コイル内蔵基板および電子装置
【課題】 コイル内蔵基板の内蔵コイルの重畳特性を向上させると共に、上面や下面に搭載された半導体チップやチップ部品に対するコイル用導体から発生する磁力線の影響を大幅に抑制することができるコイル内蔵セラミック基板および電子装置を提供すること。
【解決手段】
本発明のコイル内蔵基板は、内部にコイル導体４が埋設されているフェライト層２、３を、各々が非磁性フェライト層により形成されている一対の絶縁層１で挟持させて成り、コイルのコイル導体４間に非磁性フェライトからなる非磁性層が形成されており、コイルの上面および下面がフェライト層２、３で覆われている。
【解決手段】
本発明のコイル内蔵基板は、内部にコイル導体４が埋設されているフェライト層２、３を、各々が非磁性フェライト層により形成されている一対の絶縁層１で挟持させて成り、コイルのコイル導体４間に非磁性フェライトからなる非磁性層が形成されており、コイルの上面および下面がフェライト層２、３で覆われている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非磁性フェライト焼結体から成る絶縁基体の内部に、非磁性フェライトと同時焼成されて形成されるとともに内部にコイルが埋設されたインダクタンス値を上げるためのフェライト層が設けられたコイル内蔵基板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、携帯電話機を始めとする移動体通信機器等の電子機器には、多数の電子装置が組み込まれている。
かかる携帯電話機等の通信機器は、近年小型化が急激に進んでおり、これに搭載される各種電子装置も小型化、薄型化が要求されている。
例えば、ガラスセラミック基板の内部にコイルを内蔵した構成のＬＣフィルタが知られている。
【０００３】
このＬＣフィルタの場合、従来はチップ部品のコイルを用いて外付けしていたものを、セラミック基板等の絶縁基板の内部に内蔵することで小型化、薄型化ができるという利点を有する。
【０００４】
なかでも、１００ｎＨを超えるインダクタンスの大きなコイルは、チップ部品として比較的大型であり、これを絶縁基板に内蔵することは小型化、薄型化への効果が大きいという利点を有する。
【０００５】
このようなセラミック基板に内蔵されるコイルとしては、厚み方向にコイルを繋げて形成するソレノイドコイル、同一平面状にコイルを形成する平面スパイラルコイルがあるが、なかでも平面スパイラルコイルは同一平面状にコイルを形成するためセラミック基板を薄型化する上で好ましい。
【０００６】
しかしながら、コイルを内蔵したセラミック等の絶縁基板では、磁性を持たない基板内にコイルを形成するため、１００ｎＨ程度の比較的大きなインダクタンスを得ることができるコイルを内蔵させるにはコイルの巻き数を多くすることが必要となり、小型化、薄型化を効果的に達成することができないという不具合があった。
【０００７】
そこで、近年では絶縁基板に強磁性を有するフェライトを用いて、コイルをこのフェライト内部に埋設させることにより、コイルの巻き数を多くすることなく１００ｎＨを超えるインダクタンスを実現し効果的に小型化、薄型化ができるとともに、チップ部品を表面に実装する工程を省略し実装工程の簡略化を図ることが行なわれている。
【０００８】
しかしながら、絶縁基板にフェライトを用いた基板では、コイルと共に配線を形成した場合、磁性を持たせたくない配線に高いインダクタンスが生じ、この配線にノイズが起きることで回路が誤動作することが問題となっていた。そこで磁性を有さない非磁性フェライトの内部にフェライト層を内蔵させ、フェライト層にコイルを形成し、非磁性フェライトに配線を形成することで配線のインダクタンスを低減させ、回路が誤動作することを抑制していた。
【０００９】
このようなコイル内蔵基板として、例えば、携帯電話機に使用されるコイル内蔵基板は、図５に断面図で示すように、複数の非磁性フェライト層が積層されて成る絶縁基体１１と、絶縁基体１１に挟まれて積層されるとともに内部にコイル用導体１４が埋設された第１のフェライト層１２及び第２のフェライト層１３によって構成されている。
【００１０】
そして、このような非磁性フェライト基板内部にフェライト層およびコイル用導体を設けたコイル内蔵基板においても、今後さらに小型化、薄型化、高機能化を行なっていく必要があり、コイル内蔵基板の上面や下面に、さらに半導体チップやチップ部品を表面実装する必要性がでてきた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平２−１０１７１４号公報
【特許文献２】特開平６−２０８３９号公報
【特許文献３】特開平６−２１２６４号公報
【特許文献４】特開平６−３３３７４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、従来の非磁性フェライト基板内部にフェライト層およびコイル用導体を設けたコイル内蔵基板では、コイル用導体に電流を流すとコイル用導体周りに磁力線が発生し、さらに大きな電流を流すとコイル用導体の導体間という小さい領域に大きい磁束が発生することとなり、コイル用導体の導体間で磁束の部分飽和が起きやすくなるので、インダクタンスが低下するという、所謂重畳特性の低下を招いてしまっていた。さらに、基板の小面積化のためにコイルを高密度に形成した場合においてはコイル用導体の導体間が狭くなるため、より顕著に重畳特性の低下を招いていた。また、コイル内蔵基板で発生する磁力線が基板外部に洩れることで、例えば、コイル内蔵基板の上面や下面に実装した半導体チップやチップ部品や配線に対して電気的に影響を及ぼす可能性があった。
【００１３】
そこで、コイル用導体に発生する磁力線がコイル内蔵基板の上面や下面に実装した半導体チップやチップ部品や配線に対して電気的に影響を及ばさないようにするためには、コイル用導体と半導体チップやチップ部品や配線との間の距離を十分に取る必要があり、その結果、コイル内蔵基板全体が厚くなり、薄型化に適さないものとなっていた。
【００１４】
また、コイル内蔵基板に搭載する半導体チップやチップ部品が、例えばＤＣ−ＤＣコンバータ用半導体チップの場合には、コイル用導体に高い電流が流れるため、コイル用導体に高い電流が流せるほど使用電流の高い電源、例えば液晶ディスプレイ用の電源などに適用することが可能となるが、コイル用導体の導体抵抗が高いとコイル用導体が発熱するため、発熱による電力の損失で変換効率の低下などが生じるという問題点があった。
【００１５】
本発明は以上のような従来の問題点を解決するために案出されたものであり、その目的は、コイル用導体に発生する磁力線を抑制することで、重畳特性が向上するとともに、コイル内蔵基板の上面や下面に搭載される半導体チップやチップ部品に対する電気的な影響を改善し、更にはコイル用導体の導体抵抗を低減した小型のコイル内蔵基板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明のコイル内蔵基板は、内部にコイルが埋設されているフェライト層を、各々が非磁性フェライト層により形成されている一対の絶縁層で挟持させて成り、前記コイルのコイル導体間に非磁性フェライトからなる非磁性層が形成されており、前記コイルの上面および下面が前記フェライト層で覆われていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のコイル内蔵基板によれば、内部にコイルが埋設されているフェライト層を、各
々が非磁性フェライト層により形成されている一対の絶縁層で挟持させて成り、コイルのコイル導体間に非磁性フェライトからなる非磁性層が形成されており、コイルの上面および下面がフェライト層で覆われていることから、各コイル導体より発生する磁束がより透磁率の高いフェライト層に向かって発生することにより、コイルのコイル導体間に発生する磁束を抑制しコイル全体を通る大きな磁束となる。よって、コイル用導体パターン間に磁束が集中することにより生じる磁束の部分飽和を抑制し、重畳特性の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明のコイル内蔵セラミック基板の実施の形態の一例を示す断面図である。
【図２】本発明のコイル内蔵セラミック基板の実施の形態の一例を示す断面図である。
【図３】本発明のコイル内蔵セラミック基板の実施の形態における平面スパイラルコイルと第３および第４のフェライト層の一例を示す断面図である。
【図４】本発明のコイル内蔵セラミック基板の実施の形態における平面スパイラルコイルと第３および第４のフェライト層の一例を示す断面図である。
【図５】従来のコイル内蔵セラミック基板の例を示す断面図である。
【図６】本発明の実施例の絶縁抵抗測定に用いた評価用の試験片を示す断面図である。
【図７】本発明の実施例の透磁率測定に用いた評価用の試験片を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明のコイル内蔵基板（以下、基板ともいう）を添付図面に基づいて以下に詳細に説明する。
【００２０】
図１及び図２は本発明の基板の実施の形態の一例を示す断面図であり、図３は本発明のコイル内蔵セラミック基板の実施の形態における平面スパイラルコイルと第３および第４のフェライト層の一例を示す断面図であり、１は複数の非磁性フェライト層から成る絶縁層、２は第１のフェライト層、３は第２のフェライト層、４は平面スパイラルコイル、５は平面スパイラルコイル４のコイル導体間に配置された第３のフェライト層、６は平面スパイラルコイル４間に配置された第４のフェライト層、７は半導体チップやチップ部品を搭載する搭載用電極、８は基板を外部電気回路に電気的に接続するための電極パッド、９はシールド層である。
【００２１】
複数の非磁性フェライト層から成る絶縁層１は、まず、非磁性フェライト組成の主成分およびガラス、第１酸化物成分、または、非磁性フェライト組成の主成分ならびに第１酸化物成分およびガラス、第２酸化物成分、さらに有機バインダ，可塑剤，有機溶剤等を混合してスラリーを得て、これからドクターブレード法，圧延法，カレンダーロール法等によって非磁性フェライトグリーンシートを製作し、この非磁性フェライトグリーンシートを複数積層した後、大気中または加湿窒素雰囲気中にて、８００〜１０００℃の温度で焼成して作製される。
【００２２】
非磁性フェライト組成の主成分としては、Ｆｅ２Ｏ３とＣｕＯおよびＺｎＯの少なくとも１種との粉体を用いることができ、例えば、これらを湿式混合し、次いで仮焼し、顆粒としてこれを粉砕した後、原料粉末とすることができる。
【００２３】
非磁性フェライト組成の主成分としてのＦｅ２Ｏ３は、好ましくは４６〜５０質量％であり、ＣｕＯは、好ましくは２〜２０質量％であり、ＺｎＯは、好ましくは３３〜５２質量％の範囲である。
【００２４】
非磁性フェライトに含有するガラスは好ましくは体積固有抵抗が１×１０１１Ωｍ以上で含有量は３〜１５質量％である。非磁性フェライトに含有するガラスの体積固有抵抗が１×１０１１Ωｍより低いと非磁性フェライトの体積固有抵抗を高くする効果が小さい。また、含有量が３質量％より小さいと非磁性フェライトの体積固有抵抗を高くする効果が小さく、含有量が１５質量％より大きいと非磁性フェライトの焼結挙動が大きく変化するため、第１のフェライト層２および第２のフェライト層３との焼結挙動と大きく異なることにより、第１のフェライト層２および第２のフェライト層３と非磁性フェライト層が互いに拘束し合い、第１のフェライト層２および第２のフェライト層３に焼結不良が生じ、基板に大気中の水分などが浸入してしまうという、いわゆる吸水が発生しやすいという傾向がある。
【００２５】
非磁性フェライトに含有するガラス粉末としては、例えばＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系，ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３系，ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−ＭＯ系（但し、ＭはＣａ，Ｓｒ，Ｍｇ，ＢａまたはＺｎを示す），ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−Ｍ１Ｏ−Ｍ２Ｏ系（但し、Ｍ１及びＭ２は同じまたは異なってＣａ，Ｓｒ，Ｍｇ，ＢａまたはＺｎを示す），ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−Ｍ１Ｏ−Ｍ２Ｏ系（但し、Ｍ１及びＭ２は上記と同じである），ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ｍ３２Ｏ系（但し、Ｍ３はＬｉ，ＮａまたはＫを示す），ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−Ｍ３２Ｏ系（但し、Ｍ３は上記と同じである），Ｐｂ系ガラス，Ｂｉ系ガラス等を用いることができ、ガラスの軟化点が６００℃以下であることがフェライトの焼結を阻害しないうえで望ましい。
【００２６】
第１のフェライト層２および第２のフェライト層３は、平面スパイラルコイル４の上下面を覆うようにして、絶縁層１の内層に平面スパイラルコイル４とともに形成されている。この第１のフェライト層２および第２のフェライト層３は、磁束を安定させるという観点からは同一の組成であることが望ましく、その場合は主成分の組成を、焼結体としてＦｅ２Ｏ３を６３〜７３質量％、ＣｕＯを５〜１０質量％、ＮｉＯを５〜１２質量％、ＺｎＯを１０〜２３質量％とすると、１０００℃以下の低温で焼結密度５．０ｇ／ｃｍ３以上の高密度焼成が可能であり、かつ、高周波帯域で十分に高い透磁率を得ることができるので好ましい。
【００２７】
ここで、Ｆｅ２Ｏ３は、フェライトの基幹成分であり、そのフェライトの主成分をＸ−Ｆｅ２Ｏ４（ＸはＣｕ，Ｎｉ，Ｚｎ等）として示される逆スピネル構造の固溶体とすれば、第１のフェライト層２および第２のフェライト層３のうちＦｅ２Ｏ３が６３〜７３質量％を構成していると良い。６３質量％未満の場合、十分な透磁率が得られない傾向がある。他方、７３質量％を超えて多い場合は、焼結密度の低下により機械的強度が低下する傾向がある。
【００２８】
ＣｕＯは第１のフェライト層２および第２のフェライト層３の主成分のうち５〜１０質量％を構成していると良い。これは、ＣｕＯは焼結温度の低温化に大きく寄与しており、ＣｕＯが低温で液層を形成することにより焼結を促進させる効果を用いて、磁気特性を損なわずに非磁性フェライトの焼成温度である８００〜１０００℃で焼成するためである。５質量％未満であると、低抵抗金属を用いた配線導体と同時に低温度域で焼成を行う場合に焼結密度が不十分になり機械強度が不足する傾向がある。また、１０質量％を超えて多い場合、磁気特性の低いＣｕＦｅ２Ｏ４の割合が多くなるため磁気特性を損ないやすくなる傾向がある。
【００２９】
ＮｉＯはフェライトの高周波域における透磁率を確保するために含有させる。ＮｉＦｅ２Ｏ４は高周波域まで共振による透磁率の減衰を起さず、高周波域での透磁率を比較的高い値に維持することができるが、初期透磁率は低い特徴をもつため、５質量％未満である
と、１０ＭＨｚ乃至それ以上の高周波域での透磁率が低下する傾向がある。また、１２質量％より多い場合、ＮｉＦｅ２Ｏ４の割合が多くなり初期透磁率が低下する傾向にある。
【００３０】
ＺｎＯはフェライトの透磁率向上のために重要な要素であり、フェライト主成分のうち１０質量％未満であると、透磁率が低くなる可能性があり、逆に２３質量％より多くても磁気特性が悪くなる傾向がある。
【００３１】
第１のフェライト層２および第２のフェライト層３の形成は、まずフェライト粉末に適当な有機バインダ，可塑剤，有機溶剤等を混合してスラリーを得て、これからドクターブレード法、圧延法、カレンダーロール法等によってフェライトグリーンシートを製作する。次に、このフェライトグリーンシートを所定の平面スパイラルコイル４を覆うものとして非磁性フェライトグリーンシートと平面透視で同じ大きさの同形状にカットし、非磁性フェライトグリーンシート積層体の内部に、間に平面スパイラルコイル４となる導体パターンを配置して、その平面スパイラルコイル４の上面および下面を覆うようにして積層する。
【００３２】
第１のフェライト層２および第２のフェライト層３となるフェライトグリーンシートを形成するのに用いるフェライト粉末は、仮焼済みのフェライト粉末であり、平均粒径が０．１μｍ〜０．９μｍの範囲で均一であり、球形状に近い粒が望ましい。これは、平均粒径が０．１μｍより小さいと、フェライトグリーンシートの製作においてフェライト粉末の均一な分散が困難であり、平均粒径が０．９μｍより大きいとフェライトの焼結温度が高くなりやすくなるからである。また、粒径が均一で球状に近いことにより均一な焼結状態を得ることができる。例えばフェライト粉末で部分的に小さい粒径が存在した場合は、その部分のみ結晶粒の成長が低下し、焼結後に得られる第１のフェライト層２および第２のフェライト層３の透磁率が安定しにくい傾向がある。
【００３３】
メタライズ配線層から成る平面スパイラルコイル４は、第１のフェライト層２および第２のフェライト層３に上下面を覆われるように埋設されており、Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ａｇ合金等の金属粉末に、適当な有機バインダ，溶剤を混練して作製した導体ペーストを、スクリーン印刷法やグラビア印刷法等によりフェライトグリーンシートの表面に塗布し、セラミックグリーンシートおよびフェライトグリーンシートと同時焼成されて形成される。
【００３４】
第１のフェライト層２および第２のフェライト層３より透磁率の低い第３のフェライト層５は、例えば電気的絶縁性の低透磁率材であるＺｎ系フェライト及びＣｕ−Ｚｎ系フェライトより選択した粉末を樹脂のバインダと混練してペーストを作り、得られた低透磁率材ペーストをスクリーン印刷法やグラビア印刷法等によりフェライトグリーンシートに平面スパイラルコイル４の上の略全面に塗布、もしくは例えば電気的絶縁性の低透磁率材であるＺｎ系フェライト及びＣｕ−Ｚｎ系フェライトよりなるグリーンシートをフェライトグリーンシートに平面スパイラルコイル４上に積層することにより、例えば非磁性フェライトシートおよびフェライトグリーンシートと同時焼成されて形成される。
【００３５】
第３のフェライト層５は、例えば図３に示すような形態で配置することが可能である。図３（ａ）および（ｃ）のように少なくとも平面スパイラルコイル４の導体間を低透磁率の第３のフェライト層５で塞ぐことにより導体間に磁束が発生するのを抑制するように形成すれば効果的に磁束の漏洩を防止できる。例えば図３（ａ）の形態は第２のフェライト層３となるフェライトグリーンシート上に印刷法により形成した平面スパイラルコイル４をプレスによりフェライトグリーンシートに埋め込んだ後、コイル用導体間を塞ぐように低透磁率材ペーストを印刷することにより形成される。また、図３（ｃ）の形態は例えば、第２のフェライト層３となるフェライトグリーンシート上に印刷法により形成した平面スパイラルコイル４のコイル用導体間を埋めるように低透磁率材ペーストを印刷すること
により形成される。また、コイル用導体間が狭く、コイル用導体間に合わせて低透磁率材ペーストを印刷することが困難な場合は、図３（ｂ）、（ｆ）のようにコイル用導体全体を覆うように低透磁率材ペーストを印刷することにより、第３のフェライト層５を平面スパイラルコイル４の導体間に配置するようにしても良い。この場合のコイル用導体上の第３のフェライト層５の厚みは導体間に磁束が発生するのを抑制する効果を発揮するためには厚い方が良いが、厚くしすぎると基板が厚くなり低背化ができなくなるのでコイル用導体と同程度であることが好ましい。コイル用導体の厚みによっては、第１のフェライト層２となるフェライトグリーンシートを積層した際にコイル用導体間に隙間ができてしまい、デラミネーションの発生起点となったり、焼成後にボイドとなったりすることを防止するためには、図３（ｂ）、（ｃ）、（ｅ）、（ｆ）のようにその上面がほぼ平坦となるように形成するのが好ましい。
【００３６】
メタライズ配線層から成る平面スパイラルコイル４は厚み方向において対向するように配置されているとともに複数のコイル導体が電気的に並列接続されていることが好ましい。例えば、図２に示すように同形状の一対の導体パターンを絶縁層１の厚み方向に平面透視して重なるように形成されるとともに電気的に並列に接続されている場合は、並列に接続された同形状の一対のコイル導体の導体抵抗は同形状の一対のコイル導体それぞれの導体抵抗の半分になるため、電流を負荷した際に発生する熱を抑えることができ、より高い電流を流すことができ、出力電流の高いＩＣを基板に搭載することが可能となり、コイル内蔵基板としての用途を広げることができる。並列接続されるコイル導体の数は多ければ多いほどコイル導体の抵抗を低減できるが、基板の厚みが大きくなるので、要求される基板の厚みに応じて適宜選択される。
【００３７】
また、複数のコイル導体の間隔が１００μｍ以下であることが好ましい。これは１００μｍを超えると並列に接続された平面スパイラルコイル４のそれぞれの間に洩れ磁束が生じやすくなる傾向があるからである。並列に接続されたコイル用導体パターン間に生じる洩れ磁束を抑えることで、より大きな磁界が形成され、大きなインダクタンスを発生させることができる。
【００３８】
また、図２に示す並列に接続された平面スパイラルコイル４のパターン間に配置される、第１のフェライト層２および第２のフェライト層３より透磁率の低い第４のフェライト層６は、第３のフェライト層５と同様のものを用いることができ、例えば電気的絶縁性の低透磁率材であるＺｎ系フェライト及びＣｕ−Ｚｎ系フェライトより選択した粉末を樹脂のバインダと混練してペーストを作り、得られた低透磁率材ペーストをスクリーン印刷法やグラビア印刷法等によりフェライトグリーンシートにコイル用導体の上の略全面に塗布、もしくは例えば電気的絶縁性の低透磁率材であるＺｎ系フェライト及びＣｕ−Ｚｎ系フェライトよりなるグリーンシートをフェライトグリーンシートに平面スパイラルコイル４上に積層することにより、例えば非磁性フェライトシートおよびフェライトグリーンシートと同時焼成されて形成される。
【００３９】
また、第３のフェライト層５および第４のフェライト層６は図４に示す形態で配置することが可能であり、第４のフェライト層６は並列に接続された平面スパイラルコイル４のパターン間に生じる洩れ磁束を低減するため、並列に接続された平面スパイラルコイル４のパターン間に配置する。図３のように形成された平面スパイラルコイル４および第３のフェライト層５の上に重ねて同様にして形成すればよい。図３（ｂ）および（ｆ）のようにコイル用導体全体を覆うように第３のフェライト層５を形成したような場合は、第３のフェライト層５が第４のフェライト層６を兼ねることが可能であり、この場合はコイル用導体のみを形成するだけでもよい。また、並列に接続されるコイル用導体の上面も同様にその上面がほぼ平坦となるように形成するのが好ましい。図４（ｈ）のように並列に接続されるコイル用導体の上面に全面に渡り低透磁率を形成する場合は、上記と同様にその厚
みはコイル用導体と同程度であることが好ましい。
【００４０】
【表１】
【００４１】
表１の重畳特性の評価欄において、◎◎は６００ｍＡでのインダクタンス値が規格２μＨを満たすもの、◎は５００ｍＡでのインダクタンス値が規格２μＨを満たすもの、○は３００ｍＡでのインダクタンス値が規格２μＨを満たすもの、△は１００ｍＡでのインダクタンス値が規格２μＨを満たすもの×は規格を全然満たさないものをあらわしている。一般的に携帯電話に使用されるコイルは３００ｍＡ以上で２μＨ以上あれば、十分に機能する。
【００４２】
表１より、平面スパイラルコイルのコイル導体間に第１のフェライト層および第２のフェライト層より透磁率の小さい第３のフェライト層５が形成した実施例１が、比較例１の重畳特性と比べ、重畳特性が優れていることが確認された。
【００４３】
また、シールド層を配置した実施例２は、重畳特性が実施例１よりも高く、磁力線が外部により漏れにくくなるため、磁力線を安定させることができ、重畳特性が優れることが確認された。
【００４４】
また、シールド層がコイル用導体を完全に覆った実施例３は、重畳特性が実施例２よりも高く、より磁力線が外部により漏れにくくなるため、磁力線を安定させることができ、重畳特性が優れることが確認された。
【００４５】
また、平面スパイラルコイルを厚み方向において対向するように配置されているとともに並列接続された実施例４は実施例１に比べ導体抵抗が半分であり、同一形状の平面スパイラルコイルを２層並列に接続することにより導体の断面積が２倍になっていることが確認された。
【００４６】
また、平面スパイラルコイルの導体間に非磁性フェライトを配置した実施例５は重畳特性が実施例４よりも高く、平面スパイラルコイルの導体間に発生する洩れ磁束を抑制できていることが確認された。
【００４７】
また、平面スパイラルコイルの導体間の厚みが１００μｍである実施例５は重畳特性が実施例５よりも高く、平面スパイラルコイルの導体間を狭くすることで、平面スパイラルコイルの導体間に発生する洩れ磁束をより抑制できていることが確認された。
【００４８】
（実施例７）
実施例１で作製した非磁性フェライト仮焼粉末と体積固有抵抗が１×１０１１ΩｍのＳｉＯ２−ＣａＯ−ＭｇＯ系ガラス粉末を表２に示す調合組成比で混合し、混合粉末を作製した。その混合粉末１００質量％に対し、ブチラール樹脂１０質量％、高分子量のアルコールを希釈剤として４５質量％添加し、ボールミル法により混合しスラリーとした。このスラリーを用いてドクターブレード法により厚さ１００μｍの非磁性フェライトグリーンシートを成型した。
【００４９】
この非磁性フェライトグリーンシート両面に実施例１で作製した配線導体用ペーストをスクリーン印刷法によって３０ｍｍの円形状で端部への引き出し線を設けたパターンを２０μｍの厚みで塗布し、７０℃で３０分乾燥して絶縁抵抗測定用導体パターンを形成した。
【００５０】
成型した非磁性フェライトグリーンシートと実施例１で作製したフェライトグリーンシートを積み重ねて、５ＭＰａの圧力と５０℃の温度で加熱圧着してグリーンシートの積層体を作製した。
【００５１】
次に、この積層体を、空気雰囲気中で５００℃、３時間の条件で焼成し有機分を除去して、空気雰囲気中で９００℃、１時間の条件で焼成し絶縁抵抗測定用の試験片を作製した。
【００５２】
図６は絶縁抵抗測定用の試験片の断面図を示す。ここで図１と同じ機能を有する箇所については同じ符号を用いている。
【００５３】
得られた本実施例７の試験片について、吸水率と絶縁抵抗を測定した。吸水率の測定は、初めに試験片の重量を測定し、その後試験片を水中に浸漬し、真空中に１時間放置し、その後の試験片の重量を測定し、水中浸漬前後の重量差を求めた。なお、重量測定には、ＳＨＩＭＡＤＵ製(ＡＵＸ１２０)の電子天秤を使用した。その重量差を初期重量で割って百分率を求めることによって行なった。その結果を表１に示す。なお、表１において吸水率が０．１％以上の場合は吸水が発生したものとして×、０．１％未満の場合は吸水が発生しなかったものとして○で示している。体積固有抵抗の測定はＤＥＧＩＴＡＬ ＳＵＰＥＲ ＭＥＧＯＨＭ ＭＥＴＥＲ「ＤＳＭ−８１０３」（ＴＯＡ社製）を用いて絶縁層間の抵抗値を測定し、絶縁層の形状より算出した。本実施例８の試験片について、吸水と体積固有抵抗を測定した結果を表２に示す。
【００５４】
【表２】
【００５５】
表２より、絶縁基体の組成が本発明にて定める範囲内にあるものは、いずれも体積固有抵抗が１×１０１０Ωｍ以上で吸水がなく焼結性に優れたものであった。
【００５６】
（実施例８）
表３に示す調合組成比とした原料を各々２５０ｇ秤量し、１Ｌの純水とともにジルコニア粉砕用ボールを使用した２Ｌのボールミルにて２４時間調合後、原料粉を分別乾燥し、ジルコニアるつぼにて７３０℃の仮焼を行った。仮焼後、Ｘ線回折により所要の化合物が得られていることを確認し、ボールミルにて粉砕、乾燥後メッシュふるいにて分別して、仮焼粉の粒子径が０．５〜０．７μｍとなるように整粒した。これに１０質量％のＰＶＡ溶液を添加して、ライカイ機にて造粒し、造粒粉を金型にてプレス成型した後、大気中にて９００℃、２時間の焼成を行い、外径１６ｍｍ、内径８ｍｍ、厚さ２ｍｍのトロイド形の焼結試験片を作成した。
【００５７】
図７は焼結密度および透磁率の測定に用いたトロイド形の焼結試験片の断面図を示す。ここで図１と同じ機能を有する箇所については同じ符号を用いている。
【００５８】
試験片の密度は液中秤量法により測定し、透磁率の測定はインピーダンスアナライザー「ＨＰ−４２９１Ａ」（ヒューレットパッカード社製）を用いて１．０ＭＨｚ、１０ＭＨｚにおける値を求めた。
【００５９】
【表３】
【００６０】
表３に、焼結密度および透磁率の測定結果をあわせて示す。主成分の組成が本発明にて定める範囲内にあるものは、いずれも焼結密度および透磁率が優れていることが確認できた。
【００６１】
（実施例９）
実施例１と同様の方法で作製した非磁性フェライトシートに、実施例１と同様の表面配線導体用ペーストをスクリーン印刷法によって２ｍｍ四方のサイズで２０μｍの厚みに塗布し、７０℃で３０分乾燥してメタライズ強度測定用パターンを形成した。また、表面配線導体のインダクタンス及びシート抵抗を測定できるように、１５０μｍの幅で２０ｍｍの長さの直線形状の独立パターンをスクリーン印刷によって形成しておいた。次に、非磁性フェライトグリーンシートを積み重ねて、５ＭＰａの圧力と５０℃の温度で加熱圧着してグリーンシートの積層体を作製した。次に、この積層体を、空気雰囲気中で５００℃、３時間の条件で焼成し有機分を除去して、空気雰囲気中で９００℃、１時間の条件で焼成
しメタライズ強度測定用基板、およびシート抵抗、インダクタンス測定用基板を作製した。
【００６２】
（実施例１０〜２３）
表４に示すような原料組成とした表面配線導体用ペーストを用いた以外は実施例９と同様にしてメタライズ強度測定用基板、およびシート抵抗、インダクタンス測定用基板を作製した。
【００６３】
（実施例２４）
２価の金属酸化物としてＮｉＯを添加した表面配線導体用ペーストを用いた以外は実施例９と同様にしてメタライズ強度およびシート抵抗測定用基板を作製した。
【００６４】
（実施例２５）
メタライズ強度測定用パターンおよびシート抵抗、インダクタンス測定用の直線形状の独立パターンにおいて、パターン外周部を表４に示すような原料組成とした表面配線導体用ペーストを用いて、２５ｕｍの幅で形成した以外は実施例９と同様にしてメタライズ強度測定用基板、およびシート抵抗、インダクタンス測定用基板を作製した。
【００６５】
次に、実施例９〜２５の試料について、表面配線導体のメタライズ強度を測定した。メタライズ強度の測定は強度測定用パターン上に、直径２ｍｍ、高さ１０ｍｍのＣｕ製のピンを共晶半田を用いて２４５℃の温度で接合し、引っ張り試験機（「ＭＯＤＥＬ−１３１０ＤＷ」ＡＩＫＯ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ製）を用いて、引っ張り速度１００ｍｍ／ｍｉｎでピンの引っ張りによる破壊強度を測定した。メタライズ強度を測定した結果を表４に示す。
【００６６】
また、実施例９〜２５の試料について、インダクタンス測定用のパターン部分のインダクタンスをインピーダンスアナライザ（「４１９４Ａ」Ａｇｉｌｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ製）を用いて０．５Ｖの印加電圧で測定した。測定周波数１ＭＨｚにおけるインダクタンスを測定した結果を表４に示す。
【００６７】
また、実施例９〜２５の試料について、シート抵抗測定用のパターン部分の直流抵抗値、長さ、幅、厚みを測定して、厚さ１５μｍに換算したときのシート抵抗値（ｍΩ／□）を算出した。直流抵抗値の測定はデジタルマルチメータ（「Ｒ６８７１Ｅ」ＡＤＶＡＮＴＥＳＴ製）を用いてシート抵抗測定用のパターン両端に測定端子を接触させて行った。長さ、幅の測定はメジャースコープ（「ＭＭ−２２」Ｎｉｋｏｎ製）を用いて測定を行った。厚みの測定は試料を断面方向に研磨し、マイクロスコープ（「ＶＨ−８０００」ＫＥＹＥＮＣＥ製）を用いて断面方向よりシート抵抗測定用のパターン部分の厚みを測定した。この結果も、表４に記載した。
【００６８】
【表４】
【００６９】
表４より、Ａｇに２価の金属酸化物を添加した表面配線導体用ペーストいた実施例１０〜２５の試料のメタライズ強度が実施例９のメタライズ強度に比べ高くなっていることが確認された。この中でも、２価の金属酸化物の添加量（ＣｕＯまたはＺｎＯの添加量、あるいはＣｕＯの添加量およびＺｎＯの添加量の和）が金属粉末であるＡｇ粉末１００質量部に対して５質量部以上である、実施例１０〜１７、２０，２１，２３，２４，２５は２５Ｎ以上とより高い強度を示した。
【００７０】
また、２価の金属酸化物の添加量が１５質量部以下である実施例１０〜１９，２２，２４，２５はシート抵抗が２．６ｍΩ／□未満と小さいものであった。１５質量部を越えた実施例２０、２１、２３の試料は、実使用上は問題のないレベルではあるが、シート抵抗が３．０ｍΩ／□を超えるものとなった。
【００７１】
また、２価の金属酸化物としてＣｕＯまたはＺｎＯ、もしくは、ＣｕＯおよびＺｎＯの和を添加した実施例１０〜２３及び実施例２５は、インダクタンスが１．１ｎＨと小さいものであった。これに対して２価の金属酸化物としてＮｉＯを添加した実施例２４の試料は、実使用上は問題のないレベルではあるが、インダクタンスが２．４ｎＨと大きくなっていた。
【００７２】
また、２価の金属酸化物は表面に位置するメタライズ配線層の外周部のみに添加されている実施例２５の試料はシート抵抗が２．０３ｍΩ／□未満と小さいものであった。２価の金属酸化物はメタライズ配線層全体に添加されている実施例１０〜１２の試料は実使用上は問題のないレベルではあるが、シート抵抗が２．１６ｍΩ／□を超えるものとなった。
【００７３】
以上より、Ａｇ及び２価の金属酸化物の組成が本発明にて定める範囲内にあるものは、いずれもメタライズ強度、シート抵抗及び表面導体のインダクタンスが優れていることが確認できた。
【符号の説明】
【００７４】
１・・・絶縁層
２・・・第１のフェライト層
３・・・第２のフェライト層
４・・・平面スパイラルコイル
５・・・第３のフェライト層
６・・・第４のフェライト層
７・・・搭載用電極
８・・・電極パッド
９・・・シールド層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非磁性フェライト焼結体から成る絶縁基体の内部に、非磁性フェライトと同時焼成されて形成されるとともに内部にコイルが埋設されたインダクタンス値を上げるためのフェライト層が設けられたコイル内蔵基板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、携帯電話機を始めとする移動体通信機器等の電子機器には、多数の電子装置が組み込まれている。
かかる携帯電話機等の通信機器は、近年小型化が急激に進んでおり、これに搭載される各種電子装置も小型化、薄型化が要求されている。
例えば、ガラスセラミック基板の内部にコイルを内蔵した構成のＬＣフィルタが知られている。
【０００３】
このＬＣフィルタの場合、従来はチップ部品のコイルを用いて外付けしていたものを、セラミック基板等の絶縁基板の内部に内蔵することで小型化、薄型化ができるという利点を有する。
【０００４】
なかでも、１００ｎＨを超えるインダクタンスの大きなコイルは、チップ部品として比較的大型であり、これを絶縁基板に内蔵することは小型化、薄型化への効果が大きいという利点を有する。
【０００５】
このようなセラミック基板に内蔵されるコイルとしては、厚み方向にコイルを繋げて形成するソレノイドコイル、同一平面状にコイルを形成する平面スパイラルコイルがあるが、なかでも平面スパイラルコイルは同一平面状にコイルを形成するためセラミック基板を薄型化する上で好ましい。
【０００６】
しかしながら、コイルを内蔵したセラミック等の絶縁基板では、磁性を持たない基板内にコイルを形成するため、１００ｎＨ程度の比較的大きなインダクタンスを得ることができるコイルを内蔵させるにはコイルの巻き数を多くすることが必要となり、小型化、薄型化を効果的に達成することができないという不具合があった。
【０００７】
そこで、近年では絶縁基板に強磁性を有するフェライトを用いて、コイルをこのフェライト内部に埋設させることにより、コイルの巻き数を多くすることなく１００ｎＨを超えるインダクタンスを実現し効果的に小型化、薄型化ができるとともに、チップ部品を表面に実装する工程を省略し実装工程の簡略化を図ることが行なわれている。
【０００８】
しかしながら、絶縁基板にフェライトを用いた基板では、コイルと共に配線を形成した場合、磁性を持たせたくない配線に高いインダクタンスが生じ、この配線にノイズが起きることで回路が誤動作することが問題となっていた。そこで磁性を有さない非磁性フェライトの内部にフェライト層を内蔵させ、フェライト層にコイルを形成し、非磁性フェライトに配線を形成することで配線のインダクタンスを低減させ、回路が誤動作することを抑制していた。
【０００９】
このようなコイル内蔵基板として、例えば、携帯電話機に使用されるコイル内蔵基板は、図５に断面図で示すように、複数の非磁性フェライト層が積層されて成る絶縁基体１１と、絶縁基体１１に挟まれて積層されるとともに内部にコイル用導体１４が埋設された第１のフェライト層１２及び第２のフェライト層１３によって構成されている。
【００１０】
そして、このような非磁性フェライト基板内部にフェライト層およびコイル用導体を設けたコイル内蔵基板においても、今後さらに小型化、薄型化、高機能化を行なっていく必要があり、コイル内蔵基板の上面や下面に、さらに半導体チップやチップ部品を表面実装する必要性がでてきた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平２−１０１７１４号公報
【特許文献２】特開平６−２０８３９号公報
【特許文献３】特開平６−２１２６４号公報
【特許文献４】特開平６−３３３７４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、従来の非磁性フェライト基板内部にフェライト層およびコイル用導体を設けたコイル内蔵基板では、コイル用導体に電流を流すとコイル用導体周りに磁力線が発生し、さらに大きな電流を流すとコイル用導体の導体間という小さい領域に大きい磁束が発生することとなり、コイル用導体の導体間で磁束の部分飽和が起きやすくなるので、インダクタンスが低下するという、所謂重畳特性の低下を招いてしまっていた。さらに、基板の小面積化のためにコイルを高密度に形成した場合においてはコイル用導体の導体間が狭くなるため、より顕著に重畳特性の低下を招いていた。また、コイル内蔵基板で発生する磁力線が基板外部に洩れることで、例えば、コイル内蔵基板の上面や下面に実装した半導体チップやチップ部品や配線に対して電気的に影響を及ぼす可能性があった。
【００１３】
そこで、コイル用導体に発生する磁力線がコイル内蔵基板の上面や下面に実装した半導体チップやチップ部品や配線に対して電気的に影響を及ばさないようにするためには、コイル用導体と半導体チップやチップ部品や配線との間の距離を十分に取る必要があり、その結果、コイル内蔵基板全体が厚くなり、薄型化に適さないものとなっていた。
【００１４】
また、コイル内蔵基板に搭載する半導体チップやチップ部品が、例えばＤＣ−ＤＣコンバータ用半導体チップの場合には、コイル用導体に高い電流が流れるため、コイル用導体に高い電流が流せるほど使用電流の高い電源、例えば液晶ディスプレイ用の電源などに適用することが可能となるが、コイル用導体の導体抵抗が高いとコイル用導体が発熱するため、発熱による電力の損失で変換効率の低下などが生じるという問題点があった。
【００１５】
本発明は以上のような従来の問題点を解決するために案出されたものであり、その目的は、コイル用導体に発生する磁力線を抑制することで、重畳特性が向上するとともに、コイル内蔵基板の上面や下面に搭載される半導体チップやチップ部品に対する電気的な影響を改善し、更にはコイル用導体の導体抵抗を低減した小型のコイル内蔵基板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明のコイル内蔵基板は、内部にコイルが埋設されているフェライト層を、各々が非磁性フェライト層により形成されている一対の絶縁層で挟持させて成り、前記コイルのコイル導体間に非磁性フェライトからなる非磁性層が形成されており、前記コイルの上面および下面が前記フェライト層で覆われていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のコイル内蔵基板によれば、内部にコイルが埋設されているフェライト層を、各
々が非磁性フェライト層により形成されている一対の絶縁層で挟持させて成り、コイルのコイル導体間に非磁性フェライトからなる非磁性層が形成されており、コイルの上面および下面がフェライト層で覆われていることから、各コイル導体より発生する磁束がより透磁率の高いフェライト層に向かって発生することにより、コイルのコイル導体間に発生する磁束を抑制しコイル全体を通る大きな磁束となる。よって、コイル用導体パターン間に磁束が集中することにより生じる磁束の部分飽和を抑制し、重畳特性の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明のコイル内蔵セラミック基板の実施の形態の一例を示す断面図である。
【図２】本発明のコイル内蔵セラミック基板の実施の形態の一例を示す断面図である。
【図３】本発明のコイル内蔵セラミック基板の実施の形態における平面スパイラルコイルと第３および第４のフェライト層の一例を示す断面図である。
【図４】本発明のコイル内蔵セラミック基板の実施の形態における平面スパイラルコイルと第３および第４のフェライト層の一例を示す断面図である。
【図５】従来のコイル内蔵セラミック基板の例を示す断面図である。
【図６】本発明の実施例の絶縁抵抗測定に用いた評価用の試験片を示す断面図である。
【図７】本発明の実施例の透磁率測定に用いた評価用の試験片を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明のコイル内蔵基板（以下、基板ともいう）を添付図面に基づいて以下に詳細に説明する。
【００２０】
図１及び図２は本発明の基板の実施の形態の一例を示す断面図であり、図３は本発明のコイル内蔵セラミック基板の実施の形態における平面スパイラルコイルと第３および第４のフェライト層の一例を示す断面図であり、１は複数の非磁性フェライト層から成る絶縁層、２は第１のフェライト層、３は第２のフェライト層、４は平面スパイラルコイル、５は平面スパイラルコイル４のコイル導体間に配置された第３のフェライト層、６は平面スパイラルコイル４間に配置された第４のフェライト層、７は半導体チップやチップ部品を搭載する搭載用電極、８は基板を外部電気回路に電気的に接続するための電極パッド、９はシールド層である。
【００２１】
複数の非磁性フェライト層から成る絶縁層１は、まず、非磁性フェライト組成の主成分およびガラス、第１酸化物成分、または、非磁性フェライト組成の主成分ならびに第１酸化物成分およびガラス、第２酸化物成分、さらに有機バインダ，可塑剤，有機溶剤等を混合してスラリーを得て、これからドクターブレード法，圧延法，カレンダーロール法等によって非磁性フェライトグリーンシートを製作し、この非磁性フェライトグリーンシートを複数積層した後、大気中または加湿窒素雰囲気中にて、８００〜１０００℃の温度で焼成して作製される。
【００２２】
非磁性フェライト組成の主成分としては、Ｆｅ２Ｏ３とＣｕＯおよびＺｎＯの少なくとも１種との粉体を用いることができ、例えば、これらを湿式混合し、次いで仮焼し、顆粒としてこれを粉砕した後、原料粉末とすることができる。
【００２３】
非磁性フェライト組成の主成分としてのＦｅ２Ｏ３は、好ましくは４６〜５０質量％であり、ＣｕＯは、好ましくは２〜２０質量％であり、ＺｎＯは、好ましくは３３〜５２質量％の範囲である。
【００２４】
非磁性フェライトに含有するガラスは好ましくは体積固有抵抗が１×１０１１Ωｍ以上で含有量は３〜１５質量％である。非磁性フェライトに含有するガラスの体積固有抵抗が１×１０１１Ωｍより低いと非磁性フェライトの体積固有抵抗を高くする効果が小さい。また、含有量が３質量％より小さいと非磁性フェライトの体積固有抵抗を高くする効果が小さく、含有量が１５質量％より大きいと非磁性フェライトの焼結挙動が大きく変化するため、第１のフェライト層２および第２のフェライト層３との焼結挙動と大きく異なることにより、第１のフェライト層２および第２のフェライト層３と非磁性フェライト層が互いに拘束し合い、第１のフェライト層２および第２のフェライト層３に焼結不良が生じ、基板に大気中の水分などが浸入してしまうという、いわゆる吸水が発生しやすいという傾向がある。
【００２５】
非磁性フェライトに含有するガラス粉末としては、例えばＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系，ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３系，ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−ＭＯ系（但し、ＭはＣａ，Ｓｒ，Ｍｇ，ＢａまたはＺｎを示す），ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−Ｍ１Ｏ−Ｍ２Ｏ系（但し、Ｍ１及びＭ２は同じまたは異なってＣａ，Ｓｒ，Ｍｇ，ＢａまたはＺｎを示す），ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−Ｍ１Ｏ−Ｍ２Ｏ系（但し、Ｍ１及びＭ２は上記と同じである），ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ｍ３２Ｏ系（但し、Ｍ３はＬｉ，ＮａまたはＫを示す），ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−Ｍ３２Ｏ系（但し、Ｍ３は上記と同じである），Ｐｂ系ガラス，Ｂｉ系ガラス等を用いることができ、ガラスの軟化点が６００℃以下であることがフェライトの焼結を阻害しないうえで望ましい。
【００２６】
第１のフェライト層２および第２のフェライト層３は、平面スパイラルコイル４の上下面を覆うようにして、絶縁層１の内層に平面スパイラルコイル４とともに形成されている。この第１のフェライト層２および第２のフェライト層３は、磁束を安定させるという観点からは同一の組成であることが望ましく、その場合は主成分の組成を、焼結体としてＦｅ２Ｏ３を６３〜７３質量％、ＣｕＯを５〜１０質量％、ＮｉＯを５〜１２質量％、ＺｎＯを１０〜２３質量％とすると、１０００℃以下の低温で焼結密度５．０ｇ／ｃｍ３以上の高密度焼成が可能であり、かつ、高周波帯域で十分に高い透磁率を得ることができるので好ましい。
【００２７】
ここで、Ｆｅ２Ｏ３は、フェライトの基幹成分であり、そのフェライトの主成分をＸ−Ｆｅ２Ｏ４（ＸはＣｕ，Ｎｉ，Ｚｎ等）として示される逆スピネル構造の固溶体とすれば、第１のフェライト層２および第２のフェライト層３のうちＦｅ２Ｏ３が６３〜７３質量％を構成していると良い。６３質量％未満の場合、十分な透磁率が得られない傾向がある。他方、７３質量％を超えて多い場合は、焼結密度の低下により機械的強度が低下する傾向がある。
【００２８】
ＣｕＯは第１のフェライト層２および第２のフェライト層３の主成分のうち５〜１０質量％を構成していると良い。これは、ＣｕＯは焼結温度の低温化に大きく寄与しており、ＣｕＯが低温で液層を形成することにより焼結を促進させる効果を用いて、磁気特性を損なわずに非磁性フェライトの焼成温度である８００〜１０００℃で焼成するためである。５質量％未満であると、低抵抗金属を用いた配線導体と同時に低温度域で焼成を行う場合に焼結密度が不十分になり機械強度が不足する傾向がある。また、１０質量％を超えて多い場合、磁気特性の低いＣｕＦｅ２Ｏ４の割合が多くなるため磁気特性を損ないやすくなる傾向がある。
【００２９】
ＮｉＯはフェライトの高周波域における透磁率を確保するために含有させる。ＮｉＦｅ２Ｏ４は高周波域まで共振による透磁率の減衰を起さず、高周波域での透磁率を比較的高い値に維持することができるが、初期透磁率は低い特徴をもつため、５質量％未満である
と、１０ＭＨｚ乃至それ以上の高周波域での透磁率が低下する傾向がある。また、１２質量％より多い場合、ＮｉＦｅ２Ｏ４の割合が多くなり初期透磁率が低下する傾向にある。
【００３０】
ＺｎＯはフェライトの透磁率向上のために重要な要素であり、フェライト主成分のうち１０質量％未満であると、透磁率が低くなる可能性があり、逆に２３質量％より多くても磁気特性が悪くなる傾向がある。
【００３１】
第１のフェライト層２および第２のフェライト層３の形成は、まずフェライト粉末に適当な有機バインダ，可塑剤，有機溶剤等を混合してスラリーを得て、これからドクターブレード法、圧延法、カレンダーロール法等によってフェライトグリーンシートを製作する。次に、このフェライトグリーンシートを所定の平面スパイラルコイル４を覆うものとして非磁性フェライトグリーンシートと平面透視で同じ大きさの同形状にカットし、非磁性フェライトグリーンシート積層体の内部に、間に平面スパイラルコイル４となる導体パターンを配置して、その平面スパイラルコイル４の上面および下面を覆うようにして積層する。
【００３２】
第１のフェライト層２および第２のフェライト層３となるフェライトグリーンシートを形成するのに用いるフェライト粉末は、仮焼済みのフェライト粉末であり、平均粒径が０．１μｍ〜０．９μｍの範囲で均一であり、球形状に近い粒が望ましい。これは、平均粒径が０．１μｍより小さいと、フェライトグリーンシートの製作においてフェライト粉末の均一な分散が困難であり、平均粒径が０．９μｍより大きいとフェライトの焼結温度が高くなりやすくなるからである。また、粒径が均一で球状に近いことにより均一な焼結状態を得ることができる。例えばフェライト粉末で部分的に小さい粒径が存在した場合は、その部分のみ結晶粒の成長が低下し、焼結後に得られる第１のフェライト層２および第２のフェライト層３の透磁率が安定しにくい傾向がある。
【００３３】
メタライズ配線層から成る平面スパイラルコイル４は、第１のフェライト層２および第２のフェライト層３に上下面を覆われるように埋設されており、Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ａｇ合金等の金属粉末に、適当な有機バインダ，溶剤を混練して作製した導体ペーストを、スクリーン印刷法やグラビア印刷法等によりフェライトグリーンシートの表面に塗布し、セラミックグリーンシートおよびフェライトグリーンシートと同時焼成されて形成される。
【００３４】
第１のフェライト層２および第２のフェライト層３より透磁率の低い第３のフェライト層５は、例えば電気的絶縁性の低透磁率材であるＺｎ系フェライト及びＣｕ−Ｚｎ系フェライトより選択した粉末を樹脂のバインダと混練してペーストを作り、得られた低透磁率材ペーストをスクリーン印刷法やグラビア印刷法等によりフェライトグリーンシートに平面スパイラルコイル４の上の略全面に塗布、もしくは例えば電気的絶縁性の低透磁率材であるＺｎ系フェライト及びＣｕ−Ｚｎ系フェライトよりなるグリーンシートをフェライトグリーンシートに平面スパイラルコイル４上に積層することにより、例えば非磁性フェライトシートおよびフェライトグリーンシートと同時焼成されて形成される。
【００３５】
第３のフェライト層５は、例えば図３に示すような形態で配置することが可能である。図３（ａ）および（ｃ）のように少なくとも平面スパイラルコイル４の導体間を低透磁率の第３のフェライト層５で塞ぐことにより導体間に磁束が発生するのを抑制するように形成すれば効果的に磁束の漏洩を防止できる。例えば図３（ａ）の形態は第２のフェライト層３となるフェライトグリーンシート上に印刷法により形成した平面スパイラルコイル４をプレスによりフェライトグリーンシートに埋め込んだ後、コイル用導体間を塞ぐように低透磁率材ペーストを印刷することにより形成される。また、図３（ｃ）の形態は例えば、第２のフェライト層３となるフェライトグリーンシート上に印刷法により形成した平面スパイラルコイル４のコイル用導体間を埋めるように低透磁率材ペーストを印刷すること
により形成される。また、コイル用導体間が狭く、コイル用導体間に合わせて低透磁率材ペーストを印刷することが困難な場合は、図３（ｂ）、（ｆ）のようにコイル用導体全体を覆うように低透磁率材ペーストを印刷することにより、第３のフェライト層５を平面スパイラルコイル４の導体間に配置するようにしても良い。この場合のコイル用導体上の第３のフェライト層５の厚みは導体間に磁束が発生するのを抑制する効果を発揮するためには厚い方が良いが、厚くしすぎると基板が厚くなり低背化ができなくなるのでコイル用導体と同程度であることが好ましい。コイル用導体の厚みによっては、第１のフェライト層２となるフェライトグリーンシートを積層した際にコイル用導体間に隙間ができてしまい、デラミネーションの発生起点となったり、焼成後にボイドとなったりすることを防止するためには、図３（ｂ）、（ｃ）、（ｅ）、（ｆ）のようにその上面がほぼ平坦となるように形成するのが好ましい。
【００３６】
メタライズ配線層から成る平面スパイラルコイル４は厚み方向において対向するように配置されているとともに複数のコイル導体が電気的に並列接続されていることが好ましい。例えば、図２に示すように同形状の一対の導体パターンを絶縁層１の厚み方向に平面透視して重なるように形成されるとともに電気的に並列に接続されている場合は、並列に接続された同形状の一対のコイル導体の導体抵抗は同形状の一対のコイル導体それぞれの導体抵抗の半分になるため、電流を負荷した際に発生する熱を抑えることができ、より高い電流を流すことができ、出力電流の高いＩＣを基板に搭載することが可能となり、コイル内蔵基板としての用途を広げることができる。並列接続されるコイル導体の数は多ければ多いほどコイル導体の抵抗を低減できるが、基板の厚みが大きくなるので、要求される基板の厚みに応じて適宜選択される。
【００３７】
また、複数のコイル導体の間隔が１００μｍ以下であることが好ましい。これは１００μｍを超えると並列に接続された平面スパイラルコイル４のそれぞれの間に洩れ磁束が生じやすくなる傾向があるからである。並列に接続されたコイル用導体パターン間に生じる洩れ磁束を抑えることで、より大きな磁界が形成され、大きなインダクタンスを発生させることができる。
【００３８】
また、図２に示す並列に接続された平面スパイラルコイル４のパターン間に配置される、第１のフェライト層２および第２のフェライト層３より透磁率の低い第４のフェライト層６は、第３のフェライト層５と同様のものを用いることができ、例えば電気的絶縁性の低透磁率材であるＺｎ系フェライト及びＣｕ−Ｚｎ系フェライトより選択した粉末を樹脂のバインダと混練してペーストを作り、得られた低透磁率材ペーストをスクリーン印刷法やグラビア印刷法等によりフェライトグリーンシートにコイル用導体の上の略全面に塗布、もしくは例えば電気的絶縁性の低透磁率材であるＺｎ系フェライト及びＣｕ−Ｚｎ系フェライトよりなるグリーンシートをフェライトグリーンシートに平面スパイラルコイル４上に積層することにより、例えば非磁性フェライトシートおよびフェライトグリーンシートと同時焼成されて形成される。
【００３９】
また、第３のフェライト層５および第４のフェライト層６は図４に示す形態で配置することが可能であり、第４のフェライト層６は並列に接続された平面スパイラルコイル４のパターン間に生じる洩れ磁束を低減するため、並列に接続された平面スパイラルコイル４のパターン間に配置する。図３のように形成された平面スパイラルコイル４および第３のフェライト層５の上に重ねて同様にして形成すればよい。図３（ｂ）および（ｆ）のようにコイル用導体全体を覆うように第３のフェライト層５を形成したような場合は、第３のフェライト層５が第４のフェライト層６を兼ねることが可能であり、この場合はコイル用導体のみを形成するだけでもよい。また、並列に接続されるコイル用導体の上面も同様にその上面がほぼ平坦となるように形成するのが好ましい。図４（ｈ）のように並列に接続されるコイル用導体の上面に全面に渡り低透磁率を形成する場合は、上記と同様にその厚
みはコイル用導体と同程度であることが好ましい。
【００４０】
【表１】
【００４１】
表１の重畳特性の評価欄において、◎◎は６００ｍＡでのインダクタンス値が規格２μＨを満たすもの、◎は５００ｍＡでのインダクタンス値が規格２μＨを満たすもの、○は３００ｍＡでのインダクタンス値が規格２μＨを満たすもの、△は１００ｍＡでのインダクタンス値が規格２μＨを満たすもの×は規格を全然満たさないものをあらわしている。一般的に携帯電話に使用されるコイルは３００ｍＡ以上で２μＨ以上あれば、十分に機能する。
【００４２】
表１より、平面スパイラルコイルのコイル導体間に第１のフェライト層および第２のフェライト層より透磁率の小さい第３のフェライト層５が形成した実施例１が、比較例１の重畳特性と比べ、重畳特性が優れていることが確認された。
【００４３】
また、シールド層を配置した実施例２は、重畳特性が実施例１よりも高く、磁力線が外部により漏れにくくなるため、磁力線を安定させることができ、重畳特性が優れることが確認された。
【００４４】
また、シールド層がコイル用導体を完全に覆った実施例３は、重畳特性が実施例２よりも高く、より磁力線が外部により漏れにくくなるため、磁力線を安定させることができ、重畳特性が優れることが確認された。
【００４５】
また、平面スパイラルコイルを厚み方向において対向するように配置されているとともに並列接続された実施例４は実施例１に比べ導体抵抗が半分であり、同一形状の平面スパイラルコイルを２層並列に接続することにより導体の断面積が２倍になっていることが確認された。
【００４６】
また、平面スパイラルコイルの導体間に非磁性フェライトを配置した実施例５は重畳特性が実施例４よりも高く、平面スパイラルコイルの導体間に発生する洩れ磁束を抑制できていることが確認された。
【００４７】
また、平面スパイラルコイルの導体間の厚みが１００μｍである実施例５は重畳特性が実施例５よりも高く、平面スパイラルコイルの導体間を狭くすることで、平面スパイラルコイルの導体間に発生する洩れ磁束をより抑制できていることが確認された。
【００４８】
（実施例７）
実施例１で作製した非磁性フェライト仮焼粉末と体積固有抵抗が１×１０１１ΩｍのＳｉＯ２−ＣａＯ−ＭｇＯ系ガラス粉末を表２に示す調合組成比で混合し、混合粉末を作製した。その混合粉末１００質量％に対し、ブチラール樹脂１０質量％、高分子量のアルコールを希釈剤として４５質量％添加し、ボールミル法により混合しスラリーとした。このスラリーを用いてドクターブレード法により厚さ１００μｍの非磁性フェライトグリーンシートを成型した。
【００４９】
この非磁性フェライトグリーンシート両面に実施例１で作製した配線導体用ペーストをスクリーン印刷法によって３０ｍｍの円形状で端部への引き出し線を設けたパターンを２０μｍの厚みで塗布し、７０℃で３０分乾燥して絶縁抵抗測定用導体パターンを形成した。
【００５０】
成型した非磁性フェライトグリーンシートと実施例１で作製したフェライトグリーンシートを積み重ねて、５ＭＰａの圧力と５０℃の温度で加熱圧着してグリーンシートの積層体を作製した。
【００５１】
次に、この積層体を、空気雰囲気中で５００℃、３時間の条件で焼成し有機分を除去して、空気雰囲気中で９００℃、１時間の条件で焼成し絶縁抵抗測定用の試験片を作製した。
【００５２】
図６は絶縁抵抗測定用の試験片の断面図を示す。ここで図１と同じ機能を有する箇所については同じ符号を用いている。
【００５３】
得られた本実施例７の試験片について、吸水率と絶縁抵抗を測定した。吸水率の測定は、初めに試験片の重量を測定し、その後試験片を水中に浸漬し、真空中に１時間放置し、その後の試験片の重量を測定し、水中浸漬前後の重量差を求めた。なお、重量測定には、ＳＨＩＭＡＤＵ製(ＡＵＸ１２０)の電子天秤を使用した。その重量差を初期重量で割って百分率を求めることによって行なった。その結果を表１に示す。なお、表１において吸水率が０．１％以上の場合は吸水が発生したものとして×、０．１％未満の場合は吸水が発生しなかったものとして○で示している。体積固有抵抗の測定はＤＥＧＩＴＡＬ ＳＵＰＥＲ ＭＥＧＯＨＭ ＭＥＴＥＲ「ＤＳＭ−８１０３」（ＴＯＡ社製）を用いて絶縁層間の抵抗値を測定し、絶縁層の形状より算出した。本実施例８の試験片について、吸水と体積固有抵抗を測定した結果を表２に示す。
【００５４】
【表２】
【００５５】
表２より、絶縁基体の組成が本発明にて定める範囲内にあるものは、いずれも体積固有抵抗が１×１０１０Ωｍ以上で吸水がなく焼結性に優れたものであった。
【００５６】
（実施例８）
表３に示す調合組成比とした原料を各々２５０ｇ秤量し、１Ｌの純水とともにジルコニア粉砕用ボールを使用した２Ｌのボールミルにて２４時間調合後、原料粉を分別乾燥し、ジルコニアるつぼにて７３０℃の仮焼を行った。仮焼後、Ｘ線回折により所要の化合物が得られていることを確認し、ボールミルにて粉砕、乾燥後メッシュふるいにて分別して、仮焼粉の粒子径が０．５〜０．７μｍとなるように整粒した。これに１０質量％のＰＶＡ溶液を添加して、ライカイ機にて造粒し、造粒粉を金型にてプレス成型した後、大気中にて９００℃、２時間の焼成を行い、外径１６ｍｍ、内径８ｍｍ、厚さ２ｍｍのトロイド形の焼結試験片を作成した。
【００５７】
図７は焼結密度および透磁率の測定に用いたトロイド形の焼結試験片の断面図を示す。ここで図１と同じ機能を有する箇所については同じ符号を用いている。
【００５８】
試験片の密度は液中秤量法により測定し、透磁率の測定はインピーダンスアナライザー「ＨＰ−４２９１Ａ」（ヒューレットパッカード社製）を用いて１．０ＭＨｚ、１０ＭＨｚにおける値を求めた。
【００５９】
【表３】
【００６０】
表３に、焼結密度および透磁率の測定結果をあわせて示す。主成分の組成が本発明にて定める範囲内にあるものは、いずれも焼結密度および透磁率が優れていることが確認できた。
【００６１】
（実施例９）
実施例１と同様の方法で作製した非磁性フェライトシートに、実施例１と同様の表面配線導体用ペーストをスクリーン印刷法によって２ｍｍ四方のサイズで２０μｍの厚みに塗布し、７０℃で３０分乾燥してメタライズ強度測定用パターンを形成した。また、表面配線導体のインダクタンス及びシート抵抗を測定できるように、１５０μｍの幅で２０ｍｍの長さの直線形状の独立パターンをスクリーン印刷によって形成しておいた。次に、非磁性フェライトグリーンシートを積み重ねて、５ＭＰａの圧力と５０℃の温度で加熱圧着してグリーンシートの積層体を作製した。次に、この積層体を、空気雰囲気中で５００℃、３時間の条件で焼成し有機分を除去して、空気雰囲気中で９００℃、１時間の条件で焼成
しメタライズ強度測定用基板、およびシート抵抗、インダクタンス測定用基板を作製した。
【００６２】
（実施例１０〜２３）
表４に示すような原料組成とした表面配線導体用ペーストを用いた以外は実施例９と同様にしてメタライズ強度測定用基板、およびシート抵抗、インダクタンス測定用基板を作製した。
【００６３】
（実施例２４）
２価の金属酸化物としてＮｉＯを添加した表面配線導体用ペーストを用いた以外は実施例９と同様にしてメタライズ強度およびシート抵抗測定用基板を作製した。
【００６４】
（実施例２５）
メタライズ強度測定用パターンおよびシート抵抗、インダクタンス測定用の直線形状の独立パターンにおいて、パターン外周部を表４に示すような原料組成とした表面配線導体用ペーストを用いて、２５ｕｍの幅で形成した以外は実施例９と同様にしてメタライズ強度測定用基板、およびシート抵抗、インダクタンス測定用基板を作製した。
【００６５】
次に、実施例９〜２５の試料について、表面配線導体のメタライズ強度を測定した。メタライズ強度の測定は強度測定用パターン上に、直径２ｍｍ、高さ１０ｍｍのＣｕ製のピンを共晶半田を用いて２４５℃の温度で接合し、引っ張り試験機（「ＭＯＤＥＬ−１３１０ＤＷ」ＡＩＫＯ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ製）を用いて、引っ張り速度１００ｍｍ／ｍｉｎでピンの引っ張りによる破壊強度を測定した。メタライズ強度を測定した結果を表４に示す。
【００６６】
また、実施例９〜２５の試料について、インダクタンス測定用のパターン部分のインダクタンスをインピーダンスアナライザ（「４１９４Ａ」Ａｇｉｌｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ製）を用いて０．５Ｖの印加電圧で測定した。測定周波数１ＭＨｚにおけるインダクタンスを測定した結果を表４に示す。
【００６７】
また、実施例９〜２５の試料について、シート抵抗測定用のパターン部分の直流抵抗値、長さ、幅、厚みを測定して、厚さ１５μｍに換算したときのシート抵抗値（ｍΩ／□）を算出した。直流抵抗値の測定はデジタルマルチメータ（「Ｒ６８７１Ｅ」ＡＤＶＡＮＴＥＳＴ製）を用いてシート抵抗測定用のパターン両端に測定端子を接触させて行った。長さ、幅の測定はメジャースコープ（「ＭＭ−２２」Ｎｉｋｏｎ製）を用いて測定を行った。厚みの測定は試料を断面方向に研磨し、マイクロスコープ（「ＶＨ−８０００」ＫＥＹＥＮＣＥ製）を用いて断面方向よりシート抵抗測定用のパターン部分の厚みを測定した。この結果も、表４に記載した。
【００６８】
【表４】
【００６９】
表４より、Ａｇに２価の金属酸化物を添加した表面配線導体用ペーストいた実施例１０〜２５の試料のメタライズ強度が実施例９のメタライズ強度に比べ高くなっていることが確認された。この中でも、２価の金属酸化物の添加量（ＣｕＯまたはＺｎＯの添加量、あるいはＣｕＯの添加量およびＺｎＯの添加量の和）が金属粉末であるＡｇ粉末１００質量部に対して５質量部以上である、実施例１０〜１７、２０，２１，２３，２４，２５は２５Ｎ以上とより高い強度を示した。
【００７０】
また、２価の金属酸化物の添加量が１５質量部以下である実施例１０〜１９，２２，２４，２５はシート抵抗が２．６ｍΩ／□未満と小さいものであった。１５質量部を越えた実施例２０、２１、２３の試料は、実使用上は問題のないレベルではあるが、シート抵抗が３．０ｍΩ／□を超えるものとなった。
【００７１】
また、２価の金属酸化物としてＣｕＯまたはＺｎＯ、もしくは、ＣｕＯおよびＺｎＯの和を添加した実施例１０〜２３及び実施例２５は、インダクタンスが１．１ｎＨと小さいものであった。これに対して２価の金属酸化物としてＮｉＯを添加した実施例２４の試料は、実使用上は問題のないレベルではあるが、インダクタンスが２．４ｎＨと大きくなっていた。
【００７２】
また、２価の金属酸化物は表面に位置するメタライズ配線層の外周部のみに添加されている実施例２５の試料はシート抵抗が２．０３ｍΩ／□未満と小さいものであった。２価の金属酸化物はメタライズ配線層全体に添加されている実施例１０〜１２の試料は実使用上は問題のないレベルではあるが、シート抵抗が２．１６ｍΩ／□を超えるものとなった。
【００７３】
以上より、Ａｇ及び２価の金属酸化物の組成が本発明にて定める範囲内にあるものは、いずれもメタライズ強度、シート抵抗及び表面導体のインダクタンスが優れていることが確認できた。
【符号の説明】
【００７４】
１・・・絶縁層
２・・・第１のフェライト層
３・・・第２のフェライト層
４・・・平面スパイラルコイル
５・・・第３のフェライト層
６・・・第４のフェライト層
７・・・搭載用電極
８・・・電極パッド
９・・・シールド層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部にコイルが埋設されているフェライト層を、各々が非磁性フェライト層により形成されている一対の絶縁層で挟持させて成り、
前記コイルのコイル導体間に非磁性フェライトからなる非磁性層が形成されており、
前記コイルの上面および下面が前記フェライト層で覆われていることを特徴とするコイル内蔵基板。
【請求項２】
前記フェライト層と前記絶縁層との間に、前記コイルと対向する部分を有するように配置されたシールド層を備えていることを特徴とする請求項１記載のコイル内蔵基板。
【請求項３】
前記コイルは、平面視して、その全面が前記シールド層と重なるように配置されていることを特徴とする請求項２記載のコイル内蔵基板。
【請求項４】
請求項１に記載のコイル内蔵基板の上面に半導体チップまたはチップ部品を搭載したことを特徴とする電子装置。
【請求項１】
内部にコイルが埋設されているフェライト層を、各々が非磁性フェライト層により形成されている一対の絶縁層で挟持させて成り、
前記コイルのコイル導体間に非磁性フェライトからなる非磁性層が形成されており、
前記コイルの上面および下面が前記フェライト層で覆われていることを特徴とするコイル内蔵基板。
【請求項２】
前記フェライト層と前記絶縁層との間に、前記コイルと対向する部分を有するように配置されたシールド層を備えていることを特徴とする請求項１記載のコイル内蔵基板。
【請求項３】
前記コイルは、平面視して、その全面が前記シールド層と重なるように配置されていることを特徴とする請求項２記載のコイル内蔵基板。
【請求項４】
請求項１に記載のコイル内蔵基板の上面に半導体チップまたはチップ部品を搭載したことを特徴とする電子装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−３４００６（Ｐ２０１３−３４００６Ａ）
【公開日】平成２５年２月１４日（２０１３．２．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２３８３９０（Ｐ２０１２−２３８３９０）
【出願日】平成２４年１０月２９日（２０１２．１０．２９）
【分割の表示】特願２０１１−１２５８４３（Ｐ２０１１−１２５８４３）の分割
【原出願日】平成１８年２月２２日（２００６．２．２２）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月１４日（２０１３．２．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年１０月２９日（２０１２．１０．２９）
【分割の表示】特願２０１１−１２５８４３（Ｐ２０１１−１２５８４３）の分割
【原出願日】平成１８年２月２２日（２００６．２．２２）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
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