(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2016-139785(P2016-139785A)
(43)【公開日】2016年8月4日
(54)【発明の名称】コイル部品及びその製造方法
(51)【国際特許分類】
H01F 17/04 20060101AFI20160708BHJP
H01F 17/00 20060101ALI20160708BHJP
H01F 27/29 20060101ALI20160708BHJP
【FI】
H01F17/04 Z
H01F17/00 B
H01F15/10 C
【審査請求】未請求
【請求項の数】14
【出願形態】OL
【全頁数】11
(21)【出願番号】特願2015-229394(P2015-229394)
(22)【出願日】2015年11月25日
(31)【優先権主張番号】10-2015-0012734
(32)【優先日】2015年1月27日
(33)【優先権主張国】KR
(71)【出願人】
【識別番号】594023722
【氏名又は名称】サムソン エレクトロ−メカニックス カンパニーリミテッド.
(74)【代理人】
【識別番号】110000877
【氏名又は名称】龍華国際特許業務法人
(72)【発明者】
【氏名】パーク、セウン ウーク
(72)【発明者】
【氏名】キム、クワン モ
(72)【発明者】
【氏名】シム、ウォン チュル
【テーマコード(参考)】
5E070
【Fターム(参考)】
5E070AA01
5E070AB01
5E070BA12
5E070CB03
5E070CB13
5E070EA01
5E070EB04
(57)【要約】 (修正有)
【課題】高い減衰特性を実現するとともに、実装性が改善され、反りなどの不良が発生しないコイル部品及びその製造方法を提供する。
【解決手段】コイル部品100は、磁性基板110と、磁性基板110上に配置され、内部にコイル導体が形成された絶縁層120と、絶縁層120上に配置され、絶縁層120より小さい熱膨張係数を有する補強層130とを含む。好ましくは、補強層130の熱膨張係数は、磁性基板110の熱膨張係数より大きい。また、補強層130は非磁性材質で形成され、高分子樹脂または高分子樹脂と無機フィラーの混合物からなる。
【選択図】
図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
磁性基板と、
前記磁性基板上に配置され、内部にコイル導体が形成された絶縁層と、
前記絶縁層上に配置され、前記絶縁層より小さい熱膨張係数を有する補強層と、を含む、コイル部品。
【請求項2】
前記補強層の熱膨張係数は前記磁性基板の熱膨張係数より大きい、請求項1に記載のコイル部品。
【請求項3】
前記補強層は非磁性材質で形成される、請求項1または2に記載のコイル部品。
【請求項4】
前記補強層は、高分子樹脂、または高分子樹脂と無機フィラーの混合物からなる、請求項1から3のいずれか1項に記載のコイル部品。
【請求項5】
前記無機フィラーは、アルミナ(Al2O3)、シリカ(SiO2)、及びチタンオキサイド(TiO2)からなる群より選択されるいずれか一つまたはこれらの混合物である、請求項4に記載のコイル部品。
【請求項6】
前記磁性基板は焼結フェライトで構成される、請求項1から5のいずれか1項に記載のコイル部品。
【請求項7】
前記絶縁層の上面に配置され、前記コイル導体と電気的に接続される外部電極をさらに含み、前記補強層は前記外部電極間に位置する、請求項1から6のいずれか1項に記載のコイル部品。
【請求項8】
前記コイル導体は電磁気的に結合する1次コイルと2次コイルで構成される、請求項1から7のいずれか1項に記載のコイル部品。
【請求項9】
磁性基板と、
前記磁性基板上に配置され、内部にコイル導体が形成された絶縁層と、
前記絶縁層上に配置され、前記絶縁層より小さい熱膨張係数を有する補強層と、
前記磁性基板、前記絶縁層、及び前記補強層で構成された積層体の側面に配置され、前記絶縁層の側面に露出する前記コイル導体の端部と電気的に接続される外部電極と、を含む、コイル部品。
【請求項10】
前記補強層の熱膨張係数は前記磁性基板の熱膨張係数より大きい、請求項9に記載のコイル部品。
【請求項11】
前記補強層は非磁性材質で形成される、請求項9または10に記載のコイル部品。
【請求項12】
前記補強層は、高分子樹脂、または高分子樹脂と無機フィラーの混合物からなる、請求項9から11のいずれか1項に記載のコイル部品。
【請求項13】
前記無機フィラーは、アルミナ(Al2O3)、シリカ(SiO2)、及びチタンオキサイド(TiO2)からなる群より選択されるいずれか一つまたはこれらの混合物である、請求項12に記載のコイル部品。
【請求項14】
前記磁性基板は焼結フェライトで構成される、請求項9から13のいずれか1項に記載のコイル部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、コイル部品に関するもので、より詳細には、ノイズフィルタとして動作するコイル部品及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
技術の発展に伴い、携帯電話、家電製品、PC、PDA、LCDなどのような電子機器がアナログ方式からデジタル方式に変化し、処理するデータ量の増加により高速化している実情にある。
【0003】
これにより、高速信号送信インターフェースとしてUSB2.0、USB3.0及び高精細度マルチメディアインターフェース(high−definition multimedia interface;HDMI(登録商標))が広範囲で普及され、これらインターフェースは現在個人用コンピュータ及びデジタル高画質テレビジョンのような多くのデジタルデバイスなどで用いられている。
【0004】
これら高速インターフェースは、長い間一般的に用いられたシングルエンド(single−end)送信システムとは異なって、一対の信号線を用いて差動信号(差動モード信号)を送信する差動信号システムを採用する。しかし、デジタル化及び高速化する電子機器は、外部からの刺激に敏感であるため高周波ノイズによる信号歪曲が度々発生している。
【0005】
このようなノイズを除去するために電子機器内にフィルタが設置されている。特に、高速差動信号線などには、コモンモードノイズ(Common mode noise)を除去するためのコイル部品としてコモンモードフィルタ(Common Mode Filter)が広く用いられている。
【0006】
コモンモードノイズは差動信号線で発生するノイズであり、コモンモードフィルタは従来のフィルタでは除去することができないコモンモードノイズを除去する。
【0007】
一方、最近は、電子製品で用いられる周波数が次第に高まるにつれて、高周波帯域における狭帯域特性及び減衰特性(attenuation)が向上したコモンモードフィルタが求められている。即ち、90Ωのコモンモードインピーダンスを基準に±25%〜±20%程度の狭帯域特性や、数GHz帯域における−30dB以上の高い減衰特性などが求められている。
【0008】
これにより、磁性損失(Magnetic Loss)を最小化するために、フェライト−樹脂複合層のような別途の磁性部材なしでコイル層を空気に直接露出させる構造のコモンモードフィルタが提示されている。
【0009】
しかし、この場合、部品実装のための半田付けの過程において電極間にショートが発生するなど実装性が悪化するという問題が生じる。
【0010】
また、コモンモードフィルタを構成する部材、例えば、磁性基板及びこれと接する絶縁層間に、熱膨張係数の偏差が激しくなって反り(Warpage)などの変形が発生するなど製品そのものに不良が発生する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0011】
【特許文献1】特開2005−129793号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0012】
本発明の目的は、高い減衰特性を実現するとともに、実装性が改善され、反りなどの不良が発生しないコイル部品及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0013】
本発明の一実施形態によれば、焼結フェライトで構成される磁性基板と、上記磁性基板上に配置され、内部に1次コイルと2次コイルが形成された絶縁層と、上記絶縁層上に配置され、上記絶縁層より小さい熱膨張係数を有する補強層と、を含むコイル部品が提供される。
【0014】
ここで、上記補強層は、非磁性の高分子樹脂、または上記高分子樹脂にアルミナ(Al
2O
3)、シリカ(SiO
2)、及びチタンオキサイド(TiO
2)などの無機フィラーが分散された混合物からなることができる。
【0015】
また、本発明の一実施形態によれば、外部との電気的導通のための外部電極が絶縁層の上面に配置されるか、磁性基板、絶縁層、及び補強層で構成された積層体の側面に配置されるコイル部品が提供される。
【0016】
ここで、上記外部電極が絶縁層の上面に配置される場合、上記補強層は外部電極間に位置することができる。
【発明の効果】
【0017】
本発明のコイル部品によると、高い減衰特性とともに実装性を向上させることができ、構成間の熱膨張係数の偏差が緩和されることにより、反りなどの製品不良を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【
図1】本発明の一実施形態によるコイル部品の斜視図である。
【
図3】
図1のII−II'線に沿った断面図である。
【
図4】本発明の他の実施形態によるコイル部品の斜視図である。
【
図5】本発明の一実施形態によるコイル部品の製造方法を順に示した流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【0019】
以下では、添付の図面を参照し、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誇張されることがある。
【0020】
図1は本発明の一実施形態によるコイル部品の斜視図であり、
図2は
図1のI−I'線に沿った断面図であり、
図3は
図1のII−II'線に沿った断面図である。
【0021】
図1から
図3を参照すると、本実施形態にかかるコイル部品100は、磁性基板110と、絶縁層120と、補強層130と、を含む。
【0022】
磁性基板110はセラミック素材で形成される板状の支持体として最下部に配置され、その上に絶縁層120と補強層130が順に積層される。即ち、本実施形態では、磁性基板110、絶縁層120、及び補強層130を基本構成とする積層体が一つの単位素子になるコイル部品で、上記積層体は概ね0403サイズの長方体で形成される。
【0023】
また、磁性基板110は、電流印加時に発生する磁束(magnetic flux)の移動通路としても機能する。
【0024】
したがって、磁性基板110は、所定のインダクタンスを得ることができる限り任意の磁性材料、例えば、Fe
2O
3及びNiOを主成分とするNi系フェライト材料、Fe
2O
3、NiO及びZnOを主成分とするNi−Zn系フェライト材料、及びFe
2O
3、NiO、ZnO及びCuOを主成分とするNi−Zn−Cu系フェライト材料から選択されるいずれか一つ以上の磁性材料を用いて形成することができる。また、これら材料を高温の雰囲気下において焼結することにより高いモジュラス(Modulus)を実現することができる。
【0025】
磁性基板110上に絶縁層120が備えられ、絶縁層120の内部にはコイル導体140が形成される。
【0026】
コイル導体140は、平面上に形成されるコイル形状の金属配線で、電気伝導性に優れた銀(Ag)、パラジウム(Pd)、アルミニウム(Al)、ニッケル(Ni)、チタニウム(Ti)、金(Au)、銅(Cu)、または白金(Pt)からなる群より選択される少なくとも1種以上の金属からなることができる。
【0027】
コイル導体140は多層で構成されることができ、各層間の電気的連結はビア141を通じて行われることができる。
【0028】
ここで、各層のコイル導体140は、それぞれの個別のコイル、例えば、1次コイル140aと2次コイル140bを形成して互いに電磁気的に結合することができる。または、図面に示されているように、一層に1次コイル140aと2次コイル140bが交互に配線される、いわゆる、同時コイル構造として電磁気的結合を形成することもできる。
【0029】
このように、本実施形態にかかるコイル部品100は、1次コイル140aと2次コイル140bが互いに電磁気的に結合することにより、1次コイル140aと2次コイル140bに、同一方向の電流が印加されると磁束が補強されてコモンモードインピーダンスが増加し、反対方向の電流が流れると磁束が互いに相殺されてディファレンシャルモードインピーダンスが減少するコモンモードフィルタ(Common Mode Filter)として動作するようになる。
【0030】
絶縁層120はコイル導体140を四方から覆うように形成される。
【0031】
具体的には、絶縁層120は、磁性基板110との絶縁性を確保し、磁性基板110の表面凹凸を抑制して平坦性を与える基底層が先に形成され、その上にコイル導体140とこれを覆蓋するビルドアップ層が順に積層されることにより形成される。但し、高温高圧の積層過程において各層間の境界は区分されず、図面に示されているように一体化されることができる。
【0032】
このように、絶縁層120は、コイル導体140を埋設することにより、配線間の絶縁性を確保するとともに、湿気や熱などの外部環境からコイル導体140を保護する機能をする。したがって、絶縁層120の構成材質としては、絶縁性だけでなく耐熱性及び耐湿性の特性に優れた高分子樹脂、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ウレタン樹脂、シリコン樹脂、ポリイミド樹脂などを用いることができる。
【0033】
但し、このような高分子樹脂は、一般に、熱膨張係数(Coefficient of Thermal Expansion;CTE)が約50ppm/K以上の大きい値を有するため、高温の熱処理過程において反り(Warpage)が発生する可能性がある。また、焼結フェライトで構成される磁性基板110は、絶縁層120とは反対に、8〜10ppm/K程度の小さい熱膨張係数(CTE)を示すため、両部材間の熱膨張係数(CTE)の偏差により、磁性基板110と絶縁層120の間の境界面でデラミネーション(Delamination)が発生するおそれがある。
【0034】
これは、製品の小型化のために磁性基板110の厚さを薄く製作するか、または高い減衰特性を実現するために別途のフェライト部材が存在しない構造でより顕著になるが、補強層130はこれを防止するための手段になる。
【0035】
即ち、補強層130は、絶縁層120の上部に備えられ、絶縁層120より小さい熱膨張係数(CTE)を有する。これにより、補強層130は、磁性基板110と絶縁層120の間のCTEミスマッチを緩和し、磁性基板110とともに絶縁層120の反りを防止するスティフナ(Stiffener)として機能する。
【0036】
具体的には、補強層130の熱膨張係数(CTE)は、20〜30ppm/Kの範囲内で設定することができる。即ち、補強層130は、絶縁層120より小さく磁性基板110より大きい熱膨張係数(CTE)を有するが、補強層130の熱膨張係数(CTE)の設定が小さすぎると、逆に絶縁層120と補強層130の間にCTEミスマッチが発生する可能性がある。したがって、補強層130は、上記範囲内の熱膨張係数(CTE)を有する材質で形成することが好ましい。
【0037】
補強層130は、非磁性材質、具体的には誘電正接(dielectric loss tangent)が0.3以下である誘電体で形成することができる。例えば、上記補強層を構成する最適の材質として、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ウレタン樹脂、シリコン樹脂、ポリイミド樹脂などの高分子樹脂を用いることができる。
【0038】
これにより、電流印加時に発生する磁束が補強層130を通過しても、磁性損失(Magnetic Loss)が発生せず、その結果、高周波帯域でも高い減衰(attenuation)特性を実現することができる。
【0039】
補強層130内には非磁性の無機フィラー131が分散されて含有されることができ、補強層130の熱膨張係数(CTE)は無機フィラー131の含量比によって調節されることができる。
【0040】
即ち、補強層130は、高分子樹脂と平均10ppm/K程度の熱膨張係数(CTE)を有する無機フィラー131、例えば、アルミナ(Al
2O
3)、シリカ(SiO
2)、及びチタンオキサイド(TiO
2)などの混合物で構成される。したがって、無機フィラー131の含量比を増加させることにより、補強層130の熱膨張係数(CTE)を減らすことができる。
【0041】
但し、多すぎる量の無機フィラー131が含有されると、樹脂の比重が減少して補強層130と絶縁層120との接合力が弱くなる可能性があるため、適正量の無機フィラー131を用いることが好ましい。
【0042】
絶縁層120の上部の外郭には、外部との電気的導通のための外部電極150が備えられる。即ち、外部電極150は、所定の厚さで形成され、絶縁層120内のバンプ電極151を通じてコイル導体140の端部と電気的に連結される。
【0043】
より具体的には、コイル導体140が電磁気的に結合する1次コイル140aと2次コイル140bで構成されるため、外部電極150は、1次コイル140aの両端部と連結されてそれぞれ1次コイル140aの入出力端として機能する一対の外部電極150、及び2次コイル140bの両端部と連結されてそれぞれ2次コイル140bの入出力端として機能する一対の外部電極150など全部で四つの端子を有する4端子回路で構成される。また、各外部電極150は、絶縁層120の上部の左側上端のコーナーから時計方向または反時計方向に回りながら絶縁層120の各コーナーの周辺に配置される。
【0044】
このような構造により、補強層130は外部電極150間の空き空間に挿入される形態で備えられる。即ち、補強層130は、外部電極150に相応する厚さを有するように形成される。これにより、外部電極150の側面は補強層130によって覆われて上面だけが外部に露出する。
【0045】
本実施形態にかかるコイル部品100を基板に実装するとき、補強層130の上部面が実装面として提供される。したがって、外部に露出する外部電極150の上面に半田ボールが付着される。
【0046】
ここで、各外部電極150の間に補強層130が備えられるため、本実施形態は、半田液によって外部電極150の間に電気的ショートが発生する半田ブリッジ(Solder Bridge)を防止することができる。もし、補強層130なしで外部電極150の側面がすべて開放された状態で半田付け工程を行うと、外部電極150間の空き空間に半田液が流れ込んでショート不良が発生するようになる。
【0047】
このように、補強層130は、熱膨張係数(CTE)の偏差を緩和する機能の他に、外部電極150の間を絶縁させる遮断膜としても機能する。これは、製品の小型化に伴い、外部電極150間の間隔が次第に狭くなる構造でその効果がさらに発揮されて、SMT(Surface Mount Technology)実装性を向上させることができる。
【0048】
下記表1は製品群をサイズ別に区分して、各サイズ別に補強層130を形成した構造(実施例1〜3)とそうではない構造(比較例1〜3)におけるSMT実装性及び反りを示す実験データ値である。
【0049】
ここで、SMT実装性は各類型別に100個の試片を基板に実装したとき、半田ブリッジ現象がなく安定的に実装された個数を示す。また、反りは絶縁層120の中心点からリフロー(Reflow)工程後に現れる絶縁層120の変曲点までの距離を測定した値である。
【0051】
上記表1から分かるように、補強層130がない比較例1〜3の場合、製品が小型化するほど安定的に実装される製品の個数が減少する。これは、製品が小さくなるほど外部電極150間の間隔が狭くなるためであり、0403サイズでその数が急激に減少することが確認できる。また、0403サイズで発生する反りは0806サイズに比べて約6倍に増加するようになる。
【0052】
これに対し、補強層130が備えられた実施例1〜3の場合、サイズに関係なく100個の試片がすべて安定的に実装され、反りの場合、0403サイズを基準に補強層130がない場合に比べて約1/10の水準に改善されることが分かる。
【0053】
以上、外部電極150が下面構造として備えられた場合を想定して説明したが、本発明は、他の実施形態として、外部電極150が側面構造として備えられるコイル部品を提供することもできる。これについては以下で
図4を参照して説明する。
【0054】
図4は本発明の他の実施形態によるコイル部品の斜視図である。
【0055】
図4を参照すると、本発明の他の実施形態によるコイル部品200は、上述の実施形態と同様に、磁性基板210、絶縁層220、及び補強層230が下部から順に積層された構造体が基本素子となる。図面に示されてはいないが、絶縁層220の内部には互いに電磁気的結合を成す1次コイルと2次コイルが多層構造または同時コイル構造として設置される。
【0056】
ここで、磁性基板210、絶縁層220、及び補強層230の構成材質や、それによる機能などは上述の通りであるため詳細な説明を省略する。
【0057】
上記1次コイルと2次コイルの両端部は絶縁層220の側面に露出して外部電極250と接触する。即ち、外部電極250はすべて1次コイルと2次コイルの入出力端として機能する四つの端子で構成され、各外部電極250は磁性基板210、絶縁層220、及び補強層230からなる積層体の側面に設置されて外部に露出する1次及び2次コイルの端部と連結される。
【0058】
以下では、本発明の一実施形態にかかるコイル部品の製造方法について説明する。
【0059】
図5は本発明の一実施形態にかかるコイル部品の製造方法を順に示す流れ図である。本発明の一実施形態にかかるコイル部品の製造方法では、まず、Ni系フェライト、Ni−Zn系フェライト、またはNi−Zn−Cu系フェライト素材の磁性粉末を一定の条件下で焼結して製作した磁性基板110を設ける段階を行う(S100)。
【0060】
次いで、内部にコイル導体140が埋設された絶縁層120を、上記磁性基板110上に形成する段階を行う(S110)。
【0061】
そのため、まず、スピンコーティングなどの通常のコーティング法を用いて上記磁性基板110の上部面に絶縁材を塗布し、その上にコイル導体140をめっきして形成する。
【0062】
上記コイル導体140のめっき方法としては、当業界において公知の通常のめっき工程、例えば、SAP(Semi−Additive Process)、MSAP(Modified Semi−Additive Process)、またはサブトラクティブ法(Subtractive)などを用いることができ、一層のコイル導体140が形成されるとこれを覆蓋する絶縁材をコーティングする。求められるコイル導体140の層数だけこのような過程を繰り返した後、焼成過程を経ると、コイル導体140が埋設された絶縁層120が形成される。
【0063】
その後、所定の厚さの外部電極150を上述のめっき工法によって形成し(S120)、外部電極150の間に高分子樹脂と無機フィラー131をミルして製造した混合ペーストを充填してから硬化すると、上記補強層130が形成されたコイル部品100が最終的に完成される(S130)。
【0064】
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の権利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ものには明らかである。
【符号の説明】
【0065】
100 コイル部品
110 磁性基板
120 絶縁層
130 補強層
131 無機フィラー
140 コイル導体
150 外部電極