コイル構造体及びその製造方法
【課題】電子回路基板に内蔵されるコイル構造体であって、低損失で小型化が可能なコイル構造体及びその製造方法を提供する。
【解決手段】電子回路基板の配線層に形成されたコイル１２Ａ（１２Ｂ）の中心に、配線層に垂直な方向に延在する柱状部１１ａに分割された磁性体コア１１を配置したコイル構造体１０が提供される。各柱状部１１ａは、配線層と平行な断面が多角形の柱状に形成されており、一定の間隔の隙間を開けて、磁性体コア１１の断面（配線層と平行な断面）を埋め尽くすように配置される。磁性体コア１１及びコイル１２Ａ（１２Ｂ）は必要に応じて複数層積層される。この場合、積層されたコイル１２Ａ及びコイル１２Ｂはビア１３を介して電流の向きが同じとなるように接続される。
【解決手段】電子回路基板の配線層に形成されたコイル１２Ａ（１２Ｂ）の中心に、配線層に垂直な方向に延在する柱状部１１ａに分割された磁性体コア１１を配置したコイル構造体１０が提供される。各柱状部１１ａは、配線層と平行な断面が多角形の柱状に形成されており、一定の間隔の隙間を開けて、磁性体コア１１の断面（配線層と平行な断面）を埋め尽くすように配置される。磁性体コア１１及びコイル１２Ａ（１２Ｂ）は必要に応じて複数層積層される。この場合、積層されたコイル１２Ａ及びコイル１２Ｂはビア１３を介して電流の向きが同じとなるように接続される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コイル構造体及びその製造方法に関し、特に電子回路基板の配線層で形成されたコイルを有するコイル構造体及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の小型化、高機能化に伴って、電子回路基板（複数の配線層及び絶縁層が交互に積層された多層配線基板を含む）に搭載される外付け電子部品の部品点数の削減が求められている。このため、電子回路基板内にインダクタンス素子やキャパシタンス素子等の電子部品を内蔵させる技術の開発が進められている。
【０００３】
電子回路基板内に内蔵されるインダクタンス素子（コイル構造体）としては、以下のものが知られている。
【０００４】
その一つとして、磁性体コアを形成せずに、渦巻状の配線パターンのみで形成するコイル素子がある。
【０００５】
また、電子回路基板（多層配線基板）の複数の配線層を所定の形状にパターニングするとともにビア（垂直配線）で接続して、らせん状のコイルを形成したコイル内蔵多層基板がある。このコイルの中心には磁性材料のコア（磁性体コア）が配置される（特許文献１）。
【０００６】
さらに、電子回路基板を貫通するスルーホールの内壁に沿って形成されたらせん状の導体の中心に、磁性体コアを嵌めこんだ構造のインダクタ構造体がある（特許文献２）。
【特許文献１】特開２００５−３４７２８６号公報
【特許文献２】特開２００６−１３１１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
近年、電子回路基板に搭載される半導体装置の端子数の増加や電子回路基板の小型化等により、電子回路基板の内部に引き回される配線の高密度化が進み、電子回路基板に内蔵されるコイル構造体についてもさらなる小型化が求められている。
【０００８】
しかし、磁性体コアを形成せずに、渦巻状の配線のみで形成されたコイル素子では、大きなインダクタンスが得にくく、一定のインダクタンスを得るための導体巻数を増加させる必要がある。このため、コイル素子の占有する面積（体積）が大きくなってしまう。
【０００９】
一方、磁性体コアをコイルの中心に配置したインダクタでは、少ない導体巻数で大きなインダクタンスが得られるものの、交流電流を印加した時に磁性体コアによる渦電流損失が大きくなるという問題がある。
【００１０】
本発明は上述の問題に鑑みて創作されたものであり、電子回路基板内に内蔵されるコイル構造体であって、低損失で小型化できるコイル構造体及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一観点によれば、基材上に配線層及び絶縁層が積層されてなる電子回路基板に形成されたコイル構造体であって、前記配線層の少なくとも一層に形成された配線パターンよりなるコイルと、前記コイルの中心に配置されるとともに、前記配線層に垂直な方向に延びる複数の柱状部によって分割された磁性体コアと、を備えたコイル構造体が提供される。
【００１２】
また、別の一観点によれば、基材上に配線層及び絶縁層が交互に積層されてなる電子回路基板の内部に形成されるコイル構造体の製造方法であって、前記基材上方の一面にシード層を形成する工程と、前記シード層の上にコイル状の開口部を有する第１のめっきレジスト層を形成する工程と、前記第１のめっきレジスト層の開口部内に導電材料を堆積させてコイルを形成する工程と、前記第１のめっきレジスト層を除去した後、前記シード層及び前記コイルを覆うとともに、前記コイルの中心側に複数の開口部を有する第２のめっきレジスト層を形成する工程と、前記第２のめっきレジスト層の複数の開口部内に磁性材料を堆積させて、複数の柱状部によって分割された磁性体コアを形成する工程と、を有するコイル構造体の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１３】
上記観点によれば、コイル構造体は、コイルの中心付近に磁性体コアを備えている。このため、空芯コイルよりも少ない導体巻数で、大きなインダクタンスが得られる。このため、コイル構造体を小型化できる。
【００１４】
さらに、磁性体コアは配線層に垂直な方向に延びる複数の柱状部によって分割されているので、磁性体コア内で配線層に平行な方向に発生する渦電流の流路が細かく分断される。これにより、磁性体コア内の渦電流の増大を抑制でき、損失の少ないコイル構造体が得られる。
【００１５】
また、上記観点によればビルドアップ法を用いるので、コイル構造物を精密且つ効率良く製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の好適な実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態に係るコイル構造体１０を斜視図の形態で示したものであり、図２は図１に示すコイル構造体１０を、磁性体コア１１とコイル１２Ａ，１２Ｂとに分解した形態で示したものである。なお、図１及び図２の例示では、本発明に関連する部分の構成部材のみを示している。
【００１８】
本実施形態に係るコイル構造体１０は、図１に示すように積層されたコイル１２Ａ及びコイル１２Ｂの中心に磁性体コア１１が配置された構造を有している。
【００１９】
磁性体コア１１は、磁性体からなる複数の柱状部１１ａに分割されている。各柱状部１１ａは、基材（後述する）の上面に平行な断面が六角形状であり、基材の上面に垂直な方向（配線層を貫く方向）に一様な断面で延びて形成されている。この六角形状の柱状部１１ａは、相互に所定の間隔（例えば１０〜５００μｍ程度）を開けて蜂の巣状に配置されている。柱状部１１ａの間には絶縁層（後述する）を構成する樹脂が充填されている。このため、各柱状部１１ａ間は電気的に絶縁されている。柱状部１１ａの大きさ（断面を構成する６角形の辺の長さ）は、例えば、５０〜１００μｍ程度とすることができる。
【００２０】
このように、柱状部１１ａは、断面が六角形状に形成されるとともに、蜂の巣状に配置されるので、磁性体コア１１内の磁性体の体積分率を高めることができる。これにより高いインダクタンスが得られる。
【００２１】
柱状部１１ａを構成する磁性体としては、例えば、Ｎｉ又はＮｉを含む合金を用いることができる。その他、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉの少なくとも１種類の元素を含む磁性材料を用いてもよい。
【００２２】
コイル構造体１０において、コイル１２Ａ及びコイル１２Ｂは高さ方向に所定の間隔を開けて交互に複数積層されている。コイル１２Ａ及びコイル１２Ｂは、図２に示すように、基材（後述する）の表面に平行な平面に沿って形成された渦巻状の配線パターンである。コイル１２Ａは右回りの渦巻（右回転により外周に向かう渦巻）に形成され、コイル１２Ｂは左回りの渦巻（左回転により外周に向かう渦巻き）に形成されている。
【００２３】
コイル１２Ａ及びコイル１２Ｂの内周側の端部には、それぞれ他の部分よりも幅広に形成されたパッド１２ａが設けられている。また、コイル１２Ａ及びコイル１２Ｂの外周側の端部１２ｂには、それぞれ他の部分よりも幅広に形成されたパッド１２ｂが設けられている。各パッド１２ａは、基材表面に平行な面内方向で同一の位置に形成されている。また、各パッド１２ｂも基材表面に平行な面内方向で同一の位置に形成されている。パッド１２ａ、１２ｂ部分にはビア１３が形成されている。高さ方向に隣接するコイル１２Ａ及びコイル１２Ｂ間は、このビア１３を介して接続されている。
【００２４】
コイル１２Ａ及び１２Ｂの配線幅及び厚さは、コイル構造体１０に必要とされる定格電流等の設計値に応じて適宜選択されるが、ここでは、一例として、幅２０〜２００μｍ程度、厚さは１５μｍ程度とすることができる。また、図示の例ではコイル１２Ａ、１２Ｂのターン数は３回転となっているが特にこれに限定されるものではなく、必要なインダクタンスに応じて適宜設定される。また、コイル１２Ａ及び１２Ｂの内周側の直径は例えば５００〜５０００μｍ程度、外周側の直径は例えば１０００〜１００００μｍ程度とすることができる。
【００２５】
各コイル１２Ａ、コイル１２Ｂは、各コイルを流れる電流の向きが同じとなるように、直列に接続されている。すなわち、図１及び図２に示す例では、１層目（コイル１２Ａ）のパッド１２ａと２層目（コイル１２Ｂ）のパッド１２ａとがビア１３を介して接続されている。また、２層目（コイル１２Ｂ）のパッド１２ｂと３層目（コイル１２Ａ）のパッド１２ｂとがビア１３を介して接続されている。さらに、３層目（コイル１２Ａ）のバッド１２ａと４層目（コイル１２Ｂ）のパッド１２ａとがビア１３を介して接続されている。このような接続により、各コイルが直列に接続され、例えば１層目（コイル１２Ａ）のパッド１２ｂから４層目（コイル１２Ｂ）のパッド１２ｂに向かう向きの電流を流すと、図１の矢印Ａ１〜Ａ４に示すように、各コイルを流れる電流の向きが同じとなる。これにより、各コイル１２Ａ、１２Ｂの巻数が少なくても十分に高いインダクタンスを有するコイル構造体１０が得られる。
【００２６】
１層目のコイル１２Ａのパッド１２ｂ及び４層目のコイル１２Ｂのパッド１２ｂには、それぞれ配線１４が接続される。配線１４は、電子回路基板の他の部分に形成された配線から延びている。なお、図２に示す例では、１層目のパッド１２ｂと配線１４とをビア１３を介して接続し、４層目のパッド１２ｂと配線１４とは直接（一体的に）接続されているが、本実施形態はこれに限定されるものではなく、その他適当な接続構造を選択できる。
【００２７】
以下、本実施形態に係るコイル構造体１０の製造方法について、その製造工程を順に示す図３〜図１０を参照しながら説明する。なお、以下の説明では、多層配線基板において、本発明に関連するコイル構造体１０及びその周辺部分の構成のみを示して説明する。
【００２８】
コイル構造体１０の作製に先立って、図３（ａ）に示すように、電子回路基板（多層配線基板）のベースとなる基材９の上に配線１４及び樹脂層（絶縁層）１５が形成された構造体を用意する。この構造体は、基材９（例えば、ガラスエポキシ樹脂基板）の上面に銅（Ｃｕ）層（配線層）を形成し、これをパターニングして配線１４とし、さらに配線１４及び基材９の上に、例えばエポキシ系樹脂等からなる樹脂層（絶縁層）１５を形成することで得られる。
【００２９】
最初の工程では（図３（ａ）〜（ｃ）参照）、１層目のコイル１２Ａを形成する。
【００３０】
まず、図３（ｂ）に示すように、配線１４の上方の所定位置の絶縁層１５Ａに孔開け加工を行ってビアホール１５ａを形成する。この孔開け加工はレーザー加工装置等で行うことができる。その後、デスミア処理を行って絶縁層１５の孔開け加工の際に発生したスミアを除去する。
【００３１】
次に、無電解めっき又はスパッタ法等により絶縁層１５の上面及びビアホール１５ａの内壁に銅（Ｃｕ）又は銅を含む金属膜等からなる薄いシード層（給電層）１６を形成する（図３（ｃ）参照）。シード層１６の厚さは、例えば０．１〜５μｍ程度とする。
【００３２】
次に、図４（ａ）に示すように、シード層１６の上にパターニング材料を使用してめっきレジスト層１７（第１のめっきレジスト層）を形成し、所要の箇所に開口部１７ａを形成する。このレジスト層１７の開口部１７ａは、形成すべきコイル１２Ａの形状に従って右回りの渦巻状にパターニングされる。パターニング材料としては、感光性ドライフィルム又は液状のフォトレジスト（例えば、アクリル系樹脂、ノボラック系樹脂、及びエポキシ系樹脂等の液状レジスト）を用いることができる。
【００３３】
次に、レジスト層１７の開口部１７ａから露出しているシード層１６上に、このシード層１６を給電層として使用した電解銅（Ｃｕ）めっきによりコイル１２Ａを形成する（図４（ｂ）参照）。このとき、パッド１２ｂ部分のビアホール１５ａ内に銅（Ｃｕ）が充填されてビア１３が形成され、１層目のコイル１２Ａと配線１４とが接続される。
【００３４】
その後、めっきレジストとして用いたレジスト層１７を除去する。以上の工程により図４（ｃ）に示す断面を有する構造体が完成する。
【００３５】
ここで、図５は、図４（ｃ）に示すコイル１２Ａの平面構造を示すものである。なお、図４（ｃ）に示す断面は、図５のＩ−Ｉ線に対応している。図５に示すように、一層目のコイル１２Ａは、右回りの渦巻状に形成される。
【００３６】
次の工程（図６（ａ）〜（ｃ）参照）では、コイル１２Ａの中心に磁性体コアを形成する。
【００３７】
まず、図６（ａ）に示すように、コイル１２Ａ及び露出しているシード層１６の上にパターニング材料を使用してめっきレジスト層１８を形成し、所要の箇所に開口部１８ａを形成する。このレジスト層１８の開口部１８ａは、形成すべき磁性体コア１１の形状に従って、六角形の開口部が蜂の巣状に並んだ形状にパターニングされる。なお、パターニング材料は前述のレジスト層１７と同様の材料を用いることができる。
【００３８】
次に、図６（ｂ）に示すように、レジスト層１８の開口部１８ａから露出しているシード層１６の上に、このシード層１６を給電層として使用した電解めっきにより磁性体を堆積させて、複数の柱状部１１ａに分割された磁性体コア１１を形成する。堆積する磁性体を厚くすると、磁性体コア１１の磁性体の体積分率が上がり、よりインダクタンスを高めることができるので好適である。ここでは、一例として磁性体を４０μｍ程度堆積させるものとする。なお、堆積させる磁性体をＮｉ又はＮｉ合金とすると、銅（Ｃｕ）からなるシード層１６と磁性体コア１１との密着性が良いため好適である。
【００３９】
さらに、レジスト層１８の開口部１８ａから露出している柱状部１１ａの上に電解めっきにより銅（Ｃｕ）層（密着層）１９を形成する。この銅層１９は、後述する樹脂層（絶縁層２０）と柱状部１１ａの上面との密着性を向上させるために形成する。ここでは、銅層１９を例えば厚さ３μｍ程度する。
【００４０】
その後、めっきレジストとして用いたレジスト層１８を除去する。そして、露出しているシード層１６をエッチングにより除去して、図４（ｃ）に示す断面を有する構造体が完成する。
【００４１】
図７は、図６（ｃ）に示す構造体の平面構造を示すものである。なお、図６（ｃ）に示す断面は、図７のＩ−Ｉ線に対応している。図７に示すように、渦巻状のコイル１２Ａの中心付近に、六角形の柱状部１１ａが蜂の巣状に配置された磁性体コア１１が形成される。
【００４２】
次に、コイル１２Ａ及び銅層１９と後述する樹脂層（絶縁層２０）との密着性を向上させるために、コイル１２Ａ及び銅層１９の粗化処理を行なう。その後、絶縁層１５、コイル１２Ａ及び磁性体コア１１を覆う絶縁層２０を形成する。絶縁層２０は、絶縁層１５の表面から４５μｍ程度の厚さに形成される。なお、絶縁層２０としては、例えばエポキシ系樹脂等を用いることができる。
【００４３】
以上の工程により、図８（ａ）に示す構造体が形成され、本実施形態に係るコイル構造体１０の一層目の構造体が完成する。
【００４４】
その後の工程では、２層目のコイル１２Ｂ及び磁性体コア１１を順に形成する。
【００４５】
なお、２層目のコイル１２Ｂは、１層目のコイル１２Ａの形成と同様の工程（図３（ａ）〜（ｃ）参照）で形成される。ただし、２層目のコイル１２Ｂの形成の際には、１層目のコイル１２Ａの内周側のパッド１２ａの上にビア１３を形成する。
【００４６】
一方、２層目の磁性体コア１１は、１層目の磁性体コア１１の形成工程と同様の工程（図６（ａ）〜（ｃ）参照）で、１層目と同様の平面構造のまま１層目の磁性体コア１１の上に積層する。これにより、磁性体コア１１（柱状部１１ａ）は、基材９の上面に垂直な方向に延在する。
【００４７】
以上の工程により、図８（ｂ）に示す２層目のコイル１２Ｂ及び磁性体コア１１（柱状部１１ａ）が完成する。ここで、図９は、図８（ｂ）の２層目のコイル１２Ｂ及び磁性体コア１１の平面構造を示すものである。
【００４８】
図９に示すように、２層目のコイル１２Ｂは左巻きの渦巻状に形成される。２層目のコイル１２Ｂのパッド１２ａは、１層目のコイル１２Ａのパッド１２ａの真上の位置に形成されており、これらのパッド間はビア１３（図８（ｂ）参照）を介して接続される。一方、磁性体コア１１（柱状部１１ａ）は、１層目の磁性体コア１１の上に同じ平面構造のまま積層され、図９の紙面に垂直な方向に延びている。
【００４９】
その後、コイル構造体の２層目のコイル１２Ｂ及び磁性体コア１１を覆う絶縁層２１を形成してコイル構造体１０の２層目の構造体が完成する（図１０参照）。
【００５０】
以降、同様の工程を繰り返して３層目のコイル１２Ａ及び磁性体コア１１を形成し、３層目のコイル１２Ａ及び磁性体コア１１を覆う絶縁層２２を形成する。なお、３層目のコイル１２Ａは、１層目のコイル１２Ａと同様の右巻きの渦巻状に形成し、２層目のコイル１２Ｂのパッド１２ｂの上にビア１３を形成して２層目のコイル１２Ｂと接続する。また、３層目の磁性体コア１１は、１層目及び２層目と同様の平面構造で２層目の磁性体コア１１の上に積層する。
【００５１】
次に、図３及び図４で説明したのと同様の工程で、絶縁層２１の上に４層目のコイル１２Ｂを形成する。４層目のコイル１２Ｂは２層目のコイル１２Ｂと同様の左巻きの渦巻状のパターンであり、３層目のコイル１２Ａのパッド１２ａの上にビア１３を形成して３層目のコイル１２Ａと接続する。なお、４層目のコイル１２Ｂに接続される配線１４は、コイル１２Ｂの形成と同時に電解銅（Ｃｕ）めっきにより形成される。４層目のコイル１２Ａを形成した後、めっきレジスト層（図示せず）及び露出しているシード層１６を除去する。
【００５２】
最後に、４層目のコイル１２Ｂ及び絶縁層２２の上に、例えばエポキシ系樹脂等の樹脂材料からなる保護層２３を形成して本実施形態のコイル構造体１０が完成する。
【００５３】
以上に説明したように、本実施形態のコイル構造体１０は、コイルの中心付近に磁性体コア１１を備えている。このため、空芯コイルよりも少ない導体巻数で、大きなインダクタンスが得られる。さらに、磁性体コア１１は配線層を貫く方向に延在する複数の柱状部１１ａによって分割されているので、磁性体コア１１内の配線層に平行な方向に発生する渦電流の流路が細かく分断される。これにより、磁性体コア１１内の渦電流の増大を抑制でき、磁性体コアによる渦電流損失を抑制できる。
【００５４】
また、本実施形態のコイル構造体１０は、ビルドアップ法を用いて形成するので、精密且つ効率よく製造することができる。
【００５５】
（実施形態の変形例１）
上述の実施形態で説明した製造方法では、コイル構造体１０の磁性体コア１１は、一定の高さ（厚さ）毎に絶縁層２０、２１で分断された構造に形成していたが、この形態に限定されないことはもちろんである。以下に説明する実施形態では、絶縁層２０、２１によって高さ（厚さ）方向に分断されない構造の磁性体コア１１が得られる製造工程について説明する。
【００５６】
以下に、図１１（ａ）〜（ｃ）を参照しつつ本実施形態の変形例１に係るコイル構造体２４の製造方法について説明する。
【００５７】
変形例１は、図３〜図８（ａ）を参照しつつ説明した工程と同様の工程により、１層目のコイル１２Ａ及び磁性体コア１１を形成し、これらの構造体を覆うように絶縁層２０を形成する。
【００５８】
次に、図１１（ａ）に示すように絶縁層２０を研磨して磁性体コア１１を構成する柱状部１１ａの上面を露出させる。
【００５９】
その後、２層目のコイル１２Ｂ及び磁性体コア１１を形成する。なお、２層目のコイル１２Ｂ及び磁性体コア１１の形成工程は、図８（ｂ）を参照しつつ説明したのと同様の工程で行うことができる。これにより、１層目の磁性体コア１１（柱状部１１ａ）の上に薄いシード層１６のみを介して２層目の磁性体コア１１（柱状部１１ａ）が積層される。すなわち、絶縁層２０を介在させずに１層目の磁性体コア１１と２層目の磁性体コア１１とが積層される。
【００６０】
次に、２層目のコイル１２Ｂ及び磁性体コア１１を覆う絶縁層２１を形成し、この絶縁層２１に対して、図１１（ａ）で説明した工程と同様の研磨工程を施すことにより、２層目の柱状部１１ａの上面を露出させる。以後、図１０を参照しつつ説明した工程と同様の工程により、３層目のコイル１２Ａ、磁性体コア１１及びこれらを覆う絶縁層２２を形成する。
【００６１】
その後、図１０を参照しつつ説明したのと同様の工程で４層目のコイル１２Ｂを形成し、最後に保護層２３を形成することで、図１１（ｃ）に示す断面を有するコイル構造体２４が完成する。
【００６２】
このように、変形例１の製造工程によれば、絶縁層２０、２１の上面を研磨して１層目及び２層目の柱状部１１ａ（磁性体コア１１）の上面を露出させるので、柱状部１１ａが薄い密着層１６のみを介して積層された構造の磁性体コア１１が得られる。これにより、磁性体コア１１を構成する磁性体の体積分率を高くすることができる。すなわち、変形例１の製造方法では、研磨工程が必要となるため製造工程数が増加するものの、製造されるコイル構造体２４のインダクタンスは更に高くなる。
【００６３】
（本実施形態の変形例２）
前述の実施形態では、磁性体コア１１は断面が６角形の柱状部１１ａによって分割されていたが本実施形態はこれに限定されるものではない。
【００６４】
例えば、図１２（ａ）に示すように、磁性体コア１１を、断面が４角形（例えば、正方形）の柱状部１１ｂによって分割された構造としてもよい。または、図１２（ｂ）に示すように、磁性体コア１１を、断面が３角形（例えば、正三角形）の柱状部１１ｃによって分割された構造としてもよい。この場合には、図示の例のように三角形又は四角形の柱状部１１ｂ、１１ｃを、一定の間隔をあけて磁性体コア１１の断面を敷き詰めるように配置すると、磁性体コア１１の磁性体の体積分率が向上して好適である。
【００６５】
また、コイル１２Ａ，１２Ｂの形状は略円形状の渦巻に限定されるものではなく、直線と屈曲部とにより形成される多角形状の渦巻としてもよい。例えば、図１２（ａ）で符号１２Ｃを付したパターンのような矩形状の渦巻や、図１２（ｂ）で符号１２Ｄを付したパターンのような六角形状の渦巻とすることができる。さらに、コイル１２Ａ、１２Ｂの巻数を１巻以下とする場合には、一部できり欠いた環状のパターンとしてもよい。
【００６６】
さらに、磁性体コア１１及びコイル１２Ａ、１２Ｂの積層数は、図１〜図１０に示した例に限定されるものではなく、コイル構造体として必要なインダクタンス等の設計値に応じて適宜選択することができる。
【００６７】
上述の変形例２で例示したコイル構造体によっても実施形態と同様の効果が得られる。
【００６８】
（磁性体コアの分割による効果の検証）
本願発明者らは、コイル構造体の磁性体コアを柱状に分割した場合と、磁性体コアを分割しない場合とで、磁性体コア内に流れる渦電流についてシミュレーション計算を行った。ここに、図１３及び図１４は、シミュレーションに用いたモデルを模式的に示すものである。図１３は、磁性体コアを柱状に分割したコイル構造体３０を示し、図１４は、磁性体コアを分割しないコイル構造体４０を示す。
【００６９】
図１３に示すコイル構造体３０の磁性体コア３１は、断面が正方形でありその一辺の長さは約０．１ｍｍ程度である。磁性体コア３１は、さらに小さな正方形状の断面を有する柱状部３１ｂによって、６４（＝８×８）個に分割されている。コイル３２は、巻数が１０回転であり、コイル３２の高さ方向の長さＨは約０．０２ｍｍ、コイルを構成する配線の直径は約０．０１５ｍｍである。
【００７０】
一方、図１４に示すコイル構造体４０の磁性体コア４１は、図１３に示す磁性体コア３１と同じ形状及び大きさで、一体的に形成されている。なお、コイル構造体４０のコイル３２は、コイル構造体３０のコイル３２と同様である。
【００７１】
以上のようなモデルにおいて、コイル３２に周波数１ｋＨｚ、平均電流１ｍＡの交流電流を印加した時に発生する渦電流を計算によって求めた結果を図１５及び図１６に示す。ここに、図１５は、柱状に分割した磁性体コア内に発生する渦電流の分布を示し、図１６は分割しない磁性体コア内に発生する渦電流の分布を示す。なお、図１５及び図１６に示す数値は、渦電流の大きさの相対値を示している。
【００７２】
図１５に示すように、柱状に分割した磁性体コア３１では、磁性体コア３１の周辺側の柱状部３１ｂ内に渦電流が発生するものの、発生する渦電流の大きさは相対的に小さいことが分かる。
【００７３】
これに対し、図１６に示すように、分割せずに一体的に形成した磁性体コア４１では、磁性体コア４１の全体にわたって渦電流が発生し、流れる渦電流は磁性体コア３１よりもきいことが分かる。
【００７４】
以上より、コイル構造体の中央に配置される磁性体コアを、複数の柱状部に分割することにより渦電流の発生を抑制でき、損失の少ないコイル構造体が得られることが確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の一実施形態に係るコイル構造体を示す模式的に示す斜視図である。
【図２】図１に示す実施形態のコイル構造体を磁性体コアとコイルとに分解して模式的に示す斜視図である。
【図３】図１に示す実施形態のコイル構造体の製造方法を工程順に示す断面図（その１）である。
【図４】図１に示す実施形態のコイル構造体の製造方法を工程順に示す断面図（その２）である。
【図５】図４（ｃ）に示す断面構造に対応する構造の上面を示す図である。
【図６】図１に示す実施形態のコイル構造体の製造方法を工程順に示す断面図（その３）である。
【図７】図６（ｃ）に示す断面構造に対応する構造の上面を示す図である。
【図８】図１に示す実施形態のコイル構造体の製造方法を工程順に示す断面図（その４）である。
【図９】図８（ｂ）に示す断面に対応する構造の上面を示す図である。
【図１０】図１に示す実施形態のコイル構造体の構成を示す断面図である。
【図１１】図１に示す実施形態のコイル構造体の製造工程の変形例（変形例１）を工程順に示す断面図である。
【図１２】図１に示す実施形態のコイル構造体の構造の変形例（変形例２）を示す上面図である。
【図１３】柱状に分割された磁性体コアを備えたコイル構造体のシミュレーションモデルを示す斜視図である。
【図１４】一体的に形成された磁性体コアを備えたコイル構造体のシミュレーションモデルを示す斜視図である。
【図１５】柱状に分割された磁性体コア内における渦電流密度の計算結果を示す図である。
【図１６】一体的に形成された磁性体コア内における渦電流密度の計算結果を示す図である。
【符号の説明】
【００７６】
１０…コイル構造体、１１…磁性体コア、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ…柱状部、１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ…コイル、１２ａ…パッド（内周側）、１２ｂ…パッド（外周側）、１３…ビア、１４…配線、１５，２０、２１、２２…絶縁層（樹脂層）、１６…シード層、１７、１８…レジスト層、１９…銅（Ｃｕ）層、２３…保護層。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コイル構造体及びその製造方法に関し、特に電子回路基板の配線層で形成されたコイルを有するコイル構造体及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の小型化、高機能化に伴って、電子回路基板（複数の配線層及び絶縁層が交互に積層された多層配線基板を含む）に搭載される外付け電子部品の部品点数の削減が求められている。このため、電子回路基板内にインダクタンス素子やキャパシタンス素子等の電子部品を内蔵させる技術の開発が進められている。
【０００３】
電子回路基板内に内蔵されるインダクタンス素子（コイル構造体）としては、以下のものが知られている。
【０００４】
その一つとして、磁性体コアを形成せずに、渦巻状の配線パターンのみで形成するコイル素子がある。
【０００５】
また、電子回路基板（多層配線基板）の複数の配線層を所定の形状にパターニングするとともにビア（垂直配線）で接続して、らせん状のコイルを形成したコイル内蔵多層基板がある。このコイルの中心には磁性材料のコア（磁性体コア）が配置される（特許文献１）。
【０００６】
さらに、電子回路基板を貫通するスルーホールの内壁に沿って形成されたらせん状の導体の中心に、磁性体コアを嵌めこんだ構造のインダクタ構造体がある（特許文献２）。
【特許文献１】特開２００５−３４７２８６号公報
【特許文献２】特開２００６−１３１１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
近年、電子回路基板に搭載される半導体装置の端子数の増加や電子回路基板の小型化等により、電子回路基板の内部に引き回される配線の高密度化が進み、電子回路基板に内蔵されるコイル構造体についてもさらなる小型化が求められている。
【０００８】
しかし、磁性体コアを形成せずに、渦巻状の配線のみで形成されたコイル素子では、大きなインダクタンスが得にくく、一定のインダクタンスを得るための導体巻数を増加させる必要がある。このため、コイル素子の占有する面積（体積）が大きくなってしまう。
【０００９】
一方、磁性体コアをコイルの中心に配置したインダクタでは、少ない導体巻数で大きなインダクタンスが得られるものの、交流電流を印加した時に磁性体コアによる渦電流損失が大きくなるという問題がある。
【００１０】
本発明は上述の問題に鑑みて創作されたものであり、電子回路基板内に内蔵されるコイル構造体であって、低損失で小型化できるコイル構造体及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一観点によれば、基材上に配線層及び絶縁層が積層されてなる電子回路基板に形成されたコイル構造体であって、前記配線層の少なくとも一層に形成された配線パターンよりなるコイルと、前記コイルの中心に配置されるとともに、前記配線層に垂直な方向に延びる複数の柱状部によって分割された磁性体コアと、を備えたコイル構造体が提供される。
【００１２】
また、別の一観点によれば、基材上に配線層及び絶縁層が交互に積層されてなる電子回路基板の内部に形成されるコイル構造体の製造方法であって、前記基材上方の一面にシード層を形成する工程と、前記シード層の上にコイル状の開口部を有する第１のめっきレジスト層を形成する工程と、前記第１のめっきレジスト層の開口部内に導電材料を堆積させてコイルを形成する工程と、前記第１のめっきレジスト層を除去した後、前記シード層及び前記コイルを覆うとともに、前記コイルの中心側に複数の開口部を有する第２のめっきレジスト層を形成する工程と、前記第２のめっきレジスト層の複数の開口部内に磁性材料を堆積させて、複数の柱状部によって分割された磁性体コアを形成する工程と、を有するコイル構造体の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１３】
上記観点によれば、コイル構造体は、コイルの中心付近に磁性体コアを備えている。このため、空芯コイルよりも少ない導体巻数で、大きなインダクタンスが得られる。このため、コイル構造体を小型化できる。
【００１４】
さらに、磁性体コアは配線層に垂直な方向に延びる複数の柱状部によって分割されているので、磁性体コア内で配線層に平行な方向に発生する渦電流の流路が細かく分断される。これにより、磁性体コア内の渦電流の増大を抑制でき、損失の少ないコイル構造体が得られる。
【００１５】
また、上記観点によればビルドアップ法を用いるので、コイル構造物を精密且つ効率良く製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の好適な実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態に係るコイル構造体１０を斜視図の形態で示したものであり、図２は図１に示すコイル構造体１０を、磁性体コア１１とコイル１２Ａ，１２Ｂとに分解した形態で示したものである。なお、図１及び図２の例示では、本発明に関連する部分の構成部材のみを示している。
【００１８】
本実施形態に係るコイル構造体１０は、図１に示すように積層されたコイル１２Ａ及びコイル１２Ｂの中心に磁性体コア１１が配置された構造を有している。
【００１９】
磁性体コア１１は、磁性体からなる複数の柱状部１１ａに分割されている。各柱状部１１ａは、基材（後述する）の上面に平行な断面が六角形状であり、基材の上面に垂直な方向（配線層を貫く方向）に一様な断面で延びて形成されている。この六角形状の柱状部１１ａは、相互に所定の間隔（例えば１０〜５００μｍ程度）を開けて蜂の巣状に配置されている。柱状部１１ａの間には絶縁層（後述する）を構成する樹脂が充填されている。このため、各柱状部１１ａ間は電気的に絶縁されている。柱状部１１ａの大きさ（断面を構成する６角形の辺の長さ）は、例えば、５０〜１００μｍ程度とすることができる。
【００２０】
このように、柱状部１１ａは、断面が六角形状に形成されるとともに、蜂の巣状に配置されるので、磁性体コア１１内の磁性体の体積分率を高めることができる。これにより高いインダクタンスが得られる。
【００２１】
柱状部１１ａを構成する磁性体としては、例えば、Ｎｉ又はＮｉを含む合金を用いることができる。その他、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉの少なくとも１種類の元素を含む磁性材料を用いてもよい。
【００２２】
コイル構造体１０において、コイル１２Ａ及びコイル１２Ｂは高さ方向に所定の間隔を開けて交互に複数積層されている。コイル１２Ａ及びコイル１２Ｂは、図２に示すように、基材（後述する）の表面に平行な平面に沿って形成された渦巻状の配線パターンである。コイル１２Ａは右回りの渦巻（右回転により外周に向かう渦巻）に形成され、コイル１２Ｂは左回りの渦巻（左回転により外周に向かう渦巻き）に形成されている。
【００２３】
コイル１２Ａ及びコイル１２Ｂの内周側の端部には、それぞれ他の部分よりも幅広に形成されたパッド１２ａが設けられている。また、コイル１２Ａ及びコイル１２Ｂの外周側の端部１２ｂには、それぞれ他の部分よりも幅広に形成されたパッド１２ｂが設けられている。各パッド１２ａは、基材表面に平行な面内方向で同一の位置に形成されている。また、各パッド１２ｂも基材表面に平行な面内方向で同一の位置に形成されている。パッド１２ａ、１２ｂ部分にはビア１３が形成されている。高さ方向に隣接するコイル１２Ａ及びコイル１２Ｂ間は、このビア１３を介して接続されている。
【００２４】
コイル１２Ａ及び１２Ｂの配線幅及び厚さは、コイル構造体１０に必要とされる定格電流等の設計値に応じて適宜選択されるが、ここでは、一例として、幅２０〜２００μｍ程度、厚さは１５μｍ程度とすることができる。また、図示の例ではコイル１２Ａ、１２Ｂのターン数は３回転となっているが特にこれに限定されるものではなく、必要なインダクタンスに応じて適宜設定される。また、コイル１２Ａ及び１２Ｂの内周側の直径は例えば５００〜５０００μｍ程度、外周側の直径は例えば１０００〜１００００μｍ程度とすることができる。
【００２５】
各コイル１２Ａ、コイル１２Ｂは、各コイルを流れる電流の向きが同じとなるように、直列に接続されている。すなわち、図１及び図２に示す例では、１層目（コイル１２Ａ）のパッド１２ａと２層目（コイル１２Ｂ）のパッド１２ａとがビア１３を介して接続されている。また、２層目（コイル１２Ｂ）のパッド１２ｂと３層目（コイル１２Ａ）のパッド１２ｂとがビア１３を介して接続されている。さらに、３層目（コイル１２Ａ）のバッド１２ａと４層目（コイル１２Ｂ）のパッド１２ａとがビア１３を介して接続されている。このような接続により、各コイルが直列に接続され、例えば１層目（コイル１２Ａ）のパッド１２ｂから４層目（コイル１２Ｂ）のパッド１２ｂに向かう向きの電流を流すと、図１の矢印Ａ１〜Ａ４に示すように、各コイルを流れる電流の向きが同じとなる。これにより、各コイル１２Ａ、１２Ｂの巻数が少なくても十分に高いインダクタンスを有するコイル構造体１０が得られる。
【００２６】
１層目のコイル１２Ａのパッド１２ｂ及び４層目のコイル１２Ｂのパッド１２ｂには、それぞれ配線１４が接続される。配線１４は、電子回路基板の他の部分に形成された配線から延びている。なお、図２に示す例では、１層目のパッド１２ｂと配線１４とをビア１３を介して接続し、４層目のパッド１２ｂと配線１４とは直接（一体的に）接続されているが、本実施形態はこれに限定されるものではなく、その他適当な接続構造を選択できる。
【００２７】
以下、本実施形態に係るコイル構造体１０の製造方法について、その製造工程を順に示す図３〜図１０を参照しながら説明する。なお、以下の説明では、多層配線基板において、本発明に関連するコイル構造体１０及びその周辺部分の構成のみを示して説明する。
【００２８】
コイル構造体１０の作製に先立って、図３（ａ）に示すように、電子回路基板（多層配線基板）のベースとなる基材９の上に配線１４及び樹脂層（絶縁層）１５が形成された構造体を用意する。この構造体は、基材９（例えば、ガラスエポキシ樹脂基板）の上面に銅（Ｃｕ）層（配線層）を形成し、これをパターニングして配線１４とし、さらに配線１４及び基材９の上に、例えばエポキシ系樹脂等からなる樹脂層（絶縁層）１５を形成することで得られる。
【００２９】
最初の工程では（図３（ａ）〜（ｃ）参照）、１層目のコイル１２Ａを形成する。
【００３０】
まず、図３（ｂ）に示すように、配線１４の上方の所定位置の絶縁層１５Ａに孔開け加工を行ってビアホール１５ａを形成する。この孔開け加工はレーザー加工装置等で行うことができる。その後、デスミア処理を行って絶縁層１５の孔開け加工の際に発生したスミアを除去する。
【００３１】
次に、無電解めっき又はスパッタ法等により絶縁層１５の上面及びビアホール１５ａの内壁に銅（Ｃｕ）又は銅を含む金属膜等からなる薄いシード層（給電層）１６を形成する（図３（ｃ）参照）。シード層１６の厚さは、例えば０．１〜５μｍ程度とする。
【００３２】
次に、図４（ａ）に示すように、シード層１６の上にパターニング材料を使用してめっきレジスト層１７（第１のめっきレジスト層）を形成し、所要の箇所に開口部１７ａを形成する。このレジスト層１７の開口部１７ａは、形成すべきコイル１２Ａの形状に従って右回りの渦巻状にパターニングされる。パターニング材料としては、感光性ドライフィルム又は液状のフォトレジスト（例えば、アクリル系樹脂、ノボラック系樹脂、及びエポキシ系樹脂等の液状レジスト）を用いることができる。
【００３３】
次に、レジスト層１７の開口部１７ａから露出しているシード層１６上に、このシード層１６を給電層として使用した電解銅（Ｃｕ）めっきによりコイル１２Ａを形成する（図４（ｂ）参照）。このとき、パッド１２ｂ部分のビアホール１５ａ内に銅（Ｃｕ）が充填されてビア１３が形成され、１層目のコイル１２Ａと配線１４とが接続される。
【００３４】
その後、めっきレジストとして用いたレジスト層１７を除去する。以上の工程により図４（ｃ）に示す断面を有する構造体が完成する。
【００３５】
ここで、図５は、図４（ｃ）に示すコイル１２Ａの平面構造を示すものである。なお、図４（ｃ）に示す断面は、図５のＩ−Ｉ線に対応している。図５に示すように、一層目のコイル１２Ａは、右回りの渦巻状に形成される。
【００３６】
次の工程（図６（ａ）〜（ｃ）参照）では、コイル１２Ａの中心に磁性体コアを形成する。
【００３７】
まず、図６（ａ）に示すように、コイル１２Ａ及び露出しているシード層１６の上にパターニング材料を使用してめっきレジスト層１８を形成し、所要の箇所に開口部１８ａを形成する。このレジスト層１８の開口部１８ａは、形成すべき磁性体コア１１の形状に従って、六角形の開口部が蜂の巣状に並んだ形状にパターニングされる。なお、パターニング材料は前述のレジスト層１７と同様の材料を用いることができる。
【００３８】
次に、図６（ｂ）に示すように、レジスト層１８の開口部１８ａから露出しているシード層１６の上に、このシード層１６を給電層として使用した電解めっきにより磁性体を堆積させて、複数の柱状部１１ａに分割された磁性体コア１１を形成する。堆積する磁性体を厚くすると、磁性体コア１１の磁性体の体積分率が上がり、よりインダクタンスを高めることができるので好適である。ここでは、一例として磁性体を４０μｍ程度堆積させるものとする。なお、堆積させる磁性体をＮｉ又はＮｉ合金とすると、銅（Ｃｕ）からなるシード層１６と磁性体コア１１との密着性が良いため好適である。
【００３９】
さらに、レジスト層１８の開口部１８ａから露出している柱状部１１ａの上に電解めっきにより銅（Ｃｕ）層（密着層）１９を形成する。この銅層１９は、後述する樹脂層（絶縁層２０）と柱状部１１ａの上面との密着性を向上させるために形成する。ここでは、銅層１９を例えば厚さ３μｍ程度する。
【００４０】
その後、めっきレジストとして用いたレジスト層１８を除去する。そして、露出しているシード層１６をエッチングにより除去して、図４（ｃ）に示す断面を有する構造体が完成する。
【００４１】
図７は、図６（ｃ）に示す構造体の平面構造を示すものである。なお、図６（ｃ）に示す断面は、図７のＩ−Ｉ線に対応している。図７に示すように、渦巻状のコイル１２Ａの中心付近に、六角形の柱状部１１ａが蜂の巣状に配置された磁性体コア１１が形成される。
【００４２】
次に、コイル１２Ａ及び銅層１９と後述する樹脂層（絶縁層２０）との密着性を向上させるために、コイル１２Ａ及び銅層１９の粗化処理を行なう。その後、絶縁層１５、コイル１２Ａ及び磁性体コア１１を覆う絶縁層２０を形成する。絶縁層２０は、絶縁層１５の表面から４５μｍ程度の厚さに形成される。なお、絶縁層２０としては、例えばエポキシ系樹脂等を用いることができる。
【００４３】
以上の工程により、図８（ａ）に示す構造体が形成され、本実施形態に係るコイル構造体１０の一層目の構造体が完成する。
【００４４】
その後の工程では、２層目のコイル１２Ｂ及び磁性体コア１１を順に形成する。
【００４５】
なお、２層目のコイル１２Ｂは、１層目のコイル１２Ａの形成と同様の工程（図３（ａ）〜（ｃ）参照）で形成される。ただし、２層目のコイル１２Ｂの形成の際には、１層目のコイル１２Ａの内周側のパッド１２ａの上にビア１３を形成する。
【００４６】
一方、２層目の磁性体コア１１は、１層目の磁性体コア１１の形成工程と同様の工程（図６（ａ）〜（ｃ）参照）で、１層目と同様の平面構造のまま１層目の磁性体コア１１の上に積層する。これにより、磁性体コア１１（柱状部１１ａ）は、基材９の上面に垂直な方向に延在する。
【００４７】
以上の工程により、図８（ｂ）に示す２層目のコイル１２Ｂ及び磁性体コア１１（柱状部１１ａ）が完成する。ここで、図９は、図８（ｂ）の２層目のコイル１２Ｂ及び磁性体コア１１の平面構造を示すものである。
【００４８】
図９に示すように、２層目のコイル１２Ｂは左巻きの渦巻状に形成される。２層目のコイル１２Ｂのパッド１２ａは、１層目のコイル１２Ａのパッド１２ａの真上の位置に形成されており、これらのパッド間はビア１３（図８（ｂ）参照）を介して接続される。一方、磁性体コア１１（柱状部１１ａ）は、１層目の磁性体コア１１の上に同じ平面構造のまま積層され、図９の紙面に垂直な方向に延びている。
【００４９】
その後、コイル構造体の２層目のコイル１２Ｂ及び磁性体コア１１を覆う絶縁層２１を形成してコイル構造体１０の２層目の構造体が完成する（図１０参照）。
【００５０】
以降、同様の工程を繰り返して３層目のコイル１２Ａ及び磁性体コア１１を形成し、３層目のコイル１２Ａ及び磁性体コア１１を覆う絶縁層２２を形成する。なお、３層目のコイル１２Ａは、１層目のコイル１２Ａと同様の右巻きの渦巻状に形成し、２層目のコイル１２Ｂのパッド１２ｂの上にビア１３を形成して２層目のコイル１２Ｂと接続する。また、３層目の磁性体コア１１は、１層目及び２層目と同様の平面構造で２層目の磁性体コア１１の上に積層する。
【００５１】
次に、図３及び図４で説明したのと同様の工程で、絶縁層２１の上に４層目のコイル１２Ｂを形成する。４層目のコイル１２Ｂは２層目のコイル１２Ｂと同様の左巻きの渦巻状のパターンであり、３層目のコイル１２Ａのパッド１２ａの上にビア１３を形成して３層目のコイル１２Ａと接続する。なお、４層目のコイル１２Ｂに接続される配線１４は、コイル１２Ｂの形成と同時に電解銅（Ｃｕ）めっきにより形成される。４層目のコイル１２Ａを形成した後、めっきレジスト層（図示せず）及び露出しているシード層１６を除去する。
【００５２】
最後に、４層目のコイル１２Ｂ及び絶縁層２２の上に、例えばエポキシ系樹脂等の樹脂材料からなる保護層２３を形成して本実施形態のコイル構造体１０が完成する。
【００５３】
以上に説明したように、本実施形態のコイル構造体１０は、コイルの中心付近に磁性体コア１１を備えている。このため、空芯コイルよりも少ない導体巻数で、大きなインダクタンスが得られる。さらに、磁性体コア１１は配線層を貫く方向に延在する複数の柱状部１１ａによって分割されているので、磁性体コア１１内の配線層に平行な方向に発生する渦電流の流路が細かく分断される。これにより、磁性体コア１１内の渦電流の増大を抑制でき、磁性体コアによる渦電流損失を抑制できる。
【００５４】
また、本実施形態のコイル構造体１０は、ビルドアップ法を用いて形成するので、精密且つ効率よく製造することができる。
【００５５】
（実施形態の変形例１）
上述の実施形態で説明した製造方法では、コイル構造体１０の磁性体コア１１は、一定の高さ（厚さ）毎に絶縁層２０、２１で分断された構造に形成していたが、この形態に限定されないことはもちろんである。以下に説明する実施形態では、絶縁層２０、２１によって高さ（厚さ）方向に分断されない構造の磁性体コア１１が得られる製造工程について説明する。
【００５６】
以下に、図１１（ａ）〜（ｃ）を参照しつつ本実施形態の変形例１に係るコイル構造体２４の製造方法について説明する。
【００５７】
変形例１は、図３〜図８（ａ）を参照しつつ説明した工程と同様の工程により、１層目のコイル１２Ａ及び磁性体コア１１を形成し、これらの構造体を覆うように絶縁層２０を形成する。
【００５８】
次に、図１１（ａ）に示すように絶縁層２０を研磨して磁性体コア１１を構成する柱状部１１ａの上面を露出させる。
【００５９】
その後、２層目のコイル１２Ｂ及び磁性体コア１１を形成する。なお、２層目のコイル１２Ｂ及び磁性体コア１１の形成工程は、図８（ｂ）を参照しつつ説明したのと同様の工程で行うことができる。これにより、１層目の磁性体コア１１（柱状部１１ａ）の上に薄いシード層１６のみを介して２層目の磁性体コア１１（柱状部１１ａ）が積層される。すなわち、絶縁層２０を介在させずに１層目の磁性体コア１１と２層目の磁性体コア１１とが積層される。
【００６０】
次に、２層目のコイル１２Ｂ及び磁性体コア１１を覆う絶縁層２１を形成し、この絶縁層２１に対して、図１１（ａ）で説明した工程と同様の研磨工程を施すことにより、２層目の柱状部１１ａの上面を露出させる。以後、図１０を参照しつつ説明した工程と同様の工程により、３層目のコイル１２Ａ、磁性体コア１１及びこれらを覆う絶縁層２２を形成する。
【００６１】
その後、図１０を参照しつつ説明したのと同様の工程で４層目のコイル１２Ｂを形成し、最後に保護層２３を形成することで、図１１（ｃ）に示す断面を有するコイル構造体２４が完成する。
【００６２】
このように、変形例１の製造工程によれば、絶縁層２０、２１の上面を研磨して１層目及び２層目の柱状部１１ａ（磁性体コア１１）の上面を露出させるので、柱状部１１ａが薄い密着層１６のみを介して積層された構造の磁性体コア１１が得られる。これにより、磁性体コア１１を構成する磁性体の体積分率を高くすることができる。すなわち、変形例１の製造方法では、研磨工程が必要となるため製造工程数が増加するものの、製造されるコイル構造体２４のインダクタンスは更に高くなる。
【００６３】
（本実施形態の変形例２）
前述の実施形態では、磁性体コア１１は断面が６角形の柱状部１１ａによって分割されていたが本実施形態はこれに限定されるものではない。
【００６４】
例えば、図１２（ａ）に示すように、磁性体コア１１を、断面が４角形（例えば、正方形）の柱状部１１ｂによって分割された構造としてもよい。または、図１２（ｂ）に示すように、磁性体コア１１を、断面が３角形（例えば、正三角形）の柱状部１１ｃによって分割された構造としてもよい。この場合には、図示の例のように三角形又は四角形の柱状部１１ｂ、１１ｃを、一定の間隔をあけて磁性体コア１１の断面を敷き詰めるように配置すると、磁性体コア１１の磁性体の体積分率が向上して好適である。
【００６５】
また、コイル１２Ａ，１２Ｂの形状は略円形状の渦巻に限定されるものではなく、直線と屈曲部とにより形成される多角形状の渦巻としてもよい。例えば、図１２（ａ）で符号１２Ｃを付したパターンのような矩形状の渦巻や、図１２（ｂ）で符号１２Ｄを付したパターンのような六角形状の渦巻とすることができる。さらに、コイル１２Ａ、１２Ｂの巻数を１巻以下とする場合には、一部できり欠いた環状のパターンとしてもよい。
【００６６】
さらに、磁性体コア１１及びコイル１２Ａ、１２Ｂの積層数は、図１〜図１０に示した例に限定されるものではなく、コイル構造体として必要なインダクタンス等の設計値に応じて適宜選択することができる。
【００６７】
上述の変形例２で例示したコイル構造体によっても実施形態と同様の効果が得られる。
【００６８】
（磁性体コアの分割による効果の検証）
本願発明者らは、コイル構造体の磁性体コアを柱状に分割した場合と、磁性体コアを分割しない場合とで、磁性体コア内に流れる渦電流についてシミュレーション計算を行った。ここに、図１３及び図１４は、シミュレーションに用いたモデルを模式的に示すものである。図１３は、磁性体コアを柱状に分割したコイル構造体３０を示し、図１４は、磁性体コアを分割しないコイル構造体４０を示す。
【００６９】
図１３に示すコイル構造体３０の磁性体コア３１は、断面が正方形でありその一辺の長さは約０．１ｍｍ程度である。磁性体コア３１は、さらに小さな正方形状の断面を有する柱状部３１ｂによって、６４（＝８×８）個に分割されている。コイル３２は、巻数が１０回転であり、コイル３２の高さ方向の長さＨは約０．０２ｍｍ、コイルを構成する配線の直径は約０．０１５ｍｍである。
【００７０】
一方、図１４に示すコイル構造体４０の磁性体コア４１は、図１３に示す磁性体コア３１と同じ形状及び大きさで、一体的に形成されている。なお、コイル構造体４０のコイル３２は、コイル構造体３０のコイル３２と同様である。
【００７１】
以上のようなモデルにおいて、コイル３２に周波数１ｋＨｚ、平均電流１ｍＡの交流電流を印加した時に発生する渦電流を計算によって求めた結果を図１５及び図１６に示す。ここに、図１５は、柱状に分割した磁性体コア内に発生する渦電流の分布を示し、図１６は分割しない磁性体コア内に発生する渦電流の分布を示す。なお、図１５及び図１６に示す数値は、渦電流の大きさの相対値を示している。
【００７２】
図１５に示すように、柱状に分割した磁性体コア３１では、磁性体コア３１の周辺側の柱状部３１ｂ内に渦電流が発生するものの、発生する渦電流の大きさは相対的に小さいことが分かる。
【００７３】
これに対し、図１６に示すように、分割せずに一体的に形成した磁性体コア４１では、磁性体コア４１の全体にわたって渦電流が発生し、流れる渦電流は磁性体コア３１よりもきいことが分かる。
【００７４】
以上より、コイル構造体の中央に配置される磁性体コアを、複数の柱状部に分割することにより渦電流の発生を抑制でき、損失の少ないコイル構造体が得られることが確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の一実施形態に係るコイル構造体を示す模式的に示す斜視図である。
【図２】図１に示す実施形態のコイル構造体を磁性体コアとコイルとに分解して模式的に示す斜視図である。
【図３】図１に示す実施形態のコイル構造体の製造方法を工程順に示す断面図（その１）である。
【図４】図１に示す実施形態のコイル構造体の製造方法を工程順に示す断面図（その２）である。
【図５】図４（ｃ）に示す断面構造に対応する構造の上面を示す図である。
【図６】図１に示す実施形態のコイル構造体の製造方法を工程順に示す断面図（その３）である。
【図７】図６（ｃ）に示す断面構造に対応する構造の上面を示す図である。
【図８】図１に示す実施形態のコイル構造体の製造方法を工程順に示す断面図（その４）である。
【図９】図８（ｂ）に示す断面に対応する構造の上面を示す図である。
【図１０】図１に示す実施形態のコイル構造体の構成を示す断面図である。
【図１１】図１に示す実施形態のコイル構造体の製造工程の変形例（変形例１）を工程順に示す断面図である。
【図１２】図１に示す実施形態のコイル構造体の構造の変形例（変形例２）を示す上面図である。
【図１３】柱状に分割された磁性体コアを備えたコイル構造体のシミュレーションモデルを示す斜視図である。
【図１４】一体的に形成された磁性体コアを備えたコイル構造体のシミュレーションモデルを示す斜視図である。
【図１５】柱状に分割された磁性体コア内における渦電流密度の計算結果を示す図である。
【図１６】一体的に形成された磁性体コア内における渦電流密度の計算結果を示す図である。
【符号の説明】
【００７６】
１０…コイル構造体、１１…磁性体コア、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ…柱状部、１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ…コイル、１２ａ…パッド（内周側）、１２ｂ…パッド（外周側）、１３…ビア、１４…配線、１５，２０、２１、２２…絶縁層（樹脂層）、１６…シード層、１７、１８…レジスト層、１９…銅（Ｃｕ）層、２３…保護層。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材上に配線層及び絶縁層が積層されてなる電子回路基板に形成されたコイル構造体であって、
前記配線層の少なくとも一層に形成された配線パターンよりなるコイルと、
前記コイルの中心に配置されるとともに、前記配線層に垂直な方向に延びる複数の柱状部によって分割された磁性体コアと、
を備えたことを特徴とするコイル構造体。
【請求項２】
前記コイルは前記絶縁層を介して複数積層され、前記磁性体コアは前記配線層を貫く方向に伸びていることを特徴とする請求項１に記載のコイル構造体。
【請求項３】
前記柱状部の前記配線層と平行な断面は多角形状であることを特徴とする請求項１又は２に記載のコイル構造体。
【請求項４】
前記磁性体コアはＮｉ又はＮｉを含む合金からなることを特徴とする請求項１又は２に記載のコイル構造体。
【請求項５】
前記積層された各コイルは直列に接続されるとともに、各コイルを流れる電流の向きが同じであることを特徴とする請求項２に記載のコイル構造体。
【請求項６】
基材上に配線層及び絶縁層が交互に積層されてなる電子回路基板の内部に形成されるコイル構造体の製造方法であって、
前記基材上方の一面にシード層を形成する工程と、
前記シード層の上にコイル状の開口部を有する第１のめっきレジスト層を形成する工程と、
前記第１のめっきレジスト層の開口部内に導電材料を堆積させてコイルを形成する工程と、
前記第１のめっきレジスト層を除去した後、前記シード層及び前記コイルを覆うとともに、前記コイルの中心側に複数の開口部を有する第２のめっきレジスト層を形成する工程と、
前記第２のめっきレジスト層の複数の開口部内に磁性材料を堆積させて、複数の柱状部によって分割された磁性体コアを形成する工程と、
を有することを特徴とするコイル構造体の製造方法。
【請求項７】
さらに、前記磁性体コアの上に密着層を形成することを特徴とする請求項６に記載のコイル構造体の製造方法。
【請求項８】
さらに、前記第２のめっきレジスト層を除去した後、露出した前記シード層を除去する工程と、
前記シード層を除去した後、前記コイル及び前記磁性体コアを覆う絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜の上面を研磨して前記磁性体コアの上面を前記絶縁膜の上面に露出させる工程と、
を有することを特徴とする請求項６に記載のコイル構造体の製造方法。
【請求項１】
基材上に配線層及び絶縁層が積層されてなる電子回路基板に形成されたコイル構造体であって、
前記配線層の少なくとも一層に形成された配線パターンよりなるコイルと、
前記コイルの中心に配置されるとともに、前記配線層に垂直な方向に延びる複数の柱状部によって分割された磁性体コアと、
を備えたことを特徴とするコイル構造体。
【請求項２】
前記コイルは前記絶縁層を介して複数積層され、前記磁性体コアは前記配線層を貫く方向に伸びていることを特徴とする請求項１に記載のコイル構造体。
【請求項３】
前記柱状部の前記配線層と平行な断面は多角形状であることを特徴とする請求項１又は２に記載のコイル構造体。
【請求項４】
前記磁性体コアはＮｉ又はＮｉを含む合金からなることを特徴とする請求項１又は２に記載のコイル構造体。
【請求項５】
前記積層された各コイルは直列に接続されるとともに、各コイルを流れる電流の向きが同じであることを特徴とする請求項２に記載のコイル構造体。
【請求項６】
基材上に配線層及び絶縁層が交互に積層されてなる電子回路基板の内部に形成されるコイル構造体の製造方法であって、
前記基材上方の一面にシード層を形成する工程と、
前記シード層の上にコイル状の開口部を有する第１のめっきレジスト層を形成する工程と、
前記第１のめっきレジスト層の開口部内に導電材料を堆積させてコイルを形成する工程と、
前記第１のめっきレジスト層を除去した後、前記シード層及び前記コイルを覆うとともに、前記コイルの中心側に複数の開口部を有する第２のめっきレジスト層を形成する工程と、
前記第２のめっきレジスト層の複数の開口部内に磁性材料を堆積させて、複数の柱状部によって分割された磁性体コアを形成する工程と、
を有することを特徴とするコイル構造体の製造方法。
【請求項７】
さらに、前記磁性体コアの上に密着層を形成することを特徴とする請求項６に記載のコイル構造体の製造方法。
【請求項８】
さらに、前記第２のめっきレジスト層を除去した後、露出した前記シード層を除去する工程と、
前記シード層を除去した後、前記コイル及び前記磁性体コアを覆う絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜の上面を研磨して前記磁性体コアの上面を前記絶縁膜の上面に露出させる工程と、
を有することを特徴とする請求項６に記載のコイル構造体の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１０−１２３８７９（Ｐ２０１０−１２３８７９Ａ）
【公開日】平成２２年６月３日（２０１０．６．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２９８３９１（Ｐ２００８−２９８３９１）
【出願日】平成２０年１１月２１日（２００８．１１．２１）
【出願人】（０００１９０６８８）新光電気工業株式会社 (1,516)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月３日（２０１０．６．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月２１日（２００８．１１．２１）
【出願人】（０００１９０６８８）新光電気工業株式会社 (1,516)
【Ｆターム（参考）】
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