JP2020198338A - コイル部品 - Google Patents
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Abstract
【課題】高透磁率（高インダクタンス）と高絶縁性とを両立することができるコイル部品を提供する。【解決手段】コイル部品（インダクタ１）は、鉄を含有する軟磁性金属粒子を含む磁性基体と、磁性基体内に設けられ、上下方向に延伸するコイル軸ＣＬの周りに設けられた周回部を有するコイル導体２５と、を備える。磁性基体は、波長４８８ｎｍの励起レーザーを用いたラマンスペクトルにおいて、波数７１２ｃｍ-1付近に存在する第１ピークのピーク強度と波数１３２０ｃｍ-1付近に存在する第２ピークのピーク強度との比をピーク強度比としたときに、導体近接領域におけるピーク強度比である第１ピーク強度比とコア領域におけるピーク強度比である第２ピーク強度比とがともに１．０以上であり、第１ピーク強度比に対する前記第２ピーク強度比の比が１．１よりも大きくなる。【選択図】図２
Description
本発明は、コイル部品に関する。本発明は、より具体的には、鉄系の軟磁性金蔵粒子を含む磁性基体にコイル導体が設けられた電子部品に関する。
コイル部品用の磁性基体は、高い透磁率を有するとともに、コイルを構成する内部導体間の絶縁信頼性及び内部導体と外部電極との間の絶縁信頼性が高いことが求められる。このような要望を満たすための磁性基体の材料として、鉄系の軟磁性金属粒子を使用することが提案されている。例えば、特開２０１６−１９５１４９号公報（特許文献１）には、鉄系の軟磁性金属粒子から形成された磁性基体における酸素含有量を調整することにより高透磁率と高絶縁信頼性とを両立できるコイル部品が開示されている。この特許文献１のコイル部品では、磁性基体のコア部の酸素含有量よりも内部導体間における酸素含有量を大きくすることで、コア部の透磁率を高くする一方で内部導体間において高い絶縁性を実現している。
鉄系の軟磁性金属粒子が酸化すると、導電性のマグネタイト（Ｆｅ3Ｏ4）が生成される可能性がある。よって、磁性基体の内部導体間における酸素含有量が高い場合でも、その酸素がマグネタイトに由来するものである場合、絶縁性が低下する可能性がある。
本発明の目的は、上述した問題の少なくとも一部を解決又は緩和することである。より具体的な本発明の目的の一つは、高透磁率（高インダクタンス）と高絶縁性とを両立することができるコイル部品を提供することである。本発明のこれ以外の目的は、明細書全体の記載を通じて明らかにされる。
本発明の一実施形態によるコイル部品は、鉄を含有する軟磁性金属粒子を含む磁性基体と、前記磁性基体内に設けられ、上下方向に延伸するコイル軸の周りに設けられた周回部を有するコイル導体と、を備える。当該磁性基体は、前記コイル導体から基準距離以内にある導体近接領域と、前記導体周囲領域の内側にあるコア領域と、前記導体近接領域と前記磁性基体の外面との間にあるマージン領域と、を有していてもよい。
一実施形態において、前記磁性基体は、波長４８８ｎｍの励起レーザーを用いたラマンスペクトルにおいて、波数７１２ｃｍ-1付近に存在する第１ピークのピーク強度と波数１３２０ｃｍ-1付近に存在する第２ピークのピーク強度との比をピーク強度比としたときに、前記導体近接領域におけるピーク強度比である第１ピーク強度比と前記コア領域におけるピーク強度比である第２ピーク強度比とがともに１．０以上であり、前記第１ピーク強度比に対する前記第２ピーク強度比の比が１．１よりも大きくなるように構成される。
一実施形態において、前記第１ピーク強度比が７５以下である。
本明細書の開示によれば、高透磁率（高インダクタンス）と高絶縁性とを両立することができるコイル部品が得られる。
図１から図５を参照して本発明の一実施形態によるコイル部品について説明する。これらの図には、本発明の一実施形態によるコイル部品の例としてインダクタ１が示されている。図１は、本発明の一実施形態による磁性基体を備えるインダクタ１の斜視図であり、図２は、図１のインダクタ１をＩ−Ｉ線で切断した断面を模式的に示す図であり、図３は、図２の一部（左上の領域）を拡大して模式的に示す図であり、図４は、磁性基体の断面の一部のＳＥＭ像を模式的に示す図であり、図５は、図１のインダクタ１の分解斜視図である。図２及び図５においては、説明の便宜のために、外部電極の図示が省略されている。
これらの図に示されているインダクタ１は、本発明を適用可能なコイル部品の一例である。本発明は、インダクタ以外にも、トランス、フィルタ、リアクトル、及びこれら以外の様々なコイル部品に適用され得る。本発明は、カップルドインダクタ、チョークコイル、及びこれら以外の様々な磁気結合型コイル部品にも適用することができる。本明細書においては、文脈上別に解される場合を除き、インダクタ１の「長さ」方向、「幅」方向、及び「厚さ」方向はそれぞれ、図１の「Ｌ」方向、「Ｗ」方向、及び「Ｔ」方向とする。インダクタ１の上下方向に言及する際には、図１の上下方向を基準とする。つまり、「Ｔ」方向の正方向が上方向と呼び、「Ｔ」方向の負方向を下方向と呼ぶ。
図示のように、インダクタ１は、磁性基体１０と、この磁性基体１０内に設けられたコイル導体２５と、当該コイル導体２５の一端と電気的に接続された外部電極２１と、当該コイル導体２５の他端と電気的に接続された外部電極２２と、を備える。図２に示されているように、コイル導体２５は、上下方向に延びるコイル軸ＣＬの周りにらせん状に延びる周回部２５ａを有する。図示の実施形態において、周回部２５ａは、７層の導体パターンと、この７層の導体パターンのうち隣接している導体パターン同士を接続するビア導体と、を有する。周回部２５ａの一端には引出導体２５ｂ１が接続され、周回部２５ａの他端には引出導体２５ｂ２が接続されている。周回部２５ａは、引出導体２５ｂ１を介して外部電極２２と電気的に接続され、引出導体２５ｂ２を介して外部電極２１と電気的に接続されている。コイル導体２５は、導電性に優れた導電材料からなり、Ａｇ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ａｌ又はこれらの合金を用いることができる。好ましくは、Ｃｕ又はＡｇの少なくとも一方を含むことができる。コイル導体２５は、平均粒径の異なる導電性の粒子を含むことができる。この導電性の粒子は、例えば、Ａｇ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ａｌ又はこれらの合金から成る粒子であってもよい。
インダクタ１は、回路基板２に実装されている。回路基板２には、ランド部３が設けられてもよい。インダクタ１が２つの外部電極２１，２２を備える場合には、これに対応して回路基板２には２つのランド部３が設けられる。インダクタ１は、外部電極２１，２２の各々と回路基板２の対応するランド部３とを接合することにより、当該回路基板２に実装されてもよい。回路基板２は、様々な電子機器に実装され得る。回路基板２が実装され得る電子機器には、スマートフォン、タブレット、ゲームコンソール、及びこれら以外の様々な電子機器が含まれる。インダクタ１は、回路基板２の内部に埋め込まれる内蔵部品であってもよい。
磁性基体１０は、第１の主面１０ａ、第２の主面１０ｂ、第１の端面１０ｃ、第２の端面１０ｄ、第１の側面１０ｅ、及び第２の側面１０ｆを有する。磁性基体１０は、これらの６つの面によってその外面が画定される。第１の主面１０ａと第２の主面１０ｂとは互いに対向し、第１の端面１０ｃと第２の端面１０ｄとは互いに対向し、第１の側面１０ｅと第２の側面１０ｆとは互いに対向している。図１において第１の主面１０ａは磁性基体１０の上側にあるため、第１の主面１０ａを「上面」と呼ぶことがある。同様に、第２の主面１０ｂを「下面」と呼ぶことがある。インダクタ１は、第２の主面１０ｂが回路基板２と対向するように配置されるので、第２の主面１０ｂを「実装面」と呼ぶこともある。本発明の一実施形態において、磁性基体１０は、長さ寸法（Ｌ方向の寸法）が１．０ｍｍ〜２．６ｍｍ、幅寸法（Ｗ方向の寸法）が０．５〜２．１ｍｍ、高さ寸法（Ｈ方向の寸法）が０．５〜１．０ｍｍとなるように形成される。長さ方向の寸法は、０．３ｍｍ〜１．６ｍｍとされてもよい。
図２及び図３に示されているように、磁性基体１０は複数の領域に区画される。具体的には、一実施形態における磁性基体１０は、コイル導体２５の周回部２５ａから基準距離ｄ内にある導体近接領域１０Ａと、この導体近接領域１０Ａの内側にあるコア領域１０Ｂと、導体近接領域１０Ａと磁性基体１０の外面との間にあるマージン領域１０Ｃと、を有する。基準距離ｄは、例えば、１０μｍ〜２００μｍの範囲、２０μｍ〜１００μｍ、又は３０μｍ〜８０μｍの範囲の値とされる。一実施形態において、基準距離ｄは、５０μｍとされてもよい。図２及び図３には、各領域の境界が模式的に示されている。図２及び図３に示されている境界は、必ずしも各領域の境界を正確に示すものではない点に留意されたい。
コア領域１０Ｂは、周回部２５ａの内側の領域である。つまり、コア領域１０Ｂは、周回部２５ａよりもコイル軸ＣＬに近い領域である。コア領域１０Ｂは、コイル軸ＣＬによって貫かれている。
マージン領域１０Ｃは、導体近接領域１０Ａ及びコア領域１０Ｂと磁性基体１０の上面１０ａとの間にある上側カバー領域１０Ｃ１と、導体近接領域１０Ａ及びコア領域１０Ｂと磁性基体１０の下面１０ｂとの間にある下側カバー領域１０Ｃ２と、導体近接領域１０Ａと第１の端面１０ｃ、第２の端面１０ｄ、第１の側面１０ｅ、及び第２の側面１０ｆの各々との間にあるサイドマージン部１０Ｃ３と、にさらに区画されてもよい。上側カバー領域１０Ｃ１は、後述する上側カバー層１８と一致していてもよいし一致していなくともよい。下側カバー領域１０Ｃ２は、後述する下側カバー層１９と一致していてもよいし一致していなくともよい。
外部電極２１は、磁性基体１０の第１の端面１０ｃに設けられる。外部電極２２は、磁性基体１０の第２の端面１０ｄに設けられる。各外部電極は、図示のように、磁性基体１０の上面及び下面まで延伸してもよい。各外部電極の形状及び配置は、図示された例には限定されない。例えば、外部電極２１，２２はいずれも磁性基体１０の下面１０ｂに設けられてもよい。この場合、コイル導体２５は、ビア導体を介して、磁性基体１０の下面１０ｂに設けられた外部電極２１，２２と接続される。外部電極２１と外部電極２２とは、長さ方向において互いから離間して配置されている。外部電極２１と外部電極２２との間の距離は、磁性基体１０の長さ方向の寸法である０．３ｍｍ〜１．６ｍｍと同じかそれよりも若干小さい。
本発明の一実施形態において、磁性基体１０は、表面に酸化膜が設けられた複数の軟磁性金属粒子を結合させることによって形成される構造体である。図４に示されているように、磁性基体１０に含まれる軟磁性金属粒子３０の各々は、隣接する軟磁性金属粒子３０と酸化膜４０を介して結合される。一部の軟磁性金属粒子３０同士は、酸化膜を介さずに直接結合されてもよい。軟磁性金属粒子３０間には空隙が存在していてもよい。この空隙の一部又は全部には樹脂が充填されていてもよい。
磁性基体１０に含まれる軟磁性金属粒子３０は、鉄を含有する軟磁性合金から形成される。一実施形態において、磁性基体１０に含まれる軟磁性金属粒子３０は、例えば、Ｆｅ−Ｓｉ合金、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金、又はＦｅ−Ｓｉ−Ｃｒ合金であってもよい。軟磁性金属粒子３０は、単一の種類の合金の粒子のみを含んでいてもよい。磁性基体１０用の磁性材料に含まれる軟磁性金属粒子３０は、複数の異なる種類の合金の粒子を含んでいてもよい。例えば、軟磁性金属粒子３０は、Ｆｅ−Ｓｉ合金から成る複数の粒子と、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金から成る複数の粒子と、を含んでいても良い。軟磁性金属粒子３０がＦｅを含む合金から形成される場合には、軟磁性金属粒子３０におけるＦｅの含有比率は、９０ｗｔ％以上とされてもよい。これにより、良好な磁気飽和特性を有する磁性基体１０が得られる。
磁性基体１０の材料として用いられる軟磁性金属粒子３０は、互いに平均粒径の異なる２種類以上の軟磁性金属粒子３０を含んでもよい。例えば、磁性基体１０の材料として用いられる軟磁性金属粒子３０は、第１平均粒径を有する第１の軟磁性金属粒子と、この第１平均粒径よりも小さな第２平均粒径を有する第２軟磁性金属粒子と、を含んでもよい。一実施形態において、第２軟磁性金属粒子の平均粒径は、第１軟磁性金属粒子の平均粒径の１／２以下とされる。第２軟磁性金属粒子の平均粒径が第１軟磁性金属粒子の平均粒径よりも小さい場合、第２軟磁性金属粒子が隣接する第１軟磁性金属粒子の間の隙間に入り込み易く、その結果、磁性基体１０における軟磁性金属粒子の充填率（Density）を高めることができる。一実施形態において、磁性基体１０の材料として用いられる軟磁性金属粒子３０は、第２平均粒径よりも小さな第３平均粒径を有する第３軟磁性金属粒子をさらに含んでもよい。
磁性基体１０に含まれる軟磁性金属粒子３０の平均粒径は、当該磁性基体１０をその厚さ方向（Ｔ方向）に沿って切断して断面を露出させ、当該断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により２０００倍〜５０００倍の倍率で撮影した写真に基づいて粒度分布を求め、この粒度分布に基づいて定められる。例えば、ＳＥＭ写真に基づいて求められた粒度分布の５０％値を軟磁性金属粒子３０の平均粒径とすることができる。
磁性基体１０用の磁性材料として用いられる軟磁性金属粒子３０は、その表面に絶縁膜を有していてもよい。この絶縁膜は、軟磁性金属粒子３０の表面全体を覆うように形成されることが望ましい。軟磁性金属粒子３０の表面に設けられる絶縁膜によって軟磁性金属粒子３０同士のショートを抑制することにより渦電流損失を抑制することができる。この絶縁膜は、例えば、シリカ等の酸化ケイ素膜である。軟磁性金属粒子３０の表面に形成される絶縁膜の厚さは、例えば５ｎｍ以上１００ｎｍ以下とされる。軟磁性金属粒子３０に設けられる絶縁膜の厚さは、当該軟磁性金属粒子３０の平均粒径に応じて変更され得る。
酸化膜４０は、軟磁性金属粒子３０に含まれる金属元素の酸化物を含む。例えば、軟磁性金属粒子３０がＦｅ−Ｓｉ−Ｃｒ合金である場合には、酸化膜４０はＦｅ及びＣｒの酸化物を含み、軟磁性金属粒子３０がＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金である場合には、酸化膜４０はＦｅ及びＡｌの酸化物を含む。本発明に用いられる軟磁性金属粒子３０は、Ｆｅを含有するので、どの種類の合金を使用する場合でも酸化膜４０はＦｅの酸化物を含む。酸化膜４０に含まれるＦｅの酸化物には、マグネタイト（Ｆｅ3Ｏ4）及びヘマタイト（Ｆｅ2Ｏ3）が含まれる。
本発明の一実施形態においては、インダクタ１として望ましい透磁率及び絶縁性を実現するという観点から、磁性基体１０の各領域におけるマグネタイトとヘマタイトとの比率が適切な範囲に定められる。磁性基体１０の各領域におけるマグネタイトとヘマタイトとの比率は、測定領域に波長４８８ｎｍの励起レーザーを照射したときの散乱光を測定して得られるラマンスペクトルにおいて、波数７１２ｃｍ-1付近に存在するピークのピーク強度（ピーク強度Ｍ）と波数１３２０ｃｍ-1付近に存在するピークのピーク強度（ピーク強度Ｈ）との比であるピーク強度比（Ｍ／Ｈ）によって特定される。波数７１２ｃｍ-1付近に存在するピークは、マグネタイト（Ｆｅ3Ｏ4）に由来するピークであり、波数１３２０ｃｍ-1付近に存在するピークは、ヘマタイト（Ｆｅ2Ｏ3）に由来するピークである。マグネタイト（Ｆｅ3Ｏ4）に由来するピークは、ラマンスペクトルにおいて波数６６０ｃｍ-1〜７６０ｃｍ-1の範囲に現れる。本明細書においては、「波数７１２ｃｍ-1付近に存在するピーク」は、波長４８８ｎｍの励起レーザーを用いたラマンスペクトルにおいて波数６６０ｃｍ-1〜７６０ｃｍ-1の範囲にピークトップが現れるピークを意味する。ヘマタイト（Ｆｅ2Ｏ3）に由来するピークは、ラマンスペクトルにおいて波数１２７０ｃｍ-1〜１３７０ｃｍ-1の範囲に現れる。本明細書においては、「波数１２９０ｃｍ-1付近に存在するピーク」は、マグネタイト（Ｆｅ3Ｏ4）に由来するピークであり、波長４８８ｎｍの励起レーザーを用いたラマンスペクトルにおいて波数１２７０ｃｍ-1〜１３７０ｃｍ-1の範囲にピークトップが現れるピークを意味する。本明細書においては、磁性基体１０に波長４８８ｎｍの励起レーザーを照射したときの散乱光を測定して得られるラマンスペクトルにおいて、マグネタイトに由来するピーク強度（ピーク強度Ｍ）のヘマタイトに由来するピーク強度（ピーク強度Ｈ）との比であるピーク強度比（Ｍ／Ｈ）を「Ｍ／Ｈピーク比」又は「Ｍ／Ｈ比」ということがある。
本発明の一実施形態において、磁性基体１０は、その導体近接領域１０ＡにおけるＭ／Ｈピーク比がコア領域１０ＢにおけるＭ／Ｈピーク比よりも低くなるように構成される。つまり、導体近接領域１０Ａは、コア領域１０Ｂとの比較において、ヘマタイトの存在比率がより高い領域である。本発明の一実施形態において、導体近接領域１０ＡにおけるＭ／Ｈピーク比は１〜７５となる。
本発明の一実施形態において、磁性基体１０は、そのマージン領域１０ＣにおけるＭ／Ｈピーク比がコア領域１０ＢにおけるＭ／Ｈピーク比よりも低くなるように構成される。つまり、マージン領域１０Ｃは、コア領域１０Ｂとの比較において、ヘマタイトの存在比率が高い領域である。本発明の一実施形態において、マージン領域１０ＣにおけるＭ／Ｈピーク比は１〜７５となる。
磁性基体１０の各領域のラマンスペクトルは、磁性基体１０の破断面の測定対象となる領域に波長４８８ｎｍの励起レーザーを照射し、この磁性基体１０からの散乱光を一般的な分光測定装置を用いて測定することにより得られる。分光測定装置としては、例えば、日本分光株式会社製のラマン分光光度計（ＮＲＳ−３３００）を用いることができる。
磁性基体におけるマグネタイトの含有比率が高くなると透磁率が向上する一方で絶縁性が劣化する（耐電圧が低くなる）。磁性基体におけるヘマタイトの含有比率が高くなると透磁率が低下する一方で絶縁性が改善する（耐電圧が高くなる）。電源系のインダクタ等の大電流が流れる電子部品においては、透磁率が２５以上で耐電圧が１Ｖ／μｍ以上であることが望ましい。
次に、図５を参照して、インダクタ１が有する積層構造について説明する。図５には、積層プロセスによって作成されたインダクタ１の分解斜視図が示されている。図５に示すように、磁性体層２０は、磁性膜１１〜１７を備える。磁性体層２０においては、Ｔ軸方向の正方向側から負方向側に向かって、磁性膜１１、磁性膜１２、磁性膜１３、磁性膜１４、磁性膜１５、磁性膜１６、磁性膜１７の順に積層されている。インダクタ１は、積層プロセス以外の方法で作成されてもよい。例えば、インダクタ１は、薄膜プロセスにより作成されてもよい。
磁性膜１１〜１７の各々の上面には、導体パターンＣ１１〜Ｃ１７が形成されている。導体パターンＣ１１〜Ｃ１７は、例えば、導電性に優れた金属又は合金から成る導電ペーストをスクリーン印刷法により印刷することにより形成される。この導電ペーストの材料としては、Ａｇ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ａｌ又はこれらの合金を用いることができる。導体パターンＣ１１〜Ｃ１７は、これ以外の材料及び方法により形成されてもよい。導体パターンＣ１１〜Ｃ１７、例えば、スパッタ法、インクジェット法、又はこれら以外の公知の方法で形成されてもよい。
磁性膜１１〜磁性膜１６の所定の位置には、ビアＶ１〜Ｖ６がそれぞれ形成される。ビアＶ１〜Ｖ６は、磁性膜１１〜磁性膜１６の所定の位置に、磁性膜１１〜磁性膜１６をＴ軸方向に貫く貫通孔を形成し、当該貫通孔に導電材料を埋め込むことにより形成される。
導体パターンＣ１１〜Ｃ１７の各々は、隣接する導体パターンとビアＶ１〜Ｖ６を介して電気的に接続される。このようにして接続された導体パターンＣ１１〜Ｃ１７が、スパイラル状の周回部２５ａを形成する。すなわち、コイル導体２５の周回部２５ａは、導体パターンＣ１１〜Ｃ１７及びビアＶ１〜Ｖ６を有する。
導体パターンＣ１１のビアＶ１に接続されている端部と反対側の端部は、引出導体２５ｂ１を介して外部電極２２に接続される。導体パターンＣ１７のビアＶ６に接続されている端部と反対側の端部は、引出導体２５ｂ２を介して外部電極２１に接続される。
上側カバー層１８は、磁性材料から成る磁性膜１８ａ〜１８ｄを備え、下側カバー層１９は、磁性材料から成る磁性膜１８ａ〜１８ｄを備える。本明細書においては、磁性膜１８ａ〜１８ｄ及び磁性膜１８ａ〜１８ｄを総称して「カバー層磁性膜」と呼ぶことがある。
次に、インダクタ１の製造方法の一例を説明する。インダクタ１は、例えば積層プロセスによって製造することができる。以下では、積層プロセスによるインダクタ１の製造方法の一例を説明する。
まず、磁性基体１０を構成する各磁性膜（上側カバー層１８を構成する磁性膜１８ａ〜１８ｄ、磁性体層２０を構成する磁性膜１１〜磁性膜１７、及び下側カバー層１９を構成する磁性膜１９ａ〜１９ｄ）となる磁性体シートを作成する。磁性体シートを作成するために、まず軟磁性金属粒子３０を準備する。軟磁性金属粒子３０を準備する工程においては、軟磁性金属粒子３０の表面に絶縁膜を形成してもよい。一実施形態において、軟磁性金属粒子３０の表面に設けられる絶縁膜は、酸化ケイ素膜である。酸化ケイ素膜は、例えばゾルゲル法を用いたコートプロセスによって、軟磁性金属粒子３０の各々の表面に設けられる。具体的には、まず、軟磁性金属粒子３０、エタノール、及びアンモニア水を含む混合液中に、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン、Ｓｉ（ＯＣ2Ｈ5）4）、エタノール、及び水を含む処理液を混合して混合液を作成し、次に、この混合液を撹拌し、その後にこの攪拌された混合液を濾過することで、各々の表面に酸化ケイ素膜が設けられた軟磁性金属粒子３０が分離される。酸化ケイ素膜が形成された軟磁性金属粒子３０に熱処理を行ってもよい。この熱処理は、例えば、還元雰囲気において、４００〜８００℃で２０〜６０分間行われる。
次に、軟磁性金属粒子３０の粒子群、樹脂組成物、及び溶剤を混合してスラリー（混合物）を作成する。この樹脂組成物は、バインダー樹脂を含む。このバインダー樹脂は、溶剤に溶解する任意のバインダー樹脂が用いられる。バインダー樹脂は、絶縁性に優れた熱硬化性樹脂であってもよい。より具体的に、バインダー樹脂は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、ポリスチレン（ＰＳ）樹脂、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）樹脂、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）樹脂、ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂、ポリフッ化ビニルデン（ＰＶＤＦ）樹脂、フェノール（Ｐｈｅｎｏｌｉｃ）樹脂、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）樹脂、ポリベンゾオキサゾール（ＰＢＯ）樹脂、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）樹脂、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）樹脂、アクリル樹脂、又はこれらの混合物であってもよい。
次に、上記のスラリーを圧縮成形することで板状の磁性体シートが得られる。具体的には、スラリーを成型金型に入れ、成形金型内でスラリーに成形圧力が加えられる。磁性体シートは、温間成形によって成形されてもよく、冷間成形によって成形されてもよい。温間成形による場合には、結合材の硬化温度よりも高い温間で成形が行われる。例えば、温間成形においては、１５０°〜４００°の温間で成形が行われる。成形圧力は、例えば、４０ＭＰａ〜１２０ＭＰａとされる。成形圧力は、所望の充填率を得るために適宜調整され得る。磁性体シートを得るための加圧処理は、複数のシートに対してまとめて行われてもよい。具体的には、上記のスラリーをプラスチック製のベースフィルムの表面に塗布して乾燥させ、この乾燥後のスラリーを所定サイズに切断することでシート体を形成し、このシート体を複数枚積層して得られる積層体に対して加圧処理を行ってもよい。
次に、上記のようにして作成された磁性体シートに対してコイル導体を設ける。具体的には、磁性膜１１〜磁性膜１６となる各磁性体シートの所定の位置に、各磁性体シートをＴ軸方向に貫く貫通孔を形成する。次に、磁性膜１１〜磁性膜１７となる磁性体シートの各々の上面に、導電ペーストをスクリーン印刷法により印刷することで、当該磁性体シートに導体パターンを形成する。また、各磁性体シートに形成された各貫通孔に導電ペーストを埋め込む。このようにして磁性膜１１〜磁性膜１７となる第１磁性体シートに形成された導体パターンは、それぞれ導体パターンＣ１１〜導体パターンＣ１７となり、各貫通孔に埋め込まれた金属がビアＶ１〜Ｖ６となる。各導体パターンは、スクリーン印刷法以外にも公知の様々な方法で形成され得る。
次に、磁性膜１１〜磁性膜１７となる各第１磁性体シートを積層してコイル積層体を得る。磁性膜１１〜磁性膜１７となる各磁性体シートは、当該各磁性体シートに形成されている導体パターンＣ１１〜Ｃ１７の各々が隣接する導体パターンとビアＶ１〜Ｖａ６を介して電気的に接続されるように積層される。
次に、複数の磁性体シートを積層して上側カバー層１８となる上側積層体を形成する。また、複数の磁性体シートを積層して下側カバー層１９となる下側積層体を形成する。
次に、下側積層体、コイル積層体、上側積層体をＴ軸方向の負方向側から正方向側に向かってこの順序で積層し、この積層された各積層体をプレス機により熱圧着することで本体積層体が得られる。本体積層体は、下側積層体、コイル積層体、及び上側積層体を形成せずに、準備した磁性体シート全てを順番に積層して、この積層された磁性体シートを一括して熱圧着することにより形成しても良い。次に、ダイシング機やレーザー加工機等の切断機を用いて上記本体積層体を所望のサイズに個片化することで、チップ積層体が得られる。チップ積層体の端部に対しては、必要に応じて、バレル研磨等の研磨処理を行ってもよい。
次に、このチップ積層体を脱脂し、脱脂されたチップ積層体を焼成することでコイル導体２５が埋め込まれた磁性基体１０が得られる。この熱処理により、軟磁性金属粒子３０に含まれる金属元素が酸化し、軟磁性金属粒子３０の表面に酸化膜４０が形成される。これにより、隣り合う軟磁性金属粒子３０同士が酸化膜４０を介して結合する。チップ積層体の焼成は、５０ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍの範囲の酸素を含有する酸素雰囲気において６００℃〜９００℃で、２０分間〜１２０分間の加熱時間だけ行われる。チップ積層体のうち導体近接領域１０Ａに相当する領域においては、コイル導体２５の周回部２５ａに含まれるＡｇ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ａｌ又はこれらの合金からなる金属元素と軟磁性金属粒子３０に含まれるＦｅ及びそれ以外の金属元素との酸化還元電位の差により、軟磁性金属粒子３０に含まれるＦｅ及びそれ以外の金属元素の酸化が促進されると考えられる。コイル導体２５の周回部２５ａに含まれる金属元素は、Ａｇ又はＣｕとすることにより、軟磁性金属粒子３０に含まれるＦｅ及びそれ以外の金属元素とコイル導体２５の周回部２５ａに含まれる金属元素との酸化還元電位の差を大きくすることができる。また、チップ積層体のうちマージン領域１０Ｃに相当する領域においては、軟磁性金属粒子３０に含まれるＦｅ及びそれ以外の金属元素が雰囲気中の酸素により酸化される。チップ積層体のうちコア領域１０Ｂに相当する領域においては、導体近接領域１０Ａに相当する領域及びマージン領域１０Ｃに相当する領域に比べて酸素が不足しているため、酸化の進行が抑制される。このように、チップ積層体のうちコア領域１０Ｂに相当する領域においては、導体近接領域１０Ａに相当する領域及びマージン領域１０Ｃに相当する領域に比べて酸素が不足しているため、コア領域１０Ｂに相当する領域では、導体近接領域１０Ａに相当する領域及びマージン領域１０Ｃに相当する領域よりもＦｅの酸化物としてマグネタイトが多く生成されやすい。
次に、このチップ積層体の両端部に導体ペーストを塗布することにより、外部電極２１及び外部電極２２を形成する。外部電極２１及び外部電極２２には、必要に応じて、半田バリア層及び半田濡れ層の少なくとも一方が形成されてもよい。以上により、インダクタ１が得られる。
上記の製造方法に含まれる工程の一部は、適宜省略可能である。インダクタ１の製造方法においては、本明細書において明示的に説明されていない工程が必要に応じて実行され得る。上記のインダクタ１の製造方法に含まれる各工程の一部は、本発明の趣旨から逸脱しない限り、随時順番を入れ替えて実行され得る。上記のインダクタ１の製造方法に含まれる各工程の一部は、可能であれば、同時に又は並行して実行され得る。
続いて、本発明の実施例について説明する。まず、Ｆｅ―Ｓｉ−Ｃｒ（Ｆｅ：９５ｗｔ％、Ｓｉ：３．５％、Ｃｒ：１．５ｗｔ％）の組成を有する軟磁性金属粒子３０を準備した。
続いて、この軟磁性金属粒子３０の粒子群とポリビニルブチラールとを混練してスラリーを作成した。次に、このスラリーをダイコータなどの塗工機を用いて長尺状にシート化し、これを裁断することで、８μｍの厚さを有する直方体形状の磁性体シートを複数作成した。次に、このようにして作成された磁性体シートの所定位置にビア導体用の貫通孔を設けた。次に、平均粒径の異なるＡｇ粒子を２種類準備した。このうち、大径のＡｇ粒子は平均粒径が１０μｍであり、小径のＡｇ粒子は平均粒径が０．５μｍであった。以下、この大径のＡｇ粒子を粗粉Ａｇもしくは単に粗粉と呼び、小径のＡｇ粒子を微粉Ａｇもしくは単に微粉と呼ぶ。これらを用いて、粗粉のみを含む（つまり、微粉を含まない）導電性ペースト、粗粉と微粉とを重量比で７０：３０の割合で混合した混合粉を含む導電性ペースト、粗粉と微粉とを重量比で５０：５０の割合で含む導電性ペーストを作成した。次に、当該貫通孔に粗粉Ａｇのみを含む導電性ペーストを埋め込むとともに、当該磁性体シートと別の磁性体シートの表面に所定パターンで当該導電性ペーストを印刷した。このようにして導体パターンが形成された磁性体シートを、異なる磁性体シートに形成された導体パターン同士が貫通孔に埋め込まれた導電体を介して電気的に接続されるように積層して６０℃にて仮圧着を行い第１の種類の積層体を得た。この第１の種類の積層体は、コイル導体として粗粉Ａｇのみを含む。また、粗粉Ａｇのみを含む導電性ペーストに代えて粗粉と微粉とを重量比で７０：３０の割合で含む導電性ペーストを使用し、導電性ペースト以外は上記と同じ工程を経て第２の種類の積層体を作成した。この第２の種類の積層体は、コイル導体として粗粉と微粉とを重量比で７０：３０の割合で含む。また、粗粉Ａｇのみを含む導電性ペーストに代えて粗粉と微粉とを重量比で５０：５０の割合で含む導電性ペーストを使用し、導電性ペースト以外は上記と同じ工程を経て第３の種類の積層体を作成した。この第３の種類の積層体は、コイル導体として粗粉と微粉とを重量比で５０：５０の割合で含む。この３種類の積層体の各々を、長さ寸法が１．６ｍｍ、幅寸法が０．８ｍｍ、高さ寸法が１．０ｍｍとなるように個片化した。
次に、このようにして個片化されたチップ積層体に対して熱処理を行った。具体的には、コイル導体に粗粉を含む３個のチップ積層体のうちの１つに対して大気中で熱処理を行い、別の１つに対して雰囲気ガスとして酸素ガスと窒素ガスとの混合ガスを用いて熱処理を行い、最後の１つに対して雰囲気ガスとして窒素ガスを用いて熱処理を行った。コイル導体に粗粉と微粉とを重量比で７０：３０の割合で含む６個のチップ積層体のうち１つに対して大気中で熱処理を行い、別の一つに対して雰囲気ガスとして窒素ガスを用いて熱処理を行い、残りの４つに対して雰囲気ガスとして酸素ガスと窒素ガスとの混合ガスを用いて熱処理を行った。４つの積層体に対する加熱処理に用いた混合ガスの酸素濃度は、積層体ごとに変更した。同様に、コイル導体に粗粉と微粉とを重量比で５０：５０の割合で含む６個のチップ積層体のうち１つに対して大気中で熱処理を行い、別の一つに対して雰囲気ガスとして窒素ガスを用いて熱処理を行い、残りの４つに対して雰囲気ガスとして酸素ガスと窒素ガスとの混合ガスを用いて熱処理を行った。４つの積層体に対する加熱処理に用いた混合ガスの酸素濃度は、積層体ごとに変更した。
熱処理が施された１５個のチップ積層体の各々に対して、２つの外部電極の各々がコイル導体の端部と接続されるように取り付けた。すなわち、この２つの外部電極のうち一方の外部電極を導体パターンの一端と接続し、他方の外部電極を当該導体パターンの他端と接続し、１５個のインダクタを得た。この１５個のインダクタを試料番号１〜試料番号１５とする。試料番号１〜試料番号３の試料が導体パターンに粗粉Ａｇのみを含み、試料番号４〜試料番号９の試料が導体パターンに粗粉と微粉とを７０：３０の割合で含み、試料番号１０〜試料番号１５の試料導体パターンに粗粉Ａｇと微粉Ａｇとを重量比５０：５０の割合で含む。
このようにして得られた試料番号１〜試料番号１５の１５個のインダクタの各々について、日本分光株式会社製のラマン分光光度計（ＮＲＳ−３３００）を用いてラマンスペクトルを測定した。具体的には、試料番号１〜試料番号１５の各々を長さ方向の中心を通り高さ方向及び幅方向に平行な切断面で切断して断面を露出させ、この断面の２箇所に励起用レーザーを照射し、各測定領域からの散乱光をＮＲＳ−３３００を用いて測定した。励起用レーザーの波長は４８８ｎｍ、スポットサイズの直径は５０μｍとした。測定領域の一方である測定領域Ａは導体近接領域１０Ａに相当する領域であり、他方である測定領域Ｂはコア領域１０Ｂに相当する領域である。具体的には、測定領域Ａは、各試料の上記断面において導体パターンよりも外側にあり、導体パターンからの距離が５０μｍの位置を中心とする領域とした。測定領域Ｂは、各試料の上記断面において導体パターンの内側にあり各試料の幅方向の中央を中心とする領域とした。測定領域Ｂは、導体パターンからの距離が２００μｍ以上離れている。以上により、１５個の試料の各々について２つずつ、合計３０通りのラマンスペクトルを得た。このようにして得られた１５個の試料についての３０通りのラマンスペクトルについて、波数７１２ｃｍ-1付近に存在するピークのピーク強度（ピーク強度Ｍ）と波数１３２０ｃｍ-1付近に存在するピークのピーク強度（ピーク強度Ｈ）との比であるピーク強度比（Ｍ／Ｈ）を求めた。
また、試料番号１〜試料番号１５のインダクタの各々について、ＬＣＲメーターを用いてインダクタンスを測定した。
また、試料番号１〜試料番号１５のインダクタの各々について、外部電極間に加える電圧を段階的に増加させ、ショートが発生したときの電圧を計測した。このショートが発生したときの電圧を導体パターン間の間隔で除した値を各試料の耐電圧とした。
以上のようにして得られた試料番号１〜試料番号１５の各々についてのピーク強度比、インダクタンス、及び耐電圧を表１にまとめた。表１において、測定領域ＡにおけるＭ／Ｈ比をＭ／Ｈ比（ＲA）とし、測定領域ＢにおけるＭ／Ｈ比をＭ／Ｈ比（ＲB）とした。
電源系のインダクタ等の大電流が流れる電子部品においては、インダクタンスが高く耐電圧(絶縁性能）が高いことが望ましい。耐電圧(絶縁性能）が低いと部品の内部にて短絡が発生しやすくなる。耐電圧が０．１Ｖ／μｍ以下であれば、電源系の回路に通常使用できない。表1においては、このような試料を使用不可能と判定し、判定欄の評価を「不可」と表記した。耐電圧は、１Ｖ／μｍ以上が望ましい。耐電圧は、透磁率（又はインダクタンス）とトレードオフの関係にあるため、要求性能に応じて耐電圧と透磁率又はインダクタンスとのバランスを取る必要がある。試料番号１から１５のインダクタにおいては、インダクタンスが２００ｎＨ以上で耐電圧が１．０Ｖ／μｍよりも大きければ実用可能である。そこで、表1においては、インダクタンスが２００ｎＨ以上で耐電圧が１．０Ｖ／μｍよりも大きい試料について判定欄の評価を「可」又は「良」とした。インダクタンスが２７０ｎＨ以上でかつ耐電圧が１．０Ｖ／μｍよりも大きい試料は、インダクタンス及び耐電圧がともに優れている。表1においては、インダクタンスが２７０ｎＨ以上でかつ耐電圧が１．０Ｖ／μｍよりも大きい試料について、判定欄の評価を「良」とした。判定欄に「良」と記載されている試料が本発明の実施例である。
表１に示されている測定結果から、導体近傍領域１０Ａに相当する測定領域ＡにおけるＭ／Ｈピーク比ＲAとコア領域１０Ｂに相当する測定領域ＢにおけるＭ／Ｈピーク比ＲBがともに１．０以上であり、コア領域１０Ｂに相当する測定領域ＢにおけるＭ／Ｈピーク比ＲBと測定領域ＡにおけるＭ／Ｈピーク比ＲAとの比（すなわち、ＲB／ＲA）が１．１以上であれば、インダクタンスが２７０ｎＨ以上で耐電圧が１．０Ｖ／μｍよりも大きくなることが分かった。逆に、測定領域ＡにおけるＭ／Ｈピーク比ＲAとコア領域１０Ｂに相当する測定領域ＢにおけるＭ／Ｈピーク比ＲBがともに１．０未満の場合にはインダクタンスが２７０ｎＨよりも大幅に低いことが分かる。また、ＲB／ＲAが１．１未満の場合には、耐電圧が小さくなり、概ね０．１Ｖ／μｍとなることが分かる。このように、測定領域ＡにおけるＭ／Ｈピーク比ＲAとコア領域１０Ｂに相当する測定領域ＢにおけるＭ／Ｈピーク比ＲBがともに１．０以上であり、測定領域ＢにおけるＭ／Ｈピーク比ＲBと測定領域ＡにおけるＭ／Ｈピーク比ＲAとの比（ＲB／ＲA）が１．１より大きいときに、望ましい高透磁率及び高絶縁性が実現される。
コイル導体が粗粉及び微粉を含む場合、耐電圧（絶縁性能）が向上する。コイル導体においては微粉の割合が多くなると耐電圧（絶縁性能）がより向上する。しかしながら、粗粉と微粉の重量比が５０：５０よりも微粉の割合が多くなると、コイル導体を磁性体シートへ形成するときに当該磁性体シートの磁性粒子間の間隙部にＡｇ微粉が入り込みやすくなり、この間隙部に入り込んだＡｇ微粉によりコイル導体の導体パターン間で短絡を引き起こしやすくなってしまう。このため、コイル導体における微粉の含有比率は、粗粉と微粉との重量比が５０：５０よりも多くならないようにすることが望ましい。コイル導体における微粉の含有比率が高くなると耐電圧（絶縁性能）が高くなる理由は、微粉の含有比率が高いほどコイル導体間の磁性膜中の磁性粒子とコイル導体の導電性の粒子との接触性が向上し、この接触がヘマタイトの生成を促進しているためと考えられる。
次に、上記の実施形態による作用効果について説明する。上記の一実施形態による磁性基体１０は、コイル導体２５の周回部２５ａから基準距離ｄ以内にある導体近接領域１０Ａと、この導体近接領域１０Ａの内側にあるコア領域１０Ｂと、を有しており、導体近接領域１０Ａにおけるピーク強度比である第１ピーク強度比とコア領域１０Ｂにおけるピーク強度比である第２ピーク強度比がともに１．０以上であり、コア領域１０Ｂにおけるピーク強度比である第２ピーク強度比と上記第１ピーク強度比との比が１．１より大きくなっている。このように、導体近接領域１０Ａにおけるピーク強度比である第１ピーク強度比とコア領域１０Ｂにおけるピーク強度比である第２ピーク強度比がともに１．０以上とすることで、コイル導体２５から生じる磁束が通る導体近接領域１０Ａとコア領域１０Ｂの両方の領域においてヘマタイトよりもマグネタイトの比率が高くなる。このため、導体近接領域１０Ａとコア領域１０Ｂの両方の領域において透磁率を高めることができるので、インダクタ１のインダクタンスを向上させることができる。また、コア領域１０Ｂにおけるピーク強度比である第２ピーク強度比と上記第１ピーク強度比との比が１．１より大きいので、コア領域１０Ｂの透磁率を導体近接領域１０Ａの透磁率よりも高くし、且つ、導体近接領域１０Ａにおけるヘマタイトの比率を相対的に高めて耐電圧（絶縁性能）を確保することができる。これによりインダクタ１において高インダクタンスと高絶縁性とを両立させることができる。
本明細書で説明された各構成要素の寸法、材料、及び配置は、実施形態中で明示的に説明されたものに限定されず、この各構成要素は、本発明の範囲に含まれうる任意の寸法、材料、及び配置を有するように変形することができる。また、本明細書において明示的に説明していない構成要素を、説明した実施形態に付加することもできるし、各実施形態において説明した構成要素の一部を省略することもできる。
１ インダクタ
２ 回路基板
１０ 磁性基体
１０Ａ 導体近接領域
１０Ｂ コア領域
１０Ｃ マージン領域
２５ コイル導体
２５ａ 周回部
３０ 軟磁性金属粒子
４０ 酸化膜
２ 回路基板
１０ 磁性基体
１０Ａ 導体近接領域
１０Ｂ コア領域
１０Ｃ マージン領域
２５ コイル導体
２５ａ 周回部
３０ 軟磁性金属粒子
４０ 酸化膜
Claims (3)
- 鉄を含有する軟磁性金属粒子を含む磁性基体と、
前記磁性基体内に設けられ、上下方向に延伸するコイル軸の周りに設けられた周回部を有するコイル導体と、
を備え、
前記磁性基体は、
前記コイル導体から基準距離以内にある導体近接領域と、
前記導体周囲領域の内側にあるコア領域と、
を有し、
前記磁性基体は、波長４８８ｎｍの励起レーザーを用いたラマンスペクトルにおいて、波数７１２ｃｍ-1付近に存在する第１ピークのピーク強度と波数１３２０ｃｍ-1付近に存在する第２ピークのピーク強度との比をピーク強度比としたときに、前記導体近接領域におけるピーク強度比である第１ピーク強度比と前記コア領域におけるピーク強度比である第２ピーク強度比とがともに１．０以上であり、前記第１ピーク強度比に対する前記第２ピーク強度比の比が１．１よりも大きくなるように構成される、
コイル部品。 - 前記第１ピーク強度比が７５以下である、
請求項１に記載のコイル部品。 - 前記磁性基体は、前記導体近接領域と前記磁性基体の外面との間にあるマージン領域を有し、
前記マージン領域におけるピーク強度比が前記第１ピーク強度比よりも低い、
請求項１または請求項２に記載のコイル部品。
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