JP2022177573A - コイル封入磁心およびコイル部品 - Google Patents

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Kentaro Saito
翔太 大塚
Shota Otsuka
恭平 殿山
Kyohei Tonoyama
朋永 西川
Tomonaga Nishikawa
光夫 名取
Mitsuo Natori
裕一 川口
Yuichi Kawaguchi
淳一 島村
Junichi Shimamura
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Abstract

【課題】絶縁性の向上と初透磁率の向上を両立させ得るコイル封入磁心およびコイル部品を提供する。【解決手段】コイル部品２において、コイル封入磁心１７は、磁性粉、樹脂および改質剤を含み、内部導体通路１２、１３およびスルーホール導体からなるコイルを封入する。【選択図】図３

Description

本発明は、コイル封入磁心およびコイル部品に関し、特に、電子機器中の電源平滑回路向けチョークコイルなどのように、電源用インダクタなどとして好ましく用いられるコイル部品およびこれに含まれるコイル封入磁心に関する。
民生用又は産業用の電子機器分野では、電源用のインダクタとして表面実装型のコイル部品を用いることが多くなっている。表面実装型のコイル部品は、小型・薄型で電気的絶縁性に優れ、しかも低コストで製造できるためである。表面実装型のコイル部品の具体的構造のひとつに、プリント回路基板技術を応用した平面コイル構造がある。
このようなコイル部品においては、コイル（導体）を封入するコイル封入磁心の電気的・磁気的特性が、コイル部品の電気的・磁気的特性に大きな影響を与える。たとえば、磁性粉間の磁気的凝集力を弱めるために、コイル封入磁心に分散剤を添加する技術が提案されている（特許文献１参照）。
しかしながら、コイル封入磁心に分散剤を添加する従来技術では、微量の添加では磁性粉間の絶縁性が不十分となる問題があり、添加量が多すぎると磁気特性の低下を招く問題がある。
特開平１１－１２６７２１号公報
本発明は、このような実状に鑑みてなされ、その目的は、絶縁性の向上と初透磁率の向上を両立させ得るコイル封入磁心およびコイル部品を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明に係るコイル封入磁心は、
磁性粉および樹脂を含み、導体からなるコイルを封入するコイル封入磁心であって、
改質剤を含む。
本発明に係るコイル封入磁心は、改質剤を含むため、改質剤が磁性粉同士の接触を防止することにより、絶縁性の向上と初透磁率の向上とを両立することができる。
また、前記改質剤は、ポリカプロラクトン構造を有する物質であってもよい。
ポリカプロラクトン構造を有する改質剤は、コイル封入磁心の絶縁性の向上と初透磁率の向上とをもたらす効果が顕著である。
また、たとえば、前記改質剤の含有量は、前記コイル封入磁心の総量に対して０．１～０．８ｗｔ％であってもよい。
改質剤の含有量を上記の範囲とすることにより、コイル封入磁心の絶縁性の向上と初透磁率の向上とをもたらす効果が特に顕著である。
また、たとえば、前記磁性粉は、軟磁性金属を含んでいてもよい。
軟磁性金属を含む磁性粉を用いることにより、コイル封入磁心の初透磁率を高めることができる。
また、たとえば、前記磁性粉は、軟磁性金属からなる軟磁性磁性粉がSｉО２を含む絶縁コーティングで被覆された絶縁コーティング粒子の一部であってもよい。
磁性粉が絶縁コーティング粒子の一部であることにより、コイル封入磁心の絶縁性をより向上させることができる。
また、たとえば、前記磁性粉は、互いに粒径の異なる少なくとも２種類の磁性粉である小径粉および大径粉を有してもよい。
３種類の磁性粉を有することにより、コイル封入磁心の密度が向上し、初透磁率を向上させることができる。
また、本発明に係るコイル部品は、導体からなるコイルと、
磁性粉および樹脂を含み、前記コイルを封入するコイル封入磁心と、
前記コイルに電気的に接続する一対の外部端子と、を有し、
前記コイル封入磁心が改質剤を含む。
本発明に係るコイル部品は、コイル封入磁心が改質剤を含むため、改質剤が磁性粉同士の接触を防止することにより、コイル封入磁心の絶縁性の向上と初透磁率の向上とを両立する。
図１は、本発明の第１実施形態に係るコイル部品の斜視図である。 図２は、図１に示すコイル部品の分解斜視図である。 図３は、図１に示すIII－III線に沿う断面図である。 図４は、図１に示すIV－IV線に沿う断面図である。 図５は、絶縁コーティングされた磁性粉の模式図である。 図６は、改質剤の添加量とコイル封入磁心の絶縁破壊強さに関する測定結果を表すグラフである。 図７は、改質剤の添加量とコイル封入磁心の初透磁率に関する測定結果を表すグラフである。 図８は、改質剤の添加量とコイル封入磁心の３点曲げ強度に関する測定結果を表すグラフである。 図９は、本発明の第２実施形態に係るコイル部品の斜視図である。
以下、本発明を、図面に示す実施形態に基づき説明する。
第１実施形態
本発明に係るコイル部品の一実施形態として、図１～図４に示すコイル部品２が挙げられる。図１に示すように、コイル部品２は、矩形平板形状の本体部１０と、本体部１０のＸ軸方向の両端にそれぞれ装着してある一対の外部端子４、４とを有する。外部端子４、４は、本体部１０のＸ軸方向端面を覆うと共に、Ｘ軸方向端面の近くで、本体部１０のＺ軸方向の上面１０ａと下面１０ｂとを一部覆っている。さらに、外部端子４、４は、本体部１０のＹ軸方向の一対の側面をも一部覆っている。
図２に示すように、本体部１０は、上部コア１５と下部コア１６とからなるコイル封入磁心１７と、内部導体通路１２、１３およびスルーホール導体１８（図３参照）を有するコイル１９とを有する。また、本体部１０は、そのＺ軸方向の中央部に、絶縁基板１１を有する。
絶縁基板１１は、ガラスクロスにエポキシ樹脂を含浸させた一般的なプリント基板材料からなることが好ましいが特に限定はない。
また、本実施形態では絶縁基板１１の形状が矩形であるが、その他の形状であってもよい。絶縁基板１１の形成方法にも特に制限はなく、たとえば射出成形、ドクターブレード法、スクリーン印刷などにより形成される。
また、絶縁基板１１のＺ軸方向の上面（一方の主面）に、円形スパイラル状の内部導体通路１２から成る内部電極パターンが形成してある。内部導体通路１２はコイル１９の一部を構成する。また、内部導体通路１２の材質としては、特に制限されないが、たとえば、Cｕ、Ａｕなどの金属の良導体が挙げられる。
スパイラル状の内部導体通路１２の内周端には、接続端１２ａが形成してある。また、スパイラル状の内部導体通路１２の外周端には、本体部１０の一方のＸ軸方向端部（Ｘ負方向端部）に沿って露出するようにリード用コンタクト１２ｂが形成してある。
絶縁基板１１のＺ軸方向の下面（他方の主面）には、スパイラル状の内部導体通路１３から成る内部電極パターンが形成してある。内部導体通路１３はコイル１９の一部を構成する。また、内部導体通路１３の材質としては、特に制限されないが、内部導体通路１２と同様に、たとえば、Cｕ、Ａｕなどの金属の良導体が挙げられる。
スパイラル状の内部導体通路１３の内周端には、接続端１３ａが形成してある。また、スパイラル状の内部導体通路１３の外周端には、本体部１０の他方のＸ軸方向端部（Ｘ正方向端部）に沿って露出するようにリード用コンタクト１３ｂが形成してある。
図３に示すように、接続端１２ａと接続端１３ａとは、Ｚ軸方向には絶縁基板１１を挟んで反対側に形成してあり、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向には同じ位置に形成してある。そして、接続端１２ａと接続端１３ａとは、絶縁基板１１に形成してあるスルーホール１１ｉに埋め込まれているスルーホール導体１８を通して電気的に接続してある。すなわち、スパイラル状の内部導体通路１２と、同じくスパイラル状の内部導体通路１３とは、スルーホール導体１８を通して電気的に直列に接続してある。
図２に示すように、本体部１０の上面１０ａ側（X軸正方向側）から見たスパイラル状の内部導体通路１２は、外周端のリード用コンタクト１２ｂから内周端の接続端１２ａに向かって反時計回りのスパイラルを構成している。
これに対して、本体部１０の上面１０ａ側（X軸正方向側）から見たスパイラル状の内部導体通路１３は、内周端である接続端１３ａから外周端であるリード用コンタクト１３ｂに向かって反時計回りのスパイラルを構成している。
これにより、スパイラル状の内部導体通路１２、１３に電流が流れることによって生じる磁束の方向が、２つの内部導体通路１２、１３で一致し、スパイラル状の内部導体通路１２、１３で発生する磁束は重畳して強め合い、大きなインダクタンスを得ることができる。このように、導体からなる内部導体通路１２、１３とスルーホール導体１８とは、コイル１９を構成する。
図２に示すように、上部コア１５は、矩形平板状のコア本体の中央部に、Ｚ軸方向の下方に向けて突出する円柱状の中脚部１５ａを有する。また、上部コア１５は、矩形平板状のコア本体のＹ軸方向の両端部に、Ｘ軸方向の下方に向けて突出する板状の側脚部１５ｂを有する。
下部コア１６は、上部コア１５のコア本体と同様な矩形平板状の形状を有し、上部コア１５の中脚部１５ａと側脚部１５ｂとが、それぞれ下部コア１６の中央部およびＹ軸方向の端部に連結されて一体化される。
なお、図２では、コイル封入磁心１７が、上部コア１５と下部コア１６とに分離されて描かれているが、これらは、後述する磁心組成物により一体化されて形成されても良い。また、上部コア１５に形成してある中脚部１５ａおよび／または側脚部１５ｂは、下部コア１６に形成されていても良い。いずれにしても、コイル封入磁心１７は、完全な閉磁路を構成してあり、閉磁路内にギャップは存在しない。
図２に示すように、上部コア１５と内部導体通路１２との間には、保護絶縁層１４が介在してあり、これらは絶縁されている。また、下部コア１６と内部導体通路１３との間には、矩形シート状の保護絶縁層１４が介在してあり、これらは絶縁されている。保護絶縁層１４の中央部には、円形の貫通孔１４ａが形成してある。また、絶縁基板１１の中央部にも、円形の貫通孔１１ｈが形成してある。これらの貫通孔１４ａおよび１１ｈを通して、上部コア１５の中脚部１５ａが下部コア１６の方向に延びて下部コア１６の中央と連結してある。
図４に示すように、本実施形態では、外部端子４が、本体部１０のＸ軸方向端面に接触する内層４ａと、内層４ａの表面に形成される外層４ｂとを有する。内層４ａは、本体部１０のＸ軸方向の端面近くで、本体部１０の上面１０ａおよび下面１０ｂの一部も覆っており、その外表面を外層４ｂが覆っている。図４に示すように、一対の外部端子４、４は、リード用コンタクト１２ｂ、１３ｂを介して、コイル封入磁心１７に封入されるコイル１９に電気的に接続する。
ここで、本体部１０におけるコイル封入磁心１７は、磁性粉および樹脂を含む。また、コイル封入磁心１７は、改質剤を含む。すなわち、コイル封入磁心１７は、磁性粉、樹脂および改質剤を含む磁性材料で構成してある。
以下、本実施形態における磁性粉について説明する。
本実施形態における磁性粉は、たとえば、互いに粒径（D５０）の異なる少なくとも２種類の磁性粉である小径粉および大径粉を有する。ただし、コイル封入磁心１７を構成する磁性粉としてはこれに限定されず、１種類または３種類以上の粒径の磁性粉を有するものであってもよい。ここで、Ｄ５０とは、積算値が５０％である粒度の直径を指す。
そして、２種類の磁性粉のうち、Ｄ５０が大きい磁性粉を大径粉、大径粉よりＤ５０が小さい磁性粉を小径粉とする。磁性粉は、軟磁性金属を含むことが好ましい。本実施形態に係る磁性粉は、大径粉が鉄または鉄基合金からなり、小径粉がＮｉ－Ｆｅ合金からなり、いずれも軟磁性金属からなる。ただし、小径粉は鉄基合金からなるものであってもよい。また、磁性粉はフェライト粉であってもよい。
本実施形態の鉄基合金とは、鉄が８０重量％以上含まれる合金を指す。また、鉄が８０重量％以上含まれていれば大径粉の種類に特に制限はなく、Ｆｅ基アモルファス粉、カルボニル鉄粉（純鉄粉）の他、各種Ｆｅ系合金、ナノ結晶を用いることができる。
本実施形態のＮｉ－Ｆｅ合金とは、Ｎｉが２８重量％以上含まれ、残部がＦｅおよびその他の元素からなる合金を指す。その他の元素の含有量に特に制限はないが、Ｎｉ－Ｆｅ合金全体を１００重量％とする場合に８重量％以下とすることができる。
さらに、本実施形態に係る磁性粉は、図５に示す軟磁性金属からなる軟磁性粉２０のように、SｉО２を含む絶縁コーティング２２で被覆された絶縁コーティング粒子２３の一部であってもよい。なお、「絶縁コーティングで被覆されている」とは、当該粉末における全粉末粒子のうち、５０％以上の粉末粒子が絶縁コーティングされている場合を指す。
絶縁コーティング粒子２３の粒径は図５のｄ１の長さである。また、図５のｄ２の長さ、すなわち、当該絶縁コーティング粒子２３における絶縁コーティング２２の最大厚みが当該絶縁コーティング粒子２３における絶縁コーティング２２の厚みとなる。また、絶縁コーティング２２は必ずしも軟磁性粉２０の表面の全てを覆っている必要はない。表面の５０％以上が絶縁コーティング２２に覆われている軟磁性粉２０は絶縁コーティング粒子２３であるとみなす。
本実施形態における磁性粉が上記の構成を有することで、初透磁率、コアロス、耐電圧、絶縁抵抗および直流重畳特性などが優れたコイル部品２を得ることができる。
以下、本実施形態における磁性粉についてさらに詳細に説明する。
大径粉のＤ５０（大径粉が絶縁コーティング粒子２３の一部である場合は絶縁コーティン粒子のD５０）は特に制限はないが、１０～４０μｍであることが好ましく、１５～３０μｍであることが更に好ましい。小径粉のＤ５０（小径粉が図５に示す絶縁コーティング粒子２３の一部である場合は絶縁コーティン粒子２３のD５０）には特に制限はないが、０．５～１．５μｍであることが好ましく、０．５～１．０μｍ（１．０μｍを含まない）であることがより好ましく、０．７～０．９μｍであることがさらに好ましい。
小径粉の粒径のばらつきは小さい方が好ましい。具体的には、小径粉のＤ９０（積算値が９０％である粒度の直径。なお、小径粉が絶縁コーティング粒子２３の一部である場合は絶縁コーティン粒子のD９０）が４．０μｍ以下であることが好ましい。Ｄ９０が４．０μｍ以下であることで初透磁率が向上し、コアロスが低下する。
大径粉および小径粉は球状であることが好ましい。本実施形態において球状であるとは、具体的には、球形度が０．９以上である場合をいう。また、球形度は画像式粒度分布計で測定することができる。
Ｎｉ－Ｆｅ合金におけるＮｉの含有率は４０～８５％であることが好ましく、７５～８２％であることが特に好ましい。Ｎｉの含有率を上記の範囲内とすることで初透磁率が向上し、コアロスが低下する。なお、上記の含有率は重量比率である。
磁性粉全体に占める小径粉の配合比率は５～２５％であることが好ましく、６．５～２０％であることが更に好ましい。小径粉の配合比率を上記の範囲内とすることで、初透磁率が向上し、コアロスが低下する。なお上記の配合比率は重量比率である。
絶縁コーティング２２の厚みには特に制限はないが、小径粉の絶縁コーティング２２の平均厚みを５～４５ｎｍとすることが好ましく、特に好ましくは１０～３５ｎｍである。また、小径粉と大径粉とで絶縁コーティング２２の厚みを同一としてもよく、大径粉の絶縁コーティング２２の厚みを小径粉の絶縁コーティング２２の厚みよりも厚くしてもよい。
絶縁コーティング２２の材質には特に制限はなく、本技術分野において一般的に用いられている絶縁コーティングを用いることができる。ＳｉＯ２からなるガラスを含む被膜またはリン酸塩を含むリン酸塩化成皮膜が好ましく、ＳｉＯ２からなるガラスを含む被膜が特に好ましい。また、絶縁コーティングの方法にも特に制限はなく、本技術分野で通常用いられる方法を用いることができる。
さらに、本実施形態に係る磁性粉は、Ｄ５０が大径粉のＤ５０より小さく、小径粉のＤ５０より大きい中径粉をさらに有していてもよい。すなわち、磁性粉は、互いに粒径の異なる少なくとも３種類の磁性粉である小径粉、中径粉、および大径粉を有していてもよい。
この場合、中径粉も大径粉、小径粉と同様に絶縁コーティングされていることが好ましい。
中径粉のＤ５０（中径粉が絶縁コーティング粒子２３の一部である場合は図５に示す絶縁コーティング粒子２３のD５０）が３．０～１０μｍであることが好ましい。中径粉のＤ５０が上記の範囲内であることで透磁率が向上する。
中径粉の材質には特に制限はないが、大径粉と同様に鉄または鉄基合金からなることが好ましい。
さらに、磁性粉全体に占める各粉末の配合比率としては、大径粉の配合比率が７０～８０％、中径粉の配合比率が１０～１５％、小径粉の配合比率が１０～１５％であることが好ましい。上記の配合比率であることで特にコアロスが低下し、透磁率が向上する。
本実施形態における大径粉、中径粉、小径粉の粒径、絶縁コーティングの厚み等は透過型電子顕微鏡により測定される。なお、通常は、本実施形態における大径粉、中径粉、小径粉の粒径や材質等は、コイル部品２の製造工程では実質的に変化しない。
本実施形態に係る磁性粉として、絶縁コーティングされた上記の磁性粉を用いることで、低加圧又は非加圧成形下において高密度なコイル封入磁心１７を成形することができ、高透磁率且つ低損失なコイル封入磁心１７を実現することができる。
なお、高密度なコイル封入磁心１７を得ることができるのは、大径粉のみを用いる場合に生じる隙間を中径粉および／または小径粉が埋めるためであると考えられる。また、コイル封入磁心１７の密度をさらに高くするために、中径粉を用いず小径粉のみを用いることが考えられる。中径粉を用いないことで、中径粉を用いる場合よりも透磁率が高いコイル封入磁心１７が得られる場合がある。
これに対し、中径粉と小径粉の両方を用いる場合には、小径粉のＮｉ含有量の変化などの各種条件が変化しても、各種条件の変化に応じた特性の変化が小さいコイル封入磁心１７を得ることができる。したがって、中径粉と小径粉の両方を用いる場合には、小径粉のみを用いる場合よりもコイル封入磁心１７の製造安定性が高くなる。
コイル封入磁心１７における磁性粉の含有率は９０～９９重量％であることが好ましく、９５～９９重量％であることがさらに好ましい。樹脂や改質剤に対する磁性粉の量を少なくすれば飽和磁束密度および透磁率は小さくなり、逆に磁性粉の量を多めにすれば飽和磁束密度および透磁率は大きくなるので、磁性粉の量で飽和磁束密度および透磁率を調整することができる。
コイル封入磁心１７に含まれる樹脂は絶縁結着材として機能する。樹脂の材料としては液状エポキシ樹脂又は粉体エポキシ樹脂を用いることが好ましい。また、樹脂の含有率は１～１０重量％であることが好ましく、１～５重量％であることがさらに好ましい。また、磁性粉と樹脂と改質剤とを混合させるときには、樹脂溶液を用いて磁心組成物を得ることが好ましい。樹脂溶液の溶媒には特に限定はない。
コイル封入磁心１７に含まれる改質剤は磁性粉同士の接触を抑制する。改質剤の材料としては、ポリカプロラクトン構造を有する物質であることが好ましい。ポリカプロラクトン構造を有する物質としては、たとえば、ポリカプロラクトンジオール、ポリカプロラクトンテトラオールなどのウレタンの原料、もしくはポリエステルの一部があげられる。
コイル封入磁心１７における改質剤の含有量は、コイル封入磁心１７の総量に対して０．１～０．８ｗｔ％であることが好ましい。改質剤の含有量を所定以上とすることにより、絶縁性および初透磁率の効果的な向上を期待できる。また、改質剤の含有量を所定以下とすることにより、３点曲げ強度の低下を防止することができる。なお、コイル封入磁心１７において、樹脂が熱で反応し、結着材として機能するのに対して、改質剤は樹脂のような反応を示さない。
また、従来の分散剤では、改質剤のような効果は得ることができない。その理由としては、改質剤は、磁性粉表面をコーティングするよう全面に吸着しているのに対し、分散剤は磁性粉表面に吸着する部位（吸着基）と吸着しない部位があることが、影響していると推測される。
以下、コイル部品２の製造方法について述べる。
まず、絶縁基板１１に、スパイラル状の内部導体通路１２、１３をめっき法により形成する。めっき条件に特に限定はない。また、めっき法以外の方法により形成してもよい。
次に、内部導体通路１２、１３が形成された絶縁基板１１の両面に、保護絶縁層１４を形成する。保護絶縁層１４の形成方法に特に限定はない。例えば、絶縁基板１１を高沸点溶剤にて希釈した樹脂溶解液に浸漬させ乾燥させることで保護絶縁層１４を形成することができる。
次に、図２に示す上部コア１５および下部コア１６の組合せからなるコイル封入磁心１７を形成する。そのために、保護絶縁層１４が形成してある絶縁基板１１の表面に、上述した磁心組成物を塗布する。塗布方法には特に限定はないが、印刷により塗布することが一般的である。
次に、印刷により塗布された磁心組成物の溶剤分を揮発させてコイル封入磁心１７を形成し、図１に示す本体部１０を形成する。
さらに、本体部１０およびコイル封入磁心１７の密度を向上させる。本体部１０およびコイル封入磁心１７の密度を向上させる方法には特に限定はないが、例えばプレス処理による方法が挙げられる。
そして、本体部１０の上面１０ａおよび下面１０ｂを研削し、本体部１０を所定の厚みにそろえる。その後、熱硬化させて樹脂を架橋させる。研削方法には特に限定はないが、例えば、固定砥石による方法が挙げられる。また、熱硬化の温度および時間には特に制限はなく、樹脂の種類等により適宜制御すればよい。
その後に、本体部１０を個片状に切断する。切断方法に特に限定はないが、たとえばダイシングによる方法が挙げられる。
以上の方法で、図１で示される外部端子４が形成される前の本体部１０が得られる。なお、切断前の状態では、本体部１０は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に一体的に連結されている。
また、切断後、個片化された本体部１０にエッチング処理を行う。エッチング処理の条件としては、特に限定されない。
次に、エッチング処理された本体部１０のＸ軸方向の両端に電極材を塗布して内層４ａを形成する。電極材としては、上述した磁心組成物に用いられるエポキシ樹脂と同様のエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂にＡｇ粉などの導体粉を含有させた導体粉含有樹脂が用いられる。
次に、内層４ａとなる電極ペーストが塗布された製品に対してバレルめっきにて端子めっきを施し、外層４ｂを形成する。外層４ｂは２層以上の多層構造であってもよい。外層４ｂの形成方法および材質に特に制限はないが、例えば内層４ａ上にＮｉめっきを施し、さらにＮｉめっき上にＳｎめっきを施すことで形成できる。以上の方法でコイル部品２を製造することができる。
本実施形態では、本体部１０のコイル封入磁心１７が磁性粉と樹脂とを含むため、磁性粉の間に微小なギャップが形成された状態となることによって飽和磁束密度が高められる。このため、上部コア１５と下部コア１６との間にエアギャップを形成することなく磁気飽和を防止することができる。したがって、ギャップを形成するために磁性コアを高い精度で機械加工する必要はない。
さらに本実施形態によるコイル部品２では、基板面に集合体として形成することでコイル１９の位置精度が非常に高く、小型化、薄型化が可能である。磁性粉として軟磁性金属材料を用いることにより、フェライトよりも直流重畳特性が向上し、磁気ギャップの形成を省略することができる。
また、コイル部品２では、磁心組成物およびコイル封入磁心１７に、ポリカプロラクトン構造を有する物質である改質剤が含まれるため、コイル封入磁心１７における磁性粉同士の接触を抑制することができる。これにより、コイル封入磁心１７における絶縁性および初透磁率を向上させることができる。
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変することができる。たとえば、図１～図４に示されたコイル部品以外の形態であっても、コイル１９を封入するコイル封入磁心であって磁性粉、樹脂および改質剤を含有するものであれば、全て本発明のコイル部品である。
第２実施形態
図９は、本発明の第２実施形態に係るコイル部品１０２を示す断面図である。コイル部品１０２は、図２に示すコイル部品２とは一部構造が異なり、複数のコイル導体パターンＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４からなるコイルと、磁性粉および樹脂を含む磁性体層１１１、１１２からなるコイル封入磁心１１７と、コイルに電気的に接続する一対の外部端子１０４、１０４と、を有する。また、コイル部品１０２は、層間絶縁層１４０、１４１、１４２、１４３、１４４と、電極層１６１、１６２とを有する。
図９に示すコイル導体パターンＣ１～Ｃ４は、それぞれスパイラル状に２ターン巻回されたコイルパターンを形成している。各コイル導体パターンＣ１～Ｃ４は、層間絶縁層１４１～１４４を介して積層されている。上下に隣接するコイル導体パターンＣ１～Ｃ４同士は、間に挟む層間絶縁層１４１～１４３を貫通するビア導体を介して接続されている。これにより、コイル導体パターンＣ１～Ｃ４は、互いに接続された１つのコイルを形成している。
コイル導体パターンＣ１～Ｃ４およびビア導体は、たとえばCｕ等の良導体で構成され、層間絶縁層１４１～１４３は、たとえば樹脂等で形成される。
磁性体層１１１、１１２からなるコイル封入磁心１１７は、図２に示す上部コア１５および下部コア１６からなるコイル封入磁心１７と同様の材質であり、閉磁路を形成する。また、磁性体層１１１、１１２からなるコイル封入磁心１１７は、図２に示すコイル封入磁心１７と同様に、改質剤を含む。なお、磁性体層１１１、１１２に含まれる磁性粉、樹脂および改質剤は、第１実施形態に係るコイル封入磁心１７に含まれる磁性粉、樹脂および改質剤と同様とすることができる。
コイル部品１０２の側面に形成される一対の外部端子１０４は、コイル封入磁心１１７に封入されるコイル（コイル導体パターンＣ１～Ｃ４）に対して、電極層１６１、１６２を介して接続している。電極パターン１６１、１６２は、たとえばCｕ等で構成され、外部端子１０４は、たとえばＮｉとＳｎの積層膜から構成されるが、これのみには限定されない。
第２実施形態に係るコイル部品１０２は、たとえば以下のようにして作成される。すなわち、所定の支持基板の上に、層間絶縁層１４０～１４４となる樹脂層と、コイル導体パターンＣ１～Ｃ４および電極層１６１、１６２となる導体層とを、交互に積層して形成したのち、不要部分（たとえば磁性体層１１２の中脚部分１１２ａに相当する部分）の樹脂を除去する。樹脂が除去された空間に、第１実施形態で説明したコイル封入磁心１７の作製時と同様の磁心組成物を埋め込んで磁性体層１１２を形成したのち、支持基板を除去して、さらに同様の磁心組成物を用いて、磁性体層１１１を形成する。
次に、熱硬化させて磁性体層１１１、１１２に含まれる樹脂を架橋させたのち、個片に切断して電極層１６１、１６２を露出させ、電極層１６１、１６２のうえに外部端子１０４を形成し、図９に示すコイル部品１０２を得る。なお、層間絶縁層１４０～１４４は、スピンコート法による塗布や、フォトグラフィー法のよるパターニングにより形成することができる。また、コイル導体パターンＣ１～Ｃ４および電極層１６１、１６２となる導体層は、スパッタリングなどの薄膜法による膜形成と、電解メッキ法による膜成長により、形成することができる。
図９に示すコイル部品１０２も、第１実施形態に係るコイル部品２と同様に、磁心組成物およびコイル封入磁心１１７に、ポリカプロラクトン構造を有する物質である改質剤が含まれるため、コイル封入磁心１１７における磁性粉同士の吸着を抑制することができる。これにより、コイル封入磁心１１７における絶縁性および初透磁率を向上させることができる。また、コイル部品１０２は、コイル部品２との共通部分については、コイル部品２と同様の効果を奏する。
以下、本発明を、実施例に基づき説明する。ただし、本発明は、これらの実施例のみには限定されない。
コイル封入磁心１７に含まれる改質剤の含有量がコイル封入磁心１７の総量に対して０ｗｔ％、０．１ｗｔ％、０．２ｗｔ％、０．３ｗｔ％、０．４ｗｔ％、０．５ｗｔ％、０．６ｗｔ％、０．８ｗｔ％、１．０ｗｔ％、１．２ｗｔ％である１０種類の試料を作成し、各試料について、初透磁率μｉ、絶縁破壊強さ（第電圧）、３点曲げ強度について評価を行った。改質剤としては、ポリカプロラクトン構造を有する物質（商品名BYK-LP C 22435（メーカ：ＢＹＫ））を用いた。
各試料においてコイル封入磁心１７に含まれる改質剤以外の成分については共通であり、以下に示す通りである。
＜磁性粉＞
（１）大径粉：Ｆｅ基アモルファス粉（Ｄ５０：２６μｍ）
（２）中径粉：カルボニル鉄粉（Ｄ５０：４．０μｍ）
（３）小径粉：Ｎｉ－Ｆｅ合金粉（Ｎｉ含有率：７８重量％、Ｄ５０：０．９μｍ、Ｄ９０：１．２μｍ）
コイル封入磁心１７において、磁性粉としては、大径粉を８０％、中径粉を１０％、小径粉を１０％の配合比で用いた。各大径粉、中径粉、小径粉については、ＳｉＯ２を含むガラスからなる絶縁被膜を、被膜の膜厚が２０ｎｍ以上になるように形成した。
＜樹脂＞
エポキシ樹脂
磁性粉に対してエポキシ樹脂と改質剤とを表１に示す配合比とし、さらに溶剤を加えて混合した１０種類の磁心組成物を準備した。準備した磁心組成物を用いて、絶縁破壊強さ、初透磁率、三点曲げ強度をそれぞれ測定するための試料を作製した。
Figure 2022177573000002
＜絶縁破壊強さ＞
絶縁破壊強さの試験では、上述した磁性組成物を用いて、厚み０．６５ｍｍに成形・硬化したコイル封入磁芯の試料を作製して行った。絶縁破壊強さの試験では、作製した試料の厚み方向に、2ｍＡの直流電流が流れたときの電圧を計測し、計測した電圧をもとに、絶縁破壊強さ（Ｖ／ｍｍ）を算出した。図６は、改質剤の含有量が異なる１０種類の試料について、絶縁破壊強さを測定した結果を表すグラフである。
図６に示すように、改質剤を含む試料は、改質剤を含まない（添加量０ｗｔ％）の試料に対して、絶縁破壊強さの向上が見られる。ただし、１０種類の試料の中では、改質剤の添加量が０．４ｗｔ％であるものが最も絶縁破壊強さが良好であり、改質剤の添加量が０．１～０．８ｗｔ％の試料で特性向上が顕著であり、０．２～０．６ｗｔ％の試料で特に顕著な特性向上がみられた。
＜初透磁率＞
初透磁率の試験では、準備した磁心組成物を、図２に示す保護絶縁層１４および内部導体通路１２、１３が形成された絶縁基板１１に対して塗布して成形、硬化させて本体部１０を作製し、本体部１０の両端に幅１．３ｍｍの外部端子４を設け、図１～図４に示すコイル部品２と同様（ただし、改質剤の含有量はそれぞれ異なる）の試料を準備した。図７は、改質剤の含有量が異なる１０種類の試料について、初透磁率μｉを測定した結果を示すグラフである。
図７に示すように、改質剤を含む試料は、改質剤を含まない（添加量０ｗｔ％）の試料に対して、初透磁率μｉの向上が見られる。ただし、１０種類の試料の中では、改質剤の添加量が０．６ｗｔ％であるものが最も初透磁率μｉが良好であり、改質剤の添加量が０．２～０．８ｗｔ％の試料で特性向上が顕著であり、０．３～０．６ｗｔ％の試料で特に顕著な特性向上がみられた。
＜三点曲げ強度＞
三点曲げ強度の試験では、準備した磁心組成物を用いて、幅５ｍｍ、長さ３０ｍｍ、厚さ0.7ｍｍに成形したコイル封入磁芯の試料を作製した。三点曲げ強度の試験では、オートグラフ（島津製作所製AGS-X）を使用して、改質剤の含有量が異なる各試料の室温での三点曲げ強度を測定した。測定条件は、ロードセル容量5ｋＮ、支点間距離１０ｍｍ、試験速度１ｍｍ／分とした。オートグラフで測定した破断時の荷重Ｗ（Ｎ）から、次の式１で三点曲げ強度σを算出した。
σ＝（３×Ｌ×Ｗ）／（２×ｂ×ｈ^２） （式１）
なお、式１において、Ｌは支点間距離、ｂは試料の幅、ｈは試料の厚さである。図８は、改質剤の含有量が異なる１０種類の試料について、三点曲げ強度を測定した結果を示すグラフである。
図８に示すように、改質剤を含む試料は、改質剤の含まない（添加量０ｗｔ％）の試料に対して、三点曲げ強度が若干低下する傾向が見られる。ただし、改質剤の添加量が０．８ｗｔ％以下である試料については、６０ＭＰａ以上の値を示し、十分な三点曲げ強度を有することが確認された。
２、１０２… コイル部品
４… 外部端子
４ａ… 内層
４ｂ… 外層
１０… 本体部
１０ａ… 上面
１０ｂ… 下面
１７… コイル封入磁心
１１… 絶縁基板
１２，１３… 内部導体通路
１２ａ，１３ａ… 接続端
１２ｂ，１３ｂ… リード用コンタクト
１４… 保護絶縁層
１５… 上部コア
１５ａ… 中脚部
１５ｂ… 側脚部
１６… 下部コア
１８… スルーホール導体
２０… 磁性粉
２２… 絶縁コーティング粒子
２２… 絶縁コーティング
１１ｉ… スルーホール
Ｃ１～Ｃ４… コイル導体パターン
１１１、１１２… 磁性体層
１１７… コイル封入磁心
１０４、１０５… 外部端子
１４０～１４４… 層間絶縁層
１６１、１６２ … 電極層

Claims (7)

  1. 磁性粉および樹脂を含み、前記導体からなるコイルを封入するコイル封入磁心であって、
    改質剤を含むコイル封入磁心。
  2. 前記改質剤は、ポリカプロラクトン構造を有する物質であることを特徴とする請求項１に記載のコイル封入磁心。
  3. 前記改質剤の含有量は、前記コイル封入磁心の総量に対して０．１～０．８ｗｔ％であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のコイル封入磁心。
  4. 前記磁性粉は、軟磁性金属を含む請求項１から請求項３までのいずれかに記載のコイル封入磁心。
  5. 前記磁性粉は、軟磁性金属からなる軟磁性磁性粉がSｉО２を含む絶縁コーティングで被覆された絶縁コーティング粒子の一部である請求項４に記載のコイル封入磁心。
  6. 前記磁性粉は、互いに粒径の異なる少なくとも２種類の磁性粉である小径粉および大径粉を有する請求項１から請求項５までのいずれかに記載のコイル封入磁心。
  7. 導体からなるコイルと、
    磁性粉および樹脂を含み、前記コイルを封入するコイル封入磁心と、
    前記コイルに電気的に接続する一対の外部端子と、を有し、
    前記コイル封入磁心が改質剤を含むコイル部品。
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