JP2006253322A - 電子部品 - Google Patents
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Abstract
【課題】 内部応力を緩和して、クラックの発生や磁気特性の劣化を防ぐことが可能な電子部品を提供すること。
【解決手段】 積層型インダクタ1は、素体10と、素体10の内部に設けられたコイルLとを備えている。素体10は、焼結した第1の部分16と、焼結していない粉体からなる第2の部分18とを有している。コイルLは、第2の部分18の内部に位置するように形成されており、第2の部分18によって覆われている。
【選択図】 図2
【解決手段】 積層型インダクタ1は、素体10と、素体10の内部に設けられたコイルLとを備えている。素体10は、焼結した第1の部分16と、焼結していない粉体からなる第2の部分18とを有している。コイルLは、第2の部分18の内部に位置するように形成されており、第2の部分18によって覆われている。
【選択図】 図2
Description
本発明は、コイルを備える電子部品に関する。
この種の電子部品として、素体と、該素体の内部に設けられたコイルとを備えるものが知られている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1に記載された電子部品では、コイルは、外周全体を非磁性材料により被覆した導体パターンを互いに重畳するような態様で積層されることで形成されており、磁性体中に配設されている。
特許第3208842号公報
ところで、特許文献1に記載された電子部品では、磁性体グリーンシートの一部に非磁性体ペーストを所定のパターンに印刷した後、この非磁性体ペーストの上に導体パターンを印刷して、更にこの導体パターンの上に非磁性体ペーストを印刷したものを複数枚積層して圧着し、その後に焼成している。したがって、特許文献1に記載された電子部品では、磁性体及び非磁性体が焼成されており、コイルは焼成された非磁性体中に位置することとなる。
しかしながら、特許文献1に記載された積層型電子部品には、以下のような問題点が存在している。通常、磁性体と非磁性体とでは、熱収縮の際の挙動や線膨張係数が異なる。このため、磁性体及び非磁性体を同時に焼成するのでは、その焼成過程において、熱収縮の際の挙動や線膨張係数が異なることに起因する内部応力の発生が問題となる。すなわち、磁性体と非磁性体との界面に沿って内部応力が集中すると、磁性体と非磁性体との界面にクラックが生じることがある。また、内部応力が磁性体に作用することにより、電子部品の磁気特性が劣化することもある。この磁気特性の劣化は、磁性体がフェライト材料である場合、特に顕著となる。
本発明は、内部応力を緩和して、クラックの発生や磁気特性の劣化を防ぐことが可能な電子部品を提供することを目的とする。
本発明に係る電子部品は、素体と、該素体の内部に設けられたコイルとを備える電子部品であって、素体が、焼結した第1の部分と、該第1の部分内に位置すると共に焼結していない粉体からなる第2の部分と、を有しており、コイルが、第2の部分内に配されており、該第2の部分を構成する粉体により覆われていることを特徴とする。
本発明に係る電子部品では、コイルが、焼結していない粉体からなる第2の部分に配されているので、素体内に発生する内部応力が第2の部分を構成する粉体により緩和されることとなる。この結果、クラックの発生や磁気特性の劣化を防ぐことができる。
また、第1の部分が、磁性体からなり、粉体が、非磁性体であることが好ましい。このように構成すると、磁気飽和現象が生じにくくなり、直流重畳特性を更に向上させることができる。
また、第1の部分が、磁性体からなり、粉体が、磁性体であることが好ましい。このように構成すると、第1の部分と第2の部分とで同じような組成となるため、素体を焼成により形成する際に材料成分の相互拡散が生じない。その結果、素体の焼結性の劣化を抑制することができると共に、磁気特性を向上させることができる。
また、粉体の焼結温度が、第1の部分を構成する材料の焼結温度よりも高く設定されていることが好ましい。このように構成すると、焼結していない粉体からなる第2の部分が第1の部分中に位置させる構成を容易に実現することができる。
本発明によれば、内部応力を緩和して、クラックの発生や磁気特性の劣化を防ぐことが可能な電子部品を提供することができる。
本発明の好適な実施形態について図面を参照して説明する。なお、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。本実施形態は、本発明を積層型インダクタに適用した例である。
(積層型電子部品の構成)
図1及び図2を参照して、本実施形態に係る電子部品の一例である積層型インダクタ1の構成について説明する。図1は、本実施形態に係る積層型インダクタを示す斜視図である。図2は、本実施形態に係る積層型インダクタの断面構成を説明するための図である。
図1及び図2を参照して、本実施形態に係る電子部品の一例である積層型インダクタ1の構成について説明する。図1は、本実施形態に係る積層型インダクタを示す斜視図である。図2は、本実施形態に係る積層型インダクタの断面構成を説明するための図である。
積層型インダクタ1は、図1に示されるように、略直方体形状の素体(積層体)10と、素体10の長手方向の両側面10a,10bにそれぞれ形成された一対の端子電極12,14とを備える。なお、素体10の底面は、積層型インダクタ1が外部基板(図示せず)に実装されたときに、当該外部基板に対向する面である。
積層型インダクタ1は、図2に示されるように、導体C1〜C12が接続されてなるコイルLを素体10の内部に備えている。素体10は、焼結した第1の部分16と、焼結していない粉体からなる第2の部分18とを有している。素体10は、後述するように第1の部分16と、第2の部分18とがそれぞれ所定のパターンでスクリーン印刷されて順次積層される印刷積層工法によって構成されている。
第1の部分16は、磁性体からなり、焼結している。第1の部分16を構成する磁性体には、焼結温度が900℃以下であるフェライト(例えば、Ni−Cu−Zn系フェライト)を用いることができる。第1の部分16は、後述するように、上記磁性体粉末を含む磁性体グリーン層A1〜A14を印刷積層して焼成することにより形成される。
第2の部分18は、第1の部分16中に位置し、非磁性体からなり、この非磁性体が焼結していない粉体となっている。第2の部分18を構成する非磁性体には、酸化物セラミックス材料(例えば、Al2O3、SiO2、ZrO2、フォルステライト、ステアタイト、コージェライト)、窒化物セラミックス材料(例えば、AlN、Si3N4、ZrN、TiN)等の、焼結温度が900℃以上である材料を用いることができる。第2の部分18は、後述するように、上記非磁性体材料の粉末を含む非磁性体グリーン層B1〜B13を印刷積層して焼成することにより形成される。なお、第2の部分18は、積層型インダクタ1の高周波特性を向上させるため、第1の部分16よりも誘電率の低い材料であることが好ましい。
コイルLは、第2の部分18の内部に位置するように形成されており、第2の部分18によって覆われている。また、コイルLは、導体C1〜C12がそれぞれ印刷積層されて重畳し、積層方向に隣り合う導体C1〜C12の端部同士がそれぞれ電気的に接続されることにより形成される。コイルLの各端部、すなわち導体C1,C12の導体C2,C11と電気的に接続されている端部と反対側の各端部には、それぞれコイルLと電気的に接続された導出部C1a,C12aが一体的に形成されている。導出部C1aは、素体10の長手方向に位置する側面10aまで引き出され、端子電極12と電気的に接続されている。導出部C12aは、素体10の側面10aと反対側に位置する側面10bまで引き出され、端子電極14と電気的に接続されている。なお、導体C1〜C12及び導出部C1a,C12aとしては、例えばAg、Cu、Ag合金又はCu合金を用いることができるが、抵抗率を低くするために特にAgを主成分として用いると好ましい。
(積層型電子部品の製造方法)
次に、図3〜図18を参照して、上述した積層型インダクタ1の製造方法について説明する。図3〜図18は、それぞれ積層型インダクタの製造工程の一工程を示す斜視図である。
次に、図3〜図18を参照して、上述した積層型インダクタ1の製造方法について説明する。図3〜図18は、それぞれ積層型インダクタの製造工程の一工程を示す斜視図である。
まず、フェライト等の磁性体粉末と、エチルセルロース等からなるバインダと、テルピネオール、ブチルカルビトール等からなる溶剤とを混練して、磁性体グリーン層A1〜A14の原料となる磁性体ペーストを生成する。また、酸化物セラミックス材料や窒化物セラミックス材料等の非磁性体粉末と、エチルセルロース等からなるバインダと、テルピネオール、ブチルカルビトール等からなる溶剤とを混練して、非磁性体グリーン層B1〜B13の原料となる非磁性体ペーストを生成する。さらに、導体C1〜C12及び導出部C1a,C12aの原料となる導体ペーストを生成する。なお、磁性体ペースト及び非磁性体ペーストにおいて、それぞれバインダの含有量を1〜5重量%程度とし、溶剤の含有量を10〜50重量%程度とすると好ましい。また、非磁性体ペーストにおけるバインダの含有量が、磁性体ペーストにおけるバインダの含有量の1/2以下とすると好ましい。さらに、また、酸化物セラミックス材料や窒化物セラミックス材料等の非磁性体粉末は、塗料化及び印刷積層を容易にするため、BET(Brunauer-Emmett-Teller)法を用いてその比表面積を測定したときに、10m2/g以下であると好ましい。
次に、以上のように得られた磁性体ペーストをシート状に印刷して、磁性体グリーン層A1を形成する(図3参照)。そして、この磁性体グリーン層A1の表面に、略環状(略ロ字形状)に非磁性体ペーストを印刷して、非磁性体グリーン層B1を形成する(図4参照)。続いて、磁性体グリーン層A1の縁に引き出されるように導体ペーストを略矩形状に印刷して、磁性体グリーン層A1上に導出部C1aを形成し、非磁性体グリーン層B1に重なるように導体ペーストを略L字状に印刷して、非磁性体グリーン層B1上にコイルLの略1/2ターンに相当する導体C1を形成する(図5参照)。そして、表面に露出している磁性体グリーン層A1に重なるように磁性体ペーストを印刷して、磁性体グリーン層A2を形成する(図6参照)。さらに、非磁性体グリーン層B1の左半分と重なるように非磁性体ペーストを印刷して、略コ字形状に非磁性体グリーン層B2を形成する(図7参照)。
続いて、導体C1の導出部C1aが形成されている一端と反対側の他端に導体C2の一端が重なるように導体ペーストを略L字状に印刷して、非磁性体グリーン層B1,B2上にコイルLの略1/2ターンに相当する導体C2を形成する(図8参照)。そして、表面に露出している磁性体グリーン層A2に重なるように磁性体ペーストを印刷して、磁性体グリーン層A3を形成する(図9参照)。さらに、表面に露出している非磁性体グリーン層B1と重なるように非磁性体ペーストを印刷して、略コ字形状に非磁性体グリーン層B3を形成する(図10参照)。
続いて、表面に露出している導体C2の他端に導体C3の一端が重なるように、非磁性体グリーン層B2,B3上に導体ペーストを略L字状に印刷して、コイルLの略1/2ターンに相当する導体C3を形成する(図11参照)。そして、表面に露出している磁性体グリーン層A3に重なるように磁性体ペーストを印刷して、磁性体グリーン層A4を形成する(図12参照)。さらに、表面に露出している非磁性体グリーン層B2と重なるように、略コ字状に非磁性体グリーン層B4を印刷する(図13参照)。
続いて、上記した図8〜図13の工程を4回繰り返すと、積層方向に互いに隣り合う導体C1〜C11がそれぞれ電気的に接続されることとなる(図14参照)。そして、磁性体グリーン層A12の縁に引き出されるように導体ペーストを略矩形状に印刷して、磁性体グリーン層A12上に導出部C12aを形成し、表面に露出している導体C11と重なるように導体ペーストを略L字状に印刷して、非磁性体グリーン層B11,B12上にコイルLの略1/4ターンに相当する導体C12を形成する(図15参照)。これにより、5.5ターンのコイルLが形成されることとなる。さらに、表面に露出している磁性体グリーン層A12に重なるように磁性体ペーストを印刷して、磁性体グリーン層A13を形成する(図16参照)。続いて、表面に露出している非磁性体グリーン層B11,B12と重なるように非磁性体ペーストを印刷して、略環状(略ロ字形状)に非磁性体B13を形成する(図17参照)。そして、表面全体を覆うように磁性体グリーン層A14を印刷し、脱バインダ工程の後に、所定温度(例えば、850℃〜890℃程度)にて焼成すると、素体10が形成されることとなる(図18参照)。このとき、焼結温度が900℃以下である磁性体グリーン層A1〜A14によって形成される磁性体16は焼結する一方、焼結温度が900℃以上である非磁性体グリーン層B1〜B13によって形成される非磁性体18は焼結せずに粉体となる。なお、素体10は、1608タイプや2012タイプ等、種々の大きさのタイプで形成することができる。
次に、この素体10に、端子電極12,14を形成する。これにより、積層型インダクタ1が形成されることとなる。端子電極12,14は、素体10の長手方向の両端面にそれぞれAg、Pt、Pd、Au、Cu若しくはNi、又はこれらを1種類以上含有する合金(例えば、Ag−Pd合金)等の導電性を有する材料を主成分とする電極ペーストを転写した後に、所定温度(例えば、700℃程度)で焼付けを行い、さらに電気めっきを施すことにより形成される。この電気めっきは、Cu、NiあるいはSn等を用いることができる。
以上のように、本実施形態では、磁性体である第1の部分16が焼結しており、非磁性体である第2の部分18が焼結していない粉体となっている。また、第2の部分18が第1の部分16の内部に位置している。そのため、磁性体と非磁性体とで熱収縮の際の挙動や線膨張係数が異なっていても、磁性体グリーン層A1〜A14、非磁性体グリーン層B1〜B13及び導体C1〜C12をそれぞれ印刷積層して焼成する際に、第2の部分18の粉体によって内部応力が緩和されることとなる。その結果、第1の部分16と第2の部分18との界面に内部応力が集中することを抑制することができ、クラックの発生を防ぐことができることとなる。また、内部応力が磁性体に作用することによる磁気特性の劣化を防ぐことができ、磁気特性の変化による電子部品のインダクタンス値の変化を防ぐことができることとなる。さらに、積層型インダクタ1をはんだ付けする際に加えられる熱により積層型インダクタ1に歪が生じるが、第2の部分18の粉体によって歪が吸収されるため、積層型インダクタ1をはんだ付けする際のインダクタンス値の変化(はんだドリフト)を改善することができる。
また、本実施形態では、コイルLが非磁性体からなる第2の部分18で覆われているため、磁気抵抗が大きくなる。そのため、磁気飽和現象が生じにくくなり、積層型インダクタ1の直流重畳特性を向上させることができる。
また、本実施形態では、第2の部分を構成する非磁性体の焼結温度が、第1の部分を構成する磁性体の焼結温度よりも高いものとなっている。そのため、磁性体グリーン層A1〜A14、非磁性体グリーン層B1〜B13及び導体C1〜C12を印刷積層して、磁性体グリーン層A1〜A14の焼結温度で焼成することで、磁性体グリーン層A1〜A14は焼結して磁性体16となり、非磁性体グリーン層B1〜B13は焼結せずに粉体となる。その結果、焼結していない粉体からなる第2の部分18が焼結している第1の部分16の内部に位置する構成を容易に実現することができる。
ここで、図9を参照して、積層型インダクタ1の直流重畳特性について説明する。図9において、特性aが本実施形態に係る積層型インダクタ1の直流重畳特性であり、特性bが従来の積層型インダクタの直流重畳特性である。従来の積層型インダクタは、非磁性体が粉体ではなく、焼結されて固体となっている点で本実施形態に係る積層型インダクタ1と異なる。なお、図9では、横軸が直流電流を示し、縦軸がインダクタンス値を示している。
図9に示されるように、本実施形態に係る積層型インダクタ1では、従来の積層型インダクタに比べて、大きな電流を流したときにインダクタンス値の低下率が低いものとなっており、直流重畳特性が向上している。これは、焼結していない粉体からなる第2の部分18が焼結している第1の部分16の内部に位置して構成されており、粉体により焼結の際に発生する内部応力が緩和されて、積層型インダクタ1の磁気特性が変化しにくいものとなっているためである。
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記した実施形態に限定されるものではない。例えば、本実施形態では、コイルLが非磁性体の粉体からなる第2の部分18で覆われたものとなっているが、コイルが磁性体の粉体からなる第2の部分18で覆われたものとなっていてもよい。このように構成すると、第1の部分16が磁性体によって形成されているため、第1の部分16と第2の部分18とで同じような組成となる。その結果、素体10を焼成により形成する際に材料成分の相互拡散が生じることがなく、素体10の焼結性を向上させることができると共に、積層型インダクタ1の磁気特性を向上させることができる。なお、磁性体の粉体からなる第2の部分18を構成するため、例えばスピネルフェライト、六方晶フェライト、ガーネットフェライトといった融点の高い材料を用いると好ましい。
また、本実施形態では、印刷積層工法によって積層型インダクタ1を作成したが、コイルLの周囲が粉体からなる第2の部分18で覆われた構成とすることができれば、シート積層工法等その他の公知の方法によって作成してもよい。
また、本実施形態では、本発明を積層型インダクタ1に適用したが、これに限られず、コイルLを含む積層型電子部品(例えば、積層型バリスタ、積層型トランス、積層型LC複合部品)に対して適用することができる。
1…積層型インダクタ、10…素体、12,14…端子電極、16…磁性体、18…非磁性体、A1〜A14…磁性体グリーン層、B1〜B13…非磁性体グリーン層、C1〜C12…導体、C1a,C12a…導出部、L…コイル。
Claims (4)
- 素体と、該素体の内部に設けられたコイルとを備える電子部品であって、
前記素体が、焼結した第1の部分と、該第1の部分内に位置すると共に焼結していない粉体からなる第2の部分と、を有しており、
前記コイルが、前記第2の部分内に配されており、該第2の部分を構成する前記粉体により覆われていることを特徴とする電子部品。 - 前記第1の部分が、磁性体からなり、
前記粉体が、非磁性体であることを特徴とする請求項1に記載された電子部品。 - 前記第1の部分が、磁性体からなり、
前記粉体が、磁性体であることを特徴とする請求項1に記載された電子部品。 - 前記粉体の焼結温度が、前記第1の部分を構成する材料の焼結温度よりも高く設定されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載された電子部品。
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