JP6668931B2 - コイル部品 - Google Patents
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Description
本発明はコイル部品に関し、特に、磁性材料からなる素体にコイル導体が埋め込まれたコイル部品に関する。
従来より、磁性材料からなる素体にコイル導体が埋め込まれてなるコイル部品が広く知られている。この種のコイル部品は、素体が磁性材料によって構成されていることから、コイル導体に電流を流すことによって発生する磁束の多くを素体の内部に閉じこめることができる。しかしながら、磁束の一部は素体の外部に漏洩するため、これによって磁気特性が低下したり、漏洩磁束が他の電子部品に悪影響を与えたりすることがあった。
このような問題を解決する方法として、特許文献１，２には、素体の表面に磁性体膜を設けたコイル部品が開示されている。特許文献１，２に記載されたコイル部品においては、コイル軸と直交する上面及び下面にそれぞれ磁性体膜が設けられている。
しかしながら、特許文献１，２に記載されたコイル部品では、磁束の変化に伴って磁性体膜に大きな渦電流が生じるため、渦電流損が大きいという問題があった。しかも、特許文献１，２に記載されたコイル部品では、磁束密度の高い上面及び下面が単一の磁性体膜で覆われていることから、磁性体膜が容易に磁気飽和するという問題もある。さらに、特許文献１，２に記載されたコイル部品では、側面方向における磁束の広がりが十分に改善されないため、プリント基板上に高密度実装すると、隣接する電子部品が漏洩磁束の影響を受ける可能性があった。
したがって、本発明は、渦電流損及び磁気飽和を抑制しつつ漏洩磁束を低減するとともに、側面方向における磁束の広がりを抑制することによって、高密度実装に適したコイル部品を提供することを目的とする。
本発明によるコイル部品は、第１の磁性材料からなる素体と、前記素体に埋め込まれたコイル導体と、前記第１の磁性材料よりも透磁率の高い第２の磁性材料からなる第１及び第２の磁性体膜と、を備え、前記素体は、前記コイル導体のコイル軸と交差する上面と、前記コイル軸と平行な第１及び第２の側面とを有し、前記第１の磁性体膜は、前記素体の前記上面及び前記第１の側面に形成され、前記第２の磁性体膜は、前記素体の前記上面及び前記第２の側面に形成されていることを特徴とする。
本発明によれば、磁束密度の高い素体の上面に形成された磁性体膜が複数に分離されていることから、磁束の変化に伴って生じる渦電流を低減することができるとともに、磁気飽和が生じにくくなる。しかも、各磁性体膜が素体の側面をさらに覆っていることから、漏洩磁束の多くが磁性体膜を通って周回する。これにより、側面方向における磁束の広がりが抑制されることから、従来のコイル部品に比べてよりいっそうの高密度実装が可能となる。
本発明において、前記素体は、前記上面の反対側に位置する実装面をさらに有し、前記第１及び第２の磁性体膜は、前記素体の前記実装面にさらに形成されていることが好ましい。これによれば、漏洩磁束をより低減することが可能となるとともに、コイル部品における上下の方向性をなくすことができる。
本発明によるコイル部品は、前記コイル導体の一端に接続された第１の端子電極と、前記コイル導体の他端に接続された第２の端子電極とをさらに備え、前記素体は、前記コイル軸と平行であり、且つ、前記第１及び第２の側面に対して直交する第３及び第４の側面をさらに有し、前記第１の端子電極は、少なくとも前記第３の側面に形成され、前記第２の端子電極は、少なくとも前記第４の側面に形成されていることが好ましい。これによれば、端子電極と干渉することなく磁性体膜を設けることが可能となる。
本発明において、前記第１及び第２の磁性体膜は、それぞれ前記第１及び第２の側面に形成された部分がスリットによって分断されていても構わない。これによれば、磁性体膜がより磁気飽和しにくくなるとともに、渦電流損を低減することが可能となる。この場合、前記スリットは、前記コイル軸に対して垂直な方向に延在することが好ましく、前記素体の前記上面の反対側に位置する実装面側にオフセットして設けられていることがより好ましい。
本発明によるコイル部品は、前記素体の前記上面に形成され、前記第１及び第２の磁性体膜とは独立して設けられた第３の磁性体膜をさらに備えていても構わない。これによれば、漏洩磁束がより低減されるとともに、より磁気飽和が生じにくくなる。
このように、本発明によれば、磁性体膜によって漏洩磁束を低減することができるだけでなく、磁性体膜が複数に分割されていることから、渦電流損及び磁気飽和を抑制することができる。しかも、側面方向における磁束の広がりが抑制されることから、隣接する他の電子部品への影響が低減される。これにより、プリント基板上における高密度実装が可能となる。
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態によるコイル部品１０Ａの外観を示す略斜視図である。また、図２はコイル部品１０Ａの表面構造を説明するための展開図であり、図３はコイル部品１０Ａの内部構造を説明するための分解斜視図である。
図１は、本発明の第１の実施形態によるコイル部品１０Ａの外観を示す略斜視図である。また、図２はコイル部品１０Ａの表面構造を説明するための展開図であり、図３はコイル部品１０Ａの内部構造を説明するための分解斜視図である。
図１及び図２に示すように、本実施形態によるコイル部品１０Ａは、略直方体形状を有する素体２０と、素体２０の表面に形成された第１及び第２の端子電極３１，３２と、素体２０の表面に形成された第１及び第２の磁性体膜４１，４２とを備える。特に限定されるものではないが、本実施形態によるコイル部品１０Ａは、電源用のインダクタンスとして使用することが好適なコイル部品であり、信号用のインダクタンスとして使用されるコイル部品に比べて大きな電流が流れることから、発生する磁束が多く、漏洩磁束の低減が特に求められる製品である。
素体２０は、フェライト（例えば、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライト、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎ−Ｍｇ系フェライト、Ｃｕ−Ｚｎ系フェライト、又はＮｉ−Ｃｕ系フェライト）などの磁性材料を含むセラミックグリーンシートの積層焼結体である。素体２０の透磁率は例えば２０〜２００程度である。
図３に示すように、本実施形態においては、素体２０がいずれもｘｙ平面を有する複数の絶縁層２０Ａ〜２０Ｊによって構成されている。絶縁層２０Ａ〜２０Ｊの平面形状は互いに同一である。これら絶縁層２０Ａ〜２０Ｊのうち、絶縁層２０Ａ〜２０Ｈの表面にはコイル導体５０を構成するループ状の導体パターン５０Ａ〜５０Ｈがそれぞれ形成されている。導体パターン５０Ａ〜５０Ｈは、導電性材料（たとえば、Ａｇ粉末又はＰｄ粉末など）を含む導電性ペーストの焼結体である。絶縁層２０Ａの上方には導体パターンが形成されない複数の絶縁層２０Ｉが設けられ、絶縁層２０Ｈの下方には導体パターンが形成されない複数の絶縁層２０Ｊが設けられている。
導体パターン５０Ａ〜５０Ｈは、絶縁層２０Ａ〜２０Ｇを貫通して設けられたスルーホール導体を介して接続され、これにより１本のコイル導体５０を形成している。コイル導体５０の一端５１は導体パターン５０Ａによって構成され、素体２０のｘ方向における一方側に引き出されて第１の端子電極３１に接続される。また、コイル導体５０の他端５２は導体パターン５０Ｈによって構成され、素体２０のｘ方向における他方側に引き出されて第２の端子電極３２に接続される。コイル導体５０のコイル軸はｚ方向である。
尚、図３に示す絶縁層２０Ａ〜２０Ｊの層数や、導体パターン５０Ａの形状などはあくまで例示であり、本発明がこれに限定されるものではない。例えば、本実施形態においてはコイル導体５０のターン数が６．５ターンであるが、コイル導体５０のターン数については限定されず、要求される特性などに応じて適宜設計すればよい。また、本発明において素体２０がフェライトなどの積層焼結体であることも必須でなく、磁性粉とバインダ樹脂を混合した複合磁性材料からなるものであっても構わない。さらに、コイル導体５０が複数の導体パターンの組み合わせによって構成されることも必須でなく、被覆導線を巻回してなるものであっても構わない。
図１及び図２に示すように、素体２０は、コイル軸（ｚ方向）と平行な第１〜第４の側面２１〜２４と、コイル軸（ｚ方向）と直交する上面２５及び実装面２６を有している。第１及び第２の側面２１，２２はｘｚ面を構成し、互いに反対側に位置している。第３及び第４の側面２３，２４はｙｚ面を構成し、互いに反対側に位置している。上面２５及び実装面２６はｘｙ面を構成し、互いに反対側に位置している。実装面２６とは、コイル部品１０Ａをプリント基板上に実装する際にプリント基板と対向する面であるが、本実施形態によるコイル部品１０Ａは上下方向（ｚ方向）における方向性がないことから、上下を反転させて、つまり、上面２５がプリント基板と対向するよう実装しても構わない。
第３の側面２３は、全面が第１の端子電極３１で覆われている。また、第１の端子電極３１の一部は、第１及び第２の側面２１，２２、上面２５及び実装面２６にも設けられている。第４の側面２４は、全面が第２の端子電極３２で覆われている。また、第２の端子電極３２の一部は、第１及び第２の側面２１，２２、上面２５及び実装面２６にも設けられている。但し、本実施形態によるコイル部品１０Ａは左右方向（ｘ方向）における方向性がないため、第１の端子電極３１と第２の端子電極３２を逆にして使用しても構わない。
さらに、本実施形態によるコイル部品１０Ａは、第１及び第２の磁性体膜４１，４２を備えている。第１及び第２の磁性体膜４１，４２は、素体２０を構成する磁性材料よりも透磁率の高い別の磁性材料からなる。第１及び第２の磁性体膜４１，４２の透磁率は、素体２０の透磁率の１０倍以上、例えば５０倍程度であることが好ましく、透磁率が１０００〜１００００程度の材料を用いることが好ましい。具体的には、パーマロイ（Ｆｅ−Ｎｉ合金）、スーパーパーマロイ（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｍｏ合金）、センダスト（Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金）、Ｆｅ−Ｓｉ合金、Ｆｅ−Ｃｏ合金、Ｆｅ−Ｃｒ合金、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｓｉ合金、Ｆｅ等を用いることができる。
第１及び第２の磁性体膜４１，４２の膜厚は、十分な磁気特性を確保可能な範囲でできるだけ薄く設定され、例えば、０．５〜５μｍ程度とすることが好ましい。第１及び第２の磁性体膜４１，４２の形成方法としては、スパッタリング法、蒸着法などの薄膜工法を用いることが好ましい。
図１及び図２に示すように、第１の磁性体膜４１は、上面２５を覆う部分４１ａ、第１の側面２１を覆う部分４１ｂ及び実装面２６を覆う部分４１ｃからなり、これらが各表面に連続的に形成されている。同様に、第２の磁性体膜４２は、上面２５を覆う部分４２ａ、第２の側面２２を覆う部分４２ｂ及び実装面２６を覆う部分４２ｃからなり、これらが各表面に連続的に形成されている。
第１の磁性体膜４１と第２の磁性体膜４２は接触しておらず、上面２５及び実装面２６において分離されている。つまり、上面２５においては、第１の磁性体膜４１と第２の磁性体膜４２の間にギャップＧ１が設けられており、これによって両者が接触することなく分離されている。また、実装面２６においては、第１の磁性体膜４１と第２の磁性体膜４２の間にギャップＧ２が設けられており、これによって両者が接触することなく分離されている。当然ながら、第１及び第２の磁性体膜４１，４２と第１及び第２の端子電極３１，３２も接触することなく分離している。
第１及び第２の磁性体膜４１，４２は、コイル導体５０に電流を流すことによって発生する磁束の磁路として機能し、特に、素体２０に外部に放出される漏洩磁束を閉じこめる役割を果たす。漏洩磁束は、主に上面２５から実装面２６（或いはその逆）に向かって周回するが、本実施形態によるコイル部品１０Ａにおいては、このような漏洩磁束の大部分が第１及び第２の磁性体膜４１，４２を経由する。これにより、特に側面方向（ｙ方向）における漏洩磁束の広がりを大幅に抑制することが可能となる。このため、コイル部品１０Ａをプリント基板に実装した際、隣接する他の電子部品に対する漏洩磁束の影響を低減することが可能となることから、隣接する他の電子部品とのｙ方向における距離を従来よりも狭くすることができる。したがって、よりいっそうの高密度実装を実現することが可能となる。
また、本実施形態においては、磁束密度の高い上面２５及び実装面２６において第１及び第２の磁性体膜４１，４２が互いに分離されていることから、上面２５及び実装面２６に単一の磁性体膜を形成した場合と比べて、渦電流の発生を抑えることが可能となる。しかも、上面２５及び実装面２６において第１及び第２の磁性体膜４１，４２が互いに分離されていることにより、第１及び第２の磁性体膜４１，４２が磁気飽和を起こしにくくなることから、大電流が流れる電源用インダクタンスとして使用する場合であっても、磁気飽和を起こすことなく、漏洩磁束の広がりを効果的に抑制することが可能となる。
＜第２の実施形態＞
図４は、本発明の第２の実施形態によるコイル部品１０Ｂの外観を示す略斜視図である。また、図５はコイル部品１０Ｂの表面構造を説明するための展開図である。
図４は、本発明の第２の実施形態によるコイル部品１０Ｂの外観を示す略斜視図である。また、図５はコイル部品１０Ｂの表面構造を説明するための展開図である。
図４及び図５に示すように、本実施形態によるコイル部品１０Ｂは、第１及び第２の磁性体膜４１，４２にスリットＧ３，Ｇ４がそれぞれ設けられている点において、第１の実施形態によるコイル部品１０Ａと相違している。その他の構成は、第１の実施形態によるコイル部品１０Ａと同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
スリットＧ３は、第１の磁性体膜４１のうち第１の側面２１を覆う部分４１ｂに設けられており、当該部分４１ｂをｚ方向に分離するよう、ｘ方向に延在している。同様に、スリットＧ４は、第２の磁性体膜４１のうち第２の側面２２を覆う部分４２ｂに設けられており、当該部分４２ｂをｚ方向に分離するよう、ｘ方向に延在している。これにより、スリットＧ３，Ｇ４が磁気ギャップとして機能することから、第１及び第２の磁性体膜４１，４２がより飽和しにくくなるとともに、渦電流損を低減することが可能となる。
また、本実施形態においては、スリットＧ３，Ｇ４が実装面２６側にオフセットして設けられていることから、スリットＧ３，Ｇ４から漏洩する磁束は、プリント基板の表面近傍に位置する。これにより、隣接する他の電子部品に対する漏洩磁束の影響を最小限に抑えることが可能となる。
＜第３の実施形態＞
図６は、本発明の第３の実施形態によるコイル部品１０Ｃの外観を示す略斜視図である。また、図７はコイル部品１０Ｃの表面構造を説明するための展開図である。
図６は、本発明の第３の実施形態によるコイル部品１０Ｃの外観を示す略斜視図である。また、図７はコイル部品１０Ｃの表面構造を説明するための展開図である。
図６及び図７に示すように、本実施形態によるコイル部品１０Ｃは、第３及び第４の磁性体膜４３，４４が追加されている点において、第１の実施形態によるコイル部品１０Ａと相違している。その他の構成は、第１の実施形態によるコイル部品１０Ａと同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
第３の磁性体膜４３は、第１及び第２の磁性体膜４１，４２とは独立して、素体２０の上面２５に設けられている。同様に、第４の磁性体膜４４は、第１及び第２の磁性体膜４１，４２とは独立して、素体２０の実装面２６に設けられている。第３及び第４の磁性体膜４３，４４の平面位置（ｘｙ位置）は互いに一致しており、平面視で（つまりｚ方向から見て）コイル導体５０の内径部の少なくとも一部を覆うよう、上面２５又は実装面２６の略中央部に配置される。
本実施形態によるコイル部品１０Ｃは、第３及び第４の磁性体膜４３，４４をさらに備えていることから、漏洩磁束をより効果的に遮蔽することが可能となる。しかも、素体２０の上面２５及び実装面２６においては、磁性体膜が３つに分離されていることから、渦電流がより低減されるとともに、磁気飽和が生じにくくなる。
＜第４の実施形態＞
図８は、本発明の第４の実施形態によるコイル部品１０Ｄの外観を示す略斜視図である。また、図９はコイル部品１０Ｄの表面構造を説明するための展開図である。
図８は、本発明の第４の実施形態によるコイル部品１０Ｄの外観を示す略斜視図である。また、図９はコイル部品１０Ｄの表面構造を説明するための展開図である。
図８及び図９に示すように、本実施形態によるコイル部品１０Ｄは、第１及び第２の磁性体膜４１，４２にスリットＧ５，Ｇ６がそれぞれ設けられている点において、第１の実施形態によるコイル部品１０Ａと相違している。その他の構成は、第１の実施形態によるコイル部品１０Ａと同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
スリットＧ５は、第１の磁性体膜４１をｘ方向に分割するよう各部分４１ａ〜４１ｃに亘って設けられている。同様に、スリットＧ６は、第２の磁性体膜４２をｘ方向に分割するよう各部分４２ａ〜４２ｃに亘って設けられている。したがって、スリットＧ５，Ｇ６は、第１及び第２の側面２１，２２においてはｚ方向に延在し、上面２５及び実装面２６においてはｙ方向に延在する。
本実施形態においては、素体２０の上面２５及び実装面２６において磁性体膜が４つに分離されていることから、渦電流がよりいっそう低減されるとともに、より磁気飽和が生じにくくなる。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
例えば、上記の各実施形態では、実装面２６に第１及び第２の磁性体膜４１，４２が形成されているが、実装面２６側の磁性体膜を設けることは必須でなく、これを省略しても構わない。
１０Ａ〜１０Ｄ コイル部品
２０ 素体
２０Ａ〜２０Ｊ 絶縁層
２１〜２４ 側面
２５ 上面
２６ 実装面
３１，３２ 端子電極
４１〜４４ 磁性体膜
４１ａ〜４１ｃ，４２ａ〜４２ｃ 磁性体膜の一部分
５０ コイル導体
５０Ａ〜５０Ｈ 導体パターン
５１ コイル導体の一端
５２ コイル導体の他端
Ｇ１，Ｇ２ ギャップ
Ｇ３〜Ｇ６ スリット
２０ 素体
２０Ａ〜２０Ｊ 絶縁層
２１〜２４ 側面
２５ 上面
２６ 実装面
３１，３２ 端子電極
４１〜４４ 磁性体膜
４１ａ〜４１ｃ，４２ａ〜４２ｃ 磁性体膜の一部分
５０ コイル導体
５０Ａ〜５０Ｈ 導体パターン
５１ コイル導体の一端
５２ コイル導体の他端
Ｇ１，Ｇ２ ギャップ
Ｇ３〜Ｇ６ スリット
Claims (4)
- 第１の磁性材料からなる素体と、
前記素体に埋め込まれたコイル導体と、
前記第１の磁性材料よりも透磁率の高い第２の磁性材料からなる第１及び第２の磁性体膜と、を備え、
前記素体は、前記コイル導体のコイル軸と交差する上面と、前記コイル軸と平行な第１及び第２の側面と、前記上面の反対側に位置する実装面とを有し、
前記第１の磁性体膜は、前記素体の前記上面及び前記第１の側面に形成され、
前記第２の磁性体膜は、前記素体の前記上面及び前記第２の側面に形成され、
前記第１及び第２の磁性体膜は、それぞれ前記第１及び第２の側面に形成された部分が前記コイル軸に対して垂直な方向に延在するスリットによって分断されており、
前記スリットは、前記実装面側にオフセットして設けられていることを特徴とするコイル部品。 - 前記第１及び第２の磁性体膜は、前記素体の前記実装面にさらに形成されていることを特徴とする請求項１に記載のコイル部品。
- 前記コイル導体の一端に接続された第１の端子電極と、前記コイル導体の他端に接続された第２の端子電極とをさらに備え、
前記素体は、前記コイル軸と平行であり、且つ、前記第１及び第２の側面に対して直交する第３及び第４の側面をさらに有し、
前記第１の端子電極は、少なくとも前記第３の側面に形成され、
前記第２の端子電極は、少なくとも前記第４の側面に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のコイル部品。 - 前記素体の前記上面に形成され、前記第１及び第２の磁性体膜とは独立して設けられた第３の磁性体膜をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のコイル部品。
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