JP2006319223A

JP2006319223A - 積層コイル

Info

Publication number: JP2006319223A
Application number: JP2005141970A
Authority: JP
Inventors: Hidekazu Maeda; 英一前田; Koichi Yamaguchi; 公一山口; Morihiro Hamano; 守裕濱野
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2005-05-13
Filing date: 2005-05-13
Publication date: 2006-11-24

Abstract

【課題】コイルから発生する磁界の指向性及び磁束の利用効率の向上を図ることのできる積層コイルを提供する。
【解決手段】セラミック層からなる積層体１１に、複数のコイル導体１６を螺旋状に接続してなるコイル１５を内蔵し、積層体１１の両端部に外部電極を形成した積層コイル。コイル導体１６が形成されている積層体領域は非磁性体層１２からなり、コイル導体１６が形成されている領域の内側領域は第１磁性体層１３からなり、非磁性体層１２及び第１磁性体層１３の下側には第２磁性体層１４が積層されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、積層コイル、特に、セラミック積層体にコイルを内蔵した積層コイルに関する。

従来から、この種の積層コイルとしては種々のものが提供されており、例えば、特許文献１には、図１０に示すように、複数の非磁性体シート２上に形成した複数のコイル導体６を電気的に接続して螺旋状のコイル５を構成し、該コイル５の内側（巻芯部）に磁性体シート３を設けた積層コイル１が開示されている。なお、符号７，７は外部電極を示し、それぞれコイル５の端部に電気的に接続されている。

この積層コイル１においては、コイル５の巻芯部に磁性体層が形成されているため、図１１に模式的に示すように、磁界がコイル軸上に指向することになるが、磁界は積層コイルの上下方向に分散する。そのため、この積層コイルをチップコイルアンテナとして、上方に発生する磁束のみを利用する場合、下方に発生する磁束は漏れ磁束となってしまい、磁束の利用効率が低下するという問題点を有していた。
特公平２−６４４５号公報

そこで、本発明の目的は、コイルから発生する磁界の指向性及び磁束の利用効率の向上を図ることのできる積層コイルを提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明に係る積層コイルは、複数のセラミック層からなる積層体に、複数のコイル導体を螺旋状に接続してなるコイルを内蔵し、積層体の両端部に該コイルのコイル軸と直交する方向に対向する外部電極を形成した積層コイルにおいて、コイル導体が形成されている積層体領域は非磁性体層からなり、コイル導体が形成されている積層体領域の内側領域は第１磁性体層からなり、非磁性体層及び第１磁性体層に対して積層方向に隣接した第２磁性体層を備えていることを特徴とする。

本発明に係る積層コイルにおいては、コイルの内側（巻芯部）には第１磁性体層が存在するため、磁界がコイル軸上に指向することとなり、かつ、第２磁性体層によって磁束の漏れが防止され、磁束は第２磁性体層とは反対側により多く集中することになる。

本発明に係る積層コイルにおいて、コイルは複数のコイル導体をスパイラル状に接続してなることが好ましい。磁界密度を高めて磁束をより多く発生させることができる。また、第２磁性体層の複素比透磁率の虚数部が第１磁性体層の複素比透磁率の虚数部よりも小さいことが好ましく、損失を小さくすることができる。

さらに、第２磁性体層にもコイルが形成されていてもよい。コイルから生じる磁界密度をより高くすることができる。また、第２磁性体層に対して第１磁性体層とは反対側に隣接した容量部を備えていてもよい。ＬＣ共振器を構成でき、かつ、容量部に磁界の影響が及ぶことを抑えることができる。

本発明によれば、コイルの内側（巻芯部）に第１磁性体層を設けたため、コイルから発生する磁界がコイル軸上に指向することとなり、かつ、第２磁性体層によって磁束の漏れが防止され、磁束は第２磁性体層とは反対側により多く集中し、漏れ磁束を少なくして磁束を有効に利用することができる。

以下、本発明に係る積層コイルの実施例を添付図面を参照して説明する。

（実施例１，２，３、図１及び図２参照）
本発明に係る積層コイルの実施例１を図１（Ａ）に示し、実施例２を図１（Ｂ）に示し、実施例３を図１（Ｃ）に示す。

図１（Ａ）に示す実施例１（積層コイル１０Ａ）は、スパイラル状のコイル導体１６の両端部を図示しないビアホール導体にて螺旋状に接続してなるコイル１５を内蔵した非磁性体層１２と、該コイル１５の内側（巻芯部）に設けた第１磁性体層１３と、非磁性体層１２及び第１磁性体層１３の下部に積層した第２磁性体層１４とで積層体１１を構成したものである。

積層体１１の両端部にはコイル１５のコイル軸Ｐと直交する方向に対向する外部電極２５，２５が形成され、この外部電極２５，２５はそれぞれコイル１５の端部と電気的に接続されている。

図１（Ｂ）に示す実施例２（積層コイル１０Ｂ）は、スパイラル状のコイル導体１６の両端部を図示しないビアホール導体にて螺旋状に接続してなるコイル１５を内蔵した非磁性体層１２と、該コイル１５の内側（巻芯部）に設けた第１磁性体層１３と、非磁性体層１２及び第１磁性体層１３の下部に積層した第２磁性体層１４とで積層体１１を構成したものである。

さらに、第２磁性体層１４にもコイル１７が形成されている。コイル１７は、前記コイル１５と同様に、コイル導体１８の両端部を図示しないビアホール導体にてコイル１５と同軸上で螺旋状に接続してなるもので、コイル１５とは直列に接続されている。また、積層体１１の両端部にはコイル１５，１７のコイル軸Ｐと直交する方向に対向する外部電極２５，２５が形成され、この外部電極２５，２５はそれぞれコイル１５，１７の端部と電気的に接続されている。

図１（Ｃ）に示す実施例３（積層コイル１０Ｃ）は、スパイラル状のコイル導体１６の両端部を図示しないビアホール導体にて螺旋状に接続してなるコイル１５を内蔵した非磁性体層１２と、該コイル１５の内側（巻芯部）に設けた第１磁性体層１３と、非磁性体層１２及び第１磁性体層１３の下部に積層した第２磁性体層１４と、第２磁性体層１４の下側に積層した容量部２０とで積層体１１を構成したものである。

容量部２０は、コンデンサ電極２２，２２を形成した非磁性体（誘電体）シート２１を積層したものである。また、積層体１１の両端部にはコイル１５のコイル軸Ｐと直交する方向に対向する外部電極２５，２５が形成され、この外部電極２５，２５はそれぞれコイル１５の端部及びコンデンサ電極２２，２２の端部と電気的に接続されている。

図２に前記積層コイル１０（１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ）の外観を示し、第１磁性体層１３は平面視で矩形形状（図２（Ａ）参照）であってもよく、あるいは、円形状（図２（Ｂ）参照）であってもよい。また、楕円など他の形状であってもよい。

（実施例１の製造方法、図３及び図４参照）
ここで、実施例１である積層コイル１０Ａの製造方法について説明する。図３（Ａ）に示すように、まず、フェライト製非磁性体シート１２ａの中央部分にフェライト製磁性体シート１３ａを埋め込んだ複数枚のシートを用意する。このシート上にコイル導体１６を導体ペーストにて所定のパターンにスクリーン印刷し、かつ、コイル導体１６の端部に必要に応じて層間接続用のビアホール導体（図示せず）を形成する。なお、実施例１では図３（Ａ）に示すように、コイル導体１６をスパイラル状にシート１２ａ上に印刷している。

前記シートは、図４（Ａ）に示すように、キャリアテープ３０で裏打ちされた非磁性体シート１２ａに形成された矩形の開口部１２ａ’に、磁性体シート１３ａを埋め込む（図４（Ｂ）参照）。その後、非磁性体シート１２ａ上にコイル導体１６をスクリーン印刷する（図４（Ｃ）参照）。

前記シートを積層／圧着し、さらに、その下側に所定枚数のフェライト製磁性体シート１４ａを積層／圧着し、所定サイズにカットした後、脱脂／焼成して積層体１１とする（図３（Ｂ）参照）。この積層体１１の両端部に導体ペーストを塗布・焼き付けし、コイル導体１６の引出し部１６ａ，１６ａと電気的に接続した外部電極２５，２５を形成する（図３（Ｃ）参照）。焼き付けられた外部電極２５，２５上にはさらにはんだとの親和性を良好にするめっきが施される。なお、圧着工程は各シートを積層した後に１回だけ行うようにしてもよい。

ところで、前記非磁性体シート１２ａは以下のようにして製作される。酸化第二鉄（Ｆｅ₂Ｏ₃）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）及び酸化銅（ＣｕＯ）を所定の比率で秤量したそれぞれの材料を原材料としてボールミルに投入し、湿式調合を行う。得られた混合物を乾燥してから粉砕し、得られた粉末を７５０℃で１時間仮焼する。得られた仮焼粉末をボールミルにて湿式粉砕した後、乾燥してから解砕し、非磁性体セラミック粉末を得る。

この非磁性体セラミック粉末に対して結合剤と可塑剤、湿潤材、分散剤とを加えてボールミルで混合した後、減圧により脱泡する。得られたセラミックスラリーをドクターブレードを用いてシート状に成形して乾燥させ、所望の膜厚の非磁性体セラミックグリーンシートを製作する。

また、磁性体シート１３ａ（以下に説明する磁性体シート１４ａも同じ）は以下のようにして製作される。酸化第二鉄（Ｆｅ₂Ｏ₃）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）及び酸化銅（ＣｕＯ）を所定の比率で秤量したそれぞれの材料を原材料としてボールミルに投入し、湿式調合を行う。得られた混合物を乾燥してから粉砕し、得られた粉末を７５０℃で１時間仮焼する。得られた仮焼粉末をボールミルにて湿式粉砕した後、乾燥してから解砕し、磁性体セラミック粉末を得る。

この磁性体セラミック粉末に対して結合剤と可塑剤、湿潤材、分散剤とを加えてボールミルで混合した後、減圧により脱泡する。得られたセラミックスラリーをドクターブレードを用いてシート状に成形して乾燥させ、所望の膜厚の磁性体セラミックグリーンシートを製作する。

（実施例２の製造方法、図５及び図６参照）
次に、実施例２である積層コイル１０Ｂの製造方法について説明する。図５（Ａ）に示すように、まず、フェライト製非磁性体シート１２ａ上にコイル導体１６を導体ペーストにて所定のパターンにスクリーン印刷し、かつ、コイル導体１６の端部に必要に応じて層間接続用のビアホール導体（図示せず）を形成する。さらに、シート１２ａの中央部分に矩形の開口部１２ａ’を形成する。なお、実施例２では図５（Ａ）に示すように、コイル導体１６をスパイラル状にシート１２ａ上に印刷している。

前記非磁性体シート１２ａは、図６（Ａ）に示すように、キャリアテープ３０で裏打ちされた状態でコイル導体１６をスクリーン印刷した後、キャリアテープ３０とともに開口部１２ａ’を矩形状に打ち抜き形成する（図６（Ｂ）参照）。

前記非磁性体シート１２ａを積層／圧着し、さらに、その下側に所定枚数のフェライト製磁性体シート１４ａを積層／圧着し、所定サイズにカットする（図５（Ｂ）参照）。なお、圧着工程は各シートを積層した後に１回だけ行うようにしてもよい。また、磁性体シート１４ａを積層する工程は、図６（Ｃ）に示すように、キャリアテープ３０で裏打ちされたシート１４ａを１枚ずつ積層体上に重ね合わせていく。なお、この工程は前記実施例１でも同様である。

その後、開口部１２ａ’に磁性体材料を充填して磁性体層１３を形成し、脱脂／焼成して積層体１１とする（図５（Ｃ）参照）。なお、実施例２では、磁性体材料として磁性体セラミック粉末を用いた。具体的には、磁性体セラミック粉末を金型に入れて圧着した磁性体ユニットを開口部１２ａ’に埋め込む。この積層体１１の両端部に導体ペーストを塗布・焼き付けし、コイル導体１６の引出し部１６ａ，１６ａと電気的に接続した外部電極２５，２５を形成する（図５（Ｄ）参照）。焼き付けられた外部電極２５，２５上にはさらにはんだとの親和性を良好にするめっきが施される。

（実施例３の製造方法、図７参照）
実施例３である積層コイル１０Ｃの製造方法は、図７に示すように、基本的には前記実施例１と同様である。即ち、フェライト製非磁性体シート１２ａの中央部分にフェライト製磁性体シート１３ａを埋め込んだ複数枚のシートを用意し、このシート上にコイル導体１６を導体ペーストにて所定のパターンにスクリーン印刷し、かつ、コイル導体１６の端部に必要に応じて層間接続用のビアホール導体（図示せず）を形成する。この工程は図４にて説明したとおりである。

前記シートを積層／圧着し、さらに、その下側に所定枚数のフェライト製磁性体シート１４ａを積層／圧着する。さらに、コンデンサ電極２２を形成したセラミック製非磁性体（誘電体）シート２１を積層／圧着して容量部２０とし、所定サイズにカットした後、脱脂／焼成して積層体１１とする。この積層体１１の両端部に導体ペーストを塗布・焼き付けし、コイル導体１６の引出し部１６ａ，１６ａ及びコンデンサ電極２２の端部２２ａと電気的に接続した外部電極２５，２５を形成する。焼き付けられた外部電極２５，２５上にはさらにはんだとの親和性を良好にするめっきが施される。なお、圧着工程は各シートを積層した後に１回だけ行うようにしてもよい。

（各実施例の作用、効果）
前記実施例１〜３の積層コイル１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃにおいては、コイル１５の内側（巻芯部）には第１磁性体層１３が存在するため、磁界がコイル軸Ｐ上に指向することとなり、かつ、第２磁性体層１４によって磁束の漏れが防止され、磁束は第２磁性体層１４とは反対側により多く集中することになる。

図８に積層コイル１０Ａにおける磁界の発生状態を模式的に示し、図９に積層コイル１０Ｂにおける磁界の発生状態を模式的に示す。図８及び図９から明らかなように、第２磁性体層１４を設けた下方に指向する磁束の漏れは少なく、例えば、積層コイル１０Ａ，１０Ｂをチップコイルアンテナとして使用する場合、上方に指向する磁束を有効に利用することができる。

ちなみに、積層コイル１０Ａのサイズと層数を示す。積層体１１は平面視で縦横が３．２ｍｍ×１．６ｍｍ、高さ０．８５ｍｍである。各シートの厚さは２５μｍで、第１磁性体層１３は平面視で縦横が１．６４ｍｍ×０．４６ｍｍとされている。また、非磁性体シート１２ａは３３層が積層され、第２磁性体シート１４ａは２９層が積層されている。

また、コイル１５（１７）をスパイラル状とすることにより、磁界密度を高めて磁束をより多く発生させることができる。特に、第２磁性体層１４にもコイル１７を形成した実施例２では図９に示したように大きな磁界密度を形成することができる。

一方、積層コイル１０Ｃのように、容量部２０を設ければＬＣ共振器を構成でき、第２磁性体層１４が介在することで容量部２０に磁界の影響が及ぶことを抑えることができる。

ところで、前記積層コイル１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃにおいては、第２磁性体層１４の複素比透磁率の虚数部を第１磁性体層１３の複素比透磁率の虚数部よりも小さくしている。複素比透磁率の虚数部を小さくすると、損失を小さく抑えることができるが、これでは透磁率自体も低下してしまう。そこで、各実施例では、上方への磁界の指向性に影響しない第２磁性体層１４のみ複素比透磁率の虚数部を小さくしている。即ち、磁束の上方への指向性に直接関与しない第２磁性体層１４に低損失の材料を用いることで、磁束の指向性を劣化させることなく、磁束の利用効率を向上させることができる。

具体的には、複素比透磁率の虚数部を、第１磁性体層１３では５０、第２磁性体層１４では２０とした。なお、実数部はいずれの層１３，１４にあっても７０である。

（その他の実施例）
なお、本発明に係る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の構成とすることができる。

例えば、前記製造方法において、積層コイル１０Ａに積層コイル１０Ｂの製造方法を適用することもでき、その逆も可能である。特に、実施例１では非磁性体シート１２ａに形成された開口部１２ａ’に磁性体シート１３ａを埋め込んでシートを形成したが、磁性体セラミック粉末及び非磁性体セラミック粉末をそれぞれペースト状にして、印刷によりシートを形成してもよい。

本発明に係る積層コイルを示す断面図であり、（Ａ）は実施例１、（Ｂ）は実施例２、（Ｃ）は実施例３を示す。本発明に係る積層コイルを示す外観斜視図である。実施例１の製造工程を示す説明用の斜視図である。実施例１の製造工程の一部を示す説明用の断面図である。実施例２の製造工程を示す説明用の斜視図である。実施例２の製造工程の一部を示す説明用の断面図である。実施例３の製造工程を示す説明用の斜視図である。実施例１における磁界ベクトルを示す模式図である。実施例２における磁界ベクトルを示す模式図である。従来の積層コイルを示す断面図である。従来の積層コイルにおける磁界ベクトルを示す模式図である。

符号の説明

１０（１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ）…積層コイル
１１…積層体
１２…非磁性体層
１３…第１磁性体層
１４…第２磁性体層
１５…コイル
１６…コイル導体
２０…容量部
２５…外部電極

Claims

複数のセラミック層からなる積層体に、複数のコイル導体を螺旋状に接続してなるコイルを内蔵し、積層体の両端部に該コイルのコイル軸と直交する方向に対向する外部電極を形成した積層コイルにおいて、
前記コイル導体が形成されている積層体領域は非磁性体層からなり、
前記コイル導体が形成されている積層体領域の内側領域は第１磁性体層からなり、
前記非磁性体層及び前記第１磁性体層に対して積層方向に隣接した第２磁性体層を備えていること、
を特徴とする積層コイル。
前記コイルは複数のコイル導体をスパイラル状に接続してなることを特徴とする請求項１に記載の積層コイル。
前記第２磁性体層の複素比透磁率の虚数部が前記第１磁性体層の複素比透磁率の虚数部よりも小さいことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の積層コイル。
前記第２磁性体層にもコイルが形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の積層コイル。
前記第２磁性体層に対して前記第１磁性体層とは反対側に隣接した容量部を備えたことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の積層コイル。