コイル内蔵基板
【課題】コイルの磁気特性を改善し効率を向上することができるコイル内蔵基板を提供する。
【解決手段】積層方向から透視すると、第１のコイル要素３２ａ〜３２ｄが互いに重なり合う外コイル領域３２の内周より内側において、第２のコイル要素３４ａ〜３４ｄが互いに重なり合う。空隙部４０は、積層方向に透視すると第２のコイル要素３４ａ〜３４ｄが互いに重なり合う内コイル領域３４の内周と外コイル領域３２の外周との間に環状に延在し、コイル要素３４ｂ，３４ｃの一部が露出するように形成される。第１及び第２のコイル要素３２ａ〜３２ｄ，３４ａ〜３４ｄが有する一定の線幅をＡ、空隙部４０の幅をＢとすると、１．５≦Ｂ／Ａ≦２．０である。空隙部４０の個数は、第１のコイル要素３２ａ〜３２ｄと第２のコイル要素３４ａ〜３４ｄの合計個数の半分より少ない。
【解決手段】積層方向から透視すると、第１のコイル要素３２ａ〜３２ｄが互いに重なり合う外コイル領域３２の内周より内側において、第２のコイル要素３４ａ〜３４ｄが互いに重なり合う。空隙部４０は、積層方向に透視すると第２のコイル要素３４ａ〜３４ｄが互いに重なり合う内コイル領域３４の内周と外コイル領域３２の外周との間に環状に延在し、コイル要素３４ｂ，３４ｃの一部が露出するように形成される。第１及び第２のコイル要素３２ａ〜３２ｄ，３４ａ〜３４ｄが有する一定の線幅をＡ、空隙部４０の幅をＢとすると、１．５≦Ｂ／Ａ≦２．０である。空隙部４０の個数は、第１のコイル要素３２ａ〜３２ｄと第２のコイル要素３４ａ〜３４ｄの合計個数の半分より少ない。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コイル内蔵基板に関し、詳しくは、基板の内部にコイルを内蔵しているコイル内蔵基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
セラミック材料を含む絶縁層と内部導体層とを交互に積層し、一体化した積層体を焼成することにより作製されたコイル内蔵基板上に、半導体集積回路やコンデンサ、抵抗などの回路部品を搭載したモジュール部品が、携帯電話に用いられている。
【０００３】
コイル内蔵基板について、基板内部に空隙を設けることが提案されている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、図８（ａ）の断面図及び図８（ｂ）の拡大断面図に示すように、積層型電子部品の積層体１１０内においてコイル電極１３０間に空隙１４０を形成する場合に、空隙１４０の数をコイル電極１３０の層数の１／２以上とすること、及び、積層方向における空隙１４０の幅ａと積層方向において互いに隣接するコイル電極１３０間の距離ｂとの比が、０＜ａ／ｂ≦１／２とすることが開示されている。０＜ａ／ｂとするのは応力緩和効果を発現させるためであり、ａ／ｂ≦１／２とするのは、クラック防止効果を発現させるためとされている。
【０００５】
特許文献２には、大きさが異なる内コイルと外コイルとを交互に積層することにより同じ径のコイルが直線状に並んだ場合に比べて積層体表面の凹凸の形成を抑制することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−３５２０１８号公報
【特許文献２】国際公開第２００９／０８１８６５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献２のように、大きさが異なる内コイルと外コイルとを交互に積層することにより積層体表面の凹凸の形成を抑制した場合において、応力を低減し、コイルの磁気特性を向上することができる空隙の設け方が明らかになっていない。
【０００８】
本発明は、かかる実情に鑑み、大きさが異なる内コイルと外コイルとを交互に積層するコイル内蔵基板において、応力を低減し、コイルの磁気特性を効果的に向上する空隙構造を明確にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するために、以下のように構成したコイル内蔵基板を提供する。
【００１０】
コイル内蔵基板は、（ａ）セラミック材料を含む複数の絶縁層が積層された基板本体と、（ｂ）互いに隣接する前記絶縁層同士の異なる組の当該絶縁層間にそれぞれ配置され、前記基板本体の前記絶縁層が積層される積層方向に延在する仮想中心軸のまわりに形成された複数のコイル要素と、（ｃ）前記絶縁層を貫通して前記コイル要素同士を接続する層間接続導体と、（ｄ）前記基板本体の内部に形成された少なくとも１つの空隙部とを備える。前記コイル要素は、一定の線幅を有する第１及び第２のコイル要素を含む。前記第１のコイル要素は、前記積層方向に透視すると互いに重なり合う。前記第２のコイル要素は、前記積層方向に透視すると前記第１のコイル要素が互いに重なり合う外コイル領域の内周より内側において該内周に接しかつ互いに重なり合う。前記空隙部は、前記積層方向に透視すると前記内コイル領域の内周と前記外コイル領域の外周との間において環状に延在するように、前記第１及び第２のコイル要素のうちの少なくとも一つの前記コイル要素及び当該コイル要素に接している一つの前記絶縁層と当該コイル要素に対向する他の一つの前記絶縁層との間に、当該コイル要素の一部が前記空隙部に露出するように形成される。前記第１及び第２のコイル要素の前記線幅をＡ、前記空隙部の幅をＢとすると、１．５≦Ｂ／Ａ≦２．０である。前記空隙部の個数は、前記第１のコイル要素と前記第２のコイル要素の合計個数の半分より少ない。
【００１１】
上記構成において、積層方向に透視すると第１のコイル要素同士が重なり合う外コイル領域と、第２のコイル要素同士が重なり合う内コイル領域とは、互いに接している。外コイル領域と内コイル領域とが互いに重なり合わないため、積層方向に透視するとすべてのコイル要素が重なり合う場合に比べ、基板本体の表裏面の凹凸形成を抑制することができる。また、コイル要素と絶縁層との間に形成された空隙部により焼成収縮に伴う残留応力が緩和されるので、コイルの効率が向上する。
【００１２】
積層方向に透視すると外コイル領域の外周より外側に空隙部が形成されている場合には、集合基板から個片を分割するため集合基板を折り曲げる際に、空隙部を起点とする亀裂が発生しやすい。しかし、本発明のように、空隙部が積層方向に透視すると外コイル領域の外周より内側に延在していると、亀裂が発生しにくいため、ブレイク不良やクラックが生じにくい。
【００１３】
積層方向に透視すると内コイル領域の内周よりも内側に空隙部が形成されている場合には、コイルのＬ値が低下する。しかし、本発明のように、積層方向に透視すると内コイル領域の内周よりも外側に空隙部が延在していると、コイルのＬ値は低下しない。
【００１４】
空隙部にコイル要素が露出していると、空隙部にコイル要素が露出していない場合よりも、コイル要素の残留応力がより緩和されるので、少ない個数の空隙部で、ブレイク不良やクラックが生じにくいようにすることができる。
【００１５】
空隙部の幅Ｂは、第１及び第２のコイル要素の線幅Ａの１．５倍以上であるため、積層方向に透視すると、空隙部は外コイル領域の半分以上と、内コイル領域の半分以上とに重なり合っている。そのため、第１のコイル要素と第２のコイル要素の両方について十分に残留応力を緩和し、コイルの効率を向上させることができる。
【００１６】
空隙部の個数が、第１のコイル要素と第２のコイル要素の合計個数の半分より少ないと、例えば空隙部と第１及び第２のコイル要素を積層方向に交互に配置して、第１及び第２のコイル要素の残留応力を効率よく緩和することができる。
【００１７】
好ましくは、前記基板本体の前記絶縁層は、（ａ）磁性体セラミック材料を含む第１及び第２の磁性体フェライト層と、（ｂ）前記第１及び第２の磁性体フェライト層の間に、前記第１及び第２の磁性体フェライト層に隣接して配置された中間非磁性体フェライト層とを含む。
【００１８】
この場合、第１及び第２の磁性体フェライト層の間に中間非磁性体フェライト層を設けることにより、直流重畳特性が向上する。
【００１９】
好ましくは、前記基板本体の前記絶縁層は、（ｃ）前記第１の磁性体フェライト層の前記中間非磁性体フェライト層とは反対側において前記第１の磁性体フェライト層に隣接して配置され、前記第１の磁性体フェライト層の熱膨張係数よりも小さい熱膨張係数を有する第１の非磁性体フェライト層と、（ｄ）前記第２の磁性体フェライト層の前記中間非磁性体フェライト層とは反対側において前記第２の磁性体フェライト層に隣接して配置され、前記第２の磁性体フェライト層の熱膨張係数よりも小さい熱膨張係数を有する第２の非磁性体フェライト層とをさらに含む。
【００２０】
第１及び第２の非磁性体フェライト層で第１及び第２の磁性体フェライト層を挟むことにより、基板本体の強度が向上する。第１及び第２の非磁性体フェライト層により磁界の広がりが抑制されるため、基板本体の表裏面及びその近傍に設けられる配線や端子電極に誘導されるノイズが低減される。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、空隙を形成しても、ブレイク不良やクラックが生じにくい。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】コイル内蔵基板の断面図である。（実施例１）
【図２】コイル内蔵基板の分解平面図である。（実施例１）
【図３】コイル内蔵基板の中間層の要部拡大図である。（実施例１）
【図４】空隙層数と変換効率のグラフである。（作製例１）
【図５】空隙外側はみ出し量と変換効率のグラフである。（作製例２）
【図６】空隙内側はみ出し量と変換効率のグラフである。（作製例３）
【図７】空隙導入位置と変換効率のグラフである。（作製例４）
【図８】積層型電子部品の（ａ）断面図、（ｂ）拡大断面図である。（従来例１）
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について、図１〜図７を参照しながら説明する。
【００２４】
＜実施例１＞ 実施例１のコイル内蔵基板１０について、図１〜図３を参照しながら説明する。
【００２５】
図１は、コイル内蔵基板１０の断面図である。図１に示すように、コイル内蔵基板１０は、基板本体１２の内部に、コイル３０と、面内配線導体２２と、層間接続導体２４とが形成されている。コイル内蔵基板１０は、複数個分の基板本体１２となる部分を含む集合基板がブレイク溝に沿って切断され分割された個片である。
【００２６】
基板本体１２は、図１において上から順に、第１の非磁性体フェライト層１６ａ、第１の磁性体フェライト層１４ａ、中間非磁性体フェライト層１６ｃ、第２の磁性体フェライト層１４ｂ、第２の非磁性体フェライト層１６ｂが積層されている。第１及び第２の磁性体フェライト層１４ａ，１４ｂは、磁性体セラミック材料、例えば、酸化鉄、酸化亜鉛、酸化ニッケル及び酸化銅を主成分とする磁性体フェライトとセラミック材料を含む。第１及び第２の非磁性体フェライト層１６ａ，１６ｂと中間非磁性体フェライト層１６ｃとは、例えば、酸化鉄、酸化亜鉛及び酸化銅を主成分とする非磁性体フェライトとセラミック材料を含む。基板本体１２の各層１４ａ，１４ｂ，１６ａ，１６ｂ，１６ｃは、１層又は積層された２層以上のセラミック材料を含む絶縁層からなる。第１及び第２の非磁性体フェライト層１６ａ，１６ｂ及び中間非磁性体フェライト層１６ｃの熱膨張係数は、第１及び第２の磁性体フェライト層１４ａ，１４ｂの熱膨張係数よりも小さい。
【００２７】
コイル３０は、第１のコイル要素３２ａ〜３２ｄと、第２のコイル要素３４ａ〜３４ｄを含む。各コイル要素３２ａ〜３２ｄ，３４ａ〜３４ｄは、第１及び第２の磁性体フェライト層１４ａ，１４ｂと中間非磁性体フェライト層１６ｃの内部に、一定の線幅で形成されている。
【００２８】
第１のコイル要素３２ａ〜３２ｄと第２のコイル要素３４ａ〜３４ｄとは、互いに隣接する絶縁層同士の異なる組の当該絶縁層間にそれぞれ配置されている。第１のコイル要素３２ａ〜３２ｄと第２のコイル要素３４ａ〜３４ｄとは、積層方向に交互に形成されている。積層方向両端の第１のコイル要素３２ａと第２のコイル要素３４ｄは、不図示の層間接続導体や面内配線導体を介して、ランド電極２６ａ，２６ｂや端子電極２８に接続される。
【００２９】
中間非磁性体フェライト層１６ｃをなくした構成とすることもできるが、第１及び第２の磁性体フェライト層１４ａ，１４ｂの間に中間非磁性体フェライト層１６ｃを形成すると、コイル３０の直流重畳特性が向上する。
【００３０】
第１及び第２の非磁性体フェライト層１６ａ，１６ｂをなくした構成とすることもできるが、第１及び第２の磁性体フェライト層１４ａ，１４ｂの熱膨張係数よりも小さい第１及び第２の非磁性体フェライト層１６ａ，１６ｂを設け、第１及び第２の非磁性体フェライト層１６ａ，１６ｂで第１及び第２の磁性体フェライト層１４ａ，１４ｂを挟むことにより、基板本体１２の強度が向上する。第１及び第２の非磁性体フェライト層１６ａ，１６ｂにより磁界の広がりが抑制されるため、基板本体１２の表裏面及びその近傍に設けられる配線や端子電極に誘導されるノイズが低減される。
【００３１】
基板本体１２の上面１２ａには、電子部品２，４を実装するためのランド電極２６ａ，２６ｂが形成されている。基板本体１２の下面１２ｂには、コイル内蔵基板１０を他の回路基板等に実装するための端子電極２８が形成されている。なお、基板本体１２の上面１２ａに実装される部品がない場合には、ランド電極を無くすことができる。
【００３２】
図２は、コイル内蔵基板１０の分解平面図である。図２に示すように、コイル内蔵基板１０は、積層されて基板本体１２になる絶縁層１２ｍ，・・・，１２ｐ〜１２ｔ，・・・，１２ｗに、実線の斜線を付した導体パターンが形成されている。また、絶縁層１２ｐ〜１２ｔを貫通する層間接続導体２４ｐ〜２４ｔが形成されている。なお、図２において、層間接続導体２４ｐ〜２４ｔ以外の絶縁層を貫通する層間接続導体は、図示を省略している。また、第１のコイル要素３２ａや第２のコイル３４ａ，３４ｄが形成された絶縁層などの図示を省略している。
【００３３】
第１のコイル要素３２ａ〜３２ｄと第２のコイル要素３４ａ〜３４ｄは、層間接続導体を介して交互に接続される。例えば図２に示すように、絶縁層１２ｑ，１２ｓ上の第２のコイル要素３４ｂ，３４ｃの一端３４ｐ，３４ｓ側と、絶縁層１２ｐ，１２ｒ上の第１のコイル要素３２ｂ，３２ｃの一端３２ｑ，３２ｔ側とは、絶縁層１２ｐ，１２ｒを貫通する層間接続導体２４ｐ，２４ｒにより接続される。絶縁層１２ｑ，１２ｓ上の第２のコイル要素３４ｂ，３４ｃの他端３４ｑ，３４ｔ側と、絶縁層１２ｒ，１２ｔ上の第１のコイル要素３２ｃ，３２ｄの他端３２ｓ，３２ｕ側とは、絶縁層１２ｑ，１２ｓを貫通する層間接続導体２４ｑ，２４ｓにより接続される。
【００３４】
図２に示すように、第１及び第２のコイル要素３２ａ〜３２ｄ，３４ａ〜３４ｄは、基板本体１２の絶縁層が積層される積層方向（図２において紙面垂直方向）に延在する仮想中心軸３８のまわりを実質的に周方向に延在するように、略リング形状あるいは略Ｃ字状に形成されている。第１のコイル要素３２ａ〜３２ｄは、略同一形状であり、同心に配置され、積層方向に透視すると、角度をずらしながら互いに重なり合い、外径が相対的に大きい環状の外コイル領域３２（図１参照）を形成する。
【００３５】
第２のコイル要素３４ａ〜３４ｄも、略同一形状であり、同心に配置され、積層方向に透視すると、角度をずらしながら互いに重なり合い、外径が相対的に小さい環状の内コイル領域３４（図１参照）を形成する。
【００３６】
図１に示すように、積層方向に透視すると、第１のコイル要素３２ａ〜３２ｄが互いに重なり合う外コイル領域３２の内周と、第２のコイル要素３４ａ〜３４ｄが互いに重なり合う内コイル領域３４の外周とは接している。そのため、第１のコイル要素３２ａ〜３２ｄと第２のコイル要素３４ａ〜３４ｄとが積層方向に重なり合わないため、すべてのコイル要素が積層方向に重なり合う場合に比べ、基板本体１２の上面１２ａ及び下面１２ｂの凹凸形成を抑制できる。
【００３７】
基板本体１２の内部には、第２のコイル要素３４ｂ，３４ｃに沿って、積層方向に透視すると仮想中心軸３８の周りを環状に延在する空隙部４０が形成されている。空隙部４０は、第２のコイル要素３４ｂ，３４ｃ及び第２のコイル要素３４ｂ，３４ｃに接している一つの絶縁層と、第２のコイル要素３４ｂ，３４ｃに対向する他の一つの絶縁層との間に連続して、第２のコイル要素３４ｂ，３４ｃの下面全体が露出するように形成されている。
【００３８】
空隙部４０は、積層方向に透視すると内コイル領域３４の内周から、内コイル領域３４の外周を越えて、外コイル領域３２内まで延在しており、空隙部４０の外周側４０ｑは、互いに対向する第１のコイル要素３２ｂと３２ｃ、３２ｃと３２ｄの間の積層方向の中間位置に延在している。
【００３９】
空隙部４０により、第２のコイル要素３４ａ〜３４ｄのみならず第１のコイル要素３２ａ〜３４ｄの残留応力も緩和され、コイルの効率が向上する。すなわち、空隙部４０は第２のコイル要素３４ｂ，３４ｃを越えて第１のコイル要素３２ｂと３２ｃ、３２ｃと３２ｄの間の絶縁層間にも形成されているため、空隙部が第１のコイル要素３２ｂと３２ｃ、３２ｃと３２ｄの間の絶縁層間には形成されない場合に比べ、残留応力がより緩和され、コイルの効率がより向上する。
【００４０】
積層方向に透視すると、外コイル領域３２の外周より外側に空隙部が形成されている場合には、集合基板から個片を分割するため集合基板を折り曲げる際に、空隙部を起点とする亀裂が発生しやすい。そのため、空隙部４０は、積層方向に透視すると外コイル領域の外周より内側に形成する。すなわち、第１のコイル要素３２ａ〜３２ｄと第２のコイル３４ａ〜３４ｄの線幅をＡ、空隙部の幅をＢとすると、Ａ／Ｂ≦２．０となるように、空隙部４０が形成されている。
【００４１】
空隙部４０は、図２及び図３の要部拡大図に示すように、第２のコイル要素３４ｂ，３４ｃに重なり、かつ第２のコイル要素３４ｂ，３４ｃの外側にはみ出るように、環状に形成されたカーボンペースト等の空隙形成用材料３６が、焼成時に消失することにより形成される。図３において、破線は、積層方向に透視した第１のコイル要素３２ｂを示している。空隙形成用材料３６は、第１のコイル要素３２ｂの内周側半分以上の領域に重なるように形成される。
【００４２】
次に、コイル内蔵基板１０を、集合基板状態で作製する場合の製造工程について説明する。
【００４３】
（１）まず、基板本体１２の各層と図示しない拘束層とを形成するため、セラミック材料粉末を含み、シート状に成形された未焼結のセラミックグリーンシートを準備する。
【００４４】
第１及び第２の磁性体フェライト層１４ａ，１４ｂを形成するためのセラミックグリーンシートには、例えば、酸化鉄、酸化亜鉛、酸化ニッケル及び酸化銅を主成分とする磁性体フェライトを用いる。第１及び第２の非磁性体フェライト層１６ａ，１６ｂと中間非磁性体フェライト層１６ｃを形成するためのセラミックグリーンシートには、例えば、酸化鉄、酸化亜鉛及び酸化銅を主成分とする非磁性体フェライトを用いる。
【００４５】
図２に示すように、セラミックグリーンシートの各層１２ｐ〜１２ｔの適宜位置にレーザー加工やパンチング加工等により貫通孔を加工し、この貫通孔に導体ペーストを印刷等により埋め込むことによって、層間接続導体２４ｐ〜２４ｔを形成する。
【００４６】
また、セラミックグリーンシートの各層１２ｍ，１２ｐ〜１２ｔ，１２ｗの一方主面に、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印刷するか、あるいは所定パターン形状の金属箔を転写する等によって、実線の斜線を付したコイル要素３２ａ〜３２ｄ，３４ａ〜３４ｄ、面内配線導体２２、ランド電極２６ａ，２６ｂ、端子電極２８の導体パターンを形成する。
【００４７】
なお、第２のコイル要素３４ｂ，３４ｃを形成するセラミックグリーンシートの各層１２ｑ，１２ｓについては、予め、焼成により焼失するカーボンペーストを印刷することにより、破線の斜線を付した環状の空隙形成用材料３６を形成し、空隙形成用材料３６の上に、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印刷するか、あるいは所定パターン形状の金属箔を転写する等によって、第２のコイル要素３４ｂ，３４ｃを形成する。上下を反転する場合には、セラミックグリーンシートの第２のコイル要素３４ｂ，３４ｃを形成した後に、空隙形成用材料３６を形成する。
【００４８】
拘束層に用いる収縮抑制用グリーンシートは、シート状に成形された未焼結のグリーンシートである。収縮抑制用グリーンシートは、基板本体１２の各層を形成するためのセラミックグリーンシートの焼成温度よりも高温で焼結するアルミナ等の無機材料粉末を含み、基板本体１２の各層を形成するためのセラミックグリーンシートの焼成温度では実質的に焼結しない。
【００４９】
（２）次いで、基板本体１２の各層を形成する未焼結のセラミックグリーンシートを積層することにより積層体を形成し、積層体の積層方向両側に収縮抑制用グリーンシートを含む拘束層を配置して、複合積層体を作製する。積層方向に比較的小さい圧力を加え、積層体の各層と拘束層とを仮圧着する。
【００５０】
複合積層体は、仮圧着した積層体を作製した後に、収縮抑制用グリーンシートを積層してさらに仮圧着することにより作製してもよいし、基板本体１２の各層となるセラミックグリーンシートと収縮抑制用グリーンシートとを積層した後、一括して仮圧着することにより作製してもよい。
【００５１】
拘束層は、基板本体１２の各層を形成する未焼結のセラミックグリーンシートを積層した積層体に、収縮抑制用グリーンシートを作製するためのスラリーをスクリーン印刷により塗布することによって形成してもよい。支持体上に収縮抑制用グリーンシートを形成し、それを、基板本体１２の各層を形成する未焼結のセラミックグリーンシートを積層した積層体上に転写することにより、形成してもよい。
【００５２】
（３）次いで、複合積層体に比較的大きい圧力を加え、積層体に拘束層を本圧着する。
【００５３】
（４）次いで、積層体に拘束層を本圧着した複合積層体を焼成する。焼成は、基板本体１２になる積層体の各層を形成するセラミックグリーンシートに含まれるセラミック材料粉末を焼結させ、拘束層の収縮抑制用グリーンシートに含まれる無機材料粉末は焼結させない条件下で行う。すなわち、基板本体１２になる積層体の各層を形成するセラミックグリーンシートの焼結温度よりは高く、かつ、拘束層の収縮抑制用グリーンシートの焼結温度よりは低い温度で、焼成する。
【００５４】
焼成により、カーボンペーストが分解、揮発し、カーボンペーストが位置していた部分に空隙部４０が形成される。
【００５５】
（５）次いで、焼成後の複合積層体から拘束層を除去することによって、焼成済みの積層体、すなわちコイル内蔵基板１０の集合基板を取り出し、レーザー加工やダイシング加工によりブレイク溝を形成する。必要に応じて、基板本体１２の上面１２ａに形成されたランド電極２６ａ，２６ｂと、下面１２ｂに形成された端子電極２８にメッキを行う。
【００５６】
（６）以上の工程により完成したコイル内蔵基板１０の集合基板のランド電極２６ａ，２６ｂに、表面実装部品やＩＣチップなどの部品２，４を実装した後、ブレイク溝に沿ってコイル内蔵基板１０の集合基板を切断し、個片に分割する。
【００５７】
次に、上記の方法で作製したコイル内蔵基板（ＤＣ−ＤＣコンバータ）の作製例について、図４〜図７を参照しながら説明する。作製例では、第１及び第２のコイル要素３２ａ〜３２ｄ，３４ａ〜３４ｄの線幅Ａが２００μｍ、第１のコイル要素３２ａ〜３２ｄの内径が１７００μｍ、第２のコイル要素３４ａ〜３４ｄの内径が１３００μｍ、基板本体１２の厚みが６００μｍである。積層方向に透視すると、内コイル領域の外周と外コイル領域の内周とは接している。
【００５８】
＜作製例１＞ 図４は、空隙部の個数、すなわち空隙層数を変えた各３個の試料の変換効率を示すグラフである。縦軸は、負荷電流１００ｍＡに対する変換効率（％）である。空隙層数が０の試料は、空隙部が形成されていない。空隙層数が１の試料は、図１に示した第２のコイル要素３４ｃに接する空隙部のみが形成されている。空隙層数が２の試料は、図１に示した第１のコイル要素３２ｂに接する空隙部と、第２のコイル要素３４ｃに接する空隙部が形成されている。第１のコイル要素３２ｂに接する空隙部は、第１のコイル要素３２ｂの内周半分に接し、第２のコイル要素３４ａ，３４ｂの間に形成されている。空隙層数が３の試料は、図１に示した第２のコイル要素３２ａ，３２ｂ，３２ｃに接する３つの空隙部が形成されている。いずれの空隙部も、内コイル領域の内周から、外コイル領域の中間位置まで、幅３００μｍで形成されている。
【００５９】
図４から、少なくとも１つの空隙部を形成することにより、変換効率が向上することが分かる。
【００６０】
＜作製例２＞ 図５は、空隙部が内コイル領域の外周からにはみ出す量を変えた各３個の試料の変換効率を示すグラフである。図１に示した第２のコイル要素３４ｃに沿う空隙部４０のみを形成し、その空隙部４０の外周側４０ｑが内コイル領域３４の外周よりも外側にはみ出る寸法Ｌを変えた。
【００６１】
図５から、空隙部が内コイル領域の外周からにはみ出す量Ｌが１００μｍ以上であれば、変換効率が向上することが分かる。空隙部の幅をＢとすると、Ｂ＝Ａ＋Ｌであるので、Ｂ／Ａ≧１．５であると、変換効率が向上することが分かる。
【００６２】
＜作製例３＞ 図６は、空隙部が第２のコイル要素よりも内側にはみ出す量を変えた各３個の試料の変換効率とコイルＬ値を示すグラフである。空隙内側はみ出し量は、図１において鎖線で示したように、空隙部４０の内周４０ｘと内コイル領域３２の内周３４ｘとの間の長さＸである。
【００６３】
図６から、空隙部が第２のコイル要素よりも内側にはみ出すと、変換効率もコイルＬ値も低下することが分かる。したがって、空隙部は、内コイル領域の内周よりも外側に形成することが好ましい。
【００６４】
＜作製例４＞ 図７は、第１のコイル要素（外コイル層）に接する空隙部を形成した各３個の試料と、第２のコイル要素（内コイル層）に接する空隙部を形成した各３個の試料について、変換効率（％）を示すグラフである。前者の試料は、図１において下側３つの第１のコイル要素３２ｂ，３２ｃ，３２ｄの下面のそれぞれの内側半分が露出し、積層方向から透視すると外コイル領域の内周と外周の間の中間位置から内コイル領域３４の内周まで延在する３つの空隙部を有する。後者の試料は、図１において上側３つの第２のコイル要素３２ａ，３２ｂ，３２ｃの下面全体が露出し、積層方向から透視すると内コイル領域の内周から、外コイル領域の内周と外周の間の中間位置まで延在する３つの空隙部を有する。空隙部の長さは３００μｍである。
【００６５】
図７から、空隙部に第１のコイル要素が露出する場合も、第２のコイル要素が露出する場合も、変換効率が向上することが分かる。また、空隙部に露出するコイル要素の面積が多いほど、変換効率が向上することが分かる。
【００６６】
＜まとめ＞ 以上に説明したように空隙部を形成すると、コイルの磁気特性を改善し効率を向上することができる。
【００６７】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変更を加えて実施することが可能である。
【００６８】
例えば、第１及び第２のコイル要素や空隙部の形状は、実施例に限定されない。第１及び第２のコイル要素や空隙部の個数は、実施例よりも多くても、少なくてもよい。第１及び第２のコイル要素は、積層方向に任意の順序で配置可能である。
【符号の説明】
【００６９】
１０ コイル内蔵基板
１２ 基板本体
１２ａ 上面
１２ｂ 下面
１２ｍ，１２ｐ〜１２ｔ，１２ｗ 絶縁層
１４ａ 第１の磁性体フェライト層
１４ｂ 第２の磁性体フェライト層
１６ａ 第１の非磁性体フェライト層
１６ｂ 第２の非磁性体フェライト層
１６ｃ 中間非磁性体フェライト層
２２ 面内配線導体
２４，２４ｐ〜２４ｔ 層間接続導体
２６ａ，２６ｂ ランド電極
２８ 端子電極
３０ コイル
３２ 外コイル領域
３２ａ〜３２ｄ 第１のコイル要素
３４ 内コイル領域
３４ａ〜３４ｄ 第２のコイル要素
３６ 空隙形成用材料
３８ 仮想中心線
４０ 空隙部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コイル内蔵基板に関し、詳しくは、基板の内部にコイルを内蔵しているコイル内蔵基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
セラミック材料を含む絶縁層と内部導体層とを交互に積層し、一体化した積層体を焼成することにより作製されたコイル内蔵基板上に、半導体集積回路やコンデンサ、抵抗などの回路部品を搭載したモジュール部品が、携帯電話に用いられている。
【０００３】
コイル内蔵基板について、基板内部に空隙を設けることが提案されている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、図８（ａ）の断面図及び図８（ｂ）の拡大断面図に示すように、積層型電子部品の積層体１１０内においてコイル電極１３０間に空隙１４０を形成する場合に、空隙１４０の数をコイル電極１３０の層数の１／２以上とすること、及び、積層方向における空隙１４０の幅ａと積層方向において互いに隣接するコイル電極１３０間の距離ｂとの比が、０＜ａ／ｂ≦１／２とすることが開示されている。０＜ａ／ｂとするのは応力緩和効果を発現させるためであり、ａ／ｂ≦１／２とするのは、クラック防止効果を発現させるためとされている。
【０００５】
特許文献２には、大きさが異なる内コイルと外コイルとを交互に積層することにより同じ径のコイルが直線状に並んだ場合に比べて積層体表面の凹凸の形成を抑制することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−３５２０１８号公報
【特許文献２】国際公開第２００９／０８１８６５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献２のように、大きさが異なる内コイルと外コイルとを交互に積層することにより積層体表面の凹凸の形成を抑制した場合において、応力を低減し、コイルの磁気特性を向上することができる空隙の設け方が明らかになっていない。
【０００８】
本発明は、かかる実情に鑑み、大きさが異なる内コイルと外コイルとを交互に積層するコイル内蔵基板において、応力を低減し、コイルの磁気特性を効果的に向上する空隙構造を明確にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するために、以下のように構成したコイル内蔵基板を提供する。
【００１０】
コイル内蔵基板は、（ａ）セラミック材料を含む複数の絶縁層が積層された基板本体と、（ｂ）互いに隣接する前記絶縁層同士の異なる組の当該絶縁層間にそれぞれ配置され、前記基板本体の前記絶縁層が積層される積層方向に延在する仮想中心軸のまわりに形成された複数のコイル要素と、（ｃ）前記絶縁層を貫通して前記コイル要素同士を接続する層間接続導体と、（ｄ）前記基板本体の内部に形成された少なくとも１つの空隙部とを備える。前記コイル要素は、一定の線幅を有する第１及び第２のコイル要素を含む。前記第１のコイル要素は、前記積層方向に透視すると互いに重なり合う。前記第２のコイル要素は、前記積層方向に透視すると前記第１のコイル要素が互いに重なり合う外コイル領域の内周より内側において該内周に接しかつ互いに重なり合う。前記空隙部は、前記積層方向に透視すると前記内コイル領域の内周と前記外コイル領域の外周との間において環状に延在するように、前記第１及び第２のコイル要素のうちの少なくとも一つの前記コイル要素及び当該コイル要素に接している一つの前記絶縁層と当該コイル要素に対向する他の一つの前記絶縁層との間に、当該コイル要素の一部が前記空隙部に露出するように形成される。前記第１及び第２のコイル要素の前記線幅をＡ、前記空隙部の幅をＢとすると、１．５≦Ｂ／Ａ≦２．０である。前記空隙部の個数は、前記第１のコイル要素と前記第２のコイル要素の合計個数の半分より少ない。
【００１１】
上記構成において、積層方向に透視すると第１のコイル要素同士が重なり合う外コイル領域と、第２のコイル要素同士が重なり合う内コイル領域とは、互いに接している。外コイル領域と内コイル領域とが互いに重なり合わないため、積層方向に透視するとすべてのコイル要素が重なり合う場合に比べ、基板本体の表裏面の凹凸形成を抑制することができる。また、コイル要素と絶縁層との間に形成された空隙部により焼成収縮に伴う残留応力が緩和されるので、コイルの効率が向上する。
【００１２】
積層方向に透視すると外コイル領域の外周より外側に空隙部が形成されている場合には、集合基板から個片を分割するため集合基板を折り曲げる際に、空隙部を起点とする亀裂が発生しやすい。しかし、本発明のように、空隙部が積層方向に透視すると外コイル領域の外周より内側に延在していると、亀裂が発生しにくいため、ブレイク不良やクラックが生じにくい。
【００１３】
積層方向に透視すると内コイル領域の内周よりも内側に空隙部が形成されている場合には、コイルのＬ値が低下する。しかし、本発明のように、積層方向に透視すると内コイル領域の内周よりも外側に空隙部が延在していると、コイルのＬ値は低下しない。
【００１４】
空隙部にコイル要素が露出していると、空隙部にコイル要素が露出していない場合よりも、コイル要素の残留応力がより緩和されるので、少ない個数の空隙部で、ブレイク不良やクラックが生じにくいようにすることができる。
【００１５】
空隙部の幅Ｂは、第１及び第２のコイル要素の線幅Ａの１．５倍以上であるため、積層方向に透視すると、空隙部は外コイル領域の半分以上と、内コイル領域の半分以上とに重なり合っている。そのため、第１のコイル要素と第２のコイル要素の両方について十分に残留応力を緩和し、コイルの効率を向上させることができる。
【００１６】
空隙部の個数が、第１のコイル要素と第２のコイル要素の合計個数の半分より少ないと、例えば空隙部と第１及び第２のコイル要素を積層方向に交互に配置して、第１及び第２のコイル要素の残留応力を効率よく緩和することができる。
【００１７】
好ましくは、前記基板本体の前記絶縁層は、（ａ）磁性体セラミック材料を含む第１及び第２の磁性体フェライト層と、（ｂ）前記第１及び第２の磁性体フェライト層の間に、前記第１及び第２の磁性体フェライト層に隣接して配置された中間非磁性体フェライト層とを含む。
【００１８】
この場合、第１及び第２の磁性体フェライト層の間に中間非磁性体フェライト層を設けることにより、直流重畳特性が向上する。
【００１９】
好ましくは、前記基板本体の前記絶縁層は、（ｃ）前記第１の磁性体フェライト層の前記中間非磁性体フェライト層とは反対側において前記第１の磁性体フェライト層に隣接して配置され、前記第１の磁性体フェライト層の熱膨張係数よりも小さい熱膨張係数を有する第１の非磁性体フェライト層と、（ｄ）前記第２の磁性体フェライト層の前記中間非磁性体フェライト層とは反対側において前記第２の磁性体フェライト層に隣接して配置され、前記第２の磁性体フェライト層の熱膨張係数よりも小さい熱膨張係数を有する第２の非磁性体フェライト層とをさらに含む。
【００２０】
第１及び第２の非磁性体フェライト層で第１及び第２の磁性体フェライト層を挟むことにより、基板本体の強度が向上する。第１及び第２の非磁性体フェライト層により磁界の広がりが抑制されるため、基板本体の表裏面及びその近傍に設けられる配線や端子電極に誘導されるノイズが低減される。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、空隙を形成しても、ブレイク不良やクラックが生じにくい。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】コイル内蔵基板の断面図である。（実施例１）
【図２】コイル内蔵基板の分解平面図である。（実施例１）
【図３】コイル内蔵基板の中間層の要部拡大図である。（実施例１）
【図４】空隙層数と変換効率のグラフである。（作製例１）
【図５】空隙外側はみ出し量と変換効率のグラフである。（作製例２）
【図６】空隙内側はみ出し量と変換効率のグラフである。（作製例３）
【図７】空隙導入位置と変換効率のグラフである。（作製例４）
【図８】積層型電子部品の（ａ）断面図、（ｂ）拡大断面図である。（従来例１）
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について、図１〜図７を参照しながら説明する。
【００２４】
＜実施例１＞ 実施例１のコイル内蔵基板１０について、図１〜図３を参照しながら説明する。
【００２５】
図１は、コイル内蔵基板１０の断面図である。図１に示すように、コイル内蔵基板１０は、基板本体１２の内部に、コイル３０と、面内配線導体２２と、層間接続導体２４とが形成されている。コイル内蔵基板１０は、複数個分の基板本体１２となる部分を含む集合基板がブレイク溝に沿って切断され分割された個片である。
【００２６】
基板本体１２は、図１において上から順に、第１の非磁性体フェライト層１６ａ、第１の磁性体フェライト層１４ａ、中間非磁性体フェライト層１６ｃ、第２の磁性体フェライト層１４ｂ、第２の非磁性体フェライト層１６ｂが積層されている。第１及び第２の磁性体フェライト層１４ａ，１４ｂは、磁性体セラミック材料、例えば、酸化鉄、酸化亜鉛、酸化ニッケル及び酸化銅を主成分とする磁性体フェライトとセラミック材料を含む。第１及び第２の非磁性体フェライト層１６ａ，１６ｂと中間非磁性体フェライト層１６ｃとは、例えば、酸化鉄、酸化亜鉛及び酸化銅を主成分とする非磁性体フェライトとセラミック材料を含む。基板本体１２の各層１４ａ，１４ｂ，１６ａ，１６ｂ，１６ｃは、１層又は積層された２層以上のセラミック材料を含む絶縁層からなる。第１及び第２の非磁性体フェライト層１６ａ，１６ｂ及び中間非磁性体フェライト層１６ｃの熱膨張係数は、第１及び第２の磁性体フェライト層１４ａ，１４ｂの熱膨張係数よりも小さい。
【００２７】
コイル３０は、第１のコイル要素３２ａ〜３２ｄと、第２のコイル要素３４ａ〜３４ｄを含む。各コイル要素３２ａ〜３２ｄ，３４ａ〜３４ｄは、第１及び第２の磁性体フェライト層１４ａ，１４ｂと中間非磁性体フェライト層１６ｃの内部に、一定の線幅で形成されている。
【００２８】
第１のコイル要素３２ａ〜３２ｄと第２のコイル要素３４ａ〜３４ｄとは、互いに隣接する絶縁層同士の異なる組の当該絶縁層間にそれぞれ配置されている。第１のコイル要素３２ａ〜３２ｄと第２のコイル要素３４ａ〜３４ｄとは、積層方向に交互に形成されている。積層方向両端の第１のコイル要素３２ａと第２のコイル要素３４ｄは、不図示の層間接続導体や面内配線導体を介して、ランド電極２６ａ，２６ｂや端子電極２８に接続される。
【００２９】
中間非磁性体フェライト層１６ｃをなくした構成とすることもできるが、第１及び第２の磁性体フェライト層１４ａ，１４ｂの間に中間非磁性体フェライト層１６ｃを形成すると、コイル３０の直流重畳特性が向上する。
【００３０】
第１及び第２の非磁性体フェライト層１６ａ，１６ｂをなくした構成とすることもできるが、第１及び第２の磁性体フェライト層１４ａ，１４ｂの熱膨張係数よりも小さい第１及び第２の非磁性体フェライト層１６ａ，１６ｂを設け、第１及び第２の非磁性体フェライト層１６ａ，１６ｂで第１及び第２の磁性体フェライト層１４ａ，１４ｂを挟むことにより、基板本体１２の強度が向上する。第１及び第２の非磁性体フェライト層１６ａ，１６ｂにより磁界の広がりが抑制されるため、基板本体１２の表裏面及びその近傍に設けられる配線や端子電極に誘導されるノイズが低減される。
【００３１】
基板本体１２の上面１２ａには、電子部品２，４を実装するためのランド電極２６ａ，２６ｂが形成されている。基板本体１２の下面１２ｂには、コイル内蔵基板１０を他の回路基板等に実装するための端子電極２８が形成されている。なお、基板本体１２の上面１２ａに実装される部品がない場合には、ランド電極を無くすことができる。
【００３２】
図２は、コイル内蔵基板１０の分解平面図である。図２に示すように、コイル内蔵基板１０は、積層されて基板本体１２になる絶縁層１２ｍ，・・・，１２ｐ〜１２ｔ，・・・，１２ｗに、実線の斜線を付した導体パターンが形成されている。また、絶縁層１２ｐ〜１２ｔを貫通する層間接続導体２４ｐ〜２４ｔが形成されている。なお、図２において、層間接続導体２４ｐ〜２４ｔ以外の絶縁層を貫通する層間接続導体は、図示を省略している。また、第１のコイル要素３２ａや第２のコイル３４ａ，３４ｄが形成された絶縁層などの図示を省略している。
【００３３】
第１のコイル要素３２ａ〜３２ｄと第２のコイル要素３４ａ〜３４ｄは、層間接続導体を介して交互に接続される。例えば図２に示すように、絶縁層１２ｑ，１２ｓ上の第２のコイル要素３４ｂ，３４ｃの一端３４ｐ，３４ｓ側と、絶縁層１２ｐ，１２ｒ上の第１のコイル要素３２ｂ，３２ｃの一端３２ｑ，３２ｔ側とは、絶縁層１２ｐ，１２ｒを貫通する層間接続導体２４ｐ，２４ｒにより接続される。絶縁層１２ｑ，１２ｓ上の第２のコイル要素３４ｂ，３４ｃの他端３４ｑ，３４ｔ側と、絶縁層１２ｒ，１２ｔ上の第１のコイル要素３２ｃ，３２ｄの他端３２ｓ，３２ｕ側とは、絶縁層１２ｑ，１２ｓを貫通する層間接続導体２４ｑ，２４ｓにより接続される。
【００３４】
図２に示すように、第１及び第２のコイル要素３２ａ〜３２ｄ，３４ａ〜３４ｄは、基板本体１２の絶縁層が積層される積層方向（図２において紙面垂直方向）に延在する仮想中心軸３８のまわりを実質的に周方向に延在するように、略リング形状あるいは略Ｃ字状に形成されている。第１のコイル要素３２ａ〜３２ｄは、略同一形状であり、同心に配置され、積層方向に透視すると、角度をずらしながら互いに重なり合い、外径が相対的に大きい環状の外コイル領域３２（図１参照）を形成する。
【００３５】
第２のコイル要素３４ａ〜３４ｄも、略同一形状であり、同心に配置され、積層方向に透視すると、角度をずらしながら互いに重なり合い、外径が相対的に小さい環状の内コイル領域３４（図１参照）を形成する。
【００３６】
図１に示すように、積層方向に透視すると、第１のコイル要素３２ａ〜３２ｄが互いに重なり合う外コイル領域３２の内周と、第２のコイル要素３４ａ〜３４ｄが互いに重なり合う内コイル領域３４の外周とは接している。そのため、第１のコイル要素３２ａ〜３２ｄと第２のコイル要素３４ａ〜３４ｄとが積層方向に重なり合わないため、すべてのコイル要素が積層方向に重なり合う場合に比べ、基板本体１２の上面１２ａ及び下面１２ｂの凹凸形成を抑制できる。
【００３７】
基板本体１２の内部には、第２のコイル要素３４ｂ，３４ｃに沿って、積層方向に透視すると仮想中心軸３８の周りを環状に延在する空隙部４０が形成されている。空隙部４０は、第２のコイル要素３４ｂ，３４ｃ及び第２のコイル要素３４ｂ，３４ｃに接している一つの絶縁層と、第２のコイル要素３４ｂ，３４ｃに対向する他の一つの絶縁層との間に連続して、第２のコイル要素３４ｂ，３４ｃの下面全体が露出するように形成されている。
【００３８】
空隙部４０は、積層方向に透視すると内コイル領域３４の内周から、内コイル領域３４の外周を越えて、外コイル領域３２内まで延在しており、空隙部４０の外周側４０ｑは、互いに対向する第１のコイル要素３２ｂと３２ｃ、３２ｃと３２ｄの間の積層方向の中間位置に延在している。
【００３９】
空隙部４０により、第２のコイル要素３４ａ〜３４ｄのみならず第１のコイル要素３２ａ〜３４ｄの残留応力も緩和され、コイルの効率が向上する。すなわち、空隙部４０は第２のコイル要素３４ｂ，３４ｃを越えて第１のコイル要素３２ｂと３２ｃ、３２ｃと３２ｄの間の絶縁層間にも形成されているため、空隙部が第１のコイル要素３２ｂと３２ｃ、３２ｃと３２ｄの間の絶縁層間には形成されない場合に比べ、残留応力がより緩和され、コイルの効率がより向上する。
【００４０】
積層方向に透視すると、外コイル領域３２の外周より外側に空隙部が形成されている場合には、集合基板から個片を分割するため集合基板を折り曲げる際に、空隙部を起点とする亀裂が発生しやすい。そのため、空隙部４０は、積層方向に透視すると外コイル領域の外周より内側に形成する。すなわち、第１のコイル要素３２ａ〜３２ｄと第２のコイル３４ａ〜３４ｄの線幅をＡ、空隙部の幅をＢとすると、Ａ／Ｂ≦２．０となるように、空隙部４０が形成されている。
【００４１】
空隙部４０は、図２及び図３の要部拡大図に示すように、第２のコイル要素３４ｂ，３４ｃに重なり、かつ第２のコイル要素３４ｂ，３４ｃの外側にはみ出るように、環状に形成されたカーボンペースト等の空隙形成用材料３６が、焼成時に消失することにより形成される。図３において、破線は、積層方向に透視した第１のコイル要素３２ｂを示している。空隙形成用材料３６は、第１のコイル要素３２ｂの内周側半分以上の領域に重なるように形成される。
【００４２】
次に、コイル内蔵基板１０を、集合基板状態で作製する場合の製造工程について説明する。
【００４３】
（１）まず、基板本体１２の各層と図示しない拘束層とを形成するため、セラミック材料粉末を含み、シート状に成形された未焼結のセラミックグリーンシートを準備する。
【００４４】
第１及び第２の磁性体フェライト層１４ａ，１４ｂを形成するためのセラミックグリーンシートには、例えば、酸化鉄、酸化亜鉛、酸化ニッケル及び酸化銅を主成分とする磁性体フェライトを用いる。第１及び第２の非磁性体フェライト層１６ａ，１６ｂと中間非磁性体フェライト層１６ｃを形成するためのセラミックグリーンシートには、例えば、酸化鉄、酸化亜鉛及び酸化銅を主成分とする非磁性体フェライトを用いる。
【００４５】
図２に示すように、セラミックグリーンシートの各層１２ｐ〜１２ｔの適宜位置にレーザー加工やパンチング加工等により貫通孔を加工し、この貫通孔に導体ペーストを印刷等により埋め込むことによって、層間接続導体２４ｐ〜２４ｔを形成する。
【００４６】
また、セラミックグリーンシートの各層１２ｍ，１２ｐ〜１２ｔ，１２ｗの一方主面に、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印刷するか、あるいは所定パターン形状の金属箔を転写する等によって、実線の斜線を付したコイル要素３２ａ〜３２ｄ，３４ａ〜３４ｄ、面内配線導体２２、ランド電極２６ａ，２６ｂ、端子電極２８の導体パターンを形成する。
【００４７】
なお、第２のコイル要素３４ｂ，３４ｃを形成するセラミックグリーンシートの各層１２ｑ，１２ｓについては、予め、焼成により焼失するカーボンペーストを印刷することにより、破線の斜線を付した環状の空隙形成用材料３６を形成し、空隙形成用材料３６の上に、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印刷するか、あるいは所定パターン形状の金属箔を転写する等によって、第２のコイル要素３４ｂ，３４ｃを形成する。上下を反転する場合には、セラミックグリーンシートの第２のコイル要素３４ｂ，３４ｃを形成した後に、空隙形成用材料３６を形成する。
【００４８】
拘束層に用いる収縮抑制用グリーンシートは、シート状に成形された未焼結のグリーンシートである。収縮抑制用グリーンシートは、基板本体１２の各層を形成するためのセラミックグリーンシートの焼成温度よりも高温で焼結するアルミナ等の無機材料粉末を含み、基板本体１２の各層を形成するためのセラミックグリーンシートの焼成温度では実質的に焼結しない。
【００４９】
（２）次いで、基板本体１２の各層を形成する未焼結のセラミックグリーンシートを積層することにより積層体を形成し、積層体の積層方向両側に収縮抑制用グリーンシートを含む拘束層を配置して、複合積層体を作製する。積層方向に比較的小さい圧力を加え、積層体の各層と拘束層とを仮圧着する。
【００５０】
複合積層体は、仮圧着した積層体を作製した後に、収縮抑制用グリーンシートを積層してさらに仮圧着することにより作製してもよいし、基板本体１２の各層となるセラミックグリーンシートと収縮抑制用グリーンシートとを積層した後、一括して仮圧着することにより作製してもよい。
【００５１】
拘束層は、基板本体１２の各層を形成する未焼結のセラミックグリーンシートを積層した積層体に、収縮抑制用グリーンシートを作製するためのスラリーをスクリーン印刷により塗布することによって形成してもよい。支持体上に収縮抑制用グリーンシートを形成し、それを、基板本体１２の各層を形成する未焼結のセラミックグリーンシートを積層した積層体上に転写することにより、形成してもよい。
【００５２】
（３）次いで、複合積層体に比較的大きい圧力を加え、積層体に拘束層を本圧着する。
【００５３】
（４）次いで、積層体に拘束層を本圧着した複合積層体を焼成する。焼成は、基板本体１２になる積層体の各層を形成するセラミックグリーンシートに含まれるセラミック材料粉末を焼結させ、拘束層の収縮抑制用グリーンシートに含まれる無機材料粉末は焼結させない条件下で行う。すなわち、基板本体１２になる積層体の各層を形成するセラミックグリーンシートの焼結温度よりは高く、かつ、拘束層の収縮抑制用グリーンシートの焼結温度よりは低い温度で、焼成する。
【００５４】
焼成により、カーボンペーストが分解、揮発し、カーボンペーストが位置していた部分に空隙部４０が形成される。
【００５５】
（５）次いで、焼成後の複合積層体から拘束層を除去することによって、焼成済みの積層体、すなわちコイル内蔵基板１０の集合基板を取り出し、レーザー加工やダイシング加工によりブレイク溝を形成する。必要に応じて、基板本体１２の上面１２ａに形成されたランド電極２６ａ，２６ｂと、下面１２ｂに形成された端子電極２８にメッキを行う。
【００５６】
（６）以上の工程により完成したコイル内蔵基板１０の集合基板のランド電極２６ａ，２６ｂに、表面実装部品やＩＣチップなどの部品２，４を実装した後、ブレイク溝に沿ってコイル内蔵基板１０の集合基板を切断し、個片に分割する。
【００５７】
次に、上記の方法で作製したコイル内蔵基板（ＤＣ−ＤＣコンバータ）の作製例について、図４〜図７を参照しながら説明する。作製例では、第１及び第２のコイル要素３２ａ〜３２ｄ，３４ａ〜３４ｄの線幅Ａが２００μｍ、第１のコイル要素３２ａ〜３２ｄの内径が１７００μｍ、第２のコイル要素３４ａ〜３４ｄの内径が１３００μｍ、基板本体１２の厚みが６００μｍである。積層方向に透視すると、内コイル領域の外周と外コイル領域の内周とは接している。
【００５８】
＜作製例１＞ 図４は、空隙部の個数、すなわち空隙層数を変えた各３個の試料の変換効率を示すグラフである。縦軸は、負荷電流１００ｍＡに対する変換効率（％）である。空隙層数が０の試料は、空隙部が形成されていない。空隙層数が１の試料は、図１に示した第２のコイル要素３４ｃに接する空隙部のみが形成されている。空隙層数が２の試料は、図１に示した第１のコイル要素３２ｂに接する空隙部と、第２のコイル要素３４ｃに接する空隙部が形成されている。第１のコイル要素３２ｂに接する空隙部は、第１のコイル要素３２ｂの内周半分に接し、第２のコイル要素３４ａ，３４ｂの間に形成されている。空隙層数が３の試料は、図１に示した第２のコイル要素３２ａ，３２ｂ，３２ｃに接する３つの空隙部が形成されている。いずれの空隙部も、内コイル領域の内周から、外コイル領域の中間位置まで、幅３００μｍで形成されている。
【００５９】
図４から、少なくとも１つの空隙部を形成することにより、変換効率が向上することが分かる。
【００６０】
＜作製例２＞ 図５は、空隙部が内コイル領域の外周からにはみ出す量を変えた各３個の試料の変換効率を示すグラフである。図１に示した第２のコイル要素３４ｃに沿う空隙部４０のみを形成し、その空隙部４０の外周側４０ｑが内コイル領域３４の外周よりも外側にはみ出る寸法Ｌを変えた。
【００６１】
図５から、空隙部が内コイル領域の外周からにはみ出す量Ｌが１００μｍ以上であれば、変換効率が向上することが分かる。空隙部の幅をＢとすると、Ｂ＝Ａ＋Ｌであるので、Ｂ／Ａ≧１．５であると、変換効率が向上することが分かる。
【００６２】
＜作製例３＞ 図６は、空隙部が第２のコイル要素よりも内側にはみ出す量を変えた各３個の試料の変換効率とコイルＬ値を示すグラフである。空隙内側はみ出し量は、図１において鎖線で示したように、空隙部４０の内周４０ｘと内コイル領域３２の内周３４ｘとの間の長さＸである。
【００６３】
図６から、空隙部が第２のコイル要素よりも内側にはみ出すと、変換効率もコイルＬ値も低下することが分かる。したがって、空隙部は、内コイル領域の内周よりも外側に形成することが好ましい。
【００６４】
＜作製例４＞ 図７は、第１のコイル要素（外コイル層）に接する空隙部を形成した各３個の試料と、第２のコイル要素（内コイル層）に接する空隙部を形成した各３個の試料について、変換効率（％）を示すグラフである。前者の試料は、図１において下側３つの第１のコイル要素３２ｂ，３２ｃ，３２ｄの下面のそれぞれの内側半分が露出し、積層方向から透視すると外コイル領域の内周と外周の間の中間位置から内コイル領域３４の内周まで延在する３つの空隙部を有する。後者の試料は、図１において上側３つの第２のコイル要素３２ａ，３２ｂ，３２ｃの下面全体が露出し、積層方向から透視すると内コイル領域の内周から、外コイル領域の内周と外周の間の中間位置まで延在する３つの空隙部を有する。空隙部の長さは３００μｍである。
【００６５】
図７から、空隙部に第１のコイル要素が露出する場合も、第２のコイル要素が露出する場合も、変換効率が向上することが分かる。また、空隙部に露出するコイル要素の面積が多いほど、変換効率が向上することが分かる。
【００６６】
＜まとめ＞ 以上に説明したように空隙部を形成すると、コイルの磁気特性を改善し効率を向上することができる。
【００６７】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変更を加えて実施することが可能である。
【００６８】
例えば、第１及び第２のコイル要素や空隙部の形状は、実施例に限定されない。第１及び第２のコイル要素や空隙部の個数は、実施例よりも多くても、少なくてもよい。第１及び第２のコイル要素は、積層方向に任意の順序で配置可能である。
【符号の説明】
【００６９】
１０ コイル内蔵基板
１２ 基板本体
１２ａ 上面
１２ｂ 下面
１２ｍ，１２ｐ〜１２ｔ，１２ｗ 絶縁層
１４ａ 第１の磁性体フェライト層
１４ｂ 第２の磁性体フェライト層
１６ａ 第１の非磁性体フェライト層
１６ｂ 第２の非磁性体フェライト層
１６ｃ 中間非磁性体フェライト層
２２ 面内配線導体
２４，２４ｐ〜２４ｔ 層間接続導体
２６ａ，２６ｂ ランド電極
２８ 端子電極
３０ コイル
３２ 外コイル領域
３２ａ〜３２ｄ 第１のコイル要素
３４ 内コイル領域
３４ａ〜３４ｄ 第２のコイル要素
３６ 空隙形成用材料
３８ 仮想中心線
４０ 空隙部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック材料を含む複数の絶縁層が積層された基板本体と、
互いに隣接する前記絶縁層同士の異なる組の当該絶縁層間にそれぞれ配置され、前記基板本体の前記絶縁層が積層される積層方向に延在する仮想中心軸のまわりに形成された複数のコイル要素と、
前記絶縁層を貫通して前記コイル要素同士を接続する層間接続導体と、
前記基板本体の内部に形成された少なくとも１つの空隙部と、
を備え、
前記コイル要素は、一定の線幅を有する第１及び第２のコイル要素を含み、
前記第１のコイル要素は、前記積層方向に透視すると互いに重なり合い、
前記第２のコイル要素は、前記積層方向に透視すると前記第１のコイル要素が互いに重なり合う外コイル領域の内周より内側において該内周に接しかつ互いに重なり合い、
前記空隙部は、前記積層方向に透視すると前記内コイル領域の内周と前記外コイル領域の外周との間において環状に延在するように、前記第１及び第２のコイル要素のうちの少なくとも一つの前記コイル要素及び当該コイル要素に接している一つの前記絶縁層と当該コイル要素に対向する他の一つの前記絶縁層との間に、当該コイル要素の一部が前記空隙部に露出するように形成され、
前記第１及び第２のコイル要素の前記線幅をＡ、前記空隙部の幅をＢとすると、１．５≦Ｂ／Ａ≦２．０であり、
前記空隙部の個数は、前記第１のコイル要素と前記第２のコイル要素の合計個数の半分より少ないことを特徴とする、コイル内蔵基板。
【請求項２】
前記基板本体の前記絶縁層は、
磁性体セラミック材料を含む第１及び第２の磁性体フェライト層と、
前記第１及び第２の磁性体フェライト層の間に、前記第１及び第２の磁性体フェライト層に隣接して配置された中間非磁性体フェライト層とを含むことを特徴とする、請求項１に記載のコイル内蔵基板。
【請求項３】
前記基板本体の前記絶縁層は、
前記第１の磁性体フェライト層の前記中間非磁性体フェライト層とは反対側において前記第１の磁性体フェライト層に隣接して配置され、前記第１の磁性体フェライト層の熱膨張係数よりも小さい熱膨張係数を有する第１の非磁性体フェライト層と、
前記第２の磁性体フェライト層の前記中間非磁性体フェライト層とは反対側において前記第２の磁性体フェライト層に隣接して配置され、前記第２の磁性体フェライト層の熱膨張係数よりも小さい熱膨張係数を有する第２の非磁性体フェライト層と、
をさらに含むことを特徴とする、請求項２に記載のコイル内蔵基板。
【請求項１】
セラミック材料を含む複数の絶縁層が積層された基板本体と、
互いに隣接する前記絶縁層同士の異なる組の当該絶縁層間にそれぞれ配置され、前記基板本体の前記絶縁層が積層される積層方向に延在する仮想中心軸のまわりに形成された複数のコイル要素と、
前記絶縁層を貫通して前記コイル要素同士を接続する層間接続導体と、
前記基板本体の内部に形成された少なくとも１つの空隙部と、
を備え、
前記コイル要素は、一定の線幅を有する第１及び第２のコイル要素を含み、
前記第１のコイル要素は、前記積層方向に透視すると互いに重なり合い、
前記第２のコイル要素は、前記積層方向に透視すると前記第１のコイル要素が互いに重なり合う外コイル領域の内周より内側において該内周に接しかつ互いに重なり合い、
前記空隙部は、前記積層方向に透視すると前記内コイル領域の内周と前記外コイル領域の外周との間において環状に延在するように、前記第１及び第２のコイル要素のうちの少なくとも一つの前記コイル要素及び当該コイル要素に接している一つの前記絶縁層と当該コイル要素に対向する他の一つの前記絶縁層との間に、当該コイル要素の一部が前記空隙部に露出するように形成され、
前記第１及び第２のコイル要素の前記線幅をＡ、前記空隙部の幅をＢとすると、１．５≦Ｂ／Ａ≦２．０であり、
前記空隙部の個数は、前記第１のコイル要素と前記第２のコイル要素の合計個数の半分より少ないことを特徴とする、コイル内蔵基板。
【請求項２】
前記基板本体の前記絶縁層は、
磁性体セラミック材料を含む第１及び第２の磁性体フェライト層と、
前記第１及び第２の磁性体フェライト層の間に、前記第１及び第２の磁性体フェライト層に隣接して配置された中間非磁性体フェライト層とを含むことを特徴とする、請求項１に記載のコイル内蔵基板。
【請求項３】
前記基板本体の前記絶縁層は、
前記第１の磁性体フェライト層の前記中間非磁性体フェライト層とは反対側において前記第１の磁性体フェライト層に隣接して配置され、前記第１の磁性体フェライト層の熱膨張係数よりも小さい熱膨張係数を有する第１の非磁性体フェライト層と、
前記第２の磁性体フェライト層の前記中間非磁性体フェライト層とは反対側において前記第２の磁性体フェライト層に隣接して配置され、前記第２の磁性体フェライト層の熱膨張係数よりも小さい熱膨張係数を有する第２の非磁性体フェライト層と、
をさらに含むことを特徴とする、請求項２に記載のコイル内蔵基板。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１２９３６４（Ｐ２０１２−１２９３６４Ａ）
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７９５９８（Ｐ２０１０−２７９５９８）
【出願日】平成２２年１２月１５日（２０１０．１２．１５）
【出願人】（０００００６２３１）株式会社村田製作所 (3,635)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月１５日（２０１０．１２．１５）
【出願人】（０００００６２３１）株式会社村田製作所 (3,635)
【Ｆターム（参考）】
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