JP2007128952A - ３次元構造のコイル体及びその製造方法、並びに磁気センサ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製造が容易で、小型化が可能であり、製造コストの低減化及び製品精度の向上を図る。
【解決手段】本発明に係る３次元構造のコイル体３は、基板２上に絶縁層７，１３を形成し、絶縁層７，１３に切欠部９，１５，１６を一度に形成した後、切欠部９，１５，１６に導電体１１，１８を充填する工程を複数層に渡って繰り返し行うことにより、各絶縁層７，１３の導電体１１，１８同士を連結可能なように構成されていることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、磁気センサ等のコアを囲繞するように設けられた３次元構造のコイル体及びその製造方法、並びに磁気センサ及びその製造方法に関する。

一般に、磁気センサやアンテナ等において、大バルクハウゼンジャンプ現象を起こしうる素子や超伝導素子等から成るコアの周りには、コイルが設けられている。そして、この種の従来のコイルとしては、基板上に平面状に形成され、ピックアップ用コイルとして使用されるものが知られている（例えば、特許文献１，２，３参照）。

しかし、このような平面タイプのコイルでは、実質的にコイルの一部分しか有効に使用することができないため、不経済であると共に、小型化が図り難く、また、感度が低く、ノイズの影響を受け易いといった問題があった。さらに、この種のコイルを一般的なエッチングによって製造する従来の方法では、導電体部分の厚みを大きくすることに限界があり、インピーダンスの低減も図り難いといった問題があった。

そこで、近年、これらの問題を解決するため、コアを巻回するように立体型に形成された３次元構造のコイル体とその製造方法が提案されている（例えば、特許文献４参照）。
特開２００１−１９４１８１号公報 特開２００４−３２５３４４号公報 ＷＯ２００５／０１９７７６号公報 特開２００５−１８４０９９号公報

しかしながら、上記した従来の３次元構造のコイル体及びその製造方法では、立体型コイルを形成させるために、基板に対して溝と貫通孔をそれぞれ別々に形成させる必要があったため、製造に非常に手間が掛かり、製造コストの低減化が図り難いといった問題があった。

また、製造工数が多く、製造作業が煩雑となるため、製品精度を高めることが難しく、製品の小型化にも限界があった。

本発明は、上記した課題を解決すべくなされたものであり、製造が容易で、小型化が可能であり、製造コストの低減化及び製品精度の向上を図ることができる３次元構造のコイル体及びその製造方法、並びに磁気センサ及びその製造方法を提供することを目的とする。

上記した目的を解決するため、本発明に係る３次元構造のコイル体は、基板上に絶縁層を形成し、該絶縁層に切欠部を一度に形成した後、該切欠部に導電体を充填する工程を複数層に渡って繰り返し行うことにより、前記各絶縁層の導電体同士を連結可能なように構成されていることを特徴とする。

そして、前記絶縁層は、熱可溶性レジストであり、前記切欠部は、加熱された型を前記絶縁層にプレスすることにより形成可能となっていてもよい。

また、前記絶縁層は、ポジ型のレジストであり、前記切欠部は、マスクを通して前記絶縁層に光を照射することにより形成可能となっていてもよい。

さらに、前記絶縁層は、光重合反応性の流動状レジストであり、前記切欠部は、常温の型を前記絶縁層にプレスすることにより形成可能となっていてもよい。

また、本発明に係る３次元構造のコイル体の製造方法は、基板上に絶縁層を形成し、該絶縁層に切欠部を一度に形成した後、該切欠部に導電体を充填する工程を複数層に渡って繰り返し行うことにより、前記各絶縁層の導電体同士を連結することを特徴とする。

そして、熱可溶性レジストから成る絶縁層に対して加熱された型をプレスすることにより、前記絶縁層に前記切欠部を形成してもよい。

また、ポジ型のレジストから成る絶縁層に対してマスクを通して光を照射することにより、前記絶縁層に前記切欠部を形成してもよい。

さらに、光重合反応性の流動状レジストから成る絶縁層に対して常温の型をプレスすることにより、前記絶縁層に前記切欠部を形成してもよい。

さらに、本発明に係る磁気センサは、基板上に絶縁層を形成し、該絶縁層に切欠部を一度に形成した後、該切欠部に導電体を充填する工程を複数層に渡って繰り返し行う間において、別の絶縁層上にコアを配置する工程を行うことにより、３次元構造のコイル体の内部にコアを配置可能となっていることを特徴とする。

さらにまた、本発明に係る磁気センサの製造方法は、基板上に絶縁層を形成し、該絶縁層に切欠部を一度に形成した後、該切欠部に導電体を充填する工程を複数層に渡って繰り返し行う間に、別の絶縁層上にコアを配置する工程を行い、３次元構造のコイル体の内部にコアを配置することを特徴とする。

本発明によれば、絶縁層毎に切欠部を一度で形成することができるため、３次元構造のコイル体及び磁気センサの製造作業が簡略化され、製造コストの低減化を図ることができる。また、工数の削減に伴い、製品精度を高めることができると共に、集積化が可能となり、製品の量産を図ることができる。

さらに、コイル体全体を有効に利用することができるため、製品の小型化を図ることができると共に、ノイズを低減し、感度を高めることができる。さらにまた、３次元構造とすることにより、コイル体の断面積を広く取ることができるため、インピーダンスを低減することができると共に、磁気センサの設計の自由度を高めることができる等、種々の優れた効果を得ることができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。

先ず、図１を参照しつつ、本発明の実施の形態に係る３次元構造のコイル体及び磁気センサについて説明する。ここで、図１は本発明の実施の形態に係る３次元構造のコイル体及び磁気センサを示す斜視図である。

この磁気センサ１は、平板状の基板２と、基板２上に鉛直方向に立体渦巻状に形成された３次元構造のコイル体３と、該コイル体３の内部に形成された薄板状のコア４とから構成されている。

基板２は、例えば、シリコンやガラス製で、３次元構造のコイル体３は、例えば、銅製であり、コイル体３の両端部には、第１接続端子部５、第２接続端子部６がそれぞれ形成されている。また、コア４としては、磁性体の他、大バルクハウゼンジャンプ現象を起こしうる素子、超伝導素子、磁気抵抗素子、ホール素子等であってもよい。

次に、図２〜図１８を参照しつつ、本発明の第１の実施の形態に係る３次元構造のコイル体及び磁気センサの製造方法について説明する。ここで、図２〜図１８は、それぞれ、本発明の第１の実施の形態に係る３次元構造のコイル体及び磁気センサの製造方法の各工程を示す斜視図である。

先ず、図２の基板２上に、絶縁層として、図３に示すように熱可溶性レジストを塗布し、下層７を形成し、この下層７に対して、上方から、図４の加熱された下層用型８を、図５に示すようにプレスする。この状態において、下層用型８及び下層７を冷却した後、図６に示すように、下層用型８を下層７から取り除き、その下層７に、切欠部として溝９を一度に形成する。

そして、図７に示すように、下層７上に銅メッキし、溝９に銅材を充填した後、図８及び図９に示すように、メッキ部分の不要部分１０を取り除き、下層側導電体１１を形成する。このように下層側導電体１１を形成した下層７上に、図１０に示すように、絶縁層としてレジストを塗布し、中間層１２を形成し、この中間層１２にコア４を成膜する（図１１参照）。

次いで、コア４を成膜した中間層１２上に、さらに絶縁層として、図１２に示すようにレジストを塗布し、上層１３を形成し、この上層１３に対して、上方から、図１３の加熱された上層用型１４を、図１４に示すようにプレスする。この状態において、上層用型１４及び上層１３を冷却した後、図１５に示すように、上層用型１４を上層１３から取り除き、その上層１３に、切欠部として溝１５及び貫通孔１６を一度に形成する。

そして、図１６に示すように、上層１３上に銅メッキし、溝１５及び貫通孔１６に銅材を充填した後、図１７及び図１８に示すように、メッキ部分の不要部分１７を取り除き、第１及び第２接続端子部５，６を有する上層側導電体１８を形成する。

この結果、貫通孔１６に充填された銅材により連結部１９が形成され、連結部１９によって上層側導電体１８と下層側導電体１１とが接続され、図１に示す３次元構造のコイル体３及び磁気センサ１が形成される。

次に、主に、図１９〜図２４、図２５及び図２６を参照しつつ、本発明の第２の実施の形態に係る３次元構造のコイル体及び磁気センサの製造方法について説明する。ここで、図１９〜図２４は、それぞれ、本発明の第２の実施の形態に係る３次元構造のコイル体及び磁気センサの製造方法の各工程を示す斜視図、図２５は本実施の形態に係る３次元構造のコイル体及び磁気センサの製造方法において使用する第１上層マスクを示す平面図、図２６は本実施の形態に係る３次元構造のコイル体及び磁気センサの製造方法において使用する第２上層マスクを示す平面図である。なお、以下の説明においては、説明の簡略化のため、上記した第１の実施の形態の場合と同様の製造工程については、上記した第１の実施の形態の説明において使用した図面と同一の図面、図２，３，７〜１２，１６〜１８を使用し、それらの工程に関する詳細な説明は省略する。

先ず、図２の基板２上に、絶縁層として、図３に示すように、光の照射時間を変化させ
ることで切欠深さを制御可能なタイプのポジ型のレジストを塗布し、下層７を形成し、この下層７の上方に、図１９に示すように、下層マスク２１をセットし、下層マスク２１の上方から下層７に向ってＸ線を照射する。下層マスク２１には、下層側導電体２２のコイルパターンに対応して孔２３が形成されているため、Ｘ線はその孔２３を通って下層７を照射し、一度の照射で下層７に切欠部として溝２４を形成する。

そして、上記した第１の実施の形態の場合と同様に、図７〜図１２に示すように、下層７に下層側導電体１１を形成すると共に、中間層１２にコア４を成膜し、この中間層１２の上にさらに上層１３を形成する。

次いで、図２１に示すように、この上層１３の上方に、第１上層マスク２５と第２上層マスク２６を第２上層マスク２６が第１上層マスク２５の上方に位置するように重合してセットする。

この場合、第１上層マスク２５には、図２５に示すように、コイルパターンに対応して、それぞれ斜め平行に複数個（図２５では、１７個）のスリット孔２７が開口されている。そして、一方側（図２５では左側）のスリット孔２７の端部には、第１接続端子部５に対応して矩形孔２８ａが開口され、他方側（図２５では右側）のスリット孔２７の端部から各スリット孔２７の外側を横切るように一方の端部側に向って延出する直線孔２９の端部には、第２接続端子部６に対応して矩形孔２８ｂが開口されている。

一方、この第２上層マスク２６には、図２６に示すように、第１上層マスク２５のスリット孔２７に対応する位置に、それぞれ、スリット孔３０が開口されている。そして、これらの各スリット孔３０の両端部３０ａ，３０ｂの開口幅は、第１上層マスク２５のスリット孔２７の開口幅より広く、該両端部間の孔３０ｃの開口幅は、第１上層マスク２５のスリット孔２７の開口幅より狭く、スリット孔２７の１／３の幅に設定されている。また、第２上層マスク２６には、第１上層マスク２５の矩形孔２８ａ，２８ｂ及び直線孔２９に対応する位置に、それぞれ、小孔３１ａ，３１ｂ及び３２が所定間隔を置いて不連続に開口されており、各小孔３１ａ，３１ｂ及び３２の開口幅は、スリット孔３０の両端部間の孔３０ｃの開口幅と同一且つ各小孔３１ａ，３１ｂ及び３２間の幅の１／２となるように設定されている。

そして、このように重合してセットされた第１及び第２上層マスク２５，２６の上方から、図２２に示すように、上層１３に向ってＸ線を照射する。その後、図２３及び図２４に示すように、第１上層マスク２５に対して第２上層マスク２６を、第２上層マスク２６のスリット孔３０の両端部間の孔３０ｃの開口幅分ずつ、横方向（図中の矢印方向）にずらし、それぞれの状態で所定時間、Ｘ線を照射する。この結果、上層１３に対するＸ線の照射時間は、第２上層マスク２６のスリット孔３０の両端部３０ａ，３０ｂに対応する部分３３が、それ以外の孔３０ｃ、小孔３１ａ，３１ｂ及び３２に対応する部分３４の３倍となるため、深さの異なる貫通孔と溝が、両端部３０ａ，３０ｂに対応する部分３３と孔３０ｃ、小孔３１，３２に対応する部分３４にそれぞれ一度に形成される。

そして、上記した第１の実施の形態の場合と同様に、図１６〜図１８に示すように、上層側導電体１８を形成し、連結部１９により上層側導電体１８と下層側導電体１１とを接続し、図１に示す３次元構造のコイル体３及び磁気センサ１を形成する。

なお、上記した第２の実施の形態において使用した下層マスク２１、第１上層マスク２５及び第２上層マスク２６の形状や数は単なる例示に過ぎず、絶縁層に形成されるコイルパターンに応じて各種変更が可能である。

次に、図２〜図１８を参照しつつ、本発明の第３の実施の形態に係る３次元構造のコイル体及び磁気センサの製造方法について説明する。なお、以下の説明においては、上記した第１の実施の形態の説明において使用した図面と同一の図面、図２〜１８を使用して説明し、上記した第１の実施の形態の場合と同様の製造工程については、説明の簡略化のため、詳細な説明を省略する。

先ず、図２の基板２上に、絶縁層として、図３に示すように光重合反応性の流動状レジストを塗布し、下層７を形成し、この下層７に対して、図４の光を透過可能な常温の下層用型８を、図５に示すようにセットし、その上方から光を照射する。これによって、下層７は硬化し、その後、図６に示すように、下層用型８を下層７から取り除き、その下層７に、切欠部として溝９を一度に形成する。

その後、上記した第１の実施の形態の場合と同様に、図７〜図１２に示すように、下層７に下層側導電体１１を形成すると共に、中間層１２にコア４を成膜し、この中間層１２の上にさらに上層１３を形成する。

次いで、図１３に示すように、この上層１３に対して、図１３の光を透過可能な常温の上層用型１４を、図１４に示すようにセットし、その上方から光を照射する。これによって、上層１３は硬化し、その後、図１５に示すように、上層用型１４を上層１３から取り除き、その上層１３に、切欠部として溝１５及び貫通孔１６を一度に形成する。

そして、上記した第１の実施の形態の場合と同様に、図１６〜図１８に示すように、上層側導電体１８を形成し、連結部１９により上層側導電体１８と下層側導電体１１とを接続し、図１に示す３次元構造のコイル体３及び磁気センサ１を形成する。

このように、上記した各実施の形態によれば、深さの異なる溝や貫通孔等の切欠部を絶縁層毎に一度に形成することができるため、３次元構造のコイル体及び磁気センサの製造作業が簡略化され、製造コストの低減化を図ることができる。また、製造工数の削減に伴い、製品精度を高めることができると共に、集積化が可能となり、製品の量産を容易に行うことができる。さらに、コイル体全体を有効に利用することができるようになるため、製品の小型化を図ることができると共に、ノイズを低減し、感度を高めることができる。さらにまた、３次元構造とすることにより、コイル体の断面積を広く取ることができるため、インピーダンスを低減することができ、磁気センサの設計の自由度を高めることもできる。

なお、上記した各実施の形態では、コア４及び中間層１２を設置しているが、これは単なる例示に過ぎず、本発明は、コア４及び中間層１２のないコイル体３に適用することも可能である。

本発明の実施の形態に係る３次元構造のコイル体及び磁気センサを示す斜視図である。 本発明の第１の実施の形態に係る３次元構造のコイル体及び磁気センサの製造方法を示す斜視図である。 本発明の第１の実施の形態に係る３次元構造のコイル体及び磁気センサの製造方法を示す斜視図である。 本発明の第１実施の形態に係る３次元構造のコイル体及び磁気センサの製造方法を示す斜視図である。 本発明の第１の実施の形態に係る３次元構造のコイル体及び磁気センサの製造方法を示す斜視図である。 本発明の第１の実施の形態に係る３次元構造のコイル体及び磁気センサの製造方法を示す斜視図である。 本発明の第１の実施の形態に係る３次元構造のコイル体及び磁気センサの製造方法を示す斜視図である。 本発明の第１の実施の形態に係る３次元構造のコイル体及び磁気センサの製造方法を示す斜視図である。 本発明の第１の実施の形態に係る３次元構造のコイル体及び磁気センサの製造方法を示す斜視図である。 本発明の第１の実施の形態に係る３次元構造のコイル体及び磁気センサの製造方法を示す斜視図である。 本発明の第１の実施の形態に係る３次元構造のコイル体及び磁気センサの製造方法を示す斜視図である。 本発明の第１の実施の形態に係る３次元構造のコイル体及び磁気センサの製造方法を示す斜視図である。 本発明の第１の実施の形態に係る３次元構造のコイル体及び磁気センサの製造方法を示す斜視図である。 本発明の第１の実施の形態に係る３次元構造のコイル体及び磁気センサの製造方法を示す斜視図である。 本発明の第１の実施の形態に係る３次元構造のコイル体及び磁気センサの製造方法を示す斜視図である。 本発明の第１の実施の形態に係る３次元構造のコイル体及び磁気センサの製造方法を示す斜視図である。 本発明の第１の実施の形態に係る３次元構造のコイル体及び磁気センサの製造方法を示す斜視図である。 本発明の第１の実施の形態に係る３次元構造のコイル体及び磁気センサの製造方法を示す斜視図である。 本発明の第２の実施の形態に係る３次元構造のコイル体及び磁気センサの製造方法を示す斜視図である。 本発明の第２の実施の形態に係る３次元構造のコイル体及び磁気センサの製造方法を示す斜視図である。 本発明の第２の実施の形態に係る３次元構造のコイル体及び磁気センサの製造方法を示す斜視図である。 本発明の第２の実施の形態に係る３次元構造のコイル体及び磁気センサの製造方法を示す斜視図である。 本発明の第２の実施の形態に係る３次元構造のコイル体及び磁気センサの製造方法を示す斜視図である。 本発明の第２の実施の形態に係る３次元構造のコイル体及び磁気センサの製造方法を示す斜視図である。 本発明の第２の実施の形態に係る３次元構造のコイル体及び磁気センサの製造方法において使用する第１上層マスクを示す平面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る３次元構造のコイル体及び磁気センサの製造方法において使用する第２上層マスクを示す平面図である。

符号の説明

１ 磁気センサ
２ 基板
３ ３次元構造のコイル体
４ コア
７ 下層
８ 上層用型
９ 溝
１１ 下層側導電体
１３ 上層
１４ 上層用型
１５ 溝
１６ 貫通孔
１８ 上層側導電体
２１ 下層マスク
２５ 第１上層マスク
２６ 第２上層マスク

Claims (10)

1. 基板上に絶縁層を形成し、該絶縁層に切欠部を一度に形成した後、該切欠部に導電体を充填する工程を複数層に渡って繰り返し行うことにより、前記各絶縁層の導電体同士を連結可能なように構成されていることを特徴とする３次元構造のコイル体。
2. 前記絶縁層は、熱可溶性レジストであり、前記切欠部は、加熱された型を前記絶縁層にプレスすることにより形成可能となっている請求項１に記載の３次元構造のコイル体。
3. 前記絶縁層は、ポジ型のレジストであり、前記切欠部は、マスクを通して前記絶縁層に光を照射することにより形成可能となっている請求項１に記載の３次元構造のコイル体。
4. 前記絶縁層は、光重合反応性の流動状レジストであり、前記切欠部は、光を透過可能な型を前記絶縁層にセットした状態で光を照射することにより形成可能となっている請求項１に記載の３次元構造のコイル体。
5. 基板上に絶縁層を形成し、該絶縁層に切欠部を一度に形成した後、該切欠部に導電体を充填する工程を複数層に渡って繰り返し行うことにより、前記各絶縁層の導電体同士を連結することを特徴とする３次元構造のコイル体の製造方法。
6. 熱可溶性レジストから成る絶縁層に対して加熱された型をプレスすることにより、前記絶縁層に前記切欠部を形成する請求項６に記載の３次元構造のコイル体。
7. ポジ型のレジストから成る絶縁層に対してマスクを通して光を照射することにより、前記絶縁層に前記切欠部を形成する請求項６に記載の３次元構造のコイル体。
8. 光重合反応性の流動状レジストから成る絶縁層に光を透過可能な型をセットした状態で光を照射することにより、前記絶縁層に前記切欠部を形成する請求項６に記載の３次元構造のコイル体。
9. 基板上に絶縁層を形成し、該絶縁層に切欠部を一度に形成した後、該切欠部に導電体を充填する工程を複数層に渡って繰り返し行う間において、別の絶縁層上にコアを配置する工程を行うことにより、３次元構造のコイル体の内部にコアを配置可能となっていることを特徴とする磁気センサ。
10. 基板上に絶縁層を形成し、該絶縁層に切欠部を一度に形成した後、該切欠部に導電体を充填する工程を複数層に渡って繰り返し行う間に、別の絶縁層上にコアを配置する工程を行い、３次元構造のコイル体の内部にコアを配置することを特徴とする磁気センサの製造方法。
    

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