JP2021089937A - コイル部品 - Google Patents

Abstract

【課題】磁気結合の調整が容易なコイル部品を提供する。【解決手段】コイル部品において、第１の平面コイル２０と第２の平面コイル２２とは共通の磁芯Ｚ周りに巻回されており、互いに磁気結合されている。ただし、第１の平面コイル２０と第２の平面コイル２２とは、互いに電気的に接続されておらず、互いに別個のコイル構造を構成している。そのため、第１の平面コイル２０と第２の平面コイル２２とが１つのコイル構造を構成する場合に比べて、第１の平面コイル２０と第２の平面コイル２２とは互いの特性へ影響しづらくなっている。【選択図】図２

Description

本発明は、コイル部品に関する。

下記特許文献１には、基板の両面に設けられた一対の平面コイルによって形成されたコイル構造を２組有するコイル部品が開示されている。本文献のコイル部品では、基板に設けられた貫通導体により、一対の平面コイルの内側端部同士が電気的に接続されている。

米国特許公開２０１７−１４８５６０号明細書

発明者らは、コイル部品に含まれる２つのコイル構造間の磁気結合について研究を重ね、磁気結合を容易に調整することができる技術を新たに見出した。

本発明は、磁気結合の調整が容易なコイル部品を提供することを目的とする。

本発明の一側面に係るコイル部品は、実装基板に対応する実装面を有する素体と、実装面に設けられた第１の外部端子電極対および第２の外部端子電極対と、素体内に設けられ、実装面に対して平行に延在する絶縁基板と、絶縁基板の実装面から遠い方の第１の主面上に設けられた第１の平面コイルと、絶縁基板の実装面に近い方の第２の主面上に設けられ、第１の平面コイルの磁芯と同じ磁芯周りに巻回された第２の平面コイルと、絶縁基板内および素体内を実装面に直交する方向に延びて、第１の平面コイルの両端部と第１の外部端子電極対とをそれぞれ接続する第１の接続導体対と、素体内を実装面に直交する方向に延びて、第２の平面コイルの両端部と第２の外部端子電極対とをそれぞれ接続する第２の接続導体対とを備える。

上記コイル部品においては、第１の平面コイルと第２の平面コイルとが磁気結合されているが、互いに別個のコイル構造を構成している。そのため、第１の平面コイルと第２の平面コイルとが互いに電気的に接続されて１つのコイル構造を構成する場合に比べて、第１の平面コイルと第２の平面コイルとは互いの特性へ影響しづらくなっている。したがって、第１の平面コイルと第２の平面コイルとの間の互いの特性への影響を抑えつつ、絶縁基板の厚さを調整して、第１の平面コイルと第２の平面コイルとの磁気結合を容易に調整することができる。

他の側面に係るコイル部品は、実装面に直交する方向に関する第１の平面コイルの高さと第２の平面コイルの高さとが異なる。

他の側面に係るコイル部品は、絶縁基板に第１の接続導体対が通る１対の貫通孔が設けられている。

他の側面に係るコイル部品は、第１の接続導体対の少なくとも一方が、第２の平面コイルの内側を通っている。

他の側面に係るコイル部品は、第１の平面コイルのパターン形状と第２の平面コイルのパターン形状とが対称形状である。

本発明によれば、磁気結合の調整が容易なコイル部品が提供される。

図１は、実施形態に係るコイル部品の概略斜視図である。 図２は、図１のコイル部品の第１の平面コイルを示した図である。 図３は、図１のコイル部品の第２の平面コイルを示した図である。 図４は、図１に示したコイル部品のＩＶ−ＩＶ線断面図である。 図５は、図１に示したコイル部品のＶ−Ｖ線断面図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

図１に示すように、コイル部品１０は、直方体形状を呈する本体部１２（素体）と、本体部１２の表面に設けられた二対の外部端子電極１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄとによって構成されている。本体部１２は、実装基板に対向する底面１２ａ（実装面）、頂面１２ｂ、一対の端面１２ｃ、１２ｄ、および、一対の側面１２ｅ、１２ｆを有している。二対の外部端子電極１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄはいずれも、本体部１２の底面１２ａに設けられている。コイル部品１０は、一例として、長辺２．５ｍｍ、短辺２．０ｍｍ、高さ０．８〜１．０ｍｍの寸法で設計される。

本体部１２は、図２に示すように、絶縁基板１６と、絶縁基板１６の両面に設けられた一対の平面コイル２０、２２と、平面コイル２０、２２と外部端子電極１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄとをつなぐ二対の接続導体３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄとを含んで構成されている。

絶縁基板１６は、本体部１２の内部に設けられた矩形状を有する板状部材であり、非磁性の絶縁材料で構成されている。絶縁基板１６は、本体部１２の底面１２ａに対して平行に延在している。絶縁基板１６の中央部分には、楕円形の貫通孔１６ｃが設けられている。絶縁基板１６としては、ガラスクロスにエポキシ系樹脂が含浸された基板で、板厚４０μｍ〜１００μｍのものを用いることができる。本実施形態では、絶縁基板１６の厚さｈは６０μｍである。なお、エポキシ系樹脂のほか、ＢＴレジン、ポリイミド、アラミド等を用いることもできる。絶縁基板１６の材料としては、セラミックやガラスを用いることもできる。絶縁基板１６の材料としては、大量生産されているプリント基板材料が好ましく、特にＢＴプリント基板、ＦＲ４プリント基板、あるいはＦＲ５プリント基板に用いられる樹脂材料が最も好ましい。

第１の平面コイル２０は、絶縁基板１６の上面１６ａ（底面１２ａから遠い方の第１の主面）に設けられた平面渦巻状のコイルパターンである。第１の平面コイル２０は、絶縁基板１６を基準とした所定の高さＨ１を有する。第１の平面コイル２０の巻数は、およそ１巻き（１ターン）であり、両端部２０ａ、２０ｂは絶縁基板１６の四隅のうちの２つに位置している。

第２の平面コイル２２は、絶縁基板１６の下面１６ｂ（底面１２ａに近い方の第２の主面）に設けられた平面渦巻状のコイルパターンである。第２の平面コイル２２は、絶縁基板１６を基準とした所定の高さＨ２を有する。本実施形態では、第２の平面コイル２２の高さＨ２は、第１の平面コイル２０の高さＨ１と同一となるように設計されている。第２の平面コイル２２のパターン形状は、第１の平面コイル２０のパターン形状とは対称形状となるように設計されている。具体的には、絶縁基板１６の上面１６ａ側から見て、第１の平面コイル２０のパターン形状と第２の平面コイル２２のパターン形状とは線対称の関係を有する。第２の平面コイル２２の巻数は、第１の平面コイル２０同様、およそ１巻きである。第２の平面コイル２２の両端部２２ａ、２２ｂは、絶縁基板１６の四隅のうちの、第１の平面コイル２０の各端部２０ａ、２０ｂが形成されていない２つに位置している。

第１の平面コイル２０および第２の平面コイル２２は、めっきによって形成することができる。

第１の平面コイル２０および第２の平面コイル２２の側面（すなわち、絶縁基板１６に対して直交する面）は樹脂壁２４で覆われている。樹脂壁２４は、絶縁性の樹脂材料で構成されている。樹脂壁２４は、第１の平面コイル２０および第２の平面コイル２２を形成する前に絶縁基板１６上に設けることができ、この場合には樹脂壁２４において画成された壁間において第１の平面コイル２０および第２の平面コイル２２がめっき成長される。すなわち、絶縁基板１６上に設けられた樹脂壁２４によって、第１の平面コイル２０および第２の平面コイル２２の形成領域が画成される。樹脂壁２４は、第１の平面コイル２０および第２の平面コイル２２を形成した後に絶縁基板１６上に設けることができ、この場合には第１の平面コイル２０および第２の平面コイル２２に樹脂壁２４が充填や塗布等により設けられる。

第１の平面コイル２０の上面および第２の平面コイル２２の下面は、絶縁性を有する保護膜２５で覆われている。保護膜２５は、たとえばエポキシ樹脂やポリイミド樹脂等の樹脂で構成され、フォトリソグラフィ工法を用いて形成される。

磁性体２６は、絶縁基板１６、第１の平面コイル２０および第２の平面コイル２２を一体的に覆っている。より詳しくは、磁性体２６は、絶縁基板１６、第１の平面コイル２０および第２の平面コイル２２を上下方向（すなわち、絶縁基板１６の厚さ方向）から覆うとともに、絶縁基板１６、第１の平面コイル２０および第２の平面コイル２２の外周を覆っている。また、磁性体２６は、絶縁基板１６の貫通孔１６ｃの内部を充たすとともに、第１の平面コイル２０および第２の平面コイル２２の内側領域を充たしている。磁性体２６のうち、絶縁基板１６の貫通孔１６ｃの内部および平面コイル２０、２２の内側領域を充たす部分の磁性体２６が、平面コイル２０、２２の磁芯Ｚを構成している。

磁性体２６は、金属磁性粉含有樹脂で構成されている。金属磁性粉含有樹脂は、金属磁性粉体がバインダ樹脂により結着された結着粉体である。磁性体２６を構成する金属磁性粉含有樹脂の金属磁性粉は、たとえば鉄ニッケル合金（パーマロイ合金）、カルボニル鉄、アモルファス、非晶質または結晶質のＦｅＳｉＣｒ系合金、センダスト等で構成されている。バインダ樹脂は、たとえば熱硬化性のエポキシ樹脂である。本実施形態では、結着粉体における金属磁性粉体の含有量は、体積パーセントでは８０〜９２ｖｏｌ％であり、質量パーセントでは９５〜９９ｗｔ％である。磁気特性の観点から、結着粉体における金属磁性粉体の含有量は、体積パーセントで８５〜９２ｖｏｌ％、質量パーセントで９７〜９９ｗｔ％であってもよい。磁性体２６を構成する金属磁性粉含有樹脂の磁性粉は、１種類の平均粒径を有する粉体であってもよく、複数種類の平均粒径を有する混合粉体であってもよい。本実施形態では、磁性体２６を構成する金属磁性粉含有樹脂の磁性粉は、３種類の平均粒径を有する混合粉体である。磁性体２６を構成する金属磁性粉含有樹脂の磁性粉が混合粉体の場合、平均粒径が異なる磁性粉の種類は、同一であってもよく、異なっていてもよい。

二対の接続導体３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄのそれぞれは、図２〜５に示すように、絶縁基板１６に直交する方向（すなわち、底面１２ａの法線方向）に延在している。各接続導体３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄは、略円柱状の外形を有する。

二対の接続導体３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄのうち、第１の接続導体対３０Ａ、３０Ｂは、第１の平面コイル２０の両端部２０ａ、２０ｂから底面１２ａまで達して底面１２ａから露出する。二対の接続導体３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄのうち、第２の接続導体対３０Ｃ、３０Ｄは、第２の平面コイル２２の両端部２２ａ、２２ｂから底面１２ａまで達して底面１２ａから露出する。各接続導体３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄは、めっき工法によって形成することができる。

第１の接続導体対３０Ａ、３０Ｂのそれぞれは、絶縁基板１６を貫通する第１の導体３２と、磁性体２６内を通る第２の導体３４とを含む。第１の導体３２は、絶縁基板１６に設けられた貫通孔１７を埋めるように設けられており、その上端が第１の平面コイル２０の端部２０ａ、２０ｂと接している。すなわち、絶縁基板１６には、接続導体３０Ａ、３０Ｂが通る１対の貫通孔１７が設けられている。接続導体３０Ａは、図２、３に示すように、第２の平面コイル２２の外側を通って、第１の平面コイル２０の外側端部２０ｂから底面１２ａまで延びている。接続導体３０Ｂは、図２、３に示すように、第２の平面コイル２２の内側を通って、第１の平面コイル２０の内側端部２０ａから底面１２ａまで延びている。

第２の接続導体対３０Ｃ、３０Ｄは、第２の平面コイル２２の両端部２２ａ、２２ｂから磁性体２６内を通って底面１２ａまで延びている。接続導体３０Ｃは、第２の平面コイル２２の外側端部２２ｂから底面１２ａまで延びている。接続導体３０Ｄは、第２の平面コイル２２の内側端部２２ａから底面１２ａまで延びている。

本体部１２の底面１２ａに設けられた二対の外部端子電極１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄは、矩形状を呈する底面１２ａのそれぞれの四隅に形成されている。二対の外部端子電極１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄのうち、第１の外部端子電極対１４Ａ、１４Ｂは、第１の接続導体対３０Ａ、３０Ｂと接続されている。より詳しくは、外部端子電極１４Ａは、接続導体３０Ａが露出する隅に形成されており、第１の平面コイル２０の外側端部２０ｂと接続される。外部端子電極１４Ｂは、接続導体３０Ｂが露出する隅に形成されており、第１の平面コイル２０の内側端部２０ａと接続される。二対の外部端子電極１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄのうち、第２の外部端子電極対１４Ｃ、１４Ｄは、第２の接続導体対３０Ｃ、３０Ｄと接続されている。より詳しくは、外部端子電極１４Ｃは、接続導体３０Ｃが露出する隅に形成されており、第２の平面コイル２２の外側端部２２ｂと接続される。外部端子電極１４Ｄは、接続導体３０Ｄが露出する隅に形成されており、第２の平面コイル２２の内側端部２２ａと接続される。

上述したコイル部品１０においては、第１の平面コイル２０と第２の平面コイルとは共通の磁芯Ｚ周りに巻回されており、互いに磁気結合されている。ただし、第１の平面コイル２０と第２の平面コイルとは、互いに電気的に接続されておらず、互いに別個のコイル構造を構成している。そのため、第１の平面コイル２０と第２の平面コイル２２とが１つのコイル構造を構成する場合に比べて、第１の平面コイル２０と第２の平面コイル２２とは互いの特性へ影響しづらくなっている。

したがって、第１の平面コイル２０および第２の平面コイル２２のそれぞれは、相手方の平面コイルの特性への影響を抑えつつ、ある程度自由に設計することができる。たとえば、第１の平面コイル２０と第２の平面コイル２２との結合係数は絶縁基板１６の厚さｈに依存するため、その厚さｈを調整することで、第１の平面コイル２０と第２の平面コイル２２との磁気結合を容易に調整することができる。また、第１の平面コイル２０および第２の平面コイル２２は、互いの内側端部２０ａ、２２ａ同士を位置合わせする必要がないため、パターン形状や巻数の設計自由度が高められている。さらに、第１の平面コイル２０および第２の平面コイル２２は、高さ寸法の設計自由度が高められている。そのため、第１の平面コイル２０の高さＨ１と第２の平面コイル２２の高さＨ２との大小関係や高さ差を、適宜調整することができる。たとえば、第１の平面コイル２０の高さＨ１と第２の平面コイル２２の高さＨ２とは、上述した実施形態のように同一であってもよく、互いに異なっていてもよい。

また、コイル部品１０では、第１の平面コイル２０の内側端部２０ａと接続された接続導体３０Ｂが、第２の平面コイル２２の内側を通っている。このように、第１の接続導体対３０Ａ、３０Ｂの一方または両方が、第２の平面コイル２２の内側を通る場合には、コイル長を長くすることができ、インダクタンス値を高くすることができる。

なお、本発明は、上述した実施形態に限らず、様々な態様をとり得る。

たとえば、第１のコイルと第２のコイルとは、線対称でなくてもよい。また、第１のコイルの巻数および第２のコイルの巻数は適宜増減することができる。

１０…コイル部品、１２…本体部、１４Ａ〜１４Ｄ…外部端子電極、１６…絶縁基板、２０…第１の平面コイル、２２…第２の平面コイル、２６…磁性体、３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄ…接続導体、Ｚ…磁芯。

Claims (5)

1. 実装基板に対応する実装面を有する素体と、
   前記実装面に設けられた第１の外部端子電極対および第２の外部端子電極対と、
   前記素体内に設けられ、前記実装面に対して平行に延在する絶縁基板と、
   前記絶縁基板の前記実装面から遠い方の第１の主面上に設けられた第１の平面コイルと、
   前記絶縁基板の前記実装面に近い方の第２の主面上に設けられ、前記第１の平面コイルの磁芯と同じ磁芯周りに巻回された第２の平面コイルと、
   前記絶縁基板内および前記素体内を前記実装面に直交する方向に延びて、前記第１の平面コイルの両端部と前記第１の外部端子電極対とをそれぞれ接続する第１の接続導体対と、
   前記素体内を前記実装面に直交する方向に延びて、前記第２の平面コイルの両端部と前記第２の外部端子電極対とをそれぞれ接続する第２の接続導体対と
   を備える、コイル部品。
2. 前記実装面に直交する方向に関する前記第１の平面コイルの高さと前記第２の平面コイルの高さとが異なる、請求項１に記載のコイル部品。
3. 前記絶縁基板に前記第１の接続導体対が通る１対の貫通孔が設けられている、請求項１または２に記載のコイル部品。
4. 前記第１の接続導体対の少なくとも一方が、前記第２の平面コイルの内側を通っている、請求項１〜３のいずれか一項に記載のコイル部品。
5. 前記第１の平面コイルのパターン形状と前記第２の平面コイルのパターン形状とが対称形状である、請求項１〜４のいずれか一項に記載のコイル部品。
   
   

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