JP2022034442A - コイル部品 - Google Patents

Abstract

【課題】磁性粉を含有する磁性層によってコイルパターンが直接覆われた構造を有するコイル部品において、磁性層の表面に生じる窪みを低減する。【解決手段】コイル部品１は、基板２の表面２ａ上に形成されたコイルパターン３と、基板２の表面２ａ上に形成され、コイルパターン３の内径領域に配置されたダミーパターン７と、樹脂に磁性粉を分散させた複合材料からなり、コイルパターン３を覆うよう基板２の表面２ａ上に形成された磁性層４とを備える。磁性粉の一部は、基板２の表面２ａを基準とした高さ位置がコイルパターン３及びダミーパターン７の高さ範囲内に存在する。このように、コイルパターン３の内径領域にダミーパターン７が配置されていることから、コイルパターン３を直接覆う磁性層４の表面に窪みが生じにくくなる。これにより、磁性層４の表面の平坦性を高めることが可能となる。【選択図】図１

Description

本発明はコイル部品に関し、特に、磁性層で直接覆われたコイルパターンを有するコイル部品に関する。

特許文献１の図８には、磁性粉を含有するペーストをコイルパターンに直接塗布することによって磁性層を形成する方法が開示されている。

特開２０１５－２２０７１９号公報

しかしながら、磁性粉を含有するペーストは、一般的な樹脂コートと比べて粘度が高く流動しにくい性質を有している。このため、コイルパターンにペーストを直接塗布すると、コイルパターンの内径領域を覆う部分において磁性層の表面に窪みが形成されるという問題があった。このような窪みはコイル特性には影響しないものの、美観上問題となるだけでなく、磁性層の表面に平坦な部材を貼り付けにくくなるという問題があった。

したがって、本発明は、磁性粉を含有する磁性層によってコイルパターンが直接覆われた構造を有するコイル部品において、磁性層の表面に生じる窪みを低減することを目的とする。

本発明によるコイル部品は、基板と、基板の一方の表面上に形成されたコイルパターンと、基板の一方の表面上に形成され、コイルパターンの内径領域に配置されたダミーパターンと、樹脂に磁性粉を分散させた複合材料からなり、コイルパターンを覆うよう基板の一方の表面上に形成された磁性層とを備え、磁性粉の一部は、基板の一方の表面を基準とした高さ位置がコイルパターン及びダミーパターンの高さ範囲内に存在することを特徴とする。

本発明によれば、コイルパターンの内径領域にダミーパターンが配置されていることから、コイルパターンを直接覆う磁性層の表面に窪みが生じにくくなる。これにより、磁性層の表面の平坦性を高めることが可能となる。

本発明において、磁性粉は、基板の一方の表面と平行な方向における径よりも、基板の一方の表面に対して垂直な方向における厚みの方が小さい扁平形状を有していても構わない。扁平形状を有する磁性粉が水平に配向している場合、水平方向への流動性がよりいっそう低下することから、磁性層の表面に大きな窪みが生じやすいが、このような場合であってもダミーパターンによって窪みの発生を防止することが可能となる。

本発明において、ダミーパターンはコイルパターンと同じ厚みを有していても構わない。これによれば、磁性層の表面をほぼ平坦にすることが可能となる。この場合、ダミーパターンはコイルパターンと同じ導電材料からなるものであっても構わない。これによれば、コイルパターンとダミーパターンを同時に形成することが可能となる。さらにこの場合、ダミーパターンは複数のスリットによって複数の領域に区画されていても構わない。これによれば、ダミーパターンに生じる渦電流を低減することが可能となる。さらにこの場合、複数の領域は互いに短絡されていても構わない。これによれば、ダミーパターンを電解メッキによって形成する場合に給電しやすくなる。

このように、本発明によれば、磁性粉を含有する磁性層によってコイルパターンが直接覆われた構造を有するコイル部品において、磁性層の表面に生じる窪みを低減することが可能となる。

図１は、本発明の一実施形態によるコイル部品１の構造を説明するための略分解斜視図である。 図２は、コイル部品１の略平面図である。 図３は、コイル部品１と通信回路１１からなる無線通信回路１０の模式図である。 図４は、ダミーパターン７の略平面図である。 図５は、コイルパターン３の径方向に沿ったコイル部品１の略部分断面図である。 図６は、ダミーパターン７が存在しない場合におけるコイル部品１の略部分断面図である。 図７は磁性層４に含まれる磁性粉４ａの形状を説明するための模式図であり、（ａ）は略平面図、（ｂ）は（ａ）に示すＢ－Ｂ線に沿った略断面図である。 図８は、平面形状が楕円形である磁性粉４ａの模式図である。 図９は磁性層４中における磁性粉４ａの配向について説明するための模式図であり、（ａ）は磁場配向を行う前の状態、（ｂ）は磁場配向を行った後の状態を示している。 図１０は、第１の変形例によるダミーパターン７Ａの略平面図である。 図１１は、第２の変形例によるダミーパターン７Ｂの略平面図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態によるコイル部品１の構造を説明するための略分解斜視図である。また、図２は、コイル部品１の略平面図である。

図１及び図２に示すように、本実施形態によるコイル部品１は、ＰＥＴ樹脂などの絶縁性樹脂材料からなる基板２と、基板２の一方の表面２ａ上に形成された銅（Ｃｕ）などからなる平面スパイラル状のコイルパターン３と、基板２の一方の表面２ａ上に形成され、コイルパターン３の内径領域に配置されたダミーパターン７と、コイルパターン３及びダミーパターン７を覆うよう基板２の表面２ａ上に形成された磁性層４とを備えている。図１及び図２に示す例では、コイルパターン３のターン数が６ターンであるが、コイルパターン３のターン数については特に限定されず、１ターンであっても構わない。コイルパターン３の外周端及び内周端は、基板２に設けられたビアホール２ｃ，２ｄを介して、基板２の他方の表面２ｂに形成された端子電極５，６にそれぞれ接続されている。コイルパターン３及びダミーパターン７は、メッキによって同時に形成することができる。

磁性層４は、コイルパターン３によって生じる磁界の磁路として機能するため、高い透磁率が求められる。本実施形態において用いる磁性層４は、樹脂に磁性粉を分散させた複合材料からなり、基板２の表面２ａにコイルパターン３及びダミーパターン７を形成した後、コイルパターン３及びダミーパターン７を覆うよう、基板２の表面２ａに複合材料を直接塗布することによって形成されている。このため、コイルパターン３及びダミーパターン７と磁性層４の間には、磁性層４を構成する樹脂以外の非磁性材料、例えばフィルムなどは介在せず、且つ、隣接するコイルパターン３間にも磁性層４の一部が充填される。これにより、フィルムなどを介してコイルパターン３上に磁性層４を形成する場合と比べ、より高い磁気特性を得ることができる。磁性層４が基板２の表面２ａに直接塗布されたものであるか否かは、コイルパターン３と磁性層４の間にフィルムなどの別部材が介在するか否か、並びに、基板２の表面２ａを基準としたコイルパターン３の高さ範囲内に磁性層４の一部が充填されているか否かによって判定可能である。磁性層４が直接塗布されると、コイルパターン３と磁性粉の距離は非常に近くなり、部分的に両者が接触する箇所も存在する。

かかる構成を有するコイル部品１は、図３に示すように、通信回路１１に接続されることによって無線通信回路１０を構成する。通信回路１１に設けられた一対の端子電極は、コイル部品１の端子電極５，６にそれぞれ接続される。通信回路１１は、コイルパターン３に１０ＭＨｚ以上の信号を供給することにより、コイルパターン３を無線通信回路１０のアンテナコイルとして機能させる。一例として、コイルパターン３に１３．５６ＭＨｚの信号を供給すれば、近距離無線通信（ＮＦＣ）用のアンテナコイルとして用いることができる。

本実施形態においては、ダミーパターン７がコイルパターン３と同じ導電材料からなり、電解メッキによってコイルパターン３と同時に形成される。このため、ダミーパターン７を形成するための専用の工程を追加する必要はない。図４に示すように、ダミーパターン７には複数のスリットＳＬが設けられている。図４に示す例では、ｘ方向に延在するスリット、ｙ方向に延在するスリット、斜め方向に延在するスリットが含まれており、これによってダミーパターン７が複数の領域に区画されている。ｘ方向に延在する複数のスリットによって区画される領域のｙ方向における幅はＬｙであり、ｙ方向に延在する複数のスリットによって区画される領域のｘ方向における幅はＬｘである。幅Ｌｘと幅Ｌｙは同じであっても構わない。

図５は、コイルパターン３の径方向に沿ったコイル部品１の略部分断面図である。

図５に示すように、コイルパターン３の径方向に沿った断面は、幅Ｗ１よりも厚みＨ１の方が小さい扁平形状を有している。幅Ｗ１は、基板２の表面２ａと接する部分における幅である。図５に示すように、コイルパターン３の径方向における断面は、基板２の表面２ａを基準とした高さ位置が高くなるほど幅が小さくなるよう、上側の角部が面取り形状を有している。このため、コイルパターン３の上面の平坦部分における幅Ｗ２は、基板２の表面２ａと接する部分における幅Ｗ１よりも小さい。面取り形状部分の径方向における幅ａは、（Ｗ１－Ｗ２）／２である。具体的なサイズとしては、特に限定されるものではないが、コイルパターン３の幅Ｗ１は０．１５～２ｍｍ程度、厚みＨ１は１０～７０μｍ程度、面取り形状部分の幅ａは２０～７０μｍ程度、径方向に隣接するコイルパターン３間のスペースＳは０．１～０．２５ｍｍ程度である。面取り形状部分の幅ａについては、コイルパターン３を形成する際のメッキ条件によって制御することが可能である。

コイルパターン３の厚みＨ１については、厚ければ厚いほど直流抵抗が低下する。しかしながら、コイルパターン３に流れる信号の周波数が１０ＭＨｚ以上であれば、表皮効果によってコイルパターン３の表層にしか電流が流れないため、１０～７０μｍ程度に設定すれば十分である。特に、コイルパターン３に流れる信号の周波数が１３．５６ＭＨｚであれば、厚みＨ１は２０μｍ程度あれば十分であり、製造ばらつきなどを考慮すれば、厚みＨを３０μｍ程度に設計することが最適である。

そして、コイルパターン３の内径領域にはダミーパターン７が設けられていることから、コイルパターン３の内径領域を覆う部分において磁性層４の表面４ｃに窪みが生じず、ほぼ平坦な状態が得られる。特に、コイルパターン３とダミーパターン７を電解メッキによって同時に形成すれば、コイルパターン３の厚みＨ１とダミーパターン７の厚みＨ２がほぼ同じとなることから、磁性層４の平坦性をより高めることが可能となる。

これに対し、ダミーパターン７が存在しない場合には、図６に示すように、コイルパターン３の内径領域を覆う部分において磁性層４の表面４ｃに窪みが生じてしまい、美観上問題となるだけでなく、磁性層４の表面４ｃに平坦な部材を貼り付けにくくなる。磁性層４の表面４ｃに窪みが生じるのは、一般的な樹脂コートと比べると、磁性粉４ａを含む磁性層４は粘度が高く、流動しにくい性質を有しているからである。しかしながら、本実施形態においては、コイルパターン３の内径領域にダミーパターン７が設けられていることから、磁性層４の粘度が高い場合であっても、磁性層４の表面４ｃをほぼ平坦な状態に保つことが可能となる。

しかも、本実施形態においては、ダミーパターン７がスリットＳＬによって複数の領域に区画されていることから、コイルパターン３によって発生する磁界によってダミーパターン７に生じる渦電流が大幅に低減される。つまり、ダミーパターン７が単純なベタパターンであったりループ状であったりすると大きなループを描く渦電流が発生するが、本実施形態においては、ダミーパターン７がスリットＳＬによって複数の領域に区画されていることから、渦電流のループ径が制限され、これにより渦電流損が低減する。図４に示す例では、渦電流のループ径が幅Ｌｘ，Ｌｙに制限され、これを超えるループ径を持った渦電流は流れない。

さらに、本実施形態においては、ダミーパターン７がスリットＳＬによって区画された複数の領域が完全に分離されているのではなく、接続部７ａを介して電気的に短絡されていることから、ダミーパターン７を電解メッキによって形成する場合に給電しやすくなる。

図７は磁性層４に含まれる磁性粉４ａの形状を説明するための模式図であり、（ａ）は略平面図、（ｂ）は（ａ）に示すＢ－Ｂ線に沿った略断面図である。

図７に示すように、磁性層４に含まれる磁性粉４ａは円盤状であり、扁平形状を有している。磁性層４には多数の磁性粉４ａが含まれているため、磁性粉４ａのサイズ及び形状にはばらつきが存在するが、その平均的な径Ｒは２０～７０μｍ程度であり、平均的な厚みＴは０．５～２μｍ程度である。平均的な径Ｒ及び平均的な厚みＴを特定するためには、サンプルの断面をＳＥＭによって観察し、所定領域に存在する磁性粉４ａの厚みおよび径を測定して平均値とすれば良い。平均値は、厚みまたは径の頻度の累積が５０％となる厚さ又は径であっても構わない。また、図８に示すように、磁性粉４ａの平面形状は楕円形であっても構わない。この場合、長径Ｒ１は２０～７０μｍ程度、短径Ｒ２に対する長径Ｒ１の比（Ｒ１／Ｒ２）は１～１．５程度である。

図９は磁性層４中における磁性粉４ａの配向について説明するための模式図であり、（ａ）は磁場配向を行う前の状態、（ｂ）は磁場配向を行った後の状態を示している。

磁性層４は、バインダーである樹脂４ｂに磁性粉４ａを分散させた複合材料であり、図９（ａ）に示すように、磁場配向を行う前の状態においては磁性粉４ａの向きはランダムに近い状態である。この状態で強い外部磁場φ１を与えると、磁性粉４ａは外部磁場φ１に沿った方向に配向する。このため、基板２の表面２ａに沿った方向の外部磁場φ１を印加すれば、図９（ｂ）に示すように、ほとんどの磁性粉４ａは水平状態、つまり、厚み方向がｚ方向となるよう配向する。これにより磁性層４は、厚み方向（ｚ方向）における透磁率よりも、水平方向（ｘｙ平面方向）における透磁率の方が高くなり、透磁率に異方性が与えられる。ここで、磁性層４の水平方向における透磁率を十分に高めるためには、磁性粉４ａの平均的な径Ｒを３０μｍ以上とすることが好ましい。

一方、コイルパターン３と磁性粉４ａが干渉する領域においては、磁性粉４ａが水平にはならず、面取り形状に沿って斜め方向に配向される。しかしながら、この領域においては、コイルパターン３によって生じる磁界φ２も斜め方向に進むことから、結果的に実効的な透磁率が向上する。つまり、コイルパターン３の上部のように磁界φ２が水平方向に進む領域においては磁性粉４ａがほぼ水平方向に配向され、コイルパターン３の角部近傍のように磁界φ２が斜め方向に進む領域においては磁性粉４ａも斜め方向に配向されていることから、磁界φ２の大部分が磁性粉４ａを通過し、樹脂４ｂを通過する磁界成分が少なくなる。ここで、コイルパターン３の角部近傍に位置する磁性粉４ａの向きを磁界φ２の向きにより近づけるためには、磁性粉４ａの平均的な径Ｒ（又はＲ１）を面取り形状部分の径方向における幅ａの１／５以上、１０倍以下とすることが好ましい。

本実施形態においては、磁性粉４ａが扁平形状を有していることから、コイルパターン３のアスペクト比が高いと、隣接するコイルパターン３間や、コイルパターン３とダミーパターン７の間に磁性粉４ａが入り込みにくくなる。しかしながら、本実施形態においては、コイルパターン３自体が扁平形状であり、これによりアスペクト比が１未満、好ましくは０．２～０．０５の範囲とされていることから、扁平形状を有する磁性粉４ａをコイルパターン３間や、コイルパターン３とダミーパターン７の間に容易に入り込ませることが可能となる。言い換えれば、基板２の表面２ａを基準としたコイルパターン３及びダミーパターン７の高さ範囲内に磁性粉４ａの一部を確実に配置することが可能となる。

また、扁平形状を有する磁性粉４ａが水平方向に配向している場合、水平方向への流動性がよりいっそう低下することから、コイルパターン３を覆うように磁性層４の原料ペーストを直接塗布すると、磁性層４の表面４ｃに大きな窪みが生じやすくなる。しかしながら、本実施形態においては、コイルパターン３の内径領域にダミーパターン７が設けられていることから、磁性層４の水平方向への流動性が低い場合であっても、磁性層４の平坦性を確保することが可能となる。

以上説明したように、本実施形態によるコイル部品１は、コイルパターン３の内径領域にダミーパターン７が設けられていることから、磁性粉４ａを含有する磁性層４の原料ペーストをコイルパターン３及びダミーパターン７上に直接塗布した場合であっても、コイルパターン３の内径領域を覆う部分において磁性層４の表面４ｃに窪みが生じない。これにより美観を保つことができるとともに、磁性層４の表面４ｃに平坦な部材を貼り付けやすくなる。

図１０は、第１の変形例によるダミーパターン７Ａの略平面図である。図１０に示す例では、ｙ方向に延在する複数のスリットＳＬによってダミーパターン７Ａの平面形状がミアンダ状とされている。この場合であっても、渦電流のループ径は幅Ｌｘに制限されるため、渦電流損を低減することが可能となる。しかも、ダミーパターン７ＡはスリットＳＬによって完全に分断されていないため、ダミーパターン７Ａを電解メッキによって形成する場合に給電しやすくなる。

図１１は、第２の変形例によるダミーパターン７Ｂの略平面図である。図１１に示すダミーパターン７Ｂにおいては、ｘ方向及びｙ方向に延在する複数のスリットＳＬによって、複数の領域がマトリクス状に区画分離されている。各領域のｘ方向における幅はＬｘであり、各領域のｙ方向における幅はＬｙである。図１１に示すダミーパターン７Ｂが例示するように、スリットＳＬによって区画された領域が互いに分離していても構わない。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。

例えば、上記実施形態では、ダミーパターン７がコイルパターン３と同じ導電材料によって構成されているが、本発明においてこの点は必須ではない。したがって、ダミーパターン７を絶縁材料によって構成しても構わない。

１ コイル部品
２ 基板
２ａ 基板の一方の表面
２ｂ 基板の他方の表面
２ｃ，２ｄ ビアホール
３ コイルパターン
４ 磁性層
４ａ 磁性粉
４ｂ 樹脂
４ｃ 磁性層の表面
５，６ 端子電極
７，７Ａ，７Ｂ ダミーパターン
７ａ 接続部
１０ 無線通信回路
１１ 通信回路
Ｅ１，Ｅ２ 電気力線
ＳＬ スリット
φ１，φ２ 磁界

Claims (6)

1. 基板と、
   前記基板の一方の表面上に形成されたコイルパターンと、
   前記基板の前記一方の表面上に形成され、前記コイルパターンの内径領域に配置されたダミーパターンと、
   樹脂に磁性粉を分散させた複合材料からなり、前記コイルパターン及び前記ダミーパターンを覆うよう前記基板の前記一方の表面上に形成された磁性層と、を備え、
   前記磁性粉の一部は、前記基板の前記一方の表面を基準とした高さ位置が前記コイルパターン及び前記ダミーパターンの高さ範囲内に存在することを特徴とするコイル部品。
2. 前記磁性粉は、前記基板の前記一方の表面と平行な方向における径よりも、前記基板の前記一方の表面に対して垂直な方向における厚みの方が小さい扁平形状を有していることを特徴とする請求項１に記載のコイル部品。
3. 前記ダミーパターンは、前記コイルパターンと同じ厚みを有していることを特徴とする請求項１又は２に記載のコイル部品。
4. 前記ダミーパターンは、前記コイルパターンと同じ導電材料からなることを特徴とする請求項３に記載のコイル部品。
5. 前記ダミーパターンは、複数のスリットによって複数の領域に区画されていることを特徴とする請求項４に記載のコイル部品。
6. 前記複数の領域は互いに短絡されていることを特徴とする請求項５に記載のコイル部品。

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