JP6729422B2 - 積層型電子部品 - Google Patents
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Description
本発明は、積層型電子部品に関するものである。
絶縁体層と導体パターンを積層し、絶縁体層間の導体パターンを螺旋状に接続して積層体内に積層方向に重畳して周回するコイルが形成された積層型インダクタが知られている。このような積層型インダクタは、モバイル機器の小型化、高性能化に伴い、更なる小型化、薄型化が求められている。また、機器の低電圧化に伴い、直流重畳特性の改善と低損失化が望まれている。
特許文献１に記載の積層型電子部品は、金属磁性体粒子を用いて形成した金属磁性体層と、螺旋状に接続して積層体内にコイルを形成する導体パターンと、導体パターン間に配置された、ガラス系非磁性体とを備える。これにより、高い直流重畳特性と低損失化を両立している。
金属磁性材料の中にガラスが混在している状態で加熱して積層型電子部品を作製すると、金属磁性材料中にガラス成分が拡散して、特性劣化を引き起こす場合があった。本発明は、金属磁性材料を含む積層型電子部品であって、製造時の特性劣化が抑制され、高い直流重畳特性と低損失化が両立可能な積層型電子部品を提供することを目的とする。
本発明の一実施形態である積層型電子部品は、金属磁性体粒子を含む金属磁性体層を有する積層体と、該積層体中に内蔵されるコイルとを備え、該コイルは、コイルの巻軸方向に沿って積層される複数の導体パターンが螺旋状に接続されてなり、該積層体は、該コイルの巻軸方向からみて少なくとも該コイルの内側領域に配置される非磁性フェライト部を含むことを特徴とする。
本発明によれば、金属磁性材料を含む積層型電子部品であって、製造時の特性劣化が抑制され、高い直流重畳特性と低損失化が両立可能な積層型電子部品を提供することができる。
積層型電子部品は、金属磁性体粒子を含む金属磁性体層を有する積層体と、該積層体中に内蔵されるコイルとを備える。該コイルは、コイルの巻軸方向に沿って積層される複数の導体パターンが螺旋状に接続されてなる。該積層体は、該コイルの巻軸方向からみて少なくとも該コイルの内側領域に配置される非磁性フェライト部を含む。このように積層型電子部品では、積層体に最大磁束密度の高い金属磁性体を用い、積層体内の磁路の少なくとも一部に、非磁性フェライト部による磁気ギャップを形成している。この非磁性フェライト部によってコイルから発生する磁束を制御することができ、積層体を磁気飽和し難くできる。これにより、高い直流重畳特性と低損失化とを両立し、さらに、耐電圧とインダクタンス値の低下を抑制することができる。また、積層体の構成にガラスを用いていないので、耐電圧とインダクタンス値の低下を抑制することができる。インダクタンス値が高いと導体パターンも短くて済むため、ＤＣＲ値が低くなり、低損失化することができる。
積層体内に形成される非磁性フェライト部は、コイルによって発生し、コイルの内部を通過する磁束と交差するように、コイルの巻軸方向からみてコイルの内側領域に配置される。非磁性フェライト部は、少なくともコイルの内側又はその延長領域上に配置されていればよい。すなわち、フェライト部はコイルの内側に配置されてもよく、コイル端部の少なくとも一方に外接して配置されていてもよい。
非磁性フェライト部は、前記コイルの巻軸方向と直交する層形状であり、その外周部が前記積層体の表面に露出していてもよい。これにより、コイルの磁束をより効果的に制御することができ、より高い直流重畳特性を達成することができる。
非磁性フェライト部は、前記コイルを横断して配置されていてもよい。これにより、コイルの磁束をより効果的に制御することができ、より高い直流重畳特性を達成することができる。
非磁性フェライト部は、積層される前記導体パターン間に更に配置されていてもよい。これにより、より優れた耐電圧を達成することができる。
金属磁性体粒子の体積平均粒径は、積層される前記導体パターン間の距離よりも大きくてもよい。これにより、より高い直流重畳特性と耐電圧を達成することができる。また導体パターン間の距離を小さくすることができるので、小型化、薄型化された積層型電子部品を構成することができる。
非磁性フェライト部は、前記コイルの少なくとも一方の端部に接して配置されていてもよい。これにより、コイルの磁束をより効果的に制御することができ、より高い直流重畳特性を達成することができる。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための、積層型電子部品を例示するものであって、本発明は、積層型電子部品を以下のものに限定しない。なお特許請求の範囲に示される部材を、実施形態の部材に限定するものでは決してない。特に実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。各図中には同一箇所に同一符号を付している。要点の説明又は理解の容易性を考慮して、便宜上実施形態を分けて示すが、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換又は組み合わせが可能である。
図１は、積層型電子部品の第１の実施例を示す概略断面図である。図１において、１１は積層体、１２Ａから１２Ｅは導体パターン、１３Ａから１３Ｄは非磁性フェライト部、１４Ａ及び１４Ｂは外部端子である。積層型電子部品は、例えば、インダクタとして用いることができる。
積層体１１は、金属磁性体層と、導体パターン１２Ａから１２Ｅと、非磁性フェライト部１３Ａから１３Ｄとを積層して形成される。金属磁性体層は、鉄と、ケイ素とを含有する金属磁性合金の粉末、鉄と、ケイ素と、クロムとを含有する金属磁性合金の粉末、鉄と、ケイ素と、鉄よりも酸化しやすい元素とを含有する金属磁性合金の粉末等の金属磁性体粒子を用いて形成される。金属磁性粒子の体積平均粒子径は、例えば、積層される導体パターン間の距離よりも大きくすることができる。
コイルを形成する導体パターン１２Ａから１２Ｅは、例えば、銀、銀系、金、金系、銅、銅系等の導電性の金属材料をペースト状にした導体ペーストを用いて形成される。図１では、積層される導体パターン間に非磁性フェライト部が形成されて、導体パターン間が絶縁されている。積層された導体パターン１２Ａから１２Ｅを、例えば非磁性フェライト部を貫通する層間接続導体を用いて、螺旋状に接続することにより、積層体１１内にコイルが形成される。導体パターン１２Ａと導体パターン１２Ｂ間には非磁性フェライト部１３Ａが、導体パターン１２Ｂと導体パターン１２Ｃ間には非磁性フェライト部１３Ｂが、導体パターン１２Ｃと導体パターン１２Ｄ間には非磁性フェライト部１３Ｃが、導体パターン１２Ｄと導体パターン１２Ｅ間には非磁性フェライト部１３Ｄがそれぞれ配置される。非磁性フェライト部１３Ａから１３Ｄは、例えば、Ｚｎフェライトや、Ｃｕ−Ｚｎフェライトなどを用いて形成される。非磁性フェライト部を構成する材料の体積平均粒子径は、金属磁性体粒子の体積平均粒子径よりも小さくすることができる。また、非磁性フェライト部１３Ａ、１３Ｃ及び１３Ｄは、上下のコイルを形成する導体パターン間において導体パターンの形に沿って形成される。さらに、非磁性フェライト部１３Ｂは、コイルの巻軸方向と直交する層形状に形成される。非磁性フェライト部１３Ｂは、コイルの巻軸部分を横切る様に、導体パターンの外周部から内側の部分領域の全体に形成される。図１では、非磁性フェライト部１３Ｂは１層のみが形成されているが、複数の非磁性フェライト部がコイルの内部領域に形成されていてもよい。
金属磁性体層と、導体パターンと、非磁性フェライト部とを積層して得られた積層体１１には、大気中において所定温度（例えば約３５０℃等）で脱バインダ処理、及び、焼成処理（例えば大気中、約７５０℃等）が行われる。従来技術では、非磁性フェライトに代えてガラスを使用する。その場合、構造体形成の為の強度を確保するには、ガラスの軟化点は焼成温度以下である必要がある。（例えば、焼成温度が約７５０℃であれば、軟化点が約７２０℃等）したがって、金属磁性体粒子へのガラスの接触する面からのガラス成分の拡散は避けられない。金属磁性体粒子にガラス成分が拡散すると、絶縁性の低下や特性の劣化が発生する場合がある。これに対して、ガラス成分の代わりに非磁性フェライトを使用した場合は、焼成処理による不要な成分の拡散は発生せず、特性の劣化が抑制される。
積層体１１の両端面には外部端子１４Ａ及び１４Ｂが形成される。外部端子１４Ａ及び外部端子１４Ｂには、コイルの両端がそれぞれ接続される。外部端子１４Ａ及び１４Ｂについては、例えば、積層体１１の焼成処理後に形成することができる。この場合、例えば、焼成処理後の積層体１１の両端に、外部端子用の導体ペーストを塗布した後、焼付け処理（例えば約６５０℃等）を行うことにより、外部端子１４Ａ及び１４Ｂを形成することができる。また、この外部端子１４Ａ及び１４Ｂは、焼成処理後の積層体１１の両端に、外部端子用の導体ペーストを塗布した後、焼付け処理を行い、焼付けられた導体にめっきを施すことによっても設けることができる。この場合、積層体１１に存在する空隙にめっき液が侵入するのを防止するために、予め積層体１１に存在する空隙に樹脂を含浸してもよい。
図２は、積層型電子部品の第２の実施例を示す概略断面図である。図２において、２１は積層体、２２Ａから２２Ｅは導体パターン、２３Ａから２３Ｄは非磁性フェライト部、２４Ａ及び２４Ｂが外部端子である。第２の実施例では、層形状の非磁性フェライト部２３Ｂの外周部が積層体２１の側面に露出している。
積層体２１は、金属磁性体層と、導体パターン２２Ａから２２Ｅと、非磁性フェライト部２３Ａから２３Ｄとを積層して形成される。金属磁性体層は、鉄と、ケイ素とを含有する金属磁性合金の粉末や、鉄と、ケイ素と、クロムとを含有する金属磁性合金の粉末や、鉄と、ケイ素と、鉄よりも酸化しやすい元素とを含有する金属磁性合金の粉末等の金属磁性体粒子を用いて形成される。金属磁性粒子の体積平均粒子径は、例えば、積層される導体パターン間の距離よりも大きくすることができる。
コイルを形成する導体パターン２２Ａから２２Ｅは、例えば、銀、銀系、金、金系、銅、銅系等の導電性の金属材料をペースト状にした導体ペーストを用いて形成される。図２では、積層される導体パターン間に非磁性フェライト部が形成されて、導体パターン間が絶縁されている。積層された導体パターン２２Ａから２２Ｅを、例えば非磁性フェライト部を貫通する層間接続導体を用いて、螺旋状に接続することにより、積層体２１内にコイルが形成される。導体パターン２２Ａと導体パターン２２Ｂ間には非磁性フェライト部２３Ａが、導体パターン２２Ｂと導体パターン２２Ｃ間には非磁性フェライト部２３Ｂが、導体パターン２２Ｃと導体パターン２２Ｄ間には非磁性フェライト部２３Ｃが、導体パターン２２Ｄと導体パターン２２Ｅ間には非磁性フェライト部２３Ｄがそれぞれ配置される。非磁性フェライト部２３Ａから２３Ｄは、例えば、Ｚｎフェライトや、Ｃｕ−Ｚｎフェライトなどを用いて形成される。非磁性フェライト部を構成する材料の体積平均粒子径は、金属磁性体粒子の体積平均粒子径よりも小さくすることができる。また、非磁性フェライト部２３Ａ、２３Ｃ及び２３Ｄは、上下のコイル用導体パターン間においてコイル用導体パターンの形に沿って形成される。さらに、非磁性フェライト部２３Ｂは、コイルの巻軸方向と直交する層形状に形成される。非磁性フェライト部２３Ｂは、コイルの巻軸部分を横切って、かつ、積層体２１の側面にその外周部が露出して形成される。
積層体２１の両端面には外部端子２４Ａ及び２４Ｂが形成される。外部端子２４Ａ及び外部端子２４Ｂには、コイルの両端がそれぞれ接続される。外部端子２４Ａ及び２４Ｂの形成方法は第１の実施例と同様である。
図３は、積層型電子部品の第３の実施例を示す概略断面図である。図３において、３１は積層体、３２Ａから３２Ｅは導体パターン、３３Ａ及び３３Ｂは非磁性フェライト部、３４Ａ及び３４Ｂが外部端子である。第３の実施例では、非磁性フェライト部３３Ａ及び３３Ｂは、コイルの外部に配置され、コイルの両端部にそれぞれ外接している。
積層体３１は、金属磁性体層と、導体パターン３２Ａから３２Ｅと、非磁性フェライト部３３Ａ及び３３Ｂとを積層して形成される。金属磁性体層は、鉄と、ケイ素とを含有する金属磁性合金の粉末や、鉄と、ケイ素と、クロムとを含有する金属磁性合金の粉末や、鉄と、ケイ素と、鉄よりも酸化しやすい元素とを含有する金属磁性合金の粉末等の金属磁性体粒子を用いて形成される。
コイルを形成する導体パターン３２Ａから３２Ｅは、例えば、銀、銀系、金、金系、銅、銅系等の導電性の金属材料をペースト状にした導体ペーストを用いて形成される。図３では、積層される導体パターン間には金属磁性体層が形成されて、導体パターン間が絶縁されている。積層された導体パターン３２Ａから３２Ｅを、例えば金属磁性体層を貫通する層間接続導体を用いて、螺旋状に接続することにより、積層体３１内にコイルが形成される。非磁性フェライト部３３Ａはコイルの一方の端部である導体パターン３２Ａに外接して配置され、非磁性フェライト部３３Ｂはコイルの他方の端部である導体パターン３２Ｅに外接して配置される。非磁性フェライト部３３Ａ及び３３Ｂは、例えば、Ｚｎフェライトや、Ｃｕ−Ｚｎフェライトなどを用いて形成される。非磁性フェライト部３３Ａ及び３３Ｂは、コイルの巻軸方向と直交する層形状でコイルの外部に形成される。非磁性フェライト部３３Ａは、積層体３１の側面にその外周部が露出して形成され、コイルの一方の端部に外接している。非磁性フェライト部３３Ｂは、導体パターンの外周部から内側の部分領域の全体に形成され、コイルの他方の端部に外接している。図３では非磁性フェライト部３３Ａ及び３３Ｂは、コイルの端部にそれぞれ直接接しているが、金属磁性体層を介していてもよい。
本発明の積層型電子部品を、初期インダクタンス値１μＨとなるように設計した同一構造状態の比較例（例えば、特開２０１６−０５１７５２号公報などに記載の、アルミナとガラスを用いた従来の積層型電子部品）と比較した。結果を図４から図６に示す。図４は本発明と比較例のインダクタンス値の変動を比較した図であり、横軸がインダクタンス値、縦軸が頻度を示す棒グラフである。図５は本発明と比較例の耐電圧を比較した図であり、縦軸が耐電圧を示す散布図である。図６は本発明と比較例の直流重畳特性を比較した図であり、縦軸がインダクタンス値、横軸が積層型電子部品に流れる電流値を示す曲線グラフである。なお、特性の測定値は、インダクタンス値についてはＬＣＲメータ ４２８５Ａを用い、耐電圧については自社製試験機を用いて測定した値である。
図４に示すように、本発明の積層型電子部品に比べて、比較例の積層型電子部品は、インダクタンス値が低下していることがわかる。
図５に示すように、本発明の積層型電子部品に比べて、比較例の積層型電子部品は、耐電圧が低下していることがわかる。
図６に示すように、本発明の積層型電子部品と、比較例の積層型電子部品は、直流重畳特性に大きな差は見られないことが分かる。
以上より、本発明による積層型インダクタは、高い直流重畳特性と低損失化を両立し、さらに、耐電圧とインダクタンス値の低下を抑制することができる。
図４に示すように、本発明の積層型電子部品に比べて、比較例の積層型電子部品は、インダクタンス値が低下していることがわかる。
図５に示すように、本発明の積層型電子部品に比べて、比較例の積層型電子部品は、耐電圧が低下していることがわかる。
図６に示すように、本発明の積層型電子部品と、比較例の積層型電子部品は、直流重畳特性に大きな差は見られないことが分かる。
以上より、本発明による積層型インダクタは、高い直流重畳特性と低損失化を両立し、さらに、耐電圧とインダクタンス値の低下を抑制することができる。
以上、本発明の積層型電子部品の実施例を述べたが、本発明はこの実施例に限られるものではない。例えば、金属磁性体層は、鉄と、ケイ素とを含有する金属磁性合金の粉末や、鉄と、ケイ素と、クロムとを含有する金属磁性合金の粉末に、鉄よりも酸化しやすい元素を添加したりして形成してもよい。
また、非磁性フェライト部の厚み、位置、配置数は、所望の特性に応じて変えることができる。
また、非磁性フェライト部の厚み、位置、配置数は、所望の特性に応じて変えることができる。
１１ 積層体
１２Ａから１２Ｅ 導体パターン
１３Ａから１３Ｄ 非磁性フェライト部
１２Ａから１２Ｅ 導体パターン
１３Ａから１３Ｄ 非磁性フェライト部
Claims (6)
- 金属磁性体粒子を含む金属磁性体層を有する積層体と、該積層体中に内蔵されるコイルとを備え、
該コイルは、コイルの巻軸方向に沿って積層される複数の導体パターンが螺旋状に接続されてなり、
該積層体は、該コイルの巻軸方向からみて少なくとも該コイルの内側領域に配置される非磁性フェライト部を含み、
前記金属磁性体粒子の体積平均粒径は、積層される前記導体パターン間の距離よりも大きく、
該積層体はその構成にガラスを含まない積層型電子部品。 - 前記非磁性フェライト部は、前記コイルの巻軸方向と直交する層形状であり、その外周部が前記積層体の表面に露出している請求項１に記載の積層型電子部品。
- 前記非磁性フェライト部は、前記コイルを横断して配置される請求項１又は請求項２に記載の積層型電子部品。
- 前記非磁性フェライト部は、積層される前記導体パターン間に更に配置される請求項１から請求項３のいずれかに記載の積層型電子部品。
- 前記非磁性フェライト部は、前記コイルの少なくとも一方の端部に接して配置される請求項１又は請求項２に記載の積層型電子部品。
- 前記非磁性フェライト部を構成する材料の体積平均粒径は、前記金属磁性体粒子の体積平均粒径よりも小さい請求項１から請求項５のいずれかに記載の積層型電子部品。
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