JP6848734B2 - コイル部品 - Google Patents

Description

本発明は、コイル部品に関する。

従来のコイル部品として、たとえば特許文献１には、絶縁基板の両面にそれぞれ形成されたコイル導体パターンを含む磁性体本体を備えたコイル部品が開示されている。本文献のコイル部品の絶縁基板は、中央部に貫通孔が設けられており、この貫通孔に磁性体が充填されることでコア部が形成されている。

特開２０１５−２２０４５２号公報

上述のような従来技術に係るコイル部品においては、絶縁基板の両面に形成されたコイル導体パターン同士が積層方向に関して重畳しない非重畳領域が貫通孔周辺に形成され、非重畳領域では、基板の一方面にコイル導体パターンが存在しないデッドスペースが生じている。このようなデッドスペースは、コイル部品のインダクタンス値に寄与しないため、磁気特性の向上を阻害する一因となり得る。

発明者らは、鋭意研究の末、上記デッドスペースを縮小して、磁気特性の向上を図ることができる技術を新たに見出した。

すなわち、本発明は、磁気特性の向上が図られたコイル部品を提供することを目的とする。

本発明の一側面に係るコイル部品は、貫通孔が設けられた絶縁基板と、絶縁基板の一方面の貫通孔周りに形成された第１コイル導体パターンと、絶縁基板の他方面の貫通孔周りに形成されるとともに絶縁基板の厚さ方向から見て第１コイル導体パターンの巻回方向とは反対の巻回方向に巻かれた第２コイル導体パターンと、絶縁基板に貫設されて第１コイル導体パターンおよび第２コイル導体パターンの貫通孔側の端部同士を接続するスルーホール導体とを有するコイルと、第１コイル導体パターンおよび第２コイル導体パターンそれぞれのターン間、最内周ターンの内側およびに最外周ターンの外側に配置された樹脂壁と、絶縁基板の一方面および他方面に、第１コイル導体パターン、第２コイル導体パターンおよび樹脂壁を覆うように設けられ、かつ、絶縁基板の貫通孔、第１コイル導体パターンおよび第１コイル導体パターンの内側を充たす磁性素体とを備え、第１コイル導体パターンの最内周ターンと第２コイル導体パターンの最内周ターンとが絶縁基板の厚さ方向において互いに重ならない非重畳領域が存在し、該非重畳領域における第１コイル導体パターンの最内周ターンの幅と該最内周ターンの内側に位置する樹脂壁の幅とを合わせた総幅が、第１コイル導体パターンの最内周ターンよりも外側のターンの幅と該ターンの内側に位置する樹脂壁の幅とを合わせた総幅よりも狭く、かつ、スルーホール導体の幅が第１コイル導体パターンの最内周ターンの幅以下である。

上記コイル部品では、非重畳領域におけるデッドスペースの縮小が図られているため、磁気特性の向上を実現することができる。

本発明の他の側面に係るコイル部品では、第１コイル導体パターンにおいて、最内周ターンの高さは該最内周ターンよりも外側のターンの高さと等しい。この場合、最内周ターンの断面積が過剰に狭くならないため、最内周ターンにおける電気抵抗の増大が抑制され得る。

本発明の他の側面に係るコイル部品では、第１コイル導体パターンにおいて、最内周ターンの内側に位置する樹脂壁の幅がターン間に位置する樹脂壁の幅より広い。この場合、最内周ターンの内側に位置する樹脂壁がコイルの剛性向上に大きく寄与する。

本発明の他の側面に係るコイル部品では、絶縁基板の貫通孔が非重畳領域まで拡大している。この場合、貫通孔の拡大により磁性素体の増量することができ、磁気特性がより向上する。

本発明によれば、磁気特性の向上が図られたコイル部品が提供される。

図１は、実施形態に係る平面コイル素子の概略斜視図である。 図２は、図１に示す平面コイル素子の分解図である。 図３は、図１に示す平面コイル素子のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。 図４は、図１に示す平面コイル素子のＩＶ−ＩＶ線断面図である。 図５は、図１に示す平面コイル素子の第１導体パターンを示した平面図である。 図６は、異なる態様の平面コイル素子を示した断面図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

まず、本発明の実施形態に係るコイル部品の一種である平面コイル素子の構造について、図１〜５を参照しつつ説明する。説明の便宜上、図示のようにＸＹＺ座標を設定する。すなわち、平面コイル素子の厚さ方向をＺ方向、外部端子電極の対面方向をＸ方向、Ｚ方向とＸ方向とに直交する方向をＹ方向と設定する。

平面コイル素子１０は、直方体形状を呈する本体部１２と、本体部１２の対向する一対の端面１２ａ、１２ｂを覆うようにして設けられた一対の外部端子電極１４Ａ、１４Ｂとによって構成されている。平面コイル素子１０は、一例として、長辺２．５ｍｍ、短辺２．０ｍｍ、高さ０．８〜１．０ｍｍの寸法で設計される。

本体部１２は、絶縁基板２０と、絶縁基板２０に設けられたコイルＣとを含んで構成されている。

絶縁基板２０は、非磁性の絶縁材料で構成された板状部材であり、その厚さ方向から見て略楕円環状の形状を有している。絶縁基板２０の中央部分には、楕円形の貫通孔２０ｃが設けられている。絶縁基板２０としては、ガラスクロスにエポキシ系樹脂が含浸された基板で、板厚１０μｍ〜６０μｍのものを用いることができる。なお、エポキシ系樹脂のほか、ＢＴレジン、ポリイミド、アラミド等を用いることもできる。絶縁基板２０の材料としては、セラミックやガラスを用いることもできる。絶縁基板２０の材料としては、大量生産されているプリント基板材料が好ましく、特にＢＴプリント基板、ＦＲ４プリント基板、あるいはＦＲ５プリント基板に用いられる樹脂材料が最も好ましい。

コイルＣは、絶縁基板２０の一方面２０ａ（図２における上面）に設けられた平面空芯コイル用の第１導体パターン２２Ａと、絶縁基板２０の他方面２０ｂ（図２における下面）に設けられた平面空芯コイル用の第２導体パターン２２Ｂと、第１導体パターン２２Ａと第２導体パターン２２Ｂとを接続するスルーホール導体２５とを有する。

第１導体パターン２２Ａ（第１コイル導体パターン）は、平面空芯コイルとなる平面渦巻状パターンであり、Ｃｕなどの導体材料でめっき形成されている。第１導体パターン２２Ａは、絶縁基板２０の貫通孔２０ｃ周りに巻回するように形成されている。第１導体パターン２２Ａは、より詳しくは、図２および図５に示すように、上方向（Ｚ方向）から見て外側に向かって右回りに３ターン分だけ巻回されている。以下の説明では、第１導体パターン２２Ａの３つのターンを、内側から順に、第１ターン２３ｐ、第２ターン２３ｑ、第３ターン２３ｒとも称す。第１導体パターン２２Ａの高さ（絶縁基板２０の厚さ方向における長さ）は全長に亘って同一であり、第１ターン２３ｐの高さ、第２ターン２３ｑの高さおよび第３ターン２３ｒの高さは等しい。

第１導体パターン２２Ａの外側の端部２２ａは、本体部１２の端面１２ａにおいて露出し、端面１２ａを覆う外部端子電極１４Ａと接続されている。第１導体パターン２２Ａの内側の端部２２ｂは、スルーホール導体２５に接続されている。

第２導体パターン２２Ｂ（第２コイル導体パターン）も、第１導体パターン２２Ａ同様、平面空芯コイルとなる平面渦巻状パターンであり、Ｃｕなどの導体材料でめっき形成されている。第２導体パターン２２Ｂも、絶縁基板２０の貫通孔２０ｃ周りに巻回するように形成されている。第２導体パターン２２Ｂは、より詳しくは、上方向（Ｚ方向）から見て外側に向かって左回りに３ターン分だけ巻回されている。すなわち、第２導体パターン２２Ｂは、上方向から見て、第１導体パターン２２Ａとは反対の方向に巻回されている。第２導体パターン２２Ｂの高さは全長に亘って同一であり、第１導体パターン２２Ａの高さと同一に設計し得る。

第２導体パターン２２Ｂの外側の端部２２ｃは、本体部１２の端面１２ｂにおいて露出し、端面１２ｂを覆う外部端子電極１４Ｂと接続されている。第２導体パターン２２Ｂの内側の端部２２ｄは、第１導体パターン２２Ａの内側の端部２２ｂと、絶縁基板２０の厚さ方向において位置合わせされており、スルーホール導体２５に接続されている。

スルーホール導体２５は、絶縁基板２０の貫通孔２０ｃの縁領域に貫設されており、第１導体パターン２２Ａの端部２２ｂと第２導体パターン２２Ｂの端部２２ｄとを接続する。スルーホール導体２５は、絶縁基板２０に設けられた孔と、その孔に充填された導電材料（たとえばＣｕ等の金属材料）とで構成され得る。スルーホール導体２５は、絶縁基板２０の厚さ方向に延びる略円柱状または略角柱状の外形を有し、図４に示すように所定の幅ｗ（すなわち、延在方向に直交する方向における長さ）を有する。

また、図３〜５に示すように、第１導体パターン２２Ａおよび第２導体パターン２２Ｂにはそれぞれ樹脂壁２４Ａ、２４Ｂが設けられている。たとえば、第１導体パターン２２Ａに設けられた樹脂壁２４Ａは、図５に示すように、第１ターン２３ｐの内側に位置する第１樹脂壁２４ｐ、第１ターン２３ｐと第２ターン２３ｑとの間に位置する第２樹脂壁２４ｑ、第２ターン２３ｑと第３ターン２３ｒとの間に位置する第３樹脂壁２４ｒ、第３ターン２３ｒの外側に位置する第４樹脂壁２４ｓとを含む。

樹脂壁２４Ａ、２４Ｂは、絶縁性の樹脂材料で構成されている。樹脂壁２４Ａ、２４Ｂは、第１導体パターン２２Ａや第２導体パターン２２Ｂを形成する前に絶縁基板２０上に設けることができ、この場合には樹脂壁２４Ａ、２４Ｂにおいて画成された壁間において第１導体パターン２２Ａや第２導体パターン２２Ｂがめっき成長される。樹脂壁２４Ａ、２４Ｂは、第１導体パターン２２Ａや第２導体パターン２２Ｂを形成した後に絶縁基板２０上に設けることができ、この場合には第１導体パターン２２Ａおよび第２導体パターン２２Ｂに樹脂壁２４Ａ、２４Ｂが充填や塗布等により設けられる。

本体部１２は、図２〜４に示すように、絶縁基板の一方面２０ａおよび他方面２０ｂを覆う磁性素体２６を有する。磁性素体２６は、金属磁性粉を含む樹脂で構成されている。磁性素体２６を構成する樹脂には、たとえば熱硬化性のエポキシ樹脂が用いられ得る。磁性素体２６は、絶縁層２７を介して、第１導体パターン２２Ａ、第２導体パターン２２Ｂおよび樹脂壁２４Ａ、２４Ｂを一体的に覆っている。また、磁性素体２６は、絶縁基板２０の貫通孔２０ｃ、第１導体パターン２２Ａおよび第２導体パターン２２Ｂの内側に充填されている。さらに、磁性素体２６は、図４に示すように、絶縁基板２０、第１導体パターン２２Ａおよび第２導体パターン２２Ｂを外側から覆っている。絶縁層２７は、第１導体パターン２２Ａ、第２導体パターン２２Ｂと磁性素体２６との間に介在するように設けることで、磁性素体２６に含まれる金属磁性粉と導体パターンとの間の絶縁性を高めている。絶縁層２７は、絶縁樹脂または絶縁磁性材料で構成され得る。

上述した平面コイル素子１０においては、第１導体パターン２２Ａおよび第２導体パターン２２Ｂが絶縁基板２０を挟んでおおよそ重畳しており、いずれも絶縁基板２０の貫通孔２０ｃを囲むように配置されているため、絶縁基板２０の貫通孔２０ｃと第１導体パターン２２Ａおよび第２導体パターン２２Ｂの空芯部分とにより、コイルＣの磁芯部３０が画成されている。そして、その磁芯部３０に磁性素体２６が充填されている。

また、平面コイル素子１０では、コイルＣの第１導体パターン２２Ａと第２導体パターン２２Ｂとが上方向から見て反対方向に巻回されているため、スルーホール導体２５で接続された第１導体パターン２２Ａと第２導体パターン２２Ｂには一方向に電流を流すことができる。このようなコイルＣにおいては、一方向に電流を流したときに第１導体パターン２２Ａと第２導体パターン２２Ｂとで電流の流れる回転方向が同一となるため、双方で発生する磁束が重畳して強め合う。

ここで、図４に示すように、第１導体パターン２２Ａの第１ターン２３ｐ（最内周ターン）と第２導体パターン２２Ｂの最内周ターンとが絶縁基板２０の厚さ方向において互いに重ならない非重畳領域が存在している。非重畳領域における第１樹脂壁２４ｐの幅Ｗ１１と第１導体パターン２２Ａの第１ターン２３ｐの幅Ｗ１２とを合わせた総幅Ｗ１は、第２樹脂壁２４ｑの幅Ｗ２１と、第１導体パターン２２Ａの第２ターン２３ｑの幅Ｗ２２の総幅Ｗ２よりも狭く、Ｗ１＜Ｗ２の関係が成り立っている。また、非重畳領域における第１樹脂壁２４ｐの幅Ｗ１１と第１導体パターン２２Ａの第１ターン２３ｐの幅Ｗ１２とを合わせた総幅Ｗ１は、第３樹脂壁２４ｒの幅Ｗ３１と第１導体パターン２２Ａの第３ターン２３ｒの幅Ｗ３２の総幅Ｗ３よりも狭く、Ｗ１＜Ｗ３の関係が成り立っている。

また、第１導体パターン２２Ａの第１ターン２３ｐの端部２２ｂに接続されるスルーホール導体２５の幅ｗが第１ターン２３ｐの幅Ｗ１２以下となっている。

上記非重畳領域では、絶縁基板２０の他方面２０ｂに、コイル導体パターンが存在しないデッドスペースが生じている。このようなデッドスペースは、平面コイル素子１０のインダクタンス値に実質的に寄与しないため、磁気特性の向上を阻害する一因となる。そのため、非重畳領域に位置する第１樹脂壁２４ｐおよび第１ターン２３ｐの総幅Ｗ１を狭く設計することで、より具体的には、第１ターン２３ｐよりも外側の第２ターン２３ｑと該ターンの内側に位置する第２樹脂壁２４ｑの総幅Ｗ２や、さらに外側の第３ターン２３ｒと該ターンの内側に位置する第３樹脂壁２４ｒの総幅Ｗ３よりも狭く設計することで、非重畳領域における上記デッドスペースが縮小される。その結果、コイルＣの磁芯部３０における磁性素体２６の体積を増量することができ、磁気特性としてインダクタンス値の向上が図られる。このとき、スルーホール導体２５の幅ｗが第１ターン２３ｐの幅Ｗ１２より広い場合にはスルーホール導体２５が第１ターン２３ｐの幅Ｗ１２の狭小化を阻害するが、上述した実施形態のように、スルーホール導体２５の幅ｗが第１ターン２３ｐの幅Ｗ１２以下となっている場合には、幅の狭い第１ターン２３ｐを容易に設計することができる。したがって、上述した平面コイル素子１０においては、デッドスペースの縮小が図られており、磁気特性の向上が実現されている。

なお、第２導体パターン２２Ｂについても、上述した第１導体パターン２２Ａと同様に、非重畳領域に位置する第１樹脂壁および第１ターンの総幅を、第１ターンよりも外側のターンと該ターンの内側に位置する樹脂壁の総幅よりも狭く設計することでデッドスペースが縮小され、磁気特性のさらなる向上が図られる。

また、上述した平面コイル素子１０では、第１導体パターン２２Ａにおいて、第１ターン２３ｐの高さが、第１ターン２３ｐよりも外側のターン（すなわち、第２ターン２３ｑおよび第３ターン２３ｒ）の高さと等しくなっており、第１ターン２３ｐの高さが外側のターンの高さより低くなっていない。第１ターン２３ｐの高さが外側のターンの高さより低い場合には、第１ターン２３ｐの断面積が過剰に狭くなり、第１ターン２３ｐにおける電気抵抗が増大する。上述した実施形態のように、第１ターン２３ｐの高さが外側のターンの高さと等しい場合には、第１ターン２３ｐの断面積が過剰に狭くならないため、第１ターン２３ｐにおける電気抵抗の増大が抑制され得る。

さらに、上述した平面コイル素子１０では、第１導体パターン２２Ａにおいて、第１ターン２３ｐの内側に位置する第１樹脂壁２４ｐの幅Ｗ１１がターン間に位置する樹脂壁の幅（すなわち、第２樹脂壁２４ｑの幅Ｗ２１および第３樹脂壁２４ｒの幅Ｗ３１）より広くなっている。そのため、第１樹脂壁２４ｐがコイルＣの剛性向上に大きく寄与する。

なお、本発明は、上述した実施形態に限らず、様々な態様をとり得る。

たとえば、図６に示した態様のように、絶縁基板２０Ａの貫通孔２０ｃが非重畳領域まで拡大してもよい。この場合、貫通孔２０ｃが拡大することで、コイルＣの磁芯部３０における磁性素体２６の体積をさらに増量することができ、磁気特性としてインダクタンス値のさらなる向上が図られる。

１０…平面コイル素子、１２…本体部、１４Ａ、１４Ｂ…外部端子電極、２０、２０Ａ…絶縁基板、２２Ａ…第１導体パターン、２２Ｂ…第２導体パターン、２３ｐ…第１ターン、２３ｑ…第２ターン、２３ｒ…第３ターン、２４Ａ、２４Ｂ…樹脂壁、２４ｐ…第１樹脂壁、２４ｑ…第２樹脂壁、２４ｒ…第３樹脂壁、２４ｓ…第４樹脂壁、２６…磁性素体、Ｃ…コイル。

Claims (4)

1. 貫通孔が設けられた絶縁基板と、
   前記絶縁基板の一方面の前記貫通孔周りに形成された第１コイル導体パターンと、前記絶縁基板の他方面の前記貫通孔周りに形成されるとともに前記絶縁基板の厚さ方向から見て前記第１コイル導体パターンの巻回方向とは反対の巻回方向に巻かれた第２コイル導体パターンと、前記絶縁基板に貫設されて前記第１コイル導体パターンおよび前記第２コイル導体パターンの前記貫通孔側の端部同士を接続するスルーホール導体とを有するコイルと、
   前記第１コイル導体パターンおよび前記第２コイル導体パターンそれぞれのターン間、最内周ターンの内側およびに最外周ターンの外側に配置された樹脂壁と、
   前記絶縁基板の一方面および他方面に、前記第１コイル導体パターン、前記第２コイル導体パターンおよび前記樹脂壁を覆うように設けられ、かつ、前記絶縁基板の前記貫通孔、前記第１コイル導体パターンおよび前記第１コイル導体パターンの内側を充たす磁性素体と
   を備え、
   前記第１コイル導体パターンの最内周ターンと前記第２コイル導体パターンの最内周ターンとが前記絶縁基板の厚さ方向において互いに重ならない非重畳領域が存在し、該非重畳領域における前記第１コイル導体パターンの最内周ターンの幅と該最内周ターンの内側に位置する前記樹脂壁の幅とを合わせた総幅が、前記第１コイル導体パターンの最内周ターンよりも外側のターンの幅と該ターンの内側に位置する前記樹脂壁の幅とを合わせた総幅よりも狭く、かつ、前記スルーホール導体の幅が前記第１コイル導体パターンの最内周ターンの幅以下である、コイル部品。
2. 前記第１コイル導体パターンにおいて、前記最内周ターンの高さは該最内周ターンよりも外側のターンの高さと等しい、請求項１に記載のコイル部品。
3. 前記第１コイル導体パターンにおいて、前記最内周ターンの内側に位置する前記樹脂壁の幅が前記ターン間に位置する前記樹脂壁の幅より広い、請求項１または２に記載のコイル部品。
4. 前記絶縁基板の貫通孔が前記非重畳領域まで拡大している、請求項１〜３のいずれか一項に記載のコイル部品。

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