JP6780833B2 - コイル電子部品 - Google Patents

Description

本発明は、コイル電子部品に関するものである。

デジタルＴＶ、モバイルフォン、ノートブックなどのような電子機器の小型化及び薄型化に伴い、かかる電子機器に適用されるコイル部品にも小型化及び薄型化が求められている。また、このようなニーズに符合するために、多様な形態の巻線型又は薄膜型のコイル部品に対する研究開発が活発に行われている。

コイル電子部品の小型化及び薄型化による主なイシューは、かかる小型化及び薄型化にもかかわらず、従来と同一の特性を実現することである。このような要求を満たすためには、磁性物質が充填されるコアにおける磁性物質の割合を増加させる必要があるが、インダクタ本体の強度、絶縁性に応じた周波数特性の変化などの理由でその割合を増加させるには限界がある。

コイル電子部品を製造するために、一例として、磁性粒子や樹脂などを混合したシートをコイルに積層した後、加圧して本体を実現する方法が用いられている。かかる磁性粒子としては、フェライトや金属などを用いることができる。金属磁性粒子を用いる場合には、コイル電子部品の透磁率特性などの面において粒子の含有量を増加させることが有利であるが、この場合、本体の絶縁性が低下して降伏電圧（ｂｒｅａｋｄｏｗｎ ｖｏｌｔａｇｅ）特性が低下することがある。

本発明のいくつかの目的の一つは、本体の絶縁特性、具体的には、本体に含まれる導電性粒子の絶縁特性の向上により降伏電圧特性を改善したコイル電子部品を提供することである。かかるコイル電子部品の場合、本体の絶縁性が向上するため、磁気的特性の向上及び小型化に有利となる。

上述した課題を解決するための方法として、本発明は、一実施形態を通じてコイル電子部品の新規の構造を提案する。具体的には、コイル部が埋設され、複数の磁性粒子を含む本体と、上記コイル部と接続された外部電極と、を含み、上記複数の磁性粒子のうち少なくとも一部の粒子は、表面に形成された第１層、及び上記第１層の表面に形成された第２層を含み、上記第１層はＰ成分を含む無機コーティング層であり、上記第２層は原子層蒸着層である。

一実施形態において、上記第１層の厚さは１０〜１５ｎｍであってもよい。

一実施形態において、上記第２層の厚さは１０〜１５ｎｍであってもよい。

一実施形態において、上記第１層及び第２層の合計厚さは２０〜３０ｎｍであってもよい。

一実施形態において、上記第１層及び第２層は互いに異なる物質からなることができる。

一実施形態において、上記第２層の表面に形成された第３層をさらに含むことができる。

一実施形態において、上記第３層は上記第１層と同一の物質からなることができる。

一実施形態において、上記第３層はＰ成分を含む無機コーティング層であってもよい。

一実施形態において、上記第２層は、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）及びシリカ（ＳｉＯ_２）のうち少なくとも一つの成分を含むことができる。

一実施形態において、上記複数の磁性粒子は、複数の第１粒子、及び上記第１粒子よりもサイズが小さい複数の第２粒子を含むことができる。

一実施形態において、第１粒子はＦｅ系合金からなることができる。

一実施形態において、第１粒子は直径が１０〜２５μｍであってもよい。

一実施形態において、上記第２粒子は純鉄からなることができる。

一実施形態において、上記第２粒子は直径が５μｍ以下であってもよい。

本発明の一実施形態によるコイル電子部品の場合、本体の絶縁特性の向上により降伏電圧特性を改善することができる。さらに、磁性粒子の表面に薄いコーティング層を採用することにより小型化に適する。

本発明の一実施形態によるコイル電子部品を示す概略的な透過斜視図である。 図１のＩ−Ｉ'線に沿ってコイル電子部品を切断して示した概略断面図である。 図１のコイル電子部品における本体の一領域を拡大して示した図である。 変形例によるコイル電子部品における本体の一領域を拡大して示した図である。 変形例によるコイル電子部品における本体の一領域を拡大して示した図である。

以下では、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。しかし、本発明の実施形態は様々な他の形態に変形されることができ、本発明の範囲は以下で説明する実施形態に限定されない。また、本発明の実施形態は、当該技術分野で平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。したがって、図面における要素の形状及び大きさなどはより明確な説明のために拡大縮小表示（又は強調表示や簡略化表示）がされることがあり、図面上の同一の符号で示される要素は同一の要素である。

図１は本発明の一実施形態によるコイル電子部品を示す概略的な透過斜視図であり、図２は図１のＩ−Ｉ'線に沿ってコイル電子部品を切断して示した概略断面図であり、図３から図５は図１のコイル電子部品における本体の一領域を拡大して示した図である。

先ず、図１から図３を参照すると、本発明の一実施形態によるコイル電子部品１００は、支持基板１０２やコイルパターン１０３などを含む本体１０１と、外部電極１０５、１０６と、を含み、本体１０１は複数の磁性粒子１１１を含む。ここで、複数の磁性粒子１１１のうち少なくとも一部の粒子は第１層１１２及び第２層１１３を含み、第１層１１２はＰ成分を含む無機コーティング層であり、第２層１１３は原子層蒸着層である。

本体１０１は、支持基板１０２及びコイルパターン１０３の少なくとも一部を封止するとともに、コイル電子部品１００の外観をなすことができる。また、本体１０１は、引き出しパターンＬの一部の領域が外部に露出するように形成されることができる。図３に示す形態のように、本体１０１は、複数の磁性粒子１１１を含み、かかる磁性粒子１１１は、絶縁材１１０の内部に分散されることができる。絶縁材１１０は、エポキシ樹脂やポリイミドなどの高分子成分を含むことができる。

本体１０１に含まれ得る磁性粒子１１１としてはフェライトや金属などが挙げられる。磁性粒子１１１が金属の場合には、例えば、Ｆｅ系合金などからなることができる。具体的には、磁性粒子１１１は、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ−Ｃｒ組成のナノ結晶粒合金やＦｅ−Ｎｉ系合金などで形成されることができる。複数の磁性粒子１１１は直径ｄ１が１０〜２５μｍであってもよい。このようにＦｅ系合金で磁性粒子１１１を実現する場合には透磁率などの磁気特性に優れるものの、静電気放電（ＥＳＤ、Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）には弱いため、本実施形態では、磁性粒子１１１の表面に多層構造の絶縁層、すなわち、第１層１１２及び第２層１１３を形成する。具体的には、複数の磁性粒子１１１のうち少なくとも一部の粒子は、表面に形成された第１層１１２、及び上記第１層１１２の表面に形成された第２層１１３を含む。

第１層１１２は、Ｐ成分を含む無機コーティング層であり、例えば、Ｐ系ガラス（ｇｌａｓｓ）であることができる。第１層１１２に含まれるＰ系無機コーティング層は、Ｐ、Ｚｎ、Ｓｉなどの成分を含むことができ、かかる成分の酸化物を含むことができる。Ｐ系無機コーティング層である第１層１１２の場合には、磁性粒子１１１を安定的にコーティングして磁性粒子１１１を効果的に絶縁させることができるが、厚さを均一に形成することが容易ではなく、かかる厚さの不均一性は第１層１１２が厚くなるほど顕著になる。これに対し、本実施形態の場合、第１層１１２は比較的薄く形成されることができ、その厚さｔ１は１０〜１５ｎｍであることができる。本実施形態の磁性粒子１１１の絶縁構造は、第１層１１２を薄く形成し、その上に絶縁性及び均一性に優れた第２層１１３を形成した形態である。

第２層１１３は、原子層蒸着層（ＡＬＤ、Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）である。これにより、磁性粒子１１１の絶縁性を強化するとともに、多層絶縁構造の増加を最小限に抑えることができる。原子層蒸着とは、反応物の周期的供給及び排出の過程中に表面化学反応によって対象物体の表面を原子層レベルで非常に均一にコーティングできる工程のことである。この方法により得られた第２層１１３は、厚さが薄くて均一であるため絶縁性に優れる。結果として、本体１０１内に多量の磁性粒子１１１が充填される場合であっても、本体１０１の絶縁性を効果的に確保することができる。Ｐ系無機コーティング層である第１層１１２の場合には、その上にＰ系無機コーティング層をさらにコーティングすることが難しいが、本実施形態のように、第２層１１３を原子層蒸着層で形成する場合、追加のコーティング層を容易に形成することができる。第２層１１３は、第１層１１２とは異なる物質、例えば、セラミックからなることができる。具体的には、第２層１１３は、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）やシリカ（ＳｉＯ_２）などを含むことができる。但し、かかる物質以外にも、第２層１１３は、原子層蒸着で形成し得る様々な物質で形成されることができる。具体的な例として、第２層１１３は、ＴｉＯ_２、ＺｎＯ_２、ＨｆＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、Ｎｂ_２Ｏ_５、Ｓｃ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、Ｂ_２Ｏ_３、ＧｅＯ_２などの物質を含むことができる。また、第２層１１３は、相対的に薄く形成されて本体１０１の小型化に有利であり、その厚さｔ２は１０〜１５ｎｍであることができる。

上述のように、第１層１１２及び第２層１１３はそれぞれ１０〜１５ｎｍであることができ、第１層１１２及び第２層１１３の合計厚さ（ｔ１＋ｔ２）は２０〜３０ｎｍであることができる。従来、磁性粒子１１１の絶縁層は、６０ｎｍのレベルで採用された。これに対し、本実施形態は、多層絶縁構造（すなわち、第１層１１２及び第２層１１３）が従来の半分のレベルである２０〜３０ｎｍの厚さを有するため、磁性粒子１１１が占める体積を増加させることができる。このように、本体１０１内の磁性粒子１１１の量を増やすことができるため、従来の絶縁構造に比べてコイル電子部品１００の透磁率を向上させることができる。また、原子層蒸着層の形である第２層１１３をＰ系無機コーティング層の第１層１１２上に形成することで、薄い厚さでも優れた絶縁性を得ることができる。このように、磁性粒子１１１の絶縁性が向上するため、コイル電子部品１００の破壊電圧（ＢＤＶ）の特性を向上させることができる。

一方、製造方法の一例に関連し、本体１０１は、積層工法で形成されることもできる。具体的には、支持基板１０２上にめっきなどの方法を用いてコイル部１０３を形成した後、本体１０１を製造するための単位積層体を複数個設けてからこれを積層する。ここで、上記単位積層体は、金属などの磁性粒子１１１と、熱硬化性樹脂、バインダー及び溶剤などの有機物を混合してスラリーを製造し、上記スラリーをドクターブレード法でキャリアフィルム（ｃａｒｒｉｅｒ ｆｉｌｍ）上に数十μｍの厚さで塗布してから乾燥してシート（ｓｈｅｅｔ）状に製造することができる。これにより、単位積層体は、磁性粒子がエポキシ樹脂又はポリイミド（ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）などの熱硬化性樹脂に分散された形態で製造されることができる。また、磁性粒子１１１は、上述の形を有することができ、表面には第１層１１２及び第２層１１３がコーティングされている。上述した単位積層体を複数個形成し、これを加圧した後、コイル部１０３の上部及び下部に積層して本体１０１を実現することができる。

支持基板１０２は、コイル部１０３を支持する役割を果たし、ポリプロピレングリコール（ＰＰＧ）基板、フェライト基板又は金属系軟磁性基板などで形成されることができる。図面に示された形態のように、支持基板１０２の中央部は貫通されて貫通孔が形成され、かかる貫通孔に本体１０１が充填されて磁気コア部Ｃを形成することができる。

コイル部１０３は、本体１０１の内部に埋設され、コイル電子部品１００のコイルから発現される特性により、電子機器内で様々な機能を行う役割を果たす。例えば、コイル電子部品１００は、パワーインダクタであってもよく、この場合、コイル部１０３は、電気を磁場の形で保存して出力電圧を維持し、電源を安定させる役割などを果たすことができる。ここで、コイル部１０３をなすコイルパターンは、支持基板１０２の両面上にそれぞれ積層された形態であることができ、支持基板１０２を貫通する導電性ビアＶを介して電気的に連結されることができる。コイル部１０３は、螺旋（ｓｐｉｒａｌ）状に形成されることができる。このような螺旋状のコイル部１０３の最外側には、外部電極１０５、１０６との電気的連結のために、本体１０１の外部に露出する引き出し部Ｌが含まれることができる。

コイル部１０３は、支持基板１０２において互いに対向する第１面（図２に示す支持基板の上面）及び第２面（図２に示す支持基板の下面）のうち少なくとも一つに配置される。本実施形態のように、支持基板１０２の第１面及び第２面にともにコイル部１０３が配置されることができ、この場合、上記第１面に配置されたものを第１コイル部１０３ａ、上記第２面に配置されたものを第２コイル部１０３ｂと称することができる。ここで、コイル部１０３にはパッド領域Ｐが含まれることができる。但し、これとは異なり、コイル部１０３は、支持基板１０２の一面のみに配置されることもできる。一方、コイル部１０３をなすコイルパターンは、当技術分野で用いられるめっき工程、例えば、パターンめっき、異方めっき、等方めっきなどの方法を用いて形成されることができ、上記工程のうち複数の工程を用いることで多層構造で形成されることもできる。

外部電極１０５、１０６は、本体１０１の外部に形成され、引き出し部Ｌと接続されるように形成されることができる。外部電極１０５、１０６は、電気導電性に優れた金属を含むペーストを用いて形成することができ、例えば、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、スズ（Ｓｎ）、銀（Ａｇ）などを単独で含むか、又はこれらの合金などを含む導電性ペーストであることができる。また、外部電極１０５、１０６上にめっき層（不図示）をさらに形成することができる。この場合、上記めっき層は、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、及びスズ（Ｓｎ）からなる群より選択されたいずれか一つ以上を含むことができ、例えば、ニッケル（Ｎｉ）層とスズ（Ｓｎ）層が順に形成されたものであってもよい。

図４及び図５を参照して、変形例に採用されることができるコイル電子部品の本体構造について説明する。先ず、図４には、磁性粒子１１１の表面に３層の絶縁構造が示されている。具体的には、磁性粒子１１１は、第２層１１３の表面に形成された第３層１１４をさらに含む形態であり、磁性粒子１１１の絶縁性をさらに向上させる場合に採用されることができる。第３層１１４は、第１層１１２と同一の物質からなることができ、具体的には、Ｐ成分を含む無機コーティング層であってもよい。また、第３層１１４の厚さも第１層１１２と同一のレベルであることができ、例えば、１０〜１５ｎｍであることができる。図４の実施形態のように、追加の絶縁構造が必要な場合、第２層１１３をカバーする第３層１１４を採用することができる。尚、その上に第４層をさらに形成することもあり得る。例えば、磁性粒子１１１の絶縁構造は、Ｐ系無機コーティング層／原子層蒸着層／Ｐ系無機コーティング層／原子層蒸着層の多層構造を有することができる。

次に、図５の実施形態の場合、本体１０１内には互いに粒度分布が異なる粒子が配置される。具体的に、複数の磁性粒子は、複数の第１粒子１１１、及びこれよりもサイズが小さい複数の第２粒子１２１を含む。この場合、第１粒子１１１は、図３の実施形態で説明した粒子１１１と同一のものであり、Ｆｅ系合金からなることができる。 第２粒子１２１は第１層１２２及び第２層１２３を含むことができる。これよりもサイズが小さい第２粒子１２１は、第１粒子１１１間のスペースを充填することで、本体１０１内に存在する磁性粒子１１１、１２１の全体の量を増やすことができる。第２粒子１２１は、純鉄からなることができ、例えば、カルボニル鉄粉（ＣＩＰ、Ｃａｒｂｏｎｙｌ Ｉｒｏｎ Ｐｏｗｄｅｒ）の形であってもよい。また、第２粒子１２１の直径ｄ２は５μｍ以下であることができる。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の範囲はこれに限定されず、特許請求の範囲に記載された本発明の技術的思想から外れない範囲内で多様な修正及び変形が可能であるということは、当技術分野の通常の知識を有する者には明らかである。

１００ コイル電子部品
１０１ 本体
１０２ 支持基板
１０３ コイルパターン、コイル部
１１０ 絶縁材
１１１、１２１ 磁性粒子
１１２、１２２ 第１層
１１３、１２３ 第２層
１１４ 第３層
Ｃ コア部
Ｐ パッド領域
Ｖ 導電性ビア

Claims (12)

1. コイル部が埋設され、複数の磁性粒子を含む本体と、
   前記コイル部と接続された外部電極と、を含み、
   前記複数の磁性粒子のうち少なくとも一部の粒子は、表面に形成された第１層、前記第１層の表面に形成された第２層、及び前記第２層の表面に形成された第３層を含み、
   前記第１層はＰ成分を含む無機コーティング層であり、
   前記第２層は原子層蒸着層であり、
   前記第３層はＰ成分を含む無機コーティング層である、
   コイル電子部品。
2. 前記第１層の厚さは１０〜１５ｎｍである、請求項１に記載のコイル電子部品。
3. 前記第２層の厚さは１０〜１５ｎｍである、請求項１または２に記載のコイル電子部品。
4. 前記第１層及び第２層の合計厚さは２０〜３０ｎｍである、請求項１から３のいずれか一項に記載のコイル電子部品。
5. 前記第１層及び第２層は互いに異なる物質からなる、請求項１から４のいずれか一項に記載のコイル電子部品。
6. 前記第３層は前記第１層と同一の物質からなる、請求項１から５のいずれか一項に記載のコイル電子部品。
7. 前記第２層はアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）及びシリカ（ＳｉＯ_２）のうち少なくとも一つの成分を含む、請求項１から６のいずれか一項に記載のコイル電子部品。
8. 前記複数の磁性粒子は、複数の第１粒子、及び前記複数の第１粒子よりもサイズが小さい複数の第２粒子を含む、請求項１から７のいずれか一項に記載のコイル電子部品。
9. 前記複数の第１粒子はＦｅ系合金からなる、請求項８に記載のコイル電子部品。
10. 前記複数の第１粒子は直径が１０〜２５μｍである、請求項８または９に記載のコイル電子部品。
11. 前記複数の第２粒子は純鉄からなる、請求項８から１０のいずれか一項に記載のコイル電子部品。
12. 前記複数の第２粒子は直径が５μｍ以下である、請求項８から１１のいずれか一項に記載のコイル電子部品。