JP2017092431A - 積層インダクタ - Google Patents
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Abstract
【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
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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、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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)
- 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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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