JP2017208446A - 積層コイル部品 - Google Patents

Abstract

【課題】金属磁性粒子の素体からの脱落が防止されていると共に、素体の磁気特性の低下が抑制されている積層コイル部品を提供する。【解決手段】積層コイル部品は、金属磁性粒子Ｍを含む複数の金属磁性体層が積層されてなる素体２と、素体２内に併置されている複数の内部導体が電気的に接続されて構成されたコイルと、を備えている。素体２の表面は、絶縁材料からなる層（絶縁層３）で覆われている。絶縁材料は、素体２の表面領域内における金属磁性粒子Ｍ間に存在していない。【選択図】図３

Description

本発明は、積層コイル部品に関する。

金属磁性粒子を含む複数の金属磁性体層が積層されてなる素体と、素体内に併置されている複数の内部導体が電気的に接続されて構成されたコイルと、を備える積層コイル部品が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

特開２０１３−２５４９１７号公報

金属磁性粒子を含む複数の金属磁性体層が積層されてなる素体を備える積層コイル部品では、金属磁性粒子が素体から脱落するおそれがある。この場合、素体に絶縁材料からなる層を形成することにより、金属磁性粒子が素体から脱落するのを防ぐことができる。

絶縁材料からなる層が素体に形成されている場合、絶縁材料が、素体の表面領域内における金属磁性粒子間に入り込むことがある。絶縁材料が、素体の表面領域内における金属磁性粒子間に存在している場合、絶縁材料から素体に応力が作用し、素体の磁気特性が低下するおそれがある。

本発明の一つの態様は、金属磁性粒子の素体からの脱落が防止されていると共に、素体の磁気特性の低下が抑制されている積層コイル部品を提供することを目的とする。

本発明の一つの態様に係る積層コイル部品は、金属磁性粒子を含む複数の金属磁性体層が積層されてなる素体と、素体内に配置されているコイルと、を備え、素体の表面は、絶縁材料からなる層で覆われており、絶縁材料は、素体の表面領域内における金属磁性粒子間に存在していない。

本発明の上記一つの態様に係る積層コイル部品では、素体の表面が絶縁材料からなる層で覆われている。したがって、金属磁性粒子の素体からの脱落が防止される。また、本態様に係る積層コイル部品では、絶縁材料は、素体の表面領域内における金属磁性粒子間に存在していないので、絶縁材料からの応力が素体に作用し難い。この結果、素体の磁気特性の低下が抑制される。

素体の表面領域における金属磁性粒子の平均粒子径は、３〜１５μｍであってもよい。この場合、素体に生じる残留応力が低く抑えられる。

素体の表面の空孔率は、１０〜３０％であってもよい。この場合、素体の強度が確保される。

絶縁材料は、ガラスであってもよい。この場合、薄く、かつ、均一な層を形成することができる。

絶縁材料からなる層には、貫通孔が形成されていてもよい。この場合、絶縁材料からなる層に存在する貫通孔により、当該層自体に作用する応力が吸収される。この結果、絶縁材料からなる層が損傷するのを抑制することができる。

本発明の上記一つの態様によれば、金属磁性粒子の素体からの脱落が防止されていると共に、素体の磁気特性の低下が抑制されている積層コイル部品を提供することができる。

一実施形態に係る積層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説明するための図である。 素体と絶縁層との断面構成を示す模式図である。 コイル導体の構成を示す斜視図である。 積層コイル部品の製造過程を説明するための図である。 積層コイル部品の各ＳＥＭ写真を示す図である。 積層コイル部品の製造過程を説明するための図である。 積層コイル部品の製造過程を説明するための図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

図１〜図３を参照して、本実施形態に係る積層コイル部品１の構成を説明する。図１は、本実施形態に係る積層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説明するための図である。図３は、素体と絶縁層との断面構成を示す模式図である。図４は、コイル導体の構成を示す斜視図である。

図１に示されるように、積層コイル部品１は、素体２と、一対の外部電極４，５と、を備えている。一対の外部電極４，５は、素体２の両端部にそれぞれ配置されている。積層コイル部品１は、たとえば、ビーズインダクタ又はパワーインダクタに適用できる。

素体２は、直方体形状を呈している。素体２は、その表面として、互いに対向する一対の端面２ａ，２ｂと、互いに対向している一対の主面２ｃ，２ｄと、互いに対向している一対の側面２ｅ，２ｆと、を有している。一対の主面２ｃ，２ｄは、一対の端面２ａ，２ｂの間を連結するように延在している。一対の側面２ｅ，２ｆは、一対の主面２ｃ，２ｄの間を連結するように延在している。

端面２ａと端面２ｂとが対向している方向と、主面２ｃと主面２ｄとが対向している方向と、側面２ｅと側面２ｆとが対向している方向とは、互いに略直交している。直方体形状には、角部及び稜線部が面取りされている直方体の形状、及び、角部及び稜線部が丸められている直方体の形状が含まれる。主面２ｃ又は主面２ｄは、たとえば積層コイル部品１を図示しない他の電子機器（たとえば、回路基板、又は、電子部品など）に実装する際に、他の電子機器と対向する面（実装面）として規定される。

素体２は、複数の金属磁性体層６（図４参照）が積層されることによって構成されている。各絶縁体層は６、主面２ｃと主面２ｄとが対向している方向に積層されている。すなわち、各金属磁性体層６の積層方向は、主面２ｃと主面２ｄとが対向している方向と一致している。以下、主面２ｃと主面２ｄとが対向している方向を「積層方向」ともいう。各金属磁性体層６は、略矩形形状を呈している。実際の素体２では、各金属磁性体層６は、その層間の境界が視認できない程度に一体化されている。

各金属磁性体層６は、金属磁性粒子を含んでいる。金属磁性粒子は、たとえば、軟磁性合金から構成される。軟磁性合金の例としては、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍ系合金（Ｍは、Ｆｅより酸化し易い金属元素であって、たとえば、Ｃｒ、Ａｌ、又はＴｉである）、Ｆｅ−Ｓｉ系合金、及びＦｅ−Ｎｉ系合金が挙げられる。金属磁性体層６では、金属磁性粒子同士が結合している。金属磁性粒子同士の結合は、たとえば、金属磁性粒子の表面に形成される酸化膜同士の結合で実現される。

金属磁性体層６を形成する際に使用される金属磁性粒子の平均粒子径は、３〜１５μｍである。ここでの「平均粒子径」は、レーザー回折・散乱法によって求めた粒度分布における積算値５０％での粒径を意味する。

図２に示されるように、素体２の表面（各端面２ａ，２ｂ、各主面２ｃ，２ｄ、及び各側面２ｅ，２ｆ）には、絶縁層３が形成されている。すなわち、素体２の表面は、絶縁層３で覆われている。本実施形態では、素体２の表面全体が絶縁層３で覆われている。絶縁層３は、絶縁材料（たとえば、ガラスなど）からなる層である。絶縁層３の厚さは、たとえば、０．５μｍ〜１０μｍである。絶縁層３に用いられるガラスは、軟化点が高いことが好ましく、たとえば、当該ガラスの軟化点は６００℃以上である。

図３に示されるように、絶縁層３は、素体２の表面上に位置している。すなわち、絶縁層３を構成しているガラスは、素体２の表面領域内における金属磁性粒子Ｍ間に存在していない。絶縁層３には、複数の貫通孔３ａが形成されている。貫通孔３ａの直径は、たとえば、０．１〜１．０μｍである。貫通孔３ａの数は、たとえば、１００μｍ^２あたり、１〜２０個／である。

外部電極４は、素体２の端面２ａ側に配置されている。外部電極５は、素体２の端面２ｂ側に配置されている。すなわち、各外部電極４，５は、端面２ａと端面２ｂとが対向している方向に互いに離間して位置している。各外部電極４，５は、平面視で略矩形形状を呈しており、その角が丸められている。

外部電極４は、下地電極層７と、第一めっき層８と、第二めっき層９と、を有している。下地電極層７、第一めっき層８及び第二めっき層９は、素体２側から、下地電極層７、第一めっき層８、第二めっき層９の順番で配置されている。下地電極層７は、導電材を含んでいる。下地電極層７は、導電性金属粉末（本実施形態では、Ａｇ粉末）及びガラスフリットを含む導電性ペーストの焼結体として構成される。すなわち、下地電極層７は、焼結金属層である。第一めっき層８は、たとえば、Ｎｉめっき層である。第二めっき層９は、たとえば、Ｓｎめっき層である。

外部電極４は、端面２ａ上に位置する電極部分４ａと、主面２ｄ上に位置する電極部分４ｂと、主面２ｃ上に位置する電極部分４ｃと、側面２ｅ上に位置する電極部分４ｄと、側面２ｆ上に位置する電極部分４ｅと、の５つの電極部分を含んでいる。電極部分４ａは、端面２ａの全面を覆っている。電極部分４ｂは、主面２ｄの一部を覆っている。電極部分４ｃは、主面２ｃの一部を覆っている。電極部分４ｄは、側面２ｅの一部を覆っている。電極部分４ｅは、側面２ｆの一部を覆っている。５つの電極部分４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅは、一体的に形成されている。

外部電極５は、下地電極層１０と、第一めっき層１１と、第二めっき層１２と、を有している。下地電極層１０、第一めっき層１１及び第二めっき層１２は、素体２側から、下地電極層１０、第一めっき層１１、第二めっき層１２の順番で配置されている。下地電極層１０は、導電材を含んでいる。下地電極層１０は、導電性金属粉末（本実施形態では、Ａｇ粉末）及びガラスフリットを含む導電性ペーストの焼結体として構成される。すなわち、下地電極層１０は、焼結金属層である。第一めっき層１１は、たとえば、Ｎｉめっき層である。第二めっき層１２は、たとえば、Ｓｎめっき層である。

外部電極５は、端面２ｂ上に位置する電極部分５ａと、主面２ｄ上に位置する電極部分５ｂと、主面２ｃ上に位置する電極部分５ｃと、側面２ｅ上に位置する電極部分５ｄと、側面２ｆ上に位置する電極部分５ｅと、の５つの電極部分を含んでいる。電極部分５ａは、端面２ｂの全面を覆っている。電極部分５ｂは、主面２ｄの一部を覆っている。電極部分５ｃは、主面２ｃの一部を覆っている。電極部分５ｄは、側面２ｅの一部を覆っている。電極部分５ｅは、側面２ｆの一部を覆っている。５つの電極部分５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅは、一体的に形成されている。

積層コイル部品１は、素体２内に配置されているコイル１５を備えている。図４に示されるように、コイル１５は、複数のコイル導体（複数の内部導体）１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ，１６ｅ，１６ｆを含んでいる。

複数のコイル導体１６ａ〜１６ｆは、後述する突出部２０，２１に含まれる金属（Ｐｄ）よりも電気抵抗値の小さい材料で形成される。本実施形態では、複数のコイル導体１６ａ〜１６ｆは、Ａｇを導電性材料として含んでいる。複数のコイル導体１６ａ〜１６ｆは、Ａｇである導電性材料を含む導電性ペーストの焼結体として構成される。

コイル導体１６ａは、接続導体１７を有している。接続導体１７は、素体２の端面２ｂ側に配置され、コイル導体１６ａと外部電極５とを電気的に接続する。コイル導体１６ｆは、接続導体１８を有している。接続導体１８は、素体２の端面２ａ側に配置され、コイル導体１６ｆと外部電極４とを電気的に接続する。接続導体１７及び接続導体１８は、Ａｇ及びＰｄを導電性材料として形成される。本実施形態においては、コイル導体１６ａの導体パターンと接続導体１７の導体パターンとは一体に連続して形成され、コイル導体１６ｆの導体パターンと接続導体１８の導体パターンとは一体に連続して形成される。

複数のコイル導体１６ａ〜１６ｆは、素体２内において金属磁性体層６の積層方向に併置されている。複数のコイル導体１６ａ〜１６ｆは、最外層に近い側からコイル導体１６ａ、コイル導体１６ｂ、コイル導体１６ｃ、コイル導体１６ｄ、コイル導体１６ｅ、コイル導体１６ｆの順に並んでいる。

コイル導体１６ａ〜１６ｆの端部同士は、スルーホール導体１９ａ〜１９ｅにより接続されている。スルーホール導体１９ａ〜１９ｅにより、コイル導体１６ａ〜１６ｆは、相互に電気的に接続されている。コイル１５は、複数のコイル導体１６ａ〜１６ｆが電気的に接続されて構成されている。スルーホール導体１９ａ〜１９ｅは、Ａｇを導電性材料として含んでおり、導電性材料を含む導電性ペーストの焼結体として構成される。

図２に示されるように、接続導体１７は、突出部２０を有している。突出部２０は、接続導体１７において素体２の端面２ａ側に配置されている。突出部２０は、素体２の端面２ａから外部電極５側に突出する。突出部２０は、絶縁層３を貫通し、外部電極５の下地電極層１０に接続されている。突出部２０は、外部電極５（下地電極層１０）を形成する材料の主成分（Ａｇ）よりも拡散係数の小さい金属（Ｐｄ）を含んでいる。本実施形態では、突出部２０は、Ａｇ及びＰｄを含んでいる。

接続導体１８は、突出部２１を有している。突出部２１は、接続導体１８において素体２の端面２ｂ側に配置されている。突出部２１は、素体２の端面２ｂから外部電極４側に突出する。突出部２１は、絶縁層３を貫通し、外部電極４の下地電極層７に接続されている。突出部２１は、外部電極４（下地電極層７）を形成する材料の主成分（Ａｇ）よりも拡散係数の小さい金属（Ｐｄ）を含んでいる。本実施形態では、突出部２１は、Ａｇ及びＰｄを含んでいる。突出部２０，２１に含まれる金属（Ｐｄ）は、複数のコイル導体１６ａ〜１６ｆよりも電気抵抗値が大きい。

続いて、積層コイル部品１の製造過程ついて、図５及び図７を参照して説明する。図５及び図７は、積層コイル部品の製造過程を説明するための図である。

図５（ａ）に示されるように、素体２とコイル１５とを含む構造体３０を形成する。ここでは、まず、金属磁性体シートを用意する。金属磁性体シートは、金属磁性体スラリーをドクターブレード法などによりシート状に成形することにより得られる。金属磁性体スラリーは、金属磁性粒子、有機溶剤、有機バインダ、及び可塑剤などを混合して得られる。その後、金属磁性体シート上に、コイル導体１６ａ〜１６ｆを形成するための導体パターンを形成する。導体パターンは、Ａｇを金属成分として含有する導電ペーストをスクリーン印刷することにより形成される。

接続導体１７を形成するための導体パターンは、Ａｇ及びＰｄを金属成分として含有する導電ペーストにより形成する。接続導体１８を形成するための導体パターンは、Ａｇ及びＰｄを金属成分として含有する導電ペーストにより形成する。接続導体１７及び接続導体１８の導体パターンは、Ａｇ及びＰｄを金属成分として含有する導電ペーストにより金属磁性体シート上に形成されてもよい。また、接続導体１７及び接続導体１８の導体パターンは、Ａｇを金属成分として含有する導電ペーストにより形成された導体パターン上に、Ａｇ及びＰｄを金属成分として含有する導電ペーストを重ねることにより形成されてもよい。

導体パターンが形成された金属磁性体シートと、導体パターンが形成されていない金属磁性体シートと、を所定の順序で積層し、金属磁性体シートの積層体を得る。金属磁性体シートの積層体を、大気中で脱バインダ処理した後、所定条件下で熱処理する。これにより、素体２とコイル１５とを含む構造体３０が得られる。

素体２の表面領域における金属磁性粒子の平均粒子径は、３〜１５μｍである。ここでの「平均粒子径」は、たとえば、以下のようにして求めることができる。まず、サンプル（構造体３０）を側面側又は端面側から研磨する。研磨したサンプルについて、素体２の表面領域の断面（研磨面）のＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）写真を撮影する。撮影したＳＥＭ写真をソフトウェアにより画像処理を行い、金属磁性粒子の境界を判別し、各金属磁性粒子の面積を算出する。算出した金属磁性粒子の面積を円相当径に換算して粒径を算出する。得られた金属磁性粒子の粒径の平均値を平均結晶粒径とする。

素体２の表面の空孔率は、１０〜３０％である。空孔率は、たとえば、以下のようにして求めることができる。サンプル（構造体３０）の表面のＳＥＭ写真を撮影する。撮影したＳＥＭ写真をソフトウェアにより画像処理を行い、空孔の境界を判別し、空孔の面積の合算値を算出する。算出した合算値を撮像面積で除し、百分率で表した値を空孔率とする。

続いて、図５（ｂ）に示されるように、絶縁層３を形成するための膜３１を形成する。本実施形態では、膜３１は、ガラススラリーを素体２の全面に塗布することにより形成される。ガラススラリーは、ガラス粉末、バインダ樹脂、及び溶剤などを含む。ガラススラリーの塗布は、たとえば、バレルスプレー法により行う。絶縁層３は、膜３１と、下地電極層７，１０を形成するための導電性ペーストとの同時焼付けにより形成される。すなわち、絶縁層３は、下地電極層７，１０が焼付けされるときに形成される。

絶縁層３には、図６にも示されるように、複数の貫通孔３ａが形成されている。複数の貫通孔３ａは、ガラススラリーを焼付けることにより絶縁層３が形成される際に、絶縁層３に形成される。ガラススラリーが焼付けられる際に、ガラスが収縮すると共に、溶融状態となって表面張力が働く。このため、絶縁層３に複数の貫通孔３ａが形成される。

図６において、（ａ）は絶縁層３の表面のＳＥＭ写真であり、（ｂ）は積層コイル部品１の断面（素体２及び絶縁層３を含む断面）のＳＥＭ写真である。積層コイル部品１の断面のＳＥＭ写真は、以下のようにして得ることができる。サンプル（積層コイル部品１）を破断した後、断面を研磨し、さらに化学エッチングを行う。エッチングしたサンプルについて、素体２及び絶縁層３（表面領域）のＳＥＭ写真を撮影する。

図６（ｂ）に示されるように、絶縁層３は、素体２の表面上に位置している。すなわち、絶縁層３を構成しているガラスは、素体２の表面領域内における金属磁性粒子間に存在していない。

続いて、図７（ａ）に示されるように、下地電極層７，１０を形成する。具体的には、下地電極層７，１０は、導電性金属粉末としてＡｇ粉末及びガラスフリットを含む導電性ペーストを膜３１上に塗布し、塗布した導電性ペーストを焼付けることにより形成される。ガラスフリットの軟化点は、膜３１を形成するガラス粉末の軟化点よりも低いことが好ましい。導電性ペーストを焼成すると、カーケンドール効果により、接続導体１７，１８と下地電極層７，１０とが電気的に接続される。

詳細には、図８に示されるように、下地電極層７，１０を形成するための導電性ペーストを焼付ける際に、膜３１のガラススラリーに含まれるガラス粒子が溶解して流動する。また、Ａｇの拡散速度はＰｄの拡散速度よりも大きいので、カーケンドール効果により、Ｐｄを含む導体パターン（接続導体１７，１８を形成するための導体パターン）に、下地電極層７，１０を形成するための導電性ペーストに含まれるＡｇ粒子（Ａｇイオン）が引き寄せられる。これにより、接続導体１７，１８が下地電極層７，１０側に延伸され、接続導体１７，１８と下地電極層７，１０とが接触する。この結果、接続導体１７，１８と下地電極層７，１０とを電気的に接続し、且つ、絶縁層３を貫通する突出部２０，２１が形成される。

続いて、図７（ｂ）に示されるように、第一めっき層８，１１及び第二めっき層９，１２を形成する。第一めっき層８，１１は、Ｎｉめっき層である。第一めっき層８，１１は、たとえば、バレルめっき方式により、ワット系浴を用いてＮｉを析出させて形成する。第二めっき層９，１２は、Ｓｎめっき層である。第二めっき層９，１２は、バレルめっき方式により、中性錫めっき浴を用いてＳｎを析出させて形成する。以上により、積層コイル部品１が得られる。

以上のように、本実施形態では、素体２の表面が絶縁層３で覆われている。したがって、金属磁性粒子の素体２からの脱落が防止される。

絶縁層３を構成しているガラスが、素体２の表面領域内における金属磁性粒子Ｍ間に存在している場合、ガラスから素体２に応力が作用し、素体２の磁気特性が低下するおそれがある。これに対し、積層コイル部品１では、ガラスは、素体２の表面領域内における金属磁性粒子Ｍ間に存在していないので、ガラスからの応力が素体２に作用し難い。この結果、積層コイル部品１では、素体２の磁気特性の低下が抑制される。

素体２の表面領域における金属磁性粒子の平均粒子径は、３〜１５μｍである。これにより、素体２に生じる残留応力が低く抑えられている。

素体２の表面の空孔率は、１０〜３０％である。これにより、素体２の強度が確保される。素体２の表面の空孔率が３０％よりも多い場合、素体２の強度が低下し、衝撃を受けた場合など、外力によって素体２が損傷するおそれがある。素体２の表面の空孔率が１０％未満である場合、素体２に生じる残留応力が大きくなるおそれがある。素体２に生じる残留応力が大きい積層コイル部品は、素体２に生じる残留応力が小さい積層コイル部品に比して、磁気特性が低下しているおそれがある。

絶縁層３がガラスからなる層である場合、絶縁層３と下地電極層７，１０とを同じ焼付け過程で形成することが可能である。この場合、積層コイル部品１の製造過程が簡素化される。また、絶縁層３を構成する絶縁材料がガラスである場合、薄く、かつ、均一な絶縁層３を形成することができる。

絶縁層３には、複数の貫通孔３ａが形成されている。絶縁層３に存在する複数の貫通孔３ａにより、絶縁層３自体に作用する応力が吸収される。この結果、絶縁層３が損傷するのを抑制することができる。

以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。

上記実施形態では、絶縁層３は、ガラスからなる層に限られない。絶縁層３は、ガラス以外の絶縁材料、たとえば、エポキシ樹脂などの樹脂材料からなる層であってもよい。絶縁層３が、ガラス以外の絶縁材料からなる層である場合でも、絶縁層３を構成している絶縁材料は、素体２の表面領域内における金属磁性粒子Ｍ間に存在していない。

上記実施形態では、外部電極４，５が電極部分４ａ，４ｂ、電極部分４ｃ，５ｃ，４ｄ，５ｄ、及び、電極部分４ｄ，５ｄ，４ｅ，５ｅを有する形態を一例に説明した。しかし、外部電極の形状はこれに限定されない。たとえば、外部電極４，５は、素体２の端面２ａ，２ｂ側のみに形成されていてもよいし、端面２ａ，２ｂと主面２ｃ，２ｄ及び側面２ｅ，２ｆのうちの少なくとも一面とに形成されていてもよい。

１…積層コイル部品、２…素体、３…絶縁層、３ａ…貫通孔、４，５…外部電極、６…金属磁性体層、１５…コイル、１６ａ〜１６ｆ…コイル導体、Ｍ…金属磁性粒子。

Claims (5)

1. 金属磁性粒子を含む複数の金属磁性体層が積層されてなる素体と、
   前記素体内に配置されているコイルと、を備え、
   前記素体の表面は、絶縁材料からなる層で覆われており、前記絶縁材料は、前記素体の表面領域内における前記金属磁性粒子間に存在していない、積層コイル部品。
2. 前記素体の前記表面領域における前記金属磁性粒子の平均粒子径が、３〜１５μｍである、請求項１に記載の積層コイル部品。
3. 前記素体の前記表面の空孔率が、１０〜３０％である、請求項１又は２に記載の積層コイル部品。
4. 前記絶縁材料が、ガラスである、請求項１〜３のいずれか一項に記載の積層コイル部品。
5. 前記絶縁材料からなる前記層には、貫通孔が形成されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の積層コイル部品。