JP2022092857A - コイル部品 - Google Patents

Abstract

【課題】直流重畳特性の向上が図られたコイル部品を提供する。【解決手段】 コイル部品１では、第１の絶縁体３４の突起部３６Ａと第２の絶縁体５４の突起部５６Ａとを基板４０の突起部４６Ａを介して重ねることで、直流重畳特性の向上が図られている。【選択図】図７

Description

本発明は、コイル部品に関する。

従来、表面実装型の平面コイル素子等のコイル部品が、民生用機器、産業用機器等の電気製品に幅広く利用されている。中でも小型携帯機器においては、機能の充実化に伴い、各々のデバイスを駆動させるために単一の電源から複数の電圧を得る必要が生じてきている。そこで、このような電源用途等にも表面実装型の平面コイル素子が使用されている。

このようなコイル部品は、たとえば、下記特許文献１に開示されている。この文献に開示されたコイル部品は、非磁性基板の表裏面にそれぞれ平面渦巻き状の平面コイルが設けられ、平面コイルの磁芯部分において基板を貫くように設けられたスルーホール導体により平面コイル同士が接続されている。また、特許文献１に開示されたコイル部品では、平面コイルが形成された層と同じ層内に絶縁体が設けられており、絶縁体により、平面コイルと被覆樹脂との絶縁や巻回部間の絶縁が図られている。さらに、特許文献１に開示されたコイル部品では、素体の側面に非磁性基板の一部が露出している。

特開２０２０－４７９３８号公報

発明者らは、素体の側面における露出態様について研究を重ね、素体の側面における露出態様によって直流重畳特性を向上することができる新たな技術を見出した。

本発明は、直流重畳特性の向上が図られたコイル部品を提供することを目的とする。

本発明の一形態に係るコイル部品は、磁性材料を含み、互いに平行な上面および下面を有する素体と、素体内に配置され、上面および下面に対して平行に延在する基板と、素体内に配置され、基板の上面に形成されるとともに、第１の接続用端部と第１の引出用端部と第１の接続用端部および第１の引出用端部とをつなぐ第１のターン部とを有する第１の平面コイルと、第１の平面コイルが形成された層と同じ層内において第１の平面コイルを覆う第１の絶縁体とを有する第１のコイル体と、素体内に配置され、基板の下面に形成されるとともに、基板を介して第１の平面コイルの第１の接続用端部と接続された第２の接続用端部と第２の引出用端部と第２の接続用端部および第２の引出用端部とをつなぐ第２のターン部とを有する第２の平面コイルと、第２の平面コイルが形成された層と同じ層内において第２の平面コイルを覆う第２の絶縁体とを有する第２のコイル体と、素体の表面に設けられ、第１の平面コイルの第１の引出用端部および第２の平面コイルの第２の引出用端部とそれぞれ接続された一対の端子電極とを備え、基板が、素体の上面と下面とを結ぶ第１の側面から露出する基板露出部を有し、第１の絶縁体が、素体の第１の側面から露出するとともに、該第１の側面において基板露出部と重なる第１の絶縁体露出部を有し、第２の絶縁体が、素体の第１の側面から露出するとともに、該第１の側面において基板露出部を挟んで第１の絶縁体露出部と重なる第２の絶縁体露出部を有する。

発明者らは、素体の側面に、基板露出部を介して重なる第１の絶縁体露出部および第２の絶縁体露出部が露出する場合に、コイル部品の直流重畳特性を向上することを新たに見出した。

他の形態に係るコイル部品は、第１のコイル体が、基板の上面に形成されたシードパターンと、該シードパターン上にめっき成長させためっき部とを有し、第１のコイル体のシードパターンが、基板露出部と第１の絶縁体露出部との間において素体の第１の側面から露出している。

他の形態に係るコイル部品は、第２のコイル体が、基板の上面に形成されたシードパターンと、該シードパターン上にめっき成長させためっき部とを有し、第２のコイル体のシードパターンが、基板露出部と第２の絶縁体露出部との間において素体の第１の側面から露出している。

他の形態に係るコイル部品は、基板露出部、第１の絶縁体露出部および第２の絶縁体露出部が、第１の側面と第１のコイルとの距離が最も短い位置において露出している。

他の形態に係るコイル部品は、素体が第１の側面と対向する第２の側面を有し、第１の側面と第２の側面との対向方向に関して、第１の側面の基板露出部、第１の絶縁体露出部および第２の絶縁体露出部が露出する位置に対応する位置の第２の側面に、基板露出部、第１の絶縁体露出部および第２の絶縁体露出部が露出している。

本発明によれば、直流重畳特性の向上が図られたコイル部品が提供される。

図１は、一実施形態に係るコイル部品を示した概略斜視図である。 図２は、図１に示したコイル部品の素体内部の構成を示した図である。 図３は、図１に示したコイル部品の基板を示した平面図である。 図４は、基板上面に設けられた第１のコイル体を示した平面図である。 図５は、基板下面に設けられた第２のコイル体を示した平面図である。 図６は、図１に示した素体のＶＩ－ＶＩ線断面図である。 図７は、図１に示したコイル部品の素体の側面における露出態様を示した図である。 図８は、従来技術に係る露出態様を示した図である。 図９は、図７とは異なる露出態様を示した図である。

以下、図面を参照して種々の実施形態および実施例について説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１に示すように、実施形態に係るコイル部品１は、直方体状の外形を有する。コイル部品１は、一例として、長辺１．２ｍｍ、短辺１．０ｍｍ、高さ０．５ｍｍの寸法で設計され得る。または、コイル部品１は、別の一例として、長辺２．０ｍｍ、短辺１．２ｍｍ、高さ０．６ｍｍの寸法で設計され得る。

コイル部品１は、一対の端子電極５Ａ、５Ｂと、素体１０と、素体１０内に埋設されたコイル部２０とを備えて構成されている。

素体１０は、直方体状の外形を有し、６つの面１０ａ～１０ｆを有する。素体１０の面１０ａ～１０ｆのうち、上面１０ａと下面１０ｂとが互いに平行であり、端面１０ｃと端面１０ｄとが互いに平行であり、側面１０ｅと側面１０ｆとが互いに平行である。一対の端子電極５Ａ、５Ｂは、素体１０の端面１０ｃ、１０ｄにそれぞれ設けられている。

素体１０は、磁性材料により構成されている。本実施形態では、素体１０は、磁性材料の一種である金属磁性粉含有樹脂により構成されている。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。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得る。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。

コイル部２０は、第１のコイル体３０と、基板４０と、第２のコイル体５０とを備えて構成されている。具体的には、素体１０の上面側に位置する基板４０の上面４０ａ上に第１のコイル体３０が設けられ、素体１０の下面側に位置する基板４０の下面４０ｂ上に第２のコイル体５０が設けられている。本実施形態において、基板４０の上面４０ａ側から見た第１のコイル体３０のパターン形状と、基板４０の下面４０ｂ側から見た第２のコイル体５０のパターン形状は同一である。

基板４０は、素体１０の上面１０ａおよび下面１０ｂに対して平行に延在する板状部材である。図３に示すように、基板４０は、素体１０の長辺方向に沿って延びる楕円環状のコイル形成部４１と、コイル形成部４１から素体１０の側面１０ｅ、１０ｆまでそれぞれ延びて側面１０ｅ、１０ｆから露出する一対の突起部４６Ａ、４６Ｂ（基板露出部）と、素体１０の短辺方向に沿って延びるとともにコイル形成部４１を両側から挟む一対のフレーム部４７Ａ、４７Ｂとを有する。また、コイル形成部４１には、長円形の開口４２の縁部に円形の貫通孔４５が設けられている。貫通孔４５にはビア導体が充填されて、後述する第１の平面コイル３２の内側端部３２ｂと第２の平面コイル５２の内側端部５２ｂとが電気的に接続される。

基板４０には、ガラスクロスにシアネート樹脂（ＢＴ（ビスマレイミド・トリアジン）レジン：登録商標）が含浸された基板で、板厚６０μｍのものを用いることができる。なお、ＢＴレジンのほか、ポリイミド、アラミド等を用いることもできる。基板４０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。基板４０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のコイル体３０は、コイル形成部４１における基板上面４０ａに設けられている。図４に示すように、第１のコイル体３０は、コイル部品１のコイル２２の一部を構成する第１の平面コイル３２と、第１の絶縁体３４とを備えて構成されている。

第１の平面コイル３２は、基板４０の上面４０ａにおいて、同一層内で、コイル形成部４１の開口４２の周りに巻かれた略長円形の渦巻状空芯コイルである。第１の平面コイル３２のターン数は、１ターンであってもよく複数ターンであってもよい。本実施形態では、第１の平面コイル３２のターン数は３～４である。第１の平面コイル３２は、外側端部３２ａ（第１の引出用端部）と、内側端部３２ｂ（第１の接続用端部）と、外側端部３２ａと内側端部３２ｂとをつなぐ第１のターン部３２ｃとを有する。外側端部３２ａは、素体１０の端面１０ｃから露出して、端子電極５Ａと接続されるように設けられている。内側端部３２ｂは、基板４０の厚さ方向から見て、基板４０の貫通孔４５を覆う領域に設けられており、円形状を有する。第１の平面コイル３２は、たとえばＣｕで構成されており、電解めっきにより形成され得る。

第１の絶縁体３４は、基板４０の上面４０ａ上に設けられており、公知のフォトリソグラフィーによってパターニングされた厚膜レジストである。第１の絶縁体３４は、第１の平面コイル３２の成長領域を画定しており、第１の平面コイル３２が形成された層と同じ層内において第１の平面コイル３２を覆っている。本実施形態では、第１の絶縁体３４は、第１の平面コイル３２の輪郭を画定する外壁３４ａおよび内壁３４ｂと、第１の平面コイル３２の第１のターン部３２ｃの内側のターンと外側のターンとを隔てる隔壁３４ｃとを含む。第１の絶縁体３４は、たとえばエポキシ樹脂で構成される。

第１の絶縁体３４は、さらに一対の突起部３６Ａ、３６Ｂを備えている。各突起部３６Ａ、３６Ｂは、基板４０の突起部４６Ａ、４６Ｂに重なるように延びて、素体１０の側面１０ｅ、１０ｆからそれぞれ露出する。本実施形態は、突起部３６Ａ、３６Ｂは、延在方向に対して直交する断面形状および端面形状が矩形状を有する。

第１の平面コイル３２は、第１の絶縁体３４によって確定された成長領域にめっき成長させて形成される。第１の平面コイル３２は、基板４０の上面４０ａ上にパターニングされたシードパターン３２ｄと、シードパターン３２ｄ上に成長されためっき部３２ｅとを含む。

第１のコイル体３０は、図５に示すように、第１の平面コイル３２および第１の絶縁体３４を、素体１０の上面１０ａ側から一体的に覆う保護膜３８をさらに備えている。保護膜３８は、たとえばエポキシ樹脂で構成される。保護膜３８により、素体１０に含まれる金属磁性粉と第１の平面コイル３２との間の絶縁性が高められる。

第２のコイル体５０は、コイル形成部４１における基板下面４０ｂに設けられている。図５に示すように、第２のコイル体５０は、コイル部品１のコイル２２の一部を構成する第２の平面コイル５２と、第２の絶縁体５４とを備えて構成されている。

第２の平面コイル５２は、基板４０の下面４０ｂにおいて、同一層内で、コイル形成部４１の開口４２の周りに巻かれた略長円形の渦巻状空芯コイルである。第２の平面コイル５２のターン数は、１ターンであってもよく複数ターンであってもよい。本実施形態では、第２の平面コイル５２のターン数は３～４である。第２の平面コイル５２は、外側端部５２ａ（第２の引出用端部）と、内側端部５２ｂ（第２の接続用端部）と、外側端部５２ａと内側端部５２ｂとをつなぐ第２のターン部５２ｃとを有する。外側端部５２ａは、素体１０の端面１０ｄから露出して、端子電極５Ｂと接続されるように設けられている。内側端部５２ｂは、基板４０の厚さ方向から見て、基板４０の貫通孔４５を覆う領域に設けられており、円形状を有する。第２の平面コイル５２は、たとえばＣｕで構成されており、電解めっきにより形成され得る。

第２の絶縁体５４は、基板４０の下面４０ｂ上に設けられており、公知のフォトリソグラフィーによってパターニングされた厚膜レジストである。第２の絶縁体５４は、第２の平面コイル５２の成長領域を画定しており、第２の平面コイル５２が形成された層と同じ層内において第２の平面コイル５２を覆っている。本実施形態では、第２の絶縁体５４は、第２の平面コイル５２の輪郭を画定する外壁５４ａおよび内壁５４ｂと、第２の平面コイル５２の第２のターン部５２ｃの内側のターンと外側のターンとを隔てる隔壁５４ｃとを含む。第２の絶縁体５４は、たとえばエポキシ樹脂で構成される。

第２の絶縁体５４は、さらに一対の突起部５６Ａ、５６Ｄを備えている。各突起部５６Ａ、５６Ｂは、基板４０の突起部４６Ａ、４６Ｂに重なるように延びて、素体１０の側面１０ｅ、１０ｆからそれぞれ露出する。本実施形態は、突起部５６Ａ、５６Ｄは、延在方向に対して直交する断面形状および端面形状が矩形状を有する。

第２の平面コイル５２は、第１の平面コイル３２同様、第２の絶縁体５４によって確定された成長領域にめっき成長させて形成される。第２の平面コイル５２は、基板４０の下面４０ｂ上にパターニングされたシードパターン５２ｄと、シードパターン５２ｄ上に成長されためっき部５２ｅとを含む。

第２のコイル体５０は、図５に示すように、第２の平面コイル５２および第２の絶縁体５４を、素体１０の下面１０ｂ側から一体的に覆う保護膜５８をさらに備えている。保護膜５８は、たとえばエポキシ樹脂で構成される。保護膜５８により、素体１０に含まれる金属磁性粉と第２の平面コイル５２との間の絶縁性が高められる。

基板４０の上面４０ａに設けられた第１の平面コイル３２と、基板４０の下面４０ｂに設けられた第２の平面コイル５２とは、基板４０を厚さ方向に貫く貫通孔４５内のビア導体を介して、それぞれの内側端部３２ｂ、５２ｂ同士が接続されている。本実施形態では、第１の平面コイル３２と、第２の平面コイル５２と、上記ビア導体により、基板４０の開口４２周りに空芯のコイル２２が構成されている。コイル２２は、基板４０の厚さ方向（すなわち、上面１０ａと下面１０ｂとの対向方向）に対して平行なコイル軸を有する。

第１の平面コイル３２と第２の平面コイル５２とは、コイル２２の両端部（すなわち、第１の平面コイル３２の外側端部３２ａおよび第２の平面コイル５２の外側端部５２ａ）の間に電圧が印加された際に同じ向き（すなわち、基板４０を厚さ方向から見て同じ周回方向）に電流が流れるように巻かれている。本実施形態では、図３に示すように第１の平面コイル３２は外側端部３２ａから内側端部３２ｂへ向かう周回方向が右回りであり、図５に示すように第２の平面コイル５２は内側端部５２ｂから外側端部５２ａへ向かう周回方向が右回りである。第１の平面コイル３２と第２の平面コイル５２とは、同じ向きに電流が流れるため、発生する磁束が重畳して互いに強め合う。

上述したとおり、コイル部品１においては、素体１０の側面１０ｅ、１０ｆのそれぞれに、基板４０の突起部４６Ａ、４６Ｂ、第１の絶縁体３４の突起部３６Ａ、３６Ｂ、第２の絶縁体５４の突起部５６Ａ、５６Ｂが露出している。より詳しくは、素体１０の側面１０ｅ（第１の側面）に、基板４０の突起部４６Ａ（基板露出部）、第１の絶縁体３４の突起部３６Ａ（第１の絶縁体露出部）、第２の絶縁体５４の突起部５６Ａ（第２の絶縁体露出部）が露出し、素体１０の側面１０ｆ（第２の側面）に、基板４０の突起部４６Ｂ（基板露出部）、第１の絶縁体３４の突起部３６Ｂ（第１の絶縁体露出部）、第２の絶縁体５４の突起部５６Ｂ（第２の絶縁体露出部）が露出している。図７に、素体１０の側面１０ｅにおける露出形態を示すが、素体１０の側面１０ｆにおける露出形態も同様であるため、説明を省略する。

図７に示すように、第１の絶縁体３４の突起部３６Ａと第２の絶縁体５４の突起部５６Ａとは、基板４０の突起部４６Ａを介して重なっている。本実施形態では、第１の絶縁体３４の突起部３６Ａと第２の絶縁体５４の突起部５６Ａとは同一の端面寸法を有し、基板４０の突起部４６Ａを介して全体的に重なっている。

図８は、従来技術に係る素体の側面の露出態様を示しており、第１の絶縁体３４の突起部３６Ａと第２の絶縁体５４の突起部５６Ａとが離間しており、全く重なっていない。発明者らは、第１の絶縁体３４の突起部３６Ａと第２の絶縁体５４の突起部５６Ａとが図８に示したように離間している場合には、直流重畳特性をさらに向上させることが困難であるとの知見を得た。また、第１の絶縁体３４の突起部３６Ａと第２の絶縁体５４の突起部５６Ａとの間の領域の基板４０の突起部４６Ａに負荷される厚さ方向の圧力に対して、高い耐圧性を実現することが困難であるとの知見を得た。

コイル部品１では、図７に示すように、第１の絶縁体３４の突起部３６Ａと第２の絶縁体５４の突起部５６Ａとを基板４０の突起部４６Ａを介して重ねることで、直流重畳特性の向上が図られている。第１の絶縁体３４の突起部３６Ａと第２の絶縁体５４の突起部５６Ａとは、必ずしも完全に重なっている必要はなく、一部が重なっている態様であってもよい。

コイル部品１においては、側面１０ｅと対向する側面１０ｆにおいても、側面１０ｅと対応する位置に、第１の絶縁体３４の突起部３６Ｂと第２の絶縁体５４の突起部５６Ｂとが基板４０の突起部４６Ｂを介して重なっている。

コイル部品１においては、第１の平面コイル３２と第２の平面コイル５２の楕円形状を呈し、第１の平面コイル３２と第２の平面コイル５２は素体１０の側面１０ｅ、１０ｆの中央位置において、側面１０ｅ、１０ｆとの距離が最も短くなっている。この部分は、素体１０の中でも磁気ボリュームが小さく、磁束飽和が生じやすいため、この位置に第１の絶縁体３４の突起部３６Ａ、第２の絶縁体５４の突起部５６Ａおよび基板４０の突起部４６Ａを配置することで、より効果的に直流重畳特性を向上することができる。

また、図９に示すように、第１の平面コイル３２のシードパターン３２ｄおよび第２の平面コイル５２のシードパターン５２ｄを素体の側面１０ｅ、１０ｆまで延長して、素体１０の側面１０ｅ、１０ｆから露出させる態様であってもよい。第１の平面コイル３２のシードパターン３２ｄおよび第２の平面コイル５２のシードパターン５２ｄにいずれか一方が、素体１０の側面１０ｅ、１０ｆから露出する態様であってもよい。

１…コイル部品、１０…素体、２０…コイル部、２２…コイル、３０…第１のコイル体、３２…第１の平面コイル、３２ａ…外側端部、３２ｂ…内側端部、３２ｃ…第１のターン部、３４…第１の絶縁体、４０…基板、５０…第２のコイル体、５２…第２の平面コイル、５２ａ…外側端部、５２ｂ…内側端部、５２ｃ…第２のターン部、５４…第２の絶縁体。

Claims (5)

1. 磁性材料を含み、互いに平行な上面および下面を有する素体と、
   前記素体内に配置され、前記上面および下面に対して平行に延在する基板と、
   前記素体内に配置され、前記基板の上面に形成されるとともに、第１の接続用端部と第１の引出用端部と第１の接続用端部および第１の引出用端部とをつなぐ第１のターン部とを有する第１の平面コイルと、前記第１の平面コイルが形成された層と同じ層内において前記第１の平面コイルを覆う第１の絶縁体とを有する第１のコイル体と、
   前記素体内に配置され、前記基板の下面に形成されるとともに、前記基板を介して前記第１の平面コイルの第１の接続用端部と接続された第２の接続用端部と第２の引出用端部と第２の接続用端部および第２の引出用端部とをつなぐ第２のターン部とを有する第２の平面コイルと、前記第２の平面コイルが形成された層と同じ層内において前記第２の平面コイルを覆う第２の絶縁体とを有する第２のコイル体と、
   前記素体の表面に設けられ、前記第１の平面コイルの第１の引出用端部および前記第２の平面コイルの第２の引出用端部とそれぞれ接続された一対の端子電極と
   を備え、
   前記基板が、前記素体の前記上面と前記下面とを結ぶ第１の側面から露出する基板露出部を有し、
   前記第１の絶縁体が、前記素体の前記第１の側面から露出するとともに、該第１の側面において前記基板露出部と重なる第１の絶縁体露出部を有し、
   前記第２の絶縁体が、前記素体の前記第１の側面から露出するとともに、該第１の側面において前記基板露出部を挟んで前記第１の絶縁体露出部と重なる第２の絶縁体露出部を有する、コイル部品。
2. 前記第１のコイル体が、前記基板の上面に形成されたシードパターンと、該シードパターン上にめっき成長させためっき部とを有し、
   前記第１のコイル体の前記シードパターンが、前記基板露出部と前記第１の絶縁体露出部との間において前記素体の前記第１の側面から露出している、請求項１に記載のコイル部品。
3. 前記第２のコイル体が、前記基板の上面に形成されたシードパターンと、該シードパターン上にめっき成長させためっき部とを有し、
   前記第２のコイル体の前記シードパターンが、前記基板露出部と前記第２の絶縁体露出部との間において前記素体の前記第１の側面から露出している、請求項１または２に記載のコイル部品。
4. 前記基板露出部、前記第１の絶縁体露出部および第２の絶縁体露出部が、前記第１の側面と前記第１のコイルとの距離が最も短い位置において露出している、請求項１～３のいずれか一項に記載のコイル部品。
5. 前記素体が前記第１の側面と対向する第２の側面を有し、前記第１の側面と前記第２の側面との対向方向に関して、前記第１の側面の前記基板露出部、前記第１の絶縁体露出部および第２の絶縁体露出部が露出する位置に対応する位置の前記第２の側面に、前記基板露出部、前記第１の絶縁体露出部および第２の絶縁体露出部が露出している、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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