JP2006294927A - 積層コイル - Google Patents

Abstract

【課題】 接合強度が大きくワイヤボンディング実装の信頼性が高く、優れた電気的特性を有する積層コイルを提供する。
【解決手段】 セラミックシート１〜１６からなる積層体内に、コイル導体３３〜４０とビアホール導体２１〜２７とにより積層方向にコイル軸を有する螺旋状のコイル５１を内蔵した積層コイル。積層体は下面から上面にわたってその断面サイズが漸減する角錐台形状とされている。積層体の上面には第１外部電極４１が、下面には第２外部電極４２がそれぞれ形成されている。第１外部電極４１はビアホール導体１７〜２０を介してコイル導体パターン３３が電気的に接続され、第２外部電極４２はビアホール導体２８〜３２を介してコイル導体パターン４０が電気的に接続されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は積層コイル、特に、セラミック積層体に螺旋状のコイルを内蔵した積層コイルに関する。

従来、コイル導体を形成したセラミックシートを積層して螺旋状のコイルを内蔵した積層コイルとしては、例えば、特許文献１に開示されている多層型コイル部品が知られている。図９に示すように、この多層型コイル部品７０は、複数枚のセラミックシート７１が積層されてなる直方体形状を有する多層回路体７０ａ内に、コイル軸が積層方向に延在する螺旋状のコイル７２を内蔵したものである。

コイル７２は、セラミックシート７１に形成されたそれぞれの導体層７３を、セラミックシート７１に形成された図示しないビアホール導体により直列に接続することにより構成されている。コイル７２の両端は、最下層及び最上層のシート７１に形成されたビアホール導体７４を介して、多層回路体７０ａの下面及び上面にそれぞれ形成された下面電極７５及び上面電極７６に電気的に接続されている。

多層型コイル部品７０は、その下面電極７５がはんだや導電性接着材により基板７７上に形成された図示しない回路パターンに電気的に接続され、その上面電極７６はボンディング装置によりボンディングワイヤ７８が電気的に接続されて基板７７側の他の図示しない回路パターンに接続される。

ところで、前記多層型コイル部品７０は、次のような問題点を有していた。即ち、多層型コイル部品７０では、大きなインダクタンス値を有するものを得るためには、コイル７２を構成する導体層７３の数を多くしてコイル７２のターン数を大きくする必要がある。しかし、コイル７２を構成する導体層７３が多くなると、当然に、セラミックシート７１の積層枚数が多くなり、多層回路体７０ａの積層方向の高さ寸法が大きくなる。

このように、多層回路体７０ａの高さ寸法が大きくなると、ワイヤボンディング装置によりボンディングワイヤ７８を上面電極７６にボンディングする際に、例えば、図１０において矢印Ａ１で示すように、上面電極７６に沿う向きに超音波ヘッド７９より超音波振動が加えられると、多層回路体７０ａが超音波振動に対する応力より矢印Ａ２で示すようにぐらつきが生じる。このようなぐらつきが生じると、ボンディングワイヤ７８の上面電極７６に対する接合強度が低下する。

また、多層型コイル部品７０では、多層回路体７０ａが直方体形状を有しているので、図１１からも分かるように、多層回路体７０ａの上面電極７６と基板７７のランド８０とを接続するボンディングワイヤ７８と上面電極７６の外周エッジとの距離が小さくなる。この距離は、多層回路体７０ａに対するランド８０の位置により大きく変化する。このため、多層型コイル部品７０を基板７７へ実装する際に、ボンディングワイヤ７８が上面電極７６に接触する短絡不良が発生したり、ランド８０の形成位置に制約を受けていた。
特開２００４−１０３７９６号公報

そこで、本発明の目的は、接合強度が大きくワイヤボンディング実装の信頼性が高く、優れた電気的特性を有する積層コイルを提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明は、セラミックシートを積層してなるセラミック積層体内に、積層方向と同一方向に延在するコイル軸を有する螺旋状のコイルを内蔵した積層コイルにおいて、前記コイルはセラミックシート上に形成されたコイル導体及びこれらコイル導体を直列に接続する層間接続用導体からなり、該コイルの一端側及び他端側が前記セラミック積層体の積層方向上面及び積層方向下面にそれぞれ形成された第１外部電極及び第２外部電極にそれぞれ電気的に接続されており、かつ、前記セラミック積層体は下面から上面にわたってその断面サイズが漸減する角錐台形状であることを特徴とする。

本発明に係る積層コイルにおいては、セラミック積層体が角錐台形状を有しているので重心が低くなる。これにより、コイルを構成するコイル導体の数を増やしてセラミックシートの積層枚数が多くなってセラミック積層体の積層方向の高さ寸法が大きくなっても、積層コイルの実装基板に対する実装時の安定性が増加する。それゆえ、ワイヤボンディングの際に積層体の上面に設けた第１外部電極に外力が作用しても、積層体の実装基板に対するぐらつきが抑えられ、ボンディングワイヤの第１外部電極に対する接合強度の低下が回避される。

また、セラミック積層体が角錐台形状を有していることは、第１外部電極と実装基板のランドとを接続するボンディングワイヤと第１外部電極の外周エッジとの距離が大きくなることを意味する。この距離は、ランドの形成位置により殆ど影響を受けない。これにより、ボンディングワイヤが第１外部電極に接触する短絡不良の発生を極力防止できるとともに、ランド形成位置の自由度が高くなる。

本発明に係る積層コイルにおいて、前記セラミック積層体は、第１外部電極が形成された上部の中心と第２外部電極が形成された下部の中心とが平面視で一致していることが好ましい。即ち、上下部の中心位置を結ぶ線上にセラミック積層体の重心が位置することになり、積層コイルの実装基板に対する実装時の安定性がさらに増加し、ボンディングワイヤの第１外部電極に対する接合強度の低下がより一層回避される。

また、コイルはそのコイル径がセラミック積層体の下面から上面に向かって漸減していてもよい。セラミックシートを間にして互いに隣り合うコイル導体の対向面積が小さくなり、その間に生じる浮遊容量が小さくなる。これにより、コイル導体間の浮遊容量が小さくなり、高周波帯におけるインピーダンス特性が向上する。また、セラミック積層体の下面に近いコイル導体ほどコイル径が大きくなるので、インダクタンスが大きくなる。

また、第１外部電極のサイズはセラミック積層体の上面のサイズよりも小さいことが好ましい。第１外部電極はその下側に位置するコイル導体との対向面積及び第２外部電極との対向面積が小さくなる。これにより、第１外部電極とその下側に位置するコイル導体との間に形成される浮遊容量、第１外部電極と第２外部電極との間に形成される浮遊容量が小さくなり、高周波特性が向上する。

また、第１外部電極はその表面に金を含有していてもよい。これにて、第１外部電極に対するボンディングワイヤの密着性が高くなり、ワイヤボンディングによる実装の信頼性が高くなる。

本発明によれば、セラミック積層体が角錐台形状を有しているので、セラミック積層体の実装基板に対する実装時の安定性に優れ、ワイヤボンディングの信頼性の高い積層コイルを得ることができる。また、ボンディングワイヤはそれが接続される第１外部電極の外周エッジとの間の距離が充分に確保されるので、ボンディングワイヤが接続される基板側のランドの形成位置の自由度も大きくなる。

さらに、コイルもそのコイル径を下面側から上面側に向かって漸減させることにより、隣接するコイル導体の対向面積が小さくなり、全体として素子に発生する浮遊容量が小さくなって、高周波特性が良好なものとなる。

以下、本発明に係る積層コイルの実施例について添付図面を参照して説明する。

（第１実施例、図１〜図６参照）
本発明の第１実施例である積層コイルの分解斜視図を図１に、またその縦断面図を図２にそれぞれ示す。この積層コイル５０は、後述する磁性体材料を含むセラミックシート１〜１６を積層／焼結してなるセラミック積層体５０ａ内に、一定のコイル径を有する螺旋状のコイル５１を形成したものである。

即ち、コイル５１は、大略Ｕ字状もしくはコ字状のパターンからなるコイル導体３３〜４０とこれらコイル導体３３〜４０を直列に接続するビアホール導体２１〜２７とで構成されており、磁性体セラミックシート１〜１６の積層方向に延在するコイル軸Ａｘを有している。磁性体セラミックシート１〜１６のうち、シート１〜４はコイル５０の上部側の引出し部４３を構成しており、シート５〜１２はコイル部４４を構成しており、シート１３〜１６はコイル５０の下部側の引出し部４５を構成している。

本実施例にあっては、磁性体セラミックシート１〜１６は、積層開始部（最下層）に位置しているシート１６の寸法を０．５×０．５ｍｍとし、積層終了部（最上層）に位置しているシート１の寸法を０．３×０．３ｍｍとして、下面から上面にわたってそのサイズが漸減するようにしている。これにより、セラミック積層体５０ａは、全高が１．０ｍｍの角錐台形状を有している。

セラミックシート１〜１６の磁性体材料としては、例えば、Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕフェライト、Ｎｉ−Ｚｎフェライト、Ｃｕ−Ｚｎフェライトなどの磁性体セラミック材料が使用されている。図２に示すセラミックシート１〜１６はいずれも、磁性体セラミック材料をドクターブレード法や引き上げ法などの手法で成形したセラミックシートを積層及び圧着し焼成してセラミック積層体５０ａとしたものである。なお、セラミックシート１〜１６の磁性体材料としては、Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕフェライト、Ｎｉ−Ｚｎフェライトなどの磁性体セラミック材料と樹脂を混練した複合磁性体材料を使用することもできる。

コイル導体３３〜４０は、それぞれ、セラミックシート５〜１２の各主面に形成されて螺旋状のコイル５１の一部を構成している。コイル導体３３〜４０は、高いＱ値を有する積層コイルを実現するため、高い導電性を有するＡｇを含有する導電性材料を使用している。コイル導体３３〜４０の導電性材料としては、ＡｇのほかＡｕ、Ｐｔなどを主成分とする貴金属やこれらの合金、Ｃｕ、Ｎｉ等の卑金属やこれらの合金なども使用することができる。

そして、コイル導体３３〜４０は、セラミックシート５〜１１にそれぞれ形成されたビアホール導体２１〜２７により順次直列に接続され、コイル５１を構成している。これらビアホール導体２１〜２７もコイル導体３３〜４０と同様の導電性材料により形成されている。

積層体５０ａの最上部に位置するセラミックシート１の上面には第１外部電極４１が、また、最下部に位置するセラミックシート１６の下面には第２外部電極４２が形成されている。これら第１及び第２外部電極４１，４２はいずれも、はんだ付けを容易にするため、表面側から順にＡｕ／Ｎｉ／Ａｇの三層構造とされている。即ち、第１及び第２外部電極４１，４２は、セラミックシート１，１６にＡｇを含む導電ペーストを印刷し、積層体５０ａを得るための焼結の際に焼き付ける。さらに、電極４１，４２の上に、電解めっきにより順次、Ｎｉ及びＡｕをめっきすることにより、前記のような三層構造としている。

第１外部電極４１には、セラミックシート１〜４にそれぞれ形成されたビアホール導体１７〜２０を通して、コイル導体３３（コイル５１の一端側）が電気的に接続されている。また、第２外部電極４２には、セラミックシート１２〜１６にそれぞれ形成されたビアホール導体２８〜３２を通して、コイル導体４０（コイル５１の他端側）が電気的に接続されている。ビアホール導体１７〜２０，２８〜３２はいずれも、既に説明したコイル導体３３〜４０を接続するビアホール導体２１〜２７と同じ材料で形成されている。

以上の構成を有する積層コイル５０では、セラミック積層体５０ａが角錐台形状となるように形成されているので、図３に示すように、積層コイル５０を実装する基板５２に関して積層体５０ａの重心が低くなる。これにより、コイル５１のターン数を増加させて（コイル導体及びセラミックシートの数が増加する）、セラミック積層体５０ａの高さ寸法が大きくなっても、積層コイル５０の基板５２に対する実装時の安定性が増加する。

そして、ワイヤボンディング装置によりボンディングワイヤ５３を第１外部電極４１に超音波ボンディングする際に、図３の矢印Ａ１で示すように、第１外部電極４１に沿う向きに超音波ヘッド５４より超音波振動が加えられても、セラミック積層体５０ａの基板５２に対するぐらつきが抑えられ、ボンディングワイヤ５３の第１外部電極４１に対する接合強度の低下を避けることができる。

また、セラミック積層体５０ａが角錐台形状を有しているので、図４からも分かるように、第１外部電極４１と基板５２のランド５５とを接続するボンディングワイヤ５３は、第１外部電極４１の外周エッジとの距離を大きくすることができる。この距離は、ランド５５の形成位置により殆ど影響を受けない。これにより、積層コイル５０を基板５２へ実装する際に、ボンディングワイヤ５３が第１外部電極４１に接触する短絡不良の発生を防止することができるとともに、ランド５５の形成位置の自由度も大きくなる。

積層コイル５０は、例えば、図５（ａ）〜（ｇ）に示す工程を経て製造することができる。まず、Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕフェライトなどの磁性体セラミック材料を混練したセラミックスラリーから、ドクターブレード法や引き上げ法などの手法でセラミックシート６１を成形し、図５（ａ）に示すように、セラミックシート６１にビアホール導体用の孔６２を形成する。その後、焼成によりセラミックシート５〜１２となる所定のセラミックシート６１に、図５（ｂ）に示すように、導電性材料としてＡｇを含む導電性ペーストによりコイル導体３３〜３９となるコイル導体パターン６３を印刷する。

次いで、図５（ｃ）に示すように、セラミックシートを積層及び圧着して積層構造体６４を形成する。そして、積層構造体６４の上面に、図５（ｄ）に示すように、導電性材料としてＡｇを含む導電性ペーストにより、第１外部電極４１となる導電性ペースト膜６５をストライプ状に印刷する。また、積層構造体６４の下面にも、Ａｇを導電性材料として含む導電性ペーストにより、第２外部電極４２となる導電性ペースト膜６６を全面に印刷する。

次いで、図６に示す円板の周縁が外向きに肉厚が漸減するダイサーカット刃６７を用い、前記積層構造体６４を図５（ｅ），（ｆ）に示すように台形チップ６８にカットする。ダイサーカット刃６７の周縁はその先端の角度が１２°となるようにツルーイングで形成している。なお、先端の角度は積層コイルの形状に合わせて任意に変更できるが、５〜１５°程度が望ましい。このようにして得られた台形チップ６８を焼成し、図５（ｇ）に示すセラミック積層体５０ａを製作する。

その後、セラミック積層体５０ａの上下面に焼き付けられた導電ペースト膜６５，６６の上に、電解めっきにより順次、Ｎｉめっき及びＡｕめっきを施すことにより、三層構造を有する第１及び第２外部電極４１，４２を形成する。

（第２実施例、図７及び図８参照）
本発明の第２実施例である積層コイル６０の分解斜視図を図７に、また、その縦断面図を図８に示す。積層コイル６０は、図１〜図５を参照して説明した第１実施例である積層コイル５０において、セラミックシート５〜１２のサイズの変化率に対応して、コイル導体３３〜４０のサイズも変化させるとともに、第１外部電極４１のサイズをコイル導体３３のサイズよりも小さくするようにしたものである。その他の構成は前記積層コイル５０と同じである。よって、図７及び図８において、図１及び図２に対応する部分には同じ符号を付し、重複した説明は省略する。

第２実施例である積層コイル６０にあっては、磁性体セラミックシート５〜１２のサイズに対応して、コイル導体３３〜４０のサイズが変化しているので、１枚のシートを間にして互いに隣り合うコイル導体が対向する部分が小さくなり、その間に生じる浮遊容量が小さくなる。同様に、第１外部電極４１もコイル導体３３と対向する部分が小さくなる。これにより、第１外部端子４１と第２外部端子間４２に等価的に並列に生じる総合的な浮遊容量が小さくなり、高周波帯におけるインピーダンス特性が向上する。また、積層体６０ａの下面に近いコイル導体ほど寸法を大きく（コイル径を大きく）しているので、前記積層コイル５０よりもさらにインダクタンスを大きくすることができる。

（その他の実施例）
本発明に係る積層コイル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の変更することができる。

例えば、セラミックシートの材料としては、Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕフェライト、Ｎｉ−Ｚｎフェライト、Ｃｕ−Ｚｎフェライトなどの磁性体セラミック材料のほか、非磁性のセラミック材料を使用してもよい。

本発明の第１実施例である積層コイルを示す分解斜視図である。 前記積層コイルの構造を示す縦断面図である。 前記積層コイルが奏する効果を説明するための説明図である。 前記積層コイルが奏するいま一つの効果を説明するための説明図である。 前記積層コイルの製造方法の説明図で、（ａ）〜（ｇ）はその製造の各工程を示す。 図５の製造方法において使用されるダイサーカット刃を示し、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。 本発明の第２実施例である積層コイルを示す分解斜視図である。 図７に示した積層コイルの構造を示す縦断面図である。 従来の積層コイルの一例の構造を示す縦断面図である。 従来の積層コイルが有している問題点の説明図である。 図１０に示した積層コイルが有しているいま一つの問題点の説明図である。

符号の説明

１〜１６…磁性体セラミックシート
１７〜３２…ビアホール導体
３３〜４０…コイル導体
４１…第１外部電極
４２…第２外部電極
５０，６０…積層コイル
５０ａ，６０ａ…セラミック積層体
５１…コイル
Ａｘ…コイル軸

Claims (5)

1. セラミックシートを積層してなるセラミック積層体内に、積層方向と同一方向に延在するコイル軸を有する螺旋状のコイルを内蔵した積層コイルにおいて、
   前記コイルはセラミックシート上に形成されたコイル導体及びこれらコイル導体を直列に接続する層間接続用導体からなり、該コイルの一端側及び他端側が前記セラミック積層体の積層方向上面及び積層方向下面にそれぞれ形成された第１外部電極及び第２外部電極にそれぞれ電気的に接続されており、
   かつ、前記セラミック積層体は下面から上面にわたってその断面サイズが漸減する角錐台形状であること、
   を特徴とする積層コイル。
2. 前記セラミック積層体は、前記第１外部電極が形成された上部の中心と前記第２外部電極が形成された下部の中心とが平面視で一致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。
3. 前記コイルはそのコイル径が前記セラミック積層体の下面から上面に向かって漸減していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の積層コイル。
4. 前記第１外部電極のサイズは前記セラミック積層体の上面のサイズよりも小さいことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の積層コイル。
5. 前記第１外部電極はその表面にＡｕを含有していることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の積層コイル。
   

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