JP4930228B2 - 積層電子部品 - Google Patents

Description

本発明は、コイルを内蔵した積層電子部品に関する。

積層体内にコイルが内蔵された積層電子部品は、磁性体層と内部電極とが交互に積層されることにより構成されており、小型かつ低背構造で大きなインダクタンス値を得ることができるという性質を有する。更に、この積層電子部品は、コイルが積層体内に内蔵されているので、外部に磁束が漏れにくいという性質を有する。このような積層電子部品は、例えば、高周波回路でのＥＭＩ（Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）対策に適用されている。

ところで、近年、電子機器の小型化の要求に伴い、電子部品の実装密度が高くなってきている。電子部品の実装密度が高くなると、積層電子部品とその周囲に配置される配線や電子部品との距離が従来よりも近くなる。そのため、従来では殆ど問題とならなかった積層電子部品からの外部への磁束の漏れの問題が指摘され始めている。

ここで、コイルを内蔵した積層電子部品として、特許文献１に記載の積層ノイズ対策部品及び特許文献２に記載の積層電子部品が提案されている。これらの積層ノイズ対策部品及び積層電子部品は、内蔵された２つのコイル間の相互干渉を抑制することを目的としている。具体的には、特許文献１に記載の積層ノイズ対策部品では、積層体の中間層にショートリングが形成されている。また、特許文献２に記載の積層電子部品では、２つのコイルの間にショートリングが形成されている。

しかしながら、前記積層ノイズ対策部品及び前記積層電子部品は、共に、コイル間の相互干渉の防止を目的としており、特許文献１及び特許文献２では、外部への磁束の漏れの抑制は言及されていない。
特開平９−７８３５号公報 特開平６−１７６９２８号公報

そこで、本発明の目的は、外部への磁束の漏れを抑制できる積層電子部品を提供することである。

本発明は、積層されることにより積層体を構成している複数の磁性体層と、前記複数の磁性体層と共に積層されると共に、それぞれが電気的に接続されることによりコイルを構成している複数の内部電極と、前記コイルの軸の周りを周回するように、前記積層体の外面に形成された電極からなるショートリングと、前記複数の磁性体層と共に積層された非磁性体層と、を備えており、前記ショートリングは、前記非磁性体層を覆うように形成されていること、を特徴とする。

本発明によれば、コイルに電流が流れると、ショートリングを横切る磁界が発生すると共に、積層電子部品の外部に漏れる磁束が発生する。この際、ショートリングを横切る磁界により誘導起電力が発生し、ショートリングには、コイルに流れる電流と逆向きの渦電流が発生する。その結果、ショートリングの周りには、積層電子部品の外部に漏れる磁束を打ち消す磁束が発生する。すなわち、積層電子部品の外部に磁束が漏れることが抑制される。また、本発明によれば、非磁性体層が設けられているので、磁気飽和が発生することを抑制できる。更に、非磁性体層をショートリングにより覆っているので、非磁性体層から積層電子部品の外部へ磁束が漏れることを防止できる。

本発明において、前記非磁性体層は、積層方向において、前記コイルの略中央に設けられていてもよい。

本発明において、前記外面は、前記積層方向の前記積層体の両端に存在する面を上面及び下面としたときにおける側面であってもよい。

本発明によれば、積層体の外面にコイルの軸の周りを周回するようにショートリングが設けられているので、積層電子部品の外部に漏れる磁束を打ち消す磁束がショートリングの周りに発生し、積層電子部品の外部に磁束が漏れることが抑制されるようになる。

（積層電子部品の構成について）
以下に、本発明の一実施形態に係る積層電子部品の構成について図面を参照しながら説明する。図１は、前記積層電子部品１０の外観斜視図である。図１（ａ）は、積層電子部品１０の上面が示された外観斜視図であり、図１（ｂ）は、積層電子部品１０の下面が示された外観斜視図である。図２は、積層電子部品１０の分解斜視図である。

なお、以下では、積層方向を上下方向と規定する。更に、積層電子部品１０の上端側の面を上面と規定し、積層電子部品１０の下端側の面を下面と規定し、それ以外の積層電子部品１０の面を側面と規定する。そして、上面、下面及び側面を総称して外面と称す。

積層電子部品１０は、図１に示すように、概略、積層体１２、ショートリング１４及び外部電極１６ａ，１６ｂを備えている。更に、積層体１２は、コイルＬを内蔵している。

積層体１２は、直方体状のブロックであり、図２に示すように、長方形状の複数の磁性体層２４，２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，２２ｅ，２２ｆ，２２ｇ，２２ｈ，２６が積層されることにより構成されている。なお、個別の磁性体層２２を指すときには、参照符号の後にａないしｈの符号を付して記載し、磁性体層２２を総称するときには、磁性体層２２と記載する。磁性体層２２，２４，２６はそれぞれ、磁性体材料により作製される。磁性体材料の例としては、例えば、透磁率が１３０程度のＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系のフェライトが挙げられる。

コイルＬは、その軸が上下方向と一致するように積層体１２内に設けられている。このコイルＬは、内部電極１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ，１８ｅ，１８ｆ，１８ｇ，１８ｈが前記磁性体層２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，２２ｅ，２２ｆ，２２ｇ，２２ｈと交互に積層されると共に、内部電極１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ，１８ｅ，１８ｆ，１８ｇ，１８ｈが電気的に接続されることにより、構成されている。なお、個別の内部電極１８を指すときには、参照符号の後にａないしｈの符号を付して記載し、内部電極１８を総称するときには、内部電極１８と記載する。

磁性体層２２のそれぞれの主面には、内部電極１８が形成されている。各内部電極１８は、５／６ターンの長さを有しており、その両端において隣の磁性体層２２に形成された内部電極１８とビアホール導体Ｂを介して電気的に接続されている。より詳細には、内部電極１８の一端は、上側に存在する内部電極１８の一端にビアホール導体Ｂを介して接続されており、内部電極１８の他端は、下側に存在する内部電極１８の一端にビアホール導体Ｂを介して接続されている。これにより、螺旋形状を有するコイルＬが形成されている。なお、５／６ターンとは、５／６周分の長さの電極が形成されていることを示す。

更に、最も上層に配置された内部電極１８ａは、引き出し部２０ａを含み、最も下層に配置された内部電極１８ｈは、引き出し部２０ｂを含んでいる。引き出し部２０ａは、磁性体層２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，２２ｅ，２２ｆ，２２ｇ，２２ｈ，２６を貫通しているビアホール導体Ｂにより、積層体１２の下面に形成された外部電極１６ａに接続されている。また、引き出し部２０ｂは、磁性体層２２ｈ，２６を貫通しているビアホール導体Ｂにより、積層体１２の下面に形成された外部電極１６ｂに接続されている。前記内部電極１８及びビアホール導体Ｂは、例えば、銀により作製される。

最も下側に配置された磁性体層２６の下面には、外部電極１６ａ，１６ｂが形成されている。これらの外部電極１６ａ，１６ｂは、コイルＬと外部の回路とを電気的に接続するための端子としての役割を果たす。前記外部電極１６ａ，１６ｂは、例えば、銀電極上にＮｉめっき及びＳｎめっきが施されて作製される。

ショートリング１４は、図１に示すように、コイルＬの軸の周りを周回するように、積層体１２の外面において帯状に形成された電極である。より詳細には、ショートリング１４は、積層体１２の側面において、１周するように環状に形成された電極である。以下に、詳述するように、ショートリング１４は、積層電子部品１０から漏れてくる磁束を打ち消す役割を果たす。なお、ショートリング１４は、外部電極１６ａ，１６ｂと同様に、銀電極上にＮｉめっき及びＳｎめっきが施されて作製される。

（効果）
以上のように構成された積層電子部品１０について、以下にその効果について図３を参照しながら説明する。図３は、図１における積層電子部品１０のＡ−Ａ線断面構造図である。

コイルＬに外部電極１６ａから外部電極１６ｂへと電流が流れると、コイルＬの周辺には、磁束が発生する。この際、コイルＬを貫く磁束φ１、及び、積層電子部品１０の外部へと漏れる微量の磁束φ２が発生する。磁束φ２は、図３に示すように、ショートリング１４を横切っているので、誘導起電力によりショートリング１４には、コイルＬに流れる電流と逆向きの渦電流が発生する。より詳細には、ショートリング１４の図３の右側の部分に示すように、紙面奥側から手前側へと電流が流れる。これにより、磁束φ３が発生する。磁束φ３は、磁束φ２と反対方向に発生するため、前記磁束φ２は、磁束φ３により打ち消される。すなわち、積層電子部品１０の外部における漏れ磁束の発生が抑制される。

（変形例）
以下に、本実施形態に係る積層電子部品１０の変形例について図４及び図５を参照しながら説明する。なお、外観については、前記実施形態と略同一であるため、図１を援用する。図４は、変形例に係る積層電子部品１０'の分解斜視図である。図５は、積層電子部品１０'の図１におけるＡ−Ａ線断面構造図である。

積層電子部品１０と積層電子部品１０'との相違点は、図４に示すように、積層電子部品１０の磁性体層２２ｄが非磁性体層２８ｄに置き換えられている点である。すなわち、積層電子部品１０'は、磁性体層２２と共に積層された非磁性体層２８ｄを備えている。この非磁性体層２８ｄは、上下方向においてコイルＬの略中央において、コイルＬの軸を横切るように設けられていることが好ましい。

前記のように非磁性体層２８ｄが設けられることにより、磁気飽和によるインダクタンス値の急激な低下が抑制される。より詳細には、コイルＬには、コイルＬを貫通すると共にコイルＬ全体を周回する相対的に長い磁束（以下、ロングループφＬと称す）と、コイルＬの内部電極１８の周りを周回する相対的に短い磁束（以下、ショートループφＳと称す）との２種類の磁束が存在する。このロングループφＬとショートループφＳとの内、インダクタンスの形成に大きく寄与するのは、ロングループφＬである。一方、ショートループφＳは、インダクタンスの形成にあまり寄与せず、強く発生すると、磁気飽和の発生原因となる。

そこで、図５に示すように、非磁性体層２８ｄを設けて、コイルＬの略中央における磁気抵抗を大きくしている。これにより、ショートループφＳが前記非磁性体層２８ｄを通過しにくくなり、磁気飽和が発生することが抑制されるようになる。

しかしながら、非磁性体層２８ｄが設けられると、図５に示すように、非磁性体層２８ｄからの磁束φ４の漏れが問題となる。そこで、積層電子部品１０'では、ショートリング１４は、図５に示すように、非磁性体層２８ｄを覆うように形成されている。具体的には、ショートリング１４は、非磁性体層２８ｄが側面に露出する部分を跨ぐように帯状に形成されている。これにより、ショートリング１４は、磁気シールドとしての役割を果たし、前記非磁性体層２８ｄから磁束φ４が漏れ出すことを抑制している。すなわち、ショートリング１４は、誘導起電力により磁束φ３を発生して積層電子部品１０から漏れる磁束φ２を打ち消すと共に、磁気シールドとして機能して磁束φ４が非磁性体層２８ｄから漏れることを防止している。

なお、非磁性体層が複数設けられている場合には、それぞれの非磁性体層に対応したショートリングが設けられてもよい。また、複数の非磁性体層をまとめて覆うような幅広な形状を有するショートリングが１つだけ設けられてもよい。複数の非磁性体層を覆う１つのショートリングが設けられる場合には、複数のショートリングが設けられる場合に比べて、ショートリングの形成が容易になる。

（実験結果）
本願発明者は、積層電子部品１０，１０'が奏する効果をより明確なものとすべく、積層電子部品１０，１０'に電流を流した際に積層電子部品１０，１０'の近傍に発生する磁束密度を計測する実験を行った。以下に、この実験について図６及び図７を参照しながら説明する。図６は、積層電子部品１０近傍に発生している磁界の強さを示したグラフである。図７は、積層電子部品１０'近傍に発生している磁界の強さを示したグラフである。縦軸（ｙ軸）は、磁束密度（ｄＢ）を示し、横軸（ｘ軸）は、位置を示す。ここで、位置とは、図１に示すように、積層方向の上方向を正方向とし、積層方向の下方向を負方向とし、ショートリング１４の中心を０としたときの座標を示す。なお、単位は、ｍｍである。

以下に、実験条件について説明する。実験に用いた積層電子部品１０，１０'はそれぞれ以下のようなものである。

積層電子部品１０について
サイズ：２．５ｍｍ×２．０ｍｍ×１．０ｍｍ
磁性体層２２，２４，２６の透磁率：１３０
ショートリング１４及び外部電極１６ａ，１６ｂの材質：銀電極にＮｉめっき及びＳｎめっき
内部電極１８の材質：銀
ショートリング１４の幅：０．２５ｍｍ
コイルＬのターン数：６．５ターン

積層電子部品１０'について
サイズ：２．５ｍｍ×２．０ｍｍ×１．０ｍｍ
磁性体層２２，２４，２６の透磁率：１３０
非磁性体層２８ｄの透磁率：１
ショートリング１４及び外部電極１６ａ，１６ｂの材質：銀電極にＮｉめっき及びＳｎめっき
内部電極１８の材質：銀
ショートリング１４の幅：０．２５ｍｍ
コイルＬのターン数：６．５ターン

積層電子部品１０の比較例（第１の比較例）として、積層電子部品１０にショートリング１４が形成されていないものを用いた。同様に、積層電子部品１０'の比較例（第２の比較例）として、積層電子部品１０'にショートリング１４が形成されていないものを用いた。

また、積層体１２の側面から０．１ｍｍ離れた位置の磁束密度を計測した。計測装置としては、ＥＭＩテスター（日立ディスプレイデバイシズ製 ＥＭＶ−２００）を用いた。

以上のような条件下で実験を行ったところ、図６及び図７に示すような結果が得られた。具体的には、図６によれば、ショートリング１４が設けられていない第１の比較例の積層電子部品では、位置０に近づくにつれて磁束密度が増加している。一方、ショートリング１４が設けられた積層電子部品１０では、位置０の近傍において磁束密度の増加が抑制されている。すなわち、ショートリング１４が、積層電子部品１０から漏れ出す磁束φ２を打ち消していることが理解できる。

また、図７によれば、図６と同様に、ショートリング１４が設けられていない第２の比較例の積層電子部品では、位置０に近づくにつれて磁束密度が増加している。そして、第２の比較例の積層電子部品では、第１の比較例の積層電子部品よりも全体にわたって磁束密度が大きくなっていることが理解できる。特に、第２の比較例の積層電子部品の位置０近傍では、図６に示す第１の比較例の積層電子部品よりも磁束密度が大きくなっている。これは、非磁性体層から磁束が漏れていることを示している。

一方、ショートリング１４が設けられた積層電子部品１０'では、位置０近傍において磁束密度の増加が抑制されると共に、全体にわたって磁束密度の大きさが低減されている。これは、ショートリング１４が、積層電子部品１０'から漏れ出す磁束φ２を打ち消すと共に、磁気シールドとして機能して非磁性体層２８ｄから磁束φ４が漏れることを防止していることを示している。

（製造方法について）
以下に、積層電子部品１０の製造方法について図１及び図２を参照しながら説明を行う。

まず、磁性体層２２，２４，２６として用いられるセラミックグリーンシートが作製される。例えば、酸化第二鉄（Ｆｅ₂Ｏ₃）を４８．０ｍｏｌ％、酸化亜鉛（ＺｎＯ）を２５．０ｍｏｌ％、酸化ニッケル（ＮｉＯ）を１８．０ｍｏｌ％、酸化銅（ＣｕＯ）を９．０ｍｏｌ％の比率で秤量したそれぞれの材料を原材料としてボールミルに投入し、湿式調合を行う。得られた混合物を乾燥してから粉砕し、得られた粉末を７５０℃で１時間仮焼する。得られた仮焼粉末をボールミルにて湿式粉砕した後、乾燥してから解砕し、フェライトセラミック粉末を得る。

このフェライトセラミック粉末に対して結合剤（酢酸ビニル、水溶性アクリル等）と可塑剤、湿潤材、分散剤を加えてボールミルで混合を行い、その後、減圧により脱泡を行う。得られたセラミックスラリーをドクターブレード法により、シート状に形成して乾燥させ、所望の膜厚のセラミックグリーンシートを作製する。

次に、磁性体層２２，２６として用いられるセラミックグリーンシートに対して、図２に示すビアホール導体Ｂを形成する。ビアホール導体Ｂは、セラミックグリーンシートにレーザビームなどを用いて貫通孔を形成し、この貫通孔にＡｇ，Ｐｄ，Ｃｕ，Ａｕやこれらの合金などの導電ペーストを印刷塗布などの方法により充填することによって形成される。

ビアホール導体Ｂが形成されたセラミックグリーンシートの内、磁性体層２２に用いられるセラミックグリーンシートの主面上には、導電ペーストがスクリーン印刷法やフォトリソグラフィ法などの方法で塗布されることにより、内部電極１８が形成される。

次に、セラミックグリーンシートを下から積層して、未焼成のマザー積層体を形成する。この際、セラミックグリーンシートは、所定枚数ずつ重ねて仮圧着される。そして、全ての仮圧着が完了すると、静水圧などを利用してマザー積層体の本圧着を行う。

次に、未焼成のマザー積層体を、個々の積層体にダイサー等によりカットする。これにより、直方体状の積層体を得る。

次に、この積層体に、脱バインダー処理及び焼成を施す。これにより、セラミック及び導電ペーストが焼結された積層体１２を得る。

次に、積層体１２の表面に、例えば、浸漬法などの公知の方法により主成分が銀である電極ペーストを塗布及び焼き付けすることにより、図１に示すショートリング１４及び外部電極１６ａ，１６ｂを形成する。

最後に、ショートリング１４及び外部電極１６ａ，１６ｂの表面に、Ｎｉめっき及びＳｎめっき又はＮｉめっき及び半田めっきを施す。以上の工程を経て、図１に示すような積層電子部品１０が完成する。

なお、積層電子部品１０'の製造の際には、磁性体層２２ｄの代わりに非磁性体層２８ｄを積層する。非磁性体層２８ｄに用いられるセラミックグリーンシートは、以下のようにして作製される。例えば、酸化第二鉄（Ｆｅ₂Ｏ₃）を４８．０ｍｏｌ％、酸化亜鉛（ＺｎＯ）を４３．０ｍｏｌ％、酸化銅（ＣｕＯ）を９．０ｍｏｌ％の比率で秤量したそれぞれの材料を原材料としてボールミルに投入し、湿式調合を行う。得られた混合物を乾燥してから粉砕し、得られた粉末を７５０℃で１時間仮焼する。得られた仮焼粉末をボールミルにて湿式粉砕した後、乾燥してから解砕し、非磁性セラミック粉末を得る。

この非磁性セラミック粉末に対して結合剤（酢酸ビニル、水溶性アクリル等）と可塑剤、湿潤材、分散剤を加えてボールミルで混合を行い、その後、減圧により脱泡を行う。得られたセラミックスラリーをドクターブレード法により、シート状に形成して乾燥させ、非磁性体層２８ｄに用いられるセラミックグリーンシートを作製する。

なお、積層電子部品１０，１０'の製造方法として、シート積層法について説明を行ったが、前記積層電子部品１０，１０'の製造方法はこれに限らない。例えば、逐次印刷積層法や転写積層法によって積層電子部品１０，１０'を製造してもよい。

本発明の一実施形態に係る積層電子部品の外観斜視図。 前記積層電子部品の分解斜視図。 図１における積層電子部品のＡ−Ａ線断面構造図。 変形例に係る積層電子部品の分解斜視図。 図１における積層電子部品のＡ−Ａ線断面構造図。 本発明の一実施形態に係る積層電子部品近傍に発生している磁界の強さを示したグラフ。 変形例に係る積層電子部品近傍に発生している磁界の強さを示したグラフ。

符号の説明

１０，１０' 積層電子部品
１２ 積層体
１４ ショートリング
１６ａ，１６ｂ 外部電極
１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ，１８ｅ，１８ｆ，１８ｇ，１８ｈ 内部電極
２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，２２ｅ，２２ｆ，２２ｇ，２２ｈ，２４，２６ 磁性体層
２８ｄ 非磁性体層
Ｌ コイル

Claims (3)

1. 積層されることにより積層体を構成している複数の磁性体層と、
   前記複数の磁性体層と共に積層されると共に、それぞれが電気的に接続されることによりコイルを構成している複数の内部電極と、
   前記コイルの軸の周りを周回するように、前記積層体の外面に形成された電極からなるショートリングと、
   前記複数の磁性体層と共に積層された非磁性体層と、
   を備えており、
   前記ショートリングは、前記非磁性体層を覆うように形成されていること、
   を特徴とする積層電子部品。
2. 前記非磁性体層は、積層方向において、前記コイルの略中央に設けられていること、
   を特徴とする請求項１に記載の積層電子部品。
3. 前記外面は、前記積層方向の前記積層体の両端に存在する面を上面及び下面としたときにおける側面であること、
   を特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかに記載の積層電子部品。

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