JP2022190527A - 積層型コイル部品 - Google Patents
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Abstract
Description
ガラスは、フェライトに比べ抗折強度が低いため、フェライト100%の磁性体部の場合よりもこのような問題が顕著になる。
しかしながら、本発明は、以下の構成及び態様に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において適宜変更して適用することができる。なお、以下において記載する本発明の個々の好ましい構成及び態様を2つ以上組み合わせたものもまた本発明である。
図1に示す積層型コイル部品1は、積層体10と第1外部電極21と第2外部電極22とを備えている。積層体10は、例えば、6面を有する略直方体形状である。積層体10の構成については後述するが、複数の絶縁層が積層方向に積層されてなり、内部にコイルが設けられている。第1外部電極21及び第2外部電極22は、それぞれ、コイルに電気的に接続されている。
長さ方向(x方向)は積層方向と平行な方向である。
図1に示す積層型コイル部品1では、第1外部電極21は、積層体10の第1端面11の一部を覆い、かつ、第1端面11から延伸して第1主面13の一部を覆って配置されている。
第1外部電極21は、第1端面11のうち、第1主面13と交わる稜線部を含む領域を覆っている。
第1外部電極21と同様、第2外部電極22は、第2端面12のうち、第1主面13と交わる稜線部を含む領域を覆っている。
また、第2外部電極が、積層体の第2端面の全部を覆い、かつ、第2端面から延伸して第1主面の一部、第2主面の一部、第1側面の一部、及び、第2側面の一部を覆っていてもよい。
この場合、積層体の第1主面、第2主面、第1側面及び第2側面のいずれかが実装面となる。
積層型コイル部品を構成する絶縁層がスピネル構造のフェライト相を含む場合に、ZnFe(BO3)O型の結晶相がさらに含まれることによって、絶縁層の高温での線膨張係数が大きくなり、外部電極の焼き付け時のクラックの発生を抑制できる。
特に、絶縁層の700℃における線膨張係数が10×10-6/K以上であると、外部電極の焼き付け時のクラックの発生を防止することができる。
特に、700℃での絶縁層と銀の線膨張係数の差が8.9×10-6/K以下であると、外部電極の焼き付け時のクラックの発生を防止することができる。
なお、絶縁層と銀の線膨張係数の差とは、銀の線膨張係数から絶縁層の線膨張係数を減算した値を意味する。
積層型コイル部品を構成する絶縁層に、フォルステライトの結晶相がさらに含まれることによって、外部電極の焼き付け時のクラックの発生を防止することができる。
非磁性相を構成する非磁性材料としては、ZnFe(BO3)Oの他に、誘電体ガラス材料、フォルステライト(2MgO・SiO2)、ウィルマイト[aZnO・SiO2(aは、1.8以上、2.2以下)]等が挙げられる。
非磁性相に、誘電体ガラス材料が含まれることによって、絶縁層の誘電率を低下させることができる。絶縁層の誘電率が低下することによって、積層型コイル部品のLC共振に起因する損失が小さくなる。具体的には、LC共振に起因する透過係数S21の落ち込みが高周波方向へシフトし、例えば周波数60GHzまでの領域での透過係数S21を良好なものとすることができる。そのため、本発明の積層型コイル部品の高周波特性を優れたものとすることができる。
ホウケイ酸ガラスは、SiをSiO2に換算して70重量%以上、85重量%以下、BをB2O3に換算して10重量%以上、25重量%以下、アルカリ金属AをA2Oに換算して0.5重量%以上、5重量%以下、AlをAl2O3に換算して0重量%以上、5重量%以下の割合で含むことが好ましい。アルカリ金属AとしてはK、Na等が挙げられる。
すなわち、非磁性相は、上述のフォルステライトの結晶相、石英の結晶相等をさらに含んでいてもよい。
なお、積層方向に沿う断面は、後述する図2に示すような断面である。
フェライト材料の比誘電率は、例えば14.0以上、15.5以下であってもよい。
非磁性材料の比誘電率は、磁性材料の比誘電率より低いことが好ましく、例えば7.0以下であることが好ましく、5.0以下であることがより好ましい。非磁性材料の比誘電率の下限は特に限定されないが、例えば3.5以上であってもよい。
また、フェライト材料を所定の形状に成形した誘電率測定用試料を作製し、これに電極を形成した後所定の条件で比誘電率を測定してもよい。同様に、非磁性材料を所定の形状に成形した誘電率測定用試料を作製して非磁性材料の比誘電率を測定してもよい。
次に、露出した断面の中央付近において50μm角の領域を3箇所抽出した後、走査型透過電子顕微鏡-エネルギー分散型X線分析で元素マッピングを行うことにより、上述したようにフェライト相と非磁性相とを区別する。そして、上述した3箇所の各領域について、得られた元素マッピング画像から、フェライト相及び非磁性相の合計面積に対する非磁性相の面積割合を、画像解析ソフトにより測定する。その後、これらの面積割合の測定値から平均値を算出し、この平均値を、フェライト相及び非磁性相の合計体積に対する非磁性相の体積割合とする。
コイルは、絶縁層とともに積層方向に積層された複数のコイル導体が電気的に接続されることにより形成される。
図2は、絶縁層、コイル導体及び連結導体、並びに、積層体の積層方向を模式的に示すものであり、実際の形状及び接続等を厳密には表していない。例えば、コイル導体はビア導体を介して接続されている。
例えば、積層体10には、コイル導体32が配置された領域と、第1連結導体41又は第2連結導体42が配置された領域とが存在する。積層体10の積層方向、及び、コイル30の軸方向(図2中、コイル軸Aを示す)は、第1主面13に対して平行である。
例えば、コイルの1ターンを構成するためのコイル導体の積層数が2、すなわち、繰り返し形状が1/2ターン形状であってもよい。
また、連結導体を構成するビア導体にランド部が接続されている場合には、ランド部を除いた形状(すなわちビア導体の形状)を連結導体の形状とする。
また、コイル導体の繰り返し形状は3/4ターン形状ではなく、1/2ターン形状であってもよい。
また、コイル長が0.49mm以上、0.55mm以下であることが好ましい。
コイル導体の厚みは、3.5μm以上、6.0μm以下であることが好ましい。コイル導体の厚みは図2に両矢印Tで示す寸法である。
コイル導体間の距離は、3.0μm以上、5.0μm以下であることが好ましい。コイル導体間の距離は図2に両矢印Dで示す寸法である。
積層体の第1主面を覆う部分の第1外部電極の長さ、第2外部電極の長さは、図2に両矢印E1で示す寸法である。
Fe2O3、ZnO、CuO、及び、NiOを所定の比率になるように秤量する。各酸化物には、不可避不純物が含まれていてもよい。次に、これらの秤量物を湿式で混合した後、粉砕することにより、スラリーを作製する。この際、Mn3O4、Bi2O3、Co3O4、SiO2、SnO2等の添加剤を添加してもよい。そして、得られたスラリーを乾燥させた後、仮焼成する。仮焼成温度については、例えば、700℃以上、800℃以下とする。仮焼成時間については、例えば、2時間以上、5時間以下とする。このようにして、粉末状のフェライト材料(磁性材料)を作製する。
非磁性材料の粉末を秤量する。誘電体ガラス材料であるホウケイ酸ガラスとしてカリウム等のアルカリ金属、ホウ素、ケイ素、アルミニウムを所定の割合で含有するガラス粉末を準備する。また、フィラーとして、フォルステライト粉末を準備する。誘電体ガラス材料及びフィラーとして、石英粉末をさらに準備してもよい。
フェライト材料(磁性材料)及び非磁性材料を所定の比率になるように秤量する。次に、これらの秤量物と、ポリビニルブチラール系樹脂等の有機バインダと、エタノール、トルエン等の有機溶剤と、可塑剤と、等を混合した後、粉砕することにより、スラリーを作製する。そして、得られたスラリーをドクターブレード法等で、所定の厚みのシート状に成形した後、所定の形状、例えば矩形状に打ち抜くことにより、グリーンシートを作製する。
グリーンシートの厚さは20μm以上、30μm以下であることが好ましい。
まず、グリーンシートの所定の箇所にレーザー照射を行うことにより、ビアホールを形成する。
コイルシート及びビアシートを、図3及び図4に相当する順序で積層方向に積層した後、熱圧着することにより、積層体ブロックを作製する。
まず、積層体ブロックをダイサー等で所定の大きさに切断することにより、個片化されたチップを作製する。
まず、銀及びガラスフリットを含む導電性ペーストを、積層体の第1端面及び第2端面に塗工する。次に、得られた各塗膜を焼き付けることにより、積層体の表面上に下地電極層を形成する。より具体的には、積層体の第1端面から、第1主面、第1側面、及び、第2側面の各面の一部にわたって延在する下地電極層を形成する。また、積層体の第2端面から、第1主面、第1側面、及び、第2側面の各面の一部にわたって延在する下地電極層を形成する。各塗膜の焼き付け温度については、例えば、800℃以上、820℃以下とする。
以上により、積層型コイル部品が製造される。
実施例1~12、及び、比較例1~3の積層型コイル部品用の積層体を、以下の方法で製造した。
Fe2O3が48.0mol%、ZnOが30.0mol%、NiOが14.0mol%、CuOが8.0mol%の比率になるように、主成分を秤量した。次に、これらの秤量物と、純水と、分散剤とを、PSZメディアとともにボールミルに入れて混合した後、粉砕することにより、スラリーを作製した。そして、得られたスラリーを乾燥させた後、800℃で2時間仮焼成した。このようにして、粉末状のフェライト材料(磁性材料)を作製した。
Si、B、K、Alを所定の割合で含むホウケイ酸ガラス粉末と、フィラーとしての石英粉末とを準備した。ホウケイ酸ガラス粉末と石英粉末とを、重量比でホウケイ酸ガラス:石英=75:25の割合となるように秤量した。次に、これらの秤量物と、純水と、分散剤とを、PSZメディアとともにボールミルに入れて混合した後、粉砕することにより、スラリーを作製した。そして、得られたスラリーを乾燥させることで、粉末状の誘電体ガラス材料を作製した。
フィラーとしてのフォルステライト粉末を準備した。
フェライト材料、誘電体ガラス材料及びフォルステライトの体積割合が、後に示す表1の通りになるように、フェライト材料、誘電体ガラス材料及びフォルステライトを秤量した。次に、これらの秤量物と、有機バインダとしてのポリビニルブチラール系樹脂と、有機溶剤としてのエタノール及びトルエンとを、PSZメディアとともにボールミルに入れて混合した後、粉砕することにより、スラリーを作製した。そして、得られたスラリーをドクターブレード法で、所定の厚みのシート状に成形した後、所定の形状に打ち抜くことにより、グリーンシートを作製した。
銀粉末と有機ビヒクルを含む内部導体用の導電性ペーストを準備した。
グリーンシートの所定箇所にビアホールを形成し、導電性ペーストを充填してビア導体を形成した後、コイル導体パターンを印刷し、コイルシートを得た。
別途、グリーンシートの所定箇所にレーザーを照射することにより、ビアホールを形成した。ビアホールに導電性ペーストを充填してビア導体を形成してビアシートを得た。
コイルシート及びビアシートを、図3及び図4に相当する順序で積層方向に積層した後、熱圧着することにより、積層体ブロックを作製した。
積層体ブロックをダイサーで切断して個片化することにより、個片化されたチップを作製した。続いて、個片化されたチップを920℃、4時間焼成炉で焼成して積層体とした。
銀粉末とガラスフリットを含有する外部電極用の導電性ペーストを塗膜形成槽に流し込み、所定厚みの塗膜が形成されるようにした。この塗膜に、積層体の外部電極を形成する箇所を浸漬した。
浸漬後、800℃程度の温度で焼き付けることで、外部電極の下地電極層を形成した。下地電極層の厚みは略5μmとした。
続いて、電解めっきで、下地電極層の上にニッケル被膜及びスズ被膜を順次形成して、外部電極を形成した。
作製した積層型コイル部品のサイズは、長さ方向における寸法が0.6mm、高さ方向における寸法が0.3mm、幅方向における寸法が0.3mmであった。
なお、実施例1~12はフェライト材料、誘電体ガラス材料及びフォルステライトの混合割合を変更した組成であり、比較例1~3はフォルステライトを使用していない組成である。
作製した角柱の試料を粉砕して粉末として、X線回折評価を行い、2θが10~100°の間のX線回折パターンを求めた。なお、X線源はCu-Kα1線を用いた。
得られたX線回折パターンを解析し、スピネル型フェライト、石英結晶、MgFe2(BO3)O2で表される結晶(以下、結晶A)、ZnFe(BO3)Oで表される結晶(以下、結晶B)、及びフォルステライトによる回折ピークが現れているかを解析した。結果を下記表1に示した。
なお、表1では各結晶相による回折ピークが現れた場合を〇、現れなかった場合を×とした。代表として、実施例6のX線回折パターンを図5に示した。
図5は、実施例6で作製した試料のX線回析パターンを示す。
作製した角柱の試料を用い、熱機械分析法(TMA)にて700℃での線膨張係数を測定した。結果を下記表1及び図6に示した。
図6は、実施例1~12、及び、比較例1~3で作製した試料の700℃での線膨張係数を示すグラフである。
作製した積層型コイル部品をデジタルマイクロスコープ(キーエンス社製のVHX-6000)を用いて観察し、クラックの発生の有無を評価した。
各部品100個の評価を行い、100個中、クラックの発生が0個であった部品を〇、クラックの発生が1個から10個未満であった部品を△、クラックの発生が10個以上であった部品を×として、結果を下記表1に示した。
また、フォルステライトが4.4~9.1体積%の領域では結晶Aも生成しており、フォルステライトが14.3~20体積%の領域ではフォルステライトも存在していることが分かった。
特に、絶縁層の700℃での線膨張係数が10×10-6/K以上である実施例2~4、6~8、10~12では、クラックの発生は見られなかった。
これは、絶縁層の700℃での線膨張係数と銀の700℃での線膨張係数(18.9×10-6/K)との差が小さくなり、下地電極の焼き付け時の降温時にこれらの線膨張係数の差により発生する応力が小さくなったためと考えられる。
10 積層体
11 第1端面
12 第2端面
13 第1主面
14 第2主面
15 第1側面
16 第2側面
21 第1外部電極
22 第2外部電極
30 コイル
31、31a、31b、31c、31d、35a、35a1、35a2、35a3、35a4、35b、35b1、35b2、35b3、35b4 絶縁層
32、32a、32b、32c、32d コイル導体
33a、33b、33c、33d、33p、33q ビア導体
36a、36b、36c、36d ライン部
37a、37b、37c、37d ランド部
41 第1連結導体
42 第2連結導体
Claims (6)
- 複数の絶縁層が積層方向に積層されてなり内部にコイルが設けられた積層体と、前記積層体の表面に設けられて前記コイルに電気的に接続された外部電極とを有し、
前記絶縁層は、スピネル構造のフェライト相と、ZnFe(BO3)O型の結晶相とを含むことを特徴とする積層型コイル部品。 - 前記絶縁層の700℃における線膨張係数は、9×10-6/K以上である請求項1に記載の積層型コイル部品。
- 前記絶縁層の700℃における線膨張係数は、10×10-6/K以上である請求項2に記載の積層型コイル部品。
- 前記絶縁層は、フォルステライトの結晶相をさらに含む請求項1~3のいずれかに記載の積層型コイル部品。
- 前記絶縁層は、石英の結晶相をさらに含む請求項1~4のいずれかに記載の積層型コイル部品。
- 前記フェライト相は、少なくともFe、Ni、Zn及びCuを含むスピネル構造の磁性相であり、
前記絶縁層は、少なくとも前記ZnFe(BO3)O型の結晶相とSiとを含む非磁性相を含む請求項1~5のいずれかに記載の積層型コイル部品。
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