JP7148245B2 - 巻線型のコイル部品 - Google Patents
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Description
本発明は、巻線型のコイル部品に関する。
電子機器には様々なコイル部品が用いられている。コイル部品の例として、信号からノイズを除去するために用いられるインダクタ、及び、トランスが挙げられる。
コイル部品として、巻線型のコイル部品が知られている。巻線型のコイル部品は、巻芯を有するコアと、この巻芯の周囲に巻回された巻線と、この巻線の各々の端部と電気的に接続される複数の端子電極とを備える。従来のコイル部品は、まずコアを成形し、次に、成形されたコアに巻線を巻回することによって作製される。
巻線を覆う外装体を有するコイル部品も知られている。外装体は、通常、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂から成り、コアのフランジ間に設けられる。透磁率向上のために、外装体には磁性材料から成る磁性粒子が混合されることがある。このような磁性粒子を含有する外装体を備えたコイル部品は、例えば、米国特許第９１１７５８０号明細書（特許文献１）に開示されている。この外装体は、コアとは別の部材として構成され、コアに巻線を巻回した後、当該コアに取り付けられる。
従来のコイル部品として、一体成形型のコイル部品も知られている。一体成形型のコイル部品は、磁性粒子を含有する複合樹脂材料を巻線とともに加圧成形して得られる。一体成形型のコイル部品においては、一体成形された磁性体に巻線が埋め込まれている。このような一体成形型のコイル部品は、メタルコンポジット型コイル部品とも呼ばれる。従来の一体成形型コイル部品（メタルコンポジット型コイル部品）は、例えば、特開２００３－０６８５１３号公報（特許文献２）に記載されている。
特開２０１３－０５５０７８号公報（特許文献３）に記載されているように、一体成形型コイル部品は、パワーインダクタとして優れたインダクタ特性を有している。
一体成形型コイル部品の成型時には、巻線にも成形圧力が加えられるため、高い成形圧力を用いることができない。このため、一体成形型コイル部品においては、磁性粒子の充填率に制約が生じるので、インダクタンスを高くすることが難しい。また、一体成形型コイル部品においては、成型時の圧力により巻線が損傷を受けることがある。
コアとは別体の外装体を有するコイル部品においては、一体成形型コイル部品における上記の制約がない。すなわち、コアとは別体の外装体を有するコイル部品においては、成形されたコアに対して巻線が巻回され、その後に当該巻線を覆うように外装体が取り付けられるので、コアの成形時の圧力に関して巻線に起因する制約がない。よって、コアとは別体の外装体を有するコイル部品によって、一体成形型コイル部品よりも優れたインダクタ特性を実現することが望まれる。
本開示の目的の一つは、コアとは別体の外装体を有するコイル部品において、一体成形型コイル部品よりも優れたインダクタ特性を実現することである。本開示のこれ以外の目的は、明細書全体の記載を通じて明らかにされる。
本開示の一態様によるコイル部品は、複数の軟磁性金属粒子を含むコアと、前記コアに巻回された巻線と、前記巻線の少なくとも一部を覆うように前記コアに設けられ、前記コアよりも小さな比透磁率を有する外装体と、を備える。一態様において、前記外装体の比透磁率は２５以上である。
本開示の一態様によるコイル部品において、前記コアの比透磁率は３０以上である。
本開示の一態様によるコイル部品において、前記コアの比透磁率は６０以下である。
本開示の一態様によるコイル部品において、前記外装体の比透磁率は５０以下である。
本開示の一態様によるコイル部品において、前記コアは、前記複数の軟磁性金属粒子のうち隣接するもの同士が結合した結合体を含む。
本開示の一態様によるコイル部品において、前記コアは、樹脂を含み、前記複数の軟磁性金属粒子は、前記樹脂中に含まれている。
本開示の一態様によるコイル部品において、前記コアにおける前記複数の軟磁性金属粒子の含有量が５０ｗｔ％～９５ｗｔ％である。
本開示の一態様によるコイル部品は、前記複数の軟磁性金属粒子は、Ｆｅ粒子を含み、前記コアにおける前記Ｆｅ粒子の含有量が５０ｗｔ％～９５ｗｔ％である。
本開示の一態様によるコイル部品は、前記複数の軟磁性金属粒子は、Ｆｅ粒子を含み、前記コアにおける前記Ｆｅ粒子の含有量が５５ｗｔ％～８５ｗｔ％である。
本開示の一態様によるコイル部品は、前記外装体は、複数の磁性粒子を含む複合樹脂材料から形成されている。
本開示のコイル部品によれば、コアとは別体の外装体を有するコイル部品によって、一体成形型コイル部品よりも優れたインダクタ特性を実現することができる。
以下、適宜図面を参照し、本明細書に開示される技術の様々な実施形態を説明する。なお、複数の図面において共通する構成要素には当該複数の図面を通じて同一の参照符号が付されている。各図面は、説明の便宜上、必ずしも正確な縮尺で記載されているとは限らない点に留意されたい。
図１から図６を参照して、一実施形態によるコイル部品について説明する。図１は、一実施形態によるコイル部品１を示す斜視図、図２はその正面図、図３はその右側面図、図４はその底面図、図５はコイル部品１を図２のＩ－Ｉ線を通る面で切断した断面図、図６はコイル部品を図４のＩＩ－ＩＩ線を通る面で切断した断面図である。
このコイル部品１は、例えば、電子回路においてノイズを除去するために用いられるインダクタである。コイル部品１は、電源ラインに組み込まれるパワーインダクタであってもよいし、信号ラインにおいて用いられるインダクタであってもよい。
図１には、互いに直交するＸ方向、Ｙ方向、及びＺ方向が示されている。本明細書においては、図１に示されているＸ方向、Ｙ方向、及びＺ方向を基準としてコイル部品１の構成部材の向きや配置を説明することがある。具体的には、巻芯１１の軸芯Ａが延びる方向をＹ方向とし、巻芯１１の軸芯Ａに垂直で且つ回路基板の実装面に平行な方向をＸ方向とする。また、Ｘ方向及びＹ方向に直交する方向をＺ方向とする。本明細書においては、Ｘ方向をコイル部品１の長さ方向、Ｙ方向をコイル部品１の幅方向、Ｚ方向をコイル部品１の高さ方向ということがある。
一実施形態によるコイル部品１は、図示のように、直方体形状に形成される。コイル部品１は、第１の端面１ａ、第２の端面１ｂ、第１の主面１ｃ（上面１ｃ）、第２の主面１ｄ（底面１ｄ）、第１の側面１ｅ、及び第２の側面１ｆを有する。より具体的には、第１の端面１ａは、コイル部品１のＸ軸マイナス方向の端面であり、第２の端面１ｂは、コイル部品１のＸ軸プラス方向の端面であり、第１の主面１ｃは、コイル部品１のＺ軸プラス方向の端面であり、第２の主面１ｄは、コイル部品１のＺ軸マイナス方向の端面であり、第１の側面１ｅは、コイル部品１のＹ軸プラス方向の端面であり、第２の側面１ｆは、コイル部品１のＹ軸マイナス方向の端面である。
コイル部品１の第１の端面１ａ、第２の端面１ｂ、第１の主面１ｃ、第２の主面１ｄ、第１の側面１ｅ、及び第２の側面１ｆはいずれも、平坦な平面であってもよいし湾曲した湾曲面であってもよい。また、コイル部品１の８つの角部は、丸みを有していてもよい。このように、本明細書においては、コイル部品１の第１の端面１ａ、第２の端面１ｂ、第１の主面１ｃ、第２の主面１ｄ、第１の側面１ｅ、及び第２の側面１ｆの一部が湾曲している場合や、コイル部品１の角部が丸みを有している場合にも、かかるコイル部品１の形状を「直方体形状」と称することがある。つまり、本明細書において「直方体」又は「直方体形状」というときには、数学的に厳密な意味での「直方体」を意味するものではない。
図示のように、コイル部品１は、ドラムコア型のコア１０と、巻線２０と、第１の外部電極３０ａと、第２の外部電極３０ｂと、外装体４０とを備えている。
コア１０は、回路基板の実装面と平行な方向に延びる巻芯１１と、当該巻芯１１の一方の端部に設けられた直方体形状のフランジ１２ａと、当該巻芯１１の他方の端部に設けられた直方体形状のフランジ１２ｂとを有する。よって、巻芯１１は、フランジ１２ａとフランジ１２ｂとを連結している。フランジ１２ａとフランジ１２ｂとは、その内面同士が対向するように配置される。フランジ１２ａ及びフランジ１２ｂの内面及び外面並びに当該内面と外面とを接続する４つの面はいずれも、平坦な平面であってもよいし湾曲した湾曲面であってもよい。また、フランジ１２ａ及びフランジ１２ｂの８つの角部は、丸みを有していてもよい。このように、本明細書においては、フランジ１２ａ及びフランジ１２ｂが湾曲した面を有する場合や、その角部が丸みを有している場合にも、かかる形状を「直方体形状」と称することがある。
フランジ１２ａの内面と対向するように配置された外面、及び、フランジ１２ｂの内面と対向するように配置された外面はいずれも、コイル部品１の外表面の一部を構成する。フランジ１２ａ及びフランジ１２ｂは、後述する外装体４０でその一部又は全部が覆われていてもよい。この場合には、外装体４０の外表面がコイル部品の外表面の一部を構成することになる。
フランジ１２ａ及びフランジ１２ｂは、その内面及び外面が巻芯１１の軸芯Ａに対して垂直な方向に延伸するように構成される。本明細書において、「垂直」、「直交」、及び「平行」という用語を使用するときには、数学的に厳密な意味で使用するものではない。例えば、フランジ１２ａの内面が巻芯１１の軸芯Ａと垂直な方向に延伸するという場合、フランジ１２ａの外面と巻芯１１の軸芯Ａとが為す角度は、９０°であってもよいが概ね９０°であればよい。概ね９０°の角度の範囲には、７０°～１１０°、７５°～１０５°、８０°～１００°、又は８５°～９５°の範囲内の任意の角度が含まれうる。「平行」、「直交」及びこれら以外の本明細書に含まれる数学的に厳密に解釈し得る用語についても、同様に、本発明の趣旨、文脈、及び技術常識を考慮して、数学的に厳密な意味よりも幅を持った解釈を取り得る。
本発明に適用可能なフランジ１２ａ及びフランジ１２ｂの形状は直方体形状に限られず、フランジ１２ａ及びフランジ１２ｂは様々な形状に形成され得る。一実施形態においては、フランジ１２ａ及びフランジ１２ｂの一方又は両方の角又は辺に一又は複数の切り欠きを形成してもよい。この切り欠きには、後述する巻線２０の端部２０ａ，２０ｂを熱圧着することができる。
コア１０は、第１の端面１０ａ、第２の端面１０ｂ、第１の主面１０ｃ（上面１０ｃ）、第２の主面１０ｄ（底面１０ｄ）、第１の側面１０ｅ、及び第２の側面１０ｆを有する。より具体的には、第１の端面１０ａは、コア１０のＸ軸マイナス方向の端面であり、第２の端面１０ｂは、コア１０のＸ軸プラス方向の端面であり、第１の主面１０ｃは、コア１０のＺ軸プラス方向の端面であり、第２の主面１０ｄは、コア１０のＺ軸マイナス方向の端面であり、第１の側面１０ｅは、コア１０のＹ軸プラス方向の端面であり、第２の側面１０ｆは、コア１０のＹ軸マイナス方向の端面である。第１の端面１０ａ、第２の端面１０ｂ、第１の主面１０ｃ、第２の主面１０ｄ、第１の側面１０ｅ、及び第２の側面１０ｆはそれぞれ、コイル部品１の第１の端面１ａ、第２の端面１ｂ、第１の主面１ｃ、第２の主面１ｄ、第１の側面１ｅ、及び第２の側面１ｆの一部をなす。
図示の実施形態において、巻芯１１は、略四角柱形状をなしている。巻芯１１は、巻線２０を巻回するために適した任意の形状をとることができる。例えば、巻芯１１は、三角柱形状、五角柱形状、もしくは六角柱形状等の多角柱形状、円柱形状、楕円柱形状、又は截頭円錐形状をとることができる。
コア１０は、複数の軟磁性金属粒子を含んでいる。一実施形態において、コア１０は、圧粉コアである。コア１０が圧粉コアである場合、当該コア１０には、軟磁性金属粒子が互いに結合して成る結合体が含まれる。コア１０が圧粉コアである場合、当該コア１０は、所定の組成を有する軟磁性金属粒子を結合剤（バインダ）と混合して造粒物を形成し、この造粒物を成形金型によりプレス成形することで圧粉体を作製し、この圧粉体を燒結することにより作製される。コア１０が圧粉コアの場合には、軟磁性金属粒子の表面に焼結時に酸化層が形成され、この酸化層を介して隣接する軟磁性金属粒子同士が結合する。つまり、コア１０が圧粉コアである場合には、コア１０は、隣接する軟磁性金属粒子が互いに結合してなる結合体を含む。
他の実施形態において、コア１０は、樹脂硬化型コアである。樹脂硬化型のコア１０は、硬化された樹脂と、この樹脂中に分散した複数の軟磁性金属粒子と、を含む。樹脂硬化型のコア１０は、具体的には、軟磁性金属粒子を熱硬化性樹脂と混合して混合物を形成し、この混合物を成形型内で熱硬化することによって作製される。この熱硬化性樹脂として、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ポリウレタン樹脂、又はこれら以外の熱硬化性樹脂が用いられ得る。樹脂硬化型のコア１０を作製するために、熱硬化性樹脂に代えて、光硬化性樹脂、又は、ガラスもしくは絶縁性酸化物（例えば、Ｎｉ－Ｚｎフェライトやシリカ）を用いることもできる。
コア１０に含まれる軟磁性金属粒子は、例えば、（１）Ｆｅ、Ｎｉ等の金属粒子、（２）Ｆｅ－Ｓｉ－Ｃｒ合金、Ｆｅ－Ｓｉ－Ａｌ合金、Ｆｅ－Ｎｉ合金等の結晶合金粒子、（３）Ｆｅ－Ｓｉ－Ｃｒ－Ｂ－Ｃ合金、Ｆｅ－Ｓｉ－Ｂ－Ｃｒ合金等の非晶質合金粒子、またはこれらの混合材料の粒子である。コア１０に含まれる軟磁性金属粒子の組成は、前記のものに限られない。例えば、コア１０に含まれる軟磁性金属粒子は、Ｃｏ－Ｎｂ－Ｚｒ合金、Ｆｅ－Ｚｒ－Ｃｕ－Ｂ合金、Ｆｅ－Ｓｉ－Ｂ合金、Ｆｅ－Ｃｏ－Ｚｒ－Ｃｕ－Ｂ合金、Ｎｉ－Ｓｉ－Ｂ合金、又はＦｅ－ＡＬ－Ｃｒ合金であってもよい。
コア１０に含まれる軟磁性金属粒子は、アトマイズ法又はこれ以外の公知の方法を用いて製造することができる。コア１０に含まれる軟磁性金属粒子として、市販されている軟磁性金属粒子を用いることもできる。市販の金属磁性粒子として、例えば、エプソンアトミックス（株）社製ＰＦ－２０Ｆ、日本アトマイズ加工（株）社製ＳＦＲ－ＦｅＳｉＡｌがある。
コア１０に含まれる軟磁性金属粒子の平均粒径は、例えば、１μｍ～５０μｍとされる。
一実施形態において、コア１０の比透磁率は、３０以上である。コア１０の比透磁率が６０よりも大きくなると、コア１０の絶縁抵抗が急激に小さくなることが知られている。すなわち、コア１０の比透磁率を大きくするためには、コア１０における軟磁性金属粒子の充填率を大きくする必要があるが、コア１０における軟磁性金属粒子の充填率を大きくすると、軟磁性金属粒子間に存在する絶縁抵抗層が薄くなるため、コア１０の絶縁抵抗が急激に小さくなってしまうのである。よって、一実施形態において、コア１０の比透磁率は、６０以下とされる。コア１０は、その比透磁率が３０～６０の範囲における任意の値を取るように構成されてもよい。
コア１０の比透磁率は、コア１０に含まれる軟磁性金属粒子の組成、コア１０における軟磁性金属粒子の含有比率（充填率）、及びこれら以外の要素を通じて調整され得る。例えば、鉄の含有比率が高い組成の合金又は純鉄から成る軟磁性金属粒子を用いることにより、コア１０の比透磁率を上げることができる。また、コア１０における軟磁性金属粒子の充填率を上げることにより、当該コア１０の比透磁率を上げることができる。
一実施形態において、コア１０全体に対する軟磁性金属粒子の含有量は、５０ｗｔ％～９９ｗｔ％である。一実施形態において、コア１０全体に対する軟磁性金属粒子の含有量は、９５ｗｔ％～９９ｗｔ％である。
一実施形態において、コア１０は、軟磁性金属粒子として純鉄の粒子（Ｆｅ粒子）を含み、Ｆｅ粒子の含有量が５０ｗｔ％～９５ｗｔ％となるように構成される。一実施形態において、コア１０全体に対するＦｅ粒子の含有量は、９８ｗｔ％～９９ｗｔ％である。
巻芯１１には、巻線２０が巻回されている。巻線２０は、導電性に優れた金属材料から成る導線の周囲を絶縁被膜で被覆することにより構成される。巻線２０用の金属材料としては、例えば、Ｃｕ（銅）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｎｉ（ニッケル）、もしくはＡｇ（銀）のうちの１以上の金属、又はこれらの金属のいずれかを含む合金が用いられ得る。
フランジ１２ａ及びフランジ１２ｂの少なくとも一方において、そのＸ軸方向の両端部には外部電極が設けられる。外部電極は、フランジ１２ａ及びフランジ１２ｂの両方に設けられてもよいし、片方だけ（フランジ１２ａだけ、又は、フランジ１２ｂだけ）に設けられてもよい。図１には、フランジ１２ａ及びフランジ１２ｂの両方に外部電極が設けられた例が示されている。
本発明の一実施形態において、外部電極３０ａは、コア１０の底面１０ｄのＸ軸マイナス方向端部、端面１０ａの所定の高さまでの領域、側面１０ｅ及び側面１０ｆのＸ軸マイナス方向端部の所定の高さまでの領域を被覆するように構成される。同様に、外部電極３０ｂは、コア１０の底面１０ｄのＸ軸プラス方向端部、端面１０ｂの所定の高さまでの領域、側面１０ｅ及び側面１０ｆのＸ軸プラス方向端部の所定の高さまでの領域を被覆するように構成される。
図示した外部電極３０ａ及び外部電極３０ｂの形状及び配置はあくまでも例示であり、外部電極３０ａ及び外部電極３０ｂは様々な形状及び配置をとることができる。コイル部品１は、外部電極３０ａ及び外部電極３０ｂに加えて、適宜ダミー電極を備えてもよい。
本発明の一実施形態において、外部電極３０ａ及び外部電極３０ｂはそれぞれ、下地電極と、この下地電極を覆うめっき層と、を有する。この下地電極は、例えば、ディップ（浸漬）によりペースト状の導電材料（例えば、銀）をコア１０の表面に塗布し、この塗布された導電材料を乾燥させることによって形成される。下地電極の上に形成されるめっき層は、例えば、ニッケルめっき層及び当該ニッケルめっき層の上に形成されるスズめっき層の２層から成る。外部電極３０ａ及び外部電極３０ｂは、スパッタリング法または蒸着法により形成してもよい。
巻線２０の一方の端部は、外部電極３０ａと電気的に接続され、巻線２０の他方の端部は、外部電極３０ｂと電気的に接続される。
外装体４０は、樹脂と、複数の磁性粒子とを含む。外装体４０に含まれる樹脂は、絶縁性に優れた熱硬化性樹脂であり、例えばエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリスチレン（ＰＳ）樹脂、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）樹脂、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）樹脂、ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂、ポリフッ化ビニルデン（ＰＶＤＦ）樹脂、フェノール（Ｐｈｅｎｏｌｉｃ）樹脂、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）樹脂、ポリベンゾオキサゾール（ＰＢＯ）樹脂、又は巻線型のコイル部品において巻線を被覆するために用いられる前記以外の任意の公知の樹脂材料である。
本発明の一実施形態において、外装体４０は、複数の磁性粒子を含む樹脂シートを巻芯１１に巻回することで形成される。外装体４０は、巻線２０の少なくとも一部を覆うように設けられる。一実施形態においては、外装体４０は、巻線２０の端部以外の全ての部分を覆うように設けられる。例えば、外装体４０は、巻線２０のうちフランジ１２ａの内面とフランジ１２ｂの内面との間にある部分を全て覆うように設けられる。このように、外装体４０は、フランジ１２ａとフランジ１２ｂとの間において、巻線２０の少なくとも一部を覆うように巻芯１１の周囲に設けられる。
外装体４０に含有されている磁性粒子は、例えば、金属磁性粒子、及びアモルファス状の合金粒子を含む。複数の磁性粒子の一部として、前記の材料から成る粒子に加えて、ＳｉＯ2やＡｌ2Ｏ3などの無機材料粒子、又はガラス系粒子を含むこともできる。外装体４０に含まれる磁性粒子は、コア１０に含まれる軟磁性合金粒子と同じ組成の軟磁性合金材料から形成されてもよい。
外装体４０は、コア１０と別体の部材として準備された部材（後述する樹脂シート）から形成される。外装体４０は、コア１０よりも小さな比透磁率を有するように構成される。一実施形態において、外装体４０の比透磁率は、２５以上である。一実施形態において、外装体４０の比透磁率は、５０以下である。外装体４０は、その比透磁率が２５～５０の範囲における任意の値を取るように構成されてもよい。外装体４０の比透磁率は、磁性粒子の材料の選択、磁性粒子の含有比率、及びこれら以外の要素を通じて調整され得る。例えば、鉄の含有比率が高い合金又は純鉄から成る磁性粒子を用いることにより、外装体４０の比透磁率を上げることができる。また、外装体４０における磁性粒子の充填率を上げることにより、当該外装体４０の比透磁率を上げることができる。
コイル部品１や各構成要素の寸法の例について説明する。コイル部品１は、例えば、長さ寸法（Ｘ方向の寸法）Ｌ１が１～２．６ｍｍ、幅寸法（Ｙ方向の寸法）Ｗ１が０．５～２．１ｍｍ、高さ寸法（Ｚ方向の寸法）Ｈ１が０．３～１．０５ｍｍとなるように形成される。
コイル部品１は、様々な形状、寸法、及び配置とすることができる。図１１及び図１２を参照して本発明の他の実施形態によるコイル部品について説明する。図１１は、他の実施形態によるコイル部品１０１の斜視図であり、図１２は、コイル部品１０１を図１１のＩＩＩ－ＩＩＩ線を通る面で切断した断面図である。図示のように、コイル部品１０１は、ドラムコア型のコア１１０と、巻線１２０と、第１の外部電極１３０ａと、第２の外部電極１３０ｂと、外装体１４０とを備えている。コア１１０は、回路基板の実装面と垂直な方向に延びる巻芯１１１と、当該巻芯１１１の一方の端部に設けられた板状のフランジ１１２ａと、当該巻芯１１１の他方の端部に設けられた板状のフランジ１１２ｂとを有する。フランジ１１２ａ及びフランジ１１２ｂはいずれも、平面視において八角形に形成されている。コイル部品１０１は、巻芯１１１が回路基板の実装面に対して垂直な方向に延伸している点で、巻芯１１が回路基板の実装面に対して平行な方向に延伸しているコイル部品１と異なっている。コイル部品１は、巻芯１１が回路基板の実装面に対して平行な方向に延伸しているため、横置型のコイル部品と呼ばれることがある。コイル部品１０１は、巻芯１１１が回路基板の実装面に対して垂直な方向に延伸しているため、縦置型のコイル部品と呼ばれることがある。コア１１０、巻線１２０、第１の外部電極１３０ａ、第２の外部電極１３０ｂ、及び外装体１４０はそれぞれ、コイル部品１の対応するコア１０、巻線２０、第１の外部電極３０ａ、第２の外部電極３０ｂ、及び外装体４０と同じ又は同様の材料から、同じ又は同様の方法により形成される。一実施形態において、コイル部品１０１は、長さ方向の寸法（Ｘ軸方向の寸法）Ｌ１１が１．０～２．６ｍｍ、幅方向の寸法Ｗ１１（Ｙ軸方向の寸法）が１．０～２．６ｍｍ、高さ方向の寸法（Ｚ軸方向の寸法）Ｈ１１が０．５～０．８ｍｍとなるように構成される。このような寸法とすることにより巻芯１１１の長さを短くすることができる。巻芯１１１の長さを短くすることにより、巻線１２０から発生する磁束が通過する磁路を短くすることができるため、小型で高インダクタンスの部品とできる。これらの寸法はあくまで例示であり、本発明を適用可能なコイル部品は、本発明の趣旨に反しない限り、任意の寸法を取ることができる。
本発明の一実施形態において、コア１０は、長さ寸法（Ｘ方向の寸法）Ｌ２が１．０～２．５ｍｍ、幅寸法（Ｙ方向の寸法）Ｗ２が０．５～２．０ｍｍ、高さ寸法（Ｚ方向の寸法）Ｈ２が０．３～１．０ｍｍとなるように形成される。本発明の一実施形態において、コア１０は、その高さ方向の寸法Ｈ２の長さ方向の寸法Ｌ２に対する比（Ｈ２／Ｌ２）が０．２～０．５となるように形成される。
本発明の一実施形態において、コア１０の巻芯１１の軸芯Ａに垂直な断面は、そのＸ方向の長さが１．４ｍｍとされ、Ｚ方向の厚さが０．４ｍｍとされる。
本発明の一実施形態において、コア１０のフランジ１２ａ及びフランジ１２ｂの巻芯１１の軸芯Ａに平行な方向の寸法（Ｙ方向の寸法）Ｗ４は、０．１５ｍｍとされる。
本発明の一実施形態において、フランジ１２ａ及びフランジ１２ｂは、Ｚ軸方向における厚さ（高さ）Ｈ２が巻芯１１の軸芯Ａに平行な方向における厚さＷ４よりも厚くなるように構成される。
上述したコア１０の各部の寸法はあくまで例示であり、本発明を適用可能なコイル部品に用いられるドラムコアは、本発明の趣旨に反しない限り、任意の寸法を取ることができる。
続いて、図７及び図８を参照して、本発明の一実施形態に従ったコイル部品１の製造方法について説明する。図７及び図８は、コイル部品１の製造方法を説明する模式図である。図７は、製造途中のコイル部品１をＩＩ－ＩＩ線を通る面で切断した断面から見た図を模式的に示しており、図８は、製造途中のコイル部品１を右側面から見た図を模式的に示している。
まず、図７（ａ）及び図８（ａ）に示すように、コア１０を準備する。コア１０は、例えば、樹脂硬化型コアである。樹脂硬化型のコア１０は、上述した軟磁性金属粒子を熱硬化性樹脂と混合して混合物を形成し、この混合物を熱硬化することによって作製される。コア１０は、圧粉コアでもよい。圧粉コアは、上述した軟磁性金属粒子を結合剤（バインダ）と混合して造粒物を形成し、この造粒物を成形金型によりプレス成形することで圧粉体を作製し、この圧粉体を燒結することにより作製される。焼結後又は硬化後の成型体に、必要に応じて切削加工が行われ得る。
次に、ディップ（浸漬）により、フランジ１２ａの下部に銀ペーストを付着させ、この銀ペーストを乾燥させて、フランジ１２ａのうちコア１０の側面１０ａ側の端部に第１の下地電極（不図示）を形成し、フランジ１２ａのうちコア１０の側面１０ｂ側の端部に第２の下地電極（不図示）を形成する。この第１の下地電極と第２の下地電極は、フランジ１２ａに、コイル部品１のＸ方向において所定間隔だけ互いから離間するように設けられる。各下地電極は、ディップ以外に、筆塗り、転写、印刷、薄膜プロセス、金属板の貼り付け、金属テープの貼り付け等の公知の様々な手法により形成され得る。
次に、図７（ｂ）及び図８（ｂ）に示すように、巻芯１１に巻線２０を所定の巻数だけ巻回する。巻線２０の一方の端部２０ａは、第１の下地電極に熱圧着され、巻線２０の他方の端部２０ｂは、第２の下地電極に熱圧着される。巻線２０は、熱圧着以外にも公知の様々な手法で下地電極に固定され得る。例えば、巻線２０は、金属によるロウ付け、耐熱性接着剤による接着、もしくは金属板による挟み込み、またはこれらの組み合わせにより、対応する下地電極に固定され得る。
次に、図７（ｃ）及び図８（ｃ）に示すように、樹脂シート４０ａ及び樹脂シート４０ｂを準備する。樹脂シート４０ａ及び樹脂シート４０ｂは以下のようにして形成される。まず、熱硬化性樹脂を扁平形状に形成された磁性粒子とともに混練して混練組成物を得る。次に、当該混練組成物を基板上に塗工することで、コア１０の高さの２倍又はそれ以上の厚みのシート体を得る。次に、当該シート体を、約１２０℃の熱を加えながら圧延する。この圧延後のシート体の厚みは、圧延前のシート体の厚みの半分程度とされる。この圧延工程により、当該シート体における磁性粒子の含有割合（樹脂に対する磁性粒子の割合）が所望の割合となるように調整できる。この圧延後のシート体を、その幅がフランジ１２ａとフランジ１２ｂとの間隔にほぼ等しくなるように切断することで長尺の樹脂シート４０ａ及び樹脂シート４０ｂが得られる。
次に、図７（ｄ）及び図８（ｄ）に示すように、樹脂シート４０ａをコア１０の上面１０ｃ側からフランジ１２ａとフランジ１２ｂとの間に挿入し、同様に、樹脂シート４０ｂをコア１０の下面１０ｄ側からフランジ１２ａとフランジ１２ｂとの間に挿入する。
次に、図７（ｅ）及び図８（ｅ）に示すように、フランジ１２ａとフランジ１２ｂとの間に挿入された樹脂シート４０ａ及び樹脂シート４０ｂを、巻芯１１の周りに巻線２０を覆うように巻き付けて外装体４０を形成する。つまり、フランジ１２ａとフランジ１２ｂとの間で巻芯１１の周りに巻線２０を覆うように巻き付けられた樹脂シート４０ａ及び樹脂シート４０ｂが外装体４０となる。樹脂シート４０ａ及び樹脂シート４０ｂは、巻線２０の端部２０ａ及び端部２０ｂが外装体４０から露出するように巻き付けられる。
次に、図７（ｆ）及び図８（ｆ）に示すように、幅方向（Ｘ方向）における端面１０ａ側の端部において、コア１０の底面１０ｄ及び端面１０ａの所定の高さまでの領域に銀ペーストを塗布することにより外部電極３０ａが形成される。幅方向（Ｘ方向）における端面１０ｂ側の端部においても同様に、コア１０の底面１０ｄ及び端面１０ｂの所定の高さまでの領域に銀ペーストを塗布することにより外部電極３０ｂが形成される。この外部電極３０ａは、巻線２０の端部２０ａと電気的に接続されるように形成され、外部電極３０ｂは、巻線２０の端部２０ｂと電気的に接続されるように形成される。
必要に応じ、フランジ１２ａ及びフランジ１２ｂ又は外装体４０の一部に研磨加工が施される。以上のようにして、コイル部品１が作製される。
以上のコイル部品１の製造工程において、樹脂シート４０ａ及び樹脂シート４０ｂは、適宜所望の大きさに切断される。例えば、図７（ｅ）及び図８（ｅ）に示した工程で、樹脂シート４０ａ又は樹脂シート４０ｂがＸ軸方向に余分な長さを有している場合には、そのＸ軸方向の端部が切り落とされる。
続いて、一実施形態におけるコイル部品１のインダクタ特性について説明する。インダクタ特性のシミュレーションのために、５つの評価用モデル（評価用モデル＃０～評価用モデル＃４）を構成した。評価用モデル＃０～評価用モデル＃４の各々は、長さ寸法（Ｘ方向の寸法）が２．０ｍｍ、幅寸法（Ｙ方向の寸法）が１．６ｍｍ、高さ寸法（Ｚ方向の寸法）が１．０ｍｍであり、設計インダクタンス値が０．５μＨの横置型のコイル部品をモデル化したものである。評価用モデル＃０～評価用モデル＃４の各々は、コア１０に相当するコアと、巻線１１に相当する被覆銅線と、外装体４０に相当する外装体と、第１の外部電極３０ａ及び第２の外部電極３０ｂに相当する一組の外部電極と、を有している。評価用モデル＃１～評価用モデル＃４は、一実施形態によるコイル部品１の実施例であり、評価用モデル＃０は、比較例である。各モデルにおける巻線の巻回数、並びに、コア及び外装体の比透磁率は、以下の表１の通りである。
この各評価用モデルのインダクタ特性と比較するために、一体形成された磁性体に巻線が埋め込まれている一体形成型コイル部品の評価用モデル（一体成形型モデル＃１～一体成形型モデル＃４）を構成した。一体成形型モデル＃１～一体成形型モデル＃４の各々は、長さ寸法（Ｘ方向の寸法）が２．０ｍｍ、幅寸法（Ｙ方向の寸法）が１．６ｍｍ、高さ寸法（Ｚ方向の寸法）が１．０ｍｍであり、設計インダクタンス値が０．５μＨの横置型のコイル部品をモデル化したものである。各モデルにおける巻線の巻回数、及び、巻線が巻回される磁性体の比透磁率は、以下の表２の通りである。一体形成型モデルは、一体形成された磁性体に巻線が埋め込まれている一体成形型コイル部品のモデルであるから、コアに相当する部位の比透磁率と外装体に相当する部位の比透磁率とが等しい。
以上のように構成した評価用モデル＃０～評価用モデル＃４及び一体成形型モデル＃１～一体成形型モデル＃４のそれぞれについて、ＬＩ2／２及びＬ／Ｒｄｃをシミュレーションにより算出した。各モデルについて算出されたＬＩ2／２及びＬ／Ｒｄｃを図９に示す。本発明者らは、コイル部品のインダクタ特性のうち、ＬＩ2／２、及び、Ｌ／Ｒｄｃで示される特性に着目した。ここで、Ｌはコイル部品のインダクタンス、Ｉは巻線に流れる電流、Ｒｄｃは巻線の直流抵抗をそれぞれ示す。ＬＩ2／２は、コイル部品に蓄えられるエネルギーを表すため、本明細書では、ＬＩ2／２によって表される特性をエネルギー特性と呼ぶことがある。Ｌ／Ｒｄｃは、単位周波数におけるＱ値を表すため、本明細書では、Ｌ／Ｒｄｃによって表される特性を損失特性と呼ぶことがある。
図９は、コイル部品１の複数の評価用モデルについて、インダクタ特性をシミュレーションした結果を示すグラフである。図９は、横軸がＬ／Ｒｄｃを表し、縦軸がＬＩ2／２とを表している。図９において、ａ０～ａ４はそれぞれ、上述のシミュレーションによる評価用モデル＃０～評価用モデル＃４についての算出値をプロットしたものであり、Ｃ１はａ０～ａ４に基づく近似曲線である。ｂ１～ｂ４は、上述のシミュレーションによる一体成形型モデル＃１～一体成形型モデル＃４についての算出値をプロットしたものであり、Ｃ２はｂ１～ｂ４に基づく近似曲線である。図９のグラフにおいては、プロット位置が横軸の正方向へ行くほどモデル化されたコイル部品の損失特性は高くなり（つまり、低損失となり）、縦軸の正方向へ行くほどモデル化されたコイル部品のエネルギー特性が高くなる。
図示のように、近似曲線Ｃ１と近似曲線Ｃ２とは、交点Ｘ１にて交わっている。この交点Ｘ１は、近似曲線Ｃ２において、比透磁率が２５となる位置又は概ね２５となる位置に相当する。図中のａ０～ａ４から、評価用モデル＃０～評価用モデル＃４についてのＬＩ2／２及びＬ／Ｒｄｃの測定値は、そのコアの比透磁率が大きくなると、近似曲線Ｃ１に沿って右下方向へシフトすることが分かる。また、ｂ１～ｂ４から、一体成形型モデル＃１～一体成形型モデル＃４についてのＬＩ2／２及びＬ／Ｒｄｃの測定値は、その磁性体の比透磁率が大きくなると、近似曲線Ｃ２に沿って右下方向にシフトすることが分かる。また、横軸方向の交点Ｘ１よりもプラス側の領域において、近似曲線Ｃ１よりも近似曲線Ｃ２の方が左方にあり、縦軸方向の交点Ｘ１よりもマイナス側の領域において、近似曲線Ｃ１よりも近似曲線Ｃ２の方が下方にあることが分かる。
コイル部品１においては、コア１０及び外装体４０の比透磁率が高いほどＬ／Ｒｄｃの値は大きくなるため、コアの比透磁率を一定とすると、外装体の比透磁率が大きくなるほどＬＩ2／２及びＬ／Ｒｄｃの測定値を示すプロット位置はグラフの右側（横軸の正方向側）にシフトする。例えば、コアの比透磁率が４０で外装体の比透磁率が２５であるコイル部品について、コアの比透磁率を４０としたまま外装体の比透磁率を２５から４０まで大きくすると、ＬＩ2／２及びＬ／Ｒｄｃの測定値のプロット位置は、ａ２を基点として概ね曲線Ｃ３に沿って移動する。曲線Ｃ３は、ａ２とｂ２との間に延在する曲線である。コイル部品１においては、コア１０の比透磁率が外装体４０の比透磁率よりも大きいため、曲線Ｃ３は曲線Ｃ２よりも下方まで延びることはない。曲線Ｃ２と曲線Ｃ３との交点は、コアの比透磁率及び外装体の比透磁率がいずれも４０の位置（つまり、ｂ２の位置）である。曲線Ｃ３の具体的な形状は様々な要因によって変動するが、曲線Ｃ３は、このような変動要因によらず、ａ２から横軸の正方向に向かって曲線Ｃ２とぶつかる位置（ｂ２の位置）まで伸びる。コアの比透磁率が４０で一定の場合におけるプロット位置について説明したが、コアの比透磁率が変動しても上記の原理は同様に当てはまる。例えば、コアの比透磁率が５０の場合には、測定値のプロット位置は、ａ３を基点として横軸の正方向に曲線Ｃ２とぶつかる位置まで延びる曲線（曲線Ｃ３に相当する曲線）上にある。
上記のように、コイル部品１において、外装体の比透磁率は２５よりも大きく、コアの比透磁率は外装体の比透磁率よりも大きいので、コイル部品１のＬＩ2／２及びＬ／Ｒｄｃの測定値は、曲線Ｃ１のうち交点Ｘ１よりも横軸方向の正の側にある位置（例えば、ａ２）から横軸方向の正方向に曲線Ｃ２とぶつかる位置まで延伸する曲線（曲線Ｃ３に相当する曲線）の上に位置する。よって、コイル部品１のＬＩ2／２及びＬ／Ｒｄｃの測定値が分布し得る領域は、概ね、図１０でハッチングされている領域Ｒ１の内部となる。領域Ｒ１は、曲線Ｃ２よりもグラフの右上に位置している。
以上のように、外装体がコアよりも小さな比透磁率を有し、当該外装体の比透磁率が２５以上のコイル部品は、一体形成型コイル部品と比べて、優れたエネルギー特性及び損失特性を有することが確認できた。
本明細書で説明された各構成要素の寸法、材料、及び配置は、実施形態中で明示的に説明されたものに限定されず、この各構成要素は、本発明の範囲に含まれうる任意の寸法、材料、及び配置を有するように変形することができる。また、本明細書において明示的に説明していない構成要素を、説明した実施形態に付加することもできるし、各実施形態において説明した構成要素の一部を省略することもできる。
例えば、コイル部品１は、４つの外部電極を有する４端子型のコイル部品とすることもできる。この４端子型のコイル部品は、巻線２０に代えて、互いから電気的に絶縁された２本の巻線が巻芯１１の周囲に巻回される。この２本の巻線のそれぞれの両端部が、４つの外部電極のうち適当なものに接続される。４端子のコイル部品は、コモンモードチョークコイル、トランス、又はそれ以外の高い結合係数が要求されるコイル部品として用いられ得る。
コイル部品１が中間端子を有するトランスとして用いられる場合には、フランジ１２ａとフランジ１２ｂとの間に中間フランジを設け、この中間フランジに中間端子となる外部電極を設けてもよい。
コイル部品１が３系統の巻線を有するコモンモードチョークコイルとして用いられる場合には、フランジ１２ａとフランジ１２ｂとの間に中間フランジを設け、この中間フランジに３番目の系統の巻線のための外部電極を設けることができる。例えば、ＭＩＰＩアライアンスによって策定されたＣ－ＰＨＹでは、１レーンあたり３本の信号線を用いて信号を差動伝送することが規定されている。コイル部品１は、このＣ－ＰＨＹに準拠したコモンモードチョークコイルとして用いられ得る。
コイル部品１は、そのコア１０の巻芯１１が回路基板の実装面に対して垂直な方向に延伸するように配置されてもよい。この場合、コイル部品１は、縦置きで回路基板に実装される。
１ コイル部品
１０ コア
２０ 巻線
３０ａ，３０ｂ 外部電極
４０ 外装体
１０ コア
２０ 巻線
３０ａ，３０ｂ 外部電極
４０ 外装体
Claims (9)
- 複数の軟磁性金属粒子を含み、巻芯と、前記巻芯の一端に設けられた第１フランジと、前記巻芯の他端に設けられた第２フランジと、を有するコアと、
前記コアに巻回された巻線と、
前記巻線の少なくとも一部、前記第１フランジの一部のみ、及び前記第２フランジの一部のみを覆うように前記コアに設けられ、前記コアよりも小さな比透磁率を有する外装体と、
を備え、
前記コアの比透磁率は６０以下であり、
前記外装体の比透磁率は３０を超える、
コイル部品。 - 前記外装体の比透磁率は５０以下である、請求項１に記載のコイル部品。
- 前記コアは、前記複数の軟磁性金属粒子のうち隣接するもの同士が結合した結合体を含む、請求項１又は請求項２に記載のコイル部品。
- 前記コアは、樹脂を含み、
前記複数の軟磁性金属粒子は、前記樹脂中に含まれている、
請求項１又は請求項２に記載のコイル部品。 - 前記コアにおける前記複数の軟磁性金属粒子の含有量が５０ｗｔ％～９５ｗｔ％である、請求項４に記載のコイル部品。
- 前記複数の軟磁性金属粒子は、Ｆｅ粒子を含み、前記コアにおける前記Ｆｅ粒子の含有量が５０ｗｔ％～９５ｗｔ％である、請求項４に記載のコイル部品。
- 前記複数の軟磁性金属粒子は、Ｆｅ粒子を含み、前記コアにおける前記Ｆｅ粒子の含有量が５５ｗｔ％～８５ｗｔ％である、請求項４に記載のコイル部品。
- 前記外装体は、複数の磁性粒子を含む複合樹脂材料から形成されている、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のコイル部品。
- 前記第１フランジに設けられており前記巻線と電気的に接続される第１外部電極と、
前記第２フランジに設けられており前記巻線と電気的に接続される第２外部電極と、
をさらに備える、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のコイル部品。
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