JP2017092431A - 積層インダクタ - Google Patents

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Abstract

【課題】磁気特性及び絶縁特性を低下させることなく薄型化を実現する。
【解決手段】積層インダクタは、第1の磁性層と、内部導体と、第2の磁性層と、第3の磁性層と、一対の外部電極とを具備する。第1の磁性層は、一軸方向に沿った厚みが4μm以上19μm以下であり、上記一軸方向に沿って並ぶ3つ以上の合金磁性粒子と、上記合金磁性粒子を相互に結合しCrを含む酸化膜とを有する。内部導体は、第1の磁性層を挟んで上記一軸方向に対向して配置され、上記一軸まわりに巻回されるコイルの一部をそれぞれ構成し、第1の磁性層を介して相互に電気的に接続される複数の導体パターンを有する。第2の磁性層は、合金磁性粒子で構成され、第1の磁性層を挟んで上記一軸方向に対向し導体パターンの周囲にそれぞれ配置される。第3の磁性層は、合金磁性粒子で構成され、第1の磁性層、第2の磁性層及び内部導体を挟んで上記一軸方向に対向して配置される。
【選択図】図4

Description

本発明は、合金磁性粒子で構成された磁性体部を有する積層インダクタに関する。
携帯機器の多機能化や自動車の電子化などにより、チップタイプと呼ばれる小型のコイル部品あるいはインダクタンス部品が広く用いられている。特に、積層型のインダクタンス部品(積層インダクタ)は薄型化に対応できるため、近年、大電流が流れるパワーデバイス向けの開発が進められている。
大電流化に対応するため、積層インダクタの磁性体部を、従前のNiCuZn系フェライトよりも材料自体の飽和磁束密度が高いFeCrSi合金に切り替えることが検討されている。しかし、FeCrSi合金は、材料自体の体積抵抗率が従前のフェライトに比べて低いため、その体積抵抗率を高める工夫が必要とされている。
そこで、特許文献1には、Fe、Cr、Siを含む磁性合金の粉末にSiO、B、ZnOを主成分とするガラスを添加し、非酸化雰囲気中(700℃)で焼成する電子部品の製造方法が開示されている。この方法によれば、成形体内に形成されたコイルの抵抗の抵抗を高くすることなく、成形体の絶縁抵抗を高くすることができるとしている。
特開2010−62424号公報
しかしながら、特許文献1に記載の方法では、磁性合金粉末に添加されるガラスによって磁性体部の体積抵抗率を高めるようにしているため、磁性体部の所望とする絶縁抵抗を得るためにはガラスの添加量を多くする必要がある。その結果、磁性合金粉末の充填率が低下するため高いインダクタンス特性を得ることが難しく、また、薄型化を進めるほどこのような問題が顕著となる。
また、これまでは、磁性体部を形成する磁性合金粉末は透磁率を高くすることを主眼に置くことが多く、他の特性制約とならない範囲でできるだけ大きな粒径のものを用いていた。しかし、大きな粒径を用いる場合には、粒径により表面粗さも大きくなり易いことから、粒径に応じて積層の厚みを厚くし、例えば、10μmの粒径では6つ以上、6μmの粒径では5つ以上の粒子が積層方向に並ぶように積層の厚みを変えていた。これは上記のように、小粒径の磁性合金粉末を用いることで、透磁率の低下を生じないようにするためであった。
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、磁気特性及び絶縁特性を低下させることなく薄型化を実現することができる積層インダクタを提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る積層インダクタは、少なくとも1つの第1の磁性層と、内部導体と、複数の第2の磁性層と、複数の第3の磁性層と、一対の外部電極とを具備する。
上記少なくとも1つの第1の磁性層は、一軸方向に沿った厚みが4μm以上19μm以下であり、上記一軸方向に沿って並ぶ3つ以上の合金磁性粒子と、上記合金磁性粒子を相互に結合しCr及びAlの少なくとも1種からなる第1の成分を含む第1の酸化膜とを有する。
上記内部導体は、複数の導体パターンを有する。上記複数の導体パターンは、上記第1の磁性層を挟んで上記一軸方向に対向して配置され、上記一軸まわりに巻回されるコイルの一部をそれぞれ構成し、上記第1の磁性層を介して相互に電気的に接続される。
上記複数の第2の磁性層は、合金磁性粒子で構成され、上記第1の磁性層を挟んで上記一軸方向に対向し上記複数の導体パターンの周囲にそれぞれ配置される。
上記複数の第3の磁性層は、合金磁性粒子で構成され、上記第1の磁性層、上記複数の第2の磁性層及び上記内部導体を挟んで上記一軸方向に対向して配置される。
上記一対の外部電極は、上記内部導体と電気的に接続される。
上記積層インダクタにおいて、複数の導体パターン間に配置される第1の磁性層は、4μm以上19μm以下の厚みを有し、その厚み方向に沿って並ぶ4つ以上の合金磁性粒子の各々が第1の酸化膜を介して結合されているため、磁気特性及び絶縁特性を低下させることなく、積層インダクタ全体の薄型化を実現することができる。
上記第1の磁性層は、上記合金磁性粒子と上記第1の酸化膜との間に介在する第2の酸化膜をさらに有してもよい。上記第2の酸化膜は、Si及びZrの少なくとも1種からなる第2の成分を含む。
上記第1の磁性層、上記複数の第2の磁性層及び上記複数の第3の磁性層は、上記第1の成分、上記第2の成分及びFeを含み、かつ、上記第1の成分に対する上記第2の成分の比率が1より大きい合金磁性粒子で構成されてもよい。
上記複数の第2の磁性層及び上記複数の第3の磁性層は、上記第1の成分が1.5〜4wt%、上記第2の成分が5〜8wt%の合金磁性粒子で構成されてもよい。
上記第1の磁性層、上記複数の第2の磁性層及び上記複数の第3の磁性層は、上記合金磁性粒子の間に含浸された樹脂材料を含んでもよい。
上記第1の磁性層、上記複数の第2の磁性層及び上記複数の第3の磁性層は、上記合金磁性粒子の間にリン元素を含んでもよい。
以上述べたように、本発明によれば、磁気特性及び絶縁特性を低下させることなく、積層インダクタ全体の薄型化を実現することができる。
本発明の一実施形態に係る積層インダクタの全体斜視図である。 図1におけるA−A線断面図である。 上記積層インダクタにおける部品本体の分解斜視図である。 図1におけるB−B線断面図である。 上記積層インダクタにおける第1の磁性層の厚み方向に並ぶ合金磁性粒子を模式的に示す断面図である。 上記積層インダクタにおける磁性体層の製造方法を説明する要部の概略断面図である。
本発明は、これまでの大きな粒径から磁性体部を形成するのではなく、小粒径により高い磁気特性と絶縁性を合わせ持つ積層体を得るものである。具体的には、内部導体間に3つ以上の磁性粒子が並ぶことで内部導体の間の絶縁性を確保し、部品の薄型化を進めるものである。また、本発明は、粒径による透磁率低下の影響を受けない範囲を見出し、高い性能を合わせ持つことを可能としている。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る積層インダクタの全体斜視図である。図2は、図1におけるA−A線断面図である。
[積層インダクタの全体構成]
本実施形態の積層インダクタ10は、図1に示すように、部品本体11と、一対の外部電極14,15とを有する。部品本体11は、X軸方向に幅W、Y軸方向に長さL、Z軸方向に高さHを有する直方体形状に形成される。一対の外部電極14,15は、部品本体11の長辺方向(Y軸方向)に対向する2つの端面に設けられる。
部品本体11の各部の寸法は特に限定されず、本実施形態では、長さLが1.6〜2mm、幅Wが0.8〜1.2mm、高さHが0.4〜0.6mmとされる。
部品本体11は、図2に示すように、直方体形状の磁性体部12と、磁性体部12によって覆われた螺旋状のコイル部13(内部導体)とを有している。
図3は、部品本体11の分解斜視図である。図4は、図1におけるB−B線断面図である。
磁性体部12は、図3に示すように、複数の磁性体層MLU、ML1〜ML7及びMLDが高さ方向(Z軸方向)に積層されて一体化された構造を有する。磁性体層MLU及びMLDは、磁性体部12の上下のカバー層(第3の磁性層)を構成する。磁性体層ML1〜ML7は、コイル部13を含む導体層を構成し、図4に示すように、それぞれ、第1の磁性層121と、第2の磁性層122と、導体パターンC11〜C17とを有する。
第1の磁性層121は、隣接する上下の導体パターンC11〜C17の間に介在する導体間層として構成される。第1の磁性層121は、軟磁気特性を有する磁性材料で構成され、磁性材料には合金磁性粒子が用いられる。ここで用いる磁性材料の軟磁気特性は、保磁力Hcが250A/m以下のものを指している。
合金磁性粒子には、Fe(鉄)と、第1の成分と、第2の成分との合金粒子が用いられる。第1の成分は、Cr(クロム)及びAl(アルミニウム)の少なくとも1種からなり、第2の成分は、Si(シリコン)及びZr(ジルコニウム)の少なくとも1種からなる。本実施形態は、第1の成分がCr、第2の成分がSiであり、したがって合金磁性粒子は、FeCrSi合金粒子で構成される。この合金磁性粒子の組成は、典型的には、Crが1.5〜5wt%、Siが3〜10wt%であり、不純物を除き、残りをFeとし全体で100%とする。
第1の磁性層121は、各合金磁性粒子を相互に結合する第1の酸化膜を有する。第1の酸化膜は、上記第1の成分を含み、本実施形態では、Crである。第1の磁性層121は、各合金磁性粒子と上記第1の酸化膜との間に介在する第2の酸化膜をさらに有する。第2の酸化膜は、第2の成分を含み、本実施形態では、SiOである。
これにより、第1の磁性層121の厚みが19μm以下と薄くても、導体パターンC11〜C17の間の所要の絶縁耐圧を確保することができる。また、第1の磁性層121の厚みを小さくできる分、導体パターンC11〜C17を厚く形成することができるため、コイル部13の直流抵抗の低抵抗化を図ることができる。
導体パターンC11〜C17は、第1の磁性層121の上に配置される。導体パターンC11〜C17は、図2に示すように、Z軸まわりに巻回されるコイルの一部を構成し、ビアV1〜V6を介してZ軸方向にそれぞれ電気的に接続されることで、コイル部13が形成される。磁性体層ML1の導体パターンC11は、一方の外部電極14と電気的に接続される引出端部13e1を有し、磁性体層ML7の導体パターンC17は、他方の外部電極15と電気的に接続される引出端部13e2を有する。
第2の磁性層122は、第1の磁性層121と同種の合金磁性粒子(FeCrSi合金粒子)で構成される。第2の磁性層122は、第1の磁性層121を挟んでZ軸方向に対向し、第1の磁性層121上の導体パターンC11〜C17の周囲にそれぞれ配置される。各磁性体層ML1〜ML7における第2の磁性層122のZ軸方向に沿った厚みは、典型的には、導体パターンC11〜C17の厚みと同一であるが、これらの厚みに差があってもよい。
第3の磁性層123は、第1の磁性層121と同種の合金磁性粒子(FeCrSi合金粒子)で構成される。第3の磁性層123は、上層の磁性体層MLU及び下層の磁性体層MLDにそれぞれ相当し、磁性体層ML1〜ML7の第1の磁性層121、第2の磁性層122及び導体パターンC11〜C17(コイル部13)を挟んでZ軸方向に対向して配置される。磁性体層MLU,MLDはそれぞれ複数の第3の磁性層123の積層体で構成されるが、それらの積層数は特に限定されない。また、磁性体層ML7の第1の磁性層121は、磁性体層MLDの最上層に位置する第3の磁性層123で構成されてもよい。また、磁性体層MLUの最下層は第1の磁性層121で構成されてもよい。
第1〜第3の磁性層121〜123を構成する合金磁性粒子(FeCrSi合金粒子)の表面には、上述のように、該FeCrSi合金粒子の酸化物膜(第1の酸化膜及び第2の酸化膜)が絶縁膜として存在している。各磁性層121〜123内のFeCrSi合金粒子は、上記酸化物膜を介して相互に結合し、コイル部13近傍のFeCrSi合金粒子は、上記酸化物膜を介してコイル部13と密着している。上記酸化物膜は、典型的には、磁性体に属するFe、非磁性体に属するFe、Cr、SiOの少なくとも1つを含む。
FeCrSi以外の合金磁性粒子としては、FeCrZr、FeAlSi、FeTiSi、FeAlZr、FeTiZrなどが挙げられ、Feを主成分とし、Si及びZrのいずれか1つ以上の元素(第2の成分)と、Si又はZr以外のFeより酸化しやすい1つ以上の元素(第1の成分)を含むものであれば良い。好ましくは、Feが85〜95.5wt%であって、FeとSi、Zrの元素(第2の成分)以外の1つ以上の元素(第1の成分)はFeより酸化しやすい元素を含んでおり、第1の成分に対する第2の成分の割合(第2の成分/第1の成分)は1より大きい金属磁性材料である。このような磁性材料を用いることで、上記の酸化膜は安定的に形成され、特に低温度で熱処理を行う場合でも、絶縁性を高くできる。
また、第1〜第3の磁性層121〜123を構成する合金磁性粒子の第1の成分に対する第2の成分の割合(第2の成分/第1の成分)を1より大きくすることで、これら合金磁性粒子が高抵抗化することによりQ特性が良くなり、回路動作時の効率の改善に寄与することができる。
第1の成分がCrである場合、FeCrSi系合金におけるCrの含有率は、例えば、1〜5wt%である。Crの存在は、熱処理時に不動態を形成して過剰な酸化を抑制するとともに、強度及び絶縁抵抗を発現させる点で好ましい。一方、Crの含有量が5wt%を超えると、磁気特性が低下する傾向にある。また、Crの含有量が1wt%未満であると、酸化による合金磁性粒子の膨張が進み、第1の磁性層121と第2の磁性層122との界面に微小なデラミ(剥離)が発生し易くなり、好ましくない。Crの含有率は、1.5〜3.5wt%であることがより好ましい。
FeCrSi系合金におけるSiの含有率は、3〜10wt%である。Siの含有量が多いほど、高抵抗かつ高透磁率の磁性層を構成でき、高効率のインダクタ特性(高Q特性)を得ることができる。Siの含有量が少ないほど、磁性層の成形性が良好となる。これらを勘案して、Siの含有量が調整される。特に、高抵抗と高透磁率を合わせ持つことで、小型の部品であっても直流抵抗の良い部品を作ることができ、Siの含有率は、4〜8wt%がより好ましい。更には、Q特性だけでなく、周波数特性も良くなることで、今後の高周波化に対応できる。
FeCrSi系合金において、Si及びCr以外の残部は、不可避不純物を除いて、Feであることが好ましい。Fe、Si及びCr以外に含まれてもよい金属としては、Al、Mg(マグネシウム)、Ca(カルシウム)、Ti、Mn(マンガン)、Co(コバルト)、Ni(ニッケル)、Cu(銅)などが挙げられ、非金属としては、P(リン)、S(硫黄)、C(カーボン)などが挙げられる。
各磁性層121〜123の厚み(Z軸方向に沿った厚み。以下同じ)及び合金磁性粒子の体積基準の粒子径として見た場合の平均粒径(メディアン径)は、それぞれ異なる大きさで構成される。
本実施形態において、第1の磁性層121の厚みは、4μm以上19μm以下とされる。第1の磁性層121の厚みは、第1の磁性層121を挟んでZ軸方向に対向する導体パターンC11〜C17間の距離(導体間距離)に相当する。本実施形態において、第1の磁性層121を構成する合金磁性粒子の平均粒径は、上記厚み寸法において厚み方向(Z軸方向)に3つ以上の合金磁性粒子が並ぶ大きさとされ、例えば、1μm以上4μm以下とされる。特に、薄層化と透磁率を併せ持つことから、合金磁性粒子の平均粒径は、2μm以上3μm以下が好ましい。
ここで、厚み方向に3つ以上の合金磁性粒子が並ぶ大きさとは、これら3つ以上の合金磁性粒子が厚み方向に沿って同一直線上に整列する場合に限られない。例えば図5は、5つの合金磁性粒子が並ぶ例を模式的に示している。つまり、厚さ方向に並ぶ合金磁性粒子の数とは、導体パターン(内部導体b,c)間において厚み方向に平行な基準線Lsに掛かる粒子の数をいい、図示の例では5個であることを意味する。
第1の磁性層121の厚みが4μm未満の場合、第1の磁性層121の絶縁特性が低下して、導体パターンC11〜C17間の絶縁耐圧を確保することができないおそれがある。また、第1の磁性層121の厚みが19μmを超えると、第1の磁性層121の厚みが必要以上に厚くなり、部品本体11、ひいては積層インダクタ10の薄型化が困難となる。
第1の磁性層121を構成する合金磁性粒子の平均粒径を2μm以上5μm以下という比較的小さな粒径とすることで、合金磁性粒子の表面積が大きくなるため、上記酸化物膜を介して結合される合金磁性粒子間の絶縁耐圧が向上する。これにより、第1の磁性層121の厚みが4μm〜19μmと比較的薄い場合においても、導体パターンC11〜C12間の所望とする絶縁耐圧を確保することが可能となる。
また、平均粒径が小さいほど、第1の磁性層121の表面の平滑性を高くすることができる。これにより、第1の磁性層121の厚み方向に並ぶ粒子の数を安定させることができ、厚みを薄くしても絶縁を確保することができる。また、第1の磁性層121と接する第2の磁性層122及び導体パターンC11〜C17で確実に第1の磁性層121を被覆することが可能となる。
さらに、第1の磁性層121の厚みを薄くすることができる分、導体パターンC11〜C17の厚みを増加させてもよい。この場合、コイル部13の直流抵抗の低抵抗化が図れるため、大電力を扱うパワーデバイスに特に有利となる。
一方、第2の磁性層122の厚みは、例えば、30μm以上60μm以下とされ、磁性体層MLU,MLDのそれぞれの厚み(第3の磁性層123の総厚)は、例えば、50μm以上120μm以下とされる。第2の磁性層122及び第3の磁性層123を構成する合金磁性粒子の平均粒径はそれぞれ、例えば、4μm以上20μm以下とされる。
本実施形態では、第2及び第3の磁性層122,123は、第1の磁性層121を構成する合金磁性粒子よりも大きな平均粒径を有する合金磁性粒子で構成される。具体的に、第2の磁性層122は、平均粒径が6μmの合金磁性粒子で構成され、第3の磁性層123は、平均粒径が4μmの合金磁性粒子で構成される。特に、第2の磁性層122を構成する合金磁性粒子の平均粒径を第1の磁性層121を構成する合金磁性粒子の平均粒径よりも大きくすることで、磁性体部12全体の透磁率が向上し、結果として、損失、周波数特性等の影響を抑えつつ、直流抵抗を低減させることができる。
また、第2の磁性層122及び第3の磁性層123を構成する合金磁性粒子は、それぞれの磁性層の中で、コイル部13から外部電極14,15までの間に並ぶ10以上の合金磁性粒子と、上記合金磁性粒子を相互に結合しCr及びAlの少なくとも1種からなる第1の成分を含む第1の酸化膜とを有する。合金磁性粒子が10以上並ぶ磁性材料を用いることで、コイル部13と外部電極14,15との間の絶縁を確保することができる。
コイル部13は、導電性材料で構成され、外部電極14と電気的に接続される引出端部13e1と、外部電極15と電気的に接続される引出端部13e2とを有する。コイル部13は、導電ペーストの焼成体で構成され、本実施形態では、銀(Ag)ペーストの焼成体で構成される。
コイル部13は、磁性体部12の内部において高さ方向(Z軸方向)のまわりに螺旋状に巻回される。コイル部13は、図3に示したように、磁性体層ML1〜ML7上にそれぞれ所定形状に形成された7つの導体パターンC11〜C17と、導体パターンC11〜C17をZ軸方向に接続する計6個のビアV1〜V6とを有し、これらが螺旋状に一体化されることで構成される。なお、導体パターンC12〜C16は、コイル部13の周回部に相当し、導体パターンC11,C17は、コイル部13の引出し部に相当する。図示するコイル部13の巻き数は、約5.5であるが、勿論これに限られない。
図3に示すように、コイル部13は、Z軸方向から見たとき、磁性体部12の長辺方向を長軸とするオーバル形状に形成される。これにより、コイル部13を流れる電流の経路を最短にすることができるため、直流抵抗の低抵抗化を実現することができる。ここで、オーバル形状とは、典型的には、楕円または長円(2つの半円を直線でつないだ形状)、角丸長方形状等を意味する。なお、これに限られず、コイル部13は、Z軸方向から見たときの形状が略矩形状のものであってもよい。
[積層インダクタの製造方法]
続いて、積層インダクタ10の製造方法について説明する。図6A〜Cは、積層インダクタ10における磁性体層ML1〜ML7の製造方法を説明する要部の概略断面図である。
磁性体層ML1〜ML7の製造方法は、第1の磁性層121の作製工程と、導体パターンC10の形成工程と、第2の磁性層122の形成工程とを有する。
(第1の磁性層の作製)
第1の磁性層121の作製に際しては、ドクターブレードやダイコータ等の塗工機(図示略)を用いて、予め用意した磁性体ペースト(スラリー)をプラスチック製のベースフィルム(図示略)の表面に塗工する。次に、そのベースフィルムを熱風乾燥機等の乾燥機(図示略)を用いて、約80℃、約5分の条件で乾燥させて、磁性体層ML1〜ML7に対応する第1〜第7の磁性シート121Sをそれぞれ作製する(図6A参照)。これら磁性シート121Sは、第1の磁性層121を多数個取りすることができるサイズにそれぞれ形成される。
ここで用いた磁性体ペーストの組成は、FeCrSi合金粒子群が75〜85wt%で、ブチルカルビトール(溶剤)が13〜21.7wt%で、ポリビニルブチラール(バインダ)が2〜3.3wt%で、FeCrSi粒子群の平均粒径(メディアン径)により調整される。例えば、FeCrSi合金粒子群の平均粒径(メディアン径)が3μm以上では、それぞれ85wt%、13wt%、2wt%とし、1.5μm以上3μm未満では、それぞれ80wt%、17.3wt%、2.7wt%とし、1.5μm未満では、それぞれ75wt%、21.7wt%、3.3wt%とする。FeCrSi合金粒子群の平均粒径は、第1の磁性層121の厚み等に応じて選択される。FeCrSi合金粒子群は、例えば、アトマイズ法で製造される。
第1の磁性層121は、上述のように、厚みが4μm以上19μm以下であり、厚み方向に沿って3つ以上の合金磁性粒子(FeCrSi合金粒子)が並ぶように構成される。そこで本実施形態では、合金磁性粒子の平均粒径は、体積基準において、d50(メディアン径)が、好ましくは1〜4μmとされる。合金磁性粒子のd50は、レーザ回折散乱法を利用した粒子径・粒度分布測定装置(例えば、日機装社製のマイクロトラック)を用いて測定される。
次いで、打ち抜き加工機やレーザ加工機等の穿孔機(図示略)を用いて、磁性体層ML1〜ML6に対応する第1〜第6の磁性シート121Sに、ビアV1〜V6(図3参照)に対応する貫通孔(図示略)を所定配列で形成する。貫通孔の配列については、第1〜第7の磁性シート121Sを積層したときに、導体を充填した貫通孔と導体パターンC11〜C17とで内部導体が形成されるように設定される。
(導体パターンの形成)
続いて、図6Bに示すように、第1〜第7の磁性シート121Sの上に、導体パターンC11〜C17が形成される。
導体パターンC11は、スクリーン印刷機やグラビア印刷機等の印刷機(図示略)を用いて、予め用意した導体ペーストを磁性体層ML1に対応する第1の磁性シート121Sの表面に印刷される。さらに、導体パターンC11の形成に際して、ビアV1に対応する貫通孔に上記導体ペーストが充填される。そして、熱風乾燥機等の乾燥機(図示略)を用いて、第1の磁性シート121Sを約80℃、約5分の条件で乾燥させ、導体パターンC11に対応する第1の印刷層を所定配列で作製する。
導体パターンC12〜C17及びビアV2〜V6についても上述と同様な方法で作製される。これにより、磁性体層ML2〜ML7に対応する第2〜第7の磁性シート121Sの表面に、導体パターンC12〜C17に対応する第2〜第7の印刷層が所定配列で作製される。
ここで用いた導体ペーストの組成は、Ag粒子群が85wt%で、ブチルカルビトール(溶剤)が13wt%で、ポリビニルブチラール(バインダ)が2wt%であり、Ag粒子群のd50(メディアン径)は、約5μmである。
(第2の磁性層の形成)
続いて、図6Cに示すように、第1〜第7の磁性シート121Sの上に、第2の磁性層122が形成される。
第2の磁性層122の形成に際しては、スクリーン印刷機やグラビア印刷機等の印刷機(図示略)を用いて、予め用意した磁性体ペースト(スラリー)を第1〜第7の磁性シート121S上の導体パターンC11〜C17の周囲に塗工する。次に、その磁性体ペーストを熱風乾燥機等の乾燥機(図示略)を用いて、約80℃、約5分の条件で乾燥させる。
ここで用いた磁性体ペーストの組成は、FeCrSi合金粒子群が85wt%で、ブチルカルビトール(溶剤)が13wt%で、ポリビニルブチラール(バインダ)が2wt%である。
第2の磁性層122の厚みは、導体パターンC11〜C17の厚みと同一又は20%以内の厚みの差となるように調整され、積層方向にほぼ同一平面が形成され、各磁性層に段差を生じることなく、積層ずれ等を生じることなく磁性体部12が得られる。第2の磁性層122は、上述のように、金属磁性粒子(FeCrSi合金粒子)で構成され、第2の磁性層122の厚みは30μm以上60μm以下である。本実施形態において第2の磁性層122を構成する合金磁性粒子の平均粒径は、第1の磁性層121を構成する合金磁性粒子の平均粒径よりも大きく、例えば、第1の磁性層121を構成する合金磁性粒子の平均粒径は1〜4μmであり、第2の磁性層122を構成する合金磁性粒子の平均粒径は4〜6μmである。
以上のようにして、磁性体層ML1〜ML7に対応する第1〜第7のシートが作製される(図6C参照)。
(第3の磁性層の作製)
第3の磁性層123の作製に際しては、ドクターブレードやダイコータ等の塗工機(図示略)を用いて、予め用意した磁性体ペースト(スラリー)をプラスチック製のベースフィルム(図示略)の表面に塗工する。次に、そのベースフィルムを熱風乾燥機等の乾燥機(図示略)を用いて、約80℃、約5分の条件で乾燥させて、磁性体層MLU,MLDを構成する第3の磁性層123に対応する磁性シートをそれぞれ作製する。これら磁性シートは、第3の磁性層123を多数個取りすることができるサイズにそれぞれ形成される。
ここで用いた磁性体ペーストの組成は、FeCrSi合金粒子群が85wt%で、ブチルカルビトール(溶剤)が13wt%で、ポリビニルブチラール(バインダ)が2wt%である。
第3の磁性層123は、上述のように、磁性体層MLU,MLDのそれぞれの厚みが例えば50μm以上120μm以下となるように、その積層数に応じて設定される。本実施形態において第3の磁性層123を構成する合金磁性粒子の平均粒径は、第1の磁性層121を構成する合金磁性粒子の平均粒径(1〜4μm)及び第2の磁性層122を構成する合金磁性粒子の平均粒径(6μm)と同じか、もしくは、それよりも小さい例えば4μmである。平均粒径が同じ場合は、透磁率を高くでき、小さい場合は、第3の磁性層123を薄くすることができる。
(積層及び切断)
続いて、吸着搬送機とプレス機(いずれも図示略)を用いて、第1〜第7のシート(磁性体層ML1〜ML7に対応)と、第8のシート群(磁性体層MLU、MLDに対応)を、図3に示した順序で積み重ねて熱圧着して積層体を作製する。
続いて、ダイシング機やレーザ加工機等の切断機(図示略)を用いて、積層体を部品本体サイズに切断して、加工処理前チップ(加熱処理前の磁性体部及びコイル部を含む)を作製する。
(脱脂及び酸化物膜の形成)
続いて、焼成炉等の加熱処理機(図示略)を用いて、大気等の酸化性雰囲気中で、加熱処理前チップを多数個一括で加熱処理する。この加熱処理は、脱脂プロセスと酸化物膜形成プロセスとを含み、脱脂プロセスは約300℃、約1時間の条件で実施され、酸化物膜形成プロセスは約700℃、約2時間の条件で実施される。
脱脂プロセスを実施する前の加熱処理前チップにあっては、加熱処理前の磁性体内のFeCrSi合金粒子の間に多数の微細間隙が存在し、当該微細間隙にはバインダ等が含まれている。しかし、これらは脱脂プロセスにおいて消失するため、脱脂プロセスが完了した後は、当該微細間隙はポア(空隙)に変わる。また、加熱処理前のコイル部内のAg粒子の間にも多数の微細間隙が存在し、当該微細間隙にはバインダ等が含まれているが、これらは脱脂プロセスにおいて消失する。
脱脂プロセスに続く酸化物膜形成プロセスでは、加熱処理前の磁性体内のFeCrSi合金粒子が密集して磁性体部12(図1、図2参照)が作製されると同時に、FeCrSi合金粒子それぞれの表面に当該粒子の酸化物膜が形成される。また、加熱処理前のコイル部内のAg粒子群が焼結してコイル部13(図1、図2参照)が作製され、これにより部品本体11が作製される。
(外部電極の形成)
続いて、ディップ塗布機やローラ塗布機等の塗布機(図示略)を用いて、予め用意した導体ペーストを部品本体11の長さ方向両端部に塗布し、これを焼成炉等の加熱処理機(図示略)を用いて、約650℃、約20分の条件で焼付け処理を行い、当該焼付け処理によって溶剤及びバインダの消失とAg粒子群の焼結を行って、外部電極14,15(図1、図2参照)を作製する。
ここで用いた外部電極14,15用の導体ペーストの組成は、Ag粒子群が85wt%以上で、Ag粒子群以外にガラス、ブチルカルビトール(溶剤)、ポリビニルブチラール(バインダ)を含み、Ag粒子群のd50(メディアン径)は、約5μmである。
(樹脂含浸処理)
続いて、磁性体部12に樹脂含浸の処理を行う。磁性体部12には、磁性体部12を形成する合金磁性粒子同士の間に空間が存在している。ここでの樹脂含浸の処理は、この空間を埋めるようとするものである。具体的には、シリコーン樹脂の樹脂材料を含む溶液に得られた磁性体部12を浸漬することにより、樹脂材料を空間に充填し、その後、150℃にて60分間熱処理することにより、樹脂材料を硬化させる。
樹脂含浸の処理としては、例えば液体状態の樹脂材料や樹脂材料の溶液などといった、樹脂材料の液状物に磁性体部12を浸漬して圧力を下げたり、樹脂材料の液状物を磁性体部12に塗布して表面から内部に染みこませたりするなどの手段が挙げられる。この結果、樹脂は合金磁性粒子表面の酸化膜の外側に付き、合金磁性粒子同士の空間の一部を埋めることができる。この樹脂は、強度の増加や吸湿性の抑制という利点があり、水分が磁性材部12の内部に入りにくくなるため、特に高湿下において絶縁性の低下を抑えることができる。
また、別の効果として、外部電極の形成にめっきを用いる場合、めっき伸びを抑えて歩留りの向上を図ることができる。樹脂材料としては、有機樹脂や、シリコーン樹脂が挙げられる。好ましくはシリコーン系樹脂、エポキシ系樹脂、フェノール系樹脂、シリケート系樹脂、ウレタン系樹脂、イミド系樹脂、アクリル系樹脂、ポリエステル系樹脂およびポリエチレン系樹脂からなる群から選ばれる少なくとも1種からなる。
(リン酸塩処理)
また、更に絶縁を高くする方法として、磁性体部12を形成する合金磁性粒子の表面にリン酸系の酸化物を形成する。この工程は、外部電極14,15が作製された積層インダクタ10をリン酸塩処理浴中に浸漬し、その後、水洗い、乾燥等が行われる。リン酸塩としては、例えばマンガン塩、鉄塩、亜鉛塩などが挙げられる。それぞれ適切な濃度調整をして処理を行う。
その結果、磁性体部12を形成する合金磁性粒子同士の間にリン元素が確認できる。リン元素は、合金磁性粒子同士の空間の一部を埋めるようにリン酸系の酸化物として存在する。この場合、磁性体部12を形成する合金磁性粒子の表面には酸化膜が存在するが、酸化膜の存在しないような部分において、Feとリンが置き換わる形でリン酸系の酸化物が形成される。
この酸化膜とリン酸系の酸化物を合わせ持つことで、更にFeの比率の高い合金磁性粒子を用いる場合でも絶縁性を確保できる。また、この効果として、樹脂含浸同様に、めっき伸びを抑えることができる。また、樹脂含浸とリン酸塩処理を組み合わせることで、絶縁だけでなく、更に耐湿性を良くできる相乗効果が期待できる。この組み合わせについては、樹脂含浸後にリン酸塩の処理としても、リン酸塩後に樹脂含浸の処理としても、同様の効果を得ることができる。
最後に、めっきを行う。めっきは、一般的な電気めっきにより行われ、NiとSnの金属膜が、先にAg粒子群を焼結して形成された外部電極14,15に付けられる。このようにして、積層インダクタ10を得ることができる。
続いて、本発明の実施例について説明する。
(実施例1)
以下の条件で、長さが約1.6mm、幅が約0.8mm、高さが約0.54mmの直方体形状の積層インダクタを作製した。
磁性材料として、FeCrSi系の合金磁性粒子を含む磁性ペーストから第1〜第3の磁性層を作製した。なお、第1の磁性層及び第2の磁性層は、図4における第1の磁性層121及び第2の磁性層122にそれぞれ相当し、第3の磁性層は、図4における磁性体層MLU及び磁性体層MLDに相当する(以下同じ)。
第1〜第3の磁性層を構成するFeCrSi系合金磁性粒子におけるCr及びSiの組成は、6Cr3Si(Cr:6wt%、Si:3wt%、残り:Feの合計100wt%。ただし、不純物は除く。実施例2以降も同様。)とした。第1の磁性層の厚みは16μmとし、その合金磁性粒子の平均粒径は4μmとした。第2の磁性層の厚みは37μmとし、その合金磁性粒子の平均粒径は6μmとした。第3の磁性層の厚みは56μmとし、その合金磁性粒子の平均粒径は4.1μmとした。第1及び第2の磁性層の層数は各8層を交互に配置し、第3の磁性層の2層を積層方向の両側に配置した。
コイル部は、第1の磁性層の表面に第2の磁性層の厚みで印刷したAgペーストで形成した。コイル部は、図3に示すように、約(5/6)ターン分のコイル長を有する複数の周回部と、所定のコイル長を有する引出し部とをコイル軸方向に積層することで作製した。コイル部のターン数は6.5ターンとし、コイル部の厚みは、第2の磁性層の厚みと同一とした。
上述のように構成された磁性層の積層体(磁性体部)を部品本体サイズに切断し、300℃での熱処理(脱脂プロセス)及び700℃での熱処理(酸化物膜形成プロセス)を施した。そして、引出し部の端面が露出する磁性体部の両端部にAgペーストからなる外部電極の下地層を形成した。そして、磁性体部の樹脂含浸処理を行った後、外部電極の下地層にNi,Snめっきを施した。
以上のようにして作製した積層インダクタについて、第1の磁性層内部においてその厚み方向に並ぶ合金磁性粒子の数、電流特性及び耐電圧特性を評価した。各評価に当たっては、まず各試料については、LCRメータを用い、測定周波数1MHzでのインダクタンス値を測定し、設計のインダクタンス値(0.22μH)に対し10%以内となるもの選択し、各評価を行った。
合金磁性粒子の数は、積層インダクタの図1のA−A断面におけるSEM観察によって行った。具体的には、上記A−A断面を研磨加工あるいはミリング加工し、各内部導体の幅方向中間位置で各々内部導体間の距離が求められるように、内部導体間が全体として収まる倍率の1000〜5000倍の範囲で観察した。A−A断面とした理由は、外部電極に近い側の各々内部導体の距離や粒子の数を評価するためである。そして、図5に示すように、内部導体bの中間位置から内部導体cに向かって1μm幅に相当する垂線(Ls)を引き、当該垂線に掛かる粒子の中から、内部導体b,c間の距離の1/10以上の大きさ(断面で見える垂線方向の長さ)の粒子の数をカウントした。垂線が引けないような場合は、内部導体bと内部導体cの最短距離に1μm幅に相当する直線を引き、当該直線に掛かる粒子の中から、内部導体b,cの最短距離の1/10以上の大きさ(断面で見える垂線方向の長さ)の粒子の数をカウントした。この評価を各内部導体間で行い、最も少ない粒子の数を第1の磁性層に並んでいる合金磁性粒子の数とした。
また、第2の磁性層、第3の磁性層についても同じ試料を用いて評価を行った。第2の磁性層においては、内部導体と接する面から第2の磁性層側面までの最短距離を結ぶ1μm幅に相当する直線を引き、当該直線に掛かる粒子の中から、上記の内部導体b,c間の距離の最小値の1/10以上の大きさ(断面で見える垂線方向の長さ)の粒子の数をカウントした。第3の磁性層においては、内部導体と接する面から外部電極までの最短距離を結ぶ1μm幅に相当する直線を引き、当該直線に掛かる粒子の中から、上記の各内部導体b,c間の距離の最小値の1/10以上の大きさ(断面で見える垂線方向の長さ)の粒子の数をカウントした。この評価により、第2の磁性層及び第3の磁性層の粒子の数は、各実施例いずれも10以上であった。
Q特性は、LCRメータを用い、測定周波数1MHzで得られるQの値を測定した。使用する機器は4285A(キーサイト・テクノロジーズ・インク製)とした。
耐電圧特性は、静電気耐電圧試験で評価した。静電気耐圧試験は、静電気放電(ESD:electrostatic discharge)試験により試料に電圧を印加し、前後での特性変化の有無によって行った。試験条件には人体モデル(HBM:human body model)を用い、IEC61340−3−1規格に準じて行う。以下に詳細は試験方法について述べる。
まず、LCRメータを用いて、試料である積層インダクタの10MHzにおけるQ値を求め、初期値(試験前)とした。次に、放電容量100pF、放電抵抗1.5kΩ、試験電圧1kV、パルス印加数を両極各1回の条件にて電圧を印加し、試験を実施した(1回目の試験)。この後、再度Q値を求め、得られた試験後の数値が初期値の70%以上のものを良品、70%未満のものを不合格と判断した。
そして、良品と判断されたサンプルについて、放電容量100pF、放電抵抗1.5kΩ、試験電圧1.2kV、パルス印加数を両極各1回の条件にて電圧を印加し、試験を実施した(2回目の試験)。この後、再度Q値を求め、得られた試験後の数値が初期値の70%以上のものを良品、70%未満のものを不合格と判断した。
各3個の評価において少なくとも1回目の試験で良品のものを合格とし、2回とも良品のものを「A」、1回目の試験のみ良品のものを「B」とした。なお、1回目の試験で不良品と判断されたものは不合格(評価「C」)とした。測定機器には、4285A(キーサイト・テクノロジーズ・インク製)を使用した。
評価の結果、内部導体間の距離は16μm、合金磁性粒子の数は4個、直流抵抗は69mΩ、Q値は26、耐電圧特性(絶縁破壊評価)は「A」であった。
(実施例2)
第1の磁性層の厚みを12μm、その合金磁性粒子の平均粒径を3.2μm、第2の磁性層の厚みを42μm、第3の磁性層の厚みを52μmとした以外は、実施例1と同一の条件で積層インダクタを作製した。
この積層インダクタについて、実施例1と同一の条件で、第1の磁性層内部においてその厚み方向に並ぶ合金磁性粒子の数、電流特性及び耐電圧特性を評価したところ、内部導体間の距離は12μm、合金磁性粒子の数は3個、直流抵抗は60mΩ、Q値は30、耐電圧特性(絶縁破壊評価)は「A」であった。
(実施例3)
第1の磁性層の厚みを7μm、その合金磁性粒子の平均粒径を1.9μm、第2の磁性層の厚みを46μm、第3の磁性層の厚みを52μmとした以外は、実施例1と同一の条件で積層インダクタを作製した。
この積層インダクタについて、実施例1と同一の条件で、第1の磁性層内部においてその厚み方向に並ぶ合金磁性粒子の数、電流特性及び耐電圧特性を評価したところ、内部導体間の距離は7.2μm、合金磁性粒子の数は3個、直流抵抗は55mΩ、Q値は32、耐電圧特性(絶縁破壊評価)は「A」であった。
(実施例4)
第1の磁性層の厚みを7μm、その合金磁性粒子の平均粒径を1μm、第2の磁性層の厚みを41μm、第3の磁性層の厚みを74μm、第2の磁性層の合金磁性粒子の平均粒径を4μmとした以外は、実施例1と同一の条件で積層インダクタを作製した。
この積層インダクタについて、実施例1と同一の条件で、第1の磁性層内部においてその厚み方向に並ぶ合金磁性粒子の数、電流特性及び耐電圧特性を評価したところ、内部導体間の距離は7.5μm、合金磁性粒子の数は7個、直流抵抗は63mΩ、Q値は29、耐電圧特性(絶縁破壊評価)は「A」であった。
(実施例5)
第1の磁性層の厚みを3.5μm、その合金磁性粒子の平均粒径を1μm、第2の磁性層の厚みを42μm、第3の磁性層の厚みを82μm、第2の磁性層の合金磁性粒子の平均粒径を4μmとした以外は、実施例1と同一の条件で積層インダクタを作製した。
この積層インダクタについて、実施例1と同一の条件で、第1の磁性層内部においてその厚み方向に並ぶ合金磁性粒子の数、電流特性及び耐電圧特性を評価したところ、内部導体間の距離は4.0μm、合金磁性粒子の数は3個、直流抵抗は61mΩ、Q値は30、耐電圧特性(絶縁破壊評価)は「A」であった。
(実施例6)
第1〜第3の磁性層を構成するFeCrSi系合金磁性粒子におけるCr及びSiの組成を4Cr5Si(Cr:4wt%、Si:5wt%、残り:Feの合計100wt%)とした以外は、実施例3と同一の条件で積層インダクタを作製した。
この積層インダクタについて、実施例1と同一の条件で、第1の磁性層内部においてその厚み方向に並ぶ合金磁性粒子の数、電流特性及び耐電圧特性を評価したところ、内部導体間の距離は7.2μm、合金磁性粒子の数は3個、直流抵抗は55mΩ、Q値は33、耐電圧特性(絶縁破壊評価)は「A」であった。
(実施例7)
第1〜第3の磁性層を構成するFeCrSi系合金磁性粒子におけるCr及びSiの組成を2Cr7Si(Cr:2wt%、Si:7wt%、残り:Feの合計100wt%)、第1の磁性層の合金磁性粒子の平均粒径を2μmとした以外は、実施例3と同一の条件で積層インダクタを作製した。
この積層インダクタについて、実施例1と同一の条件で、第1の磁性層内部においてその厚み方向に並ぶ合金磁性粒子の数、電流特性及び耐電圧特性を評価したところ、内部導体間の距離は7.3μm、合金磁性粒子の数は3個、直流抵抗は55mΩ、Q値は35、耐電圧特性(絶縁破壊評価)は「A」であった。
(実施例8)
第1〜第3の磁性層を構成するFeCrSi系合金磁性粒子におけるCr及びSiの組成を1.5Cr8Si(Cr:1.5wt%、Si:8wt%、残り:Feの合計100wt%)とした以外は、実施例3と同一の条件で積層インダクタを作製した。
この積層インダクタについて、実施例1と同一の条件で、第1の磁性層内部においてその厚み方向に並ぶ合金磁性粒子の数、電流特性及び耐電圧特性を評価したところ、内部導体間の距離は7.4μm、合金磁性粒子の数は3個、直流抵抗は56mΩ、Q値は36、耐電圧特性(絶縁破壊評価)は「A」であった。
(実施例9)
第1〜第3の磁性層を構成するFeCrSi系合金磁性粒子におけるCr及びSiの組成を1Cr10Si(Cr:1wt%、Si:10wt%、残り:Feの合計100wt%)とした以外は、実施例7と同一の条件で積層インダクタを作製した。
この積層インダクタについて、実施例1と同一の条件で、第1の磁性層内部においてその厚み方向に並ぶ合金磁性粒子の数、電流特性及び耐電圧特性を評価したところ、内部導体間の距離は7.8μm、合金磁性粒子の数は4個、直流抵抗は59mΩ、Q値は29、耐電圧特性(絶縁破壊評価)は「B」であった。
(実施例10)
第2及び第3の磁性層を構成するFeAlSi系合金磁性粒子におけるAl及びSiの組成を4Al5Si(Al:4wt%、Si:5wt%、残り:Feの合計100wt%)とした以外は、実施例7と同一の条件で積層インダクタを作製した。
この積層インダクタについて、実施例1と同一の条件で、第1の磁性層内部においてその厚み方向に並ぶ合金磁性粒子の数、電流特性及び耐電圧特性を評価したところ、内部導体間の距離は7.3μm、合金磁性粒子の数は3個、直流抵抗は55mΩ、Q値は33、耐電圧特性(絶縁破壊評価)は「A」であった。
(実施例11)
第1の磁性層を構成するFeAlSi系合金磁性粒子におけるAl及びSiの組成を2Al7Si(Al:2wt%、Si:7wt%、残り:Feの合計100wt%)とした以外は、実施例7と同一の条件で積層インダクタを作製した。
この積層インダクタについて、実施例1と同一の条件で、第1の磁性層内部においてその厚み方向に並ぶ合金磁性粒子の数、電流特性及び耐電圧特性を評価したところ、内部導体間の距離は7.4μm、合金磁性粒子の数は3個、直流抵抗は55mΩ、Q値は35、耐電圧特性(絶縁破壊評価)は「A」であった。
(実施例12)
第1の磁性層を構成するFeAlSi系合金磁性粒子におけるAl及びSiの組成を1.5Al8Si(Al:1.5wt%、Si:8wt%、残り:Feの合計100wt%)とした以外は、実施例7と同一の条件で積層インダクタを作製した。
この積層インダクタについて、実施例1と同一の条件で、第1の磁性層内部においてその厚み方向に並ぶ合金磁性粒子の数、電流特性及び耐電圧特性を評価したところ、内部導体間の距離は7.4μm、合金磁性粒子の数は3個、直流抵抗は56mΩ、Q値は36、耐電圧特性(絶縁破壊評価)は「A」であった。
(実施例13)
第1の磁性層を構成するFeCrZr系合金磁性粒子におけるCr及びZrの組成を2Cr7Zr(Cr:2wt%、Zr:7wt%、残り:Feの合計100wt%)とした以外は、実施例3と同一の条件で積層インダクタを作製した。
この積層インダクタについて、実施例1と同一の条件で、第1の磁性層内部においてその厚み方向に並ぶ合金磁性粒子の数、電流特性及び耐電圧特性を評価したところ、内部導体間の距離は7.2μm、合金磁性粒子の数は3個、直流抵抗は55mΩ、Q値は35、耐電圧特性(絶縁破壊評価)は「A」であった。
(実施例14)
第1の磁性層を構成するFeCrSi系合金磁性粒子におけるCr及びSiの組成を6Cr3Si(Cr:6wt%、Si:3wt%、残り:Feの合計100wt%)とした以外は、実施例6と同一の条件で積層インダクタを作製した。
この積層インダクタについて、実施例1と同一の条件で、第1の磁性層内部においてその厚み方向に並ぶ合金磁性粒子の数、電流特性及び耐電圧特性を評価したところ、内部導体間の距離は7μm、合金磁性粒子の数は3個、直流抵抗は54mΩ、Q値は32、耐電圧特性(絶縁破壊評価)は「A」であった。
(実施例15)
第1の磁性層を構成するFeCrSi系合金磁性粒子におけるCr及びSiの組成を6Cr3Si(Cr:6wt%、Si:3wt%、残り:Feの合計100wt%)とした以外は、実施例7と同一の条件で積層インダクタを作製した。
この積層インダクタについて、実施例1と同一の条件で、第1の磁性層内部においてその厚み方向に並ぶ合金磁性粒子の数、電流特性及び耐電圧特性を評価したところ、内部導体間の距離は6.9μm、合金磁性粒子の数は3個、直流抵抗は54mΩ、Q値は34、耐電圧特性(絶縁破壊評価)は「A」であった。
(実施例16)
第1の磁性層を構成するFeCrSi系合金磁性粒子におけるCr及びSiの組成を6Cr3Si(Cr:6wt%、Si:3wt%、残り:Feの合計100wt%)とした以外は、実施例8と同一の条件で積層インダクタを作製した。
この積層インダクタについて、実施例1と同一の条件で、第1の磁性層内部においてその厚み方向に並ぶ合金磁性粒子の数、電流特性及び耐電圧特性を評価したところ、内部導体間の距離は6.9μm、合金磁性粒子の数は3個、直流抵抗は55mΩ、Q値は35、耐電圧特性(絶縁破壊評価)は「A」であった。
(実施例17)
第1の磁性層の厚みを13μm、その合金磁性粒子の平均粒径を1.9μm、第2の磁性層の厚みを42μm、第3の磁性層の厚みを48μmとした以外は、実施例1と同一の条件で積層インダクタを作製した。
この積層インダクタについて、実施例1と同一の条件で、第1の磁性層内部においてその厚み方向に並ぶ合金磁性粒子の数、電流特性及び耐電圧特性を評価したところ、内部導体間の距離は13μm、合金磁性粒子の数は7個、直流抵抗は60mΩ、Q値は30、耐電圧特性(絶縁破壊評価)は「A」であった。
(実施例18)
第1の磁性層の厚みを17μm、その合金磁性粒子の平均粒径を1.9μm、第2の磁性層の厚みを38μm、第3の磁性層の厚みを48μmとした以外は、実施例1と同一の条件で積層インダクタを作製した。
この積層インダクタについて、実施例1と同一の条件で、第1の磁性層内部においてその厚み方向に並ぶ合金磁性粒子の数、電流特性及び耐電圧特性を評価したところ、内部導体間の距離は17μm、合金磁性粒子の数は9個、直流抵抗は66mΩ、Q値は29、耐電圧特性(絶縁破壊評価)は「A」であった。
(実施例19)
第1の磁性層の厚みを19μm、その合金磁性粒子の平均粒径を1.9μm、第2の磁性層の厚みを36μm、第3の磁性層の厚みを48μmとした以外は、実施例1と同一の条件で積層インダクタを作製した。
この積層インダクタについて、実施例1と同一の条件で、第1の磁性層内部においてその厚み方向に並ぶ合金磁性粒子の数、電流特性及び耐電圧特性を評価したところ、内部導体間の距離は19μm、合金磁性粒子の数は10個、直流抵抗は70mΩ、Q値は28、耐電圧特性(絶縁破壊評価)は「A」であった。
(比較例1)
第1の磁性層の厚みを24μm、その合金磁性粒子の平均粒径を5μm、第2の磁性層の厚みを29μmとした以外は、実施例1と同一の条件で積層インダクタを作製した。
この積層インダクタについて、実施例1と同一の条件で、第1の磁性層内部においてその厚み方向に並ぶ合金磁性粒子の数、電流特性及び耐電圧特性を評価したところ、内部導体間の距離は24μm、合金磁性粒子の数は4個、直流抵抗は88mΩ、Q値は24、耐電圧特性(絶縁破壊評価)は「A」であった。
実施例1〜19及び比較例1に係るサンプルの作製条件を表1に、表1に記載の磁性材料の種類(合金磁性粒子の組成)を表2に、そして、各サンプルの評価結果を表3にそれぞれ示す。
Figure 2017092431
Figure 2017092431
Figure 2017092431
表1〜3に示すように、第1の磁性層の厚みが19μm以下である実施例1〜19に係る積層インダクタについては、比較例1に係る積層インダクタよりも直流抵抗が低く、かつ、Q値が高いことが確認された。これは、第1の磁性層の厚みを小さくした分、第2の磁性層及び内部導体の厚みを大きくすることができたことで、コイル部の低抵抗化を図りつつ、高いQ特性(低損失)を得られたことによるものと推察される。
また、実施例1〜19に係る積層インダクタにおいては、第1の磁性層を構成する合金磁性粒子の平均粒径が4μm以下と小さいため、合金磁性粒子の比表面積が増加し、これにより第1の磁性層の絶縁特性が向上し、所望とする耐電圧特性を確保できることが確認された。
また、実施例1〜5に示すように、合金磁性粒子の組成を同一とした場合、第1の磁性層の厚みが小さい分、内部導体の厚みを大きくすることができるため、第1の磁性層の厚みが小さいほど直流抵抗の低抵抗化及びQ特性(損失)の向上を図れることが確認された。
特に、実施例6〜8のSi5〜8wt%、Cr1.5〜4wt%の合金磁性粒子を用いることで、比較例1の約25%以上高いQ特性を得られる。更に、実施例2のように合金磁性粒子の平均粒径が3.2μm以下の場合には、合金磁性粒子の数は3個でも絶縁性を確保できている。よって、この3個以上粒子が並ぶ範囲での薄型化を進めることができる。
ただし、実施例4のように合金磁性粒子の平均粒径が1μmの場合には、粒子径による透磁率の低下、及び製造過程でのバインダ量等の増加による充填率の低下により実施例3より直流抵抗が高くなってしまう。このため、合金磁性粒子の平均粒径は2μm以上3μm以下とすることで、低い直流抵抗の設計が可能となる。
実施例6は、実施例3よりもSi含有量が多いため、実施例3よりも高いQ値が得られた。実施例7と実施例3との関係、及び、実施例8と実施例3との関係についても同様であった。実施例8と実施例7との関係についても同様に、実施例8の方が実施例7よりもSi含有量が多いため、僅かながらもQ値が向上した。
実施例9は、実施例4と同様の直流抵抗及びQ値が得られたが、他の実施例よりも絶縁耐圧特性が低下した。これは、実施例9のCr含有量が他の実施例のそれよりも少ないため過剰な酸化が進み、抵抗値の低いFeの酸化物(マグネタイト)が多く形成されたことによると考えられる。また、過剰な酸化による膨張が進んでいることで、内部導体間の距離を大きくすることにもつながっていると考えられる。
実施例10,11,12によれば、異なる材質の合金磁性粒子の組成を用いても、それぞれが実施例6,7,8と同じ直流抵抗、Q特性を得られることが確認された。
実施例13についても同様に、実施例7と同じ直流抵抗、Q特性を得ることができる。
実施例14,15,16はそれぞれ、実施例6,7,8より直流抵抗を下げることができる。これは、第1の磁性層より、第2、3の磁性層にSi量の多い合金磁性粒子を用いることで、それぞれの硬さの柔らかい方の第1の磁性層の合金磁性粒子が変形を起こしながら、第1の磁性層の厚みを薄く、また充填率を高くできることによると考えられる。
実施例17,18は、それぞれ実施例1より直流抵抗を下げることができる。これは、実施例1より平均粒径の小さい合金磁性粒子を用いることによる。一方、実施例19では、実施例1と同じ直流抵抗となり、平均粒径の小さい合金磁性粒子を用いる効果が見られなくなっている。このことから、第1の磁性層内部においてその厚み方向に並ぶ合金磁性粒子の数は9個以下とすることが好ましい。よって、絶縁性と直流抵抗の両方をより良くするためには、第1の磁性層内部においてその厚み方向に並ぶ合金磁性粒子の数は3以上9以下となる。
以上のように、本実施例に係る積層インダクタによれば、低抵抗と高効率のデバイス特性を得られることがわかる。しかも、部品の小型化、薄型化を実現することができるため、パワーデバイス用途の積層インダクタとしても十分に適用可能である。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく種々変更を加え得ることは勿論である。
例えば以上の実施形態では、外部電極14,15は、部品本体11の長辺方向に対向する2つの端面に設けられたが、これに限られず、部品本体11の短辺方向に対向する2つの側面に設けられてもよい。
また、以上の実施形態では第1の磁性層121を複数備えた積層インダクタ10について説明したが、第1の磁性層121が単層(つまり内部導体が2層)のの積層インダクタにも同様に適用可能である。
10…積層インダクタ
11…部品本体
12…磁性体部
13…コイル部
14,15…外部電極
C11〜C17…導体パターン
V1〜V6…ビア

Claims (6)

  1. 一軸方向に沿った厚みが4μm以上19μm以下であり、前記一軸方向に沿って並ぶ3つ以上の合金磁性粒子と、前記合金磁性粒子を相互に結合しCr及びAlの少なくとも1種からなる第1の成分を含む第1の酸化膜とを有する、少なくとも1つの第1の磁性層と、
    前記第1の磁性層を挟んで前記一軸方向に対向して配置され、前記一軸まわりに巻回されるコイルの一部をそれぞれ構成し、前記第1の磁性層を介して相互に電気的に接続された複数の導体パターンを有する内部導体と、
    合金磁性粒子で構成され、前記第1の磁性層を挟んで前記一軸方向に対向し前記複数の導体パターンの周囲にそれぞれ配置された複数の第2の磁性層と、
    合金磁性粒子で構成され、前記第1の磁性層、前記複数の第2の磁性層及び前記内部導体を挟んで前記一軸方向に対向して配置された複数の第3の磁性層と、
    前記内部導体と電気的に接続される一対の外部電極と
    を具備する積層インダクタ。
  2. 請求項1に記載の積層インダクタであって、
    前記第1の磁性層は、前記合金磁性粒子と前記第1の酸化膜との間に介在する第2の酸化膜をさらに有し、
    前記第2の酸化膜は、Si及びZrの少なくとも1種からなる第2の成分を含む
    積層インダクタ。
  3. 請求項2に記載の積層インダクタであって、
    前記第1の磁性層、前記複数の第2の磁性層及び前記複数の第3の磁性層は、前記第1の成分、前記第2の成分及びFeを含み、かつ、前記第1の成分に対する前記第2の成分の比率が1より大きい合金磁性粒子で構成される
    積層インダクタ。
  4. 請求項2に記載の積層インダクタであって、
    前記複数の第2の磁性層及び前記複数の第3の磁性層は、前記第1の成分が1.5〜4wt%、前記第2の成分が5〜8wt%の合金磁性粒子で構成される
    積層インダクタ。
  5. 請求項1〜4のいずれか1つに記載の積層インダクタであって、
    前記第1の磁性層、前記複数の第2の磁性層及び前記複数の第3の磁性層は、前記合金磁性粒子の間に含浸された樹脂材料を含む
    積層インダクタ。
  6. 請求項1〜5のいずれか1つに記載の積層インダクタであって、
    前記第1の磁性層、前記複数の第2の磁性層及び前記複数の第3の磁性層は、前記合金磁性粒子の間にリン元素を含む
    積層インダクタ。
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