JP2005072032A - 薄膜磁心インダクタ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】支持基板を不要とし、その分の容積を不要とした小型の薄膜磁心インダクタ及びその製造方法を提供する。
【解決手段】高耐熱高分子フィルム上の両面中心部に磁性体膜、両面外周部に金属膜を有する、耐熱高分子フィルムの磁性体を磁性体が任意の体積になるように積層した磁心を構成し、前記磁心部に巻線４を施して薄膜磁心インダクタを形成、巻線４の最終巻線部を外周部の金属膜部分に接続し、その先の巻線端部を最終巻線部を接続した外周部の金属膜部分の反対面全面に、磁性体部分の巻線部と同一の高さに、つづら折り形状に巻き回し配線し、巻線４の最終巻線部を接続した金属膜部分の接続部以外をボンディングパッド１８とした薄膜磁心インダクタとする。
【選択図】 図１４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜磁性体を用いた巻線薄膜磁心（マイクロ）インダクタ及びその製造方法に関し、制御ＩＣ、チップキャパシタを用いた電源、特にＤＣ−ＤＣコンバーターに使用するのに好適な薄膜磁心インダクタ及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の薄膜磁心インダクタの製造方法について、図１５〜図２５を用いて説明する。
【０００３】
（１）図１５に示すように、軟質のポリイミドフィルム１を準備する。ここで使用するフィルムは、耐熱高分子フィルムの一種であるポリイミドフィルム等の軟質フィルムで、厚みは数μｍ〜数十μｍのフレキシブルフィルムである。大きさは、成膜可能な形状及び必要な磁心サイズを得ることが出来る形状であれば良い。ここでは、５０μｍ厚みのポリイミドフィルムとする。
【０００４】
（２）図１６に示すように、ポリイミドフィルム１上にフォトリソグラフィーによりレジスト２を形成する。本パターンは、所望のインダクタ特性を得るために必要な任意のパターンであり、また、厚みに関しては、後工程での磁性膜成膜後のリフトオフプロセスが実施可能な厚みとする。磁性体成膜厚みの数倍〜１０倍程度の厚みであればよい。ここでは、レジスト厚みを１０μｍとする。
【０００５】
（３）図１７に示すように、軟質のポリイミドフィルム１及びレジスト２上全面に磁性層３を形成する。形成方法としては、スパッタや蒸着、スクリーン印刷など、磁性膜組成に対応した各種成膜方法が適用できる。磁性層厚みは、薄膜磁心インダクタの所望の特性を得るために、任意に選択可能である。ここでは、３．０μｍとする。ここで、レジスト２の厚みは１０μｍ、磁性層３の厚みは３．０μｍであるので、レジスト２のない部分には厚み３．０μｍの磁性層のみであるため、レジスト２の側面上部７．０μｍ部分は、側面が露出した形状である。
【０００６】
（４）ここで、このレジスト２をレジスト剥離剤等で除去すると、レジスト２上に形成された部分の磁性層３も同時に除去され、レジスト２がなくポリイミドフィルム１上に直接成膜された磁性層３部分だけが残り、図１８に示すように、ポリイミドフィルム１上に磁性層３のパターンが形成された磁心材料が形成される。
【０００７】
（５）同様のプロセスでポリイミドフィルムの裏面にも磁性体３を形成する。これらは、ポリイミドフィルムを挟んで表裏対象パターンの図１９に示す磁心材料である。
【０００８】
（６）図２０に示すように、両面に磁性体３を形成したポリイミドフィルム１を磁性層のない部分を山折り・谷折りによりつづら折りを施して、図２１に示すような積層磁心１９を構成する。この時の積層磁心形状は、３．４×２．８×０．３４ｍｍであり、６層積層したものである。本来、積層した厚みが０．３４ｍｍであるが、積層構造を見やすくするために厚み方向を厚く記述している。
【０００９】
（７）この時、図２２に示すように、磁性層３毎に、磁性層のないポリイミドフィルム部分で切断し、磁心２０を形成し、これら磁心２０の各々を必要枚数だけ積層して、図２３に示すような積層構造の磁心２１を構成してもよい。
【００１０】
（８）図２４に示すように、作製した磁心１９あるいは２１の積層方向に、被覆した丸形あるいは角形の導線を磁性膜上に所望の回数だけ巻線４し、インダクタを構成する。この時、巻線端は、リード線先端がそのまま露出した形状である。この時、巻線材として、数十〜数百μｍφの丸形導線、あるいは数十〜数百μｍの角形導線を用いる。巻線回数や、巻線間隔は、所望のインダクタ特性が得られる仕様に任意に決定できる。ここでは、１００μｍφの導線を巻線しており、巻線したインダクタ形状は、３．４×２．８×０．５４ｍｍである。今回は、導線を１層巻きとしたが、複数層巻きも可能である。このような薄膜磁心インダクタが特許文献１に記載されている。
【００１１】
（１０）このリード線だけが露出した状態では、プリント基板への実装や、ＨＩＣ化回路基板等への実装が、精度良く位置決めできず、また、ワイヤーボンディング実装とする場合は実装出来ないため、図２５に示すように、金属パッド６を有した支持基板５上に、巻線したインダクタを接着剤等で実装する。この時、巻線４の先端を金属パッド６の一部にはんだ７により接続固定する。これにより、金属パッド６の一部をボンディングパッド８とした、巻線型インダクタが得られる。支持基板５としては、硬質セラミック基板やガラスエポキシ基板、または、軟質の高分子基板を用いる。厚みは数百μｍである。ここでは、１５０μｍ厚みの支持基板を用いた。
【００１２】
金属パッド６、ボンディングパッド８の構成としては、電気的抵抗を考慮し、銅箔配線をベースとして、はんだ接続やワイヤーボンディング性を考慮し、それぞれニッケルや金をメッキやスパッタ、蒸着などにより形成した、多層メタル構造をしている。厚みは電流容量にもよるが、銅箔が数十μｍ、ニッケル、金が数μｍ〜１μｍ程度である。ここで、支持基板５に巻線インダクタが搭載され、ワイヤーボンディングパッドを有した薄膜磁心マイクロインダクタが完成する。この時の薄膜磁心インダクタの形状は、３．６×３．０×０．７ｍｍである。
【００１３】
【特許文献１】
特開２０００−２５２１２７号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
本構造では、図２４に示す薄膜磁心に巻線を施した巻線型の薄膜磁心インダクタを考えた場合、形状は３．４×２．８×０．５４ｍｍであるが、特許文献１にあるように、最終電極となる巻線リードの先端部分がそのまま露出した形状となり、プリント基板などに実装する場合は、先端部分を処理して接続先にはんだ接続等を施す必要がある。この場合、リード先端の位置決めが自動化し難い、はんだ処理が必要なので、ベアチップＩＣなどとＨＩＣ回路を構成する場合、このはんだ処理等がＩＣベアチップに影響を及ぼすことより、同一の実装プロセスを構築できない、また、ＩＣベアチップなど半導体プロセスで通常用いられている配線方法であるワイヤーボンディング方法が適用できないという課題がある。
【００１５】
また、ワイヤーボンディングパッドを形成するために、支持基板を用いることにより、その分の厚み数百μｍが厚くなる。また、ワイヤーボンディングパッドサイズは、ボンディング装置の条件により、幅３００〜５００μｍ必要であり、その分は巻線インダクタの領域部分より外に露出している必要があり、その分、面積が大きくなるという欠点を有している。前記の場合、本来の巻線インダクタ部分の容積、３．４×２．８×０．５４ｍｍに比較し、支持基板分の厚みで１５０μｍ、平面面積で３．４×０．６ｍｍ分だけ、本来特性に絡む領域以外に不要な容積を有している。実際には、これらの組み立て公差が入ってくるので、さらに不要な容積は大きくなっているという課題がある。
【００１６】
従来技術では、巻線型の薄膜磁心インダクタは、巻線のリード先端をそのまま露出させる構造、あるいは、ワイヤーボンディングパッドを形成するためにダミーの支持基板に搭載する必要があった。
【００１７】
本発明は、支持基板を不要とし、ワイヤーボンディングパッドを形成して、ＩＣベアチップ等と同一の半導体実装プロセスに用いることができ、また、支持基板を用いないことでその分の容積を不要とした小型の巻線型の薄膜磁心インダクタ及びその製造方法を提供することである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、耐熱高分子フィルム上の両面中心部に磁性体膜、両面外周部に金属膜を有するものを形成し、耐熱高分子フィルムの磁性体を磁性体が任意の体積になるように積層した磁心を構成し、該磁心部に角形または丸形導線の巻線を施して薄膜磁心インダクタを形成し、巻線の最終巻線部を外周部の金属膜部分に接続し、その先の巻線端部を最終巻線部を接続した外周部の金属膜部分の反対面全面に、磁性体部部分の巻線部と同一の高さになるように、つづら折り形状に巻き回し配線し、巻線の最終巻線部を接続した金属膜部分の接続部以外をワイヤーボンディングパッド構造とした薄膜磁心インダクタ及びその製造方法が得られる。
【００１９】
即ち、本発明は、両面中心部に磁性体膜と両面外周部に金属膜を有する耐熱高分子フィルムを磁性体が任意の体積になるように積層された磁心の前記磁性体部分に巻線を施した薄膜磁心インダクタであって、前記巻線の最終巻線部が前記金属膜に接続され、その先の巻線端部が前記金属膜部分の一方の面全面に、前記磁性体部分の巻線部と同一の高さに、つづら折り形状に巻き回し配線され、前記つづら折り形状に巻き回した配線と反対側の面の前記金属膜がワイヤーボンディングパッドとされる薄膜磁心インダクタである。
【００２０】
また、本発明は、両面中心部に磁性体膜と両面外周部に金属膜を有する耐熱高分子フィルムの磁性体を任意の体積になるように積層して磁心を構成し、巻線を施す薄膜磁心インダクタの製造方法であって、巻線の最終巻線部を前記金属膜に接続し、その先の巻線端部を前記金属膜の一方の面全面に、前記磁性体部分の巻線部と同一の高さになるように、つづら折り形状に巻き回し配線し、前記つづら折り形状に巻き回した配線と反対側の面の前記金属膜をワイヤーボンディングパッドとした薄膜磁心インダクタの製造方法である。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態による薄膜磁心インダクタ及びその製造方法について、図１〜図１４にて説明する。
【００２２】
（１）図１に示すように、軟質のポリイミドフィルム１を準備する。ここで使用するフィルムは、耐熱高分子フィルムの一種であるポリイミドフィルム等の軟質フィルムで、厚みは数μｍ〜数十μｍのフレキシブルフィルムである。大きさは、成膜可能な形状及び必要な磁心サイズを得ることが出来る形状であれば良い。ここでは、５０μｍ厚みのポリイミドフィルムで説明する。
【００２３】
（２）図２に示すように、ポリイミドフィルム１上にフォトリソグラフィーによりレジスト２を形成する。本パターンは、所望のインダクタ特性を得るために必要な任意のパターンであり、また、厚みに関しては、後工程での磁性膜成膜後のリフトオフプロセスが実施可能な厚みとする。成膜厚みの数倍〜１０倍程度の厚みであればよい。ここでは、レジスト厚み１０μｍとする。
【００２４】
（３）図３に示すように、軟質のポリイミドフィルム１及びレジスト２上の全面に磁性層３を形成する。形成方法としては、スパッタや蒸着やメッキ、スクリーン印刷など、磁性膜組成に対応した各種成膜方法が適用できる。磁性層厚みは、薄膜磁心インダクタの所望の特性を得るために、任意に選択可能である。ここでは、３．０μｍとする。ここで、レジスト２の厚みは１０μｍ、磁性層３の厚みは３．０μｍであるので、レジスト２のない部分には厚み３．０μｍの磁性層のみであるため、レジスト２の側面上部７．０μｍ部分は、側面が露出した形状である。
【００２５】
（４）ここで、このレジスト２をレジスト剥離剤等で除去すると、レジスト２上に形成された部分の磁性層３も同時に除去され、レジスト２がなくポリイミドフィルム１上に直接成膜された磁性層３部分だけが残り、図４に示すように、ポリイミドフィルム１上に磁性層３のパターンが形成された磁心材料が形成される。
【００２６】
（５）同様のプロセスでポリイミドフィルムの裏面にも磁性体３を形成する。これらは、ポリイミドフィルムを挟んで表裏対象パターンの図５に示す磁心材料である。
【００２７】
（６）図６に示すように、ポリイミドフィルム１上の、磁性層が除去された対向する側面２面の表裏上に、磁性層と接しないように金属層９を形成する。金属層９は、ボンディングパッドを構成する部分であり、例えば、銅、ニッケル、金層等の複数層からなっている。それぞれの厚みは３０μｍ、２μｍ、１μｍである。金属層は、これらの金属に限定されるものではなく、導電性があり、低抵抗であり、さらに、半導体で用いられるワイヤーボンディング可能な金属層の構成であればよい。
【００２８】
（７）図７に示すように、両面に磁性体３と両端に金属層９を形成したポリイミドフィルム１を磁性層のない部分を磁性層３毎に、ポリイミドフィルム部分で切断し、磁心１０を形成し、これら磁心１０の各々を必要枚数だけ積層して、図８に示すように積層構造の磁心２２を構成する。この時の積層磁心形状は、３．４×２．８×０．３４ｍｍであり、６層積層したものである。本来、積層した厚みが０．３４ｍｍであるが、積層構造を見やすくするために厚み方向を厚く記述している。
【００２９】
（８）図９に示すように、作製した磁心２２に積層方向に被覆した丸形あるいは角形等の導線を磁性膜上に所望の回数だけ巻線し、インダクタを構成する。この時、巻線端は、リード線先端がそのまま露出した形状である。巻線材として、数十〜数百μｍφの丸形導線、あるいは数十〜数百μｍの角形導線を用いる。巻線回数や、巻線間隔は、所望のインダクタ特性が得られる仕様に任意に決定できる。ここでは、１００μｍφの導線を巻線しており、巻線したインダクタ形状は、３．４×２．８×０．５４ｍｍである。今回は、導線を１層巻きとしたが、複数層巻きも可能である。
【００３０】
（９）このリード線だけが露出した状態では、プリント基板への実装や、ＨＩＣ化回路基板等への実装が、精度良く位置決めできず、また、ワイヤーボンディング実装とする場合は実装出来ないため、図１０に示すように、まず、巻線４の先端部分の一部を金属層９の一部にはんだ１２等で接続する。
【００３１】
（１０）図１１に示すように、金属層９に接続した巻線４の接続部よりさらに先端部を、はんだ接続した金属層９面と反対面に巻き回し、その面全面に巻線４の先端部をつづら折り状に巻き回し（巻線巻き回し１３）、接着剤等で固定する。
【００３２】
（１１）図１２（ａ）に示すように、金属層９の巻線４をはんだ１２で接続した部分以外の領域にボンディングパッド１４が形成される。このボンディングパッド１４は、はんだ１２により巻線４と電気的に接続されており、巻線薄膜磁心マイクロインダクタの電極端子を構成する。
【００３３】
この時、巻線巻き回し１３は、インダクタを構成する磁性層上に巻線した線材と同一であり、巻線巻き回し１３の面はインダクタを構成する磁性層上に巻線した面と同一平面になる。つまり、ワイヤーボンディングパッドを形成しても、従来のように支持基板を使わないので、巻線薄膜磁心マイクロインダクタの形状は、３．４×２．８×０．５４ｍｍとなり、巻線インダクタそのものの形状となり、余分な容積を必要としない。
【００３４】
また、通常ワイヤーボンディング方式の実装をする場合は、ボンディングパッド１４を上にし、巻線巻き回し１３を下面にして実装し、ボンディングパッド１４にワイヤーボンディングを施すが、巻線巻き回し１３がないとワイヤーボンディング時の熱や超音波が逃げて接続できないことがあるが、巻き回し部１３があることで、ボンディングパッド１４は実装面に対して空隙等がなく、熱や超音波が逃げることもなく、ある程度の硬度も保てるので任意にワイヤーボンディングが可能となる。さらに、ボンディングパッド１４面は、磁性層３に巻線した部分面より巻線材料分（本実施の形態では１００μｍ）低い位置にあるので、ワイヤーボンディングを１００μｍ高さ以内で実施すれば、ボンディングワイヤーの高さも吸収して、高さ０．５４ｍｍでの実装が実現可能となる。
【００３５】
また、図１３、図１４に示すように、両面に磁性体３を形成したポリイミドフィルム１を磁性層のない部分を山折り・谷折りによりつづら折りを施して、磁心１５を形成して、巻線を施しても同様の構造が得られる。この場合は、磁性層９が連続な状態で積層されているので、巻線４の先端部が片面の金属層９に巻線巻き回し１６、はんだ１７を施すことにより、反対面の金属層９は巻き回し部と電気的に接続されるので、ボンディングパッド１８が形成される。効果は前述に同じである。
【００３６】
【発明の効果】
本発明により、薄膜磁心層と巻線からなり、該磁心にワイヤーボンディングパッドを有した巻線型の薄膜磁心インダクタおよびその製造方法が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による巻線型の薄膜磁心インダクタの製造方法の説明図。図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は側面図。
【図２】本発明の実施の形態による薄膜磁心インダクタの製造方法の説明図面。図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は側面図。
【図３】本発明の実施の形態による薄膜磁心インダクタの製造方法。図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は側面図。
【図４】本発明の実施の形態による薄膜磁心インダクタの製造方法。図４（ａ）は平面図、図４（ｂ）は側面図。
【図５】本発明の薄膜磁心インダクタの製造方法。図５（ａ）は平面図、図５（ｂ）は側面図。
【図６】本発明の薄膜磁心インダクタの製造方法。図６（ａ）は平面図、図６（ｂ）は側面図。
【図７】本発明の実施の形態による巻線型の薄膜磁心インダクタの製造方法の説明図。図７（ａ）は平面図、図７（ｂ）は側面図。
【図８】本発明の実施の形態による巻線型の薄膜磁心インダクタの製造方法の説明図。
【図９】本発明の実施の形態による巻線型の薄膜磁心インダクタの製造方法の説明図。図９（ａ）は左側面図、図９（ｂ）は平面図、図９（ｃ）は右側面図、図９（ｄ）は正面図。
【図１０】本発明の実施の形態による巻線型の薄膜磁心インダクタの製造方法の説明図。図１０（ａ）は左側面図、図１０（ｂ）は平面図、図１０（ｃ）は右側面図、図１０（ｄ）は正面図。
【図１１】本発明の実施の形態による巻線型の薄膜磁心インダクタの製造方法の説明図。図１１（ａ）は左側面図、図１１（ｂ）は平面図、図１１（ｃ）は右側面図、図１１（ｄ）は正面図。
【図１２】本発明の薄膜磁心インダクタの製造方法の説明図。図１２（ａ）は左側面図、図１２（ｂ）は平面図、図１２（ｃ）は右側面図、図１２（ｄ）は正面図。
【図１３】本発明の薄膜磁心インダクタの製造方法の説明図。図１３（ａ）は左側面図、図１３（ｂ）は平面図、図１３（ｃ）は右側面図、図１３（ｄ）は正面図。
【図１４】本発明の薄膜磁心インダクタの製造方法の説明図。図１４（ａ）は左側面図、図１４（ｂ）は平面図、図１４（ｃ）は右側面図、図１４（ｄ）は正面図。
【図１５】従来の巻線型の薄膜磁心インダクタの製造方法の説明図。図１５（ａ）は平面図、図１５（ｂ）は側面図。
【図１６】従来の巻線型の薄膜磁心インダクタの製造方法の説明図。図１６（ａ）は平面図、図１６（ｂ）は側面図。
【図１７】従来の巻線型の薄膜磁心インダクタの製造方法の説明図。図１７（ａ）は平面図、図１７（ｂ）は側面図。
【図１８】従来の巻線型の薄膜磁心インダクタの製造方法の説明図。図１８（ａ）は平面図、図１８（ｂ）は側面図。
【図１９】従来の巻線型の薄膜磁心インダクタの製造方法の説明図。図１９（ａ）は平面図、図１９（ｂ）は側面図。
【図２０】従来の巻線型の薄膜磁心インダクタの製造方法の説明図。図２０（ａ）は平面図、図２０（ｂ）は側面図。
【図２１】従来の巻線型の薄膜磁心インダクタの製造方法の説明図。
【図２２】従来の巻線型の薄膜磁心インダクタの製造方法の説明図。図２２（ａ）は平面図、図２２（ｂ）は側面図。
【図２３】従来の巻線型の薄膜磁心インダクタの製造方法の説明図。
【図２４】従来の巻線型の薄膜磁心インダクタの製造方法の説明図。図２４（ａ）は平面図、図２４（ｂ）は正面図、図２４（ｃ）は側面図。
【図２５】従来の巻線型の薄膜磁心インダクタの製造方法の説明図。図２５（ａ）は平面図、図２５（ｂ）は正面図、図２５（ｃ）は側面図。
【符号の説明】
１ ポリイミドフィルム
２ レジスト
３ 磁性体（磁性層）
４ 巻線（巻線材料）
５ 支持基板
６ 金属パッド
７ はんだ
８，１４，１８ ボンディングパッド
９ 金属層
１０ 磁心（単層）
１１ 磁心（積層）
１２，１７ はんだ
１３，１６ 巻線巻き回し
１５，１９，２０，２１，２２ 磁心（積層）

Claims (2)

1. 両面中心部に磁性体膜と両面外周部に金属膜を有する耐熱高分子フィルムの磁性体が任意の体積になるように積層された磁心の前記磁性体部分に巻線を施した薄膜磁心インダクタであって、前記巻線の最終巻線部が前記金属膜に接続され、その先の巻線端部が前記金属膜部分の一方の面全面に、前記磁性体部分の巻線部と同一の高さに、つづら折り形状に巻き回し配線され、前記つづら折り形状に巻き回した配線と反対側の面の金属膜がワイヤーボンディングパッドとされることを特徴とする薄膜磁心インダクタ。
2. 両面中心部に磁性体膜と両面外周部に金属膜を有する耐熱高分子フィルムの磁性体を任意の体積になるように積層して磁心を構成し、前記磁性体部に巻線を施す薄膜磁心インダクタの製造方法であって、前記巻線の最終巻線部を前記金属膜に接続し、その先の巻線端部を前記金属膜の一方の面全面に、前記磁性体部分の巻線部と同一の高さになるように、つづら折り形状に巻き回し配線し、前記つづら折り形状に巻き回した配線と反対側の面の金属膜をワイヤーボンディングパッドとすることを特徴とする薄膜磁心インダクタの製造方法。

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