CN107403678A - 层叠线圈部件 - Google Patents
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Abstract
本发明所涉及的层叠线圈部件具备由铁氧体烧结体构成的素体、线圈。线圈是由被并置于素体内并且互相电连接的多个内部导体构成。素体的表面区域的平均结晶粒径小于素体中的内部导体之间的区域的平均结晶粒径。素体的表面被由绝缘材料构成的层覆盖。绝缘材料不存在于素体的表面区域内的晶粒之间。
Description
技术领域
本发明涉及层叠线圈部件。
背景技术
具备由铁氧体烧结体构成的素体和线圈的层叠线圈部件是为人们所共知的(例如，参照日本专利申请公开2010-040860号公报)。线圈由并置于素体内并且互相被电连接的多个内部导体构成。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利申请公开2010-040860号公报
发明内容
就层叠线圈部件而言，一般是由以下所述过程来获得素体。首先，准备包含铁氧体材料的坯料薄片。将为了形成内部导体的导体图形形成于准备好的坯料薄片上。形成有导体图形的坯料薄片以及没有形成导体图形的坯料薄片按所希望的顺序被层叠。由这些过程就获得了坯料薄片的层叠体。之后，所获得的坯料薄片的层叠体被切断成规定尺寸的多个贴片。烧成所获得的贴片从而得到素体。
就层叠线圈部件而言，由铁氧体结晶粒子的残余应变(residual strain)或者来自内部导体的应力等就会有在素体内产生残余应力的情况。如果在素体内产生残余应力的话则素体的磁特性(例如导磁率)降低。为了缓和在素体内所产生的残余应力而考虑通过使铁氧体结晶粒子的烧结性降低从而减小素体的烧结密度。在使素体(铁氧体结晶粒子)的烧结性降低的情况下，铁氧体结晶粒子的生长被抑制，并且素体的平均结晶粒径变小。在素体表面区域的平均结晶粒径小的情况下，铁氧体结晶粒子恐怕会从素体上脱落下来。
本发明就是借鉴了以上所述技术问题而做出不懈努力之结果，其目的在于提供一种即使是在使素体的烧结性降低的情况下也能够防止铁氧体结晶粒子从素体上脱落下来的层叠线圈部件。
本发明的一个形态所涉及的层叠线圈部件具备由铁氧体烧结体构成的素体、线圈。线圈是由被并置于素体内并且互相电连接的多个内部导体构成。素体的表面区域的平均结晶粒径小于素体中的内部导体之间的区域的平均结晶粒径。素体的表面被由绝缘材料构成的层覆盖。绝缘材料不存在于素体的表面区域内的晶粒之间。
就上述形态所涉及的层叠线圈部件而言，素体的表面被由绝缘材料构成的层覆盖。因此，即使是在使素体的烧结性降低的情况下也能够防止铁氧体结晶粒子从素体上脱落下来。
在绝缘材料存在于素体的表面区域内的结晶粒子之间的情况下，应力从绝缘材料作用于素体，因而会有素体的磁特性发生降低的担忧。相对于此，就本形态所涉及的层叠线圈部件而言，绝缘材料因为不存在于素体的表面区域内的结晶粒子之间，所以来自绝缘材料的应力难以作用于素体。其结果就本形态所涉及的层叠线圈部件而言，素体的磁特性的降低被抑制。
在层叠线圈部件的制造过程中，一般为了提高坯料薄片的紧密附着性而坯料薄片的层叠体从坯料薄片的层叠方向被施加高压。坯料薄片的层叠体上的导体图形之间的区域与其他区域相比相对有高压作用。因此，上述区域其铁氧体材料的密度高且烧结性提高。为此，即使是在使素体的烧结性降低的情况下，素体中的内部导体之间的区域与素体的表面区域相比烧结性也相对较高且烧结密度也高。即，素体的表面区域的平均结晶粒径小于素体中的内部导体之间的区域的平均结晶粒径。
素体的表面区域的平均结晶粒径可以是0.5～1.5μm。在该情况下，在素体上产生的残余应力被抑制得较低。
素体的表面的空孔率可以是10～30％。在该情况下，确保了素体的强度。
绝缘材料可以是玻璃。在该情况下，能够获得既薄又均匀的层。
在由绝缘材料构成的层上可以形成有贯通孔。在该情况下，由存在于由绝缘材料构成的层上的贯通孔就能够吸收作用于由绝缘材料构成的层的应力。其结果就本形态而言由绝缘材料构成的层发生损伤的情况被抑制。
本发明通过以下给出的详细说明和参照附图将会变得更加清楚，但是，这些说明和附图仅仅是为了说明本发明而举出的例子，不能被认为是对本发明的限定。
以下给出的详细说明将会更加清楚地表述本发明的应用范围。但是，这些详细说明和特殊实例、以及优选实施方案，只是为了举例说明而举出的，本领域的技术人员显然能够理解本发明的各种变化和修改都在本发明的宗旨和范围内。
附图说明
图1是表示一个实施方式所涉及的层叠线圈部件的立体图。
图2是为了说明沿着图1中的II-II线的截面结构的示意图。
图3是表示线圈导体结构的立体图。
图4A以及图4B是为了说明层叠线圈部件制造过程的示意图。
图5A以及图5B是表示素体的表面区域和素体中的线圈导体之间的区域的各个SEM照片的示意图。
图6A以及图6B是表示绝缘层的表面和绝缘层以及素体的截面结构示意图。
图7A以及图7B是为了说明层叠线圈部件制造过程的示意图。
图8A、图8B、以及图8C是为了说明层叠线圈部件制造过程的示意图。
具体实施方式
以下是参照附图并就本发明的实施方式进行详细说明。还有，在说明过程中将相同符号标注于相同要素或者具有相同功能的要素，并省略重复的说明。
参照图1～图3并就本实施方式所涉及的层叠线圈部件1的结构作如下说明。图1是表示本实施方式所涉及的层叠线圈部件的立体图。图2是为了说明沿着图1中的II-II线的截面结构的示意图。图3是表示线圈导体结构的立体图。
如图1所示，层叠线圈部件1具备素体2、一对外部电极4,5。外部电极5被配置于素体2的一方端部侧。外部电极5被配置于素体2的另一方端部侧。层叠线圈部件1例如能够适用于磁珠电感(beads inductor)或者功率电感(power inductor)。
素体2呈长方体形状。素体2具有作为其表面的互相相对的一对端面2a,2b、互相相对的一对主面2c,2d、互相相对的一对侧面2e,2f。一对主面2c,2d以连结一对端面2a,2b之间的形式进行延伸。一对侧面2e,2f以连结一对主面2c,2d之间的形式进行延伸。
端面2a与端面2b相对的方向、主面2c与主面2d相对的方向、侧面2e与侧面2f相对的方向彼此互相大致垂直。对于长方体形状来说包括角部以及棱线部被倒角了的长方体形状、角部以及棱线部被弄圆了的长方体形状。主面2c或者主面2d例如在将层叠线圈部件1安装于没有图示的其他电子设备(例如电路基板或者电子元件等)的情况下是作为与其他电子设备相对的面(安装面)来规定的。
素体2是通过层叠多层绝缘体层6(参照图3)来构成的。各个绝缘体层6在主面2c与主面2d相对的方向上被层叠。即，各个绝缘体层6的层叠方向与主面2c与主面2d相对的方向相一致。以下将主面2c与主面2d相对的方向称之为“层叠方向”。各个绝缘体层6呈大致矩形状。就实际素体2而言，各个绝缘体层6是以不能够目视确认其层与层之间的边界的程度被一体化。
各个绝缘体层6是由包含铁氧体材料(例如Ni-Cu-Zn系铁氧体材料、Ni-Cu-Zn-Mg系铁氧体材料、或者Ni-Cu系铁氧体材料等)的陶瓷坯料薄片的烧结体构成。即，素体2由铁氧体烧结体构成。
如图2所示，层叠线圈部件1具备绝缘层3。绝缘层3被形成于素体2的表面(端面2a,2b、主面2c,2d、以及侧面2e,2f)。即，素体2的表面被绝缘层3覆盖。在本实施方式中，素体2的表面全体被绝缘层3覆盖。绝缘层3和素体2互相接触。绝缘层3为由绝缘材料(例如玻璃等)构成的层。绝缘层3的厚度例如是0.5μm～10μm。被用于绝缘层3的玻璃优选高软化点。例如，被用于绝缘层3的玻璃的软化点为600℃以上。在绝缘层3上如后面所述形成多个贯通孔3a。
外部电极4被配置于素体2的端面2a侧。外部电极5被配置于素体2的端面2b侧。即，各个外部电极4,5在端面2a与端面2b相对的方向上分开来进行定位。各个外部电极4,5在俯视图中呈大致矩形状。外部电极4,5的角被弄圆。在本实施方式中，绝缘层3和各个外部电极4,5互相接触。
外部电极4具有基底电极层7、第一镀层8、第二镀层9。基底电极层7、第一镀层8以及第二镀层9是从素体2侧起按基底电极层7、第一镀层8、第二镀层9这个顺序进行配置。基底电极层7包含导电材料。基底电极层7是作为包含导电性金属粉末(在本实施方式中为Ag粉末)以及玻璃粉的导电性膏体的烧结体来构成的。即，基底电极层7为烧结金属层。第一镀层8例如是Ni镀层。第二镀层9例如是Sn镀层。
外部电极4包含位于端面2a上的电极部分4a、位于主面2d上的电极部分4b、位于主面2c上的电极部分4c、位于侧面2e上的电极部分4d、位于侧面2f上的电极部分4e。外部电极4包含5个电极部分4a,4b,4c,4d,4e。电极部分4a覆盖端面2a整个面。电极部分4b覆盖主面2d的一部分。电极部分4c覆盖主面2c的一部分。电极部分4d覆盖侧面2e的一部分。电极部分4e覆盖侧面2f的一部分。5个电极部分4a,4b,4c,4d,4e被形成为一体。
外部电极5具有基底电极层10、第一镀层11、第二镀层12。基底电极层10、第一镀层11以及第二镀层12是从素体2侧起按基底电极层10、第一镀层11、第二镀层12这个顺序进行配置。基底电极层10包含导电材料。基底电极层10是作为包含导电性金属粉末(在本实施方式中为Ag粉末)以及玻璃粉的导电性膏体的烧结体来构成的。即，基底电极层10为烧结金属层。第一镀层11例如是Ni镀层。第二镀层12例如是Sn镀层。
外部电极5包含位于端面2b上的电极部分5a、位于主面2d上的电极部分5b、位于主面2c上的电极部分5c、位于侧面2e上的电极部分5d、位于侧面2f上的电极部分5e。外部电极5包含5个电极部分5a,5b,5c,5d,5e。电极部分5a覆盖端面2b整个面。电极部分5b覆盖主面2d的一部分。电极部分5c覆盖主面2c的一部分。电极部分5d覆盖侧面2e的一部分。电极部分5e覆盖侧面2f的一部分。5个电极部分5a,5b,5c,5d,5e被形成为一体。
层叠线圈部件1具备被配置于素体2内的线圈15。如图3所示，线圈15包含多个线圈导体(多个内部导体)16a,16b,16c,16d,16e,16f。
多个线圈导体16a～16f是由电阻值小于包含于后面所述的突出部20,21的金属(Pd)的材料来形成的。在本实施方式中，多个线圈导体16a～16f含有作为导电性材料的Ag。多个线圈导体16a～16f是作为包含Ag即导电性材料的导电性膏体的烧结体来构成的。
线圈导体16a具有连接导体17。连接导体17被配置于素体2的端面2b侧，并电连接线圈导体16a和外部电极5。线圈导体16f具有连接导体18。连接导体18被配置于素体2的端面2a侧，并电连接线圈导体16f和外部电极4。连接导体17以及连接导体18是将Ag以及Pd作为导电性材料来形成的。在本实施方式中，线圈导体16a的导体图形和连接导体17的导体图形被连接形成为一体，线圈导体16f的导体图形和连接导体18的导体图形被连接形成为一体。
多个线圈导体16a～16f在素体2内是以绝缘体层6的层叠方向被并置。多个线圈导体16a～16f是从接近于最外层的一侧按线圈导体16a、线圈导体16b、线圈导体16c、线圈导体16d、线圈导体16e、线圈导体16f这个顺序进行排列。
线圈导体16a～16f的端部彼此被通孔导体19a～19e连接。线圈导体16a～16f由通孔导体19a～19e而被互相电连接。线圈15是通过多个线圈导体16a～16f被电连接来构成的。通孔导体19a～19e包含作为导电性材料的Ag，并且是作为包含导电性材料的导电性膏体的烧结体来构成的。
如图2所示，连接导体17具有突出部20。突出部20在连接导体17上被配置于素体2的端面2b侧。突出部20从素体2的端面2b向外部电极5侧突出。突出部20贯通绝缘层3，并被连接于外部电极5的基底电极层10。突出部20包含扩散系数小于形成外部电极5(基底电极层10)的材料的主成分(Ag)的金属(Pd)。在本实施方式中，突出部20包含Ag以及Pd。
连接导体18具有突出部21。突出部21在连接导体18上被配置于素体2的端面2a侧。突出部21从素体2的端面2a向外部电极4侧突出。突出部21贯通绝缘层3，并被连接于外部电极4的基底电极层7。突出部21包含扩散系数小于形成外部电极4(基底电极层7)的材料的主成分(Ag)的金属(Pd)。在本实施方式中，突出部21包含Ag以及Pd。包含于突出部20,21中的金属(Pd)其电阻值大于多个线圈导体16a～16f。
接着，参照图4A、图4B、图7A以及图7B来说明层叠线圈部件1的制造过程。图4A、图4B、图7A以及图7B是为了说明层叠线圈部件制造过程的示意图。
如图4A所示形成包含素体2和线圈15的结构体30。在此，首先准备坯料薄片(铁氧体坯料薄片)。坯料薄片能够通过由刮刀法将铁氧体浆料成形为薄片状来获得。铁氧体浆料是通过混合铁氧体粉末、有机溶剂、有机胶粘剂以及可塑剂来获得的。之后，将为了形成线圈导体16a～16f的导体浆料形成于坯料薄片上。导体图形是通过丝网印刷含有作为金属成分的Ag的导体浆料来形成的。
用于形成连接导体17的导体图形是由含有作为金属成分的Ag以及Pd的导电膏体来形成的。为了形成连接导体18的导体图形是由含有作为金属成分的Ag以及Pd的导电膏体来形成的。连接导体17以及连接导体18的导体图形也可以由含有作为金属成分的Ag以及Pd的导电膏体来形成于坯料薄片上。连接导体17以及连接导体18的导体图形也可以通过在由含有作为金属成分的Ag的导电膏体来形成的导体图形上重叠含有作为金属成分的Ag以及Pd的导电膏体来形成。
按规定顺序层叠形成有导体图形的坯料薄片和导体图形没有被形成的坯料薄片，并获得坯料薄片的层叠体。在大气中对坯料薄片的层叠体实行脱胶粘剂处理，之后在规定条件下进行烧成。由此，就能够获得包含素体2和线圈15的结构体30。
坯料薄片的层叠体为了提高坯料薄片的紧密附着性而从坯料薄片的层叠方向被施加高压。导体图形之间的区域与其他区域相比因为有高压进行作用，所以导体图形之间的区域其铁氧体材料的密度高且烧结性提高。为此，即使是在使素体2的烧结性降低的情况下，素体2中的线圈导体16a～16f之间的区域与素体2的表面区域相比相对来说其烧结性也高且烧结密度也高。
如图5A以及图5B所示，素体2的表面区域的铁氧体的平均结晶粒径和素体2中的线圈导体16a～16f之间的区域的铁氧体的平均结晶粒径由于素体2的表面区域与素体2中的线圈导体16a～16f之间的区域的烧结密度差异而有所不同。素体2的表面区域的铁氧体的平均结晶粒径小于素体2中的线圈导体16a～16f之间的区域的铁氧体的平均结晶粒径。
铁氧体的平均结晶粒径例如能够以以下所述形式进行求得。首先，在切断试样(结构体30)之后，研磨截面并进一步实行化学蚀刻。对于蚀刻好的试样拍摄素体2的表面区域以及素体2中的线圈导体16a～16f之间的区域的SEM(扫描电子显微镜)照片。由软件来对拍摄好的SEM照片实行图像处理，判别铁氧体结晶粒子的边界，计算出各个铁氧体结晶粒子的面积。将算好的铁氧体结晶粒子的面积换算成相当于圆的直径并计算出粒径。将所获得的铁氧体结晶粒子的粒径平均值设定为平均结晶粒径。
图5A是素体2的表面区域中的SEM照片。图5B是素体2中的线圈导体16a～16f之间的区域中的SEM照片。素体2的表面区域的铁氧体的平均结晶粒径为0.5～1.5μm。素体2中的线圈导体16a～16f之间的区域的铁氧体的平均结晶粒径为2.5～10μm。
素体2的表面的空孔率为10～30％。空孔率例如能够以以下所述形式进行求得。拍摄试样(结构体30)的表面的SEM照片。由软件来对拍摄好的SEM照片实行图像处理，判别孔穴的边界，计算出孔穴的面积的合计值。将算好的合计值除以拍摄面积，并将以百分率表示的值作为空孔率。
接着，如图4B所示形成用于形成绝缘层3的膜31。在本实施方式中，膜31是通过将玻璃浆料涂布于素体2的整个面来形成的。玻璃浆料包含玻璃粉末、胶粘剂树脂以及溶剂等。玻璃浆料的涂布例如由滚筒喷雾法来实行。绝缘层3是由膜31与用于形成基底电极层7,10的导电性膏体的同时烧结来形成的。即，绝缘层3在基底电极层7,10被烧结的时候被形成。
在绝缘层3上如图6A以及图6B所示形成多个贯通孔3a。多个贯通孔3a在通过烧结玻璃浆料来形成绝缘层3的时候被形成于绝缘层3。在玻璃浆料被烧结的时候随着玻璃进行收缩而成为熔融状态并且表面张力进行工作。为此，多个贯通孔3a被形成于绝缘层3。贯通孔3a的直径例如是0.1～1.0μm。贯通孔3a的个数例如每100μm2有1～20个。
图6A是表示绝缘层3表面的示意图。图6B是表示素体2以及绝缘层3的截面结构的示意图。在图6A中，基于层叠线圈部件1上的绝缘层3表面的SEM照片，作为示意图来表示绝缘层3的表面。在图6B中，基于层叠线圈部件1的截面的SEM照片，作为示意图来表示素体2以及绝缘层3的截面结构。层叠线圈部件1的截面的SEM照片能够以以下所述形式来获得。在切断试样(层叠线圈部件1)之后，研磨截面并进一步实行化学蚀刻。对于蚀刻好的试样拍摄素体2以及绝缘层3(表面区域)的SEM照片。
如图6B所示，绝缘层3位于素体2表面上。即，构成绝缘层3的玻璃不存在于素体2的在表面区域内的铁氧体的晶粒之间。
接着，如图7A所示形成基底电极层7,10。具体地来说基底电极层7,10是通过将包含作为导电性金属粉末的Ag以及玻璃粉的导电性膏体涂布于膜31上并烧结涂布好的导电性膏体来形成的。玻璃粉的软化点优选低于形成膜31的玻璃粉末的软化点。如果烧成导电性膏体的话则连接导体17,18和基底电极层7,10由柯肯特尔效应(Kirkendall effect)而被电连接。
详细地来说，如图8A、图8B以及图8C所示在烧结用于形成基底电极层7,10的导电性膏体的时候包含于膜31的玻璃浆料中的玻璃粒子发生熔解并进行流动。Ag的扩散速度因为大于Pd的扩散速度，所以包含于用于形成基底电极层7,10的导电性膏体中的Ag粒子(Ag离子)由柯肯特尔效应(Kirkendall effect)而被拉到靠近于含有Pd的导体图形(为了形成连接导体17,18的导体图形)。由此，连接导体17,18延伸到基底电极层7,10侧，并且连接导体17,18与基底电极层7,10进行接触。其结果为连接导体17,18与基底电极层7,10被电连接并且形成贯通绝缘层3的突出部20,21。
接着，如图7B所示形成第一镀层8,11以及第二镀层9,12。第一镀层8,11为Ni镀层。第一镀层8,11例如是使用瓦特浴并由滚镀方式使Ni析出而形成的。第二镀层9,12为Sn镀层。第二镀层9,12例如是使用中性镀锡槽并由滚镀方式使Sn析出而形成的。由以上所述过程就获得了层叠线圈部件1。
如以上所述，在本实施方式中素体2的表面被绝缘层3覆盖。因此，即使是在使素体2的烧结性降低的情况下也能够防止铁氧体结晶粒子从素体2脱落。
构成绝缘层3的玻璃在存在于素体2的在表面区域内的铁氧体的晶粒之间的情况下，应力从玻璃作用于素体2并且恐怕素体2的磁特性会降低。相对于此，就层叠线圈部件1而言因为玻璃不存在于素体2的表面区域内的铁氧体的晶粒之间，所以来自玻璃的应力难以作用于素体2。其结果就层叠线圈部件1而言能够抑制素体2的磁特性降低。
素体2的表面区域的平均结晶粒径为0.5～1.5μm。由此，发生于素体2的残余应力被抑制得较低。
素体2的表面的空孔率为10～30％。由此，就能够确保素体2的强度。在素体2的表面的空孔率大于30％的情况下素体2的强度降低，在受到冲击的情况等下素体2恐怕由外力而受到损伤。在素体2的表面的空孔率小于10％的情况下恐怕发生于素体2的残余应力变得难以被缓和。
在绝缘层3是由玻璃构成的层的情况下，能够以相同的烧结过程来形成绝缘层3和基底电极层7,10。在此情况下，层叠线圈部件1的制造过程被简化。另外，在构成绝缘层3的绝缘材料为玻璃的情况下，能够形成既薄又均匀的绝缘层3。
在绝缘层3上形成多个贯通孔3a。作用于绝缘层3自身的应力由存在于绝缘层3的多个贯通孔3a而被吸收。其结果，就层叠线圈部件1而言能够抑制绝缘层3被损伤。
以上已就本发明的实施方式作了说明，但是本发明并不一定限定于以上所述的实施方式，只要是在不脱离本发明宗旨的范围内各种各样的变更都是可能的。
在上述实施方式中，绝缘层3并不限定于由玻璃构成的层。绝缘层3也可以是由玻璃以外的绝缘材料例如环氧树脂等树脂材料构成的层。即使是在绝缘层3为由玻璃以外的绝缘材料构成的层的情况下，构成绝缘层3的绝缘材料也不存在于素体2的在表面区域内的铁氧体的晶粒之间。
在上述实施方式中，外部电极4,5包含电极部分4a,4b、电极部分4c,5c,4d,5d、以及电极部分4d,5d,4e,5e。但是，外部电极4,5的形状并不限定于此。例如，外部电极4也可以只被形成于素体2的端面2a，外部电极5也可以只被形成于素体2端面2b。例如，外部电极4也可以被形成于端面2a并且也可以被形成于主面2c,2d以及侧面2e,2f当中的至少一面，外部电极5也可以被形成于端面2b并且也可以被形成于主面2c,2d以及侧面2e,2f当中的至少一面。
Claims (5)
1.一种层叠线圈部件，其特征在于：
具备：
由铁氧体烧结体构成的素体；以及
由并置于所述素体内并且互相电连接的多个内部导体构成的线圈，
所述素体的表面区域的平均结晶粒径小于所述素体中的所述内部导体间的区域的平均结晶粒径，
所述素体的表面被由绝缘材料构成的层覆盖，所述绝缘材料不存在于所述素体的所述表面区域内的晶粒之间。
2.如权利要求1所述的层叠线圈部件，其特征在于：
所述素体的所述表面区域的平均结晶粒径是0.5～1.5μm。
3.如权利要求1或者2所述的层叠线圈部件，其特征在于：
所述素体的所述表面的空孔率是10～30％。
4.如权利要求1～3中任意一项所述的层叠线圈部件，其特征在于：
所述绝缘材料是玻璃。
5.如权利要求1～4中任意一项所述的层叠线圈部件，其特征在于：
在由所述绝缘材料构成的所述层形成有贯通孔。
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