JP2005109195A - 積層コイル部品 - Google Patents

Abstract

【課題】 小型でかつ自動実装機による実装が可能な広帯域の積層コイル部品を提供する。
【解決手段】 セラミックグリーンシート１２，１３，１４，１５，１６をそれぞれ積み重ねて構成したコイル部１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ，１７ｅの内部には、コイル用導体パターンを電気的に直列に接続して構成した第１コイルＬａ，第２コイルＬｂ，第３コイルＬｃ，第４コイルＬｄ，第５コイルＬｅと多数の空孔が形成される。ただし、コイル部１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ，１７ｅの空孔の数は、この順に多くなっている。空孔の少ないフェライトセラミックスからなるコイル部１７ａは透磁率および誘電率が高く、空孔の多いフェライトセラミックスからなるコイル部１７ｅは透磁率および誘電率が低い。つまり、空孔が多くなるにつれて透磁率および誘電率が低くなる。
【選択図】 図４

Description

本発明は積層コイル部品、特に、積層インダクタや積層インピーダンス素子、積層ＬＣ複合部品などの積層コイル部品に関する。

従来より、高インピーダンスを広帯域にわたって得られる広帯域インダクタとして、特許文献１に記載のものが知られている。図９に示すように、この広帯域インダクタ５０は、端部が円錐形状の誘電体５１と、該誘電体５１の頂点に一端が固定され、誘電体５１の外周面に沿って徐々に直径が増加するように隣接して巻き付けられたコイル巻線５２とを備えている。なお、図９において、符号５３はスペーサ、符号６０は回路基板である。

コイル巻線５２の径が徐々に大きくなるにつれて、高インピーダンスを生じる周波数は減少する。すなわち、誘電体５１の円錐形状の先端付近はコイル巻線５２の径が小さく、インダクタンスおよびこのインダクタンスに並列に接続する浮遊容量がともに小さくなるため、共振周波数（ｆ₀＝１／２π（ＬＣ）^1/2）は高くなる。一方、誘電体５１の円錐形状の基部付近はコイル巻線５２の径が大きく、インダクタおよび浮遊容量がともに大きくなるため、共振周波数は低くなる。
特開平４−１３７５０７号公報

しかしながら、特許文献１の広帯域インダクタは、誘電体５１にコイル巻線５２を巻回するものであるため、大型化するという問題があった。また、回路基板６０への実装が煩雑であり、自動実装機による実装ができなかった。

そこで、本発明の目的は、小型でかつ自動実装機による実装が可能な広帯域の積層コイル部品を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明に係る積層コイル部品は、
（ａ）複数のセラミック層と複数の内部電極とを積み重ねて構成したセラミック積層体と、
（ｂ）複数の内部電極を電気的に接続して構成した螺旋状コイルとを備え、
（ｃ）セラミック積層体のセラミックスの透磁率や誘電率が、螺旋状コイルの軸方向に段階的もしくは連続的に変化していること、
を特徴とする。

より具体的には、セラミック積層体のセラミックスの空孔率が、螺旋状コイルの軸方向に段階的もしくは連続的に高くなることによって、セラミック積層体のセラミックスの透磁率や誘電率が、螺旋状コイルの軸方向に段階的もしくは連続的に低下している。

セラミック積層体のセラミックスは、空孔を高い割合で含んでいると、透磁率や誘電率が低くなる。従って、空孔率を異ならせることにより、異なる透磁率や誘電率をもつセラミックスが得られる。

また、セラミック積層体のセラミックスに含まれている複数の空孔のうち、少なくとも一部の空孔に樹脂もしくはガラスを充填することにより、セラミック積層体の強度低下を防止できる。

また、本発明に係る積層コイル部品は、螺旋状コイルの軸方向に、セラミック積層体のセラミックスの透磁率や誘電率が段階的もしくは連続的に低下するとともに、螺旋状コイルのコイル径が段階的もしくは連続的に小さくなることを特徴とする。これにより、広帯域化が一層改善される。

本発明によれば、セラミック積層体のセラミックスの透磁率や誘電率が、螺旋状コイルの軸方向に段階的もしくは連続的に変化している。従って、螺旋状コイルに発生するインダクタンスおよび浮遊容量は、螺旋状コイルの軸方向に段階的もしくは連続的に変化することになり、共振周波数が分散され広帯域な積層コイル部品が得られる。

以下、本発明に係る積層コイル部品の実施例について添付の図面を参照して説明する。

［第１実施例、図１〜図６］
図１に示すように、積層インダクタ１は、コイル用導体パターン５や層間接続用ビアホール６を設けたセラミックグリーンシート１２，１３，…１６と、引出し用ビアホール８を設けたセラミックグリーンシート１２，１６などで構成されている。

高透磁率セラミックグリーンシート１２は、以下のようにして作製される。ニッケル、亜鉛および銅の酸化物原料を混合して８００℃、１時間仮焼した。その後、ボールミルにより粉砕し、乾燥することにより、平均粒径が約２μｍのＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト原料（酸化物混合粉末）を得た。

次にこのフェライト原料に、溶媒、結合剤および分散剤を加えて混練し、スラリー状にする。この後、スラリー状のフェライト原料を用いてドクターブレード法などの方法で厚さ５０μｍの高透磁率セラミックグリーンシート１２を作製した。

一方、低透磁率セラミックグリーンシート１３〜１６は、以下のようにして作製される。ニッケル、亜鉛および銅の酸化物原料を混合して８００℃、１時間仮焼した。その後、ボールミルにより粉砕し、乾燥することにより、平均粒径が約２μｍのＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト原料（酸化物混合粉末）を得た。

次に、このフェライト原料に、市販の球状ポリマー、例えば平均粒径が８μｍの架橋ポリスチレンからなる球状の焼失材を添加し、溶媒、結合剤および分散剤を加えて混練し、スラリー状にする。本第１実施例では、焼失材として、積水化成品工業株式会社（ＳＥＫＩＳＵＩ ＰＬＡＳＴＩＣＳ ＣＯ．，ＬＴＤ．）製の、商品名がテクポリマー（ＴＥＣＨＰＯＬＹＭＥＲ）と称する焼失材を用い、消失材の割合が１０ｖｏｌ％、３０ｖｏｌ％、５０ｖｏｌ％、７０ｖｏｌ％となるようにフェライト原料に添加した。この後、スラリー状のフェライト原料を用いてドクターブレード法などの方法で厚さ５０μｍの低透磁率セラミックグリーンシート１３（消失材が１０ｖｏｌ％）、低透磁率セラミックグリーンシート１４（消失材が３０ｖｏｌ％）、低透磁率セラミックグリーンシート１５（消失材が５０ｖｏｌ％）、低透磁率セラミックグリーンシート１６（消失材が７０ｖｏｌ％）をそれぞれ作製した。焼失材は、後工程の焼成の際に焼失して、その後に空孔を形成することになる。

コイル用導体パターン５は、Ａｇ，Ｐｄ，Ｃｕ，Ａｕやこれらの合金などからなり、スクリーン印刷などの方法により形成される。また、層間接続用ビアホール６や引出し用ビアホール８は、レーザビームなどを用いてビアホールの孔をあけ、この孔にＡｇ，Ｐｄ，Ｃｕ，Ａｕやこれらの合金などの導電性ペーストを充填することによって形成される。

コイル用導体パターン５は層間接続用ビアホール６を介して電気的に直列に接続され、螺旋状コイルＬを形成する。螺旋状コイルＬの両端部は引出し用ビアホール８に電気的に接続される。

各シート１２〜１６は順に積み重ねられて圧着され、図２に示すような直方体形状を有するセラミック積層体２０とされる。そして、これを４００℃で３時間熱処理（脱結合剤処理）を行った後、９１５℃で２時間焼成することにより、焼結セラミック積層体２０を得る。

これにより、低透磁率セラミックグリーンシート１３を積み重ねて構成した低透磁率コイル部１７ｂの内部には、コイル用導体パターン５を電気的に直列に接続して構成した第２コイルＬｂと多数の空孔３２（図３参照）が形成される。空孔３２の平均径は５〜２０μｍである。同様に、低透磁率セラミックグリーンシート１４，１５，１６をそれぞれ積み重ねて構成した低透磁率コイル部１７ｃ，１７ｄ，１７ｅの内部には、コイル用導体パターン５を電気的に直列に接続して構成した第３コイルＬｃ，第４コイルＬｄ，第５コイルＬｅと多数の空孔３２が形成される。ただし、低透磁率コイル部１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ，１７ｅの空孔の数は、この順に多くなっている。

一方、高透磁率セラミックグリーンシート１２を積み重ねて構成した高透磁率コイル部１７ａの内部にも、コイル用導体パターン５を電気的に直列に接続して構成した第１コイルＬａと少数の空孔が形成される。第１コイルＬａ〜第５コイルＬｅは電気的に直列に接続して螺旋状コイルＬを構成する。空孔は、スラリー状のフェライト原料を作成する際に抱き込んだ気泡や結合剤および分散剤の揮発性成分によって生じたものである。ただし、高透磁率コイル部１７ａに形成される空孔は少なく、その空孔率は数％以下である。各コイル部１７ａ〜１７ｅのそれぞれの空孔の体積含有率（空孔率）は以下の式で算出される。ただし、空孔（空気）の比重を０ｇ／ｃｍ³とした。

コイル部の空孔率＝｛１−（Ｗ／Ｖ）／Ｇ｝×１００（％）
Ｗ：コイル部のセラミックシート（焼成後）のみの総重量
Ｖ：コイル部のセラミックシート（焼成後）のみの体積
Ｇ：フェライト原料の理論密度

なお、コイル部１７ａ〜１７ｅに形成される空孔は、開空孔（オープンポア）および閉空孔（クローズドポア）を含む。また、消失材が７５ｖｏｌ％を越えると、焼成後の焼結セラミック積層体２０の機械的強度が低下し、その後の樹脂含浸加工などが困難になるため好ましくない。

次に、焼結セラミック積層体２０の左右の端面には、外部電極２１，２２が形成される。外部電極２１，２２は引出し用ビアホールを介して螺旋状コイルＬに電気的に接続される。外部電極２１，２２の折り返し部は四つの側面にそれぞれ延在している。外部電極２１，２２は、塗布、焼き付けなどの方法により形成される。

次に、焼結セラミック積層体２０を、誘電率３．４のエポキシ系樹脂（あるいは、水溶性ガラスでもよい）中に浸漬し、空孔内にエポキシ系樹脂を充填するとともに、焼結セラミック積層体２０の表面にエポキシ系樹脂膜を形成する。この後、１５０〜１８０℃（２時間）でエポキシ系樹脂を硬化させた。これにより、空孔形成による焼結セラミック積層体２０の抗折強度の低下を、エポキシ系樹脂にて補強することができる。なお、前述の外部電極２１，２２の焼き付け温度は８５０℃前後と高温であるため、樹脂含浸の前に外部電極２１，２２を形成しておくことが好ましい。

図３は、焼結セラミック積層体２０の低透磁率コイル部１７ｂ〜１７ｅの一部拡大断面図である。焼結セラミック積層体２０の内部には複数の空孔３２が形成されている。空孔３２には、エポキシ系樹脂３３が充填されており、焼結セラミック積層体２０の表面もエポキシ系樹脂３３によって覆われている。この空孔３２のうち、３０〜７０体積％は、樹脂３３で充填されている。すなわち、空孔３２には、その内部全体に樹脂３３が充填されていてもよいが、その内部の一部のみに充填されていてもよく、その場合には、空孔３２内に充填された樹脂３３中にさらに空孔３４が形成される。

次に、樹脂を含浸させた焼結セラミック積層体２０をバレル研磨して、外部電極２１，２２の金属表面をより確実に露出させた後、ニッケルめっきおよびＳｎめっきを行って、外部電極２１，２２の表面にめっき層を形成する。こうして、図４に示すような積層インダクタ１が得られる。図５はその電気等価回路図である。図５において、Ｃａ，Ｃｂ，Ｃｃ，Ｃｄ，Ｃｅは、それぞれ第１コイルＬａ〜第５コイルＬｅに並列に形成される浮遊容量である。

以上の構成からなる積層インダクタ１において、空孔の少ないフェライトセラミックスからなるコイル部１７ａは透磁率および誘電率が高く、空孔の多いフェライトセラミックスからなるコイル部１７ｅは透磁率および誘電率が低い。つまり、空孔が多くなるにつれて透磁率および誘電率が低くなる。本第１実施例の場合、各コイル１７ａ〜１７ｅの透磁率と誘電率を表１に示す。

従って、インダクタンスは、第１コイルＬａのインダクタンスから第５コイルＬｅのインダクタンスへ順次小さくなる。また、浮遊容量も、第１浮遊容量Ｃａから第５浮遊容量Ｃｅへ順次小さくなる。従って、第１コイルＬａと第１浮遊容量Ｃａとで形成されるＬＣ並列共振回路の共振周波数をｆａ＝１／２π（ＬａＣａ）^1/2とし、第２コイルＬｂと第２浮遊容量Ｃｂとで形成されるＬＣ並列共振回路の共振周波数をｆｂ＝１／２π（ＬｂＣｂ）^1/2とし、第３コイルＬｃと第３浮遊容量Ｃｃとで形成されるＬＣ並列共振回路の共振周波数をｆｃ＝１／２π（ＬｃＣｃ）^1/2とし、第４コイルＬｄと第４浮遊容量Ｃｄとで形成されるＬＣ並列共振回路の共振周波数をｆｄ＝１／２π（ＬｄＣｄ）^1/2とし、第５コイルＬｅと第５浮遊容量Ｃｅとで形成されるＬＣ並列共振回路の共振周波数をｆｅ＝１／２π（ＬｅＣｅ）^1/2とすると、以下の関係式を満足している。
ｆａ＜ｆｂ＜ｆｃ＜ｆｄ＜ｆｅ

この結果、広帯域で高インピーダンスの積層インダクタ１を得ることができる。図６の実線４０は、積層インダクタ１のインピーダンス特性を示すグラフである。図６において、一点鎖線４１はコイル部１７ａのインピーダンス特性を示し、一点鎖線４２はコイル部１７ｂのインピーダンス特性を示し、一点鎖線４３はコイル部１７ｃのインピーダンス特性を示し、一点鎖線４４はコイル部１７ｄのインピーダンス特性を示し、一点鎖線４５はコイル部１７ｅのインピーダンス特性を示している。

また、フェライトセラミック材料には同一種類のフェライト材料を用いているので、各コイル部１７ａ〜１７ｅの接合界面での接合強度が強い。さらに焼成時の各コイル部１７ａ〜１７ｅの収縮率が略等しいので、良好な接合が容易に得られる。また、各コイル部１７ａ〜１７ｅ各々のフェライトセラミック材料の相互拡散によって、各コイル部１７ａ〜１７ｅの磁気特性が劣化するという心配もない。

［第２実施例、図７および図８］
図７に示すように、積層インダクタ１Ａは、螺旋状コイルＬの軸方向に第１コイルＬａの径から第５コイルＬｅの径へ順次径が小さくなっていること以外は、前記第１実施例の積層インダクタ１と同様の構造を有しているので、その詳細な説明は省略する。

本第２実施例の場合、第１コイルＬａの径を０．５ｍｍとし、第２コイルＬｂの径を０．４４ｍｍとし、第３コイルＬｃの径を０．３８ｍｍとし、第４コイルＬｄの径を０．３２ｍｍとし、第５コイルＬｅの径を０．２６ｍｍと設定した。

以上の構成からなる積層インダクタ１Ａは、螺旋状コイルＬの軸方向に、セラミックスの空孔率が段階的に高くなることによって、セラミックスの透磁率や誘電率が段階的に低下するとともに、コイル径が段階的に小さくなっている。従って、段階的に変化する各コイル部１７ａ〜１７ｅのそれぞれのインダクタンスＬａ〜Ｌｅや浮遊容量Ｃａ〜Ｃｅの値は、前記第１実施例の場合より一層大きく変化する。この結果、さらに広い周波数帯域まで使用可能な積層インダクタ１Ａを得ることができる。

なお、図８に示す積層インダクタ１Ｂのように、透磁率および誘電率の異なる隣接するコイル部（例えば１７ａと１７ｂ）に跨って、同一径を有するコイルが形成されているものであってもよい。

［他の実施例］
なお、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。前記実施例では、透磁率および誘電率がともに螺旋状コイルの軸方向に変化するように構成されているが、透磁率のみ、あるいは誘電率のみが変化するように構成されていてもよい。

また、積層コイル部品としては、積層インダクタの他に、積層インピーダンス素子、積層トランス、積層ＬＣフィルタなどのようにコイルを一部に含む積層複合電子部品などがある。さらに、セラミック材料には、磁性体セラミックス、誘電体セラミックス、半導体セラミックス、圧電体セラミックスなどの各種の機能性セラミックスを適用することができる。

また、前記実施例は個産品の例で説明したが、量産の場合には、複数の積層コイルを含んだマザー積層ブロックの状態で製造してもよいことは言うまでもない。さらに、空孔率やコイル径が、螺旋状コイルの軸方向に連続的に変化するものであってもよい。

また、積層コイル部品を製造する場合、導体パターンやビアホールを設けたセラミックシートを積み重ねた後、一体的に焼成する工法に必ずしも限定されない。セラミックシートは予め焼成されたものを用いてもよい。また、以下に説明する工法によって積層コイル部品を製造してもよい。すなわち、印刷などの手法によりペースト状のセラミック材料を塗布してセラミック層を形成した後、そのセラミック層の上からペースト状の導電性材料を塗布して導体パターンやビアホールを形成する。さらにペースト状のセラミック材料を上から塗布してセラミック層とする。こうして順に重ね塗りをすることにより、積層構造を有するコイル部品が得られる。

本発明に係る積層コイル部品の第１実施例を示す分解斜視図。 図１に示した積層コイル部品の外観斜視図。 図２に示した積層コイル部品のセラミック積層体の一部を模式的に示す拡大断面図。 図２に示した積層コイル部品を模式的に示す断面図。 図４に示した積層コイル部品の電気等価回路図。 図４に示した積層コイル部品の周波数特性を示すグラフ。 本発明に係る積層コイル部品の第２実施例を示す断面図。 図７に示した積層コイル部品の変形例を示す断面図。 従来の広帯域インダクタを示す一部断面図。

符号の説明

１，１Ａ，１Ｂ…積層インダクタ
５…コイル用導体パターン
１２…高透磁率セラミックグリーンシート
１３〜１６…低透磁率セラミックグリーンシート
１７ａ…高透磁率コイル部
１７ｂ〜１７ｅ…低透磁率コイル部
２０…焼結セラミック積層体
３２…空孔
Ｌ…螺旋状コイル

Claims (4)

1. 複数のセラミック層と複数の内部電極とを積み重ねて構成したセラミック積層体と、
   複数の前記内部電極を電気的に接続して構成した螺旋状コイルとを備え、
   前記セラミック積層体のセラミックスの透磁率および／または誘電率が、前記螺旋状コイルの軸方向に段階的もしくは連続的に変化していること、
   を特徴とする積層コイル部品。
2. 前記セラミック積層体のセラミックスの空孔率が、前記螺旋状コイルの軸方向に段階的もしくは連続的に高くなることによって、前記セラミック積層体のセラミックスの透磁率および／または誘電率が、前記螺旋状コイルの軸方向に段階的もしくは連続的に低下していることを特徴とする請求項１に記載の積層コイル部品。
3. 前記セラミック積層体のセラミックスに含まれている複数の空孔のうち、少なくとも一部の空孔に樹脂もしくはガラスが充填されていることを特徴とする請求項２に記載の積層コイル部品。
4. 前記螺旋状コイルの軸方向に、前記セラミック積層体のセラミックスの透磁率および／または誘電率が段階的もしくは連続的に低下するとともに、前記螺旋状コイルのコイル径が段階的もしくは連続的に小さくなることを特徴とする請求項１〜請求項３に記載の積層コイル部品。

Images