JP2020072154A

JP2020072154A - 積層コイル部品

Info

Publication number: JP2020072154A
Application number: JP2018204162A
Authority: JP
Inventors: 佐藤　英和; Hidekazu Sato; 英和佐藤; 高弘佐藤; Takahiro Sato; 斉工藤; Hitoshi Kudo; 遠藤　貴志; Takashi Endo; 貴志遠藤; 雄介永井; Yusuke Nagai; 達郎鈴木; Tatsuro Suzuki; ひろ子郡川; Hiroko Korikawa; 健二小森田; Kenji Komorida
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2018-10-30
Filing date: 2018-10-30
Publication date: 2020-05-07
Anticipated expiration: 2038-10-30
Also published as: CN111128517A; US11810704B2; US20230420172A1; US20200135375A1; JP7222217B2

Abstract

【課題】クラックの抑制が図られた積層コイル部品を提供する。【解決手段】積層コイル部品１は、フェライト素体材料で構成された第１の素体部６と、第１の素体部６に積層されるとともに第１の素体部６を構成するフェライト素体材料とは組成が異なるフェライト素体材料で構成された第２の素体部７と、を含む積層構造を有する素体２と、素体２の積層方向に対して平行な軸Ｌを有する積層コイルＣと、積層方向から見て、積層コイルＣの内側領域に設けられた応力緩和部３０とを備える。積層コイル部品１においては、応力が集中しやすい積層コイルＣの内側領域に応力緩和部３０を設け、積層コイルＣの内側領域における応力を緩和することで、素体２にクラックが発生する事態が抑制される。【選択図】図１

Description

本発明は、積層コイル部品に関する。

従来より、磁性素体内に積層コイルが設けられた積層コイル部品が知られている。たとえば下記特許文献１には、異なる材料組成を有する２つの酸化物磁性体が積層された積層構造を有し、２つの酸化物磁性体同士が一体的に焼結された磁性素体が開示されている。

特許３２２８７９０号

上述した従来技術に係る積層コイル部品のように、材料組成が異なる複数の素体部を積層して素体を構成し、その素体内にコイルを設けることで、インピーダンス、インダクタンスおよび自己共振周波数（ＳＲＦ）のコイル特性を調整することができる。

しかしながら、複数の素体部を構成する各材料の組成が異なるため、複数の素体部間において収縮率の差が生じ、また、コイルとの間の収縮率の差も複数の素体部それぞれにおいて異なるため、素体にクラックが生じ得る。

本発明は、クラックの抑制が図られた積層コイル部品を提供することを目的とする。

本発明の一形態に係る積層コイル部品は、第１の材料で構成された第１の素体部と、該第１の素体部に積層されるとともに第１の材料とは組成が異なる第２の材料で構成された第２素体部と、を含む積層構造を有する素体と、素体の積層方向に対して平行な軸を有する積層コイルと、積層方向から見て、積層コイルの内側領域に設けられた応力緩和部とを備える。

上記積層コイル部品において、第１の素体部、第２の素体部および積層コイルの間の収縮率の差に起因する応力は、積層方向から見たときの積層コイルの内側領域に集中する傾向がある。上記積層コイル部品では、応力が集中しやすい積層コイルの内側領域に応力緩和部を設け、積層コイルの内側領域における応力を緩和することで、素体にクラックが発生する事態が抑制され得る。

他の形態に係る積層コイル部品は、素体が、第１の素体部および第２の素体部のうちの一方で他方を積層方向において挟んだ積層構造を有する。

他の形態に係る積層コイル部品は、第１の素体部と第２の素体部との間に、第１の材料と第２の材料とを含む混合組成材料で構成された中間層をさらに備える。

他の形態に係る積層コイル部品は、応力緩和部は積層方向において中間層に接している。

他の形態に係る積層コイル部品は、応力緩和部がスリット層である。

他の形態に係る積層コイル部品は、応力緩和部は、積層方向から見て、積層コイルの内側領域にのみ設けられている。

他の形態に係る積層コイル部品は、応力緩和部は積層コイルのコイル軸上に設けられている。

本発明によれば、クラックの抑制が図られた積層コイル部品が提供される。

図１は、一実施形態に係る積層コイル部品を示す概略断面図である。図２は、図１に示した積層コイル部品を製造する際のグリーンシートの積層状態を示した斜視図である。図３は、図１に示した積層コイル部品の各層における導体パターンおよびスリット層を示した平面図である。図４は、異なる態様の積層コイル部品を示す概略断面図である。図５は、図４に示した積層コイル部品を製造する際のグリーンシートの積層状態を示した斜視図である。図６は、図４に示した積層コイル部品の各層における導体パターンおよびスリット層を示した平面図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

図１に示すように、実施形態に係る積層コイル部品１は、素体２と、素体２内に形成された積層コイルＣとを備えている。

素体２は、フェライトを主成分とするフェライト素体材料で構成されており、後述する複数層のグリーンシート１１Ａ、１１Ｂを重ねた積層体を焼成することにより形成され得る。そのため、素体２は、フェライト層の積層体と捉えることができ、積層方向を有する。ただし、素体２を構成するフェライト層は、その間の境界が視認できない程度に一体化され得る。素体２は、略直方体形状の外形を呈しており、その外表面として、積層方向において互いに対向する一対の端面２ａ、２ｂと、一対の端面２ａ、２ｂを連結するように一対の端面２ａ、２ｂの対向方向に沿って延びる４つの側面２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆとを有している。

素体２は、図２に示すように、第１の素体部６と一対の第２の素体部７とを有する。より詳しくは、素体２は、素体２の積層方向において、第１の素体部６を一対の第２の素体部７で挟むように隣接した構造（サンドイッチ構造）を有している。また、素体２は、素体２の積層方向において第１の素体部６と第２の素体部７との間に介在する一対の中間層８を有する。

第１の素体部６および第２の素体部７は、本実施形態ではいずれもＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライトを主成分とするフェライト素体材料で構成されているが、フェライト素体材料の組成が互いに異なっている。具体的には、第１の素体部６を構成するフェライト素体材料（第１の材料）は、主成分が、Ｆｅの化合物をＦｅ_２Ｏ_３換算で４５．０モル％、Ｃｕの化合物をＣｕＯ換算で８．０モル％、Ｚｎの化合物をＺｎＯ換算で８．０モル％、残部がＮｉの化合物で構成されており、主成分１００重量部に対して、副成分として、Ｓｉの化合物をＳｉＯ_２換算で１．０重量部、Ｃｏの化合物をＣｏ_３Ｏ_４換算で５．０重量部、Ｂｉの化合物をＢｉ_２Ｏ_３換算で０．８重量部、含有している。また、第２の素体部７を構成するフェライト素体材料（第２の材料）は、主成分が、Ｆｅの化合物をＦｅ_２Ｏ_３換算で３７．０モル％、Ｃｕの化合物をＣｕＯ換算で８．０モル％、Ｚｎの化合物をＺｎＯ換算で３４．０モル％、残部がＮｉの化合物で構成されており、主成分１００重量部に対して、副成分として、Ｓｉの化合物をＳｉＯ_２換算で４．５重量部、Ｃｏの化合物をＣｏ_３Ｏ_４換算で０．５重量部、Ｂｉの化合物をＢｉ_２Ｏ_３換算で０．８重量部、含有している。すなわち、第１の素体部６および第２の素体部７のいずれも構成成分としてＺｎＯを含有しており、第１の素体部６のＺｎＯ含有率が、第２の素体部７のＺｎＯ含有率より低くなっている。また、第１の素体部６および第２の素体部７のいずれも構成成分としてＮｉＯを含有しており、第１の素体部６のＮｉＯ含有率が、第２の素体部７のＮｉＯ含有率より高くなっている。

また、第１の素体部６および第２の素体部７を構成するフェライト素体材料は、いずれもＺｎ_２ＳｉＯ_４を副成分として含有している。本実施形態では、第１の素体部６のＺｎ_２ＳｉＯ_４含有率は、フェライト素体材料１００重量部に対して１重量部であり、第２の素体部７のＺｎ_２ＳｉＯ_４含有率は、フェライト素体材料１００重量部に対して１７重量部である。すなわち、第１の素体部６のＺｎ_２ＳｉＯ_４含有率が、第２の素体部７のＺｎ_２ＳｉＯ_４含有率より低くなっている。

さらに、第２の素体部７の誘電率は、第１の素体部６の誘電率より低い。本実施形態では、第１の素体部６の誘電率は約１４であり、第２の素体部７の誘電率は約１２である。また、第２の素体部７の透磁率は、第１の素体部６の透磁率より高い。本実施形態では、第１の素体部６の透磁率は約６であり、第２の素体部７の透磁率は約１１である。

中間層８は、本実施形態ではいずれもＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライトを主成分とするフェライト素体材料で構成されており、第１の素体部６を構成するフェライト素体材料と第２の素体部７を構成するフェライト素体材料とを含む混合組成材料で構成されている。一例として、第１の素体部６を構成するフェライト素体材料と第２の素体部７を構成するフェライト素体材料とを１：１の割合で混合して、中間層８の構成材料とすることができる。

積層コイルＣは、素体２の積層方向に重なる複数の導電層によって構成されており、素体２の積層方向に平行な軸Ｌを有する。積層コイルＣは、コイル巻回部（巻回部）１２と、コイル巻回部１２の各端部から端面２ａ、２ｂまで延びる一対の引出部１３とを有する。各引出部１３は、引出導体１４と接続導体１５とを有している。積層コイルＣを構成する各導電層は、たとえばＡｇやＰｄなどの導電性材料を含んで構成されている。

また、積層コイル部品１は、素体２の両端面２ａ、２ｂにそれぞれ配置された一対の外部電極４、５を備えている。外部電極４は、一方の端面２ａ全体と、４つの側面の端面２ａ側の一部を覆うように形成されて、端面２ａまで延びた引出部１３と電気的に接続されている。外部電極５は、他方の端面２ｂ全体と、４つの側面の端面２ｂ側の一部を覆うように形成されて、端面２ｂまで延びた引出部１３と電気的に接続されている。素体２の積層方向は一対の端面２ａ、２ｂの対向方向と一致しており、一対の外部電極４、５は積層方向に関して素体２の両端部にそれぞれ配置されている。なお、各外部電極４、５は、素体２の外表面にＡｇやＰｄなどを主成分とする導電性ペーストを付着させた後に焼付け、さらに電気めっきを施すことにより形成され得る。電気めっきには、Ｎｉ、Ｓｎなどを用いることができる。

上述した積層コイル部品１は、図２に示すように、複数層のグリーンシート１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃを重ねた積層体を焼成して形成することができる。

各グリーンシート１１Ａ、１１Ｂは、矩形状（本実施形態では、正方形状）を呈しており、素体２の側面を画成することとなる四辺を有している。グリーンシート１１Ａは、上述した第１の素体部６となるべきグリーンシートであり、焼成後に上述した第１の素体部６の組成を有するフェライト層となるように成分調整されている。グリーンシート１１Ｂは、上述した第２の素体部７となるべきグリーンシートであり、焼成後に上述した第２の素体部７の組成を有するフェライト層となるように成分調整されている。グリーンシート１１Ｃは、上述した中間層８となるべきグリーンシートであり、焼成後に上述した中間層８の組成を有するフェライト層となるように成分調整されている。

グリーンシート１１Ａとグリーンシート１１Ｂとは、積層方向において、第１の素体部６を一対の第２の素体部７で挟むように隣接した構造となるように、グリーンシート積層体の下段部分と上段部分にグリーンシート１１Ｂが用いられ、中段部分にグリーンシート１１Ａが用いられている。グリーンシート１１Ｃは、積層方向において、グリーンシート１１Ａとグリーンシート１１Ｂとが切り替わる部分にそれぞれ介在している。

各グリーンシート１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃには、上述した導電層となるべき導電パターンが形成されている。各導体パターンは、当該パターンに対応する開口が形成されたスクリーン製版を用いて、導電性ペーストをスクリーン印刷することにより形成され得る。

コイル巻回部１２を形成する導体パターン２１は、いずれも略Ｕの字状に形成されている。導体パターン２１の一端部及び他端部には、スルーホール導体に対応する略円形のパッド部がそれぞれ形成されている。各導体パターン２１は、９０度ずつ位相をずらした状態でスルーホール導体を介して直列に接続されており、積層方向に沿って軸Ｌが延在する積層コイルＣを形成している。導体パターン２１は、グリーンシート積層体の中段部分のグリーンシート１１Ａだけでなく、上段部分および下段部分のグリーンシート１１Ｂおよび中間層８に相当するグリーンシート１１Ｃにも形成される。

引出導体１４を形成する導体パターン２４は、略円形のパッド部（パッド導体）２６からなる。引出導体１４は、パッド部２６と、パッド部２６と一体に設けられるスルーホール導体とから構成されている。パッド部２６は、コイル巻回部１２のパッド部より大径となっており、コイル巻回部１２によって形成される積層コイルＣの軸Ｌと同軸に配置されている。各導体パターン２４は、スルーホール導体を介して直列に接続されており、積層コイルＣの軸Ｌに沿って延在する引出導体１４を形成している。引出導体１４の外側端部は、素体２の積層方向の端面２ａ、２ｂに露出し、外部電極４、５に接続されている。導体パターン２４は、グリーンシート積層体の上段部分および下段部分のグリーンシート１１Ｂに形成される。

引出導体１４を形成する導体パターン２４とコイル巻回部１２を形成する導体パターン２１との間には、引出導体１４とコイル巻回部１２を接続する接続導体を形成する導体パターン２８が設けられている。導体パターン２７の一端部には、導体パターン２７の一端部は、スルーホール導体を介して引出導体１４の他端部に接続され、導体パターン２７の他端部は、スルーホール導体を介してコイル巻回部１２の端部に接続されている。導体パターン２７は、グリーンシート積層体の上段部分および下段部分のグリーンシート１１Ｂに形成される。

上述した素体２においては、図２に示すように、コイル巻回部１２は、積層方向において第１の素体部６と第２の素体部７とを跨がるように設けられている。より詳しくは、コイル巻回部１２が、素体２内において、一方の第２の素体部７（たとえば、図１の断面図における上側の第２の素体部）から第１の素体部６を介して、他方の第２の素体部７（たとえば、図１の断面図における下側の第２の素体部）まで延びるように設けられている。第１の素体部６と第２の素体部７とに跨がるようにコイル巻回部１２を設けることで、第１の素体部６および第２の素体部７が、コイル特性のインピーダンス、インダクタンスおよび自己共振周波数それぞれに寄与し、素体２における第１の素体部６と第２の素体部７との割合を調整することで、所望のコイル特性を得ることができる。

たとえば、第１の素体部６と第２の素体部７との割合を調整して素体２の誘電率を下げることで、浮遊容量が小さくなり、１ＧＨｚ付近のインピーダンスが高くなる。また、第１の素体部６と第２の素体部７との割合を調整して素体２の透磁率を下げることで、自己共振周波数が高くなるとともにインピーダンスも高くなり、インダクタンスは低下する。また、第１の素体部６と第２の素体部７との割合を調整して素体２の透磁率を上げることで、自己共振周波数が低くなるとともにインピーダンスも低くなり、インダクタンスは高くなる。

また、上述した上記積層コイル部品１において、相対的に誘電率が低い第２の素体部７それぞれに外部電極４、５が設けられているため、積層コイル部品１の高周波特性の向上が図られている。

素体２には、図２および図３に示すように、積層方向から見て、積層コイルＣのコイル巻回部１２の内側領域に応力緩和部３０が設けられている。本実施形態では、応力緩和部３０は、略Ｕの字状の導体パターン２１に囲まれるように設けられた矩形状のスリット層である。本実施形態では、応力緩和部３０は、積層コイルＣのコイル軸Ｌ上に設けられている。応力緩和部３０は、たとえば焼成プロセスの際に揮発する塗料（ラッカー）をスクリーン印刷することによって形成することができる。このような応力緩和部３０では、積層方向におけるフェライト層同士の結合が弱く、フェライト層の収縮時において互いに拘束し合わないため、残留応力が生じにくくなっている。応力緩和部３０がスリット層である場合、内部に物体が存在しない空乏層であってもよく、内部にジルコニア等が充填された物体充填層であってもよい。

本実施形態では、応力緩和部３０は、第１の素体部６の内部、第２の素体部７の内部、および、第１の素体部６および第２の素体部７と中間層８とが接する界面に設けられている。

ここで、発明者らは、鋭意研究の末、第１の素体部６、第２の素体部７および積層コイルＣの間の収縮率の差に起因する応力は、積層方向から見たときの積層コイルＣの内側領域に集中する傾向があることを見出した。そこで、上述した積層コイル部品１のように、応力が集中しやすい積層コイルＣの内側領域に応力緩和部３０を設け、積層コイルＣの内側領域における応力を緩和することで、素体２にクラックが発生する事態を抑制することができる。

応力緩和部３０は、上述した実施形態のように積層コイルＣの内側領域のみに設けられていてもよく、積層コイルＣの内側領域に加えて積層コイルＣに重畳する領域や積層コイルＣの外側領域の一部に設けられていてもよい。応力緩和部３０が、積層コイルＣの内側領域のみに設けられている場合には、素体全体として高い強度を実現することができ、応力緩和部３０がコイル巻回部１２のスルーホール導体の位置に設けられることによる接続不良（たとえば断線）を抑制することができる。

また、積層コイル部品１では、第１の素体部６と第２の素体部７との間に中間層８が設けられ、中間層８が第１の素体部６を構成するフェライト素体材料と第２の素体部７を構成するフェライト素体材料とを含む混合組成材料で構成されている。そのため、第１の素体部６と第２の素体部７との間の収縮率の差が中間層８により弱められ、クラック発生や実装割れが抑制される。応力緩和部３０は、積層方向において中間層８に接するように設けることができる。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、様々に変形することができる。

たとえば、上記実施形態において、積層コイルＣはいわゆる縦巻きコイルであり、外部電極４、５が素体の端面２ａ，２ｂに配置され、積層コイルＣの軸Ｌの延在方向（軸方向）が素体２の積層方向に沿って延在しているが、積層コイルＣはいわゆる横巻きコイルであってもよい。すなわち、図４に示すように、外部電極４Ａ、５Ａが素体の側面２ｃ、２ｄに配置され、積層コイルＣの引出部１３Ａが、コイル巻回部１２の端部から外部電極４Ａ、４Ｂが設けられた側面２ｃ、２ｄまで延びる構成を有する積層コイル部品１Ａであってもよい。積層コイル部品１Ａは、特に引出部１３Ａの形状が、上述した積層コイル部品１の引出部１３の形状と異なる。

積層コイル部品１Ａは、図５に示すように、複数層のグリーンシート１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃを重ねた積層体を焼成して形成することができる。積層コイル部品１Ａの引出部
１３Ａを形成する導体パターン４４は、一端がコイル巻回部１２の端部に相当する導体パターン４１のパッド部にスルーホール導体を介して接続され、他端が側面２ｃ、２ｄに対応する一辺まで延びている。

積層コイル部品１Ａのコイル巻回部１２を形成する導体パターン４１は、上述した導体パターン２１同様、いずれも略Ｕの字状に形成されている。そして、積層コイル部品１Ａの素体２には、図５および図６に示すように、積層方向から見て、積層コイルＣのコイル巻回部１２の内側領域に応力緩和部５０が設けられている。図６に示した態様では、応力緩和部５０は、略Ｕの字状の導体パターン４１に囲まれるように設けられた矩形状のスリット層である。

素体は、フェライトで構成されたものに限らず、フェライト以外の材料（たとえばセラミック磁性体等）で構成されたものであってもよい。素体は、積層方向において、第２の素体部を一対の第１の素体部で挟むように隣接した構造（サンドイッチ構造）であってもよい。素体は、少なくとも第１の素体部と第２の素体部とを含む積層構造であればよく、サンドイッチ構造でなくてもよい。

応力緩和部の数は、上述したものに減点されず、適宜増減することができる。応力緩和部は、たとえば、第１の素体部の内部にのみ設けた態様や、第２の素体部の内部にのみ設けた態様、第１の素体部および第２の素体部と中間層とが接する界面にのみ設けた態様であってもよい。

１、１Ａ…積層コイル部品、２…素体、６…第１の素体部、７…第２の素体部、３０、５０…応力緩和部、Ｃ…積層コイル、Ｌ…軸。

Claims

第１の材料で構成された第１の素体部と、該第１の素体部に積層されるとともに前記第１の材料とは組成が異なる第２の材料で構成された第２の素体部と、を含む積層構造を有する素体と、
前記素体の積層方向に対して平行な軸を有する積層コイルと、
前記積層方向から見て、前記積層コイルの内側領域に設けられた応力緩和部と
を備える、積層コイル部品。
前記素体が、前記第１の素体部および前記第２の素体部のうちの一方で他方を積層方向において挟んだ積層構造を有する、請求項１に記載の積層コイル部品。
前記第１の素体部と前記第２の素体部との間に、前記第１の材料と前記第２の材料とを含む混合組成材料で構成された中間層をさらに備える、請求項１または２に記載の積層コイル部品。
前記応力緩和部は前記積層方向において前記中間層に接している、請求項３に記載の積層コイル部品。
前記応力緩和部がスリット層である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の積層コイル部品。
前記応力緩和部は、前記積層方向から見て、前記積層コイルの内側領域にのみ設けられている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の積層コイル部品。
前記応力緩和部は前記積層コイルのコイル軸上に設けられている、請求項１〜６のいずれか一項に記載の積層コイル部品。