JP7255522B2 - コイル部品 - Google Patents

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Description

本開示は、コイル部品に関する。
コイル部品、特に積層コイル部品では、素体の絶縁部とコイルの間に応力が生じ、この応力の影響により積層コイル部品の電気的特性にばらつきが生じ得る。従って、このような応力を緩和することが求められている。
特許文献1では、上記の応力を緩和するために、粉体を含む応力緩和空間を、コイル導体の下面に接するように配置している。
特開2017-59749号公報
特許文献1のコイル部品には、コイル導体の下面全体に応力緩和空間が存在するため、コイル導体の断面積が小さくなり、直流抵抗が大きくなってしまうという問題がある。
本発明の課題は、コイル部品内部の応力が緩和され、直流抵抗が低いコイル部品を提供することにある。
本開示は、以下の態様を含む。
[1] 絶縁体部と、該絶縁体部に埋設されたコイルとを含む素体と、
前記絶縁体部の表面に設けられ、前記コイルの末端に電気的に接続された外部電極と
を含む積層コイル部品であって、
前記コイルと前記絶縁体部との境界において、前記コイルの長さ方向に沿った溝状の空隙部を有し、
前記コイルは、前記空隙部において、前記コイルの長さ方向に沿った畝を有する、
積層コイル部品。
[2] 前記空隙部の幅は、コイル導体の幅の80%以下である、上記[1]に記載の積層コイル部品。
[3] 前記畝の幅は、10μm以上100μm以下である、上記[1]または[2]に記載の積層コイル部品。
本開示によれば、コイル部品の応力が緩和され、直流抵抗が低い、コイル部品を提供することができる。
図1は、本開示の積層コイル部品1を模式的に示す斜視図である。 図2は、図1に示す積層コイル部品1のx-xに沿った切断面を示す断面図である。 図3は、図1に示す積層コイル部品1のy-yに沿った切断面を示す断面図である。 図4は、図1に示す積層コイル部品1のコイル7の断面図である。 図5(a)および(b)は、図1に示す積層コイル部品1の製造方法を説明するための図であり、それぞれ、コイル部分を含む断面図および上面から見た平面図である。 図6(a)および(b)は、図1に示す積層コイル部品1の製造方法を説明するための図であり、それぞれ、コイル部分を含む断面図および上面から見た平面図である。 図7(a)および(b)は、図1に示す積層コイル部品1の製造方法を説明するための図であり、それぞれ、コイル部分を含む断面図および上面から見た平面図である。 図8(a)および(b)は、図1に示す積層コイル部品1の製造方法を説明するための図であり、それぞれ、コイル部分を含む断面図および上面から見た平面図である。
以下、本開示の一の実施形態の積層コイル部品1について、図面を参照しながら詳細に説明する。但し、本実施形態の積層コイル部品および各構成要素の形状および配置等は、図示する例に限定されない。
本実施形態の積層コイル部品1の斜視図を図1に、x-x断面図を図2に、y-y断面図を図3に示す。但し、下記実施形態の積層コイル部品および各構成要素の形状および配置等は、図示する例に限定されない。
図1、図2および図3に示されるように、本実施形態の積層コイル部品1は、略直方体形状を有する積層コイル部品である。積層コイル部品1において、図1のL軸に垂直な面を「端面」と称し、W軸に垂直な面を「側面」と称し、T軸に垂直な面を「上下面」と称する。積層コイル部品1は、概略的には、素体2と、該素体2の両端面に設けられた外部電極4,5とを含む。素体2は、絶縁体部6と該絶縁体部6に埋設されたコイル7を含む。該コイル7は、巻き線部の両端から引き出された引き出し部において、それぞれ上記外部電極4,5に電気的に接続されている。コイル7の一方の主面(図2では下方主面)と絶縁体部6の境界には、コイルの長さ方向に沿った溝状の空隙部11が設けられている。この空隙部11によりコイル7と絶縁体部6間の応力の発生を抑制することができる。また、コイル7は、空隙部である溝の内部に向かって突出した畝8を有し、さらに、溝の両側に壁部12を有することから、この畝と壁部の分だけコイルの断面積が大きくなり、直流抵抗が小さくなる。
上記したように、本実施形態の積層コイル部品1において、素体2は、絶縁体部6とコイル7から構成される。
上記絶縁体部6は、好ましくは磁性体、さらに好ましくは焼結フェライトから構成される。上記焼結フェライトは、主成分として、少なくともFe、Ni、およびZnを含む。焼結フェライトは、さらにCuを含んでいてもよい。
一の態様において、上記焼結フェライトは、主成分として、少なくともFe、Ni、ZnおよびCuを含む。
上記焼結フェライトにおいて、Fe含有量は、Feに換算して、好ましくは40.0モル%以上49.5モル%以下(主成分合計基準、以下も同様)であり、より好ましくは45.0モル%以上49.5モル%以下であり得る。
上記焼結フェライトにおいて、Zn含有量は、ZnOに換算して、好ましくは5.0モル%以上35.0モル%以下(主成分合計基準、以下も同様)であり、より好ましくは10.0モル%以上30.0モル%以下であり得る。
上記焼結フェライトにおいて、Cu含有量は、CuOに換算して、好ましくは4.0モル%以上12.0モル%以下(主成分合計基準、以下も同様)であり、より好ましくは7.0モル%以上10.0モル%以下である。
上記焼結フェライトにおいて、Ni含有量は、特に限定されず、上記した他の主成分であるFe、ZnおよびCuの残部とし得る。
一の態様において、上記焼結フェライトは、Feは、Feに換算して40.0モル%以上49.5モル%以下、Znは、ZnOに換算して5.0モル%以上35.0モル%以下、Cuは、CuOに換算して4.0モル%以上12.0モル%以下、NiOは残部である。
本開示において、上記焼結フェライトは、さらに添加成分を含んでいてもよい。焼結フェライトにおける添加成分としては、例えばMn、Co、Sn、Bi、Si等が挙げられるが、これに限定されるものではない。Mn、Co、Sn、BiおよびSiの含有量(添加量)は、主成分(Fe(Fe換算)、Zn(ZnO換算)、Cu(CuO換算)およびNi(NiO換算))の合計100重量部に対して、それぞれ、Mn、Co、SnO、Bi、およびSiOに換算して、0.1重量部以上1重量部以下であることが好ましい。また、上記焼結フェライトは、さらに製造上不可避な不純物を含んでいてもよい。
上記焼結フェライトは、添加成分として、例えばMn、Co、Sn、Bi、Si等を含んでいてもよい。焼結フェライトにおける添加成分としては、例えばMn、Co、Sn、Bi、Si等が挙げられるが、これに限定されるものではない。Mn、Co、Sn、BiおよびSiの含有量(添加量)は、主成分(Fe(Fe換算)、Zn(ZnO換算)、Cu(CuO換算)およびNi(NiO換算))の合計100重量部に対して、それぞれ、Mn、Co、SnO、Bi、およびSiOに換算して、0.1重量部以上1重量部以下であることが好ましい。また、上記焼結フェライトは、さらに製造上不可避な不純物を含んでいてもよい。
上記コイル7は、コイルパターンが相互に電気的に接続されることにより構成されている。コイルパターンは、導電性材料を含む導電層である。好ましくは、コイルパターンは、実質的に導電性材料からなる導電層である。かかる導電性材料としては、特に限定されないが、例えば、Au、Ag、Cu、Pd、Ni等が挙げられる。上記導電性材料は、好ましくはAgまたはCu、より好ましくはAgである。導電性材料は、1種のみであっても、2種以上であってもよい。
上記コイル7は、溝状の空隙部11の内部に向かって突出した畝8、および空隙部11を覆う壁部12を有する。上記畝8は、溝の中央部に溝と略平行に形成される。上記壁部12は、空隙部11を取り囲むように形成される。例えば、コイルの長さ方向に垂直な断面(例えば、図2)において、畝8は、コイル導体の幅方向の略中央部にコイル導体から下方に向かって突出するように設けられ、壁部12は、コイル導体の両端に空隙部11を挟みこむように設けられる。畝の形状は特に限定されず、コイルの長さ方向に垂直な断面において、矩形、台形、円弧等の形状を有し得る。
上記コイル7の導体の厚みは、好ましくは30μm以上80μm以下、より好ましくは40μm以上70μm以下であり得る。なお、コイルの導体の厚みとは、空隙部が存在しない場所における厚み、典型的には壁部12の位置での厚みを意味する。上記コイル導体の厚みを30μm以上とすることにより、直流抵抗を小さくすることができる。上記コイル導体の厚みを80μm以下とすることにより、コイル部品の低背化および小型化が容易になる。
上記畝8の幅は、好ましくは10μm以上100μm以下、より好ましくは30μm以上60μm以下であり得る。上記畝8の幅を上記の範囲にすることにより、内部応力を効果的に緩和したうえで、直流抵抗を小さくできる。ここに、畝の幅とは、コイルの長さ方向に垂直な断面における、畝の高さの1/2の位置での幅をいう。
上記畝8の幅は、空隙部11の幅の、好ましくは50%以上、より好ましくは70%以上、さらに好ましくは80%以上であり得る。畝8の幅を大きくすることにより、コイルの直流抵抗をより小さくすることができる。また、上記畝8の幅は、空隙部11の幅の、好ましくは90%以下、より好ましくは85%以下であり得る。
上記畝8の厚みは、空隙部11の厚みにより適宜調整すればよいが、好ましくは0.9μm以上29μm以下である。上記畝の厚みを0.9μm以上29μm以下とすることにより、内部応力を効果的に緩和したうえで、直流抵抗を小さくできる。
上記畝8の厚みは、空隙部11の厚みの、好ましくは50%以上、より好ましくは70%以上、さらに好ましくは90%以上であり得る。畝8の厚みを大きくすることにより、コイルの直流抵抗をより小さくすることができる。また、上記畝8の厚みは、空隙部11の厚みの、好ましくは99%以下、より好ましくは95%以下であり得る。
上記壁部12の厚みは、空隙部11の厚みにより適宜調整され得、好ましくは0.9μm以上29μm以下である。上記壁部の厚みを0.9μm以上29μm以下とすることにより、内部応力を効果的に緩和したうえで、直流抵抗を小さくできる。
上記コイル7と絶縁体部6との境界は、空隙部11が存在する。当該空隙部11は、いわゆる応力緩和空間として機能する。
上記空隙部11は、コイル7の長さ方向に沿って溝状に設けられる。空隙部をコイルの長さ方向に沿って形成することにより、コイル7の畝8および壁部12の分だけコイル7の断面積が大きくなり、直流抵抗を小さくすることができる。即ち、空隙部を、電流が流れる方向に沿って形成することにより、空隙部を形成したことによる直流抵抗の増加を抑制することができる。
上記空隙部の幅(図4におけるW2)は、コイルパターンの幅(図4においてW1)の、好ましくは95%以下、より好ましくは90%以下であり得る。空隙部の幅を、コイルパターンの幅の95%以下とすることにより、外側の壁部12の幅が大きくなり、より直流抵抗を小さくすることができる。また、外側の壁部12の幅を大きくすることにより、コイル7と絶縁体部6間でのデラミネーションを抑制することができる。なお、図4等おいてコイル導体の断面は角を有しているが、本開示のコイル導体において必ずしも角である必要はなく、丸みを帯びていてもよい。
上記空隙部の幅W2は、コイルパターンの幅W1の、好ましくは40%以上、より好ましくは50%以上、さらに好ましくは60%以上であり得る。空隙部の幅を、コイルパターンの幅の40%以上とすることにより、内部応力をより効果的に緩和することができる。
上記空隙部の厚みは、好ましくは1μm以上30μm以下、より好ましくは5μm以上15μm以下である。上記空隙部の厚みを1μm以上とすることにより、内部応力をより効果的に緩和することができる。上記空隙部の厚みを30μm以下とすることにより、低背化に有利であり、また、コイルの直流抵抗をより小さくすることができる。なお、空隙部の厚みは、畝8が存在しない箇所の厚みをいう。
上記空隙部およびコイルの各大きさは、以下のようにして測定することができる。
チップのLT面を研磨紙に向けた状態で研磨を行い、素体の略中央部で研磨を停止する。その後、イオンミリング処理をして、マイクロスコープで観察を行う。
本開示の積層コイル部品1において、外部電極4,5は、素体2の両端面を覆うように設けられる。上記外部電極は、導電性材料、好ましくはAu、Ag、Pd、Ni、SnおよびCuから選択される1種またはそれ以上の金属材料から構成される。
上記外部電極は、単層であっても、多層であってもよい。一の態様において、上記外部電極は、多層、好ましくは2層以上4層以下、例えば3層であり得る。
一の態様において、外部電極は多層であり、AgまたはPdを含む層、Niを含む層、またはSnを含む層を含み得る。好ましい態様において、上記外部電極は、AgまたはPdを含む層、Niを含む層、およびSnを含む層からなる。好ましくは、上記の各層は、コイル導体側から、AgまたはPd、好ましくはAgを含む層、Niを含む層、Snを含む層の順で設けられる。好ましくは、上記AgまたはPdを含む層はAgペーストまたはPdペーストを焼き付けた層であり、上記Niを含む層およびSnを含む層は、めっき層であり得る。
上記した本実施形態の積層コイル部品1は、例えば、以下のようにして製造される。本実施形態では、絶縁体部6がフェライト材料から形成される態様について説明する。
(1)フェライトペーストの調製
まず、フェライト材料を準備する。フェライト材料は、主成分としてFe、Zn、およびNiを含み、所望によりさらにCuを含む。通常、上記フェライト材料の主成分は、実質的にFe、Zn、NiおよびCuの酸化物(理想的には、Fe、ZnO、NiOおよびCuO)から成る。
フェライト材料として、Fe、ZnO、CuO、NiO、および必要に応じて添加成分を所定の組成になるように秤量し、混合および粉砕する。粉砕したフェライト材料を乾燥し、例えば700~800℃の温度で仮焼し、仮焼粉末を得る。この仮焼粉末に、所定量の溶剤(ケトン系溶剤など)、樹脂(ポリビニルアセタールなど)、および可塑剤(アルキド系可塑剤など)を加え、プラネタリーミキサー等で混錬した後、さらに3本ロールミル等で分散することでフェライトペーストを作製することができる。
なお、焼結フェライトにおけるFe含有量(Fe換算)、Mn含有量(Mn換算)、Cu含有量(CuO換算)、Zn含有量(ZnO換算)およびNi含有量(NiO換算)は、焼成前のフェライト材料におけるFe含有量(Fe換算)、Mn含有量(Mn換算)、Cu含有量(CuO換算)、Zn含有量(ZnO換算)およびNi含有量(NiO換算)と実質的に相違ないと考えて差し支えない。
(2)コイル導体用導電性ペーストの調製
まず、導電性材料を準備する。導電性材料としては、例えば、Au、Ag、Cu、Pd、Ni等が挙げられ、好ましくはAgまたはCu、より好ましくはAgである。所定量の導電性材料の粉末を秤量し、所定量の溶剤(オイゲノールなど)、樹脂(エチルセルロースなど)、および分散剤と、プラネタリーミキサー等で混錬した後、3本ロールミル等で分散することで、コイル導体用導電性ペーストを作製することができる。
(3)樹脂ペーストの調製
上記積層コイル部品1の空隙部11を作製するための樹脂ペーストを調製する。かかる樹脂ペーストは、溶剤(イソホロンなど)に、焼成時に消失する樹脂(アクリル樹脂など)を含有させることにより作製することができる。
(4)積層コイル部品の作製
(4-1)素体の作製
まず、金属プレートの上に熱剥離シートおよびPET(ポリエチレンテレフタレート)フィルムを積み重ねた基板(図示していない)を準備する。基板上に、上記フェライトペーストを所定回数印刷し、外層用のフェライトペースト層22を形成する(図5(a)および(b))。
次に、空隙部11を形成する箇所に、上記樹脂ペーストを印刷し、樹脂ペースト層23a,23bを形成する(図5(a)および(b))。
次に、コイル導体を形成する箇所全体に、上記導電性ペーストを印刷し、導電性ペースト層25を形成する(図6(a)および(b))。
次に、導電性ペースト層25が形成されていない領域に、上記フェライトペーストを、導電性ペースト層と同じ高さとなるように印刷し、フェライトペースト層26を形成する(図7(a)および(b))。
次に、全面に、上記フェライトペーストを印刷し、フェライトペースト層27を形成する(図8(a)および(b))。
次いで、所望のコイルパターンに応じて、樹脂ペースト層23(図5)、導電性ペースト層24(図6)、フェライトペースト層26(図7)およびフェライトペースト層27(図8)の印刷操作を順に所定回数繰り返す。最後にフェライトペーストを所定回数印刷し、外層用のフェライトペースト層を形成して、基板上に素子の集合体である積層体ブロックを得る。
次に、積層体ブロックを基板にとりつけたまま各層を圧着した後、積層体ブロックを冷却する。冷却後、積層体ブロックから、金属プレート、次いで、PETフィルムを剥離する。この積層体ブロックをダイサー等で切断し、素子に個片化する。
得られた素子をバレル処理することにより、素子の角を削り、丸みを形成する。バレル処理は、未焼成の積層体に対して行ってもよく、焼成後の積層体に対して行ってもよい。また、バレル処理は、乾式または湿式のどちらであってもよい。バレル処理は、素子同士を共擦する方法であってもよく、メディアと一緒にバレル処理する方法であってもよい。
バレル処理後、例えば910℃以上930℃以下の温度で素子を焼成し、積層コイル部品1の素体2を得る。この焼成の際に、樹脂ペースト層23は消失し、樹脂ペースト層23が存在した部分に空隙部が生じる。かかる空隙部が存在することにより、焼成におけるフェライトペースト層および導電性ペースト層の収縮に起因する応力の発生を低減することができる。この際、上記フェライトペースト層および導電性ペースト層の収縮により、樹脂ペースト層23a,23b間に存在したコイルの部分が絶縁体部6から剥がれて、畝8となる。樹脂ペースト層23a,23b間に存在したコイル部分が磁性体部から剥がれることにより、応力の発生をより低減することができる。
(4-2)外部電極の形成
次に、素体2の端面にAgおよびガラスを含む外部電極形成用Agペーストを塗布し、焼き付けすることで下地電極を形成する。次に、電解めっきで下地電極の上に、Ni被膜、Sn被膜を順次形成することにより、外部電極を形成し、図1に示すような積層コイル部品1が得られる。
以上、本発明の1つの実施形態について説明したが、本実施形態は種々の改変が可能である。
例えば、上記の実施形態において、空隙部は2つであったが、3つ以上、例えば3、4または5つであってもよい。
また、上記の実施形態において、空隙部はビアで接続される部分を除く部分のほぼ全体にわたって形成されているが、一部だけに形成されていてもよい。例えば、空隙部は、各層のコイルパターンの長さの30%以上、好ましくは50%以上、より好ましくは70%以上、さらに好ましくは80%以上に存在し得る。各層のコイルパターンの長さの30%以上に空隙部を形成することにより、応力の発生をより低減することができる。ここに「各層のコイルパターンの長さ」とは、他層のコイルパターンと接続するためのビア(または外部電極)から、別の層と接続するためのビアまでの距離をいう。
上記の説明では、磁性体部をフェライトペーストを印刷することで形成したが、フェライトペースト層22,27は、ペースト層の代わりに、フェライトシートを用いてもよい。
実施例
焼成後のコイル導体の幅が150μm、厚みが40μmとなるようにし、樹脂ペースト層を2列(実施例)、および1列(比較例)形成し、空隙部を形成することで、実施例、および比較例の積層コイル部品を得た。試料のサイズは、実施例、比較例試料とも長さ(L)が1.0mm、幅(W)が0.5mm、高さ(T)が0.5mmであった。
作製した実施例、および比較例の試料について、-55℃~+125℃のヒートサイクルを2000サイクル付加し、試験前後での試料のインダクタンスの変化率を求め、応力緩和効果を評価した。また、実施例、および比較例の試料について、直流抵抗を測定した。その結果、応力緩和効果は、実施例、比較例の試料で同等であり、また、直流抵抗については比較例試料に対して、実施例試料は5%低い値が得られた。
本開示の積層コイル部品は、インダクタなどとして幅広く様々な用途に使用され得る。
1…積層コイル部品
2…素体
4,5…外部電極
6…絶縁体部
7…コイル
8…畝
11…空隙部
12…壁部
22…フェライトペースト層
23a,23b…樹脂ペースト層
25…導電性ペースト層
26…フェライトペースト層
27…フェライトペースト層

Claims (3)

  1. 絶縁体部と、該絶縁体部に埋設されたコイルとを含む素体と、
    前記絶縁体部の表面に設けられ、前記コイルの末端に電気的に接続された外部電極と
    を含む積層コイル部品であって、
    前記コイルと前記絶縁体部との境界において、前記コイルの長さ方向に沿った溝状の空隙部を有し、
    前記コイルは、前記空隙部において、前記コイルの長さ方向に沿って、空隙部の長さ方向全体に連続した畝を有し、
    前記畝は、全ての前記空隙部において同じ形状を有する、
    積層コイル部品。
  2. 前記空隙部の幅は、コイル導体の幅の80%以下である、請求項1に記載の積層コイル部品。
  3. 前記畝の幅は、10μm以上100μm以下である、請求項1または2に記載の積層コイル部品。
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