(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板表面にコイル形状に連続して形成された幅方向の断面が凸形状の有機物樹脂パターンと、前記有機物樹脂パターンの少なくとも一部においてその上面及び側面に渡り形成されたコイル導体層とよりなり、前記コイル導体層の厚さをｔ、前記コイル導体層の、前記有機物樹脂パターンにより生じる下端から上端までの垂直方向の高低差をＨとした時に、Ｈ＞ｔであることを特徴とする薄膜コイル部品。
【請求項２】
Ｈ≧３ｔであることを特徴とする請求項１に記載の薄膜コイル部品。
【請求項３】
ｔ≦５μmであることを特徴とする請求項１または２に記載の薄膜コイル部品。
【請求項４】
基板表面にコイル形状に連続して形成された幅方向の断面が凹形状の溝を有する有機物樹脂パターンと、前記有機物樹脂パターンの凹形状部の少なくとも一部においてその底面及び側面に渡り形成されたコイル導体層とよりなり、前記コイル導体層の厚さをｔ、導体層の底面から上端までの垂直方向の高低差をＨとした時にＨ＞ｔであることを特徴とする薄膜コイル部品。
【請求項５】
前記有機樹脂パターンが感光フォトレジストを用いて形成されていることを特徴とする請求項１又は４に記載の薄膜コイル部品。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はインダクタ、トランス等として利用される薄膜コイル部品、特に周波数100ＭＨｚ以上の高周波で使用される薄膜コイル部品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
薄膜コイルを使用したコイル部品において最も重要な特性が抵抗である。抵抗を下げるにはコイルを構成する導体（以下、コイル導体）の断面積を増加することが有効である。薄膜コイル部品すなわちバルク線でなく、薄膜コイルを用いる各種の電子部品は活発に開発が行われている。例えば“マイクロ磁気デバイスのすべて”（発行工業調査会、１９９２年）には各種の薄膜コイルを用いたインダクタ、トランスが開示されている。そして、これら公知の薄膜コイルは図５に示すように絶縁基板１０の表面に導電層のコイル３０を形成したものであるが、コイル導体の断面は一般に矩形であり、その断面積は幅Ｌと厚さｔの積となる。このため、同一巻数、形状の薄膜コイルの抵抗を下げるためにはコイル導体の幅を広くするか、厚さを厚くするかの、いずれかを選択するしかなかった。
【０００３】
コイル導体の幅を広くすることは、素子の大面積化を意味し、小型化が進む電子部品においては好ましくない。すなわち、大凡、コイル導体の幅を２倍にすると、素子面積は２〜４倍になってしまう。また同一面積の素子ではコイルの巻数の減少を意味する。
【０００４】
一方、コイル導体の層厚ｔを厚くしても高周波領域では表皮効果により抵抗低減は達成されない。これは電子情報通信学会論文誌1990年７月号６１８ページからの論文に開示されている通りである。
【０００５】
この解決策として特公平８−１０６５８号においては図５に示すようにコイル導体を厚さ方向に、表皮深さ内の厚みに分割することが開示されている。すなわち絶縁基板１０の表面に導電層のコイル１を形成し、絶縁層１１を介してコイル２を設けている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし特公平８−１０６５８号の方法では製造プロセスが複雑となってしまう。すなわち何回もコイル層と絶縁層を積層する工程が必要となる。この結果、製造された部品は高価なものになってしまっていた。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、基板表面にコイル形状に連続して形成された幅方向の断面が凸形状の有機物樹脂パターンと、前記有機物樹脂パターンの少なくとも一部においてその上面及び側面に渡り形成されたコイル導体層とよりなり、前記コイル導体層の厚さをｔ、前記コイル導体層の、前記有機物樹脂パターンにより生じる下端から上端までの垂直方向の高低差をＨとした時に、Ｈ＞ｔであることを特徴とする薄膜コイル部品により従来の問題を解決する。
より好ましくは層厚と高さはＨ≧３ｔの関係を満足する。
また、コイル導体の幅方向の断面において、コイル導体に沿った長さをｌとし幅をＬとした時に好ましくはｌ≧１．４Ｌである。これにより断面積が増えるので抵抗値は約３０％以上減少する。
さらに、層厚はｔ≦５μmの関係を満足することが好ましい。これにより高周波における表皮効果による抵抗の増大を防止することができる。
他の形態において、本発明は、基板と、該基板表面にコイル形状に連続して形成された幅方向の断面が凹形状の溝を有する有機物樹脂パターンと、前記有機物樹脂パターンの凹形状部の少なくとも一部においてその底面及び側面に渡り形成されたコイル導体層とよりなり、前記コイル導体層の厚さをｔ、前記コイル導体層の底面から上端までの垂直方向の高低差をＨとした時にＨ＞ｔであることを特徴とする薄膜コイル部品により課題を解決する。
コイルを支持する絶縁基板としては有機物樹脂を使用し、有機物樹脂層により形成された凸形状部上に、断面が凸状のコイル導体を形成するか、または、有機物樹脂層に凹形状部を形成し、断面が凹状のコイル導体を形成することができる。
また、コイル導体の断面において更に裾部が存在する場合には該裾部の幅をｗとしたときｗ＜Ｌ／１０とすることが好ましい。
【０００８】
【作用】
本発明の薄膜コイル部品は、コイル導体の層厚をｔ、垂直方向の高さをＨとした時にＨ＞ｔ、より好ましくはＨ≧３ｔであるコイルからなることを特徴とするので、コイル導体の幅Ｌあたりの長さｌを増大するので、抵抗が減少し、或いはコイル部品の小型化を可能にする。
ここにＨは図３〜図４に示したように有機物樹脂層のパターンが凸形状部より構成される場合には導体層の下端から上端までの高さであり（図３、図４（ａ）〜（ｄ））、有機物樹脂層のパターンが凹形状部より構成される場合にはその凹形状部に形成される導体層の底面から上端までの高さである（図４（ｅ））。
また、コイル導体の幅方向の断面において、コイル導体に沿った長さをｌとし幅をＬとした時に好ましくはｌ≧１．４Ｌにすれば、断面積が増え抵抗はさらに低下する。
また、層厚をｔ≦５μmとすることにより高周波における表皮効果による抵抗の増大を防止することができる。
コイルを支持する絶縁基板としては有機物樹脂を使用し、有機物樹脂層により形成された凸形状部上に、断面が凸状のコイル導体を形成するか、または、有機物樹脂層に凹形状部を形成し、断面が凹状のコイル導体を形成するので、上記構成が実現できるだけでなく、周知のフォトエッチング法を利用して容易に本発明の特徴を備えたコイル部品を実現できる。
なお、コイル導体の幅方向の断面において更に裾部が存在することは幅Ｌに対するコイル導体の実質的な幅を減少するので該裾部の幅ｗ（図４（ｂ）参照）としたときｗ＜Ｌ／１０とすることが好ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的構成について詳細に説明する。
図１、図２及び図３に本発明の一例として薄膜コイル部品である薄膜インダクタの概略構造図を示す。基板１０上にＵ字形の断面を有する絶縁層（レジスト又は凸部）２０、そして、その上にＵ字形コイル導体層３０によりコイル３１が形成されている。すなわち本発明の代表的な例の導線断面はほぼＵ字形となる。
【００１０】
図３にコイル部の拡大断面図を示す。ここでコイル導体層厚をｔ、導体層の垂直方向の高さをＨ、導体層の幅をＬとしている。すなわち図３の例ではコイル導体の幅方向の断面に沿った長さはＬ＋２Ｈとなる。
本発明においては一般にＨ＞ｔとすることで、実質的なコイル導体の幅すなわち長さｌはＬよりも必ず大きくすることが可能である。このため従来の素子と同じ面積で同じ巻数のコイルが形成出来る。そしてコイル層の成膜は１回の成膜で可能であり、工程は従来の単層コイル工程に近い。なお、さらに好ましくはＨ≧３ｔ、特に好ましくはＨ≧５ｔである。すなわち前記範囲以下では実質的なコイル導体の幅とＬの差が小さく効果が明確では無い。Ｈの上限は特性上からは特に無いが、工業的に容易に作成可能な条件からＨ＜１００ｔ程度となる。またＨ≧０．５Ｌであることが好ましく、断面が矩形の場合には実質的なコイル導体の実質的な幅は２Ｌ以上となり、抵抗値を５０％以上下げることが可能である。
【００１１】
上には特に製造しやすく特性の良いコイル導体の断面形状を凸状のＵ字形断面としたが、一般的には三角形、Ｕ字形凹状、波形等も可能である。例えば上記Ｈ≧０．５Ｌを満足する三角形の場合には実質的なコイル導体の幅は１．４Ｌ以上となり、抵抗値を３０％以上下げることができる。
一般的にはコイル導体の幅方向の断面においてコイル導体に沿って測定した長さをｌとしたときｌ＞Ｌ（これはＨ＞ｔに等しい）、好ましくはｌ≧１．４Ｌにするように定める。
これらを満足する他の形態を図４に示す。Ｈが０．５Ｌと仮定する。図４（ａ）は、導体が台形をなす場合でありｌは２Ｌに近い。
図４（ｂ）は半円形の断面を有する場合であり、特性は図４（ａ）の例よりは落ちるがｌは約１．５Ｌとなる。なお幅方向の断面における導体層が更に裾部が幅ｗを有すると、Ｌに対するｌの割合いが小さくなるのでｗ＜Ｌ／１０に抑えるべきである。他の例でも同様である。
図４（ｃ）は図４（ａ）において絶縁凸部の台形の一方の側面にコイル導体が形成されていない例である。この場合にはｌが約１．５Ｌになる。従ってできるだけ側面にも導体を施すべきである。
図４（ｄ）は図４（ａ）において台形の両方の側面が半分程度コイル導体が形成されていない場合である。この例もｌが約１．５Ｌとなる。
図４（ｅ）は絶縁凸部の代わりに絶縁層に谷間を形成して、そこにコイル導体層３０を形成したものである。これは図４（ａ）を上下反転した構造であり、同じ効果が得られることは明白である。幅ｗの裾部については上記の注意が必要である。
【００１２】
また高周波において表皮効果の影響を受けないためにはｔは表皮深さの２倍以下、好ましくは１．５倍以下、特に好ましくは１倍以下である。具体的にはｔ≦５μmであることが好ましい。前記範囲以上では高周波において抵抗値が増加してしまう。ｔの下限値は特に限定はないが０．１μm以上が好ましい。
なお表皮深さｄsは、比抵抗をρ、真空の透磁率をμ0、動作周波数をｆとすると以下の式で示される。
ds ＝（ρ／πｆμ0）0.5
例えば、比抵抗1.78×10-8Ωｍの銅コイルでは、５００ＭＨｚでは約３μmとなる。
【００１３】
本発明の薄膜コイル部品を製造するには、コイル形成の前の工程において基体表面に凸形状を形成しておくことが必要となる。この形状は従来公知の各種の方法が適用可能である。例えば基板製造時に凹凸のある金型を用い成形したり、基板をレーザーやバイト等で加工することでも可能である。
特に好ましい凸形状の形成方法は有機物樹脂、例えばフォトレジストを利用する方法である。基体上に、フォトレジストを塗布、パターニングした後に、レジストを熱硬化することで良好な絶縁性を示しかつ所望の凸形状を得ることが可能である。フォトレジストとしてはノボラック樹脂やポリイミド樹脂が特に好ましい。
また非感光性の樹脂、例えばポリイミド樹脂を用いてパターニングすることも可能である。この場合には、塗布した上から感光性のフォトレジストを塗布し、マスクを通して露光を行う。フォトレジストを現像液でパターニングする際に、適当なアルカリ現像を用いることでレジストが溶解された直下の非感光性樹脂も同時に溶解させパターニングされる。
このように特にフォトレジストを用いることで、特に精度の高いパターニングが可能となり、小型薄膜コイル部品として抵抗値のばらつきの小さなものを製造することが容易となる。
【００１４】
なお、本発明の薄膜コイル部品において、コイルの全ての部分の断面がＵ字形である必要は無く、部分的には従来同様の矩形断面を有しても一向に差し支えないことは図４で説明した通りである。また図４（ｅ）に示したような凹形状は、凸形状とほぼ同等の工程で基体上に形成可能である。例えばフォトレジストを用い凸部を平行に２つ形成し、その間に出来る凹部を用いる。
【００１５】
コイルの材料は導電性の高い材料である銅、金、銀、白金、アルミニウム等の金属または、これらを主成分とする合金から選ばれる。特に好ましい材料は銅である。
【００１６】
また本発明のコイル部品のコイル構造は、スパイラル、ミアンダーはもちろん０．５ターンコイルとも呼べる１本の導体ストライプであっても適用可能である。さらに本発明のコイルを絶縁層を介して２層以上積層することも可能である。
【００１７】
本発明の薄膜コイル部品には、磁性体を併用することも可能である。例えば基体としてフェライト基板を用いることや、磁性薄膜をコイルの上下に形成することで磁気コアとして利用することも可能である。もちろん、高周波で使用するためには公知の各種の高比抵抗で渦電流損失の小さな磁性体を用いることが必要である。
【００１８】
本発明に用いる基板は各種の公知材料、例えばガラス、マセライト、フェライト、ポリカーボネート等が使用可能である。
【００１９】
（実施例および比較例）
以下、本発明の実施例、比較例を用いて詳細に説明する。
０．７ｍｍ厚、３インチφガラス基板上にノボラックフォトレジストを塗布したのち、マスクを通じて紫外線露光、現像を行い、ライン１５μm、スペース１０μmの凸部パターンを形成した。この後、真空中で熱処理を行いフォトレジストパターンを熱硬化し有機物絶縁層パターンとした。なお熱処理温度の昇温パターンは常温から１２５℃まで１時間かけて昇温、１２５℃で１時間保持、２１０℃までさらに１時間をかけて昇温、２１０℃で１時間保持、さらに３５０℃までに１時間をかけて昇温、３５０℃で１時間保持した後、常温まで徐冷した。このように階段的に温度上昇を行うことでレジストのレベリングが起こり、パターンの角がなだらかとなる。これにより、コイル層の成膜の際になお、３５０℃熱処理後にはレジスト層厚は熱処理前の７０％にまで収縮していた。
【００２０】
この凸形状が形成された基板上に下地導電膜成膜、フォトリソグラフ法によるパターン形成の後にコイル導体の幅Ｌが１５μmの電気銅めっきによる導電体層を形成した。すなわち本実施例における形状は図４（ａ）である。レジスト剥離、下地膜除去を行い、薄膜コイル部品を得た。表１に示す各種のＨ、ｔの試料を作製し、直流抵抗と５００ＭＨｚにおける抵抗を測定した。結果を表１に示す。
【００２１】
また、別途、平行する２本のフォトレジストの間の凹部上に、形成し、断面を凹形状としたコイルを形成した。この場合にはレジストラインの間隔が１０μmとし、コイル導体の幅Ｌは１５μmとした。すなわちコイル導体の断面から見ると凹形状であり、底の部分が１０μmの長さがある。
以上の結果から本発明の薄膜コイルは直流抵抗が低く、かつ高周波でも低抵抗が維持される効果は明らかである。
【００２２】
【表１】
0004332243.tif 000002
【００２３】
【発明の効果】
以上のように、本発明によると、簡単な工程で製造可能な、高周波においても抵抗増加の無い、低抵抗の薄膜コイル部品を提供するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の薄膜インダクタの断面図を示す。
【図２】従来の薄膜インダクタの上面図を示す。
【図３】本発明の薄膜コイルの断面図を示す。
【図４】本発明の各種の形態の薄膜コイルの断面図を示す。
【図５】従来の薄膜インダクタの断面図を示す。
【図６】従来の薄膜コイルの断面図を示す。
【符号の説明】
１０  基板
２０  絶縁層（レジスト又は凸部）
３０  導電体層
【図１】
0004332243.tif 000003
【図２】
0004332243.tif 000004
【図３】
0004332243.tif 000005
【図４】
0004332243.tif 000006
【図５】
0004332243.tif 000007
【図６】
0004332243.tif 000008