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

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にそれぞれ形成され、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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