状態で、前記コイル基板は前記コア構造体の内側に配置され、前記第１及び第２の磁気コアは前記中央脚部の部分においてギャップを有することを特徴としている。
【００１７】
本願請求項７の発明に係る表面実装型コイル素子は、請求項６において、前記第１のフェライトコアは中央脚部を有し、前記第２のフェライトコアは両端部に外側脚部を有し、該外側脚部の先端面が前記第１のフェライトコアに突き合わされていることを特徴としている。
【００１８】
本願請求項８の発明に係る表面実装型コイル素子は、請求項６又は７において、前記ギャップが０．１〜１００μｍであることを特徴としている。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るコイル基板及び表面実装型コイル素子の実施の形態を図面に従って説明する。
【００２０】
図１乃至図３は本発明に係るコイル基板及び表面実装型コイル素子の実施の形態を示し、図４は実施の形態において使用するコア構造体、図５はコイル基板、図６はコイル基板において形成するコイル導体の製造工程を示す。
【００２１】
これらの図において、表面実装型コイル素子は、コア構造体１と、その内部に配設されたコイル基板１０と、コイル基板１０の両面に形成されたコイル導体２０の導出端が接続される外部端子電極４０とを備えている。図３のように、外部端子電極４０はコア構造体１の両端部に断面コの字状にそれぞれ形成されている。
【００２２】
図４のように、前記コア構造体１は磁気コアとしてのＴ型フェライトコア２とコの字型フェライトコア５とからなっている。Ｔ型フェライトコア２は平板部３の中央部に中央脚部（角柱凸部）４が形成されたものであり、コの字型フェライトコア５は平板部６の両端部に外側脚部７を形成したものであり、Ｔ型フェライトコア２の平板部３にコの字型フェライトコア５の外側脚部７の先端面を突き合わせることで実質的に閉磁路となった外殻部（平板部３，６及び外側脚部７）が構成されるとともに、外殻部の内側に中央脚部４が配されることになる。
【００２３】
ここで、外側脚部７よりも中央脚部４を僅かに短く形成しておくことで、中央脚部４の先端面と平板部６との間に微小ギャップ８を形成することができる。このギャップ８はコイル基板１０のコイル導体２０に流れる電流でフェライトコア２，５が磁気飽和するのを防止するためであり、コア構造体１の外形寸法が超小型（一辺が数ｍｍ以下の直方体状）であるため、ギャップ８は好ましくは０．１〜１００μｍ、最も好ましくは０．１〜５０μｍに設定される。なお、ギャップ８を０．１μｍ未満とすることは、コア加工精度上困難であり、また１００μｍを超えるとギャップ過大となりコイルのインダクタンスが減少するきらいがある。
【００２４】
前記Ｔ型フェライトコア２及びコの字型フェライトコア５の形成は、所定厚みのフェライト基板をダイヤモンドホイール砥石等の砥石を用いた高精度スライサーで研削加工し、中央脚部４や外側脚部７を残して不要部分の肉厚を薄く研削することにより行う。
【００２５】
前記フェライトコア２，５を作製するためのフェライト基板は、少なくとも酸化鉄及び酸化ニッケルを含む主成分と、酸化ビスマス、酸化バナジウム、酸化リン及び酸化ホウ素の１種又は２種以上からなる添加物と、酸化シリコンからなる第１副成分と、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化バリウム及び酸化ストロンチウムの１種又は２種以上からなる第２副成分とを含有するものであって、主成分に対する比率は、添加物が０．５〜１５重量％、第１副成分及び第２副成分がそれぞれ０．１〜１０．０重量％である。以下に好ましい主成分の組成（重量％）の１例を示す。
Ｆｅ２Ｏ３：６６％
ＣｕＯ  ：３％
ＺｎＯ  ：２０％
ＮｉＯ  ：１１％
【００２６】
前記コイル基板１０は、中央部に透孔１２を有する絶縁板１１の表裏面にスパイラル状のコイル導体２０を形成したものであり、透孔１２の周縁部に形成された表裏コンタクト部１５（例えばコンタクトホール）を介して前記絶縁板表裏面のコイル導体２０（図５で裏面側のコイル導体の周回方向は表側と同じ）が相互に接続されている。表側、裏側のコイル導体２０は、絶縁板の一方及び他方の端部の導出端電極部２１にそれぞれ接続している。
【００２７】
前記コイル導体２０は図６の手順で作製される。まず、図６（Ａ）のように絶縁板１１の表裏面に下地導体層（シード層）３０を無電解めっきにて形成し、その上に、フォトレジスト３１を電着成膜し、フォトリソグラフィ法でコイル導体の形成パターンに対応した選択めっき用マスクレジストを形成する。そして、フォトレジスト３１をめっきマスクとして下地導体層３０が露出する部分に選択的に電気（電解）めっき法によりコイル導体用電気めっき層３２を電着形成させる。但し、図６（Ａ）の工程ではコイル導体用電気めっき層３２の厚みはまだ小さい。
【００２８】
次に、図６（Ｂ）のように前記めっきマスクとしてのフォトレジスト３１を取り除いた上で、コイル導体用電気めっき層３２が形成されている部分以外の下地導体層３０をエッチングして除去する。
【００２９】
その後、図６（Ｃ）のように、選択めっきマスク無しで電気めっき法によりコイル導体用電気めっき層３２を電着により更に成長形成させる。これにより、電気めっき層３２からなる十分な肉厚の導体部が得られ、隣り合う導体部間の隙間Ｇが１５μｍ以下になるまで高密度に電気めっき層３２を成長形成させることができる。
【００３０】
コイル導体用電気めっき層３２の形成完了によりコイル導体２０を絶縁板１１の両面に形成し終えた後、図６（Ｄ）のように、保護樹脂層（ソルダーレジスト）３３を絶縁板１１の表裏面に印刷し、保護樹脂層３３でコイル導体２０を被覆して保護することでコイル基板１０が完成する。
【００３１】
このコイル基板１０は、コイル導体用電気めっき層３２の隣り合う導体部間の隙間Ｇが１５μｍ以下になるまで、高密度に電気めっき層３２を成長形成させたコイル導体２０を両面に有するものであり、またコイル導体２０のアスペクト比（導体部の高さ／幅）も０．２〜５程度に高く設定可能であるため、直流抵抗を０．０１〜１０オーム程度にまで低下させることができ、コイル導体２０の電流が大きい電源用のコイル素子への適用が可能である。なお、直流抵抗を０．０１オーム未満に設定することは小型コイル素子では実現困難であり、１０オームを超えるとコイル導体２０の電流による発熱が問題になる。また、アスペクト比が０．２未満ではコイル導体２０の直流抵抗が大きくなり、アスペクト比が５を超えると電気めっき時間の増大、コイル導体２０の形状のばらつき増加等の問題が発生するため、好ましくない。
【００３２】
上記のようにコイル基板１０を作製した後、図１のようにコイル基板１０側の透孔１２にＴ型フェライトコア２の中央脚部４が入った状態として、コイル基板１０をＴ型フェライトコア２とコの字型フェライトコア５の内側に配置し、エポキシ系樹脂等の接着剤３５でＴ型フェライトコア２とコの字型フェライトコア５とを突き合わせ状態にてコア構造体１として接着一体化する。
【００３３】
その後、図２のコイル基板１０の導出端電極部２１の露出部分を含むコア構造体１の両端部をコの字状に囲むように一対の外部端子電極４０を図３のように形成する。外部端子電極４０の作製は、Ｃｒ，Ｃｕ導体層をマスクスパッタで順次形成後、バレルめっきによりＣｕ，Ｎｉ，Ｓｎの順に電気めっき層を形成することで行う。これにより、前記導出端電極部２１に接続した（換言すればコイル導体２０に接続した）外部端子電極４０が得られる。
【００３４】
なお、図６の工程において、絶縁板１１は薄型で充分な強度を持たせるために、ガラスクロスにＢＴレジン、ポリイミド、アラミド等の樹脂を含浸したものであることが好ましい。また、前記樹脂の誘電率は、浮遊容量の増大を回避するために７以下のものを選定する。前記絶縁板１１としてセラミックも使用可能であるが、この場合にも浮遊容量の増大を回避するために誘電率が７以下のものを選定する。
【００３５】
また、下地導体層３０の金属材料にＣｕを採用し、さらにコイル導体用電気めっき層３２の金属材料にもＣｕを採用するのが導電率、コストの点で好ましいが、ＡｇあるいはＮｉを採用することも可能である。
【００３６】
なお、外部端子電極４０は、Ａｇ又はＣｕ等の導体ペーストの塗布、硬化処理により形成してもよい。
【００３７】
また、両端部において閉じた外殻部と中央脚部とを有するコア構造体を、高精度スライサーによるフェライト基板の研削加工で作製する場合、量産上の低コスト化を図る上で、Ｔ字型フェライトコア２とコの字型フェライトコア５を組み合わせた実施の形態の閉磁路構造が最も望ましいが、このコア構造体は必ずしもこの閉磁路構造に限定されるものではない。
【００３８】
この第１の実施の形態によれば、次の通りの効果を得ることができる。
【００３９】
（１）  コイル基板１０のコイル導体２０は、電気めっきを用いて絶縁板１１の両面にパターン形成しており、コイル導体２０を高密度に形成できるため（隣り合う導体部間の隙間Ｇを１５μｍ以下にできるため）、コイル導体２０の直流抵抗を低減できる。この結果、優れた電気的信頼性の安価で高アスペクト比のコイル導体２０を形成することができる。
【００４０】
（２）  コア構造体１のＴ型フェライトコア２とコの字型フェライトコア５は、所定厚みのフェライト基板をダイヤモンドホイール砥石等の砥石を用いた高精度スライサーで研削加工し、中央脚部４や外側脚部７を残して不要部分の肉厚を薄く研削することにより作製でき、これらのコアを組み合わせることで、高精度かつ製品間ばらつきの少ないギャップ８及び閉磁路構造を実現できる。
【００４１】
（３）  小型、低背型の表面実装型コイル素子を、安価なプロセスにより、高精度な製品寸法で作製でき、コイル導体２０が低抵抗でありかつコア構造体１が高精度のギャップ８を有することから、１０ｋＨｚ〜２０ＭＨｚの電源用コイル素子（例えば、昇圧用コイル素子）として好適に利用できる。
【００４２】
【実施例】
以下、本発明に係るコイル基板及び表面実装型コイル素子を実施例で詳述する。
【００４３】
コンタクトホール及び中央脚部貫通用の透孔が加工された厚みが６０μｍのガラスクロス基板（ガラスクロスにＢＴレジンを含浸した基板）に対して、その上下面に厚さ０．１〜１μｍのＣｕ膜を無電解めっきして下地導体層とした。次に、感光性電着レジストを成膜しフォトリソグラフィーによりコイル導体となるスパイラルのパターンをガラスクロス基板の両面に形成し、電流密度１５Ａ／ｄｍ２以下において約２０分間の電気めっきを行い、高さ３５μｍ、幅３５μｍのＣｕ導体パターンを形成した。選択めっき用マスクレジストを剥離後、下地導体層をエッチングし所定の電流プロファイルで２回目の電気めっきを行い高さ７５μｍ、幅６５μｍのＣｕ導体パターンを形成した。この表面にＣｕの黒化処理を施し、その表面をソルダーインキレジストでコーティングし、スパイラルパターンのコイル導体が整列したウエハ（コイル基板の集合体）を作製した。更に、フェライト基板への組込みにおいて不要となる部分を高精度スライサーを用いてスリット状に切り取った。
【００４４】
次に、ダイヤモンドホイール砥石を用いて厚み０．７７ｍｍのフェライト基板に、一つにはＴ型フェライトコアとなる凸状パターンを、更にもう一つにはコの字型フェライトコアとなる凹状パターンを高精度スライサーによりそれぞれ形成した。
【００４５】
これらの加工されたスパイラルパターンのコイル導体を有するコイル基板の集合体及びＴ型及びコの字型のフェライトコアの集合体をエポキシ系の接着剤を用いて１５０℃雰囲気の中で加圧しながら接着をした。接着された基板のＴ型フェライトコア背板部分を高精度スライサーにより０．７７ｍｍの厚みまで平坦に研削した後、ダイサーによりチップ化を行い各々の素子を作製した。
【００４６】
その後、回路接続用のユーザー端子となる外部端子電極を形成するため、バレル研磨を行った後に、端子面のＣｕ（導出端電極部）をウェット処理とドライ処理の両方を利用して洗浄し、マスクスパッタ法によりＣｒ及びＣｕを連続的に成膜した。これにＣｕ、Ｎｉ、Ｓｎのバレルめっきを施し製品サイズ縦３ｍｍ×横２．６ｍｍ×高さ０．８ｍｍの表面実装型コイル素子を作製することができた。
【００４７】
同様にして、製品サイズ縦４ｍｍ×横４ｍｍ×高さ１ｍｍの表面実装型コイル素子を作製することができた。
【００４８】
以上本発明の実施の形態及び実施例について説明してきたが、本発明はこれに限定されることなく請求項の記載の範囲内において各種の変形、変更が可能なことは当業者には自明であろう。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、インダクタンスが高く、低抵抗のコイル導体を有し、少ない工程数で作製可能なコイル基板及び表面実装型コイル素子を実現できる。
【００５０】
また、小型、高精度で低コストで作製できる磁気コアの組み合わせからなり、高精度のギャップを内側に有しかつ外側が閉磁路構造のコア構造体を用いることで、インダクタンスのばらつきを抑えて更なるインダクタンスの増大を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るコイル基板及び表面実装型コイル素子の実施の形態であって、中央部を断面で示す外部端子電極形成前の斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態であって、端部構造を示す外部端子電極形成前の斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態であって、外部端子電極形成後の外観を示す斜視図である。
【図４】実施の形態で用いるコア構造体の分解斜視図である。
【図５】実施の形態で用いるコイル基板の平面図である。
【図６】前記コイル基板の製造工程図である。
【符号の説明】
１  コア構造体
２  Ｔ型フェライトコア
３，６  平板部
４  中央脚部
５  コの字型フェライトコア
７  外側脚部
８  微小ギャップ
１０  コイル基板
１１  絶縁板
１２  透孔
１５  表裏コンタクト部
２０  コイル導体
２１  導出端電極部
３０  下地導体層
３１  フォトレジスト
３２  電気めっき層
３３  保護樹脂層
３５  接着剤
４０  外部端子電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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