JPWO2005024863A1 - 積層コイル部品及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

コイルの軸心方向に沿って隣接しあうバイアホール同士の離間間隔が狭くなることを防止しながら各バイアホールの内容積をより大きくすることが可能とする。 積層コイル部品１のバイアホール３は、各セラミック層１６に形成され、かつ、導体が充填された貫通孔５が積層方向Ｘに連なってなり、該貫通孔５の各々は、セラミック層１６の一方側開口５ａの開口面におけるコイル４の軸心方向Ｙに沿う径と、その他方側開口５ｂの開口面におけるコイル４の軸心方向Ｙに沿う径との差が、セラミック層１６の一方側開口５ａの開口面におけるコイル４の軸心方向Ｙに直交する方向Ｚの径と、その他方側開口５ｂの開口面におけるコイル４の軸心方向ｙに直交する方向Ｚ径との差よりも小さくなる立体形状を有している。

Description

本発明は積層コイル部品及びその製造方法に係り、特には、積層コイル部品におけるバイアホールの形状と、その形成方法とに関する。

積層コイル部品の例としては特許文献１で開示されたチップインダクタが周知であり、図９に外観構造を示し、図１０にはその分解構造を示している。図９、図１０に示すように、縦積層横巻型といわれる従来のチップインダクタ１１は、積層体１２の積層方向Ｘと直交する方向Ｙに沿って周回するコイル１３が積層体１２の内部に設けられた構造を有している。このコイル１３は、積層体１２における上部側及び下部側の所定位置ごとに配置される積層面に沿って形成された導体パターン（帯状導体）１４のそれぞれの端部同士が、多数個のバイアホール１５で接続されることにより構成されている。バイアホール１５は、積層方向Ｘに沿って多数個が形成されている。

すなわち、これらのバイアホール１５は、図１０で示すように、セラミックグリーンシート１６それぞれの所定位置ごとに対するレーザ光照射等によって貫通孔１７を形成し、これら貫通孔１７の内部に導電ペースト等の導体を充填して形成したものである。そして、貫通孔１７のそれぞれは、図１１及び図１２で拡大して示すように、略円形の平面形状を有し、かつ、その内面全体が積層方向Ｘに沿って同等の傾斜角（テーパ角）となる立体形状を有している。なお、セラミックグリーンシート１６は積層体１２のセラミック層となるものである。

なお、ここでの図１２は、平面状態を示す図１１中のＡ−Ａ線に沿った断面状態を示している。つまり、これら貫通孔１７の各々は、下面側開口１７ａよりも上面側開口１７ｂの直径の方が大きな立体形状とされている。また、このとき、積層体１２の上部側における端部位置に形成された導体パターン１４の各々は積層体１２の端面にまで引き出されており、この積層体１２の端面を覆って形成された外部電極１８と各別に接続されている。

一方、積層体１２の作製時には、バイアホール１５のみが形成されたセラミックグリーンシート１６の多数枚を積層方向Ｘの中央位置に配置する。そして、導体パターン１４及びバイアホール１５が形成されたセラミックグリーンシート１６の複数枚をその上部側及び下部側に配置する。さらに、導体パターン１４及びバイアホール１５のいずれも形成されていないセラミックグリーンシート１６の複数枚をその上部側及び下部側に配置することが行われる。そして、積層方向Ｘに沿って圧着し、かつ、焼成することにより積層体１２を得た後、この積層体１２の端面上に外部電極１８を形成すると、図９で示したチップインダクタ１１が完成する。
特開２００２−２５２１１７号公報

ところで、チップインダクタ１１においては、多数個のバイアホール１５が形成されているため、チップインダクタ１１全体における直流抵抗値（Ｒｄｃ）に占めるバイアホール１５の形成部分でのＲｄｃの比率が大きくなる。その影響が素子全体のＲｄｃにまで及ぶことが避けられない。そこで、このような不都合が生じるのを防止するため、バイアホール１５の平面形状を大きくし、その結果としてバイアホール１５の内容積をより大きくすることが考えられている。

しかしながら、ただ単純にバイアホール１５の平面形状を大きくしたのでは、これらバイアホール１５の平面形状が略円形であることに起因してコイル１３の軸心方向Ｙに沿って隣接しあうバイアホール１５同士の離間間隔が狭くなってしまう。また、バイアホール１５の平面形状を大きくしながらも、バイアホール１５同士間の離間間隔を適切に確保しようとする場合には、コイル１３のターン（周回）数が減ることとなり、その結果として大きなインピーダンスを確保することができなくなる。

本発明はこれらの不都合に鑑みて創案されたものであり、コイルの軸心方向に沿って隣接しあうバイアホール同士の離間間隔が狭くなることを防止しながら、各バイアホールの内容積をより大きくすることが可能な構成とされた積層コイル部品と、その製造方法とを提供することを目的としている。

請求項１記載の発明に係る積層コイル部品は、積層体の積層方向に沿って形成されたバイアホールと、前記積層体の積層面に沿って形成され、かつ、所定の端部同士が前記バイアホールで接続される帯状導体とにより、前記積層方向と直交する方向に沿って周回するコイルが前記積層体の内部に構成されているものである。そして、ここでのバイアホールは、積層体となる各セラミック層に形成され、かつ、導体が充填された貫通孔が前記積層方向に連なってなるものであり、該貫通孔の各々は、前記セラミック層の一方側開口の開口面における前記コイルの軸心方向に沿う径と、その他方側開口の開口面における前記コイルの軸心方向に沿う径との差が、前記セラミック層の一方側開口の開口面における前記コイルの軸心方向に直交する径と、その他方側開口の開口面における前記コイルの軸心方向に直交する径との差よりも小さくなる立体形状を有している。

例えば、これらの貫通孔は、前記コイルの軸心方向と合致する側の内面部分の方が、前記コイルの軸心方向と前記積層方向との双方に対して直交する側の内面部分よりも、前記積層方向に沿って急峻な傾斜角（テーパ角）となる立体形状を有している。言い換えると、各貫通孔における前記コイルの軸心方向と前記積層方向との双方に対して直交する側の内面部分は、前記コイルの軸心方向と合致する側の内面部分よりも、前記積層方向に沿って緩やかな傾斜角となる立体形状を有している。

請求項２記載の発明に係る積層コイル部品は請求項１に記載したものであり、前記貫通孔は略楕円形の平面形状を有し、かつ、その短軸方向が前記コイルの軸心方向に沿った方向と合致している。

請求項３記載の発明に係る積層コイル部品の製造方法は請求項１または請求項２に記載した積層コイル部品を製造する方法であり、前記バイアホールは、レーザ光照射によって貫通孔を形成した後、該貫通孔に対して導体を充填する手順で形成されることを特徴としている。

請求項１に記載の発明に係る積層コイル部品では、セラミック層の一方側の開口面におけるコイルの軸心方向に沿う径と、その他方側の開口面におけるコイルの軸心方向に沿う径との差が、セラミック層の一方側の開口面におけるコイルの軸心方向に直交する径と、その他方側の開口面におけるコイルの軸心方向に直交する径との差よりも小さくなる立体形状を、バイアホールとなる貫通孔の各々が有している。すなわち、この積層コイル部品においては、内面部分の傾斜角が方向ごとに対応して相違する立体形状のバイアホールを形成しているので、内面全体が同一の傾斜角とされた立体形状を有するバイアホールに比し、その内面積が全体として増加することになる。その内容積が増大する結果として、バイアホールの形成部分におけるＲｄｃが低下する。

従って、コイルの軸心方向に沿って隣接しあうバイアホール同士の離間間隔が狭くなったり、コイルのターン数が減少したりすることを有効に防止できる。その結果、バイアホール同士の離間間隔を適切に確保してコイルのターン数を維持することが可能となり、積層コイル部品の全体におけるＲｄｃに占めるバイアホールの形成部分でのＲｄｃの比率が低下する。このような理由により、大きなインピーダンスを確保することができるという効果が得られる。

請求項２に記載の発明に係る積層コイル部品では、バイアホールとなる貫通孔の各々が略楕円形の平面形状を有し、かつ、その短軸方向がコイルの軸心方向に沿った方向と合致する構成が採用されている。そして、このような貫通孔であれば、その立体形状が請求項１で説明したのと同じであることになり、このような立体形状のバイアホールを容易に形成することができる。

請求項３に記載の発明に係る積層コイル部品の製造方法であれば、レーザ光のエネルギー分布を調整することによって貫通孔の内面部分の傾斜角を容易に制御し得る。従って、請求項１または請求項２で説明した立体形状または平面形状とされたバイアホールを容易に形成できるという効果が得られる。

コイルの軸心方向に沿って隣接するバイアホール同士の間隔が狭くなることを防止しながら、各バイアホールの内容積をより大きくするという目的を、バイアホールとなる貫通孔の立体形状の構成で可能とした。

図１は本実施例に係るチップインダクタの外観構造を示す斜視図、図２はその分解構造を示す斜視図であり、図３は本実施例に係るチップインダクタのバイアホールとなる貫通孔を拡大して示す斜視図である。また、図４はバイアホールとなる貫通孔を拡大して示す平面図、図５は貫通孔を拡大して示す断面図であり、図５（ａ）は図４中のＡ−Ａ線に沿った断面状態、図５（ｂ）は図４中のＢ−Ｂ線に沿った断面状態をそれぞれ示している。

さらに、図６は貫通孔とレーザ光のエネルギー分布との関係を模式化して示す説明図、図７は第１の変形例に係るチップインダクタの分解構造を示す斜視図であり、図８は第２の変形例に係るチップインダクタの分解構造を示す斜視図である。なお、図１〜図８において、従来例を示す図９〜図１２と互いに同一となる部分には、同一符号を付している。

本実施例に係るチップインダクタ１は、図１で外観構造を示し、かつ、図２で分解構造を示すように、積層体２の積層方向Ｘに沿って形成されたバイアホール３と、所定の端部同士がバイアホール３で接続される導体パターン（帯状導体）１４とを有している。そして、チップインダクタ１は、バイアホール３と、積層体２の積層面に沿って形成されて、かつ、接続された導体パターンにより、積層方向Ｘと直交する方向Ｙに沿って周回するコイル４が積層体２の内部に構成されている。

すなわち、このチップインダクタ１のコイル４は、積層体２における上部側及び下部側の所定位置ごとに配置される積層面に沿って形成された導体パターン（帯状導体）１４のそれぞれが、積層方向Ｘと合致する方向に沿って形成された多数個のバイアホール３を介して電気的に接続されることにより構成されている。そして、このとき、積層体２の上部側における積層面の端部位置に形成された導体パターン１４の各々は積層体２の端面にまで引き出されており、この積層体２の端面を覆って形成された外部電極１８と各別に接続されている。なお、図２において、導体パターン１４は３層に形成されているが、１層であってもよい。

一方、この際におけるバイアホール３のそれぞれは、図２で示すように、積層体２のセラミック層となるセラミックグリーンシート１６それぞれの所定位置ごとに対するレーザ光照射により貫通孔５を形成し、かつ、この貫通孔５の内部に導電ペースト等の導体を充填することによって形成したものである。また、このとき、これら貫通孔５のそれぞれは、図３及び図４で示すように、略楕円形の平面形状を有しており、かつ、その長軸方向はコイル４の軸心方向Ｙと積層体２の積層方向Ｘとの双方に対して直交する方向Ｚと合致している。

なお、図３及び図４では、セラミックグリーンシート１６の上面に開口した各貫通孔５の上面側開口５ａのみが略楕円形の平面形状を有している。セラミックグリーンシート１６の下面に開口した各貫通孔５の下面側開口５ｂは円形の平面形状を有するとしている。しかしながら、このような構成に限定されず、各貫通孔５の下面側開口５ｂが略楕円形の平面形状とされていてもよく、バイアホール３の形成部分におけるＲｄｃを低減するには下面側開口５ｂも略楕円形である方がよい。

この際、貫通孔５の各々は、図３〜図５で示すように、セラミックグリーンシート１６の一方側開口、つまり、上面側開口５ａの開口面におけるコイル４の軸心方向Ｙに沿う方向の径と、その他方側の開口面、つまり、下面側開口５ｂの開口面におけるコイル４の軸心方向Ｙに沿う方向の径とに差を設けている。その差が、上面側開口５ａの開口面におけるコイル４の軸心方向Ｙと積層方向Ｘとの双方に対して直交する方向Ｚの径と、下面側開口５ｂの開口面におけるコイル４の軸心方向Ｙと積層方向Ｘとの双方に対して直交する方向Ｚの径との差よりも小さくなる立体形状を有している。

すなわち、各貫通孔５は、コイル４の軸心方向Ｙと合致する側の内面部分５ｃの方が、コイル４の軸心方向Ｙと積層体２の積層方向Ｘとの双方に対して直交する方向Ｚと合致する側の内面部分５ｄよりも、積層体２の積層方向Ｘに沿って急峻な傾斜角（テーパ角）となる立体形状を有している。言い換えると、各貫通孔５におけるコイル４の軸心方向Ｙと積層方向Ｘとの双方に対して直交する側の内面部分５ｄは、コイル４の軸心方向Ｙと合致する側の内面部分５ｃよりも、積層方向Ｘに沿って緩やかな傾斜角となる立体形状を有している。

このような立体形状を有する貫通孔５の場合には、従来例で示した立体形状を有する貫通孔１７に比し、その内面積が全体として増加することになり、その内容積が増大している。そこで、これら貫通孔５の内部に導体を充填してなるバイアホール３が設けられたチップインダクタ１である場合には、従来例で示したチップインダクタ１１の場合に比し、バイアホール３の形成部分におけるＲｄｃが小さくて済むことになる。その結果、チップインダクタ１全体のＲｄｃに占めるバイアホール３の形成部分でのＲｄｃの比率が低下する。

つぎに、本実施例に係るチップインダクタ１の製造方法を説明する。まず最初に、磁性体材料であるＮｉＣｕＺｎ系フェライトに水系バインダ（酢酸ビニルや水溶性アクリル等）あるいは有機系バインダ（ポリビニルブチラール等）を加える。それとともに、分散剤や消泡剤等を添加したうえ、ドクターブレード法やリバースロールコータを用いた方法でキャリアフィルム上にセラミックグリーンシート１６を成形する。

引き続き、セラミックグリーンシート１６の所定位置ごとに対するレーザ光の照射によって貫通孔５を形成する。この際においては、図６で示すように、レーザ光のエネルギー分布を調整することにより平面形状が略楕円形の貫通孔５、例えば、上面側開口５ａが略楕円形であり、かつ、下面側開口５ｂが略円形である貫通孔５を形成する。すなわち、このとき、レーザ光のエネルギーが図６中に付記する閾値Ｓを超える場合にはセラミックグリーンシート１６を貫通する孔が形成されることになり、閾値Ｓを超える付近でエネルギーが急激に変化していれば貫通孔５内面の傾斜角は小さくなる。また、閾値Ｓを超える付近でエネルギーが緩やかに変化していれば貫通孔５内面の傾斜角は大きくなる。

ところで、チップインダクタ１が３２１６サイズであってコイル４のターン数が２５．５であり、しかも、上面側開口５ａ及び下面側開口５ｂがともに略楕円形の平面形状である貫通孔５を形成するとした場合は次のようになる。図示省略しているが、貫通孔５における上面側開口５ａの長軸方向、つまり、コイル４の軸心方向Ｙと積層体２の積層方向Ｘとの双方に対して直交する方向Ｚと合致する長軸方向の寸法は１５０μｍとされる。そして、その短軸方向、つまり、コイル４の軸心方向Ｙと合致する短軸方向の寸法は９０μｍとされる。また、貫通孔５における下面側開口５ｂの長軸方向の寸法は１１０μｍ、その短軸方向の寸法は８０μｍとされる。

このような構成であれば、導体が充填されてバイアホール３となる貫通孔５における短軸方向の寸法が小さくて済む。そのため、コイル４の軸心方向Ｙに沿って隣接しあうバイアホール３同士の離間間隔が狭くなり過ぎることは起こらず、積層体２の外形が大きくなり過ぎることも起こらない。また、３２１６サイズのチップインダクタ１でターン数２５．５を確保する場合には、貫通孔５における上面側開口５ａの短軸方向の寸法は９０μｍが上限である。すなわち、貫通孔５の短軸方向寸法がより大きくなっていると、焼成後のＡｇ拡散やクラック等による短絡（ショート）が発生しやすくなる。

つぎに、Ａｇを主成分とする導体ペーストを用意し、導体ペーストのスクリーン印刷によりセラミックグリーンシート１６に形成された貫通孔５のそれぞれに導体を充填してバイアホール３を形成する。それとともに、セラミックグリーンシート１６の表面上における所定位置に対し、コイル４の一部分となる導体パターン１４を形成する。その後、図２で示すように、バイアホール３のみが形成された所定枚数のセラミックグリーンシート１６を積層方向Ｘの中央に配置する。これらの上下位置それぞれに対し、バイアホール３及び導体パターン１４が形成された所定枚数のセラミックグリーンシート１６を配置する。

さらに、バイアホール３及び導体パターン１４が形成されていない所定枚数のセラミックグリーンシート１６を上下位置それぞれに重ねて配置したうえ、積層方向Ｘに沿って圧着した後、所定の寸法で裁断し、脱脂及び焼成すると、積層体２が得られる。その後、積層体２の両端面にペーストを焼き付け、Ｎｉメッキ及びＳｎメッキを施すことによって外部電極１８を形成すると、図１で示したようなチップインダクタ１が完成する。

本実施例にあっては、積層体２の内部に１つのコイル４を設けてなるチップインダクタ１が積層コイル部品であるとしているが、本発明の適用対象となる積層コイル部品が上記したようなチップインダクタ１のみに限られないことは勿論である。すなわち、図７で分解構造を示すようなチップインダクタ、つまり、積層体２の内部に２つのコイル４が並列状として設けられており、分離巻きといわれるチップインダクタが積層コイル部品であってもよく、このような構成のチップインダクタは、トランスやコモンチョークコイルとして利用される。

さらに、図８で分解構造を示すようなチップインダクタ、つまり、積層方向Ｘに沿って交互となるように２つのコイル４ａ，４ｂが積層体２の内部に設けられたチップインダクタ、いわゆる交互巻きのチップインダクタに対して本発明を適用してもよい。すなわち、このチップインダクタは、導体パターン１４ａとバイアホール３ａ（図８中、一点鎖線で示す）とにより第１のコイル４ａが構成され、かつ、導体パターン１４ｂとバイアホール３ｂ（図８中、二点鎖線で示す）とによって第２のコイル４ｂが構成されたものである。このような交互巻きのチップインダクタであれば、分離巻きのチップインダクタよりも２つのコイル４ａ，４ｂ間の結合係数が高くなる。

そして、このような交互巻きのチップインダクタである場合には、その積層体２の長手方向に沿って数多くのバイアホール３が並んでいるため、本発明の適用によるＲｄｃの低減効果が顕著に現れる。

本発明の積層コイル部品は、チップインダクタ、積層型複合ＬＣ部品等のような積層コイル部品に対して適用することが可能である。

［図１］実施例に係るチップインダクタの外観構造を示す斜視図である。
［図２］実施例に係るチップインダクタの分解構造を示す斜視図である。
［図３］実施例に係るチップインダクタのバイアホールとなる貫通孔を拡大して示す斜視図である。
［図４］実施例に係るチップインダクタのバイアホールとなる貫通孔を拡大して示す平面図である。
［図５］実施例に係るチップインダクタのバイアホールとなる貫通孔を拡大して示す断面図であり、図５（ａ）は図４中のＡ−Ａ線に沿った断面状態、図５（ｂ）は図４中のＢ−Ｂ線に沿った断面状態をそれぞれ示している。
［図６］実施例に係る貫通孔とレーザ光のエネルギー分布との関係を模式化して示す説明図である。
［図７］第１の変形例に係るチップインダクタの分解構造を示す斜視図である。
［図８］第２の変形例に係るチップインダクタの分解構造を示す斜視図である。
［図９］従来例に係るチップインダクタの外観構造を示す斜視図である。
［図１０］従来例に係るチップインダクタの分解構造を示す斜視図である。
［図１１］従来例に係るチップインダクタのバイアホールとなる貫通孔を拡大して示す平面図である。
［図１２］従来例に係るチップインダクタのバイアホールとなる貫通孔を拡大して示す断面図であり、図１１中のＡ−Ａ線に沿った断面状態を示している。

符号の説明

１ チップインダクタ（積層コイル部品）
２ 積層体
３ バイアホール
４ コイル
５ 貫通孔
５ａ 上面側開口
５ｂ 下面側開口
５ｃ 内面部分（コイルの軸心方向と合致する側の内面部分）
５ｄ 内面部分（コイルの軸心方向と積層体の積層方向との双方に対して直交する側の内面部分）
１４ 導体パターン（帯状導体）
１６ セラミックグリーンシート（セラミック層）
Ｘ 積層方向
Ｙ コイルの軸心方向
Ｚ コイルの軸心方向と積層体の積層方向との双方に対して直交する方向

Claims (3)

1. 積層体の積層方向に沿って形成されたバイアホールと、前記積層体の積層面に沿って形成され、かつ、所定の端部同士が前記バイアホールで接続される帯状導体とにより、前記積層方向と直交する方向に沿って周回するコイルが前記積層体の内部に構成されている積層コイル部品であって、
   前記バイアホールは、前記積層体となる各セラミック層に形成され、かつ、導体が充填された貫通孔が前記積層方向に連なってなり、
   該貫通孔の各々は、前記セラミック層の一方側開口の開口面における前記コイルの軸心方向に沿う径と、その他方側開口の開口面における前記コイルの軸心方向に沿う径との差が、前記セラミック層の一方側開口の開口面における前記コイルの軸心方向に直交する径と、その他方側開口の開口面における前記コイルの軸心方向に直交する径との差よりも小さくなる立体形状を有していることを特徴とする積層コイル部品。
2. 前記貫通孔の各々は略楕円形の平面形状を有し、かつ、その短軸方向が前記コイルの軸心方向に沿った方向と合致していることを特徴とする請求項１に記載の積層コイル部品。
3. 請求項１または請求項２に記載した積層コイル部品の製造方法であって、
   前記バイアホールは、レーザ光照射によって貫通孔を形成した後、該貫通孔に対して導体を充填する手順で形成されることを特徴とする積層コイル部品の製造方法。

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