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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