JP2023150488A - コイル部品、回路基板、電子機器およびコイル部品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コイルの変形を防止しながらコイルの特性向上を図る。【解決手段】一態様に係るコイル部品は、複数層に積層された各層の導体パターンの重なりが積層方向から見て丁度１周して周回路を構成するように、当該複数層の導体パターンが螺旋状に繋がるように接続されており、当該複数層の導体パターンには他の層の当該導体パターンよりも短い短パターンを含む螺旋導体と、上記螺旋導体の両端に対してそれぞれ接続され、積層方向から見て上記周回路よりそれぞれ引き出された１対の引き出し線と、磁性材料が複数層に積層されて成り、上記螺旋導体を内包する磁性基体と、上記磁性基体の外面に設けられ、上記一対の引き出し線がそれぞれ接続された一対の外部電極と、上記短パターンの層に設けられ、当該短パターンの一端から、当該短パターンの層に隣り合う層の導体パターンに沿って並列に延び、延びた端部が当該隣り合う層の当該導体パターンに繋がるように接続された並列パターンと、を備える。【選択図】 図４

Description

本発明は、コイル部品、回路基板、電子機器およびコイル部品の製造方法に関する。

従来、磁性材料から成る磁性基体と、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を螺旋状に周回す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。

インダクタの一例として積層インダクタが知られている。積層インダクタは、例えば孔加工された磁性シート上にスクリーン印刷で導体パターンが形成され、そのシートが順次積層されて導体パターンが直列接続されることでコイルが形成されて成る。積層インダクタでは、インダクタとして所定の特性が得られるように効率的にコイル導体が形成される必要がある。また、積層インダクタでは、成形時の圧力で変形しないように導体パターンが配置される必要がある。
例えば、特許文献１には、コイル導体及びビアホール導体が接続されることにより二重螺旋状をなすようにコイルを構成することでコイルの直流抵抗を低減する技術が提案されている。

特開２０１１－１８７５３５号公報

積層インダクタにおいては、必要なインダクタンスと直流抵抗値を得るためのコイル導体の巻き数と、外部電極にコイル導体を接続する引き出し線の位置とが決まっている。また、積層方向から見て１層内では１周未満の巻き量を有した導体パターン（例えば１／２巻、３／４巻、５／６巻など）が用いられ、積層インダクタは、１層内における巻き量の多い方が特性は高い。
積層方向から見て１層内のコイルの巻き量が１周を超える場合、即ち、平面スパイラルコイルの形状となるように１周を超えて導体が周回して巻かれている場合、１層内で重なって周回している導体同士間の短絡の問題を解決する必要があり、またコイル導体に囲まれたコア部分の積層方向から見た面積が減少してしまうことから、必要なインダクタンス値が得られにくい。このため通常は、１層内のコイルの巻き量は１周未満に設定される。

積層インダクタにおいて、１層内における積層方向から見た巻き量の製造限界である最大巻き量の導体パターンが用いられると、積層されたシートのいずれかで導体パターンの巻き量が最大巻き量未満となることがある。最大巻き量未満の導体パターンが生じた場合、導体パターンがある部分と導体パターンがない磁性体部分とが均等に存在しないことになり、成形時における導体と磁性体の収縮差違によってコイルの変形が生じ、特性と品質が悪化する。

このため従来は、１層内における導体パターンの積層方向から見た巻き量として、最大巻き量よりも少ない巻き量が用いられていた。
この時、当該少ない巻き量として所望の巻き数に応じて、端数が出ない様に当該少ない巻き量を都度設定し、各層で巻き量が均等になるように調整される場合と、１種類の巻き量を定め、所望の巻き数に対して端数が出たときに引き出し側の導体パターンで調整する場合との２通りある。

しかしながらどちらの場合も、コイル周回部分内に含まれる、インダクタンスに寄与しにくいパターン隙間の長さが最大巻き量の場合よりも長くなるため、インダクタンスの低下を生じる。最大巻き量が用いられた時に比べて、少ない巻き量が用いられた時の方が、積層数が多い設計となる場合があり、コイル部品の高さは限られているために、積層１層あたりの厚み減少の必要が生じ、絶縁性能が劣化してしまう。
また、前者の場合、複数のインダクタンス値の異なるコイル部品毎に、各層の巻き量が異なる設計の導体パターンが必要となり、製造工程が複雑になってしまう。

また、後者の場合、端数部の導体パターンの存在により導体と磁性体が均等に存在しないことになり、成形時における導体と磁性体の収縮差違によって、上下層の導体パターンの接触によるショート不良や、コイルの変形によるインダクタンスの低下、積層成形体からインダクタを切り出す際の歩留まり悪化が生じ、特性と品質が悪化する。
後者を改善するために、従来は、引き出し部パターンが対称になるように電流の流れない位置まで不要な導体（非通電導体部）が延長されて設けられることで導体パターンの対称性が確保される設計も行われている。この場合は特性に寄与しない導体が増えることにより、磁性材料からなる基体の特性が効率的に使用されないという問題があった。
そこで、本発明は、コイルの変形を防止しながらコイルの特性向上を図ることを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様に係るコイル部品は、複数層に積層された各層の導体パターンの重なりが積層方向から見て丁度１周して周回路を構成するように、当該複数層の導体パターンが螺旋状に繋がるように接続されており、当該複数層の導体パターンには他の層の当該導体パターンよりも短い短パターンを含む螺旋導体と、上記螺旋導体の両端に対してそれぞれ接続され、積層方向から見て上記周回路よりそれぞれ引き出された１対の引き出し線と、磁性材料が複数層に積層されて成り、上記螺旋導体を内包する磁性基体と、上記磁性基体の外面に設けられ、上記一対の引き出し線がそれぞれ接続された一対の外部電極と、上記短パターンの層に設けられ、当該短パターンの一端から、当該短パターンの層に隣り合う層の導体パターンに沿って並列に延び、延びた端部が当該隣り合う層の当該導体パターンに繋がるように接続された並列パターンと、を備える。

本発明の一態様に係るコイル部品によれば、上記短パターンは、上記複数層のうち中途の層に位置する。
また、本発明の一態様に係るコイル部品によれば、上記螺旋導体と上記並列パターンとを合わせた導体構造は、上記１対の引き出し線が入れ替わる方向での当該コイル部品の反転に対して対称な構造である。
また、本発明の一態様に係るコイル部品によれば、上記螺旋導体を構成する導体パターンのうち上記短パターンを除いた他の導体パターンは、層内で１周の９０％以上に達する長さに延びている。

また、本発明の一態様に係るコイル部品によれば、積層方向から見て、上記周回路に投影される各層の上記導体パターンの接続部の位置間の上記周回路に沿った間隔を単位として、上記周回路の１周の長さを分母に、上記導体パターンの長さを分子とした分数で表される量を巻き量とするとき、上記螺旋導体を構成する上記導体パターンのうち上記短パターンを除いた他の導体パターンの巻き量と、上記短パターンおよび上記並列パターンを合わせたパターンの巻き量は等しい。
また、本発明の一態様に係るコイル部品によれば、上記螺旋導体を構成する上記導体パターンは、直径Ｒのビアによって互いに接続され、上記周回路の長さＬを、上記導体パターンの幅ＰＨと上記ビアの直径Ｒとの和で割った商以下の最大整数値ｎを用いると、上記短パターンを除いた他の上記導体パターンは、上記周回路の（ｎ-１）／ｎの部分で構成されている。

また、本発明の一態様に係るコイル部品によれば、上記螺旋導体を構成する導体パターンは、積層方向の厚みが積層方向の相互間隔よりも大きい。
また、本発明の一態様に係るコイル部品によれば、上記導体パターンが延びた両端間の隙間は、少なくとも互いに隣り合う層同士では、積層方向に見て重なりを有さない。

また、本発明の一態様に係る回路基板は、上記いずれかのコイル部品と、上記コイル部品が実装された基板と、を備える。
また、本発明の一態様に係る電子機器は、上記回路基板を備える。
また、本発明の一態様に係るコイル部品の製造方法は、上記コイル部品を製造する製造方法であって、上記螺旋導体を構成する導体パターンおよび上記並列パターンを含んだ複数層と、上記磁性基体を構成する磁性材料の複数層とを積層する工程と、積層された複数層を圧着して積層体を形成する工程と、を有する。

本発明によれば、コイルの変形を防止しながらコイルの特性向上を図ることができる。

本発明の一実施形態に係るコイル部品を示す斜視図である。 図１に示すコイル部品の断面図である。 導体の螺旋構造を示す概念図である。 コイル部品が有する導体の詳細構造を示す図である。 最大巻き量に相応したビア位置を示す図である。 ビアのランド形状を示す図である。 コイル部品の第１比較例が有する導体の構造を示す図である。 コイル部品の第２比較例が有する導体の構造を示す図である。 圧力の偏りが生じる状況を示す模式的な斜視図である。 圧力の偏りが生じる状況を示す模式的な断面図である。 圧力が分散された状況を示す模式的な斜視図である。 圧力が分散された状況を示す模式的な断面図である。 第２比較例に対する変形例における導体の構造を示す図である。 本発明の第２実施形態と比較される比較例を示す図である。 本発明の第２実施形態を示す図である。 本発明の第３実施形態を示す図である。

以下、添付の図面を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、以下の実施形態は本発明を限定するものではなく、実施形態で説明されている特徴の組み合わせの全てが本発明の構成に必須のものとは限らない。実施形態の構成は、本発明が適用される装置の仕様や各種条件（使用条件、使用環境等）によって適宜修正または変更され得る。

本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲によって画定され、以下の個別の実施形態によって限定されない。以下の説明に用いる図面は、各構成を分かり易くするため、実際の構造と縮尺および形状などを異ならせることがある。先に説明した図面に示された構成要素については、後の図面の説明で適宜に参照する場合がある。

＜コイル部品の基本構造＞
図１は、本発明の一実施形態に係るコイル部品を示す斜視図である。図２は、図１に示すコイル部品の断面図である。図２（Ａ）には、図１に示すＡ－Ａ線に沿った断面が示され、図２（Ｂ）には図１に示すＢ－Ｂ線に沿った断面が示されている。
コイル部品１は、基板２ａに実装されている。基板２ａには、例えば２つのランド部３が設けられている。コイル部品１は、基体１１と外部電極１２とを有し、各外部電極１２とランド部３とがはんだで接合されることでコイル部品１は基板２ａに実装される。本発明の一実施形態による回路基板２は、コイル部品１と、このコイル部品１が実装された基板２ａと、を備える。回路基板２は、様々な電子機器に備えられる。回路基板２を備えた電子機器としては、自動車の電装品、サーバ、ボードコンピュータおよびこれら以外の様々な電子機器が想定される。

コイル部品１は、インダクタ、トランス、フィルタ、リアクトルこれら以外の様々なコイル部品であってもよい。コイル部品１は、カップルドインダクタ、チョークコイルおよびこれら以外の様々な磁気結合型コイル部品であってもよい。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。

本明細書においては、文脈上別に解される場合を除き、方向の説明は、図１の「Ｌ軸」方向、「Ｗ軸」方向および「Ｈ軸」方向を基準に用い、それぞれ、「長さ」方向、「幅」方向および「高さ」方向と称する。「高さ」方向については「厚さ」方向と呼ぶ場合もある。

コイル部品１は、直方体形状の外形を有する。即ちコイル部品１は、長さ方向の両端に第１の端面１ａおよび第２の端面１ｂを有し、高さ方向の両端に第１の主面１ｃ（上面１ｃ）および第２の主面１ｄ（底面１ｄ）を有し、幅方向の両端に前面１ｅおよび後面１ｆを有する。

コイル部品１の第１の端面１ａ、第２の端面１ｂ、第１の主面１ｃ、第２の主面１ｄ、前面１ｅおよび後面１ｆはいずれも、平坦な平面であってもよいし湾曲した湾曲面であってもよい。また、コイル部品１の８つの角部および１２の稜線部は、丸みを有していてもよい。

本明細書においては、コイル部品１の第１の端面１ａ、第２の端面１ｂ、第１の主面１ｃ、第２の主面１ｄ、前面１ｅおよび後面１ｆの一部が湾曲している場合や、コイル部品１の角部や稜線部が丸みを有している場合にも、かかる形状を「直方体形状」と称することがある。つまり、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」を意味するものではない。

本発明の一実施形態におけるコイル部品１は、基体１１の内部に導体１４を有し、積層により基体１１と導体１４が一体で形成される。導体１４は、両端が各外部電極１２に接続される。なお、図２（Ｂ）には、積層による形成の概念を示すために層構造が示されているが、実際のコイル部品１では、各層が圧着されて一体化されるため明瞭な境界は存在しない場合もある。

基体１１は、１以上の金属磁性粒子およびバインダー樹脂を含む複合磁性材料から作成される。基体１１は、１以上の金属磁性粒子を含み、各金属磁性粒子の表面の酸化膜によって、各々の金属磁性粒子どうしが接合して作成されていてもよい。金属磁性粒子としては、ＦｅまたはＮｉを主成分とする、ＦｅＳｉＣｒ、ＦｅＳｉＡｌ、ＦｅＳｉＣｒＢ、Ｆｅ―Ｎｉ、Ｆｅなどが用いられ得る。あるいは、金属磁性粒子としてこれらの組み合わせが用いられてもよいし、金属磁性粒子は、例えば、Ｓｉ、Ｂｉなどを含んでもよい。

金属磁性粒子の形状は特に限定されないが、球形または球形に近く、粒子の大きさとしては平均粒子径で１～２０μｍであるものが好ましい。金属磁性粒子は、絶縁処理が施されたものでもよい。
バインダー樹脂は、複数の金属磁性粒子同士を結着させる。バインダー樹脂は、例えば、絶縁性に優れた熱硬化性樹脂である。基体１１の材料は、本明細書で明示されるものに限られず、基体の材料として公知の任意の材料が用いられ得る。

導体１４は、導電性に優れた金属材料から成る。導体１４用の金属材料としては、例えば、Ｃｕ（銅）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｎｉ（ニッケル）、もしくはＡｇ（銀）のうちの１以上の金属、又はこれらの金属のいずれかを含む合金が用いられ得る。導体１４は金属材料の一部として酸化物を含んでもよい。

外部電極１２は、導体１４と同様に、導電性に優れた金属材料から成る。外部電極１２用の金属材料としては、導体１４用の金属材料と同じ金属材料が用いられ得る。外部電極１２は、表面にＮｉ、Ｓｎの層がめっきなどにより重ねて設けられていてもよい。

コイル部品１の積層による形成では、上述した複合磁性材料からなる磁性シート１１１が複数用意され、磁性シート１１１の表面に、導体１４を形成するための平面状の導体パターン１４１が例えば印刷などで作成される。導体パターン１４１の形成には、めっきや、蒸着、ペーストの転写など印刷以外の手法が用いられてもよい。
導体パターン１４１の層厚は、導体パターン１４１同士の間隔（即ち磁性シート１１１の層厚）よりも厚い方が好ましい。導体パターン１４１の層厚が層間隔よりも厚いことにより、成形時における導体と磁性体の収縮差違の影響が抑制されるからである。

また、各導体パターン１４１を接続するビア１４２の形成のため、磁性シート１１１には穴が開けられ、その穴に導体材料が充填される。ビア１４２は、例えば印刷、充填によって作られる。ビア１４２の印刷は導体パターン１４１の印刷と同時に行われてもよく個別に行われてもよい。ビア１４２の形成にも、めっきや、蒸着、ペーストの転写など印刷以外の手法が用いられてもよい。

その後、導体パターン１４１やビア１４２が施された磁性シート１１１と、基体１１の最上層部分や最下層部分となる磁性シート１１１とが重ねられ、圧着されて積層体が得られる。そして、得られた積層体が個片化され、熱処理が行われて、導体１４を内蔵した基体１１が得られる。積層体の熱処理では、６００～８５０℃の熱処理で樹脂を熱分解で除去するとともに金属磁性粒子を酸化させてもよい。

その後、導体１４の両端に外部電極１２がつながるように形成される。外部電極１２はどのような形成方法であってもよいが、例えば、印刷やペーストのディップ、ペーストの転写、スパッタや蒸着などの方法が用いられ得る。外部電極１２の形状はどのような形状であっても良い。

＜導体の詳細構造＞
導体１４は、各層の導体パターン１４１が螺旋状に繋がるように接続された螺旋構造を有し、螺旋導体を構成する導体パターンのうち、他の層の導体パターンよりも短い短パターンと、当該短パターンの一端から、当該短パターンの層に隣り合う層の導体パターンに沿って並列に延び、延びた端部が当該隣り合う層の当該導体パターンに繋がるように接続された並列パターンとを有する。

図３は、積層方向から見た導体１４の螺旋構造を示す概念図である。ここで、積層方向から各導体パターンの形状を重ねて見た形状を、以下では周回路と称する。また、周回路を構成する各導体パターンの一端から他端にかけて、導体パターンの幅の１／２の部分を通る線分の長さを導体パターンの長さと呼び、周回路を構成する各層の導体パターンの長さを表す線分が互いに重なった線（即ち周回路を１周した線）の長さを、以下では周回路の長さと呼ぶ。

図３の一番左側の図は、導体１４の周回路１４３とビア位置１４４を示す図である。図３では各層の導体パターン１４１どうしの接続は、ビア１４２が用いられて行われている。積層方向から見た周回路１４３に各層の接続のためのビア１４２の位置を投影したものが、接続位置であるビア位置１４４である。各層の導体パターン１４１の接続には、必ずしもビアが用いられなくても良い。その場合であっても周回路１４３に投影された接続位置は、ビアで接続した場合のビア位置１４４と同様である。以下では、接続の代表例であるビア接続の場合を例として本発明を説明する。ビア接続以外の場合、ビアを接続部と読み替えることで本発明は説明される。例えばビア１４２、ビア位置１４４を、それぞれ接続部１４２、接続部位置１４４と読み替えることができる。以下、図４、図７、図８、図１３、図１４、図１５、図１６の各図を説明する際も、同様に一番左側の図は、導体の周回路とビア位置を示す図として説明を行う。
導体１４は、例えば楕円形状の周回路１４３に沿って延びた導体パターン１４１を有する。図３では楕円形状の周回路１４３が例示されているが、周回路１４３の形状は他の形状、例えば長方形であってもよい。

ビア１４２は周回路１４３上に等間隔に設定されたビア位置１４４のいずれかに設けられる。図３では、一例として、ビア位置１４４は周回路１４３を８等分する各位置となっているが、ビア位置１４４としては、例えば、４等分、６等分、１０等分の位置であってもよい。ビア位置の間隔（以下、ビア間隔と称する。）は、必ずしも偶数等分には限られない。
コイル部品の構造が対称であれば、コイル部品の実装時に、実装方向に依存する特性変化が起こりにくくなり望ましい。このため、ビア間隔が等分の位置であると、コイル部品の構造の対称性が向上して望ましい。また、ビア間隔が偶数等分であると、コイル部品の構造の対称性がより向上するのでさらに望ましい。

各層の導体パターン１４１は、上側の層に接続されるビア位置１４４と下側の層に接続されるビア位置１４４との間に形成されており、ビア位置１４４の１間隔分だけ１周に満たない形状を有する。導体パターン１４１の層のうちで最上層は、一端が下層の導体パターン１４１に接続されるビア位置１４４と、外部電極１２に接続される引き出し部１４５ａに他端が接続されるビア位置１４４との間に形成されており、ビア位置１４４の１間隔分だけ１周に満たない形状を有する。また、導体パターン１４１の層のうちで最下層は、一端が上層の導体パターン１４１に接続されるビア位置１４４と、外部電極１２に接続される引き出し部１４６ａに他端が接続されるビア位置１４４との間に形成されており、ビア位置１４４の１間隔分だけ１周に満たない形状を有する。例えば図３では、８箇所のビア位置１４４によって周回路１４３が８等分された各ビア間隔のうち７つ分のビア間隔を含むパターンとなっており、およそ７／８周の形状となっている。各層の導体パターン１４１でビア１４２が形成されるビア位置１４４は、ビア位置１４４の１間隔分ずつずれているため、積層方向から見て互いに重なり合った導体パターン１４１は、一点鎖線の矢印で図示されるように螺旋状に繋がるように接続される。

１層の導体パターン１４１における１周に満たない周回量のことを、以下では導体パターン１４１の「巻き量」と称する。巻き量は、周回路１４３の１周の長さに対する導体パターン１４１の相対的な長さを表している。相対的な長さとは、１つ分のビア間隔を１としたときに幾つのビア間隔を含むかの数値を示す。巻き量とはこの場合、分子に導体パターン１４１が含むビア間隔の数、分母に周回路１周分が含むビア間隔の数、それぞれを有した分数で表される数値となる。即ち、図３には巻き量が７／８の導体パターン１４１が示されている。

同様にこのとき、１層分の周回路において、導体パターン１４１がない部分をパターン隙間と称し、周回路１４３の１周の長さに対するパターン隙間の相対的な長さのことを、以下ではパターン隙間の「隙間量」と称する。「隙間量」の相対的な長さは、パターン隙間が形成された部分に接する導体パターン１４１の両端にあるビア位置とビア位置の間隔と定義する。即ち、図３には隙間量が１／８のパターン隙間が示されている。周回路は必ず１周しているから、各層においては「巻き量」と「隙間量」の合計値は必ず１になる。

他の条件が同一であれば、巻き量が多い導体パターン１４１で導体１４を形成した方が、コイル部品１におけるインダクタンス特性や絶縁特性が向上でき望ましい。即ち、巻き量が多いということは、隙間量は逆に少なくなり、コイル導体に囲まれたコア部分からパターン隙間を通って漏れる磁束が少なくなるため、インダクタンス特性の向上が可能であるからである。

また、巻き量が多いということは、コイル導体の螺旋がきつく巻かれた状態とすることができ、これは積層数を必要最小限とし、層間の間隔を最大限とすることができ、絶縁特性が向上することになるからである。さらに、積層数を最小限に減らすことは、生産工程上の工数削減のメリットにもなる。
製造上の限界となる巻き量のことを以下では「最大巻き量」と称する。「最大巻き量」は導体パターンの周回路の形とその長さ、およびビア部の大きさに関連する量であり、詳細は後述する。

さらに、導体１４の詳細構造について図４を用いて説明する。なお、説明の便宜上、以下では図４にあるような長方形状の周回路を例として説明するが、周回路の形は、これに限定されるものではない。
図４は、コイル部品１が有する導体１４の詳細構造を示す図である。
図４には、積層される各層の導体パターン１４１が積層の順に並べて示されている。例えば図４の左側が上方で、右側が下方である。コイル部品１は導体パターン１４１を内蔵する層の上下に、導体パターン１４１を内蔵しないカバー層を有するが、図では省略してある。以下、図７、図８、図１３、図１４、図１５、図１６も同様である。

図４には、長方形の周回路１４３が示され、ビア位置１４４として周回路１４３を１２等分するビア位置１４４が示されている。従って、各層の導体パターン１４１は巻き量が１１／１２である。周回路１４３は何等分されていてもよい。周回路１４３は設計上の最大数に等分されていることが好ましく、この場合、各層の導体パターン１４１は最大巻き量となる。ここでは、図４における最大巻き量が１１／１２であるものとして説明する。つまり、図４に示す例では、各層の導体パターン１４１は最大巻き量を有している。

導体パターン１４１の層のうちで最上層は、一端が導体パターン１４１に接続され、他端が外部電極１２に接続される引き出し部１４５ａを有した上部引出層１４５となっている。また、導体パターン１４１の層のうちで最下層は、一端が導体パターン１４１に接続され、他端が外部電極１２に接続される引き出し部１４６ａを有した下部引出層１４６となっている。上部引出層１４５および下部引出層１４６については、引き出し部１４５ａ、１４６ａを除いた部分の導体パターン１４１で巻き量が決まる。

上部引出層１４５と下部引出層１４６との間には、巻き量が１１／１２と同一で、ビア１４２の形成位置がビア位置１４４の１間隔分ずつずれる周回層１４７が、「Ａ」～「Ｈ」の合計８層に亘って設けられている。各層の導体パターン１４１におけるパターン隙間１４１ｃは隙間量１／１２と同一で順次にずれて配置されているため、互いに隣り合う層の間ではパターン隙間１４１ｃが重ならない。

上部引出層１４５と８層の周回層１４７の導体パターン１４１は、各ビア１４２を介して螺旋状に直列に接続されている。さらに、８層目の周回層１４７である「Ｈ」の周回層１４７のビア１４２から下部引出層１４６における短パターン部１４１ａへと接続されている。この結果、上部引出層１４５の引き出し部１４５ａと導体パターン１４１間の接続部から下部引出層１４６の引き出し部１４６ａと短パターン部１４１a間の接続部に至る螺旋構造が形成されている。

ここで、コイル部品１に求められるインダクタンス特性を満たす螺旋構造の巻き数は例えば８巻であるものとする。更に、引き出し部１４５ａ、１４６ａの配置に対応するため、螺旋構造の巻き数には約１／２巻の追加が求められる。図４の例では、螺旋構造の巻き数が「８＋４／１２」巻となっている。

下部引出層１４６には、短パターン部１４１ａに接続される追加パターン部１４８が設けられている。追加パターン部１４８も周回路１４３に沿って延びているので、追加パターン部１４８は他の層の導体パターン１４１に沿って延びている。短パターン部１４１ａの一方は引き出し部１４６ａに接続されているから、追加パターン部１４８は短パターン部１４１ａの、引き出し部１４６ａと接続されている側とは反対の側から周回路１４３に沿って延びている。短パターン部１４１ａと追加パターン部１４８とを合わせた巻き量が「１１／１２」となって他の層の導体パターンの巻き量と同一になっている。また、短パターン部１４１ａと追加パターン部１４８とを合わせたパターンの隙間量は、各層の導体パターン１４１におけるパターン隙間１４１ｃの隙間量１／１２と同一となっている。

追加パターン部１４８の一端は短パターン部１４１ａに接続され、追加パターン部１４８の他端は、追加ビア１４２ａを介して、「Ｈ」の周回層１４７の導体パターン１４１に接続されている。つまり、追加ビア１４２ａは、導体パターン１４１の両端部ではなく、導体パターン１４１の中間部に設けられており、追加パターン部１４８は、「Ｈ」の周回層１４７における導体パターン１４１の一部、即ち導体パターン１４１の追加ビア１４２ａからビア１４２までの区間１４１ｂと並列に接続されている。

図４に示す導体１４の構造では、各層の導体パターン１４１が同じ巻き量を有しているため、積層後の圧着に際して圧力が全体に分散されて螺旋構造の歪などが抑制される。なお、追加パターン部１４８の長さは、各層の導体パターン１４１が同じ巻き量となる長さが望ましいが、この長さには限定されない。追加パターン部１４８の長さが他の長さであっても、追加パターン部１４８が存在しない場合に較べると、追加パターン部１４８が存在している場合には、圧着時の圧力を分散する作用を生じるからである。

また、少なくとも隣り合う層同士ではパターン隙間１４１ｃが重ならない導体パターン１４１の配置も、圧着時における圧力分散に寄与する。更に、１層当たりの巻き量が「９／１０」以上であることにより、パターン隙間１４１ｃが十分に狭く、圧力分散により寄与する。

図４に示す導体１４の構造では、導体パターン１４１が最大巻き量を有しているので、導体パターン１４１に対するパターン隙間が小さい。このため、最大巻き量を有していない場合と比べて圧着時の圧力に対する安定性が高く、コイル部品１の特性も向上する。また、導体パターン１４１の一部の区間１４１ｂと並列に接続された追加パターン部１４８を有する分だけ導体１４の直流抵抗が下がるためコイル部品１は特性が向上する。

ここで、最大巻き量の算出方法について説明する。
図５は、最大巻き量に相応したビア位置を示す図であり、図６は、ビアのランド形状を示す図である。図５に示す各ビア位置１４４には、図６に示すランド形状のビア１４２が等間隔に配置される。図５に示すビア位置１４４の数は、最大巻き量の概念を示すための例示であって、実際のビア位置１４４の数は、図５に示す数に限定されない。
１層内の最大巻き量Ａは、下記の式（１）、式（２）、式（３）により求められる。
Ａ＝（ｎ－１）／ｎ （ｎはビア位置の最大数） ……（１）
ｎ＝（周回路の長さＬ）÷（パターン隙間の長さｍ＋ビアの孔径Ｒ＋マージンｋ）
……（２）
Ｒ≧２×√（コイル導体の断面積Ｓ÷π） ……（３）

式（３）は、円形のビア１４２の面積が、導体パターン１４１における、延伸方向に垂直な断面の面積Ｓに等しいか大きいことを表している。これによりビア１４２の部分で直流抵抗が劣化することが避けられる。コイル導体の周回方向に垂直な面の断面積Ｓが適切な値となるように導体パターン幅ＰＨと導体パターン厚みは選択される。
マージンｋは、ビア孔が導体パターン端部よりはみ出して形成されない様に、製造工程上必要とされる周回路の方向に設けられるマージンであり、一般的には３０μｍ以上の所定値である。マージンｋＨは、ビア孔が導体パターン幅ＰＨよりはみ出して形成されない様に製造工程上必要とされる導体パターン１４１の幅方向に設けられるマージンであり、一般的には３０μｍ以上の所定値である。マージンｋとマージンｋＨを等しく置くことで、図６に示す円形状のランド形状とすることができる。ランド形状は楕円形であっても、矩形やその他の形状とすることも出来る。導体パターン幅ＰＨに対するランドの幅ＲＨは任意であるが、通常は等しい、もしくは、大きく設計される。図６は導体パターン幅ＰＨに対するランドの幅ＲＨが大きい例である。

周回路１４３の周回長さＬは導体パターンの幅ＰＨの１／２の部分を通る線の長さであり、周回路１４３が楕円の例では導体パターンの幅ＰＨの１／２の部分を通る楕円の周長として求められる。その楕円の短径および長径は、コイル導体に囲まれたコアにおける短径ｒａおよび長径ｒｂそれぞれに、周回路１４３の幅の１／２を足したものである。導体パターン幅ＰＨに対するランドの幅ＲＨが等しい場合、周回長さＬを表す楕円の短径および長径は、コイル導体に囲まれたコアにおける短径ｒａおよび長径ｒｂそれぞれにランドの幅ＲＨの１/２を足したものとなる。

パターン隙間の長さｍは、ｍ≧Ｒであり、かつ、等間隔のビア位置１４４となる最小値である。従って、式（２）にｍ＝Ｒを代入して得られるｎの値（小数）以下の最大の整数値が、求めるｎの値である。このｎの値が式（１）に代入されることにより、最大巻き量Ａが算出される。

コイル部品１の特性向上のためには、導体パターン１４１の巻き量が、上記の式（１）、式（２）、式（３）により求められる最大巻き量Ａであることが望ましい。また隙間量は、なるべく小さい方が望ましく、パターン隙間の長さは短い方が望ましい。

パターン導体が構成する周回路は、通常、インダクタンス値が大きくなるように設定されるため、コイル部品の外形の比率が長辺：短辺＝２：１である一般的なコイル部品において、内部に内包される導体パターンが構成する周回路はコイル部品の外面との間隔を考えると長い側の寸法と短い側の寸法の比は２を超える値となる。周回路が矩形の場合、長い側の寸法と短い側の寸法は、それぞれ長辺の寸法と短辺の寸法になる。周回路が楕円状の場合、長い側の寸法と短い側の寸法はそれぞれ長軸の寸法と短軸の寸法になる。
前述のように、コイル部品の構造の対称性を考えるとビア位置は等間隔で、且つ偶数個配置されることが望ましい。

そこで、偶数個でかつ等間隔で配されたビア位置１４４について考える。
周回路１４３の短かい側の寸法よりも等間隔のビア位置１４４の１つ分の間隔の方が大きいと、コイル部品の一つの短かい側全てにおいて、ビア１４２も導体パターン１４１も存在しない部分が出来ることになり、導体と磁性体の収縮差違によってコイルの変形が生じやすくなるので、望ましくない。

周回路１４３の短かい側の寸法が等間隔のビア位置１４４の１つ分の間隔であれば、２つのビア位置１４４が短かい側に存在できるので、これによりコイルの変形を抑止できる。周回路１４３の長い側には、短い側より多いビア間隔が設計可能であるため、ビア位置１４４の最大数ｎは６よりも大きくなる。従って、最大巻き量Ａは５／６以上となる。

周回路１４３の短かい側の寸法が等間隔のビア位置１４４の２つ分の間隔であるならば、３つのビア位置が短かい側に存在できるので、コイルの変形を大きく抑止できる。周回路１４３の長い側には、短い側より多いビア間隔が設計可能であるため、ビア位置の最大数ｎは８よりも大きくなり、最大巻き量Ａは７／８以上となる。
周回路１４３の短辺側の寸法は等間隔のビア位置１４４の３つ分の間隔以上であってもよい。

前述のように、一般的なコイル部品１において、内包される導体パターン１４１が構成する周回路１４３はコイル部品１の外面との間隔を考えると長い側の寸法と短い側の寸法の比は２を超える値となる。このため、周回路１４３の短かい側の寸法が等間隔のビア位置１４４の１つ分、２つ分各々である場合のビア位置１４４の最大数ｎは８、１０となる。即ち、最大巻き量Ａは７／８、９／１０となる。

これらの考察により、巻き量は５／６、７／８が望ましく、巻き量が９／１０もしくはそれ以上であることはより望ましい。実際には導体パターン１４１の長さは、ビア位置間ではなく、両端のビアのランドパターンをも含むため、巻き量から計算される値よりも長くなる。言い換えるならば、導体パターン１４１は、層内で１周の８３．３％以上、８７．５％以上に達する長さに延びていることが望ましく、９０％以上に達する長さに延びていることがより望ましい。

以下、本発明の一実施形態におけるコイル部品１について、比較例と対比して説明する。以下では、先に説明した実施形態の構成要素と同様の構成要素については重複説明を省略する場合がある。
図７は、コイル部品の第１比較例が有する導体の構造を示す図である。
図７の比較例におけるコイル部品１００１は、上述した実施形態のコイル部品１と同様に、上部引出層１４５および下部引出層１４６と、合計で８層の周回層１４７とを有する。
図７の比較例でも、インダクタンス特性を満たす螺旋構造の巻き数は例えば８巻であるものとし、引き出し部１４５ａ、１４６ａの配置に対応するため、螺旋構造の巻き数には約１／２巻の追加が求められる。

図７の比較例におけるコイル部品１００１では、周回路１４３を６等分するビア位置１４４が用いられるため、螺旋構造の巻き数は「８＋２／６」（＝５０／６）巻となっている。そして、この巻き数が合計１０層に対して均等に割り当てられて、１層の巻き量は「５／６」となっている。
図７の比較例でも、各層の巻き量が均等であるため、積層後の圧着に際して圧力が全体に分散される。しかしながら、１層の巻き量は、上述した実施形態のコイル部品１における「１１／１２」よりも少ないため、コイル部品１００１の性能は劣っている。

コイル部品に求められる螺旋構造の巻き数ｘが、積層される層数Ｎに対して均等に割り当てられる場合の１層当たりの巻き量Ｂは、Ｂ＝ｘ÷Ｎで求められる。この巻き量Ｂは、当然ながら上述した最大巻き量Ａ以下に制限される。また、周回路１４３上で等間隔のビア位置１４４が用いられることの制限も加えられ、これらの制限を満たすように層数Ｎが調整されることになる。この結果、巻き量Ｂは、例外的な場合を除いて最大巻き量Ａよりも小さくなり、上述した実施形態のコイル部品１における構造の方がコイル部品における特性が向上する。

図８は、コイル部品の第２比較例が有する導体の構造を示す図である。
図８の比較例におけるコイル部品１００２も、上部引出層１４５および下部引出層１４６と、合計で８層の周回層１４７とを有し、上述した実施形態のコイル部品１と同様に、導体パターン１４１が最大巻き量を有している。但し、図８の比較例の場合、下部引出層１４６は、短パターン部１４１ａと引き出し部１４６ａとを備え、他の層よりも導体パターン１４１の巻き量が少ない。
他の層よりも導体パターン１４１の巻き量が少ない層が存在する場合、積層後の圧着に際して圧力の偏りが生じてコイルの歪みなどが生じる虞がある。

図９および図１０は、圧力の偏りが生じる状況を示す模式図である。図９には斜視図が示され、図１０には断面図が示されている。
短パターン部１４１ａの層と、巻き量の多い導体パターン１４１の層とが積層されて、図９の矢印Ｐが示すように圧力が掛けられると、導体と磁性材料との収縮差違によって、領域Ｒ１に圧力差が集中する。その結果、図９の矢印Ｔが示すように、積層構造全体が斜めに傾いたり、図１０に示すように、導体パターン１４１の歪が生じたりするので、コイル部品の性能劣化の原因となる場合がある。また、コイルに変形が生じた場合、隣り合う層同士における導体パターンの接触によるショート不良やインダクタンスの低下が生じ、また、積層体からインダクタを切り出す際の歩留まり悪化が生じる。

図１１および図１２は、圧力が分散された状況を示す模式図である。図１１には斜視図が示され、図１２には断面図が示されている。
短パターン部１４１ａに追加パターン部１４８が接続されていると、巻き量が、他の層の導体パターン１４１における巻き量と近くなる。この結果、矢印Ｐが示すように圧力が掛けられても圧力は各層に分散され、積層構造や導体パターン１４１の歪が抑制される。

図１３は、図８に示す第２比較例に対する変形例における導体の構造を示す図である。
図１３の変形例では、下部引出層１４６が、短パターン部１４１ａと引き出し部１４６ａとを備えるとともに追加パターン部１４０８も備える。この結果、下部引出層１４６における巻き量と、他の層の導体パターン１４１における巻き量とが同等で、積層後の圧着に際して圧力が全体に分散され、積層後の圧着によるコイルの歪などは抑制される。

しかしながら、図１３の変形例における追加パターン部１４０８は、一端が短パターン部１４１ａに接続されるのみで電流が流れないためコイル部品１００２の特性に寄与しない。つまり、図１３の変形例では、コイル部品１００２の特性に寄与しない導体パターンが増えることにより、材料の効率的な使用が妨げられ、コイル部品１００２の特性も向上しない。
このように、いずれの比較例と比較した場合でも、上述した実施形態のコイル部品１は優れている。

次に、本発明の他の実施形態について説明する。
図１４は、本発明の第２実施形態と比較される比較例を示す図である。図１５は、本発明の第２実施形態を示す図である。
図１４の比較例のコイル部品１００３では、周回路１４３を８等分するビア位置１４４が用いられ、螺旋構造全体の巻き数が「５＋２／８」（＝４２／８）巻となっている。また、図１４の比較例では、引き出し部１４５ａを有する上部引出層１４５と、引き出し部１４６ａを有する下部引出層１４６と、合計で４層の周回層１４７とが積層される。そして、「４２／８」巻が６層に対して均等に割り当てられて、１層当たりの巻き量が「７／８」となっている。

この比較例に対して図１５に示す第２実施形態のコイル部品１００では、周回路１４３を１０等分するビア位置１４４が用いられ、１層当たりの巻き量は「９／１０」と多い。即ち、導体パターン１４１は１層内で１周の９０％以上に達する長さに延びている。そして、引き出し部１４５ａを有する上部引出層１４５と、引き出し部１４６ａを有する下部引出層１４６と、合計で４層の周回層１４７とが積層される。

下部引出層１４６には、引き出し部１４６ａに接続される短パターン部１４１ａと、短パターン部１４１ａに接続される追加パターン部１４８が備えられ、短パターン部１４１ａと追加パターン部１４８とを合わせた巻き量は「９／１０」となっている。また、追加パターン部１４８は追加ビア１４２ａを介して隣接層の導体パターン１４１に接続されていて、追加パターン部１４８は、導体パターン１４１の一部の区間１４１ｂと並列接続になっている。

第２実施形態でも、積層される各層の導体パターン１４１の巻き量が同等であり、かつ、一部で導体パターン１４１の並列接続が形成されているので、圧着時のコイルの歪が抑制されるとともに、コイル部品１００の特性向上が図られる。このように、本発明の一実施形態としての構造は、螺旋構造の全体の巻き数が異なっていても適用可能である。
第２実施形態におけるパターン隙間１４１ｃの隙間量は「１／１０」であり十分に小さい。１層内のパターン隙間１４１ｃが十分に小さい場合、積層された時の導体パターン１４１の占める割合は高くなり、圧着した時のコイルの歪はより抑えられる。

図１６は、本発明の第３実施形態を示す図である。
図１６に示す第３実施形態のコイル部品２００では、第１実施形態と同様に、周回路１４３を１０等分するビア位置１４４が用いられ、螺旋構造の巻き数は「８＋４／１２」巻となり、各層の巻き量は「１１／１２」となっている。また、第３実施形態のコイル部品２００では、第１実施形態と同様に、引き出し部１４５ａを有する上部引出層１４５と、引き出し部１４６ａを有する下部引出層１４６と、合計で８層の周回層１４７とが積層される。

第３実施形態のコイル部品２００では、上部引出層１４５から５層の導体パターン１４１が螺旋状に直列に接続され、下部引出層１４６から５層の導体パターン１４１も螺旋状に直列に接続される。そして、上側の５層と下側の５層との接続により、積層の中途に存在する周回層１４７で短パターン部１４１ａが生じる。そして、当該周回層１４７の導体パターン１４１のうち、短パターン部１４１ａを除いた部分が追加パターン部１４８となる。追加パターン部１４８は、追加ビア１４２ａを介して、隣接層の導体パターン１４１の一部の区間１４１ｂと並列に接続される。

このように、追加パターン部１４８の並列構造は、積層の中途層に設けられてもよい。なお、図１６に示された、短パターン部１４１ａおよび追加パターン部１４８を備える周回層１４７と、追加パターン部１４８が並列接続される一部の区間１４１ｂを備える周回層１４７とは、導体パターン１４１の形状が対称な形状となっている。このため、これらの周回層１４７は、追加パターン部１４８や並列接続される一部の区間１４１ｂなどの役割を互いに入れ替えて解釈することができる。

第３実施形態のコイル部品２００では、上側の５層と下側の５層とが互いに対称な構造を有している。このため、上部引出層１４５の引き出し部１４５ａと下部引出層１４６の引き出し部１４６ａとを相互に入れ替える方向でのコイル部品２００の反転に対して導体１４は構造が変化しない。つまり、第３実施形態のコイル部品２００は、実装時に上下を区別する必要が無く、特性変化がないため実用性が高い。

１，１００，２００ コイル部品
２ 回路基板
２ａ 基板
３ ランド部
１１ 基体
１１１ 磁性シート
１２ 外部電極
１４ 導体
１４１ 導体パターン
１４１ａ 短パターン部
１４２ ビア
１４２ａ 追加ビア
１４３ 周回路
１４４ ビア位置
１４５ 上部引出層
１４６ 下部引出層
１４５ａ、１４６ａ 引き出し部
１４７ 周回層
１４８ 追加パターン部

Claims (11)

1. 複数層に積層された各層の導体パターンの重なりが積層方向から見て丁度１周して周回路を構成するように、当該複数層の導体パターンが螺旋状に繋がるように接続されており、当該複数層の導体パターンには他の層の当該導体パターンよりも短い短パターンを含む螺旋導体と、
   前記螺旋導体の両端に対してそれぞれ接続され、積層方向から見て前記周回路よりそれぞれ引き出された１対の引き出し線と、
   磁性材料が複数層に積層されて成り、前記螺旋導体を内包する磁性基体と、
   前記磁性基体の外面に設けられ、前記一対の引き出し線がそれぞれ接続された一対の外部電極と、
   前記短パターンを有する層に設けられ、当該短パターンの一端から、当該短パターンの層に隣り合う層の導体パターンに沿って並列に延び、延びた端部が当該隣り合う層の当該導体パターンに繋がるように接続された並列パターンと、
   を備えることを特徴とするコイル部品。
2. 前記短パターンは、前記複数層のうち中途の層に位置することを特徴とする請求項１に記載のコイル部品。
3. 前記螺旋導体と前記並列パターンとを合わせた導体構造が、前記１対の引き出し線が入れ替わる方向での当該コイル部品の反転に対して対称な構造であることを特徴とする請求項１または２に記載のコイル部品。
4. 前記螺旋導体を構成する導体パターンのうち前記短パターンを除いた他の導体パターンは、層内で１周の９０％以上に達する長さに延びていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のコイル部品。
5. 積層方向から見て、前記周回路に投影される各層の前記導体パターンの接続部の位置間の前記周回路に沿った間隔を単位として、前記周回路の１周の長さを分母に、前記導体パターンの長さを分子とした分数で表される量を巻き量とするとき、前記螺旋導体を構成する前記導体パターンのうち前記短パターンを除いた他の導体パターンの巻き量と、前記短パターンおよび前記並列パターンを合わせたパターンの巻き量は等しいことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のコイル部品。
6. 前記螺旋導体を構成する前記導体パターンは、直径Ｒのビアによって互いに接続され、前記周回路の長さＬを、前記導体パターンの幅ＰＨと前記ビアの直径Ｒとの和で割った商以下の最大整数値ｎを用いると、前記短パターンを除いた他の前記導体パターンは、前記周回路の（ｎ-１）／ｎの部分で構成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のコイル部品。
7. 前記螺旋導体を構成する導体パターンは、積層方向の厚みが積層方向の相互間隔よりも大きいことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のコイル部品。
8. 前記導体パターンが延びた両端間の隙間は、少なくとも互いに隣り合う層同士では、積層方向に見て重なりを有さないことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のコイル部品。
9. 請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のコイル部品と、
   前記コイル部品が実装された基板と、
   を備えることを特徴とする回路基板。
10. 請求項９に記載の回路基板を備えることを特徴とする電子機器。
11. 請求項１から８のいずれか１項に記載のコイル部品を製造する製造方法であって、
    前記螺旋導体を構成する導体パターンおよび前記並列パターンを含んだ複数層と、上記磁性基体を構成する磁性材料の複数層とを積層する工程と、
    積層された複数層を圧着して積層体を形成する工程と、
    を有することを特徴とするコイル部品の製造方法。

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