JP2004260017A

JP2004260017A - 薄膜型コモンモードチョークコイル及びコモンモードチョークコイルアレイ

Info

Publication number: JP2004260017A
Application number: JP2003050124A
Authority: JP
Inventors: Tomokazu Ito; 知一伊藤; Takakiyo Kudo; 孝潔工藤; Makoto Otomo; 誠大友
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2003-02-26
Filing date: 2003-02-26
Publication date: 2004-09-16

Abstract

【課題】ＧＨｚ近傍の伝送信号の高速伝送が可能で、超小型の薄膜型コモンモードチョークコイル及びコモンモードチョークコイルアレイを提供する。
【解決手段】磁性基板１上に絶縁層、導体層を厚み方向に積み重ねた積層構造体で、少なくとも２個のコイル導体を形成し、そのうち少なくとも２層の導体層５，７はスパイラル形状の導体パターンであり、該スパイラル形状の導体パターンは導体幅（Ｗ_１）としたとき、Ｗ_１≦３６μｍである。また、前記スパイラル形状の導体パターンの導体厚（Ｔ）と導体間スペース（Ｗ_２）の関係をＷ_２＜Ｔ×２とする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜型コモンモードチョークコイル及びコモンモードチョークコイルアレイに係り、とくに平衡伝送方式で問題となっている電磁妨害の原因となるコモンモード電流の抑制に使用されるフィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、チップ型のコモンモードチョークコイルとしては、積層タイプが知られている。この部品はフェライト等の磁性体シート表面にコイル導体パターンが形成されて第１コイルを形成する第１コイル用磁性シートと、同様な第２コイル用磁性シートを交互に積層した構造である。
【０００３】
また、薄膜工法を使用したものとして、下記特許文献１に示されたコモンモードチョークコイルが知られている。この部品は磁性基板上に薄膜工法で引き出し電極を形成し、その後順次、絶縁層、第１コイル導体、絶縁層、第２コイル導体、絶縁層を薄膜工法を用いて形成し、その上面より磁性基板で挟み込んだ構造である。
【０００４】
【特許文献１】特開平８−２０３７３７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来積層タイプでは、第１コイル、第２コイル導体間に磁性体シートが存在し、コモンモードチョークコイルとして使用する場合には２個のコイルの磁気的結合が低下し特性上問題となる。
【０００６】
また、前記特許文献１の薄膜工法を使用した薄膜タイプのコモンモードチョークコイルは、２個のコイル導体間は非磁性の絶縁層であり、上下から磁性基板により挟み込んでいる為、磁気的結合の問題点は解決されている。
【０００７】
しかしながら、最近の平衡伝送線路においてはＧＨｚ近傍の伝送信号の高速伝送が必要となっており、この高速伝送に対応できない。
【０００８】
この高速伝送化の対策としては、数点挙げられる。
【０００９】
第１としては、特性インピーダンスの整合が挙げられる。この整合が重要なことは伝送回路上の公知事項である。
【００１０】
第２として、磁気的結合のより一層の改善が挙げられる。但し、この改善には構造的に限界がある。
【００１１】
第３の対策としては、導体間の静電容量の低下が挙げられる。但し、この静電容量を低くするために単に導体間スペースを大きくしたのでは形状の大形化を招く。
【００１２】
本発明は、上記の点に鑑み、ＧＨｚ近傍の伝送信号の高速伝送が可能で、超小型の薄膜型コモンモードチョークコイル及びコモンモードチョークコイルアレイを提供することを目的とする。
【００１３】
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。
【００１４】
【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の発明に係る薄膜型コモンモードチョークコイルは、磁性基板上に絶縁層、導体層を厚み方向に積み重ねた積層構造体で、少なくとも２個のコイル導体を形成し、そのうち少なくとも２層の導体層はスパイラル形状の導体パターンであり、該スパイラル形状の導体パターンは導体幅（Ｗ_１）が
Ｗ_１≦３６μｍ
であることを特徴としている。
【００１５】
本願請求項２の発明に係る薄膜型コモンモードチョークコイルは、請求項１において、前記スパイラル形状の導体パターンの導体厚（Ｔ）と導体間スペース（Ｗ_２）の関係を
Ｗ_２＜Ｔ×２
としたことを特徴としている。
【００１６】
本願請求項３の発明に係る薄膜型コモンモードチョークコイルは、請求項１又は２において、前記スパイラル形状の導体パターンが、薄膜で形成された下地導体とその上の厚付け導体とからなり、該厚付け導体がＣｕめっき層であることを特徴としている。
【００１７】
本願請求項４の発明に係る薄膜型コモンモードチョークコイルは、請求項３において、前記下地導体の下層がＣｒで上層がＣｕであるか、あるいは下層がＴｉで上層がＣｕであることを特徴としている。
【００１８】
本願請求項５の発明に係る薄膜型コモンモードチョークコイルは、請求項３又は４において、前記スパイラル形状の導体パターン表面がＮｉめっき膜で覆われていることを特徴としている。
【００１９】
本願請求項６の発明は、請求項１，２，３，４又は５において、前記積層構造体の上面を磁性材料で覆ったことを特徴としている。
【００２０】
本願請求項７の発明は、請求項１，２，３，４又は５において、前記積層構造体の上面に別の磁性基板を貼り付けたことを特徴としている。
【００２１】
本願請求項８の発明は、請求項１，２，３，４，５，６又は７の薄膜型コモンモードチョークコイルを複数個含んだ薄膜型コモンモードチョークコイルアレイであることを特徴としている。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る薄膜型コモンモードチョークコイル及びコモンモードチョークコイルアレイの実施の形態を図面に従って説明する。
【００２３】
図１及び図２は本発明の実施の形態であって、図１は薄膜型コモンモードチョークコイルを構成する場合の分解斜視図、図２は外観の斜視図である。実際の作製時は複数個の部品を同時に基板上で作製するが、本実施の形態では１素子分で説明する。
【００２４】
これらの図に示す様に、外形がチップ型の薄膜型コモンモードチョークコイルは、第１磁性基板１の主面上に絶縁層２、第１引き出し電極層３、絶縁層４、第１コイル導体層（スパイラル形状コイル導体パターン）５、絶縁層６、第２コイル導体層（スパイラル形状コイル導体パターン）７、絶縁層８、第２引出し電極層９、絶縁層１０、第２磁性基板１１の順で積層一体化して構成されている。前記第１コイル導体層５と第２コイル導体層７とは磁気的結合する配置であり、両導体層５，７にディファレンシャルモードの電流が流れたときは磁束が打ち消し合い、コモンモードの電流が流れたときは磁束が加算されるようになっている。
【００２５】
この時、第１引出し電極層３と第１コイル導体層５、第２引出し電極層９と第２コイル導体層７はそれぞれスルーホール４ａ，８ａを介して電気的に接続されている。また、各引き出し電極層の一端と各コイル導体層の一端はそれぞれ外部電極１５（図２のようにチップ外周表面に形成される）に接続される。
【００２６】
前記磁性基板１，１１は焼結フェライト、複合フェライト等であり、絶縁層２，４，６，８，１０はポリイミド樹脂，エポキシ樹脂等の絶縁性に優れ，加工性の良い材料である。
【００２７】
スパイラル形状コイル導体パターンである第１コイル導体層５と第２コイル導体層７の導体幅と伝送信号の減衰特性の関係は図３に示す通りである。図３中、曲線ａは導体幅４５μｍ、導体間スペース２０μｍ、曲線ｂは導体幅３６μｍ、導体間スペース１３μｍ、曲線ｃは導体幅１２μｍ、導体間スペース１２μｍの場合のディファレンシャルモード減衰特性（ｄＢ）の周波数特性であり、スパイラル形状導体幅が細くなることでデータ伝送減衰特性が向上している。また、図３から、伝送信号のカットオフ周波数（減衰−３ｄＢ）を２．４ＧＨｚ（８００ＭＨｚ伝送×３）以上とする為には導体幅を３６μｍ以下に細くすることが有効となる。従って、第１及び第２コイル導体層５，７の導体幅Ｗ_１が
Ｗ_１≦３６μｍ
である事が高速伝送化にとって大きな効果があるといえる。
【００２８】
また、この時導体幅の減少で直流抵抗増加が発生するが、その減少を抑えるため導体厚を増加する必要がある。導体厚を増加するためには、真空成膜／エッチング工法では導体厚さＴの２倍のサイドエッチングが発生し、導体厚を厚くした場合、導体間スペースがＴ×２以上となり現実的に導体を厚くすることは困難である（導体間スペースが広くなり、スパイラル形成面積が広域である必要がある）。
【００２９】
これはスパイラル形状のコイル導体層５，７を電気めっき（アディティブ法）で形成することで改善される。そして、スパイラル形状の導体厚と導体間スペースを以下の関係とすることが可能であり、少ないスペースに厚いスパイラル形状のコイル導体層５，７が形成可能である。
Ｗ_２＜Ｔ×２
【００３０】
上記条件のスパイラル形状のコイル導体層５，７をめっきで形成する手順は以下の通りである。
【００３１】
図４（Ａ）のように、絶縁層４，６上に真空成膜法（スパッタ等）で下地導体膜２０を成膜する。この時、下地導体膜２０は絶縁層４，６の樹脂との密着性及び後の電気めっきを考慮するとＣｒ／Ｃｕ（下層がＣｒ、上層がＣｕ）又はＴｉ／Ｃｕが好ましい。
【００３２】
その膜上にフォトレジスト２１を塗布する。この時のフォトレジスト２１はこの後に電気めっきするスパイラル形状導体厚より厚く塗布することが好ましい。
【００３３】
次に、スパイラル形状導体パターンとするために必要なパターンを有したフォトマスクを使用して露光し、レジスト２１を現像することにより、図４（Ｂ）のレジストパターンが形成される。つまり、スパイラル形状に合致させて下地導体膜２０を露出させる。
【００３４】
次に、図４（Ｃ）のように、既に成膜した下地導体膜２０を電極とし厚付け導体２２の電気めっきを行う。この時レジスト２１のパターンがダムとなり、スパイラル形状に電気めっきが形成される。
【００３５】
次に、図４（Ｄ）のように、電気めっき後不要となったレジストを剥離し、さらに図４（Ｅ）のようにスパイラル形状めっき部で形成された厚付け導体２２以外の下地導体膜２０をエッチングにより除去する。これにより、スパイラル形状のコイル導体層５，７が完成する。
【００３６】
この厚付け導体に使用する電気めっき金属は、めっき性、コスト、電気伝導度等を考慮するとＣｕが好ましい。
【００３７】
また、電気めっきにて形成したＣｕの厚付け導体２２上に耐腐食性や上層に塗布する樹脂の密着性を考慮し、図４（Ｆ）のようにＮｉめっきで覆うことも効果的である。
【００３８】
次に薄膜型コモンモードチョークコイルの製造手順を図１を参照し説明する。第１磁性基板１上に絶縁層２を形成する。形成方法としては、スピンコート法、ディップ法、スプレー法、印刷法が採用される。
【００３９】
次に、絶縁層２上に導体を成膜し、フォトリソグラフィー法により第１引出し電極層３を形成する。成膜工法はスパッタ、蒸着、めっき等が採用される。フォトリソグラフィー工法は感光性のレジストを使用し、露光現像後、不要金属部分をエッチングしその後レジストを剥離する。
【００４０】
次に、絶縁層４を形成する。形成工法は絶縁層２と同様であるが、引出し電極層３とスパイラル形状の第１コイル導体層５との接続の為、フォトリソグラフィー工法を使用しスルーホール４ａを現像により形成する。このスルーホール４ａにより引き出し電極層３と第１コイル導体層５とが電気的に接続される。
【００４１】
次にスパイラル形状の第１コイル導体５の成膜、パターンニングを行うが工法は図４で述べた通り、電気めっき工法（アディティブ法）を使用する。
【００４２】
次に、絶縁層６を絶縁層２と同様工法で形成し、その上に、スパイラル形状の第２コイル導体７の成膜、パターンニングを行う。第１コイル導体５と同様である。
【００４３】
次に、絶縁層８を絶縁層４と同様工法で形成し、第２引出し電極層９とスパイラル形状の第２コイル導体層７との接続の為、フォトリソグラフィー工法を使用しスルーホール８ａを現像により形成する。
【００４４】
次に、第２引出し電極層９を第１引き出し電極層３と同様工法で形成する。
【００４５】
次に、絶縁層１０を絶縁層２と同様工法で形成し、その上に、第２磁性基板１１を貼り付ける。
【００４６】
上記は１素子分図での説明であるが、実際は複数個同時に基板上で作製される。この基板上で作製されたものを１素子形状に切断後、図２のように外部電極１５を形成しコモンモードチョークコイルが完成する。
【００４７】
こ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。
【００４８】
（１）２層のスパイラル形状の導体パターンである第１及び第２コイル導体層５，７は導体幅（Ｗ_１）が
Ｗ_１≦３６μｍ
であり、図３からわかるように伝送信号のカットオフ周波数を２．４ＧＨｚ以上にすることが可能であり、高速伝送に対応できる。
【００４９】
（２）図４に示した電気めっき工法（アディティブ法）を使用して下地導体膜２０上に厚付け導体２２を形成することで、前記スパイラル形状のコイル導体層５，７の導体厚（Ｔ）と導体間スペース（Ｗ_２）の関係を
Ｗ_２＜Ｔ×２
とすることが可能であり、導体間スペースを小さくしてスパイラル形状の小型化（小面積化）を図ることができる。
【００５０】
（３）下地導体膜２０の下層がＣｒで上層がＣｕであるか、あるいは下層がＴｉで上層がＣｕであるため、絶縁層の樹脂との付着性が良好であり、Ｃｕの厚付け導体２２の電気めっきに好適である。
【００５１】
（４）スパイラル形状のコイル導体層５，７表面をＮｉめっき膜で被覆することにより、耐腐食性を良好にし、上層に塗布する樹脂の絶縁層の密着性を良好にすることが可能である。
【００５２】
図５は本発明の他の実施の形態であって、薄膜型コモンモードチョークコイルアレイを作製した例を示す。この場合、前記実施の形態のコモンモードチョークコイルの構成を第１磁性基板１上に２個並べて形成している。この構成では、２０１０タイプ（縦２ｍｍ、横１ｍｍ、厚さ１ｍｍ）のコモンモードチョークコイルアレイを実現できる。なお、前記実施の形態と同一又は相当部分に同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００５３】
各実施の形態において、第２磁性基板を貼り付ける代わりに、磁粉含有の樹脂等の磁性材料を塗布等で設けて覆う構造としてもよい。
【００５４】
以上本発明の実施の形態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。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ＧＨｚ近傍の伝送信号の高速伝送が可能で、超小型の薄膜型コモンモードチョークコイル及びコモンモードチョークコイルアレイを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態であって薄膜型コモンモードチョークコイルを構成する場合の分解斜視図である。
【図２】前記実施の形態の外観を示す斜視図である。
【図３】コモンモードチョークコイルのディファレンシャルモード減衰特性を示すグラフである。
【図４】前記実施の形態におけるスパイラル形状の導体パターンの形成工程を示す説明図である。
【図５】本発明の他の実施の形態であって薄膜型コモンモードチョークコイルアレイを構成する場合の分解斜視図である。
【符号の説明】
１，１１磁性基板
２，４，６，８，１０絶縁層
３，９引き出し電極層
５，７コイル導体層
２０下地導体膜
２１レジストパターン
２２厚付け導体

Claims

磁性基板上に絶縁層、導体層を厚み方向に積み重ねた積層構造体で、少なくとも２個のコイル導体を形成し、そのうち少なくとも２層の導体層はスパイラル形状の導体パターンであり、該スパイラル形状の導体パターンは
導体幅（Ｗ_１）が
Ｗ_１≦３６μｍ
であることを特徴とする薄膜型コモンモードチョークコイル。
前記スパイラル形状の導体パターンの導体厚（Ｔ）と導体間スペース（Ｗ_２）の関係を
Ｗ_２＜Ｔ×２
とした請求項１記載の薄膜型コモンモードチョークコイル。
前記スパイラル形状の導体パターンが、薄膜で形成された下地導体とその上の厚付け導体とからなり、該厚付け導体がＣｕめっき層である請求項１又は２記載の薄膜型コモンモードチョークコイル。
前記下地導体の下層がＣｒで上層がＣｕであるか、あるいは下層がＴｉで上層がＣｕである請求項３記載の薄膜型コモンモードチョークコイル。
前記スパイラル形状の導体パターン表面がＮｉめっき膜で覆われている請求項３又は４記載の薄膜型コモンモードチョークコイル。
前記積層構造体の上面を磁性材料で覆った請求項１，２，３，４又は５記載の薄膜型コモンモードチョークコイル。
前記積層構造体の上面に別の磁性基板を貼り付けた請求項１，２，３，４又は５記載の薄膜型コモンモードチョークコイル。
請求項１，２，３，４，５，６又は７の薄膜型コモンモードチョークコイルを複数個含んだ薄膜型コモンモードチョークコイルアレイ。