JP2013183009A

JP2013183009A - 積層型コイル部品

Info

Publication number: JP2013183009A
Application number: JP2012045638A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Sato; 高弘佐藤; Yoshikazu Sakaguchi; 義一坂口; Shusaku Umemoto; 周作梅本; Takashi Suzuki; 孝志鈴木
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2012-03-01
Filing date: 2012-03-01
Publication date: 2013-09-12
Anticipated expiration: 2032-03-01
Also published as: JP6028340B2

Abstract

【課題】高いＱ値を得ることができる積層型コイル部品を提供する。
【解決手段】端子電極６を形成する素体２の端面２ａのうち、コイル部配置層１０の端面１０ａは、素体２の内側へ向かって湾曲している。従って、端子電極６を形成するためにディップ工程を行う際、電極ペーストＰＳがコイル部配置層１０の端面１０ａの湾曲部に溜まることで、湾曲部の底部ＤＰ付近において側面２ｃ側へ濡れ上がる電極ペーストの量を抑えることができる。位置決め層１１で位置決めを行うことによって、正確にディップ工程を行うことができる。以上によって、端子電極６の側面２ｃ側への回り込み部６ｂのライン性がよくなることで寸法管理がし易くなると共に、当該回り込み部６ｂがコイル部３に近づきすぎることを防止できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、積層型コイル部品に関する。

従来の積層型コイル部品として、例えば特許文献１に記載されているものが知られている。この積層型コイル部品では、ガラスセラミックのシート上にコイル導体の導体パターンを形成し、各シートを積層すると共に各シートにおけるコイル導体を電気的に接続し、焼成することによって内部にコイル部が配置された素体が形成される。また、素体の両端面に、コイル部の端部と電気的に接続された端子電極が形成されている。

特開平１１−２９７５３３号公報

ここで、積層型コイル部品においては、端子電極は素体の端面を覆うと共に、素体の側面に回り込んで当該側面の一部を覆う。ここで、素体の側面での端子電極の広がりが大きい（すなわち、素体の側面への回り込み量が多い）と、素体内のコイル部と端子電極とが近づいてしまうことにより、Ｑ（quality factor）値が低くなってしまう場合があった。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、高いＱ値を得ることができる積層型コイル部品を提供することを目的とする。

本発明に係る積層型コイル部品は、複数のコイル導体によって素体の内部に形成されるコイル部と、素体の端面を覆うと共に、素体の側面における端面側の一部を覆う端子電極と、を備え、素体は、内部にコイル部が配置される、ガラスセラミックスからなるコイル部配置層と、コイル部配置層を挟むように少なくとも一対設けられる最外層によって構成され、端子電極を形成する際の位置決めの基準となる位置決め層と、を有し、位置決め層は、コイル部配置層よりも薄く、コイル部配置層の端面は、素体の内側へ向かって湾曲していることを特徴とする。

本発明に係る積層型コイル部品では、端子電極を形成する素体の端面のうち、コイル部配置層の端面は、素体の内側へ向かって湾曲している。従って、端子電極を形成するためにディップ工程を行う際、電極ペーストがコイル部配置層の端面の湾曲部に溜まることで、湾曲部の底部付近において側面側へ濡れ上がる電極ペーストの量を抑えることができる。また、コイル部配置層よりも薄く、当該コイル部配置層を挟む最外層が、端子電極を形成する際の位置決め層となる。従って、コイル部配置層の端面が湾曲しているとしても、位置決め層で位置決めを行うことによって、正確にディップ工程を行うことができる。これにより、端子電極の側面側への回り込み部のライン性がよくなることで寸法管理がし易くなると共に、当該回り込み部がコイル部に近づきすぎることを防止できる。これにより、高いＱ値を得ることができる。

また、本発明に係る積層型コイル部品において、コイル部配置層の側面は、前記素体の内側へ向かって湾曲していることが好ましい。これによって、側面でも湾曲することにより、端子電極の回り込み部のライン性を一層よくすることができる。

また、本発明に係る積層型コイル部品において、コイル部配置層の収縮率は、前記位置決め層の収縮率よりも大きいことが好ましい。これによって、コイル部配置層の端面を湾曲させることができる。

また、本発明に係る積層型コイル部品において、湾曲したコイル部配置層の端面の窪み量は、端子電極が素体の側面へ回り込む回り込み量の４〜１８％であることが好ましい。これによって、端子電極を厚くすることができる。

本発明によれば、積層型コイル部品のＱ値を高くすることができる。

本発明の実施形態に係る積層型コイル部品を示す断面図である。積層型コイル部品の素体の斜視図である。本発明の実施形態に係る積層型コイル部品の素体及び比較例に係る積層型コイル部品の素体に端子電極を形成するためにディップ工程を行った様子を示す模式図である。本発明の実施形態に係る積層型コイル部品の素体に対して形成された端子電極の形状、及び比較例に係る積層型コイル部品の素体に対して形成された端子電極の形状を示す図である。コイル導体の表面の平滑性と表面抵抗の関係を示す模式図である。

以下、図面を参照しながら、本発明に係る積層型コイル部品の好適な実施形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る積層型コイル部品を示す断面図である。図２は、積層型コイル部品の素体の斜視図である。図１に示すように、積層型コイル部品１は、複数の絶縁体層を積層することによって形成される素体２と、複数のコイル導体４,５によって素体２の内部に形成されるコイル部３と、素体２の両端面に形成される一対の端子電極６と、を備えている。なお、素体の絶縁体層の積層方向をＤ１とし、積層方向Ｄ１と直交し一対の端子電極６が対向する方向をＤ２とし、積層方向Ｄ１及び方向Ｄ２と直交する方向をＤ３として、以下の説明を行う。

素体２は、セラミックグリーンシートを複数積層させた焼結体からなる直方体状または立方体状の積層体である。素体２の大きさは、長さ０．３〜１．７ｍｍ、幅０．１〜０．９ｍｍ、高さ０．１〜０．９ｍｍ程度に設定されている。素体２は、内部にコイル部３が配置されるコイル部配置層１０と、当該コイル部配置層１０を挟むように一対設けられる最外層によって構成される位置決め層１１と、を備えている。位置決め層１１は、端子電極６を形成する際の位置決めの基準となる層である。なお、位置決め層１１は、焼成時に軟化するコイル部配置層１０の形状を保持する保形層としても機能してよく、焼成後にコイル部配置層１０の強度を保つ補強層として機能してもよい。位置決め層１１は、コイル部配置層１０の側面のうち、積層方向Ｄ１において対向する側面１０ｂの全面を覆うようにそれぞれ形成されている。コイル部配置層１０の厚さは、０．１ｍｍ以上に設定されている。位置決め層１１の厚さは、コイル部配置層１０の厚さよりも薄い。位置決め層１１の厚さは、５μｍ以上に設定されている。

素体２は、方向Ｄ２において対向する一対の端面２ａと、積層方向Ｄ１に対向する一対の側面２ｂと、方向Ｄ３において対向する一対の側面２ｃと、を有している。側面２ｂ，２ｃは、一方の端面２ａの四方の辺と他方の端面２ａの四方の辺をそれぞれ連結している。素体２の端面２ａは、コイル部配置層１０の端面１０ａ、及び一対の位置決め層１１の各端面１１ａによって構成されている。素体２の積層方向Ｄ１に対向する側面２ｂは、位置決め層１１の積層方向Ｄ１における最外面１１ｂによって構成されている。素体２の方向Ｄ３に対向する側面２ｃは、コイル部配置層１０の側面１０ｃ、及び一対の位置決め層１１の各側面１１ｃによって構成されている。

コイル部配置層１０の焼成による収縮率は、位置決め層１１の収縮率よりも大きい。すなわち、焼成時には位置決め層１１に比して、コイル部配置層１０が大きく収縮する。これによって、コイル部配置層１０の端面１０ａ及び側面１０ｃは、素体２の内側へ向かって湾曲する。一方、位置決め層１１の端面１１ａ、側面１１ｂ，１１ｃは、湾曲することなく形状が保たれている。コイル部配置層１０の収縮率は１６〜２０％とし、位置決め層１１の収縮率は１５〜１８％に設定することが好ましい。

コイル部配置層１０の端面１０ａは、位置決め層１１との境界部から、積層方向Ｄ１における中央位置へ向かうに従って素体２の内側へ窪むような湾曲面を形成する。位置決め層１１の端面１１ａは、コイル部配置層１０の端面１０ａに形成された湾曲面よりも素体２の外側に配置されている。位置決め層１１の端面１１ａは、コイル部配置層１０の端面１０ａの全領域よりも、素体２の外側に位置していることが好ましい。このように、位置決め層１１の端面１１ａが素体２の外側に突出しているため、当該位置決め層１１は、端子電極６を形成するためのディップ工程を行う際の位置決め用の基準面として機能することができる。ディップ工程を行う際、素体２の端面２ａをピンで押すことによって位置合わせを行うが、位置決め層１１の端面１１ａは、このときの基準面となる。なお、場合によっては、引出部に係るコイル導体５付近の端面１０ａが膨らむことで、当該部分が位置決め層１１の端面１１ａよりも僅かに素体２の外側へ出っ張ることもある。ただし、このような端面１０ａのコイル導体５付近の出っ張りは微小であるため、位置決め層１１の端面１１ａでの位置決めに影響を及ぼさない。コイル部配置層１０の端面１０ａは、積層方向Ｄ１における中央位置付近にて、最も素体２の内側へ入り込んだ湾曲面の底部ＤＰを有する。位置決め層１１の端面１１ａとコイル部配置層１０の端面１０ａの底部ＤＰとの間の方向Ｄ２における寸法、すなわち端面１０ａの窪み量（図１においてＡで示される寸法）は、３〜２４μｍとなる。

コイル部配置層１０の側面１０ｃも、位置決め層１１との境界部から、積層方向Ｄ１における中央位置へ向かうに従って素体２の内側へ窪むような湾曲面を形成する。位置決め層１１の側面１１ｃは、コイル部配置層１０の側面１０ｃに形成された湾曲面よりも素体２の外側に配置されている。位置決め層１１の側面１１ｃは、コイル部配置層１０の側面１１ｃの全領域よりも、素体２の外側に位置していることが好ましい。コイル部配置層１０の側面１１ｃは、積層方向Ｄ１における中央位置付近にて、最も素体２の内側へ入り込んだ湾曲面の底部を有する。側面１０ｃの窪み量も、端面１０ａと同様に３〜２４μｍとなる。

コイル部配置層１０の端面１０ａは、方向Ｄ３における中央位置付近のみについて湾曲しているのではなく、一方の側面１０ｃと他方の側面１０ｃとの間の略全領域、すなわち方向Ｄ３における略全領域にわたって湾曲している。従って、素体２の外観を方向Ｄ３（側面２ｃ側）から見たときも、端面１０ａは湾曲している。同様に、コイル部配置層１０の側面１０ｃは、方向Ｄ２における中央位置付近のみについて湾曲しているのではなく、一方の端面１０ａと他方の端面１０ａとの間の略全領域、すなわち方向Ｄ２における略全領域にわたって湾曲している。従って、素体２の外観を方向Ｄ２（端面２ａ側）から見たときも、側面１０ｃは湾曲している。従って、コイル部配置層１０の端面１０ａと側面１０ｃとの間の角部に形成される稜部は、端面１０ａ及び側面１０ｃが湾曲していないと仮定したときにおける仮想稜部Ｌ１（一方の位置決め層１１の端面１１ａ及び側面１１ｃの稜部と、他方の位置決め層１１の端面１１ａ及び側面１１ｃの稜部とを結んだラインである）から、素体２の内側へ離間する。これによって、仮想稜部Ｌ１と実際の稜部との間には、空間ＳＰが形成される。当該空間ＳＰは、端子電極６を形成するための素体２の端面２ａをペーストにディップしたときの空気抜きとして機能する。

コイル部配置層１０は、非晶質のガラスセラミックスからなることが好ましい。例えば、コイル部配置層１０は、主成分として、ホウケイ酸ガラス成分を３５〜６０重量％含有し、石英成分を１５〜３５重量％含有し、残部にアモルファスシリカ成分を含有し、副成分として、アルミナを含有し、アルミナの含有量が、前記主成分１００重量％に対して、０．５〜２．５重量％含有する。且つ、コイル部配置層１０は、焼成後において、ＳｉＯ_２が８６．７〜９２．５重量％、Ｂ_２Ｏ_３が６．２〜１０．７重量％、Ｋ_２Ｏが０．７〜１．２重量％、Ａｌ_２Ｏ_３が０．５〜２．４重量％の組成を有する。コイル部配置層１０が、８６．７〜９２．５重量％のＳｉＯ_２を含有することによって、コイル部配置層１０の誘電率を小さくすることができる。また、コイル部配置層１０が、０．５〜２．４重量％のＡｌ_２Ｏ_３を含有することによって、コイル部配置層１０での結晶転移を防止することができる。なお、ＭｇＯ、ＣａＯを１．０重量％以下含有してもよい。

位置決め層１１は、結晶質のガラスセラミックスからなることが好ましい。例えば、位置決め層１１は、主成分として、ガラス成分を５０〜７０重量％含有し、アルミナ成分を３０〜５０重量％含有している。且つ、位置決め層１１は、焼成後において、ＳｉＯ_２が２３〜４２重量％、Ｂ_２Ｏ_３が０．２５〜３．５重量％、Ａｌ_２Ｏ_３が３４．２〜５８．８重量％、アルカリ土類金属酸化物１２．５〜３１．５重量％の組成を有し、該アルカリ土類金属酸化物中の６０重量％以上（すなわち位置決め層１１全体の７．５〜３１．５重量％）がＳｒＯである。

ただし、位置決め層１１は、コイル部配置層１０の端面１０ａを湾曲させることができるものであれば特に限定されず、例えばフェライトや誘電体層などから形成されていてもよい。

コイル部配置層１０の軟化点は、位置決め層１１の軟化点または融点よりも低く設定されている。具体的に、コイル部配置層１０の軟化点は８００〜１０５０℃であり、位置決め層１１の軟化点または融点は１２００℃以上である。コイル部配置層１０の軟化点を低くすることによって、コイル部配置層１０を非晶質にすることができる。位置決め層１１の軟化点または融点を高くすることによって、焼成時に軟化点の低いコイル部配置層１０が変形しないように形状を保持することができる。

コイル部３は、巻線部に係るコイル導体４と、端子電極６と接続される引出部に係るコイル導体５と、を有している。コイル導体４,５は、例えば銀、銅及びニッケルのいずれかを主成分とした導体ペーストによって形成される。コイル部３は、コイル部配置層１０の内部にのみ配置され、位置決め層１１の中には配置されない。また、コイル部３のいずれのコイル導体４,５も位置決め層１１と接触していない。積層方向におけるコイル部３の両端部は、位置決め層１１から離間しており、当該コイル部３と位置決め層１１との間にはコイル部配置層１０のセラミックが配置される。巻線部に係るコイル導体４は、コイル部配置層１０を形成するセラミックグリーンシート上に、導体ペーストにて所定の巻線の導体パターンを形成することで構成される。各層の導体パターンは、スルーホール導体によって積層方向に接続される。また、引出部に係るコイル導体５は、巻線パターンの端部を端子電極６まで引き出すような導体パターンによって構成される。なお、巻線部のコイルパターンや巻線数や、引出部の引出し位置などは特に限定されない。

一対の端子電極６は、素体２の端面２ａを覆うと共に、側面２ｂ，２ｃにおける端面ａ側の一部を覆うように形成されている。端子電極６は、端面２ａを覆う本体部６ａと、側面２ｂ，２ｃへ回り込んで当該側面２ｂ，２ｃの端面２ａ側の一部を覆う回り込み部６ｂと、を有している。端子電極６の回り込み量（図１においてＢで示す寸法）は、４０〜２００μｍとすることが好ましい。コイル部配置層１０の端面１０ａの窪み量Ａと比較した場合、端面１０ａの窪み量Ａは、端子電極６の回り込み量の４〜１８％であることが好ましい。これによって、端子電極６を厚くすることができる。各端子電極６は、例えば銀、銅及びニッケルのいずれかを主成分とした導体ペーストを、ディップ方式を用いて形成する。

次に、上述した構成の積層型コイル部品１の製造方法について説明する。

まず、コイル部配置層１０を形成するセラミックグリーンシートと、位置決め層１１を形成するセラミックグリーンシートを用意する。上述のような組成となるように、セラミックのペーストを調整し、ドクターブレード法などによりシート成型することで、各セラミックグリーンシートを用意する。

続いて、コイル部配置層１０となる各セラミックグリーンシートの所定の位置、すなわちスルーホール電極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。次に、コイル部配置層１０となる各セラミックグリーンシートの上に、各導体パターンをそれぞれ形成する。ここで、各導体パターン及び各スルーホール電極は、銀又はニッケルなどを含んだ導電性ペーストを用いてスクリーン印刷法により形成される。

続いて、各セラミックグリーンシートを積層する。このとき、位置決め層１１となるセラミックグリーンシートの上にコイル部配置層１０となるセラミックグリーンシートを積み重ね、その上から位置決め層１１となるセラミックグリーンシートを重ねる。なお、底部と上部に形成される位置決め層１１は、それぞれ一枚のセラミックグリーンシートによって形成されてもよく、複数枚のセラミックグリーンシートによって形成されてもよい。次に、積層方向に圧力を加えて各セラミックグリーンシートを圧着する。

続いて、この積層された積層体を、所定温度（例えば、８００〜１１５０℃程度）にて焼成を行い、素体２を形成する。なお、このとき設定される焼成温度は、コイル部配置層１０の軟化点以上であって、位置決め層１１の軟化点または融点未満に設定する。このとき、位置決め層１１はコイル部配置層１０の形状を保つ。また、コイル部配置層１０は、位置決め層１１よりも大きく収縮することによって、コイル部配置層１０の端面１０ａ及び側面１０ｃが素体２の内側へ向かって湾曲する。

続いて、この素体２に端子電極６を形成する。これにより、積層型コイル部品１が形成されることとなる。端子電極６は、素体２の長手方向の両端面にそれぞれ銀、ニッケル又は銅を主成分とする電極ペーストを塗布して、所定温度（例えば、６００〜７００℃程度）で焼付けを行い、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。端子電極６を形成するときは、図３に示すように、素体２の端面２ａを電極ペーストＰＳにディップすることによって、端面２ａ及び側面２ｂ，２ｃに電極ペーストＰＳを塗布する。図示されない治具に素体２をセットすると共にピンで位置合わせを行い、端面２ａをディップする。このとき、図２に示すような空間ＳＰから空気が抜けるため、コイル部配置層１０の端面１０ａの湾曲部にも電極ペーストＰＳが十分に塗布される。一方の端面２ａに電極ペーストＰＳを塗布して乾燥した後、他方の端面２ａにも電極ペーストＰＳを塗布する。

次に、本実施形態に係る積層型コイル部品１の作用・効果について説明する。

まず、比較例に係る積層型コイル部品の素体１０２について、図３及び図４を参照して説明する。比較例に係る積層型コイル部品の素体１０２は、端面１０２ａが湾曲しておらず、真っ直ぐな面となっている。ディップ工程の際に、このような素体１０２の端面１０２ａを電極ペーストＰＳにディップさせると、電極ペーストＰＳは素体１０２の側面１０２ｃへ濡れ上がる。特に、積層方向Ｄ１の中央位置付近においての濡れ上がりが大きくなる（図３の点線を参照）。これにより、素体１０２に形成される端子電極６の側面１０２ｃへの回り込み部６ｂの回り込み量が大きくなり、図４（ｂ）に示すように、回り込み部６ｂの縁部６ｃのライン性が悪くなると共に、当該縁部６ｃがコイル部３に近づいてしまう。縁部６ｃがコイル部３に近づきすぎる場合、Ｑ値に影響が及ぼされる可能性がある。

一方、本実施形態に係る積層型コイル部品１では、端子電極６を形成する素体２の端面２ａのうち、コイル部配置層１０の端面１０ａは、素体２の内側へ向かって湾曲している。従って、端子電極６を形成するためにディップ工程を行う際、電極ペーストＰＳがコイル部配置層１０の端面１０ａの湾曲部に溜まることで、湾曲部の底部ＤＰ付近において側面２ｃ側へ濡れ上がる電極ペーストの量を抑えることができる。すなわち、図３に示すように、比較例に係る素体１０２では、側面１０２ｃに濡れ上る電極ペーストＰＳは、積層方向Ｄ１の中央位置付近において膨らむように大きくなっているが、本実施形態に係る素体２では、積層方向Ｄ１の中央位置付近での濡れ上がりが抑制されている。従って、図４（ａ）に示すように、回り込み部６ｂの縁部６ｃが真っ直ぐになりライン性がよくなると共に、当該縁部６ｃがコイル部３に近づきすぎることも防止されている。更には、コイル部配置層１０よりも薄く、当該コイル部配置層１０を挟む最外層が、端子電極６を形成する際の位置決め層１１となる。従って、コイル部配置層１０の端面１０ａが湾曲しているとしても、位置決め層１１で位置決めを行うことによって、正確にディップ工程を行うことができる。以上によって、端子電極６の側面２ｃ側への回り込み部６ｂのライン性がよくなることで寸法管理がし易くなると共に、当該回り込み部６ｂがコイル部３に近づきすぎることを防止できる。これにより、高いＱ値を得ることができる。

また、本実施形態に係る積層型コイル部品１において、コイル部配置層１０の側面１０ｃは、素体２の内側へ向かって湾曲している。これによって、側面１０ｃでも湾曲することにより、端子電極６の回り込み部６ｂのライン性を一層よくすることができる。

また、コイルのＱ（quality factor）値を上げるためには、コイル導体の表面の平滑性を上げることが好適である。周波数が高くなれば高くなるほど表皮深さが浅くなり、高周波の場合は、コイル導体の表面の平滑性がＱ値に影響を与える。例えば、図５（ｂ）に示すようにコイル導体の表面の平滑性が低く、凹凸が形成されていた場合、コイル導体の表面抵抗が上がり、コイルのＱ値が下がってしまう。一方、図５（ａ）のようにコイル導体の表面の平滑性が高ければ、コイル導体の表面抵抗が下がり、コイルのＱ値を上げることができる。本実施形態では、コイル導体４，５の表面の平滑性を上げるために、素体２のコイル部配置層１０を非晶質のガラスセラミックスで構成している。このようにコイル部配置層１０が非晶質であると、当該コイル部配置層１０の滑らかな表面の影響により、そこに接するコイル導体４，５の表面も滑らかになり、平滑性が高くなる。これにより高いＱ値を得ることができる。

なお、本実施形態では、素体は完全な非昌質ではなくアルミナ成分が少量（０．５〜２．４重量％）含まれている分だけ、結晶質を一部含むが、極めて少量であるため、図３（ｂ）のような滑らかな表面が得られる。このように、ここでの「非晶質」とは、少量であれば一部に結晶質を含むものも該当する。

本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。

例えば、上述の実施形態では、一つのコイル部を有する積層型コイル部品を例示したが、例えば、アレイ状に複数のコイル部を有するものであってもよい。

１…積層型コイル部品、２…素体、１０…コイル部配置層、１１…保形層、３…コイル部、４,５…コイル導体、６…端子電極。

Claims

複数の絶縁体層を積層することによって形成される素体と、
複数のコイル導体によって前記素体の内部に形成されるコイル部と、
前記素体の端面を覆うと共に、前記素体の側面における前記端面側の一部を覆う端子電極と、を備え、
前記素体は、
内部に前記コイル部が配置される、ガラスセラミックスからなるコイル部配置層と、
前記コイル部配置層を挟むように少なくとも一対設けられる最外層によって構成され、前記端子電極を形成する際の位置決めの基準となる位置決め層と、を有し、
前記位置決め層は、前記コイル部配置層よりも薄く、
前記コイル部配置層の端面は、前記素体の内側へ向かって湾曲していることを特徴とする積層型コイル部品。
前記コイル部配置層の側面は、前記素体の内側へ向かって湾曲していることを特徴とする請求項１記載の積層型コイル部品。
前記コイル部配置層の収縮率は、前記位置決め層の収縮率よりも大きいことを特徴とする請求項１又は２記載の積層型コイル部品。
湾曲した前記コイル部配置層の端面の窪み量は、前記端子電極が前記素体の側面へ回り込む回り込み量の４〜１８％であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の積層型コイル部品。