(57)【要約】【課題】平面コイルの小型化、薄型化の為に、アスペクト比が大きくかつ断面形状が矩形に近い形をしたコイル導体線条を作製し、高占積率の平面コイルの製造方法を提供する。【解決手段】絶縁基板１の少なくとも一方の面にコイル状の下地導体層２を形成し、下地導体層２上に、主成分が硫酸銅、硫酸、エチレングリコールであるめっき液を用いて電気めっきによってめっき導体層６を形成し、下地導体層とめっき導体層からなるコイル導体線条を形成する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基板の少なくとも一方の表面に形成したコイル状の下地導体層上に、主成分が硫酸銅、硫酸、エチレングリコールであるめっき液を用いて電気めっきによるめっき導体層を形成し、前記下地導体層とめっき導体層からなるコイル導体線条を形成する平面コイルの製造方法。
【請求項２】
コイル状の下地導体層の材質がＣｕである請求項１に記載の平面コイルの製造方法。
【請求項３】
めっき導体層の形成のために流す電流密度が１〜３Ａ／ｄｍ２である請求項１に記載の平面コイルの製造方法。
【請求項４】
めっき液中のエチレングリコール濃度が１〜２０ｖｏｌ％である請求項１に記載の平面コイルの製造方法。
【請求項５】
めっき液中の硫酸銅濃度が６０ｇ／ｌ〜１２０ｇ／ｌの範囲にある請求項１に記載の平面コイルの製造方法。
【請求項６】
めっき液の温度が２０℃〜３０℃の範囲にある請求項１に記載の平面コイルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スピーカのボイスコイルや電気回路のインダクタ、トランス等に広く利用可能である高占積率の平面コイルの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子機器の全般的な小型・薄型化に伴い、これらに用いられる平面コイルについても小型化、薄型化することが強く求められている。そのためには、線間が狭くデッドスペースの少ない、つまり高占積率の平面コイルを作製する必要がある。
【０００３】
ここで、占積率について説明しておく。ここで言う占積率とは、平面コイルのコイル導体線条が延びる方向に垂直な断面において、コイル導体線条の配列ピッチを幅とし、コイル導体線条の厚さを高さとする矩形領域に対するコイル導体線条の断面積の比率を意味する。従って、高占積率の平面コイルとする為には、アスペクト比を大きく、かつコイル導体線条の断面形状を矩形にすれば良い。
【０００４】
この平面コイルの作製のため、従来から、プリント配線技術を応用した製造方法が提案されている。その代表的な技術に、サブトラ法と電気めっきを組み合わせた方法が良く知られている。この方法は、絶縁基板上に予め形成した下地導体層の表面にコイルパターンのレジストを形成した後、レジスト形成部以外の下地導体層をエッチングによって除去し、さらに、レジストを除去した後、残ったコイル状の下地導体層を核にして電気めっきを行うことにより、下地導体層をめっき導体にて補強し、コイル導体線条を作製する。
【０００５】
なお、この出願に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平７−１４２２５４号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このサブトラ法と電気めっきを組み合わせた方法は、高占積率の平面コイルを作製する為の有力な方法ではあるが、硫酸銅めっき液を用いた通常の電気めっきでは、下地導体層を核としてめっき導体層が等方的に成長し、コイル導体線条の断面形状は半円状になる。つまり、上述した方法ではアスペクト比の向上には限界があり、また、断面形状が半円状であるため上部にデッドスペースが生じ、占積率の向上という点では不十分なものであった。
【０００８】
従って、下地導体層の上にめっき導体層を形成して高占積率の平面コイルを作製するためには、めっき導体層が横方向よりも高さ方向に速く成長しかつコイル導体線条の断面形状が矩形に近い形になるような異方性成長のめっき技術が必要とされている。
【０００９】
めっき導体層を異方性成長させるには、限界電流に近い条件で電気めっきをすれば有効であるということが、これまでの研究により明らかになっている。
【００１０】
ここで、限界電流について、図５を参照して説明する。図５は、下地導体層の近傍のＣｕイオンの濃度分布を示す図である。
【００１１】
ファラデーの法則より、下地導体層にめっきされるＣｕの量Ｍ１は次の式（１）で求められる。ただし、電流効率を１００％とする。
【００１２】
Ｍ１＝Ｉ／ｎＦ                （１）
Ｉ；電流密度
ｎ；Ｃｕの原子価
Ｆ；ファラデー定数
下地導体層の表面では、式（１）で求められた量のＣｕイオンが消耗するので、図５のような濃度勾配が生じる。このような濃度勾配が生じると、Ｃｕイオンは溶液内部から下地導体層の表面へ拡散によって移動することになる。この移動量Ｍ２は次のフィックの式（２）で計算できる。
【００１３】
Ｍ２＝Ｄ（Ｃ−Ｃ）／ｄ        （２）
Ｄ  ；Ｃｕイオンの拡散定数
Ｃ０  ；溶液内部のＣｕイオン濃度
Ｃ  ；電極表面のＣｕイオン濃度
ｄ  ；拡散層の厚さ
定常状態では、Ｍ１とＭ２は等しくなり、式（１）と式（２）から次の式（３）が得られる。
【００１４】
Ｃ＝Ｃ０−Ｉｄ／ｎＦＤ        （３）
式（３）で、電流密度を高くすると、下地導体層のＣｕイオン濃度が低くなり、ついには０になる。これ以上の電流密度では下地導体層の表面に析出すべきＣｕイオンが無くなるので、電流効率が低下し、めっき不良が発生する。このＣｕイオン濃度が０になる電流を限界電流と呼んでいる。この様に、限界電流に近づけるには、印加する電流密度を高くすることが効果的である。しかし、電流密度を高くすると給電部に近い部分と離れた部分のめっき膜厚にバラツキが生じてしまう。
【００１５】
他方、式（３）からもわかるように、電流密度を高くする以外にも、低い電流密度を限界電流に近づける方法として、溶液内部のＣｕイオン濃度Ｃ０を低く、めっき浴中のＣｕイオンの拡散定数Ｄを小さく、あるいは、拡散層の厚さｄを大きくするという方法が考えられる。具体的なめっき条件に置き換えると、めっき浴の硫酸銅濃度を低く、めっき浴温度を低く、あるいはめっき浴の攪拌を緩やかにすることである。
【００１６】
しかし、これらの施策によって低い電流密度で限界電流に近づけようとしても、限界電流に近づけることは困難で、異方性成長に対する効果が小さい。従って、アスペクト比が大きくかつ断面形状が矩形に近い形をしたコイル導体線条とすることは難しい。
【００１７】
そこで、本発明は、めっき導体層が横方向よりも高さ方向に速く成長する異方性成長のめっき技術によって、アスペクト比が大きくかつ断面形状が矩形に近い形のコイル導体線条を作製し、高占積率の平面コイルの製造方法を提供することを目的とするものである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は以下の構成を有する。
【００１９】
本発明の請求項１に記載の発明は、絶縁基板の少なくとも一方の表面に形成したコイル状の下地導体層上に、めっき液の主成分が硫酸銅、硫酸、エチレングリコールであるめっき液を用いて電気めっきによるめっき導体層を形成し、前記下地導体層とめっき導体層からなるコイル導体線条を形成する平面コイルの製造方法である。この様に、めっき液の主成分が硫酸銅、硫酸、エチレングリコールである粘性の高いめっき液を用いているので、めっき浴中のＣｕイオンの拡散定数Ｄを小さくすることができ、その結果、低い電流密度でも限界電流に近づけることができ、アスペクト比が大きくかつ断面形状が矩形に近い形をした導体線条を作製することができる。
【００２０】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の発明において、コイル状の下地導体の材質がＣｕである平面コイルの製造方法であって、コイル状の下地導体の材質をＣｕにしているため、表面に積層するめっき導体層との密着性が良くかつ導電性の良いコイル導体線条を作製することができる。
【００２１】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、めっき導体層の形成のために流す電流密度が１〜３Ａ／ｄｍ２である平面コイルの製造方法であって、電流密度を１〜３Ａ／ｄｍ２の範囲の低い電流密度にしているため、給電部からの距離に関係無く均一な膜厚のめっき導体層を作製することができる。
【００２２】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、めっき液中のエチレングリコール濃度が１〜２０ｖｏｌ％である平面コイルの製造方法であって、めっき液中のエチレングリコール濃度を１〜２０ｖｏｌ％にすることによって、異方性成長しかつ導電性の良いめっき導体層を作製することができる。つまり、エチレングリコール濃度が低いと、めっき浴中のＣｕイオンの拡散定数Ｄが小さくならないため、異方性成長の効果がない。一方、濃度が高すぎると異方性成長に効果があるが、めっき導体層の導電性が劣化してしまう。従って、１〜２０ｖｏｌ％が最適である。
【００２３】
請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、めっき液中の硫酸銅濃度が６０ｇ／ｌ〜１２０ｇ／ｌの範囲にある平面コイルの製造方法であって、めっき液中の硫酸銅濃度を、通常のめっき液と同じ６０ｇ／ｌ〜１２０ｇ／ｌの範囲にしているので、導電性の良いめっき導体線条ができるだけでなく、液の管理が容易で経済的である。
【００２４】
請求項６に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、めっき液の温度が２０〜３０℃の範囲にある平面コイルの製造方法であって、めっき液の温度を、２０〜３０℃の範囲にしているので、蒸発等による液の濃度変化が少なく、液の管理が容易である。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態における平面コイルの製造方法について、添付の図面に従って説明する。
【００２６】
（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態の平面コイルの製造プロセスを説明する為の概略図である。
【００２７】
まず、両面に３５μｍの下地導体層２を形成した厚さ２μｍの絶縁基板１を用意した。下地導体層２と絶縁基板１の構成材料は、各々、Ｃｕとポリイミドフィルムである〔図１（Ａ）参照〕。次に、両面の下地導体層２および絶縁基板１を貫通するように、直径１０μｍのスルーホール３を設けた〔図１（Ｂ）参照〕。次に、両面の下地導体層２の表面にレジスト５でパターンニングした〔図１（Ｃ）参照〕。パターンニングには、８μｍのドライフィルムを用い、レジスト幅３０μｍ、レジスト間スペース５０μｍの渦巻き状のパターンを形成した。この際、パターンニングしたレジスト５がスルーホール３を被覆するようにしている。次に、レジスト５で被覆していない部分の下地導体層２を、塩化第２鉄水溶液を用いてエッチング除去した〔図１（Ｄ）参照〕。次に、レジスト５を剥離させた〔図１（Ｅ）参照〕。
【００２８】
その後、主成分が硫酸銅、硫酸、エチレングリコールであるめっき液を２５℃に保持し、電流密度２Ａ／ｄｍ２の正電流を９０分間印加して３０μｍのめっき導体層６を形成し、コイル導体線条７を作成した〔図１（Ｆ）参照〕。
【００２９】
このめっき液の組成を表１に示す。
【００３０】
【表１】
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【００３１】
ここで、エチレングリコール濃度が０％の比較例１は従来のめっき液条件である。
【００３２】
以上の様にして作成したコイル導体線条の代表例として、エチレングリコール濃度が０％である比較例１の断面を図２に、エチレングリコール濃度が１６％である実施例４の断面を図３に示す。また、電気めっきによって成長しためっき導体層の異方性成長の度合いを断面から算出し、横軸にエチレングリコール濃度、縦軸に異方性成長の度合いをとり、図４に示した。
【００３３】
ここで、図２を使って異方性成長の度合いについて説明する。異方性成長の度合いとは、めっき導体層の縦方向と横方向の成長速度の違いを表し、図２の電気めっきによって縦方向に成長した膜厚Ｈを横方向に成長した膜厚Ｗで割った値で示す。この値が大きいほど異方性成長しているということで、占積率の高い平面コイルを作製するのに有利である。
【００３４】
この図２〜図４からも明らかなように、従来のめっき液に比べてエチレングリコールを添加した方が異方性成長を示し、めっき液中のエチレングリコール濃度が高くなるに従って、めっき導体層の異方性成長の度合いが大きくなる。しかし、１２％付近で異方性成長の度合いは最大となって飽和し、２４％を超えたところでめっき不良となる。
【００３５】
ここでは、電流密度を２Ａ／ｄｍ２としたが、電流密度を高くすると異方性成長が飽和する時点のエチレングリコール濃度が低くなり、電流密度を低くすると異方性成長が飽和する時点のエチレングリコールの濃度は高くなる。また、硫酸銅濃度を８０ｇ／ｌとしたが、硫酸銅濃度を高くすると異方性成長が飽和する時点のエチレングリコールの濃度は高くなり、硫酸銅濃度を低くすると異方性成長が飽和する時点のエチレングリコール濃度は低くなる。また、めっき液の温度を２５℃としたが、めっき液の温度を高くすると異方性成長が飽和する時点のエチレングリコール濃度は高くなり、めっき液の温度を低くすると異方性成長が飽和する時点のエチレングリコール濃度は低くなる。
【００３６】
いずれにしても、エチレングリコール濃度が１〜２０ｖｏｌ％の範囲内で異方性成長が最大となるポイントがあり、他のめっき条件によってエチレングリコール濃度を決定することになる。
【００３７】
このめっき技術によってアスペクト比が高くかつ断面形状が矩形に近い形をしたコイル導体線条を作製することが可能になり、占積率の高い平面コイルを得ることができる。
【００３８】
なお、本実施の形態では、コイル状の下地導体層の形成をサブトラ法といわれる方法で行ったが、下地導体としての機能を付与できるならば、この方法に限定されるものではない。
【００３９】
【発明の効果】
以上の様に本発明は、絶縁基板の少なくとも一方の表面に形成したコイル状の下地導体層上に、主成分が硫酸銅、硫酸、エチレングリコールであるめっき液を用いて電気めっきによるめっき導体層を形成するものであり、主成分が硫酸銅、硫酸、エチレングリコールである粘性の高いめっき液を用いているので、めっき浴中のＣｕイオンの拡散定数Ｄを小さくすることができ、その結果、低い電流密度でも限界電流に近づけることができ、アスペクト比が大きく、かつ断面形状が矩形に近い形をしたコイル導体線条を作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の平面コイルの製造プロセスを示す概略図
【図２】比較例１のめっき液条件で作成した平面コイルの拡大断面図
【図３】本実施例４のめっき液条件で作成した平面コイルの拡大断面図
【図４】エチレングリコール濃度による異方性成長の度合いを示す特性図
【図５】下地導体近傍のＣｕイオンの濃度分布を示す説明図
【符号の説明】
１  絶縁基板
２  下地導体層
３  スルーホール
５  レジスト
６  めっき導体層
７  コイル導体線条
【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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