JP2011014709A

JP2011014709A - 電子部品

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Publication number: JP2011014709A
Application number: JP2009157374A
Authority: JP
Inventors: Osamu Matsumoto; 治松本
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2009-07-02
Filing date: 2009-07-02
Publication date: 2011-01-20

Abstract

【課題】直流重畳特性をより向上させることができる電子部品を提供する。
【解決手段】積層体は、複数の絶縁体層１６が積層されてなる。コイルＬは、絶縁体層１６上に設けられているコイル導体層１８により構成されている。複数のコイル導体層１８は、互いに接続されることにより、螺旋状のコイルＬを構成し、かつ、ｚ軸方向から平面視したときに、一つの環状の軌道を形成しているコイル導体層であって、線幅Ｗ１と該線幅Ｗ１よりも太い線幅Ｗ２とに一定周期Ｔで変化する形状をなしている。複数のコイル導体層１８の外縁は、軌道の内周及び外周において一致した状態で重なり合っている。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子部品に関し、より特定的には、コイルを内蔵している積層体を備えている電子部品に関する。

従来の電子部品としては、例えば、特許文献１に記載の開磁路型積層コイル部品（以下、単に積層コイル部品と呼ぶ）が知られている。図６は、特許文献１に記載の積層コイル部品５００の断面構造図である。

積層コイル部品５００は、積層体５０２、外部電極５０４ａ，５０４ｂ及びコイルＬを備えている。積層体５０２は、磁性体層が積層されて構成されている。外部電極５０４ａ，５０４ｂは、積層体５０２の互いに対向する側面に設けられている。コイルＬは、積層体５０２に内蔵され、かつ、外部電極５０４ａ，５０４ｂに接続されている。更に、積層コイル部品５００では、磁気飽和の発生を抑制するために、積層体５０２には、コイルＬを横切るように非磁性体層５０６が設けられている。以上のような積層コイル部品５００では、コイルＬが発生した磁束は、非磁性体層５０６を通過するようになる。そのため、積層体５０２内において磁束密度が高くなりすぎて磁気飽和が発生することが抑制される。これにより、積層コイル部品５００は、優れた直流重畳特性を有している。

ところで、電子部品では、更なる直流重畳特性の向上の要求が存在する。

特開２００５−２５９７７４号公報

そこで、本発明の目的は、直流重畳特性をより向上させることができる電子部品を提供することである。

本発明の一形態に係る電子部品は、複数の絶縁体層が積層されてなる積層体と、前記絶縁体層上に設けられているコイル導体層により構成されているコイルと、を備え、前記コイル導体層は、積層方向から平面視したときに、線幅が周期的に変化する形状をなす線状導体層であること、を特徴とする。

本発明によれば、直流重畳特性を向上させることができる。

本発明の実施形態に係る電子部品の外観斜視図である。図１の電子部品の積層体の分解図である。図２の絶縁体層が積層されたときの透視図である。図４（ａ）は、図３のＢ−Ｂにおける断面構造図であり、図４（ｂ）は、図３のＣ−Ｃにおける断面構造図である。シミュレーション結果を示したグラフである。特許文献１に記載の積層コイル部品の断面構造図である。

以下に、本発明の実施形態に係る電子部品について説明する。

（電子部品の構成）
本発明の一実施形態に係る電子部品の構成について説明する。図１は、本発明の実施形態に係る電子部品１０の外観斜視図である。図２は、一実施形態に係る電子部品１０の積層体１２の分解図である。図２では、コイル導体層１８が形成された絶縁体層１６のみを記載してある。図３は、図２の絶縁体層１６が積層されたときの透視図である。以下、電子部品１０の積層方向をｚ軸方向と定義し、電子部品１０に長辺に沿った方向をｘ軸方向と定義し、電子部品１０の短辺に沿った方向をｙ軸方向と定義する。

電子部品１０は、図１及び図２に示すように、積層体１２、外部電極１４（１４ａ，１４ｂ）、及び、コイルＬ（図１には図示せず）を備えている。積層体１２は、直方体状をなしており、コイルＬを内蔵している。外部電極１４ａは、ｘ軸方向の負方向側に位置する積層体１２の側面に設けられている。外部電極１４ｂは、ｘ軸方向の正方向側に位置する積層体１２の側面に設けられている。すなわち、外部電極１４ａ，１４ｂは、積層体１２の互いに対向する側面に設けられている。

積層体１２は、図２に示すように、絶縁体層１６（１６ａ〜１６ｉ）がｚ軸方向の正方向側からこの順に積層されていることにより構成されている。また、実際には、絶縁体層１６ａよりもｚ軸方向の正方向側及び絶縁体層１６ｉのｚ軸方向の負方向側にはそれぞれ、複数層の絶縁体層が外層として設けられている。ただし、外層に相当する絶縁体層には、コイル導体やビアホール導体などは形成されていないので図示を省略する。絶縁体層１６は、磁性体材料（例えば、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライト）からなり、長方形状をなしている。また、絶縁体層１６の一部は、非磁性体材料からなっていてもよい。絶縁体層１６は、コイルＬが設けられている内層を構成している。

コイルＬは、図２に示すように、積層体１２に内蔵されているコイル導体層１８（１８ａ〜１８ｉ）及びビアホール導体ｂ１〜ｂ８が接続されることにより構成されている。コイルＬは、ｚ軸方向と平行なコイル軸を有する螺旋状のコイルである。

コイル導体層１８ａ〜１８ｉはそれぞれ、図２に示すように、絶縁体層１６ａ〜１６ｉのｚ軸方向の正方向側の主面上に設けられている。コイル導体層１８はそれぞれ、図３に示すように、互いに重なり合うことにより長方形状の環状の軌道Ｒを形成しており、７／８ターンのターン数を有している線状導体である。ただし、コイル導体層１８ｉは、１／２ターンのターン数を有している。コイル導体層１８ａ〜１８ｈは、長方形状の軌道の１／８ターン分（すなわち、一辺の半分）が切り欠かれた形状をなしている。以下では、コイル導体層１８において、ｚ軸方向の正方向側から平面視したときに、時計回り方向（以下、矢印Ａ方向と称す）の上流側の端部を上流端とし、矢印Ａ方向の下流側の端部を下流端とする。なお、コイル導体層１８のターン数は、７／８ターンに限らない。よって、コイル導体層１８のターン数は、例えば、１／２ターンであってもよいし、３／４ターンであってもよい。

また、コイル導体層１８ａは、図２に示すように、絶縁体層１６ａのｘ軸方向の負方向側の短辺に引き出されることにより、外部電極１４ａに接続されている。コイル導体層１８ｉは、絶縁体層１６ｉのｘ軸方向の正方向側の短辺に引き出されることにより、外部電極１４ｂに接続されている。

ビアホール導体ｂ１〜ｂ８は、図２に示すように、絶縁体層１６ａ〜１６ｈをｚ軸方向に貫通するように設けられており、ｚ軸方向に隣り合っているコイル導体層１８同士を接続している。具体的には、ビアホール導体ｂ１は、絶縁体層１６ａをｚ軸方向に貫通し、コイル導体層１８ａの下流端及びコイル導体層１８ｂの上流端に接続されている。ビアホール導体ｂ２は、絶縁体層１６ｂをｚ軸方向に貫通し、コイル導体層１８ｂの下流端及びコイル導体層１８ｃの上流端に接続されている。ビアホール導体ｂ３は、絶縁体層１６ｃをｚ軸方向に貫通し、コイル導体層１８ｃの下流端及びコイル導体層１８ｄの上流端に接続されている。ビアホール導体ｂ４は、絶縁体層１６ｄをｚ軸方向に貫通し、コイル導体層１８ｄの下流端及びコイル導体層１８ｅの上流端に接続されている。ビアホール導体ｂ５は、絶縁体層１６ｅをｚ軸方向に貫通し、コイル導体層１８ｅの下流端及びコイル導体層１８ｆの上流端に接続されている。ビアホール導体ｂ６は、絶縁体層１６ｆをｚ軸方向に貫通し、コイル導体層１８ｆの下流端及びコイル導体層１８ｇの上流端に接続されている。ビアホール導体ｂ７は、絶縁体層１６ｇをｚ軸方向に貫通し、コイル導体層１８ｇの下流端及びコイル導体層１８ｈの上流端に接続されている。ビアホール導体ｂ８は、絶縁体層１６ｈをｚ軸方向に貫通し、コイル導体層１８ｈの下流端及びコイル導体層１８ｉの上流端に接続されている。

以上のように構成された電子部品１０では、絶縁体層１６ａ〜１６ｉがｚ軸方向の正方向側からこの順に積層されることにより、コイル導体層１８ａ〜１８ｉがビアホール導体ｂ１〜ｂ８により接続され、螺旋状のコイルＬが形成されている。このとき、図３に示すように、ｚ軸方向から平面視したときに、コイル導体層１８ａ〜１８ｉは、互いに重なり合って長方形状の環状の軌道Ｒを形成している。

ここで、電子部品１０は、直流重畳特性をより向上させるための構造を有している。より詳細には、コイル導体層１８は、図２及び図３に示すように、ｚ軸方向から平面視したときに、線幅が周期的に変化する形状をなしている。本実施形態では、コイル導体層１８は、図２に示すように、線幅Ｗ１と線幅Ｗ１よりも太い線幅Ｗ２とに一定周期Ｔで変化する形状をなしている。コイル導体層１８がこのような周期的構造を有するために、コイル導体層１８の外縁は、図２に示すように、コイル導体層１８の線幅方向の外側に突出する半円Ｃ１と内側に突出する半円Ｃ２とが交互に並ぶ波形状をなしている。更に、コイル導体層１８の外縁は、図３に示すように、軌道Ｒの内周Ｒ１及び外周Ｒ２において一致した状態で重なっている。すなわち、内周Ｒ１と外周Ｒ２の波形状は、線幅方向の外側に突出する半円Ｃ１と内側に突出する半円Ｃ２とが交互に並んだ形状をなしずれを有していない。

また、コイル導体層１８が７／８ターンのターン数を有しているので、ビアホール導体ｂ１〜ｂ８は、図３に示すように、軌道Ｒの各角及び各辺の中点に設けられている。そして、前記一定周期Ｔは、図３に示すように、ｚ軸方向から平面視したときに、軌道Ｒ上において、最も近接しているビアホール導体間の距離Ｐよりも短い。軌道Ｒ上において最も近接しているビアホール導体間の距離Ｐとは、具体的には、軌道Ｒの短辺上に位置しているビアホール導体（ビアホール導体ｂ３，ｂ４、ビアホール導体ｂ４，ｂ５、ビアホール導体ｂ７，ｂ８、ビアホール導体ｂ１，ｂ８）間の距離である。

（電子部品の製造方法）
以下に、電子部品１０の製造方法について図２を参照しながら説明する。

まず、絶縁体層１６となるべきセラミックグリーンシート及び外層に相当する絶縁体層となるべきセラミックグリーンシートを準備する。具体的には、酸化第二鉄（Ｆｅ₂Ｏ₃）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）及び酸化銅（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８００℃で１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て、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（酢酸ビニル、水溶性アクリル等）と可塑剤、湿潤材及び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ドクターブレード法により、キャリアシート上にシート状に形成して乾燥させ、絶縁体層１６となるべきセラミックグリーンシート及び外層に相当する絶縁体層となるべきセラミックグリーンシートを作製する。

次に、絶縁体層１６ａ〜１６ｈとなるべきセラミックグリーンシートのそれぞれに、ビアホール導体ｂ１〜ｂ８を形成する。具体的には、絶縁体層１６ａ〜１６ｈとなるべきセラミックグリーンシートにレーザビームを照射してビアホールを形成する。更に、ビアホールに対して、Ａｇ，Ｐｄ，Ｃｕ，Ａｕやこれらの合金などの導電性材料からなるペーストを印刷塗布などの方法により充填して、ビアホール導体ｂ１〜ｂ８を形成する。

次に、絶縁体層１６ａ〜１６ｉとなるべきセラミックグリーンシート上に、導電性材料からなる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、コイル導体層１８ａ〜１８ｉを形成する。該導電性材料からなるペーストは、例えば、Ａｇに、ワニス及び溶剤が加えられたものである。なお、コイル導体層１８ａ〜１８ｉを形成する工程とビアホールに対して導電性材料からなるペーストを充填する工程とは、同じ工程において行われてもよい。

次に、絶縁体層１６ａ〜１６ｉとなるべきセラミックグリーンシート及び外層に相当する絶縁体層となるべきセラミックグリーンシートを積層して未焼成のマザー積層体を得る。具体的には、絶縁体層１６ａ〜１６ｉとなるべきセラミックグリーンシートを１枚ずつ積層及び仮圧着する。圧着条件は、１．０ｔ／ｃｍ²〜１．２ｔ／ｃｍ²の圧力及び３秒間から３０秒間程度の時間である。この後、未焼成のマザー積層体に対して、静水圧プレスにて本圧着を施す。

次に、マザー積層体をカット刃により所定寸法の積層体１２にカットする。これにより未焼成の積層体１２が得られる。この未焼成の積層体１２には、脱バインダー処理及び焼成がなされる。脱バインダー処理は、例えば、低酸素雰囲気中において５００℃で２時間の条件で行う。焼成は、例えば、８７０℃〜９００℃で２．５時間の条件で行う。

以上の工程により、焼成された積層体１２が得られる。積層体１２には、バレル加工が施されて、面取りが行われる。その後、Ａｇを主成分とする導電性材料からなる電極ペーストを、積層体１２の表面に塗布する。そして、塗布した電極ペーストを約８００℃の温度で６０分間の条件で焼き付ける。これにより、外部電極１４ａ，１４ｂとなるべき銀電極を形成する。

最後に、銀電極の表面に、Ｎｉめっき／Ｓｎめっきを施すことにより、外部電極１４ａ，１４ｂを形成する。以上の工程を経て、図１に示すような電子部品１０が完成する。

（効果）
電子部品１０によれば、以下に説明するように、直流重畳特性の向上を図ることができる。図４（ａ）は、図３のＢ−Ｂにおける断面構造図であり、図４（ｂ）は、図３のＣ−Ｃにおける断面構造図である。Ｂ−Ｂは、コイル導体層１８が線幅Ｗ２を有する位置であり、Ｃ−Ｃは、コイル導体層１８が線幅Ｗ１を有する位置である。

コイルＬに電流が流れると、各コイル導体層１８を周回するように磁束が発生する。ここで、図４（ａ）においてコイル導体層１８ａ，１８ｂの周囲に発生している磁束を磁束φ１，φ２とし、図４（ｂ）においてコイル導体層１８ａ，１８ｂの周囲に発生している磁束を磁束φ３，φ４とする。このとき、磁束φ３，φ４の磁束の長さ（磁路長）は、磁束φ１，φ２の磁路長よりも短い。一方、図４（ａ）におけるコイル導体層１８ａ，１８ｂに流れる電流値と図４（ｂ）におけるコイル導体層１８ａ，１８ｂに流れる電流値は等しいので、図４（ａ）における磁束φ１，φ２の本数と図４（ｂ）における磁束φ３，φ４の本数とは等しい。そのため、コイル導体層１８において線幅Ｗ１である部分の磁束密度は、コイル導体層１８において線幅Ｗ２である部分の磁束密度よりも大きくなる。すなわち、電子部品１０では、コイルＬにおいて、磁束密度の高い部分が発生する。これにより、コイルＬにおいてより大きなインダクタンス値を得ることが可能となる。その結果、電子部品１０において、直流重畳特性の向上を図ることができる。

本願発明者は、電子部品１０において直流重畳特性の向上を図ることができることを明確にするために、以下に説明するコンピュータシミュレーションを行った。具体的には、図１及び図２に示す構造を有する電子部品１０を第１のモデルとして作製した。また、電子部品１０においてのコイル導体層１８の外縁が波状ではなく直線になっている比較例の電子部品を第２のモデルとして作製した。図５は、シミュレーション結果を示したグラフである。縦軸はインダクタンス値を示し、横軸は電流値を示している。以下に、シミュレーション条件を列挙する。

チップサイズ：２５ｍｍ×２０ｍｍ×１０ｍｍ
ターン数：７．５ターン
線幅：２３０μｍ
コイル導体層厚：３０μｍ
コイル導体層ピッチ：４５μｍ
半円Ｃ１，Ｃ２の半径：５０μｍ
一定周期Ｔ：１００μｍ
線幅Ｗ１：２３０μｍ
線幅Ｗ２：３３０μｍ
第２のモデルの線幅：２３０μｍ

図５によれば、第１のモデルの方が第２のモデルよりもインダクタンス値が大きいことが分かる。更に、電流値が大きくなった場合には、第１のモデルのインダクタンス値及び第２のモデルのインダクタンス値は、ともに略同じ大きさだけ減少していることが分かる。第１のモデルのインダクタンス値のほうが第２のモデルのインダクタンス値よりも大きいので、第１のモデルでのインダクタンス値の減少率は、第２のインダクタンス値の減少率よりも小さい。すなわち、第１のモデルの方が優れた直流重畳特性を有していることが分かる。

また、電子部品１０によれば、以下に説明するように、より大きなインダクタンス値を得ることができる。図４（ａ）において、磁束φ５は、コイル導体層１８ａ〜１８ｉにおいて線幅Ｗ２の部分の周囲全体を周回する磁束であり、図４（ｂ）において、磁束φ６は、コイル導体層１８ａ〜１８ｉにおいて線幅Ｗ１の部分の周囲全体を周回する磁束である。

コイル導体層１８の外縁は、図３に示すように、軌道Ｒの内周Ｒ１及び外周Ｒ２において一致した状態で重なっている。そのため、ｚ軸方向から平面視したときに、互いに重なり合っているコイル導体層１８の外縁の凹凸が一致している。このとき、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、コイル導体層１８ａ〜１８ｉの全体を周回する磁束φ５，φ６が発生する。そして、磁束φ５，φ６は、コイル導体層１８ａ〜１８ｉに沿って周回するので、磁束φ６の磁路長は、磁束φ５の磁路長よりも短い。故に、電子部品１０では、コイル導体層１８ａ〜１８ｉにおいて線幅Ｗ１の部分の方がコイル導体層１８ａ〜１８ｉにおいて線幅Ｗ２の部分の方よりも、磁束密度が大きくなる。すなわち、電子部品１０では、磁束密度が高い部分が発生し、大きなインダクタンス値を得ることができる。

なお、コイル導体層１８の外縁は、軌道Ｒの内周Ｒ１及び外周Ｒ２において一致した状態で重なっていないと、以下に説明するように、より大きなインダクタンス値を得ることが困難である。より詳細には、軌道Ｒの内周Ｒ１及び外周Ｒ２において一致した状態で重なっていないと、コイル導体層１８において線幅Ｗ１の部分とコイル導体層１８において線幅Ｗ２の部分とがｚ軸方向において重なってしまう。この場合、コイル導体層１８において線幅Ｗ１の部分近傍を通過する磁束（例えば、磁束φ６）は、コイル導体層１８において線幅Ｗ２の部分によって遮られてしまう。すなわち、コイル導体層１８ａ〜１８ｉの全体を周回する磁束は、例えば、磁束φ５のように長い磁路長を有してしまう。すなわち、軌道Ｒの内周Ｒ１及び外周Ｒ２において一致した状態で重なっていないと、磁束密度が高い部分が発生しにくくなり、大きなインダクタンス値を得ることが困難になる。以上より、電子部品１０では、コイル導体層１８の外縁が、軌道Ｒの内周Ｒ１及び外周Ｒ２において一致した状態で重なっているので、より大きなインダクタンス値を得ることが可能である。ただし、コイル導体層１８の外縁が、軌道Ｒの内周Ｒ１及び外周Ｒ２において一致していないことを妨げるものではない。

なお、コイル導体層１８の外縁は、半円が繋がった形状に限らない。したがって、コイル導体層１８の外縁は、サインカーブ、コサインカーブ、又は、矩形が繋がった形状であってもよい。

本発明は、電子部品に有用であり、直流重畳特性をより向上させることができる点において優れている。

Ｌコイル
Ｒ軌道
Ｗ１，Ｗ２線幅
ｂ１〜ｂ８ビアホール導体
１０電子部品
１２積層体
１４ａ，１４ｂ外部電極
１６ａ〜１６ｉ絶縁体層
１８ａ〜１８ｉコイル導体層

Claims

複数の絶縁体層が積層されてなる積層体と、
前記絶縁体層上に設けられているコイル導体層により構成されているコイルと、
を備え、
前記コイル導体層は、積層方向から平面視したときに、線幅が周期的に変化する形状をなす線状導体層であること、
を特徴とする電子部品。
複数の前記コイル導体層は、互いに接続されることにより、螺旋状の前記コイルを構成し、かつ、積層方向から平面視したときに、一つの環状の軌道を形成していると共に、第１の線幅と該第１の線幅よりも太い第２の線幅とに周期的に変化する形状をなしており、
前記複数のコイル導体層の外縁は、積層方向から平面視したときに、前記軌道の内周及び外周において一致した状態で重なり合っていること、
を特徴とする請求項１に記載の電子部品。
前記複数のコイル導体層の線幅は、前記第１の線幅と前記第２の線幅とに一定周期で変化していること、
を特徴とする請求項２に記載の電子部品。
前記コイルは、
積層方向に隣り合っている前記複数のコイル導体層を接続する複数のビアホール導体を、
更に含み、
前記一定周期は、積層方向から平面視したときに、前記軌道上において、最も近接している２つの前記ビアホール導体間の距離よりも短いこと、
を特徴とする請求項３に記載の電子部品。