JP6784188B2 - 積層コイル部品 - Google Patents

Description

本発明は、積層コイル部品に関する。

従来、携帯通信端末などの電源用途に、コイル部品を搭載したＤＣ−ＤＣコンバータが用いられている。上記コイル部品には、小型化等の観点から、積層型のコイル部品（積層コイル部品）が用いられる。このような積層コイル部品は、たとえば下記特許文献１に開示されている。

特開２０１０−１８３００７号公報

発明者らは、部品の強度向上について鋭意研究の末、より高い部品強度を実現することができる技術を新たに見出した。

本発明は、部品強度の向上が図られた積層コイル部品を提供することを目的とする。

本発明の一側面に係る積層コイル部品は、積層構造を有し、絶縁性素体の内部にコイルを含む積層コイル部品であって、コイルの一部を構成するとともに積層構造を構成する層内において延在し、一方向に延びる一端部を有する第１のコイル部と、コイルの一部を構成するとともに積層構造を構成する層内において延在し、第１のコイル部の一端部と対向する方向に延びるとともに該一端部と積層方向において直接重なる一端部を有する第２のコイル部とを備え、第１のコイル部および第２のコイル部のうちの少なくとも一方のコイル部の一端部は、他方のコイル部の側に位置して該他方のコイル部と接する接触縁と、他方のコイル部とは反対の側に位置して該他方のコイル部とは接しない非接触縁とを有し、接触縁と非接触縁とが積層方向から見て重なっていない。

上記積層コイル部品においては、第１のコイル部および第２のコイル部のうちの少なくとも一方のコイル部の一端部が、積層方向から見て重ならない接触縁と非接触縁とを有するため、該一端部の端面が積層方向に関して傾いている。上記積層コイル部品においては、部品外部からの応力に起因して、該一方のコイル部の一端部の端面に沿って延びるクラックが、他方のコイル部の一端部に生じ得る。このとき、端面が積層方向に関して傾いている場合は、端面が積層方向に平行な場合に比べて、他方のコイル部の一端部におけるクラックの進行が抑制される。このようにクラックの進行が抑制される結果、積層コイル部品全体として部品強度が向上する。

また、第１のコイル部および第２のコイル部の両方の一端部が、接触縁および非接触縁を有し、第１のコイル部および第２のコイル部の両方の一端部において、接触縁と非接触縁とが積層方向から見て重なっていない態様であってもよい。この場合、第１のコイル部および第２のコイル部の両方の一端部において、クラックの進行が抑制され、部品強度のさらなる向上が図られる。

さらに、第１のコイル部および第２のコイル部のうちの少なくとも一方のコイル部の一端部において、接触縁が非接触縁よりも端部延在方向における先端側に位置している態様であってもよい。この場合、第１のコイル部と第２のコイル部との間に大きな接触面積を確保することができ、コイルの直流抵抗を低減することができる。

なお、第１のコイル部および第２のコイル部の両方の一端部において、接触縁が非接触縁よりも端部延在方向における先端側に位置している態様であってもよい。この場合、コイルの直流抵抗をさらに低減することができる。

また、第２のコイル部が一方向に延びる他端部を有しており、コイルの一部を構成するとともに積層構造を構成する層内において延在し、第２のコイル部の他端部と対向する方向に延びるとともに第２のコイル部に関して第１のコイル部とは反対の側において他端部と直接重なる一端部を有する第３のコイル部をさらに備える態様であってもよい。さらに、第２のコイル部の厚さが、第１のコイル部の厚さおよび第３のコイル部の厚さのいずれより薄い態様であってもよい。

本発明によれば、部品強度の向上が図られた積層コイル部品が提供される。

図１は、実施形態に係る積層コイル部品の概略斜視図である。 図２は、図１に示す積層コイル部品の絶縁性素体の内部構造を示した概略斜視図である。 図３は、図２に示す絶縁性素体のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。 図４は、図１に示す積層コイル部品の層構成の一部を示した図である。 図５は、図３に示した断面図の要部拡大図である。 図６は、従来技術に係るコイル部の断面形状を示した図である。 図７は、図５とは異なる態様のコイル部の断面形状を示した図である。 図８は、図５とは異なる態様のコイル部の断面形状を示した図である。 図９は、図５とは異なる態様のコイル部の断面形状を示した図である。 図１０は、図５とは異なる態様のコイル部の断面形状を示した図である。

以下、添付図面を参照して、実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

まず、一実施形態に係る積層コイル部品１の全体的な構造について、図１、２を参照しつつ説明する。

積層コイル部品１は、図１に示すように、略直方体形状の外形を有する絶縁性素体１０と、その内部に形成されたコイル２０とで構成されている。また、積層コイル部品１は、図２に示すように、層Ｌ１〜Ｌ２０を含む積層構造を有している。なお、絶縁性素体１０の対向する一対の端面１０ａ、１０ｂには、外部端子電極１２Ａ、１２Ｂが設けられる。積層コイル部品１は、一例として、長辺２．０ｍｍ、短辺１．６ｍｍ、高さ０．９ｍｍの寸法で設計される。

説明の便宜上、図示のようにＸＹＺ座標を設定する。すなわち、積層コイル部品１の積層方向をＺ方向、外部端子電極が設けられる端面１０ａ、１０ｂの対面方向をＸ方向、Ｚ方向とＸ方向とに直交する方向をＹ方向と設定する。

絶縁性素体１０は、絶縁性を有しており、絶縁被覆された粒状の磁性材料で構成されている。磁性材料として、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）や金属磁性材料（Ｆｅ、Ｆｅ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金等）、金属とフェライトの複合化材料等が採用し得る。積層コイル部品１を構成する層Ｌ１〜Ｌ２０のうち、最上層Ｌ１および最下層Ｌ２０のカバー層は全体的に上記磁性材料で構成されている。また、その他の層も、コイル２０が形成された部分以外は、上記磁性材料で構成されている。

コイル２０は、積層された複数の金属層で構成されている。金属層の材料として、特に限定はされないが、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｌ、Ｐｄ、Ｐｄ／Ａｇ合金などを用いることができる。金属層には、Ｔｉ化合物、Ｚｒ化合物、Ｓｉ化合物などを添加してもよい。このような金属層は、印刷法や薄膜成長法により形成することができる。コイル２０は、図３に示すように、外部端子電極が設けられる一方の端面１０ａまで延びる引出電極２１Ａと、外部端子電極が設けられる他方の端面１０ｂまで延びる引出電極２１Ｂを有している。

コイル２０は、図３、４に示すように、コイルの１ターン分を構成する複数のコイル部２２と、コイル部２２同士を接続する複数の接続部（第２のコイル部）２８とを含んでいる。そして、同一形状のコイル部２２と、同一形状の接続部２８とが、積層方向に交互に並んでいる。なお、本実施形態におけるコイル部２２はいずれも、上コイル層（第３のコイル部）２３および下コイル層（第１のコイル部）２４の２層の金属層で構成されており、接続部２８はいずれも１層の金属層で構成されている。一例として、上コイル層２３の厚さは４０μｍ、下コイル層２４の厚さは４０μｍ、接続部２８の厚さは２０μｍである。

ここで、コイル部２２は、積層方向から見て、一部に分断部２５を有する略環状の形状を有しており、図４に示すようなＣ字状であってもよい。そして、コイル部２２は、分断部２５を挟み、分断部２５に関して対向する第１の端部２２ａおよび第２の端部２２ｂで構成された端部対を有する。

ただし、上コイル層２３における分断部２５の位置と、下コイル層２４における分断部２５は、第１の端部２２ａと第２の端部２２ｂとの対向方向（すなわち、Ｘ方向）にずれている。より具体的には、第１の端部２２ａでは、上コイル層２３が下コイル層２４よりも分断部２５側に延出している。反対に、第２の端部２２ｂでは、下コイル層２４が上コイル層２３よりも分断部２５側に延出している。

そして、接続部２８は、コイル部２２の分断部２５の位置に対応する位置に配置されており、端部対２２ａ、２２ｂの対向方向に沿って（すなわち、分断部２５の形状に沿って）延びる長方形形状を有している。接続部２８は、積層方向において上下に隣り合うコイル部２２同士を接続する。すなわち、積層方向から見て、接続部２８は、環状のコイル形成領域内に配置されており、それによりコイル内径が十分に大きく確保されている。

続いて、図５を参照しつつ、コイル部と接続部との位置関係について、より詳しく説明する。図５は、コイル部２２の端部対２２ａ、２２ｂが対向する対向方向（Ｘ方向）に平行な縦断面（Ｘ−Ｚ断面）であり、第１の端部２２ａの積層方向における上端位置をａ点、下端位置をｂ点とし、第２の端部２２ｂの積層方向における上端位置をｃ点、下端位置をｄ点として示している。なお、必要に応じて、図５に示した２つのコイル部２２のうち、上側のコイル部２２を第１のコイル部２２Ａ、下側のコイル部２２を第２のコイル部２２Ｂとも称す。

図５に示すように、コイル部２２（第１のコイル部２２Ａ）の端部２２ａ、２２ｂの対向方向に関して、第１の端部２２ａ側から順に、ｂ点、a点、ｄ点、ｃ点の順に、重ならずに並んでいる。

第１の端部２２ａの上端位置ａ点は、上側の接続部２８上にあり、第１の端部２２ａは上側の接続部２８と接続されている。第１の端部２２ａの下端位置ｂ点は、下側の接続部２８よりも後退した位置にあり、第１の端部２２ａは下側の接続部２８とは接続されていない。

第２の端部２２ｂの上端位置ｃ点は、上側の接続部２８よりも後退した位置にあり、第２の端部２２ｂは上側の接続部２８とは接続されていない。第２の端部２２ｂの下端位置ｄ点は、下側の接続部２８上にあり、第２の端部２２ｂは下側の接続部２８とは接続されている。

なお、対向方向に関する接続部２８の長さＤは、第１の端部２２ａの上端位置ａ点と第２の端部２２ｂの下端位置ｄ点との離間距離Ｄ１よりも長く、かつ、第１の端部２２ａの下端位置ｂ点と第２の端部２２ｂの上端位置ｃ点との離間距離Ｄ２よりも短くなるように設計される。

そして、図５に示すように、下側の第２のコイル部２２Ｂの端部対２２ａ、２２ｂの形状は上側の第１のコイル部２２Ａの端部対２２ａ、２２ｂの形状と同一である。また、積層方向から見て、第２のコイル部２２Ｂの端部対２２ａ、２２ｂは、第１のコイル部２２Ａの端部対２２ａ、２２ｂと同じ位置にある。なお、第１のコイル部２２Ａおよび第２のコイル部２２Ｂだけでなく、他のコイル部２２に関しても、同一形状の端部対２２ａ、２２ｂを有し、かつ、該端部対２２ａ、２２ｂを積層方向から見て同じ位置に有している。また、各端部対２２ａ、２２ｂが同一形状であるため、当然に、各端部対２２ａ、２２ｂに挟まれた各分断部２５についても同一形状になっている。

さらに、図４、５に示すように、コイル２０を構成する複数の接続部２８それぞれに関しても、積層方向から見て同一形状（すなわち、長方形状）を有するとともに同じ位置にある。

上述したとおり、積層コイル部品１においては、同一形状の端部対２２ａ、２２ｂを有するコイル部２２と同一形状の接続部２８とが積層方向に交互に並んでおり、いずれのコイル部２２および接続部２８も同様の位置関係を有している。すなわち、各接続部２８は、積層方向における上側の第１のコイル部２２Ａの第２の端部２２ｂと、積層方向における下側の第２のコイル部２２Ｂの第１の端部２２ａとを接続することで、積層方向において上下に隣り合うコイル部２２同士を接続する。このような接続により、積層方向に沿って巻回され、かつ、上下に隣り合うそれぞれのコイル部２２に同一周回方向に電流が流れるコイル２０が構成されている。

以上で説明したとおり、積層コイル部品１においては、第１のコイル部２２Ａおよび第２のコイル部２２Ｂの両端部対２２ａ、２２ｂが積層方向から見て同じ位置かつ同一形状であっても、接続部２８は、積層方向上側において第１のコイル部２２Ａの第２の端部２２ｂにのみ接続し、積層方向下側において第２のコイル部２２Ｂの第１の端部２２ａにのみ接続する。そのため、第１のコイル部２２Ａの上側や第２のコイル部２２Ｂの下側にさらに接続部２８を設けていても、接続部２８のそれぞれの位置を互いにずらすことなく、積層方向に沿って巻回されるコイル２０が構成される。

したがって、積層コイル部品１においては、複数のコイル部２２それぞれの全体形状を、全く同じ形状に設計することが可能であり、そのため、コイル部２２の種類数を低減することができ、従来のように多種類の導体パターンを準備することに伴う手間や時間の削減が図られる。

また、積層コイル部品１においては、積層方向から見て、接続部２８がコイル形成領域内に配置されているため、大きなコイル内径が確保されており、それにより高いコイル特性（たとえば、インダクタンスやＱ値）を実現することができる。

さらに、積層コイル部品１においては、接続部２８において、上下に隣り合うコイル部２２同士が重ならないため、接続部２８における厚さ増加が抑制されている。そのため、接続部２８周辺において大きな内部応力が生じる事態の抑制も図られている。

上述した積層コイル部品１は、たとえば印刷法を用いて作製する場合には、最下層Ｌ２０から順に印刷を繰り返して一層ずつ積み上げるやり方が考えられる。この場合、コイル部２２等の断面は、図３、５に示したような角のある輪郭ではなく、滑らかに湾曲する輪郭になると考えられる。

または、複数の層（たとえば、Ｌ３〜５の３層）を一つのユニットとして別々に設け、複数のユニットを重ね合わせることで、積層コイル部品１を作製することも可能である。この場合、印刷により１層ずつ積み上げる製法に比べて、積層コイル部品１を効率良く作製することができる。

さらに、図５に示すように、下コイル層２４の端部２４ａと接続部２８の端部２８ａとが直接重なっており、下コイル層２４の端部（一端部）２４ａは、接続部２８の側に位置して該接続部２８と接する接触縁２４Ｐと、接続部２８とは反対の側に位置して接続部２８とは接しない非接触縁２４Ｑとを有している。そして、接触縁２４Ｐと非接触縁２４Ｑとが積層方向（Ｚ方向）から見て重なっていない。そのため、図６に示すように、下コイル層２４の端部２４ａの端面２４ｂが積層方向に関して傾いている。

ここで、上述した積層コイル部品１においては、部品外部からの応力に起因してクラックが生じ得る。具体的には、下コイル層２４の端部２４ａの端面２４ｂに応力が付加されると、応力は端面２４ｂに沿って分散し、接触縁２４Ｐ近傍を起点として端面２４ｂに平行に延びるクラック（図６の一点鎖線Ｓ１に沿うクラック）が、接続部２８の端部２８ａに生じ得る。

このとき、図６に示すように端面２４ｂが積層方向に関して傾いている場合は、図７に示すように端面２４ｂが積層方向に平行な場合に比べて、クラックの伝播距離が長くなる（すなわち、一点鎖線Ｓ１の長さ＞一点鎖線Ｓ１’の長さ）。そのため、図６に示すように端面２４ｂが積層方向に関して傾いている場合のほうが、上述したクラックの進行を抑制する効果が大きく、クラックの進行が効果的に抑制される。このようにクラックの進行が抑制される結果、積層コイル部品１は全体として高い部品強度が実現されている。

積層コイル部品１は、図６に示すように、下コイル層２４の端部２４ａだけでなく、接続部２８の端部２８ａも積層方向から見て重なっていない接触縁２８Ｐおよび非接触縁２８Ｑを有している。そのため、接続部２８の端部２８ａの端面２８ｂに応力が付加されたときに、下コイル層２４の端部２４ａに生じ得る、接触縁２８Ｐを起点として端面２８ｂに平行に延びるクラック（図６の一点鎖線Ｓ２に沿うクラック）についても、図７に示すように端面２８ｂが積層方向に平行な場合に比べて、クラックの伝播距離が長くなる（すなわち、一点鎖線Ｓ２の長さ＞一点鎖線Ｓ２’の長さ）ため、クラックの進行が効果的に抑制され、それにより部品強度のさらなる向上が実現される。

また、積層コイル部品１では、下コイル層２４の端部２４ａおよび接続部２８の端部２８ａにおいて、接触縁２４Ｐ、２８Ｐが非接触縁２４Ｑ、２８Ｑよりも端部延在方向における先端側に位置している。そのため、下コイル層２４および接続部２８との間に大きな接触面積を確保することができる。この場合、コイル２０の直流抵抗が低減される。なお、下コイル層２４の端部２４ａおよび接続部２８の端部２８ａの少なくとも一方において、接触縁が非接触縁よりも端部延在方向における先端側に位置していれば、上記効果を奏する。

さらに、積層コイル部品１では、図５に示すように、上コイル層２３の端部２３ａが、接続部２８に関して下コイル層２４とは反対の側において、接続部２８の他端部２８ｃと直接重なっている。そして、接続部２８の他端部２８ｃも積層方向から見て重なっていない接触縁２８Ｒおよび非接触縁２８Ｓを有している。そのため、接続部２８の端部２８ｃの端面に応力が付加されたときに、上コイル層２３の端部２３ａに生じ得る、接触縁２８Ｒを起点として端面に平行に延びるクラックについてもその伝播距離が長くなるため、クラックの進行が効果的に抑制され、それにより部品強度のさらなる向上が実現される。

同様に、上コイル層２３の端部２３ａが、接続部２８に関して下コイル層２４とは反対の側において、接続部２８の他端部２８ｃと直接重なっている。そして、上コイル層２３の端部２３ａも積層方向から見て重なっていない接触縁２３Ｐおよび非接触縁２３Ｑを有している。そのため、上コイル層２３の端部２３ａの端面に応力が付加されたときに、接続部２８の端部２８ｃに生じ得る、接触縁２３Ｐを起点として端面に平行に延びるクラックについてもその伝播距離が長くなるため、クラックの進行が効果的に抑制され、それにより部品強度のさらなる向上が実現される。

上述した接続部２８は、その厚さが薄い方が素子特性の向上が図られるため、上コイル層２３の厚さおよび下コイル層２４の厚さよりも薄く設計されている。ただし、接続部２８の厚さが薄い場合にはクラックが貫通する可能性が高くなる。そこで、上コイル層２３の端部２３ａや下コイル層２４の端部２４ａの端面を積層方向から傾けることで、クラックの伝播距離の延長が図られ、接続部２８をクラックが貫通する事態が効果的に抑制される。

なお、積層コイル部品は、上述した実施形態に限らず、様々に変形することができる。

たとえば、下コイル層２４の端部２４ａの形状および接続部２８の端部２８ａは適宜変更することができ、たとえば図８〜１０に示したような態様であってもよい。

図８に示した態様では、下コイル層２４の端部２４ａにおいて、非接触縁２４Ｑが接触縁２４Ｐよりも端部延在方向における先端側に位置している。また、接続部２８の端部２８ａにおいて、接触縁２８Ｐが非接触縁２８Ｑよりも端部延在方向における先端側に位置している。

図９に示した態様では、下コイル層２４の端部２４ａにおいて、接触縁２４Ｐが非接触縁２４Ｑよりも端部延在方向における先端側に位置している。また、接続部２８の端部２８ａにおいて、非接触縁２８Ｑが接触縁２８Ｐよりも端部延在方向における先端側に位置している。

図１０に示した態様では、下コイル層２４の端部２４ａにおいて、非接触縁２４Ｑが接触縁２４Ｐよりも端部延在方向における先端側に位置している。また、接続部２８の端部２８ａにおいて、非接触縁２８Ｑが接触縁２８Ｐよりも端部延在方向における先端側に位置している。

コイル部の平面形状は、矩形環状の他、円環状や楕円環状等であってもよい。また、各コイル部は、少なくとも端部対の形状が同一形状であれば、全体形状が全く同一の形状でなくてもよい。さらに、コイル部は必ずしも１ターン分を構成する必要はなく、たとえば１／２ターン分や１／４ターン分等であってもよい。また、コイル部は必ずしも２層構造である必要はなく、単層構造や３層以上の多層構造にすることができる。積層コイル部品の積層数は、必要に応じて適宜増減することができる。

また、接続部は、積層方向から見て必ずしも一方向に延びる形状である必要はなく、屈曲した形状や湾曲した形状であってもよい。たとえば、コイル部の平面形状が多角環状であるときには、屈曲した形状や湾曲した形状の接続部を用いることで、コイル部の角部に対応する位置において上下のコイル部を接続可能である。

１…積層コイル部品、１０…絶縁性素体、１２Ａ、１２Ｂ…外部端子電極、２０…コイル、２２…コイル部、２２ａ…第１の端部、２２ｂ…第２の端部、２２Ａ…第１のコイル部、２２Ｂ…第２のコイル部、２３…上コイル層、２４…下コイル層、２５…分断部、２８…接続部。

Claims (5)

1. 積層構造を有し、絶縁性素体の内部にコイルを含む積層コイル部品であって、
   前記コイルの一部を構成するとともに前記積層構造を構成する層内において延在し、一方向に延びる一端部を有する第１のコイル部と、
   前記コイルの一部を構成するとともに前記積層構造を構成する層内において延在し、前記第１のコイル部の前記一端部と対向する方向に延びるとともに該一端部と積層方向において直接重なる一端部を有する第２のコイル部と
   を備え、
   前記第１のコイル部および前記第２のコイル部のうちの少なくとも一方のコイル部の一端部は、他方のコイル部の側に位置して該他方のコイル部と接する接触縁と、前記他方のコイル部とは反対の側に位置して該他方のコイル部とは接しない非接触縁とを有し、
   前記接触縁と前記非接触縁とが前記積層方向から見て重なっておらず、
   前記第１のコイル部および前記第２のコイル部の両方の一端部が、前記接触縁および前記非接触縁を有し、
   前記第１のコイル部および前記第２のコイル部の両方の一端部において、前記接触縁と前記非接触縁とが前記積層方向から見て重なっていない、積層コイル部品。
2. 前記第１のコイル部および前記第２のコイル部のうちの少なくとも一方のコイル部の一端部において、前記接触縁が前記非接触縁よりも端部延在方向における先端側に位置している、請求項１に記載の積層コイル部品。
3. 前記第１のコイル部および前記第２のコイル部の両方の一端部において、前記接触縁が前記非接触縁よりも端部延在方向における先端側に位置している、請求項２に記載の積層コイル部品。
4. 前記第２のコイル部が一方向に延びる他端部を有しており、
   前記コイルの一部を構成するとともに前記積層構造を構成する層内において延在し、前記第２のコイル部の他端部と対向する方向に延びるとともに前記第２のコイル部に関して前記第１のコイル部とは反対の側において前記他端部と直接重なる一端部を有する第３のコイル部をさらに備える、請求項１〜３のいずれか一項に記載の積層コイル部品。
5. 前記第２のコイル部の厚さが、前記第１のコイル部の厚さおよび前記第３のコイル部の厚さのいずれより薄い、請求項４に記載の積層コイル部品。

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