JP5181694B2

JP5181694B2 - 電子部品

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Publication number: JP5181694B2
Application number: JP2008011908A
Authority: JP
Inventors: 治松本
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2008-01-22
Filing date: 2008-01-22
Publication date: 2013-04-10
Anticipated expiration: 2028-01-22
Also published as: JP2009176836A

Description

本発明は、電子部品に関し、絶縁層が積層されてなる積層体を備えた電子部品に関する。

特許文献１には、第１強磁性体層と第２強磁性体層との間に非磁性体層が設けられた積層インダクタが記載されている。該積層インダクタによれば、電流が小さいときにはインダクタンス値が大きく、電流が大きいときにはインダクタンス値が小さくなる直流重畳特性を得ることができる。

しかしながら、特許文献１に記載の積層インダクタでは、非磁性体層は、第１強磁性体層と第２の強磁性体層との間のように限られた場所に設けられているので、直流重畳特性のパターンが限られてしまうという問題がある。
特開２００１−４４０３６号公報

そこで、本発明の目的は、より多くのパターンの直流重畳特性を設定できるコイルを内蔵した電子部品を提供することである。

本発明は、電子部品において、第１の絶縁層からなる第１の積層体と、前記第１の絶縁層と異なる透磁率を有する第２の絶縁層からなる第２の積層体と、前記第１の積層体及び前記第２の積層体に内蔵されているコイルと、を備え、前記第１の積層体は、前記第１の絶縁層及び前記第２の絶縁層よりも低い透磁率を有する絶縁層であって、該第１の絶縁層に挟まれている第３の絶縁層を、更に含んでおり、前記第１の絶縁層の透磁率は、前記第２の絶縁層の透磁率よりも大きく、前記第２の積層体には前記第３の絶縁体層が設けられていないこと、を特徴とする。

本発明によれば、第３の絶縁層は、第１の積層体内に設けられている。故に、第１の積層体において任意の位置に第３の絶縁層を配置することができる。一方、特許文献１に示した積層インダクタでは、非磁性体層の位置は、第１強磁性体層と第２強磁性体層との間に限られている。そのため、本発明では、特許文献１に示した積層インダクタに比べて、第３の絶縁層の位置の自由度が高い。そのため、本発明は、特許文献１に示した積層インダクタに比べて、より多くのパターンの直流重畳特性を設定することができる。

本発明において、前記コイルは、前記第１の絶縁層、前記第２の絶縁層及び前記第３の絶縁層に形成されている複数の内部電極が電気的に接続されることにより構成されていてもよい。

本発明によれば、第３の絶縁層は、第１の積層体内に設けられているので、より多くのパターンの直流重畳特性を設定することができる。

以下に、本発明の一実施形態に係る電子部品について説明する。図１は、電子部品１の外観斜視図である。図２は、積層体２の分解図である。以下では、電子部品１の形成時に、セラミックグリーンシートが積層される方向を積層方向と定義する。そして、この積層方向をｚ軸方向とし、電子部品１の長手方向をｘ軸方向とし、ｘ軸とｚ軸とに直交する方向をｙ軸方向とする。ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸は、電子部品１を構成する辺に対して平行である。図３は、電子部品１のｘｚ平面における断面構造図である。

（電子部品の構成について）
電子部品１は、図１及び図３に示すように、内部にコイルを内蔵する直方体状の積層体２及び外部電極３ａ，３ｂを備える。積層体２は、直方体状の形状を有している。外部電極３ａ，３ｂはそれぞれ、積層体２のｘ軸方向の両端に位置する側面に形成されている。

積層体２は、複数の内部電極と複数の磁性体層とが共に積層されて構成されている。具体的には、以下の通りである。積層体２は、図２及び図３に示すように、積層体２ａと積層体２ｂとが重ねられて構成されている。積層体２ａは、強透磁率のフェライト（例えば、Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕフェライト又はＮｉ−Ｚｎフェライト等）からなる複数の磁性体層４ａ〜４ｆ、及び、透磁率が１の材料からなる非磁性体層６が積層されることにより構成されている。非磁性体層６は、磁性体層４ｅと磁性体層４ｆとに挟まれている。積層体２ｂは、磁性体層４ａ〜４ｆとは異なる透磁率を有する強透磁率のフェライトからなる磁性体層５ａ〜５ｆが積層されることにより構成されている。本実施形態では、磁性体層４ａ〜４ｆの透磁率（例えば、μ＝１００）は、磁性体層５ａ〜５ｆの透磁率（例えば、μ＝２０）よりも高い。また、非磁性体層６の透磁率は、磁性体層４ａ〜４ｆ，５ａ〜５ｆの透磁率よりも低い。複数の磁性体層４ａ〜４ｆ，５ａ〜５ｆ及び非磁性体層６は、それぞれ略同じ面積及び形状を有する長方形の絶縁層である。

図２に示すように、磁性体層４ａ〜４ｃ，５ｄ〜５ｆの主面上には何も形成されない。一方、磁性体層４ｄ，４ｅ、非磁性体層６及び磁性体層４ｆの主面上にはそれぞれ、内部電極７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄが形成される。更に、磁性体層４ｄ，４ｅ、非磁性体層６及び磁性体層４ｆにはそれぞれ、ビア導体８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄが形成されている。更に、磁性体層５ａ，５ｂ，５ｃの主面上にはそれぞれ、内部電極７ｅ，７ｆ，７ｇが形成される。更に、磁性体層５ａ，５ｂにはそれぞれ、ビア導体８ｅ，８ｆが形成されている。

以下では、個別の磁性体層４ａ〜４ｆ，５ａ〜５ｆ及びビア導体８ａ〜８ｆを示す場合には、参照符号の後ろにアルファベットを付し、磁性体層４ａ〜４ｆ，５ａ〜５ｆ及びビア導体８ａ〜８ｆを総称する場合には、参照符号の後ろのアルファベットを省略するものとする。

図２に示すように、各内部電極７は、Ａｇからなる導電性材料からなり、「コ」字状を有する。これにより、一つの内部電極７が３／４巻き分に相当するコイルＬの一部分を構成する。なお、内部電極７は、Ｐｄ，Ａｕ，Ｐｔ等を主成分とする貴金属やこれらの合金などの導電性材料からなっていてもよい。

更に、複数の内部電極７は、ビア導体８により互いに接続されることにより、積層体２ａ及び積層体２ｂに跨って内蔵された螺旋状のコイルＬを構成する。積層方向において最も上側及び最も下側に形成された内部電極７ａ，７ｇはそれぞれ、引き出し部９ａ，９ｇを介して外部電極３ａ，３ｂに接続されている。

図２に示すように、ビア導体８は、Ａｇからなる導電性材料からなり、磁性体層４，５及び非磁性体層６をｚ軸方向に貫通するように、内部電極７の一端に形成されている。これにより、ビア導体８は、ｚ軸方向に隣り合う内部電極７同士を電気的に接続している。

図２に示す分解斜視図の磁性体層４ａ〜４ｅ、非磁性体層６及び磁性体層４ｆをｚ軸方向の上側からこの順に重ねて積層体２ａを構成する。同様に、磁性体層５ａ〜５ｆをｚ軸方向の上側からこの順に重ねて積層体２ｂを構成する。更に、積層体２ａ，２ｂを重ねて得た積層体２の表面に外部電極３ａ，３ｂを形成すると、図３に示す断面構造を有する電子部品１が得られる。

（電子部品の製造方法について）
以下に図１及び図２を参照しながら電子部品１の製造方法について説明する。

まず、磁性体層４，５となるべき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。酸化第二鉄（Ｆｅ₂Ｏ₃）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、及び、酸化銅（ＣｕＯ）を所定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８００℃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て、２μｍの粒径の磁性体層４のフェライトセラミック粉末を得る。一方、磁性体層５の透磁率は、磁性体層４の透磁率よりも高い。そこで、磁性体層５のフェライトセラミック粉末を作製する場合には、磁性体層４のフェライトセラミック粉末を作成する場合に比べて、酸化亜鉛（ＺｎＯ）の比率を少なめに混合し、酸化ニッケル（ＮｉＯ）の比率を多めに混合する。

これら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（例えば、５０μｍ）のセラミックグリーンシートを作製する。

次に、非磁性体層６となるべき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。酸化第二鉄（Ｆｅ₂Ｏ₃）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、及び、酸化銅（ＣｕＯ）を所定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８００℃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て、２μｍの粒径の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（例えば、５０μｍ）のセラミックグリーンシートを作製する。

次に、磁性体層４ｄ，４ｅ、非磁性体層６及び磁性体層４ｆ，５ａ，５ｂとなるべきセラミックグリーンシートのそれぞれに、ビア導体８ａ〜８ｆを形成する。具体的には、磁性体層４ｄ，４ｅ、非磁性体層６及び磁性体層４ｆ，５ａ，５ｂとなるべきセラミックグリーンシートにレーザビームを照射してビアホールを形成する。次に、このビアホールに対して、Ａｇ，Ｐｄ，Ｃｕ，Ａｕやこれらの合金などの導電性ペーストを印刷塗布などの方法により充填する。

次に、磁性体層４ｄ，４ｅ、非磁性体層６及び磁性体層４ｆ，５ａ，５ｂ，５ｃとなるべきセラミックグリーンシート上には、Ａｇ，Ｐｄ，Ｃｕ，Ａｕやこれらの合金などを主成分とする導電性ペーストを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することにより、内部電極７ａ〜７ｇを形成する。なお、内部電極７ａ〜７ｇを形成する工程とビアホールに対して導電性ペーストを充填する工程とは、同じ工程において行われてもよい。

次に、各セラミックグリーンシートを積層する。具体的には、磁性体層５ｆとなるべきセラミックグリーンシートを配置する。次に、磁性体層５ｆとなるべきセラミックグリーンシート上に、磁性体層５ｅとなるべきセラミックグリーンシートの配置及び仮圧着を行う。この後、磁性体層５ｄ，５ｃ，５ｂ，５ａ，４ｆ、非磁性体層６及び磁性体層４ｅ，４ｄ，４ｃ，４ｂ，４ａとなるべきセラミックグリーンシートについても同様にこの順番に積層及び仮圧着する。これにより、マザー積層体が形成される。このマザー積層体には、静水圧プレスなどにより本圧着が施される。

次に、マザー積層体をギロチンカットにより２．０ｍｍ×１．２５ｍｍの寸法の積層体２にカットする。これにより未焼成の積層体２が得られる。この未焼成の積層体２には、脱バインダー処理及び焼成がなされる。脱バインダー処理は、例えば、低酸素雰囲気中で５００℃で２時間の条件で行う。焼成は、例えば、８９０℃で２．５時間の条件で行う。これにより、焼成された積層体２が得られる。積層体２の表面には、例えば、浸漬法等の方法により主成分が銀である電極ペーストが塗布及び焼き付けされることにより、外部電極３ａ，３ｂが形成される。外部電極３ａ，３ｂの乾燥は、１２０℃で１０分間行われ、外部電極３ａ，３ｂの焼き付けは、８００℃で１時間行われる。

最後に、外部電極３ａ，３ｂの表面に、Ｎｉめっき／Ｓｎめっきを施す。以上の工程を経て、図１に示すような電子部品１が完成する。

（効果）
電子部品１では、前記の通り、非磁性体層６は、積層体２ａ内に設けられている。故に、積層体２ａにおいて任意の位置に非磁性体層６を配置することができる。一方、特許文献１に示した積層インダクタでは、非磁性体層の位置は、第１強磁性体層と第２強磁性体層との間に限られている。そのため、電子部品１では、特許文献１に示した積層インダクタに比べて、非磁性体層６の位置の自由度が高い。そのため、電子部品１は、特許文献１に示した積層インダクタに比べて、より多くのパターンの直流重畳特性を設定することができる。その結果、電子部品１を種々の用途に用いることが可能となる。

また、電子部品１によれば、積層体２ａと積層体２ｂとが積層されて構成されているので、電子部品１の直流重畳特性は、積層体２ａ内のコイルの直流重畳特性と積層体２ｂ内のコイルの直流重畳特性とを重ね合わせたものとなる。その結果、コイルに対して相対的に大きな直流電流を流した場合には、電子部品１のインダクタンスが相対的に小さくなり、コイルに対して相対的に小さな直流電流を流した場合には、電子部品１のインダクタンスが相対的に大きくなるような直流重畳特性を得ることができる。以下に、図面を参照しながら説明する。

図４は、第１の比較例に係る電子部品１００の断面構造図及び直流重畳特性を示したグラフである。図５は、第２の比較例に係る電子部品２００の断面構造図及び直流重畳特性を示したグラフである。図６は、第３の比較例に係る電子部品３００の断面構造図及び直流重畳特性を示したグラフである。図７は、電子部品１の直流重畳特性を示したグラフである。直流重畳特性のグラフにおいて、縦軸は、インダクタンスを示し、横軸は、電流値を示している。

図４に示す第１の比較例に係る電子部品１００は、図２及び図３に示す電子部品１の積層体２ａの部分を全て磁性体層４とした電子部品である。より詳細には、非磁性体層６の代わりに磁性体層４ｇを設け、積層体２ａのｚ軸方向の最も下に設けられた磁性体層４ｆの下に磁性体層４ｈ，４ｉ，４ｊを設けると共に、外部電極３ａ，３ｂを形成した。

図４（ａ）に示す電子部品１００では、電流値が大きくなると急激にインダクタンスが低下している。これは、磁性体層４の透磁率が比較的大きいので、内部電極７に大電流が流れると、磁気飽和が発生するためである。

そこで、図５（ａ）に示す第２の比較例に係る電子部品２００では、電子部品１００において、磁性体層４ｇの代わりに非磁性体層６が設けられている。該電子部品２００は、図２及び図３に示す電子部品１の積層体２ａからなる電子部品である。該電子部品２００では、非磁性体層６が設けられているので、開磁路が形成されるようになる。その結果、電子部品２００内において磁束密度が高くなりすぎて磁気飽和が発生することが抑制される。すなわち、電子部品２００では、図５（ｂ）に示すように、電流値が大きくなってもインダクタンスが急激に低下しない。

一方、図６（ａ）に示す第３の比較例に係る電子部品３００は、図２及び図３に示す電子部品１の積層体２ｂの部分からなる電子部品である。より詳細には、積層体２ｂのｚ軸方向の最も上に設けられた磁性体層５ａの上に磁性体層５ｇ，５ｈ，５ｉを設けると共に、外部電極３ａ，３ｂを形成した。

図６（ａ）に示す電子部品３００では、磁性体層５の透磁率が磁性体層４の透磁率よりも低い。そのため、電子部品３００のインダクタンスは、電子部品２００のインダクタンスよりも低い。ただし、磁性体層５の透磁率が磁性体層４の透磁率よりも低いので、電子部品３００では、コイルに電流が流れても、電子部品２００のように磁気飽和が発生しにくい。そのため、図６（ｂ）に示すように、電流値が大きくなってもインダクタンスが急激に低下しない。

そこで、本実施形態では、図５に示す電子部品２００と図６に示す電子部品３００と組み合わせて、図３に示す電子部品１を作製した。これにより、図７に示すように、電子部品１は、電子部品２００の直流重畳特性と電子部品３００の直流重畳特性とを重ね合わせた直流重畳特性を持つようになる。より詳細には、電子部品１は、コイルに流れる電流値が相対的に小さい場合には、相対的に大きなインダクタンスを有し、コイルに流れる電流値が相対的に大きい場合には、相対的に小さなインダクタンスを有する。すなわち、電子部品１は、図７に示すように、階段状の直流重畳特性を有するようになる。

特に、電子部品１では、非磁性体層６は、図２に示すように、積層体２ａに設けられていることが好ましい。これは、積層体２ａでは、積層体２ｂよりも磁気飽和が発生し易いからである。これにより、電子部品１において、相対的に小さな電流値がコイルに流れた場合において磁気飽和が発生することが抑制され、大きなインダクタンスを得ることができる。

以上のような直流重畳特性を有する電子部品１は、以下に図面を参照しながら説明するように、電源回路に用いられるＤＣＤＣコンバータに有用である。図８は、ＤＣＤＣコンバータの回路図である。

図８に示すＤＣＤＣコンバータは、直流電源４００、コンデンサ４１０、スイッチ４２０、ダイオード４３０、コイル４４０、コンデンサ４５０及び負荷４６０を備える。電子部品１は、コイル４４０として用いられる。該ＤＣＤＣコンバータは、直流電源４００の電圧Ｖｉを電圧Ｖｏに変換して負荷４６０に出力する回路である。該ＤＣＤＣコンバータでは、スイッチ４２０が周期的にＯＮとＯＦＦとに切り替えられ、これにより、コイル４４０が充放電されて、負荷４６０に電圧Ｖｏが供給される。更に、スイッチ４２０のＯＮ期間とＯＦＦ期間とのデューティー比を調整することにより、電圧Ｖｏの大きさを調整できる。

ＤＣＤＣコンバータにおいて、負荷４６０側の使用環境の変化等により、コイル４４０に流れる電流を一時的に急増させる場合がある。このような場合には、遅延なく電流を増加させるために、ＤＣＤＣコンバータの時定数を小さくする必要がある。そのため、コイル４４０のインダクタンスは小さい方が好ましい。一方、ＤＣＤＣコンバータにおいて、電圧の変換効率を向上させるためには、コイル４４０のインダクタンスは大きい方が好ましい。

そこで、電子部品１では、図７のグラフに示すように、通常使用される範囲である小さな電流値の範囲では、インダクタンスは相対的に大きくなり、通常使用される電流値よりも大きな電流値では、インダクタンスは相対的に小さくなっている。したがって、電子部品１を含んだＤＣＤＣコンバータは、通常の使用状態では、電圧の変換効率に優れた大きなインダクタンスで動作すると共に、電流が大きくなった状態では、時定数が低い小さなインダクタンスで動作するようになる。すなわち、電子部品１をＤＣＤＣコンバータに適用することにより、電圧の変換効率の向上と電流増加時の遅延抑制とを両立させることができる。

また、図７に示す直流重畳特性を有する電子部品１をＤＣＤＣコンバータに適用した場合には、ＤＣＤＣコンバータが供給する電流の増加時における過渡応答性を向上させることができる。より詳細には、ＤＣＤＣコンバータの供給電流増加時には、コイル４４０にはできるだけ大きな電流が流れることが好ましい。この場合には、コイル４４０に発生する逆起電力は小さい方が好ましいので、コイル４４０のインダクタンスは小さい方が好ましい。ここで、電子部品１は、電流値が大きくなるとインダクタンスが小さくなる直流重畳特性を有する。そのため、電子部品１がＤＣＤＣコンバータに適用されることにより、該ＤＣＤＣコンバータの供給電流増加時における過渡応答性が向上する。

更に、電子部品１は、電流値が大きくなればインダクタンスが小さくなる直流重畳特性を有するので、ＤＣＤＣコンバータは、負荷４６０に対して大きな電流を供給することが可能となる。その結果、コンデンサ４５０に流れ込む電流値も大きくなり、負荷４６０に出力される電圧Ｖｏが安定するようになる。

（その他の実施形態）
以上のように構成された電子部品１は、前記実施形態に限られず種々の変更が可能である。例えば、図９に示すその他の実施形態に係る電子部品１ａのように、非磁性体層６は、積層体２ｂにおいて磁性体層５に挟まれていてもよい。この場合、図１０に示す電子部品１ａの直流重畳特性のグラフのように、電流の増加に対して急激にインダクタンスが低下した後、略一定のインダクタンス値を維持する直流重畳特性を得ることができる。

なお、非磁性体層６は、図３又は図９に示すように、コイルＬを横切るように配置されていることが好ましい。これにより、電子部品１において磁気飽和が発生することを効果的に抑制できるからである。

また、非磁性体層６は、積層体２ａ，２ｂの両方に設けられていてもよい。

また、電子部品１の直流重畳特性は、非磁性体層６の位置や枚数によって調整してもよいし、磁性体層４，５の枚数や内部電極７の枚数などによって調整してもよい。

本発明の一実施形態に係る電子部品の外観斜視図である。前記電子部品の積層体の分解図である。前記電子部品のｘｚ平面における断面構造図である。第１の比較例に係る電子部品の断面構造図及び直流重畳特性を示したグラフである。第２の比較例に係る電子部品の断面構造図及び直流重畳特性を示したグラフである。第３の比較例に係る電子部品の断面構造図及び直流重畳特性を示したグラフである。電子部品の直流重畳特性を示したグラフである。ＤＣＤＣコンバータの回路図である。その他の実施形態に係る電子部品の断面構造図である。前記電子部品の直流重畳特性のグラフである。

符号の説明

１，１ａ電子部品
２，２ａ，２ｂ積層体
３ａ，３ｂ外部電極
４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ，４ｇ，４ｈ，４ｉ，４ｊ，５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆ，５ｇ，５ｈ，５ｉ磁性体層
６非磁性体層
７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆ，７ｇ内部電極
８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ，８ｅ，８ｆビア導体
Ｌコイル

Claims

第１の絶縁層からなる第１の積層体と、
前記第１の絶縁層と異なる透磁率を有する第２の絶縁層からなる第２の積層体と、
前記第１の積層体及び前記第２の積層体に内蔵されているコイルと、
を備え、
前記第１の積層体は、
前記第１の絶縁層及び前記第２の絶縁層よりも低い透磁率を有する絶縁層であって、該第１の絶縁層に挟まれている第３の絶縁層を、
更に含んでおり、
前記第１の絶縁層の透磁率は、前記第２の絶縁層の透磁率よりも大きく、
前記第２の積層体には前記第３の絶縁体層が設けられていないこと、
を特徴とする電子部品。
前記コイルは、前記第１の絶縁層、前記第２の絶縁層及び前記第３の絶縁層に形成されている複数の内部電極が電気的に接続されることにより構成されていること、
を特徴とする請求項１に記載の電子部品。