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JP2005116708A - チップインダクタ及びその製造方法 - Google Patents

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JP2005116708A JP2003347440A JP2003347440A JP2005116708A JP 2005116708 A JP2005116708 A JP 2005116708A JP 2003347440 A JP2003347440 A JP 2003347440A JP 2003347440 A JP2003347440 A JP 2003347440A JP 2005116708 A JP2005116708 A JP 2005116708A
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Osami Kumagai
修美 熊谷
Toru Okawa
透 大川
Hidekazu Sato
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Abstract

【課題】 Q特性の向上を図ることができると共にインダクタンス値を所望値にすることができるチップインダクタ及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】 チップインダクタ1は、直方体状の素子2と、この素子2の長手方向の両端面に形成された一対の端子電極3,3とを備えている。素子2は、樹脂からなる素子本体部4と、該素子本体部4の内部に形成されたコイル状導体5とを備えている。コイル状導体5は、所定の巻数で巻回された導線9によって構成され、その巻軸方向Rが一方の端子電極3と他方の端子電極3とを結ぶ方向Lと略直交している。また、コイル状導体5の両端は、それぞれ端子電極3,3に接続されている。
【選択図】 図1


Description

本発明は、導線を巻回してなるコイルを内蔵したチップインダクタ及びその製造方法に関する。
一般に、導線を巻回してなるコイルが内蔵されたチップインダクタを製造する場合は、まず、導線を同一間隔で巻回して連続的なコイルを形成し、このコイルを未硬化状態の樹脂内に埋設する。そして、樹脂を硬化させた後切断してチップ状の素子を形成し、この素子の端面に一対の端子電極を形成する。
また、下記特許文献1には、線径0.5mmの導線を同一間隔で巻回してなる連続的なコイルをチップインダクタ単位に切断した後、切断されたコイル毎に樹脂を射出成形してチップ状の素子を形成し、該素子の端面に一対の端子電極を形成することによってチップインダクタを製造する旨が記載されている。
特開2001−52937号公報
近年、電子機器の小型化に伴ってチップインダクタも小型化傾向にある。そして、チップインダクタの大きさは、今や1005形状(長さ1.0mm、幅及び厚さ0.5mm)以下にまで小型化されている。このような小型化されたチップインダクタは、上記特許文献1に記載のチップインダクタに使用される線径0.5mmの導線を用いて製造することは不可能であり、より細い導線を用いることによって実現される。しかしながら、より細い導線を用いてチップインダクタを小型化したとしてもコイル面積が小さくなりQ特性が低下する。
また、上記従来の方法では、コイルの切断する位置によってインダクタンス値が変化するため、インダクタンス値を所望値とすることが非常に困難となる。
本発明は、上記従来技術の有する問題に鑑みてなされたものであり、Q特性の向上を図ることができると共にインダクタンス値を所望値にすることができるチップインダクタ及びその製造方法を提供することを目的とする。
本発明のチップインダクタは、導線が巻回されたコイル状導体を内部に有する樹脂成形チップと、樹脂成形チップの側面に形成され、コイル状導体の両端にそれぞれ接続された一対の端子電極と、を備え、コイル状導体の巻軸方向は、一対の端子電極を結ぶ方向と略直交することを特徴とするものである。
このような本発明に係るチップインダクタは、予め導線を任意の回数で巻いてコイル状導体を形成した後、該コイル状導体を樹脂成形し端子電極を形成するといった製造方法を採ることができる。したがって、所望のインダクタンス値となるようにコイル状導体を形成することができる。
また、チップインダクタは、一般に直方体状に形成され、該直方体の長手方向の側面に端子電極が形成される。本発明に係るコイル状導体ではその巻軸方向が、樹脂成形チップの側面に形成された一対の端子電極を結ぶ方向に略直交するように形成されている。このため、巻軸方向が端子電極を結ぶ方向と一致するようにコイル状導体を形成した場合に比べ、コイル面積を大きくすることができる。したがって、Q特性の向上を図ることができる。
コイル状導体の両端以外の部位は、樹脂成形チップを構成する樹脂の介在により端子電極と離隔しているのが好ましい。これにより、コイル状導体のフラックスに及ぼす影響を低減することができるため、さらなるQ特性の向上を図ることができる。
樹脂成形チップは、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂またはシリコン樹脂のいずれか一つの樹脂、あるいはこれらの樹脂にセラミック粉末を混合してなる樹脂によって構成されているのが好ましい。これにより、樹脂成形チップの表面が粗面化されるため、端子電極と樹脂成形チップとの接着強度を向上させることができる。
また、樹脂成形チップは、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂またはシリコン樹脂のいずれか一つの樹脂、あるいはこれらの樹脂にシリカ粉末を混合してなる樹脂によって構成されていてもよい。これにより、樹脂成形チップの誘電率を低下させることができるため、チップインダクタの周波数特性が向上し、高周波帯域まで対応させることが可能となる。
コイル状導体の巻回形状は、楕円形または略長方形であってもよい。チップインダクタは、一般に直方体状に形成されるため、コイル状導体の巻回形状を楕円形または略長方形とし、長径をチップインダクタの長手方向に沿うようにすることによって、コイル面積を大きくすることができる。
導線の線径は、40μm以下であるのが好ましい。本発明に係るチップインダクタでは、例えば線径が40μm以下の導線を用いて1005形状(長さ;1.0mm、高さと幅;0.5mm)以下の大きさとした場合であっても、Q特性を向上させることができると共に、インダクタンス値を所望値にすることができる。したがって、高性能で小型化されたチップインダクタを実現することができる。
本発明のチップインダクタの製造方法は、導線を巻回してコイル状導体を形成するコイル形成工程と、コイル状導体を未硬化状態の樹脂で覆った後、該樹脂を硬化して樹脂成形チップを得る樹脂成形工程と、樹脂成形チップにおける、コイル状導体の巻軸方向に略直交する側面に、コイル状導体の両端にそれぞれ接続される一対の端子電極を形成する電極形成工程と、を含むことを特徴とするものである。
本発明によれば、予め所望のインダクタンス値となるように導線を巻回してコイル状導体を形成するため、所望のインダクタンス値を有するチップインダクタを製造することができる。また、一般にチップインダクタは直方体状に形成され、該直方体の長手方向の側面に端子電極が形成される。本発明では、コイル状導体の巻軸方向が、樹脂成形チップの側面に形成された一対の端子電極を結ぶ方向に略直交するようにチップインダクタを形成する。したがって、巻軸方向が端子電極を結ぶ方向と一致するように形成されたコイル状導体に比べ、コイル面積を大きくすることができるためQ特性が向上される。
また、コイル形成工程において、導線を一定のピッチごとに巻回して、巻軸方向と略直交する方向に並列する複数のコイル状導体を形成し、樹脂成形工程において、複数のコイル状導体を未硬化状態の樹脂で覆った後、該樹脂を硬化して樹脂成形体を形成し、該樹脂成形体を隣り合うコイル状導体の間で切断してそれぞれ1個のコイル状導体を有する樹脂成形チップを形成するようにしてもよい。これにより、所望のインダクタンス値と良好なQ特性を有するチップインダクタを量産することができる。
樹脂成形工程において、コイル状導体を型枠内に配置し、型枠内の空間に未硬化状態の樹脂を充填して硬化することが好ましい。この場合、コイル状導体は静止した状態で樹脂成形されるため、コイル状導体に加わる力が低減される。したがって、線径の小さい導線を用いた場合であっても、コイル状導体の変形を防止することができ、各チップインダクタ間でのインダクタンス値のばらつきを低減することができる。
また、上述した複数のチップインダクタを製造する場合に際し、樹脂成形工程において、剥離可能な第1の平面シート上にコイル状導体を接着し、内側にコイル状導体が配置されるように型枠を設置した後、型枠内の空間に未硬化状態の樹脂を充填して硬化することによって樹脂成形体を形成し、切断工程において、樹脂成形体を、剥離可能な第2の平面シート上に移し替えて接着した後切断することが好ましい。このように、コイル状導体を第1の平面シートに接着、固定した状態で樹脂成形することにより、導線の線径が小さい場合であってもコイル状導体の変形を防止することができ、各チップインダクタ間でのインダクタンス値のばらつきを低減することができる。また、樹脂成形体を第2の平面シート上に接着させて固定することにより、樹脂成形体の移動が防止され所望の位置でより確実に切断することができる。したがって、各チップインダクタ間でのインダクタンス値のばらつきを低減することができる。
樹脂は、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂またはシリコン樹脂のいずれか一つ、あるいはこれらの樹脂にセラミック粉末を混合したものであることが好ましい。これにより、樹脂成形チップの表面が粗面化されるため、端子電極と樹脂成形チップとの接着強度を向上させることができる。
また、樹脂は、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂またはシリコン樹脂のいずれか一つ、あるいはこれらの樹脂にシリカ粉末を混合したものであってもよい。これにより、樹脂成形チップの誘電率を低下させることができるため、チップインダクタの周波数特性が向上し、高周波帯域まで対応させることが可能となる。
本発明によれば、小型化した場合のQ特性の向上を図ることができると共に、インダクタンス値を所望値とすることができるチップインダクタ及びその製造方法を提供することができる。
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において、同一または相当要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
図1(a)は、本発明の実施形態に係るチップインダクタの側面透視図であり、図1(b)は、図1(a)に示すチップインダクタの端面図である。チップインダクタ1は、直方体状の素子(樹脂成形チップ)2と、この素子2の長手方向の両端面に形成された一対の端子電極3,3とを備えている。素子2は、樹脂からなる素子本体部4と、該素子本体部4の内部に形成されたコイル状導体5とを備えている。
コイル状導体5は、導線9を所定の巻数で巻回して構成され、その巻軸方向Rが一方の端子電極3と他方の端子電極3とを結ぶ方向Lと略直交している。また、コイル状導体5の両端は、それぞれ端子電極3,3に接続されている。コイル状導体5の両端を含みコイル状導体5の巻回部分6と端子電極3,3とを連結する連結部7,7は、1ターン未満で巻かれた曲線状または直線状の非巻回部分となっている。なお、導線9としては、例えば、ポリアミドイミド樹脂等の絶縁樹脂で被覆された銅線(AIW線)などが用いられる。
また、コイル状導体5の両端以外の部位は、素子2を構成する樹脂が介在することによって端子電極3,3と離隔している。すなわち、導線9が巻回してコイル状となっている部位が端子電極3,3と離隔している。これにより、端子電極3,3に起因するコイル状導体5のフラックスへの影響が低減されるため、Q特性が向上される。
次に、図2〜図11を参照して、本実施形態に係るチップインダクタ1の製造方法について説明する。
図3に示すように、まず、一定のピッチで並列した複数の巻芯10を有する棒状の巻芯部材11を用意する。1つの巻芯部材11に設けられる巻芯10の数は、例えば50個である。また、巻芯10の断面形状は、例えば楕円形や長方形とする。断面形状が長方形の場合は、図4に示すように、例えば長径Mを340μm、短径Nを220μmに形成する。これにより、コイル状導体5の巻回形状を楕円形や長方形とすることができる。このため、円形や正方形とした場合に比べ、コイル面積を大きくとることができる。
次に、チップインダクタ1が所望のインダクタンス値となるように、導線9をそれぞれの巻芯10に連続的に巻回していき、巻軸方向と略直交する方向に並列する複数のコイル状導体5を形成する。この場合コイル状導体は、例えば、線径32μmの導線9を用い、1個あたりの巻回数は4.5ターンとする。このように、導線9の線形を40μm以下とすることによって、チップインダクタ1の大きさを1005形状以下に小型化した場合であってもQ特性を向上させることができると共にインダクタンス値を所望値にすることができる。こうして形成されたコイル状導体5の側面図を図2(a)に示す。また、図5は、図2(a)に示すコイル状導体5の斜視図である。
再び図3を参照して、導線9を巻芯10に巻回した後、コイル状導体5を剥離可能な平面シート12aに接着する。この場合、コイル状導体5を備えた状態の巻芯部材11を平面シート12aの表面に近づけ、板などの専用の治具を用いて巻芯部材11からコイル状導体5を引き離し、コイル状導体5を平面シート12a上に着接させる。この平面シート12aとしては、例えば、熱剥離シートやPETフィルムを基材としたUV剥離シートなどが表面に配されたものを用いる。そして、図6に示すように、巻芯部材11を平面シート12aから離し、各コイル状導体5から巻芯10をそれぞれ抜き取る。なお、コイル状導体5の高さHは、例えば270μm程度である。
図7は、平面シート12a上に複数のコイル状導体5が接着された状態の平面図である。なお、以下の図7〜図11では、説明のため、連続した8個のコイル状導体5からなるコイル部材5Aが8個連なった状態を示しているが、実際はより多数のコイル状導体5が平面シート12a上に配置される。図7に示すように、平面シート12a上には、複数の巻芯部材11を用いて、コイル部材5Aを一定間隔で並列させる。なお、巻芯部材11は、棒状には限定されず、複数の巻芯10が2次元的に配されたプレート状であってもよい。
次に、図8に示すように、コイル部材5Aよりも長さ、幅がやや大きいスリット(型枠)13aを複数有する金型13を、平面シート12a上のコイル部材5Aが各スリット13a内にそれぞれ位置するように設置する。このとき、スリット13aの深さは、コイル状導体5の高さHが上述のように270μmである場合、約300μm程度である。また、スリット13aの幅も約300μm程度である。
そして、図9に示すように、スリット13a内に未硬化状態の樹脂15を充填し、硬化させる。これにより、コイル部材5Aが内蔵された樹脂成形体16が形成される。この樹脂成形体16の側面透視図を図2(b)に示す。図2(b)に示すように、各コイル状導体5は樹脂15によって完全に覆われた状態となっている。このように金型13を用いることにより、コイル状導体5は静止した状態で樹脂成形されるため、コイル状導体5に加わる力が低減される。したがって、線径の小さい導線9を用いた場合であっても、コイル状導体5の変形を防止することができ、各チップインダクタ1間でのインダクタンス値のばらつきを低減することができる。
樹脂15としては、エポキシ樹脂やポリイミド樹脂やシリコン樹脂を始めとする熱硬化性樹脂や紫外線硬化性樹脂が望ましい。更に、このような熱硬化性樹脂や紫外線硬化性樹脂にセラミック粉末やシリカ粉末を混合するのがより望ましい。セラミック粉末を混合することにより、素子2の表面が粗面化され、端子電極3,3と素子2との接着強度を向上させることができる。また、シリカ粉末を混合させることによって、素子2の誘電率を低下させることができるため、チップインダクタ1の周波数特性が向上し、高周波帯域まで対応させることが可能となる。
図9に示す状態では、樹脂成形体16は平面シート12aから剥離された状態となっている。そしてこの状態から、図10に示すように、樹脂成形体16を剥離可能な平面シート12b上に移し替えて接着すると共に、平面シート12aと金型13を樹脂成形体16から外す。なお、金型13には、樹脂成形体16から外しやすいように予めスリット13aの表面に剥離剤として微量のシリコンオイル等を塗布しておく。また、平面シート12bは、平面シート12aと同様のものを使用する。このように剥離可能な平面シート12a,12bを用いることにより、導線9の線径が小さい場合であってもコイル状導体5の変形を防止することができると共に、樹脂成形体16を所望の位置でより確実に切断することができる。このため、各チップインダクタ1間でのインダクタンス値のばらつきを低減することができる。
次に、平面シート12b上の樹脂成形体16を、図11に示すように、隣り合うコイル状導体5の間に位置する非巻回部分(連結部7)でダイサーなどを用いて切断する。これにより、それぞれ1個のコイル状導体5を内蔵する複数の素子2が形成される。このように、本実施形態に係るチップインダクタの製造方法では、樹脂成形体16から素子2を得る場合、非巻回部分で切断すればよいため、切断位置に高い精度は要求されず、切断位置が多少ずれてもコイル状導体5のインダクタンス値に影響が及ぶことはない。したがって、切断によってインダクタンス値が変化してしまう事態が防止され、所望のインダクタンス値を有する素子2を確実に得ることができる。図2(c)は、図11に示す素子2の側面透視図である。図2(d)は、図2(c)に示す素子2の拡大図とその左側面透視図である。
次に、樹脂成形体16を切断して得られた素子2を平面シート12bから剥離し、図2(e)に示すように、素子2の長手方向の側面S,S(図2(d)参照)に端子電極3,3を形成する。側面S,Sは、コイル状導体5の巻軸方向に略直交する側面であり、端子電極3,3は、コイル状導体5の両端にそれぞれ接続されるように形成される。
端子電極3,3は、電子部品の端子電極の形成に一般的に用いられるものと同様の設備により形成することができる。すなわち、シリコンゴム板等の支持台に設けられた穴に各素子2を嵌合させた状態で側面に下地としての導電性ペーストを塗布した後硬化し、その表面に電気めっきを施すことにより形成することができる。導電性ペーストは、例えば銀を主成分とした熱硬化型樹脂または紫外線硬化型樹脂を使用する。また、電気めっきは、ニッケルと錫、銅とニッケルと錫、ニッケルと金、ニッケルとパラジウムと金、ニッケルとパラジウムと銀、ニッケルと銀などを用いるのが好ましい。
このような本実施形態に係るチップインダクタ1は、樹脂成形する前に、予め所望のインダクタンス値となるように導線9を巻回してコイル状導体5が形成される。このため、巻軸方向が端子電極3,3を結ぶ方向と一致するように形成されるコイル状導体のように、樹脂成形体からチップ状とする際の切断位置によりインダクタンス値が変化してしまうという事態が防止される。このため、インダクタンス値を容易且つ確実に所望値とすることができる。
また、チップインダクタ1は、長手方向の側面に端子電極3,3が形成され、コイル状導体5は、その巻軸方向が素子2の側面に形成された一対の端子電極3,3を結ぶ方向に略直交するように形成される。このため、巻軸方向が端子電極3,3を結ぶ方向と一致するようにコイル状導体5を形成した場合に比べ、コイル面積を大きくすることができる。したがって、Q特性の向上を図ることができる。Q特性が高いと高周波に対して抵抗が小さくなるため、信号の損失が低減される。
また、本発明に係るチップインダクタ1では、図2(e)に示すように、コイル状導体5の両端以外の部位が、素子2を構成する樹脂の介在によって端子電極3,3と離隔している。すなわち、コイル状導体5の巻回部分6が端子電極3,3と離隔している。このため、コイル状導体5のフラックスに及ぼす影響が低減され、Q特性が更に向上される。
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、図12(a)に示すように、コイル状導体5は導線9を疎に巻回して形成されていてもよい。また、図12(b)に示すように、コイル状導体5の巻回形状は楕円形であってもよい。更に、図12(c)に示すように、コイル状導体5は、導線9を二重巻きにした構造であってもよい。
以下、図13を参照して本発明のチップインダクタの実施例について説明する。
本実施例では、実施例として本発明に係るチップインダクタ、比較例としてコイル状導体の巻軸方向が一対の端子電極を結ぶ方向と一致するように形成されたチップインダクタを用い、それぞれについて周波数変化に伴うQ値(Q特性)の変化を測定した。尚、実施例及び比較例に係るチップインダクタのインダクタンス値及び形状は、共に8.2nH、0603形状(長さ;0.6mm、幅と高さ;0.3mm)とした。
以上のような条件下で測定した結果、図13に示すように、比較例よりも実施例の方が全体的にQ値が高いことが確認された。特に、携帯電話にて使用される周波数帯域である800〜2200MHzの範囲において、実施例が比較例よりも約10〜15高いQ値であることが確認された。
図1(a)は、本実施形態に係るチップインダクタの側面透視図であり、図1(b)は、図1(a)に示すチップインダクタの端面図である。 本実施形態に係るチップインダクタの製造工程を示す図である。 本実施形態に係るチップインダクタの製造工程を示す図である。 本実施形態に係るチップインダクタの巻回形状を示す図である。 図2(a)に示すコイル状導体の斜視図である。 本実施形態に係るチップインダクタの製造工程を示す図である。 本実施形態に係るチップインダクタの製造工程を示す図である。 本実施形態に係るチップインダクタの製造工程を示す図である。 本実施形態に係るチップインダクタの製造工程を示す図である。 本実施形態に係るチップインダクタの製造工程を示す図である。 本実施形態に係るチップインダクタの製造工程を示す図である。 本実施形態に係るチップインダクタの他の形態を示す図である。 本発明の実施例に係る測定結果を示す図である。
符号の説明
1…チップインダクタ、2…素子(樹脂成形チップ)、3…端子電極、4…素子本体部、5…コイル状導体、9…導線、12a,12b…平面シート、13…金型、13a…スリット(型枠)、15…樹脂、16…樹脂成形体。

Claims (12)

  1. 導線が巻回されたコイル状導体を内部に有する樹脂成形チップと、
    前記樹脂成形チップの側面に形成され、前記コイル状導体の両端にそれぞれ接続された一対の端子電極と、を備え、
    前記コイル状導体の巻軸方向は、前記一対の端子電極を結ぶ方向と略直交することを特徴とするチップインダクタ。
  2. 前記コイル状導体の前記両端以外の部位は、前記樹脂成形チップを構成する樹脂の介在により前記端子電極と離隔していることを特徴とする請求項1記載のチップインダクタ。
  3. 前記樹脂成形チップは、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂またはシリコン樹脂のいずれか一つの樹脂、あるいはこれらの樹脂にセラミック粉末を混合してなる樹脂によって構成されていることを特徴とする請求項1または2記載のチップインダクタ。
  4. 前記樹脂成形チップは、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂またはシリコン樹脂のいずれか一つの樹脂、あるいはこれらの樹脂にシリカ粉末を混合してなる樹脂によって構成されていることを特徴とする請求項1〜3いずれか一項記載のチップインダクタ。
  5. 前記コイル状導体の巻回形状は、楕円形または略長方形であることを特徴とする請求項1〜4いずれか一項記載のチップインダクタ。
  6. 前記導線の線径は、40μm以下であることを特徴とする請求項1〜5いずれか一項記載のチップインダクタ。
  7. 導線を巻回してコイル状導体を形成するコイル形成工程と、
    前記コイル状導体を未硬化状態の樹脂で覆った後、該樹脂を硬化して樹脂成形チップを得る樹脂成形工程と、
    前記樹脂成形チップにおける、前記コイル状導体の巻軸方向に略直交する側面に、前記コイル状導体の両端にそれぞれ接続される一対の端子電極を形成する電極形成工程と、を含むことを特徴とするチップインダクタの製造方法。
  8. 前記コイル形成工程において、
    前記導線を一定のピッチごとに巻回して、巻軸方向と略直交する方向に並列する複数のコイル状導体を形成し、
    前記樹脂成形工程において、
    前記複数のコイル状導体を未硬化状態の樹脂で覆った後、該樹脂を硬化して樹脂成形体を形成し、該樹脂成形体を隣り合う前記コイル状導体の間で切断してそれぞれ1個の前記コイル状導体を有する前記樹脂成形チップを形成する、
    ことを特徴とする請求項7記載のチップインダクタの製造方法。
  9. 前記樹脂成形工程において、
    前記コイル状導体を型枠内に配置し、前記型枠内の空間に前記未硬化状態の樹脂を充填して硬化する、
    ことを特徴とする請求項7または8記載のチップインダクタの製造方法。
  10. 前記樹脂成形工程において、
    剥離可能な第1の平面シート上に前記コイル状導体を接着し、内側に前記コイル状導体が配置されるように型枠を設置した後、前記型枠内の空間に前記未硬化状態の樹脂を充填して硬化することによって前記樹脂成形体を形成し、
    前記切断工程において、
    前記樹脂成形体を、剥離可能な第2の平面シート上に移し替えて接着した後切断する、
    ことを特徴とする請求項8記載のチップインダクタの製造方法。
  11. 前記樹脂は、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂またはシリコン樹脂のいずれか一つ、あるいはこれらの樹脂にセラミック粉末を混合したものであることを特徴とする請求項7〜10いずれか一項記載のチップインダクタ。
  12. 前記樹脂は、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂またはシリコン樹脂のいずれか一つ、あるいはこれらの樹脂にシリカ粉末を混合したものであることを特徴とする請求項7〜10いずれか一項記載のチップインダクタ。
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