JP6919194B2 - コイル部品及びこれを備える回路基板 - Google Patents

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Description

本発明はコイル部品及びこれを備える回路基板に関し、特に、外部への漏洩磁束が低減されたコイル部品及びこれを備える回路基板に関する。
スマートフォンなどの携帯型電子機器には多数のコイル部品が使用されているが、携帯型電子機器の小型化や高機能化に伴って、コイル部品に要求されるサイズもますます小型化している。しかしながら、コイル部品のサイズが小型化すると、コイル部品を構成する磁性部材のボリュームが減少するため、磁束が外部へ漏洩しやすくなってしまう。しかも、各電子部品の小型化によって高密度実装が進むと、隣接する電子部品間の距離が小さくなるため、漏洩磁束の影響はより顕著となる。
実開平4−76006号公報
例えば、特許文献1に記載されたコイル部品は、フェライト磁性体からなるグリーンシート上にコイルパターンが形成された構成を有しており、フェライト磁性体によって閉磁路が形成されることから、外部への漏洩磁束は比較的少ない。また、そのサイズも比較的大きいことから(3.6mm×1.6mm)、磁性部材のボリュームも十分に確保される。
しかしながら、近年のコイル部品に要求されるサイズはより小さく、磁束を十分に閉じこめることは困難となっている。特に、磁路の一部を分断する低透磁率部が存在する場合には、低透磁率部から多くの磁束が外部に漏洩してしまう。上述の通り、このような漏洩磁束は、高密度実装が進むほど近接する他の電子部品に与える影響が大きくなってしまう。
したがって、本発明の目的は、外部への漏洩磁束が低減された小型のコイル部品及びこれを備える回路基板を提供することである。
本発明によるコイル部品は、コイル導体部と、前記コイル導体部のコイル軸方向における両側にそれぞれ設けられた第1及び第2の高透磁率部とを備え、前記第1の高透磁率部よりも前記第2の高透磁率部の方が前記コイル軸方向における厚さが厚く、前記コイル軸方向から見た前記コイル導体部の外部領域には、前記第1の高透磁率部と前記第2の高透磁率部との間において磁路の少なくとも一部を分断する低透磁率部が存在することを特徴とする。
本発明によれば、第1の高透磁率部よりも第2の高透磁率部の方が厚いことから、第1の高透磁率部のコイル軸に対して垂直な面を実装面として使用すれば、低透磁率部から漏洩する磁束の広がりを第2の高透磁率部によって抑制することが可能となる。
本発明において、前記低透磁率部が非磁性基板であり、前記コイル導体部は前記非磁性基板の表面に形成されていても構わないし、前記第1又は第2の高透磁率部が磁性基板であり、前記コイル導体部は前記磁性基板の表面に形成されており、前記低透磁率部は前記コイル導体部を覆う絶縁樹脂層であっても構わない。さらには、前記第1の高透磁率部はドラム型コアの一方の鍔部であり、前記第2の高透磁率部はドラム型コアの他方の鍔部であっても構わない。
本発明による回路基板は、実装基板と、前記実装面が前記実装基板と向かい合うよう、前記実装基板に搭載された上記のコイル部品とを備えることを特徴とする。
本発明によれば、コイル部品からの漏洩磁束が抑制されることから、実装基板上における高密度実装が可能となる。
本発明において、前記実装基板は、前記コイル部品と重なる位置に設けられたグランドパターンを有することが好ましい。これによれば、第1の高透磁率部側への漏洩磁束がグランドパターンによって遮蔽されることから、漏洩磁束が他の電子部品に与える影響をより低減することが可能となる。
このように、本発明によれば、外部への漏洩磁束が低減された小型のコイル部品及びこれを備える回路基板を提供することが可能となる。これにより、漏洩磁束が他の電子部品に与える影響が低減されることから、よりいっそうの高密度実装が可能となる。
図1は、本発明の第1の実施形態によるコイル部品1の外観形状を示す略斜視図である。 図2は、コイル部品1の略分解斜視図である。 図3は、コイル部品1が搭載された回路基板の略断面図である。 図4は、本発明の第2の実施形態によるコイル部品2の構造を説明するための断面図である。 図5は、本発明の第3の実施形態によるコイル部品3の構造を説明するための断面図である。 図6は、本発明の第4の実施形態によるコイル部品4の構造を説明するための断面図である。 図7は、実施例のシミュレーション結果である。
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。
<第1の実施形態>
図1は、本発明の第1の実施形態によるコイル部品1の外観形状を示す略斜視図である。
図1に示すように、本実施形態によるコイル部品1は表面実装型のチップ部品であり、コイル層10と、コイル層10のz方向における両側にそれぞれ設けられた第1及び第2の磁性層21,22とを備えている。コイル部品1の外形は略直方体であり、そのy方向における両側には、それぞれ第1及び第2の端子電極31,32が設けられている。第1及び第2の端子電極31,32は、xz面のみならず、xy面及びyz面にも形成されている。特にxy面については、第1の磁性層21によって構成されるxy面と、第2の磁性層22によって構成されるxy面の両方に第1及び第2の端子電極31,32が形成されているが、本実施形態によるコイル部品1は、第1の磁性層21側のxy面を実装面として使用するものである。第1及び第2の端子電極31,32は、例えばディップ法によって形成することができる。
コイル層10は、基板11と、基板11をz方向に挟む第1及び第2の絶縁樹脂層12,13とを備え、基板11の両面に後述するコイル導体部が形成されている。基板11及び絶縁樹脂層12,13はいずれも非磁性材料からなり、これらは低透磁率部を構成する。
一方、第1及び第2の磁性層21,22はいずれも高透磁率部を構成する磁性基板である。高透磁率部とは、上述した低透磁率部よりも透磁率の高い材料からなる部分である。第1及び第2の磁性層21,22の材料としては、フェライトなどのバルク磁性材料、或いは、樹脂に金属磁性粉を混入してなる金属磁性粉含有樹脂材料を用いることができる。第1の磁性層21と第2の磁性層22の材料については、互いに同じであっても構わないし、互いに異なっていても構わないが、少なくとも基板11及び絶縁樹脂層12,13を構成する材料よりも透磁率が高い材料を用いる必要がある。第1及び第2の磁性層21,22の材料として金属磁性粉含有樹脂材料を用いる場合、金属磁性粉としてはパーマロイ系材料を用いることが好ましく、樹脂としては液状又は粉体のエポキシ樹脂を用いることが好ましい。
図1に示すように、第2の磁性層22のz方向における厚みT2は、第1の磁性層21のz方向における厚みT1よりも厚く、これにより、コイル層10が実装面側にオフセットして配置されている。
図2は、コイル部品1の略分解斜視図である。但し、図2においては第1及び第2の端子電極31,32は省略されている。
図2に示すように、基板11は上面11a及び下面11bを有する。基板11の上面11aには第1のスパイラル導体41及び第1の電極パターン43が形成され、下面11bには第2のスパイラル導体42及び第2の電極パターン44が形成されている。第1及び第2のスパイラル導体41,42はコイル導体部40を構成し、そのコイル軸はz方向である。
基板11はz方向から見ると略矩形であり、x方向に延在する2つの側面11c,11dと、y方向に延在する2つの側面11e,11fを有している。基板11にはスルーホール11g,11hが設けられており、また基板11の四隅には角部を面取りしてなる四半円形状の切り欠き部11iが設けられている。
第1のスパイラル導体41は基板11の上面11aに形成されており、第2のスパイラル導体42は基板11の下面11bに形成されている。第1のスパイラル導体41の内周端と第2のスパイラル導体42の内周端は、z方向から見た位置が一致しており、スルーホール11hを貫通するスルーホール導体19を介して互いに接続されている。また、第1のスパイラル導体41の外周端と第2のスパイラル導体42の外周端は、第1及び第2のスパイラル導体41,42の主要部を挟んで互いに反対側に位置する。具体的には、第1のスパイラル導体41の外周端は基板11の側面11cの近傍に位置し、第2のスパイラル導体42の外周端は基板11の側面11dの近傍に位置する。
第1のスパイラル導体41と第2のスパイラル導体42は、互いに逆向きに巻回されている。つまり、基板11の上面11a側から見た場合、第1のスパイラル導体41は内周端から外周端に向かって反時計回り(左回り)に巻回されているのに対し、第2のスパイラル導体42は内周端から外周端に向かって時計回り(右回り)に巻回されている。この巻回構造によれば、第1及び第2のスパイラル導体41,42の外周端の一方から他方へ電流を流した場合に、第1及び第2のスパイラル導体41,42に流れる電流が互いに同一方向の磁場を発生させて強め合う。したがって、第1及び第2のスパイラル導体41,42からなるコイル導体部40は、単一のインダクタとして機能する。
第1の電極パターン43は、基板11の上面11aに形成されており、第1のスパイラル導体41の外周端に接続されている。第1の電極パターン43は、第1のスパイラル導体41の最外周ターンの外側に位置し、そのxz面は図1に示した第1の端子電極31に接続される。第2の電極パターン44は、基板11の下面11bに形成されており、第2のスパイラル導体42の外周端に接続されている。第2の電極パターン44は、第2のスパイラル導体42の最外周ターンの外側に位置し、そのxz面は図1に示した第2の端子電極32に接続される。
第1及び第2のスパイラル導体41,42、並びに、第1及び第2の電極パターン43,44は、無電解めっき等によって下地導体層を形成した後、電解めっき工程を経て同時に形成される。下地導体層の材料及び電解めっき工程で用いるめっき材料は、いずれも銅(Cu)とすることが好適である。
基板11の上面11a側に設けられた第1のスパイラル導体41及び第1の電極パターン43は、絶縁樹脂層12によって覆われている。また、基板11の下面11bに設けられた第2のスパイラル導体42及び第2の電極パターン44は、絶縁樹脂層13によって覆われている。絶縁樹脂層12,13は、基板11上の導体パターンと第1及び第2の磁性層21,22の導通を防止するとともに、両者間における接着層として機能する。
図2に示すように、基板11の中央部にはスルーホール11gが設けられており、また基板11の四隅の角部には半円形状の切り欠き部11iがそれぞれ設けられている。これらスルーホール11g及び切り欠き部11iと平面視で重なる位置には、絶縁樹脂層12,13にもスルーホール及び切り欠き部が設けられている。そして、スルーホール11gに対応する部分には磁性部材24が配置され、切り欠き部11iに対応する部分には磁性部材25が配置される。これにより、第1の磁性層21と第2の磁性層22が磁性部材24,25を介して磁気的に接続されることから、閉磁路構造を得ることができる。磁性部材24,25の材料としては、金属磁性粉含有樹脂層材料を用いることが好ましい。
ここで、磁性部材24は、コイル導体部40の内径領域における磁路を構成し、磁性部材25は、コイル導体部40の外部領域における磁路を構成する。内径領域とは、コイル軸方向(z方向)から見てコイル導体部40に囲まれた領域を指し、外部領域とは、コイル軸方向(z方向)から見てコイル導体部40の外側に位置する領域を指す。図2に示すように、磁性部材25は、コイル導体部40の外部領域に部分的に4箇所配置されており、磁性部材25が存在しない部分は、基板11及び絶縁樹脂層12,13によって磁路が分断されることになる。磁性部材25が存在しない部分においては、基板11及び絶縁樹脂層12,13が外部に露出しており、この部分において外部への磁束の漏洩が顕著となる。
図3は、コイル部品1が搭載された回路基板の略断面図である。
図3に示す回路基板は、実装基板5と、実装基板5に搭載されたコイル部品1を備えている。コイル部品1は、実装面である第1の磁性層21のxy面が実装基板5と向かい合うように搭載されている。実装基板5の表面にはランドパターン6,7が設けられており、これらランドパターン6,7と第1及び第2の端子電極31,32は、それぞれハンダフィレットFを介して電気的且つ機械的に接続される。
実装基板5の裏面にはグランドパターン8が設けられている。グランドパターン8は、z方向から見てコイル部品1と重なる位置に設けられており、差動信号のリファレンスレベルを与える役割を果たすとともに、コイル部品1から実装基板5側に漏洩する磁束を遮蔽する役割も果たす。
このように、実装基板5には漏洩磁束を遮蔽するグランドパターン8が設けられていることから、コイル部品1の下方側(z方向におけるマイナス側)については、漏洩磁束による影響は少ない。これに対し、コイル部品1の上方側(z方向におけるプラス側)にはこのような磁気遮蔽体が存在しない開放空間であることから、漏洩磁束による影響が大きくなる傾向がある。しかしながら、本実施形態によるコイル部品1は、コイル層10から見て実装基板5とは反対側に位置する第2の磁性層22の厚みT2が第1の磁性層21の厚みT1よりも厚いことから、コイル層10の上方側における磁路が拡大される。これにより、コイル部品1の上方側への漏洩磁束を低減することが可能となる。
また、単に第2の磁性層22の厚みT2を増大させているのではなく、コイル層10のz方向における位置をオフセットさせることにより、第1の磁性層21の厚みT1を減少させていることから、コイル部品1のz方向における高さの増大を最小限に抑えることが可能となる。
以上説明したように、本実施形態によるコイル部品1は、コイル層10がz方向にオフセットした構造を有していることから、厚みの薄い第1の磁性層21を実装面側として使用すれば、厚みの厚い第2の磁性層22によって上方への磁束の漏洩を抑制することが可能となる。
<第2の実施形態>
図4は、本発明の第2の実施形態によるコイル部品2の構造を説明するための断面図である。
図4に示すように、本実施形態によるコイル部品2は、コイル層10が第1の磁性層21の表面に積層された構成を有している。つまり、第1の磁性層21の表面には、絶縁樹脂層51〜53がこの順に積層されており、絶縁樹脂層51と絶縁樹脂層52の間にスパイラル導体42が形成され、絶縁樹脂層52と絶縁樹脂層53の間にスパイラル導体41が形成されている。その他の構成は、上述した第1の実施形態によるコイル部品1と基本的に同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
コイル部品2の製造工程においては、まず第1の磁性層21を用意し、その表面にスピンコート法などを用いて絶縁樹脂層51を形成した後、絶縁樹脂層51の表面にスパイラル導体42を形成する。次に、スピンコート法などを用いてスパイラル導体42の表面を絶縁樹脂層52で覆った後、絶縁樹脂層52の表面にスパイラル導体41を形成する。そして、スピンコート法などを用いてスパイラル導体41の表面を絶縁樹脂層53で覆った後、第2の磁性層22を貼り付け、第1及び第2の端子電極31,32を形成すれば、本実施形態によるコイル部品2が完成する。
本実施形態が例示するように、本発明によるコイル部品が基板11を備えている点は必須でなく、第1の磁性層21の表面にコイル層10を積層した構成を有するものであっても構わない。この場合、絶縁樹脂層51〜53が低透磁率部を構成する。
<第3の実施形態>
図5は、本発明の第3の実施形態によるコイル部品3の構造を説明するための断面図である。
図5に示すように、本実施形態によるコイル部品3は、コイル層10が第2の磁性層22の表面に積層された構成を有している。つまり、第2の磁性層22の表面には、絶縁樹脂層61〜63がこの順に積層されており、絶縁樹脂層61と絶縁樹脂層62の間にスパイラル導体41が形成され、絶縁樹脂層62と絶縁樹脂層63の間にスパイラル導体42が形成されている。その他の構成は、上述した第2の実施形態によるコイル部品2と基本的に同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
コイル部品3の製造工程においては、まず第2の磁性層22を用意し、その表面にスピンコート法などを用いて絶縁樹脂層61を形成した後、絶縁樹脂層61の表面にスパイラル導体41を形成する。次に、スピンコート法などを用いてスパイラル導体41の表面を絶縁樹脂層62で覆った後、絶縁樹脂層62の表面にスパイラル導体42を形成する。そして、スピンコート法などを用いてスパイラル導体42の表面を絶縁樹脂層63で覆った後、第1の磁性層21を貼り付け、第1及び第2の端子電極31,32を形成すれば、本実施形態によるコイル部品3が完成する。
第2及び第3の実施形態が例示するように、コイル層10を積層工法により形成する場合、第1の磁性層21及び第2の磁性層22のいずれの側から積層しても構わない。本実施形態のように第2の磁性層22側からコイル層10を積層する場合、実装時における上下方向は、積層時における上下方向とは逆転する。本実施形態においては、絶縁樹脂層61〜63が低透磁率部を構成する。
<第4の実施形態>
図6は、本発明の第4の実施形態によるコイル部品4の構造を説明するための断面図である。
図6に示すように、本実施形態によるコイル部品4は、ドラム型コア70にワイヤWを巻回した構成を有している。ドラム型コア70は、一対の鍔部71,72と、これらを接続する巻芯部73を有しており、巻芯部73にワイヤWが巻回されている。ワイヤWの一端は、鍔部71に設けられた第1の端子電極81に継線され、ワイヤWの他端は、鍔部71に設けられた第2の端子電極82に継線される。本実施形態においては巻芯部73に巻回されたワイヤWがコイル導体部を構成する。
本実施形態によるコイル部品4は、鍔部71を実装面として実装基板5に立てて搭載される。コイル部品4が実装基板5に搭載されると、端子電極81,82がそれぞれランドパターン6,7に接続される。そして、コイル部品4の鍔部72のコイル軸方向における厚みT2は、鍔部71のコイル軸方向における厚みT1よりも厚いため、上述した各実施形態と同様、厚みの厚い鍔部72によって上方への磁束の漏洩を抑制することが可能となる。尚、本実施形態においては、鍔部71,72が高透磁率部を構成し、ワイヤWからなるコイル導体部の外部領域であって、鍔部71,72に挟まれた空間Sが低透磁率部を構成する。
本実施形態が例示するように、本発明によるコイル部品はドラム型コアとワイヤを用いたタイプのコイル部品であっても構わない。また、低透磁率部は空間であっても構わない。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
図1〜図3を用いて説明したコイル部品1を想定し、コイル導体部40に電流を流した場合に生じる磁界分布についてシミュレーションした。コイル部品1のサイズは、x=1.6mm、y=2.0mm、z=1.0mmとし、基板11の厚みは75μm、スパイラル導体41,42のz方向における高さはそれぞれ220μmとし、基板11のz方向における位置をコイル部品1のz方向における高さの4:5の位置に設定した。つまり、基板11の中心から、第1の磁性層21のxy面までの距離と第2の磁性層22のxy面までの距離の関係が4:5となるよう、基板11をz方向にオフセットさせた。
シミュレーションの結果を図7に示す。
図7に示すように、外部への漏洩磁束φは、第1の磁性層21側よりも第2の磁性層22側において少ないことが確認できる。また、側面方向(xy方向)への漏洩磁束φについても、実装面から漏洩する磁束の広がりよりも少ないことが確認できる。
1〜4 コイル部品
5 実装基板
6,7 ランドパターン
8 グランドパターン
10 コイル層
11 基板
11a 上面
11b 下面
11c〜11f 側面
11g,11h スルーホール
11i 切り欠き部
12,13 絶縁樹脂層
19 スルーホール導体
21,22 磁性層
24,25 磁性部材
31,32 端子電極
40 コイル導体部
41,42 スパイラル導体
43,44 電極パターン
51〜53,61〜63 絶縁樹脂層
70 ドラム型コア
71,72 鍔部
73 巻芯部
81,82 端子電極
F ハンダフィレット
S 空間
W ワイヤ
φ 漏洩磁束

Claims (1)

  1. コイル導体部と、
    前記コイル導体部のコイル軸方向における両側にそれぞれ設けられた第1及び第2の高透磁率部と、を備え、
    前記第1の高透磁率部よりも前記第2の高透磁率部の方が前記コイル軸方向における厚さが厚く、
    前記コイル軸方向から見た前記コイル導体部の外部領域には、前記第1の高透磁率部と前記第2の高透磁率部との間において磁路の少なくとも一部を分断する低透磁率部が存在し、
    前記低透磁率部は、中央部にスルーホールが設けられた非磁性基板であり、
    前記コイル導体部は前記非磁性基板の上面及び下面それぞれ形成され、前記非磁性基板を貫通するスルーホール導体を介して内周端が互いに接続された第1及び第2のスパイラル導体を含み、
    前記第1及び第2の高透磁率部は、樹脂に金属磁性粉を混入してなる金属磁性粉含有樹脂材料からなり、
    前記第1の高透磁率部の前記コイル軸に対して垂直な面は、実装面を構成することを特徴とするコイル部品。
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