JP2006352018A - 積層型電子部品 - Google Patents

Abstract

【課題】 加熱の前後においてインダクタンス値の変動を効果的に低減できる積層型電子部品を提供すること。
【解決手段】 そのような積層型電子部品の一つである積層型チップビーズ１は、絶縁体を積層して形成された積層体１０（外装部１１）と、積層体１０内部に配置されるコイル部３０とを備え、コイル部３０を形成するコイル導体間において、外装部１１のみによって囲繞される空洞４０が１箇所以上形成されている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、積層型電子部品に関する。

積層型電子部品の一つとして、下記特許文献１に記載されているような積層型インダクタがある。この積層型インダクタは、コイル導体と外部電極との間に空隙が設けられているものである。この空隙は、静電容量の低減を目的として形成されていることが下記特許文献１には記載されている。
特許第３１５９２０１号公報

ところでコイル部を備える積層型電子部品では、実装作業の前後でインダクタンス値に変動が生じる。この変動は実装作業時に加えられる熱によるものと思われるが、加熱を行わずに実装作業を行うことは困難であるため、インダクタンス値の変動を低減できる積層型電子部品が望まれている。しかしながら、上記従来の積層型電子部品では、加熱の前後においてインダクタンス値の変動を効果的に低減することができなかった。

そこで本発明では、加熱の前後においてインダクタンス値の変動を効果的に低減できる積層型電子部品を提供することを目的とする。

本発明に係る積層型電子部品は、絶縁体を積層して形成された素体と、素体内部に配置されるコイル部とを備える積層型電子部品であって、コイル部を形成するコイル導体間において、素体のみによって囲繞される空洞が１箇所以上形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、コイル導体間に形成される空洞が１箇所以上、好ましくはコイル導体層数の１／２以上とすることによって積層型電子部品の形成時に応力緩和が行われるので、この積層型電子部品に熱を加えた場合の応力緩和を相対的に低減することができる。

また本発明では、素体の積層方向における空洞の幅ａと、積層方向において互いに隣接するコイル導体間の距離ｂとの比が、０＜ａ／ｂ≦１／２を満たすことも好ましい。空洞の幅ａとコイル導体間の距離ｂとの比をこの領域に設定することで、応力緩和効果と素体のクラック発生防止とを両立できる。

また本発明では、素体の積層方向と直交する方向において、空隙の幅がコイル導体の幅の２／３以上、好ましくはコイル導体の幅以上に形成されていることも好ましい。空隙の幅をこの領域に設定することで、応力緩和効果を発現させることができる。

また本発明では、空隙には素体の焼結温度よりも焼結温度が高い粉体が充填されていることも好ましい。空隙に粉体を充填することで、めっき液の素体内への浸入をより効果的に抑制できる。

本発明によれば、加熱の前後における応力緩和を相対的に低減することができるので、加熱の前後においてインダクタンス値の変動を効果的に低減できる。

本発明の知見は、例示のみのために示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解することができる。引き続いて、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。

この実施形態においては、積層型電子部品として積層型チップビーズを例にとって説明する。図１は、本実施形態の積層型チップビーズ１を示した斜視図である。図２は、積層型チップビーズ１の断面構成を説明するための図である。

図１に示すように、積層型チップビーズ１は、直方体形状の積層体１０と、一対の端子電極２０とを備えている。図２の（ａ）は、積層体１０の略中央付近において一方の端子電極２０から他方の端子電極２０を見通す方向の断面を示している。図２の（ａ）に示すように、積層体１０は、コイル部３０（コイル導体）と、外装部１１（素体）とを有しており、空洞４０が形成されている。

空洞４０は各コイル部３０の間に形成されていて、外装部１１のみによって囲繞されている。従って、空洞４０は外装部１１のみに囲繞されることによって形成されている。

図２の（ｂ）は、コイル部３０及び空洞４０の近傍を拡大した図である。図２の（ｂ）に示すように、積層体１０（外装部１１）の積層方向における空洞４０の幅ａと、積層体１０（外装部１１）の積層方向において互いに隣接するコイル部３０間の距離ｂとの比は、０＜ａ／ｂ≦１／２となるように形成されている。０＜ａ／ｂとするのは、応力緩和効果を発現させるためであり、ａ／ｂ≦１／２とするのは、クラック発生防止効果を発現させるためである。尚、幅ａは、０＜ａ≦２４μｍに設定することが好ましく、４≦ａ≦１８μｍに設定することがより好ましい。

続いて、積層型チップビーズ１の製造方法について説明する。図３は、積層型チップビーズ１の積層体１０の積層前の状態を示した分解図である。図３に示すように、磁性体グリーンシート５１，５２，５３，５４，５５をそれぞれ所定枚数準備する。２枚の磁性体グリーンシート５１と、１枚の磁性体グリーンシート５１との間に、磁性体グリーンシート５２及び５５がそれぞれ最外層となるように配置し、更にその間に磁性体グリーンシート５３及び５４をそれぞれ交互に配置する。引き続いて各磁性体グリーンシート５１〜５５について説明する。

磁性体グリーンシート５１は、電気絶縁性を有するグリーンシートである。磁性体グリーンシート５１は、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライト粉末を原料としたスラリーをフィルム上にドクターブレード法により塗布して形成した磁性体グリーンシートを用いている。尚、原料粉末としては、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライト粉末に限られず、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎ−Ｍｇ系フェライト粉末、Ｃｕ−Ｚｎ系フェライト粉末、又は、Ｎｉ−Ｃｕ系フェライト粉末等を用いることができる。

磁性体グリーンシート５２及び５５は、電気絶縁性を有するグリーンシートに引出導体パターン３０１，３０７をそれぞれ形成したグリーンシートである。磁性体グリーンシート５２は、磁性体グリーンシート５１と同様の方法で形成した磁性体グリーンシートにスルーホール３０２をレーザ加工によって形成し、銀を主成分としたペーストを用いたスクリーン印刷によって引出導体パターン３０１を形成して作製される。磁性体グリーンシート５５は、磁性体グリーンシート５１と同様の方法で形成した磁性体グリーンシートに、銀を主成分としたペーストを用いたスクリーン印刷によって引出導体パターン３０７を形成して作製される。

磁性体グリーンシート５３及び５４は、電気絶縁性を有するグリーンシートにコイル導体パターン３０３，３０５（コイル部３０）及び樹脂パターン４０１，４０２をそれぞれ形成したグリーンシートである。磁性体グリーンシート５３は、磁性体グリーンシート５１と同様の方法で形成した磁性体グリーンシートにスルーホール３０４をレーザ加工によって形成している。更に磁性体グリーンシート５３には、銀を主成分としたペーストを用いたスクリーン印刷によってコイル導体パターン３０３が形成されていると共にシリコンを用いたスクリーン印刷によって樹脂パターン４０１が形成されている。

コイル導体パターン３０３は焼成後に、磁性体グリーンシート５３に沿った方向の幅が約６０μｍであり、積層方向（磁性体グリーンシート５３に直交する方向）の幅（厚み）が約１０μｍとなるように形成されている。コイル導体パターン３０３は、コイル部３０の１／２ターン分形成されている。樹脂パターン４０１は焼成後に、磁性体グリーンシート５３に沿った方向の幅が約７０μｍであり、積層方向（磁性体グリーンシート５３に直交する方向）の幅（厚み）が約７μｍとなるように形成されている。

磁性体グリーンシート５３は、図４の（ａ）〜（ｃ）に示すように、磁性体グリーンシート５３上にまず樹脂パターン４０１を形成し、その後スルーホール３０４を形成した後に、コイル導体パターン３０３を形成する。この工程によって磁性体グリーンシート５３を形成することで、スルーホール３０４に導体ペーストが充填される。また、このように先に樹脂パターン４０１を形成することで、スルーホール３０４を樹脂ペーストによって塞いでしまうことを防止できる。

図３に戻り、磁性体グリーンシート５４は、磁性体グリーンシート５３のコイル導体３０３、スルーホール３０４、樹脂パターン４０１を磁性体グリーンシート５３の重心周りに１８０°回転させた位置に、コイル導体３０５、スルーホール３０６、樹脂パターン４０２を形成して作製されている。従って、磁性体グリーンシート５３及び５４は、同様の形状の磁性体グリーンシートである。

上述のように形成した磁性体グリーンシート５２，５３，５４，５５を積層すると、スルーホール３０２，３０４，３０６によって各層が接続され、コイル導体３０３，３０４及び引出導体３０１，３０７によってコイル部３０が形成される。

尚、本実施形態では、引出導体３０１，３０７及びコイル導体３０３，３０５は銀を主成分としたペーストを用いたが、ニッケルを主成分としたペーストを用いてもよい。また、樹脂パターン４０１，４０２はシリコンを用いたが、カーボン、エチルセルロース、ブチラール、アクリル、又は油脂系を主成分とするペーストを用いてもよい。シリコンやこれらのペーストを用いた場合、樹脂パターン４０１，４０２は焼成によって消失して空洞４０となる。

また、樹脂パターン４０１，４０２を、粉体ペーストを用いたスクリーン印刷によって形成してもよい。この場合、空洞４０には粉体が充填される。粉体ペーストとしては、酸化物セラミック材料としての、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＺｒＯ_２、フォルステライト、ステアタイト、コージライト等や、窒化物セラミック材料としての、ＡｌＮ、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＺｒＮ、ＴｉＮ等を主成分としたペーストを用いることができる。これらの粉体ペーストに含まれる粉体の焼結温度は、積層体１０の焼結温度よりも高いことが好ましい。

続いて、上述した磁性体グリーンシート５１〜５５を積層して圧着する。圧着後に、８００℃〜９００℃にて焼成することで、積層体１０を得ることができる。その後、積層体１０の引出導体３０１，３０７が臨む端部に、銀を主成分とする電極ペーストを塗布して６４０℃〜７４０℃にて焼き付ける。更に、焼き付けた電極ペースト上に電気めっきを施して端子電極２０を形成し、積層型チップビーズ１を得ることができる。尚、銀を主成分とする電極ペーストの他に、ニッケルや銅を主成分とする電極ペーストを用いてもよい。

上述の説明では、磁性体グリーンシート上での１個取りを仮定して説明したが、磁性体グリーンシート上に多数個取りが可能となるようにコイル導体パターン、引出導体パターン、樹脂パターン、スルーホールを形成するのが一般的である。この場合、積層及び圧着後に、完成寸法が１００５（Ｌ＝１．０ｍｍ、Ｗ＝０．５ｍｍ、Ｔ＝０．５ｍｍ）となるようにチップ単体に切断し、焼成及び電極形成を行う。

上述した寸法でコイル導体パターン３０３，３０５及び樹脂パターン４０１，４０２を形成すると、応力緩和効果を発現することができると共に、焼成後におけるクラック発生を抑制できる。応力緩和効果を発現させるためには、磁性体グリーンシート５３に沿った方向（積層方向に直交する方向）において、樹脂パターン４０１，４０２を焼成消失後に形成される空洞４０の幅が、コイル導体パターン３０３，３０５を焼成して形成されるコイル部３０の相当部分の幅の２／３以上、好ましくはコイル導体パターン３０３，３０５の幅以上とする必要がある。また、クラック発生を抑制するためには、樹脂パターン４０１，４０２を焼成消失後に形成される空洞４０の幅が、積層体１０の寸法に対して過大にならないように設定する。

続いて、本実施形態の変形例について説明する。図５及び図６は本実施形態の第１変形例を説明するための図である。図５は、積層体１０を構成する磁性体グリーンシートの変形例を示す分解図である。図６は、図５の磁性体グリーンシートを詳細に説明するための図である。尚、この変形例においても、各部材を形成する材料は既に説明した材料を用いている。

図３に示した分解図との違いは、コイル導体パターン３０３，３０５が形成された磁性体グリーンシート５３，５４を、磁性体グリーンシート６３，６４に変更した点である。磁性体グリーンシート６３には、コイル部３０の１／２ターン分のコイル導体パターン３１３と、樹脂パターン４１１と、スルーホール３１４とが形成されている。磁性体グリーンシート６４にも、コイル導体パターン３１５と、樹脂パターン４１２と、スルーホール３１６とが形成されており、磁性体グリーンシート６３と同様の形状を成している。

磁性体グリーンシート６３について、図６を参照しながらより具体的に説明する。図６の（Ａ）は、磁性体グリーンシート６３を形成する第１の方法を、（Ｂ）は第２の方法をそれぞれ示している。図６の（Ａ）に示す第１の方法では、まず磁性体グリーンシート６３に樹脂パターン４１１を形成する（図６の（Ａ）の（ａ））。樹脂パターン４１１は、磁性体グリーンシート５２のスルーホール３０２（図５参照）に相当する位置から、スルーホール３１４が形成される位置にかけてコイル部３０の１／２ターン分に相当するように形成される。

続いて、スルーホール３１４が形成される（図６の（Ａ）の（ｂ））。その後、コイル導体パターン３１３が形成される（図６の（Ａ）の（ｃ））。コイル導体パターン３１３は、磁性体グリーンシート５２のスルーホール３０２（図５参照）に相当する位置から、スルーホール３１４が形成される位置にかけて１／２ターン分形成される。従って、コイル導体パターン３１３と樹脂パターン４１１とは同じ形状とすることができ、スクリーン印刷のパターンを共用できる。

図６の（Ｂ）に示す第２の方法では、まず磁性体グリーンシート６３ａに樹脂パターン４１１ａを形成する（図６の（Ｂ）の（ａ））。樹脂パターン４１１ａは、磁性体グリーンシート５２のスルーホール３０２（図５参照）に相当する位置及びスルーホール３１４が形成される位置を含むコイル部３０の１ターン分に相当する形状で形成される。

続いて、スルーホール３１４が形成される（図６の（Ｂ）の（ｂ））。その後、コイル導体パターン３１３が形成される（図６の（Ｂ）の（ｃ））。コイル導体パターン３１３は、磁性体グリーンシート５２のスルーホール３０２（図５参照）に相当する位置から、スルーホール３１４が形成される位置にかけてコイル部３０の１／２ターン分形成される。

続いて、本実施形態の第２変形例について説明する。図７及び図８は本実施形態の第２変形例を説明するための図である。図７は、積層体１０を構成する磁性体グリーンシートの変形例を示す分解図である。図８は、図７の磁性体グリーンシートを詳細に説明するための図である。尚、この変形例においても、各部材を形成する材料は既に説明した材料を用いている。

図３に示した分解図との違いは、引出導体パターン３０１，３０７が形成された磁性体グリーンシート５２，５５を磁性体グリーンシート７２，７７に変更し、コイル導体パターン３０３，３０５が形成された磁性体グリーンシート５３，５４を、磁性体グリーンシート７３，７４，７５，７６に変更した点である。

磁性体グリーンシート７２に形成されている引出導体パターン３２１は、磁性体グリーンシート７２の短辺略中央付近から当該短辺に略直交して内側に延びると共に、磁性体グリーンシート７３に形成されるコイル導体パターン３２３（後述する）の端部に向けて折れ曲がって形成されている。引出導体パターン３２１の端部にはスルーホール３２２が形成されている。

磁性体グリーンシート７３には、コイル部３０の３／４ターン分に相当するコイル導体パターン３２３と、樹脂パターン４２１と、スルーホール３２４とが形成されている。樹脂パターン４２１は、コイル導体パターン３２３の一端と多端とを結ぶように形成されている。スルーホール３２４は、コイル導体パターン３２３の一端に形成されている。コイル導体パターン３２３は、磁性体グリーンシート７３上で略Ｕ字状に伸びている。

磁性体グリーンシート７４には、コイル部３０の３／４ターン分に相当するコイル導体パターン３２５と、樹脂パターン４２２と、スルーホール３２６とが形成されている。樹脂パターン４２２は、コイル導体パターン３２５の一端と多端とを結ぶように形成されている。スルーホール３２６は、コイル導体パターン３２５の一端に形成されている。コイル導体パターン３２５は、磁性体グリーンシート７４上で略Ｃ字状に伸びている。

磁性体グリーンシート７５には、コイル部３０の３／４ターン分に相当するコイル導体パターン３２７と、樹脂パターン４２３と、スルーホール３２８とが形成されている。樹脂パターン４２３は、コイル導体パターン３２７の一端と多端とを結ぶように形成されている。スルーホール３２８は、コイル導体パターン３２７の一端に形成されている。コイル導体パターン３２７は、磁性体グリーンシート７５上で略Ｕ字状に伸びている。従って、磁性体グリーンシート７５は磁性体グリーンシート７３と同様の形状であって、１８０°回転させたものである。

磁性体グリーンシート７６には、コイル部３０の３／４ターン分に相当するコイル導体パターン３２９と、樹脂パターン４２４と、スルーホール３３０とが形成されている。樹脂パターン４２４は、コイル導体パターン３２９の一端と多端とを結ぶように形成されている。スルーホール３３０は、コイル導体パターン３２９の一端に形成されている。コイル導体パターン３２９は、磁性体グリーンシート７６上で略Ｃ字状に伸びている。従って、磁性体グリーンシート７６は磁性体グリーンシート７４と同様の形状であって、１８０°回転させたものである。

磁性体グリーンシート７３について、図８を参照しながらより具体的に説明する。図８は、磁性体グリーンシート７３を形成する方法を示している。まず、磁性体グリーンシート７３の短辺に沿って樹脂パターン４２１を形成する（図８の（ａ））。樹脂パターン４２１は、磁性体グリーンシート７２のスルーホール３２２（図７参照）に相当する位置から、スルーホール３２４が形成される位置にかけてコイル部３０の１／４ターン分に相当するように形成される。

続いて、スルーホール３２４が形成される（図８の（ｂ））。その後、コイル導体パターン３２３が形成される（図８の（ｃ））。コイル導体パターン３２３は、磁性体グリーンシート７２のスルーホール３２２（図７参照）に相当する位置から、スルーホール３２４が形成される位置にかけて１／２ターン分形成される。従って、各磁性体グリーンシート７３〜７６に形成するコイル導体パターン３２３〜３２９をそれぞれ３／４ターン分とすることができるので、磁性体グリーンシートの積層数を減らすことができる。

続いて、本実施形態の効果を説明するために、積層型チップビーズ１のインダクタンス値変化について説明する。比較例として用いたのは、コイル部の各部分を覆うように、コイル部と外装部との間に空隙が形成されているものである。実施例として用いたのは、上述した積層型チップビーズ１のコイル導体の巻回数を７．５ターンとしたものである。尚、比較例におけるコイル導体の巻回数も７．５ターンである。

この比較例と実施例それぞれについて、インダクタンス値の初期値と熱処理後値とを比較した。この比較結果を図９に示す。尚、検体数はいずれも３０個である。図９において、「熱処理後」とは、実装工程を仮定して、常温に対し検体に約２５０℃の温度差を与え、積層体１０の応力解放を試みたものである。

熱処理前の初期状態において応力解放が十分に行われていれば、熱処理後においてもインダクタンス値の変化は少ないはずであるが、比較例においては顕著に変化（約３０％の変動）が生じている。これは、比較例においては初期状態において応力解放が十分に行われていないことを示している。

一方、実施例においては、熱処理後においてもインダクタンス値の変化は顕著に少なくなっている（約１％の変動）。これは、実施例においては、コイル部３０間に素体のみによって囲繞されて形成されている空洞４０の作用によって、応力解放が十分に行われていることを示している。

また、従来例と実施例とにおいては共に巻回数が７．５ターンと同じであるが、初期値のインピーダンス値が従来例を基準として約５０％実施例の方が高くなっている。従って、同じインピーダンス値の積層型チップビーズを設計する場合に、実施例では直流抵抗を約半分にすることができる。また、製品寸法厚み（積層方向の厚み）も約半分にすることが可能となる。

上述した本実施形態では、積層型電子部品として積層型チップビーズを例示したが、チップインダクタ、ＬＣフィルタ、ＬＣフィルタアレイといったものに適用することも可能である。

本発明の実施形態に係る積層型チップビーズを示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る積層型チップビーズを示す断面図である。 図１の積層体の分解斜視図である。 図３の磁性体グリーンシートを説明するための図である。 本実施形態の第１変形例を説明するための図である。 本実施形態の第１変形例を説明するための図である。 本実施形態の第２変形例を説明するための図である。 本実施形態の第２変形例を説明するための図である。 本実施形態の効果を説明するための図である。

符号の説明

１…積層型チップビーズ、１０…積層体、１１…外装部、２０…端子電極、３０…コイル部、４０…空洞。

Claims (4)

1. 絶縁体を積層して形成された素体と、前記素体内部に配置されるコイル部とを備える積層型電子部品であって、
   前記コイル部を形成するコイル導体間において、前記素体のみによって囲繞される空洞が１箇所以上形成されていることを特徴とする積層型電子部品。
2. 前記素体の積層方向における前記空洞の幅ａと、前記積層方向において互いに隣接するコイル導体間の距離ｂとの比が、０＜ａ／ｂ≦１／２を満たすことを特徴とする請求項１に記載の積層型電子部品。
3. 前記素体の積層方向と直交する方向において、前記空隙の幅が前記コイル導体の幅の２／３以上となるように形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の積層型電子部品。
4. 前記空隙には前記素体の焼結温度よりも焼結温度が高い粉体が充填されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の積層型電子部品。
   
   

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