JP2018110209A - コイル部品及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、コイル部品及びその製造方法に関する。【解決手段】本発明は、磁性体及びコイルを含み、互いに対向する第３及び第４面を有し、コイルの両端が少なくとも第３及び第４面を介してそれぞれ露出する本体と、本体の第３及び第４面にそれぞれ配置され、コイルの露出した両端とそれぞれ接続される第１及び第２外部電極と、を含むコイル部品であって、コイルは、それぞれの磁性体層上に間隙を有する帯状に形成された複数の導体パターンと、導体パターンが形成された一方向に沿って一定間隔で形成され、上下に配置された導体パターンを連結するビア電極と、を含み、本体は、コイルにより囲まれた内側の第１磁性体部と、コイルの外側の第２磁性体部と、を含み、第２磁性体部は、第１磁性体部を成す第１磁性体に比べて低透磁率を有する第２磁性体からなる、コイル部品及びその製造方法を提供する。【選択図】図１

Description

本発明は、コイル部品及びその製造方法に関する。

スマートフォンを始めとするデジタル機器の高性能化に伴い、電子製品の回路が複雑化しており、回路内で発生するノイズに対する対策の重要性が大きくなっている。

このような積層型コイル部品として、チップインダクターまたはチップビーズ（Ｂｅａｄ）は、簡単に回路に直列連結して使用可能であるため、上記ノイズ対策素子の中でも使用頻度が高く、市場の要求もこれからさらに増加すると予想されている。

上記チップインダクターまたはチップビーズは、本体がフェライトなどの磁性体材料からなる。上記磁性体材料は、電流の印加によって磁気飽和し、上記磁気飽和特性は、磁性体材料の初期透磁率に大きく影響される。

積層型コイル部品において、少ないターン数のコイルを用いて高いＺとＬｓ値を実現するためには、磁性体材料の透磁率が相対的に高いことが有利である。しかし、この場合、磁気飽和が早いため、ＤＣバイアス特性の実現においては却って問題となる。

その反面、磁性体材料の透磁率を低くすると、磁気飽和は遅延されるが、共振周波数自体が高くなって、１００ＭＨｚ以下の低い周波数帯でのコイル部品のＺ値が相対的に低くなる。

そのため、コイル部品の使用周波数の限界が生じ、コイル部品の目標Ｚ及びＬｓ値を実現するためにはコイルのターン数を増加させなければならないため、コイル部品のサイズが相対的に大きくなり得る。

特開２０１３−２０１３７４号公報

本発明の目的は、コイルのターン数に比べて高いＺ及びＬｓ値を実現し、広帯域にわたってノイズが除去可能であるとともに、ＤＣバイアス特性に優れたコイル部品及びその製造方法を提供することにある。

本発明の一側面は、磁性体及びコイルを含み、互いに対向する第１及び第２面、第１及び第２面と連結されて互いに対向する第３及び第４面、第１及び第２面と連結され、且つ第３及び第４面と連結されて互いに対向する第５及び第６面を有し、上記コイルの両端が少なくとも第３及び第４面を介してそれぞれ露出する本体と、上記本体の第３及び第４面にそれぞれ配置され、上記コイルの露出した両端とそれぞれ接続される第１及び第２外部電極と、を含むコイル部品であって、上記コイルは、それぞれの磁性体層上に間隙を有する帯状に形成された複数の導体パターンと、上記導体パターンが形成された一方向に沿って一定間隔で形成され、上下に配置された導体パターンを連結するビア電極と、を含み、上記本体は、コイルにより囲まれた内側の第１磁性体部と、コイルの外側の第２磁性体部と、を含み、上記第２磁性体部は、上記第１磁性体部を成す第１磁性体に比べて低透磁率を有する第２磁性体からなる、コイル部品を提供する。

本発明の他の側面は、ビルドアップ工法によりコイルを含む積層体を形成する段階と、上記積層体を焼成して本体を形成する段階と、上記本体に、コイルの露出した両端と接続されるように第１及び第２外部電極を形成する段階と、を含むコイル部品の製造方法であって、上記積層体は、第１磁性体を含む材料を印刷して第１磁性体部を形成する段階と、上記第１磁性体部の縁（ｅｄｇｅ）を囲むように導電性ペーストを印刷して導体パターンを形成する段階と、上記導体パターンにビア電極を形成する段階と、上記第１磁性体部の縁に、上記導体パターンを覆うように第２磁性体を含む材料を印刷して第２磁性体部を形成する段階と、を繰り返すことで、隣接した導体パターンのビア電極が接触されてコイルが構成されるようにする、コイル部品の製造方法を提供する。

本発明の一実施形態によると、積層型コイル部品の本体に異なる透磁率を有する異種材料を適用することで、ターン数に比べて高いＺ及びＬｓ値を実現することができ、広帯域にわたってノイズを除去することができるとともに、ＤＣバイアス特性を相対的に向上させることができる効果を期待することができる。

本発明の一実施形態によるインダクターの一部を切開して概略的に示した斜視図である。 図１のインダクターにおいて、磁性体層と導体パターンの積層構造を示した分離斜視図である。 図１のＩ‐Ｉ'線の断面図である。 本体が単一磁性体材料からなるインダクターにおいて、本体の透磁率の大きさによる飽和磁束密度を示したグラフである。 本体が単一磁性体材料からなるインダクターにおいて、本体の透磁率の大きさによるインダクタンスを示したグラフである。 従来のインダクターと本発明の実施例のインダクターの周波数及びインピーダンスを比較して示したグラフである。 本発明の一実施形態による第１磁性体部の形成工程を順に示した図である。 本発明の一実施形態による導体パターンの形成工程を順に示した図である。 本発明の一実施形態による第２磁性体部の形成工程を順に示した図である。

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。

コイル部品
以下では、積層型コイル部品として積層型インダクターを例として説明する。但し、本発明はこれに限定されるものではなく、上記積層型コイル部品は、例えば、積層型ビーズなどであってもよい。

図１は、本発明の一実施形態によるインダクターの一部を切開して概略的に示した斜視図であり、図２は、図１のインダクターにおいて、磁性体層と導体パターンの積層構造を示した分離斜視図であり、図３は図１のＩ‐Ｉ'線の断面図である。

図１から図３を参照すると、本発明の一実施形態によるインダクター１００は、本体１１０と、第１及び第２外部電極１３１、１３２と、を含む。

本体１１０は、磁性体と、コイル１２０と、を含む。

この際、本体１１０の形状は特に制限されるものではないが、実質的に六面体形状であることができる。

説明の便宜のために、本体１１０のＺ方向に互いに対向する両面を第１及び第２面１、２と設定し、Ｘ方向に互いに対向し、且つ第１及び第２面１、２の先端を連結する両面を第３及び第４面３、４と設定し、Ｙ方向に互いに対向し、且つ第１及び第２面１、２の先端を連結し、第３及び第４面３、４の先端を連結する両面を第５及び第６面５、６と設定する。

本実施形態の本体１１０は、コイル１２０を基準として、コイル１２０の内側に位置する第１磁性体部Ａ１と、コイル１２０の外側に位置する第２磁性体部Ａ２と、を含む。

第１磁性体部Ａ１は、第２磁性体部Ａ２に比べて高い透磁率を有する高透磁率の第１磁性体からなり、第２磁性体部Ａ２は、第１磁性体に比べて相対的に低い透磁率を有する低透磁率の第２磁性体からなる。

第１磁性体部Ａ１は、その位置上、インダクター１００のＺ特性とＬｓ特性に大きい影響を与える部分であって、透磁率の高い第１磁性体を適用してなるため、少ないターン数でコイル１２０を構成しても、インダクター１００の目標Ｚ及びＬｓを実現するにおいて有利である。

また、第１磁性体部Ａ１の第１磁性体は透磁率が高いため、広い（Ｂｒｏａｄ）インピーダンス（Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ）特性を有するようになる。したがって、広帯域のノイズを除去するにおいても非常に効果的である。

第２磁性体部Ａ２は、本体１１０において第１磁性体部Ａ１を除いた全領域であって、具体的には、コイル１２０を構成する導体パターン１２１〜１２５の界面とコイル１２０の外側部分であることができる。

このようなコイル１２０の印刷面を含むコイル１２０の外側部分は、電流が印加される際に磁気飽和が集中される領域であるため、本実施形態のように、第２磁性体部Ａ２に低透磁率の第２磁性体を適用すると、インダクター１００のＤＣバイアス特性を向上させることができる。

また、本実施形態の本体１１０は、Ｚ方向に上下部の外側に形成される上部及び下部カバー１１２、１１２'、１１３、１１３'をさらに含むことができる。

上部及び下部カバー１１２、１１２'、１１３、１１３'は、磁性体層１１１と同一の材料からなり、引き出し部分を除いてコイル１２０を完全に埋め込むことで、外部衝撃や外部物質によってコイル１２０の基本的な電気的特性が低下することを防止する役割を果たすことができる。

したがって、本実施形態によると、第１磁性体部Ａ１が本体１１０の内部に位置し、外部に全く露出しない。

この際、製品の中心コア（Ｃｏｒｅ）の役割を果たす第１磁性体部Ａ１は、導体パターン１２１〜１２５の積層方向であるＺ方向においてコイル１２０の最外側よりも上方に突出するように形成することができる。この場合、コイル１２０と水平に形成する場合に比べて相対的に高いインピーダンス（Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ）が実現可能であり、第１磁性体部Ａ１のＺ方向の高さを調整することによって、多様で且つ可変的なインピーダンス特性を実現することができる。

また、中心コアの役割を果たす第１磁性体部Ａ１は、貫通型ではなく、最外側が本体１１０の第２磁性体で覆われる構造を適用することができる。この場合、インダクター１００の表面を本体１１０の第２磁性体材料で囲むことで、異種材料の使用による焼成不整合（ｍｉｓｍａｔｃｈｉｎｇ）などの外観不良を改善することができる。

また、第１磁性体部Ａ１は高透磁率の材料からなるため、通常、めっき滲みや耐湿信頼性にやや劣る特性を示すが、外部を本体１１０の第２磁性体部Ａ２の第２磁性体で囲むと、かかる問題点を補うことができる。

本実施形態のコイル１２０は、Ｚ方向に積層される複数の導体パターン１２１〜１２５と、隣接した導体パターン１２１〜１２５を互いに連結する複数のビア電極１６１、１６２と、を含む。

導体パターン１２１〜１２５は、それぞれの磁性体層１１１上に、導電性金属を含む導電性ペーストをスクリーン印刷などの工法により所定の厚さに印刷するか、または電気めっきなどの工法によりめっきするなどの方法を用いて形成されることができる。

上記導電性金属は、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）などの導電性金属またはこれらの合金などからなることができる。

また、導体パターン１２１〜１２５は、間隙を有する帯状に形成されることができる。

この際、容量を最大化するために、導体パターン１２１〜１２５は、磁性体層１１１の周りに沿ってできるだけループ状に形成されることができる。

また、導体パターン１２１〜１２５は、略螺旋状の構造を有することが好ましいが、本発明はこれに限定されるものではなく、必要に応じて、四角形、五角形、六角形などの多角形や、円形、楕円形などであってもよく、または不規則な形状に形成されてもよい。

そして、導体パターンのうち、Ｚ方向に最上端と最下端に配置された導体パターン１２１、１２２の一部は、本体１１０の第３及び第４面３、４を介してそれぞれ露出することができる。

そのために、導体パターン１２１、１２２の両端には、本体１１０の第３及び第４面３、４を介してそれぞれ露出するように第１及び第２リード部１２１ａ、１２２ａがそれぞれ延びて形成されることができる。

本実施形態のビア電極１６１、１６２は、導体パターン１２１〜１２５が形成されたそれぞれの磁性体層１１１に貫通孔としてのビアを形成した後、導電性に優れた導電性ペーストをそのビアに充填することで形成することができる。

ビア電極１６１、１６２は、隣接した導体パターン１２１〜１２５をＺ方向に互いに連結するものであって、導体パターン１２１〜１２５が形成された一方向に沿って一定間隔で形成されることができる。

上記導電性ペーストは、例えば、銀（Ａｇ）、銀‐パラジウム（Ａｇ‐Ｐｄ）、ニッケル（Ｎｉ）、及び銅（Ｃｕ）の少なくとも１つまたはこれらの合金からなることができるが、本発明はこれに限定されるものではない。

第１及び第２外部電極１３１、１３２は本体１１０の第３及び第４面３、４にそれぞれ配置される。

第１及び第２外部電極１３１、１３２は、本体１１０の第３及び第４面３、４を介して露出するコイルの第１及び第２リード部１２１ａ、１２２ａとそれぞれ接続される。

また、第１及び第２外部電極１３１、１３２は、本体１１０の第３及び第４面３、４に形成される第１及び第２接続部１３１ａ、１３２ａと、第１及び第２接続部１３１ａ、１３２ａから本体１１０の第１、２、５、及び６面１、２、５、６の一部まで延びる第１及び第２バンド部１３１ｂ、１３２ｂと、を含むことができる。

この場合、第１及び第２外部電極１３１、１３２の固着強度を向上させることができ、本体１１０の第１面１または第２面２が実装面となることができる。

このような第１及び第２外部電極１３１、１３２は、導電性に優れた導電性金属材料からなることができる。

例えば、第１及び第２外部電極１３１、１３２は、銀（Ａｇ）または銅（Ｃｕ）の少なくとも１つを含む材料またはこれらの合金からなることができるが、本発明はこれに限定されるものではない。

また、第１及び第２外部電極１３１、１３２の外表面には、必要に応じて、めっき層が形成されることができる。

上記めっき層は、ニッケル（Ｎｉ）層とスズ（Ｓｎ）層とが内側から順に形成されてなることができる。

従来の積層型コイル部品では、本体が単一磁性体材料からなる。

この際、コイル部品の電気的特性は、磁性体材料の初期透磁率及び磁性特性によって決定される。

図４は、本体が単一磁性体材料からなるインダクターにおいて、本体の透磁率の大きさによる飽和磁束密度を示したグラフであり、図５は、本体が単一磁性体材料からなるインダクターにおいて、本体の透磁率の大きさによるインダクタンスを示したグラフである。

図４及び図５において、試料Ｃ、Ｄ及びＥの透磁率の大きさは、Ｃ＞Ｄ＞Ｅの順である。そして、図４及び図５において、Ｉは電流であって、中間の基準線は８ｍＡであり、図４のＢは磁束密度であり、図５のＬはインダクタンスである。

図４及び図５を参照すると、本体の磁性体材料が相対的に高い透磁率を有する場合、コイルを少ないターン数で構成しても、高いＺとＬｓを実現することができるが、磁気飽和が早くてＤＣバイアス特性を実現するには限界があることが分かる。

これに対し、本体の磁性体材料が相対的に低い透磁率を有する場合、磁気飽和が遅延される効果はあるが、共振周波数自体が高くなり、１００Ｍｈｚ以下の低い周波数帯でのＺとＬｓが急激に低下して、使用周波数に限界がある。そのため、ノイズを除去する役割を十分に果たすことができず、インダクターの目標Ｚ及びＬｓを実現するためにはコイルのターン数を増加させなければならないため、インダクターのサイズが増加するようになる。

本実施形態によると、本体１１０において、コイル１２０を基準として内側に位置する第１磁性体部Ａ１は相対的に高透磁率の第１磁性体からなり、コイル１２０の外側に位置する第２磁性体部Ａ２は相対的に低透磁率の第２磁性体からなる。

第１磁性体部Ａ１はＺとＬｓの値に大きく影響する部分であって、第１磁性体により高いＺとＬｓを実現することで、従来の同一サイズのインダクターに比べてコイルを相対的に少ないターン数で構成することができる。

したがって、インダクター１００のサイズを小型化することができるとともに、コイル１２０のターン数を増加させて従来のインダクターと同一のサイズで高容量を実現することができる。

この際、第１磁性体部Ａ１は磁束（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｆｌｕｘ）が集中される部分ではないため、磁気飽和を大きく加速させない。したがって、インダクターのＤＣバイアス特性が低下することを防止することができる。

また、第２磁性体部Ａ２は、磁束が集中されるコイル１２０の層間部分及び外側部分であって、低透磁率の第２磁性体を用いることでインダクターの磁気飽和を低減することができる。

但し、第２磁性体部Ａ２はＺとＬｓ値に与える影響が少ない部分であるため、第２磁性体の透磁率が相対的に低くても、コイル部品の総ＺとＬｓが大きく低下することを防止することができる。

したがって、本実施形態によると、コイルの少ないターン数に比べて相対的に高いＺとＬｓが実現可能であって、これにより、広帯域にわたってノイズを除去することができるとともに、コイル部品のＤＣバイアス特性を向上させることができる。

図６は、従来のインダクターと本発明の実施例のインダクターの周波数及びインピーダンスを比較して示したグラフである。

この際、比較例と実施例において、インダクターのサイズは１．０Ｘ０．５Ｘ０．５（ｍｍ）であり、コイルは総５層の導電パターンが積層されてなるものである。

また、比較例は、本体が第２磁性体のみからなるものであり、実施例は、本体が第１及び第２磁性体に分けられてなるものである。ここで、第１磁性体の透磁率は２００以上であり、第２磁性体の透磁率は５〜１００である。

図６を参照すると、本発明の実施例のインダクターの場合、比較例に比べてＺ特性とＬｓ特性が大きく向上し、１００Ｍｈｚ以下の低い周波数帯でのＺが高いことが分かる。

したがって、広帯域にわたってノイズが除去可能であり、同一サイズでインダクターの目標Ｚ及びＬｓ値を実現するために、コイルを相対的に少ないターン数で構成することができるため、インダクターのインダクタンスを向上させることができる。

コイル部品の製造方法
既存の積層型コイル部品の製作工程では、本実施形態における異種材料からなる本体を実現することが容易ではない。

本実施形態では、コイル部品を製造するにあたり、ビルドアップ（Ｂｕｉｌｄ ｕｐ）工法を用いて異種材料からなる本体を含む積層型コイル部品を製造することができる。

上記ビルドアップ工法は、レーザードリルなどを用いてそれぞれの層毎にビアと導体パターンを形成し、Ｚ方向に積層する工法である。

本実施形態のコイル部品を製造するためには、図７の（ａ）及び（ｂ）に示されたように、先ず、第１磁性体を含む材料をペースト化し、基台２１０の中心部に印刷することで、第１磁性体領域Ｐ１を形成する。

次に、図８の（ａ）及び（ｂ）のように、第１磁性体領域Ｐ１の外部の縁（Ｅｄｇｅ：エッジ）を囲むように、銀（Ａｇ）などの導電性金属を含む導電性ペーストを印刷することで、導体パターンＣを形成する。

その後、導体パターンＣにビア電極を形成する段階をさらに行うことができる。

次に、図９の（ａ）及び（ｂ）のように、第２磁性体を含む材料をペースト化し、第１磁性体領域Ｐ１の縁に導体パターンＣを覆うように印刷することで、第２磁性体領域Ｐ２を形成する。

上記の工程を、Ｚ方向に隣接した複数の導体パターンＣが対応するビア電極と互いに接続されるように繰り返すことで、積層体が形成される。

この際、導体パターンのうち少なくとも１つには、第２磁性体部を介して引き出される第１及び第２リード部が形成されるようにする。

また、積層体の上部面または下部面にはカバーをさらに形成することができ、この際、カバーは第２磁性体を含む材料で形成することができる。

次に、上記積層体を焼成して本体を形成する。

この際、本体において、上下に積層された複数の第１磁性体領域は第１磁性体部となり、上下に積層された複数の第２磁性体領域は第２磁性体部となって、複数の導体パターンと導電性ビアが１つのコイルを成すようになる。

次に、本体の第３及び第４面に、外部に露出した第１及び第２リード部とそれぞれ接続されるように第１及び第２外部電極を形成することができる。

本実施形態の第１及び第２外部電極は、電気導電性に優れた材料を用いて形成することができ、例えば、銀（Ａｇ）または銅（Ｃｕ）などの導電性材料またはこれらの合金を含んで形成することができるが、本発明はこれに限定されるものではない。

この際、第１及び第２外部電極は、通常の方法により形成することができ、例えば、厚膜印刷、塗布、蒸着、及びスパッタリングなどの方法のうちの１つにより形成することができるが、本発明はこれに限定されるものではない。

また、このように形成された第１及び第２外部電極の表面には、必要に応じて、ニッケル（Ｎｉ）またはスズ（Ｓｎ）をめっき処理することで、めっき層をさらに形成することができる。

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 インダクター
１１０ 本体
１１１ 磁性体層
１２０ コイル
１２１〜１２５ 導体パターン
１２１ａ、１２２ａ 第１及び第２リード部
１３１、１３２ 第１及び第２外部電極
１６１、１６２ ビア電極

Claims (6)

1. 磁性体及びコイルを含み、互いに対向する第１及び第２面、第１及び第２面と連結されて互いに対向する第３及び第４面、第１及び第２面と連結され、且つ第３及び第４面と連結されて互いに対向する第５及び第６面を有し、前記コイルの両端が少なくとも第３及び第４面を介してそれぞれ露出する本体と、
   前記本体の第３及び第４面にそれぞれ配置され、前記コイルの露出した両端とそれぞれ接続される第１及び第２外部電極と、を含むコイル部品であって、
   前記コイルは、
   それぞれの磁性体層上に間隙を有する帯状に形成された複数の導体パターンと、前記複数の導体パターンが形成された一方向に沿って一定間隔に形成され、上下に配置された導体パターンを連結するビア電極と、を含み、
   前記本体は、
   前記コイルにより囲まれた内側の第１磁性体部と、前記コイルの外側の第２磁性体部と、を含み、前記第２磁性体部は、前記第１磁性体部を成す第１磁性体に比べて低透磁率を有する第２磁性体からなる、コイル部品。
2. 前記本体は、第２磁性体からなり、前記本体の上部及び下部にそれぞれ形成されるカバーをさらに含む、請求項１に記載のコイル部品。
3. 前記本体の第１磁性体部が、前記導体パターンの積層方向に前記コイルの最外側より突出するように形成される、請求項２に記載のコイル部品。
4. 前記コイルは、前記導体パターンのうち少なくとも１つに、前記本体の第３及び第４面を介して露出するように延びて形成される第１及び第２リード部をさらに含む、請求項１から３のいずれか一項に記載のコイル部品。
5. 前記第１及び第２外部電極は、前記本体の第３及び第４面にそれぞれ形成される第１及び第２接続部と、前記第１及び第２接続部から前記本体の第１、第２、第５、及び第６面の一部までそれぞれ延びる第１及び第２バンド部と、をそれぞれ含む、請求項１から４のいずれか一項に記載のコイル部品。
6. ビルドアップ工法によりコイルを含む積層体を形成する段階と、
   前記積層体を焼成して本体を形成する段階と、
   前記本体にコイルの露出した両端と接続されるように第１及び第２外部電極を形成する段階と、を含むコイル部品の製造方法であって、
   前記積層体は、
   第１磁性体を含む材料を印刷して第１磁性体部を形成する段階と、
   前記第１磁性体部の縁（ｅｄｇｅ）を囲むように導電性ペーストを印刷して導体パターンを形成する段階と、
   前記導体パターンにビア電極を形成する段階と、
   前記第１磁性体部の縁に、前記導体パターンを覆うように第２磁性体を含む材料を印刷して第２磁性体部を形成する段階と、を繰り返すことで、隣接した導体パターンのビア電極が接触されてコイルが構成されるようにする、コイル部品の製造方法。

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