コイル形成方法、及びコイル
【課題】容易に製造できるとともに、比抵抗が高くなることを抑制できるコイル形成方法、及びコイルを提供すること。
【解決手段】絶縁性を有する絶縁基板上に、有機溶媒（テルピネオール及びエタノール）に銅ナノフィラーを混合した銅ペーストを塗布して各コイルパターンを形成する各パターン形成工程（ステップＳ２，Ｓ３）と、加熱により各コイルパターンに含まれる有機溶媒を除去するとともに銅ナノフィラー同士を焼結（金属接合）させて金属焼結体とする焼結工程（ステップＳ４）と、を含む。
【解決手段】絶縁性を有する絶縁基板上に、有機溶媒（テルピネオール及びエタノール）に銅ナノフィラーを混合した銅ペーストを塗布して各コイルパターンを形成する各パターン形成工程（ステップＳ２，Ｓ３）と、加熱により各コイルパターンに含まれる有機溶媒を除去するとともに銅ナノフィラー同士を焼結（金属接合）させて金属焼結体とする焼結工程（ステップＳ４）と、を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コイル形成方法、及びコイルに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、金属ペースト（導体ペースト）を用いて支持体上にコイルパターンをスクリーン印刷するとともに加熱し、支持体上にコイルを形成することが行われている（例えば特許文献１）。
【０００３】
特許文献１では、金属ペーストを用いて円板状フェライト成形体の主平面にコイルパターン等を印刷（形成）するとともに加熱し、円板状フェライト成形体上にコイルを形成している。このため、特許文献１では、銅箔（銅板）を打ち抜き加工したり、コア材に銅線を巻回したりする場合と比較して、コイルを容易に製造できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−５０９２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１のようにコイルを印刷して形成する場合、一般に、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂に金属粒子を混合させた金属ペーストが用いられる。しかしながら、熱硬化性樹脂を含む金属ペーストを用いてコイルを形成した場合には、コイル内部に硬化した熱硬化性樹脂が残留することにより、コイルそのものの比抵抗が大きくなる傾向がある。このため、銅箔（銅板）の打ち抜き加工や、銅線の巻回により形成したコイルと比較して比抵抗が高くなりやすく、通電時に発熱しやすいという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記従来技術に存在する問題点に着目してなされたものであり、その目的は、容易に製造できるとともに、比抵抗が高くなることを抑制できるコイルの形成方法、及びコイルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、コイル形成方法において、絶縁性を有する支持体上に、有機溶媒に金属粒子を混合した混合体を塗布してコイルパターンを形成する工程と、加熱により前記コイルパターンに含まれる有機溶媒を除去するとともに前記金属粒子同士を焼成する工程と、を含むことを要旨とする。
【０００８】
これによれば、有機溶媒に金属粒子を混合した混合体を塗布することによりコイルパターンを容易に形成できる。また、加熱により、有機溶媒を除去するとともに金属粒子同士を焼成できる。したがって、コイル形状を成形しやすく、且つ金属粒子の間に熱硬化性樹脂が残留する場合と比較して比抵抗が高くなることを抑制できる。したがって、容易に製造できるとともに、比抵抗が高くなることを抑制できる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のコイル形成方法において、前記有機溶媒の沸点は、前記加熱の温度より低温であることを要旨とする。
これによれば、金属粒子を焼成する際に有機溶媒を蒸発させ、コイル内部に有機溶媒が残留することを抑制できる。したがって、コイルの比抵抗が高くなることを抑制できる。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載のコイル形成方法において、前記混合体の粘度は、５０Ｐａ・ｓ以上且つ１００Ｐａ・ｓ以下であることを要旨とする。これによれば、混合体の取り扱いが容易になり、混合体を塗布することによりコイルパターンを容易に形成できる。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のうち何れか一項に記載のコイル形成方法において、前記混合体は８０重量％以上且つ９８重量％以下の前記金属粒子を含むことを要旨とする。
【００１２】
これによれば、有機溶媒の除去及び金属粒子の焼成の際に、コイルパターンの体積が減少することを抑制できる。したがって、容易に製造できる。
請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項４のうち何れか一項に記載のコイル形成方法において、前記支持体には、凹部が設けられており、前記凹部に前記混合体を充填することにより前記コイルパターンを形成することを要旨とする。
【００１３】
これによれば、凹部に混合体を充填することにより、コイルパターンの厚さを確実に確保できる。したがって、容易に製造できる。
請求項６に記載の発明は、コイルにおいて、請求項１〜請求項５のうち何れか一項に記載のコイル形成方法により形成されたことを要旨とする。これによれば、金属粒子同士が焼成されたコイルとなる。このため、金属粒子の間に熱硬化性樹脂が残留する場合と比較して比抵抗が高くなることを抑制できる。したがって、容易に製造できるとともに、比抵抗が高くなることを抑制できる。
【００１４】
請求項７に記載の発明は、コイルにおいて、絶縁性を有する支持体に支持されるとともに、表面に径が０．５μｍ以下且つ０μｍより大きい空孔を有し、金属粒子同士が焼成された金属焼成体により形成されたことを要旨とする。
【００１５】
これによれば、絶縁性を有する支持体に支持されるとともに、金属粒子同士が焼成された金属焼成体によりコイルが形成される。金属焼成体は、焼成前の金属粒子の状態においてコイル形状に成形（配置）しやすく、且つ焼成させることで金属粒子の間に熱硬化性樹脂が残留する場合と比較して比抵抗が高くなることを抑制できる。したがって、容易に製造できるとともに、比抵抗が高くなることを抑制できる。
【００１６】
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載のコイルにおいて、前記支持体の凹部に形成されたことを要旨とする。これによれば、機械的な接触などによりコイルが支持体から脱落することを抑制できる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、容易に製造できるとともに、比抵抗が高くなることを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】ＤＣ／ＤＣコンバータの模式斜視図。
【図２】トランスを部分的に分解した模式斜視図。
【図３】図１に示すＡ−Ａ断面図。
【図４】（ａ）は、絶縁基板の上面側から見た場合における一次コイルを示す模式平面図、（ｂ）は、絶縁基板の下面側から見た場合における二次コイルを示す模式下面図。
【図５】一次コイル及び二次コイルを形成する銅配線の表面状態を示す模式図。
【図６】一次コイル、及び二次コイルの形成方法を示すフローチャート。
【図７】一次コイルパターンの形成方法を示す模式図。
【図８】二次コイルパターンの形成方法を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明をトランスのコイルに具体化した実施形態について、図１〜図８にしたがって説明する。
図１に示すように、本実施形態のＤＣ／ＤＣコンバータ１０は、絶縁性を有する材料（以下、絶縁材料と示す）からなるハウジング１１を備えるとともに、ハウジング１１の内部には、絶縁材料（本実施形態ではガラスエポキシ樹脂）からなる支持体としての絶縁基板１２が固定されている。絶縁基板１２は、その両面に厚みが０．１〜０．５ｍｍの図示しない厚銅箔パターンが付与されており、両面基板とされている。絶縁基板１２には、ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴなどの複数のパワー半導体素子１３が実装されているとともに、誘導機器（電子機器）としてのトランス１４が配設されている。以下の説明では、便宜上、パワー半導体素子１３が実装された面を絶縁基板１２の上面（表面）と示し、その反対側の面を絶縁基板１２の下面（裏面）と示す。
【００２０】
図２に示すように、トランス１４は、軟磁性材料（本実施形態ではフェライト）からなるコア１５を備えている。コア１５は、絶縁基板１２の上面及び下面の両側から絶縁基板１２を挟持するように配設された一対（一組）のコア部材１６から構成される。各コア部材１６は、略長方形平板状をなすベース部１６ａと、このベース部１６ａの中央部から絶縁基板１２側へ向かって突出する第１脚部１６ｂと、ベース部１６ａの両端から絶縁基板１２側へ向かって突出する一対の第２脚部１６ｃとから構成されている。
【００２１】
第１脚部１６ｂは、略円柱状をなし、その先端部に平面が形成されている。絶縁基板１２には、上面と下面とを連通するように平面視で円形の挿通孔１２ａが形成されているとともに、この挿通孔１２ａには、各コア部材１６の第１脚部１６ｂが絶縁基板１２の両面側から挿通される。そして、図３に示すように、各コア部材１６は、挿通孔１２ａ内において第１脚部１６ｂの先端部の平面同士が接するように配置される。
【００２２】
また、図２に示すように、第２脚部１６ｃは、絶縁基板１２の側縁部に沿って延びる壁状をなし、先端部に平面が形成されている。図３に示すように、各コア部材１６は、絶縁基板１２を挟んで絶縁基板１２の両側縁部において、第２脚部１６ｃの先端部の平面同士が接するように配置される。したがって、各コア部材１６は、その全体が断面視、及び側面視で略Ｅ字状をなす。
【００２３】
そして、コア１５（各コア部材１６）を絶縁基板１２に組み付けた状態において、絶縁基板１２は、絶縁基板１２の上面及び下面と、各コア部材１６との間に空間（隙間）が形成されるように支持される。すなわち、トランス１４において、絶縁基板１２の上面及び下面は、コア１５を構成する各コア部材１６と非接触とされている。
【００２４】
図２に示すように、絶縁基板１２の上面には、一次コイル１７が形成（パターニング）されている。図４（ａ）に示すように、一次コイル１７は、挿通孔１２ａの同心円の一部をなす円弧状に形成されるとともに、挿通孔１２ａの周囲を平面視で多重（本実施形態では４重）に囲う銅配線（導体）ｗからなる第１パターン部Ｐ１と、この第１パターン部Ｐ１をなす銅配線ｗ同士を接続する銅配線ｗからなる第２パターン部Ｐ２から形成されている。そして、第１パターン部Ｐ１、及び第２パターン部Ｐ２は、その全体として、線状をなす１本の銅配線ｗが挿通孔１２ａの周囲を平面視でらせん（スパイラル）状に取り巻くように配置された一次コイルパターンＰａを形成している。本実施形態において、一次コイル１７の巻回数（ターン数）は、４回となる。また、一次コイル１７は、絶縁基板１２に付与された厚銅箔パターンに電気的に接続されている。
【００２５】
本実施形態の第１パターン部Ｐ１（一次コイル１７）は、平面視における銅配線ｗの幅となる線幅ｔ１が０．７〜０．９ｍｍに設定されるとともに、隣り合う銅配線ｗの間隔となる線間隔ｔ２が０．５〜１ｍｍに設定されている。また、図３に示すように、絶縁基板１２の上面には、一次コイル１７（一次コイルパターンＰａ）と平面視で同一形状に形成された凹部１２ｂが形成されているとともに、一次コイル１７（一次コイルパターンＰａ）は、凹部１２ｂ内に形成されている。したがって、本実施形態の一次コイル１７は、絶縁基板１２に支持されている。絶縁基板１２の厚さ方向に沿った凹部１２ｂの深さは、一次コイル１７（一次コイルパターンＰａ）の厚み（高さ）と一致（略一致）されている。本実施形態において、凹部１２ｂの深さ、及び一次コイル１７の厚さは、０．５ｍｍに設定される。
【００２６】
また、図３に示すように、絶縁基板１２の下面には、二次コイル１８が形成（パターニング）されている。図４（ｂ）に示すように、二次コイル１８は、挿通孔１２ａと同心円状に配置した銅配線ｗから構成された二次コイルパターンＰｂから形成されている。本実施形態において、二次コイル１８の巻回数は、１回となる。また、二次コイル１８は、絶縁基板１２に付与された厚銅箔パターンに電気的に接続されている。
【００２７】
また、図３に示すように、絶縁基板１２の下面には、二次コイル１８（二次コイルパターンＰｂ）と下面視で同一形状に形成された凹部１２ｃが形成されているとともに、二次コイル１８（二次コイルパターンＰｂ）は、凹部１２ｃ内に形成されている。したがって、本実施形態の二次コイル１８は、絶縁基板１２に支持されている。二次コイル１８（二次コイルパターンＰｂ）は、下面視における銅配線ｗの幅となる線幅ｔ３が６．４ｍｍに設定される。また、絶縁基板１２の厚さ方向に沿った凹部１２ｃの深さは、二次コイル１８の厚さと一致されている。本実施形態において、凹部１２ｃの深さ、及び二次コイル１８の厚さは、０．５ｍｍに設定される。
【００２８】
本実施形態において、一次コイル１７、及び二次コイル１８を形成する銅配線ｗは、何れも金属粒子同士が焼成された金属焼成体とされている。より具体的に言えば、銅配線ｗは、金属粒子同士が焼結により金属接合（金属結合）された金属焼結体からなる。図５に示すように、本実施形態の銅配線ｗは、粒子径（たとえば図５において横方向の長さ）が１０〜１０００ｎｍである微細な金属粒子としての銅ナノフィラーＮｆを焼結させた焼結体とされている。このため、銅配線ｗの表面には、空孔ｋが形成されている。なお、本実施の形態において空孔ｋの径は０．５μｍ以下且つ０μｍより大きい。
【００２９】
本実施形態において、銅配線ｗは、その比抵抗が１０〜３０μΩ・ｃｍであり、密度が７．０〜８．５ｇ／ｃｍ３とされている。また、銅配線ｗは、その断面を走査型電子顕微鏡写真で観察した場合、断面積の全体に占める銅ナノフィラーＮｆの断面積の割合が５０％以上であり、好ましくは８０％以上とされている。
【００３０】
次に、本実施形態の一次コイル１７、及び二次コイル１８の形成方法（製造方法）について図６〜図８にしたがって説明する。
最初に、図６に示すように、有機溶媒（本実施形態では、テルピネオール及びエタノール）と銅ナノフィラーＮｆを混合した混合体としての銅ペースト２０を得る銅ペースト調製工程を行う（ステップＳ１）。銅ペースト調製工程では、増粘剤（バインダ）となるテルピネオールと、銅ナノフィラーＮｆを混合するとともに、さらに希釈剤（粘度調整剤）となるエタノールを加えつつ均一となるまで混合し、最終的に粘度を５０Ｐａ・ｓ以上且つ１００Ｐａ・ｓ以下に、より好ましくは８０Ｐａ・ｓ以上且つ１００Ｐａ・ｓ以下に調整する。粘度が５０Ｐａ・ｓ未満の場合には、銅ペースト２０によりコイルパターンを形成し難く、１００Ｐａ・ｓより大きい場合には銅ペースト２０を塗布や充填し難い。つまり、粘度が５０Ｐａ・ｓ以上且つ１００Ｐａ・ｓ以下の場合には銅ペースト２０の取り扱いが容易になり、銅ペースト２０を塗布することによりコイルパターンを容易に形成できる。
【００３１】
本実施形態において、銅ペースト２０は、８０重量％以上且つ９８重量％以下、より好ましくは９０重量％以上且つ９８重量％以下の銅ナノフィラーＮｆを含む。銅ペースト２０に含まれる銅ナノフィラーＮｆが８０重量％より少ない場合には、導電性が低くなる。また、銅ペースト２０は有機溶媒を含むため、銅ナノフィラーＮｆの含有率を９８重量％以上にし難い。テルピネオールの沸点は、２１７〜２２０℃であるとともに、エタノールの沸点は、７８．３℃であり、何れも室温（１〜３０℃）よりも高い。
【００３２】
また、本実施形態の銅ナノフィラーＮｆは、表面に酸化膜が形成されていないとともに、その表面の全体に有機分子（有機化合物）としてのカルボン酸（Ｒ−ＣＯＯＨ、但しＲ＝ＣｎＨ２ｎ＋１，１≦ｎ≦１２）からなる有機皮膜が形成され、被覆されている。このため、銅ナノフィラーＮｆの表面は、有機皮膜により酸化が抑制されている。
【００３３】
次に、一次コイルパターンＰａを絶縁基板１２上に形成する第１パターン形成工程を行う（ステップＳ２）。図７に示すように、第１パターン形成工程では、まず絶縁基板１２の上面に対して一次コイル１７（一次コイルパターンＰａ）と同一形状のペースト通過部２１ａを形成した第１スクリーン２１を載置するとともに、絶縁基板１２の凹部１２ｂと第１スクリーン２１のペースト通過部２１ａを整合一致させてから固定する。なお、第１スクリーン２１の厚さは、０．０５ｍｍとされている。次に、第１スクリーン２１を介して、スキージ（ブレード）２２を用いて銅ペースト２０を塗布することにより絶縁基板１２の凹部１２ｂ内に銅ペースト２０を充填し、一次コイルパターンＰａを絶縁基板１２上に形成（スクリーン印刷）する。
【００３４】
次に、図６に示すように、二次コイルパターンＰｂを絶縁基板１２上に形成する第２パターン形成工程を行う（ステップＳ３）。図８に示すように、第２パターン形成工程では、絶縁基板１２の下面に対して二次コイル１８（二次コイルパターンＰｂ）と同一形状のペースト通過部２３ａを形成した第２スクリーン２３を載置するとともに、絶縁基板１２の凹部１２ｃと第２スクリーン２３のペースト通過部２３ａを整合一致させてから固定する。なお、第２スクリーン２３の厚さは、０．０５ｍｍとされている。次に、第２スクリーン２３を介して、スキージ２２を用いて銅ペースト２０を塗布することにより絶縁基板１２の凹部１２ｃ内に銅ペースト２０を充填し、二次コイルパターンＰｂを絶縁基板１２上に形成（スクリーン印刷）する。
【００３５】
次に、図６に示すように、一次コイルパターンＰａ、及び二次コイルパターンＰｂを形成した絶縁基板１２を加熱して、銅ペースト２０に含まれる有機溶媒を除去するとともに、銅ナノフィラーＮｆ同士を金属接合（焼成）させて金属焼結体とする焼結工程を行う（ステップＳ４）。焼結工程は、大気雰囲気（常圧）下において、２５０℃で５分間、加熱して行う。２５０℃は、銅の融点である１０８３℃より低く、且つ銅ペースト２０に含まれる有機溶媒（テルピネオール、及びエタノール）の沸点より高い温度である。
【００３６】
焼結工程により、銅ペースト２０に含まれるテルピネオール、及びエタノールが蒸発（気化）されるとともに、銅ナノフィラーＮｆの表面から有機皮膜を構成するカルボン酸が離脱して蒸発（気化）する。そして、酸化皮膜が除去された銅ナノフィラーＮｆは、相互に金属接合（焼成）され、図５に示すような金属焼結体が形成される。この際、一次コイルパターンＰａ、及び二次コイルパターンＰｂの厚さ（高さ）は、有機溶媒や有機皮膜の蒸発（気化）に伴って、焼結工程前の０．５５ｍｍから０．５ｍｍに減少する。また、一次コイルパターンＰａ、及び二次コイルパターンＰｂの表面には、有機溶媒や有機皮膜の蒸発（気化）により空孔ｋが形成される。なお、一次コイル１７及び二次コイル１８の形成後（焼結工程の終了後）には、絶縁基板１２の上面側、及び下面側から各コア部材１６を配置してコア１５を形成し、トランス１４が形成される。
【００３７】
次に、上記のように構成した一次コイル１７、及び二次コイル１８の作用について説明する。
一次コイル１７、及び二次コイル１８は、銅ナノフィラーＮｆ同士が焼結された金属焼結体により形成されている。これに対し、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂に銅ナノフィラーＮｆを混合したペーストを熱硬化させて形成したコイルでは、断面積の全体に占める熱硬化性樹脂の断面積の割合が５０％程度となるのが一般的である。このため、本実施形態の一次コイル１７及び二次コイル１８では、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂に銅ナノフィラーＮｆを混合したペーストを熱硬化させて形成したコイルと比較して、銅配線ｗそのものの比抵抗を低く抑えることができる。このため、本実施形態の一次コイル１７、及び二次コイル１８では、通電時における発熱を抑制できる。
【００３８】
したがって、上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）有機溶媒（テルピネオール、及びエタノール）に銅ナノフィラーＮｆを混合した銅ペースト２０を絶縁基板１２上に塗布して一次コイルパターンＰａ、及び二次コイルパターンＰｂを形成することにより、一次コイルパターンＰａ、及び二次コイルパターンＰｂを容易に形成できる。また、加熱により有機溶媒を除去するとともに銅ナノフィラーＮｆ同士を焼結して金属焼結体とすることができる。したがって、コイル形状（一次コイルパターンＰａ、及び二次コイルパターンＰｂ）を形成しやすく、且つ銅ナノフィラーＮｆの間に熱硬化性樹脂が残留する場合と比較して比抵抗が高くなることを抑制できる。したがって、一次コイル１７及び二次コイル１８を容易に製造できるとともに、比抵抗が高くなることを抑制できる。
【００３９】
（２）有機溶媒（テルピネオール、及びエタノール）の沸点は、加熱工程における加熱の温度より低温である。このため、銅ナノフィラーＮｆを焼結する際に有機溶媒を気化（蒸発）させ、一次コイル１７、及び二次コイル１８の銅配線ｗ内に有機溶媒が残留することを抑制できる。したがって、一次コイル１７及び二次コイル１８の比抵抗が高くなることを抑制できる。
【００４０】
（３）銅ペースト２０の粘度を５０Ｐａ・ｓ以上且つ１００Ｐａ・ｓ以下に設定した。このため、銅ペースト２０の取り扱いが容易になり、銅ペースト２０を塗布することにより一次コイルパターンＰａ、及び二次コイルパターンＰｂを容易に形成できる。
【００４１】
（４）銅ペースト２０は、８０重量％以上且つ９８重量％以下の銅ナノフィラーＮｆを含む。このため、焼結工程（有機溶媒の除去及び銅ナノフィラーＮｆの焼結）の際に、一次コイルパターンＰａ、及び二次コイルパターンＰｂの体積（厚さ）が減少することを抑制できる。したがって、容易に製造できる。
【００４２】
（５）絶縁基板１２には凹部１２ｂ、及び凹部１２ｃが設けられており、各凹部１２ｂ，１２ｃに銅ペースト２０を充填することにより一次コイルパターンＰａ、及び二次コイルパターンＰｂを形成するようにした。このため、一次コイルパターンＰａ、及び二次コイルパターンＰｂの厚さを確実に確保できる。したがって、容易に製造できる。
【００４３】
（６）一次コイル１７、及び二次コイル１８は、絶縁性を有する絶縁基板１２に支持されるとともに、銅ナノフィラーＮｆ同士が焼結された金属焼結体により形成される。金属焼結体は、焼結前の銅ナノフィラーＮｆの状態においてコイル形状（一次コイルパターンＰａ、及び二次コイルパターンＰｂ）に成形（配置）しやすく、且つ焼結させることで銅ナノフィラーＮｆ同士が金属接合し、銅ナノフィラーＮｆの間に熱硬化性樹脂が残留する場合と比較して比抵抗が高くなることを抑制できる。したがって、一次コイル１７及び二次コイル１８を容易に製造できるとともに、比抵抗が高くなることを抑制できる。
【００４４】
（７）凹部１２ｂ、及び凹部１２ｃ内に一次コイル１７及び二次コイル１８がそれぞれ形成される。したがって、機械的な接触などにより、金属焼結体からなる一次コイル１７、及び二次コイル１８が絶縁基板１２から脱落することを抑制できる。
【００４５】
（８）絶縁基板１２の上面に対し、銅ペースト２０を塗布して一次コイルパターンＰａを形成している。このため、本実施形態では、銅箔（銅板）の打ち抜き加工では実現が困難な線幅ｔ１、及び線間隔ｔ２で一次コイルパターンＰａを形成できる。具体的に説明すると、一般に、銅箔（銅板）を打ち抜き加工する場合には、線幅ｔ１を０．９ｍｍ以下に、線間隔ｔ２を１ｍｍ以下に、厚さを０．５ｍｍに形成することが困難である。これに対して、本実施形態の一次コイル１７、及びコイル形成方法では、一次コイル１７（一次コイルパターンＰａ）における銅配線ｗの線幅ｔ１を０．７〜０．９ｍｍに、線間隔ｔ２を０．５〜１ｍｍに、厚さを０．５ｍｍにできる。したがって、絶縁基板１２上における一次コイル１７（一次コイルパターンＰａ）の配置面積を縮小、又は同一配置面積における巻回数を増加させることができる。
【００４６】
（９）本実施形態では、一次コイル１７、及び二次コイル１８を用いてトランス１４を構成している。したがって、トランス１４を小型化できる。
なお、本実施形態は以下のように変更してもよい。
【００４７】
○ 銅ペースト２０に用いる希釈剤（粘度調整剤）は、エタノールに代えてメタノール、オクタノール、ヘキサン、又はトルエンなどを用いてもよい。すなわち、沸点が室温以上であり、且つ沸点が焼結工程における加熱温度より低い有機溶媒であればよい。
【００４８】
○ 銅ペースト２０に用いる増粘剤（バインダ）は、テルピネオールに代えてエチレングリコールなどを用いてもよい。すなわち、沸点が室温以上であり、且つ沸点が焼結工程における加熱温度より低い有機溶媒であればよい。
【００４９】
○ 金属粒子（銅ナノフィラーＮｆ）の表面に形成する有機皮膜（カルボン酸）としては、例えばステアリン酸、オレイン酸、リノール酸など、異なる有機分子により構成してもよい。
【００５０】
○ 二次コイル１８は、銅箔（銅板）を打ち抜き加工して形成してもよい。
○ 一次コイル１７を絶縁基板１２の下面に配置する一方で、二次コイル１８を絶縁基板１２の上面に配置してもよい。
【００５１】
○ 金属粒子として、銅ナノフィラーＮｆに代えて、微細な銀の微粒子からなる銀ナノフィラーを用いてもよい。なお、銀の融点は９６０℃である。また、スズやニッケルの微粒子からなるナノフィラーを用いてもよい。
【００５２】
○ 金属粒子（銅ナノフィラーＮｆ）の粒子径は、適宜変更してもよい。また、異なる粒子径の金属粒子を組み合わせて用いてもよい。
○ 焼結工程では、絶縁基板１２（一次コイルパターンＰａ、及び二次コイルパターンＰｂ）を冶具で加圧しつつ加熱してもよい。このように構成した場合には、空孔ｋの形成を抑制し、銅配線ｗをより緻密な金属焼結体とすることができる。
【００５３】
○ 焼結工程の温度は、例えば３００℃など、金属粒子同士が金属接合されて金属焼結体となる温度であれば、適宜変更してもよい。
○ 焼結工程における加熱時間は、例えば１０分など、金属粒子同士が金属接合されて金属焼結体となる時間であれば、適宜変更してもよい。
【００５４】
○ 焼結工程における焼結雰囲気は大気に限らず、例えば酸素と窒素など、金属粒子同士が金属接合されて金属焼結体となる雰囲気であれば、適宜変更してもよい。
○ 第１パターン形成工程（ステップＳ２）と、第２パターン形成工程（ステップＳ３）の順序を入れ替えてもよい。
【００５５】
○ 第１パターン形成工程（ステップＳ２）と、第２パターン形成工程（ステップＳ３）との間にも焼結工程を設けてもよい。
○ 第１スクリーン２１、及び第２スクリーン２３のうち少なくとも何れか一方を用いなくてもよい。この場合には、絶縁基板１２に銅ペースト２０を直接塗布し、凹部１２ｂや凹部１２ｃに銅ペースト２０（混合体）を充填（塗布）して一次コイルパターンＰａ、及び二次コイルパターンＰｂを形成すればよい。
【００５６】
○ 絶縁基板１２の凹部１２ｂ及び凹部１２ｃのうち少なくとも一方を省略してもよい。この場合、第１スクリーン２１や第２スクリーン２３の厚さを、例えば０．５５ｍｍなど、一次コイルパターンＰａ、及び二次コイルパターンＰｂに必要な厚さに設定すればよい。
【００５７】
○ ハウジング１１に一次コイル１７や二次コイル１８を形成してもよい。この場合、ハウジング１１が支持体となる。
○ 一次コイル１７は、一次コイル１７を絶縁基板１２の厚さ方向に対して複数層にわたって積層するとともに、各一次コイル１７を電気的に接続して１つのコイルとしてもよい。この場合、一次コイル１７上に絶縁層を形成するとともに、その絶縁層の上に一次コイル１７を形成することを繰り返せばよい。また、二次コイル１８についても同様の構成としてもよい。
【００５８】
○ 一次コイル１７（一次コイルパターンＰａ）の銅配線ｗは、線幅ｔ１が０．９ｍｍを超えてもよい。また、銅配線ｗは、線間隔ｔ２が１ｍｍを超えてもよく、厚さが０．５ｍｍ未満でも０．５ｍｍを超えていてもよい。同様に、二次コイル１８（二次コイルパターンＰｂ）の銅配線ｗの線幅は、適宜変更してもよい。
【００５９】
○ 一次コイル１７、及び二次コイル１８の巻回数（ターン数）は、適宜変更してもよい。
○ 一次コイル１７、及び二次コイル１８の何れか一方を省略するか、或いは一次コイル１７及び二次コイル１８を電気的に接続して１つのコイルとすることにより、誘導機器（電子部品）としてのインダクタ（リアクトル）として構成してもよい。この場合、コア１５を省略した構成としてもよい。
【００６０】
次に、上記実施形態及び別例（変形例）から把握できる技術的思想について以下に追記する。
（イ）前記金属焼結体は、線幅が０．９ｍｍ以下であり、且つ厚さが０．５ｍｍ以下の線状に形成されるとともに、その線間隔が１ｍｍ以下となるように前記支持体に支持された請求項７又は請求項８に記載のコイル。
【００６１】
（ロ）前記金属焼結体は、断面積の全体に占める前記金属粒子の断面積の割合が５０％以上である請求項７、請求項８、及び技術的思想（イ）のうち何れか一項に記載のコイル。
【００６２】
（ハ）請求項７、請求項８、及び技術的思想（イ），（ハ）のうち何れか一項に記載のコイルを含んで構成された誘導機器。
【符号の説明】
【００６３】
１２…絶縁基板（支持体）、１２ｂ…凹部、１２ｃ…凹部、１４…トランス（誘導機器）、１７…一次コイル（コイル）、１８…二次コイル（コイル）、２０…銅ペースト（混合体）、ｋ…空孔、Ｎｆ…銅ナノフィラー（金属粒子）、Ｐａ…一次コイルパターン（コイルパターン）、Ｐｂ…二次コイルパターン（コイルパターン）、Ｓ２〜Ｓ４…ステップ（工程）。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コイル形成方法、及びコイルに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、金属ペースト（導体ペースト）を用いて支持体上にコイルパターンをスクリーン印刷するとともに加熱し、支持体上にコイルを形成することが行われている（例えば特許文献１）。
【０００３】
特許文献１では、金属ペーストを用いて円板状フェライト成形体の主平面にコイルパターン等を印刷（形成）するとともに加熱し、円板状フェライト成形体上にコイルを形成している。このため、特許文献１では、銅箔（銅板）を打ち抜き加工したり、コア材に銅線を巻回したりする場合と比較して、コイルを容易に製造できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−５０９２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１のようにコイルを印刷して形成する場合、一般に、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂に金属粒子を混合させた金属ペーストが用いられる。しかしながら、熱硬化性樹脂を含む金属ペーストを用いてコイルを形成した場合には、コイル内部に硬化した熱硬化性樹脂が残留することにより、コイルそのものの比抵抗が大きくなる傾向がある。このため、銅箔（銅板）の打ち抜き加工や、銅線の巻回により形成したコイルと比較して比抵抗が高くなりやすく、通電時に発熱しやすいという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記従来技術に存在する問題点に着目してなされたものであり、その目的は、容易に製造できるとともに、比抵抗が高くなることを抑制できるコイルの形成方法、及びコイルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、コイル形成方法において、絶縁性を有する支持体上に、有機溶媒に金属粒子を混合した混合体を塗布してコイルパターンを形成する工程と、加熱により前記コイルパターンに含まれる有機溶媒を除去するとともに前記金属粒子同士を焼成する工程と、を含むことを要旨とする。
【０００８】
これによれば、有機溶媒に金属粒子を混合した混合体を塗布することによりコイルパターンを容易に形成できる。また、加熱により、有機溶媒を除去するとともに金属粒子同士を焼成できる。したがって、コイル形状を成形しやすく、且つ金属粒子の間に熱硬化性樹脂が残留する場合と比較して比抵抗が高くなることを抑制できる。したがって、容易に製造できるとともに、比抵抗が高くなることを抑制できる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のコイル形成方法において、前記有機溶媒の沸点は、前記加熱の温度より低温であることを要旨とする。
これによれば、金属粒子を焼成する際に有機溶媒を蒸発させ、コイル内部に有機溶媒が残留することを抑制できる。したがって、コイルの比抵抗が高くなることを抑制できる。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載のコイル形成方法において、前記混合体の粘度は、５０Ｐａ・ｓ以上且つ１００Ｐａ・ｓ以下であることを要旨とする。これによれば、混合体の取り扱いが容易になり、混合体を塗布することによりコイルパターンを容易に形成できる。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のうち何れか一項に記載のコイル形成方法において、前記混合体は８０重量％以上且つ９８重量％以下の前記金属粒子を含むことを要旨とする。
【００１２】
これによれば、有機溶媒の除去及び金属粒子の焼成の際に、コイルパターンの体積が減少することを抑制できる。したがって、容易に製造できる。
請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項４のうち何れか一項に記載のコイル形成方法において、前記支持体には、凹部が設けられており、前記凹部に前記混合体を充填することにより前記コイルパターンを形成することを要旨とする。
【００１３】
これによれば、凹部に混合体を充填することにより、コイルパターンの厚さを確実に確保できる。したがって、容易に製造できる。
請求項６に記載の発明は、コイルにおいて、請求項１〜請求項５のうち何れか一項に記載のコイル形成方法により形成されたことを要旨とする。これによれば、金属粒子同士が焼成されたコイルとなる。このため、金属粒子の間に熱硬化性樹脂が残留する場合と比較して比抵抗が高くなることを抑制できる。したがって、容易に製造できるとともに、比抵抗が高くなることを抑制できる。
【００１４】
請求項７に記載の発明は、コイルにおいて、絶縁性を有する支持体に支持されるとともに、表面に径が０．５μｍ以下且つ０μｍより大きい空孔を有し、金属粒子同士が焼成された金属焼成体により形成されたことを要旨とする。
【００１５】
これによれば、絶縁性を有する支持体に支持されるとともに、金属粒子同士が焼成された金属焼成体によりコイルが形成される。金属焼成体は、焼成前の金属粒子の状態においてコイル形状に成形（配置）しやすく、且つ焼成させることで金属粒子の間に熱硬化性樹脂が残留する場合と比較して比抵抗が高くなることを抑制できる。したがって、容易に製造できるとともに、比抵抗が高くなることを抑制できる。
【００１６】
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載のコイルにおいて、前記支持体の凹部に形成されたことを要旨とする。これによれば、機械的な接触などによりコイルが支持体から脱落することを抑制できる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、容易に製造できるとともに、比抵抗が高くなることを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】ＤＣ／ＤＣコンバータの模式斜視図。
【図２】トランスを部分的に分解した模式斜視図。
【図３】図１に示すＡ−Ａ断面図。
【図４】（ａ）は、絶縁基板の上面側から見た場合における一次コイルを示す模式平面図、（ｂ）は、絶縁基板の下面側から見た場合における二次コイルを示す模式下面図。
【図５】一次コイル及び二次コイルを形成する銅配線の表面状態を示す模式図。
【図６】一次コイル、及び二次コイルの形成方法を示すフローチャート。
【図７】一次コイルパターンの形成方法を示す模式図。
【図８】二次コイルパターンの形成方法を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明をトランスのコイルに具体化した実施形態について、図１〜図８にしたがって説明する。
図１に示すように、本実施形態のＤＣ／ＤＣコンバータ１０は、絶縁性を有する材料（以下、絶縁材料と示す）からなるハウジング１１を備えるとともに、ハウジング１１の内部には、絶縁材料（本実施形態ではガラスエポキシ樹脂）からなる支持体としての絶縁基板１２が固定されている。絶縁基板１２は、その両面に厚みが０．１〜０．５ｍｍの図示しない厚銅箔パターンが付与されており、両面基板とされている。絶縁基板１２には、ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴなどの複数のパワー半導体素子１３が実装されているとともに、誘導機器（電子機器）としてのトランス１４が配設されている。以下の説明では、便宜上、パワー半導体素子１３が実装された面を絶縁基板１２の上面（表面）と示し、その反対側の面を絶縁基板１２の下面（裏面）と示す。
【００２０】
図２に示すように、トランス１４は、軟磁性材料（本実施形態ではフェライト）からなるコア１５を備えている。コア１５は、絶縁基板１２の上面及び下面の両側から絶縁基板１２を挟持するように配設された一対（一組）のコア部材１６から構成される。各コア部材１６は、略長方形平板状をなすベース部１６ａと、このベース部１６ａの中央部から絶縁基板１２側へ向かって突出する第１脚部１６ｂと、ベース部１６ａの両端から絶縁基板１２側へ向かって突出する一対の第２脚部１６ｃとから構成されている。
【００２１】
第１脚部１６ｂは、略円柱状をなし、その先端部に平面が形成されている。絶縁基板１２には、上面と下面とを連通するように平面視で円形の挿通孔１２ａが形成されているとともに、この挿通孔１２ａには、各コア部材１６の第１脚部１６ｂが絶縁基板１２の両面側から挿通される。そして、図３に示すように、各コア部材１６は、挿通孔１２ａ内において第１脚部１６ｂの先端部の平面同士が接するように配置される。
【００２２】
また、図２に示すように、第２脚部１６ｃは、絶縁基板１２の側縁部に沿って延びる壁状をなし、先端部に平面が形成されている。図３に示すように、各コア部材１６は、絶縁基板１２を挟んで絶縁基板１２の両側縁部において、第２脚部１６ｃの先端部の平面同士が接するように配置される。したがって、各コア部材１６は、その全体が断面視、及び側面視で略Ｅ字状をなす。
【００２３】
そして、コア１５（各コア部材１６）を絶縁基板１２に組み付けた状態において、絶縁基板１２は、絶縁基板１２の上面及び下面と、各コア部材１６との間に空間（隙間）が形成されるように支持される。すなわち、トランス１４において、絶縁基板１２の上面及び下面は、コア１５を構成する各コア部材１６と非接触とされている。
【００２４】
図２に示すように、絶縁基板１２の上面には、一次コイル１７が形成（パターニング）されている。図４（ａ）に示すように、一次コイル１７は、挿通孔１２ａの同心円の一部をなす円弧状に形成されるとともに、挿通孔１２ａの周囲を平面視で多重（本実施形態では４重）に囲う銅配線（導体）ｗからなる第１パターン部Ｐ１と、この第１パターン部Ｐ１をなす銅配線ｗ同士を接続する銅配線ｗからなる第２パターン部Ｐ２から形成されている。そして、第１パターン部Ｐ１、及び第２パターン部Ｐ２は、その全体として、線状をなす１本の銅配線ｗが挿通孔１２ａの周囲を平面視でらせん（スパイラル）状に取り巻くように配置された一次コイルパターンＰａを形成している。本実施形態において、一次コイル１７の巻回数（ターン数）は、４回となる。また、一次コイル１７は、絶縁基板１２に付与された厚銅箔パターンに電気的に接続されている。
【００２５】
本実施形態の第１パターン部Ｐ１（一次コイル１７）は、平面視における銅配線ｗの幅となる線幅ｔ１が０．７〜０．９ｍｍに設定されるとともに、隣り合う銅配線ｗの間隔となる線間隔ｔ２が０．５〜１ｍｍに設定されている。また、図３に示すように、絶縁基板１２の上面には、一次コイル１７（一次コイルパターンＰａ）と平面視で同一形状に形成された凹部１２ｂが形成されているとともに、一次コイル１７（一次コイルパターンＰａ）は、凹部１２ｂ内に形成されている。したがって、本実施形態の一次コイル１７は、絶縁基板１２に支持されている。絶縁基板１２の厚さ方向に沿った凹部１２ｂの深さは、一次コイル１７（一次コイルパターンＰａ）の厚み（高さ）と一致（略一致）されている。本実施形態において、凹部１２ｂの深さ、及び一次コイル１７の厚さは、０．５ｍｍに設定される。
【００２６】
また、図３に示すように、絶縁基板１２の下面には、二次コイル１８が形成（パターニング）されている。図４（ｂ）に示すように、二次コイル１８は、挿通孔１２ａと同心円状に配置した銅配線ｗから構成された二次コイルパターンＰｂから形成されている。本実施形態において、二次コイル１８の巻回数は、１回となる。また、二次コイル１８は、絶縁基板１２に付与された厚銅箔パターンに電気的に接続されている。
【００２７】
また、図３に示すように、絶縁基板１２の下面には、二次コイル１８（二次コイルパターンＰｂ）と下面視で同一形状に形成された凹部１２ｃが形成されているとともに、二次コイル１８（二次コイルパターンＰｂ）は、凹部１２ｃ内に形成されている。したがって、本実施形態の二次コイル１８は、絶縁基板１２に支持されている。二次コイル１８（二次コイルパターンＰｂ）は、下面視における銅配線ｗの幅となる線幅ｔ３が６．４ｍｍに設定される。また、絶縁基板１２の厚さ方向に沿った凹部１２ｃの深さは、二次コイル１８の厚さと一致されている。本実施形態において、凹部１２ｃの深さ、及び二次コイル１８の厚さは、０．５ｍｍに設定される。
【００２８】
本実施形態において、一次コイル１７、及び二次コイル１８を形成する銅配線ｗは、何れも金属粒子同士が焼成された金属焼成体とされている。より具体的に言えば、銅配線ｗは、金属粒子同士が焼結により金属接合（金属結合）された金属焼結体からなる。図５に示すように、本実施形態の銅配線ｗは、粒子径（たとえば図５において横方向の長さ）が１０〜１０００ｎｍである微細な金属粒子としての銅ナノフィラーＮｆを焼結させた焼結体とされている。このため、銅配線ｗの表面には、空孔ｋが形成されている。なお、本実施の形態において空孔ｋの径は０．５μｍ以下且つ０μｍより大きい。
【００２９】
本実施形態において、銅配線ｗは、その比抵抗が１０〜３０μΩ・ｃｍであり、密度が７．０〜８．５ｇ／ｃｍ３とされている。また、銅配線ｗは、その断面を走査型電子顕微鏡写真で観察した場合、断面積の全体に占める銅ナノフィラーＮｆの断面積の割合が５０％以上であり、好ましくは８０％以上とされている。
【００３０】
次に、本実施形態の一次コイル１７、及び二次コイル１８の形成方法（製造方法）について図６〜図８にしたがって説明する。
最初に、図６に示すように、有機溶媒（本実施形態では、テルピネオール及びエタノール）と銅ナノフィラーＮｆを混合した混合体としての銅ペースト２０を得る銅ペースト調製工程を行う（ステップＳ１）。銅ペースト調製工程では、増粘剤（バインダ）となるテルピネオールと、銅ナノフィラーＮｆを混合するとともに、さらに希釈剤（粘度調整剤）となるエタノールを加えつつ均一となるまで混合し、最終的に粘度を５０Ｐａ・ｓ以上且つ１００Ｐａ・ｓ以下に、より好ましくは８０Ｐａ・ｓ以上且つ１００Ｐａ・ｓ以下に調整する。粘度が５０Ｐａ・ｓ未満の場合には、銅ペースト２０によりコイルパターンを形成し難く、１００Ｐａ・ｓより大きい場合には銅ペースト２０を塗布や充填し難い。つまり、粘度が５０Ｐａ・ｓ以上且つ１００Ｐａ・ｓ以下の場合には銅ペースト２０の取り扱いが容易になり、銅ペースト２０を塗布することによりコイルパターンを容易に形成できる。
【００３１】
本実施形態において、銅ペースト２０は、８０重量％以上且つ９８重量％以下、より好ましくは９０重量％以上且つ９８重量％以下の銅ナノフィラーＮｆを含む。銅ペースト２０に含まれる銅ナノフィラーＮｆが８０重量％より少ない場合には、導電性が低くなる。また、銅ペースト２０は有機溶媒を含むため、銅ナノフィラーＮｆの含有率を９８重量％以上にし難い。テルピネオールの沸点は、２１７〜２２０℃であるとともに、エタノールの沸点は、７８．３℃であり、何れも室温（１〜３０℃）よりも高い。
【００３２】
また、本実施形態の銅ナノフィラーＮｆは、表面に酸化膜が形成されていないとともに、その表面の全体に有機分子（有機化合物）としてのカルボン酸（Ｒ−ＣＯＯＨ、但しＲ＝ＣｎＨ２ｎ＋１，１≦ｎ≦１２）からなる有機皮膜が形成され、被覆されている。このため、銅ナノフィラーＮｆの表面は、有機皮膜により酸化が抑制されている。
【００３３】
次に、一次コイルパターンＰａを絶縁基板１２上に形成する第１パターン形成工程を行う（ステップＳ２）。図７に示すように、第１パターン形成工程では、まず絶縁基板１２の上面に対して一次コイル１７（一次コイルパターンＰａ）と同一形状のペースト通過部２１ａを形成した第１スクリーン２１を載置するとともに、絶縁基板１２の凹部１２ｂと第１スクリーン２１のペースト通過部２１ａを整合一致させてから固定する。なお、第１スクリーン２１の厚さは、０．０５ｍｍとされている。次に、第１スクリーン２１を介して、スキージ（ブレード）２２を用いて銅ペースト２０を塗布することにより絶縁基板１２の凹部１２ｂ内に銅ペースト２０を充填し、一次コイルパターンＰａを絶縁基板１２上に形成（スクリーン印刷）する。
【００３４】
次に、図６に示すように、二次コイルパターンＰｂを絶縁基板１２上に形成する第２パターン形成工程を行う（ステップＳ３）。図８に示すように、第２パターン形成工程では、絶縁基板１２の下面に対して二次コイル１８（二次コイルパターンＰｂ）と同一形状のペースト通過部２３ａを形成した第２スクリーン２３を載置するとともに、絶縁基板１２の凹部１２ｃと第２スクリーン２３のペースト通過部２３ａを整合一致させてから固定する。なお、第２スクリーン２３の厚さは、０．０５ｍｍとされている。次に、第２スクリーン２３を介して、スキージ２２を用いて銅ペースト２０を塗布することにより絶縁基板１２の凹部１２ｃ内に銅ペースト２０を充填し、二次コイルパターンＰｂを絶縁基板１２上に形成（スクリーン印刷）する。
【００３５】
次に、図６に示すように、一次コイルパターンＰａ、及び二次コイルパターンＰｂを形成した絶縁基板１２を加熱して、銅ペースト２０に含まれる有機溶媒を除去するとともに、銅ナノフィラーＮｆ同士を金属接合（焼成）させて金属焼結体とする焼結工程を行う（ステップＳ４）。焼結工程は、大気雰囲気（常圧）下において、２５０℃で５分間、加熱して行う。２５０℃は、銅の融点である１０８３℃より低く、且つ銅ペースト２０に含まれる有機溶媒（テルピネオール、及びエタノール）の沸点より高い温度である。
【００３６】
焼結工程により、銅ペースト２０に含まれるテルピネオール、及びエタノールが蒸発（気化）されるとともに、銅ナノフィラーＮｆの表面から有機皮膜を構成するカルボン酸が離脱して蒸発（気化）する。そして、酸化皮膜が除去された銅ナノフィラーＮｆは、相互に金属接合（焼成）され、図５に示すような金属焼結体が形成される。この際、一次コイルパターンＰａ、及び二次コイルパターンＰｂの厚さ（高さ）は、有機溶媒や有機皮膜の蒸発（気化）に伴って、焼結工程前の０．５５ｍｍから０．５ｍｍに減少する。また、一次コイルパターンＰａ、及び二次コイルパターンＰｂの表面には、有機溶媒や有機皮膜の蒸発（気化）により空孔ｋが形成される。なお、一次コイル１７及び二次コイル１８の形成後（焼結工程の終了後）には、絶縁基板１２の上面側、及び下面側から各コア部材１６を配置してコア１５を形成し、トランス１４が形成される。
【００３７】
次に、上記のように構成した一次コイル１７、及び二次コイル１８の作用について説明する。
一次コイル１７、及び二次コイル１８は、銅ナノフィラーＮｆ同士が焼結された金属焼結体により形成されている。これに対し、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂に銅ナノフィラーＮｆを混合したペーストを熱硬化させて形成したコイルでは、断面積の全体に占める熱硬化性樹脂の断面積の割合が５０％程度となるのが一般的である。このため、本実施形態の一次コイル１７及び二次コイル１８では、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂に銅ナノフィラーＮｆを混合したペーストを熱硬化させて形成したコイルと比較して、銅配線ｗそのものの比抵抗を低く抑えることができる。このため、本実施形態の一次コイル１７、及び二次コイル１８では、通電時における発熱を抑制できる。
【００３８】
したがって、上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）有機溶媒（テルピネオール、及びエタノール）に銅ナノフィラーＮｆを混合した銅ペースト２０を絶縁基板１２上に塗布して一次コイルパターンＰａ、及び二次コイルパターンＰｂを形成することにより、一次コイルパターンＰａ、及び二次コイルパターンＰｂを容易に形成できる。また、加熱により有機溶媒を除去するとともに銅ナノフィラーＮｆ同士を焼結して金属焼結体とすることができる。したがって、コイル形状（一次コイルパターンＰａ、及び二次コイルパターンＰｂ）を形成しやすく、且つ銅ナノフィラーＮｆの間に熱硬化性樹脂が残留する場合と比較して比抵抗が高くなることを抑制できる。したがって、一次コイル１７及び二次コイル１８を容易に製造できるとともに、比抵抗が高くなることを抑制できる。
【００３９】
（２）有機溶媒（テルピネオール、及びエタノール）の沸点は、加熱工程における加熱の温度より低温である。このため、銅ナノフィラーＮｆを焼結する際に有機溶媒を気化（蒸発）させ、一次コイル１７、及び二次コイル１８の銅配線ｗ内に有機溶媒が残留することを抑制できる。したがって、一次コイル１７及び二次コイル１８の比抵抗が高くなることを抑制できる。
【００４０】
（３）銅ペースト２０の粘度を５０Ｐａ・ｓ以上且つ１００Ｐａ・ｓ以下に設定した。このため、銅ペースト２０の取り扱いが容易になり、銅ペースト２０を塗布することにより一次コイルパターンＰａ、及び二次コイルパターンＰｂを容易に形成できる。
【００４１】
（４）銅ペースト２０は、８０重量％以上且つ９８重量％以下の銅ナノフィラーＮｆを含む。このため、焼結工程（有機溶媒の除去及び銅ナノフィラーＮｆの焼結）の際に、一次コイルパターンＰａ、及び二次コイルパターンＰｂの体積（厚さ）が減少することを抑制できる。したがって、容易に製造できる。
【００４２】
（５）絶縁基板１２には凹部１２ｂ、及び凹部１２ｃが設けられており、各凹部１２ｂ，１２ｃに銅ペースト２０を充填することにより一次コイルパターンＰａ、及び二次コイルパターンＰｂを形成するようにした。このため、一次コイルパターンＰａ、及び二次コイルパターンＰｂの厚さを確実に確保できる。したがって、容易に製造できる。
【００４３】
（６）一次コイル１７、及び二次コイル１８は、絶縁性を有する絶縁基板１２に支持されるとともに、銅ナノフィラーＮｆ同士が焼結された金属焼結体により形成される。金属焼結体は、焼結前の銅ナノフィラーＮｆの状態においてコイル形状（一次コイルパターンＰａ、及び二次コイルパターンＰｂ）に成形（配置）しやすく、且つ焼結させることで銅ナノフィラーＮｆ同士が金属接合し、銅ナノフィラーＮｆの間に熱硬化性樹脂が残留する場合と比較して比抵抗が高くなることを抑制できる。したがって、一次コイル１７及び二次コイル１８を容易に製造できるとともに、比抵抗が高くなることを抑制できる。
【００４４】
（７）凹部１２ｂ、及び凹部１２ｃ内に一次コイル１７及び二次コイル１８がそれぞれ形成される。したがって、機械的な接触などにより、金属焼結体からなる一次コイル１７、及び二次コイル１８が絶縁基板１２から脱落することを抑制できる。
【００４５】
（８）絶縁基板１２の上面に対し、銅ペースト２０を塗布して一次コイルパターンＰａを形成している。このため、本実施形態では、銅箔（銅板）の打ち抜き加工では実現が困難な線幅ｔ１、及び線間隔ｔ２で一次コイルパターンＰａを形成できる。具体的に説明すると、一般に、銅箔（銅板）を打ち抜き加工する場合には、線幅ｔ１を０．９ｍｍ以下に、線間隔ｔ２を１ｍｍ以下に、厚さを０．５ｍｍに形成することが困難である。これに対して、本実施形態の一次コイル１７、及びコイル形成方法では、一次コイル１７（一次コイルパターンＰａ）における銅配線ｗの線幅ｔ１を０．７〜０．９ｍｍに、線間隔ｔ２を０．５〜１ｍｍに、厚さを０．５ｍｍにできる。したがって、絶縁基板１２上における一次コイル１７（一次コイルパターンＰａ）の配置面積を縮小、又は同一配置面積における巻回数を増加させることができる。
【００４６】
（９）本実施形態では、一次コイル１７、及び二次コイル１８を用いてトランス１４を構成している。したがって、トランス１４を小型化できる。
なお、本実施形態は以下のように変更してもよい。
【００４７】
○ 銅ペースト２０に用いる希釈剤（粘度調整剤）は、エタノールに代えてメタノール、オクタノール、ヘキサン、又はトルエンなどを用いてもよい。すなわち、沸点が室温以上であり、且つ沸点が焼結工程における加熱温度より低い有機溶媒であればよい。
【００４８】
○ 銅ペースト２０に用いる増粘剤（バインダ）は、テルピネオールに代えてエチレングリコールなどを用いてもよい。すなわち、沸点が室温以上であり、且つ沸点が焼結工程における加熱温度より低い有機溶媒であればよい。
【００４９】
○ 金属粒子（銅ナノフィラーＮｆ）の表面に形成する有機皮膜（カルボン酸）としては、例えばステアリン酸、オレイン酸、リノール酸など、異なる有機分子により構成してもよい。
【００５０】
○ 二次コイル１８は、銅箔（銅板）を打ち抜き加工して形成してもよい。
○ 一次コイル１７を絶縁基板１２の下面に配置する一方で、二次コイル１８を絶縁基板１２の上面に配置してもよい。
【００５１】
○ 金属粒子として、銅ナノフィラーＮｆに代えて、微細な銀の微粒子からなる銀ナノフィラーを用いてもよい。なお、銀の融点は９６０℃である。また、スズやニッケルの微粒子からなるナノフィラーを用いてもよい。
【００５２】
○ 金属粒子（銅ナノフィラーＮｆ）の粒子径は、適宜変更してもよい。また、異なる粒子径の金属粒子を組み合わせて用いてもよい。
○ 焼結工程では、絶縁基板１２（一次コイルパターンＰａ、及び二次コイルパターンＰｂ）を冶具で加圧しつつ加熱してもよい。このように構成した場合には、空孔ｋの形成を抑制し、銅配線ｗをより緻密な金属焼結体とすることができる。
【００５３】
○ 焼結工程の温度は、例えば３００℃など、金属粒子同士が金属接合されて金属焼結体となる温度であれば、適宜変更してもよい。
○ 焼結工程における加熱時間は、例えば１０分など、金属粒子同士が金属接合されて金属焼結体となる時間であれば、適宜変更してもよい。
【００５４】
○ 焼結工程における焼結雰囲気は大気に限らず、例えば酸素と窒素など、金属粒子同士が金属接合されて金属焼結体となる雰囲気であれば、適宜変更してもよい。
○ 第１パターン形成工程（ステップＳ２）と、第２パターン形成工程（ステップＳ３）の順序を入れ替えてもよい。
【００５５】
○ 第１パターン形成工程（ステップＳ２）と、第２パターン形成工程（ステップＳ３）との間にも焼結工程を設けてもよい。
○ 第１スクリーン２１、及び第２スクリーン２３のうち少なくとも何れか一方を用いなくてもよい。この場合には、絶縁基板１２に銅ペースト２０を直接塗布し、凹部１２ｂや凹部１２ｃに銅ペースト２０（混合体）を充填（塗布）して一次コイルパターンＰａ、及び二次コイルパターンＰｂを形成すればよい。
【００５６】
○ 絶縁基板１２の凹部１２ｂ及び凹部１２ｃのうち少なくとも一方を省略してもよい。この場合、第１スクリーン２１や第２スクリーン２３の厚さを、例えば０．５５ｍｍなど、一次コイルパターンＰａ、及び二次コイルパターンＰｂに必要な厚さに設定すればよい。
【００５７】
○ ハウジング１１に一次コイル１７や二次コイル１８を形成してもよい。この場合、ハウジング１１が支持体となる。
○ 一次コイル１７は、一次コイル１７を絶縁基板１２の厚さ方向に対して複数層にわたって積層するとともに、各一次コイル１７を電気的に接続して１つのコイルとしてもよい。この場合、一次コイル１７上に絶縁層を形成するとともに、その絶縁層の上に一次コイル１７を形成することを繰り返せばよい。また、二次コイル１８についても同様の構成としてもよい。
【００５８】
○ 一次コイル１７（一次コイルパターンＰａ）の銅配線ｗは、線幅ｔ１が０．９ｍｍを超えてもよい。また、銅配線ｗは、線間隔ｔ２が１ｍｍを超えてもよく、厚さが０．５ｍｍ未満でも０．５ｍｍを超えていてもよい。同様に、二次コイル１８（二次コイルパターンＰｂ）の銅配線ｗの線幅は、適宜変更してもよい。
【００５９】
○ 一次コイル１７、及び二次コイル１８の巻回数（ターン数）は、適宜変更してもよい。
○ 一次コイル１７、及び二次コイル１８の何れか一方を省略するか、或いは一次コイル１７及び二次コイル１８を電気的に接続して１つのコイルとすることにより、誘導機器（電子部品）としてのインダクタ（リアクトル）として構成してもよい。この場合、コア１５を省略した構成としてもよい。
【００６０】
次に、上記実施形態及び別例（変形例）から把握できる技術的思想について以下に追記する。
（イ）前記金属焼結体は、線幅が０．９ｍｍ以下であり、且つ厚さが０．５ｍｍ以下の線状に形成されるとともに、その線間隔が１ｍｍ以下となるように前記支持体に支持された請求項７又は請求項８に記載のコイル。
【００６１】
（ロ）前記金属焼結体は、断面積の全体に占める前記金属粒子の断面積の割合が５０％以上である請求項７、請求項８、及び技術的思想（イ）のうち何れか一項に記載のコイル。
【００６２】
（ハ）請求項７、請求項８、及び技術的思想（イ），（ハ）のうち何れか一項に記載のコイルを含んで構成された誘導機器。
【符号の説明】
【００６３】
１２…絶縁基板（支持体）、１２ｂ…凹部、１２ｃ…凹部、１４…トランス（誘導機器）、１７…一次コイル（コイル）、１８…二次コイル（コイル）、２０…銅ペースト（混合体）、ｋ…空孔、Ｎｆ…銅ナノフィラー（金属粒子）、Ｐａ…一次コイルパターン（コイルパターン）、Ｐｂ…二次コイルパターン（コイルパターン）、Ｓ２〜Ｓ４…ステップ（工程）。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性を有する支持体上に、有機溶媒に金属粒子を混合した混合体を塗布してコイルパターンを形成する工程と、
加熱により前記コイルパターンに含まれる有機溶媒を除去するとともに前記金属粒子同士を焼成する工程と、を含むことを特徴とするコイル形成方法。
【請求項２】
前記有機溶媒の沸点は、前記加熱の温度より低温であることを特徴とする請求項１に記載のコイル形成方法。
【請求項３】
前記混合体の粘度は、５０Ｐａ・ｓ以上且つ１００Ｐａ・ｓ以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のコイル形成方法。
【請求項４】
前記混合体は８０重量％以上且つ９８重量％以下の前記金属粒子を含むことを特徴とする請求項１〜請求項３のうち何れか一項に記載のコイル形成方法。
【請求項５】
前記支持体には、凹部が設けられており、
前記凹部に前記混合体を充填することにより前記コイルパターンを形成することを特徴とする請求項１〜請求項４のうち何れか一項に記載のコイル形成方法。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のうち何れか一項に記載のコイル形成方法により形成されたことを特徴とするコイル。
【請求項７】
絶縁性を有する支持体に支持されるとともに、表面に径が０．５μｍ以下且つ０μｍより大きい空孔を有し、金属粒子同士が焼成された金属焼成体により形成されたことを特徴とするコイル。
【請求項８】
前記支持体の凹部に形成されたことを特徴とする請求項７に記載のコイル。
【請求項１】
絶縁性を有する支持体上に、有機溶媒に金属粒子を混合した混合体を塗布してコイルパターンを形成する工程と、
加熱により前記コイルパターンに含まれる有機溶媒を除去するとともに前記金属粒子同士を焼成する工程と、を含むことを特徴とするコイル形成方法。
【請求項２】
前記有機溶媒の沸点は、前記加熱の温度より低温であることを特徴とする請求項１に記載のコイル形成方法。
【請求項３】
前記混合体の粘度は、５０Ｐａ・ｓ以上且つ１００Ｐａ・ｓ以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のコイル形成方法。
【請求項４】
前記混合体は８０重量％以上且つ９８重量％以下の前記金属粒子を含むことを特徴とする請求項１〜請求項３のうち何れか一項に記載のコイル形成方法。
【請求項５】
前記支持体には、凹部が設けられており、
前記凹部に前記混合体を充填することにより前記コイルパターンを形成することを特徴とする請求項１〜請求項４のうち何れか一項に記載のコイル形成方法。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のうち何れか一項に記載のコイル形成方法により形成されたことを特徴とするコイル。
【請求項７】
絶縁性を有する支持体に支持されるとともに、表面に径が０．５μｍ以下且つ０μｍより大きい空孔を有し、金属粒子同士が焼成された金属焼成体により形成されたことを特徴とするコイル。
【請求項８】
前記支持体の凹部に形成されたことを特徴とする請求項７に記載のコイル。
【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２０１２−２０９３８８（Ｐ２０１２−２０９３８８Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７３１２６（Ｐ２０１１−７３１２６）
【出願日】平成２３年３月２９日（２０１１．３．２９）
【出願人】（０００００３２１８）株式会社豊田自動織機 (4,162)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２９日（２０１１．３．２９）
【出願人】（０００００３２１８）株式会社豊田自動織機 (4,162)
【Ｆターム（参考）】
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