JP2017216427A - チップインダクタ及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、チップインダクタ及びその製造方法に関する。【解決手段】本発明は、複数のシ−トが積層された積層体と、上記積層体の内部に配置され、上記積層体の少なくとも一面に一部が露出する露出部を有するコイルと、上記露出部を覆うように上記積層体の外側に配置される非磁性絶縁層と、を含むチップインダクタに関する。【選択図】図１
Description
本発明は、チップインダクタ及びその製造方法に関する。
最近、電子及び通信機器の発達に伴い、電子及び通信機器の使用頻度が増加しており、これにより、相互間の干渉による通信障害などの問題が発生している。そのため、無線通信機器及びマルチメディアの使用によって発生する電磁気的環境を改善すべきであり、各国で電磁気障害に関する規制が強化されている傾向にある。
このような傾向に伴い、近年、電磁波障害を除去するための素子に関する開発が行われており、その部品需要の急増とともに、機能の複雑化、小型化、及び高効率化を目指す技術が発展している。
最近、スマ−トフォン、タブレット型コンピュ−タなどの携帯機器の発展に伴い、高速度のデュアルコアまたはクアッドコアのＡＰＵの使用、及び大型ディスプレイの使用の拡大により、直流バイアス（ＤＣ−ｂｉａｓ）特性の良い金属粉末と有機物とを複合した金属複合インダクタが多く登場している。
金属は、伝導性があり渦電流損失が発生するため、高周波用インダクタとして使用できなかったが、近年、金属を小さい粉末形態に製作し、その表面を絶縁コ−ティングして有機物とともに複合体として製作及び使用することで、渦電流損失を減少させ、１ＭＨｚ以上の周波数領域でも使用可能となった。しかしながら、渦電流損失により、１０ＭＨｚ以上の周波数領域では損失（ｌｏｓｓ）によってインダクタの使用が依然として困難であるという問題がある。
本発明の目的の一つは、積層体の内部に配置されるコイルの面積を増加させてインダクタンスを増加させるとともに、磁束の流れを遮断して直流バイアス特性を改善することができるチップインダクタを提供することにある。
また、本発明の他の目的の一つは、このようなインダクタンス及びＤＣバイアス特性が増加されたチップインダクタを効率的に得ることができる製造方法を提供することにある。
上述の課題を解決するための方法として、本発明は、一実施形態によりチップインダクタの新規の構造を提案し、具体的には、複数のシ−トが積層された積層体と、上記積層体の内部に配置されたコイルであって、上記積層体の少なくとも一方の面に当該コイルの一部が露出する露出部を有するコイルと、上記コイルの一部がが露出した露出部を覆うように上記積層体の外側に配置される非磁性絶縁層と、を含む構造である。
また、本発明は、他の実施形態により、上述の構造を有するチップインダクタを効率的に製造することができる方法を提供し、具体的に、磁性体の第１シ−ト及び非磁性体の第２シ−トを準備する段階と、上記第２シ−トの一面の縁または切断線と一部が接する露出部を有するコイルパタ−ンを形成する段階と、上記第２シ−トの上部の中央部に、ＮｉＯが含まれた磁性層を形成する段階と、上記第１シ−ト、複数の第２シ−ト、及び第１シ−トを順に積層することで、内部にコイルを含む積層体を準備する段階と、上記積層体の外側に当該コイルが露出した上記露出部を覆うように非磁性絶縁層を形成する段階と、を含む。
本発明の一実施形態によるチップインダクタは、積層体の少なくとも一面に露出する露出部を有するコイルを有することで、コイルの面積を増加させてインダクタンスを増加させることができるとともに、当該露出部を覆うように非磁性絶縁層が積層体の外側に配置されることで、磁束の流れを遮断して直流バイアス特性を向上させることができる。
以下では、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。しかし、本発明の実施形態は様々な他の形態に変形されることができ、本発明の範囲は以下で説明する実施形態に限定されない。また、本発明の実施形態は、当該技術分野で平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。したがって、図面における要素の形状及び大きさなどはより明確な説明のために 拡大縮小表示（または強調表示や簡略化表示）がされることがある。
チップインダクタ
図１は本発明の一実施形態によるチップインダクタの斜視図を概略的に示したものであり、図２は本発明の一実施形態によるチップインダクタの分解斜視図を概略的に示したものであり、図３は図１に示す素子構造をＩ−Ｉ'線に沿って切って見た場合の断面図を概略的に示したものである。
図１は本発明の一実施形態によるチップインダクタの斜視図を概略的に示したものであり、図２は本発明の一実施形態によるチップインダクタの分解斜視図を概略的に示したものであり、図３は図１に示す素子構造をＩ−Ｉ'線に沿って切って見た場合の断面図を概略的に示したものである。
以下、図１〜図３を参照して、本発明の一実施形態によるチップインダクタ１００の構造について説明する。
本発明の一実施形態によるチップインダクタ１００は、積層体１１０と、積層体１１０の長さ方向（Ｌ）の両端面に配置される外部電極１２０と、積層体１１０の長さ方向（Ｌ）の両側面に配置される非磁性絶縁層１３０と、で構成される。
積層体１１０の上下部には、磁性体で形成されるカバ−層１１６が配置される。カバ−層１１６は磁性体で形成されるため、磁束が流れるようにすることができる。
積層体１１０の内部にはコイル１４０が配置される。図２に示すように、シ−ト１１５に螺旋状のコイルパタ−ン１４１が形成されており、このシ−ト１１５を積層し、積層方向に隣接するそれぞれのコイルパタ−ン１４１を導電性ビアを介して互いに連結することで、コイル１４０を形成することができる。コイル１４０は、平面透視したときに、コイルパタ−ン１４１が互いに重なって環状の軌道を構成する。すなわち、コイル１４０は、平面図上で環状の軌道を構成する。
このような環状の軌道の中心、すなわち、コイル１４０の中央部には拡散部１５０を配置することができる。
拡散部１５０は、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎフェライトからなり、コイル１４０のコアの役割を担うことができる。拡散部１５０は、後述のように、非磁性体のシ−ト１１５に過剰な量のＮｉＯを含む磁性層を形成して焼成する過程で、磁性層と接する部分の非磁性体のシ−ト１１５にＮｉＯが拡散されることで形成することができる。
このような拡散部１５０の形成方法については、チップインダクタの製造方法でさらに説明する。
図４は本発明の一実施形態によるチップインダクタ１００の積層体１１０の斜視図を概略的に示したものであり、図５は本発明の一実施形態によるチップインダクタ１００において、コイルパタ−ン１４１が配置されたシ−ト１１５の平面図を概略的に示したものである。
図４を参照すると、コイル１４０は、積層体１１０の長さ方向（Ｌ）における両端面に配置される外部電極１２０とリ−ド部１４２を介して電気的に連結される。また、コイル１４０は、積層体１１０の長さ方向（Ｌ）における両端面に露出する露出部１４３を有する。
すなわち、コイルパタ−ン１４１は、図５に示すように、シ−ト１１５の縁にコイルパタ−ン１４１の一部が接するように配置することができる。よって、このようなコイルパタ−ン１４１が連結されて形成されるコイル１４０の内側の面積が増加して、チップインダクタ１００のインダクタンスを増加させることができる。
積層体１１０に露出した露出部１４３を覆うように、非磁性絶縁層１３０が積層体１１０の外側に配置される。非磁性絶縁層１３０は、非磁性体フェライトペ−ストを用いて形成してもよく、有機物複合絶縁膜を用いて形成してもよい。非磁性絶縁層１３０を非磁性体フェライトペ−ストを用いて形成する場合は、製造工程中に約９００℃での焼結過程を経なければならないため、約２００℃での硬化工程のみで形成可能な有機物複合絶縁膜を用いて非磁性絶縁層１３０を形成することがより有利である。有機物複合絶縁膜を用いて非磁性絶縁層１３０を形成する場合は、外部電極を形成した後に非磁性絶縁層１３０を形成するようになる。
非磁性絶縁層１３０は非磁性体であるため、単純に磁束の流れを制限するのではなく、磁束の流れを遮断してチップインダクタ１００の直流バイアス特性を向上させることができる。また、非磁性絶縁層１３０は、露出したコイル１４０に伝導性の異物が入ることを防止して、チップインダクタ１００の信頼性を向上させることができる。
さらに、コイル１４０は、平面透視したときにコイルパタ−ン１４１が互いに重なって成す環状の軌道において、積層体１１０のうち環状の軌道の外側に配置される領域が非磁性体になるように構成される。したがって、磁束の流れの一部を遮断するのではなく、環状の軌道の全ての領域で磁束の流れを遮断して、チップインダクタ１００の直流バイアス特性を著しく向上させることができるという利点がある。
したがって、本発明の一実施形態によるチップインダクタ−１００は、容量を向上させるとともに、チップインダクタ１００の直流バイアス特性を向上させることができるという優れた効果がある。
また、非磁性絶縁層１３０の厚さを外部電極１２０の厚さよりも薄くなるように形成することで、チップインダクタ１００の実装時に必要な面積が増加することなく、チップインダクタ１００の容量を向上させるとともに、チップインダクタ１００の直流バイアス特性を向上させることができる。
図６は巻線型インダクタＷと積層型チップインダクタＭの直流バイアス特性を比較したものである。
従来の積層型チップインダクタＭの直流バイアスを参照すると、特定の電流まで一定のインダクタンスが維持できず、減少し続けるという問題がある。これに対し、巻線型インダクタＷは、特定の電流までインダクタンスが維持されるという利点がある。すなわち、巻線型インダクタの場合、コイルの外側の所定空間にエアギャップ（Ａｉｒ Ｇａｐ）を形成して磁気飽和を抑えることにより、コイルに流れる電流の増加によって高い透磁率を有する磁性体が磁気飽和することに起因する急激なインダクタンスの低下を防止することができるのである。
本発明の一実施形態によるチップインダクタ１００は、巻線型インダクタのように、平面透視したときにコイルパタ−ン１４１が互いに重なって成す環状の軌道において、環状の軌道の外側には非磁性体のみが配置される。そのため、あたかも巻線型インダクタのエアギャップ（Ａｉｒ Ｇａｐ）を有するように磁気飽和を抑えることで、電流の増加によるインダクタンスの低下を防止することができるという優れた効果がある。
チップインダクタの製造方法
図７〜１３は本発明の他の実施形態によるチップインダクタの製造方法を順に示したものである。
図７〜１３は本発明の他の実施形態によるチップインダクタの製造方法を順に示したものである。
図７に示したように、本発明の他の実施形態によるチップインダクタの製造方法は、先ず、磁性体の第１シ−ト２１６を準備する。
第１シ−ト２１６は、強磁性特性を有する磁性体であることができ、例えば、ＮｉＯを含み、ＮｉとＺｎのモル比が略１：１に近いＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライト（ｆｅｒｒｉｔｅ）物質からなることができる。したがって、第１シ−ト２１６は透磁率及び飽和磁化が高い磁性を有する。
第１シ−ト２１６は、チップインダクタの積層体においてカバ−層の役割を担うものであって、透磁率及び飽和磁化が高い磁性を有するため、チップインダクタのコイルを保護して信頼性を向上させるとともに、チップインダクタの磁性特性を向上させることができる。
その後、図８のように、常温で磁性を有しない非磁性体の第２シ−ト２１５を準備する。第２シ−ト２１５は、中央部が平らな板状に形成されることができ、ＮｉＯが含有されていないＺｎ系フェライトまたはＺｎ−Ｃｕ系フェライト物質からなることが好ましい。
次に、図９のように、第２シ−ト２１５の縁、または第２シ−ト２１５を後で切断して個別チップインダクタとする際にその切断線に接するように、螺旋状のコイルパタ−ン２４１を形成する。
コイルパタ−ン２４１を第２シ−トの縁または切断線に接するように形成することで、コイルパタ−ン２４１は、後述する積層体を形成する時に積層体の一面に露出する露出部を有するようになる。
また、コイルパタ−ン２４１が導電性ビアを介して連結されることで形成されるコイルが、平面図上で環状の軌道を形成するときに、環状の軌道に沿って配置される導電性ビアを基準として分けられる各区間がｎ個である場合、一つのコイルパタ−ン２４１はｎ−−１区間を有することができる。
コイルパタ−ン２４１は、チップインダクタのコアの周囲を囲むコイルの一部であって、導電性の物質を用いて形成し、導電性の物質としては、銀（Ａｇ）または銅（Ｃｕ）などを用いることができる。コイルパタ−ン２４１はスクリ−ン印刷により形成することができるが、これに制限されるものではない。
次に、図１０のように、第２シ−ト２１５の上部の中央部、すなわち、コイルパタ−ン２４１の中央部に、ＮｉＯが含まれた磁性層２５１を形成する。
磁性層２５１には、２５〜４０ｍｏｌ％のＮｉＯが含まれることを特徴とする。これは、磁性層２５１の物性変化を示したグラフである図１４に示したように、磁性層２５１にＺｎＯが０ｍｏｌ％で含まれる場合には２０の初期透磁率（μｉ）を示し、ＺｎＯの含有量が増加するにつれて、初期透磁率（μｉ）が４００まで増加する。この際、最大の初期透磁率（μｉ）である４００に該当するＺｎＯの含有量は約３０ｍｏｌ％である。この時点を越えて含有量が増加すると初期透磁率（μｉ）が減少し続け、ＺｎＯの含有量が４０ｍｏｌ％である地点を基準として、それ以上のＺｎＯが含まれても初期透磁率（μｉ）は変わらず０であるため、磁性層２５１の磁性が完全になくなって非磁性体になる。また、第２シ−ト２１５は、ＮｉＯの含量が０ｍｏｌ％の組成からなる。
磁性層２５１の組成は、第２シ−ト２１５の厚さと磁性層２５１の厚さとの比に応じて決定することができる。通常、優れたＲｄｃ特性を有するために、コイルパタ−ン２４１の厚さに比べて第２シ−ト２１５の厚さがより薄く、磁性層２５１の厚さはコイルパタ−ン２４１の厚さに近似する。したがって、単純にＮｉ−Ｃｕ系フェライトを用いて磁性層２５１を形成する場合、最終製品であるチップインダクタにおける拡散部、すなわち、コアのＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライト中のＮｉの成分がＺｎに比べて高くなり、透磁率が減少するという問題がある。
例えば、第２シ−ト２１５の厚さに対する磁性層２５１の厚さが２倍で、焼結後に同一の割合で厚さが減少するとすれば、組成比は表１の通りとなる。
後続の工程中に高温で焼成を行うと、上記第２シ−ト２１５のＺｎＯの含量が多いため、磁性層２５１へのＺｎＯの拡散が起こる。反対に、磁性層２５１にはＮｉＯの含量が多いため、第２シ−ト２１５にＮｉＯが拡散される。
磁性層２５１に２５〜４０ｍｏｌ％のＮｉＯが含有されている場合、上記第２シ−ト２１５と接合すると、磁性層２５１は第２シ−ト２１５から拡散されるＺｎＯによって透磁率及び磁気飽和（Ｍｓ）が増加し、磁性が強くなる。反対に、第２シ−ト２１５では、磁性層２５１からのＮｉＯの拡散が起こって、ＮｉＯの量が多くなることにより、徐々に磁性を有するようになる。したがって、拡散によって第２シ−ト２１５及び磁性層２５１の両方の磁性が強くなり、このような新しい磁性体の組成が上記第１シ−ト２１６の組成と類似した組成になるように、予め第２シ−ト２１５と磁性層２５１の組成を決定する。
そして、磁性層２５１に焼結促進剤を添加することができる。この際、上記焼結促進剤を添加する理由は、後述する加熱工程で磁性層２５１の拡散を促進させるためである。上記焼結促進剤としては、Ｂｉ２Ｏ３などの低融点酸化物またはガラス（Ｇｌａｓｓ）を用いる。過度な拡散を防止するために、焼結促進剤の添加量は、Ｂｉ２Ｏ３の場合は２％未満、ガラスの場合は３％未満に制限する。
磁性層２５１を第２シ−ト２１５の上部の中央部に形成した後、図１１のように、第１シ−ト２１６、コイルパタ−ン２４１が形成された複数の第２シ−ト２１５及び第１シ−ト２１６を順に積層することで、積層体２１０を準備する。このような積層体２１０を加圧して互いに密着させる。
その後、図１２のように、加圧後にそれを所定の温度で加熱すると、ＺｎＯ及びＮｉＯが含まれた磁性層２５１は周辺に拡散されるようになる。この際、磁性層２５１とこれに接する第２シ−ト２１５の一部は、相互拡散により、上記第１シ−ト２１６と非常に類似した物性を有することになり、拡散部２５０が形成される。
この際、図１２には示していないが、コイル２４０が平面図上で成す環状の軌道の外側に配置されている第２シ−ト２１５は、依然として非磁性特性を有する。したがって、環状の軌道の外側に配置されている第２シ−ト２１５は、チップインダクタにおいてギャップ（Ｇａｐ）の役割を担うようになる。すなわち、このように一つの物性を成すことになった拡散部２５０と、拡散部２５０の上下部に配置された第１シ−ト２１６とが一体化されて、従来の巻線型インダクタのボビン（ｂｏｂｂｉｎ）に相当する役割を担う。
さらに、図１３のように、露出部２４３を覆うように非磁性絶縁層２３０が積層体２１０の外側に配置される。
このように本発明の他の実施形態によるチップインダクタの製造方法により製造されたチップインダクタは、コイル２４０が平面図上で構成する環状の軌道の外側には、非磁性体の第２シ−ト２１５が配置されており、露出部２５３の外側には非磁性絶縁層２３０が配置されているため、このような領域が、従来のエアギャップと同一の作用をして、磁束の流れを抑える。これにより、チップインダクタの飽和磁化を抑えて、インダクタンスが高い電流を有する直流バイアスでも、従来のチップインダクタのインダクタンスのように低いインダクタンスを有することなく、一定の大きさのインダクタンスを維持することができる。
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の範囲はこれに限定されず、特許請求の範囲に記載された本発明の技術的思想から外れない範囲内で多様な修正及び変形が可能であるということは、当技術分野の通常の知識を有する者には明らかである。
１００ チップインダクタ
１１０ 積層体
１２０ 外部電極
１３０ 非磁性絶縁層
１４０ コイル
１４１ コイルパタ−ン
１４２ リ−ド部
１４３ 露出部
１５０ 拡散部
１１０ 積層体
１２０ 外部電極
１３０ 非磁性絶縁層
１４０ コイル
１４１ コイルパタ−ン
１４２ リ−ド部
１４３ 露出部
１５０ 拡散部
Claims (11)
- 複数のシ−トが積層された積層体と、
前記積層体の内部に配置されたコイルであって、前記積層体の少なくとも一方の面に前記コイルの一部が露出する露出部を有するコイルと、
前記露出部を覆うように前記積層体の外側に配置される非磁性絶縁層と、を含むチップインダクタ。 - 前記露出部は、前記積層体の長さ方向における両端面に配置される、請求項１に記載のチップインダクタ。
- 前記コイルの中央に配置される拡散部をさらに含む、請求項１または請求項２に記載のチップインダクタ。
- 前記拡散部はＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎフェライトからなる、請求項３に記載のチップインダクタ。
- 前記コイルは平面図上で環状の軌道を構成し、前記環状の軌道の外側に位置する領域は非磁性体である、請求項３または請求項４に記載のチップインダクタ。
- 前記積層体の外側に配置される外部電極をさらに含み、
前記非磁性絶縁層の厚さは前記外部電極の厚さより薄い、請求項１から請求項５の何れか一項に記載のチップインダクタ。 - 磁性体の第１シ−ト及び非磁性体の第２シ−トを準備する段階と、
前記第２シ−トの一面の縁に一部が接する露出部を有するコイルパタ−ンを形成する段階と、
前記第２シ−トの上部の中央部に、ＮｉＯが含まれた磁性層を形成する段階と、
前記第１シ−ト、複数の第２シ−ト、及び第１シ−トを順に積層することで、内部にコイルを含む積層体を準備する段階と、
前記積層体の外側に前記コイルの一部が露出した前記露出部を覆うように非磁性絶縁層を形成する段階と、を含むチップインダクタの製造方法。 - 前記磁性層は、２５〜４０ｍｏｌ％のＮｉＯを含むフェライトからなる、請求項７に記載のチップインダクタの製造方法。
- 前記積層体を焼成する段階をさらに含み、
前記積層体を焼成する段階で、前記磁性層と前記第２シ−トとの間で拡散が起こることで、前記コイルの中央部に拡散部が形成される、請求項７または請求項８に記載のチップインダクタの製造方法。 - 前記磁性層は焼結促進剤をさらに含む、請求項７から請求項９の何れか一項に記載のチップインダクタの製造方法。
- 前記焼結促進剤として低融点の酸化物またはガラスを用いる、請求項１０に記載のチップインダクタの製造方法。
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