JP7240813B2 - コイル部品 - Google Patents
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Description
本発明は、コイル部品に関する。より具体的には、本発明は、コイル部品における実効透磁率の改善に関する。
従来から、コイル部品における実効透磁率を改善するための技術が提案されている。例えば、特開２０１６－０７２５５６号公報（特許文献１）には、等方性磁性材料から成るコア部と、当該コア部の周囲に巻回されたコイル導体と、当該コイル導体の径方向外側に設けられた等方性磁性材料から成る外周部と、当該コイル導体の上面及び下面に設けられた異方性磁性材料から成る異方性磁性材料層と、を備えたコイル部品が記載されている。
特許文献１に記載されたコイル部品は、コア部及び外周部と異方性磁性材料層とがコイル導体のコイル軸と直交する方向において隣接するように構成されているため、当該コイル導体から発生した磁束は、当該異方性磁性材料層内において磁化容易方向から磁化困難方向にその向きを大きく変えることなく、当該コア部及び当該外周部に入射するとされている。このため、この特許文献１のコイル部品においては、磁束が異方性磁性材料層内で磁化困難方向を向かず、その結果、高い実効透磁率が得られるとされている。
しかしながら、特許文献１に記載されたコイル部品においては、磁束がコイル導体の側方にあるコア部又は外周部から当該コイル導体の上方又は下方に向かう領域において、磁束の向きが異方性磁性材料層の磁化容易方向から逸れてしまう。この理由は以下のとおりである。
すなわち、特許文献１に記載されたコイル部品において発生した磁束は、コイル導体の側方においては概ねコイル軸に平行な方向を向き、コイル導体の上方及び下方においては概ねコイル軸に垂直な方向を向いている。よって、磁束がコイル導体の側方から上方又は下方に向かう領域では、磁束の向きがコイル軸に対して平行な方向から垂直な方向に変化する。また、特許文献１のコイル部品においては、コイル導体の側方においてコイル軸に対して平行な方向に向いている磁束がコイル導体の上方及び下方に向かうときに、このコイル導体の上方及び下方に設けられている異方性磁性材料層に入射する。この異方性磁性材料層は、磁化容易方向がコイル軸に対して垂直な方向に向いているので、当該異方性磁性材料層のうちコイル導体の側方に隣接する領域においては、磁束の向きが異方性磁性材料層の磁化容易方向から逸れてしまう。この逸脱は、コイル導体の近傍において特に大きくなる。
このように、特許文献１のコイル部品では、磁束がコイル導体の側方からその上方又は下方に向かう領域における磁束の向きと磁化容易方向との不一致により、当該コイル部品の実効透磁率は悪化してしまう。
そこで、本発明は、コイル部品における磁束の向きと磁化容易方向との不一致を緩和し、これにより当該コイル部品の実効透磁率を改善することを目的の一つとする。より具体的な本発明の目的の一つは、磁束がコイル導体の側方からその上方又は下方に向かう領域における、磁束の向きと磁化容易方向との不一致を緩和することである。本発明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。
本発明の一実施形態によるコイル部品は、コイルと、前記コイルの上面及び下面の少なくとも一方に設けられ、等方性磁性材料から成る等方性磁性材料層と、前記等方性磁性材料層の前記コイルとは反対側の面に積層された異方性磁性材料層と、を備える。当該態様において、前記異方性磁性材料層は、前記等方性磁性材料層と前記異方性磁性材料層との積層方向に対して垂直な方向に磁化容易方向を持つ第１の異方性磁性材料から成る。
当該実施形態によれば、当該コイルから発生した磁束がコイル導体の側方からその上方又は下方に向かう領域に等方性磁性材料層が配されているので、この等方性磁性材料層において、磁束の向きが積層方向に水平な方向から当該積層方向に垂直な方向へ向かって変化する。よって、当該磁束は、当該等方性磁性材料層において積層方向に水平な方向から垂直な方向寄りに向きを変えた後に異方性磁性材料層に入射する。これにより、磁束がコイル導体の側方から異方性磁性材料層に直接入射する場合よりも、磁束の向きと磁化容易方向との不一致を緩和できる。したがって、当該実施形態によるコイル部品によれば、磁束がコイル導体の側方から異方性磁性材料層に直接入射する従来のコイル部品よりも実効透磁率を改善することができる。
本明細書の開示によれば、コイル部品における磁束の向きと磁化容易方向との不一致を緩和し、これにより当該コイル部品の実効透磁率を改善することができる。
以下、適宜図面を参照し、本発明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は、本発明の一実施形態に係るコイル部品１の斜視図であり、図２は、図１に示したコイル部品１の分解斜視図であり、図３は、図１のコイル部品をＩ－Ｉ線で切断した断面を模式的に示す図である。
これらの図には、コイル部品１の一例として、様々な回路で受動素子として用いられる積層インダクタが示されている。積層インダクタは、本発明を適用可能なコイル部品の一例である。本発明は、電源ラインに組み込まれるパワーインダクタ及びそれ以外の様々なコイル部品に適用することができる。
図示の実施形態におけるコイル部品１は、磁性材料から成る絶縁体本体１０と、この絶縁体本体１０に埋設されたコイル導体Ｃ１１～Ｃ１７と、当該コイル導体Ｃ１７の一端と電気的に接続された外部電極２１と、当該コイル導体Ｃ１１の一端と電気的に接続された外部電極２２と、を備える。コイル導体Ｃ１１～Ｃ１７の各々は、隣接するコイル導体と後述するビアＶ１～ビアＶ６を介して電気的に接続され、このようにして接続されたコイル導体Ｃ１１～Ｃ１７がコイル２５を形成する。
絶縁体本体１０は、第１の主面１０ａ、第２の主面１０ｂ、第１の端面１０ｃ、第２の端面１０ｄ、第１の側面１０ｅ、及び第２の側面１０ｆを有する。絶縁体本体１０は、これらの６つの面によってその外面が画定される。第１の主面１０ａと第２の主面１０ｂとは互いに対向し、第１の端面１０ｃと第２の端面１０ｄとは互いに対向し、第１の側面１０ｅと第２の側面１０ｆとは互いに対向している。
図１において第１の主面１０ａは絶縁体本体１０の上側にあるため、本明細書において第１の主面１０ａを「上面」と呼ぶことがある。同様に、第２の主面１０ｂを「下面」と呼ぶことがある。コイル部品１は、第２の主面１０ｂが回路基板（不図示）と対向するように配置されるので、本明細書において第２の主面１０ｂを「実装面」と呼ぶこともある。また、コイル部品１の上下方向に言及する際には、図１の上下方向を基準とする。
本明細書においては、文脈上別に解される場合を除き、コイル部品１の「長さ」方向、「幅」方向、及び「厚さ」方向はそれぞれ、図１の「Ｌ」方向、「Ｗ」方向、及び「Ｔ」方向とする。
図２は、図１のコイル部品１の分解斜視図である。図２においては、外部電極２１及び外部電極２２を省略している。図示のように、絶縁体本体１０は、絶縁体部２０、この絶縁体部２０の上面に積層された上部カバー層１８、及びこの絶縁体部２０の下面に積層された下部カバー層１９を備える。このように、上部カバー層１８、絶縁体部２０、及び下部カバー層１９は、Ｔ軸と平行な積層方向に積層されている。絶縁体部２０は、積層された絶縁体層１１～１７を備える。この絶縁体本体１０においては、Ｔ軸方向の正方向側から負方向側に向かって、上部カバー層１８、絶縁体層１１、絶縁体層１２、絶縁体層１３、絶縁体層１４、絶縁体層１５、絶縁体層１６、絶縁体層１７、下部カバー層１９の順に積層されている。このように、コイル部品１を構成する各層は、Ｔ軸と平行な積層方向に積層されている。本明細書では、Ｔ軸と平行な方向をコイル部品１の積層方向と呼ぶことがある。
絶縁体層１１～絶縁体層１７は、樹脂及び多数のフィラー粒子を含む。このフィラー粒子は、当該樹脂に分散されている。絶縁体層１１～絶縁体層１７は、フィラー粒子を含まなくともよい。
上部カバー層１８は、４枚の磁性体シート１８ａ～１８ｄが積層された積層体である。この上部カバー層１８においては、Ｔ軸方向の正方向側から負方向側に向かって、磁性体シート１８ａ、磁性体シート１８ｂ、磁性体シート１８ｃ、磁性体シート１８ｄの順に積層されている。
磁性体シート１８ａ及び磁性体シート１８ｂは、等方性磁性材料から形成される。この等方性磁性材料は、樹脂及び球形のフィラー粒子を含む複合磁性材料である。
磁性体シート１８ｃ及び磁性体シート１８ｄは、異方性磁性材料から形成される。一実施形態において、この異方性磁性材料は、樹脂及び扁平形状のフィラー粒子を含む複合磁性材料である。
下部カバー層１９は、４枚の磁性体シート１９ａ～１９ｄが積層された積層体である。この下部カバー層１９においては、Ｔ軸方向の正方向側から負方向側に向かって、磁性体シート１９ａ、磁性体シート１９ｂ、磁性体シート１９ｃ、磁性体シート１９ｄの順に積層されている。
磁性体シート１９ａ及び磁性体シート１９ｂは、等方性磁性材料から形成される。この等方性磁性材料は、樹脂及び球形のフィラー粒子を含む複合磁性材料である。
磁性体シート１９ｃ及び磁性体シート１９ｄは、異方性磁性材料から形成される。一実施形態において、この異方性磁性材料は、樹脂及び扁平形状のフィラー粒子を含む複合磁性材料である。
磁性体シート１８ｃ、磁性体シート１８ｄ、磁性体シート１９ｃ及び磁性体シート１９ｄに含まれる扁平形状のフィラー粒子は、例えば、そのアスペクト比（扁平率）が１．５以上、２以上、３以上、４以上、又は５以上とされる。フィラー粒子のアスペクト比は、当該粒子の最短軸方向の長さに対する最長軸方向の長さの比（最長軸の方向の長さ／最短軸方向の長さ）を意味する。このアスペクト比が大きくなると、当該フィラー粒子は、箔状となる。つまり、磁性体シート１８ｃ、磁性体シート１８ｄ、磁性体シート１９ｃ及び磁性体シート１９ｄに含まれる扁平形状のフィラー粒子には、磁性材料からなる箔（磁性箔）が含まれてもよい。一実施形態において、磁性体シート１８ｃに含まれる磁性箔は、磁性体シート１８ｃのＷ軸及びＬ軸を含む面の一部を覆う。一実施形態において、磁性体シート１８ｃに含まれる磁性箔は、磁性体シート１８ｃのＷ軸及びＬ軸を含む面の全部を覆う。同様に、磁性体シート１８ｄ、磁性体シート１９ｃ、又は磁性体シート１９ｄに磁性箔が含まれる場合には、これらの磁性箔は、磁性体シート１８ｄ、磁性体シート１９ｃ、又は磁性体シート１９ｄの一部又は全部を覆う。磁性体シート１８ｃ、磁性体シート１８ｄ、磁性体シート１９ｃ及び磁性体シート１９ｄに含まれる扁平形状のフィラー粒子は、円盤状に形成されてもよい。
他の実施形態において、磁性体シート１８ｃ及び磁性体シート１８ｄは、箔状の磁性材料から成る磁性箔である。この場合、磁性体シート１８ｃ及び磁性体シート１８ｄは、樹脂を含まなくともよい。他の実施形態において、磁性体シート１９ｃ及び磁性体シート１９ｄは、箔状の磁性材料から成る磁性箔である。この場合、磁性体シート１９ｃ及び磁性体シート１９ｄは、樹脂を含まなくともよい。磁性箔は、磁性粒子を薄く延ばすことにより形成されてもよい。磁性箔は、下層に、蒸着、スパッタリング、めっき、又はこれら以外の公知の方法により形成されてもよい。
磁性体シート１８ｃ、磁性体シート１８ｄ、磁性体シート１９ｃ及び磁性体シート１９ｄに含まれる扁平形状のフィラー粒子は、その最長軸方向がＴ軸（後述するコイル軸ＣＬと一致する。）に垂直な方向を向き、その最短軸がコイル軸ＣＬに平行な方向を向く姿勢を取るように、各磁性体シートに含められる。換言すれば、当該扁平形状のフィラー粒子は、その最長軸方向がコイル軸ＣＬと垂直な方向又はコイル部品１の積層方向と垂直な方向を向くように配される。フィラー粒子が箔状の磁性箔である場合には、当該磁性箔は、Ｔ軸に垂直な方向に沿って延在する。フィラー粒子がこのような姿勢を取ることにより、磁性体シート１８ｃ、磁性体シート１８ｄ、磁性体シート１９ｃ及び磁性体シート１９ｄのＴ軸に垂直な方向の透磁率は、Ｔ軸に平行な方向の透磁率よりも大きくなる。これにより、Ｔ軸に垂直な方向が、磁性体シート１８ｃ、磁性体シート１８ｄ、磁性体シート１９ｃ及び磁性体シート１９ｄの磁化容易方向となり、Ｔ軸に平行な方向がこれらの磁性体シートの磁化困難方向となる。磁性体シート１８ｃ、磁性体シート１８ｄ、磁性体シート１９ｃ及び磁性体シート１９ｄに含まれるフィラー粒子の全てについて、その最長軸方向がＴ軸に対して正確に垂直な方向を向いている必要はない。フィラー粒子が円盤状である場合には、当該フィラー粒子はＴ軸方向から見たときに（すなわち、平面視において）円形又は概ね円形となる。円盤状のフィラー粒子は、Ｔ軸と垂直な方向において異方性を有しないため、製造時においてフィラー粒子を配向させるための工程が簡易化できる。
絶縁体層１１～絶縁体層１７、磁性体シート１８ａ～１８ｄ、及び磁性体シート１９ａ～１９ｄ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、又はポリベンゾオキサゾール（ＰＢＯ）樹脂である。各シートに含まれる樹脂は、他のシートに含まれる樹脂と同種であってもよく異種であってもよい。
絶縁体層１１～絶縁体層１７、磁性体シート１８ａ～１８ｄ、及び磁性体シート１９ａ～１９ｄに含まれるフィラー粒子は、フェライト材料の粒子、金属磁性粒子、ＳｉＯ2やＡｌ2Ｏ3などの無機材料粒子、ガラス系粒子である。本発明に適用可能なフェライト材料の粒子は、例えば、Ｎｉ－Ｚｎフェライトの粒子またはＮｉ－Ｚｎ－Ｃｕフェライトの粒子である。本発明に適用可能な金属磁性粒子は、酸化されていない金属部分において磁性が発現する材料であり、例えば、酸化されていない金属粒子や合金粒子を含む粒子である。本発明に適用可能な金属磁性粒子には、例えば、合金系のＦｅ－Ｓｉ－Ｃｒ、Ｆｅ－Ｓｉ－Ａｌ、もしくはＦｅ－Ｎｉ、非晶質のＦｅ―Ｓｉ－Ｃｒ－Ｂ－Ｃ、もしくはＦｅ－Ｓｉ－Ｂ－Ｃｒ、Ｆｅ、またはこれらの混合材料の粒子が含まれる。本発明に適用可能な金属磁性粒子には、さらにＦｅ－Ｓｉ－Ａｌ、ＦｅＳｉ－Ａｌ－Ｃｒの粒子が含まれる。これらの粒子から得られる圧粉体も本発明の金属磁性粒子として用いることができる。さらに、これらの粒子または圧粉体の表面に熱処理して酸化膜を形成したものも本発明の金属磁性粒子として利用することができる。本発明に適用可能な金属磁性粒子は、例えばアトマイズ法で製造される。また、本発明に適用可能な金属磁性粒子は、公知の方法を用いて製造することができる。また、本発明には、市販されている金属磁性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。絶縁体層１１～絶縁体層１７、磁性体シート１８ａ～１８ｄ、及び磁性体シート１９ａ～１９ｄに含まれるフィラー粒子は、フェライト箔、Ｆｅ及び不可避不純物から成る純鉄の箔、金属磁性材料の箔、アモルファス状合金の箔、ＳｉＯ2やＡｌ2Ｏ3などの無機材料の箔、又はガラス系粒子の箔を粉砕することによって作成されてもよい。
コイル導体Ｃ１１～Ｃ１７は、対応する絶縁体層１１～絶縁体層１７上にそれぞれ形成される。コイル導体Ｃ１１～Ｃ１７は、メッキ、エッチング、又はこれら以外の任意の公知の手法を用いて形成される。コイル導体Ｃ１１～Ｃ１７の各々は、その断面が矩形となるように形成されてもよい。
絶縁体層１１～絶縁体層１６の所定の位置には、ビアＶ１～Ｖ６がそれぞれ形成される。ビアＶ１～Ｖ６は、絶縁体層１１～絶縁体層１６の所定の位置に、絶縁体層１１～絶縁体層１６をＴ軸方向に貫く貫通孔を形成し、当該貫通孔に金属材料を埋め込むことにより形成される。
コイル導体Ｃ１１～Ｃ１７及びビアＶ１～Ｖ６は、導電性に優れた金属を含むように形成され、例えば、Ａｇ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ａｌ又はこれらの合金から形成される。
外部電極２１は、絶縁体本体１０の第１の端面１０ｃに設けられる。外部電極２２は、絶縁体本体１０の第２の端面１０ｄに設けられる。外部電極２１及び外部電極２２は、図示のように、絶縁体本体１０の上面及び下面まで延伸する。
次に、コイル部品１の製造方法の一例を説明する。まず、絶縁体層１１～絶縁体層１７、磁性体シート１８ａ～１８ｄ、及び磁性体シート１９ａ～磁性体シート１９ｄとなる磁性体シートを作成する。
具体的には、絶縁体層１１～絶縁体層１７の作成のために、フィラー粒子を分散させた熱硬化性の樹脂（例えばエポキシ樹脂）へ溶剤を加えてスラリーを作成する。このフィラー粒子は、球形又は扁平形状を有する。このスラリーをプラスチック製のベースフィルムの表面に塗布して乾燥させ、この乾燥後のスラリーを所定サイズに切断することで絶縁体層１１～絶縁体層１７となる磁性体シートがそれぞれ得られる。フィラー粒子が扁平形状を有する場合には、当該フィラー粒子は、その最長軸方向がＴ軸に平行な方向を向くように配される。フィラー粒子は、磁気配向等の任意の公知の手法を用いて配向される。磁気配向を用いる場合には、スラリー中の樹脂が流動性を有している間に、一定形状に形成されたスラリーに対して磁場を一定方向に印加することにより、フィラー粒子を所定方向に配向させることができる。
磁性体シート１８ａ、磁性体シート１８ｂ、磁性体シート１９ａ及び磁性体シート１９ｂ用の磁性シートを作成するために、球形のフィラー粒子を分散させた熱硬化性の樹脂（例えばエポキシ樹脂）へ溶剤を加えてスラリーを作成する。このスラリーをプラスチック製のベースフィルムの表面に塗布して乾燥させ、この乾燥後のスラリーを所定サイズに切断することで磁性体シート１８ａ、磁性体シート１８ｂ、磁性体シート１９ａ及び磁性体シート１９ｂとなる磁性体シートがそれぞれ得られる。
磁性体シート１８ｃ、磁性体シート１８ｄ、磁性体シート１９ｃ及び磁性体シート１９ｄ用の磁性シートを作成するために、扁平形状のフィラー粒子を分散させた熱硬化性の樹脂（例えばエポキシ樹脂）へ溶剤を加えてスラリーを作成する。このスラリーをプラスチック製のベースフィルムの表面に塗布して乾燥させ、この乾燥後のスラリーを所定サイズに切断することで磁性体シート１８ｃ、磁性体シート１８ｄ、磁性体シート１９ｃ及び磁性体シート１９ｄとなる磁性体シートがそれぞれ得られる。当該扁平形状のフィラー粒子は、その最長軸方向がＴ軸に垂直な方向を向くように配される。
次に、絶縁体層１１～絶縁体層１６の所定の位置に、各絶縁体層１６をＴ軸方向に貫く貫通孔を形成する。
次に、メッキ、エッチング、又はこれら以外の任意の公知の手法により、絶縁体層１１～絶縁体層１７の上面に金属材料（例えばＡｇ）から成るコイル導体Ｃ１１～Ｃ１７を形成するとともに、絶縁体層１１～絶縁体層１６に形成された貫通孔に当該金属材料を埋め込む。このようにして貫通孔に埋め込まれた金属がビアＶ１～Ｖ６となる。
次に、絶縁体層１１～絶縁体層１７を積層して積層体を得る。絶縁体層１１～絶縁体層１７は、各絶縁体層に形成されているコイル導体Ｃ１１～Ｃ１７の各々が隣接するコイル導体とビアＶ１～Ｖ６を介して電気的に接続されるように積層される。
次に、磁性体シート１８ａ～磁性体シート１８ｄを積層して、上部カバー層１８に相当する上部カバー層積層体を形成し、磁性体シート１９ａ～磁性体シート１９ｄを積層して、下部カバー層１９に相当する下部カバー層積層体を形成する。
次に、絶縁体層１１～絶縁体層１７から成る積層体を上下から上部カバー層積層体及び下部カバー層１９に相当する下部カバー層積層体で挟み込み、プレス機を用いて熱圧着して本体積層体を得る。次に、ダイシング機やレーザ加工機等の切断機を用いて当該本体積層体を所望のサイズに個片化することで、絶縁体本体１０に相当するチップ積層体が得られる。次に、このチップ積層体を脱脂し、脱脂されたチップ積層体を加熱処理する。次に、加熱処理されたチップ積層体の両端部に導体ペーストを塗布することにより、外部電極２１及び外部電極２２を形成する。以上により、コイル部品１が得られる。
次に、図３を参照して、コイル部品１における磁化容易方向と磁力線の向きとの関係について説明する。図３は、図１のコイル部品をＩ－Ｉ線で切断した断面を模式的に示す図である。図３においては、コイル導体から発生する磁力線が矢印で記載されている。また、図３においては、説明の便宜のために、互いに電気的に接続されたコイル導体Ｃ１１～Ｃ１７がコイル２５、磁性体シート１８ａ及び磁性体シート１８ｂが等方性磁性材料層３０Ｕ、磁性体シート１９ａ及び磁性体シート１９ｂが等方性磁性材料層３０Ｄ、磁性体シート１８ｃ及び磁性体シート１８ｄが異方性磁性材料層４０Ｕ、磁性体シート１９ｃ及び磁性体シート１９ｄが異方性磁性材料層４０Ｄとして、いずれも模式的に表されている。また、図３においては、外部電極２１及び外部電極２２は省略されている。このように、等方性磁性材料層３０Ｕは、コイル２５の上面に積層されており、等方性磁性材料層３０Ｄは、コイル２５の下面に積層されている。等方性磁性材料層３０Ｕは、コイル２５の上面に直接形成されてもよく、等方性磁性材料からなる他の層を介してコイル２５の上面に形成されてもよい。等方性磁性材料層３０Ｄは、コイル２５の下面に直接形成されてもよく、等方性磁性材料からなる他の層を介してコイル２５の下面に形成されてもよい。また、異方性磁性材料層４０Ｕは、等方性磁性材料層３０Ｕの上面（コイル２５とは反対側の面）に積層されており、異方性磁性材料層４０Ｄは、等方性磁性材料層３０Ｄの下面（コイル２５とは反対側の面）に積層されている。
図示のように、磁性体部２０は、コイル２５の内側に形成されたコア部２０ａと、当該コイル２５の外側に形成された外周部２０ｂと、を備える。
上述のように、異方性磁性材料層４０Ｕ及び異方性磁性材料層４０Ｄは、その最長軸方向がコイル部品１の積層方向に垂直な方向を向いている扁平形状のフィラー粒子を含む。よって、異方性磁性材料層４０Ｕ及び異方性磁性材料層４０Ｄにおいては、コイル部品１の積層方向（コイル軸ＣＬ）に垂直な方向が磁化容易方向となっている。上述したように、コイル部品１の積層方向は、Ｔ軸方向及びコイル軸ＣＬの方向と一致する。以下では、磁束の無機をコイル軸ＣＬを基準として説明する。
このコイル部品１では、コイル２５を流れる電流から発生した磁束が、コア部２０ａ、等方性磁性材料層３０Ｕ、異方性磁性材料層４０Ｕ、等方性磁性材料層３０Ｕ、外周部２０ｂ、等方性磁性材料層３０Ｄ、異方性磁性材料層４０Ｄ、及び等方性磁性材料層３０Ｄを通ってコア部２０ａに戻る閉磁路を通る。
この閉磁路を通る磁束は、コア部２０ａにおいては、コイル軸ＣＬとほぼ平行な方向を向く。この磁束は、等方性磁性材料層３０Ｕにおいて、コイル軸ＣＬとほぼ平行な方向からコイル軸ＣＬに対して垂直な方向へ向かって徐々に曲げられる。すなわち、磁束の向きがコイル軸ＣＬに垂直な方向と為す角度は、コア部２０ａにおいてはほぼ９０度であるのに対し、等方性磁性材料層３０Ｕから異方性磁性材料層４０Ｕに入射するときには、９０度よりも小さい角度α１となる。このように、磁束は、等方性磁性材料層３０Ｕを通過する過程で、その向きが異方性磁性材料層４０Ｕの磁化容易方向（すなわち、コイル軸ＣＬに対して水平な方向）に近づくように変化する。よって、異方性磁性材料層４０Ｕへの入射時には、磁束の向きと異方性磁性材料層４０Ｕの磁化容易方向とのずれが小さくなる。
コイル部品１においては、磁束が外周部２０ｂから等方性磁性材料層３０Ｄを介して異方性磁性材料層４０Ｄへ向かう場合にも上記と同様に、当該磁束の向きは、異方性磁性材料層４０Ｕの磁化容易方向に近づくように変化する。よって、異方性磁性材料層４０Ｄへの入射時には、磁束の向きと異方性磁性材料層４０Ｄの磁化容易方向とのずれが小さくなる。
異方性磁性材料層４０Ｕに含まれるフィラー粒子を円盤状に形成すれば、異方性磁性材料層４０Ｕにおいて磁束の方向と磁化容易方向を一致させやすい。同様に、異方性磁性材料層４０Ｄに含まれるフィラー粒子を円盤状に形成すれば、異方性磁性材料層４０Ｄにおいて磁束の方向と磁化容易方向を一致させやすい。
図４は、特開２０１６－０７２５５６号公報に示されている従来のコイル部品における磁束の向きを模式的に示す図である。同公報には、図４に示されているコイル部品１００が記載されている。このコイル部品１００は、等方性磁性材料から成るコア部１３０ａ、等方性磁性材料から成る外周部１３０ｂ、及び異方性磁性材料から成る異方性磁性材料層１４０ａ及び異方性磁性材料層１４０ｂを備えている。異方性磁性材料層１４０ａは、コイル１３５の上面を覆うように設けられており、異方性磁性材料層１４０ｂは、コイル１３５の下面を覆うように設けられている。異方性磁性材料層１４０ａ及び異方性磁性材料層１４０ｂはいずれも、コイル軸ＣＬと直交する方向が磁化容易方向となるように構成されている。
この図４に示した従来のコイル部品１００において、コイル導体１３５を流れる電流から発生した磁束は、コア部１３０ａ、異方性磁性材料層１４０ａ、外周部１３０ｂ、異方性磁性材料層１４０ａを通ってコア部１３０ａに戻る閉磁路を通過する。よって、この磁束は、コア部１３０ａから異方性磁性材料層１４０ａに直接入射する。磁束は、コア部１３０ａにおいては、コイル軸ＣＬとほぼ平行な方向を向いているため、コア部１３０ａから異方性磁性材料層１４０ａへ入射する際の磁束の向きは、概ねコイル軸ＣＬと平行な方向を向いている。すなわち、磁束の向きがコイル軸ＣＬに垂直な方向と為す角度は、コア部１３０ａにおいてはほぼ９０度であるから、磁束がコア部１３０ａから異方性磁性材料層４０Ｕに入射するときにも、コイル軸ＣＬに垂直な方向と為す角度は、９０度に近い角度α２となる。上記のとおり、異方性磁性材料層１４０ａの磁化容易方向はコイル軸ＣＬと垂直な方向であるため、従来のコイル部品１００においては、異方性磁性材料層１４０ａのうちコア部１３０ａとの境界付近において、磁束の向きと磁化容易方向との不一致が大きい。
これに対して、図３に示されている本発明の一実施形態によるコイル部品１によれば、磁束が、コア部２０ａから異方性磁性材料層４０Ｕへ、直接ではなく等方性磁性材料層３０Ｕを経由して入射している。これにより、磁束の向きは、等方性磁性材料層３０Ｕにおいて、コイル軸ＣＬに対して垂直な方向に近づくように曲げられるので、異方性磁性材料層４０Ｕへの入射時に、当該磁束の向きと異方性磁性材料層４０Ｕの磁化容易方向とのずれが小さくなっている。
続いて、図５及び図６を参照して、別の実施形態によるコイル部品を説明する。図５は、別の実施形態によるコイル部品１０１の分解斜視図であり、図６は、コイル部品１０１の断面を模式的に示す図である。図５及び図６に示されているコイル部品１０１は、絶縁体部２０に代えて絶縁体部１２０を有し、コイル２５に代えてコイル１２５を有している。
図示のように、絶縁体部１２０は、絶縁体層１１１及び絶縁体層１１２を備える。絶縁体部１２０は、３層以上の絶縁体層を備えてもよい。絶縁体層１１１及び絶縁体層１１２は、絶縁体層１１と同様に、樹脂及び多数のフィラー粒子を含む。このフィラー粒子は、当該樹脂に分散されている。絶縁体層１１１及び絶縁体層１１２は、フィラー粒子を含まなくともよい。一実施形態において、絶縁体層１１１及び絶縁体層１１２は、等方性磁性材料から成る。
コイル１２５は、絶縁体層１１１上に形成されている。コイル１２５は、メッキ、エッチング、又はこれら以外の任意の公知の手法を用いて形成される。図示の実施形態において、コイル１２５は、Ｌ軸方向の延伸する直線状に形成されている。コイル１２５の一端は、外部電極２１に接続され、コイル１２５の他端は、外部電極２２に接続される。
図６に示されているように、コイル１２５は、その断面が矩形となるように形成されてもよい。コイル導体１２５は、等方性磁性材料層３０Ｕと等方性磁性材料層３０Ｄとの間に挟まれている。換言すれば、等方性磁性材料層３０Ｕは、コイル導体１２５の上面に積層されており、等方性磁性材料層３０Ｄは、コイル導体１２５の下面に積層されている。また、異方性磁性材料層４０Ｕは、等方性磁性材料層３０Ｕの上面（コイル１２５とは反対側の面）に積層されており、異方性磁性材料層４０Ｄは、等方性磁性材料層３０Ｄの下面（コイル１２５とは反対側の面）に積層されている。コイル部品１と同様に、異方性磁性材料層４０Ｕ及び異方性磁性材料層４０Ｄにおいては、コイル部品１０１の積層方向（Ｔ軸方向）に垂直な方向が磁化容易方向となっている。異方性磁性材料層４０Ｕは、その磁化容易方向が、コイル部品１０１の積層方向（図示の実施形態ではＴ軸方向）に垂直であるとともに、コイル１２５の延伸方向（図示の実施形態ではＬ軸方向）と垂直な方向となるなるように形成されてもよい。異方性磁性材料層４０Ｄについても同様に、その磁化容易方向が、コイル部品１０１の積層方向（図示の実施形態ではＴ軸方向）に垂直であるとともに、コイル１２５の延伸方向（図示の実施形態ではＬ軸方向）と垂直な方向となるなるように形成されてもよい。異方性磁性材料層４０Ｕ及び異方性磁性材料層４０Ｄの少なくとも一方の磁化容易方向をコイル軸の延伸方向と垂直な方向とすることにより、磁化容易方向がそれ以外の方向を向いている場合と比較して、コイル部品１０１のインダクタンスを高くすることができる。
このコイル部品１０１では、コイル１２５を流れる電流から発生した磁束が、絶縁体部１２０、等方性磁性材料層３０Ｕ、異方性磁性材料層４０Ｕ、等方性磁性材料層３０Ｕ、絶縁体部１２０、等方性磁性材料層３０Ｄ、異方性磁性材料層４０Ｄ、及び等方性磁性材料層３０Ｄを通って絶縁体部１２０に戻る閉磁路を通る。したがって、コイル部品１について説明したのと同様の理由により、磁束が異方性磁性材料層４０Ｕ及び異方性磁性材料層４０Ｄへ入射する時に、当該磁束の向きと異方性磁性材料層４０Ｕ及び異方性磁性材料層４０Ｄの磁化容易方向とのずれを小さくすることができる。
続いて、図７を参照して、別の実施形態によるコイル部品を説明する。図７は、別の実施形態によるコイル部品２０１の分解斜視図である。図７に示されているコイル部品２０１は、コイル部品１０１におけるコイル１２５に代えてコイル２２５を有している。
図示のように、コイル２２５は、つづら折り形状（ミアンダ形状とも呼ばれる。）に形成されている。コイル２２５は、メッキ、エッチング、又はこれら以外の任意の公知の手法を用いて形成される。コイル２２５の一端は、外部電極２１に接続され、コイル２２５の他端は、外部電極２２に接続される。このコイル導体２２５は、等方性磁性材料層３０Ｕと等方性磁性材料層３０Ｄとの間に挟まれている。換言すれば、等方性磁性材料層３０Ｕは、コイル導体２２５の上面に積層されており、等方性磁性材料層３０Ｄは、コイル導体２２５の下面に積層されている。また、異方性磁性材料層４０Ｕは、等方性磁性材料層３０Ｕの上面（コイル２２５とは反対側の面）に積層されており、異方性磁性材料層４０Ｄは、等方性磁性材料層３０Ｄの下面（コイル２２５とは反対側の面）に積層されている。コイル部品１０１と同様に、異方性磁性材料層４０Ｕ及び異方性磁性材料層４０Ｄにおいては、コイル部品２０１の積層方向（Ｔ軸方向）に垂直な方向が磁化容易方向となっている。
このコイル部品１２１では、コイル２２５を流れる電流から発生した磁束が、絶縁体部１２０、等方性磁性材料層３０Ｕ、異方性磁性材料層４０Ｕ、等方性磁性材料層３０Ｕ、絶縁体部１２０、等方性磁性材料層３０Ｄ、異方性磁性材料層４０Ｄ、及び等方性磁性材料層３０Ｄを通って絶縁体部１２０に戻る閉磁路を通る。したがって、コイル部品１及びコイル部品１０１について説明したのと同様の理由により、磁束が異方性磁性材料層４０Ｕ及び異方性磁性材料層４０Ｄへ入射する時に、当該磁束の向きと異方性磁性材料層４０Ｕ及び異方性磁性材料層４０Ｄの磁化容易方向とのずれを小さくすることができる。
以上のとおり、本発明の一実施形態によるコイル部品１によれば、等方性磁性材料層３０Ｕ及び等方性磁性材料層３０Ｄにより、磁束の向きと異方性磁性材料層４０Ｕ及び異方性磁性材料層４０Ｄにおける磁化容易方向との不一致を緩和できる。したがって、コイル部品１によれば、磁束がコイル導体の側方から異方性磁性材料層に直接入射する従来のコイル部品よりも実効透磁率を改善することができる。
上記のように、磁性体シート１１～磁性体シート１７の各々は、その最長軸方向がコイル軸ＣＬに平行な方向を向くように配された扁平形状のフィラー粒子を含んでいてもよい。換言すれば、当該扁平形状のフィラー粒子は、その最長軸方向がコイル軸ＣＬと平行な方向又はコイル部品１の積層方向と平行な方向を向くように配されてもよい。磁性体シート１１～磁性体シート１７がこのようなフィラー粒子を有すると、磁性体シート１１～磁性体シート１７（すなわち、磁性体部２０）においては、コイル軸ＣＬに平行な方向が磁化容易方向となる。コイル部品１において、磁束は、磁性体部２０においてコイル軸ＣＬに平行な方向を向く。よって、その最長軸方向がコイル軸ＣＬに平行な方向を向くように配されたフィラー粒子を磁性体シート１１～磁性体シート１７に含有させることにより、磁性体部２０において磁束の向きと磁化容易方向を一致させることができる。これにより、コイル部品１の実効透磁率をさらに改善することができる。
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から、等方性磁性材料層３０Ｕ又は等方性磁性材料層３０Ｄの一方を省略することができる。例えば等方性磁性材料層３０Ｄが省略されたコイル部品１は、コイル２５の上面に等方性磁性材料層３０Ｕを有するが、コイル２５の下面には等方性磁性材料層３０Ｄを有しない。この場合でも、コイル２５の上面において、磁束の向きと異方性磁性材料層４０Ｕの磁化容易方向との不一致を緩和できる。
本発明のコイル部品に適用可能なコイルは、本発明の趣旨を逸脱しない限り、任意の形状に形成され得る。本発明のコイル部品に適用可能なコイルは、コイル２５のように複数の層に分散して積層されたコイル導体同士をビア導体で接続することにより形成される積層コイルであってもよいし、コイル１２５及びコイル２２５のように１つの層に形成された平面コイルであってもよい。
上記の実施形態で説明したコイル部品は、複数のインダクタ素子が一体として形成されたインダクタアレイであってもよい。例えば、コイル部品が２個のインダクタ素子が一体として形成されたインダクタアレイである場合には、当該コイル部品は、２つのコイルと、当該２つのコイルのいずれかに接続される４つの外部電極と、を有する。
上記の実施形態で説明したコイル部品は、複数のコイルが互いに磁気結合するように構成された磁気結合型コイル部品であってもよい。磁気結合型コイル部品として、例えば、コモンモードチョークコイル、トランス及びカップルドインダクタがある。
１，１０１，２０１ コイル部品
１０ 磁性体本体
１１～１７ 磁性体層
１８ 上部カバー層
１９ 下部カバー層
２５，１２５，２２５ コイル
３０Ｕ，３０Ｄ 等方性磁性材料層
４０Ｕ，４０Ｄ 異方性磁性材料層
１０ 磁性体本体
１１～１７ 磁性体層
１８ 上部カバー層
１９ 下部カバー層
２５，１２５，２２５ コイル
３０Ｕ，３０Ｄ 等方性磁性材料層
４０Ｕ，４０Ｄ 異方性磁性材料層
Claims (16)
- コイルと、
前記コイルの内側に設けられ、複数の扁平形状の扁平フィラー粒子を含むコア部と、
前記コイル及び前記コア部の上面及び下面の少なくとも一方に直接接するように設けられ、等方性磁性材料から成る等方性磁性材料層と、
前記等方性磁性材料層の前記コイルとは反対側の面に積層された、異方性磁性材料層と、
を備え、
前記等方性磁性材料層は、前記コア部の上面全体又は前記コア部の下面全体を覆い、
前記異方性磁性材料層は、複数の扁平形状の扁平フィラー粒子を含む第１の異方磁性材料であって、前記等方性磁性材料層と前記異方性磁性材料層との積層方向に対して垂直な方向に前記複数の扁平フィラー粒子の最長軸が向くことにより磁化容易方向を持つ第１の異方性磁性材料から成る、コイル部品。 - 第１の外部電極と、第２の外部電極と、をさらに備え、
前記コイルは、第１の磁性体層に形成された第１のコイル導体を有し、
前記第１のコイル導体の一端は、前記第１の外部電極に接続され、
前記第１のコイル導体の他端は、前記第２の外部電極に接続され、
前記等方性磁性材料層及び前記異方性磁性材料層は、前記第１の外部電極と前記第２の外部電極に接する、
請求項１に記載のコイル部品。 - 前記第１のコイル導体は、直線状に形成されている、請求項２に記載のコイル部品。
- 前記第１のコイル導体は、つづら折り形状に形成されている、請求項２に記載のコイル部品。
- 前記コイルは、第１の磁性体層に形成された第１のコイル導体と、前記第１の磁性体層に積層された第２の磁性体層に形成された第２のコイル導体と、を有する、請求項１に記載のコイル部品。
- 前記コイルは、前記積層方向に沿って延びるコイル軸の周りに巻回されている、請求項１に記載のコイル部品。
- 前記コア部は、前記積層方向に平行な方向に磁化容易方向を持つ第２の異方性磁性材料から成る、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のコイル部品。
- 前記コイルの外側に設けられた外周部をさらに備え、
当該外周部は、前記積層方向に平行な方向に磁化容易方向を持つ第３の異方性磁性材料から成る、請求項１から請求項７に記載のコイル部品。 - 前記等方性磁性材料層は、球形の球形フィラー粒子を有する、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。
- 前記第２の異方性磁性材料は、扁平形状の扁平フィラー粒子を有する、請求項７に記載のコイル部品。
- 前記第３の異方性磁性材料は、扁平形状の扁平フィラー粒子を有する、請求項８に記載のコイル部品。
- 前記第１の異方性磁性材料に含まれる前記扁平フィラー粒子は、円盤状に形成されている、請求項１に記載のコイル部品。
- 前記第２の異方性磁性材料に含まれる前記扁平フィラー粒子は、円盤状に形成されている、請求項１０に記載のコイル部品。
- 前記第３の異方性磁性材料に含まれる前記扁平フィラー粒子は、円盤状に形成されている、請求項１１に記載のコイル部品。
- 前記第２の異方性磁性材料に含まれる前記扁平フィラー粒子は、その最長軸が前記積層方向に対して平行な方向を向く姿勢を取っている、請求項１０又は請求項１３に記載のコイル部品。
- 前記第３の異方性磁性材料に含まれる前記扁平フィラー粒子は、その最長軸が前記積層方向に対して平行な方向を向く姿勢を取っている、請求項１１又は請求項１４に記載のコイル部品。
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