JP2005259774A

JP2005259774A - 開磁路型積層コイル部品

Info

Publication number: JP2005259774A
Application number: JP2004065588A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Mizuno; 辰哉水野; Keiichi Tsuzuki; 慶一都築; Hideaki Matsushima; 秀明松嶋; Mitsuru Ueda; 充上田
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2004-03-09
Filing date: 2004-03-09
Publication date: 2005-09-22

Abstract

【課題】磁気飽和を起こしにくいという長所を維持しつつ、漏れ磁界が少なくかつ大きなインダクタンス値を有する開磁路型積層コイル部品を提供する。
【解決手段】開磁路型積層コイル部品１は、複数のコイル用導体パターン５を電気的に接続して構成した螺旋状コイルＬを内蔵したコイル部３１と、コイル部３１の外側に積層された外層部３２，３３とを有している。そして、積層コイル部品１の積層方向において、コイル部３１の略中央の位置に非磁性セラミック層４が配置されている。従って、螺旋状コイルＬによって発生した磁束φは、非磁性セラミック層４が形成する開磁路を通る。螺旋状コイルＬの巻回ピッチｄ１と非磁性セラミック層４の厚みｄ２とが、条件式１．２０≦（ｄ１／ｄ２）≦３．３３を満足している。
【選択図】図３

Description

本発明は、開磁路型積層コイル部品、特に、積層インダクタや積層インピーダンス素子や積層トランスなどの開磁路型積層コイル部品に関する。

複数のコイル用導体パターンと複数の磁性セラミック層を交互に積層して構成した積層コイル部品のうち、閉磁路型積層コイル部品は、重畳直流電流を徐々に大きくすると、ある電流値まではインダクタンス値が略一定もしくは緩やかに低下する。その後は、磁気飽和が生じて急激にインダクタンス値が低下する。

この問題点を改善するため、非磁性セラミック層をコイルの中心付近に挿入することによって、開磁路型積層コイル部品にすることが知られている（特許文献１参照）。開磁路型積層コイル部品は磁気飽和しにくいという特徴を有している。

しかしながら、開磁路型積層コイル部品は、直流重畳特性は閉磁路型より優れているが、インダクタンス特性が悪くなるという不具合があった。また、開磁路型積層コイル部品は、非磁性セラミック層から部品外部へ磁界が漏れ易い構造を有しており、漏れ磁界が多い場合には、隣接する他の電子部品（例えばＩＣ部品など）に悪影響を与える心配がある。
特開昭５６−１５５５１６号公報

そこで、本発明の目的は、磁気飽和を起こしにくいという長所を維持しつつ、漏れ磁界が少なくかつ大きなインダクタンス値を有する開磁路型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、本発明に係る開磁路型積層コイル部品は、
（ａ）複数のコイル用導体パターンと複数の磁性セラミック層を積層し、かつ、複数のコイル用導体パターンを電気的に接続して構成したコイルを内蔵したコイル部と、
（ｂ）コイル部の外側に積層された磁性セラミック層からなる外層部と、
（ｃ）コイル用導体パターンと磁性セラミック層の積み重ね方向において、コイル部の略中央の位置に設けた非磁性セラミック層とを備え、
（ｄ）コイルの巻回ピッチｄ１と非磁性セラミック層の厚みｄ２とが、条件式１．２０≦（ｄ１／ｄ２）≦３．３３を満足すること、
を特徴とする。

以上の構成により、コイルの巻回ピッチｄ１と非磁性セラミック層の厚みｄ２とが最適寸法となり、磁気飽和を起こしにくいという長所を維持しつつ、漏れ磁界が少なくかつ大きなインダクタンス値を有する開磁路型積層コイル部品が得られる。

さらに、コイル用導体パターンと磁性セラミック層の積み重ね方向において、非磁性セラミック層から外層部の外表面までの距離ｔ１と、非磁性セラミック層からコイルの端部までの距離ｔ２とが、条件式０．２０≦（ｔ２／ｔ１）≦０．６０を満足することにより、非磁性セラミック層から外層部の外表面までの距離ｔ１と非磁性セラミック層からコイルの端部までの距離ｔ２も最適寸法となり、より一層大きなインダクタンス値が得られる。

本発明によれば、コイルの巻回ピッチｄ１と非磁性セラミック層の厚みｄ２とを最適寸法に設計できるので、磁気飽和を起こしにくいという長所を維持しつつ、漏れ磁界が少なくかつ大きなインダクタンス値を有する開磁路型積層コイル部品を得ることができる。さらに、非磁性セラミック層から外層部の外表面までの距離ｔ１と非磁性セラミック層からコイルの端部までの距離ｔ２も最適寸法にすることにより、より一層大きなインダクタンス値を得ることができる。

以下に、本発明に係る開磁路型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。なお、各実施例は個産品の場合を例にしているが、量産する場合には、多数の内部導体パターンをマザーのセラミックグリーンシートの表面に印刷し、このマザーのセラミックグリーンシートを複数枚積層圧着させて未焼成のセラミック積層体ブロックを形成する。そして、セラミック積層体ブロックを内部導体パターンの配置に合わせてカットして個々の積層セラミックチップを切り出し、切り出された積層セラミックチップを焼成し、焼成した積層セラミックチップに外部電極を形成することにより生産される。

図１に示すように、開磁路型積層コイル部品１は、コイル用導体パターン５および層間接続用ビアホール１０をそれぞれ設けた磁性セラミックグリーンシート２と、コイル用導体パターン５を設けた外層用磁性セラミックグリーンシート３と、予め導体が設けられていない外層用磁性セラミックグリーンシート３と、コイル用導体パターン５および層間接続用ビアホール１０をそれぞれ設けた非磁性セラミックグリーンシート４などで構成されている。

磁性セラミックグリーンシート２，３は、以下のようにして製作される。酸化第二鉄（Ｆｅ₂Ｏ₃）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、酸化銅（ＣｕＯ）を所定の比率で秤量したそれぞれの材料を原材料としてボールミルに投入し、湿式調合を行う。得られた混合物を乾燥してから粉砕し、得られた粉末を７５０℃で一時間仮焼する。得られた仮焼粉末をボールミルにて湿式粉砕した後、乾燥してから解砕し、フェライトセラミック粉末を得る。

このフェライトセラミック粉末に対して結合剤と可塑剤、湿潤材、分散剤を加えてボールミルで混合を行い、その後、減圧により脱泡を行う。得られたセラミックスラリーをリップコータまたはマルチコータを用いて、シート状に形成して乾燥させ、所望の膜厚のセラミックグリーンシート２，３を作製する。

非磁性セラミックグリーンシート４は、以下のようにして製作される。酸化第二鉄（Ｆｅ₂Ｏ₃）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）および酸化銅（ＣｕＯ）を所定の比率で秤量したそれぞれの材料を原材料としてボールミルに投入し、湿式調合を行う。得られた混合物を乾燥してから粉砕し、得られた粉末を７５０℃で一時間仮焼する。得られた仮焼粉末をボールミルにて湿式粉砕した後、乾燥してから解砕し、非磁性セラミック粉末を得る。

この非磁性セラミック粉末に対して結合剤と可塑剤、湿潤材、分散剤を加えてボールミルで混合を行い、その後、減圧により脱泡を行う。得られたセラミックスラリーをリップコータまたはマルチコータを用いて、シート状に形成して乾燥させ、所望の膜厚の非磁性セラミックグリーンシート４を作製する。非磁性セラミックグリーンシート４の膜厚は、例えば、２０μｍ程度とする。

セラミックグリーンシート２，４には、層間接続用ビアホール１０が設けられている。層間接続用ビアホール１０は、シート２，４にレーザビームなどを用いて貫通孔を形成し、この貫通孔にＡｇ，Ｐｄ，Ｃｕ，Ａｕやこれらの合金などの導電ペーストを印刷塗布などの方法により充填することによって形成される。

所定のセラミックグリーンシート２，３，４上には、コイル用導体パターン５がそれぞれ導電性ペーストをスクリーン印刷法やフォトリソグラフィ法などの方法で塗布することにより形成される。これらの導体パターン５は、Ａｇ，Ｐｄ，Ｃｕ，Ａｕやこれらの合金などからなる。

複数のコイル用導体パターン５は、セラミックグリーンシート２，４に設けた層間接続用ビアホール１０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。コイルＬのコイル軸はシート２，３，４の積み重ね方向に対して平行である。螺旋状コイルＬの引出し部６ａ，６ｂはそれぞれシート２の右辺およびシート３の左辺に露出している。

コイル用導体パターン５が形成されているセラミックグリーンシート２，３，４は図１に示すように積み重ねられており、予め導体が設けられていない外層用セラミックグリーンシート３がその上下に積層されている。このとき、非磁性セラミックグリーンシート４は、螺旋状コイルＬの長さ方向の略中央に位置するように積層されている。

次に、この未焼成積層体は一体的に焼成され、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。セラミック積層体２０の左右の端面には、入出力外部電極２１，２２が形成されている。螺旋状コイルＬの両端部６ａ，６ｂは、入出力外部電極２１，２２に電気的に接続されている。

こうして得られた開磁路型積層コイル部品１は、図３に示すように、複数のコイル用導体パターン５を電気的に接続して構成した螺旋状コイルＬを内蔵したコイル部３１と、コイル部３１の外側に積層された外層部３２，３３とを有している。そして、積層コイル部品１の積層方向において、コイル部３１の略中央の位置に非磁性セラミック層４が配置されている。従って、螺旋状コイルＬによって発生した磁束φは、非磁性セラミック層４が形成する開磁路を通る。

ここで、螺旋状コイルＬの巻回ピッチｄ１と非磁性セラミック層４の厚みｄ２の比率を種々変えて、開磁路型積層コイル部品１を作製し、評価した結果を表１および図４に示す。非磁性セラミック層４から螺旋状コイルＬの端部までの距離ｔ２と、非磁性セラミック層４から外層部３２，３３の外表面までの距離ｔ１との比ｔ２／ｔ１を、０．３２に固定した。また、螺旋状コイルＬの巻回数は１８．５ターンであり、開磁路型積層コイル部品１のサイズは２．０ｍｍ×１．２５ｍｍ×１．２５ｍｍである。さらに、データを測定したときの周波数は１ＭＨｚ、磁性セラミック層２，３の１ＭＨｚでの比透磁率は１３０であり、非磁性セラミック層４の比透磁率は１である。

なお、表１の「許容電流」とは、インダクタンス値が３０％低下するときの電流値であり、この電流値が大きいほど直流重畳特性が優れているということになる。また、図４において、曲線４１はインダクタンスを、曲線４２は許容電流を表示している。

表１より、ｄ１／ｄ２の値が３．３３を超えると、漏れ磁界が大きくなり（試料１参照）、隣接する他の電子部品（例えばＩＣ部品など）に悪影響を与える心配がある。逆に、ｄ１／ｄ２の値が１．２０より小さくなると、インダクタンスが小さくなってしまう（試料６，７参照）。

一方、螺旋状コイルＬの巻回ピッチｄ１と非磁性セラミック層４の厚みｄ２とが、条件式１．２０≦（ｄ１／ｄ２）≦３．３３を満足するときには、螺旋状コイルＬの巻回ピッチｄ１と非磁性セラミック層４の厚みｄ２とが最適寸法となる。つまり、１．２０≦（ｄ１／ｄ２）≦３．３３の範囲で、許容電量は十分な値を維持できている。磁気飽和を起こしにくいという長所を維持しつつ、漏れ磁界が少なくかつ大きなインダクタンス値を有する開磁路型積層コイル部品１を得ることができる（試料２〜５参照）。

また、非磁性セラミック層４から螺旋状コイルＬの端部までの距離ｔ２と、非磁性セラミック層４から外層部３２，３３の外表面までの距離ｔ１との比率を種々変えて、開磁路型積層コイル部品１を作製し、評価した結果を表２および図５に示す。螺旋状コイルＬの巻回ピッチｄ１と非磁性セラミック層４の厚みｄ２の比ｄ１／ｄ２を、１．８３に固定した。また、螺旋状コイルＬの巻回数は１８．５ターンであり、開磁路型積層コイル部品１のサイズは２．０ｍｍ×１．２５ｍｍ×１．２５ｍｍである。さらに、データを測定したときの周波数は１ＭＨｚ、磁性セラミック層２，３の１ＭＨｚでの比透磁率は１３０であり、非磁性セラミック層４の比透磁率は１である。図５において、曲線４３はインダクタンスを、曲線４４は許容電流を表示している。

表２より、ｔ２／ｔ１の値が０．２０より小さくなると、漏れ磁界が大きくなり（試料８参照）、隣接する他の電子部品（例えばＩＣ部品など）に悪影響を与える心配がある。逆に、ｔ２／ｔ１の値が０．６０を超えると、インダクタンスや許容電流が共に小さくなってしまう（試料１４参照）。

一方、非磁性セラミック層４から外層部３２，３３の外表面までの距離ｔ１と、非磁性セラミック層４から螺旋状コイルＬの端部までの距離ｔ２とが、条件式０．２０≦（ｔ２／ｔ１）≦０．６０を満足するときには、非磁性セラミック層４から外層部３２，３３の外表面までの距離ｔ１と、非磁性セラミック層４から螺旋状コイルＬの端部までの距離ｔ２とが最適寸法となる。つまり、磁気飽和を起こしにくいという長所を維持しつつ、漏れ磁界が少なくかつ大きなインダクタンス値を有する開磁路型積層コイル部品１を得ることができる（試料９〜１３参照）。

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。開磁路型積層コイル部品としては、積層インダクタの他に、例えば、積層コモンモードチョークコイル、積層インピーダンス素子、積層トランス、積層ＬＣフィルタなどがある。

また、本発明に係る開磁路型積層コイル部品の製造方法は、セラミックグリーンシート上にスクリーン印刷などによってコイル用導体パターンを形成する方法に限るものではなく、コイル用導体パターンを転写して形成する方法など仕様に合わせて種々の方法が採用される。

また、前記実施例では、螺旋状コイルＬの巻回数を１８．５ターンで測定しているが、螺旋状コイルＬの巻回数は６〜２６ターンとすることが好ましい。

本発明に係る開磁路型積層コイル部品の一実施例を示す分解斜視図。図１に示した開磁路型積層コイル部品の外観斜視図。図２に示した開磁路型積層コイル部品の模式断面図。ｄ１／ｄ２の変化によるインダクタンス特性および許容電流特性を示すグラフ。ｔ２／ｔ１の変化によるインダクタンス特性および許容電流特性を示すグラフ。

符号の説明

１…開磁路型積層コイル部品
２，３…磁性セラミックグリーンシート
４…非磁性セラミックグリーンシート
５…コイル用導体パターン
３０…セラミック積層体
３１…コイル部
３２，３３…外層部
ｄ１…螺旋状コイルの巻回ピッチ
ｄ２…非磁性セラミック層の厚み
ｔ１…非磁性セラミック層から外層部の外表面までの距離
ｔ２…非磁性セラミック層から螺旋状コイルの端部までの距離
Ｌ…螺旋状コイル

Claims

複数のコイル用導体パターンと複数の磁性セラミック層を積層し、かつ、前記複数のコイル用導体パターンを電気的に接続して構成したコイルを内蔵したコイル部と、
前記コイル部の外側に積層された磁性セラミック層からなる外層部と、
前記コイル用導体パターンと磁性セラミック層の積み重ね方向において、前記コイル部の略中央の位置に設けた非磁性セラミック層とを備え、
前記コイルの巻回ピッチｄ１と前記非磁性セラミック層の厚みｄ２とが、条件式１．２０≦（ｄ１／ｄ２）≦３．３３を満足すること、
を特徴とする開磁路型積層コイル部品。
前記コイル用導体パターンと磁性セラミック層の積み重ね方向において、前記非磁性セラミック層から前記外層部の外表面までの距離ｔ１と、前記非磁性セラミック層から前記コイルの端部までの距離ｔ２とが、条件式０．２０≦（ｔ２／ｔ１）≦０．６０を満足することを特徴とする請求項１に記載の開磁路型積層コイル部品。