JP2019021895A - コイル部品 - Google Patents

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Abstract

【課題】優れたインダクタンスを有し、且つ高周波ノイズを除去するための高自己共振周波数特性を実現することができるコイル部品を提供する。【解決手段】コイル部品は、コイル導体12a、12bを含むコイル部、及びコイル部が内部に配置され、平均粒径が異なる第1及び第2磁性粉末21a、21bを含む本体20を含む。コイル導体12a、12bの隣接パターン間の間隔は、第1磁性粉末21aの平均粒径より大きく、第2磁性粉末21bの平均粒径より小さい。【選択図】図2a

Description

本発明は、コイル部品に関するものである。
無線電力伝送技術の応用範囲が拡大するに伴い、電力増幅器(Power amplifier)の効率を向上させるための様々な試みがなされつつある。また、その主な試みとしては、能動電圧制御を用いたエンベロープトラッキング(Envelope Tracking、ET)技術が挙げられる。
エンベロープトラッキング(Envelope Tracking、ET)技術を実現するためのET IC(Enveloper Tracker Integrated Circuit)のアウトプット(output)端には、電力増幅器側に電力を供給する機能を担いながらも、動作時に高周波ノイズ(50MHz以上、例えば、80〜130MHz)が電力増幅器側に伝達されないように、積層セラミックキャパシターの他にも、パワーインダクター(power inductor)及びビーズ(bead)が一般的に採用されている。
本発明の様々な目的の一つは、優れたインダクタンスを有し、且つ高周波ノイズを除去するための高自己共振周波数(SRF、Self Resonance Frequency)特性を実現することができるコイル部品を提供することにある。
本発明の一実施形態によるコイル部品は、コイル導体を含むコイル部、及び上記コイル部が内部に配置され、平均粒径が異なる第1及び第2磁性粉末を含む本体を含み、上記コイル導体の隣接パターン間の間隔は、上記第1磁性粉末の平均粒径より大きく、上記第2磁性粉末の平均粒径より小さいことを特徴とする。
本発明によると、優れたインダクタンスを有し、且つ高自己共振周波数(SRF、Self Resonance Frequency)特性を実現することができるため、パワーインダクター(power inductor)とビーズ(bead)の機能が一体化されたコイル部品を提供することができる。
本発明の一実施形態によるコイル部品のコイル部が現れるように示した概略的な斜視図である。 図1のI−I'面に沿って切断した概略的な断面図である。 図1のII−II'面に沿って切断した概略的な断面図である。 図2aのコイル部を拡大して示した拡大図である。 従来のコイル部品と本発明の一実施形態のコイル部品の周波数によるインピーダンスを示したグラフである。 従来のコイル部品と本発明の一実施形態のコイル部品の周波数によるインダクタンスを示したグラフである。 本発明の他の実施形態によるコイル部品の概略的な断面図である。 本発明のさらに他の実施形態によるコイル部品のコイル部が現れるように示した概略的な斜視図である。 図7のIII−III'面に沿って切断した概略的な断面図である。 本発明のさらに他の実施形態によるコイル部品の概略的な断面図である。
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サイズ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。
一方、本明細書で用いられる「一実施形態(one example)」という表現は、互いに同一の実施形態を意味せず、それぞれ互いに異なる固有の特徴を強調して説明するために提供されるものである。しかし、以下の説明で提示された実施形態は他の実施形態の特徴と結合して実現されることを排除しない。例えば、特定の実施形態で説明された事項が他の実施形態で説明されていなくても、他の実施形態でその事項と反対であるか、矛盾する説明がない限り、他の実施形態に関連する説明であると理解されることができる。
図1は本発明の一実施形態によるコイル部品のコイル部が現れるように示した概略的な斜視図である。
図1に示すことを基準に、下記の説明において、「長さ」方向は図1の「X」方向、「幅」方向は「Y」方向、「厚さ」方向は「Z」方向と定義することができる。
図1を参照すると、本発明の一実施形態によるコイル部品は、コイル導体12を含むコイル部10、及び上記コイル部10が内部に配置され、コイル部品の外観を構成する本体20と、本体20の外部に配置される第1及び第2外部電極31、32と、を含んで構成することができる。
コイル部10は、コイル基板11と、コイル基板の一面及びそれに対向する他面にそれぞれ形成された第1及び第2コイル導体12a、12bと、を含んでなることができる。
第1及び第2コイル導体12a、12bは螺旋(spiral)状を有する平面コイルであることができ、コイル基板11を貫通する内部ビア13を介して互いに電気的に接続されることができる。
第1及び第2コイル導体12a、12bは、コイル基板11上に電気めっき法により形成されることができる。但し、必ずしもこれに制限されるものではなく、それと類似の効果を奏することができれば、当技術分野で公知された他の工程を用いてもよい。
第1及び第2コイル導体12a、12bは、電気伝導性に優れた金属を含んで形成することができ、例えば、銀(Ag)、パラジウム(Pd)、アルミニウム(Al)、ニッケル(Ni)、チタン(Ti)、金(Au)、銅(Cu)、白金(Pt)、またはこれらの合金などで形成することができるが、必ずしもこれに制限されるものではない。
第1コイル導体12aの一端部が延びて第1リード14aを形成し、上記第1リード14aは本体20の長さ(L)方向の一端面に露出することができる。また、上記第2コイル導体12bの一端部が延びて第2リード14bを形成し、上記第2リード14bは本体20の長さ(L)方向の他端面に露出することができる。但し、必ずしもこれに制限されるものではなく、上記第1及び第2リード14a、14bは上記本体20の少なくとも一面に露出することができる。
第1及び第2コイル導体12a、12bはコイル絶縁層17で被覆することで、本体20を構成する磁性材料と直接接触しないようにすることができる。コイル絶縁層17は、エポキシ(Epoxy)、ポリイミド(Polyimide)及び液晶ポリマー(LCP、Liquid Crystalline Polymer)からなる群より選択される1種以上を含むことができるが、必ずしもこれに制限されるものではない。
コイル基板11は、例えば、ポリプロピレングリコール(PPG)基板、フェライト基板または金属系軟磁性基板などであることができる。コイル基板11の中央部には貫通孔が形成されていることができる。上記貫通孔を磁性材料で充填することでコア部25を形成することもできる。このように、磁性材料で充填されるコア部25を形成する場合、磁束が通過する磁性体の面積が増加してインダクタンス(L)をより向上させることができる。
但し、コイル基板11は必ず含まれる必要はなく、コイル基板を含まず、金属ワイヤ(wire)でコイル部を形成してもよい。
外部電極31、32は、コイル部品を回路基板などに実装するにあたり、コイル部品を回路基板などと電気的に連結させるなどの役割を果たす。外部電極31、32は、コイル導体12の一対のリードとそれぞれ接続される第1外部電極31及び第2外部電極32を含むことができる。
外部電極31、32は、電気伝導性に優れた金属を含んで形成することができ、例えば、銀(Ag)、パラジウム(Pd)、アルミニウム(Al)、ニッケル(Ni)、チタン(Ti)、金(Au)、銅(Cu)、白金(Pt)、スズ(Sn)を単独でまたはこれらの合金などで形成することができる。
外部電極を形成する方法や具体的な形状は特に制限されず、例えば、ディッピング法(dipping)によりアルファベットのC字状に構成することができる。
図2aは図1のI−I'面に沿って切断した概略的な断面図であり、図2bは図1のII−II'面に沿って切断した概略的な断面図である。
図2a及び図2bを参照すると、本体20は、コイル部が内部に配置され、コイル部品の外観を構成する。本体20は、長さ方向に対向する両端面、幅方向に対向する両側面、及び厚さ方向に対向する上面及び下面で構成される略六面体形状であってもよいが、これに限定されるものではない。
本体20は、平均粒径が異なる第1及び第2磁性粉末21a、21bを含む。第1及び第2磁性粉末21a、21bは熱硬化性樹脂に分散されて含まれることができる。この際、上記熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ(epoxy)樹脂またはポリイミド(polyimide)などが挙げられるが、必ずしもこれに制限されるものではない。
本発明の場合、第1磁性粉末21aの平均粒径がコイル導体の隣接パターン間の間隔より小さく、第2磁性粉末21bの平均粒径がコイル導体の隣接パターン間の間隔より大きいことを一つの特徴とする。これにより、優れたインダクタンスを有し、且つ高周波ノイズを除去するための高自己共振周波数(SRF、Self Resonance Frequency)特性を実現できるコイル部品を提供することができる。以下では、これについてより詳細に説明する。
下記数1は、コイル部品のSRF特性に関するものである。
(ここで、Lはインダクタンスを意味し、Cはキャパシタンスを意味する)
数1で表されるように、SRFが高周波側に移動するためには、寄生キャパシタンスを減少させる必要がある。したがって、本発明では、コイル間の間隔を比較的広くし、隣接したコイルの間に磁性粉末が配置されるようにすることで、寄生キャパシタンスを減少させ、高自己共振周波数(SRF、Self Resonance Frequency)特性を実現しようとした。
ところが、コイル間の間隔が広すぎると、インダクタンス値が減少するという問題があるため、インダクタンス値を適切に維持しながらも高自己共振周波数(SRF、Self Resonance Frequency)特性を実現することができる方法を考案した。その結果、平均粒径が相対的に小さい微粉と平均粒径が相対的に大きい粗粉をともに用いるとともに、隣接コイル間の間隔を、微粉の平均粒径よりは大きくし、粗粉の平均粒径よりは小さくすることで、優れたインダクタンスを有し、且つ高自己共振周波数(SRF、Self Resonance Frequency)特性を実現することができることを確認した。
上述のように、隣接コイル間の間隔が第1磁性粉末21aの平均粒径よりは大きいため、第1磁性粉末21aはコイル導体の隣接パターン間の空間を満たすことができ、これにより、寄生キャパシタンスをさらに減少させることができる。一方、図2aのように、コイル導体の上面が曲面を有する場合、隣接パターン間の空間に対する定義が不明となり得る。この場合、隣接パターン間の空間とは、コイル導体の側面(すなわち、図2aにおいてコイル導体の上面を成す曲線を除いた直線部分)の間の空間を意味する。
第1磁性粉末21aは、平均粒径が0.5〜3μmであるFe系結晶質粉末であり、第2磁性粉末21bは、平均粒径が15〜30μmであるFeCrSi系非晶質粉末であることができるが、必ずしもこれに制限されるものではない。
ここで、平均粒径とは、磁性粉末の粒度毎の個数を測定し、正規分布もしくはそれと類似の分布曲線を描いた時に、頻度数が最も大きい点における磁性粉末の粒径を意味する。
一方、本実施形態では、平均粒度が異なる2種の磁性粉末を有する場合を例示したが、3種もしくはそれ以上の磁性粉末を有する場合を排除するのではない。但し、この場合にも、コイル導体の隣接パターン間の間隔は、平均粒径が最も小さい磁性粉末の平均粒径よりは大きく、平均粒径が最も大きい磁性粉末の平均粒径よりは小さくすべきである。
図3は図2aのコイル部10を拡大して示した拡大図である。
図3を参照すると、コイル導体の隣接パターン間の間隔をsとし、コイル導体の幅をwとしたときに、s≧w/4を満たすことができる。sがw/4より小さい場合には、高周波ノイズを除去するための高SRF(Self Resonant Frequency)特性を確保することが困難となり得る。
また、隣接パターン間の間隔をsとし、上記コイル絶縁層の厚さをtとしたときに、s>2tを満たすことができる。sが2tと等しいか、2tより小さい場合には、コイル絶縁層が隣接パターン間の空間を満たすようになり、インダクタンス値が減少する。
図4は、従来のコイル部品と本発明の一実施形態のコイル部品の周波数によるインピーダンスを示したグラフであり、図5は、従来のコイル部品と本発明の一実施形態のコイル部品の周波数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、従来のコイル部品と本発明の一実施形態のコイル部品は、隣接パターン間の間隔のみを異ならせて設定している。従来のコイル部品は、隣接パターン間の間隔がコイル絶縁層の厚さの2倍未満となるようにして、コイル絶縁層が隣接パターン間の空間を満たすようにした。これに対し、本発明の一実施形態によるコイル部品は、隣接パターン間の間隔が、第1磁性粉末の平均粒径より大きく、第2磁性粉末の平均粒径より小さくなるように設定することで、第1磁性粉末がコイル導体の隣接パターン間の空間を満たすようにした。
図4を参照すると、本発明の一実施形態によるコイル部品の場合、SRFが高周波側に約10MHz程度移動したことが分かる。これに対し、インピーダンスの最大値及び周波数によるインピーダンスグラフ模様(Impedance vs frequency shape)などは、大きい差がないことが確認された。一方、図5を参照すると、インダクタンス及び周波数によるインダクタンスグラフ模様(Inductance vs frequency shape)も大きく変化していないことが分かる。
図6は本発明の他の実施形態によるコイル部品の概略的な断面図である。
図6を参照すると、コイル導体12の断面は長方形状を成すことができ、この場合、インダクタンスを極大化することができる。
上記の説明を除き、上述の本発明の一実施形態によるコイル部品の特徴と重複される説明はここで省略する。
図7は本発明のさらに他の実施形態によるコイル部品のコイル部が現れるように示した概略的な斜視図であり、図8は図7のIII−III'面に沿って切断した概略的な断面図である。
図7及び図8を参照すると、本発明のさらに他の実施形態によるコイル部品は、コイル基板11の他面において第1リード14aと対応する位置に形成され、本体20の第1面に露出する第1ダミーパッド15aをさらに含み、この第1ダミーパッド15aは、コイル基板11を貫通する第1ビア16aを介して第1リード14aと電気的に連結される。
第1ダミーパッド15aも、電気伝導性の高い金属などの物質で形成することができ、例えば、銀(Ag)、パラジウム(Pd)、アルミニウム(Al)、ニッケル(Ni)、チタン(Ti)、金(Au)、銅(Cu)、白金(Pt)、またはこれらの合金などで形成することができる。また、第1ダミーパッド15aを形成するための好ましい工程の例として、電気めっき法を用いることができる。但し、それと類似の効果を奏することができれば、当技術分野で公知された他の工程を用いてもよい。
従来のコイル部品の場合、2つのコイル導体がコイル基板の上部及び下部にそれぞれ形成されるため、L字状の電極への適用が制限され、本体の側部全面にわたって電極を形成するしかなかった。そのため、コイル導体と電極部との間の寄生キャパシタンス(Capacitance)成分が過度であって、コイル部品の自己共振周波数(SRF、Self Resonance Frequency)特性に劣るという欠点があった。
そこで、本発明のさらに他の実施形態では、コイル基板11の他面において第1リード14aと対応する位置に第1ダミーパッド15aを形成し、それを第1ビア16aを介して第1リード14aと電気的に連結させた。これにより、本実施形態によるコイル部品は、第1及び第2外部電極31、32をコイル基板11を境界として本体20の上部もしくは下部にのみ選択的に形成することができ、結果として、L字状の電極への適用が可能となる。
一例によると、外部電極31、32は、第1ダミーパッド15aの少なくとも一部を覆い、本体20の第1面及びそれに連結された第3面に延びて形成された第1外部電極31と、第2リード14bの少なくとも一部を覆い、本体20の第2面及びそれに連結された第3面に延びて形成された第2外部電極32と、を含むことができる。この際、第1面及び第2面は、本体20の端面を構成し、且つ互いに対向するように配置された面であり、第3面はコイル部品の実装面として提供されることができる。
一例によると、第1外部電極31において、本体の第1面に形成された部分の長さHは、本体の第3面から第1ダミーパッド15aまでの長さd11よりは長く、本体の第3面からコイル基板11までの長さd12よりは短ければよい。また、第2外部電極32において、本体の第2面に形成された部分の長さHは、本体の第3面から第2リード14bまでの長さd21よりは長く、本体の第3面からコイル基板11までの長さd22よりは短ければよい。
一例によると、本体20の外面において、第1及び第2外部電極31、32が形成された領域を除いた領域には表面絶縁層22が形成されることができる。この場合、第1リード14aなどが外部に露出することを効果的に防止することができるだけでなく、PMIC動作時に高周波帯域(通常、1MHz〜SRF区間)におけるAC漏れ(Leakage)を低減することができる利点がある。この際、表面絶縁層22は、エポキシ(Epoxy)を含み、約5μm程度の厚さを有することができるが、必ずしもこれに制限されるものではない。
図9はさらに他の実施形態によるコイル部品の概略的な断面図である。
図9を参照すると、本発明のさらに他の実施形態によるコイル部品は、コイル基板11の一面において第2リード14bと対応する位置に形成され、本体20の第2面に露出する第2ダミーパッド15bと、第2リード14bと第2ダミーパッド15bを電気的に連結する第2ビア16bと、をさらに含む。
本実施形態によるコイル部品は、上下対称構造を有するため、外部電極31、32を形成すべき面を特定する必要がない。これにより、コイル部品の製作コスト及び時間を低減することができ、作業が容易となる利点がある。
第2ダミーパッド15b及び第2ビア16bの構成を除き、上述の本発明のさらに他の実施形態によるコイル部品の構成と重複される構成は同様に適用されることができる。
一方、本明細書において、第1、第2などの表現は、一つの構成要素と他の構成要素を区分するために用いられるもので、該当する構成要素の順序及び/または重要度などを限定しない。場合によっては、本発明の範囲を外れずに、第1構成要素は第2構成要素と命名されることができ、第2構成要素は第1構成要素と命名されることもできる。
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。
10 コイル部
11 コイル基板
12 コイル導体
12a、12b 第1及び第2コイル導体
13 内部ビア
14 リード
14a、14b 第1及び第2リード
15a、15b 第1及び第2ダミーパッド
16a、16b 第1及び第2ビア
17 コイル絶縁層
20 本体
21a、21b 第1及び第2磁性粉末
22 表面絶縁層
25 コア部
31、32 第1及び第2外部電極

Claims (19)

  1. コイル導体を含むコイル部、及び前記コイル部が内部に配置され、平均粒径が異なる第1及び第2磁性粉末を含む本体を含み、
    前記第1磁性粉末の平均粒径は前記コイル導体の隣接パターン間の間隔より小さく、前記第2磁性粉末の平均粒径は前記コイル導体の隣接パターン間の間隔より大きい、コイル部品。
  2. 前記第1磁性粉末が、前記コイル導体の隣接パターン間の空間に配置される、請求項1に記載のコイル部品。
  3. 前記第1磁性粉末は、平均粒径が0.5〜3μmであるFe系結晶質粉末である、請求項1または2に記載のコイル部品。
  4. 前記第2磁性粉末は、平均粒径が15〜30μmであるFeCrSi系非晶質粉末である、請求項1から3のいずれか一項に記載のコイル部品。
  5. 前記隣接パターン間の間隔をsとし、前記コイル導体の幅をwとしたときに、s≧w/4を満たす、請求項1から4のいずれか一項に記載のコイル部品。
  6. 前記コイル導体を囲むコイル絶縁層をさらに含む、請求項1から5のいずれか一項に記載のコイル部品。
  7. 前記隣接パターン間の間隔をsとし、前記コイル絶縁層の厚さをtとしたときに、s>2tを満たす、請求項6に記載のコイル部品。
  8. 前記コイル部は、コイル基板と、前記コイル基板の一面及びそれに対向する他面にそれぞれ形成された第1及び第2コイル導体と、を含む、請求項1から7のいずれか一項に記載のコイル部品。
  9. 前記第1コイル導体は、前記本体の第1面に露出するように延びて形成された第1リードを有し、前記第2コイル導体は、前記本体の第1面に対向する第2面に露出するように延びて形成された第2リードを有する、請求項8に記載のコイル部品。
  10. 前記コイル基板の他面において前記第1リードと対応する位置に形成され、前記本体の第1面に露出する第1ダミーパッドと、
    前記第1リードと前記第1ダミーパッドとを電気的に連結する第1ビアと、をさらに含む、請求項9に記載のコイル部品。
  11. 前記コイル基板の一面において前記第2リードと対応する位置に形成され、前記本体の第2面に露出する第2ダミーパッドと、
    前記第2リードと前記第2ダミーパッドとを電気的に連結する第2ビアと、をさらに含む、請求項10に記載のコイル部品。
  12. 前記本体の第1面及び第2面にそれぞれ配置され、前記第1リード及び前記第2リードとそれぞれ電気的に連結される第1及び第2外部電極をさらに含む、請求項10または11に記載のコイル部品。
  13. 前記第1外部電極は、前記第1ダミーパッドの少なくとも一部を覆い、前記本体の第1面と連結された第3面に延びて形成され、
    前記第2外部電極は、前記第2リードの少なくとも一部を覆い、前記本体の第2面と連結された第3面に延びて形成される、請求項12に記載のコイル部品。
  14. 前記第1及び第2外部電極において、前記第1面及び前記第2面に形成された部分の長さは、前記第3面から前記第1ダミーパッド及び前記第2リードまでの長さよりは長く、前記第3面から前記コイル基板までの長さよりは短い、請求項13に記載のコイル部品。
  15. 前記本体の外面において前記第1及び第2外部電極が形成された領域を除いた領域に形成された表面絶縁層をさらに含む、請求項12から14のいずれか一項に記載のコイル部品。
  16. 前記第1及び第2コイル導体は、前記コイル基板を貫通する内部ビアを介して互いに連結される、請求項8から15のいずれか一項に記載のコイル部品。
  17. 前記コイル導体の断面は長方形状である、請求項1から16のいずれか一項に記載のコイル部品。
  18. 前記第1及び第2外部電極はアルファベットのC字状を有する、請求項12から15のいずれか一項に記載のコイル部品。
  19. 前記第1及び第2外部電極はアルファベットのL字状を有する、請求項12から15のいずれか一項に記載のコイル部品。
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