JP5327231B2

JP5327231B2 - 電子部品

Info

Publication number: JP5327231B2
Application number: JP2010541273A
Authority: JP
Inventors: 秀二木原; 治松本; 勝之内田
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2008-12-03
Filing date: 2009-10-27
Publication date: 2013-10-30
Anticipated expiration: 2029-10-27
Also published as: WO2010064505A1; JPWO2010064505A1; CN102232233A

Description

本発明は、電子部品に関し、より特定的には、積層体内にコイルを内蔵している電子部品に関する。

コイルを内蔵している従来の電子部品としては、例えば、特許文献１に記載の積層インダクタが知られている。該積層インダクタでは、複数のコイルパターンからなるコイルが、磁性体層からなる積層体内に内蔵されている。そして、非磁性体層が、コイル内部においてコイル軸と交差するように設けられている。

前記積層インダクタによれば、非磁性体層が設けられているので、積層体内における磁束密度が低下する。その結果、積層インダクタを流れる直流電流が大きくなっても、積層体内において磁気飽和が発生しにくくなり、磁気飽和によるインダクタンス値の急激な低下が発生しにくくなる。すなわち、積層インダクタの直流重畳特性が向上する。

ところで、特許文献１に記載の積層インダクタは、例えば、携帯電話等の電子機器内のＤＣ−ＤＣコンバータに用いられることがある。このような積層インダクタでは、相対的に小さな直流電流がコイルに流れているときには、大きなインダクタンス値が得られ、かつ、相対的に大きな直流電流がコイルに流れても、急激にインダクタンス値が低下しない直流重畳特性が要求される。

しかしながら、特許文献１に記載の積層インダクタでは、相対的に小さな直流電流がコイルに流れているときには、大きなインダクタンス値を得ることが困難である。より詳細には、該積層インダクタでは、コイル内に非磁性体層が設けられている。これにより、積層体内において磁気飽和が発生することが抑制される。よって、相対的に大きな直流電流がコイルに流れても、急激にインダクタンス値が低下することが抑制される。その一方で、非磁性体層は、積層体内の磁束密度を低下させる。そのため、非磁性体層は、相対的に小さな直流電流がコイルに流れているときに、積層インダクタが大きなインダクタンス値を生じることを妨げてしまう。

特開２００６−２１６９１６号公報

そこで、本発明の目的は、相対的に小さな直流電流がコイルに流れているときには、大きなインダクタンス値が得られ、かつ、相対的に大きな直流電流がコイルに流れても、急激にインダクタンス値が低下しない直流重畳特性を有する電子部品を提供することである。

本発明の一形態に係る電子部品は、複数の第１の絶縁体層が積層されてなる積層体と、前記積層体に内蔵され、かつ、積層方向に沿って延在するコイル軸を有するコイルと、を備え、前記積層体は、前記第１の絶縁体層よりも低い透磁率を有し、かつ、前記コイル軸と交差するように前記積層体内に設けられている第２の絶縁体層であって、前記コイルを横切っている第２の絶縁体層と、前記第１の絶縁体層よりも高い透磁率を有し、かつ、前記コイルの内部において前記第２の絶縁体層の積層方向の上側及び下側のそれぞれに設けられている高透磁率部と、を更に含んでいること、を特徴とする。

本発明によれば、相対的に小さな直流電流がコイルに流れているときには、大きなインダクタンス値が得られ、かつ、相対的に大きな直流電流がコイルに流れても、急激にインダクタンス値が低下しない直流重畳特性を得ることができる。

本発明の実施形態に係る電子部品の透視図である。本発明の一実施形態に係る電子部品の積層体の分解斜視図である。図１の電子部品のＡ−Ａにおける断面構造図である。コンピュータシミュレーションの結果を示したグラフである。磁性体層となるべきセラミックグリーンシートの製造工程を示した斜視図である。その他の実施形態に係る電子部品のＡ−Ａにおける断面構造図である。

以下に、本発明の実施形態に係る電子部品について説明する。

（電子部品の構成）
以下に、本発明の一実施形態に係る電子部品１０ａについて図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施形態に係る電子部品１０ａ，１０ｂの透視図である。図２は、第１の実施形態に係る電子部品１０ａの積層体１２ａの分解斜視図である。図３は、図１の電子部品１０ａのＡ−Ａにおける断面構造図である。以下、電子部品１０ａの積層方向をｚ軸方向と定義し、電子部品１０ａの長辺に沿った方向をｘ軸方向と定義し、電子部品１０ａの短辺に沿った方向をｙ軸方向と定義する。ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸は互いに直交している。

電子部品１０ａは、図１に示すように、積層体１２ａ及び外部電極１４ａ，１４ｂを備えている。積層体１２ａは、直方体状を有しており、コイルＬを内蔵している。外部電極１４ａ，１４ｂはそれぞれ、コイルＬに電気的に接続されており、ｘ軸方向の両端に位置する側面を覆うように設けられている。

積層体１２ａは、図２に示すように、磁性体層（絶縁体層）１６ａ〜１６ｋ及び非磁性体層（絶縁体層）１７が積層されて構成されている。更に、積層体１２ａは、後述する高透磁率部１９（図３参照）を含んでいる。磁性体層１６ａ〜１６ｋは、強磁性のフェライト（例えば、Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕフェライト）により作製されている。非磁性体層１７は、磁性体層１６ａ〜１６ｋよりも低い透磁率を有する材料により作製されており、本実施形態では、非磁性のフェライト（例えば、Ｚｎ−Ｃｕフェライト）により作製されている。非磁性体層１７は、積層体１２ａ内に設けられており、より詳細には、磁性体層１６ｅと磁性体層１６ｆとの間に設けられている。なお、図２において、磁性体層１６ａ〜１６ｋは、１１層の磁性体層により構成されているが、磁性体層１６ａ〜１６ｋの総数はこれに限らない。また、非磁性体層１７は、１層のみ設けられているが、２層以上設けられていてもよい。以下では、個別の磁性体層１６ａ〜１６ｋを指す場合には、参照符号の後ろにアルファベットを付し、これら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。

コイルＬは、図２に示すように、旋廻しながらｚ軸方向に進行する螺旋状のコイルである。すなわち、コイルＬのコイル軸Ｘは、図３に示すように、ｚ軸方向に沿って延在している。本実施形態では、コイル軸Ｘは、ｚ軸方向と平行である。これにより、非磁性体層１７は、コイル軸Ｘと交差している。コイルＬは、図２に示すように、コイル導体１８ａ〜１８ｆ及びビアホール導体ｂ１〜ｂ５を含んでいる。

コイル導体１８ａ〜１８ｆはそれぞれ、図２に示すように、磁性体層１６ｄ，１６ｅ、非磁性体層１７、磁性体層１６ｆ〜１６ｈの主面上に設けられている。各コイル導体１８ａ〜１８ｆは、Ａｇからなる導電性材料からなり、７／８ターン分の長さを有しており、ｚ軸方向に互いに重なるように配置されている。これにより、コイル導体１８ａ〜１８ｆにより構成されるコイルＬは、ｚ軸方向から平面視したときに、長方形状の環を形成するようになる。なお、コイル導体１８ａ〜１８ｆの長さは、７／８ターンに限らない。以下では、個別のコイル導体１８ａ〜１８ｆを指す場合には、参照符号の後ろにアルファベットを付し、これら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。

ビアホール導体ｂ１〜ｂ５はそれぞれ、図２に示すように、磁性体層１６ｄ，１６ｅ、非磁性体層１７、磁性体層１６ｆ，１６ｇをｚ軸方向に貫通するように設けられている。ビアホール導体ｂ１〜ｂ５は、磁性体層１６ａ〜１６ｋ及び非磁性体層１７が積層されたときに、隣り合うコイル導体１８の端部同士を接続する接続部として機能する。より詳細には、ビアホール導体ｂ１は、コイル導体１８ａの端部の内、引き出し部２０ａが設けられていない方の端部と、コイル導体１８ｂの端部とを接続している。ビアホール導体ｂ２は、コイル導体１８ｂの端部の内、ビアホール導体ｂ１が接続されていない方の端部と、コイル導体１８ｃの端部とを接続している。ビアホール導体ｂ３は、コイル導体１８ｃの端部の内、ビアホール導体ｂ２が接続されていない方の端部と、コイル導体１８ｄの端部とを接続している。ビアホール導体ｂ４は、コイル導体１８ｄの端部の内、ビアホール導体ｂ３が接続されていない方の端部と、コイル導体１８ｅの端部とを接続している。ビアホール導体ｂ５は、コイル導体１８ｅの端部の内、ビアホール導体ｂ４が接続されていない方の端部と、コイル導体１８ｆの端部の内、引き出し部２０ｂが設けられていない方の端部とを接続している。これにより、コイル導体１８ａ〜１８ｆ及びビアホール導体ｂ１〜ｂ５は、螺旋状のコイルＬを構成している。

高透磁率部１９は、磁性体層１６よりも高い透磁率を有し、かつ、図２及び図３に示すように、コイルＬの内部において、非磁性体層１７を横切るようにｚ軸方向に延在して設けられている。該高透磁率部１９は、図２及び図３に示すように、ｚ軸方向から平面視したときに、コイル導体１８ａ〜１８ｆにより囲まれて形成されている長方形状の領域内において、コイル軸Ｘと重なるように設けられている。該高透磁率部１９は、磁性体層１９ｄ〜１９ｉにより構成されている。磁性体層１９ｄ〜１９ｉはそれぞれ、図２に示すように、ｚ軸方向から平面視したときにコイル導体１８ａ〜１８ｆに囲まれている領域において、磁性体層１６ｄ，１６ｅ、非磁性体層１７及び磁性体層１６ｆ〜１６ｈをｚ軸方向に貫通するように設けられている。そして、磁性体層１６ａ〜１６ｋ及び非磁性体層１７が積層されることにより、磁性体層１９ｄ〜１９ｉは、角柱状の高透磁率部１９を構成している。以下では、個別のコイル導体１８ａ〜１８ｆ及び磁性体層１９ｄ〜１９ｉを指す場合には、参照符号の後ろにアルファベットを付し、これら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。

また、コイル導体１８ａ，１８ｆはそれぞれ、図２に示すように、その端部において引き出し部２０ａ，２０ｂを有している。引き出し部２０ａ，２０ｂはそれぞれ、積層体１２ａの側面に引き出されて外部電極１４ａ，１４ｂと接続されている。これにより、コイルＬは、外部電極１４ａ，１４ｂに接続されている。

（効果）
以上のように構成された電子部品１０ａは、以下に説明するように、相対的に小さな直流電流がコイルＬに流れているときには、大きなインダクタンス値が得られ、かつ、相対的に大きな直流電流がコイルＬに流れても、急激にインダクタンス値が低下しない直流重畳特性を有するようになる。

より詳細には、電子部品１０ａでは、非磁性体層１７がコイルＬを横切るように設けられている。これにより、コイルＬに相対的に大きな直流電流が流れたとしても、積層体１２ａ内において磁気飽和が発生することが抑制され、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。また、電子部品１０ａでは、コイルＬの内部に磁性体層１６よりも高い透磁率を有する高透磁率部１９が設けられている。そのため、高透磁率部１９において磁気飽和が発生しない程度の小さな直流電流がコイルＬに流れたときに、十分なインダクタンス値を得ることが可能となる。ここで、ＤＣ−ＤＣコンバータに用いられる電子部品としては、大きな電流が流れているときに安定したインダクタンス値で動作し、かつ、小さな電流が流れているときに優れた変換効率を発揮できるように大きなインダクタンス値で動作する必要がある。したがって、電子部品１０ａは、このようなＤＣ−ＤＣコンバータに好適に用いることが可能である。

本願発明者は、電子部品１０ａが奏する効果をより明確なものとするために、以下に示すコンピュータシミュレーションを行った。まず、本願発明者は、電子部品１０ａを第１のモデルとして作製した。また、本願発明者は、高透磁率部１９が設けられていない電子部品１０ａを比較例に係る第２のモデルとして作製した。そして、第１のモデル及び第２のモデルに流す直流電流を変化させて、インダクタンス値の変化を演算した。図４は、本コンピュータシミュレーションの結果を示したグラフである。縦軸はインダクタンス値を示し、横軸は直流電流を示している。

図４に示すように、第２のモデルでは、非磁性体層１７が設けられているので、相対的に大きな直流電流がコイルＬに流れている場合でも、インダクタンス値の急激な低下は抑制されている。しかしながら、第２のモデルでは、相対的に小さな直流電流がコイルＬに流れている場合に、大きなインダクタンス値を得ることができていない。

一方、第１のモデルでは、第２のモデルに加えて高透磁率部１９が設けられている。そのため、相対的に小さな直流電流がコイルＬに流れている場合に、第２のモデルよりも高いインダクタンス値を得ることができている。また、相対的に大きな直流電流がコイルＬに流れている場合にも、安定したインダクタンス値を得ることができている。よって、本コンピュータシミュレーションによれば、電子部品１０ａにおいて、コイルＬに相対的に大きな直流電流が流れたとしても、積層体１２ａ内において磁気飽和が発生することが抑制され、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ことが分かる。

（電子部品の製造方法）
以下に、電子部品１０ａの製造方法について図面を参照しながら説明する。なお、以下では、一つの電子部品１０ａの製造方法について説明する。しかしながら、実際には、マザーセラミックシートを積層してマザー積層体を作製し、マザー積層体をカットすることにより複数の電子部品１０ａを同時に得ている。

まず、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、第１のフェライトセラミック粉末を得る。

この第１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、キャリアシート上にシート状に形成して乾燥させ、磁性体層１６となるべきセラミックグリーンシートを作製する。

次に、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、第２のフェライトセラミック粉末を得る。

この第２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、キャリアシート上にシート状に形成して乾燥させ、非磁性体層１７となるべきセラミックグリーンシートを作製する。

次に、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。この際、第１のフェライトセラミック粉末よりも、酸化ニッケル（ＮｉＯ）の割合が低くなるように、各材料を混合する。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、第３のフェライトセラミック粉末を得る。

この第３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って、磁性体層１９ｄ〜１９ｉに用いるセラミックスラリーを得る。

次に、図２に示すような、コイル導体１８ａ〜１８ｆ及び磁性体層１９ｄ〜１９ｉが設けられた磁性体層１６ｄ，１６ｅ、非磁性体層１７及び磁性体層１６ｆ〜１６ｈとなるべきセラミックグリーンシートを作製する。以下に、磁性体層１６ｅとなるべきセラミックグリーンシートを例にとって説明する。図５は、磁性体層１６ｅとなるべきセラミックグリーンシートの製造工程を示した斜視図である。

まず、図５（ａ）に示すようなキャリアフィルム２２ｅ付きの磁性体層１６ｅとなるべきセラミックグリーンシートを準備する。次に、図５（ｂ）に示すように、レーザビームなどを照射することにより、磁性体層１９ｅとなるべき孔Ｈ２及びビアホール導体ｂ２となるべきビアホールｈ２を形成する。この際、セラミックグリーンシートのみが焼失し、キャリアフィルム２２ｅが焼失しないように、強度を調整しながらレーザビームを照射する。

次に、図５（ｃ）に示すように、磁性体層１９ｅに用いるセラミックスラリーを、孔Ｈ２に対してスクリーン印刷等により充填する。最後に、図５（ｄ）に示すように、磁性体層１６ｅとなるべきセラミックグリーンシート上に、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、コイル導体１８ｂを形成する。更に、コイル導体１８ｂを形成する工程においてビアホールｈ２に対して導電性ペーストを充填してビアホール導体ｂ２を形成する。なお、その他の磁性体層１６及び非磁性体層１７となるべきセラミックグリーンシートへのコイル導体１８等の形成は、コイル導体１８ｂと同様の工程により形成されるので、説明を省略する。

次に、図２に示すように、磁性体層１６ａ〜１６ｅ、非磁性体層１７及び磁性体層１６ｆ〜１６ｋとなるセラミックグリーンシートをｚ軸方向の正方向側からこの順に並ぶように積層する。より詳細には、磁性体層１６ｋとなるセラミックグリーンシートを配置する。次に、磁性体層１６ｋとなるセラミックグリーンシート上に、磁性体層１６ｊとなる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１６ｉ，１６ｈ，１６ｇ，１６ｆ、非磁性体層１７及び磁性体層１６ｅ，１６ｄ，１６ｃ，１６ｂ，１６ａとなる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して、マザー積層体を得る。更に、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、マザー積層体を押し切りにより所定寸法の積層体１２ａにカットして、未焼成の積層体１２ａを得る。この未焼成の積層体１２ａ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、低酸素雰囲気中において５００℃で２時間の条件で行う。焼成は、例えば、１０００℃で２時間の条件で行う。

以上の工程により、焼成された積層体１２ａが得られる。積層体１２ａには、バレル加工を施して、面取りを行う。その後、積層体１２ａ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を塗布及び焼き付けすることにより、外部電極１４ａ，１４ｂとなるべき銀電極を形成する。銀電極の乾燥は、１２０℃で１０分間行われ、銀電極の焼き付けは、８９０℃で１時間行われる。最後に、銀電極の表面に、Ｎｉめっき／Ｓｎめっきを施すことにより、外部電極１４ａ，１４ｂを形成する。以上の工程を経て、図１に示すような電子部品１０ａが完成する。

（その他の実施形態）
本発明に係る電子部品は、前記電子部品１０ａに限らず、その要旨の範囲内において変更されてもよい。図６は、その他の実施形態に係る電子部品１０ｂのＡ−Ａにおける断面構造図である。

電子部品１０ａでは、高透磁率部１９は、非磁性体層１７を貫通するように設けられていた。一方、電子部品１０ｂでは、高透磁率部１９は、非磁性体層１７のｚ軸方向の正方向側と負方向側とのそれぞれに分けて設けられている。このような構造を有する電子部品１０ｂにおいても、電子部品１０ａと同じ作用効果を奏することが可能である。

また、電子部品１０ａでは、高透磁率部１９は、一つの角柱をなしているが、該高透磁率部１９の構造はこれに限らない。例えば、磁性体層１９ｄ〜１９ｉは、孔Ｈを形成することなく、磁性体層１６ｄ〜１６ｈ上に設けられていてもよい。この場合、コイルＬの内部において、磁性体層１９ｄ〜１９ｉと磁性体層１６ｄ〜１６ｈとが交互に並ぶようになる。

また、電子部品１０ａ，１０ｂでは、非磁性体層１７が設けられているが、非磁性体層１７の代わりに、磁性体層１６よりも低い透磁率を有する磁性体層が設けられてもよい。

本発明は、電子部品に有用であり、特に、相対的に小さな直流電流がコイルに流れているときには、大きなインダクタンス値が得られ、かつ、相対的に大きな直流電流がコイルに流れても、急激にインダクタンス値が低下しない直流重畳特性を得ることができる点において優れている。

Ｌコイル
Ｘコイル軸
ｂ１〜ｂ５ビアホール導体
１０ａ，１０ｂ電子部品
１２ａ積層体
１４ａ，１４ｂ外部電極
１６ａ〜１６ｋ，１９ｄ〜１９ｉ磁性体層
１７非磁性体層
１８ａ〜１８ｆコイル導体
１９高透磁率部
２０ａ，２０ｂ引き出し部

Claims

複数の第１の絶縁体層が積層されてなる積層体と、
前記積層体に内蔵され、かつ、積層方向に沿って延在するコイル軸を有するコイルと、
を備え、
前記積層体は、
前記第１の絶縁体層よりも低い透磁率を有し、かつ、前記コイル軸と交差するように前記積層体内に設けられている第２の絶縁体層であって、前記コイルを横切っている第２の絶縁体層と、
前記第１の絶縁体層よりも高い透磁率を有し、かつ、前記コイルの内部において前記第２の絶縁体層の積層方向の上側及び下側のそれぞれに設けられている高透磁率部と、
を更に含んでいること、
を特徴とする電子部品。
前記高透磁率部は、前記第２の絶縁体層を横切るように設けられていること、
を特徴とする請求項１に記載の電子部品。
前記第２の絶縁体層は、非磁性体層であること、
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電子部品。