JP2015035486A

JP2015035486A - 積層型コイル部品

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Publication number: JP2015035486A
Application number: JP2013165372A
Authority: JP
Inventors: 雄介永井; Yusuke Nagai; 高弘佐藤; Takahiro Sato
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2013-08-08
Filing date: 2013-08-08
Publication date: 2015-02-19
Anticipated expiration: 2033-08-08
Also published as: JP6264774B2

Abstract

【課題】インダクタンス値の低下を抑制しつつ、交流損失の低減を図ることができる積層型コイル部品を提供する。【解決手段】積層型コイル部品は、螺旋状のコイル１０を形成する複数のコイル導体５とセラミック層とが積層された素体２と、素体２の外表面に配置され、コイル１０の両端部と電気的に接続された複数の端子電極とを備え、コイル導体５及びセラミック層の積層方向において対向して配置されたコイル導体５，５の間には、セラミック層よりも透磁率の小さい低透磁率部７が配置されており、低透磁率部７は、層方向において対向する一方のコイル導体５と接触していると共に、他方のコイル導体５と離間しており、低透磁率部７の幅は、コイル導体５の幅以下である。【選択図】図２

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。特許文献１に記載の積層型コイル部品は、磁性体層とコイル導体とが交互に積層され、内部にコイルが形成された素体を備えている。この積層型コイル部品では、コイル導体の層間の全てに非磁性体層が配置されている。

特開２００７−３１７８９２号公報

積層型コイル部品において、交流損失を低減させるためには、交流電流がコイル導体に流れたときにコイル導体を取り囲むように発生する磁束ループ（微小磁路ループ）を抑制し、コイル導体の内側周面での磁気飽和を抑制する必要がある。この点、上記特許文献１に記載の構成は、コイル導体の間に非磁性体層が配置されているため、磁束ループの発生の抑制を図ることには有効である。しかしながら、従来の積層型コイル部品のように、コイル導体の層間の全てに非磁性体層が配置されている構成では、コイル導体の層間に磁束ループがほとんど発生しないため、インダクタンス値が低下してしまう。

本発明は、インダクタンス値の低下を抑制しつつ、交流損失の低減を図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、螺旋状のコイルを形成する複数のコイル導体と磁性体層とが積層された素体と、素体の外表面に配置され、コイルの両端部と電気的に接続された複数の端子電極と、を備えた積層型コイル部品であって、コイル導体及び磁性体層の積層方向において対向して配置されたコイル導体の間には、磁性体層よりも透磁率の小さい低透磁率部が配置されており、低透磁率部は、積層方向において対向する一方のコイル導体と接触していると共に、他方のコイル導体と離間しており、低透磁率部の幅は、コイル導体の幅以下であることを特徴とする。

この積層型コイル部品では、コイル導体の間に低透磁率部が配置されている。これにより、積層型コイル部品では、コイル導体の周囲における磁束ループの発生を抑制でき、コイル導体の内側周面での磁気飽和を抑制できる。したがって、交流損失の低減を図ることができる。また、低透磁率部は、積層方向において対向する一方のコイル導体と接触していると共に、他方のコイル導体と離間している。つまり、コイル導体の間には、低透磁率部と磁性体層とが存在している。また、低透磁率部の幅は、コイル導体の幅以下である。これにより、積層型コイル部品では、コイル導体の間を磁束が通るため、コイル導体の間の全てに非磁性体層を配置する構成に比べて、インダクタンス値の低下を抑制できる。

一実施形態においては、コイルの中心軸側に位置する低透磁率部の幅方向の端部は、コイル導体の幅方向における中央部よりもコイルの中心軸側に位置していてもよい。これにより、積層型コイル部品では、磁束が特に集中するコイル導体の内側に低透磁率部の端部が位置しているため、コイル導体の端部における磁束の集中をより好適に抑制でき、磁気飽和を効果的に抑制することができる。

一実施形態においては、コイルの中心軸側に位置する低透磁率部の端部と、コイルの中心軸側に位置するコイル導体の端部とは、積層方向において同じ位置に配置されていてもよい。これにより、積層型コイル部品では、コイル導体の端部における磁束の集中をより一層抑制でき、磁気飽和をより効果的に抑制することができる。

一実施形態においては、低透磁率部は、積層方向においてコイル導体を挟んで配置されていてもよい。

本発明によれば、インダクタンス値の低下を抑制しつつ、交流損失の低減を図ることができる。

一実施形態に係る積層型コイル部品を示す斜視図である。図１におけるＩＩ−ＩＩ線に沿った断面構成を示す図である。低透磁率部の構成を示す図である。低透磁率部の構成を示す図である。低透磁率部の構成を示す図である。磁束密度の分布を示す図である。磁束密度の分布を示す図である。磁束密度の分布を示す図である。磁束密度の分布を示す図である。磁束密度の分布を示す図である。磁束密度の分布を示す図である。磁束密度の分布を示す図である。磁束密度の分布を示す図である。磁束密度の分布を示す図である。磁束密度の分布を示す図である。他の形態に係る低透磁率部の構成を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

図１は、一実施形態に係る積層型コイル部品を示す斜視図である。図２は、図１におけるＩＩ−ＩＩ線に沿った断面構成を示す図である。図１及び図２に示す積層型コイル部品１は、積層型インダクタであり、例えば比較的大きな交流電流が流れる部分に設けられる。積層型コイル部品１は、略直方体形状の素体２と、素体２の長手方向の両端部にそれぞれ形成された端子電極３，４とを備えている。

素体２は、長手方向に向かい合って互いに平行をなす一対の端面２ａ，２ｂと、一対の端面２ａ，２ｂ間を連結するように伸び且つ互いに対向する一対の主面２ｃ，２ｄと、一対の主面２ｃ，２ｄを連結するように伸び且つ互いに対向する一対の側面２ｅ，２ｆと、を有する。主面２ｃ，２ｄのうちの一方は、積層型コイル部品１が外部基板（図示しない）に実装されたときに、当該外部基板に対応する面である。

端子電極３は、一方の端面２ａ及び端面２ａと直交する主面２ｃ，２ｄ及び側面２ｅ，２ｆの各縁部の一部を覆うように形成されている。端子電極４は、他方の端面２ｂ及び端面２ｂと直交する主面２ｃ，２ｄ及び側面２ｅ，２ｆの各縁部の一部を覆うように形成されている。

素体２は、複数のセラミック層（磁性体層）が積層されることにより構成された積層体である。セラミック層の厚みは、例えば６０μｍ程度である。

素体２は、内部にコイル導体５からなるコイル１０を備えている。コイル導体５のそれぞれは、図示しないスルーホール電極により電気的に接続されており、コイル１０は、素体２内に螺旋状に形成されている。コイル１０は、その中心軸ＡＸがコイル導体５とセラミック層との積層方向（主面２ｃ，２ｄの対向方向）に沿っている。コイル導体５は、幅方向に沿った断面形状が略矩形形状を呈している。各コイル導体５は、Ａｇ又はＮｉを主成分とする導電性ペーストにて形成されている。素体２は、セラミック層とコイル導体５とを交互に積層し、同時焼成することによって形成されている。

素体２の内部には、低透磁率部７が配置されている。低透磁率部７は、素体２を構成するセラミック層よりも透磁率が低い部分（層）である。具体的には、例えば、セラミック層の透磁率は、３〜８００程度であるが１より大きければよく、低透磁率部７の透磁率は、１（以上）〜２０程度であるが、セラミック層の透磁率よりも低ければ１００を超えてもかまわない。低透磁率部７は、幅方向に沿った断面形状が例えば略矩形形状を呈している。低透磁率部７は、非磁性のＣｕ−Ｚｎ系フェライト、ガラスセラミック、磁性体のＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライト等を主成分とするペーストにて形成されている。低透磁率部７は、セラミック層とコイル導体５との積層方向において対向して配置されたコイル導体５，５の間に配置されている。

具体的には、低透磁率部７は、対向して配置された一対のコイル導体５，５のうち、一方のコイル導体５に接触していると共に、他方のコイル導体５と離間している。低透磁率部７は、一方のコイル導体５の一面（図２では上面）側に位置し、低透磁率部７の一面（図２では下面）とコイル導体５の一面とが接触（面接触）して配置されている。低透磁率部７の積層方向における厚みは、積層方向において対向して配置されたコイル導体５，５の間隔よりも小さい。例えば、低透磁率部７の厚みは、コイル導体５，５の間隔（層間）の２／３程度とされている。つまり、低透磁率部７は、コイル導体５，５間の全てに配置されておらず、コイル導体５，５間には、セラミック層と低透磁率部７とが存在している。

低透磁率部７の幅は、コイル導体５の幅以下である。例えば、低透磁率部７の幅は、コイル導体５の幅の２／３程度とされている。低透磁率部７の幅方向における内側の端部７Ｅ、すなわちコイル１０の中心軸ＡＸ側に位置する低透磁率部７の端部７Ｅは、コイル導体５の幅方向における中央部よりも内側に配置されている。本実施形態では、低透磁率部７の幅方向における内側の端部７Ｅの端面は、コイル導体５の幅方向における内側の端部５Ｅの端面と略面一となっている。つまり、低透磁率部７の端部７Ｅは、コイル導体５の端部５Ｅと、積層方向において同じ位置に配置されている。

続いて、上記構成を有する積層型コイル部品１の製造方法について説明する。

最初に、セラミック層の前駆体であるグリーンシートを作製する。グリーンシートは、フェライト（例えば、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライト、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎ−Ｍｇ系フェライト、Ｃｕ−Ｚｎ系フェライト、Ｎｉ−Ｃｕ系のフェライト）等を原料としたスラリーを、例えばドクターブレード法によってＰＥＴフィルム上に塗布することによって作製される。

次に、セラミック層となるグリーンシートの所定位置に、レーザ加工等によってスルーホール（図示せず）をそれぞれ形成する。そして、スクリーン印刷により、各グリーンシートの表面に所定のパターン（コイル導体５のパターン）でＡｇ又はＮｉを主成分とする導電性ペーストを塗布する。続いて、導電性ペーストを乾燥させる工程を経てから、所定のパターン上に低透磁率部７の前駆体であるペーストを、所定の位置に、所定の幅及び厚みとなるように、スクリーン印刷により塗布する。その後、このペーストを乾燥させる工程を経てから、各グリーンシートを所定の順序で積層する。さらに、積層方向から圧力を加えて各グリーンシートを圧着させ、グリーンシートの積層体を形成する。

圧着後、グリーンシートの積層体をチップ単位に切断する。そして、例えば９００℃程度の温度でチップ化した積層体を焼成する。これにより、各グリーンシートがセラミック層となり、導電性ペーストがコイル導体５となり、また、前駆体ペーストが低透磁率部７となり、素体２が形成される。

最後に、素体２に端子電極３，４を形成する。端子電極３，４は、素体２の長手方向の両端部に、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、例えば６００℃で焼付を行うことにより形成される。その後、端子電極３，４の表面にＣｕ、Ｎｉ、及びＳｎ等のめっき層を形成すると、図１に示した積層型コイル部品１が完成する。

続いて、低透磁率部７の作用効果について説明する。最初に、低透磁率部７の構成について説明する。

図３〜図５は、低透磁率部の構成を示す図である。図３（ａ）〜図３（ｃ）には、低透磁率部７ａ，７ｂ，７ｃがそれぞれ配置されている構成を示している。

図３（ａ）に示すように、低透磁率部７ａの幅寸法Ｌ１は、コイル導体５の幅寸法Ｌの３３％程度とされている。図３（ｂ）に示すように、低透磁率部７ｂの幅寸法Ｌ２は、コイル導体５の幅寸法Ｌの６７％程度とされており、低透磁率部７ａの幅寸法Ｌ１よりも大きい（Ｌ１＜Ｌ２）。図３（ｃ）に示すように、低透磁率部７ｃの幅寸法Ｌ３は、コイル導体５の幅寸法Ｌの１００％（コイル導体５の幅寸法Ｌと同等）とされており、低透磁率部７ａ，７ｂそれぞれの幅寸法Ｌ１，Ｌ２よりも大きい（Ｌ１＜Ｌ２＜Ｌ３）。図３（ａ）〜図３（ｃ）に示すように、低透磁率部７ａ〜７ｃの厚み寸法Ｔ１は、コイル導体５，５間の寸法Ｔの３３％程度とされている。

図４（ａ）〜図４（ｃ）には、低透磁率部７ｄ〜７ｆがそれぞれ配置されている構成を示している。図４（ａ）に示すように、低透磁率部７ｄの幅寸法Ｌ１は、コイル導体５の幅寸法Ｌの３３％程度とされている。図４（ｂ）に示すように、低透磁率部７ｅの幅寸法Ｌ２は、コイル導体５の幅寸法Ｌの６７％程度とされている。図４（ｃ）に示すように、低透磁率部７ｆの幅寸法Ｌ３は、コイル導体５の幅寸法Ｌの１００％（コイル導体５の幅寸法Ｌと同等）とされている。図４（ａ）〜図４（ｃ）に示すように、低透磁率部７ｄ〜７ｆの厚み寸法Ｔ２は、コイル導体５，５間の寸法Ｔの６７％程度とされており、低透磁率部７ａ〜７ｃの厚み寸法Ｔ１よりも大きい（Ｔ１＜Ｔ２）。

図５（ａ）〜図５（ｃ）には、低透磁率部７ｇ〜７ｉがそれぞれ配置されている構成を示している。図５（ａ）に示すように、低透磁率部７ｇの幅寸法Ｌ１は、コイル導体５の幅寸法Ｌの３３％程度とされている。図５（ｂ）に示すように、低透磁率部７ｈの幅寸法Ｌ２は、コイル導体５の幅寸法Ｌの６７％程度とされている。図５（ｃ）に示すように、低透磁率部７ｉの幅寸法Ｌ３は、コイル導体５の幅寸法Ｌの１００％（コイル導体５の幅寸法Ｌと同等）とされている。図５（ａ）〜図５（ｃ）に示すように、低透磁率部７ｇ，７ｈ，７ｉの厚み寸法Ｔ３は、コイル導体５，５間の寸法Ｔの１００％（コイル導体５の厚み寸法Ｔと略同等）とされており、低透磁率部７ａ〜７ｃの厚み寸法Ｔ１及び低透磁率部７ｄ〜７ｆの厚み寸法Ｔ２よりも大きい（Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３）。

続いて、上述の構成を有する積層型コイル部品１において発生する磁束密度の分布について、図６〜図１５を参照して説明する。図６〜図１５は、磁束密度の分布を示す図であり、シミュレーションによる結果である。各図において共通する部分（コイル導体５の端部５Ｅ）を○で囲っている。図６では、コイル導体５，５間に低透磁率部７が配置されていない構成での磁束密度の分布を示している。図６において、磁束密度の高い部分は、○で囲った部分において色の濃度が濃い部分である。図６に示すように、コイル導体５の端部５Ｅには、磁束が集中しており、磁束密度が高くなっている。

図７では、図３（ａ）に示す構成、すなわちコイル導体５，５間に低透磁率部７ａが配置された構成での磁束密度の分布を示している。図７に示すように、低透磁率部７ａが配置されている構成では、図６に示す構成に比べて、コイル導体５の端部５Ｅでの磁束密度の高い領域が小さくなっている（色の濃度の濃い領域が小さくなっている）。すなわち、低透磁率部７ａを配置することにより、コイル導体５の端部５Ｅ（内側の周面）での磁束の集中が抑制されている。

図８及び図９は、低透磁率部７ａよりも幅寸法の大きい低透磁率部７ｂ（図３（ｂ））及び低透磁率部７ｃ（図３（ｃ））の配置された構成での磁束密度の分布を示している。低透磁率部７ｂ，７ｃを配置した構成であっても、低透磁率部７ａと同様に、コイル導体５の端部５Ｅでの磁束密度の高い領域が小さくなっており、コイル導体５の端部５Ｅでの磁束の集中が抑制されている。

図１０〜図１２は、図４（ａ）〜図４（ｃ）のそれぞれに示す構成での磁束密度の分布を示している。低透磁率部７ｄ〜７ｆは、その厚みを低透磁率部７ａ〜７ｃの厚みよりも２倍程度大きくしている。図１０〜図１２に示すように、低透磁率部７ｄ〜７ｆが配置されている構成では、図６に示す構成に比べて、コイル導体５の端部５Ｅでの磁束密度の高い領域が小さくなっている。また、低透磁率部７ｄ〜７ｆが配置されている構成では、低透磁率部７ａ〜７ｃが配置されている構成に比べて、コイル導体５の端部５Ｅでの磁束密度の高い領域が更に小さくなっている。つまり、低透磁率部７の厚みを大きくすることにより、コイル導体５の端部５Ｅでの磁束の集中がより効果的に抑制されている。

図１３〜図１５は、図５（ａ）〜図５（ｃ）のそれぞれに示す構成での磁束密度の分布を示している。低透磁率部７ｇ〜７ｉは、その厚みを低透磁率部７ａ〜７ｃの厚みよりも３倍程度大きくしている。図１３〜図１５に示すように、低透磁率部７ｇ〜７ｉが配置されている構成では、低透磁率部７ａ〜７ｅに比べて、コイル導体５の端部５Ｅでの磁束密度の高い領域が更に小さくなっている。しかしながら、コイル導体５，５間の全てに低透磁率部７ｇ，７ｈ，７ｉが配置される構成（コイル導体５，５間を全て低透磁率部７ｇ〜７ｉで埋める構成）では、コイル導体５，５間を磁束が通り難いため、インダクタンス値が低下する。

以上の図６〜図１５に示すように、低透磁率部７（低透磁率部７ａ〜７ｉ）を配置することにより、低透磁率部７を配置しない場合に比べて、コイル導体５の端部５Ｅでの磁束の集中が抑制（緩和）されている。上記のシミュレーション結果においては、磁束密度の緩和及びインダクタンス値の確保の観点からは、図４（ｂ）に示す構成が特に好ましい。図４（ｂ）に示す低透磁率部７ｅを配置した構成では、コイル導体５の端部５Ｅでの磁気飽和の割合は、図６に示す構成での磁気飽和の割合を１００％とした場合に、例えば７８．８％程度となる。また、インダクタンス値は、図６に示す構成でのインダクタンス値を１００とした場合に、例えば９７．１程度となる。このように、低透磁率部７ｅを配置した構成では、インダクタンス値の低下を抑制しつつ、磁気飽和を抑制できる。

以上説明したように、本実施形態では、コイル導体５，５の間に低透磁率部７が配置されている。これにより、積層型コイル部品１では、コイル導体５の周囲における磁束ループの発生を抑制でき、コイル導体５の端部５Ｅ（内側周面）での磁気飽和を抑制できる。したがって、交流損失の低減を図ることができる。また、低透磁率部７は、積層方向において対向する一方のコイル導体５と接触していると共に、他方のコイル導体５と離間している。つまり、コイル導体５，５の間には、低透磁率部７とセラミック層とが存在している。また、低透磁率部７の幅は、コイル導体５の幅以下である。これにより、積層型コイル部品１では、コイル導体５，５の間を磁束が通るため、コイル導体５，５の間の全てに非磁性体層（低透磁率部）を配置する構成に比べて、インダクタンス値の低下を抑制できる。

本実施形態では、低透磁率部７の幅方向における内側の端部７Ｅは、コイル導体５の幅方向における中央部よりも内側に配置されており、コイル導体５の幅方向における内側の端部５Ｅと略面一となっている。磁束は、コイル１０の中心軸ＡＸ側のコイル導体５の端部５Ｅに集中する。したがって、低透磁率部７の端部７Ｅとコイル導体５の端部５Ｅとを略面一にすることにより、コイル導体５の端部５Ｅにおける磁束の集中を効果的に緩和することができる。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、コイル導体５の一面側に低透磁率部７が配置されている構成を一例に説明したが、図１６に示すように、低透磁率部７は、積層方向においてコイル導体５を挟んで両面側に配置されていてもよい。このような構成においては、コイル導体５，５間において対向して配置される低透磁率部７を合計した厚みはコイル導体５，５の間隔よりも小さい。なお、対向して配置された低透磁率部７，７が接触する構成、すなわち低透磁率部７，７の間にセラミック層が配置されていない構成は、一つの低透磁率部がコイル導体５，５の間の全てに配置されている構成とみなす。そのため、この構成では、積層方向において対向する一方のコイル導体５と接触していると共に、他方のコイル導体５と離間している構成に含まれない。

上記実施形態では、低透磁率部７の端部７Ｅがコイル導体５の端部５Ｅと略面一となっている構成を一例に説明したが、低透磁率部７の端部７Ｅの位置はこれに限定されない。

上記実施形態では、低透磁率部７の幅寸法Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３がコイル導体５の幅寸法Ｌに対して３３％、６７％、１００％である構成を一例に説明したが、低透磁率部７の幅寸法は適宜設定されればよい。

上記実施形態では、低透磁率部７の厚み寸法Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３がコイル導体５，５間の寸法Ｔに対して３３％、６７％、１００％である構成を一例に説明したが、低透磁率部７の厚み寸法は適宜設定されればよい。

１…積層型コイル部品、２…素体、３，４…端子電極、５…コイル導体、５Ｅ…端部、７…低透磁率部、７Ｅ…端部、１０…コイル、ＡＸ…中心軸。

Claims

螺旋状のコイルを形成する複数のコイル導体と磁性体層とが積層された素体と、
前記素体の外表面に配置され、前記コイルの両端部と電気的に接続された複数の端子電極と、を備えた積層型コイル部品であって、
前記コイル導体及び前記磁性体層の積層方向において対向して配置された前記コイル導体の間には、前記磁性体層よりも透磁率の小さい低透磁率部が配置されており、
前記低透磁率部は、前記積層方向において対向する一方の前記コイル導体と接触していると共に、他方の前記コイル導体と離間しており、
前記低透磁率部の幅は、前記コイル導体の幅以下であることを特徴とする積層型コイル部品。
前記コイルの中心軸側に位置する前記低透磁率部の幅方向の端部は、前記コイル導体の幅方向における中央部よりも前記コイルの中心軸側に位置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。
前記コイルの中心軸側に位置する前記低透磁率部の端部と、前記コイルの中心軸側に位置する前記コイル導体の端部とは、前記積層方向において同じ位置に配置されている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。
前記低透磁率部は、前記積層方向において前記コイル導体を挟んで配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の積層型コイル部品。