JP4530044B2 - 積層コイル部品 - Google Patents
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Description
本発明は、積層コイル部品、特に、フェライトからなる積層体にコイルを内蔵したチップインダクタなどの積層コイル部品に関する。
一般に、チップインダクタなどの積層コイル部品は、フェライトからなるシートとコイル導体とを積層し、コイル導体の端部をビアホール導体を介して接続し、螺旋状のコイルを形成したものが提供されている。そして、この種の積層コイル部品は、ノイズ対策として用いられる場合、インピーダンス｜Ｚ｜が大きいことが高性能であるとして望まれている。しかし、従来の積層コイル部品にあっては、焼成時におけるフェライトの収縮により特性が変化し、好ましいインピーダンス｜Ｚ｜を得ることができなかった。
特許文献１には、フェライト磁性体層の上下面に接合体層が面接合され、接合体層の線膨張率がフェライト磁性体層よりも小さい積層インダクタが開示されている。この積層インダクタでは、接合体層がフェライト磁性体層の膨張収縮を抑制し、インダクタンス値の温度依存性を抑制することができる。しかしながら、この積層インダクタにおいては、積層体の焼成時のコイル導体とフェライトとの収縮差により生じる応力までも緩和することはできず、インピーダンス｜Ｚ｜の低下を防止することはできない。
特開平４−３０２１０４号公報
そこで、本発明の目的は、積層体の焼成時のコイル導体とフェライトとの収縮差により生じる内部応力を緩和でき、インピーダンスの低下を防止できる積層コイル部品を提供することにある。
前記目的を達成するため、本発明に係る積層コイル部品は、内部にコイルが配設された第１のフェライトからなる積層体主要部と、前記積層体主要部のコイル軸方向両端部の少なくとも一方に形成された第２のフェライトからなる積層体端部と、を備え、第１のフェライトと第２のフェライトは、フェライトの組成が異なり、かつ、第２のフェライトの焼成時の収縮率が第１のフェライトの焼成時の収縮率よりも大きいこと、を特徴とする。
本発明に係る積層コイル部品にあっては、積層体の焼成時に、積層体の外側に配置された第２のフェライトがコイルを含んで内側に配置された第１のフェライトよりも大きく収縮し、収縮率の小さいコイル導体によって阻害されている第１のフェライトの収縮を促進させ、第１のフェライトに生じている引張り応力を緩和する。これによりコイル導体周辺の第１のフェライトに生じていた引張り応力が緩和されてインピーダンスの低下が防止される。
本発明に係る積層コイル部品において、第１のフェライト及び第２のフェライトとして、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライト又はＮｉ−Ｚｎ系フェライトを使用すれば、良好な特性を得ることができる。特に、第２のフェライトのＺｎの含有量を第１のフェライトのＺｎの含有量よりも多くすれば、第２のフェライトの焼成時の収縮率が大きくなり、第１のフェライトに生じている応力の緩和作用が増大する。第２のフェライトにはＺｎが２５〜７０ｍｏｌ％含有されていればよい。
また、コイルはＡｇからなるコイル導体をビアホール導体を介して接続して螺旋状に構成されていることが好ましい。Ａｇは電気抵抗が小さく、特性（Ｑ値）のよい積層コイル部品を得ることができる。
本発明によれば、積層体の外側に配置された第２のフェライトの焼成時の収縮率が、コイルを含んで内側に配置された第１のフェライトの焼成時の収縮率よりも大きいため、積層体の焼成時に、第２のフェライトが第１のフェライトの収縮を促進させ、第１のフェライトに生じている引張り応力が緩和され、インピーダンスの低下が防止される。
以下、本発明に係る積層コイル部品の実施例について添付図面を参照して説明する。
（第１実施例、図１〜図６参照）
本発明の第１実施例である積層コイル部品１Ａは、図１に示すように、内部にコイル１０が配設された第１のフェライトからなる積層体主要部２１と、コイル軸方向Ａの両端部（上下部）に形成された第２のフェライトからなる積層体端部２２とを備え、積層体２０の左右端部に外部電極２３を設けたものである。図２はその断面を示す。
本発明の第１実施例である積層コイル部品１Ａは、図１に示すように、内部にコイル１０が配設された第１のフェライトからなる積層体主要部２１と、コイル軸方向Ａの両端部（上下部）に形成された第２のフェライトからなる積層体端部２２とを備え、積層体２０の左右端部に外部電極２３を設けたものである。図２はその断面を示す。
詳しくは、図３に示すように、コイル導体１１及び引出し電極１２を形成したフェライトシート２５、所定パターンのコイル導体１１を形成したフェライトシート２６、無地のフェライトシート２７を積層したものである。シート２５，２６は第１のフェライトからなり、前記主要部２１を形成する。シート２７は第２のフェライトからなり、前記端部２２を形成する。各コイル導体１１は一端部に形成したビアホール導体１３を介して螺旋状のコイル１０を形成する。なお、図３は模式的な分解図であってシートの枚数は正確に図示していない。
主要部２１を形成する第１のフェライトと端部２２を形成する第２のフェライトは、フェライトの組成が異なり、かつ、第２のフェライトは焼成時の収縮率が第１のフェライトの焼成時の収縮率よりも大きい組成のものが用いられている。フェライトの組成や収縮率については後述する。
ここで、積層コイル部品の製造方法について説明する。製造方法は２種類に大別される。第１の方法は、貫通孔を形成したフェライトグリーンシート上に導電ペーストによりスクリーン印刷などの印刷法で所望のパターンを形成し、該シートを螺旋状のコイルが形成されるように積層、圧着、裁断、焼成することで積層コイル部品を得る。第２の方法は、フェライト材料と導体材料とをスクリーン印刷などの印刷法で交互に印刷して螺旋状のコイルを形成し、圧着、裁断、焼成することで積層コイル部品を得る。
具体的には、以下の工程によって積層コイル部品１Ａを製造した。まず、フェライトシート２５〜２７を用意する。透磁率が高い材料が好ましく、第１及び第２のフェライトともに、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライト、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライト、Ｃｕ−Ｚｎ系フェライトなどを使用することができる。第２のフェライトは第１のフェライトよりも熱収縮率の大きい材料を使用する。熱収縮率の調整は、フェライトに含まれるＮｉ，Ｚｎ，Ｃｕなどの元素の含有率を異ならせることで行う。例えば、Ｚｎの含有率を変更することで調整可能である。
用意されたフェライトシート２５，２６にビアホール導体用の穴を形成し、内部導体（コイル導体１１、引出し電極１２）を印刷する。内部導体は、インダクタンス素子として高いＱ（品質係数）を実現するため、抵抗値が低いことが望ましい。例えば、Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔなどを主成分とする貴金属やこれらの合金のほか、Ｃｕ，Ｎｉなどの卑金属やこれらの合金を使用することができる。本第１実施例の製造にはＡｇを用いた。
次に、図３に示した各シート２５〜２７を積層、圧着し、コイル１０を内蔵した積層体２０を作製する。以上の工程はマザー基板として複数単位のコイル１０がマトリクス状に配置された状態で行われ、このマザー積層体を１単位の積層体（チップ）２０に裁断する。そして、得られた積層体２０を脱脂、焼成する。その後、積層体２０の左右端部に外部電極２３を形成する。外部電極２３は積層体２０の左右端面から上下面及び側面にわたって形成されており、端面において引出し電極１２と接続している。外部電極２３は、Ａｇなどを主成分とし、表面にはめっき層が形成される。
製造された積層コイル部品１Ａは、長辺１．０ｍｍ、短辺０．５ｍｍ、高さ０．５ｍｍである。また、外層部２２の第２のフェライトは、Ｆｅ2Ｏ3が５０ｍｏｌ％、ＺｎＯが１５ｍｏｌ％、ＮｉＯが２０ｍｏｌ％、ＣｕＯが１５ｍｏｌ％の組成である。内層部２１の第１のフェライトは、Ｆｅ2Ｏ3が３５ｍｏｌ％、ＺｎＯが４０ｍｏｌ％、ＮｉＯが１０ｍｏｌ％、ＣｕＯが１５ｍｏｌ％の組成である。
図４（Ａ）に従来の積層コイル部品における焼成時に生じる応力分布を模式的に示し、図４（Ｂ）に第１実施例の積層コイル部品１Ａにおける焼成時に生じる応力分布を模式的に示す。図４（Ａ）に示すように、従来の積層コイル部品においては、コイル導体とフェライトの収縮率の差に起因してフェライトに矢印で示すような大きな引張り応力が生じる。最も強い磁界はコイル導体の内側のフェライトに発生している。この強磁界のフェライトには磁界に対して平行な方向に引張り応力が発生している。フェライトの応力が作用すると材料の電気特性μが低下し、結果的にインピーダンス｜Ｚ｜を低下させていた。
一方、第１実施例の積層コイル部品１Ａにおいては、図４（Ｂ）に示すように、端部２２の第２のフェライトの熱収縮率が主要部２１の第１のフェライトの熱収縮率よりも大きいため、端部２２がコイル１０のコイル軸方向Ａと直交する方向に大きく収縮する。主要部２１では熱収縮率の小さいコイル導体１１が存在しているため、主要部２１は充分に収縮することができずに第１のフェライトに引張り応力が生じる。この引張り応力は端部２２の大きな圧縮により相殺されることになる。これにより、強磁界部分であるコイル導体１１の周囲の引張り応力が緩和され、インピーダンス｜Ｚ｜の低下が防止される。
図５（Ａ）は図４（Ａ）に示した従来の積層コイル部品における応力分布をシミュレートしたものの模式図であり、図５（Ｂ）は図４（Ｂ）に示した第１実施例の積層コイル部品１Ａにおける応力分布をシミュレートしたものの模式図である。図４及び図５において、外向きの矢印は引っ張り応力を示し、内向きの矢印は圧縮応力を示す。
前記応力分布のシミュレーションにおいて、フェライトの線膨張係数は、８８０℃での焼成時の収縮率が２３％であることから２．６１４×１０-4（０．２３／８８０）とした。また、コイル導体の線膨張係数は、８８０℃での焼成時の収縮率が５％であることから、５．６８２×１０5とした。
図６はインピーダンス｜Ｚ｜特性を示すグラフであり、曲線Ｙは図４（Ａ）、図５（Ａ）に示した従来の積層コイル部品の特性を示し、曲線Ｘは図４（Ｂ）、図５（Ｂ）に示した第１実施例の積層コイル部品１Ａの特性を示す。このグラフから明らかなように、第１実施例の積層コイル部品１Ａにあっては、全体的に（特に、１０〜１１００ＭＨｚの帯域で）インピーダンス｜Ｚ｜が向上している。
ここで、以下の表１に、端部２２の厚み及び収縮率を種々に変化させた試料１〜７及び従来例に関するコイル導体１１の周囲における引張り応力値（＋）及び収縮応力値（−）の積分差を整数値で示す。コイル導体まわりとは、コイル１０の中心部を中心として幅、高さともにコイル１０の２倍の領域を意味する。
表１から明らかなように、従来例の積分差が＋１０であるのに対して、第１実施例である試料１〜７はいずれも積分差が小さい。第１実施例で具体的な数値を挙げて説明した積層コイル部品１Ａは試料２であり、積分差は＋１、内層部２１に生じる応力は１．４６５Ｎ／ｍｍ2である。内層部２１に生じる応力は０．３〜５．０Ｎ／ｍｍ2が適切な範囲である。
ところで、フェライトはＺｎの含有量によって収縮率の調整が可能であり、種々の収縮率を有するフェライトの組成について以下の表２に示す。
（第２実施例、図７及び図８参照）
図７に示す積層コイル部品１Ｂは、コイル５０をそのコイル軸方向Ａが実装面５に対して平行に配置されるように第１のフェライトからなる積層体主要部６１に配設し、コイル軸方向Ａの両端部（積層体６０の左右端部）に第２のフェライトからなる積層体端部６２を設けたものである。
図７に示す積層コイル部品１Ｂは、コイル５０をそのコイル軸方向Ａが実装面５に対して平行に配置されるように第１のフェライトからなる積層体主要部６１に配設し、コイル軸方向Ａの両端部（積層体６０の左右端部）に第２のフェライトからなる積層体端部６２を設けたものである。
詳しくは、図８に示すように、各フェライトシート６５〜６８は両端部が収縮率の大きい第２のフェライトにて形成され、その他の部分が第１のフェライトにて形成されている。フェライトシート６５にコイル導体５１、引出し電極５２及びビアホール導体５３を形成し、フェライトシート６６にビアホール導体５３を形成し、フェライトシート６７にコイル導体５１及びビアホール導体５３を形成する。これらのフェライトシート６５〜６７を積層するとともに、その上下部に無地のフェライトシート６８を積層し、螺旋状のコイル５０を形成する。外部電極は、図示しないが、積層体６０の左右両端部に設けられる。
この積層コイル部品１Ｂにおいても、コイル軸方向Ａの両端部に収縮率の大きい第２のフェライトからなる端部６２が形成されているため、前記第１実施例と同様に、コイル導体５１の周囲の引張り応力を緩和してインピーダンス｜Ｚ｜の低下を防止することができる。
（他の実施例）
なお、本発明に係る積層コイル部品は、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。
なお、本発明に係る積層コイル部品は、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。
特に、収縮率の大きい第２のフェライトからなる積層体端部は、積層体の両側に設けられる必要はなく、一方の側に設けてもよい。また、フェライトシート上に形成されるコイル導体などの形状は任意である。さらに、本発明は積層インダクタのみならずＬＣ複合部品などに適用することもできる。
また、前記実施例では、第１及び第２のフェライトを同じ組成系のフェライトで構成しているが、異なる組成系のフェライトで構成してもよい。但し、第１及び第２のフェライトを同じ組成系のフェライトで構成したほうが、両者の密着性が良好となる。
以上のように、本発明は、積層コイル部品に有用であり、特に、積層体の焼成時のコイル導体とフェライトとの収縮差により生じる内部応力を緩和でき、インピーダンスの低下を防止できる点で優れている。
Claims (5)
- 内部にコイルが配設された第１のフェライトからなる積層体主要部と、
前記積層体主要部のコイル軸方向両端部の少なくとも一方に形成された第２のフェライトからなる積層体端部と、を備え、
前記第１のフェライトと前記第２のフェライトは、フェライトの組成が異なり、かつ、第２のフェライトの焼成時の収縮率が第１のフェライトの焼成時の収縮率よりも大きいこと、
を特徴とする積層コイル部品。 - 前記第１のフェライト及び前記第２のフェライトは、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライト又はＮｉ−Ｚｎ系フェライトである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部品。
- 前記第２のフェライトのＺｎの含有量は、前記第１のフェライトのＺｎの含有量よりも多いことを特徴とする請求の範囲第１項又は第２項に記載の積層コイル部品。
- 前記第２のフェライトにはＺｎが２５〜７０ｍｏｌ％含有されている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部品。
- 前記コイルはＡｇからなるコイル導体をビアホール導体を介して接続して螺旋状に構成されていることを特徴とする請求の範囲第１項ないし第４項のいずれかに記載の積層コイル部品。
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