JPWO2007040029A1

JPWO2007040029A1 - 積層コイル

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Publication number: JPWO2007040029A1
Application number: JP2007538681A
Authority: JP
Inventors: 慶一都築
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2005-10-03
Filing date: 2006-09-14
Publication date: 2009-04-16
Anticipated expiration: 2026-09-14
Also published as: JP4596008B2; WO2007040029A1; CN101133467A; CN101133467B; KR100881676B1; KR20070096012A

Abstract

層間剥離やクラックなどの構造欠陥のない開磁路型の積層コイルを提供する。非磁性体層（１３）の両主面に、複数の磁性体層（１１）が形成された積層体（１０）と、前記積層体（１０）に形成された所定の厚みを有するコイル導体（１５，１６）が螺旋状に接続されてなるコイル（Ｌ）と、を備え、前記積層体（１０）に形成されたコイル導体（１５，１６）のうち、非磁性体層（１３）の主面に位置するコイル導体（１６）の厚みが薄く、かつ、前記非磁性体層（１３）の主面に位置するコイル導体（１６）の厚みは、磁性体層（１１）の厚みおよび非磁性体層（１３）の厚みの０．６倍以下であり、かつ、前記非磁性体層（１３）の主面に位置していないコイル導体（１５）の厚みの０．１倍より厚いことを特徴とする。

Description

本発明は、積層コイル、特に、優れた直流重畳特性を備える開磁路型の積層コイルに関する。

直流電流によって磁性体内で磁気飽和が生じ、急激にインダクタンス値が低下してしまうことを防ぐことを目的として、特許文献１に記載されている開磁路型の積層コイルがある。図５に示すように、開磁路型の積層コイルは、非磁性体層５３の両主面に、複数の磁性体層５１が形成された積層体５０と、積層体５０に形成されたコイル導体５５が螺旋状に接続されてなるコイルＬと、積層体５０の両端面に形成された外部電極５７，５７と、から形成されている。開磁路型の積層コイルでは、磁束が非磁性体層５３から積層コイルの外部へ漏れるので、磁性体内で磁気飽和が生じにくくなる。その結果、磁気飽和によるインダクタンスの低下が小さくなり、直流重畳特性が向上する。
特公平１−３５４８３号

しかしながら、開磁路型の積層コイルでは、構造欠陥が生じるという問題があった。すなわち、磁性体層５１と非磁性体層５３とは、材料組成の違いにより線膨張係数が異なるので、磁性体層５１と非磁性体層５３の接合部分には応力が蓄積されている。そして、その接合部分に厚みの厚いコイル導体５５がさらに形成されると、コイル導体５５による段差やコイル導体５５の膨張係数により、層間剥離やクラックなどの構造欠陥が生じてしまうのである。また、かかる問題は、高いインダクタンス値を得るために非磁性体層を薄く形成するとさらに顕著となった。

そこで本発明の目的は、層間剥離やクラックなどの構造欠陥のない開磁路型の積層コイルを提供することにある。

上記問題点を解決するために、本発明に係る積層コイルは、非磁性体層の両主面に、複数の磁性体層が形成された積層体と、前記積層体に形成された所定の厚みを有するコイル導体が螺旋状に接続されてなるコイルと、を備え、前記積層体に形成されたコイル導体のうち、非磁性体層の主面に位置するコイル導体の厚みが薄く、かつ、前記非磁性体層の主面に位置するコイル導体の厚みが、磁性体層の厚みおよび非磁性体層の厚みの０．６倍以下であり、かつ、前記非磁性体層の主面に位置していないコイル導体の厚みの０．１倍より厚いことを特徴とする。

積層体に形成されたコイル導体のうち、非磁性体層の主面に形成されたコイル導体の厚みを薄くし、すべてのコイル導体の厚みを薄くしないので、直流抵抗を小さくすることができる。また、非磁性体層の主面に位置するコイル導体の厚みを磁性体層の厚みおよび非磁性体層の厚みの０．６倍以下とすることで、磁性体層および非磁性体層がコイル導体の厚みを十分に吸収してコイル導体による段差を小さくすることができるとともに、コイル導体の膨張係数が接合面に与える影響を小さくすることができる。この結果、磁性体層と非磁性体層との接合面における層間剥離やクラックなどの構造欠陥を防止することができる。また、非磁性体層の主面に位置するコイル導体の厚みを、非磁性体層の主面に位置していないコイル導体の厚みの０．１倍より厚くすることで、導体が急激に狭くなって発熱や断線が生じることを防ぐことができる。

また、本発明に係る積層コイルは、前記非磁性体層の厚みが前記磁性体層の厚みより薄いことが好ましい。

非磁性体層の厚みを磁性体層の厚みより薄くすることにより、磁気抵抗が小さくなり、高いインダクタンス値を得ることができる。

このように本発明の積層コイルでは、非磁性体層の主面に位置するコイル導体の厚みを薄くすることで、構造欠陥のない開磁路型の積層コイルを得ることができる。

本発明の第１の実施例に係る積層コイルの概略断面図である。本発明の第１の実施例に係る積層コイルの分解斜視図である。本発明の第２の実施例に係る積層コイルの概略断面図である。本発明の第２の実施例に係る積層コイルの分解斜視図である。従来の積層コイルの概略断面図である。

以下では本発明に係る積層コイルの実施例を、図面を参照しながら説明する。

図１は本発明の第１の実施例における積層コイルの概略断面図である。積層コイルは、複数の磁性体層１１と非磁性体層１３からなる積層体１０と、積層体１０に形成されたコイル導体１５,１６を螺旋状に接続してなるコイルＬと、外部電極１７，１７と、から形成されている。そして、磁性体層１１は非磁性体層１３の両主面に形成されている。

図１に示すように、非磁性体層１３の両主面に位置するコイル導体１６は、非磁性体層１３の両主面に位置していない所定の厚みを有するコイル導体１５よりも厚みが薄い。具体的には、磁性体層１１の厚みおよび非磁性体層１３の厚みの０．６倍以下であり、かつ、非磁性体層１３の両主面に位置していないコイル導体１５の厚みの０．１倍より厚い。

非磁性体層１３の両主面に位置するコイル導体１６の厚みが薄く、全てのコイル導体１５，１６の厚みが薄くないことから、直流抵抗を小さくすることができる。また、非磁性体層１３の両主面に位置するコイル導体１６の厚みが磁性体層１１の厚みおよび非磁性体層１３の厚みの０．６倍以下であるから、磁性体層１１および非磁性体層１３がコイル導体１６の厚みを十分に吸収してコイル導体１６による段差を小さくするとともに、コイル導体１６の膨張係数が接合面に与える影響を小さくすることができる。この結果、磁性体層１１と非磁性体層１３との接合性の悪化を抑制し、接合面における層間剥離やクラックなどの構造欠陥を防止することができる。また、非磁性体層１３の両主面に位置するコイル導体１６が、非磁性体層１３の両主面に位置していないコイル導体１５の厚みの０．１倍より厚いことから、導体が急激に狭くなって発熱や断線が生じることを防ぐことができる。

次に、積層コイルの製造方法について、図２に示す積層コイルの分解斜視図を用いて説明する。

積層コイルの製造においては、はじめに磁性体材料を用いたグリーンシート（磁性体グリーンシート）１および非磁性体材料を用いたグリーンシート（非磁性体グリーンシート）３を作製する。なお、積層コイル形成後には、磁性体グリーンシート１が磁性体層、非磁性体グリーンシート３が非磁性体層となる。

本実施例では、磁性体材料としてＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系の材料を使用する。まず、酸化第二鉄（Ｆｅ₂Ｏ₃）４８ｍｏｌ％、酸化亜鉛（ＺｎＯ）２０ｍｏｌ％、酸化銅（ＣｕＯ）９ｍｏｌ％、酸化ニッケル（ＮｉＯ）２３ｍｏｌ％の比率の材料を原料とし、ボールミルを用いて湿式調合を行う。得られた混合物を乾燥して粉砕し、その粉末を７５０℃で１時間仮焼する。この粉末にバインダー樹脂と可塑剤、湿潤剤、分散剤を加えてボールミルで混合を行ない、その後脱泡を行ってスラリーを得る。そしてこのスラリーを剥離性のフィルム上に塗布し、乾燥させることにより、所望の膜圧の磁性体グリーンシート１を作製する。

また、非磁性体材料としてはＣｕ―Ｚｎ系の材料を使用する。酸化第二鉄（Ｆｅ₂Ｏ₃）４８ｍｏｌ％、酸化亜鉛（ＺｎＯ）４３ｍｏｌ％、酸化銅（ＣｕＯ）９ｍｏｌ％の比率の材料を原料とし、上記磁性体グリーンシート１と同様の方法によって非磁性体グリーンシート３を作製する。

次に、以上のようにして得られた各グリーンシート１，３を所定の寸法に裁断し、各グリーンシート１，３の積層後に螺旋状のコイルＬが形成されるように、所定の位置にレーザなどの方法で貫通孔８を形成する。そして、磁性体グリーンシート１ｂ〜１ｆおよび非磁性体グリーンシート３上にＡｇまたはＡｇ合金を主成分とする導電ペーストをスクリーン印刷などの方法で塗布することによりコイル導体１５，１６を形成する。なお、コイル導体１５，１６の形成と同時に貫通孔８の内部に導電ペーストを充填することにより、容易に接続用ビアホールを形成することができる。

ここで、非磁性体グリーンシート３の両主面に厚みの薄いコイル導体１６が位置するように、磁性体グリーンシート１ｄと非磁性体グリーンシート３上に厚みの薄いコイル導体１６を形成する。厚みの薄いコイル導体１６を非磁性体グリーンシート３の両主面に位置させることで、磁性体層と非磁性体層との接合性の悪化を抑制し、構造欠陥のない積層コイルを得ることができる。

そして、図２に示すように非磁性体グリーンシート３の両主面に、コイル導体１５，１６を形成した磁性体グリーンシート１ｂ〜１ｆを積層し、上下にコイル導体を形成していない外層用の磁性体グリーンシート１ａ，１ｇを配置することにより、積層体１０を形成する。このとき、非磁性体グリーンシート３が螺旋状のコイルＬのコイル軸方向の中央に位置するように積層することで、積層コイルの外部へ漏れる磁束を多くでき、直流重畳特性を向上させることができる。

その後、積層体１０を４５℃、１．０ｔ／ｃｍ²の圧力で圧着し、ダイサーやギロチンカットにより裁断することで積層コイルの未焼成体を得る。そして、この未焼成体の脱バインダーおよび本焼成を行う。脱バインダーは低酸素雰囲気中において５００℃で２時間加熱し、本焼成は大気雰囲気中において８９０℃で１５０分焼成する。最後に、引き出し電極が露出する端面に浸漬法などにより主成分が銀である電極ペーストを塗布し、１００℃で１０分間乾燥した後、７８０℃にて１５０分間焼付け処理する。これにより、本発明の積層コイルを得ることができる。

表１は、非磁性体層１３の両主面に位置するコイル導体１６の厚みを種々変えて積層コイルを作製し、評価した結果を示す表である。表１においては、非磁性体層１３の両主面に位置していないコイル導体１５を「コイル導体１」、非磁性体層１３の両主面に位置しているコイル導体１６を「コイル導体２」とする。なお、表１において、試料番号に＊印を付したものは本願発明の範囲外の比較例である。また、試料番号１は図５に示した積層体５０に形成されたコイル導体５５が全て同じ厚みを有する従来の積層コイルである。

表１の積層コイルにおいて、磁性体層１１および非磁性体層１３の厚みは５０μｍ、非磁性体層１３の両主面に位置していないコイル導体１５（コイル導体１）は直流抵抗を小さくするために４０μｍと厚く形成した。また、螺旋状コイルの巻回数は５．５ターンであり、積層コイルのサイズは３．２ｍｍ×２．５ｍｍ×２．５ｍｍである。

試料番号１の従来例の積層コイルでは、非磁性体層５３の両主面に位置するコイル導体５５も、非磁性体層５３の両主面に位置していないコイル導体５５と同様に４０μｍと厚く形成しているため、構造欠陥が生じてしまう。なお、試料番号１の積層コイルでは、非磁性体層５３の両主面に位置するコイル導体５５の厚みは、磁性体層５１の厚みおよび非磁性体層５３の厚みの０．８倍となっている。

試料番号２〜５に示すように、非磁性体層１３の両主面に位置するコイル導体１６の厚みを、磁性体層１１の厚みおよび非磁性体層１３の厚みの０．６倍以下と薄くすると、構造欠陥を防止できることがわかる。非磁性体層１３の両主面に位置するコイル導体１６の厚みを磁性体層１１の厚みおよび非磁性体層１３の厚みの０．６倍以下と薄くすることで、磁性体層１１および非磁性体層１３がコイル導体１６の厚みを十分に吸収してコイル導体１６による段差を小さくするとともに、コイル導体１６の膨張係数が接合面に与える影響を小さくすることができる。この結果、磁性体層１１と非磁性体層１３の接合面に発生する層間剥離およびクラックなどの構造欠陥を防止することができる。

非磁性体層１３の両主面に位置するコイル導体１６の厚みを薄くするほど構造欠陥を防止する効果は大きくなるが、試料番号５に示すように、非磁性体層１３の両主面に位置するコイル導体１６の厚みが非磁性体層１３の両主面に位置しないコイル導体１５の厚みの０．１倍以下になると、導体が急激に狭くなって断線や発熱が生じてしまう。よって、非磁性体層１３の両主面に位置するコイル導体１６の厚みは、非磁性体層１３の両主面に位置しないコイル導体１５の厚みの０．１倍より厚くなければならない。

以上のように、試料番号２〜４の本発明によれば、直流抵抗が小さく、構造欠陥のない積層コイルを得ることができる。

図３に本発明の第２の実施例における積層コイルの概略断面図を示す。なお、図３において図１と共通あるいは対応する部分は適宜説明を省略する。

図３に示すように、積層コイルは、非磁性体層３３の両主面に、複数の磁性体層３１が形成された積層体３０と、積層体３０に形成されたコイル導体３５，３６を螺旋状に接続してなるコイルＬと、外部電極３７，３７とから形成されている。そして、非磁性体層３３の両主面に位置するコイル導体３６は、他の非磁性体層３３の両主面に位置していない所定の厚みを有するコイル導体３５よりも厚みが薄くなっている。具体的には、非磁性体層３３の両主面に位置するコイル導体３６の厚みは、非磁性体層３３の厚みの０．６倍以下であり、非磁性体層３３の両主面に位置していないコイル導体３５の厚みの０．１倍より厚くなっている。

非磁性体層３３の両主面に位置するコイル導体３６の厚みが薄く、全てのコイル導体３５，３６の厚みが薄くないことから、直流抵抗を小さくすることができる。また、非磁性体層３３の両主面に位置するコイル導体３６の厚みが非磁性体層３３の厚みの０．６倍以下であるから、非磁性体層３３がコイル導体３６の厚みを十分に吸収してコイル導体３６による段差を小さくするとともに、コイル導体３６の膨張係数が接合面に与える影響を小さくすることができる。この結果、磁性体層３１と非磁性体層３３との接合性の悪化を抑制し、接合面における層間剥離やクラックなどの構造欠陥を防止することができる。また、非磁性体層３３の両主面に位置するコイル導体３６が、非磁性体層３３の両主面に位置していないコイル導体３５の厚みの０．１倍より厚いことから、導体が急激に狭くなって発熱や断線が生じることを防ぐことができる。

さらに、第２の実施例の積層コイルは、非磁性体層３３が磁性体層３１よりも薄く形成されている。非磁性体層３３を磁性体層３１よりも薄く形成することで、磁気抵抗が減少し、インダクタンスの減少を小さくすることができる。

なお、図４に示すように、本実施例の積層コイルも第１の実施例と同様に、磁性体グリーンシート２１および非磁性体グリーンシート２３を積層、圧着し、各チップに裁断した後、外部電極３７，３７を形成する方法により作製している。

表２は、非磁性体層３３の厚みを種々変えて、積層コイルを作製し、評価した結果を示す表である。表２においても、非磁性体層３３の両主面に位置していないコイル導体３５を「コイル導体１」、非磁性体層３３の両主面に位置しているコイル導体３６を「コイル導体２」とする。また、試料番号に＊印を付したものは本願発明の範囲外の比較例である。

表２の積層コイルにおいて、非磁性体層３３の両主面に位置していないコイル導体３５および非磁性体層３３の両主面に位置するコイル導体３６の厚みはそれぞれ４０μｍ、２０μｍに固定し、磁性体層３１の厚みは５０μｍとした。

表２より、非磁性体層３３の厚みが薄いと、インダクタンスが大きくなることがわかる。非磁性体層３３の厚みが薄いことで、磁気抵抗が小さくなるためである。

しかし、非磁性体層３３の両主面に位置するコイル導体３６の厚みに対して非磁性体層３３が薄くなりすぎると、非磁性体層３３がコイル導体３６の厚みを十分に吸収することができない。試料番号１０，１１に示すように、非磁性体層３３の両主面に位置するコイル導体３６の厚みが非磁性体層３３の厚みの０．６倍より厚くなると、構造欠陥が生じてしまう。よって、非磁性体層３３の厚みは、非磁性体層３３の両主面に位置するコイル導体３６の厚みが非磁性体層３３の厚みの０．６倍以下となる程度に薄くすることが必要である。

なお、本発明の積層コイルは前記実施例に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。例えば、上記の実施例においては、非磁性体層の両主面に位置するコイル導体の厚みを薄くしたが、非磁性体層の一方の主面にのみコイル導体が形成されている場合は、一方の主面に位置するコイル導体の厚みを薄くすればよい。また、積層コイルに設ける非磁性体層は１層に限られず、２層以上連続して積層してもよいし、積層体内に複数の非磁性体層を設けてもよい。

また、本発明の積層コイルにおいては、非磁性体層の主面に位置するコイル導体の厚みが、非磁性体層の主面に位置しない主部分のコイル導体の厚みより薄ければよく、非磁性体層の主面に位置しない一部のコイル導体の厚みが薄くてもよい。

以上のように、本発明は、積層コイルに有用であり、特に、層間剥離やクラックなどの構造欠陥のない点で優れている。

Claims

非磁性体層の両主面に、複数の磁性体層が形成された積層体と、
前記積層体に形成された所定の厚みを有するコイル導体が螺旋状に接続されてなるコイルと、を備え、
前記積層体に形成されたコイル導体のうち、非磁性体層の主面に位置するコイル導体の厚みが薄く、かつ、
前記非磁性体層の主面に位置するコイル導体の厚みが、磁性体層の厚みおよび非磁性体層の厚みの０．６倍以下であり、かつ、前記非磁性体層の主面に位置していないコイル導体の厚みの０．１倍より厚いことを特徴とする積層コイル。
前記非磁性体層の厚みが前記磁性体層の厚みより薄いことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の積層コイル。