JP2012182285A - コイル部品 - Google Patents

Abstract

【課題】 コイル部品を構成する複数の材質の選択にかかわらず、焼成時に発生する応力分布を緩和し、特性の劣化や亀裂の発生を抑制すること
【解決手段】 非磁性体１１ａ，…の上面に導体パターン１２ａ，…が形成されるとともに、中央及び長辺に磁性体１３ａ，…，１４ａ，…が配置される。非磁性体の上面の所定位置に、導体パターンと同一材料（銀）からなるダミーパターン１６ａ，…を形成する。ダミーパターンは、非磁性体の上面のうち導体パターンが未形成の領域で、導体パターンとダミーパターンを合わせたパターンが長手方向並びに短手方向の中心線Ｌ１，Ｌ２を中心に略線対称になるようにし、しかもできるだけ全体的に配置するようにする。
【選択図】 図３

Description

本発明は、コモンモードチョークコイルその他の積層タイプのコイル部品に関する。

周知のように、チップ部品と呼ばれる電子部品は、面実装に使用するためリード端子を設けることなく小片形状に小型化しており、その一つにインダクタンス素子である積層インダクタがある。積層インダクタは、絶縁膜と導体パターンを適宜な順に積層することで当該内部に導体パターンが螺旋状に繋がったコイルを内蔵する矩形状のチップ本体を形成し、さらにそのチップ本体の対向２面に内蔵コイルの両端とそれぞれ接続する外部電極を設けた構成になっている。

最近のパーソナル・コンピュータなどのデジタル電子機器では、データ伝送について差動伝送方式が広く普及している。この差動伝送方式は、一対の伝送線路に逆位相の２種類の信号を一度に伝送する方式であり、外来ノイズに強くノイズ発生も少ないメリットがあって高速化データ伝送に適している。そのため、例えばＵＳＢ，ＩＥＥＥｌ３９４，ＬＶＤＳなどの多くの高速化デジタル通信に差動伝送方式が使われている。

しかし差動伝送方式では、一対の伝送線路のわずかな伝送特性の違いにより同相成分（コモンモード）が発生してノイズ電流となる問題がある。そこで、コモンモードノイズを効果的に除去するために、コモンモードチョークコイルを用いている。

コモンモードチョークコイルは、同一巻数とした２つのコイルからなり、通常の差動信号（ノーマルモード）に対しては２つのコイルに発生する磁束が打ち消し合って信号をそのまま通過させ、コモンモードに対しては２つのコイルに発生する磁束が強め合って大きなインピーダンスが生じ、このためコモンモードノイズを除去する動作となる。

このコモンモードチョークコイルとしては、コアに線材を巻く巻線タイプと、上述した積層インダクタと同様に積層体のチップ本体に所定パターンの２つのコイルを内蔵する積層タイプがある（特許文献１等参照）。この積層タイプは、巻線タイプのものに比べて小型化できることから好まれている。

図１は、積層タイプのコモンモードチョークコイルにおけるコイル部分の積層パターンの一例を示している。各層は、シート状の非磁性体１の上面に印刷積層法等により導体パターン２を形成するとともに、非磁性体１の中央及び両長辺に磁性体３，３′を配置する。磁性体３，３′の部分は、シートの上下（厚み）方向の全体に渡り形成される。

係る積層パターンが形成されたシートを用いてコモンモードチョークコイルを製造するには、当該シートと同一の平面形状からなる磁性体シートの上に図１（ａ）の第１層のシートを重ね、以後、順番に図１（ｂ）〜（ｄ）に示す各層を順番に積層し、最上層に磁性体シートを重ねることでチップ本体を製造し、そのチップ本体に対して焼成等の所定の工程を行う。また、図１（ａ）に示す第１層の２ターン分の導体パターン２と、図１（ｂ）に示す第２層の１．５ターン分の導体パターン２は、スルーホールにより接続されてコイルＡを構成する。同様に、図１（ｃ）に示す第３層の２ターン分の導体パターン２と、図１（ｄ）に示す第４層の１．５ターン分の導体パターン２は、スルーホールにより接続されてコイルＢを構成する。

また、図２（ａ）は、コモンモードチョークコイル５の平面図を示しており、上方から見るため最上層に位置する磁性体シート６のみが露出した状態となっている。そして、図２（ａ）におけるＡ−Ａ′，Ｂ−Ｂ′の部位の断面図が、図２（ｂ），（ｃ）に示すようになる。

また、各層に設けた磁性体３，３′は上下に接続され、中央に配置された磁性体３により中央ヨークが形成され、両長辺に配置された磁性体３′並びに磁性体シート６により外ヨークが形成される。

特開２００７−２７４４４号公報

積層タイプのコイル部品では、異なる複数の材質から構成され、これらを同時焼成するため、それら複数の材質の熱による収縮率や収縮率挙動が異なっていると、焼成時にチップ本体内で応力が発生し、亀裂を生じたり、磁気特性の劣化を招くおそれがある。そこで、通常、収縮率及び収縮率挙動が近い材質のものを選択し、コイル部品を製造するようにしている。

しかし、積層タイプのコモンモードチョークコイルは、導体パターン２を構成する銀と、非磁性体１と、磁性体３，３′の３つの材質から構成されるため、収縮率等が近いという条件を満たす３つの材質を選択するのが煩雑となる。しかも、コモンモードチョークコイルの特性は、コイルのインダクタンス（Ｌ）、コイル間の浮遊容量（Ｃ）、コイル間の結合により決定され、上述したコモンモードとノーマルモードで良好な特性を得るためには、大きいＬ値でコイル間の結合が良く、かつ、Ｃを小さくする必要がある。そのため、単純に収縮率及び収縮率挙動のみに着目して材質を選ぶと、コイルとしての所望の特性が得られなくなる。

さらにコモンモードチョークコイルは、上述したように２つのコイルＡ，Ｂから形成され、各層のコイルパタンの形状が異なることから、焼成時に発生する収縮率等の差に基づく応力の問題がより顕著に表れる。すなわち、図１を見ると明らかなように、各層に形成される導体パターン２が、面内で左右非対称であるため、収縮時に発生する応力の分布にばらつきが生じる。しかも、１つのコイルを構成する一方の導体パターン２が２ターンで他方の導体パターン２が１．５ターンと相違することから、非磁性体の割合が一部のみに多くなる（図２（ｂ），（ｃ）参照）。その結果、焼成時に生じる応力分布が不均一になり、特性の劣化並びに亀裂の発生がより生じやすくなる。

よって、収縮率等を合わせる方法ではなく、材質の選択にかかわらず、焼成時に発生する応力分布を緩和し、特性の劣化や亀裂の発生を抑制できるようにしたいという課題がある。

上記の課題を解決するため、本発明は、（１）絶縁層が複数積層されると共に、所定絶縁層の上面に内部コイルを形成するための導体パターンが形成されたコイル部品であって、前記導体パターンが形成された少なくとも一つの絶縁層の上面に、その導体パターンと収縮率が同等の材質からなるダミーパターンを、焼成の際の収縮に伴う応力分布を緩和するように配置した。

絶縁層は、実施形態では、非磁性体と磁性体により構成される。つまり、図３（ａ）〜（ｄ）で示す第１層から第４層のそれぞれが、本発明で言う絶縁層とその絶縁層の上面に形成された導体パターンとなる。もちろん全ての絶縁層の上面に導体パターンを設ける必要はないので、変形例で説明するように導体パターンが形成されていない絶縁層を層間に介在させても良い。また、実施形態では、導体パターンを形成した全ての絶縁層（非磁性体）の上面にダミーパターンを形成したが導体パターンを形成した絶縁層の上面にダミーパターンを設けない箇所があっても良い。

導体パターンと同等の収縮率を持つ材質からなるダミーパターンが、絶縁層の上面に配置されることから、当該絶縁層の上面に導体パターンとダミーパターンを構成する同等の収縮率を持つ材質の存在比率が高くなる。よって、焼成時に生じる熱収縮に際し、特に面内方向での応力分布のばらつきが抑えられ、全体的に均一となり、亀裂の発生や特性の劣化が抑制できる。

係る機能を発揮するためのダミーパターンを構成する材質は、導体パターンと同様に、絶縁層を構成する材質よりも剛性があり、導体パターンとダミーパターンにおいて収縮の挙動を全体的に支配するようになるとよい。

（２）前記ダミーパターンは、前記導体パターンと同一の材質で形成されるとよい。同一の材質とすることで、収縮率が一致すると共に、剛性等も十分あり、さらに、導体パターンとダミーパターンを同時形成することができるという利便性がある。

（３）前記ダミーパターンは、前記絶縁層の周辺側に形成されるようにするとよい。絶縁層の周辺は、コイルを構成する導体パターンの存在割合が少なく、また、一般に絶縁層を構成する材質の方が導体パターンよりも収縮率が大きいため、周辺部分が大きく縮んで亀裂等を発生しやすくなるが、係る部位にダミーパターンを配置することで、周辺での収縮に伴う亀裂の発生等を効果的に抑制できる。

（４）前記ダミーパターンは、前記内部コイルの外側の領域に形成されるとよい。コイルの内側は、周回するコイルが存在するため当該コイルを構成する導体パターンにより収縮の挙動が支配できる。よって、コイルの外側の領域にダミーパターンを配置することで、コイルの外側での収縮に伴う亀裂の発生等を効果的に抑制できる。

（５）前記絶縁層は、非磁性体と、その非磁性体の少なくとも前記内部コイルの中心側に配置された磁性体とを備え、前記内部コイルは、コモンモードチョークコイルを形成する複数のコイルを備えるとよい。すなわち、本発明のコイル部品は、各種のタイプに適用できるが、特に実施形態で説明するようにコモンモードチョークコイルに適用すると、構成する複数の材質の収縮率を合わせにくいといった当該コイル固有の問題を効果的に解決できるので好ましい。

本発明では、コイル部品を構成する複数の材質の収縮率等が異なっていても、焼成時に発生する応力分布を緩和し、特性の劣化や亀裂の発生を抑制できる。

従来例を示す図である。 従来例を示す図である。 本発明の好適な一実施形態における積層パターン例を示す図である。 （ａ）は本実施形態の平面図であり、（ｂ）は（ａ）図におけるＡ−Ａ′断面図、（ｃ）は（ａ）図におけるＢ−Ｂ′断面図である。

以下、図３，図４に基づいて本発明に係るコイル部品の一態様としてのコモンモードチョークコイルの好適な実施形態について説明する。本実施形態のコモンモードチョークコイルにおけるチョークコイルとして機能させるための構成は、基本的に従来のものを用いる。

すなわち、コモンモードチョークコイルは、全面が磁性体で形成された磁性体層の上に、図３（ａ）〜（ｄ）に示す各積層パターンからなる層を順次積層し、図３（ｄ）に示す第４層の上に全面が磁性体で形成された磁性体層を積層して構成される全体形状が直方体状のチップ本体を備える。磁性体層は、シート成形法により複数の磁性体シートを積層すると共に圧着させて所定厚の膜層に形成する。また、図４（ａ）は、コモンモードチョークコイルの平面図を示しており、上方から見るため最上層に位置する磁性体層のみが露出した状態となっている。そして、図４（ａ）におけるＡ−Ａ′，Ｂ−Ｂ′の部位の断面図が、図４（ｂ），（ｃ）に示すようになる。各層の基本構成は、以下の通りである。

第１層は、図３（ａ）に示すように、矩形の非磁性体１１ａの上面に印刷積層法等により２ターン分の渦巻き状の導体パターン１２ａを形成するとともに、非磁性体１１ａの中央及び両長辺に磁性体１３ａ，１４ａを配置する。

より具体的には、導体パターン１２ａは、その一端１２ａ′が矩形状の非磁性体１１ａの一方の短辺の端部側に位置し、その一端１２ａ′からクランク状に折り曲がりながら中央に向かって進み、さらに中央の磁性体１３ａの周囲を外側から内側に周回しながら進み、他端１２ａ″が当該磁性体１３ａに近接するようなパターンに形成される。また、非磁性体１１ａの中央に貫通孔１１ａ′が設けられ、その貫通孔１１ａ′内に磁性材料が充填されて磁性体１３ａが形成される。さらに、非磁性体１１ａの両長辺の外側に、帯状の磁性体１４ａを隣接配置する。これにより、磁性体１３ａ，１４ａの部分は、非磁性体１１ａのシートの上下（厚み）方向の全体に渡り形成される。

第２層は、図３（ｂ）に示すように、矩形の非磁性体１１ｂの上面に印刷積層法等により１．５ターン分の渦巻き状の導体パターン１２ｂを形成するとともに、非磁性体１１ｂの中央及び両長辺に磁性体１３ｂ，１４ｂを配置する。より具体的には、導体パターン１２ｂは、その一端１２ｂ′が矩形状の非磁性体１１ｂの短辺（第１層の導体パターン１２ａの一端１２ａ′が位置する短辺と反対側）の端部側に位置し、その一端１２ｂ′からクランク状に折り曲がりながら中央に向かって進み、さらに中央の磁性体１３ｂの周囲を外側から内側に周回しながら進み、他端１２ｂ″が当該磁性体１３ｂに近接するようなパターンに形成される。この他端１２ｂ″は、第１層の導体パターン１２ａの他端１２ａ″の上方に重なるように配置される。そして他端１２ｂ″の形成位置に対応して非磁性体１１ｂにスルーホール或いはビア（非磁性体１１ｂの上下に貫通するホール内に導電体（ここでは銀）を充填）が形成される。これにより、第２層を第１層の上に積層して形成した際には、当該スルーホール（ビア）を介して第１層の導体パターン１２ａと第２層の導体パターン１２ｂが導通し、３．５ターン分のコイルＡを構成する。

また、非磁性体１１ｂの中央に貫通孔１１ｂ′が設けられ、その貫通孔１１ｂ′内に磁性材料が充填されて磁性体１３ｂが形成される。さらに、非磁性体１１ｂの両長辺の外側に、帯状の磁性体１４ｂを隣接配置する。これにより磁性体１３ｂ，１４ｂの部分は、非磁性体１１ｂのシートの上下（厚み）方向の全体に渡り形成される。これにより、第２層を第１層の上に積層して形成した際には、中央の磁性体１３ａ，１３ｂ同士、並びに外側の磁性体１４ａ，１４ｂ同士が接続される。

第３層は、図３（ｃ）に示すように、矩形の非磁性体１１ｃの上面に印刷積層法等により２ターン分の渦巻き状の導体パターン１２ｃを形成するとともに、非磁性体１１ｃの中央及び両長辺に磁性体１３ｃ，１４ｃを配置する。導体パターン１２ｃは、基本的に第１層に設けた導体パターン１２ａと同じパターン（特に、コイルの本体部分となる中央の磁性体１３ａ，１３ｃの周囲を周回する部分）に形成する。よって、導体パターン１２ｃの他端１２ｃ″の形成位置も、導体パターン１２ａの他端１２ａ″の形成位置に一致する。そして、外部の引き出しパターン部分となる導体パターン１２ｃの一端１２ｃ′の形成位置が、導体パターン１２ａの一端の形成位置と同一の短辺における他端側にし、両一端１２ａ′，１２ｃ′は、当該短辺の中点を基準に点対称の位置に設けられる。

磁性体１３ｃ，１４ｃについては、各層に設けた磁性体１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂと同様である。これにより、第２層の上に第３層を形成した場合、中央の磁性体１３ｂ，１３ｃ同士、並びに外側の磁性体１４ｂ，１４ｃ同士が接続される。また、導体パターン１２ｃの下側には、非磁性体１１ｃが存在しているので、第２層の導体パターン１２ｂと、第３層の導体パターン１２ｃは非導通となる。

第４層は、図３（ｄ）に示すように、矩形の非磁性体１１ｄの上面に印刷積層法等により１．５ターン分の渦巻き状の導体パターン１２ｄを形成するとともに、非磁性体１１ｄの中央及び両長辺に磁性体１３ｄ，１４ｄを配置する。導体パターン１２ｄは、基本的に第２層に設けた導体パターン１２ｂと同じパターン（特に、コイルの本体部分となる中央の磁性体１３ｂ，１３ｄの周囲を周回する部分）に形成する。よって、導体パターン１２ｄの他端１２ｄ″の形成位置も、導体パターン１２ａの他端１２ａ″ひいては導体パターン１２その他端１２ｃ″の形成位置に一致する。また、この他端１２ｄ″の形成位置の非磁性体１１ｄには、スルーホール或いはビアを形成する。これにより、第４層を第３層の上に積層して形成した際には、当該スルーホール（ビア）を介して第３層の導体パターン１２ｃと第４層の導体パターン１２ｄが導通し、３．５ターン分のコイルＢを構成する。

また、外部の引き出しパターン部分となる導体パターン１２ｄの一端１２ｄ′の形成位置が、導体パターン１２ｃの一端１２ｃ′の形成位置と同一の短辺における他端側にし、両一端１２ｂ′，１２ｄ′は、当該短辺の中点を基準に点対称の位置に設けられる。

磁性体１３ｄ，１４ｄについては、各層に設けた磁性体１３ａ〜１３ｃ，１４ａ〜１４ｃと同様である。これにより、第２層の上に第３層を形成した場合、中央の磁性体１３ｃ，１３ｄ同士、並びに外側の磁性体１４ｃ，１４ｄ同士が接続される。よって、４層分の中央の磁性体１３ａ〜１３ｄは全て繋がるため、図４に示すように中央ヨーク（中足磁性部）を構成する。また、４層分の外側の磁性体１４ａ〜１４ｄは全て繋がるため、外足磁性部を構成し、上下の磁性体層１５と共に外ヨークを構成する。

ここで本発明では、各非磁性体１１ａ〜１１ｄの上面の所定位置に、ダミーパターン１６ａ〜１６ｄを形成する。ダミーパターン１６ａ〜１６ｄは、導体パターン１２ａ〜１２ｄを構成する材質（本実施形態では銀）の熱による収縮率や収縮率挙動と等しいか近い材質で構成する。本実施形態では、導体パターン１２ａ〜１２ｄとダミーパターン１６ａ〜１６ｄは同一の材質、すなわち、銀により形成している。

このように同一の材質のものを用いることで、導体パターン１２ａ〜１２ｄとダミーパターン１６ａ〜１６ｄは、印刷積層法により同時にパターン印刷して製造することができるため、使用するマスクパターンを変えるだけで従来と同じ工程で製造することができる。しかも、導体パターン１２ａ〜１２ｄとダミーパターン１６ａ〜１６ｄを同じ材質で形成すると、熱による収縮率等も同じになるので同時焼成時の熱による挙動も一致するので好ましい。また、ダミーパターン１６ａ〜１６ｄが導電性を有することになったため、導体パターン１２ａ〜１２ｄとダミーパターン１６ａ〜１６ｄは非接触・非導通状態にする。

ダミーパターン１６ａ〜１６ｄは、非磁性体１１ａの上面のうち、導体パターン１２ａが未形成の領域で、導体パターン１２ａ〜１２ｄとダミーパターン１６ａ〜１６ｄを合わせたパターンが長手方向並びに短手方向の中心線Ｌ１，Ｌ２を中心に線対称に近くなるようにし、しかもできるだけ全体的に配置するようにしている。さらに、ダミーパターン１６ａ〜１６ｄは、各層単位で上記の線対称等の条件を満たすとともに、各層同士もできるだけ等しいパターン配置となるようにしている。

また、本実施形態では非磁性体１１ａ〜１１ｄは矩形状とし、導体パターン１２ａ〜１２ｄの一端をコイルの中心から離しているため、非磁性体１１ａ〜１１ｄの短辺側近傍に導体パターン１２ａ〜１２ｄの未形成領域が存在する。そこで、係る未形成領域にダミーパターン１６ａ〜１６ｄが多く形成される。さらに、ダミーパターン１６ａ〜１６ｄは、長手方向に延びる帯状パターン形状としている。さらにまた、ダミーパターン１６ａ〜１６ｄは、非磁性体の外周縁に達しない配置とし、外部と導通することを抑制している。 これにより、図４（ｂ），（ｃ）から明らかなように、各層内での非磁性体に対する導体パターン及びダミーバターンを構成する部材の分布状態が均一になり、当該部材が全体的に存在することになる。その結果、焼成時に生じる熱収縮の応力分布が緩和され、亀裂の発生や特性の劣化を抑えることができる。すなわち、非磁性体・磁性体に比べて剛性の強い銀が全体的に配置されることで、焼成時のチップ部品全体の熱収縮・収縮挙動は、係る銀による影響が全体的に働く。よって、非磁性体を構成する材質及びまたは磁性体を構成する材質と、導体パターン・ダミーパターンを構成する銀の収縮率や収縮挙動が一致していなくても、特に面内方向の応力分布が緩和され、上述したように亀裂の発生や特性劣化を抑制することができる。

さらに、ダミーパターン１６ａ〜１６ｄは、長手方向に延びる帯状パターン形状としたため、非磁性体の収縮挙動によって係る長手方向に他の部位より大きく収縮するのを抑制する。
導体パターンは上述したものに限ることはなく、ターン数その他は要求される仕様に合わせて適宜変更できる。また、ダミーパターンの配置も適宜変更実施可能である。

＜適用するコイル部品の変形例＞
上述した実施形態のコモンモードチョークコイルは、第１層から第４層までを順に積層する例を説明したが、本発明のダミーパターンを用いるコモンモードチョークコイルの基本構成は、上記のものに限ることはなく各種のものに適用できる。例えば、各層の間に導体パターンが形成されていない絶縁層（非磁性層＋磁性層）を介在させる構成を採ってもよい。

また、２つのコイルを構成する層を、特許文献１等に示すコイルのように交互に配置するものでも良い。すなわち、上述した実施形態では、第１層と第２層でコイルＡを形成し、第３層と第４層でコイルＢを形成したが、第１層と第３層でコイルＡを形成し、第２層と第４層でコイルＢを形成するようにしてもよい。

さらに、いずれの場合も、両長辺側に磁性体を配置し、外足磁性部を形成することで、図４（ｂ），（ｃ）から明らかなように中央の磁性体１３ａ〜１３ｄ，磁性層１５及び外側の磁性体１４ａ〜１４ｄで閉磁路を構成するタイプとしたが、外側の磁性体を設けない開磁路タイプのものでも良い。

もちろん、各層の平面形状も長方形に限ることはなく、正方形でも良い。さらには、コモンモードチョークコイルに限ることなく、通常の１つのコイルを備えた積層インダクタその他のコイル部品に適用することもできる。

１１ａ〜１１ｄ 非磁性体
１２ａ〜１２ｄ 導体パターン
１３ａ〜１３ｄ 磁性体
１４ａ〜１４ｄ 磁性体
１５ 磁性体層
１６ａ〜１６ｄ ダミーパターン

Claims (5)

1. 絶縁層が複数積層されると共に、所定絶縁層の上面に内部コイルを形成するための導体パターンが形成されたコイル部品であって、
   前記導体パターンが形成された少なくとも一つの絶縁層の上面に、その導体パターンと収縮率が同等の材質からなるダミーパターンを、焼成の際の収縮に伴う応力分布を緩和するように配置したことを特徴とするコイル部品。
2. 前記ダミーパターンは、前記導体パターンと同一の材質で形成されることを特徴とする請求項１に記載のコイル部品。
3. 前記ダミーパターンは、前記絶縁層の周辺側に形成されることを特徴とする請求項１または２に記載のコイル部品。
4. 前記ダミーパターンは、前記内部コイルの外側の領域に形成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のコイル部品。
5. 前記絶縁層は、非磁性体と、その非磁性体の少なくとも前記内部コイルの中心側に配置された磁性体とを備え、
   前記内部コイルは、コモンモードチョークコイルを形成する複数のコイルを備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のコイル部品。

Images