JP2019165169A - コイル部品及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】インダクタンス値を同等に保ちながら、損失を低く抑えたコイル部品を提供する。【解決手段】コイル部品１００は、磁性金属粒子及び非磁性材料を含み、絶縁性を有する素体部１０と、素体部１０に内蔵され、導体が周回して形成されたコイル３０と、を備える。素体部１０は、主部１１と、主部１１よりも比透磁率が低い低透磁率部５０と、を有する。コイル３０は、コイル軸方向でそれぞれ反対側に位置する表面であってコイル軸に交差する第１表面３６及び第２表面３８を有する。低透磁率部５０は、コイル３０の第１表面３６と同一面を形成する第１面３７とコイル３０の第２表面３８と同一面を形成する第２面３９の間、且つ、第１面３７及び第２面３９から離れて設けられている。【選択図】図１

Description

本発明は、コイル部品及び電子機器に関する。

電源回路又はＤＣ／ＤＣコンバータ回路などの電子機器にコイル部品が用いられている。磁性金属粒子を主成分に含み且つ絶縁性を有する素体部にコイルが内蔵されたコイル部品が知られている。例えば、磁性金属粒子を主成分に含む素体部にコイルが内蔵されたコイル部品において、コイルの導体抵抗を高くする弊害を生じさせることなくガラスを用いて素体部の絶縁を高くすることができる製造方法が提案されている（例えば、特許文献１）。また、フェライトで形成された素体部にコイルが内蔵されたコイル部品において、直流重畳特性を改善するために、コイルを構成する導体パターンに囲まれた領域に素体部の表面に露出する非磁性体層を設けた構成が知られている（例えば、特許文献２）。

特開２０１０−０６２４２４号公報 特開２０１４−０５３３９６号公報

直流重畳特性を改善するために、素体部内に素体部の主部よりも比透磁率の低い低透磁率部を設ける場合、素体部がフェライトで形成されているときには、素体部の主部の透磁率が十分に高くなるため、低透磁率部近傍での磁束漏れが少なくて済む。しかしながら、素体部が磁性金属粒子を主成分に含んで形成されているときには、素体部の主部の透磁率を十分に高くすることが難しいため、低透磁率部近傍での磁束漏れが大きくなってしまう。磁束がコイルを構成する導体に漏れると、導体に渦電流が発生して銅損が生じてしまう。また、直流重畳特性を改善するために素体部内に低透磁率部を設ける場合でも、インダクタンス値が低下することは好ましくない。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、インダクタンス値を同等に保ちながら、損失を低く抑えることを目的とする。

本発明は、磁性金属粒子及び非磁性材料を含み、絶縁性を有する素体部と、前記素体部に内蔵され、導体が周回して形成されたコイルと、を備え、前記素体部は、前記素体部の主部と、前記素体部の主部よりも比透磁率が低い低透磁率部と、を有し、前記コイルは、コイル軸方向でそれぞれ反対側に位置する表面であって前記コイル軸に交差する第１表面及び第２表面を有し、前記低透磁率部は、前記コイルの前記第１表面と同一面を形成する第１面と前記コイルの前記第２表面と同一面を形成する第２面の間で且つ前記第１面及び前記第２面から離れて設けられている、コイル部品である。

上記構成において、前記低透磁率部は、前記コイルで囲まれた内側領域に設けられ、前記コイルよりも前記素体部の表面側の外側領域より内側にある構成とすることができる。

上記構成において、前記低透磁率部は、前記コイルで囲まれた前記内側領域の前記コイル軸方向から見た断面を全て覆って設けられている構成とすることができる。

上記構成において、前記素体部は、複数の前記低透磁率部を有する構成とすることができる。

上記構成において、前記素体部の主部の比透磁率は１００以下であり、前記低透磁率部の前記コイル軸方向の合計の厚さは４０μｍ未満である構成とすることができる。

上記構成において、前記素体部の主部の比透磁率は１００以下であり、前記低透磁率部の前記コイル軸方向の合計の厚さＴμｍは前記素体部の主部の比透磁率μ_ｒの１／５以上且つ１／２以下（μ_ｒ／５≦Ｔ≦μ_ｒ／２）である構成とすることができる。

上記構成において、前記素体部は、前記コイルを形成する前記導体と前記磁性金属粒子を主成分に含む磁性体膜とを含む複数の層が積層されて形成されている構成とすることができる。

上記構成において、前記低透磁率部は、積層された前記導体の間に位置している構成とすることができる。

上記構成において、前記素体部の表面に設けられた外部電極と、前記素体部内に設けられ、前記コイルの端を前記外部電極に接続させる引出導体と、を備える構成とすることができる。

本発明は、上記に記載のコイル部品と、前記コイル部品が実装された回路基板と、を備える電子機器である。

本発明によれば、インダクタンス値を同等に保ちながら、損失を低く抑えることができる。

図１（ａ）は、実施例１に係るコイル部品の斜視図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ間の断面図、図１（ｃ）は、図１（ａ）のＢ−Ｂ間の断面図である。 図２（ａ）は、実施例１に係るコイル部品の素体部の分解平面図、図２（ｂ）は、素体部の内部を透視した平面図である。 図３（ａ）は、コイルで囲まれた内側領域及びコイルよりも外側の外側領域を説明する平面図、図３（ｂ）及び図３（ｃ）は、断面図である。 図４（ａ）から図４（ｅ）は、実施例１に係るコイル部品の製造方法を示す断面図（その１）である。 図５（ａ）から図５（ｄ）は、実施例１に係るコイル部品の製造方法を示す断面図（その２）である。 図６（ａ）から図６（ｄ）は、実施例１に係るコイル部品の製造方法を示す断面図（その３）である。 図７（ａ）及び図７（ｂ）は、比較例１に係るコイル部品の断面図、図７（ｃ）及び図７（ｄ）は、比較例２に係るコイル部品の断面図である。 図８（ａ）から図８（ｃ）は、実施例１、比較例１、及び比較例２に係るコイル部品の銅損の周波数特性のシミュレーション結果を示す図である。 図９（ａ）及び図９（ｂ）は、実施例１の変形例１に係るコイル部品の断面図、図９（ｃ）及び図９（ｄ）は、実施例１の変形例２に係るコイル部品の断面図である。 図１０（ａ）から図１０（ｃ）は、実施例１、実施例１の変形例１、実施例１の変形例２、比較例１、及び比較例２に係るコイル部品の銅損の周波数特性のシミュレーションの結果を示す図である。 図１１（ａ）及び図１１（ｂ）は、実施例２に係るコイル部品の断面図、図１１（ｃ）及び図１１（ｄ）は、実施例２の変形例１に係るコイル部品の断面図である。 図１２（ａ）及び図１２（ｂ）は、実施例２の変形例２に係るコイル部品の断面図、図１２（ｃ）及び図１２（ｄ）は、実施例２の変形例３に係るコイル部品の断面図である。 図１３（ａ）から図１３（ｃ）は、実施例２、実施例２の変形例１、実施例２の変形例２、実施例２の変形例３、比較例１、及び比較例２に係るコイル部品の銅損の周波数特性のシミュレーションの結果を示す図である。 図１４（ａ）及び図１４（ｂ）は、コイルで囲まれた内側領域に１層の低透磁率部が設けられている場合の断面図、図１４（ｃ）及び図１４（ｄ）は、コイルで囲まれた内側領域に３層の低透磁率部が設けられている場合の断面図である。 図１５は、コイル部品が薄膜インダクタの場合の断面図である。 図１６は、実施例３に係る電子機器の断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。

図１（ａ）は、実施例１に係るコイル部品の斜視図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ間の断面図、図１（ｃ）は、図１（ａ）のＢ−Ｂ間の断面図である。図２（ａ）は、実施例１に係るコイル部品の素体部の分解平面図、図２（ｂ）は、素体部の内部を透視した平面図である。図１（ａ）から図１（ｃ）のように、実施例１のコイル部品１００は、素体部１０と、外部電極６０ａ及び６０ｂと、を備える。素体部１０内には、コイル３０と、引出導体４０ａ及び４０ｂと、１又は複数の低透磁率部５０と、が設けられている。なお、素体部１０内において、同一の組成であって素体部１０の体積の大部分を占める部分を素体部１０の主部１１とする。

素体部１０は、上面１２と、下面１４と、１対の端面１６ａ及び１６ｂと、１対の側面１８ａ及び１８ｂと、を有する直方体形状をしている。下面１４は実装面であり、上面１２は下面１４と反対側の面である。端面１６ａ及び１６ｂは、上面１２及び下面１４の短辺に接続された面である。側面１８ａ及び１８ｂは、上面１２及び下面１４の長辺に接続された面である。素体部１０は、完全な直方体形状をしている場合に限られず、例えば各頂点が丸みを帯びている場合、各稜（各面の境界部）が丸みを帯びている場合、又は各面が曲面を有している場合などの略直方体形状の場合でもよい。

素体部１０は、絶縁性を有し、磁性金属粒子と非磁性材料を含んで形成されている。素体部１０は、例えば磁性金属粒子を主成分に含んで形成されている。主成分に含むとは、例えば磁性金属粒子を５０ｗｔ％よりも多く含む場合であり、７０ｗｔ％以上含む場合が好ましく、８０ｗｔ％以上含む場合が更に好ましい。素体部１０は、例えば磁性金属粒子を含有する樹脂で形成されているが、表面が絶縁被覆された磁性金属粒子が焼結されて形成されている場合などでもよい。磁性金属粒子として、例えばＦｅＳｉＣｒ系、ＦｅＳｉＡｌ系、又はＦｅＳｉＣｒＡｌ系などの軟磁性金属、Ｆｅ又はＮｉなどの磁性金属、アモルファス磁性金属、又はナノ結晶磁性金属などが用いられる。一例として、素体部１０は、磁性金属粒子としてＦｅを９０ｗｔ％以上含んで形成されている。また、一例として、素体部１０に含まれる磁性金属粒子の平均粒径は５μｍ以下となっている。樹脂としては、例えばポリイミド樹脂又はフェノール樹脂などの熱硬化性樹脂を用いてもよいし、ポリエチレン樹脂又はポリアミド樹脂などの熱可塑性樹脂を用いてもよい。磁性金属粒子の表面を被覆する絶縁膜としては、例えばガラスなどの無機絶縁物などが用いられる。

図２（ａ）のように、素体部１０は、周回導体３２と接続導体３４が設けられた複数の層２０及びカバー層２１が積層されて形成されている、複数の層２０及びカバー層２１は、磁性金属粒子を主成分に含む磁性体膜を含んで形成されている。複数の層２０のうちの隣接する層２０に設けられた周回導体３２は、層２０を厚さ方向に貫通する接続導体３４によって接続されている。したがって、周回導体３２は、接続導体３４を介して螺旋状に伸びている。これにより、図１（ｂ）及び図１（ｃ）のように、素体部１０に内蔵されたコイル３０が形成されている。コイル３０は、所定の周回単位を有するとともに、周回単位によって規定される面に略直交するコイル軸を有する。実施例１では、周回導体３２は７層積層され、コイル３０の巻数は５．５ターンとなっている。

図２（ｂ）のように、コイル３０は、複数の層２０の積層方向で平面視したときに、複数の層２０に設けられた周回導体３２が重なり合うことで環状形状をしている。周回導体３２及び接続導体３４（すなわちコイル３０）は、例えば銅、アルミニウム、ニッケル、銀、白金、又はパラジウムなどの金属材料、若しくはこれらを含む合金金属材料で形成されている。

図１（ｂ）及び図１（ｃ）のように、複数の周回導体３２が積層された積層方向で隣接する周回導体３２の間に、素体部１０の主部１１よりも比透磁率が低く且つ絶縁性を有する絶縁層２２が設けられている。絶縁層２２は、例えばポリイミド樹脂などの樹脂材料で形成されているが、ガラスなどの無機絶縁材料又はその他の材料で形成されていてもよい。絶縁層２２のコイル軸方向における厚さは、周回導体３２のコイル軸方向における厚さよりも薄くなっていてもよい。例えば、周回導体３２のコイル軸方向の厚さは５０μｍ程度であり、絶縁層２２のコイル軸方向の厚さは１０μｍ程度である。

引出導体４０ａ及び４０ｂは、コイル３０から引き出されている。引出導体４０ａは、コイル３０から素体部１０の端面１６ａに向かって引き出され、引出導体４０ｂは、コイル３０から素体部１０の端面１６ｂに向かって引き出されている。引出導体４０ａ及び４０ｂの端は素体部１０の端面１６ａ及び１６ｂで素体部１０から露出している。引出導体４０ａ及び４０ｂは、例えばコイル３０と同じ金属で形成されているが、コイル３０と異なる金属で形成されていてもよい。

外部電極６０ａ及び６０ｂは、表面実装用の外部端子である。図１（ａ）及び図１（ｂ）のように、外部電極６０ａは、素体部１０の下面１４から端面１６ａを経由して上面１２まで延在し且つ側面１８ａ及び１８ｂの一部を覆っている。外部電極６０ｂは、素体部１０の下面１４から端面１６ｂを経由して上面１２まで延在し且つ側面１８ａ及び１８ｂの一部を覆っている。すなわち、外部電極６０ａ及び６０ｂは、素体部１０の５面を覆う５面電極である。なお、外部電極６０ａ及び６０ｂは、素体部１０の下面１４から端面１６ａ又は１６ｂを経由して上面１２まで延在する３面電極の場合でもよいし、その他の場合でもよい。

素体部１０の端面１６ａでは引出導体４０ａの端が素体部１０から露出しており、外部電極６０ａは素体部１０の端面１６ａで引出導体４０ａに接続されている。素体部１０の端面１６ｂでは引出導体４０ｂの端が素体部１０から露出しており、外部電極６０ｂは素体部１０の端面１６ｂで引出導体４０ｂに接続されている。外部電極６０ａ及び６０ｂは、例えば複数の金属層から形成されている。外部電極６０ａ及び６０ｂは、例えば銅、アルミニウム、ニッケル、銀、白金、又はパラジウムなどの金属材料、又はこれらを含む合金金属材料で形成された下層、銀又は銀を含む導電性樹脂で形成された中層、ニッケル及び／又は錫のめっき層である上層の複層構造をしている。各層の間に中間層がある場合又は上層の上に最上層がある場合など、外部電極６０ａ及び６０ｂの層構成は例示された層のみには限定されない。

図１（ｂ）、図１（ｃ）、及び図２（ｂ）のように、低透磁率部５０は、素体部１０の内部に設けられている。低透磁率部５０は、素体部１０の主部１１の比透磁率よりも低い比透磁率を有するとともに、絶縁性を有する。低透磁率部５０は、例えばポリイミド樹脂などの樹脂材料で形成されているが、ガラス又は酸化アルミニウムなどの酸化物系材料などその他の非磁性材料で形成されていてもよい。低透磁率部５０は、素体部１０の主部１１の比透磁率よりも低ければ磁性材料で形成されていてもよいし、磁性材料と非磁性材料が組み合わされて形成されていてもよい。低透磁率部５０は、例えば絶縁層２２と同じ材料で形成されているが、異なる材料で形成されている場合でもよい。素体部１０の主部１１と低透磁率部５０との比透磁率の比率は１０倍以上、望ましくは２０倍以上である。これにより、直流重畳特性を向上できるとともに、比透磁率の差が大きいほど低透磁率層の厚みを薄くできてコイル部品１００を小型化できる。

低透磁率部５０は、コイル３０の第１表面３６と同一面を形成する第１面３７とコイル３０の第２表面３８と同一面を形成する第２面３９の間のコイル３０で囲まれた内側領域２４に第１面３７及び第２面３９から離れて設けられている。言い換えると、低透磁率部５０は、第１面３７よりも第２面３９側且つ第２面３９よりも第１面３７側に位置してコイル３０で囲まれた内側領域２４に設けられている。コイル３０の第１表面３６及び第２表面３８は、コイル３０の表面のうちコイル軸方向で両側に位置してコイル軸に交差する表面である。言い換えると、コイル３０の第１表面３６及び第２表面３８は、コイル３０の表面のうちコイル軸方向でそれぞれ反対側に位置する表面であってコイル軸に交差する表面である。

ここで、図３（ａ）から図３（ｃ）を用いて、コイル３０で囲まれた内側領域２４及びコイル３０よりも素体部１０の表面側の外側領域２６について説明する。図３（ａ）は、コイルで囲まれた内側領域及びコイルよりも外側の外側領域を説明する平面図、図３（ｂ）及び図３（ｃ）は、断面図である。なお、図３（ａ）から図３（ｃ）では、図の明瞭化のために、内側領域２４及び外側領域２６以外のハッチは省略している。図３（ａ）から図３（ｃ）のように、素体部１０の内部のうちのコイル３０で囲まれた領域（図３（ａ）から図３（ｃ）では細かいクロスハッチの領域）が内側領域２４である。素体部１０の内部のうちのコイル３０よりも素体部１０の表面側の領域（図３（ａ）から図３（ｃ）では粗いクロスハッチの領域）が外側領域２６である。

図１（ｂ）、図１（ｃ）、及び図２（ｂ）のように、低透磁率部５０は、コイル３０で囲まれた内側領域２４のコイル軸方向から見た断面を覆って設けられている。例えば、低透磁率部５０は、コイル軸方向から透視した場合、内側領域２４の全面に設けられている。この全面に設けるとは、低透磁率部５０が、１つの場合でも、複数の場合でも、複数を組み合わせて全面とする場合でも良い。つまり、ここで、覆っているとはコイル軸を通る磁束を遮るように低透磁率部５０を設けることである。図２（ｂ）では、低透磁率部５０が設けられている部分をクロスハッチで示している。実施例１では、周回導体３２が７層積層されて形成されたコイル３０で囲まれた内側領域２４に、低透磁率部５０が２層設けられている。積層された周回導体３２を素体部１０の上面１２側から順に第１層から第７層とした場合に、一方の低透磁率部５０は、第１層と第２層の間に位置して内側領域２４に設けられ、素体部１０の上面１２側の面は第１面３７よりも素体部１０の下面１４側に位置している。他方の低透磁率部５０は、第６層と第７層の間に位置して内側領域２４に設けられ、素体部１０の下面１４側の面は第２面３９よりも素体部１０の上面１２側に位置している。

低透磁率部５０のコイル軸方向における厚さは、周回導体３２のコイル軸方向における厚さよりも薄くなっている。また、低透磁率部５０のコイル軸方向における厚さは、例えば絶縁層２２のコイル軸方向における厚さよりも厚くなっているが、絶縁層２２のコイル軸方向における厚さと同じ厚さ又は同等の厚さの場合でもよいし、薄い場合でもよい。

次に、実施例１に係るコイル部品の製造方法を説明する。図４（ａ）から図４（ｅ）、図５（ａ）から図５（ｄ）、及び図６（ａ）から図６（ｄ）は、実施例１に係るコイル部品の製造方法を示す断面図である。実施例１のコイル部品１００は、図４（ａ）から図４（ｅ）によって形成された層、図５（ａ）から図５（ｄ）によって形成された層、及び図６（ａ）から図６（ｄ）によって形成された層などを積層することで形成される。

図４（ａ）のように、例えばポリエチレンテレフタレートフィルム（ＰＥＴフィルム）などのフィルム７０上に、例えば印刷法によってポリイミド樹脂などの樹脂材料を塗布して、絶縁層２２及び低透磁率部５０の第１層５２ａを形成する。図４（ｂ）のように、フィルム７０上に、例えば印刷法によってポリイミド樹脂などの樹脂材料を塗布して、低透磁率部５０の第１層５２ａ上に低透磁率部５０の第２層５２ｂを形成する。第１層５２ａ及び第２層５２ｂによって低透磁率部５０が形成される。

図４（ｃ）のように、フィルム７０上に、例えば印刷法によって導電性材料を塗布して、コイル３０を構成する周回導体３２及び接続導体３４の前駆体を形成する。これらは後述する熱処理によって周回導体３２及び接続導体３４となる。接続導体３４を形成する部分は、予め絶縁層２２及び低透磁率部５０の第１層５２ａを形成する際に印刷しない部分を設けるか、レーザー等で絶縁層２２の一部を除いておくなどの方法にて作成しておく。図４（ｄ）のように、フィルム７０上に、例えば印刷法によって磁性金属粒子を主成分に含有する樹脂材料を塗布して、磁性体膜７２を形成する。その後、図４（ｅ）のように、フィルム７０を剥離する。これにより、素体部１０を構成する複数の層２０のうちの１種類目の層（周回導体３２間の絶縁層２２及び低透磁率部５０を有する層）２０が形成される。

図５（ａ）のように、フィルム７０上に、例えば印刷法によってポリイミド樹脂などの樹脂材料を塗布して、絶縁層２２を形成する。図５（ｂ）のように、フィルム７０上に、例えば印刷法によって導電性材料を塗布して、コイル３０を構成する周回導体３２及び接続導体３４の前駆体を形成する。これらは後述する熱処理によって周回導体３２及び接続導体３４となる。接続導体３４を形成する部分は、予め絶縁層２２を形成する際に印刷しない部分を設けるか、レーザー等で絶縁層２２の一部を除いておくなどの方法にて作成しておく。図５（ｃ）のように、フィルム７０上に、例えば印刷法によって磁性金属粒子を主成分として含有する樹脂材料を塗布して、磁性体膜７２を形成する。その後、図５（ｄ）のように、フィルム７０を剥離する。これにより、素体部１０を構成する複数の層２０のうちの２種類目の層（周回導体３２間の絶縁層２２を有する層）２０が形成される。

図６（ａ）のように、フィルム７０上に、例えばドクターブレード法又は印刷法によって磁性金属粒子を主成分に含有する樹脂材料を塗布して、グリーンシート７４を形成する。図６（ｂ）のように、グリーンシート７４上に、例えば印刷法によって導電性材料を塗布して、コイル３０を構成する周回導体３２の前駆体を形成する。これは後述する熱処理によって周回導体３２となる。図６（ｃ）のように、フィルム７０上に、例えば印刷法によって磁性金属粒子を主成分に含有する樹脂材料を塗布して、磁性体膜７２を形成する。その後、図６（ｄ）のように、フィルム７０を剥離する。これにより、素体部１０を構成する複数の層２０のうちの３種類目の層（周回導体３２間の絶縁層２２を有しない層）２０が形成される。

また、素体部１０を構成するカバー層２１の製造方法について、図６（ａ）を用いて説明する。図６（ａ）のように、フィルム７０上に、例えば例えばドクターブレード法又は印刷法によって磁性金属粒子を主成分に含有する樹脂材料を塗布してグリーンシート７４を形成した後、フィルム７０を剥離する。これにより、カバー層２１が形成される。

図４（ａ）から図４（ｅ）で形成した層（周回導体３２間の絶縁層２２及び低透磁率部５０を有する層）２０と、図５（ａ）から図５（ｄ）で形成した層（周回導体３２間の絶縁層２２を有する層）２０と、図６（ａ）から図６（ｄ）で形成した層（周回導体３２間の絶縁層２２を有しない層）２０と、図６（ａ）を用いて説明したカバー層２１と、を所定の順序で積層し、積層方向に圧力を加えて圧着する。その後、圧着した複数の層２０及びカバー層２１をチップ単位に切断した後、所定温度（例えば６００℃〜９００℃程度）にて熱処理を行う。これにより、複数の層２０及びカバー層２１が積層され、内部に周回導体３２及び接続導体３４で形成されたコイル３０が設けられた素体部１０が形成される。続いて、素体部１０の表面に外部電極６０ａ及び６０ｂを形成する。外部電極６０ａ及び６０ｂは、ペースト印刷、めっき、又はスパッタリングなどの薄膜プロセスで用いられる方法によって形成される。

図７（ａ）及び図７（ｂ）は、比較例１に係るコイル部品の断面図、図７（ｃ）及び図７（ｄ）は、比較例２に係るコイル部品の断面図である。図７（ａ）及び図７（ｂ）のように、比較例１のコイル部品５００では、素体部１０の内部に低透磁率部が設けられていない。その他の構成は、実施例１と同じであるため説明を省略する。図７（ｃ）及び図７（ｄ）のように、比較例２のコイル部品６００では、一方の低透磁率部５０は、コイル３０の第１表面３６又は内側領域２４の少なくとも一方に接して外側領域２６に設けられている。他方の低透磁率部５０は、コイル３０の第２表面３８又は内側領域２４の少なくとも一方に接して外側領域２６に設けられている。低透磁率部５０は、コイル３０で囲まれた内側領域２４には設けられていない。その他の構成は、実施例１と同じであるため説明を省略する。

ここで、実施例１、比較例１、及び比較例２に係るコイル部品の銅損の周波数特性のシミュレーションについて説明する。直流重畳特性は、磁束を遮る位置に設けられた低透磁率部５０の存在によって向上するので、低透磁率部５０の存在しない比較例１に対して、低透磁率部５０の存在する実施例１及び比較例２は直流重畳特性が向上する。このため、直流重畳特性ではなく銅損についてシミュレーションを行った。なお、銅損は、１０ＭＨｚ以上のような高周波では交流成分の影響が大きくなる。シミュレーションを行った素体部１０の長手方向の長さを１．６ｍｍ、短手方向の長さを０．８ｍｍ、高さを０．６５ｍｍとした。素体部１０の主部１１の比透磁率を、素体部１０が磁性金属粒子を主成分に含んで形成されているために透磁率があまり高くないとして、４０、７０、１００とした。周回導体３２の積層数を７層とし、コイル３０の巻数を５．５ターンとした。インダクタンス値が０．２２μＨ、コイル３０の直流抵抗Ｒｄｃが３６ｍΩとなるように、低透磁率部５０の厚さ並びに周回導体３２の高さ及び幅を調整した。表１に、素体部１０の主部１１の比透磁率、低透磁率部５０の厚さ及び比透磁率、周回導体３２の１層当たりの高さ、幅、及び比透磁率、並びに絶縁層２２の１層当たりの厚さを示す。

図８（ａ）から図８（ｃ）は、実施例１、比較例１、及び比較例２に係るコイル部品の銅損の周波数特性のシミュレーション結果を示す図である。図８（ａ）は素体部１０の主部１１の比透磁率が４０の場合のシミュレーション結果、図８（ｂ）は素体部１０の主部１１の比透磁率が７０の場合のシミュレーション結果、図８（ｃ）は素体部１０の主部１１の比透磁率が１００の場合のシミュレーション結果である。図８（ａ）から図８（ｃ）のように、実施例１は、比較例２に比べて、銅損が低くなる結果となった。例えば、２ＭＨｚから３ＭＨｚ程度の低周波数では、実施例１は比較例２に比べて銅損の低下量はそれほど大きくはないが、１０ＭＨｚ以上の高周波では、実施例１は比較例２に比べて銅損が大きく低下し、１５ＭＨｚ以上の高周波数では、銅損が更に大きく低下する結果となった。

このように、実施例１は比較例２に比べて銅損が低下したのは以下の理由によるものと考えられる。一般に、物質の中を通る磁束は、なるべく短い経路となる様に直線性を持つ性質と、なるべく透磁率の高い物質の部分を通る性質とがある。これを比較例２に当てはめると、図７（ｃ）及び図７（ｄ）のように、低透磁率部５０の一方は、コイル３０の第１表面３６又は内側領域２４の少なくとも一方に接して外側領域２６に設けられ、他方は、コイル３０の第２表面３８又は内側領域２４の少なくとも一方に接して外側領域２６に設けられている。このことは、コイル３０に発生した磁束が周回するに際して、磁束が曲がるコイル３０の角の部分の付近に低透磁率部５０が設けられていることを意味する。つまり、このような形態では、磁束は比透磁率の高い素体部１０の主部１１の短い経路を通ろうとして、磁束が周回導体３２を通過することが生じる。このように磁束がコイル３０の周回導体３２を通過することで、コイル３０に渦電流が発生する。したがって、比較例２では、コイル３０に渦電流が発生することで銅損が高くなったものと考えられる。このような、磁束が高い透磁率の部分の物質を通ろうとする性質と、磁束が最短の経路を通ろうとする性質とで、後者が優勢となるのは、素体部１０の主部１１と低透磁率部５０の両方を通る経路の透磁率が低い場合である。これは素体部１０の主部１１の比透磁率が１００以下の場合であり、７０以下の場合がより顕著となり、４０以下の場合が更に顕著となる。また、磁束が最短の経路を通ろうとする場合に磁束が周回導体３２を通過することが生じ易くなるのは、低透磁率部５０と周回導体３２の比透磁率の差が２５倍以下の場合であり、１０倍以下の場合がより通過し易くなり、５倍以下の場合が更に通過し易くなる。

一方、実施例１では、図１（ｂ）及び図１（ｃ）のように、低透磁率部５０は、コイル３０の第１表面３６と同一面を形成する第１面３７とコイル３０の第２表面３８と同一面を形成する第２面３９の間のコイル３０で囲まれた内側領域２４に第１面３７及び第２面３９から離れて設けられている。このことは、コイル３０に発生した磁束が周回するに際して、磁束が曲がるコイル３０の角の部分の付近には比透磁率の高い素体部１０の主部１１のみが設けられていることを意味する。これにより、素体部１０の主部１１の比透磁率が十分に高くなく且つ低透磁率部５０と周回導体３２の比透磁率の大きさが近い場合でも、磁束が周回導体３２を通過することが抑制される。これは、素体部１０の主部１１と低透磁率部５０の両方を通る経路の透磁率が低くなっても、この磁束の経路が最も短い経路となるためである。よって、コイル３０に渦電流が発生することが抑制され、その結果、銅損が低くなったものと考えられる。コイル部品が搭載される電子機器で使用される周波数は高くなる傾向にあり、素体部１０を形成する磁性金属粒子の小粒径化と粒子間の高絶縁化が進んでいる。このため、素体部１０で生じる鉄損は低くなる傾向にある。したがって、銅損を低く抑えることで、損失全体を低く抑えることができる。

実施例１によれば、図１（ｂ）及び図１（ｃ）のように、コイル３０の第１表面３６と同一面を形成する第１面３７とコイル３０の第２表面３８と同一面を形成する第２面３９の間で且つ第１面３７及び第２面３９から離れて低透磁率部５０が設けられている。これにより、低透磁率部５０が設けられていない比較例１に比べて直流重畳特性を改善させつつ、図８（ａ）から図８（ｃ）で説明したように損失を低く抑えることができる。また、コイル３０で囲まれた内側領域２４は、磁束が集中する部分である。図１（ｂ）及び図１（ｃ）のように、コイル３０で囲まれた内側領域２４に低透磁率部５０に設けられていることによって、直流重畳特性を効果的に改善することができる。また、比較例２の場合は、図７（ｃ）及び図７（ｄ）のように、低透磁率部５０の一方はコイル３０の第１表面３６又は内側領域２４の少なくとも一方に接して外側領域２６に設けられ、他方はコイル３０の第２表面３８又は内側領域２４の少なくとも一方に接して外側領域２６に設けられている。低透磁率部５０は、コイル３０の第１表面３６と同一面を形成する第１面３７とコイル３０の第２表面３８と同一面を形成する第２面３９の間には設けられていない。これにより、低透磁率部５０が設けられていない比較例１に比べて直流重畳特性は改善するものの、図８（ａ）から図８（ｃ）で説明したように損失が高くなってしまう。

図９（ａ）及び図９（ｂ）は、実施例１の変形例１に係るコイル部品の断面図、図９（ｃ）及び図９（ｄ）は、実施例１の変形例２に係るコイル部品の断面図である。図９（ａ）及び図９（ｂ）のように、実施例１の変形例１のコイル部品１１０では、一方の低透磁率部５０は周回導体３２の第２層と第３層の間に位置して内側領域２４に設けられ、他方の低透磁率部５０は周回導体３２の第５層と第６層の間に位置して内側領域２４に設けられている。その他の構成は実施例１と同じであるため説明を省略する。図９（ｃ）及び図９（ｄ）のように、実施例１の変形例２に係るコイル部品１２０では、一方の低透磁率部５０は周回導体３２の第３層と第４層の間に位置して内側領域２４に設けられ、他方の低透磁率部５０は周回導体３２の第４層と第５層の間に位置して内側領域２４に設けられている。その他の構成は実施例１と同じであるため説明を省略する。

図１０（ａ）から図１０（ｃ）は、実施例１、実施例１の変形例１、実施例１の変形例２、比較例１、及び比較例２に係るコイル部品の銅損の周波数特性のシミュレーションの結果を示す図である。なお、実施例１の変形例１及び実施例１の変形例２に対するシミュレーションは、図８（ａ）から図８（ｃ）の場合と同様に、素体部１０の長手方向の長さを１．６ｍｍ、短手方向の長さを０．８ｍｍ、高さを０．６５ｍｍとした。素体部１０の主部１１の比透磁率を４０、７０、１００とした。周回導体３２の積層数を７層とし、コイル３０の巻数を５．５ターンとした。インダクタンス値が０．２２μＨ、コイル３０の直流抵抗Ｒｄｃが３６ｍΩとなるように、低透磁率部５０の厚さ並びに周回導体３２の高さ及び幅を調整した。表２に、素体部１０の主部１１の比透磁率、低透磁率部５０の厚さ及び比透磁率、周回導体３２の１層当たりの高さ、幅、及び比透磁率、並びに絶縁層２２の１層当たりの厚さを示す。

図１０（ａ）から図１０（ｃ）のように、実施例１の変形例１及び実施例１の変形例２の場合でも、実施例１と同様に、比較例２に比べて銅損が低くなる結果となった。これは、実施例１で説明した理由と同じ理由によるものと考えられる。この結果から、コイル３０で囲まれた内側領域２４に低透磁率部５０が設けられていれば、低透磁率部５０がコイル軸方向でどの位置に設けられていても、銅損が低くなる効果が得られることが分かる。

図１（ｂ）及び図１（ｃ）のように、好適には、低透磁率部５０は、コイル３０で囲まれた内側領域２４に設けられ、コイル３０よりも素体部１０の表面側の外側領域２６には設けられずに外側領域２６よりも内側にある。これにより、磁束が集中するコイル３０の内側領域２４に低透磁率部５０が設けられることで直流重畳特性を効果的に改善できる。

図２（ｂ）のように、好適には、低透磁率部５０は、コイル３０で囲まれた内側領域２４のコイル軸方向から見た断面を全て覆って設けられている。これにより、磁束が集中しやすい部分を覆って低透磁率部５０が設けられるため、直流重畳特性を効果的に改善することができる。

図１（ｂ）及び図１（ｃ）のように、低透磁率部５０は、好適には、積層された複数の周回導体３２の間に位置して設けられている。これにより、図４（ａ）から図４（ｅ）のように、絶縁層２２を形成する際に低透磁率部５０を形成することができるため、低透磁率部５０の形成容易性が向上する。

なお、実施例１において、周回導体３２の内側領域２４に面した側面に低透磁率部が設けられ、周回導体３２の内側領域２４に面した側面が低透磁率部で覆われていてもよい。

実施例１では、コイル３０で囲まれた内側領域２４に２層の低透磁率部が設けられている場合を例に示したが、実施例２では、４層又は６層の低透磁率部が設けられている場合について説明する。図１１（ａ）及び図１１（ｂ）は、実施例２に係るコイル部品の断面図、図１１（ｃ）及び図１１（ｄ）は、実施例２の変形例１に係るコイル部品の断面図である。図１２（ａ）及び図１２（ｂ）は、実施例２の変形例２に係るコイル部品の断面図、図１２（ｃ）及び図１２（ｄ）は、実施例２の変形例３に係るコイル部品の断面図である。

図１１（ａ）及び図１１（ｂ）のように、実施例２のコイル部品２００では、コイル３０で囲まれた内側領域２４に４層の低透磁率部５０が設けられている。１層目の低透磁率部５０は周回導体３２の第１層と第２層の間に位置して内側領域２４に設けられ、２層目の低透磁率部５０は周回導体３２の第２層と第３層の間に位置して内側領域２４に設けられている。３層目の低透磁率部５０は周回導体３２の第５層と第６層の間に位置して内側領域２４に設けられ、４層目の低透磁率部５０は周回導体３２の第６層と第７層の間に位置して内側領域２４に設けられている。その他の構成は実施例１と同じであるため説明を省略する。

図１１（ｃ）及び図１１（ｄ）のように、実施例２の変形例１のコイル部品２１０では、コイル３０で囲まれた内側領域２４に４層の低透磁率部５０が設けられている。１層目の低透磁率部５０は周回導体３２の第１層と第２層の間に位置して内側領域２４に設けられ、２層目の低透磁率部５０は周回導体３２の第３層と第４層の間に位置して内側領域２４に設けられている。３層目の低透磁率部５０は周回導体３２の第４層と第５層の間に位置して内側領域２４に設けられ、４層目の低透磁率部５０は周回導体３２の第６層と第７層の間に位置して内側領域２４に設けられている。その他の構成は実施例１と同じであるため説明を省略する。

図１２（ａ）及び図１２（ｂ）のように、実施例２の変形例２のコイル部品２２０では、コイル３０で囲まれた内側領域２４に４層の低透磁率部５０が設けられている。１層目の低透磁率部５０は周回導体３２の第２層と第３層の間に位置して内側領域２４に設けられ、２層目の低透磁率部５０は周回導体３２の第３層と第４層の間に位置して内側領域２４に設けられている。３層目の低透磁率部５０は周回導体３２の第４層と第５層の間に位置して内側領域２４に設けられ、４層目の低透磁率部５０は周回導体３２の第５層と第６層の間に位置して内側領域２４に設けられている。その他の構成は実施例１と同じであるため説明を省略する。

図１２（ｃ）及び図１２（ｄ）のように、実施例２の変形例３のコイル部品２３０では、コイル３０で囲まれた内側領域２４に６層の低透磁率部５０が設けられている。１層目の低透磁率部５０は周回導体３２の第１層と第２層の間に位置して内側領域２４に設けられ、２層目の低透磁率部５０は周回導体３２の第２層と第３層の間に位置して内側領域２４に設けられている。３層目の低透磁率部５０は周回導体３２の第３層と第４層の間に位置して内側領域２４に設けられ、４層目の低透磁率部５０は周回導体３２の第４層と第５層の間に位置して内側領域２４に設けられている。５層目の低透磁率部５０は周回導体３２の第５層と第６層の間に位置して内側領域２４に設けられ、６層目の低透磁率部５０は周回導体３２の第６層と第７層の間に位置して内側領域２４に設けられている。その他の構成は実施例１と同じであるため説明を省略する。

図１３（ａ）から図１３（ｃ）は、実施例２、実施例２の変形例１、実施例２の変形例２、実施例２の変形例３、比較例１、及び比較例２に係るコイル部品の銅損の周波数特性のシミュレーションの結果を示す図である。なお、実施例２から実施例２の変形例３に対するシミュレーションは、図８（ａ）から図８（ｃ）の場合と同様に、素体部１０の長手方向の長さを１．６ｍｍ、短手方向の長さを０．８ｍｍ、高さを０．６５ｍｍとした。素体部１０の主部１１の比透磁率を４０、７０、１００とした。周回導体３２の積層数を７層とし、コイル３０の巻数を５．５ターンとした。インダクタンス値が０．２２μＨ、コイル３０の直流抵抗Ｒｄｃが３６ｍΩとなるように、低透磁率部５０の厚さ並びに周回導体３２の高さ及び幅を調整した。表３に、素体部１０の主部１１の比透磁率、低透磁率部５０の厚さ及び比透磁率、周回導体３２の１層当たりの高さ、幅、及び比透磁率、並びに絶縁層２２の１層当たりの厚さを示す。

図１３（ａ）から図１３（ｃ）のように、実施例２から実施例２の変形例３の場合でも、比較例２に比べて、銅損が低くなる結果となった。これは、実施例１で説明した理由と同じ理由によるものと考えられる。この結果から、コイル３０で囲まれた内側領域２４に低透磁率部が２層設けられている場合に限られず、４層又は６層などの複数層設けられている場合でも、銅損が小さくなる効果が得られることが分かる。また、実施例１で説明した理由を踏まえると、図１４（ａ）及び図１４（ｂ）のように、コイル３０で囲まれた内側領域２４に１層の低透磁率部５０が設けられている場合、図１４（ｃ）及び図１４（ｄ）のように、コイル３０で囲まれた内側領域２４に３層の低透磁率部５０が設けられている場合でも、銅損が小さくなる効果が得られることが言える。

コイル３０で囲まれた内側領域２４には、好適には、複数の低透磁率部５０が設けられる。これにより、低透磁率部５０それぞれの厚さを絶縁層２２の厚さと同程度の厚さにしつつ、直流重畳特性を改善するために複数の低透磁率部５０の合計厚さを厚くすることができる。よって、低透磁率部５０を絶縁層２２と同時に形成することができるなど、低透磁率部５０の形成容易性が向上する。低透磁率部５０の形成容易性の向上の点から、低透磁率部５０の厚さは、絶縁層２２の厚さと同じである場合が好ましい。なお、同じ厚さとは、製造誤差程度の違いは同じ厚さであるとするものである。

表１から表３のように、素体部１０の主部１１の比透磁率が１００以下である場合、好適には、コイル３０で囲まれた内側領域２４に設けられた低透磁率部５０のコイル軸方向の合計厚さは４０μｍ未満である。言い換えると、低透磁率部５０のコイル軸方向の合計厚さＴμｍは、好適には、素体部１０の主部１１の比透磁率μ_ｒの１／５以上且つ１／２以下（μ_ｒ／５≦Ｔ≦μ_ｒ／２）であり、１／４以上且つ１／２以下（μ_ｒ／４≦Ｔ≦μ_ｒ／２）がより好ましく、１／３以上且つ１／２以下（μ_ｒ／３≦Ｔ≦μ_ｒ／２）が更に好ましい。これにより、直流重畳特性を改善しながら、損失も併せて改善することができる。

実施例１及び実施例２では、低透磁率部５０は、樹脂材料又は無機絶縁材料などで形成されている場合を例に示したが、その他の材料で形成されていてもよく、空隙である場合でもよい。また、低透磁率部５０は、誘電率が１０以下である材料で形成されていてもよい。この場合、自己共振周波数が高周波側に移行し、高周波特性を改善することができる。また、実施例１及び実施例２では、低透磁率部５０を内側領域２４にのみ設けた例を示した。これにより、外側領域からコイル部品の外側に漏れる磁束は少なくなり、結果として外側領域の素体部の体積を小さくできる。つまり、コイル軸方向から見た、素体部１０の主部１１の外側領域２６は内側領域２４より断面積を小さくでき、コイル部品全体の小型化につながる。しかしながら、低透磁率部５０を設けるにあたっては、磁束を遮る位置に低透磁率部５０を設けることで直流重畳特性を改善できることは既知の技術であることから、コイル３０の第１表面３６と同一面を形成する第１面３７とコイル３０の第２表面３８と同一面を形成する第２面３９の間で且つ第１面３７と第２面３９から離れて、コイル３０よりも素体部１０の表面側の外側領域２６に設けられていてもよい。この場合、低透磁率部５０を内側領域２４にのみ設けた場合より、外側領域２６の素体部１０の体積を大きくすることで、コイル部品の外側に漏れる磁束を小さくできる。つまり、コイル軸方向から見た、素体部１０の主部１１の外側領域２６は内側領域２４より断面積を大きくすることで、コイル部品のシールドを高くでき、他の部品との干渉等をおさえつつ、部品間の距離を小さくすることができる。また、低透磁率部５０は、コイル３０の第１表面３６と同一面を形成する第１面３７とコイル３０の第２表面３８と同一面を形成する第２面３９の間で且つ第１面３７と第２面３９から離れていれば、内側領域２４及び外側領域２６の両方に設けられてもよい。実施例１及び実施例２では、磁束が集中する部分である内側領域２４にのみ低透磁率部５０を設ける最も好適な例を挙げたが、他の場合であっても同様の効果を奏する。

実施例１及び実施例２では、コイル部品として積層インダクタの場合を例に示した。すなわち、素体部１０は、コイル３０を形成する周回導体３２及び接続導体３４と磁性金属粒子を主成分に含む磁性体膜７２とを含む複数の層２０が積層されて形成されている場合を例に示した。しかしながら、コイル部品は積層インダクタの場合に限られず、薄膜インダクタなど、その他のコイル部品の場合でもよい。例えば、磁性金属粒子と樹脂を混練した複合材料をシート化し重ねる方法、複合材料を熱や圧力で固める方法などでもよい。

図１５は、コイル部品が薄膜インダクタの場合の断面図である。図１５のように、素体部１０に周回導体３２ａと周回導体３２ｂを含むコイル３０が内蔵されている。周回導体３２ａ及び３２ｂは、コイル軸に交差する方向で渦巻状に旋回していて、互いの端部が接続されている。低透磁率部５０は、周回導体３２ａと周回導体３２ｂの間に位置して設けられている。

図１６は、実施例３に係る電子機器の断面図である。図１６のように、実施例３の電子機器３００は、回路基板９０と、回路基板９０に実装された実施例１のコイル部品１００と、を備える。コイル部品１００は、外部電極６０ａ及び６０ｂが半田９４によって回路基板９０の電極９２に接合されることで、回路基板９０に実装されている。

実施例３の電子機器３００によれば、コイル部品１００が回路基板９０に実装されている。これにより、直流重畳特性を改善しつつ、損失が低く抑えられたコイル部品１００を有する電子機器３００を得ることができる。

なお、実施例３では、回路基板９０に実施例１のコイル部品１００が実装されている場合を例に示したが、実施例１の変形例１から実施例２の変形例３のコイル部品が実装されている場合でもよい。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１０ 素体部
１１ 素体部の主部
１２ 上面
１４ 下面
１６ａ、１６ｂ 端面
１８ａ、１８ｂ 側面
２０ 層
２１ カバー層
２２ 絶縁層
２４ 内側領域
２６ 外側領域
３０ コイル
３２〜３２ｂ 周回導体
３４ 接続導体
３６ 第１表面
３７ 第１面
３８ 第２表面
３９ 第２面
４０ａ、４０ｂ 引出導体
５０ 低透磁率部
５２ａ 第１層
５２ｂ 第２層
６０ａ、６０ｂ 外部電極
７０ フィルム
７２ 磁性体膜
７４ グリーンシート
９０ 回路基板
９２ 電極
９４ 半田
１００、１１０、１２０ コイル部品
２００、２１０、２２０、２３０ コイル部品
３００ 電子機器
５００、６００ コイル部品

Claims (10)

1. 磁性金属粒子及び非磁性材料を含み、絶縁性を有する素体部と、
   前記素体部に内蔵され、導体が周回して形成されたコイルと、を備え、
   前記素体部は、主部と、前記主部よりも比透磁率が低い低透磁率部と、を有し、
   前記コイルは、コイル軸方向でそれぞれ反対側に位置する表面であって前記コイル軸に交差する第１表面及び第２表面を有し、
   前記低透磁率部は、前記コイルの前記第１表面と同一面を形成する第１面と前記コイルの前記第２表面と同一面を形成する第２面の間で且つ前記第１面及び前記第２面から離れて設けられている、コイル部品。
2. 前記低透磁率部は、前記コイルで囲まれた内側領域に設けられ、前記コイルよりも前記素体部の表面側の外側領域より内側にある、請求項１記載のコイル部品。
3. 前記低透磁率部は、前記コイルで囲まれた前記内側領域の前記コイル軸方向から見た断面を全て覆って設けられている、請求項２記載のコイル部品。
4. 前記素体部は、複数の前記低透磁率部を有する、請求項１から３のいずれか一項記載のコイル部品。
5. 前記素体部の主部の比透磁率は１００以下であり、
   前記低透磁率部の前記コイル軸方向の合計の厚さは４０μｍ未満である、請求項１から４のいずれか一項記載のコイル部品。
6. 前記素体部の主部の比透磁率は１００以下であり、
   前記低透磁率部の前記コイル軸方向の合計の厚さＴμｍは前記素体部の主部の比透磁率μ_ｒの１／５以上且つ１／２以下（μ_ｒ／５≦Ｔ≦μ_ｒ／２）である、請求項１から５のいずれか一項記載のコイル部品。
7. 前記素体部は、前記コイルを形成する前記導体と前記磁性金属粒子を主成分に含む磁性体膜とを含む複数の層が積層されて形成されている、請求項１から６のいずれか一項記載のコイル部品。
8. 前記低透磁率部は、積層された前記導体の間に位置している、請求項７記載のコイル部品。
9. 前記素体部の表面に設けられた外部電極と、
   前記素体部内に設けられ、前記コイルの端を前記外部電極に接続させる引出導体と、を備える、請求項１から８のいずれか一項記載のコイル部品。
10. 請求項１から９のいずれか一項記載のコイル部品と、
    前記コイル部品が実装された回路基板と、を備える電子機器。

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