JP7443907B2 - コイル部品 - Google Patents

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磁性体とを備え、コイルと磁性体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２０１６－１０３５９１号公報

上述した構造のコイル部品は、３０ＭＨｚ以上の高周波帯域におけるノイズフィルターに適用され得る。高周波帯域においてコイル部品のノイズ除去性能を高めるためには、高いインピーダンスが求められる。

発明者らは、コイルと磁性体との間に介在する絶縁層を厚くすることで、コイル部品の浮遊容量が低減し、それによりインピーダンスの向上を図ることができるとの知見を得た。

しかしながら、コイルと磁性体との間に介在する絶縁層が厚くなると、磁性体の体積低減に伴う磁気ボリュームの低下を招き、インダクタンスが低下してしまう。

本発明は、浮遊容量を低減しつつ、インダクタンスの向上を図ることができる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、磁性体で構成され、互いに平行な一対の端面を有する素体と、一対の端面の対面方向に沿って延在し、貫通孔が設けられた絶縁基板と、素体内において絶縁基板の一方面の貫通孔周りに形成された平面コイルパターンと、絶縁基板の一方面に設けられて平面コイルパターンの線間、内周および外周に位置する樹脂壁と、平面コイルパターンを一対の端面の一方まで引き出す引出配線パターンとを含む第１のコイルと、素体内において絶縁基板の他方面の貫通孔周りに形成されるとともに絶縁基板に貫設されたスルーホール導体を介して第１のコイルの平面コイルパターンと導通する平面コイルパターンと、絶縁基板の一方面に設けられて平面コイルパターンの線間、内周および外周に位置する樹脂壁と、平面コイルパターンを一対の端面の他方まで引き出す引出配線パターンとを含む第２のコイルと、素体内において第１のコイルおよび第２のコイルのそれぞれの表面を覆う一対の絶縁層と、一対の端面をそれぞれ覆い、第１のコイルおよび第２のコイルの引出配線パターンそれぞれに接続された一対の外部端子電極とを備え、絶縁層が第１部分と該第１部分よりも貫通孔側に位置する第２部分とを有し、第２部分の厚さが第１部分の厚さより薄い。

上記コイル部品においては、絶縁層の第１部分を第２部分より厚くすることで、平面コイルパターンと外部端子電極との間に生じる浮遊容量の低減が図れている。その上、第２部分が第１部分より薄いため、素体の磁気ボリュームを増大することができ、インダクタンスの向上が図られる。

他の形態に係るコイル部品では、絶縁層の厚さが、貫通孔側に向かうに従って漸次薄くなっている。

他の形態に係るコイル部品では、基板の表面を基準にした引出配線パターンの高さが平面コイルパターンの高さより低い。

他の形態に係るコイル部品では、絶縁基板の他方面に形成された第２のコイルの引出配線パターンの形成領域に対応する絶縁基板の一方面の領域が、素体を構成する磁性体の比誘電率より低い比誘電率を有する材料で覆われている。

他の形態に係るコイル部品では、素体が、絶縁基板に対して平行で、絶縁基板の他方面側に位置する実装面を有し、外部端子電極が、素体の端面と実装面とを連続的に覆っており、第２のコイルを覆う絶縁層の厚さが、第１のコイルを覆う絶縁層の厚さより厚い。

本発明によれば、浮遊容量を低減しつつ、インダクタンスの向上を図ることができる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３に示した断面の要部拡大図である。 図５は、図１に示すコイル部品の製造工程の一部を示した図である。 図６は、図１に示すコイル部品の製造工程の一部を示したである。 図７は、図１に示すコイル部品の製造工程の一部を示した図である。 図８は、異なる形態のコイル部品を示した断面図である。

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１～３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素体１２と、素体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。コイル部品１０は、一例として、長辺２．５ｍｍ、短辺２．０ｍｍ、高さ０．８～１．２ｍｍの寸法で設計される。

素体１２は、Ｘ方向において対面するとともに互いに平行な一対の端面１２ａ、１２ｂと、Ｚ方向において対面するとともに互いに平行な上面１２ｃおよび下面１２ｄと、Ｙ方向において対面するとともに互いに平行な一対の側面１２ｅ、１２ｆとを有する。素体１２の下面１２ｄは、コイル部品１が実装される実装基板に対向する実装面である。一対の外部端子電極１４Ａ、１４Ｂは、一対の端面１２ａ、１２ｂの全面をそれぞれ覆い、かつ、上面１２ｃ、下面１２ｄおよび側面１２ｅ、１２ｆ側に回りこんで各面１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆの一部を覆っている。

素体１２は、磁性体２６により構成されており、絶縁基板２０と、絶縁基板２０に設けられたコイルＣとを内部に有する。

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る。絶縁基板２０は、図２に示すように、Ｘ方向に沿って延在するとともに、素体１２の上面１２ｃおよび下面１２ｄに平行である。絶縁基板２０は、その厚さ方向から見て略楕円環状の形状を有し、そ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。絶縁基板２０の厚さは、たとえば１０～６０μｍであり、４０～６０μｍであることが好ましい。絶縁基板２０の比誘電率は、たとえば５．０以下であり、４．０以下であることが好ましく、２．０以下であることがより好ましい。

コイルＣは、絶縁基板２０の一方面２０ａ（図２における上面）に設けられた第１のコイル２２Ａと、絶縁基板２０の他方面２０ｂ（図２における下面）に設けられた第２のコイル２２Ｂと、絶縁基板２０の貫通孔２０ｃの外縁において絶縁基板２０を厚さ方向に貫くスルーホール導体２５とを備えて構成されている。

第１のコイル２２Ａおよび第２のコイル２２Ｂはそれぞれ、貫通孔２０ｃ周りに巻回された平面渦巻状の平面コイルパターン２３と、平面コイルパターン２３の外周端を素体１２の端面１２ａ、１２ｂまで引き出す引出配線パターン２７を有する。第１のコイル２２Ａおよび第２のコイル２２Ｂはいずれも、絶縁基板２０上に形成されたシードパターンを用いた電解めっきにより形成されためっきコイルであり、Ｃｕなどの導体材料で形成され得る。

平面コイルパターン２３のうち、第１のコイル２２Ａの第１の平面コイルパターン２３Ａは、上方向（Ｚ方向）から見て外側に向かって右回りに巻回されている。第１の平面コイルパターン２３Ａの内周端に位置する接続端部は、スルーホール導体２５に接続されている。第１の平面コイルパターン２３Ａの高さ（絶縁基板２０の厚さ方向に関する上面２０ａを基準とした長さ）は全長に亘って同一である。

引出配線パターン２７のうち、第１のコイル２２Ａの第１の引出配線パターン２７Ａは、第１の平面コイルパターン２３Ａの外周端を素体１２の端面１２ａまで引き出している。第１の引出配線パターン２７Ａは、素体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の引出配線パターン２７Ａの高さは、第１の平面コイルパターン２３Ａの高さよりも低くなっている。

平面コイルパターン２３のうち、第２のコイル２２Ｂの第２の平面コイルパターン２３Ｂは、上方向（Ｚ方向）から見て外側に向かって左回りに巻回されている。すなわち、第２の平面コイルパターン２３Ｂは、上方向から見て、第１の平面コイルパターン２３Ａとは反対の方向に巻回されている。第２の平面コイルパターン２３Ｂの内周端に位置する接続端部は、第１の平面コイルパターン２３Ａの接続端部と、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。第２の平面コイルパターン２３Ｂの高さは全長に亘って同一であり、第１の平面コイルパターン２３Ａの高さと同一となるように設計することができる。

引出配線パターン２７のうち、第２のコイル２２Ｂの第２の引出配線パターン２７Ｂは、第１の平面コイルパターン２３Ａの外周端を素体１２の端面１２ｂまで引き出している。第２の引出配線パターン２７Ｂは、素体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の引出配線パターン２７Ｂの高さは、第２の平面コイルパターン２３Ｂの高さよりも低くなっている。

スルーホール導体２５は、第１の平面コイルパターン２３Ａの接続端部と第２の平面コイルパターン２３Ｂの接続端部とを接続する。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。スルーホール導体２５の位置は、貫通孔２０ｃの外縁（すなわち、貫通孔の近傍）であってもよく、貫通孔２０ｃから所定距離だけ離れた位置であってもよい。

また、第１のコイル２２Ａおよび第２のコイル２２Ｂはそれぞれ樹脂壁２４を有する。樹脂壁２４のうち、第１のコイル２２Ａの樹脂壁２４Ａは第１の平面コイルパターン２３Ａの線間、内周および外周に位置しており、第２のコイル２２Ｂの樹脂壁２４Ｂは第２の平面コイルパターン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、平面コイルパターン２３の内周および外周に位置する樹脂壁２４は、平面コイルパターン２３の線間に位置する樹脂壁２４よりも厚くなるように設計されている。特に、平面コイルパターン２３の外周に位置するとともに絶縁基板２０を介して引出配線パターン２７と重なる最外樹脂壁２４’は、平面コイルパターン２３の内周および線間に位置する樹脂壁２４よりも厚くなっている。

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、平面コイルパターン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平面コイルパターン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、平面コイルパターン２３の形成領域が画成される。樹脂壁２４は、平面コイルパターン２３を形成した後に絶縁基板２０上に設けることができ、この場合には平面コイルパターン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の厚さ方向に関する長さ）は、平面コイルパターン２３の高さと同一になるように設計されている。樹脂壁２４の高さは、平面コイルパターン２３より高くなるように設計することもできる。この場合、樹脂壁２４の高さと平面コイルパターン２３との高さが同じである場合に比べて、樹脂壁２４を介して隣り合う平面コイルパターン２３間の沿面距離の延長が図られる。それにより、隣り合う平面コイルパターン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の誘電率はたとえば１５０．０～３００．０（一例として１９５．０）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、Ｆｅ－Ｓｉ系合金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。

素体１２には、さらに一対の絶縁層４０Ａ、４０Ｂが設けられており、絶縁層４０Ａ、４０Ｂにより第１のコイル２２Ａおよび第１のコイル２２Ａのそれぞれの表面が覆われている。一対の絶縁層４０Ａ、４０Ｂのうちの第１の絶縁層４０Ａは、絶縁基板２０の上面２０ａに設けられた第１の平面コイルパターン２３Ａ、第１の引出配線パターン２７Ａおよび樹脂壁２４Ａの表面（上端面）を一体的に覆っている。一対の絶縁層４０Ａ、４０Ｂのうちの第２の絶縁層４０Ｂは、絶縁基板２０の下面２０ｂに設けられた第２の平面コイルパターン２３Ｂ、第２の引出配線パターン２７Ｂおよび樹脂壁２４Ｂの表面（下端面）を一体的に覆っている。

絶縁層４０Ａ、４０Ｂは、たとえばフォトレジスト材料等の樹脂で構成されており、絶縁性を有する。絶縁層４０Ａ、４０Ｂの比誘電率はたとえば３．０～５．０（一例として３．８）である。絶縁層４０Ａ、４０Ｂは、貫通孔２０ｃ側（すなわち、コイルＣのコイル軸側）に向かうに従って厚さが漸次薄くなっている。図４に示すように、たとえば第１の絶縁層４０Ａにおいて、平面コイルパターン２３の最外周ターン２３ａを覆う部分を第１被覆部４１、中間ターン２３ｂを覆う部分を第２被覆部４２、最内周ターン２３ｃを覆う部分を第３被覆部４３とすると、第１被覆部４１、第２被覆部４２、第３被覆部４３の順に厚さが漸次薄くなっている。また、第１の絶縁層４０Ａは、平面コイルパターン２３の外周に位置する樹脂壁２４（最外樹脂壁２４’）、平面コイルパターン２３の線間に位置する樹脂壁２４、平面コイルパターン２３の内周に位置する樹脂壁２４の順に、厚さが漸次薄くなっている。第１の絶縁層４０Ａは、最外樹脂壁２４’を覆う部分において最も厚くなっている。絶縁層４０Ａ、４０Ｂの最大厚みはたとえば２０～５０μｍ（一例として３５μｍ）であり、最小厚みはたとえば５～２０μｍ（一例として１０μｍ）である。

絶縁層４０Ａ、４０Ｂは、図５～７に示す工程を経て形成され得る。すなわち、図５に示すように、絶縁基板２０に複数のコイルＣが設けられた中間製品５０が製造され、その後の工程において中間製品５０は個片に切り分けられる。中間製品５０では、隣り合うコイルＣの引出配線パターン２７同士が繋がっている。図６は、上述した絶縁層４０Ａ、４０Ｂとなるレジストフィルム６０を中間製品５０全体に被せる工程を示しており、複数のコイルＣそれぞれがレジストフィルム６０によって覆われる。図６では、中間製品５０の一方面からレジストフィルム６０を被せる様子を示しているが、レジストフィルム６０は中間製品５０の両面にそれぞれ被せられる。図７に示すように、コイルＣがレジストフィルム６０によって覆われると、隣り合うコイルＣの最外樹脂壁２４’同士が付き合わされている領域（図７の破線で示した領域）では、レジストフィルム６０の位置および形状は保持される。一方、絶縁基板２０の貫通孔２０ｃ周辺のレジストフィルム６０は、貫通孔２０ｃに流れ込むように変形し、貫通孔２０ｃ周辺ではレジストフィルム６０の薄化が生じる。その結果、コイルＣの外周側よりも内周側のほうが薄くなった絶縁層４０Ａ、４０Ｂが得られる。

以上において説明した通り、コイル部品１０の絶縁層４０Ａ、４０Ｂでは、第１被覆部４１（第１部分）に比べて、第１被覆部４１より貫通孔２０ｃ側に位置する第２被覆部４２および第３被覆部４３（第２部分）の厚さが薄くなっている。コイル部品１０においては、絶縁層４０Ａ、４０Ｂの第１被覆部４１を第２被覆部４２および第３被覆部４３より厚くすることで、平面コイルパターン２３と外部端子電極１４Ａ、１４Ｂとの間に生じる浮遊容量の低減が実現されている。たとえば、図４に示した平面コイルパターン２３の最外周ターン２３ａと外部端子電極１４Ａとの電位差に起因して、両者の間には浮遊容量が生じ得る。ただし、両者の間に介在する第１の絶縁層４０Ａの第１被覆部４１が厚いため、浮遊容量が効果的に低減されている。また、コイル部品１０においては、絶縁層４０Ａ、４０Ｂの第２被覆部４２および第３被覆部４３が第１被覆部４１より薄いため、素体１２の外形寸法を保ちつつ磁気ボリュームの増大が図られており、それにより高いインダクタンスが実現されている。

特に、平面コイルパターン２３の最内周ターン２３ｃの近傍は、コイル部品１０のインダクタンスに大きく寄与するため、第３被覆部４３を薄くして最内周ターン２３ｃ近傍の磁気ボリュームを増大させることで、コイルＣのインダクタンスが効果的に高められている。

また、コイル部品１０においては、引出配線パターン２７の高さが平面コイルパターン２３の高さより低くなっている。それにより、引出配線パターン２７を覆う部分の絶縁層４０Ａ、４０Ｂではより一層の厚膜化が図られている。

さらに、コイル部品１０においては、図３に示すように、第２のコイル２２Ｂの第２の引出配線パターン２７Ｂの形成領域に対応する上面２０ａの領域が最外樹脂壁２４’で覆われている。同様に、第１のコイル２２Ａの第１の引出配線パターン２７Ａの形成領域に対応する下面２０ｂの領域が最外樹脂壁２４’で覆われている。最外樹脂壁２４’は、素体１２を構成する磁性体２６の誘電率より低い誘電率を有する材料で構成されているため、平面コイルパターン２３の最外周ターン２３ａと外部端子電極１４Ａ、１４Ｂとの間に生じる浮遊容量の低減が図られている。最外樹脂壁２４’は、他の樹脂壁２４とは別体で設けられてもよく、他の樹脂壁２４とは異なる材料で構成されてもよい。

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、絶縁層の厚さは、貫通孔側に向かうに従って漸次薄くなる態様以外であってもよく、たとえばステップ状に薄くなる態様であってもよい。また、一対の絶縁層の両方において貫通孔側に向かうに従って厚さを薄くする必要はなく、少なくともいずれか一方の絶縁層において貫通孔側に向かうに従って厚さを薄くすればよい。

さらに、外部端子電極は、図８に示すようなＬ字状断面を有する形状であってもよい。この場合、外部端子電極１４Ａ、１４Ｂはそれぞれ、素体１２の端面１２ａ、１２ｂと下面１２ｄとを連続的に覆っており、下面１２ｄを覆う下面被覆部１４ａを含む。下面被覆部１４ａは、第２のコイル２２Ｂの第２の平面コイルパターン２３Ｂに対して、コイル部品１０の厚さ方向（Ｚ方向）において対面する。そのため、外部端子電極１４Ａ、１４Ｂの下面被覆部１４ａと第２の平面コイルパターン２３Ｂとの電位差に起因して、両者の間には浮遊容量が生じ得る。外部端子電極１４Ａ、１４Ｂの下面被覆部１４ａと第２の平面コイルパターン２３Ｂとの間の浮遊容量は、図８に示すように、第２のコイル２２Ｂを覆う第２の絶縁層４０Ｂの厚さを、第１のコイル２２Ａを覆う第１の絶縁層４０Ａの厚さより厚くすることで低減される。

１０…コイル部品、１２…素体、１４Ａ、１４Ｂ…外部端子電極、２０…絶縁基板、２２Ａ…第１のコイル、２２Ｂ…第２のコイル、２３…平面コイルパターン、２４…樹脂壁、２６…磁性体、４０Ａ、４０Ｂ…絶縁層、Ｃ…コイル。

Claims (4)

1. 磁性体で構成され、互いに平行な一対の端面を有する素体と、
   前記一対の端面の対面方向に沿って延在し、貫通孔が設けられた絶縁基板と、
   前記素体内において前記絶縁基板の一方面の前記貫通孔周りに形成された平面コイルパターンと、前記絶縁基板の一方面に設けられて前記平面コイルパターンの線間、内周および外周に位置する樹脂壁と、前記平面コイルパターンを前記一対の端面の一方まで引き出す引出配線パターンとを含む第１のコイルと、
   前記素体内において前記絶縁基板の他方面の前記貫通孔周りに形成されるとともに前記絶縁基板に貫設されたスルーホール導体を介して前記第１のコイルの前記平面コイルパターンと導通する平面コイルパターンと、前記絶縁基板の一方面に設けられて前記平面コイルパターンの線間、内周および外周に位置する樹脂壁と、前記平面コイルパターンを前記一対の端面の他方まで引き出す引出配線パターンとを含む第２のコイルと、
   前記素体内において前記第１のコイルおよび前記第２のコイルのそれぞれの表面を覆う一対の絶縁層と、
   前記一対の端面をそれぞれ覆い、前記第１のコイルおよび前記第２のコイルの前記引出配線パターンそれぞれに接続された一対の外部端子電極と
   を備え、
   前記絶縁層が第１部分と該第１部分よりも前記貫通孔側に位置する第２部分とを有し、前記第２部分の厚さが前記第１部分の厚さより薄く、
   前記絶縁層の厚さが、前記貫通孔側に向かうに従って漸次薄くなっている、コイル部品。
2. 前記基板の表面を基準にした前記引出配線パターンの高さが前記平面コイルパターンの高さより低い、請求項１に記載のコイル部品。
3. 前記絶縁基板の他方面に形成された前記第２のコイルの前記引出配線パターンの形成領域に対応する前記絶縁基板の一方面の領域が、前記素体を構成する前記磁性体の比誘電率より低い比誘電率を有する材料で覆われている、請求項１または２に記載のコイル部品。
4. 前記素体が、前記絶縁基板に対して平行で、前記絶縁基板の他方面側に位置する実装面を有し、
   前記外部端子電極が、前記素体の前記端面と前記実装面とを連続的に覆っており、
   前記第２のコイルを覆う前記絶縁層の厚さが、前記第１のコイルを覆う前記絶縁層の厚さより厚い、請求項１～３のいずれか一項に記載のコイル部品。

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