JP4201043B2 - 積層コイル - Google Patents

Description

本発明は、積層コイル、特に、優れた直流重畳特性を備える開磁路型積層コイルに関する。

従来から、積層コイルにおいては、磁性体内で磁気飽和が生じて急激にインダクタンス値が低下してしまうことを防ぐため、開磁路型積層コイルが提案されている。特許文献１に記載されているように、開磁路型積層コイルは、磁性体層により形成された積層コイルの内部に非磁性体層を設けている。開磁路型積層コイルの構造では、非磁性体層の部分から磁束が積層コイルの外部へ漏れ、磁性体内で磁気飽和が生じにくくなる。この結果、直流電流によるインダクタンスの低下が小さくなり、直流重畳特性が向上する。

しかしながら、特許文献１の開磁路型積層コイルでは、直流重畳特性は優れているものの、インダクタンス特性が悪いという問題があった。すなわち、非磁性体層は磁束の通る位置に形成されているので、磁束が遮られてインダクタンスが小さくなってしまうのである。所望のインダクタンスを取得するため、コイルの巻数を増やすことによりインダクタンスを大きくすることが考えられるが、コイルの巻数を増やすと直流抵抗が大幅に大きくなってしまう。
特公平１−３５４８３号

そこで本発明の目的は、優れた直流重畳特性を有し、インダクタンスの低下を抑え、かつ、直流抵抗を減少させた積層コイルを提供することにある。

前記問題点を解決するため、本発明に係る積層コイルは、（ａ）複数の磁性体層を積層した磁性体部が、少なくとも１層の非磁性体層からなる非磁性体部の両主面に形成された積層体と、（ｂ）前記積層体に形成されたコイル導体を螺旋状に接続したコイルと、を備え、（ｃ）前記積層体に形成されたコイル導体のうち、前記非磁性体部の内部に形成されたコイル導体および前記非磁性体部の両主面に形成されたコイル導体の少なくとも１つのコイル導体の導体幅が他のコイル導体の導体幅よりも広いことを特徴とする。

非磁性体部の内部および非磁性体部の両主面に形成されたコイル導体の少なくとも１つのコイル導体の導体幅を他のコイル導体の導体幅よりも広くすることで、直流抵抗を減少させることができる。また、導体幅の広いコイル導体を非磁性体部の内部および／または両主面に形成することで、コイル導体の導体幅を広くしてもインダクタンスの低下を小さくすることができる。

すなわち、一般にコイル導体の導体幅を広くすると、導体幅の広いコイル導体にコイルの磁束が遮られ、またコイルの内径が狭くなってコイルの磁束の通る量が少なくなるため、インダクタンスが低下する。しかし、非磁性体部のコイル導体の導体幅を広くしても、もともと非磁性体部によりコイルの磁束が遮られていたので、コイル導体の導体幅を広くすることによってさらに遮られるコイルの磁束は非常に少なくなる。また、コイル導体の導体幅を広くしても、磁束を遮る非磁性体部におけるコイルの内径が小さくなるので、磁束を通す磁性体部のコイルの内径が小さくなるのに比べて磁束の通る量の減少は小さくなる。よって、コイル全体のインダクタンスの低下を小さくすることができるのである。

本発明に係る積層コイルは、前記非磁性体部の内部に形成されたコイル導体および前記非磁性体部の両主面に形成されたコイル導体の導体幅を他のコイル導体の導体幅よりも広くしてもよい。非磁性体部の内部および非磁性体部の両主面に形成されたコイル導体の導体幅を広くすることで、導体幅の広いコイル導体が複数形成され、直流抵抗を大幅に減少させることができる。

また、本発明に係る積層コイルは、前記導体幅の広いコイル導体の導体幅が、他のコイル導体の導体幅の１．０５〜２．１４倍であることが望ましい。これにより、インダクタンスの低下を極力抑え、かつ、直流抵抗を大幅に減少させた積層コイルを得ることができる。

また、本発明に係る積層コイルは、前記積層体の内部に前記非磁性体部が複数形成されていてもよい。非磁性体部を積層体の内部に複数形成することで、非磁性体部から積層コイルの外部へ漏れる磁束の量をさらに増やすことができ、直流重畳特性を向上させることができる。

このように本発明によれば、非磁性体部の内部に形成されたコイル導体および非磁性体部の両主面に形成されたコイル導体のうち少なくとも１つのコイル導体の導体幅が他のコイル導体の導体幅よりも広いので、優れた直流重畳特性を有し、インダクタンスの低下を抑え、かつ、直流抵抗を減少させた積層コイルを得ることができる。

本発明の実施例１における積層コイルの概略断面図である。 本発明の実施例１における積層コイルの分解斜視図である。 従来例の積層コイルの概略断面図である。 比較例１の積層コイルの概略断面図である。 本発明の実施例３における積層コイルの概略断面図である。 本発明の実施例４における積層コイルの概略断面図である。 本発明の実施例５における積層コイルの概略断面図である。 比較例２の積層コイルの概略断面図である。

以下、本発明に係る積層コイルの実施例を図面を参照して説明する。

（実施例１）
図１は本発明の実施例１における積層コイルの概略断面図である。積層コイルは、磁性体部１および非磁性体部２からなる積層体９と、積層体９に形成されたコイル導体３，４を螺旋状に接続したコイルＬと、外部電極５と、から形成されている。磁性体部１は非磁性体部２の両主面に形成されている。また、磁性体部１は複数の磁性体層から構成されており、非磁性体部２は１層の非磁性体層から構成されている。

図１に示すように、コイル導体４は、非磁性体部２の両主面に形成されており、他の所定の導体幅を有するコイル導体３よりも導体幅が広くなっている。コイル導体４の導体幅が広いことから、積層コイルの直流抵抗は低下する。

また、導体幅の広いコイル導体４が非磁性体部２の両主面に形成されているので、インダクタンスの低下を小さくすることができる。すなわち、一般にコイル導体の導体幅を広くすると、導体幅の広いコイル導体にコイルの磁束が遮られ、またコイルの内径が狭くなってコイルの磁束の通る量が少なくなるため、インダクタンスが低下する。しかし、実施例１のごとく、非磁性体部２の両主面のコイル導体４の導体幅を広くしても、もともと非磁性体部２によりコイルＬの磁束が遮られていたので、コイル導体４の導体幅を広くすることによってさらに遮られるコイルＬの磁束は非常に少なくなる。また、コイル導体４の導体幅を広くしても、磁束を遮る非磁性体部２におけるコイルＬの内径が小さくなるので、磁束を通す磁性体部１のコイルＬの内径が小さくなるのに比べて磁束の通る量の減少は小さくなる。よって、コイルＬ全体のインダクタンスの低下を非常に小さくすることができるのである。

次に、積層コイルの製造方法について、図２に示す積層コイルの分解斜視図を用いて説明する。

積層コイルの製造方法においては、はじめに磁性体材料を用いたグリーンシート６および非磁性体材料を用いたグリーンシート７を作製する。なお、積層コイル形成後には、磁性体グリーンシートが磁性体層、非磁性体グリーンシートが非磁性体層となる。

本実施例１では、磁性体材料としてＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系の材料を使用した。まず、酸化第二鉄（Ｆｅ₂Ｏ₃）４８．０ｍｏｌ％、酸化亜鉛（ＺｎＯ）２０．０ｍｏｌ％、酸化ニッケル（ＮｉＯ）２３．０ｍｏｌ％、酸化銅（ＣｕＯ）９．０ｍｏｌ％の比率の材料を原料とし、ボールミルを用いて湿式調合を行う。得られた混合物を乾燥してから粉砕し、その粉末を７５０℃で１時間仮焼する。この粉末にバインダー樹脂と可塑剤、湿潤剤、分散剤を加えてボールミルで混合を行い、その後脱泡を行ってスラリーを得る。そして、このスラリーを剥離性のフィルム上に塗布し、乾燥させることにより、所望の膜厚の磁性体グリーンシート６を作製する。

また、非磁性体材料としてＣｕ−Ｚｎ系の材料を使用した。酸化第二鉄（Ｆｅ₂Ｏ₃）４８．０ｍｏｌ％、酸化亜鉛（ＺｎＯ）４３．０ｍｏｌ％、酸化銅（ＣｕＯ）９．０ｍｏｌ％の比率を原料とし、前記磁性体と同様の方法によって非磁性体グリーンシート７を作製する。なお、各グリーンシートの比透磁率は、磁性体グリーンシート６が１３０、非磁性体グリーンシート７が１である。

次に、以上のようにして得られた各グリーンシート６，７を所定の寸法に裁断し、各グリーンシート６，７の積層後に螺旋状のコイルＬが形成されるように、所定の位置にレーザなどの方法で貫通孔を形成する。そして、磁性体グリーンシート６ａおよび非磁性体グリーンシート７上に銀または銀合金を主成分とする導体ペーストをスクリーン印刷などの方法で塗布することによりコイル導体３，４を形成する。なお、コイル導体３，４の形成と同時に貫通孔の内部に導電ペーストを充填することにより、容易に接続用ビアホール導体８を形成することができる。

ここで、非磁性体グリーンシート７の両主面に位置するように、幅の広いコイル導体４を形成する。本実施例１では、幅の広いコイル導体４は、焼成後に５５０μｍ、その他のコイル導体３の導体幅は３５０μｍとなるように形成した。幅の広いコイル導体４を非磁性体グリーンシート７の両主面に形成することで、インダクタンスの低下を抑え、かつ、直流抵抗の減少した積層コイルを得ることができる。

そして、非磁性体グリーンシート７の両主面に、コイル導体３を形成した磁性体グリーンシート６ａを積層し、上下にコイル導体を形成していない外層用の磁性体グリーンシート６ｂを配置することにより、積層体を形成する。このとき、非磁性体グリーンシート７が、螺旋状のコイルＬの軸心方向の略中央に位置するように積層することで、積層コイルの外部へ漏れる磁束が多くなり、直流重畳特性を向上させることができる。

その後、積層体を４５℃、１．０ｔ／ｃｍ²の圧力で圧着し、ダイサーやギロチンカットにより３．２×２．５×０．８ｍｍの寸法に裁断することで積層コイルの未焼成体を得る。そして、この未焼成体の脱バインダーおよび本焼成を行う。脱バインダーは低酸素雰囲気中において５００℃で２時間加熱し、本焼成は大気雰囲気中において８９０℃で１５０分で焼成する。最後に、引出し電極が露出する端面に浸漬法などにより主成分が銀である電極ペーストを塗布し、１００℃で１０分乾燥した後、７８０℃にて１５０分間を焼き付け処理する。これにより、実施例１の積層コイルを得ることができる。

表１は、前記により得られた実施例１の積層コイルの効果を確認するために行った試験結果を示す。従来例は図３に示すように磁性体部１１および非磁性体部１２に形成されたコイル導体１３の導体幅がすべて３５０μｍである積層コイルである。また、比較例は図４に示すように、磁性体部２１および非磁性体部２２に形成されたコイル導体２４の導体幅がすべて広く、５５０μｍである積層コイルである。なお、すべての積層コイルにおいて、螺旋状コイルＬの巻き回数は５．５ターンであり、積層コイルのサイズは３．２ｍｍ×２．５ｍｍ×２．５ｍｍである。

表１より、実施例１の積層コイルは直流抵抗が減少し、インダクタンスの低下が小さいことがわかる。すなわち、従来例の直流抵抗は１８５ｍΩであるのに対し、実施例１の直流抵抗は１６６ｍΩであり、直流抵抗が１０％減少している。一方、従来例のインダクタンスは２．０μＨであるのに対し、実施例１のインダクタンスは１．９１μＨであり、４．５％しか減少していない。これに対して、すべてのコイル導体の導体幅を広くした比較例では、直流抵抗が１５０ｍΩと１８％減少しているものの、インダクタンスが１．５６μＨであり低下が２２％と大きい。このように、実施例１においてコイル導体４の導体幅を広くして直流抵抗を減少させながらも、コイル導体４の導体幅を広くすることによるインダクタンスの低下を抑制することができたのは、導体幅の広いコイル導体４を磁束を遮る非磁性体部２の両主面に形成したことによる。

次に、表２には、非磁性体部２の両主面に形成したコイル導体４の導体幅を変化させた試料１〜７の評価結果を示す。試料１〜７では、非磁性体部２の両主面に形成されたコイル導体４の導体幅を３５７、３６８、４５０、５５０、６５０、７５０、８５０μｍと異ならせて試作した。なお、従来例は図３に示した導体幅がすべて同じ（３５０μｍ）である積層コイルである。

試料２〜６では、直流抵抗が減少し、インダクタンス値も好ましい。一方、試料１（導体幅比１．０２）では、直流抵抗の低下率が１％未満と非常に小さかった。また、試料７（導体幅比２．４３）では、従来例と比較したインダクタンス値の減少率が１４．５％と大きく減少してしまった。

（実施例２）
本発明の実施例２における積層コイルの構成は、図１に示した実施例１における積層コイルの構成と同じであるが、本実施例２においては、非磁性体部２の両主面に位置するコイル導体４の導体幅を７５０μｍとし、非磁性体部２の両主面に位置していないコイル導体３の導体幅３を３５０μｍとした。なお、以下の表３に示す従来例は図３に示すように磁性体部１１および非磁性体部１２に形成されたコイル導体１３の導体幅がすべて３５０μｍである積層コイルである。また、比較例２は、図８に示すように、非磁性体部３２の両主面に形成されていない（磁性体部３１の内部に形成された）コイル導体３４の導体幅が他のコイル導体３３よりも広い積層コイルであり、導体幅の広いコイル導体３４の導体幅は７５０μｍで、他のコイル導体３３の導体幅は３５０μｍである。

表３に示すように、実施例２の積層コイルは非磁性体部２の両主面に位置するコイル導体４の導体幅を広くしているので、従来例と比較して直流抵抗が減少している。そして、比較例２の積層コイルにおいても、実施例２の積層コイルと同じターン数分のコイル導体３４の導体幅を広くしているので、従来例と比較して直流抵抗が低下している。しかし、実施例２の積層コイルのインダクタンスは１．７９μＨであり、従来例と比較して１０％程度しか減少していないのに対して、比較例２の積層コイルのインダクタンスは１．５３μＨであり、従来例と比較して２３％程度減少している。このように、実施例２の積層コイルがインダクタンスの低下を抑制することができたのは、導体幅の広いコイル導体４を、磁束を遮る非磁性体部２の両主面に形成したことによる。

（実施例３）
図５に本発明の実施例３における積層コイルの概略断面図を示す。なお、図５においては、図１と共通あるいは対応する部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

本実施例３の積層コイルにおいて、コイル導体４は非磁性体部２の内部に形成されており、コイル導体４の導体幅は他のコイル導体３の導体幅よりも広い。なお、本実施例３の積層コイルも実施例１と同様に、コイル導体を形成したグリーンシートを積層、圧着し、各チップに裁断した後、外部電極を形成する方法により作製している。

導体幅の広いコイル導体４を形成することで、直流抵抗を低減することができる。また、導体幅の広いコイル導体４を非磁性体部２の内部に形成することで、インダクタンスの低下を小さくすることができる。

（実施例４）
図６に本発明の実施例４における積層コイルの概略断面図を示す。なお、図６においては、図１と共通あるいは対応する部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

本実施例４の積層コイルにおいて、コイル導体４は非磁性体部２の内部および非磁性体部２の両主面に形成されており、コイル導体４の導体幅は他のコイル導体３の導体幅よりも広い。

導体幅の広いコイル導体４を形成することで、直流抵抗を低減することができる。特に、本実施例４では導体幅の広いコイル導体４を３層にわたって形成しているので、大幅に直流抵抗を低減することができる。また、導体幅の広いコイル導体４を非磁性体部２の内部および非磁性体部２の両主面に形成することで、インダクタンスの低下を小さくすることができる。

（実施例５）
図７に本発明の実施例５における積層コイルの概略断面図を示す。なお、図７においては、図１と共通あるいは対応する部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

本実施例５の積層コイルにおいて、積層体９の内部には２つの非磁性体部２が形成されている。そして、コイル導体４は非磁性体部２の両主面に形成されており、コイル導体４の導体幅は他のコイル導体３の導体幅よりも広い。

積層体９の内部に２つの非磁性体部２が形成されているので、積層コイルの外部へ漏れる磁束の量を増やすことができ、直流重畳特性を向上させることができる。また、幅の広いコイル導体４を形成することで、直流抵抗を低減することができる。特に、本実施例５では導体幅の広いコイル導体４を４層にわたって形成しているので、大幅に直流抵抗を低減することができる。さらに、導体幅の広いコイル導体４を非磁性体２の両主面に形成することで、インダクタンスの低下を小さくすることができる。

（他の実施例）
なお、本発明の積層コイルは前記実施例に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。

例えば、非磁性体部の両主面に形成されたコイル導体の片側のコイル導体の導体幅が広くてもよい。また、前記非磁性体部の内部に形成されたコイル導体および前記非磁性体部の両主面に形成されたコイル導体の少なくとも１つのコイル導体の導体幅は、他の主部分のコイル導体の導体幅より広ければよい。

以上のように、本発明は、開磁路型積層コイルに有用であり、特に、優れた直流重畳特性を有し、インダクタンスの低下を抑え、かつ、直流抵抗を減少させることができる点で優れている。

Claims (4)

1. 複数の磁性体層を積層した磁性体部が、少なくとも１層の非磁性体層からなる非磁性体部の両主面に形成された積層体と、
   前記積層体に形成されたコイル導体を螺旋状に接続したコイルと、を備え、
   前記積層体に形成されたコイル導体のうち、前記非磁性体部の内部に形成されたコイル導体および前記非磁性体部の両主面に形成されたコイル導体の少なくとも１つのコイル導体の導体幅が他のコイル導体の導体幅よりも広いこと、
   を特徴とする積層コイル。
2. 前記非磁性体部の内部に形成されたコイル導体および前記非磁性体部の両主面に形成されたコイル導体の導体幅が他のコイル導体の導体幅よりも広いことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の積層コイル。
3. 前記導体幅の広いコイル導体の導体幅は、前記他のコイル導体の導体幅の１．０５〜２．１４倍であることを特徴とする請求の範囲第１項または第２項に記載の積層コイル。
4. 前記積層体の内部に前記非磁性体部が複数形成されたことを特徴とする請求の範囲第１項ないし第３項のいずれかに記載の積層コイル。

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