JP2008251590A - インダクタンス部品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電気めっき工程において、コイルパターンなどのめっき膜の膜厚および品質ばらつきを抑制するとともに高均質なコイルパターンが形成できるインダクタンス部品の製造方法を提供することを目的としている。
【解決手段】導電性を有する基板８の上に、枠状空隙部１２と、この枠状空隙部１２の内側に配置した螺旋状空隙部２０とを有する絶縁樹脂層１０を形成する工程と、枠状空隙部１２、螺旋状空隙部２０および前記絶縁樹脂層１０の上に下地導体層１６を形成し、基板８から給電する電気めっきによって金属層１４を形成する工程と、絶縁樹脂層１０の上面まで金属層１４を研磨してコイル部２６を形成するとともに、チップ状のインダクタンス部品を連結する複数の枠状ポスト部７を形成する工程を含む構成とする。
【選択図】図４

Description

本発明は各種電子機器等に用いるインダクタンス部品の製造方法に関するものである。

各種電子機器に用いられるインダクタンス部品は高密度実装の観点から小型化および薄型化のチップコイルが望まれている。これを実現するために、セラミックグリーンシートを用いた積層工法によって所望のコイルパターンを形成し、セラミック材料で絶縁しながら積層することによってコイル部を形成し、両端面に端子電極を形成したものがある（例えば、特許文献１参照）。また、小型化と電気特性である高いＱ値とインダクタンス値を有するチップコイルを実現するためには高占積率を有するコイルパターンを形成する必要があり、このような構成を有するインダクタンス部品の製造方法としては、フォトリソ工法とめっき工法を組み合わせてコイルパターンを形成し、樹脂材料にて絶縁しながら積層することによって積層構造のコイルパターンを形成したコイル部品の製造方法が知られている（特許文献２参照）。
特開平１１−２６２４１号公報 特開２００６−１７３１５９号公報

しかしながら、前記従来の構成であるフォトリソ工法とめっき工法を組み合わせて作製するインダクタンス部品の製造方法では、スパッタ法などを用いて形成した金属薄膜を介して電気めっきの給電を行ってコイルパターンなどの形成を行うことから、異なった形状の基板を用いたり、大判サイズの基板を用いて電気めっきを行うと、給電ポイントの位置、間隔または距離をどのように配置するかによって、基板内におけるコイルパターンなどのめっき膜の膜厚および品質のばらつきが発生するという課題を有していた。

本発明は前記課題を解決するもので、電気めっき工程において、コイルパターンなどのめっき膜の膜厚および品質ばらつきを抑制するとともに高均質なコイルパターンの形成方法を実現することができるインダクタンス部品の製造方法を提供することを目的としている。

前記従来の課題を解決するために、本発明は、導電性を有する基板の上に互いに隣接する複数の枠状空隙部と、前記枠状空隙部の内側に配置した螺旋状空隙部とを有する絶縁樹脂層を形成する工程と、前記枠状空隙部および前記螺旋状空隙部および前記絶縁樹脂層の上に下地電極層を形成するとともに前記基板から給電する電気めっきによって金属層を形成する工程と、前記絶縁樹脂層の上面まで前記金属層を研磨して、前記螺旋状空隙部に螺旋状金属からなるコイル部を形成するとともに、前記枠状空隙部にチップ状のインダクタンス部品を連結する複数の枠状ポスト部を形成する工程を少なくとも含む構成とするものである。

本発明のインダクタンス部品の製造方法は、コイルパターンを形成するためのめっき膜の形成を導電性を有する基板から給電することによって、基板の形状あるいは基板の大きさによるめっき膜の形成条件に影響されることなく、高均質なコイルパターンなどの電気めっき膜を形成することができるインダクタンス部品の製造方法を提供することができる。

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１におけるインダクタンス部品の製造方法について図面を参照しながら説明する。

図１は本発明の実施の形態１におけるインダクタンス部品の一例であるチップコイルの斜視図であり、図２は導電性を有する基板の上に形成した複数のチップコイルが枠状ポスト部によって連結された状態を説明するための上面図、図３は図２のＡ部の内層部における拡大図であり、図４（ａ）〜図４（ｆ）はチップコイルの製造方法を説明するための断面工程図である。

図１〜図３において、本発明の実施の形態１におけるインダクタンス部品は、チップ状のコイル部品であって、端子電極２のみを表出させるとともに、金属からなる電極材料以外の構成材料が感光性樹脂材料などの有機材料からなる方形状の素体１と、この素体１の内部に埋設した渦巻状金属３からなるコイル部４とを備えており、素体１は感光性樹脂を硬化させた感光性樹脂硬化物からなる絶縁樹脂層１０で積層して形成している。そして、図２に示すように導電性を有する基板８の上に形成した複数のチップコイル６が枠状ポスト部７によって連結された状態でチップ状のインダクタンス部品を作製することを特徴としている。

また、コイル部４の最外周の渦巻状金属３と素体１の側面との最小距離（端面マージン）は５〜５０μｍとし、コイル部４の最大径は５〜１５０μｍとし、複数の積層した絶縁樹脂層１０からなる素体の高さは５０μｍ〜１ｍｍとしている。

次に、図４を用いて前記のチップコイル６の製造工程を詳細に説明する。

このチップコイル６は、図２および図３に示したように、導電性を有する基板８の上に電気めっき法を用いて基板８から給電しながら導電部となるコイルパターンなどを電気めっき法で形成するとともに、複数のチップコイル６を互いに連結した状態で一括して複数個形成し、最終的に枠状ポスト部７で連結された複数のチップコイル６を分離し、個片化してチップ状のコイル部品を製造することを特徴とするものである。

まず始めに、例えば厚みが０．２〜１．０ｍｍのシリコンウエハからなる基板８を準備する。この基板８は電気めっきの給電体として用いることから、低い導電性を有していることが好ましい。これに用いる基板８としては生産性、入手性の観点からシリコン基板が好ましい。通常、半導体部品などに用いるシリコン基板の固有抵抗としては１０〜１０^-3Ωｃｍが知られており、入手も比較的容易である。特に、４〜１２インチサイズの前記厚みを有するシリコン基板を用いて、膜厚および膜質の安定しためっき膜を形成することができるシリコン基板としては１．０Ωｃｍ以下の導電性を有するシリコン基板を用いることが好ましい。このシリコン基板にはｐ型とｎ型があるが、どちらを用いても構わない。

次に、図４（Ａ）に示すように前記基板８に、フォトリソグラフィ工法により、所定の空隙部を有する絶縁樹脂層１０を形成する。この絶縁樹脂層１０は、感光性樹脂を硬化させた透明な感光性樹脂硬化物からなり、これに用いる絶縁樹脂としてはエポキシ系、フェノール系、ポリイミド系等の樹脂を用いることが好ましい。そして、フォトリソグラフィ工法により所定形状に加工するが、一般的なフォトリソグラフィ工法で用いるレジスト材料とは異なり、最終的なチップコイル６の素体１を構成する樹脂であるため、一般的には静電気が発生しやすいので、静電気の発生を抑制した樹脂を選択したり、静電気を発散する構成を付加したりしてもよい。

また、所定の空隙部は、互いに隣接する複数の枠状空隙部１２と、この枠状空隙部１２の内側に配置した電極用空隙部１３とからなり、この枠状空隙部１２の内側にチップコイル６を形成し、この枠状空隙部１２に複数のチップコイル６を連結するための枠状ポスト部７を形成する。

この枠状空隙部１２および電極用空隙部１３および絶縁樹脂層１０の上には基板８から給電しながら電気めっき法を用いて金属層１４を形成する。基板８から給電するとき、電気めっきの条件としてはＶ−Ｉ特性でめっき膜の製膜速度が決められる。従って、基板８の電気抵抗が金属などに比較して大きいときには電流値を所定の条件に設定する必要があることから印加する電圧は高く印加する必要がある。このように印加する電圧を最適化することによって、基板８の裏面より均一に電流が流れることから、基板８の大きさによる製膜条件の不均一性が無くなり、均一な厚みと均質な電気めっきによるめっき膜を形成することができる。

これに対して、ガラス基板などの上に金属薄膜からなる下地導体層１６を形成し、この下地導体層１６を給電ポイントとして電気めっきを行う方法では膜厚および膜質のばらつきが大きかった。この膜厚のばらつきがあると、後工程における研磨工程での平坦性に影響を与えるとともにコイルパターンなどの膜厚ばらつきが発生しやすくなるといった問題が発生する。また、膜質がばらつくと電気特性に悪影響を及ぼす。

そして、この金属層１４には無電解めっき工法またはスパッタまたは蒸着工法等により形成した下地導体層１６を設けているが、下地導体層１６を形成しないで金属層１４を形成することも可能である。この下地導体層１６を設けることによって、さらに基板８の面内における電気めっきによる金属層１４の製膜がより均一に行うことができるものであり、適宜選択すればよい。

また、下地導体層１６は導電性に優れた金属材料が好ましく、特に銅が好ましい。これは基板８との密着性と導電性の観点から好ましい。

また、下地導体層１６の厚みは１０〜１０００ｎｍの範囲が好ましい。１０ｎｍより薄くなると基板８の表面を均一に覆うことが困難となり、膜厚と平坦性の観点から問題がある。また、１０００ｎｍを超えると製膜時間がかかり、生産性を低下させる。

その後、この金属層１４は、絶縁樹脂層１０の少なくとも上面まで研磨して、電極用空隙部１３に金属からなる電極１８を形成するとともに、枠状空隙部１２に金属からなる枠状ポスト部７を形成し、且つ、電極１８と枠状ポスト部７との絶縁を図っている。これによって、平坦性と寸法精度に優れた薄い金属材料からなる枠状ポスト部７および電極１８を形成することができる。

枠状ポスト部７の幅は１００μｍ以下（０を含まず）とすることが好ましい。

枠状ポスト部７の幅が１００μｍを超えるとエッチングに必要な時間が長くなり生産性を低下させるのと、基板８の一枚あたりの取り数が低下することから好ましくない。そして、特に１０〜１０００μｍの範囲が好ましい。１０μｍよりも狭くするとフォトリソ加工が難しくなる。

次に、図４（Ｂ）に示すようにフォトリソ工法を用いて所定の空隙部を有する絶縁樹脂層１０をさらに積層して形成する（絶縁樹脂層形成工程（Ｂ））。

この空隙部は、互いに隣接する複数の枠状空隙部１２と、この枠状空隙部１２の内側に配置した螺旋状空隙部２０と、スルホール用空隙部２２とからなり、この枠状空隙部１２は、電極形成工程（Ａ）で形成した枠状空隙部１２に重なるように形成している。

次に、図４（Ｃ）に示すように枠状空隙部１２、螺旋状空隙部２０、スルホール用空隙部２２、絶縁樹脂層１０の上に基板８から給電しながら電気めっき法によって金属層１４を形成する（金属層形成工程（Ｃ））。

そして、この金属層１４は、無電解めっき工法、スパッタまたは蒸着工法等により形成した下地導体層１６を有し、この下地導体層１６の上に基板８より給電しながら電気めっき工法により形成している。この工程においては、下地導体層１６は平面状に螺旋状のコイルパターンを形成することが必要であることから、この下地導体層１６を形成しておくことが、特に好ましい。

次に、図４（Ｄ）に示すように螺旋状金属２４からなる２層のコイル部２６を形成する（コイル部形成工程（Ｄ））。これによって、小型のチップコイルの微細なコイルパターンを高精度に形成することができる。

この工程において、金属層形成工程（Ｃ）で形成した金属層１４は絶縁樹脂層１０の少なくとも上面まで研磨し、螺旋状空隙部２０に螺旋状金属２４からなるコイル部２６を形成し、枠状空隙部１２に金属からなる枠状ポスト部７を形成し、スルホール用空隙部２２に金属からなるスルホール２８を形成し、且つコイル部２６と枠状ポスト部７との絶縁を図っている。

さらに、絶縁樹脂層形成工程（Ｂ）、金属層形成工程（Ｃ）を繰り返し、２層のコイル部２６を形成しており、この２層のコイル部２６、電極１８とは、スルホール２８により導通させている。

なお、ここでは２層のコイル部２６からなる積層構造としているが、このコイル部２６はインダクタンス値によって決定するものであり、任意の積層数とすることによって所定のインダクタンス値を設計することができる。

次に、図４（Ｅ）に示すように、さらに上面に絶縁樹脂層１０を形成するとともに、フォトリソグラフィ工法により所定の空隙部を有する絶縁樹脂層１０を形成して絶縁保護層とする（保護層形成工程（Ｅ））。

この空隙部は、互いに隣接する複数の枠状空隙部１２からなり、この枠状空隙部１２は、絶縁樹脂層形成工程（Ｂ）で形成した枠状空隙部１２に重なるように形成している。

次に、図４（Ｆ）に示すように枠状空隙部１２に形成した枠状ポスト部７に形成した金属のみをエッチング剤により溶融して除去することによって、枠状ポスト部７により互いに連結された複数のチップコイル６を分離するとともに、基板８からエッチングによってチップコイル６を剥離して（溶剤やアルカリ等で溶融して）個片化する（分離工程（Ｆ））。

このようにして、素体１は、電極形成工程（Ａ）、絶縁樹脂層形成工程（Ｂ）、保護層形成工程（Ｅ）による積層された絶縁樹脂層１０で形成され、この素体１の下面または側面には電極１８が配置され、素体１にはコイル部２６が埋設されることとなる。

この製造方法において、金属層１４はＣｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｎｉあるいは金属の合金等の良導電性金属が好ましい。また、その下地導体層１６としてＣｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｔｉ等の絶縁樹脂層１０との密着性の高い金属が好ましく、無電解めっき工法、スパッタまたは蒸着工法等で形成することが好ましい。

また、絶縁樹脂層１０は感光性樹脂を硬化させた透明な感光性樹脂硬化物からなる。この絶縁樹脂層１０は、エポキシ系、フェノール系、ポリイミド系等の樹脂を用いて、フォトリソグラフィ工法により所定形状に加工するが、一般的なフォトリソグラフィ工法で用いるレジストとは異なり、最終的なチップコイル６の素体１を構成する樹脂であるため、一般的には静電気が発生しやすいので、静電気の発生を抑制した樹脂を選択したり、静電気を発散する構成を付加したりしてもよい。

研磨方法は、ＣＭＰスラリーを用いたＣＭＰ（ケミカルメカニカルポリッシング）研磨を用いるとよい。金属層１４をＣＭＰ研磨によりエッチングしながら、金属のみを選択的に研磨するので、精度が向上する。その他の研磨方法としては、ダイヤモンドスラリー、アルミナスラリーを用いた機械的研磨を用いてもよいが、精度の点でＣＭＰ研磨よりも不利である。金属層１４として、エッチングに適さないものを用いた場合は、その部分の研磨を機械的研磨で行ってもよい。

上記構成により、複数のチップコイル６は金属からなる枠状ポスト部７で予め互いに連結されており、この金属をエッチング剤により溶融して除去し、枠状ポスト部７で互いに連結された複数のチップコイル６を分離するので、チップコイル６に切断応力が発生しにくい。すなわち、チップコイル６の変形を抑制して、チップコイル６を製造することができる。

また、フォトリソグラフィ工程で枠状ポスト部７、螺旋状金属２４を形成し、応力が発生しにくい個片化工程を行うため、チップコイル６の端面からの端面マージン（Ｗ）を極小化でき、チップコイル６のサイズを最大限に生かした導体位置精度の良い設計が可能である。そのため、チップコイル６のサイズが、例えば１００５、０６０３等の小型になればなるほど端面からの端面マージン（Ｗ）の影響が大きくなり、チップ特性、例えばチップインダクタの場合はインダクタンス値およびＱ値を、従来工法に比べより高特性にできる。

また、特に、枠状空隙部１２および絶縁樹脂層１０上に金属層１４を形成し、この金属層１４を絶縁樹脂層１０の少なくとも上面まで研磨して、枠状空隙部１２にチップコイル６を連結する金属からなる枠状ポスト部７を形成するので容易に枠状ポスト部７を形成できる。

また、枠状空隙部１２は略方形状にするとともに内周角部を弧状にすることも可能であり、このような形状を有するチップコイル６は、実装面に対して垂直な面が互いに隣接して形成される角部を略弧状にすることができる。これにより、パーツフィーダ等で複数のチップコイル６を実装機に供給する際、互いのチップコイル６が接触し合っても、チップコイル６の角部が略弧状なので、滑らかに供給可動させ、チップコイル６の割れや欠けを抑制できる。一方、実装面に対して垂直な面と平行な面が互いに隣接して形成される角部は略直角状に形成しているので、実装時には、チップ立ちを抑制できる。なお、枠状空隙部１２の内周角部を面取り形状やその他の形状にすることも上記方法によれば容易である。

そして、この製造方法にて作製したチップコイルは形状が長さ；１．００×幅；０．５０×厚み；０．３０（１００５サイズ）で８．４ｎＨのインダクタンス値を有するチップコイルを作製できた。

また、絶縁樹脂層１０はフォトリソグラフィ工法により形成するので、導体位置精度、チップ寸法精度等が容易に高精度に形成できる。

さらに、金属層１４は、無電解めっき工法またはスパッタまたは蒸着工法等により形成した下地導体層１６を有し、この下地導体層１６上に電解めっき工法により形成することにより、密度を大きくしたコイル部２６を容易に形成できる。

以上のように本発明にかかるインダクタンス部品の製造方法は、小型、薄型化のチップ状のインダクタンス部品を一括して高均質に作製することができることから、高密度実装を必要とする各種電子機器に適用できる。

本発明の実施の形態１におけるチップコイルの斜視図 複数連結された同チップコイルの平面図 図２のＡ部の拡大平面図 同チップコイルの製造工程を示す工程図

符号の説明

１ 素体
２ 端子電極
３ 渦巻状金属
４ コイル部
６ チップコイル
７ 枠状ポスト部
８ 基板
１０ 絶縁樹脂層
１２ 枠状空隙部
１３ 電極用空隙部
１４ 金属層
１６ 下地導体層
１８ 電極
２０ 螺旋状空隙部
２２ スルホール用空隙部
２４ 螺旋状金属
２６ コイル部
２８ スルホール

Claims (6)

1. 導電性を有する基板の上に互いに隣接する複数の枠状空隙部と、前記枠状空隙部の内側に配置した螺旋状空隙部とを有する絶縁樹脂層を形成する工程と、前記枠状空隙部および前記螺旋状空隙部および前記絶縁樹脂層の上に下地電極層を形成するとともに前記導電性を有する基板から給電する電気めっきによって金属層を形成する工程と、前記絶縁樹脂層の上面まで前記金属層を研磨して、前記螺旋状空隙部に螺旋状金属からなるコイル部を形成するとともに、前記枠状空隙部にチップ状のインダクタンス部品を連結する複数の枠状ポスト部を形成する工程を含むインダクタンス部品の製造方法。
2. 導電性を有する基板として導電率が１．０Ωｃｍ以下のシリコン基板を用いた請求項１に記載のインダクタンス部品の製造方法。
3. 枠状ポスト部の幅を１００μｍ以下とした請求項１に記載のインダクタンス部品の製造方法。
4. 下地電極層の厚みを１０〜１０００ｎｍとした請求項１に記載のインダクタンス部品の製造方法。
5. 金属層の主成分を銅または銀とした請求項１に記載のインダクタンス部品の製造方法。
6. 絶縁樹脂層は、感光性樹脂を硬化させた感光性樹脂硬化物からなる請求項１に記載のインダクタンス部品の製造方法。

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