JP7485460B2 - コイル電子部品 - Google Patents
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Description
本発明は、コイル電子部品に関するものである。
デジタルテレビ、モバイルフォン、ノートブックコンピュータなどの電子機器の小型化及び薄型化に伴い、これらの電子機器に適用されるコイル電子部品にも小型化及び薄型化が要求されており、このような要求に応えるために、様々な形態の巻線タイプ又は薄膜タイプのコイル電子部品の研究開発が活発に行われている。
コイル電子部品の小型化及び薄型化にあたっては、このように小型化及び薄型化を図りながらも、従来と同等の特性を実現することが重要である。このような要求を満たすためには、磁性物質が充填されるコアにおいて磁性物質の比率を増加させなければならないが、インダクタ本体の強度、絶縁性による周波数特性の変化などの理由でその比率を増加させることに限界がある。
コイル電子部品を製造する一例として、磁性粒子や樹脂などが混合されたシートをコイルに積層して加圧することにより本体を実現する方法が用いられているが、その磁性粒子としてはフェライトや金属などを用いることができる。金属磁性粒子を用いる場合は、コイル電子部品の透磁率特性などの面で粒子の含量を増加させることが有利であるが、本体の絶縁性が低下して降伏電圧（ｂｒｅａｋｄｏｗｎ ｖｏｌｔａｇｅ）特性が低下することがある。
本発明の様々な目的の１つは、本体の絶縁性の向上により降伏電圧特性を改善させたコイル電子部品を提供することにあり、このようなコイル電子部品は、本体の絶縁性の向上により磁気特性の向上と小型化に有利である。
上記課題を解決する方法として、本発明は、一例により、コイル電子部品の新規な構造を提案し、具体的には、コイル部が内設された本体と、上記コイル部に接続された外部電極とを含み、上記本体は、絶縁体に磁性粒子が分散した形態を有する複数の磁性部と、上記複数の磁性部間に配置された１つ以上の絶縁部とを含む形態である。
一実施形態において、上記絶縁部は、上記磁性部の一面にコーティングされた形態であってもよい。
一実施形態において、上記絶縁部は、原子層蒸着層であってもよい。
一実施形態において、上記絶縁部は、アルミナからなるものであってもよい。
一実施形態において、上記絶縁部の厚さは、１００ｎｍ以下であってもよい。
一実施形態において、上記コイル部は、中央に磁性コアを備えるようにしてもよい。
一実施形態において、上記絶縁部は、上記磁性コアの方向に凹んだ形状であってもよい。
一実施形態において、上記絶縁部は、上記コイル部に備えられたコイルパターンに接触している形態であってもよい。
一実施形態において、上記コイル部は、上記コイル部に備えられたコイルパターンの表面に形成されたコーティング層を含み、上記絶縁部は、上記コーティング層に接触している形態であってもよい。
一実施形態において、上記絶縁体は、絶縁性樹脂であってもよい。
一実施形態において、上記磁性粒子は、Ｆｅ系合金からなるものであってもよい。
本発明の一例によるコイル電子部品においては、本体の絶縁性の向上により降伏電圧特性を改善することができるとともに、薄厚の絶縁部を採用するため小型化に適している。
以下では、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。しかし、本発明の実施形態は様々な他の形態に変形されることができ、本発明の範囲は以下で説明する実施形態に限定されない。また、本発明の実施形態は、当該技術分野で平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。したがって、図面における要素の形状及び大きさなどはより明確な説明のために拡大縮小表示（又は強調表示や簡略化表示）がされることがあり、図面において同一の符号で示される要素は同一の要素である。
電子機器
図１は電子機器に適用されるコイル電子部品の例を概略的に示す図である。
図１は電子機器に適用されるコイル電子部品の例を概略的に示す図である。
図１を参照すると、電子機器には各種電子部品が用いられることが分かり、例えば、アプリケーションプロセッサを中心として、ＤＣ／ＤＣ、Ｃｏｍｍ．プロセッサ、ＷＬＡＮ ＢＴ／ＷｉＦｉ ＦＭ ＧＰＳ ＮＦＣ、ＰＭＩＣ、バッテリ、ＳＭＢＣ、ＬＣＤ ＡＭＯＬＥＤ、オーディオコーデック、ＵＳＢ ２．０／３．０ ＨＤＭＩ（登録商標）、ＣＡＭなどが用いられる。ここで、これらの電子部品間には、ノイズ除去などを目的として各種コイル電子部品がその用途に応じて適切に適用されるが、例えば、パワーインダクタ（Ｐｏｗｅｒ Ｉｎｄｕｃｔｏｒ）１、高周波インダクタ（ＨＦ Ｉｎｄｕｃｔｏｒ）２、通常のビーズ（Ｇｅｎｅｒａｌ Ｂｅａｄ）３、高周波用ビーズ（ＧＨｚ Ｂｅａｄ）４、コモンモードフィルタ（Ｃｏｍｍｏｎ Ｍｏｄｅ Ｆｉｌｔｅｒ）５などが挙げられる。
具体的には、パワーインダクタ（Ｐｏｗｅｒ Ｉｎｄｕｃｔｏｒ）１は、電気を磁場の形で貯蔵することで出力電圧を維持して電源を安定させるなどの用途で用いられる。また、高周波インダクタ（ＨＦ Ｉｎｄｕｃｔｏｒ）２は、インピーダンスをマッチングして必要な周波数を確保したり、ノイズ及び交流成分を遮断するなどの用途で用いられる。さらに、通常のビーズ（Ｇｅｎｅｒａｌ Ｂｅａｄ）３は、電源ライン及び信号ラインのノイズを除去したり、高周波リップルを除去するなどの用途で用いられる。さらに、高周波用ビーズ（ＧＨｚ Ｂｅａｄ）４は、オーディオに関連する信号ライン及び電源ラインの高周波ノイズを除去するなどの用途で用いられる。さらに、コモンモードフィルタ（Ｃｏｍｍｏｎ Ｍｏｄｅ Ｆｉｌｔｅｒ）５は、ディファレンシャルモードでは電流を通過させ、コモンモードノイズのみを除去するなどの用途で用いられる。
電子機器は、スマートフォン（Ｓｍａｒｔ Ｐｈｏｎｅ）が代表的であるが、これに限定されるものではなく、例えば、個人情報端末（ｐｅｒｓｏｎａｌ ｄｉｇｉｔａｌ ａｓｓｉｓｔａｎｔ）、デジタルビデオカメラ（ｄｉｇｉｔａｌ ｖｉｄｅｏ ｃａｍｅｒａ）、デジタルスチルカメラ（ｄｉｇｉｔａｌ ｓｔｉｌｌ ｃａｍｅｒａ）、ネットワークシステム（ｎｅｔｗｏｒｋ ｓｙｓｔｅｍ）、コンピュータ（ｃｏｍｐｕｔｅｒ）、モニタ（ｍｏｎｉｔｏｒ）、テレビ（ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ）、ビデオゲーム（ｖｉｄｅｏ ｇａｍｅ）、スマートウォッチ（ｓｍａｒｔ ｗａｔｃｈ）などでもあり得る。これらの他にも、通常の技術者によく知られている他の様々な電子機器などであってもよいことは言うまでもない。
コイル電子部品
以下、本発明のコイル電子部品について説明するにあたって、便宜上、インダクタ（Ｉｎｄｕｃｔｏｒ）の構造を例に挙げて説明するが、前述したように、他の様々な用途のコイル電子部品にも本実施形態で提案するコイル電子部品を適用できることは言うまでもない。
以下、本発明のコイル電子部品について説明するにあたって、便宜上、インダクタ（Ｉｎｄｕｃｔｏｒ）の構造を例に挙げて説明するが、前述したように、他の様々な用途のコイル電子部品にも本実施形態で提案するコイル電子部品を適用できることは言うまでもない。
図２は本発明の一実施形態によるコイル電子部品の外形を概略的に示す斜視図である。図３は図２のＩ－Ｉ'線断面図である。また、図４は図３のＡ領域を拡大して示す図である。
本発明の一実施形態によるコイル電子部品１００は、本体１０１、コイル部１０３、及び外部電極１２０、１３０を含み、図３に示す形態のように、本体１０１は、複数の磁性部１０４と、磁性部１０４間に配置された絶縁部１０５とを含む。コイル部１０３は、本体１０１内に埋設され、この場合、本体１０１内にはコイル部１０３を支持する支持部材１０２が配置されてもよい。
コイル部１０３は、コイル電子部品１００のコイルから発現する特性により電子機器内で様々な機能を果たす。例えば、コイル電子部品１００は、パワーインダクタであってもよく、この場合、コイル部１０３は、電気を磁場の形で貯蔵することで出力電圧を維持して電源を安定させる役割などを果たす。この場合、コイル部１０３を形成するコイルパターンは、支持部材１０２の両面上にそれぞれ積層された形態であってもよく、支持部材１０２を貫通する導電性ビアを介して電気的に接続されるようにしてもよい。コイル部１０３は、螺旋（ｓｐｉｒａｌ）状に形成されてもよいが、その螺旋状の最外側には、外部電極１２０、１３０との電気的な接続のために、本体１０１の外部に露出する引出部Ｔを含むようにしてもよい。また、コイル部１０３は、中央に磁性コアを有するコア領域Ｃを備えてもよい。このようなコア領域Ｃは、本体１０１の一部を構成する。
一方、コイル部１０３を形成するコイルパターンは、当該技術分野で用いられるめっき工程、例えば、パターンめっき、異方めっき、等方めっきなどの工程で形成してもよく、これらの工程のうち複数の工程を用いて多層構造に形成してもよい。
コイル部１０３を支持する支持部材１０２は、ポリプロピレングリコール（ＰＰＧ）基板、フェライト基板、金属系軟磁性基板などで形成されてもよい。
外部電極１２０、１３０は、本体１０１の外部に形成されて引出部Ｔに接続されるように形成されてもよい。外部電極１２０、１３０は、電気伝導性に優れた金属を含むペーストを用いて形成してもよく、上記ペーストは、例えば、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、スズ（Ｓｎ）、銀（Ａｇ）などを単独で含むか又はそれらの合金などを含む導電性ペーストであってもよい。また、外部電極１２０、１３０上にめっき層（図示せず）をさらに形成してもよい。この場合、上記めっき層は、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、及びスズ（Ｓｎ）からなる群から選択されるいずれか１つ以上を含んでもよく、例えば、ニッケル（Ｎｉ）層とスズ（Ｓｎ）層が順次形成されるようにしてもよい。
本実施形態においては、本体１０１を多層構造にし、磁性粒子１１２を有する複数の磁性部１０４間に絶縁部１０５を配置して本体１０１の絶縁性を向上させる。図４を参照すると、複数の磁性部１０４は、絶縁体１１１に磁性粒子１１２が分散した形態である。絶縁体１１１としては、エポキシ樹脂などの絶縁性樹脂を用いてもよい。磁性粒子１１２は、磁性を帯びる導電性物質、例えば、金属で形成されてもよく、このような物質としてはＦｅ系合金が挙げられる。具体的には、磁性粒子１１２は、Ｆｅ－Ｓｉ－Ｂ－Ｎｂ－Ｃｒ組成のナノ結晶粒系合金、Ｆｅ－Ｎｉ系合金などで形成されてもよい。そして、磁性粒子１１２は、互いにサイズが異なる粒子を含んでもよく、例えば、約１０～５０ｕｍの粒度分布を有する第１粒子と、約０．５～３ｕｍの粒度分布を有する第２粒子と、を含むことができる。このように磁性粒子１１２をＦｅ系合金で形成する場合、透磁率などの磁気特性に優れるのに対し、ＥＳＤ（Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）に脆弱であるため、磁性粒子１１２の適切な絶縁構造が必要である。すなわち、本体１０１の絶縁性が低下すると、降伏電圧特性が低下して磁性粒子１１２間又は磁性粒子１１２とコイル部１０３間に通電経路が形成され、インダクタの容量の低下などの特性低下が起こることがある。
本実施形態においては、複数の磁性部１０４間にさらなる絶縁機能を果たす絶縁部１０５を配置し、絶縁部１０５は、磁性部１０４の一面にコーティングされた形態であってもよい。絶縁部１０５は、原子層蒸着層（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＡＬＤ）であってもよい。これにより、絶縁性を向上させながらも本体１０１の厚さの増加を最小限に抑えることができる。原子層の蒸着は、反応物の周期的な供給及び排出過程における表面化学反応により、対象物の表面に原子層レベルで非常に均一にコーティングする工程である。これにより得られた絶縁部１０５は厚さが薄いながらも絶縁性に優れる。従って、磁性部１０４内に多量の磁性粒子１１２が充填された場合も、本体１０１の絶縁性が確保される。絶縁部１０５は、セラミックからなるものであってもよく、例えば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、シリカ（ＳｉＯ２）などからなるようにしてもよい。また、絶縁部１０５は、相対的に薄く形成されるため本体１０１の小型化に有利であり、その厚さｔは１００ｎｍ以下であってもよい。
図３に示す形態のように、絶縁部１０５は、コイル部１０３に備えられたコイルパターンに接触するようにしてもよい。これにより、コイル部１０３と磁性粒子１１２間の絶縁性を向上させることができる。絶縁部１０５とコイル部１０３の接触構造は、製造方法について後述するように、磁性部１０４の一面に絶縁部１０５がコーティングされた状態でコイル部１０３上に積層する方式などにより得られる。
一方、図５の変形例のように、絶縁性をさらに改善するために、コイル部１０３を形成するコイルパターンの表面にコーティング層１０６を形成してもよく、コーティング層１０６は、酸化膜などからなるようにしてもよい。この場合、絶縁部１０５は、コイル部１０３に直接接触するのではなく、コーティング層１０６に接触するようにしてもよい。
図６は他の変形例によるコイル電子部品を示し、前述した実施形態とは本体１０１の形態において異なる。本変形例の場合、絶縁部１０５は、磁性コアの方向に凹んだ形状にしてもよい。磁性部１０４の一面に絶縁部１０５がコーティングされた状態でコイル部１０３上に積層する工程を用いた場合、コイル部１０３が存在しないコア領域Ｃでは絶縁部１０５が自然に中央方向に曲がり得る。
図７は本発明の一実施形態によるコイル電子部品の製造方法を示す図である。図７に示す形態のように、前述した構造を有するコイル電子部品においては、本体を積層工程で形成してもよい。まず、支持部材１０２上にめっきなどの方法を用いてコイル部１０３を形成する。その後、本体を製造するための単位積層体を形成する。ここで、かかる積層体には磁性部１０４と絶縁部１０５とが含まれる。磁性部１０４は、金属などの磁性粒子と、熱硬化性樹脂、バインダ及び溶剤などの有機物を混合してスラリーを製造し、ドクターブレード法を用いて上記スラリーをキャリアフィルム（ｃａｒｒｉｅｒ ｆｉｌｍ）上に数十μｍの厚さで塗布して乾燥することにより、シート（ｓｈｅｅｔ）状にしてもよい。こうすることにより、磁性部１０４は、磁性粒子がエポキシ樹脂又はポリイミド（ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）などの熱硬化性樹脂に分散した形態で製造される。また、絶縁部１０５は、磁性部１０４の表面にアルミナなどの物質を蒸着する原子層蒸着工程で形成してもよい。
このような方式で単位積層体１０４、１０５を複数形成し、それを図７に示す形態のように積層して圧着及び硬化することにより、本体を実現する。この場合、コイル部１０３に隣接する位置にはさらなる絶縁層を配置して共に積層してもよく、このような絶縁層は絶縁部１０５を別に含まなくてもよい。
本発明は、前述した実施形態及び添付の図面に限定されるものではなく、特許請求の範囲に限定されるものである。よって、当該技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された本発明の技術的思想から外れない範囲内で様々な形態の置換、変形及び変更が可能であり、これらも本発明の範囲に含まれる。
１ パワーインダクタ
２ 高周波インダクタ
３ 通常のビーズ
４ 高周波用ビーズ
５ コモンモードフィルタ
１００ コイル電子部品
１０１ 本体
１０２ 支持部材
１０３ コイル部
１０４ 磁性部
１０５ 絶縁部
１０６ コーティング層
１１１ 絶縁体
１１２ 磁性粒子
１２０、１３０ 外部電極
Ｃ コア領域
２ 高周波インダクタ
３ 通常のビーズ
４ 高周波用ビーズ
５ コモンモードフィルタ
１００ コイル電子部品
１０１ 本体
１０２ 支持部材
１０３ コイル部
１０４ 磁性部
１０５ 絶縁部
１０６ コーティング層
１１１ 絶縁体
１１２ 磁性粒子
１２０、１３０ 外部電極
Ｃ コア領域
Claims (10)
- コイル部が内設された本体と、
前記コイル部に接続された外部電極とを含み、
前記本体は、
絶縁体に磁性粒子が分散した形態を有する複数の磁性部と、
前記複数の磁性部間に配置され、セラミックからなる１つ以上の絶縁部とを含み、
前記１つ以上の絶縁部のうち少なくとも一部は、前記コイル部に備えられたコイルパターンに接触している形態である、
コイル電子部品。 - 前記絶縁部は、前記複数の磁性部のそれぞれの一面にコーティングされた形態である、請求項１に記載のコイル電子部品。
- 前記絶縁部は、原子層蒸着層である、請求項２に記載のコイル電子部品。
- 前記絶縁部は、アルミナからなる、請求項１から３のいずれか一項に記載のコイル電子部品。
- 前記絶縁部の厚さは、１００ｎｍ以下である、請求項１から４のいずれか一項に記載のコイル電子部品。
- 前記コイル部は、中央に磁性コアを備える、請求項１から５のいずれか一項に記載のコイル電子部品。
- 前記絶縁部は、前記磁性コアの方向に凹んだ形状である、請求項６に記載のコイル電子部品。
- 前記コイル部は、前記コイル部に備えられたコイルパターンの表面に形成されたコーティング層を含み、前記絶縁部は、前記コーティング層に接触している形態である、請求項１から７のいずれか一項に記載のコイル電子部品。
- 前記絶縁体は、絶縁性樹脂である、請求項１から８のいずれか一項に記載のコイル電子部品。
- 前記磁性粒子は、Ｆｅ系合金からなる、請求項１から９のいずれか一項に記載のコイル電子部品。
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