JP3332069B2 - インダクタ及びその製造方法 - Google Patents

インダクタ及びその製造方法

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JP3332069B2 JP24762497A JP24762497A JP3332069B2 JP 3332069 B2 JP3332069 B2 JP 3332069B2 JP 24762497 A JP24762497 A JP 24762497A JP 24762497 A JP24762497 A JP 24762497A JP 3332069 B2 JP3332069 B2 JP 3332069B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、素子の内部にイン
ダクタンス素子として機能する導体(内部導体)を配設
してなるインダクタに関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】表面実
装型のインダクタの一つに積層型インダクタがある。こ
の積層型インダクタは、例えば、図7(a),図7(b)に
示すように、素子(チップ状素子)51中に、複数の内
部導体52a(図7(b))が接続されることにより形成
される積層型のコイル52(図7(b))を配設するとと
もに、コイル52の両端部と接続するように外部電極5
3a,53b(図7(a))を配設することにより形成さ
れている。
【0003】ところで、このような積層型インダクタ
は、例えば、図7(b)に示すように、印刷工法により所
定のパターンの内部導体52aを付与したセラミックグ
リーンシート54を複数枚積層し、各内部導体52aを
バイアホール55により接続してコイル52を形成し、
これを焼成した後、素子51の所定の位置に導電ペース
トを塗布、焼付けして、外部電極53a,53bを配設
することにより製造されている。
【0004】このような積層型インダクタにおいては、
上述のように、印刷工法によりコイルを構成する内部導
体を付与するようにしているので、内部導体52aの厚
みを大きくすることは困難であり(通常は20μmが上
限とされている)、内部導体(コイル)の電気抵抗をあ
る程度以下にまで低くすることができないという問題点
がある。
【0005】また、このような問題点を解消するものと
して、図8に示すように、セラミックからなる素子61
中に、金属線(例えばAg線)をコイル状に成形した内
部導体62を配設するとともに、素子61に外部電極6
3a,63bを配設したインダクタが提案されている
が、素子61を構成するセラミックと内部導体62が密
着しているため、焼成時の両者の収縮差により、両者の
間に応力が発生し、セラミックに割れが生じたり、割れ
が発生しないまでも応力が残留したりする。また、周囲
環境や使用状態による温度変化からも、セラミックと内
部導体の間に収縮差が生じ、応力が発生する。そして、
上記のようにしてインダクタに残留する応力や、使用状
態などから生じる応力は、インダクタの電気特性を劣化
させるばかりでなく、応力の大きさによってはセラミッ
クに割れを生じさせ、また、応力の印加、解放の繰り返
しも、セラミックに割れを発生させる原因となる。ま
た、割れが生じると漏れ磁束も大きくなり、さらに特性
の劣化を招くことになる。
【0006】本発明は、上記問題点を解決するものであ
り、内部導体の電気抵抗が小さく、かつ、素子を構成す
るセラミックなどの材料と内部導体との間に応力が発生
したり、チップ内部に割れを生じたりすることがなく、
所望の特性を実現することが可能で、しかも、信頼性の
高いインダクタ及びその製造方法を提供することを目的
とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明(請求項1)のインダクタは、内部にインダ
クタンス素子として機能する導体(内部導体)が配設さ
れたチップ状素子の表面に、前記内部導体と導通する外
部電極が配設されたインダクタであって、前記チップ状
素子がセラミックからなるとともに、前記セラミック中
に略筒状の空隙が形成されており、前記内部導体コイ
ル状の金属線から形成されているとともに、前記金属線
からなるコイル状の内部導体(コイル)の、軸心方向に
おいて隣り合う各部分が、前記チップ状素子中にコイル
の軸心方向に連通するように形成された前記略筒状の空
隙中に位置するような態様で、前記内部導体が前記チッ
プ状素子の内部に配設されていることを特徴としてい
る。
【0008】内部導体をコイル状の金属線から形成する
ことにより、十分なインダクタンスを得ることが可能に
なるとともに、内部導体を構成する金属線の、コイルの
軸心方向において隣り合う各部分が、コイルの軸心方向
に連通するように形成された略筒状の空隙中に位置する
ような態様で、内部導体がチップ状素子の内部に配設さ
れているので、前述の金属線を用いた従来のインダクタ
(空隙が設けられていない)の場合に見られるような、
熱処理時や使用時の温度変化により、セラミックと内部
導体の間の応力が発生して特性の劣化を招いたり、チッ
プ内部に割れが発生して使用不能になったりすることを
防止することが可能になり、所望の特性を備えた、信頼
性の高いインダクタを得ることができるようになる。ま
た、コイル状の内部導体の、軸心方向において隣り合う
各部分(コイルピッチ部分)が一体として略筒状の空隙
中に収容されるようにしているので、コイルピッチ間の
漏れ磁束を減らして特性を向上させることが可能にな
る。
【0009】また、本発明(請求項2)のインダクタ
は、前記チップ状素子を構成するセラミックとして、磁
性体セラミック又は誘電体セラミックが用いられている
ことを特徴としている。
【0010】チップ状素子の構成材料として、磁性体セ
ラミック又は誘電体セラミックを用いることにより、所
望の特性を備えたインダクタが確実に得られるようにな
り、本発明を実効あらしめることが可能になる。
【0011】また、本発明(請求項3)のインダクタ
は、前記内部導体が、Ag,Cu,Ni及びこれらの合
金のいずれかからなる線材を成形することにより形成さ
れていることを特徴としている。
【0012】内部導体として、Ag,Cu,Ni及びこ
れらの合金のいずれかからなる線材を成形してなるもの
を用いることにより、電気抵抗が小さく、コイル形状
有する内部導体を確実に形成することが可能になり、本
発明を実効あらしめることが可能になる。
【0013】また、請求項4のインダクタの製造方法
は、本発明のインダクタ製造する方法であって、コイ
ル状の金属線からなる内部導体を、焼成時に除去される
被覆材料により、コイルの軸心方向において隣り合う各
部分を一体として被覆する工程と、被覆材料により被覆
されたコイル状の内部導体を成形用型に入れ、その周囲
に素子構成材料を充填することにより、所定の位置に内
部導体が配設された成形体(未焼成のチップ状素子)を
形成する工程と、前記未焼成のチップ状素子を焼成して
被覆材料を除去することにより、コイル状の内部導体の
周囲に、コイルの軸心方向において隣り合う各部分が一
体として収容される略筒状の空隙を形成する工程とを具
備することを特徴としている。
【0014】コイル状の金属線からなる内部導体を、被
覆材料により、コイルの軸心方向において隣り合う各部
分を一体として被覆し、これを成形用型に入れ、その周
囲に素子構成材料を充填することにより、所定の位置に
内部導体が配設された成形体(未焼成のチップ状素子)
を形成し、この未焼成のチップ状素子を焼成して被覆材
料を除去することにより、コイル状の内部導体の周囲
に、コイルの軸心方向において隣り合う各部分が一体と
して収容される略筒状の空隙を確実に形成することが可
能になり、本発明(請求項1〜3)のインダクタを効率
よく製造することができるようになる。
【0015】また、請求項5のインダクタの製造方法
は、被覆材料として、焼成時に分解、燃焼して除去され
る樹脂系材料、又は、焼成時に溶融して除去される低融
点金属材料のいずれかを用いることを特徴としている。
【0016】被覆材料として、焼成時に分解、燃焼して
除去される樹脂系材料(例えば、エナメル樹脂など)、
又は、焼成時に溶融して除去される低融点金属材料(例
えば、はんだ、スズ、ビスマスなど)を用いた場合、こ
れらの被覆材料を焼成時に確実に除去して内部導体の周
囲に所望の空隙を形成することができるようになる。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を示し
て、その特徴とするところをさらに詳しく説明する。
【0018】図1はこの実施形態のインダクタを構成す
る素子(チップ状素子)の正面断面図、図2はその側面
断面図、図3はこの実施形態のインダクタを示す斜視図
である。このインダクタは、図3などに示すように、セ
ラミックからなる素子(チップ状素子)1中に、金属線
をコイル状に成形した内部導体2を配設するとともに、
素子1の両端側に内部導体2と導通する外部電極3a,
3bを配設することにより形成されている。
【0019】また、このインダクタにおいて、素子1中
には、コイル状の内部導体(コイル)2を取り囲むよう
に、略筒状(円筒状)の空隙4が形成されており、内部
導体(コイル)2は、その軸心方向において隣り合う各
部分(コイルピッチ部分)2aが一体として空隙4内に
位置するような態様で、空隙4内に収容されている。
【0020】また、素子1を構成するセラミックとして
は、Ni-Cu-Znフェライトなどの磁性体セラミック
や、チタン酸バリウムなどの誘電体セラミックなどを用
いることができる。なお、本発明のインダクタに用いる
のに好ましいセラミックはこれに限られるものではな
く、その他にも、MgO−Al2O3−SiO2系,M
gO−SiO2系,Al2O3−SiO2系,MgO−
Al2O3系セラミックなどの種々のセラミックを用い
ることが可能である。
【0021】さらに、内部導体2としては、抵抗値の低
いAg,Cu,Ni及びこれらの合金のいずれかからな
る線材を用いることが好ましく、また、インダクタの特
性に応じて、線径が50〜400μmのものを用いるこ
とが好ましい。
【0022】次に、上記インダクタの製造方法について
説明する。まず、金属線(この実施形態ではAg線)を
成形して、図4に示すように、コイル2を形成する。次
に、このコイル2を、図5に示すように、樹脂系の被覆
材料(この実施形態ではエナメル樹脂)5でコーティン
グする。このとき、コイル2はその軸心方向において隣
り合う各部分(コイルピッチ部分)2aの主要部が一体
として被覆材料5でコーティングされるとともに、コイ
ルの内側には円柱状の中空部14が形成されている。な
お、コイルの形などによっては、中空部14を形成しな
いようにしてもよい。また、場合によっては、金属線に
被覆材料を被覆した後、これをコイル状に成形すること
も可能である。
【0023】なお、被覆材料5をコーティングする際の
厚み(コート厚み)は素子1を構成するセラミックの焼
成時の収縮率など考慮して決定することが望ましい。例
えば、セラミックの焼成時の収縮率が20%の場合、コ
ート厚みを、コイル2を構成する金属線の直径の20%
程度とすることにより、焼成時の割れの発生を効率よく
抑えることができる。
【0024】それから、図6に示すように、被覆材料5
をコーティングしたコイル2を成形用型6に入れ、コイ
ル2の周囲に、素子構成材料であるセラミック原料7を
充填して成形する。なお、この実施形態では、セラミッ
クを成形する方法として、セラミック原料粉体とエポキ
シ樹脂と硬化剤を混合してなる泥しょうを、内部導体
(コイル)を入れた型に流し込んで硬化させるゲルキャ
スティング法を用いた。なお、セラミックの成形方法と
しては、その他にも、セラミック原料粉体と熱硬化性樹
脂とを混合した混合物を内部導体(コイル)を入れた型
に充填して加熱硬化させる樹脂硬化法、セラミック原料
粉体とエポキシ樹脂と硬化剤を混合してなる泥しょう
を、内部導体(コイル)を入れた型に流し込んで硬化さ
せるゲルキャスティング法、石膏鋳型に成形した内部導
体(コイル)を入れ、スラリーを流し込んで脱水する鋳
込成形法などを用いることが可能である。
【0025】次に、得られた成形体(未焼成のチップ状
素子)を熱処理することにより、コイルにコーティング
された被覆材料5を分解、燃焼させて除去するととも
に、セラミックを焼結させることにより、図1,2に示
すようなチップ状素子1を得る。
【0026】このチップ状素子1においては、内部導体
(コイル)2を取り囲むように、略筒状の空隙4が形成
されており、コイル2は、その軸心方向において隣り合
う各部分(コイルピッチ部分)2aが一体として収容さ
れるような態様で空隙4中に保持されている。
【0027】それから、このチップ状素子1の所定の位
置(この実施形態では、コイル2の両端部が露出した両
端面を含む位置)に、例えば、導電ペーストを塗布、焼
付けすることにより外部電極3a,3b(図3)を形成
する。このようにして、図3に示すインダクタが得られ
る。
【0028】この実施形態のインダクタは、上述のよう
に、内部導体であるコイル2の周囲に空隙4が設けられ
ており、かつ、コイル2は、その軸心方向において隣り
合う各部分(コイルピッチ部分)2aが一体として空隙
4内に収容されるような態様で空隙4中に保持されてい
るため、熱処理時や、使用時の温度変化により、セラミ
ックと内部導体の間の応力が発生し、特性の劣化を招い
たり、チップ内部に割れが発生して使用不能になったり
することを確実に防止できる。
【0029】また、コイル2の、軸心方向において隣り
合う各部分(コイルピッチ部分)2aが一体として略筒
状の空隙中に収容されているので、コイルピッチ間の漏
れ磁束を減らして特性を向上させることが可能になる。
【0030】なお、上記実施形態のインダクタと、図7
に示す内部導体の周囲に空隙を設けていない従来のイン
ダクタの特性を調べたところ、表1に示すような結果が
得られた。
【0031】
【表1】
【0032】表1に示すように、この実施形態のインダ
クタにおいては、比較例のインダクタに比べて、内部導
体の抵抗値が1/10以下になるとともに、インピーダ
ンスが約2倍になることが確認された。
【0033】上記実施形態では、被覆材料として樹脂系
材料であるエナメル樹脂を用いた場合について説明した
が、被覆材料はこれに限られるものではなく、焼成時に
分解、燃焼などにより除去される種々の樹脂系材料を用
いることが可能である。
【0034】また、被覆材料は、樹脂系材料に限られる
ものではなく、はんだ、スズ、ビスマスなどの種々の低
融点金属材料を用いることも可能である。本発明は、さ
らにその他の点においても上記の実施形態に限定される
ものではなく、素子の形状、外部電極の形状や配設位
置、被覆材料のコーティング方法などに関し、発明の要
旨の範囲内において、種々の応用、変形を加えることが
可能である。
【0035】
【発明の効果】上述のように、本発明(請求項1)のイ
ンダクタは、内部導体がコイル状の金属線から形成され
ているとともに、内部導体を構成する金属線の、コイル
の軸心方向において隣り合う各部分が、コイルの軸心方
向に連通するように形成された略筒状の空隙中に位置す
るような態様で、内部導体がチップ状素子の内部に配設
されており、内部導体として金属線からなるコイルが使
用されていることから、内部導体の抵抗を低下させるこ
とが可能になり、かつ、十分なインダクタンスを得るこ
とが可能になるとともに、内部導体が略筒状の空隙中に
位置するように構成されているので、前述の金属線を用
いた従来のインダクタ(空隙が設けられていない)の場
合に見られるような、熱処理時や使用時の温度変化によ
り、セラミックと内部導体の間の応力が発生して、特性
の劣化を招いたり、チップ内部に割れが発生して使用不
能になったりすることを防止することが可能になり、所
望の特性を備えた、信頼性の高いインダクタを得ること
ができるようになる。また、コイル状の内部導体の、軸
心方向において隣り合う各部分(コイルピッチ部分)が
一体として略筒状の空隙中に収容されるようにしている
ので、コイルピッチ間の漏れ磁束を減らして特性を向上
させることが可能になる。
【0036】また、本発明(請求項2)のインダクタの
ように、チップ状素子の構成材料として、磁性体セラミ
ック又は誘電体セラミックを用いた場合、特性の良好な
インダクタが確実に得られるようになり、本発明を実効
あらしめることができる。
【0037】また、本発明(請求項)のインダクタの
ように、内部導体として、Ag,Cu,Ni及びこれら
の合金のいずれかからなる線材を成形してなるものを用
いた場合、電気抵抗が小さく、コイル形状を有する内部
導体を確実に得ることが可能になり、本発明を実効あら
しめることが可能になる。
【0038】また、本発明(請求項4)のインダクタの
製造方法は、コイル状の金属線からなる内部導体を、被
覆材料により、コイルの軸心方向において隣り合う各部
分を一体として被覆し、これを成形用型に入れ、その周
囲に素子構成材料を充填することにより、所定の位置に
内部導体が配設された成形体(未焼成のチップ状素子)
を形成し、この未焼成のチップ状素子を焼成して被覆材
料を除去するようにしているので、コイル状の内部導体
の周囲に、コイルの軸心方向において隣り合う各部分が
一体として収容される略筒状の空隙を確実に形成するこ
とが可能になり、本発明(請求項1〜3)のインダクタ
を効率よく製造することができるようになり、本発明を
より実効あらしめることができる。
【0039】また、請求項5のインダクタの製造方法の
ように、被覆材料として、焼成時に分解、燃焼して除去
される樹脂系材料、又は、焼成時に溶融して除去される
低融点金属材料を用いた場合、これらの被覆材料を焼成
時に確実に除去して内部導体の周囲に所望の空隙を形成
することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態にかかるインダクタを構成
する素子(チップ状素子)の正面断面図である。
【図2】本発明の一実施形態にかかるインダクタを構成
する素子(チップ状素子)の側面断面図である。
【図3】本発明の一実施形態にかかるインダクタを示す
斜視図である。
【図4】本発明の一実施形態にかかるインダクタの製造
方法の一工程で形成したコイル(内部導体)を示す図で
ある。
【図5】本発明の一実施形態にかかるインダクタの製造
方法の一工程でコイルに被覆材料をコーティングした状
態を示す図である。
【図6】本発明の一実施形態にかかるインダクタの製造
方法の一工程でセラミックを成形する状態を示す図であ
る。
【図7】(a)は従来の積層型インダクタを示す斜視図、
(b)はその要部を示す積層前の分解斜視図である。
【図8】従来の他のインダクタを示す断面図である。
【符号の説明】
1 素子(チップ状素子) 2 内部導体(コイル) 2a コイルピッチ部分 3a,3b 外部電極 4 空隙 5 被覆材料 6 成形用型 7 セラミック原料 14 中空部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01F 41/04 H01F 41/04 B (56)参考文献 特開 平8−130144(JP,A) 特開 平5−6824(JP,A) 特開 平7−201569(JP,A) 特開 平2−165607(JP,A)

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】内部にインダクタンス素子として機能する
    導体(内部導体)が配設されたチップ状素子の表面に、
    前記内部導体と導通する外部電極が配設されたインダク
    タであって、前記チップ状素子がセラミックからなるとともに、前記
    セラミック中に略筒状の空隙が形成されており、 前記内部導体コイル状の金属線から形成されていると
    ともに、 前記金属線からなるコイル状の内部導体(コイル)の、
    軸心方向において隣り合う各部分が、前記チップ状素子
    中にコイルの軸心方向に連通するように形成された前記
    略筒状の空隙中に位置するような態様で、前記内部導体
    が前記チップ状素子の内部に配設されていることを特徴
    とするインダクタ。
  2. 【請求項2】前記チップ状素子を構成するセラミックと
    して、磁性体セラミック又は誘電体セラミックが用いら
    れていることを特徴とする請求項1記載のインダクタ。
  3. 【請求項3】前記内部導体が、Ag,Cu,Ni及びこ
    れらの合金のいずれかからなる線材を成形することによ
    り形成されていることを特徴とする請求項1又は2記載
    のインダクタ。
  4. 【請求項4】請求項1〜3のいずれかに記載のインダク
    タを製造する方法であって、 コイル状の金属線からなる内部導体を、焼成時に除去さ
    れる被覆材料により、コイルの軸心方向において隣り合
    う各部分を一体として被覆する工程と、 被覆材料により被覆されたコイル状の内部導体を成形用
    型に入れ、その周囲に素子構成材料を充填することによ
    り、所定の位置に内部導体が配設された成形体(未焼成
    のチップ状素子)を形成する工程と、 前記未焼成のチップ状素子を焼成して被覆材料を除去す
    ることにより、コイル状の内部導体の周囲に、コイルの
    軸心方向において隣り合う各部分が一体として収容され
    る略筒状の空隙を形成する工程とを具備することを特徴
    とするインダクタの製造方法。
  5. 【請求項5】前記被覆材料として、焼成時に分解、燃焼
    して除去される樹脂系材料、又は、焼成時に溶融して除
    去される低融点金属材料のいずれかを用いることを特徴
    とする請求項4記載のインダクタの製造方法。
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