JP2013162100A

JP2013162100A - 積層インダクタ

Info

Publication number: JP2013162100A
Application number: JP2012025607A
Authority: JP
Inventors: Ichiro Yokoyama; 一郎横山; Taisuke Suzuki; 泰輔鈴木; Yasuyuki Taki; 康之田木; Kazuhiko Oyama; 和彦大山
Original assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Current assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Priority date: 2012-02-08
Filing date: 2012-02-08
Publication date: 2013-08-19
Also published as: PH12013000046B1; KR20150132048A; KR101593599B1; US20130200979A1; US9007160B2; PH12013000046A1; KR20150028980A; KR101646505B1; KR20130091671A

Abstract

【課題】コア面積変化を小さくすることができ、Ｌ値バラツキが小さい積層インダクタの提供。
【解決手段】複数の絶縁体層Ａ１〜Ａ９からなる積層体と、前記積層体の内部にスパイラル状に形成されたコイル導体とを備え、前記コイル導体は絶縁体層に形成された導体パターンＢ１〜Ｂ５と絶縁体層を貫通し複数の導体パターンを電気的に接続するビアホール導体Ｃ１〜Ｃ４とを有し、一部の絶縁体層に形成された導体パターンは略矩形状の４つの頂点を含み一辺の一部を欠くＣ字状パターンＢ２、Ｂ４であり、他の一部の絶縁体層に形成された導体パターンは前記略矩形状における前記Ｃ字状パターンにて欠けた一辺の一部に相当するＩ字状パターンＢ３であり、前記Ｃ字状パターンが形成された絶縁体層と前記Ｉ字状パターンが形成された絶縁体層とが積層体の少なくとも一部において隣接している、積層インダクタ。
【選択図】図１

Description

本発明は積層インダクタに関する。

近年、電子機器の小型化、マルチバンド化にともない、積層インダクタには小型化、高Ｑ化、インダクタンス値の狭ステップ、狭偏差が望まれている。従来、積層インダクタは複数のスクリーンマスクから得られる複数の導体パターン、あるいは、同一スクリーンマスクをシフトさせることにより得られる複数の導体パターン、を組み合わせてコイルを形成してきた。図４は従来技術による積層インダクタの一例の模式分解図であり、絶縁体層Ａ２２〜Ａ２７にそれぞれ所定形状の導体パターンＢ２１〜Ｂ２６が形成され、これらをビアホール導体Ｃ２１〜Ｃ２５が電気的に接続することにより、積層体中にスパイラル状に形成されたコイル導体を備える積層インダクタが構成される。ここで、スクリーンマスクの精度、機械精度により、各パターンの積層位置にズレが生じ、コイルのコア面積が変化することを介して、インダクタのＬ値中央ズレやＬ値バラツキが発生する可能性があった。

特許文献１によれば、コイル導体の一部によって形成されるコア面積を残余の部分によって形成される最小コア面積より小さくしたことを特徴とする積層インダクタの発明が開示されている。これにより、導体パターンの積層ずれによって生ずるＬ値のバラツキがコア面積の小さいコイル導体のターン数に依存することになり、コア面積の小さいコイル導体を形成している導体パターンは導体パターン全体の中の一部にすぎないことを考慮すると、Ｌ値のバラツキが少ない、許容電流値の大きい、小型の積層インダクタを提供することができるとされている

特開平１１−３４００４２号公報

特許文献１の構成では、形成コア面積を小さくすることに制限が生じるため、小型のインダクタの提供が困難である。本発明は、コア面積変化を小さくすることができ、Ｌ値バラツキが小さい積層インダクタを提供することを課題とする。

本発明者らが鋭意検討した結果、以下の内容の本発明を完成した。
本発明の積層インダクタは複数の絶縁体層からなる積層体と、前記積層体の内部にスパイラル状に形成されたコイル導体とを備える。コイル導体は絶縁体層に形成された導体パターンと、絶縁体層を貫通し複数の導体パターンを電気的に接続するビアホール導体と、を有する。一部の絶縁体層に形成された導体パターンは略矩形状の４つの頂点を含み一辺の一部を欠くＣ字状パターンである。他の一部の絶縁体層に形成された導体パターンは前記略矩形状における前記Ｃ字状パターンにて欠けた一辺の一部に相当するＩ字状パターンである。このＣ字状パターンが形成された絶縁体層とＩ字状パターンが形成された絶縁体層とが積層体の少なくとも一部において隣接している。

好ましくは、絶縁体層からなる積層体の外側には外部電極が形成され、コイル導体は外部電極と電気的に接続される引出部と引出部以外のコイル本体とを有し、コイル本体における導体パターンは前記Ｃ字状パターンと前記Ｉ字状パターンとの組合せのみからなる。別途好ましくは、Ｉ字状パターンの長さが前記略矩形状の４辺の長さの合計の３０％以下である。

本発明によれば、コア面積変化が小さく、Ｌ値のバラツキが小さいインダクタを得ることができる。具体的には、Ｃ字状パターンにより、略矩形状のコイル導体が規定する面積がほぼ決定するため、複数の絶縁体層に形成された導体パターンのずれによる面積変化が小さくなり、Ｌ値のバラツキが小さくなる。この発明は略矩形状の面積が小さくても適用することができるので、Ｌ値のバラツキの小さい積層インダクタの小型化にも寄与し得る。

本発明による積層インダクタの一例の模式分解図である。本発明による積層インダクタの一例の模式斜視透視図である。コンピュータシミュレーション結果を示すグラフである。従来技術による積層インダクタの一例の模式分解図である。

以下、図面を適宜参照しながら本発明を詳述する。但し、本発明は図示された態様に限定されるわけでなく、また、図面においては発明の特徴的な部分を強調して表現することがあるので、図面各部において縮尺の正確性は必ずしも担保されていない。

本発明の積層インダクタは複数の絶縁体層からなる積層体と、前記積層体の内部にスパイラル状に形成されたコイル導体とを備える。図１は本発明による積層インダクタの一例の模式分解図である。絶縁体層Ａ２〜Ａ６には導体パターンＢ１〜Ｂ５が形成されている。異なる絶縁体層に形成された導体パターンはビアホール導体Ｃ１〜Ｃ４によって相互に電気的に接続されており、これらビアホール導体Ｃ１〜Ｃ４は少なくとも１層の絶縁体層を貫通している。図面中、黒丸で表現する箇所においてビアホール導体が絶縁体層を貫通している。導体パターンＢ１〜Ｂ５とビアホール導体Ｃ１〜Ｃ４によってスパイラル状に形成されたコイル導体が構成される。

図２は本発明による積層インダクタの一例の模式斜視透視図である。上述した、複数の絶縁体層からなる積層体１２の両端に外部電極Ｄ１およびＤ２が形成されている。図１における導体パターンＢ１およびＢ５（図２では描写を省略）は、絶縁体層からなる積層体の端部にまで達しており、図２に描写された外部電極Ｄ１およびＤ２にそれぞれ電気的に接続されている。本発明では、これら外部電極への電気的な接続のための導体パターンを引出部と呼ぶ。引出部以外の導体パターンおよびビアホール導体をコイル本体と呼ぶ。図１の態様では、導体パターンＢ２〜Ｂ４およびビアホール導体Ｃ２、Ｃ３がコイル本体を構成する。

本発明によれば、後述するＣ字状パターンが形成された絶縁体層とＩ字状パターンが形成された絶縁体層とが積層体の少なくとも一部において隣接している。好ましくは、コイル本体はＣ字状パターンおよびＩ字状パターンの組合せのみからなる。

Ｃ字状パターンは、略矩形状の４つの頂点を含み、かつ、当該略矩形状の一辺の一部を欠く導体パターンである。図１の態様では、Ｃ字状パターンは符号Ｂ２、Ｂ４で表される。略矩形状には、図１のような矩形状のものや、楕円形状のものなど矩形近似可能な形状が包含される。Ｃ字状パターンが略矩形状の４つの頂点を含むということは、図１の場合のように、４つの頂点を含む場合や、略矩形状が明確な頂点を持たない場合における矩形近似したときに頂点であると認識しうる箇所を含む場合を含む。Ｃ字状パターンは略矩形状の一辺の一部を欠く。このように、Ｃ字状パターンはコア面積の大部分を規定する。

Ｉ字状パターンは、略矩形状におけるＣ字状パターンにて欠けた一辺の一部に相当する。図１の態様では、Ｉ字状パターンは符号Ｂ３で表される。略矩形状の実際の形状に適合して、Ｉ字状パターンは、図１に示すような直線であってもよいし、あるいは、楕円形状の一部をなす曲線状であってもよい。好ましくは、Ｉ字状パターンの長さが略矩形状の４辺の長さの合計の３０％以下であり、より好ましくは１０〜２０％である。換言すると、Ｉ字状パターンの長さは、Ｃ字状パターンの長さの好ましくは３／７以下である。なお、本発明の効果を損なわない限り、Ｉ字状パターンの長さをＣ字状パターンにて欠けた部分の長さよりも長くして電気的接続をより確実にしてもよい。

本発明によれば、少なくとも１箇所において、Ｃ字状パターンが形成された絶縁体層とＩ字状パターンが形成された絶縁体層とが隣接している。これにより、１ターンの略矩形状のコイルが構成される。このとき、Ｃ字状パターンがコア面積を主として確定するので、コア面積の精度の大部分はＣ字状パターンの形成精度（印刷精度等）に依存するのであって、隣接する他のパターンの精度や積層時の位置精度などはコア面積の精度に殆ど影響しなくなる。本発明による積層インダクタ１０では、インダクタンス値の変化を低減できる。一般に、インダクタンス値Ｌは、コイル長をl、コア面積をＳとしたとき、（Ｓ／ｌ）に比例する。このため、コア面積Ｓのバラツキが小さい積層インダクタ１０では、インダクタンス値変化が小さくなる。このため、積層インダクタ全体としてコア面積の精度が向上させやすくなり、インダクタンスのバラツキを小さくすることができる。

図１の態様では１つのＣ字状パターンと１つのＩ字状パターンとで１ターンのコイル導体を構成し、さらに１つのＣ字状パターンが設けられている。この態様を「Ｃ−Ｉ−Ｃ」と記載する。本発明によれば、１枚のＣ字状パターンと１枚のＩ字状パターンとをＣ−Ｉ−Ｃ−Ｉ−・・・というように積層してもよいし、少なくとも１方のパターンを複数にして、例えば、Ｃ−Ｃ−Ｉ−Ｃ−Ｃ−Ｉ−・・・や、Ｃ−Ｉ−Ｉ−Ｃ−Ｉ−Ｉ−・・・のように積層してもよい。

本発明によれば、コイル導体のコイル本体には少なくとも１組のＣ−Ｉという隣接した積層構造を有していればよく、例えば、インダクタの値を調節するために部分的にＵ字状のパターンを積層してもよい。好適態様によれば、コイル導体のコイル本体は全てＣ字状パターンとＩ字状パターンとの組合せのみから構成される。

以下、より具体的な実施態様を説明するが、この説明は本発明を限定するものではない。ここで、積層インダクタ１０の積層方向をｚ軸方向と定義し、積層インダクタ１０の短辺に沿った方向をx軸方向と定義し、積層インダクタ１０の長辺に沿った方向をy軸方向と定義する。ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸は互いに直交している。積層インダクタ１０は、積層体１２および外部電極Ｄ１、Ｄ２を備えている。外部電極Ｄ１、Ｄ２はそれぞれ、コイル導体に電気的に接続されており、ｚ軸方向に延在し、かつ、互いに対向している積層体１２の側面に設けられている。本実施形態では、外部電極Ｄ１、Ｄ２は、y軸方向の両端に位置する２つの側面を覆うように設けられている。積層体１２は、絶縁体層Ａ１〜Ａ９がｚ軸方向に積層されて構成されている。絶縁体層Ａ１〜Ａ９は、この態様ではガラスを主成分とする素材により作製されており、長方形状を有している。コイル導体は旋廻しながらｚ軸方向に進行するスパイラル状であり、導体パターンＢ１〜Ｂ５及びビアホール導体Ｃ１〜Ｃ４を含んでいる。導体パターンＢ１〜Ｂ５はそれぞれ、絶縁体層Ａ２〜Ａ６の主面上に形成されており、絶縁体層Ａ１、Ａ７〜Ａ９と共に積層されている。各導体パターンは、Ａｇに例示される導電性材料からなる。導体パターンＢ１、Ｂ５は引出部である。導体パターンＢ１、コイル導体Ｂ５はそれぞれ、外部電極Ｄ１、Ｄ２に接続されている。導体パターンＢ２、Ｂ５は導体パターンＢ３を介して接続されている。導体パターンＢ１とＢ２、導体パターンＢ４とＢ５が接続されることにより、外部電極Ｄ１、Ｄ２が電気的に接続されている。なお、各導体パターンはビアホール導体Ｃ１〜Ｃ４によりそれぞれ接続されている。

ここで、絶縁体層はガラスを主成分とする素材の他、フェライト、誘電体セラミックス、軟磁性合金粒子を用いた磁性体、または磁性体粉を混合した樹脂等を用いてもよい。

このような積層インダクタの典型的な製法を例示する。本発明はこの製法に限定されない。絶縁体層Ａ１〜Ａ９の前駆体である絶縁性材料グリーンシートを複数用意する。グリーンシートは、ガラス等を主原料とする絶縁性材料スラリーをドクターブレード法等によりフィルム上に塗布することで形成される。グリーンシートの厚みは特に限定なく、好ましくは５〜３０μｍであり、例えば１８μｍである。絶縁体層Ａ２〜Ａ５となる絶縁性材料グリーンシートの所定の位置、すなわちビアホール導体Ｃ１〜Ｃ４が形成される予定の位置に、レーザー加工等によってスルーホールをそれぞれ形成する。そして、導体パターンＢ１〜Ｂ５の前駆体である導電性ペーストを、絶縁体層Ａ２〜Ａ６となる絶縁性材料グリーンシートのそれぞれの所定の位置に、スクリーンマスク等にて印刷する。導電性ペーストの主成分としては、銀、銅等の金属などが挙げられる。

続いて、絶縁体層Ａ１〜Ａ１５となる絶縁性材料グリーンシートを図１に示される順序に従って積層し、積層方向に圧力を加えて絶縁性材料グリーンシートを圧着する。そして、この圧着した絶縁性材料グリーンシートをチップ単位に切断した後に、所定温度（例えば、８００℃〜９００℃程度）にて焼成を行い、積層体１２を形成する。続いて、この積層体１２に外部電極Ｄ１、Ｄ２を形成する。これにより、電子部品１０が形成されることとなる。外部電極Ｄ１、Ｄ２は、積層体１２の長手方向の両端面にそれぞれ銀や銅などを主成分とする電極ペースト塗布して、所定温度（例えば、６８０℃〜９００℃程度）で焼き付けを行い、さらに電気めっきを施すことにより形成される。この電気めっきとしては、Ｃｕ、Ｎｉ及びＳｎ等を用いることができる。以上の工程を経て積層インダクタ１０が完成する。

本発明の効果をより明確なものとするために行ったコンピュータシミュレーションの結果を以下に説明する。具体的には、第１のモデル（実施例）として、Ｃ字状パターンとＩ字状パターンとでコイル本体を構成したものである。ここで、I字状パターンは一周回（１ターン）の１４％の長さにした。第２のモデル（比較例）は、１／２周回のコイル導体を接続した構造からなる。また、第１のモデル及び第２のモデルのサイズは、０．６ｍｍ×０．３ｍｍ×０．３ｍｍであり、コイル導体は、５０μｍの線幅、８μｍの厚みを有する銀電極である。

このコンピュータシミュレーションでは、第１のモデルおよび第１のモデルのコイル導体Ｉ字状パターンの位置をｘ方向に±５μｍ、ｙ方向に＋５μｍ移動させた場合の各モデル、第２のモデルおよび第２のモデルの１つのコイル導体をｘ方法に＋５μｍ、ｙ方向に±５μｍ移動させた場合のモデルに対して入力する信号の周波数が５００ＭＨｚでの、第１、第２のモデルのインダクタンス値を計算した。結果を図３に示す。図中、○のプロットは第１のモデルでずれのない場合の結果、◆のプロットは第１のモデルのｙ方向に＋５μｍ移動させた場合の結果、□のプロットは第２のモデルでずれのない場合の結果、▲のプロットは第２のモデルのｙ方向に＋５μｍ移動させた場合の結果、●のプロットは第２のモデルのｙ方向に−５μｍ移動させた場合の結果である。

第１のモデル（実施例）では、５００ＭＨｚの周波数を有する信号が入力したときのインダクタンス値の最大変化量は０．７％であり、第２のモデル（比較例）では、５００ＭＨｚの周波数を有する信号が入力したときのインダクタンス値の最大変化量は２．２％である。実施例の方が、インダクタンス値の変化が小さいことがわかる。したがって、本シミュレーションにより、Ｃ字状パターンとＩ字状パターンとが隣接する構造を有する積層インダクタでは、インダクタンス値変化が小さくなることが判明した。

１０積層インダクタ、Ａ１〜Ａ９絶縁体層、Ｂ１〜Ｂ５導体パターン、Ｃ１〜Ｃ４ビアホール導体、Ｄ１、Ｄ２外部電極。

Claims

複数の絶縁体層からなる積層体と、前記積層体の内部にスパイラル状に形成されたコイル導体とを備え、前記コイル導体は絶縁体層に形成された導体パターンと絶縁体層を貫通し複数の導体パターンを電気的に接続するビアホール導体とを有し、
一部の絶縁体層に形成された導体パターンは略矩形状の４つの頂点を含み一辺の一部を欠くＣ字状パターンであり、他の一部の絶縁体層に形成された導体パターンは前記略矩形状における前記Ｃ字状パターンにて欠けた一辺の一部に相当するＩ字状パターンであり、
前記Ｃ字状パターンが形成された絶縁体層と前記Ｉ字状パターンが形成された絶縁体層とが積層体の少なくとも一部において隣接している、
積層インダクタ。
前記積層体の外側に形成された外部電極を有し、前記コイル導体は外部電極と電気的に接続される引出部と引出部以外のコイル本体とを有し、コイル本体における導体パターンは前記Ｃ字状パターンと前記Ｉ字状パターンとの組合せのみからなる、請求項１記載の積層インダクタ。
前記Ｉ字状パターンの長さが前記略矩形状の４辺の長さの合計の３０％以下である請求項１又は２記載の積層インダクタ。