JP2021108329A - コイル部品、回路基板及び電子機器 - Google Patents

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Abstract

【課題】インダクタンスの劣化を抑制しつつコンパクト化されたコイル部品を提供する。【解決手段】コイル軸Axに沿って延びる第1面10eと第1面に対向する第2面10fとを有する磁性基体10と、磁性基体に設けられた第1外部電極及び第2外部電極と、第1外部電極及び第2外部電極と電気的に接続されておりコイル軸の周りに延びるコイル導体と、を備える。コイル導体は、複数の第1導体部25Aa1〜25Aa4と第1導体部より少ない数の第2導体部25Ab1〜25Ab3とが交互に接続された周回部を有する。第1導体部と第1面との距離D1は、第2導体部と第2面との距離D2よりも大きい。【選択図】図2

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。
従来から、磁性材料から形成された磁性基体と、当該磁性基体の表面に設けられた外部電極と、当該磁性基体内においてコイル軸の周りに延びるコイル導体と、を備えるコイル部品が知られている。
コイル部品の一つの例としてインダクタが挙げられる。インダクタは、電子回路において用いられる受動素子である。インダクタは、例えば、電源ラインや信号ラインにおいてノイズを除去するために用いられる。従来のインダクタは、特開2018−0101732号公報(特許文献1)に開示されている。特許文献1に記載されているように、よりコンパクトなインダクタが求められている。また、コイル部品は、高インダクタンスであることが求められる。
特開2018−101732号公報
特許文献1の図1に典型的に示されているように、従来のコイル部品は、コイル導体の周回部と基体の一対の側面の各々との間の距離が等しくなるように設計され、多少の製造誤差はあるとしても当該距離が等しくなるように基体内に配置される。このような従来のコイル部品をコンパクト化するために基体の外形寸法を小さくすると、コイル導体と基体の一対の側面との間に磁束が通過するのに十分な大きさの領域が確保できず、そのためにインダクタンスが劣化することがある。逆に、インダクタンスを向上させるためにコイル導体と基体の一対の側面との間の距離を大きくすると基体の外形寸法が大きくなってしまうという問題がある。
本明細書に開示される発明の目的の一つは、上記の従来のコイル部品における問題を解決又は緩和することである。本明細書に開示される発明のより具体的な目的の一つは、インダクタンスの劣化を抑制しつつコンパクト化されたコイル部品を提供することである。本明細書に開示される発明の前記以外の目的は、本明細書全体を参照することにより明らかになる。本明細書に開示される発明は、前記の課題に代えて又は前記の課題に加えて、本明細書の記載から把握される課題を解決するものであってもよい。
本発明の一態様によるコイル部品は、コイル軸に沿って延びる第1面と前記第1面に対向する第2面とを有する基体と、前記基体に設けられた第1外部電極と、前記基体に設けられた第2外部電極と、前記第1外部電極及び前記第2外部電極と電気的に接続されており前記コイル軸の周りに延びるコイル導体と、を備える。一実施形態において、前記コイル導体は、複数の第1導体部と前記第1導体部より少ない数の第2導体部とが交互に接続された周回部を有し、前記第1導体部と前記第1面との距離は、前記第2導体部と前記第2面との距離よりも大きい。
本発明の一実施形態において、前記基体は、前記コイル軸に沿って延び前記第1面と前記第2面とを接続する第3面を有し、前記コイル軸の方向から視て、前記第1面の寸法は前記第3面の寸法よりも大きく、前記コイル導体の前記第1面と平行な方向における寸法は、前記コイル導体の前記第3面に平行な方向における寸法よりも大きい。
本発明の一実施形態において、前記周回部は、5つの前記第1導体部及び4つの前記第2導体部を有する。
本発明の一実施形態において、前記周回部は、4つの前記第1導体部及び3つの前記第2導体部を有する。
本発明の一実施形態において、前記周回部は、3つの前記第1導体部及び2つの前記第2導体部を有する。
本発明の一実施形態において、前記周回部は、2つの前記第1導体部及び1つの前記第2導体部を有する。
本発明の一実施形態において、前記第2導体部と前記第2面との距離D2に対する前記複数の第1導体部と前記第1面との距離D1の比D1/D2は、1.2〜5.0の間の範囲にある。
本発明の一実施形態において、前記コイル導体は、前記第1導体部よりも1つだけ少ない数の前記第2導体部を有する。
本発明の一実施形態は、上記のコイル部品を備えるDC/DCコンバータに関する。
本発明の一実施形態による回路基板は、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前記実装基板と、を備える。
本発明の一実施形態による電子機器は、上記の回路基板を備える。
本発明の実施形態によれば、インダクタンスの劣化を抑制しつつコンパクト化されたコイル部品を提供することができる。
本発明の一の実施形態によるコイル部品を模式的に示す斜視図である。 図1のコイル部品の模式的な平面図である。 本発明の別の実施形態によるコイル部品を模式的に示す斜視図である。 図3のコイル部品の模式的な平面図である。 本発明の別の実施形態によるコイル部品を模式的に示す斜視図である。 図5のコイル部品を模式的に示す分解斜視図である。 図5のコイル部品の模式的な平面図である。
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及び図2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。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1の模式的な平面図である。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、実装基板2aに実装されている。回路基板2は、コイル部品1と、このコイル部品1が実装される実装基板2aと、を備える。実装基板2a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のそれぞれと実装基板2aの対応するランド部3とを接合することで実装基板2aに実装されている。回路基板2は、様々な電子機器に搭載され得る。回路基板2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、自動車の電装品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は、例えば、DC/DCコンバータに用いられるインダクタであってもよい。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、概ね直方体形状を有する。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。
一実施形態において、磁性基体10は、複数の金属磁性粒子及び結着材を含む複合磁性材料から成る。金属磁性粒子は、互いに異なる平均粒径を有する複数の種類の金属磁性粒子を含む混合粒子であってもよい。金属磁性粒子が大径の金属磁性粒子と小径の金属磁性粒子を含む場合、大径の金属磁性粒子の平均粒径は例えば10μmであり、小径の金属磁性粒子の平均粒径は例えば1μmである。結着材は、複数の金属磁性粒子同士を結着させる。結着材は、例えば、絶縁性に優れた熱硬化性樹脂である。磁性基体10は、結着材を介さずに金属磁性粒子同士が結合している圧粉体であってもよい。
金属磁性粒子は、様々な軟磁性材料から成る。金属磁性粒子は、例えば、Feを主成分とする。具体的には、金属磁性粒子は、(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。金属磁性粒子の各々の表面には、ガラス、樹脂又はこれら以外の絶縁性に優れた材料から成る絶縁膜が設けられてもよい。
コイル導体25は、厚さ方向(T方向)に沿って延びるコイル軸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部25Bとを有する。引出導体部25Bは、周回部25Aの一端と外部電極21とを接続する第1引出導体25b1と、周回部25Aの他端と外部電極22とを接続する第2引出導体25b2と、を有する。図示の実施形態において、コイル軸Axは、第1の主面10a及び第2の主面10bと交わっているが、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とは交わっていない。言い換えると、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は、コイル軸Axに沿って延びている。
周回部25Aにおいては、複数の第1導体部と、当該複数の第1導体部より少ない数の第2導体部とが交互に接続されている。図示の実施形態では、周回部25Aは、4つの第1導体部25Aa1〜25Aa4と、3つの第2導体部25Ab1〜25Ab3と、を有している。第1導体部25Aa1〜25Aa4は周回部25Aが有する第1導体部の例であり、第2導体部25Ab1〜25Ab3は周回部25Aが有する第2導体部の例である。周回部25Aが有する第1導体部の数は4に限られない。一実施形態においては、周回部25Aが有する第1導体部の数は2〜5の範囲とされる。一実施形態においては、周回部25Aが有する第2導体部の数は第1導体部の数よりも1だけ少ない。周回部25Aが有する第2導体部の数は、例えば、1〜4の範囲とされる。
周回部25Aは、より詳細には、第2引出導体25b2に接続されており第2引出導体25b2との接続点からコイル軸Axの周りを時計回りに延びる第1導体部25Aa1と、第1導体部25Aa1の第2引出導体25b2が接続された一端とは反対側の他端からコイル軸Axの周りを時計回りに延びる第2導体部25Ab1と、第2導体部25Ab1の第1導体部25Aa1が接続された一端とは反対側の他端からコイル軸Axの周りを時計回りに延びる第1導体部25Aa2と、第1導体部25Aa2の第2引出導体25b1が接続された一端とは反対側の他端からコイル軸Axの周りを時計回りに延びる第2導体部25Ab2と、第2導体部25Ab2の第1導体部25Aa2が接続された一端とは反対側の他端からコイル軸Axの周りを時計回りに延びる第1導体部25Aa3と、第1導体部25Aa3の第2引出導体25b2が接続された一端とは反対側の他端からコイル軸Axの周りを時計回りに延びる第2導体部25Ab3と、第2導体部25Ab3の第1導体部25Aa3が接続された一端とは反対側の他端からコイル軸Axの周りを第1引出導体25b1との接続点まで時計回りに延びる第1導体部25Aa4と、を有する。このように、周回部25Aにおいては、第1導体部25Aa1〜25Aa4と第2導体部25Ab1〜25Ab3とが交互に接続されている。第1導体部25Aa1〜25Aa4は概ね第1の側面10eに沿って延びており、第2導体部25Ab1〜25Ab3は概ね第2の側面10fに沿って延びている。第1導体部25Aa1〜25Aa4と第2導体部25Ab1〜25Ab3との境界を定める必要がある場合には、コイル軸Axを通りLT平面に平行に延びる仮想面VS1を第1導体部25Aa1〜25Aa4と第2導体部25Ab1〜25Ab3とを画する境界面とすることができる。
次に、図2を参照して、コイル導体25の磁性基体10に対する配置を説明する。図2は、コイル軸Ax方向から見たコイル部品1の模式的な平面図である。図2には、コイル軸Ax方向からの視点で磁性基体10とコイル導体25の透過像とを図示している。図2においては、説明の便宜上、外部電極21、22の図示が省略されている。上述したように、概ね楕円形状の周回部25Aの両端が引出導体部25Bに接続されており、周回部25Aでは、4つの第1導体部25Aa1〜25Aa4と3つの第2導体部25Ab1〜25Ab3とが交互に接続されている。コイル導体25は、第1導体部と第1の側面10eとの間の距離D1が第2導体部と第2の側面10fとの間の距離D2よりも大きくなるように構成及び配置されている。
周回部25Aの第1導体部の数は第2導体部の数よりも多いから、第1導体部のインダクタンスL1は、第2導体部のインダクタンスL2よりも大きくなる。第1導体部及び第2導体部のインダクタンスはそれぞれ、第1導体部の数(第1導体部を構成する導体の数)の二乗及び第2導体部の数(第2導体部を構成する導体の数)の二乗に比例するため、第2導体部のインダクタンスL2に対する第1導体部のインダクタンスL1の比L1/L2は、第1導体部の数が2で第2導体部の数が1のときに4、第1導体部の数が3で第2導体部の数が2のときに2.25、第1導体部の数が4で第2導体部の数が3のときに1.77、第1導体部の数が5で第2導体部の数が4のときに1.44となる。つまり、周回部25Aが有する第1導体部の数が2〜5の範囲にあるときに、L1/L2は、1.44〜4の範囲の値を取り得る。よって、周回部25Aが有する第1導体部の数が2〜5の範囲にある場合、コイル導体25を流れる電流が変化したときに第1導体部の周りに発生する磁束の数は、第2導体部の周りに発生する磁束の数よりも1.44倍〜4倍だけ多い。そこで、周回部25Aの第2導体部と磁性基体10の第2面の側面10fとの距離D2に対する第1導体部と第1の側面10eとの距離D1の比D1/D2がL1/L2の範囲と同程度の範囲であれば、第1導体部の周りを流れるより多くの磁束を通過させるために十分な大きさの領域を第1導体部と磁性基体10の第1の側面10eとの間に確保することができる。このため、一実施形態においては、D1/D2が1.2〜5.0の範囲内の値となるように、コイル導体25の形状及び配置が定められる。第1導体部の数が2で第2導体部の数が1である実施形態においては、D1/D2が3.5〜4.5の範囲内の値となるようにコイル導体25の形状及び配置が定められてもよい。第1導体部の数が3で第2導体部の数が2である実施形態においては、D1/D2が1.75〜2.75の範囲内の値となるようにコイル導体25の形状及び配置が定められてもよい。第1導体部の数が4で第2導体部の数が3である実施形態においては、D1/D2が1.37〜2.17の範囲内の値となるようにコイル導体25の形状及び配置が定められてもよい。第1導体部の数が5で第2導体部の数が4である実施形態においては、D1/D2が1.24〜1.64の範囲内の値となるようにコイル導体25の形状及び配置が定められてもよい。
第1導体部25Aa1〜25Aa4の各々と第1の側面10eとの間の距離が等しい場合には、第1導体部25Aa1〜25Aa4のうちの任意の導体部と第1の側面10eとの間の距離を第1導体部と第1の側面10eとの距離D1とすることができる。第1導体部25Aa1〜25Aa4の各々と第1の側面10eとの間の距離が互いに異なる場合には、第1導体部25Aa1〜25Aa4の各々と第1の側面10eとの間の距離のうち最も短い距離を第1導体部と第1の側面10eとの距離D1としてもよいし、第1導体部25Aa1〜25Aa4の各々と第1の側面10eとの間の距離の平均を第1導体部と第1の側面10eとの距離D1としてもよい。第1導体部25Aa1〜25Aa4の各々と第1の側面10eとの間の距離は、両者間の最短距離を意味してもよい。第2導体部と第2の側面10fとの間の距離D2も、距離D1と同様に定めることができる。すなわち、第2導体部25Ab1〜25Ab3の各々と第2の側面10fとの間の距離が等しい場合には、第2導体部25Ab1〜25Ab3のうちの任意の導体部と第2の側面10fとの間の距離を第2導体部と第2の側面10fとの距離D2とすることができる。第2導体部25Ab1〜25Ab3の各々と第2の側面10fとの間の距離が互いに異なる場合には、第2導体部25Ab1〜25Ab3の各々と第2の側面10fとの間の距離のうち最も短い距離を第2導体部と第2の側面10fとの距離D2としてもよいし、第2導体部25Ab1〜25Ab3の各々と第2の側面10fとの間の距離の平均を第2導体部と第2の側面10fとの距離D2としてもよい。第2導体部25Ab1〜25Ab3の各々と第2の側面10fとの間の距離は、両者間の最短距離を意味してもよい。
周回部25Aの平面視の形状は、楕円形、長円形、円形、矩形、矩形以外の多角形、及びこれら以外の様々な形状とされてもよい。
一実施形態において、基体10は、平面視において、第1の側面10e及び第2の側面10fのL軸方向における寸法が第1の端面10c及び第2の端面10dのW軸方向における寸法よりも大きくなるように構成される。一実施形態において、コイル導体25の周回部25Aは、第1の側面10e及び第2の側面10fに平行な方向における寸法(つまり、L軸方向における寸法)が第1の端面10c及び第2の端面10dに平行な方向における寸法(つまり、W軸方向における寸法)よりも大きくなるように構成される。周回部25AのL軸方向における寸法は周回部25AのL軸方向における寸法が最大となる位置における寸法を意味し、周回部25AのW軸方向における寸法は周回部25AのW軸方向における寸法が最大となる位置における寸法を意味してもよい。
続いて、本発明の一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の製造方法の一例を説明する。まず、金属磁性粒子を準備する。金属磁性粒子の表面には必要に応じて絶縁膜が設けられる。上記のとおり、この金属磁性粒子は、互いに平均粒径の異なる複数種類の粒子を混合した混合粒子であてもよい。次に、準備した金属磁性粒子と、樹脂材料と、希釈溶剤と混合し、複合磁性材料を作成する。次に、予め準備したコイル導体25が設置された成形金型内に上記の複合磁性材料入れ、例えば50℃〜150℃の温間で成形圧力を加え、さらに150℃から400℃に加熱し硬化することで、内部にコイル導体25を含む磁性基体10が得られる。コイル導体25は、コイル軸Axの方向から視たときに、コイル導体25の第1導体部と磁性基体10の第1の側面10eとの間の距離D1がコイル導体25の第2導体部と第2の側面10fとの間の距離D2よりも大きくなるように成型金型内に配置される。
磁性基体10を得るための加熱処理は前記のとおり2段階で行っても良いし1段階で行っても良い。1段階で加熱処理を行う場合には、その加熱処理の間に成形及び硬化が行われる。磁性基体10においては、複合磁性材料中に含まれていた樹脂が硬化して結合材33となっている。磁性基体10は、例えば80℃前後の温間で成形されてもよい。成形圧力は、例えば、50MPa〜200MPaとされる。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。成形圧力は、例えば、100MPaとされる。
次に、上記のようにして得られた磁性基体10の表面に導体ペーストを塗布することにより、外部電極21、22を形成する。外部電極21は磁性基体10内に設けられているコイル導25の一方の端部と電気的に接続され、外部電極22は磁性基体10内に設けられているコイル導25の他方の端部と電気的に接続される。以上により、コイル部品1が得られる。
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が実装基板2aに実装され、回路基板2が製造される。
続いて、図3及び図4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と、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と同様に磁性材料から形成される。絶縁板150は、絶縁材料から板状に形成された部材である。
磁性基体110は、概ね直方体形状を有する。磁性基体110は、第1の主面110a、第2の主面110b、第1の端面110c、第2の端面110d、第1の側面110e及び第2の側面110fを有する。磁性基体110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110aと第2の主面110bとはそれぞれ高さ方向両端の面を成し、第1の端面110cと第2の端面110dとはそれぞれ長さ方向両端の面を成し、第1の側面110eと第2の側面110fとはそれぞれ幅方向両端の面を成している。磁性基体10に関する説明は、磁性基体110についても可能な限り当てはまる。
コイル導体125は、厚さ方向(T方向)に沿って延びるコイル軸Axの周りに螺旋状に巻回されている周回部125Aと、周回部125Aの両端をそれぞれ外部電極121、122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部125Bとを有する。引出導体部125Bは、周回部125Aの一端と外部電極121とを接続する第1引出導体125b1と、周回部125Aの他端と外部電極122とを接続する第2引出導体125b2と、を有する。
周回部125Aは、周回部25Aと同様に、複数の第1導体部と、当該複数の第1導体部より少ない数の第2導体部とを有する。コイル導体25に関する説明は、可能な限りコイル導体125にも当てはまる。図示の実施形態では、周回部125Aは、4つの第1導体部125Aa1〜125Aa4と、3つの第2導体部125Ab1〜125Ab3と、を有している。第1導体部125Aa1〜125Aa4は周回部125Aが有する第1導体部の例であり、第2導体部125Ab1〜125Ab3は周回部125Aが有する第2導体部の例である。一実施形態においては、周回部125Aが有する第1導体部の数は2〜5の範囲とされる。一実施形態においては、周回部125Aが有する第2導体部の数は第1導体部の数よりも1だけ少ない。周回部125Aが有する第2導体部の数は、例えば、1〜4の範囲とされる。
周回部125Aは、より詳細には、第2引出導体125b2に接続されており第2引出導体125b2との接続点からコイル軸Axの周りを時計回りに延びる第1導体部125Aa1と、第1導体部125Aa1の第2引出導体125b2が接続された一端とは反対側の他端からコイル軸Axの周りを時計回りに延びる第2導体部125Ab1と、第2導体部125Ab1の第1導体部125Aa1が接続された一端とは反対側の他端からコイル軸Axの周りを時計回りに延びる第1導体部125Aa2と、第1導体部125Aa2の第2引出導体125b1が接続された一端とは反対側の他端からコイル軸Axの周りを時計回りに延びる第2導体部125Ab2と、第2導体部125Ab2の第1導体部125Aa2が接続された一端とは反対側の他端からコイル軸Axの周りを時計回りに延びる第1導体部125Aa3と、第1導体部125Aa3の第2引出導体125b2が接続された一端とは反対側の他端からコイル軸Axの周りを時計回りに延びる第2導体部125Ab3と、第2導体部125Ab3の第1導体部125Aa3が接続された一端とは反対側の他端からコイル軸Axの周りを第1引出導体125b1との接続点まで時計回りに延びる第1導体部125Aa4と、を有する。第1導体部125Aa4は、絶縁板150をT軸方向に沿って貫通し絶縁板150の裏面(T軸方向における負側の面)に沿って第1引出導体125b1まで延伸している。このように、周回部125Aにおいては、第1導体部125Aa1〜125Aa4と第2導体部125Ab1〜125Ab3とが交互に接続されている。第1導体部125Aa1〜125Aa4は概ね第1の側面110eに沿って延びており、第2導体部125Ab1〜125Ab3は概ね第2の側面110fに沿って延びている。第1導体部125Aa1〜125Aa4と第2導体部125Ab1〜125Ab3との境界を定める必要がある場合には、コイル軸Axを通りLT平面に平行に延びる仮想面VS1を第1導体部125Aa1〜125Aa4と第2導体部125Ab1〜125Ab3とを画する境界面とすることができる。
次に、図4を参照して、コイル導体125の磁性基体110に対する配置を説明する。図4は、コイル軸Ax方向から見たコイル部品101の模式的な平面図である。図4には、コイル軸Ax方向からの視点で磁性基体110とコイル導体125の透過像とを図示している。図4においては、説明の便宜上、外部電極121、122の図示が省略されている。上述したように、概ね楕円形状の周回部125Aの両端が引出導体部125Bに接続されており、周回部125Aでは、4つの第1導体部125Aa1〜125Aa4と3つの第2導体部125Ab1〜125Ab3とが交互に接続されている。コイル導体125は、第1導体部と第1の側面110eとの間の距離D1が第2導体部と第2の側面110fとの間の距離D2よりも大きくなるように構成及び配置されている。上記のとおり、一実施形態においては、周回部25Aが有する第1導体部の数は2〜5の範囲とされる。コイル導体125に流れる電流が変化したときに第1導体部の周りにより多くの磁束が発生するので、この磁束を通過させるための十分な大きさの領域を第1導体部と磁性基体110の第1の側面110eとの間に確保することができるように、D1/D2の値が定められる。一実施形態においては、D1/D2が1.2〜5.0の範囲の値となるように、コイル導体125の形状及び配置が定められる。
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、続いて、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150の上面及び下面の各々に、コイル導体125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。
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。続いて、エッチングにより上記絶縁板150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各々にコイル導体125が形成される。また、絶縁板150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125の絶縁板の表側の部分と裏側の部分とを接続するビアが形成される。
次に、上記コイル導体125が形成された絶縁板150の両面に、磁性基体110を形成する。磁性基体110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、まず、金属磁性粒子を準備する。金属磁性粒子の表面には必要に応じて絶縁膜が設けられる。上記のとおり、この金属磁性粒子は、互いに平均粒径の異なる複数種類の粒子を混合した混合粒子であてもよい。次に、準備した金属磁性粒子と、樹脂材料と、希釈溶剤とを混練してスラリーを作成する。このスラリーには、金属磁性粒子が分散している。次に、このスラリーをPETフィルムなどの基材上にシート状に塗工し、この塗工されたスラリーを乾燥させることで希釈溶剤を揮発させる。これにより、樹脂中に金属磁性粒子が分散した磁性体シートが作成される。この磁性体シートを2枚準備し、この2枚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成する。積層体の作成方法はこれには限られない。積層体の別の作成方法においては、コイル導体125が形成された絶縁板150を成型金型に設置し、この成型金型内に金属磁性粒子と樹脂材料とを混合したスラリーを入れ、加熱しながら加圧することで積層体が作成される。この積層体は、50℃〜150℃、例えば80℃前後の温間で成形されてもよい。成形圧力は、例えば、50MPa〜200MPaとされる。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。成形圧力は、例えば、100MPaとされる。次に、この積層体に対して、樹脂の硬化温度(例えば150℃から400℃)で加熱処理を行う。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。この磁性基体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が作成される。
続いて、図5〜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201について説明する。コイル部品201は、積層コイルである。図示のように、コイル部品201は、磁性基体210と、磁性基体210内に設けられたコイル導体225と、磁性基体210に設けられた外部電極221と、磁性基体210に外部電極221から離間して設けられた外部電極222と、を備える。磁性基体210には、一組の外部電極が設けられる。磁性基体210は、磁性基体10と同様に磁性材料から構成される。
磁性基体210は、磁性材料から直方体形状に形成されている。磁性基体210は、コイル225が埋め込まれる磁性体層220と、当該磁性体層220の上面に設けられた磁性材料からなる上側カバー層218と、当該磁性体層220の下面に設けられた磁性材料からなる下側カバー層219と、を備える。上側カバー層218は、磁性材料から成る磁性膜218a〜218dを備え、下側カバー層219は、磁性材料から成る磁性膜219a〜219dを備える。磁性体層220と上側カバー層218との境界及び磁性体層220と下側カバー層219との境界は、磁性基体10の製法によっては、明瞭に確認できないことがある。磁性基体210は、概ね直方体形状を有しており、第1の主面210a、第2の主面210b、第1の端面210c、第2の端面210d、第1の側面210e及び第2の側面210fを有する。磁性基体210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210aと第2の主面210bとはそれぞれ高さ方向両端の面を成し、第1の端面210cと第2の端面210dとはそれぞれ長さ方向両端の面を成し、第1の側面210eと第2の側面210fとはそれぞれ幅方向両端の面を成している。磁性基体10に関する説明は、磁性基体210についても可能な限り当てはまる。
磁性体層220は、磁性膜211〜214を備える。磁性体層220においては、T軸方向の正方向側から負方向側に向かって、磁性膜211、磁性膜212、磁性膜213、磁性膜214の順に積層されている。磁性膜211〜214の各々の上面には、導体パターンC11〜C14が形成されている。導体パターンC11〜C14は、例えば、導電性に優れた金属又は合金から成る導電ペーストをスクリーン印刷法により印刷することにより形成される。この導電ペーストの材料としては、Ag、Pd、Cu、Al又はこれらの合金を用いることができる。
磁性膜211〜磁性膜213の所定の位置には、ビアV1〜V3がそれぞれ形成される。ビアV1〜V3は、磁性膜211〜磁性膜213の所定の位置に、磁性膜211〜磁性膜213をT軸方向に貫く貫通孔を形成し、当該貫通孔に導電材料を埋め込むことにより形成される。導体パターンC11〜C14の各々は、隣接する導体パターンとビアV1〜V3を介して電気的に接続される。このようにして接続された導体パターンC11〜C14が、スパイラル状のコイル導体225を形成する。
図7に示されているように、コイル導体225は、厚さ方向(T方向)に沿って延びるコイル軸Axの周りに螺旋状に巻回されている周回部225Aと、周回部225Aの両端をそれぞれ外部電極221、222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部225Bとを有する。引出導体部225Bは、周回部225Aの一端と外部電極221とを接続する第1引出導体225b1と、周回部225Aの他端と外部電極222とを接続する第2引出導体225b2と、を有する。
周回部225Aは、周回部25Aと同様に、複数の第1導体部と、当該複数の第1導体部より少ない数の第2導体部とを有する。コイル導体25に関する説明は、可能な限りコイル導体225にも当てはまる。図示の実施形態では、周回部125Aは、4つの第1導体部225Aa1〜225Aa4と、3つの第2導体部225Ab1〜225Ab3と、を有している。第1導体部225Aa1〜225Aa4は周回部125Aが有する第1導体部の例であり、第2導体部225Ab1〜225Ab3は周回部225Aが有する第2導体部の例である。一実施形態においては、周回部225Aが有する第1導体部の数は2〜5の範囲とされる。一実施形態においては、周回部225Aが有する第2導体部の数は第1導体部の数よりも1だけ少ない。周回部225Aが有する第2導体部の数は、例えば、1〜4の範囲とされる。
周回部225Aは、より詳細には、第2引出導体225b2に接続されており第2引出導体225b2との接続点からコイル軸Axの周りを時計回りに延びる第2導体部125Aa1と、第1導体部225Aa1の第2引出導体225b2が接続された一端とは反対側の他端からコイル軸Axの周りを時計回りに延びる第2導体部225Ab1と、第2導体部225Ab1の第1導体部225Aa1が接続された一端とは反対側の他端からコイル軸Axの周りを時計回りに延びる第1導体部225Aa2と、第1導体部225Aa2の第2引出導体225b1が接続された一端とは反対側の他端からコイル軸Axの周りを時計回りに延びる第2導体部225Ab2と、第2導体部225Ab2の第1導体部225Aa2が接続された一端とは反対側の他端からコイル軸Axの周りを時計回りに延びる第1導体部225Aa3と、第1導体部225Aa3の第2引出導体225b2が接続された一端とは反対側の他端からコイル軸Axの周りを時計回りに延びる第2導体部225Ab3と、第2導体部225Ab3の第1導体部225Aa3が接続された一端とは反対側の他端からコイル軸Axの周りを第1引出導体225b1との接続点まで時計回りに延びる第1導体部225Aa4と、を有する。第1導体部225Aa1〜225Aa4は概ね第1の側面210eに沿って延びており、第2導体部225Ab1〜225Ab3は概ね第2の側面210fに沿って延びている。第1導体部225Aa1〜225Aa4と第2導体部225Ab1〜225Ab3との境界を定める必要がある場合には、コイル軸Axを通りLT平面に平行に延びる仮想面VS1を第1導体部225Aa1〜225Aa4と第2導体部225Ab1〜225Ab3とを画する境界面とすることができる。
次に、図7を参照して、コイル導体225の磁性基体210に対する配置を説明する。図7は、コイル軸Ax方向から見たコイル部品201の模式的な平面図である。図7には、コイル軸Ax方向からの視点で磁性基体210とコイル導体225の透過像とを図示している。図7においては、説明の便宜上、外部電極221、222の図示が省略されている。上述したように、概ね楕円形状の周回部225Aの両端が引出導体部225Bに接続されており、周回部225Aでは、4つの第1導体部225Aa1〜225Aa4と、3つの第2導体部225Ab1〜225Ab3とが交互に接続されている。コイル導体225は、第1導体部と第1の側面210eとの間の距離D1が第2導体部と第2の側面210fとの間の距離D2よりも大きくなるように構成及び配置されている。上記のとおり、一実施形態においては、周回部225Aが有する第1導体部の数は2〜5の範囲とされる。コイル導体225に流れる電流が変化したときに第1導体部の周りにより多くの磁束が発生するので、この磁束を通過させるための十分な大きさの領域を第1導体部と磁性基体210の第1の側面210eとの間に確保することができるように、D1/D2の値が定められる。一実施形態においては、D1/D2が1.2〜5.0の範囲の値となるように、コイル導体225の形状及び配置が定められる。
次に、コイル部品201の製造方法の例を説明する。コイル部品201は、例えば積層プロセスによって製造することができる。以下では、積層プロセスによるコイル部品201の製造方法の一例を説明する。
まず、上側カバー層218を構成する磁性膜18a〜18d、磁性体層220を構成する磁性膜11〜磁性膜14、及び下側カバー層219を構成する磁性膜19a〜19dとなる磁性体シートを作成する。これらの磁性体シートは、結合材及び金属磁性粒子を含む複合磁性材料から形成される。コイル部品201用の磁性体シートは、コイル部品1の製造工程において用いられた磁性体シートと同様の方法で作成され得る。
次に、磁性体シートに対してコイル導体を設ける。具体的には、磁性膜11〜磁性膜13となる各磁性体シートの所定の位置に、各磁性体シートをT軸方向に貫く貫通孔を形成する。次に、磁性膜11〜磁性膜14となる磁性体シートの各々の上面に、導電ペーストをスクリーン印刷法により印刷することで、当該磁性体シートに未焼成導体パターンを形成する。また、各磁性体シートに形成された各貫通孔に導電ペーストを埋め込む。
次に、磁性膜11〜磁性膜14となる磁性体シートを積層してコイル積層体を得る。磁性膜11〜磁性膜14となる各磁性体シートは、当該各磁性体シートに形成されている未焼成の導体パターンC11〜C14の各々が隣接する導体パターンと未焼成のビアV1〜Va3を介して電気的に接続されるように積層される。
次に、複数の磁性体シートを積層して上側カバー層18となる上側積層体を形成する。また、複数の磁性体シートを積層して下側カバー層19となる下側積層体を形成する。
次に、下側積層体、コイル積層体、上側積層体をT軸方向の負方向側から正方向側に向かってこの順序で積層し、この積層された各積層体をプレス機により熱圧着することで本体積層体が得られる。本体積層体は、下側積層体、コイル積層体、及び上側積層体を形成せずに、準備した磁性体シート全てを順番に積層して、この積層された磁性体シートを一括して熱圧着することにより形成しても良い。
次に、ダイシング機やレーザ加工機等の切断機を用いて上記本体積層体を所望のサイズに個片化することで、チップ積層体が得られる。次に、このチップ積層体を脱脂し、脱脂されたチップ積層体を加熱処理する。このチップ積層体の端部に対して、必要に応じて、バレル研磨等の研磨処理を行う。
次に、このチップ積層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221及び外部電極222を形成する。以上により、コイル部品201が得られる。
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。本発明の一実施形態では、コイル導体25、125、225の第1導体部の数が第2導体部の数よりも多いため、コイル導体に流れる電流が変化したときに第1導体部の周りに発生する磁束の数は、第2導体部の周りに発生する磁束の数よりも多くなる。そして、第1導体部と磁性基体10、110、210の第1の側面10e、110e、210eとの間の距離D1が第2導体部と磁性基体10、110、210の第2の側面10f、110f、210fとの間の距離D2よりも大きいため、第1導体部と磁性基体10、110、210の第1の側面10e、110e、210eとの間に、第1導体部から発生する磁束が通過するためのより大きな領域を確保することができる。D1>D2の関係が成り立っているため、第1導体部と磁性基体10、110、210の第1の側面10e、110e、210eとの間の領域の面積は、第2導体部と磁性基体10、110、210の第2の側面10f、110f、210fとの間の領域の面積よりも大きい。
従来のコイル部品におけるコイル導体は、特性計算や製造の簡素化の観点から、その第1導体部と磁性基体の第1の側面との距離が第2導体部と当該磁性基体の第2の側面との距離と等しくなるように当該磁性基体内に配置される。従来のコイル部品について説明するときに、当該コイル部品のコイル導体は、複数の第1導体部と、この複数の第1導体部よりも少ない数の第2導体部と、を有することを想定する。磁性基体に対する配置を除けば、従来のコイル部品におけるコイル導体の第1導体部は、上記の実施形態の第1導体部25Aa1〜25Aa4に対応し、従来のコイル部品におけるコイル導体の第2導体部は、上記の実施形態の第2導体部25Ab1〜25Ab3に対応する。また、従来のコイル部品について説明する場合、磁性基体の第1の側面は、当該磁性基体を画定する面のうちコイル導体の第1導体部と対向する面であり、当該磁性基体の第2の側面は、当該磁性基体を画定する面のうちコイル導体の第1導体部と対向する面である。第2の側面は、第1の側面とも対向する。従来のコイル部品においては、第1導体部と磁性基体の第1の側面との距離が第2導体部と当該磁性基体の第2の側面との距離と等しくなるように当該磁性基体内に配置されるので、磁性基体をコンパクト化したときに、第2導体部と磁性基体の第2の側面との間に第2導体部から発生する磁束が通過するために十分な大きさを持った領域が確保できても、第1導体部と磁性基体の第1の側面との間に第1導体部から発生するより多くの磁束が通過するために十分な大きさを持った領域が確保できないことがある。この場合、第1導体部の周りに生じる磁束の一部は、第1導体部と磁性基体の第1の側面との間の領域を通過できず、第1導体部からより離れた領域(例えば、平面視したときの磁性基体のコーナー付近)を迂回して通過することになる。つまり、従来のコイル部品においては、第1導体部から発生した磁束の一部は第1導体部から離れた領域を通る迂回路を通過することになる。第1導体部から離れた領域を通過する磁束の磁路長は、第1導体部と基体の第1面との間の領域を通過する磁束の磁路長よりも長くなる。インダクタンスは磁路の断面積に比例し磁路の長さに反比例するので、第1導体部と第1の側面との間の距離と第2導体部と第2の側面との間の距離とが等しくなる従来のコイル導体の配置は、コイル部品のインダクタンスを悪化させる原因となることがある。これに対して、上記の本発明の一実施形態では、第1導体部と基体の第1面との間に第1導体部から発生する磁束が通過するためのより大きな領域を確保することができるので、従来のコイル部品と比較して、磁性基体をコンパクト化したときのインダクタンスの劣化を抑制することができる。
従来のコイル導体の配置では、第1導体部の数が第2導体部の数よりも多いためコイル導体に流れる電流が変化したときに第1導体部の周りに生じる磁束の数が第2導体部の周りに生じる磁束の数よりも多いにもかかわらず、第1導体部と磁性基体の第1の側面との間の距離と第2導体部と当該磁性基体の第2の側面との間の距離とが等しいので、第1導体部の周りに生じる磁束が第1導体部と基体の第1面との間の領域に集中し、この領域において磁気飽和が起きやすくなる。上記の本発明の実施形態によれば、第1導体部と磁性基体10、110、210の第1の側面10e、110e、210eとの間の領域における磁束の集中を抑制することができる。このため、コイル部品1、101、201の磁気飽和特性を改善することができる。
上述したように、従来のコイル部品においては、第1導体部と磁性基体の第1の側面との間の距離と第2導体部と基体の第2の側面との間の距離とが等しくなるように設計されている。このため、第1導体部と磁性基体の第1の側面との間の領域をより多くの磁束が通過させるために第1導体部と磁性基体の第1の側面との間の間隔を大きくする場合には、第2導体部と当該磁性基体の第2の側面との間の間隔も大きくなってしまい、その結果、磁性基体の外形寸法が大きくなってしまう。これに対して、上記実施形態によれば、第1導体部と磁性基体10、110、210の第1の側面10e、110e、210eとの間の距離が選択的に大きくなるようにコイル導体25、125、225が配置されるため、従来のコイル部品と比較して、コンパクトなコイル部品1、101、201が得られる。
上記の実施形態によれば、磁性基体10、110、210は、平面視において、第1の側面10e、110e、210eのL軸方向における寸法が第1の端面10c、110c、210c及び第2の端面10d、110d、210dのW軸方向における寸法よりも大きくなるように構成される。このため、コイル導体25、125、225の第1導体部と磁性基体10、110、210の第1の側面10e、110e、210eとの間により大きな領域を確保することができる。
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、201 コイル部品
10、110、210 磁性基体
21、22、121、122、221、222 外部電極
25、125、225 コイル導体
25Aa1〜25Aa4、125Aa1〜125Aa4、225Aa1〜225Aa4 第1導体部
25Ab1〜25Ab3、125Ab1〜125Ab3、225Ab1〜225Ab3 第2導体部
Ax コイル軸

Claims (11)

  1. コイル軸に沿って延びる第1面と前記第1面に対向する第2面とを有する基体と、
    前記基体に設けられた第1外部電極と、
    前記基体に設けられた第2外部電極と、
    前記第1外部電極及び前記第2外部電極と電気的に接続されており前記コイル軸の周りに延びるコイル導体と、
    を備え、
    前記コイル導体は、複数の第1導体部と前記第1導体部より少ない数の第2導体部とが交互に接続された周回部を有し、
    前記第1導体部と前記第1面との距離は、前記第2導体部と前記第2面との距離よりも大きい、
    コイル部品。
  2. 前記基体は、前記コイル軸に沿って延び前記第1面と前記第2面とを接続する第3面を有し、
    前記コイル軸の方向から視て、前記第1面の寸法は前記第3面の寸法よりも大きく、前記コイル導体の前記第1面と平行な方向における寸法は、前記コイル導体の前記第3面に平行な方向における寸法よりも大きい、
    請求項1に記載のコイル部品。
  3. 前記周回部は、5つの前記第1導体部及び4つの前記第2導体部を有する、
    請求項1又は2に記載のコイル部品。
  4. 前記周回部は、4つの前記第1導体部及び3つの前記第2導体部を有する、
    請求項1又は2に記載のコイル部品。
  5. 前記周回部は、3つの前記第1導体部及び2つの前記第2導体部を有する、
    請求項1又は2に記載のコイル部品。
  6. 前記周回部は、2つの前記第1導体部及び1つの前記第2導体部を有する、
    請求項1又は2に記載のコイル部品。
  7. 前記第2導体部と前記第2面との距離D2に対する前記複数の第1導体部と前記第1面との距離D1の比D1/D2は、1.2〜5.0の間の範囲にある、
    請求項3〜6のいずれか1項に記載のコイル部品。
  8. 前記コイル導体は、前記第1導体部よりも1つだけ少ない数の前記第2導体部を有する、
    請求項1〜7のいずれか1項に記載のコイル部品。
  9. 請求項1〜8のいずれか1項に記載のコイル部品を備えるDC/DCコンバータ。
  10. 請求項1〜8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前記実装基板と、
    を備える回路基板。
  11. 請求項10に記載の回路基板を備える電子機器。
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