JP6962100B2

JP6962100B2 - 積層コイル部品

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Publication number: JP6962100B2
Application number: JP2017183980A
Authority: JP
Inventors: 雄介永井; 孝志鈴木; 英和佐藤; 貴志遠藤; 晃一角田; 邦彦川崎; 真一近藤; 雄也石間; 真一佐藤; 聖樹 ▲高▼橋
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2017-09-25
Filing date: 2017-09-25
Publication date: 2021-11-05
Anticipated expiration: 2037-09-25
Also published as: TWI670732B; US20190096561A1; KR102083781B1; JP2019062026A; US11211188B2; TW201921390A; CN109559877B; CN109559877A; KR20190035500A

Description

本発明は、積層コイル部品に関する。

従来より、コイルの一部を構成する層状の内部導体が素体内において積層された構成を有する積層コイル部品が知られている。下記特許文献１には、内部導体の表面に接するように応力緩和部が設けられた積層コイル部品が開示されている。

特開２０１７−５９７４９号公報

上述した従来技術に係る積層コイル部品では、内部導体は積層方向に関する長さ（厚さ）が均一であるため、熱環境の変化（たとえば部品製造時の焼成）による内部導体の収縮量も実質的に均一である。

発明者らは、内部導体が階段状に重なり合う階段構造をコイルが有する構成について研究を重ね、このような構成においては、内部導体が重なる部分と重ならない部分とでは厚さに差が生じているため、このような内部導体の厚さ差が生じている箇所の近傍の素体にクラックが生じやすくなるとの知見を得た。発明者らは、鋭意研究の末、コイルが階段構造を有する場合であっても、クラックを抑制す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、コイルが階段構造を有する場合であってもクラックを抑制することができる積層コイル部品を提供することを目的とする。

本発明の一形態に係る積層コイル部品は、積層構造を有し、絶縁性素体の内部にコイルを含む積層コイル部品であって、積層構造を構成する複数の層それぞれにおいて延在し、コイルの一部を構成する層状の複数のコイル部を備え、コイルは、積層方向において隣り合うコイル部が階段状に重なり合う階段構造を有し、階段構造には、コイル部が複数層重なった第１の部分と、積層方向と直交する層方向において第１の部分と隣り合うとともに第１の部分の層数より少ない第２の部分とが存在し、第１の部分および第２の部分のうち、少なくとも第１の部分に重なる応力緩和部が設けられている。

発明者らは、階段構造において、コイル部の層数が異なる部分が隣り合うことで、層数が多い部分と層数が少ない部分とで収縮量に差が生じ、その収縮量の差に起因する内部応力によってクラックが生じやすいとの知見を得た。そこで、収縮量の多い部分に重なる応力緩和部を設けることで、内部応力を緩和する技術を見出した。すなわち、上記積層コイル部品においては、層数の多い第１の部分に重なる応力緩和部により階段構造における内部応力が緩和されて、クラックを抑制することができる。

他の形態に係る積層コイル部品は、第１の部分および第２の部分のうち、第１の部分にのみ重なる応力緩和部が設けられている。応力緩和部は、第１の部分において高い応力緩和の効果を発揮する。そのため、第２の部分に応力緩和部を設けないことで応力緩和部の形成領域を縮小しつつ、実用上十分に内部応力を緩和することができ、効率よくクラックを抑制することができる。

他の形態に係る積層コイル部品は、コイルが複数のターンを有し、積層方向において隣り合う一対のターンの一方にのみ応力緩和部が設けられている。積層方向において隣り合う一対のターンの間に生じるクラックについては、一対のターンの一方にのみ応力緩和部を設けることで抑制することができる。

本発明によれば、コイルが階段構造を有する場合であってもクラックを抑制することができる積層コイル部品が提供される。

図１は、実施形態に係る積層コイル部品を示した概略斜視図である。図２は、図１に示す積層コイル部品の絶縁性素体の内部構造を示した概略斜視図である。図３は、図２に示す絶縁性素体のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。図４は、図１に示す積層コイル部品の層構成の一部を示した図である。図５は、図１に示す積層コイル部品の下コイル部と接続部との位置関係を示した図である。図６は、図１に示す積層コイル部品の上コイル部、下コイル部および接続部の位置関係を示した図である。図７は、積層コイル部品に生じるクラックの様子を示した図である。図８は、異なる態様の積層コイル部品を示した図である。図９は、異なる態様の積層コイル部品を示した図である。

以下、本発明を実施するための形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、同一又は同等の要素については同一の符号を付し、説明が重複する場合にはその説明を省略する。

まず、実施形態に係る積層コイル部品１の全体構成について、図１、２を参照しつつ説明する。

積層コイル部品１は、図１に示すように、略直方体形状の外形を有する絶縁性素体１０と、その内部に構成されたコイル２０とで構成されている。また、積層コイル部品１は、図２に示すように、層Ｌ１〜Ｌ２０を含む積層構造を有している。なお、絶縁性素体１０の対向する一対の端面１０ａ、１０ｂには、外部端子電極１２Ａ、１２Ｂが設けられる。積層コイル部品１は、一例として、長辺２．０ｍｍ、短辺１．６ｍｍ、高さ０．９ｍｍの寸法で設計される。

説明の便宜上、図示のようにＸＹＺ座標を設定する。すなわち、積層コイル部品１の積層方向をＺ方向、外部端子電極１２Ａ、１２Ｂが設けられる端面１０ａ、１０ｂ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。

絶縁性素体１０は、絶縁性を有しており、絶縁被覆された粒状の磁性材料で構成されている。磁性材料としては、金属磁性材料（Ｆｅ、Ｆｅ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｓｉ−Ｃｏ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金等）を採用し得る。積層コイル部品１を構成する層Ｌ１〜Ｌ２０のうち、最上層Ｌ１および最下層Ｌ２０のカバー層は、全体的に上記磁性材料で構成されている。また、その他の層Ｌ２〜Ｌ１９についても、後述するコイル部および応力緩和部４０以外は、上記磁性材料で構成されている。

コイル２０は、最上層Ｌ１および最下層Ｌ２０を除く層Ｌ２〜Ｌ１９に含まれる複数のコイル部によって構成されている。各コイル部は、コイル２０を構成する層Ｌ１〜Ｌ２０において、積層方向（Ｚ方向）と直交する層方向（Ｘ−Ｙ面方向）に延びる層状を有する。各コイル部は、コイル２０の一部を構成する導電層である。導体層の材料は、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｌ、Ｐｄ等の金属やＰｄＡｇ合金などを用いることができる。導体層には、Ｔｉ化合物、Ｚｒ化合物、Ｓｉ化合物などを添加してもよい。このような導体層は、印刷法や薄膜成長法により形成することができる。

コイル２０は、コイル２０を構成するコイル部として、図３に示すように、外部端子電極１２Ａが設けられる一方の端面１０ａまで延びる引出電極２１Ａと、外部端子電極１２Ｂが設けられる他方の端面１０ｂまで延びる引出電極２１Ｂとを有している。

また、コイル２０は、図３、４に示すように、コイルの１ターン分を構成するコイル導体部２２を複数有している。各コイル導体部２２は、コイル２０を構成するコイル部である上コイル部２３および下コイル部２４の２層で構成されている。各コイル導体部２２は、コイル導体部２２は、積層方向から見て、一部に分断部２５を有する略環状の形状を有しており、図４に示すようなＣ字状であってもよい。そして、各コイル導体部２２は、分断部２５を挟み、分断部２５に関して対向する第１の端部２２ａおよび第２の端部２２ｂで構成された端部対を有する。

ただし、上コイル部２３における分断部２５の位置と、下コイル部２４における分断部２５は、第１の端部２２ａと第２の端部２２ｂとの対向方向（すなわち、Ｘ方向）にずれている。そのため、コイル導体部２２は、分断部２５の近傍では上コイル部２３と下コイル部２４とが重ならない１層構成となっており、分断部２５の近傍以外は上コイル部２３と下コイル部２４とが重なった２層構成となっている。

さらに、コイル２０は、コイル２０を構成するコイル部として、コイル導体部２２同士を接続する接続部２８を有している。本実施形態では、同一形状のコイル導体部２２と、同一形状の接続部２８とが、積層方向に交互に並んでいる。接続部２８は、コイル導体部２２の分断部２５の位置に対応する位置に配置されており、コイル導体部２２の端部対２２ａ、２２ｂの対向方向に沿って（すなわち、分断部２５の形状に沿って）延びる長方形形状を有している。

接続部２８は、積層方向において上下に隣り合うコイル導体部２２同士を接続する。より詳しくは、接続部２８は、上側に位置するコイル導体部２２の下コイル部２４と階段状に重なり合うとともに、下側に位置するコイル導体部２２の上コイル部２３と階段状に重なり合っている。それにより、接続部２８周辺では階段構造が形成されている。

以下、接続部２８周辺における階段構造について、図５および図６を参照しつつ説明する。図５は、コイル導体部２２の端部対２２ａ、２２ｂが対向する対向方向（Ｘ方向）に平行な縦断面（Ｘ−Ｚ断面）における下コイル部２４および接続部２８の構成を示した図である。図６は、上記縦断面（Ｘ−Ｚ断面）における下コイル部２４、接続部２８および上コイル部２３の構成を示した図である。

図５に示すように、積層方向に関して接続部２８の直上に位置する下コイル部２４は、その端部２４ａが接続部２８の一方の端部２８ａと重なり合って、階段構造を形成している。この階段構造では、下コイル部２４の端部２４ａと接続部２８の端部２８ａとが重なった２層構成の最大膜厚部（第１の部分）３１Ａが形成されている。また、最大膜厚部３１Ａの両端には、Ｘ−Ｙ面方向（本実施形態ではＸ方向）において隣り合うようにして、下コイル部２４または接続部２８の１層構成の最小膜厚部３２（第２の部分）が形成されている。そして、最大膜厚部３１に対応する接続部２８の端部２８ａの下面に、応力緩和部４０が設けられている。

応力緩和部４０は、粉体が存在している空間であり、接続部２８の端部２８ａの下面に接している。応力緩和部４０は、絶縁性素体１０の素体領域とコイル部との間に介在することで、絶縁性素体１０内に生じる内部応力を緩和する。応力緩和部４０の空間内に存在する粉体はたとえばＺｒＯ_２粉末である。ＺｒＯ_２の融点は、たとえば約２７００℃以上であって、金属磁性材料の焼成温度よりかなり高い。粉体の平均粒径はたとえば０．１μｍ以下である。

また、図６に示すように、積層方向に関して接続部２８の直下に位置する上コイル部２３も、その端部２３ａが接続部２８の他方の端部２８ｂと重なり合って、階段構造を形成しており、上コイル部２３の端部２３ａと接続部２８の端部２８ｂとが重なった２層構成の最大膜厚部３１Ｂが形成されている。また、最大膜厚部３１Ｂの両端には、Ｘ−Ｙ面方向（本実施形態ではＸ方向）において隣り合うようにして、上コイル部２３または接続部２８の１層構成の最小膜厚部３２が形成されている。そして、最大膜厚部３１Ｂに対応する上コイル部２３の端部２３ａの下面にも、上述した応力緩和部４０が設けられている。

発明者らは、図５および図６に示したような階段構造では、最大膜厚部３１Ａ、３１Ｂと最小膜厚部３２のようにコイル部（すなわち、上コイル部２３、下コイル部２４、接続部２８）の層数が異なる部分が隣り合うことで、層数が多い最大膜厚部３１Ａ、３１Ｂと層数が少ない最小膜厚部３２とで収縮量に差が生じ、その収縮量の差に起因する内部応力によってクラックが生じやすいとの知見を得た。この場合、図７に示すように、たとえば積層方向において上下に隣り合う最大膜厚部３１Ａ間またはその近傍の絶縁性素体１０にクラックＣ１が生じると考えられる。そこで、上記積層コイル部品１においては、収縮量の多い最大膜厚部３１Ａ、３１Ｂに重なる応力緩和部４０を設け、それにより階段構造における内部応力が緩和して、クラックＣ１の抑制が実現されている。

なお、応力緩和部４０は、粉体でその全体が充たされていてもよく、粉体同士の間に空隙等が形成されていてもよい。すなわち、粉体は、コイル部や素体に接するように応力緩和部４０内に密集して存在させるようにしてもよく、コイル部２３、２４、２８や絶縁性素体１０の少なくとも一方との間に空隙を有するように存在していてもよい。空隙等は、たとえば応力緩和部４０を形成するための材料に含有させた有機溶剤等が焼成時に消失すること等に起因して形成される。

応力緩和部４０は、公知の方法により形成することができる。一例として、絶縁性素体１０となるべきグリーンシート上に、コイル部２３、２４、２８に対応する導体パターンの形成前に、応力緩和部４０に対応する粉体パターンを形成することで形成することができる。具体的には、上記グリーンシート上に、スクリーン印刷等によってＺｒＯ_２等のペーストを付与することで、焼成後に応力緩和部４０となるべき粉体パターンが形成され得る。ＺｒＯ_２等のペーストは、ＺｒＯ_２粉末と有機溶剤および有機バインダ等とを混合して得られる。続いて、グリーンシート上に形成された粉体パターン上に、スクリーン印刷等によって上記の導電性ペーストを付与することで、焼成後にコイル部２３、２４、２８となるべき導体パターンが形成される。導電性ペーストは、導体粉末と有機溶剤及び有機バインダ等とを混合して作製され得る。導体パターンは、所定の焼成処理により焼結されてコイル部２３、２４、２８となる。粉体パターンは、焼成により粉体が存在する応力緩和部４０となる。応力緩和部４０に存在する粉体は、焼成前の粉体パターンの形成に用いられるＺｒＯ_２粉末の平均粒径と略同じである。

なお、層方向において隣り合う最大膜厚部３１Ａ、３１Ｂと最小膜厚部３２のうちの最大膜厚部３１Ａ、３１Ｂにのみ応力緩和部４０を設ける態様の他、最大膜厚部３１Ａ、３１Ｂと最小膜厚部３２の両方に応力緩和部４０を設ける態様であってもよい。この場合も、積層コイル部品１の階段構造における内部応力が緩和して、クラックＣ１の抑制が図られる。ただし、応力緩和部４０は、最大膜厚部３１Ａ、３１Ｂにおいて高い応力緩和の効果を発揮する。そのため、最小膜厚部３２に応力緩和部４０を設けないことで応力緩和部４０の形成領域を縮小しつつ、実用上十分に内部応力を緩和することができ、効率よくクラックＣ１を抑制することができる。

応力緩和部４０は、コイルの１ターン分を構成するコイル導体部２２の下面（すなわち、下コイル部２４の下面）に全体的に設けることができる。この場合、図７に示すように、たとえば積層方向において上下に隣り合うコイル導体部２２間（すなわち、コイル２０のターン間）の絶縁性素体１０に生じるクラックＣ２を抑制することができる。一対のコイル導体部２２間に生じるクラックＣ２については、図８に示すように、積層方向において隣り合う一対のコイル導体部２２の一方にのみ応力緩和部４０を設けることで抑制することができる。なお、図８では、下面に応力緩和部４０が設けられたコイル導体部２２と、下面に応力緩和部４０が設けられていないコイル導体部２２とが、交互に積層された構成を示している。下面に応力緩和部４０が設けられたコイル導体部２２を２層おきや３層おきに配置した構成であってもよく、下面に応力緩和部４０が設けられたコイル導体部２２を積層方向に関する中央部分にのみ配置した構成であってもよい。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形し、又は他に適用してもよい。

たとえば、コイル部の階段構造については、上述した実施形態のように１つの接続部によりコイル導体部２２を接続する態様ではなく、複数の接続部によりコイル導体部２２を接続する態様であってもよい。図９に、コイル導体部２２を２つの接続部（第１の接続部２８Ａおよび第２の接続部２８Ｂ）で接続した態様を示す。図９に示した階段構造では、下コイル部２４と第１の接続部２８Ａと第２の接続部２８Ｂとが重なった３層構成の最大膜厚部３１Ｃが形成されている。また、第１の接続部２８Ａと第２の接続部２８Ｂと上コイル部２３とが重なった３層構成の最大膜厚部３１Ｄが形成されている。さらに、最大膜厚部３１Ｃ、３１Ｄの両端には、Ｘ方向において隣り合うようにして、２層構成の中間膜厚部３３が形成されている。また、中間膜厚部３３の両端には、Ｘ方向において隣り合うようにして、上コイル部２３または下コイル部２４の１層構成の最小膜厚部３２が形成されている。この場合、たとえば、膜厚がより厚い部分（たとえば最大膜厚部３１Ｃ、３１Ｄ）に選択的にまたは優先的に応力緩和部４０を設けることで、上述した実施形態同様、階段構造における内部応力が緩和されてクラックＣ１の抑制が図られる。

また、応力緩和部は、必ずしもコイル部の下面に設ける必要はなく、上面に設けてもよい。さらに、コイル部の下面と上面の両方に設けてもよい。

１…積層コイル部品、２０…コイル、２２…コイル導体部、２３…上コイル部、２４…下コイル部、２８、２８Ａ、２８Ｂ…接続部、３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ、３１Ｄ…最大膜厚部、３２…最小膜厚部、３３…中間膜厚部、４０…応力緩和部、Ｃ１、Ｃ２…クラック。

Claims

積層構造を有し、絶縁性素体の内部にコイルを含む積層コイル部品であって、
前記積層構造を構成する複数の層それぞれにおいて延在し、前記コイルの一部を構成する層状の複数のコイル部を備え、
前記コイルは、積層方向において隣り合う前記コイル部が階段状に重なり合う階段構造を有し、
前記階段構造には、前記コイル部が複数層重なった第１の部分と、前記積層方向と直交する層方向において前記第１の部分と隣り合うとともに前記第１の部分の層数より少ない第２の部分とが存在し、
前記第１の部分および前記第２の部分のうち、少なくとも前記第１の部分に重なる応力緩和部が設けられており、
前記第１の部分および前記第２の部分のうち、前記第１の部分にのみ重なる前記応力緩和部が設けられている、積層コイル部品。
前記コイルが複数のターンを有し、
積層方向において隣り合う一対のターンの一方にのみ前記応力緩和部が設けられている、請求項１に記載の積層コイル部品。