JP7283225B2

JP7283225B2 - コイル部品

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Publication number: JP7283225B2
Application number: JP2019095131A
Authority: JP
Inventors: 深雪浅井; 北斗江田; 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: CN111986898A; US11705270B2; CN111986898B; JP2020191355A; US20200373064A1

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、絶縁基板上に設けられたコイルパターンと、絶縁基板上において平面コイルパターンの形成領域を画成する樹脂壁と、コイルパターンおよび樹脂壁を一体的に覆う金属磁性粉含有樹脂とを備え、コイルと金属磁性粉含有樹脂との間に絶縁層を介在させたコイル部品が開示されている。

特開２０１８－１４８２００号公報

上述した従来技術に係るコイル部品では、絶縁層と金属磁性粉含有樹脂との間の接着力をより高める余地があった。発明者らは、絶縁層と金属磁性粉含有樹脂との間の接着力を高めつつ、コイルパターンの上方にある磁性体の体積を増やしてコイル特性を向上することができる技術を新たに見出した。

本発明は、絶縁層と金属磁性粉含有樹脂との間の接着力向上およびコイル特性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、絶縁基板と、絶縁基板の少なくとも一方面上に形成された平面コイルパターンを有するコイルと、絶縁基板上に設けられ、平面コイルパターンの形成領域を画成する樹脂壁と、平面コイルパターンの表面と、平面コイルパターンを挟む各樹脂壁の一部とを一体的に覆う絶縁層と、絶縁基板と平面コイルパターンと絶縁層を一体的に覆い、かつ、絶縁層から露出した露出領域において樹脂壁と接する磁性体とを備え、磁性体が、金属磁性粉と樹脂とを含む磁性粉含有樹脂であり、絶縁基板を基準にした絶縁層の上端位置と樹脂壁の上端位置とが異なる。

上記コイル部品においては、絶縁層の上端位置と樹脂壁の上端位置とが異なっているため、平面コイルパターンの上側に凹凸構造が設けられる。絶縁層と樹脂壁とにより設けられた凹凸構造は、磁性体との間の接触面積の拡大に寄与し、磁性体との間の接着力向上が図られる。また、磁性体は、絶縁層から露出した露出領域において樹脂壁と接する部分において体積の増大が図られており、コイル特性の向上が図られている。

本発明の他の側面に係るコイル部品では、磁性粉含有樹脂が、平均粒径が異なる複数の金属磁性粉を含み、樹脂壁の露出領域の幅が、最小の平均粒径を有する前記金属磁性粉の平均粒径より広い。

本発明の他の側面に係るコイル部品では、絶縁基板を基準にした樹脂壁の高さが平面コイルパターンの高さより高い。

本発明によれば、絶縁層と金属磁性粉含有樹脂との間の接着力向上およびコイル特性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。図５は、図３に示した断面の要部拡大図である。図６は、図５に示した断面の要部拡大図である。図７は、図５とは異なる態様の断面の要部拡大図である。

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。一対の外部端子電極１４Ａ、１４Ｂは、Ｘ方向において対向する一対の端面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。すなわち、コイルＣは、第１導体パターン２３Ａおよび第２導体パターン２３Ｂの２つの導体パターン２３（平面コイルパターン）を含む。

第１導体パターン２３Ａ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、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２２ａ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２４を有する。樹脂壁２４のうち、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おり、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２４は、絶縁性の樹脂材料で構成されている。樹脂壁２４は、導体パターン２３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２４において画成された壁間において導体パターン２３がめっき成長される。すなわち、絶縁基板２０上に設けられた樹脂壁２４によって、導体パターン２３の形成領域が画成される。樹脂壁２４は、導体パターン２３を形成した後に絶縁基板２０上に設けることができ、この場合には導体パターン２３に樹脂壁２４が充填や塗布等により設けられる。

樹脂壁２４の高さ（すなわち、絶縁基板２０を基準にした高さ）は、導体パターン２３の高さより高くなるように設計されている。そのため、樹脂壁２４の高さと導体パターン２３との高さが同じである場合に比べて、樹脂壁２４を介して隣り合う導体パターン２３間の沿面距離の延長が図られている。それにより、隣り合う導体パターン２３間において短絡が生じる事態の抑制が図られている。

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、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。磁性体２６を構成する金属磁性粉含有樹脂の金属磁性粉は、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。磁性体２６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。本実施形態では、磁性体２６を構成する金属磁性粉含有樹脂の金属磁性粉は、３種類の平均粒径を有する混合粉体である。磁性体２６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、平均粒径が異なる金属磁性粉の種類は、同一であってもよく、異なっていてもよい。

図５に示すように、磁性体２６と導体パターン２３との間には絶縁層４０が介在している。絶縁層４０は、導体パターン２３の表面２３ａ（すなわち、上面）と、導体パターン２３を挟む両側の樹脂壁２４のそれぞれの表面２４ａ（すなわち、上端面）の一部とを一体的に覆っている。樹脂壁２４は、その上端面２４ａに、絶縁層４０に覆われておらず絶縁層４０から露出する露出領域Ｓを有する。絶縁層４０は、たとえばエポキシ樹脂やポリイミド樹脂等の樹脂で構成される。本実施形態では、絶縁層４０は電着法を用いて形成された電着層である。

絶縁層４０は、絶縁基板２０を基準にした絶縁層４０の上端位置Ｈ１が、導体パターン２３を挟む樹脂壁２４の中間位置に存在し、凸状に湾曲した表面を有する。絶縁層４０の上端位置Ｈ１は、樹脂壁２４の上端位置Ｈ２と異なっており、位置Ｈ１のほうが位置Ｈ２よりも高い位置にある。そのため、導体パターン２３の上側には、絶縁層４０と樹脂壁２４とにより凹凸構造が設けられている。そして、この凹凸構造に沿うように磁性体２６が設けられて、絶縁層４０から露出した露出領域Ｓ（すなわち、凹凸構造における凹部）において樹脂壁２４の上端面２４ａと接する。

上述したコイル部品１０においては、絶縁層４０と樹脂壁２４とにより設けられた凹凸構造が、磁性体２６との間の接触面積の拡大に寄与し、磁性体２６との間の接着力向上が図られる。また、磁性体２６は、凹凸構造における凹部に相当する樹脂壁２４の露出領域Ｓに向かって下方に突出しており、体積の増大が図られており、インダクタンス値等のコイル特性の向上が図られている。

磁性体２６の下方に突出する部分には、図６に示したように、金属磁性粉２７が含まれる。金属磁性粉２７は、最大の平均粒径を有する磁性粉（大径粉）２７Ａの粒径が１５～３０μｍ、最小の平均粒径を有する磁性粉（小径粉）２７Ｃ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）２７Ｂ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。金属磁性粉２７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。磁性体２６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、金属磁性粉２７の境界を判別し、金属磁性粉２７の面積を算出する。算出した金属磁性粉２７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個以上の金属磁性粉２７の粒径を算出し、これらの金属磁性粉２７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。なお、金属磁性粉２７の粒子形状は、特に制限されない。

樹脂壁２４の露出領域Ｓの幅Ｗは、磁性体２６に含まれる金属磁性粉２７の粒径より大きくなるように設計され得る。たとえば、磁性体２６を構成する金属磁性粉含有樹脂が平均粒径が異なる複数の磁性粉２７Ａ、２７Ｂ、２７Ｃを含む場合には、最小の平均粒径を有する磁性粉（小径粉２７Ｃ）の平均粒径ｗより広くなるように樹脂壁２４の露出領域Ｓの幅Ｗが設計され得る。樹脂壁２４の露出領域Ｓの幅Ｗは、たとえば５～２０μｍである。

なお、図７に示すように、樹脂壁２４の高さと導体パターン２３の高さとが同じであり、樹脂壁２４の表面２４ａと導体パターン２３の表面２３ａとが面一である態様であってもよい。このような態様であっても、絶縁層４０と樹脂壁２４とにより設けられた凹凸構造が、磁性体２６との間の接触面積の拡大に寄与し、磁性体２６との間の接着力向上が図られる。また、磁性体２６は、凹凸構造における凹部に相当する樹脂壁２４の露出領域Ｓに向かって下方に突出しており、体積の増大が図られ、インダクタンス値等のコイル特性の向上が図られる。

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、２３…導体パターン、２３Ａ…第１導体パターン、２３Ｂ…第２導体パターン、２４、２４Ａ、２４Ｂ…樹脂壁、２６…磁性体、２７…金属磁性粉、４０…絶縁層、Ｃ…コイル、Ｓ…露出領域。

Claims

絶縁基板と、
前記絶縁基板の少なくとも一方面上に形成された平面コイルパターンを有するコイルと、
前記絶縁基板上に設けられ、前記平面コイルパターンの形成領域を画成する樹脂壁と、
前記平面コイルパターンの表面と、前記平面コイルパターンを挟む各樹脂壁の一部とを一体的に覆い、かつ、前記各樹脂壁の先端面が露出する露出領域を形成する絶縁層と、
前記絶縁基板と前記平面コイルパターンと前記絶縁層を一体的に覆い、かつ、前記絶縁層から露出した前記露出領域において前記樹脂壁の前記先端面と接する磁性体と
を備え、
前記磁性体が、金属磁性粉と樹脂とを含む磁性粉含有樹脂であり、
前記絶縁基板を基準にした前記絶縁層の上端位置と前記樹脂壁の上端位置とが異なる、コイル部品。
前記磁性粉含有樹脂が、平均粒径が異なる複数の金属磁性粉を含み、
前記樹脂壁の露出領域の幅が、最小の平均粒径を有する前記金属磁性粉の平均粒径より広い、請求項１に記載のコイル部品。
前記絶縁基板を基準にした前記樹脂壁の高さが前記平面コイルパターンの高さより高い、請求項１または２に記載のコイル部品。