JP2021057431A - コイル部品、回路基板及び電子機器 - Google Patents
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Abstract
【課題】磁性基体に生じるクラックによるインダクタンスの低下を抑制できるコイル部品を提供する。【解決手段】コイル部品１０１は、複数の金属磁性粒子及び複数の金属磁性粒子を結着させている結着材を含む磁性基体１１０と、磁性基体内に設けられ、コイル軸Ａｘの周りに巻回されている周回部を有するコイル導体１２５と、を備える。コイル軸方向から見た場合に、周回部の面積及び磁性基体における周回部に囲まれたコア領域の面積の和に対するコア領域の面積比は、３２％以上である。【選択図】図７
Description
本明細書の開示は、コイル部品、回路基板及び電子機器に関する。
インダクタなどのコイル部品においては、従来から様々な磁性材料が用いられている。コイル部品は、典型的には、磁性材料からなる磁性基体と、当該磁性基体内に設けられたコイル導体と、当該コイル導体の端部に接続された外部電極とを有する。
コイル部品の磁性基体の材料として、複数の金属磁性粒子及び樹脂製の結着材を含む複合磁性材料が用いられている。この種の磁性基体は、例えば、金属磁性粒子と樹脂とを混練して得られた混合樹脂組成物をコイル導体が収容された型に流し込み、この型内でコイル導体を包み込んだ状態の混合樹脂組成物を加圧及び加熱することにより閉磁路を構成する磁性基体として製造される。この製造工程において、混合樹脂組成物に含まれる樹脂は、硬化されて結着材となる。このような磁性基体では、金属磁性粒子同士は結着材により結着されている。
コイル部品用の磁性基体は、高い透磁率を有することが求められており、従来から磁性基体の透磁率を向上させるための提案がなされている。例えば、特開２０１８−０４１９５５号公報（特許文献１）には、磁性基体に２種類以上の平均粒径を有する金属磁性粒子を含有させることにより、磁性基体における金属磁性粒子の充填率（充填密度）を高め、これにより磁性基体の透磁率を向上させることが開示されている。特開２０１６−２０８００２号公報（特許文献２）には、磁性基体が互いに異なる平均粒径を有する３種類の金属磁性粒子を含むことにより、当該磁性基体における金属磁性粒子の充填率を高めることが開示されている。
上述の磁性基体は、金属磁性粒子同士を結着材により結着させて製造されることから、内部に空隙を有することがある。また、結着材となる樹脂は吸水性を有する。このため、磁性基体には、水分を吸収されている。この磁性基体を備えるコイル部品がリフロー工程により基板に実装されると、水分を吸収した磁性基体は急激な温度変化によって体積膨張を引き起こす。この結果、磁性基体にクラックが発生して、コイル部品のインダクタンスが低下するという問題がある。
本発明の目的は、上述した問題を解決又は緩和することである。より具体的な本発明の目的の一つは、磁性基体に生じるクラックによるインダクタンスの低下を抑制できるコイル部品を提供することである。本発明のこれ以外の目的は、明細書全体の記載を通じて明らかにされる。
本発明の一態様によるコイル部品は、複数の金属磁性粒子及び前記複数の金属磁性粒子を結着させている結着材を含む磁性基体と、前記磁性基体内に設けられ、コイル軸の周りに巻回されている周回部を有するコイル導体と、を備え、前記コイル軸方向から見た場合に、前記周回部の面積及び前記磁性基体における前記周回部に囲まれたコア領域の面積の和に対する前記コア領域の面積比は、３２％以上である。
一態様において、前記コイル軸方向から見た場合に、前記コア領域の周縁には２本の直線により形成される角がない。
一態様において、前記コイル軸方向から見た場合に、前記コア領域の周縁は曲線により形成されている。
一態様において、前記コイル軸方向から見た場合に、前記コア領域は円形である。
一態様において、前記コイル導体の一端に電気的に接続され、はんだにより基板に接合されている外部電極をさらに備える。
一態様において、前記磁性基体は、前記複数の金属磁性粒子の平均粒径の３倍の長さである基準長さ以上のクラックを有しない。
本発明の一態様の回路基板は、上記のコイル部品と、前記外部電極にはんだにより接合されている基板と、を備える。本発明の一態様の電子機器は、上記の回路基板を備える。
本発明の一態様によれば、磁性基体に生じるクラックによるインダクタンスの低下を抑制できるコイル部品を提供することができる。
以下、適宜図面を参照し、本発明の様々な実施形態を説明する。なお、複数の図面において共通する構成要素には当該複数の図面を通じて同一の参照符号が付されている。各図面は、説明の便宜上、必ずしも正確な縮尺で記載されているとは限らない点に留意されたい。
図１〜図５を参照して本発明の一の実施形態に係るコイル部品１について説明する。まず、図１及び図２を参照して、コイル部品１の概要を説明する。図１は、コイル部品１を模式的に示す斜視図であり、図２はコイル部品のＩ−Ｉ線断面を模式的に示す断面図である。図示のように、コイル部品１は、磁性基体１０と、磁性基体１０内に設けられたコイル導体２５と、磁性基体１０の表面に設けられた外部電極２１と、基体１０の表面において外部電極２１から離間した位置に設けられた外部電極２２と、を備える。
本明細書においては、文脈上別に解される場合を除き、コイル部品１の「長さ」方向、「幅」方向及び「厚さ」方向はそれぞれ、図１の「Ｌ軸」方向、「Ｗ軸」方向及び「Ｔ軸」方向とする。「厚さ」方向は、「高さ」方向と呼ぶこともある。
コイル部品１は、基板２に実装されている。基板２には、２つのランド部３が設けられている。コイル部品１は、外部電極２１、２２のそれぞれと基板２の対応するランド部３とを接合することで基板２に実装されている。回路基板１００は、コイル部品１と、基板２と、を備える。回路基板１００は、様々な電子機器に搭載され得る。回路基板１００が搭載され得る電子機器には、スマートフォン、タブレット、ゲームコンソール及びこれら以外の様々な電子機器が含まれる。
コイル部品１は、インダクタ、トランス、フィルタ、リアクトル及びこれら以外の様々なコイル部品に適用され得る。コイル部品１は、カップルドインダクタ、チョークコイル及びこれら以外の様々な磁気結合型コイル部品にも適用することができる。コイル部品１の用途は、本明細書で明示されるものには限定されない。
磁性基体１０は、磁性材料で構成され、直方体形状に形成されている。本発明の一の実施形態の磁性基体１０は、長さ寸法（Ｌ軸方向の寸法）が１．６ｍｍ〜４．５ｍｍ、幅寸法（Ｗ軸方向の寸法）が０．８ｍｍ〜３．２ｍｍ、高さ寸法（Ｔ軸方向の寸法）が０．８ｍｍ〜５．０ｍｍとなるように形成されている。磁性基体１０の寸法は、本明細書で具体的に説明される寸法には限定されない。本明細書において「直方体」又は「直方体形状」という場合には、数学的に厳密な意味での「直方体」のみを意味するものではない。
磁性基体１０は、第１の主面１０ａ、第２の主面１０ｂ、第１の端面１０ｃ、第２の端面１０ｄ、第１の側面１０ｅ及び第２の側面１０ｆを有する。磁性基体１０は、これらの６つの面によってその外面が画定されている。第１の主面１０ａと第２の主面１０ｂとはそれぞれ高さ方向両端の面を成し、第１の端面１０ｃと第２の端面１０ｄとはそれぞれ長さ方向両端の面を成し、第１の側面１０ｅと第２の側面１０ｆとはそれぞれ幅方向両端の面を成している。
図１に示されるように、第１の主面１０ａは磁性基体１０の上側にあるため、第１の主面１０ａを「上面」と呼ぶことがある。同様に、第２の主面１０ｂを「下面」と呼ぶことがある。コイル部品１は、第２の主面１０ｂが基板２と対向するように配置されるので、第２の主面１０ｂを「実装面」と呼ぶこともある。コイル部品１の上下方向に言及する際には、図１の上下方向を基準とする。
本発明の一の実施形態において、外部電極２１は、磁性基体１０の実装面１０ｂ及び端面１０ｃに設けられている。外部電極２２は、磁性基体１０の実装面１０ｂ及び端面１０ｄに設けられている。各外部電極２１、２２の形状及び配置は、図示された例には限定されない。外部電極２１と外部電極２２とは、長さ方向において互いに離間して配置されている。
次に、図３を参照して磁性基体１０について更に説明する。図３は、磁性基体１０の断面を拡大して模式的に示す拡大断面図である。図３には、図２における磁性基体１０の領域Ａが拡大して示されている。図示のように、磁性基体１０は、複数の第１金属磁性粒子１１及び複数の第２金属磁性粒子１２並びに結着材１３を含む。結着材１３は、複数の第１金属磁性粒子１１及び複数の第２金属磁性粒子１２を互いと結着させている。言い換えると、磁性基体１０は、結着材１３並びに結着材１３により結着されている複数の第１金属磁性粒子１１及び複数の第２金属磁性粒子１２によって構成されている。領域Ａは、磁性基体１０内の任意の領域とすることができる。
複数の第１金属磁性粒子１１は、複数の第２金属磁性粒子１２よりも大きな平均粒径を有する。すなわち、複数の第１金属磁性粒子１１の平均粒径（以下、第１平均粒径と呼ぶ。）と、複数の第２金属磁性粒子１２の平均粒径（以下、第２平均粒径と呼ぶ。）とは、異なっている。第１平均粒径は例えば３０μｍであり、第２平均粒径は例えば０．１μｍであるが、それぞれ、これらと異なる平均粒径であってもよい。本発明の一の実施形態において、磁性基体１０は、第１平均粒径及び第２平均粒径と異なる平均粒径を有する不図示の複数の第３金属磁性粒子（以下、第３金属磁性粒子の平均粒径を第３平均粒径と呼ぶ。）を更に含んでもよい。第３平均粒径は第１平均粒径よりも小さく第２平均粒径より大きくても、第２平均粒径より小さくてもよい。以下の説明では、本明細書においては、第１金属磁性粒子１１、第２金属磁性粒子１２及び第３金属磁性粒子を互いに区別する必要がない場合には、磁性基体１０に含まれる第１金属磁性粒子１１、第２金属磁性粒子１２及び第３金属磁性粒子を「金属磁性粒子」と総称することがある。
磁性基体１０に含まれる金属磁性粒子の平均粒径は、磁性基体１０をその厚さ方向（Ｔ方向）に沿って切断して断面を露出させ、当該断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により２０００倍〜５０００倍の倍率で撮影した写真に基づいて個々の粒径を求め、この個々の粒径の分布より粒度分布を求め、この粒度分布に基づいて定められる。例えば、ＳＥＭ写真に基づいて求められた粒度分布の５０％値（Ｄ50）を金属磁性粒子の平均粒径とすることができる。個々の粒子の粒径については、当該断面のＳＥＭ写真に基づいて粒子が球形であるとしたときの円断面の直径として求めることができる。１μｍより小さな粒径を有する金属磁性粒子を観察する場合には、５０００倍〜１００００倍の倍率で撮影したＳＥＭ写真に基づいて粒度分布を求めてもよい。
第１金属磁性粒子１１及び第２金属磁性粒子１２は、様々な軟磁性材料から成る。第１金属磁性粒子１１は、例えば、Ｆｅを主成分とする。具体的には、１金属磁性粒子１１は、（１）Ｆｅ、Ｎｉ等の金属粒子、（２）Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ合金、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金、Ｆｅ−Ｎｉ合金等の結晶合金粒子、（３）Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ−Ｂ−Ｃ合金、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ−Ｂ合金等の非晶質合金粒子又は（４）これらが混合された混合粒子である。磁性基体１０に含まれる金属磁性粒子の組成は、前記のものに限られない。第１金属磁性粒子１１は、例えば、Ｆｅを８５ｗｔ％以上含む。これにより、優れた透磁率を有する磁性基体１０を得ることができる。第２金属磁性粒子１２の組成は、第１金属磁性粒子１１の組成と同じであってもよいし異なっていてもよい。磁性基体１０が不図示の複数の第３金属磁性粒子を含む場合、第３金属磁性粒子の組成は、第２金属磁性粒子１２の組成と同様に、第１金属磁性粒子１１の組成と同じであってもよいし異なっていてもよい。
次に、図４を参照して金属磁性粒子について更に説明する。図４は、金属磁性粒子を模式的に示す図である。図示されているように、第１金属磁性粒子１１は絶縁膜１４で被覆されていてもよい。絶縁膜１４は、ガラス、樹脂又はこれら以外の絶縁性に優れた材料から形成されている。絶縁膜１４は、例えば、第１金属磁性粒子１１とガラス材料の粉末とを不図示の摩擦混合機内で混合することにより第１金属磁性粒子１１の表面に形成される。ガラス材料から形成される絶縁膜１４は、摩擦混合機内において圧縮摩擦作用により第１金属磁性粒子１１の表面に固着している。ガラス材料は、ＺｎＯ及びＰ2Ｏ5を含んでもよい。絶縁膜１４は、様々なガラス材料から形成され得る。絶縁膜１４は、ガラス粉に代えて又はガラス粉に加えて、アルミナ粉、ジルコニア粉又はこれら以外の絶縁性に優れた酸化物の粉末から形成されてもよい。絶縁膜１４の厚さは、例えば１００ｎｍ以下とされる。このように、第１金属磁性粒子１１は、その表面に絶縁膜１４を有していてもよい。
図示されているように、第２金属磁性粒子１２は、絶縁膜１５で被覆されていてもよい。絶縁膜１５は、第１金属磁性粒子１２が酸化してできる酸化膜であってもよい。絶縁膜１５の厚さは、例えば２０ｎｍ以下とされる。絶縁膜１５は、大気中雰囲気にて第２金属磁性粒子１２を熱処理することで、第２金属磁性粒子１２の表面に形成される酸化膜であってもよい。絶縁膜１５は、Ｆｅ及びこれ以外の第２金属磁性粒子１２に含有される元素の酸化物を含む酸化膜であってもよい。絶縁膜１５は、第２金属磁性粒子１２をリン酸へ投入して攪拌することにより、第２金属磁性粒子１２の表面に形成されるリン酸鉄膜であってもよい。
結着材１３は、例えば、絶縁性に優れた熱硬化性樹脂である。結着材１３には、例えば、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリスチレン（ＰＳ）樹脂、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）樹脂、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）樹脂、ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂、ポリフッ化ビニルデン（ＰＶＤＦ）樹脂、フェノール（Ｐｈｅｎｏｌｉｃ）樹脂、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）樹脂又はポリベンゾオキサゾール（ＰＢＯ）樹脂が用いられ得る。
図１及び図２に示されるように、コイル導体２５は、厚さ方向（Ｔ方向）に沿うコイル軸Ａｘの周りに螺旋状に巻回されている周回部２５ａと、周回部２５ａの両端をそれぞれ外部電極２１、２２に接続するために当該両端からそれぞれ引き出されている引出導体２５ｂとを有する。
図５は、コイル軸Ａｘ方向から見たコイル部品１の模式図である。この模式図は、コイル軸Ａｘ方向から見たコイル部品１における、磁性基体１０と周回部２５ａの透過像とを図示している。このため、図５においては、コイル導体２５の引出導体２５ｂ及び外部電極２１、２２の図示が省略されている。図示されているように、周回部２５ａは、内周面２５ａ１と、外周面２５ａ２と、を有する。図示の実施形態において、内周面２５ａ１及び外周面２５ａ２はいずれも円形の形状を有する。コイル軸Ａｘ方向から見た周回部２５ａは、リング形状を有する。
ＬＷ面内におけるコイル軸Ａｘを中心とする径方向において、周回部２５ａの内側端は内周面２５ａ１により画定され、周回部２５ａの外側端は外周面２５ａ２により画定される。磁性基体１０は、コイル軸Ａｘ方向から見て周回部２５ａの内側（すなわち、内周面２５ａ１の内側）にあるコア領域１０ｇと、コイル軸Ａｘ方向から見て周回部２５ａの外側（すなわち、外周面２５ａ２の外側）にあるマージン領域１０ｈと、を有する。コイル軸Ａｘから見たコア領域１０ｇの形状は、内周面２５ａ１の形状により画定される。図示の実施形態において、コア領域１０ｇは、コイル軸Ａｘ方向から見た場合に円形形状を有する。コア領域１０ｇの形状は円形に限られない。他の実施形態において、コア領域１０ｇの周縁は曲線のみにより形成されている。他の実施形態において、コア領域１０ｇの周縁には２本の直線により形成される角がない。
周回部２５ａの形状は、図５に図示された例に限定されない。つまり、図５においては、周回部２５ａの形状を画定する内周面２５ａ１及び外周面２５ａ２はいずれも円形の形状を有しているが、周回部２５ａの内周面２５ａ１及び外周面２５ａ２は円形以外の形状を有していてもよい。例えば、図６Ａに図示されるように、周回部２５ａの内周面２５ａ１及び外周面２５ａ２を楕円状にしてもよい。他の実施形態においては、図６Ｂに図示されるように、、周回部２５ａの内周面２５ａ１及び外周面２５ａ２の形状を長円形状にしてもよい。本発明に適用可能な周回部２５ａの内周面２５ａ１及び外周面２５ａ２の形状は、本明細書で明示的に説明されるものには限定されない。例えば、周回部２５ａの内周面２５ａ１及び外周面２５ａ２の形状は、点対称ではない形状又は線対称ではない形状であってもよい。
コイル軸Ａｘ方向から見たコア領域１０ｇの面積を第１面積Ｓ１とし、コイル軸Ａｘ方向から見た周回部２５ａの面積を第２面積Ｓ２とし、第１面積Ｓ１と第２面積Ｓ２との和を第３面積Ｓ３とする。本発明の一の実施形態では、第３面積Ｓ３に対する第１面積Ｓ１の面積比（以下、「面積比ｒ」と呼ぶ。）が３２％以上とされている。
続いて、本発明の一の実施形態によるコイル部品１の製造方法の例について説明する。以下では、圧縮成形プロセスによるコイル部品１の製造方法を説明する。圧縮成形プロセスによるコイル部品１の製造方法は、複数の第１金属磁性粒子１１及び複数の第２金属磁性粒子１２を含む粒子群と樹脂とを加熱しながら混練して混合樹脂組成物を生成し、この混合樹脂組成物を圧縮成形して成形体を形成する成形工程と、当該成形工程により得られた成形体を加熱する熱処理工程と、を備える。成型工程においては、粒子の流動性をよくするための潤滑剤及び金型と成形体との分離性をよくする離型剤を添加してもよい。
成形工程においては、成形金型内に予め準備したコイル導体２５を配置し、コイル導体２５が設置された成形金型内に混合樹脂組成物を入れ、この成型金型内の混合樹脂組成物に５００ｋＮ〜５０００ｋＮの成形圧力を加える。これにより、内部にコイル導体２５を含む成形体が得られる。成形工程は、温間成形によって行われてもよく、冷間成形によって行われてもよい。成形圧力は、所望の充填率を得るために適宜調整され得る。
成形工程において成形体が得られた後に、当該製造方法は熱処理工程に進む。熱処理工程においては、成形工程により得られた成形体に対し熱処理が行われ、この熱処理により内部にコイル導体２５が設けられた磁性基体１０が得られる。この熱処理により、混合樹脂組成物中の樹脂が硬化して結着材１３となり、結着材１３により複数の第１金属磁性粒子１１及び複数の第２金属磁性粒子１２が結着される。熱処理は、混合樹脂組成物中の樹脂の硬化温度を例えば１５０℃〜２００℃にして、処理時間３０分〜２４０分に亘って行う。熱処理工程は、成形工程により得られた成形体に対して脱脂処理を行う工程を含んでもよい。この脱脂処理は、熱処理工程とは独立して行われてもよい。
次に、上記のようにして得られた磁性基体１０の両端部に導体ペーストを塗布することにより、外部電極２１及び外部電極２２を形成する。外部電極２１及び外部電極２２は、磁性基体１０内に設けられているコイル導体１２５の一方の端部とそれぞれ電気的に接続するように設けられる。外部電極２１、２２は、めっき層を含んでもよい。このめっき層は２層以上であってもよい。２層のめっき層は、Ｎｉめっき層と、当該Ｎｉめっき層の外側に設けられるＳｎめっき層と、を含んでもよい。以上により、コイル部品１が製造される。
製造されたコイル部品１は、リフロー工程により基板２に実装される。この場合、コイル部品１が配置された基板２は、例えばピーク温度２６０℃に加熱されているリフロー炉を高速で通過した後に、外部電極２１、２２がそれぞれ基板２のランド部３にはんだ接合されることで、コイル部品１が基板２に実装され、回路基板１００が製造される。
続いて、図７を参照して、本発明の別の実施形態によるコイル部品１０１について説明する。コイル部品１０１は、平面コイルである。図示のように、コイル部品１０１は、磁性基体１１０と、磁性基体１１０内に設けられた絶縁板１５０と、磁性基体１１０内において絶縁板１５０の上面及び下面に設けられたコイル導体１２５と、磁性基体１１０に設けられた外部電極１２１、磁性基体１１０に外部電極１２１から離間して設けられた外部電極１２２と、を備える。
磁性基体１１０は、磁性基体１０と同じく、複数の第１金属磁性粒子１１、複数の第２金属磁性粒子１２及び結着材１３を含む。絶縁板１５０は、絶縁材料から板状に形成された部材である。絶縁板１５０用の絶縁材料は磁性材料であってもよい。絶縁板１５０用の磁性材料は、例えば、結着材１３及び金属磁性粒子を含む複合磁性材料である。
コイル導体１２５は、絶縁板１５０の上面に形成されたコイル導体１２５ａと、絶縁板１５０の下面に形成されたコイル導体１２５ｂとを含む。コイル導体１２５ａとコイル導体１２５ｂとは不図示のビアにより接続されている。コイル導体１２５ａは絶縁板１５０の上面に所定のパターンを有するように形成されており、コイル導体１２５ｂは絶縁板１５０の下面に所定のパターンを有するように形成されている。コイル導体１２５ａ及びコイル導体１２５ｂの表面には、絶縁膜が設けられてもよい。コイル導体１２５は、様々な形状をとりえる。コイル導体１２５は、例えば、平面視において、スパイラル形状、ミアンダ形状、直線形状又はこれらを組み合わせた形状を有する。すなわち、コイル導体１２５は、本発明の一の実施形態の場合と同様に、コイル軸Ａｘの周りに巻回されている周回部に相当する。コイル導体１２５は、本発明の一の実施形態の周回部２５ａと異なり、長円状に形成されている。
本発明のさらに別の実施形態において、絶縁板１５０は、磁性基体１１０よりも大きな抵抗値を有する。これにより、絶縁板１５０を薄くしても、コイル導体１２５ａとコイル導体１２５ｂとの間の電気的絶縁を確保することができる。
コイル導体１２５ａの一方の端部には引出導体１２７が設けられ、コイル導体１２５ｂの一方の端部には引出導体１２６が設けられている。これにより、コイル導体１２５は、引出導体１２６を介して外部電極１２１と電気的に接続され、引出導体１２７を介して外部電極１２２と電気的に接続されている。
コイル部品１０１は、コイル部品１と同様に、面積比ｒが３２％以上とされる。
次に、コイル部品１０１の製造方法の例を説明する。まず磁性材料から板状に形成された絶縁板を準備する。次に、当該絶縁板の上面及び下面にフォトレジストを塗布し、次いで当該絶縁板の上面及び下面の各々に導体パターンを露光、転写し、現像処理を行う。これにより、当該絶縁板の上面及び下面のそれぞれに、コイル導体を形成するための開口パターンを有するレジストが形成される。絶縁板の上面に形成される導体パターンは例えば上述したコイル導体１２５ａに対応する導体パターンであり、絶縁板の下面に形成される導体パターンは例えば上述したコイル導体１２５ｂに対応する導体パターンである。絶縁板にはビアを設けるための貫通孔が形成される。
次に、めっき処理により、当該開口パターンの各々を導電性金属で充填する。次いで、エッチングにより上記絶縁板からレジストを除去することで、当該絶縁板の上面及び下面のそれぞれにコイル導体が形成される。また、絶縁板に設けられた貫通孔に導電性金属を充填することにより、コイル導体１２５ａとコイル導体１２５ｂとを接続するビアが形成される。
次に、上記コイル導体が形成された絶縁板の両面に、磁性基体を形成する。この磁性基体は、上述した磁性基体１１０に対応する。磁性基体を形成するために、まず磁性体シートが作製される。磁性体シートは、金属磁性粒子１１及び金属磁性粒子１２を含む粒子群と樹脂とを加熱しながら混練して混合樹脂組成物を作成し、この混合樹脂組成物をシート形状の成形金型に入れて冷却することで作成される。次に、このように作製された一組の磁性体シートの間に上記のコイル導体を配置して加熱しながら加圧することで積層体を作製する。次に、この積層体に対して、樹脂の硬化温度、例えば１５０℃〜２００℃にして処理時間３０分〜２４０分に亘って熱処理を行う。これにより、内部にコイル導体１２５を有する磁性基体１１０が得られる。磁性基体１１０においては、混合樹脂組成物中の樹脂が硬化して結着材１３となっている。混合樹脂組成物に含まれている複数の第１金属磁性粒子１１及び複数の第２金属磁性粒子１２は、この結着材１３により互いと結着されている。磁性基体１１０の外表面の所定の位置に外部電極１２１、１２２を設けることでコイル部品１０１が製造される。
次に、実施例について説明する。まず、４種類のコイル導体を準備した。この４種類のコイル導体は、完成したコイル部品においてコイル軸Ａｘ方向から見たときに面積比ｒが２８％、３０％、３２％、３５％となる形状を有するように作製された。次に、この４種類のコイル導体を用い、圧縮成型プロセスによって、４種類のコイル部品のサンプル（サンプル１〜４）を準備した。各サンプルは、具体的には、以下のようにして準備した。まず、平均粒径が３０μｍの第１金属磁性粒子及び平均粒径が０．１μｍの第２金属磁性粒子をエポキシ樹脂と混練して混合樹脂組成物を生成し、この混合樹脂組成物を上記のコイル導体が配置された成型金型に流し込み、この成型金型内に流し込まれた混合樹脂組成物を約５００ｋＮの成形圧力で圧縮成形して成形体を形成した。第１金属磁性粒子及び第２金属磁性粒子は、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ合金粒子とした。次に、この成形体に対して２００℃で熱処理を行い、磁性基体を得た。次に、このようにして得られた磁性基体の両端部に導体ペーストを塗布することにより外部電極を形成した。サンプル１〜４の各々について、ＬＱＲメータを用いてインダクタンスを測定した。
以上のようにして作製したサンプル１〜４に対して以下のようにリフロー耐圧試験を実施した。まず、各サンプルを温度８５℃、湿度８５％の環境に保たれた試験槽で１６８時間に放置することで各サンプルに吸水させた。次に、水分を吸水した各サンプルをピーク温度２６０℃のリフロー炉を通過させた。この試験条件は、ＪＥＤＥＣ（Ｊｏｉｎｔ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｕｎｃｉｌ）のＭＳＬ（Ｍｏｉｓｔｕｒｅ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ Ｌｅｖｅｌ）規格で定められているレベル１試験条件に相当する。このようにしてリフロー炉を通過させたサンプル１〜４のインダクタンスを再び測定した。次に、このリフロー耐圧試験後に測定されたインダクタンスと当該試験前に測定したインダクタンスとを用いてサンプル１〜４のそれぞれについてインダクタンスの変化率（Ｌ変化率）を求めた。Ｌ変化率とは、リフロー耐圧試験前のインダクタンスに対するリフロー耐圧試験後のコイル部品のインダクタンスの低下率を意味する。
各サンプルについて、面積比ｒとＬ変化率との関係をプロットして、図８に示すグラフを作成した。図８のグラフにおいて、横軸は面積比ｒを表し、縦軸はＬ変化率を表している。このグラフに示されているように、サンプル１〜４のＬ変化率はそれぞれ、−４．０％、−２．８％、−１．２％、−１．１％であった。Ｌ変化率が−２．０％以下のものを良品とした。これにより、サンプル３、４が良品であり、サンプル１、２は不良品であった。このリフロー耐圧試験におけるリフロー工程のリフロー条件は、実際に一般的な基板実装が行われるリフロー工程におけるリフロー条件より厳しい温度条件・環境条件である。、このリフロー耐圧試験におけるリフロー工程では、従来から使用されている典型的なコイル部品であっても、リフロー耐圧試験の前後でインダクタンスが４．０％以上低下することが多い。リフロー耐圧試験の前後でＬ変化率が２．０％以下となるコイル部品は、リフロー耐圧試験におけるインダクタンスの低下率が従来のコイル部品のインダクタンスの低下率と比べて小さく、これにより、実際にリフロー実装工程により基板に実装された後でも優れたインダクタンスを有する。
サンプル１〜４の各々について外部導体を外して磁性基体を露出させ、この断面におけるクラックの有無を観察した。各サンプルでは、リフロー耐圧試験におけるリフロー工程による急激な温度変化の影響により、コイル導体２５と磁性基体１０とがそれぞれ異なる線膨張係数に従って膨張・収縮する。また、リフロー耐圧試験におけるリフロー工程では、サンプルの磁性基体１０にリフロー耐圧試験における高湿度環境下で含まれた水分が蒸発する。このため、各サンプルでは、磁性基体１０におけるコア領域１０ｇに相当する部分に周回部２５ａから圧縮応力がかかり、この圧縮応力によって磁性基体１０にクラックが発生する。クラックの観察は以下のようにして行った。まず、サンプル１〜４の磁性基体の各々をその厚さ方向（Ｔ方向）に沿ってコイル軸Ａｘを含む切断面で切断して断面を露出させ、当該断面の周回部２５ａの内側にある領域（コア領域１０ｇに相当する領域）を倍率５００倍の光学顕微鏡で観察し、３００μｍ×３００μｍの観察領域内におけるマイクロクラック及びノーマルクラックの有無を判定した。この観察において、磁性基体に含まれる第１金属磁性粒子（平均粒径３０μｍ）の３個分に相当する基準長さ（すなわち、第１金属磁性粒子１１の直径の３倍の距離）未満の長さのひびを「マイクロクラック」と判定し、当該基準長さ以上の長さを有するひびをノーマルクラックと判定した。ノーマルクラックは、複数のマイクロクラックが連結されることにより発生すると考えられる。各サンプルについて、５ヵ所の観察領域でマイクロクラック及びノーマルクラックの有無を判定した。
この観察の結果、サンプル３及び４については、それぞれの５つの観察領域の各々においてマイクロクラックは観察されたがノーマルクラックは観察されなかった。これに対して、サンプル１及び２については、それぞれの５つの観察領域の各々においてマイクロクラックに加えてそれぞれ１本以上のノーマルクラックが観察された。サンプル３及び４については、コア領域１０ｇの面積が相対的に大きいため、コア領域１０ｇの面積が相対的に小さいサンプル１及び２と比べて複数のマイクロクラック同士が連結されにくいため、ノーマルクラックが発生しにくいと考えられる。
実施例のサンプル３及び４においては、磁束がコア領域１０ｇに形成されたマイクロクラックを迂回しなければないために磁路長が長くなったものの、Ｌ変化率は低く抑えられたと推認される。これに対して、比較例のサンプル１及び２においては、磁束がコア領域１０ｇに形成されたノーマルクラックを通過しなければないため、実効透磁率が低下し、これによりＬ変化率が大きくなったと推認される。
次に、上記の実施形態が奏する作用効果について説明する。本発明の一の実施形態では、面積比ｒが３２％以上とされている。これにより、本発明の一の実施形態のコイル部品１、１０１は、面積比ｒが３２％未満の形態（以下、第１の比較形態と呼ぶ。）に比べて、リフロー耐圧試験におけるリフロー工程の影響により磁性基体１０におけるコア領域１０ｇに相当する部分にノーマルクラックが形成されにくい。これにより、実施形態のコイル部品１、１０１におけるインダクタンスの低下を抑制できる。
上記の実施形態によれば、コイル軸Ａｘ向から見た周回部２５ａの内周面２５ａ１は円形形状を有する。これにより、周回部２５ａからコア領域１０ｇに圧縮応力が集中的に作用しない。同様に、周回部２５ａの内周面２５ａ１が２本の直線により形成される角がないように形成された実施形態及び内周面２５ａ１が曲線のみによって形成された場合にもコア領域１０ｇに圧縮応力が集中的に作用することを防止できる。したがって、上記の実施形態では、クラックの発生を抑制することができる。この結果、上記の実施形態では、ノーマルクラックの発生も抑制することができるため、ノーマルクラックによるインダクタンスの低下が抑制される。
上記の実施形態ではインダクタンスの低下が抑制されているため、コイル導体２５、１２５の巻き数を少なくしてもコイル部品１、１０１において所期のインダクタンスを得ることができる。このため、コイル導体２５、１２５の直流抵抗（Ｒｄｃ）を小さくすることができる。
前述の様々な実施形態で説明された各構成要素の寸法、材料及び配置は、それぞれ、各実施形態で明示的に説明されたものに限定されず、当該各構成要素は、本発明の範囲に含まれ得る任意の寸法、材料及び配置を有するように変形することができる。また、本明細書において明示的に説明していない構成要素を、上述の各実施形態に付加することもできるし、各実施形態において説明した構成要素の一部を省略することもできる。
１、１０１ コイル部品
１０、１１０ 磁性基体
１１ 第１金属磁性粒子
１２ 第２金属磁性粒子
１３ 結着材
２１、２２、１２１、１２２ 外部電極
２５、１２５ コイル導体
Ａｘ コイル軸
１０、１１０ 磁性基体
１１ 第１金属磁性粒子
１２ 第２金属磁性粒子
１３ 結着材
２１、２２、１２１、１２２ 外部電極
２５、１２５ コイル導体
Ａｘ コイル軸
Claims (8)
- 複数の金属磁性粒子及び前記複数の金属磁性粒子を結着させている結着材を含む磁性基体と、
前記磁性基体内に設けられ、コイル軸の周りに巻回されている周回部を有するコイル導体と、
を備え、
前記コイル軸方向から見た場合に、前記周回部の面積及び前記磁性基体における前記周回部に囲まれたコア領域の面積の和に対する前記コア領域の面積比は、３２％以上である、
コイル部品。 - 前記コイル軸方向から見た場合に、前記コア領域の周縁には２本の直線により形成される角がない、
請求項１に記載のコイル部品。 - 前記コイル軸方向から見た場合に、前記コア領域の周縁は曲線により形成されている、
請求項１又は２に記載のコイル部品。 - 前記コイル軸方向から見た場合に、前記コア領域は円形である、
請求項３に記載のコイル部品。 - 前記コイル導体の一端に電気的に接続され、はんだにより基板に接合されている外部電極をさらに備える、
請求項１〜４のいずれか１項に記載のコイル部品。 - 前記磁性基体は、前記複数の金属磁性粒子の平均粒径の３倍の長さである基準長さ以上のクラックを有しない、
請求項１〜５のいずれか１項に記載のコイル部品。 - 請求項１〜６のいずれか１項に記載のコイル部品と、
前記外部電極にはんだにより接合されている基板と、
を備える回路基板。 - 請求項７に記載の回路基板を備える電子機器。
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