JP7283224B2

JP7283224B2 - コイル部品

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Publication number: JP7283224B2
Application number: JP2019095128A
Authority: JP
Inventors: 深雪浅井; 崇宏川原; 正純荒田; 等大久保
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2019-05-21
Filing date: 2019-05-21
Publication date: 2023-05-30
Anticipated expiration: 2039-05-21
Also published as: CN111986896B; US11705265B2; US20200373061A1; JP2020191354A; CN111986896A

Description

本発明は、コイル部品に関する。

従来のコイル部品として、たとえば特許文献１には、コイルと、コイルを覆う磁性体と、磁性体の側面に設けられるとともにコイル部と電気的に接続された外部電極とを備えたコイル部品が開示されている。本文献のコイル部は、絶縁基板の両面のそれぞれに絶縁被覆されたコイルパターンが設けられた構成を有する。また、本文献の磁性体は、相対的に高い磁束密度を有する金属磁性粉含有樹脂により構成されており、コイルの近傍に位置する第１磁性体と、相対的に低い磁束密度を有する金属磁性粉含有樹脂で構成されており、第１磁性体よりもコイルから離れて位置する第２磁性体とからなっており、コイルの周囲に生じる磁束の飽和を緩和している。

特開２０１８－１９０６２号公報

上述した従来技術に係るコイル部品では、第１磁性体を構成する金属磁性粉含有樹脂における金属磁性粉の割合が、第２磁性体を構成する金属磁性粉含有樹脂における金属磁性粉の割合より高いと考えられ、第１磁性部の耐電圧が比較的低くなっている。そのため、コイルと外部電極との間に介在する箇所の第１磁性体において短絡が生じる事態が起こり得る。

本発明は、耐電圧の向上が図られたコイル部品を提供することを目的とする。

本発明の一側面に係るコイル部品は、貫通孔が設けられた絶縁基板と、絶縁基板の一方面の貫通孔周りに形成された第１の平面コイルパターンが絶縁被覆された第１コイル部を有するコイルと、絶縁基板とコイルとを一体的に覆う磁性体と、磁性体の表面に設けられ、コイルの端部にそれぞれ接続される一対の外部端子電極とを備え、磁性体が、Ｆｅを含む金属磁性粉を含有する金属磁性粉含有樹脂で構成され、磁性体の表面を構成する第１磁性部と、第１磁性部に包囲され、かつ、コイルの少なくとも一部を覆っており、第１磁性部を構成する金属磁性粉含有樹脂よりもＦｅの組成比が高い第２磁性部とを有する。

上記コイル部品においては、第１磁性部に比べて相対的に耐電圧が低い第２磁性部が、第１磁性部に包囲されている。そのため、磁性体の表面に第２磁性部は露出しておらず、磁性体の表面に設けられた外部端子電極と第２磁性部とは接しない。したがって、コイルと外部端子電極とが第２磁性部を介して短絡する事態が効果的に抑制され、コイルと外部端子電極との間の短絡が抑制され得る。

本発明の他の側面に係るコイル部品では、コイルが、絶縁基板の他方面の貫通孔周りに形成された第２の平面コイルパターンが絶縁被覆された第２コイル部を有する。

本発明の他の側面に係るコイル部品では、第２磁性部がコイルの内側領域の全域に存在している。

本発明の他の側面に係るコイル部品では、磁性体の表面から第２磁性部までの距離である第１磁性部の厚さの最小厚さが、第１磁性部を構成する金属磁性粉含有樹脂に含まれる金属磁性粉の最大粒の長さより長い。

本発明の他の側面に係るコイル部品では、磁性体が、絶縁基板の厚さ方向において対向する一対の主面と、絶縁基板の厚さ方向に直交する方向において対向するとともに一対の外部端子電極がそれぞれ設けられる一対の端面とを有し、磁性体の主面から第２磁性部までの距離である第１磁性部の主面側厚さが、磁性体の端面から第２磁性部までの距離である第１磁性部の端面側厚さより短い。

本発明の他の側面に係るコイル部品では、第２磁性部が、Ｆｅを含む金属磁性粉を含有する金属磁性粉含有樹脂で構成されている。

本発明の他の側面に係るコイル部品では、第２磁性部の表面を覆う絶縁被覆層をさらに備える。

本発明によれば、耐電圧の向上が図られたコイル部品が提供される。

図１は、実施形態に係るコイル部品の概略斜視図である。図２は、図１に示すコイル部品の分解図である。図３は、図１に示すコイル部品のＩＩＩ－ＩＩＩ線断面図である。図４は、図１に示すコイル部品のＩＶ－ＩＶ線断面図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

図１～４を参照しつつ、実施形態に係るコイル部品の構造について説明する。説明の便宜上、図示のようにＸＹＺ座標を設定する。すなわち、コイル部品の厚さ方向をＺ方向、外部端子電極の対面方向を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。

コイル部品１０は、平面コイル素子であり、直方体形状を呈する本体部１２と、本体部１２の表面に設けられた一対の外部端子電極１４Ａ、１４Ｂとによって構成されている。本体部１２は、Ｘ方向において対向する一対の端面１２ａ、１２ｂと、Ｚ方向において対向する一対の主面１２ｃ、１２ｄと、Ｙ方向において対向する一対の側面１２ｅ、１２ｆを有する。一対の外部端子電極１４Ａ、１４Ｂは、一対の端面１２ａ、１２ｂの全面を覆うように設けられている。コイル部品１０は、一例として、長辺２．５ｍｍ、短辺２．０ｍｍ、高さ０．８～１．０ｍｍの寸法で設計される。

本体部１２は、絶縁基板２０と、絶縁基板２０に設けられたコイルＣと、磁性体２６とを含んで構成されている。

絶縁基板２０は、非磁性の絶縁材料で構成された板状部材であり、その厚さ方向から見て略楕円環状の形状を有している。絶縁基板２０の中央部分には、楕円形の貫通孔２０ｃが設けられている。絶縁基板２０としては、ガラスクロスにエポキシ系樹脂が含浸された基板で、板厚１０μｍ～６０μｍのものを用いることができる。なお、エポキシ系樹脂のほか、ＢＴレジン、ポリイミド、アラミド等を用いることもできる。絶縁基板２０の材料としては、セラミックやガラスを用いることもできる。絶縁基板２０の材料としては、大量生産されているプリント基板材料が好ましく、特にＢＴプリント基板、ＦＲ４プリント基板、あるいはＦＲ５プリント基板に用いられる樹脂材料が最も好ましい。

コイルＣは、絶縁基板２０の一方面２０ａ（図２における上面）に設けられた平面空芯コイル用の第１導体パターン２３Ａが絶縁被覆された第１コイル部２２Ａと、絶縁基板２０の他方面２０ｂ（図２における下面）に設けられた平面空芯コイル用の第２導体パターン２３Ｂが絶縁被覆された第２コイル部２２Ｂと、第１導体パターン２３Ａと第２導体パターン２３Ｂとを接続するスルーホール導体２５とを有する。

第１導体パターン２３Ａ（第１の平面コイルパターン）は、平面空芯コイルとなる平面渦巻状パターンであり、Ｃｕなどの導体材料でめっき形成されている。第１導体パターン２３Ａは、絶縁基板２０の貫通孔２０ｃ周りに巻回するように形成されている。第１導体パターン２３Ａは、より詳しくは、図２に示すように、上方向（Ｚ方向）から見て外側に向かって右回りに３ターン分だけ巻回されている。第１導体パターン２３Ａの高さ（絶縁基板２０の厚さ方向における長さ）は全長に亘って同一である。

第１導体パターン２３Ａの外側の端部２３ａは、本体部１２の端面１２ａにおいて露出し、端面１２ａを覆う外部端子電極１４Ａと接続されている。第１導体パターン２３Ａの内側の端部２３ｂは、スルーホール導体２５に接続されている。

第２導体パターン２３Ｂ（第２の平面コイルパターン）も、第１導体パターン２３Ａ同様、平面空芯コイルとなる平面渦巻状パターンであり、Ｃｕなどの導体材料でめっき形成されている。第２導体パターン２３Ｂも、絶縁基板２０の貫通孔２０ｃ周りに巻回するように形成されている。第２導体パターン２３Ｂは、より詳しくは、上方向（Ｚ方向）から見て外側に向かって左回りに３ターン分だけ巻回されている。すなわち、第２導体パターン２３Ｂは、上方向から見て、第１導体パターン２３Ａとは反対の方向に巻回されている。第２導体パターン２３Ｂの高さは全長に亘って同一であり、第１導体パターン２３Ａの高さと同一に設計し得る。

第２導体パターン２３Ｂの外側の端部２３ｃは、本体部１２の端面１２ｂにおいて露出し、端面１２ｂを覆う外部端子電極１４Ｂと接続されている。第２導体パターン２３Ｂの内側の端部２３ｄは、第１導体パターン２３Ａの内側の端部２３ｂと、絶縁基板２０の厚さ方向において位置合わせされており、スルーホール導体２５に接続されている。

スルーホール導体２５は、絶縁基板２０の貫通孔２０ｃの縁領域に貫設されており、第１導体パターン２３Ａの端部２３ｂと第２導体パターン２３Ｂの端部２３ｄとを接続する。スルーホール導体２５は、絶縁基板２０に設けられた孔と、その孔に充填された導電材料（たとえばＣｕ等の金属材料）とで構成され得る。スルーホール導体２５は、絶縁基板２０の厚さ方向に延びる略円柱状または略角柱状の外形を有する。

また、図３および図４に示すように、第１コイル部２２Ａおよび第２コイル部２２Ｂはそれぞれ樹脂壁２４Ａ、２４Ｂを有する。第１コイル部２２Ａの樹脂壁２４Ａは、第１導体パターン２３Ａの線間、内周および外周に位置している。同様に、第２コイル部２２Ｂの樹脂壁２４Ｂは、第２導体パターン２３Ｂの線間、内周および外周に位置している。本実施形態では、導体パターン２３Ａ、２３Ｂの内周および外周に位置する樹脂壁２４Ａ、２４Ｂは、導体パターン２３Ａ、２３Ｂの線間に位置する樹脂壁２４Ａ、２４Ｂよりも厚くなるように設計されている。

樹脂壁２４Ａ、２４Ｂは、絶縁性の樹脂材料で構成されている。樹脂壁２４Ａ、２４Ｂは、第１導体パターン２３Ａや第２導体パターン２３Ｂを形成する前に絶縁基板２０上に設けることができ、この場合には樹脂壁２４Ａ、２４Ｂにおいて画成された壁間において第１導体パターン２３Ａや第２導体パターン２３Ｂがめっき成長される。樹脂壁２４Ａ、２４Ｂは、第１導体パターン２３Ａや第２導体パターン２３Ｂを形成した後に絶縁基板２０上に設けることができ、この場合には第１導体パターン２３Ａおよび第２導体パターン２３Ｂに樹脂壁２４Ａ、２４Ｂが充填や塗布等により設けられる。

第１コイル部２２Ａおよび第２コイル部２２Ｂは、第１導体パターン２３Ａおよび第２導体パターン２３Ｂと樹脂壁２４Ａ、２４Ｂとを上面側から一体的に覆う絶縁層２７をそれぞれ有する。絶縁層２７は、絶縁樹脂または絶縁磁性材料で構成され得る。絶縁層２７は、第１コイル部２２Ａの導体パターン２３Ａおよび第２コイル部２２Ｂの導体パターン２３Ｂと磁性体２６の第１磁性部２８との間に介在して、導体パターン２３Ａ、２３Ｂと第１磁性部２８に含まれる金属磁性粉との間の絶縁性を高めている。

磁性体２６は、絶縁基板２０およびコイルＣを一体的に覆っている。より詳しくは、磁性体２６は、絶縁基板２０およびコイルＣを上下方向から覆うとともに、絶縁基板２０およびコイルＣの外周を覆っている。また、磁性体２６は、絶縁基板２０の貫通孔２０ｃの内部およびコイルＣの内側領域を充たしている。

磁性体２６は、図３および図４に示すように、第１磁性部２８と第２磁性部３０とを備えて構成されている。

第１磁性部２８は、磁性体２６の全ての表面、すなわち、端面１２ａ、１２ｂ、主面１２ｃ、１２ｄ、側面１２ｅ、１２ｆを構成している。

第１磁性部２８は、金属磁性粉含有樹脂で構成されている。金属磁性粉含有樹脂は、金属磁性粉体がバインダ樹脂により結着された結着粉体である。第１磁性部２８を構成する金属磁性粉含有樹脂の金属磁性粉は、少なくともＦｅを含む磁性粉（たとえば鉄ニッケル合金（パーマロイ合金）、カルボニル鉄、アモルファス、非晶質または結晶質のＦｅＳｉＣｒ系合金、センダスト等）を含んで構成されている。バインダ樹脂は、たとえば熱硬化性のエポキシ樹脂である。本実施形態では、結着粉体における金属磁性粉体の含有量は、体積パーセントでは８０～９２ｖｏｌ％であり、質量パーセントでは９５～９９ｗｔ％である。磁気特性の観点から、結着粉体における金属磁性粉体の含有量は、体積パーセントで８５～９２ｖｏｌ％、質量パーセントで９７～９９ｗｔ％であってもよい。第１磁性部２８を構成する金属磁性粉含有樹脂の磁性粉は、１種類の平均粒径を有する粉体であってもよく、複数種類の平均粒径を有する混合粉体であってもよい。第１磁性部２８を構成する金属磁性粉含有樹脂の金属磁性粉が混合粉体の場合、平均粒径が異なる磁性粉の種類やＦｅ組成比は、同一であってもよく、異なっていてもよい。一例として、３種類の平均粒径を有する混合粉体の場合、最大の平均粒径を有する磁性粉（大径粉）の粒径が１５～３０μｍ、最小の平均粒径を有する磁性粉（小径粉）の粒径が０．３～１．５μｍ、大径粉と小径粉との間の平均粒径を有する磁性粉（中間粉）が３～１０μｍとすることができる。混合粉体１００重量部に対して、大径粉は６０～８０重量部の範囲、中径粉は１０～２０重量部の範囲、小径粉は１０～２０重量部の範囲で含まれてもよい。

磁性粉の平均粒径は、粒度分布における積算値５０％での粒径（ｄ５０、いわゆるメジアン径）で規定され、以下のようにして求められる。第１磁性部２８の断面のＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）写真を撮影する。撮影したＳＥＭ写真をソフトウェアにより画像処理をおこない、磁性粉の境界を判別し、磁性粉の面積を算出する。算出した磁性粉の面積を円相当径に換算して粒子径を算出する。たとえば１００個以上の磁性粉の粒径を算出し、これらの磁性粉の粒度分布を求める。求めた粒度分布における積算値５０％での粒径を平均粒径ｄ５０とする。磁性粉の粒子形状は、特に制限されない。

第２磁性部３０は、絶縁基板の一方面２０ａに設けられた第１コイル部２２Ａの少なくとも一部および他方面２０ｂに設けられた第２コイル部２２Ｂの少なくとも一部を直接覆っている。第２磁性部３０は、第１コイル部２２Ａの全部および第２コイル部２２Ｂの全部を覆う態様であってもよい。本実施形態では、第２磁性部３０は、絶縁基板２０の貫通孔２０ｃ内を充たしており、コイルＣの内側領域も充たしている。第２磁性部３０は、第１磁性部２８によって周囲を包囲されており、磁性体２６の表面には露出していない。

第２磁性部３０は、金属磁性粉含有樹脂で構成されている。第２磁性部３０を構成する金属磁性粉含有樹脂の樹脂には、たとえば熱硬化性のエポキシ樹脂が用いられ得る。第２磁性部３０を構成する金属磁性粉含有樹脂の金属磁性粉は、少なくともＦｅを含む磁性粉（たとえば鉄ニッケル合金（パーマロイ合金）、カルボニル鉄、アモルファス、非晶質または結晶質のＦｅＳｉＣｒ系合金、センダスト等）を含んで構成されている。第２磁性部３０を構成する金属磁性粉含有樹脂の金属磁性粉は、１種類の平均粒径を有する粉体であってもよく、複数種類の平均粒径を有する混合粉体であってもよい。第２磁性部３０を構成する金属磁性粉含有樹脂の金属磁性粉が混合粉体の場合、平均粒径が異なる磁性粉の種類やＦｅ組成比は、同一であってもよく、異なっていてもよい。一例として、３種類の平均粒径を有する混合粉体の場合、最大の平均粒径を有する磁性粉（大径粉）の粒径が１５～３０μｍ、最小の平均粒径を有する磁性粉（小径粉）の粒径が０．３～１．５μｍ、大径粉と小径粉との間の平均粒径を有する磁性粉（中間粉）が３～１０μｍとすることができる。混合粉体１００重量部に対して、大径粉は６０～８０重量部の範囲、中径粉は１０～２０重量部の範囲、小径粉は１０～２０重量部の範囲で含まれてもよい。

磁性粉の平均粒径は、粒度分布における積算値５０％での粒径（ｄ５０、いわゆるメジアン径）で規定され、以下のようにして求められる。第２磁性部３０の断面のＳＥＭ写真を撮影する。撮影したＳＥＭ写真をソフトウェアにより画像処理をおこない、磁性粉の境界を判別し、磁性粉の面積を算出する。算出した磁性粉の面積を円相当径に換算して粒子径を算出する。たとえば１００個以上の磁性粉の粒径を算出し、これらの磁性粉の粒度分布を求める。求めた粒度分布における積算値５０％での粒径を平均粒径ｄ５０とする。磁性粉の粒子形状は、特に制限されない。

第２磁性部３０を構成する金属磁性粉含有樹脂は、第１磁性部２８を構成する金属磁性粉含有樹脂よりもＦｅの割合（原子組成比）が高くなるように設計されている。そのため、第２磁性部３０の耐電圧は、第１磁性部２８の耐電圧よりも低い。また、第２磁性部３０を構成する金属磁性粉含有樹脂は、第１磁性部２８を構成する金属磁性粉含有樹脂に比べて、高い飽和磁束密度（Ｂｓ）を有する。たとえば、第２磁性部３０の飽和磁束密度は、第１磁性部２８の飽和磁束密度の１．５倍～２０倍の高さであってもよい。このように、高い飽和磁束密度を有する第２磁性部が、コイルＣの近傍に設けられることで、コイルＣの磁束の流れの円滑化が図られている。

第２磁性部３０は、たとえば印刷法またはディスペンサ法により形成することができる。すなわち、第２磁性部３０が形成されるべき領域に、金属磁性粉含有樹脂の材料となる金属磁性粉と樹脂とが混錬されたペーストを印刷法またはディスペンサ法により付与し、その後ペーストを硬化することで、第２磁性部３０が形成され得る。

コイル部品１０においては、コイルＣの近傍に配置された第２磁性部３０が、第１磁性部２８を構成する金属磁性粉含有樹脂よりもＦｅの割合が高くなるように設計されているため、コイルＣの磁束の流れの円滑化が図られている。第２磁性部３０は、第１磁性部２８に比べて相対的に耐電圧が低くなっているが、第１磁性部に包囲されているため、磁性体２６の表面には露出していない。すなわち、第２磁性部３０は、磁性体２６の表面に設けられた外部端子電極１４Ａ、１４Ｂとは直接接しておらず、耐電圧が相対的に高い第１磁性部２８を介して隣接している。したがって、コイルＣと外部端子電極１４Ａ、１４Ｂとが第２磁性部３０を介して短絡する事態が効果的に抑制されており、コイルＣと外部端子電極１４Ａ、１４Ｂとの間の短絡が抑制され得る。

また、上述したコイル部品１０では、高い飽和磁束密度を有する第２磁性部３０がコイルＣの内側領域の全域に存在しているため、コイルＣのコイル軸に沿った磁束の流れの円滑化が図られている。

さらに、コイル部品１０においては、第１磁性部２８の厚さ（すなわち、磁性体２６の表面から第２磁性部３０までの距離）に関する最小厚さが、第１磁性部２８を構成する金属磁性粉含有樹脂に含まれる金属磁性粉の最大粒の長さより長くなるように設計されている。最大粒の長さはたとえば５０～３００μｍである。最大粒は、第１磁性部２８の断面の写真をソフトウェアにより画像処理をおこない磁性粉の境界を判別することで判定することができる。たとえば１００個程度の磁性粉の長さを測定し、最も長い磁性粒を最大粒と判定することができる。磁性粉の粒子形状は、特に制限されない。そのため、第１磁性部２８に含まれる大きな磁性粉を介して、磁性体２６の外部と第２磁性部３０とが導通する事態が効果的に抑制されている。

また、コイル部品１０においては、磁性体２６の主面１２ｃ、１２ｄから第２磁性部３０までの距離である第１磁性部２８の主面側厚さＤ１が、磁性体２６の端面１２ａ、１２ｂから第２磁性部３０までの距離である第１磁性部２８の端面側厚さＤ２より短くなるように設計されている。主面側厚さＤ１はたとえば５０～３００μｍであり、端面側厚さＤ２はたとえば６０～４００μｍである。この場合、磁性体２６の端面１２ａ、１２ｂ側において、第２磁性部３０と外部端子電極１４Ａ、１４Ｂとの離間距離が十分に確保され、第２磁性部３０と外部端子電極１４Ａ、１４Ｂとが短絡する事態が抑制され得る。

なお、本発明は、上述した実施形態に限らず、様々な態様をとり得る。たとえば、コイルＣは、第１コイル部および第２コイル部の両方を備える態様であってもよく、第１コイル部のみを備える態様であってもよい。

１０…コイル部品、１２…本体部、１４Ａ、１４Ｂ…外部端子電極、２０…絶縁基板、２２Ａ…第１コイル部、２２Ｂ…第２コイル部、２３Ａ…第１導体パターン、２３Ｂ…第２導体パターン、２６…磁性体、２８…第１磁性部、３０…第２磁性部、Ｃ…コイル。

Claims

貫通孔が設けられた絶縁基板と、
前記絶縁基板の一方面の前記貫通孔周りに形成された第１の平面コイルパターンが絶縁被覆された第１コイル部を有するコイルと、
前記絶縁基板と前記コイルとを一体的に覆う磁性体と、
前記磁性体の表面に設けられ、前記コイルの端部にそれぞれ接続される一対の外部端子電極と
を備え、
前記磁性体が、
Ｆｅを含む金属磁性粉を含有する金属磁性粉含有樹脂で構成され、前記磁性体の表面を構成する第１磁性部と、
前記第１磁性部に包囲され、かつ、前記コイルの少なくとも一部を覆っており、前記第１磁性部を構成する前記金属磁性粉含有樹脂におけるＦｅの原子組成比よりもＦｅの原子組成比が高い材料で構成された第２磁性部と
を有し、
前記第２磁性部が前記コイルの内側領域の全域に存在している、コイル部品。
前記コイルが、前記絶縁基板の他方面の前記貫通孔周りに形成された第２の平面コイルパターンが絶縁被覆された第２コイル部を有する、請求項１に記載のコイル部品。
前記磁性体の表面から前記第２磁性部までの距離である前記第１磁性部の厚さの最小厚さが、前記第１磁性部を構成する金属磁性粉含有樹脂に含まれる金属磁性粉の最大粒の長さより長い、請求項１または２に記載のコイル部品。
前記磁性体が、絶縁基板の厚さ方向において対向する一対の主面と、絶縁基板の厚さ方向に直交する方向において対向するとともに前記一対の外部端子電極がそれぞれ設けられる一対の端面とを有し、
前記磁性体の前記主面から前記第２磁性部までの距離である前記第１磁性部の主面側厚さが、前記磁性体の前記端面から前記第２磁性部までの距離である前記第１磁性部の端面側厚さより短い、請求項１～３のいずれか一項に記載のコイル部品。
前記第２磁性部が、Ｆｅを含む金属磁性粉を含有する金属磁性粉含有樹脂で構成されている、請求項１～４のいずれか一項に記載のコイル部品。