JP2008270383A - インダクタンス部品とその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、磁性体層を有するインダクタンス部品において、その磁性体層の一部に渦電流が発生しやすかった。
【解決手段】本発明のインダクタンス部品は、感光性樹脂部の中に、コイル部と、複数個の短冊状のスリットを有する磁性体層と、を一度に内蔵することで、これらの部材を寸法バラツキの発生を抑えながら高精度に作製することができ、特性のバラツキを抑えられる。また磁性体層に短冊状のスリットを複数個、磁性体層中央部と外周部とが均一になるように、形成することで磁性体層外周部付近での渦電流の発生を大幅に抑制することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば携帯電話の電源回路に用いられるインダクタンス部品に関するものである。

従来、この種のインダクタンス部品は、図５（図５（Ａ）（Ｂ）は、それぞれ従来のインダクタンス部品の上面図及び断面図である）に示すごとく、シート状の素体１内にはコイル２が形成され、このコイル２には端子３が電気的に接続されており、素体１の上面、下面には磁性体層４が形成されていた。

そして、この磁性体層４には、図５に示すごとく、磁性体層４の中央部から放射状に広がるスリット５を設けることにより渦電流６の発生を抑制していた。

なお、この出願に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開２００３−２０３８１３号公報

このような従来のインダクタンス部品は渦電流を防止しきれていないことが問題となっていた。

すなわち、上記従来の構成においては、磁性体層４における外周部付近において、複数のスリット５の間隔が広がってしまう。その結果として、磁性体層４における外周部付近における渦電流６の発生を防止しきれていなかった。

そこで本発明は、磁性体層を有するインダクタンス部品において、その渦電流の発生の抑制効果を高めることを目的とする。

この目的を解決するために、感光性樹脂部の中に、コイル部と、複数個の短冊状のスリットを有する磁性体層と、を内蔵してなるインダクタ部品としたものである。

本発明のインダクタンス部品は、感光性樹脂部の中に、コイル部と、複数個の短冊状のスリットを有する磁性体層と、を一度に内蔵することで、これらの部材を寸法バラツキの発生を抑えながら高精度に作製することができ、特性のバラツキを抑えられる。

また必要に応じて磁性体からなる中脚と外脚とを、感光性樹脂部の中に、コイル部と、複数個の短冊状のスリットを有する磁性体層と、を一度に内蔵することで、これらの部材を寸法バラツキの発生を抑えながら高精度に作製することができ、インダクタンス部品の特性アップを実現する。

そして前記コイルに発生した磁束に対して、中脚と外脚と、短冊状のスリットを有する磁性体層を用いることで、飽和密度を高めることができ、インダクタンス部品の高周波特性を高めることができる。また磁性体層に短冊状のスリットを複数個、磁性体層中央部と外周部とが均一になるように、形成することで磁性体層外周部付近での渦電流の発生を大幅に抑制することができる。

（実施の形態）
以下、本発明の実施の形態１におけるインダクタンス部品について図面を参照しながら説明する。

図１（Ａ）（Ｂ）は、それぞれ本発明の実施の形態におけるインダクタンス部品の斜視図とその上面図である。図１において、１１はインダクタンス部品、１２は外部電極部、１３は磁性層部、１４はスリット、１５は補助線、１６は樹脂部である。

図１（Ａ）に示すように、インダクタンス部品１１の上面あるいは下面（望ましくは上下の両面共）には、磁性層部１３を形成している。そして磁性層部１３には、短冊状のスリット１４を複数個形成している。なお短冊状のスリット１４は、図１（Ａ）（Ｂ）に示すように、互いに一定距離ずれるように（あるいは段違いになるよう）に形成することが望ましい。なお短冊の幅は、絶縁されれば良いので１ミクロン以上あればよい。１ミクロン未満の場合、高精度が要求されるためコストアップになる可能性がある。また幅が５０ミクロンを超えると、磁性層部１３の面積比率を下げるため、製品性能に影響を与える可能性がある。そのためその幅は５０ミクロン以下（望ましくは２０ミクロン以下）が適当である。なおスリット１４は短冊状としたが、幅が５０ミクロン以下の場合、点線状と呼んでも良い。

また図１（Ａ）に示すように、インダクタンス部品１１の両側面には樹脂部１６を、前後面には半田付け等のための外部電極部１２を形成している。

なお補助線１５は、インダクタンス部品１１の上面の中心を示すものであり、図１（Ａ）（Ｂ）に示すように、複数個のスリット１４は、互いに平行な状態でインダクタンス部品１１の中心部に向かって略平行に形成している（なお複数個のスリットは、互いが一定角度で傾いた放射状とするより、略平行なものとすることが望ましい。こうすることで、複数個のスリット１４の形成密度を一定に保てる）。

図１（Ｂ）は、インダクタンス部品１１の上面図であり、特に磁性層部１３に形成したスリット１４の形状を説明するものである。図１（Ｂ）に示すように、磁性層部１３の両端には、外部電極部１２の一端を形成しても良い。こうすることで、半田フィレットの形成性を高めることができ、チップ立ちを防止できる。

例えばインダクタンス部品１１を、１００５（外形寸法が１．０ｍｍ×０．５ｍｍ×０．５ｍｍ）より小さい形状で、図１のように作製した場合、図１（Ｂ）に示すように外部電極部１２の一端を、磁性層部１３の形成面にも形成することで、半田フィレットの形成性を高められ、実装性（更には半田付け強度）を高める効果が得られる。

次に図２を用いて、インダクタンス部品１１の内部構造の一例について説明する。図２は、実施の形態のインダクタンス部品１１の断面図の一例である。図２において、１７はコイル部、１８は中脚、１９は外脚である。コイル部１７は銅等からなる電極で、コイル状としている。またコイル部１７は、複数層を積み重ね、その間をビア（層間接続部）で接続したものとしても良い。またコイル部１７の両端は、複数の外部電極部１２にそれぞれ電気的に接続している（接続部は図示していない）。

中脚１８と外脚１９は、磁性体から形成する。インダクタンス部品１１において、中脚１８と外脚１９を設けることで、コイル部１７が形成するコイルによって発生させる磁力線の効率を高める。

なお求めるインダクタンス部品に特性に応じて、中脚１８を省略する、あるいは外脚１９を省略する、あるいは中脚１８と外脚１９の両方を省略しても良い。このように中脚１８や外脚１９を省略することで、その分、インダクタンス部品の小型化が可能になる。なお中脚１８や外脚１９を省略した場合でも、磁性層部１３に形成したスリット１４によって、渦電流の発生を抑制し、高周波特性を改善することができる。

そして図２に示すように、中脚１８、外脚１９、磁性層部１３を樹脂部１６に内蔵（あるいは樹脂部１６で覆う）する。これらを樹脂部１６に内蔵し、外部と絶縁することで、これら磁性層部１３に金属磁性層等の導電性を有する部材を用いることができ、プリント配線板等にインダクタンス部品１１を実装性した際の電気絶縁性を確保できる。なお外部電極部１２の一部は、樹脂層１６から露出させているが、これは半田等による接続のためである。

ここで、コイル部１７が形成するコイルは一層でも構わないが、本実施の形態においては２層の平面コイルとしている。そして上層の平面コイルを形成するコイル部１７は、その一端が一方の外部電極部１２に接続され、そしてそのもう一端は内周方向へ渦巻状に巻回し、層間を接続するビア部分によって、下層の渦巻き状のコイルパターンに接続し、その先端をもう一方の外部電極部１２に接続している。

ここで、コイル部１７が形成するコイルパターンは、互いに同方向に巻回することが望ましい。これは、異なる平面で発生した同士が打ち消し合わないためであり、大きなインダクタンス値を実現することができるためである。

ここで、各磁性層部１３の厚みは、その厚み方向における渦電流の発生を防止するために、スキンデプスの２倍未満の厚みにしている。

さらに、スリット１４の間隔も、磁性層部１３の形成平面方向における渦電流の発生を防止するために、スキンデプスの２倍未満の厚みにしている。

なお図２に示すごとく、磁性層部１３はコイル部１７が形成するコイルパターンの巻回平面に対して略平行に配置している。こうすることで、コイル部１７の中心部分から発生した磁束が、中脚１８や外脚１９を介してコイル部１７の上方、あるいは下方に発散する際に、その通り道に高透磁率の磁性層部１３を配置するためである。なお磁性層部１３のスリット１４には、樹脂部１６を充填している。これは磁性層部１３のスリット１４部分を電気的に絶縁するためであり、こうすることで磁性層部１３に発生する渦電流を抑制する。

次に、図３〜図４を用いて、磁性層部１３に形成するスリット１４の効果について説明する。

図３（Ａ）〜（Ｃ）は、それぞれ磁性層部１３に設けたスリット１４の効果について説明するインダクタンス部品１１の上面図及びその拡大図である。図３（Ａ）に示すように、複数のスリット１４は、互いに略平行な状態で、中央部に向かうパターンで並べることが望ましい。

図３（Ｂ）は、矢印２０ａで示す図３（Ａ）の補助線１５部分の拡大図である。図３（Ｂ）において、矢印２０ｂは磁力線、矢印２０ｃは磁力線２０ｂによって発生する渦電流をそれぞれ模式的に示すものである。図３（Ｂ）（Ｃ）あるいは矢印２０ａに示すように、磁性層部１３に複数個のスリット１４を形成することで、磁力線２０ｂの大きさ（例えばその幅）を小さく抑えることができる。その結果、渦電流の発生を抑え、インダクタンス部品１１の飽和磁気密度や高周波特性を改善できる。

なおスリット１４の方向は、図３（Ｂ）（Ｃ）に示すように、磁力線２０ｂの方向に平行にすることが望ましい。こうして渦電流の発生を防止できる。なおインダクタンス部品１１の内部に形成したコイルパターン（図示していない）は、その効率を高めるために丸ではなくて、長方形（あるいは各コーナーに丸みを持たせた長丸、あるいはコーナーＲ付き長方形）とすることが望ましい。そしてこうしたコイル部１７の直線部分に対して、スリット１４が略垂直になるように並べることで、その効率を高められる。なお必要に応じてコイルの角の部分相当部だけを、局所的にスリット１４が略垂直になるよう、図３（Ａ）に示すように角度を変えても良い。

次に図４を用いて、更に詳しく説明する。図４（Ａ）（Ｂ）は、それぞれスリット１４を段違いにする効果について説明する図及びその部分拡大図である。矢印２０ａが示す図４（Ｂ）は、スリット１４を段違いにした状態での渦電流の発生の様子を説明する図、矢印２０ａが示す図４（Ｃ）は、スリット１４を段違いでない状態での渦電流の発生の様子を示す図である。図４（Ｂ）に示すように、スリット１４を段違いにすることで、矢印２０ｃに示すように発生した渦電流の幅は小さく抑えられる。一方、図４（Ｃ）に示すように、スリット１４を段違いでない状態にする場合、矢印２０ｃに示すように発生する渦電流の幅は、大きくなってしまう。これは渦電流の幅がスリット１４で抑えられないためである。なお図４（Ｃ）は、図４（Ａ）の補助線１５の部分の部分拡大図であるが、説明の関係で図４（Ａ）のスリット１４の方向に対して、図４（Ｃ）のスリット１４の方向は対応していない。

このようにスリット１４を短冊状とすることで、インダクタンス部品１１の形状に応じて磁性層部１３に略同一密度で均一に形成することができる。なおスリット１４は、一本の長い直線形状とするより、短冊状のものが複数個、直線状に並ぶ形状とすることが望ましい。短冊状とすることで単位平面当たりの磁性体層の面積率を高めることができ、インダクタンス部品１１の特性を高められる。

なお、磁性層部１３におけるスリット１４の形状及びその配置は、互いに同一とすることが望ましい。一部でも磁束が通りにくい部分があると、その部分にインダクタンス値が制限されてしまうからである。

なお樹脂部１６として感光性樹脂を用い、これを一種の永久レジスト（樹脂部としてインダクタンス部品１１を構成する一部となる）とすることが望ましい。そして感光性樹脂からなる樹脂部１６の中に、コイル部１７と、磁性体からなる中脚１８と外脚１９と、短冊状のスリット１４を有する磁性層部１３を作り込むことで、これらを高精度に一括して製造することができる。そしてこうして一括作製した後、これらをチップ部品上に所定形状に分割する工程を経ることで、個々のインダクタンス部品１１を製造する。こうしてコイル部１７や、中脚１８、外脚１９、磁性層部１３等の寸法精度を高めることができ、特性のバラツキを抑える効果が得られる。

なおコイル部１７や外部電極部１２は、めっき法（電気めっき法、あるいは感光性樹脂を用いたダマシン法等）によって一体化形成することが望ましい。これらを一体物として、作製することで、接続箇所を減らし、物理的強度を高めることができる。また電気抵抗を抑えることができるため、インダクタンス部品１１のＱ値（Ｑ値は、インダクタンス部品の特性の目安）を高くする効果も得られる。

なお磁性層部１３に設けたスリット１４の内部や周囲を樹脂部１６で覆うことで、熱収縮率の均一化が可能となり、半田実装時等の加熱時での応力集中を防止できるため、高い信頼性を得ることができる。

またスリット１４と、磁性層部１３との接触面積が増し、それらの密着性を高めることができる。

なお、本実施の形態においては、コイル部１７の上方、下方にそれぞれ１枚の磁性層部１３を配置する構成としているが、それ以上の層数（あるいは多層）で構成することにより、高いインダクタンス値を得ることができる。また、コイル部１７の上方と下方とで、形成する磁性体層の層数を異ならせてもかまわないが、コイル部１７の上方、下方の一方に磁束が流れにくい部分があると、その部分にインダクタンス値が制限されてしまうため、同じ厚みの磁性体層を用いるのであれば、コイル部１７の上方、下方とも同じ層数に、異なる厚みの磁性体層を用いるのであれば、その厚みの合計がコイル部１７によって形成したコイルの上方と下方とで等しくなるように配置することが望ましい。

なおコイル部１７の断面は方形ではなく円形でもかまわないが、方形の方がコイルや配線としての断面積を大きくとることができるため、その結果として銅損を低減することができるため望ましい。

なお、コイル部１７からなるコイル部分等の厚みを１０μｍ以上とすることにより大電流に対応するために望ましい。

なお、磁性層部１３の材料としては、鉄または鉄合金からなる組成の金属磁性材料を用いることが、磁束密度、磁気損失の観点から好ましい。この磁性層部１３に鉄合金を用いた場合、鉄の組成比を３０質量％以上とすることが望ましい。これは磁性層部１３に含まれる鉄の含有量を３０質量％以上にすることで、高飽和磁束密度、かつ低保磁力という磁気特性を実現することができるためである。また、ニッケル量を８０％付近にすると高透磁率とすることができ、大きなインダクタンス値を得ることができ望ましい。

また磁性層部１３に用いる鉄合金としては、ＦｅＮｉ，ＦｅＮｉＣｏ，ＦｅＣｏのうちいずれか一つを含む組成からなる金属磁性材料を用いることが、高磁束密度、低磁気損失の観点からより好ましい。

また磁性層部１３の作製には、例えば電気めっき法を使用することができる。

このとき、電気めっき工程に用いるめっき浴にはＦｅイオンあるいはその他の金属イオンを含有させておく。

また磁性層部１３と、中脚１８や外脚１９を同じ磁性体から形成することも可能であるが、別々の部材としても良い。例えば中脚１８や外脚１９は、磁性粉体（あるいはこれらを硬化型のペースト状）としても良い。

なお、めっき浴の各種添加剤として、応力緩和剤、ピット防止剤、錯化剤を入れておくことが好ましい。この応力緩和剤としては例えばサッカリンが挙げられる。サッカリンは、スルホン酸塩を含有する物質であるため、その効果を発揮することができる。このような応力緩和剤を入れることで、磁性層部１３を厚く形成してもクラックが発生しない、均一性に優れた磁性層部１３を形成することができる。例えば、応力緩和剤としてサッカリンを用いた場合、めっき浴中に０．１〜５ｇ／Ｌ含有させておくことでその効果を見ることができるが、電流密度等のめっき条件によって応力緩和作用を発揮する量は変化するので適宜条件設定をすることで制御することが可能である。

また、錯化剤としては、各種金属イオンを安定化するために、アミノ酸、モノカルボン酸、ジカルボン酸、トリカルボン酸をはじめとした有機分子や無機分子を含有させることで金属イオンと安定な錯体を形成することができる。

このようなめっき浴を用いて電解めっき法によって鉄合金膜を形成するが、陽極を分離しためっき装置を用いる、あるいは磁場中でめっきを行う等の工夫をすることにより、磁気特性に優れた鉄合金膜を形成することが可能となる。

以上のようにして、感光性樹脂からなる樹脂部１６の中に、コイル部１７と、複数個の短冊状のスリット１４を有する磁性層部１３と、を内蔵してなるインダクタ部品を提供することで、インダクタ部品における渦電流の発生を抑制でき、その高周波特性を高める。

あるいは、感光性樹脂からなる樹脂部１６の中に、コイル部１７と、磁性体からなる中脚１８と外脚１９と（あるいは中脚１８もしくは外脚１９のどちらか一方）と、複数個の短冊状のスリット１４を有する磁性層部１３と、を内蔵してなるインダクタ部品を提供することで、インダクタ部品における渦電流の発生を抑制でき、その高周波特性を高める。

更にコイル部１７と、その両端に形成した外部電極部１２と、磁性体からなる中脚１８と外脚１９と、短冊状の複数個のスリット１４を有する磁性層部１３の一部以上を、感光性樹脂からなる樹脂部１６に内蔵することで、これらを高精度に作製することができ、インダクタンス部品１１の特性バラツキを抑えられる。また磁性層部１３に複数個の短冊状のスリット１４を形成することで、渦電流の発生を抑制でき、その高周波特性を高める。

そしてインダクタンス部品１１を、少なくとも感光性樹脂からなる樹脂部１６の中に、コイル部１７と、磁性体からなる中脚１８と外脚１９と、短冊状のスリット１４を有する磁性層部１３を作り込む工程によって作製することで、これらを高精度に作製でき、特性のバラツキを抑えられる。そして、その後、所定形状に分割することで、生産性良くインダクタンス部品１１を製造できる。

本発明のインダクタンス部品は、磁性体層外周部付近における渦電流を抑制することができるという特徴を有し、携帯電話等の各種電気機器において有用である。

（Ａ）（Ｂ）は、それぞれ本発明の実施の形態におけるインダクタンス部品の斜視図とその上面図 実施の形態のインダクタンス部品の断面図 （Ａ）〜（Ｃ）は、それぞれ磁性層部に設けたスリットの効果について説明するインダクタンス部品の上面図、拡大上面図、拡大上面図 （Ａ）〜（Ｃ）は、それぞれスリットを段違いにする効果について説明する上面図、拡大上面図、拡大上面図 （Ａ）（Ｂ）は、それぞれ従来のインダクタンス部品の上面図及び断面図

符号の説明

１１ インダクタンス部品
１２ 外部電極部
１３ 磁性層部
１４ スリット
１５ 補助線
１６ 樹脂部
１７ コイル部
１８ 中脚
１９ 外脚
２０ 矢印

Claims (7)

1. 感光性樹脂部の中に、コイル部と、複数個の短冊状のスリットを有する磁性体層と、を内蔵してなるインダクタンス部品。
2. 感光性樹脂部の中に、コイル部と、磁性体からなる中脚と外脚と、複数個の短冊状のスリットを有する磁性体層と、を内蔵してなるインダクタンス部品。
3. 感光性樹脂部の中に、コイル部と、磁性体からなる中脚もしくは外脚のどちらか一方と、複数個の短冊状のスリットを有する磁性体層と、を内蔵してなるインダクタンス部品。
4. コイル部と、その両端に形成した外部電極部と、磁性体からなる中脚と外脚と、短冊状の複数個のスリットを有する磁性体層と、これらの一部以上を覆う感光性樹脂部と、から構成したインダクタンス部品。
5. スリットの間隔をスキンデプスの２倍未満にした請求項１〜４のいずれか一つに記載のインダクタンス部品。
6. コイル部の中心に対して、複数個の短冊状のスリットは、互いに略平行状態で互い違いに配列している請求項１〜４のいずれか一つに記載のインダクタンス部品。
7. 少なくとも、
   感光性樹脂の中に、コイル部と、磁性体からなる中脚と外脚と、短冊状のスリットを有する磁性体層を作り込む工程と、
   所定形状に分割する工程と、を有するインダクタンス部品の製造方法。

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