JP7419884B2 - コイル部品 - Google Patents

Description

本発明はコイル部品に関し、特に、スパイラル状に巻回された複数のコイルパターンからなるコイル部が磁性素体で埋め込まれた構造を有するコイル部品に関する。

特許文献１には、スパイラル状に巻回された複数のコイルパターンからなるコイル部が磁性素体で埋め込まれた構造を有するコイル部品が開示されている。特許文献１に記載されたコイル部品のように、磁性素体の内部にコイル部を埋め込めば、磁性素体が磁路として機能することから高いインダクタンス値を得ることが可能となる。

特開２０１８－１９０８２８号公報

積層された複数のコイルパターンを直列に接続する場合、各コイルパターンの内周端を軸方向における一方側（例えば下側）に隣接する別のコイルパターンの内周端に接続し、各コイルパターンの外周端を軸方向における他方側（例えば上側）に隣接する別のコイルパターンの外周端に接続する必要がある。ここで、コイルパターン同士の接続にはビア導体が用いられるため、コイルパターンとビア導体の接続を確実に行うためには、コイルパターンの内周端や外周端のサイズを拡大する必要がある。

しかしながら、コイルパターンの内周端や外周端のサイズを拡大することにより磁性素体のボリュームがその分減少すると、インダクタンス値が低下するという問題があった。

したがって、本発明は、スパイラル状に巻回された複数のコイルパターンからなるコイル部が磁性素体で埋め込まれた構造を有するコイル部品において、磁性素体のボリュームを十分に確保することを目的とする。

本発明の一側面によるコイル部品は、スパイラル状に巻回された複数のコイルパターンが軸方向に積層され、且つ、直列に接続された構造を有するコイル部と、コイル部の一端に接続された第１の端子電極と、コイル部の他端に接続された第２の端子電極と、コイル部を埋め込む磁性素体とを備えるコイル部品であって、コイル部品は、軸方向から見て、コイル部が配置されたコイル領域と、コイル領域の外側に位置し、第１の端子電極が配置された第１の端子領域と、コイル領域の外側に位置し、第２の端子電極が配置された第２の端子領域と、コイル領域に囲まれ、磁性素体が配置された内径領域と、コイル領域の外側に位置し、磁性素体が配置された外側領域とを有し、複数のコイルパターンは少なくとも第１、第２及び第３のコイルパターンを含み、第１のコイルパターンの外周端は第１の端子電極に接続され、第１のコイルパターンの内周端は第２のコイルパターンの内周端に接続され、第２のコイルパターンの外周端は第３のコイルパターンの外周端に接続され、第２のコイルパターンの外周端と第３のコイルパターンの外周端を接続するビア導体は、第１又は第２の端子領域と重なる位置に配置されていることを特徴とする。

本発明の他の側面によるコイル部品は、スパイラル状に巻回された複数のコイルパターンが軸方向に積層され、且つ、直列に接続された構造を有するコイル部と、コイル部の一端に接続された第１の端子電極と、コイル部の他端に接続された第２の端子電極と、コイル部を埋め込む磁性素体とを備えるコイル部品であって、コイル部品は、軸方向から見て、コイル部が配置されたコイル領域と、コイル領域の外側に位置し、第１の端子電極が配置された第１の端子領域と、コイル領域の外側に位置し、第２の端子電極が配置された第２の端子領域と、コイル領域に囲まれ、磁性素体が配置された内径領域と、コイル領域の外側に位置し、磁性素体が配置された外側領域とを有し、外側領域はコイル領域と第１の端子領域の間に位置する切り欠き領域を含み、複数のコイルパターンは少なくとも第１、第２及び第３のコイルパターンを含み、第１のコイルパターンの外周端は第１の端子電極に接続され、第１のコイルパターンの内周端は第２のコイルパターンの内周端に接続され、第２のコイルパターンの外周端は第３のコイルパターンの外周端に接続され、第２のコイルパターンの外周端と第３のコイルパターンの外周端を接続するビア導体は、切り欠き領域と重なる位置に配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、コイルパターンの外周端同士を接続するビア導体が第１又は第２の端子領域、或いは、切り欠き領域と重なる位置に配置されていることから、磁性素体のボリュームを減少させることなく、コイルパターンの外周端のサイズを拡大することができる。

本発明において、第１のコイルパターンの内周端と第２のコイルパターンの内周端を接続するビア導体は、内径領域に食い込むように配置されていても構わない。これによれば、磁性素体のボリュームの減少を最小限に抑えつつ、コイルパターンの内周端のサイズを拡大することができる。

このように、本発明によれば、スパイラル状に巻回された複数のコイルパターンからなるコイル部が磁性素体で埋め込まれた構造を有するコイル部品において、磁性素体のボリュームを十分に確保することができる。これにより、従来のコイル部品よりも高いインダクタンス値を得ることが可能となる。

図１は、本発明の一実施形態によるコイル部品１の構造を説明するための略断面図である。 図２は、導体層１０のパターン形状を示す略平面図である。 図３は、導体層２０のパターン形状を示す略平面図である。 図４は、導体層３０のパターン形状を示す略平面図である。 図５は、導体層４０のパターン形状を示す略平面図である。 図６は、変形例による導体層１０のパターン形状を示す略平面図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態によるコイル部品１の構造を説明するための略断面図である。

本発明の一実施形態によるコイル部品１は、電源回路用のインダクタとして用いることが好適な表面実装型のチップ部品であり、図１に示すように、磁性素体Ｍと、磁性素体Ｍに埋め込まれたコイル部Ｃとを備える。コイル部Ｃの構成については後述するが、本実施形態においてはスパイラル状のコイルパターンを有する導体層が層間絶縁膜を介して４層積層され、これによって１つのコイル導体が形成される。

磁性素体Ｍは、鉄（Ｆｅ）やパーマロイ系材料などからなる金属磁性フィラーと樹脂バインダーを含む複合部材であり、コイル部Ｃに電流を流すことによって生じる磁束の磁路を構成する。樹脂バインダーとしては、液状又は粉体のエポキシ樹脂を用いることが好ましい。図１に示す断面においては、コイル部Ｃを軸方向から上下に挟む部分と、コイル部Ｃの内径領域に磁性素体Ｍが設けられているが、後述するように、軸方向から見てコイル部Ｃの外側領域にも磁性素体Ｍが配置されている。

図１に示すように、コイル部Ｃは、層間絶縁膜５１～５５を介して導体層１０，２０，３０，４０が積層された構成を有している。導体層１０，２０，３０，４０はそれぞれスパイラル状のコイルパターンＣＰ１～ＣＰ４を有しており、コイルパターンＣＰ１～ＣＰ４の上面又は下面が層間絶縁膜５１～５５で覆われている。コイルパターンＣＰ１～ＣＰ４の側面は、それぞれ層間絶縁膜５２～５５の一部で覆われている。ここで、コイルパターンＣＰ１～ＣＰ４の上面及び下面とは、コイル軸に対して垂直な面を指し、コイルパターンＣＰ１～ＣＰ４の側面とは、コイル軸に対して水平又は傾斜した面を指す。

コイルパターンＣＰ１～ＣＰ４は、層間絶縁膜５２～５４を貫通して設けられたビア導体を介して直列に接続されることにより、１つのコイル導体を構成している。導体層１０，２０，３０，４０の材料としては、銅（Ｃｕ）を用いることが好ましい。導体層１０，２０，３０，４０のパターン形状は、それぞれ図２～図５に示されている。図１に示す断面は、図２～図５に示すＢ－Ｂ線に沿った断面に相当する。

導体層１０は、層間絶縁膜５１上に形成された１層目の導体層であり、図２に示すように、スパイラル状に３ターン巻回されたコイルパターンＣＰ１と、２つの電極パターン１１，１２からなる。コイルパターンＣＰ１の外周端は、電極パターン１１に接続されている。これに対し、電極パターン１２はコイルパターンＣＰ１とは独立して設けられている。

導体層２０は、導体層１０の上面に層間絶縁膜５２を介して形成された２層目の導体層であり、図３に示すように、スパイラル状に３ターン巻回されたコイルパターンＣＰ２と、２つの電極パターン２１，２２からなる。図３に示すように、電極パターン２１，２２は、いずれもコイルパターンＣＰ２とは独立して設けられている。電極パターン２１は、層間絶縁膜５２を貫通して設けられた複数のビア導体Ｖ２１を介して電極パターン１１に接続されている。同様に、電極パターン２２は、層間絶縁膜５２を貫通して設けられた複数のビア導体Ｖ２２を介して電極パターン１２に接続されている。さらに、コイルパターンＣＰ２の内周端は、層間絶縁膜５２を貫通して設けられたビア導体Ｖ２３を介して、コイルパターンＣＰ１の内周端に接続されている。

導体層３０は、導体層２０の上面に層間絶縁膜５３を介して形成された３層目の導体層であり、図４に示すように、スパイラル状に３ターン巻回されたコイルパターンＣＰ３と、２つの電極パターン３１，３２からなる。図４に示すように、電極パターン３１，３２は、いずれもコイルパターンＣＰ３とは独立して設けられている。電極パターン３１は、層間絶縁膜５３を貫通して設けられた複数のビア導体Ｖ３１を介して電極パターン２１に接続されている。同様に、電極パターン３２は、層間絶縁膜５３を貫通して設けられた複数のビア導体Ｖ３２を介して電極パターン２２に接続されている。さらに、コイルパターンＣＰ３の外周端は、層間絶縁膜５３を貫通して設けられたビア導体Ｖ３３を介して、コイルパターンＣＰ２の外周端に接続されている。ビア導体Ｖ３１は、軸方向から見てビア導体Ｖ２１に対してオフセットした平面位置に設けられ、ビア導体Ｖ３２は、軸方向から見てビア導体Ｖ２２に対してオフセットした平面位置に設けられている。これにより、ビア導体の重なりによる凹凸が低減されている。

導体層４０は、導体層３０の上面に層間絶縁膜５４を介して形成された４層目の導体層であり、図５に示すように、スパイラル状に２．５ターン巻回されたコイルパターンＣＰ４と、２つの電極パターン４１，４２からなる。コイルパターンＣＰ４の外周端は電極パターン４２に接続されている。これに対し、電極パターン４１はコイルパターンＣＰ４とは独立して設けられている。電極パターン４１は、層間絶縁膜５４を貫通して設けられた複数のビア導体Ｖ４１を介して電極パターン３１に接続されている。同様に、電極パターン４２は、層間絶縁膜５４を貫通して設けられた複数のビア導体Ｖ４２を介して電極パターン３２に接続されている。さらに、コイルパターンＣＰ４の内周端は、層間絶縁膜５４を貫通して設けられたビア導体Ｖ４３を介して、コイルパターンＣＰ３の内周端に接続されている。ビア導体Ｖ４１は、軸方向から見てビア導体Ｖ３１に対してオフセットした平面位置に設けられ、ビア導体Ｖ４２は、軸方向から見てビア導体Ｖ３２に対してオフセットした平面位置に設けられている。これにより、ビア導体の重なりによる凹凸が低減されている。

かかる構成により、コイルパターンＣＰ１～ＣＰ４が直列に接続され、合計で１１．５ターンのコイル導体が形成される。また、電極パターン１１，２１，３１，４１は互いに短絡され、磁性素体Ｍから露出することにより第１の端子電極Ｅ１として用いられる。同様に、電極パターン１２，２２，３２，４２は互いに短絡され、磁性素体Ｍから露出することにより第２の端子電極Ｅ２として用いられる。

本実施形態によるコイル部品１は、図１～図５に示すように、軸方向から見て領域Ａ１～Ａ５に区画することができる。このうち、領域Ａ１は、コイル部ＣのコイルパターンＣＰ１～ＣＰ４が配置されたコイル領域Ａ１である。領域Ａ２は、コイル領域Ａ１の外側に位置し、第１の端子電極Ｅ１が配置された第１の端子領域である。領域Ａ３は、コイル領域Ａ１の外側に位置し、第２の端子電極Ｅ２が配置された第２の端子領域である。領域Ａ４は、コイル領域Ａ１に囲まれ、磁性素体Ｍの一部が配置された内径領域である。領域Ａ５は、コイル領域Ａ１の外側に位置し、磁性素体Ｍの残りの部分が配置された外側領域である。

本実施形態においては、コイルパターンＣＰ２，ＣＰ３の外周端同士を接続するビア導体Ｖ３３が第１の端子領域Ａ２と重なる位置に配置されている。コイルパターンＣＰ２，ＣＰ３とビア導体Ｖ３３の接続位置、つまりコイルパターンＣＰ２，ＣＰ３の外周端においては、コイルパターンＣＰ２，ＣＰ３のパターン幅が拡大されており、これによって、ビア導体Ｖ３３を介した接続が確実とされている。しかしながら、仮に、ビア導体Ｖ３３を外側領域Ａ５に配置すると、この部分においてコイルパターンＣＰ２，ＣＰ３のパターン幅が拡大されていることから、その分、磁性素体Ｍのボリュームが減少してしまう。これに対し、本実施形態によるコイル部品１においては、ビア導体Ｖ３３を第１の端子領域Ａ２と重なる位置に配置していることから、磁性素体Ｍのボリュームを減少させることなく、コイルパターンＣＰ２，ＣＰ３の外周端同士を接続することが可能となる。

さらに、コイルパターンＣＰ１，ＣＰ２の内周端同士を接続するビア導体Ｖ２３は、内径領域Ａ４に食い込むように配置されている。コイルパターンＣＰ１，ＣＰ２とビア導体Ｖ２３の接続位置、つまりコイルパターンＣＰ１，ＣＰ２の内周端においては、コイルパターンＣＰ１，ＣＰ２のパターン幅が拡大されており、これによって、ビア導体Ｖ２３を介した接続が確実とされている。しかしながら、コイルパターンＣＰ１，ＣＰ２の内周端のみならず、その周囲の領域においても磁性素体Ｍを除去すると、内径領域Ａ４に充填される磁性素体Ｍのボリュームが減少してしまう。これに対し、本実施形態によるコイル部品１においては、内径領域Ａ４に食い込むようにビア導体Ｖ２３が配置されていることから、内径領域Ａ４に位置する磁性素体Ｍには、コイルパターンＣＰ１，ＣＰ２の内周端と巻回パターンの間に位置する突起部Ｍａが形成される。かかる突起部Ｍａは、外側領域Ａ５に設けられる磁性素体Ｍとの距離が近いことから、このような突起部Ｍａを設けることにより、インダクタンス値を高めることが可能となる。

以上説明したように、本実施形態によるコイル部品１は、コイルパターンＣＰ２，ＣＰ３の外周端同士を接続するビア導体Ｖ３３を第１の端子領域Ａ２と重なる位置に配置していることから、磁性素体Ｍのボリュームが減少することがない。但し、ビア導体Ｖ３３を第１の端子領域Ａ２と重なる位置に配置することは必須でなく、第２の端子領域Ａ３と重なる位置に配置しても構わない。この場合であっても、磁性素体Ｍのボリュームが減少しないことから、高いインダクタンス値を得ることが可能となる。

また、内径領域Ａ４から外側領域Ａ５に径方向に延在する直線Ｌ（図２参照）を定義した場合、直線Ｌ上に位置するパターンの数は、直線Ｌをどの位置に定義しても、コイルパターンＣＰ１～ＣＰ３においては３本、コイルパターンＣＰ４においては２本又は３本であり、いずれも３本を超えることはない。これにより、例えば局所的に４本のパターンが径方向に配列され、この部分において磁性素体Ｍのボリュームが減少するということがない。

図６は、変形例による導体層１０のパターン形状を示す略平面図である。

図６に示す変形例による導体層１０は、電極パターン１１の一部が切り欠かれている点において、図２に示した導体層１０のパターン形状と相違している。その他の基本的な構成は図２に示した導体層１０のパターン形状と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図６に示すように、電極パターン１１が切り欠かれた部分は、外側領域Ａ５の一部である切り欠き領域Ａ５ａを構成し、コイル領域Ａ１と第１の端子領域Ａ２の間に位置する。切り欠き領域Ａ５ａは、図４に示すビア導体Ｖ３３と重なっている。このように、電極パターン１１が形成される第１の端子領域Ａ２の一部を削って切り欠き領域Ａ５ａとし、切り欠き領域Ａ５ａと重なる位置にビア導体Ｖ３３を設けた場合であっても、上記実施形態と同じ効果を得ることができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。

１ コイル部品
１０，２０，３０，４０ 導体層
１１，１２，２１，２２，３１，３２，４１，４２ 電極パターン
５１～５５ 層間絶縁膜
Ａ１ コイル領域
Ａ２ 第１の端子領域
Ａ３ 第２の端子領域
Ａ４ 内径領域
Ａ５ 外側領域
Ａ５ａ 切り欠き領域
Ｃ コイル部
ＣＰ１～ＣＰ４ コイルパターン
Ｅ１ 第１の端子電極
Ｅ２ 第２の端子電極
Ｌ 直線
Ｍ 磁性素体
Ｍａ 突起部
Ｖ２１～Ｖ２３，Ｖ３１～Ｖ３３，Ｖ４１～Ｖ４３ ビア導体

Claims (2)

1. スパイラル状に巻回された複数のコイルパターンが軸方向に積層され、且つ、直列に接続された構造を有するコイル部と、
   前記コイル部の一端に接続された第１の端子電極と、
   前記コイル部の他端に接続された第２の端子電極と、
   前記コイル部を埋め込む磁性素体と、を備えるコイル部品であって、
   前記コイル部品は、前記軸方向から見て、前記コイル部が配置されたコイル領域と、前記コイル領域の外側に位置し、前記第１の端子電極が配置された第１の端子領域と、前記コイル領域の外側に位置し、前記第２の端子電極が配置された第２の端子領域と、前記コイル領域に囲まれ、前記磁性素体が配置された内径領域と、前記コイル領域の外側に位置し、前記磁性素体が配置された外側領域とを有し、
   前記外側領域は、前記コイル領域と前記第１の端子領域の間に位置する切り欠き領域を含み、
   前記複数のコイルパターンは、少なくとも第１、第２及び第３のコイルパターンを含み、
   前記第１のコイルパターンの外周端は、前記第１の端子電極に接続され、
   前記第１のコイルパターンの内周端は、前記第２のコイルパターンの内周端に接続され、
   前記第２のコイルパターンの外周端は、前記第３のコイルパターンの外周端に接続され、
   前記第２のコイルパターンの前記外周端と前記第３のコイルパターンの前記外周端を接続するビア導体は、前記切り欠き領域と重なる位置に配置されていることを特徴とするコイル部品。
2. 前記第１のコイルパターンの前記内周端と前記第２のコイルパターンの前記内周端を接続するビア導体は、前記内径領域に食い込むように配置されていることを特徴とする請求項１に記載のコイル部品。

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