JP6594947B2

JP6594947B2 - コイル内蔵基板およびその製造方法

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Publication number: JP6594947B2
Application number: JP2017500594A
Authority: JP
Inventors: 修一毛塚; 邦明用水
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2015-02-18
Filing date: 2016-02-04
Publication date: 2019-10-23
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Description

本発明は高周波回路に用いられるコイルを内蔵するコイル内蔵基板およびその製造方法に関する。

従来、多層基板内にコイルを構成することによって、コイルを含む回路装置を薄型化した回路装置が、例えば特許文献１に示されている。多層基板内にコイルを設ける構成はチップコイルのような部品にも適用される。特許文献１に示されているように、コイル導体パターンを形成した絶縁基材を積層し、層間をビア導体で接続することによって、コイルを構成することは、コイル導体パターン同士の接続が１層毎の層間接続で行えるので、合理的である。

特開２００７−３１７８３８号公報

上述の、表面実装部品として構成されるコイルは、部品の同一面（実装面）に実装用の接続電極を形成する必要がある。上述のコイルは絶縁基材の積層方向にコイル巻回軸が向く実質的にヘリカル状のコイルである。そのため、コイルの第１端と実装面の第１接続電極とは短距離で、ビア導体を介して接続される。しかし、コイルの第２端と実装面の第２接続電極とは、多数の絶縁基材のそれぞれに形成されたビア導体を通って接続される構造となる。

しかし、層間接続導体として、導電性ペーストの固化により形成されるビア導体を用いた場合、層間接続導体の抵抗は大きい。これは、導電性ペーストを積層体の形成温度で固化させるため、導電性ペーストに用い得る材料が制限されるうえ、固化条件も制限され、金属粒子同士の導通パスを充分に確保することが容易ではないことに起因している。特に、上記コイルの第２端と実装面の第２接続電極との接続経路は非常に長くなることと、層間接続の個数が多くなることとで、上記導体抵抗の増大化が顕著に現れる。

また、導電性ペーストの固化により形成されるビア導体の積重数が多くなると、その部分の剛性が局部的に高くなるので、積層体内部に安定した各導体パターンを形成することが製造上さらに容易ではなくなる。

本発明の目的は、同一面に形成された２つの外部電極にコイルの両端をそれぞれ接続する構造を有するコイル内蔵基板において、それら接続部の導体抵抗の低減や信頼性向上に有効な構造を備えたコイル内蔵基板およびその製造方法を提供することにある。

（１）本発明のコイル内蔵基板は、導体パターンが形成された絶縁基材を含む複数の絶縁基材が積層されて、前記絶縁基材の積層体内に前記導体パターンにより形成されたコイルを備え、
前記導体パターンは、
前記複数の絶縁基材の面に形成されたコイル導体パターンと、
前記絶縁基材の積層方向に隣接するコイル導体パターンを層間接続する、導電性ペーストを固化させてなるコイル部層間接続導体と、
前記積層体の第１主面に形成された第１外部電極および第２外部電極と、
前記積層体の第１主面に近い側の、前記コイル導体パターン（前記コイルの第１端）と前記第１外部電極とを接続する第１外部電極接続導体と、
を含み、
前記コイルは前記絶縁基材の積層方向に巻回軸を有し、
前記積層体の第１主面から遠い側の、前記コイル導体パターン（前記コイルの第２端）と前記第２外部電極とを接続する第２外部電極接続導体を備え、
前記第２外部電極接続導体のうち前記絶縁基材の層間を接続する導体は、前記積層体を、前記絶縁基材の積層方向に貫通する貫通孔内に形成された金属膜であることを特徴とする。

上記構成によれば、積層体の第１主面から遠い側のコイル導体パターン（コイルの第２端）と第２外部電極とを接続する導体（経路長の長い導体）である第２外部電極接続導体のうち前記絶縁基材の層間を接続する導体は、積層体を積層方向に貫通する貫通孔内に形成された金属膜で構成されるので、導体抵抗が低減される。また、上記導体の信頼性が確保しやすい。

（２）前記絶縁基材は熱可塑性樹脂のシートであってもよい。絶縁基材が熱可塑性樹脂のシートであれば、加熱プレスによる積層体の成形時に樹脂流動が生じやすいが、上記第２外部電極接続導体は、導電性ペーストの固化により形成されるビア導体の積層体ではないので、すなわち積層時に形成されるものではないので、製造が容易である。

（３）本発明のコイル内蔵基板の製造方法は、
絶縁基材の面にコイル導体パターン、第１外部電極および第２外部電極を形成する工程と、
前記絶縁基材に穴をあける工程と、
前記穴に導電性ペーストを充填してコイル部層間接続導体および第１外部電極接続導体を形成する工程と、
前記コイル導体パターンまたは前記コイル部層間接続導体が形成された前記絶縁基材を含む複数の絶縁基材を積層する工程と、
積層された前記複数の絶縁基材を加熱プレスすることにより、前記絶縁基材の積層体を形成するとともに、前記導電性ペーストを固化させる工程と、
前記積層体に対し、前記絶縁基材の積層方向に、貫通孔を形成する工程と、
前記貫通孔内に金属膜を形成する工程と、を有し、
前記複数の絶縁基材の面に形成されたコイル導体パターンと、前記コイル部層間接続導体とで、前記絶縁基材の積層方向に巻回軸を有するコイルが構成され、前記積層体の第１主面に形成された第１外部電極と前記積層体の第１主面に近い側の前記コイル導体パターンとが第１外部電極接続導体で接続され、前記積層体の第１主面から遠い側の、前記コイル導体パターン（前記コイルの第２端）と前記第２外部電極とが第２外部電極接続導体で接続されることを特徴とする。

上記工程により、積層体の第１主面から遠い側のコイル導体パターン（コイルの第２端）と第２外部電極とを接続する導体（経路長の長い導体）である第２外部電極接続導体のうち前記絶縁基材の層間を接続する導体は、導電性ペーストの固化により形成されるビア導体の積層体ではないので、すなわち積層時に形成されるものではないので、製造が容易となる。また、貫通孔内の金属膜を厚くすることで容易に低抵抗化できる。

（４）上記（３）において、前記金属膜はめっき工法により形成されることが好ましい。このことにより、貫通孔内に金属膜を一括して容易に形成できる。また、金属膜の膜厚を容易に厚くすることができ、そのことで容易に低抵抗化できる。

（５）上記（３）または（４）において、前記絶縁基材は熱可塑性樹脂のシートであり、前記加熱プレスにより前記絶縁基材を接合させることが好ましい。このことにより、熱可塑性樹脂の流動圧着と同時に導電性ペーストの固化、接合も行われるので、製造が容易となる。

本発明によれば、同一面に形成された２つの外部電極にコイルの両端をそれぞれ接続する構造を有するコイル内蔵基板において、積層体の第１主面から遠い側のコイル導体パターン（コイルの第２端）と第２外部電極とを接続する導体（経路長の長い導体）である第２外部電極接続導体の導体抵抗が低減される。また、この第２外部電極接続導体の信頼性が確保しやすい。

図１は第１の実施形態に係るコイル内蔵基板の主要部を構成する複数の絶縁基材の分解斜視図である。図２は第１の実施形態に係るコイル内蔵基板１０１の斜視図である。図３（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は第１の実施形態に係るコイル内蔵基板１０１の製造工程を示す図である。図４（Ａ）（Ｂ）は、第２の実施形態に係るコイル内蔵基板１０２の製造工程を示す断面図である。図５は集合基板１０Ａの部分平面図である。図６は、第１の実施形態に係るコイル内蔵基板１０２の斜視図である。図７は第３の実施形態に係るコイル内蔵基板１０３の斜視図である。図８はコイル内蔵基板１０３の製造途中での集合基板１０Ａの部分平面図である。

以降、図を参照して幾つかの具体的な例を挙げて、本発明を実施するための複数の形態を示す。各図中には同一箇所に同一符号を付す。第２の実施形態以降では第１の実施形態と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点について説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については実施形態毎には逐次言及しない。

《第１の実施形態》
第１の実施形態では、表面実装型のチップコイル部品として構成されたコイル内蔵基板を例示する。

図１は第１の実施形態に係るコイル内蔵基板の主要部を構成する複数の絶縁基材の分解斜視図である。図２は本実施形態に係るコイル内蔵基板１０１の斜視図である。

コイル内蔵基板１０１は、導体パターンが形成された絶縁基材１１，１２，１３，１４が積層されることで構成される積層体１０を備える。この積層体１０内に導体パターンによるコイルが構成される。

上記導体パターンは次の導体を含む。

（ａ）絶縁基材１２，１３，１４，１５の面にそれぞれ形成されたコイル導体パターン２２，２３，２４，２５
（ｂ）絶縁基材１３，１４，１５にそれぞれ形成されたコイル部層間接続導体４３，４４，４５
（ｃ）絶縁基材１１の下面に（積層体１０の第１主面）に形成された第１外部電極３１および第２外部電極３２
（ｄ）積層体１０の第１主面（図１、図２における下面）に近い側の、コイル導体パターンと第１外部電極３１とを接続する第１外部電極接続導体４１，４２
上記コイル部層間接続導体４３，４４，４５、第１外部電極接続導体４１，４２はそれぞれ導電性ペーストにより形成される。

コイル部層間接続導体４３，４４，４５は、絶縁基材１３，１４，１５にそれぞれ形成されている。コイル部層間接続導体４３，４４，４５は、絶縁基材１１〜１５の積層方向に隣接するコイル導体パターンを層間接続する。具体的には、絶縁基材１２に形成されたコイル導体パターン２２の第２端と、絶縁基材１３に形成されたコイル導体パターン２３の第１端とは、コイル部層間接続導体４３を介して接続され、コイル導体パターン２３の第２端と、絶縁基材１４に形成されたコイル導体パターン２４の第１端とは、コイル部層間接続導体４４を介して接続され、コイル導体パターン２４の第２端と、絶縁基材１５に形成されたコイル導体パターン２５の第１端とは、コイル部層間接続導体４５を介して接続される。

上記コイル導体パターン２２，２３，２４，２５およびコイル部層間接続導体４３，４４，４５は、絶縁基材の積層方向に巻回軸を有するヘリカル状の１つのコイルを構成する。コイル導体パターン２２の第１端はコイルの第１端であり、コイル導体パターン２５の第２端はコイルの第２端である。これにより、コイルの第１端は第１主面に最も近い層に設けられ、コイルの第２端は第１主面から最も遠い層に設けられることとなる。

絶縁基材１１，１２には外部電極接続導体４１，４２がそれぞれ形成されている。コイル導体パターン２２の第１端と第１外部電極３１とは、第１外部電極接続導体４１，４２で接続される。

コイル導体パターン２５の第２端と第２外部電極３２とは、後に示す第２外部電極接続導体で接続される。なお、コイル導体パターン２５の第２端側は、コイル導体を第２外部電極接続導体５０の形成位置まで引き出した引き出し部分を有するが、本実施形態では、便宜上その引き出し部分を含んでコイル導体パターン２５と呼ぶこととする。なお、本実施形態ではコイル導体パターン２５が設けられている層において、コイルの第２端と第２外部電極接続導体５０が接続されているが、コイル導体パターン２５の第２端と接続された引き出し導体を別の層に設け、その引き出し導体を第２外部電極接続導体５０と接続するように構成してもよい。

図３（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は本実施形態に係るコイル内蔵基板１０１の製造工程を示す図である。図３（Ａ）は、導体パターンが形成された絶縁基材１１〜１５の断面図であり、図１におけるＡ−Ａ部分での断面図である。

図３（Ｂ）はこれら絶縁基材１１〜１５を積層し、加熱プレスした後の積層体１０の断面図である。また、図３（Ｃ）はコイル内蔵基板１０１の断面図である。積層体１０に、図３（Ｃ）に示すように、絶縁基材１１〜１５の積層方向に貫通する貫通孔５１が形成され、この貫通孔内に金属膜５２が形成される。このように、貫通孔５１内の金属膜５２で第２外部電極接続導体５０が構成される。コイル導体パターン２５の第２端と第２外部電極３２とは、この絶縁基材１１〜１５の層間を接続する導体である第２外部電極接続導体５０で接続される。

上記貫通孔５１は例えばＵＶレーザー等のレーザー加工機を用いて形成する。金属膜５２は、例えば無電解めっき法により下地のCu膜を形成し、その後Cuの電気めっきを行い、さらにその表面にAuの電気めっきを行う。めっき法以外にスパッタリングや真空蒸着により例えばCuの下地膜を形成し、その後、Auの電気めっきを行ってもよい。

コイル内蔵基板１０１の製造工程の例は次のとおりである。

（ａ）後に絶縁基材となる、例えば液晶ポリマ樹脂（LCP）や熱可塑性ポリイミド（PI）等の熱可塑性樹脂にCu箔等を張った、金属箔張りの熱可塑性樹脂シートを用意する。

（ｂ）絶縁基材１２，１３，１４，１５の金属箔をフォトリソグラフィによりパターンニングすることで、コイル導体パターン２２，２３，２４，２５をそれぞれ形成する。また、絶縁基材１１に第１外部電極３１および第２外部電極３２を形成する。

（ｂ）コイル部層間接続導体４３，４４，４５および第１外部電極接続導体４１，４２を形成すべき位置にレーザー加工により穴を形成する。このとき金属箔（各コイル導体パターンや各外部電極）までは貫通させないようにする。

（ｃ）上記穴に導電性ペーストを印刷充填する。

（ｄ）絶縁基材１１〜１５を積層し、加熱プレスする。これにより、絶縁基材１１〜１５の積層体を形成するとともに、導電性ペーストを固化させて、コイル部層間接続導体４３，４４，４５および第１外部電極接続導体４１，４２を形成する。

（ｅ）上述の方法により、絶縁基材１１〜１５の積層方向に貫通孔５１を形成する。このとき金属箔（各コイル導体パターンや各外部電極）も貫通させる。

（ｆ）貫通孔５１内に上述の方法で金属膜５２を形成する。

なお、図１、図２、図３では、単一のチップコイル部品について示したが、実際の製造においては、多数のチップコイル部品を集合基板に同時に形成し、最後にレーザー加工機により個片に分割することによって多数のチップコイル部品を得る。

本実施形態によれば、積層体１０の第１主面Ｓ１から遠い側のコイル導体パターン２５（コイルの第２端）と第２外部電極３２とを接続する導体（経路長の長い導体）である第２外部電極接続導体５０は、積層体１０を積層方向に貫通する貫通孔５１内に形成された金属膜５２で構成されるので、第２外部電極接続導体５０の導体抵抗が低減される。また、第２外部電極接続導体５０の信頼性は確保しやすい。

《第２の実施形態》
第２の実施形態では、積層体の端面に第２外部電極接続導体が形成されたコイル内蔵基板の例を示す。

図４（Ａ）（Ｂ）は、第２の実施形態に係るコイル内蔵基板１０２の製造工程を示す断面図である。ここでは、複数のコイル内蔵基板が連結された状態の集合基板１０Ａを表している。図５は集合基板１０Ａの部分平面図である。

図４（Ａ）は絶縁基材１１〜１５を積層し、加熱プレスした後の集合基板１０Ａの断面図である。また、図４（Ｂ）は、集合基板１０Ａの断面図である。

集合基板１０Ａには、第１の実施形態で図１に示したものと同様の導体パターンによってコイルが形成されている。但し、図５に示すように、隣接するコイルのコイル導体パターン２５は連続して形成されている。また、隣接するコイルの第２外部電極３２は連続して形成されている。さらに、この例では、隣接するコイルの第１外部電極３１も連続して形成されている。

集合基板１０Ａには、図４（Ｂ）に示すように、絶縁基材１１〜１５の積層方向に貫通する貫通孔５１が形成され、この貫通孔内に金属膜５２が形成される。この貫通孔５１内の金属膜５２で第２外部電極接続導体５０が構成される。このように、第２外部電極接続導体５０は、隣接する２つのコイルを１単位として１つ形成される。コイル導体パターン２５と第２外部電極３２とは第２外部電極接続導体５０で接続される。

集合基板１０Ａは、その後、図４、図５に示した切断線ＣＬで切断され、個片に分割される。

図６は、本実施形態に係るコイル内蔵基板１０２の斜視図である。図４（Ｂ）に示した集合基板を個片に分割することでコイル内蔵基板１０２が得られる。第２外部電極接続導体５０は、集合基板の切断とともに２分割されるが、各積層体１０のコイル導体パターン２５の第２端と第２外部電極３２とは、図６に表れているように、積層体の端面に露出される第２外部電極接続導体５０で接続される。

本実施形態のように、積層体１０のコイル導体パターン２５の第２端と第２外部電極３２とを接続する第２外部電極接続導体５０を、積層体１０の端面に形成してもよい。第２外部電極接続導体５０は、第１の実施形態で述べたように、例えば下地のCu膜と表面のAu膜の２層構造にすれば、積層体１０の端面に対する密着強度は高く、外部電極接続導体５０の機械的強度は確保できる。

本実施形態によれば、第２外部電極接続導体が積層体の（チップ部品の）端部に配置されるので、外形寸法が小型でありながら、コイル開口径の大きなコイルを設けることができる。

《第３の実施形態》
図７は第３の実施形態に係るコイル内蔵基板１０３の斜視図である。図８はコイル内蔵基板１０３の製造途中での集合基板１０Ａの部分平面図である。

コイル内蔵基板１０３は、導体パターンが形成された複数の絶縁基材が積層されることで構成される積層体１０を備える。積層体１０には、第１の実施形態で図１に示したものと同様の導体パターンによってコイルが形成されている。但し、コイル導体パターン２５は、図７に表れているように、途中で２分岐して積層体１０の２つの角部にまで延伸している。集合基板状態では、図８に表れているように、コイル導体パターン２５の分岐先は左右だけでなく上下方向にも連続している。

集合基板１０Ａには、図８に示すように、絶縁基材の積層方向に貫通する貫通孔が形成され、この貫通孔内に金属膜が形成される。この貫通孔内の金属膜で第２外部電極接続導体５０が構成される。このように、第２外部電極接続導体５０は、隣接する４つのコイルを１単位として１つ形成される。積層体１０の下面に形成されている第２外部電極と、積層体１０の上面に形成されているコイル導体パターン２５とは、第２外部電極接続導体５０で接続される。すなわち、第２外部電極とコイル導体パターン２５とは、分岐した２つの第２外部電極接続導体５０によって接続されている。

その後、集合基板１０Ａは、図８に示した切断線ＣＬで切断され、個片に分割される。このことで、コイル内蔵基板１０３が得られる。

本実施形態のように、積層体１０のコイル導体パターン２５の端部と第２外部電極とを接続する第２外部電極接続導体５０を、積層体の２つの角部に形成してもよい。

本実施形態によれば、積層体の端面を外部電極の接続以外に有効に利用できる。また、２つの第２外部電極接続導体５０を備えることで、第２外部電極接続導体５０による導体損失は低減される。さらに、本実施形態によれば、単一種の（同構造の）コイル内蔵基板１０３が得られる。

《他の実施形態》
以上に示した幾つかの実施形態では、積層体１０の上面にコイル導体パターンが露出している例を示したが、導体パターンの形成されていない絶縁基材を最上面に積層してもよい。また、積層体を形成した後に、上面に保護シートを貼付してもよい。このように保護シートで被覆された積層体であっても、第２外部電極接続導体形成用の貫通孔を有する積層体である。

以上に示した幾つかの実施形態では、第２外部電極接続導体５０は第１端がコイル導体パターン２５に導通し、第２端が第２外部電極３２に導通する例を示したが、第１端と第２端との間で（途中で）他の導体と導通していてもよい。例えば、図３（Ｃ）に示した例で、絶縁基材１３の第２外部電極接続導体５０の形成位置およびその周囲にパッド導体パターンを形成し、貫通孔５１がこのパッド導体パターンを貫通する構成であってもよい。このような構成によれば、第２外部電極接続導体５０の機械的強度を高めることができる。

第３の実施形態では、個片にした状態で、１／４分割された第２外部電極接続導体５０が２つの角部にそれぞれ形成される例を示したが、個片にした状態で、１／４分割された第２外部電極接続導体５０が１つの角部に形成される構造であってもよい。このことで、第２外部電極接続導体５０の面積割合を小さくできる。

以上の各実施形態では、チップコイル部品として利用される例について主に示したが、基板内にコイルと共に他の回路や部品を内蔵させた基板を構成する場合にも適用できる。

最後に、上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではない。当業者にとって変形および変更が適宜可能である。例えば、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能である。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

ＣＬ…切断線
Ｓ１…第１主面
１０…積層体
１０Ａ…集合基板
１１，１２，１３，１４，１５…絶縁基材
２２，２３，２４，２５…コイル導体パターン
３１…第１外部電極
３２…第２外部電極
４１，４２…第１外部電極接続導体
４３，４４，４５…コイル部層間接続導体
５０…第２外部電極接続導体
５１…貫通孔
５２…金属膜
１０１，１０２，１０３…コイル内蔵基板

Claims

導体パターンが形成された絶縁基材を含む複数の絶縁基材が積層されて、前記絶縁基材の積層体内に前記導体パターンにより形成されたコイルを備えるコイル内蔵基板であって、
前記導体パターンは、
前記複数の絶縁基材の面に形成されたコイル導体パターンと、
前記絶縁基材の積層方向に隣接するコイル導体パターンを層間接続する、導電性ペーストを固化させてなるコイル部層間接続導体と、
前記積層体の第１主面に形成された第１外部電極および第２外部電極と、
前記積層体の第１主面に近い側の、前記コイル導体パターンと前記第１外部電極とを接続する第１外部電極接続導体と、
を含み、
前記コイルは前記絶縁基材の積層方向に巻回軸を有し、
前記積層体の第１主面から遠い側の、前記コイル導体パターンと前記第２外部電極とを接続する第２外部電極接続導体を備え、
前記第２外部電極接続導体のうち前記絶縁基材の層間を接続する導体は、前記積層体を、前記絶縁基材の積層方向に貫通する貫通孔内に形成された金属膜である、コイル内蔵基板。
前記絶縁基材は熱可塑性樹脂のシートである、請求項１に記載のコイル内蔵基板。
絶縁基材の面にコイル導体パターン、第１外部電極および第２外部電極を形成する工程と、
前記絶縁基材に穴をあける工程と、
前記穴に導電性ペーストを充填してコイル部層間接続導体および第１外部電極接続導体を形成する工程と、
前記コイル導体パターンまたは前記コイル部層間接続導体が形成された前記絶縁基材を含む複数の絶縁基材を積層する工程と、
積層された前記複数の絶縁基材を加熱プレスすることにより、前記絶縁基材の積層体を形成するとともに、前記導電性ペーストを固化させる工程と、
前記積層体に対し、前記絶縁基材の積層方向に、貫通孔を形成する工程と、
前記貫通孔内に金属膜を形成する工程と、を有し、
前記複数の絶縁基材の面に形成されたコイル導体パターンと、前記コイル部層間接続導体とで、前記絶縁基材の積層方向に巻回軸を有するコイルが構成され、前記積層体の第１主面に形成された第１外部電極と前記積層体の第１主面に近い側の前記コイル導体パターンとが第１外部電極接続導体で接続され、前記積層体の第１主面から遠い側の、前記コイル導体パターンと前記第２外部電極とが第２外部電極接続導体で接続される、コイル内蔵基板の製造方法。
前記金属膜はめっき工法により形成される、請求項３に記載のコイル内蔵基板の製造方法。
前記絶縁基材は熱可塑性樹脂のシートであり、前記加熱プレスにより前記絶縁基材を接合させる、請求項３または４に記載のコイル内蔵基板の製造方法。