JP7143817B2 - 積層型コイル部品 - Google Patents
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Description
積層型コイル部品として、例えば、特許文献1には、コイル導体及びセラミック層が積層されて構成される電子部品が開示されている。
しかしながら、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において適宜変更して適用することができる。なお、以下において記載する個々の望ましい構成を2つ以上組み合わせたものもまた本発明である。
図2(a)は、図1に示す積層型コイル部品の側面図であり、図2(b)は、図1に示す積層型コイル部品の正面図であり、図2(c)は、図1に示す積層型コイル部品の底面図である。
また第2の外部電極22は、積層体10の第2の端面12の全部を覆い、かつ、第2の端面12から延伸して第1の主面13の一部、第2の主面14の一部、第1の側面15の一部、及び、第2の側面16の一部を覆っている。
本発明の積層型コイル部品が0603サイズである場合、積層体の幅(図2(c)中、両矢印W1で示される長さ)は、0.33mm以下であることが好ましく、0.27mm以上であることが好ましい。
本発明の積層型コイル部品が0603サイズである場合、積層体の高さ(図2(b)中、両矢印T1で示される長さ)は、0.33mm以下であることが好ましく、0.27mm以上であることが好ましい。
本発明の積層型コイル部品が0603サイズである場合、積層型コイル部品の幅(図2(c)中、両矢印W2で示される長さ)は、0.33mm以下であることが好ましく、0.27mm以上であることが好ましい。
本発明の積層型コイル部品が0603サイズである場合、積層型コイル部品の高さ(図2(b)中、両矢印T2で示される長さ)は、0.33mm以下であることが好ましく、0.27mm以上であることが好ましい。
なお、積層体の第1の主面を覆う部分の第1の外部電極の長さ、及び、積層体の第1の主面を覆う部分の第2の外部電極の長さが一定でない場合、最も長い部分の長さが上記範囲にあることが好ましい。
本発明の積層型コイル部品が0402サイズである場合、積層体の幅(図2(c)中、両矢印W1で示される長さ)は、0.22mm以下であることが好ましく、0.18mm以上であることが好ましい。
本発明の積層型コイル部品が0402サイズである場合、積層体の高さ(図2(b)中、両矢印T1で示される長さ)は、0.22mm以下であることが好ましく、0.18mm以上であることが好ましい。
本発明の積層型コイル部品が0402サイズである場合、積層型コイル部品の幅(図2(c)中、両矢印W2で示される長さ)は、0.22mm以下であることが好ましく、0.18mm以上であることが好ましい。
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なお、積層体の第1の主面を覆う部分の第1の外部電極の長さ、及び、積層体の第1の主面を覆う部分の第2の外部電極の長さが一定でない場合、最も長い部分の長さが上記範囲にあることが好ましい。
本発明の積層型コイル部品が1005サイズである場合、積層体の幅(図2(c)中、両矢印W1で示される長さ)は、0.55mm以下であることが好ましく、0.45mm以上であることが好ましい。
本発明の積層型コイル部品が1005サイズである場合、積層体の高さ(図2(b)中、両矢印T1で示される長さ)は、0.55mm以下であることが好ましく、0.45mm以上であることが好ましい。
本発明の積層型コイル部品が1005サイズである場合、積層型コイル部品の幅(図2(c)中、両矢印W2で示される長さ)は、0.55mm以下であることが好ましく、0.45mm以上であることが好ましい。
本発明の積層型コイル部品が1005サイズである場合、積層型コイル部品の高さ(図2(b)中、両矢印T2で示される長さ)は、0.55mm以下であることが好ましく、0.45mm以上であることが好ましい。
なお、積層体の第1の主面を覆う部分の第1の外部電極の長さ、及び、積層体の第1の主面を覆う部分の第2の外部電極の長さが一定でない場合、最も長い部分の長さが上記範囲にあることが好ましい。
コイルは、絶縁層とともに長さ方向に積層された複数のコイル導体が電気的に接続されることにより形成される。
図3は、絶縁層、コイル導体及び連結導体、並びに、積層体の積層方向を模式的に示すものであり、実際の形状及び接続等を厳密には表していない。例えば、コイル導体はビア導体を介して接続されている。
積層体10には、コイル導体が配置された領域と、第1の連結導体41又は第2の連結導体42が配置された領域とが存在する。積層体10の積層方向、及び、コイルの軸方向(図3中、コイル軸Aを示す)は、第1の主面13に対して平行である。
絶縁層31a、絶縁層31b、絶縁層31c及び絶縁層31dはいずれも、コイル導体間に配置される絶縁層となる。
例えば、コイルの1ターンを構成するためのコイル導体の積層数が2、すなわち、繰り返し形状が1/2ターン形状であってもよい。
また、連結導体を構成するビア導体にランド部が接続されている場合には、ランド部を除いた形状(すなわちビア導体の形状)を連結導体の形状とする。
またコイル導体の繰り返し形状は3/4ターン形状ではなく、1/2ターン形状であってもよい。
Fe:Fe2O3に換算して8mol%以上、37mol%以下
Zn:ZnOに換算して30mol%以上、60mol%以下
Cu:CuOに換算して1mol%以上、7mol%以下
Ni:NiOに換算して3mol%以上、17mol%以下
Si:SiO2に換算して7mol%以上、28mol%以下
焼結材料の中のSi及びFeを、それぞれSiO2及びFe2O3に換算したときのSiO2とFe2O3のモル比(SiO2/Fe2O3)が、0.2以上、3.5以下。
焼結材料の中のFe、Ni、Zn、Cu及びSiを、それぞれFe2O3、NiO、ZnO、CuO及びSiO2に換算したときのFe2O3、NiO、ZnO、CuO及びSiO2の合計を100mol部としたときに、焼結材料が、BをB単体に換算して0.05mol部以上、0.5mol部以下含有する。
上記組成を満たすことで、焼結性を改善することができる。さらに、上記組成を満たすことで、透磁率μが1.8以上、絶縁抵抗(比抵抗ともいう)logρが10.8以上及び比誘電率εrが12以下となり磁気特性が良好となる。さらに、上記組成を満たすことで高周波特性が良好(50GHzで-0.9dB以上、60GHzで-2.5dB以上)となる。
積層型コイル部品の50GHzでの透過係数S21が-0.9dB以上である場合、及び、60GHzでの透過係数S21が-2.5dB以上である場合、例えば、光通信回路内のバイアスティー(Bias-Tee)回路等に好適に使用できる。透過係数S21は、入力信号に対する透過信号の電力の比から求められる。周波数毎の透過係数S21は、例えば、ネットワークアナライザを用いて求められる。透過係数S21は、基本的に無次元量であるが、通常、常用対数をとってdB単位で表される。
コイル導体の内径が50μmよりも小さい場合、コイルのインダクタンスが低下してしまう。コイル導体の内径が100μmよりも大きい場合、コイルの静電容量が大きくなるため、積層型コイル部品の高周波特性が低下する。
ランド部がライン部の内周縁よりも内側に位置すると、インピーダンスが低下してしまうことがある。
また、積層方向から平面視したときに、ランド部の径は、ライン部の線幅の1.05倍以上、1.3倍以下であることが好ましい。
ランド部の径がライン部の線幅の1.05倍未満であると、ランド部とビア導体との接続が不充分となることがある。一方、ランド部の径がライン部の線幅の1.3倍を超えると、ランド部に起因する浮遊容量が大きくなるため、高周波特性が低下することがある。
第1の主面が実装面である場合には、第1の外部電極が、第1の端面の一部と第1の主面の一部とを延伸して覆い、第2の外部電極が、第2の端面の一部と第1の主面の一部とを延伸して覆うことが好ましい。
図6は、本発明の積層型コイル部品の他の一例を模式的に示す斜視図であり、図7(a)は、図6に示す積層型コイル部品の側面図であり、図7(b)は、図6に示す積層型コイル部品の正面図であり、図7(c)は、図6に示す積層型コイル部品の底面図である。
また、第1の外部電極121と同様に、第2の外部電極122は、第2の端面12から延伸して、第2の主面14の一部、第1の側面15の一部及び第2の側面16の一部を覆っていてもよい。
なお、積層体の第1の端面を覆う部分の第1の外部電極の高さ、及び、積層体の第2の端面を覆う部分の第2の外部電極の高さが一定でない場合、最も高い部分の高さが上記範囲にあることが好ましい。
本発明の積層型コイル部品の製造方法の一例について説明する。
非磁性材料がSi及びZnを含有する酸化物である場合の組成は、aZnO・SiO2で表され、Siに対するZnの含有量がモル比換算で1.8以上、2.2以下である(すなわち、aが1.8以上、2.2以下)ことが好ましい。
非磁性材料がSi、Zn及びCuを含有する酸化物である場合の組成は、aZnO・bCuO・SiO2で表され、Siに対するZnとCuの含有量の合計[(Zn+Cu)/Si]がモル比換算で1.8以上、2.2以下(すなわち、a+bが1.8以上、2.2以下)であることが好ましい。
B2O3は水に溶けてしまうため、生産途中でB2O3が溶出して焼結性が低下するという問題が生じるが、B4Cではこのような問題が発生しない。
Fe:Fe2O3に換算して8mol%以上、37mol%以下
Zn:ZnOに換算して30mol%以上、60mol%以下
Cu:CuOに換算して1mol%以上、7mol%以下
Ni:NiOに換算して3mol%以上、17mol%以下
Si:SiO2に換算して7mol%以上、28mol%以下
焼結材料の中のSi及びFeを、それぞれSiO2及びFe2O3に換算したときのSiO2とFe2O3のモル比(SiO2/Fe2O3)が、0.2以上、3.5以下。
焼結材料の中のFe、Ni、Zn、Cu及びSiを、それぞれFe2O3、NiO、ZnO、CuO及びSiO2に換算したときのFe2O3、NiO、ZnO、CuO及びSiO2の合計を100mol部としたときに、焼結材料が、BをB単体に換算して0.05mol部以上、0.5mol部以下含有する。
更に、コイルシートの積層体の上下にビアシートを積層させる。
また、銀ペースト等の導電性ペーストを所定の厚みに引き伸ばした層に、積層体を斜めに浸漬して焼き付けることによって、積層体の4面(主面、端面、及び、両側面)に外部電極の下地電極層を形成することができる。
(試料1)
(1)所定の組成を有するフェライト材料(仮焼粉末)を準備した。
なお、仮焼粉末(磁性材料)と非磁性材料の合計重量を100部とし、ホウ素材料であるB4Cの添加量を0.01部とした。また、非磁性材料と仮焼粉末(磁性材料)との混合比率は、20体積%:80体積%とした。
仮焼粉末(磁性材料)及び非磁性材料の組成は以下の通りである。
(磁性材料)
Fe:Fe2O3換算で48.0mol%、Zn:ZnO換算で22.0mol%、Ni:NiO換算で22.0mol%、Cu:CuO換算で8.0mol%
(非磁性材料)
aZnO・bCuO・SiO2(a=2.00、b=0.01)
セラミックグリーンシートの所定箇所にレーザーを照射することにより、ビアホールを形成した。ビアホールに導電性ペーストを充填してビア導体を形成、その周囲に円形に導電性ペーストをスクリーン印刷することにより、ランド部を形成した。
セラミックグリーンシートの所定箇所にビアホールを形成し、導電性ペーストを充填してビア導体を形成した後、ランド部及びライン部からなるコイル導体を印刷し、コイルシートを得た。
得られた積層体30個の寸法をマイクロメーターを用いて測定し平均値を求めたところ、L=0.60mm、W=0.30mm、T=0.30mmであった。
以上により、図1、図2(a)、図2(b)及び図2(c)に示す形状の外部電極、並びに、図3、図4及び図5に示すような積層体の内部構造を有する積層型コイル部品(試料1)を作製した。
試料1より絶縁層を切り出して焼結材料の元素分析を行ったところ、Fe:Fe2O3換算で36.8mol%、Zn:ZnO換算で32.5mol%、Ni:NiO換算で16.9mol%、Cu:CuO換算で6.1mol%、Si:SiO2換算で7.8mol%であった。
Si(SiO2換算)とFe(Fe2O3換算)とのモル比(SiO2/Fe2O3)は、0.2であった。
さらに、Fe(Fe2O3換算)、Ni(NiO換算)、Zn(ZnO換算)、Cu(CuO換算)及びSi(SiO2換算)の合計を100mol部としたときのBの含有量は、0.078mol部であった。
インピーダンスアナライザ(アジレント・テクノロジー社製、E4991A)を用いて、100MHz、1Vrms、周囲温度20℃±3℃の条件でインダクタンスを測定し、透磁率μを計算した。5個の試料の測定値の平均より、試料1の透磁率μを求めた。
試料に50Vの直流電圧を印加し、1分後の抵抗値を測定し、この測定値と試料寸法とから、絶縁抵抗logρを計算した。5個の試料の測定値の平均より、試料1の絶縁抵抗logρを求めた。
図8は、透過係数S21を測定する方法を模式的に示す図である。
図8に示すように、信号経路61とグランド導体62を設けた測定用治具60に試料(積層型コイル部品1)をはんだ付けした。積層型コイル部品1の第1の外部電極21が信号経路61に接続され、第2の外部電極22がグランド導体62に接続される。
測定結果を図9に、60GHzにおける透過係数S21を表2にそれぞれ示す。図9は、実施例で作製した一部の試料の透過係数S21を示すグラフである。なお、透過係数S21は、0dBに近いほど損失が少ないことを示す。
磁性材料の組成、磁性材料と非磁性材料の混合割合、及びホウ素材料の添加量を変更することで、焼結材料の組成を表1に示すように変更したほかは、試料1と同様の手順で、試料2~13を作製し、透磁率μ及び絶縁抵抗を測定した。結果を表1に示す。なお、試料11及び12では、焼結材料の焼結性が充分ではなかったため、透磁率及び絶縁抵抗を測定していない。
さらに、試料1~4及び13については、透過係数S21も測定した。結果を表2及び図9に示す。
図9は、試料1~4及び13の透過係数S21を示すグラフである。
10 積層体
11 第1の端面
12 第2の端面
13 第1の主面
14 第2の主面
15 第1の側面
16 第2の側面
21、121 第1の外部電極
22、122 第2の外部電極
30 コイル
31、31a、31b、31c、31d、35a、35a1、35a2、35a3、35a4、35b、35b1、35b2、35b3、35b4 絶縁層
32、32a、32b、32c、32d、132 コイル導体
33a、33b、33c、33d、33p、33q ビア導体
36a、36b、36c、36d ライン部
37a、37b、37c、37d ランド部
41 第1の連結導体
42 第2の連結導体
60 測定用治具
61 信号経路
62 グランド導体
63 ネットワークアナライザ
A コイルの中心軸
Dc 積層方向に隣り合うコイル導体間の距離
E1 第1の主面を覆う部分の第1の外部電極の長さ
E2 第1の端面を覆う部分の第1の外部電極の高さ
L1 積層体の長さ寸法
L2 積層型コイル部品の長さ寸法
L3 積層方向におけるコイル導体の配置領域の寸法
T1 積層体の高さ寸法
T2 積層型コイル部品の高さ寸法
W1 積層体の幅寸法
W2 積層型コイル部品の幅寸法
Claims (9)
- 複数の絶縁層が長さ方向に積層されてなり、内部にコイルを内蔵する積層体と、
前記コイルに電気的に接続されている第1の外部電極及び第2の外部電極と、を備え、
前記コイルは、前記絶縁層とともに前記長さ方向に積層された複数のコイル導体が電気的に接続されてなり、
前記積層体は、前記長さ方向において相対する第1の端面及び第2の端面と、前記長さ方向と直交する高さ方向において相対する第1の主面及び第2の主面と、前記長さ方向及び前記高さ方向に直交する幅方向において相対する第1の側面及び第2の側面と、を有し、
前記第1の外部電極は、前記第1の端面の少なくとも一部を覆い、
前記第2の外部電極は、前記第2の端面の少なくとも一部を覆い、
前記積層体の積層方向と前記コイルのコイル軸方向とは、前記第1の主面と平行であり、
前記コイル導体間の前記絶縁層は、少なくともNi、Zn、Cu及びFeを含む磁性材料と、少なくともZn及びSiを含む非磁性材料を含む焼結材料からなり、
前記焼結材料は、FeをFe2O3に換算して8mol%以上、37mol%以下、ZnをZnOに換算して30mol%以上、60mol%以下、CuをCuOに換算して1mol%以上、7mol%以下、NiをNiOに換算して3mol%以上、17mol%以下、SiをSiO2に換算して7mol%以上、28mol%以下含み、
前記焼結材料の中のSi及びFeをそれぞれ、SiO2及びFe2O3に換算したときの前記SiO2と前記Fe2O3のモル比(SiO2/Fe2O3)が0.2以上、3.5以下であり、
前記焼結材料の中のFe、Ni、Zn、Cu及びSiを、それぞれFe2O3、NiO、ZnO、CuO及びSiO2に換算したときの、前記Fe2O3、前記NiO、前記ZnO、前記CuO及び前記SiO2の合計量を100mol部としたときに、前記焼結材料が、BをB単体に換算して0.05mol部以上、0.5mol部以下含有し、
前記コイル導体の積層数は、40以上、60以下であり、
60GHzでの透過係数S21は-2.5dB以上であることを特徴とする、積層型コイル部品。 - 複数の絶縁層が長さ方向に積層されてなり、内部にコイルを内蔵する積層体と、
前記コイルに電気的に接続されている第1の外部電極及び第2の外部電極と、を備え、
前記コイルは、前記絶縁層とともに前記長さ方向に積層された複数のコイル導体が電気的に接続されてなり、
前記積層体は、前記長さ方向において相対する第1の端面及び第2の端面と、前記長さ方向と直交する高さ方向において相対する第1の主面及び第2の主面と、前記長さ方向及び前記高さ方向に直交する幅方向において相対する第1の側面及び第2の側面と、を有し、
前記第1の外部電極は、前記第1の端面の少なくとも一部を覆い、
前記第2の外部電極は、前記第2の端面の少なくとも一部を覆い、
前記積層体の積層方向と前記コイルのコイル軸方向とは、前記第1の主面と平行であり、
前記コイル導体間の前記絶縁層は、少なくともNi、Zn、Cu及びFeを含む磁性材料と、少なくともZn及びSiを含む非磁性材料を含む焼結材料からなり、
前記焼結材料は、FeをFe 2 O 3 に換算して8mol%以上、37mol%以下、ZnをZnOに換算して30mol%以上、60mol%以下、CuをCuOに換算して1mol%以上、7mol%以下、NiをNiOに換算して3mol%以上、17mol%以下、SiをSiO 2 に換算して7mol%以上、28mol%以下含み、
前記焼結材料の中のSi及びFeをそれぞれ、SiO 2 及びFe 2 O 3 に換算したときの前記SiO 2 と前記Fe 2 O 3 のモル比(SiO 2 /Fe 2 O 3 )が0.2以上、3.5以下であり、
前記焼結材料の中のFe、Ni、Zn、Cu及びSiを、それぞれFe 2 O 3 、NiO、ZnO、CuO及びSiO 2 に換算したときの、前記Fe 2 O 3 、前記NiO、前記ZnO、前記CuO及び前記SiO 2 の合計量を100mol部としたときに、前記焼結材料が、BをB単体に換算して0.05mol部以上、0.5mol部以下含有し、
酸化ビスマスを含まず、
60GHzでの透過係数S21は-2.5dB以上であることを特徴とする、積層型コイル部品。 - 前記非磁性材料が、さらにCuを含み、
前記Siに対する前記Znと前記Cuの含有量の合計[(Zn+Cu)/Si]がモル比換算で1.8以上、2.2以下である請求項1又は2に記載の積層型コイル部品。 - 前記第1の主面が実装面であり、
前記第1の外部電極は、前記第1の端面の一部と前記第1の主面の一部とを延伸して覆い、
前記第2の外部電極は、前記第2の端面の一部と前記第1の主面の一部とを延伸して覆う、請求項1~3のいずれかに記載の積層型コイル部品。 - 前記実装面からみて、前記コイル導体が、前記第1の外部電極及び前記第2の外部電極と重なる位置まで配置されている、請求項4に記載の積層型コイル部品。
- 前記積層方向における前記コイル導体の配置領域の寸法は、前記積層体の長さ寸法の85%以上、95%以下である請求項1~5のいずれか1項に記載の積層型コイル部品。
- 前記長さ方向に隣り合う前記コイル導体間の距離は4μm以上、8μm以下である、請求項1~6のいずれか1項に記載の積層型コイル部品。
- 前記コイル導体は、ライン部と前記ライン部の端部に配置されるランド部とを有し、
前記ライン部の幅は、30μm以上、50μm以下である、請求項1~7のいずれか1項に記載の積層型コイル部品。 - 前記コイル導体の内径は、50μm以上、100μm以下である、請求項1~8のいずれか1項に記載の積層型コイル部品。
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