JP2012256809A

JP2012256809A - 積層型コイル

Info

Publication number: JP2012256809A
Application number: JP2011162266A
Authority: JP
Inventors: Mitsuru Odawara; 充小田原
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2011-05-17
Filing date: 2011-07-25
Publication date: 2012-12-27

Abstract

【課題】内蔵されるコイルの内径が大きく、直流重畳特性の良好な積層型コイルを提供する。
【解決手段】本発明に係る積層型コイル１０は、複数の絶縁体層１３が積層されてなり、積層方向において互いに対向している一対の端面と、一対の端面を接続している側面と、を有する積層体１１と、積層体１１に内蔵されており、絶縁体層１３上に形成された導体パターン１２が相互に接続され、導体パターン１２の少なくとも一部が積層体の側面に露出しているコイル２０と、積層体１１の側面の外表面に、露出している導体パターン１２を覆うようにめっき法で形成されているフェライト膜１９と、を備えることを特徴としている。
【選択図】図２

Description

本発明は積層型コイルに関するものである。

従来の積層型コイルとして、例えば、特許文献１に記載の積層型コイルが知られている。この積層型コイル１００は、図９に示すように、複数の絶縁性シート１１３が積層されている。また、積層型コイル１００は、複数のコイル導体パターン１１２と複数のビアホール１１７が接続されて構成されているコイルを内蔵している。コイル導体パターン１１２の外周縁は、絶縁性シート１１３の外周縁とのギャップが零になるように形成されている。これにより、コイルの径を大きくして、コイルのインダクタンス値を大きくすることができる。

ところで、この積層型コイル１００において、コイル導体パターン１１２は、絶縁性シート１１３間から外部に露出している。そのため、積層型コイル１００の実装時に、他の電子部品や配線等がコイル導体パターン１１２の露出している部分に接触して、ショートするおそれがある。そこで、積層型コイル１００には、側面を覆うように絶縁膜（図には図示せず）が設けられている。

特開２００１−３１３２１２号公報

この絶縁膜は、コーティング剤やセラミックペースト等を、ディップ法や印刷法等により塗布することにより形成されている。ところが、ディップ法や印刷法で絶縁膜を形成した場合には、絶縁膜が厚くなってしまう。そのため、積層型コイル全体の体積を一定とすると、絶縁膜の厚さの分だけコイルの内径が小さくなるため、直流重畳特性が低下するという問題が生じていた。

本発明はかかる課題に鑑みてなされたものであり、内蔵されるコイルの内径を大きくして、直流重畳特性の良好な積層型コイルを提供することをその目的とする。

本発明に係る積層型コイルは、複数の絶縁体層が積層されてなり、積層方向において互いに対向している一対の端面と、一対の端面を接続している側面と、を有する積層体と、積層体に内蔵されており、絶縁体層上に形成された導体パターンが相互に接続され、導体パターンの少なくとも一部が積層体の側面に露出しているコイルと、積層体の側面の外表面に、露出している導体パターンを覆うようにめっき法で形成されているフェライト膜と、を備えることを特徴としている。

また、本発明に係る積層型コイルでは、フェライト膜は非磁性体フェライトを主成分として含むことが好ましい。

また、本発明に係る積層型コイルでは、フェライト膜はＺｎフェライトを主成分として含むことが好ましい。

また、本発明に係る積層型コイルでは、フェライト膜は複数層の構造であり、積層体の外表面に接する層がＺｎフェライトを主成分として含むことが好ましい。

また、本発明に係る積層型コイルでは、ＺｎフェライトはＺｎ_xＦｅ_3-xＯ₄（０．１５≦ｘ＜１）であることが好ましい。

また、本発明に係る積層型コイルでは、フェライト膜はヘマタイトを含むことが好ましい。

また、本発明に係る積層型コイルでは、フェライト膜と絶縁体層の界面に拡散層をさらに備えることが好ましい。

また、本発明に係る積層型コイルでは、導体パターンは、積層体の側面からフェライト膜に向かって突出していることが好ましい。

本発明では、絶縁膜としてめっき法で形成できるフェライト膜を選択しているため、従来の技術に比べて絶縁膜の厚さを薄くすることが可能である。そのため、その分コイルの内径を大きくできるため、直流重畳特性が良好な積層型コイルを提供することができる。また、絶縁膜の材質が積層体と同じフェライトであるため、側面との接合強度を大きくでき、はがれ等の不具合を抑制できる。

本発明の第１の実施形態に係る積層型コイルの斜視図である。図１のＡ−Ａ断面図である。積層型コイルに用いられる積層体の分解斜視図である。実験例と比較例の直流重畳特性を示すグラフである。導体パターンに対するフェライト膜の被覆状態を示すＦＩＢ加工後のＳＩＭ像である（条件４）。導体パターンに対するフェライト膜の被覆状態を示すＦＩＢ加工後のＳＩＭ像である（条件５）。導体パターンに対するフェライト膜の被覆状態を示すＦＩＢ加工後のＳＩＭ像である（条件６）。本発明の第２の実施形態に係る積層型コイルを示す断面図である。従来の積層型コイルの斜視図である。

以下において、本発明を実施するための形態について説明する。

［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る積層型コイルの斜視図である。また、図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。また、図３は、本発明の積層型コイルに用いられる積層体の分解斜視図である。

積層型コイル１０は、図２のように、積層体１１と、積層体１１に内蔵されているコイル２０と、フェライト膜１９と、外部電極１４、１５と、を備えている。

積層体１１は、図３に示すように、複数の絶縁体層１３ａ〜１３ｍが積層されてなる。そして、積層体１１は、積層方向において互いに対向している一対の端面と、一対の端面を接続している側面と、を有している。本実施形態では、積層体１１は直方体状であり、４つの側面を有している。絶縁体層１３の材質の例としては、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライトが挙げられる。

導体パターン１２ｅ〜１２ｉは絶縁体層１３ｅ〜１３ｉ上にそれぞれ形成されている。また、ビアホール導体１７ａ〜１７ｍは、絶縁体層１３ａ〜１３ｍ内に、絶縁体層１３ａ〜１３ｍの積層方向に沿って形成されている。導体パターン１２ｅ〜１２ｉとビアホール導体１７ａ〜１７ｍの材質の例としては、ＡｇやＣｕを主成分とするものが挙げられる。

導体パターン１２ｅ〜１２ｉは、ビアホール導体１７ｅ〜１７ｈによって相互に接続されている。そして、導体パターン１２ｅ〜１２ｉと、ビアホール導体１７ｅ〜１７ｈは、コイル２０を構成している。なお、本実施形態の導体パターン１２ｅ〜１２ｉは３／４ターンであるが、ターン数は３／４ターンに限られない。１／２ターンでもよいし、７／８ターンでもよい。

導体パターン１２ｅ〜１２ｉの外周縁の少なくとも一部分は、絶縁体層１３ｅ〜１３ｉの外周縁に接するように形成されている。すなわち、導体パターン１２ｅ〜１２ｉは、絶縁体層１３ｅ〜１３ｉとのギャップが零になるように形成されている。このとき、図２のように、導体パターン１２の少なくとも一部は、積層体１１の側面に露出している。

図２からも明らかなように、外部電極１４、１５は、積層体１１の端面と側面の一部を覆うように形成されている。また、外部電極１４、１５は、ビアホール導体１７と電気的に接続されている。そして、外部電極１４、１５間に電圧を印加することで、コイル２０の特性を発現させる。

本実施形態では、フェライト膜１９が、積層体１１の側面の外表面に露出している導体パターン１２を覆うようにめっき法で形成されている。このフェライト膜１９はめっき法で形成されているため、ディップ法や印刷法でペーストを塗布する場合に比べて、フェライト膜１９の膜厚を薄くすることが可能である。そのため、積層型コイル１０全体の体積が一定の場合には、フェライト膜１９の厚さの分だけコイル２０の内径を大きくすることができる。したがって、従来技術に比べて、積層型コイル１０の直流重畳特性を改善することができる。

フェライト膜１９の材質としては、Ｚｎフェライト等の非磁性体フェライトや、Ｎｉ−Ｚｎフェライト等の磁性体フェライトが挙げられる。Ｚｎフェライトとは、ＺｎとＦｅが含まれるフェライトであり、Ｚｎ_xＦｅ_3-xＯ₄で表される。また、Ｎｉ−Ｚｎフェライトとは、ＮｉとＺｎとＦｅが含まれるフェライトであり、Ｚｎ_xＮｉ_yＦｅ_3-x-yＯ₄で表される。

フェライト膜１９が非磁性体フェライトを主成分として含む場合には、μが１近傍であるので、コイル２０が開磁路を形成し、直流重畳特性がさらに改善するため、好ましい。

また、本発明者は鋭意研究の結果、フェライト膜１９がＺｎフェライトを主成分として含む場合に、導体パターン１２が十分に被覆されて好ましいことを明らかにした。フェライト膜１９が複数層の構造であり、積層体１１の外表面に接する層がＺｎフェライトを主成分して含む場合にも、同様の効果が得られ、好ましい。

積層型コイル１０は、フェライト膜１９と絶縁体層１３の界面に、拡散層２１をさらに備えることが好ましい。拡散層２１は、例えば、フェライト膜１９をめっき法で形成した後に、積層型コイル１０を熱処理することによって得られる。熱処理条件はフェライト膜１９の膜厚によって異なるが、少なくとも４００℃以上であることが望ましい。こうした熱処理により、フェライト膜１９と絶縁体層１３との間で相互拡散が起き、拡散層２１が形成される。拡散層２１をさらに備えることにより、フェライト膜１９と積層体１１の接合強度を大きくすることができる。

また、フェライト膜１９はヘマタイトを含むことが好ましい。フェライト膜１９をめっき法で形成した後、所定の条件で熱処理を行うと、フェライト膜１９に含まれているマグネタイト（Ｆｅ₃Ｏ₄）及びマグヘマイト（γＦｅ₂Ｏ₃）の少なくとも一部がヘマタイト（αＦｅ₂Ｏ₃）に転移する。ヘマタイトはマグネタイトやマグヘマイトに比べて抵抗が高いため、フェライト膜１９の絶縁性をより向上させることが可能である。

導体パターン１２は、積層体１１の側面からフェライト膜１９に向かって突出していることが好ましい。このように導体パターン１２が突出していることにより、フェライト膜１９と積層体１１の接合強度をより向上させることが可能である。

次に、本実施形態に係る積層型コイルの製造方法の一例を説明する。

まず、絶縁体層１３となるべきセラミックグリーンシートを準備する。具体的には、酸化第二鉄（Ｆｅ₂Ｏ₃）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、及び酸化ニッケル（ＮｉＯ）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、湿式混合を行う。得られた混合物を乾燥してから粉砕し、得られた粉末を８００℃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て、フェライトセラミック粉末を得る。

このフェライトセラミック粉末に対して、バインダ（酢酸ビニル、水溶性アクリル等）、可塑剤、湿潤剤及び分散剤を加えてボールミルで混合を行い、その後、減圧により脱泡を行う。得られたセラミックスラリーをドクターブレード法により、キャリアシート上にシート状に形成して乾燥させ、絶縁体層１３となるべきセラミックグリーンシートを作製する。

次に、絶縁体層１３となるべきセラミックグリーンシートのそれぞれに、ビアホール導体１７を形成する。具体的には、絶縁体層１３となるべきセラミックグリーンシートにレーザビームを照射してビアホールを形成する。その後、ビアホールに対して、Ａｇ等の導電性ペーストを印刷法等により充填して、ビアホール導体１７を形成する。導電性ペーストの例としては、例えば、Ａｇとワニスと溶剤を含むものが挙げられる。

次に、絶縁体層１３となるべきセラミックグリーンシート上に、導電性ペーストをスクリーン印刷法やフォトリソグラフィ法などの方法で塗布することにより、導体パターン１２を形成する。

なお、導体パターン１２を形成する工程とビアホールに対して導電性ペーストを充填してビアホール導体１７を形成する工程とは、同じ工程において行われてもよい。

次に、絶縁体層１３となるべきセラミックグリーンシートを積層及び圧着して未焼成の積層体１１を得る。具体的には、絶縁体層１３となるべきセラミックグリーンシートを１枚ずつ積層及び仮圧着する。この後、静水圧プレスにて本圧着する。次に、この圧着体をダイサー等でカットする。以上の工程により、複数の未焼成の積層体１１が準備される。

次に、未焼成の積層体１１に、脱バインダ処理及び焼成を施す。脱バインダ処理は、例えば低酸素雰囲気中において、５００℃、２時間の条件で行う。また、焼成は、例えば９００℃、２時間の条件で行う。この後、積層体１１の表面にバレル研磨処理を施して、面取りを行う。

次に、めっき法により、積層体１１の側面にフェライト膜１９を形成する。具体的には、１Ｌ程度の容積を有するガラスの反応容器内に反応液を入れ、複数の積層体１１を反応液内に浸漬する。反応液は、純水に対して、例えばＦｅＣｌ₂を２０ｇ／Ｌ、ＮｉＣｌ₂を５ｇ／Ｌ、及びＺｎＣｌ₂を１ｇ／Ｌの割合で溶解させて得た液体をｐＨを６．５に調整して得られる。次に、この反応液中に超音波を印加して積層体１１を振動させながら、ＮａＮＯ₂等の酸化剤を徐々に加える。これにより、積層体１１の表面にフェライト膜１９が形成される。フェライト膜１９を上記のように無電解めっき法で形成する場合には、積層体１１の表面全体にフェライト膜１９が形成される。

次に、積層体１１の端面に形成されたフェライト膜を除去して、ビアホール導体１７を積層体１１の端面に露出させる。フェライト膜の除去には、例えば機械研磨やサンドブラスト法等を用いる。

次に、Ａｇを主成分とする導電性ペーストを、積層体１１の端面と側面の一部に塗布する。そして、塗布した導電性ペーストを約８００℃、１時間の条件で焼き付ける。これにより、外部電極１４、１５が形成される。また、この焼き付けにより、フェライト膜１９と絶縁体層１３の界面に拡散層２１が形成される。

最後に、外部電極１４、１５の表面に、電解めっき法により、Ｎｉ／Ｓｎ膜を形成してもよい。このとき、フェライト膜１９は絶縁性を有しているので、フェライト膜１９の表面にはＮｉ／Ｓｎ膜は形成されない。以上の工程を経て、図１に示すような電子部品１０が完成する。

（実験例１）
本願発明者は、積層型コイル１０において、直流重畳特性が向上することを示すために、以下に説明するように、条件１、条件２、条件３の３条件についてコンピューターシミュレーションを行った。具体的には、チップサイズが１.０ｍｍ×０．５ｍｍ×０．５ｍｍで、絶縁体層の透磁率がμ＝１２０の積層型コイルを想定した。コイルは零ギャップを想定し、導体パターンの幅は０．０７ｍｍとした。ターン数は１５ターンとした。表１に、各実験条件のフェライト膜の厚さを示す。

条件１はめっき法を想定しており、フェライト膜の厚さを２μｍとした。条件２は印刷法を想定しており、フェライト膜の厚さを４２μｍとした。条件３はディップ法を想定しており、フェライト膜の厚さを７５μｍとした。図４に、１ＭＨｚにおいて、負荷電流が変動した場合のインダクタンス（Ｌ）の変化率を示す。この変化率は、０Ａでのインダクタンスを１００％とした場合の、各負荷電流でのインダクタンスの変化率である。

図４より、印刷法（条件２）やディップ法（条件３）に比べて、めっき法（条件１）ではフェライト膜の厚さの分だけコイルの内径を大きくすることができる。そのため、負荷電流が増えてもＬの低下が小さい。したがって、直流重畳特性が向上することが分かる。

（実験例２）
次に、本発明者は積層体の表面に形成するフェライト膜の組成を変更して、導体パターンへの被覆状態を観察した。

まず、絶縁体層となるべきセラミックグリーンシートを準備した。具体的には、酸化第二鉄（Ｆｅ₂Ｏ₃）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、及び酸化ニッケル（ＮｉＯ）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、湿式混合した。得られた混合物を乾燥してから粉砕し、得られた粉末を８００℃で１時間仮焼した。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て、フェライトセラミック粉末を得た。

このフェライトセラミック粉末に対して、バインダ、可塑剤、湿潤剤及び分散剤を加えてボールミルで混合を行い、その後、減圧により脱泡を行い、セラミックグリーンシートを得た。その後、セラミックスラリーをドクターブレード法により、キャリアシート上にシート状に形成して乾燥させ、絶縁体層となるべきセラミックグリーンシートを作製した。セラミックグリーンシートの厚さは２０μｍとした。

次に、Ａｇ粉末とワニスと溶剤とを含み、Ａｇの含有率が８５ｗｔ％である導電性ペーストを用意した。そして、セラミックグリーンシートに、Ａｇを主成分とするビアホール導体を形成した。また、導電性ペーストをスクリーン印刷法で塗布することにより、導体パターンを形成した。

次に、導体パターンが形成されたセラミックグリーンシートを積層して、１０００ｋｇｆ／ｃｍ²で圧着した。その後、圧着体を、導体パターンの外周縁が表面に露出するようにダイサーでカットして、未焼成の積層体を得た。

次に、未焼成の積層体に、脱バインダ処理及び焼成を施した。脱バインダ処理は、低酸素雰囲気中において、５００℃、２時間の条件で行った。その後、９００℃、２時間の条件で焼成した。このようにして、１．０×０．５×０．５ｍｍの積層体を得た。また、コイルのターン数は１５ターンとした。この後、積層体にバレル研磨処理を施して、積層体の角部の面取りを行った。

次に、めっき法により、積層体の側面にフェライト膜を形成した。具体的には、１Ｌ程度の容積を有するガラスの反応容器内に反応液を入れ、複数の積層体を反応液内に浸漬した。このとき、反応液の組成を変えて、条件４〜６の試料を作製した。反応液の組成は、後述する表２に示した。この反応液中に超音波を印加して積層体を振動させながら、ＮａＮＯ₂等の酸化剤を徐々に加えた。これにより、積層体の表面にフェライト膜を形成した。

次に、積層体１１の端面に形成されたフェライト膜を除去して、ビアホール導体を積層体１１の端面に露出させた。フェライト膜の除去には、機械研磨を用いた。

次に、Ａｇとガラスを含む導電性ペーストを、積層体の端面と側面の一部に塗布した。そして、塗布した導電性ペーストを約８００℃、１時間の条件で焼き付けて、外部電極を形成した。また、この焼き付けにより、フェライト膜と絶縁体層の界面に拡散層が形成された。

最後に、外部電極の表面に、電解めっき法により、Ｎｉ／Ｓｎ膜を形成した。以上の工程を経て、積層型コイルを作製した。

得られたフェライト膜の組成は、ＦＥ−ＷＤＸ（日本電子製ＪＸＡ−８５００Ｆ）を用いて特定した。分析条件は、加速電圧：１５ｋＶ、照射電流：５０ｎＡ、プローブ径：ｆｏｃｕｓｅｄとした。

表２に、用いた反応液の組成と、フェライト膜の組成分析の結果を示す。また、図５〜７に、導体パターンに対するフェライト膜の被覆状態のＦＩＢ加工後のＳＩＭ像を示す。

図５、６から、フェライト膜がＺｎフェライトである条件４、５では、導体パターンはすべてフェライト膜で被覆されており、良好な被覆状態を示していることが分かる。一方、図７から、フェライト膜がＮｉ−Ｚｎフェライトである条件６では、矢印に示すように、導体パターンとフェライト膜との間の一部に空隙が生じていることが分かる。すなわち、導体パターンと接するフェライト膜がＺｎフェライトである条件４、５が、Ｎｉ−Ｚｎフェライトである条件６に比べて、被覆状態がより良好であった。

Ｚｎフェライトのフェライト膜の被覆状態が良い理由は明らかではないが、以下のように考えられる。すなわち、ＺｎフェライトではＮｉ−Ｚｎフェライトに比べてＦｅイオン以外の金属イオンが少なく、Ｆｅイオンの導体パターンへの吸着や析出が阻害されにくいと推測される。また、Ｚｎの導体パターンへの吸着や析出が、フェライトの他の成分元素に比べて特に優れていると推測される。

［第２の実施形態］
図８は、本発明の第２の実施形態に係る積層型コイルの断面図である。第１の実施形態と共通する部分については記載を省略する。

本実施形態の積層型コイル１０では、外部電極１４、１５が、積層体１１の側面のうち実装面となるべき面の一部のみに形成されている。そして、積層体１１の側面のうち外部電極１４、１５が形成されていない部分と端面に、フェライト膜１９が形成されている。

この積層型コイル１０においても、先に積層体１１の全面にフェライト膜を形成する。そして、外部電極１４、１５を形成する部分のフェライト膜１９を除去する。その後、フェライト膜１９を除去した部分に導電性ペーストを塗布して、焼き付ける。その焼き付けの際に、フェライト膜１９と絶縁体層１３の界面に拡散層２１が形成される。

この場合においても、フェライト膜１９の厚さを薄くすることができるため、コイル２０の内径が大きく、直流重畳特性の良好な積層型コイルを提供することが可能である。

１０積層型コイル
１１積層体
１２導体パターン
１３絶縁体層
１４、１５外部電極
１７ビアホール導体
１９フェライト膜
２０コイル
２１拡散層
１００積層型コイル
１１２コイル導体パターン
１１３絶縁性シート
１１７ビアホール

Claims

複数の絶縁体層が積層されてなり、積層方向において互いに対向している一対の端面と、前記一対の端面を接続している側面と、を有する積層体と、
前記積層体に内蔵されており、前記絶縁体層上に形成された導体パターンが相互に接続され、前記導体パターンの少なくとも一部が前記積層体の前記側面に露出しているコイルと、
前記積層体の前記側面の外表面に、前記露出している導体パターンを覆うようにめっき法で形成されているフェライト膜と、
を備える、積層型コイル。
前記フェライト膜は非磁性体フェライトを主成分として含む、請求項１に記載の積層型コイル。
前記フェライト膜はＺｎフェライトを主成分として含む、請求項２に記載の積層型コイル。
前記フェライト膜は複数層の構造であり、前記積層体の外表面に接する層がＺｎフェライトを主成分して含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の積層型コイル。
前記ＺｎフェライトはＺｎ_xＦｅ_3-xＯ₄（０．１５≦ｘ＜１）である、請求項３または４に記載の積層型コイル。
前記フェライト膜はヘマタイトを含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載の積層型コイル。
前記フェライト膜と前記絶縁体層の界面に拡散層をさらに備える、請求項１〜６のいずれか１項に記載の積層型コイル。
前記導体パターンは、前記積層体の側面から前記フェライト膜に向かって突出している、請求項１〜７のいずれか１項に記載の積層型コイル。