【解決手段】本発明は、磁性体及びコイルを含み、互いに対向する第3及び第4面を有し、コイルの両端が少なくとも第3及び第4面を介してそれぞれ露出する本体と、本体の第3及び第4面にそれぞれ配置され、コイルの露出した両端とそれぞれ接続される第1及び第2外部電極と、を含むコイル部品であって、コイルは、それぞれの磁性体層上に間隙を有する帯状に形成された複数の導体パターンと、導体パターンが形成された一方向に沿って一定間隔で形成され、上下に配置された導体パターンを連結するビア電極と、を含み、本体は、コイルにより囲まれた内側の第1磁性体部と、コイルの外側の第2磁性体部と、を含み、第2磁性体部は、第1磁性体部を成す第1磁性体に比べて低透磁率を有する第2磁性体からなる、コイル部品及びその製造方法を提供する。
磁性体及びコイルを含み、互いに対向する第1及び第2面、第1及び第2面と連結されて互いに対向する第3及び第4面、第1及び第2面と連結され、且つ第3及び第4面と連結されて互いに対向する第5及び第6面を有し、前記コイルの両端が少なくとも第3及び第4面を介してそれぞれ露出する本体と、
前記本体の第3及び第4面にそれぞれ配置され、前記コイルの露出した両端とそれぞれ接続される第1及び第2外部電極と、を含むコイル部品であって、
前記コイルは、
それぞれの磁性体層上に間隙を有する帯状に形成された複数の導体パターンと、前記複数の導体パターンが形成された一方向に沿って一定間隔に形成され、上下に配置された導体パターンを連結するビア電極と、を含み、
前記本体は、
前記コイルにより囲まれた内側の第1磁性体部と、前記コイルの外側の第2磁性体部と、を含み、前記第2磁性体部は、前記第1磁性体部を成す第1磁性体に比べて低透磁率を有する第2磁性体からなる、コイル部品。
前記コイルは、前記導体パターンのうち少なくとも1つに、前記本体の第3及び第4面を介して露出するように延びて形成される第1及び第2リード部をさらに含む、請求項1から3のいずれか一項に記載のコイル部品。
前記第1及び第2外部電極は、前記本体の第3及び第4面にそれぞれ形成される第1及び第2接続部と、前記第1及び第2接続部から前記本体の第1、第2、第5、及び第6面の一部までそれぞれ延びる第1及び第2バンド部と、をそれぞれ含む、請求項1から4のいずれか一項に記載のコイル部品。
【背景技術】
【0002】
スマートフォンを始めとするデジタル機器の高性能化に伴い、電子製品の回路が複雑化しており、回路内で発生するノイズに対する対策の重要性が大きくなっている。
【0003】
このような積層型コイル部品として、チップインダクターまたはチップビーズ(Bead)は、簡単に回路に直列連結して使用可能であるため、上記ノイズ対策素子の中でも使用頻度が高く、市場の要求もこれからさらに増加すると予想されている。
【0004】
上記チップインダクターまたはチップビーズは、本体がフェライトなどの磁性体材料からなる。上記磁性体材料は、電流の印加によって磁気飽和し、上記磁気飽和特性は、磁性体材料の初期透磁率に大きく影響される。
【0005】
積層型コイル部品において、少ないターン数のコイルを用いて高いZとLs値を実現するためには、磁性体材料の透磁率が相対的に高いことが有利である。しかし、この場合、磁気飽和が早いため、DCバイアス特性の実現においては却って問題となる。
【0006】
その反面、磁性体材料の透磁率を低くすると、磁気飽和は遅延されるが、共振周波数自体が高くなって、100MHz以下の低い周波数帯でのコイル部品のZ値が相対的に低くなる。
【0007】
そのため、コイル部品の使用周波数の限界が生じ、コイル部品の目標Z及びLs値を実現するためにはコイルのターン数を増加させなければならないため、コイル部品のサイズが相対的に大きくなり得る。
【発明を実施するための形態】
【0014】
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(または強調表示や簡略化表示)がされることがある。
【0015】
コイル部品
以下では、積層型コイル部品として積層型インダクターを例として説明する。但し、本発明はこれに限定されるものではなく、上記積層型コイル部品は、例えば、積層型ビーズなどであってもよい。
【0016】
図1は、本発明の一実施形態によるインダクターの一部を切開して概略的に示した斜視図であり、
図2は、
図1のインダクターにおいて、磁性体層と導体パターンの積層構造を示した分離斜視図であり、
図3は
図1のI‐I'線の断面図である。
【0017】
図1から
図3を参照すると、本発明の一実施形態によるインダクター100は、本体110と、第1及び第2外部電極131、132と、を含む。
【0018】
本体110は、磁性体と、コイル120と、を含む。
【0019】
この際、本体110の形状は特に制限されるものではないが、実質的に六面体形状であることができる。
【0020】
説明の便宜のために、本体110のZ方向に互いに対向する両面を第1及び第2面1、2と設定し、X方向に互いに対向し、且つ第1及び第2面1、2の先端を連結する両面を第3及び第4面3、4と設定し、Y方向に互いに対向し、且つ第1及び第2面1、2の先端を連結し、第3及び第4面3、4の先端を連結する両面を第5及び第6面5、6と設定する。
【0021】
本実施形態の本体110は、コイル120を基準として、コイル120の内側に位置する第1磁性体部A1と、コイル120の外側に位置する第2磁性体部A2と、を含む。
【0022】
第1磁性体部A1は、第2磁性体部A2に比べて高い透磁率を有する高透磁率の第1磁性体からなり、第2磁性体部A2は、第1磁性体に比べて相対的に低い透磁率を有する低透磁率の第2磁性体からなる。
【0023】
第1磁性体部A1は、その位置上、インダクター100のZ特性とLs特性に大きい影響を与える部分であって、透磁率の高い第1磁性体を適用してなるため、少ないターン数でコイル120を構成しても、インダクター100の目標Z及びLsを実現するにおいて有利である。
【0024】
また、第1磁性体部A1の第1磁性体は透磁率が高いため、広い(Broad)インピーダンス(Impedance)特性を有するようになる。したがって、広帯域のノイズを除去するにおいても非常に効果的である。
【0025】
第2磁性体部A2は、本体110において第1磁性体部A1を除いた全領域であって、具体的には、コイル120を構成する導体パターン121〜125の界面とコイル120の外側部分であることができる。
【0026】
このようなコイル120の印刷面を含むコイル120の外側部分は、電流が印加される際に磁気飽和が集中される領域であるため、本実施形態のように、第2磁性体部A2に低透磁率の第2磁性体を適用すると、インダクター100のDCバイアス特性を向上させることができる。
【0027】
また、本実施形態の本体110は、Z方向に上下部の外側に形成される上部及び下部カバー112、112'、113、113'をさらに含むことができる。
【0028】
上部及び下部カバー112、112'、113、113'は、磁性体層111と同一の材料からなり、引き出し部分を除いてコイル120を完全に埋め込むことで、外部衝撃や外部物質によってコイル120の基本的な電気的特性が低下することを防止する役割を果たすことができる。
【0029】
したがって、本実施形態によると、第1磁性体部A1が本体110の内部に位置し、外部に全く露出しない。
【0030】
この際、製品の中心コア(Core)の役割を果たす第1磁性体部A1は、導体パターン121〜125の積層方向であるZ方向においてコイル120の最外側よりも上方に突出するように形成することができる。この場合、コイル120と水平に形成する場合に比べて相対的に高いインピーダンス(Impedance)が実現可能であり、第1磁性体部A1のZ方向の高さを調整することによって、多様で且つ可変的なインピーダンス特性を実現することができる。
【0031】
また、中心コアの役割を果たす第1磁性体部A1は、貫通型ではなく、最外側が本体110の第2磁性体で覆われる構造を適用することができる。この場合、インダクター100の表面を本体110の第2磁性体材料で囲むことで、異種材料の使用による焼成不整合(mismatching)などの外観不良を改善することができる。
【0032】
また、第1磁性体部A1は高透磁率の材料からなるため、通常、めっき滲みや耐湿信頼性にやや劣る特性を示すが、外部を本体110の第2磁性体部A2の第2磁性体で囲むと、かかる問題点を補うことができる。
【0033】
本実施形態のコイル120は、Z方向に積層される複数の導体パターン121〜125と、隣接した導体パターン121〜125を互いに連結する複数のビア電極161、162と、を含む。
【0034】
導体パターン121〜125は、それぞれの磁性体層111上に、導電性金属を含む導電性ペーストをスクリーン印刷などの工法により所定の厚さに印刷するか、または電気めっきなどの工法によりめっきするなどの方法を用いて形成されることができる。
【0035】
上記導電性金属は、銀(Ag)、銅(Cu)、ニッケル(Ni)などの導電性金属またはこれらの合金などからなることができる。
【0036】
また、導体パターン121〜125は、間隙を有する帯状に形成されることができる。
【0037】
この際、容量を最大化するために、導体パターン121〜125は、磁性体層111の周りに沿ってできるだけループ状に形成されることができる。
【0038】
また、導体パターン121〜125は、略螺旋状の構造を有することが好ましいが、本発明はこれに限定されるものではなく、必要に応じて、四角形、五角形、六角形などの多角形や、円形、楕円形などであってもよく、または不規則な形状に形成されてもよい。
【0039】
そして、導体パターンのうち、Z方向に最上端と最下端に配置された導体パターン121、122の一部は、本体110の第3及び第4面3、4を介してそれぞれ露出することができる。
【0040】
そのために、導体パターン121、122の両端には、本体110の第3及び第4面3、4を介してそれぞれ露出するように第1及び第2リード部121a、122aがそれぞれ延びて形成されることができる。
【0041】
本実施形態のビア電極161、162は、導体パターン121〜125が形成されたそれぞれの磁性体層111に貫通孔としてのビアを形成した後、導電性に優れた導電性ペーストをそのビアに充填することで形成することができる。
【0042】
ビア電極161、162は、隣接した導体パターン121〜125をZ方向に互いに連結するものであって、導体パターン121〜125が形成された一方向に沿って一定間隔で形成されることができる。
【0043】
上記導電性ペーストは、例えば、銀(Ag)、銀‐パラジウム(Ag‐Pd)、ニッケル(Ni)、及び銅(Cu)の少なくとも1つまたはこれらの合金からなることができるが、本発明はこれに限定されるものではない。
【0044】
第1及び第2外部電極131、132は本体110の第3及び第4面3、4にそれぞれ配置される。
【0045】
第1及び第2外部電極131、132は、本体110の第3及び第4面3、4を介して露出するコイルの第1及び第2リード部121a、122aとそれぞれ接続される。
【0046】
また、第1及び第2外部電極131、132は、本体110の第3及び第4面3、4に形成される第1及び第2接続部131a、132aと、第1及び第2接続部131a、132aから本体110の第1、2、5、及び6面1、2、5、6の一部まで延びる第1及び第2バンド部131b、132bと、を含むことができる。
【0047】
この場合、第1及び第2外部電極131、132の固着強度を向上させることができ、本体110の第1面1または第2面2が実装面となることができる。
【0048】
このような第1及び第2外部電極131、132は、導電性に優れた導電性金属材料からなることができる。
【0049】
例えば、第1及び第2外部電極131、132は、銀(Ag)または銅(Cu)の少なくとも1つを含む材料またはこれらの合金からなることができるが、本発明はこれに限定されるものではない。
【0050】
また、第1及び第2外部電極131、132の外表面には、必要に応じて、めっき層が形成されることができる。
【0051】
上記めっき層は、ニッケル(Ni)層とスズ(Sn)層とが内側から順に形成されてなることができる。
【0052】
従来の積層型コイル部品では、本体が単一磁性体材料からなる。
【0053】
この際、コイル部品の電気的特性は、磁性体材料の初期透磁率及び磁性特性によって決定される。
【0054】
図4は、本体が単一磁性体材料からなるインダクターにおいて、本体の透磁率の大きさによる飽和磁束密度を示したグラフであり、
図5は、本体が単一磁性体材料からなるインダクターにおいて、本体の透磁率の大きさによるインダクタンスを示したグラフである。
【0055】
図4及び
図5において、試料C、D及びEの透磁率の大きさは、C>D>Eの順である。そして、
図4及び
図5において、Iは電流であって、中間の基準線は8mAであり、
図4のBは磁束密度であり、
図5のLはインダクタンスである。
【0056】
図4及び
図5を参照すると、本体の磁性体材料が相対的に高い透磁率を有する場合、コイルを少ないターン数で構成しても、高いZとLsを実現することができるが、磁気飽和が早くてDCバイアス特性を実現するには限界があることが分かる。
【0057】
これに対し、本体の磁性体材料が相対的に低い透磁率を有する場合、磁気飽和が遅延される効果はあるが、共振周波数自体が高くなり、100Mhz以下の低い周波数帯でのZとLsが急激に低下して、使用周波数に限界がある。そのため、ノイズを除去する役割を十分に果たすことができず、インダクターの目標Z及びLsを実現するためにはコイルのターン数を増加させなければならないため、インダクターのサイズが増加するようになる。
【0058】
本実施形態によると、本体110において、コイル120を基準として内側に位置する第1磁性体部A1は相対的に高透磁率の第1磁性体からなり、コイル120の外側に位置する第2磁性体部A2は相対的に低透磁率の第2磁性体からなる。
【0059】
第1磁性体部A1はZとLsの値に大きく影響する部分であって、第1磁性体により高いZとLsを実現することで、従来の同一サイズのインダクターに比べてコイルを相対的に少ないターン数で構成することができる。
【0060】
したがって、インダクター100のサイズを小型化することができるとともに、コイル120のターン数を増加させて従来のインダクターと同一のサイズで高容量を実現することができる。
【0061】
この際、第1磁性体部A1は磁束(Magnetic Flux)が集中される部分ではないため、磁気飽和を大きく加速させない。したがって、インダクターのDCバイアス特性が低下することを防止することができる。
【0062】
また、第2磁性体部A2は、磁束が集中されるコイル120の層間部分及び外側部分であって、低透磁率の第2磁性体を用いることでインダクターの磁気飽和を低減することができる。
【0063】
但し、第2磁性体部A2はZとLs値に与える影響が少ない部分であるため、第2磁性体の透磁率が相対的に低くても、コイル部品の総ZとLsが大きく低下することを防止することができる。
【0064】
したがって、本実施形態によると、コイルの少ないターン数に比べて相対的に高いZとLsが実現可能であって、これにより、広帯域にわたってノイズを除去することができるとともに、コイル部品のDCバイアス特性を向上させることができる。
【0065】
図6は、従来のインダクターと本発明の実施例のインダクターの周波数及びインピーダンスを比較して示したグラフである。
【0066】
この際、比較例と実施例において、インダクターのサイズは1.0X0.5X0.5(mm)であり、コイルは総5層の導電パターンが積層されてなるものである。
【0067】
また、比較例は、本体が第2磁性体のみからなるものであり、実施例は、本体が第1及び第2磁性体に分けられてなるものである。ここで、第1磁性体の透磁率は200以上であり、第2磁性体の透磁率は5〜100である。
【0068】
図6を参照すると、本発明の実施例のインダクターの場合、比較例に比べてZ特性とLs特性が大きく向上し、100Mhz以下の低い周波数帯でのZが高いことが分かる。
【0069】
したがって、広帯域にわたってノイズが除去可能であり、同一サイズでインダクターの目標Z及びLs値を実現するために、コイルを相対的に少ないターン数で構成することができるため、インダクターのインダクタンスを向上させることができる。
【0070】
コイル部品の製造方法
既存の積層型コイル部品の製作工程では、本実施形態における異種材料からなる本体を実現することが容易ではない。
【0071】
本実施形態では、コイル部品を製造するにあたり、ビルドアップ(Build up)工法を用いて異種材料からなる本体を含む積層型コイル部品を製造することができる。
【0072】
上記ビルドアップ工法は、レーザードリルなどを用いてそれぞれの層毎にビアと導体パターンを形成し、Z方向に積層する工法である。
【0073】
本実施形態のコイル部品を製造するためには、
図7の(a)及び(b)に示されたように、先ず、第1磁性体を含む材料をペースト化し、基台210の中心部に印刷することで、第1磁性体領域P1を形成する。
【0074】
次に、
図8の(a)及び(b)のように、第1磁性体領域P1の外部の縁(Edge:エッジ)を囲むように、銀(Ag)などの導電性金属を含む導電性ペーストを印刷することで、導体パターンCを形成する。
【0075】
その後、導体パターンCにビア電極を形成する段階をさらに行うことができる。
【0076】
次に、
図9の(a)及び(b)のように、第2磁性体を含む材料をペースト化し、第1磁性体領域P1の縁に導体パターンCを覆うように印刷することで、第2磁性体領域P2を形成する。
【0077】
上記の工程を、Z方向に隣接した複数の導体パターンCが対応するビア電極と互いに接続されるように繰り返すことで、積層体が形成される。
【0078】
この際、導体パターンのうち少なくとも1つには、第2磁性体部を介して引き出される第1及び第2リード部が形成されるようにする。
【0079】
また、積層体の上部面または下部面にはカバーをさらに形成することができ、この際、カバーは第2磁性体を含む材料で形成することができる。
【0080】
次に、上記積層体を焼成して本体を形成する。
【0081】
この際、本体において、上下に積層された複数の第1磁性体領域は第1磁性体部となり、上下に積層された複数の第2磁性体領域は第2磁性体部となって、複数の導体パターンと導電性ビアが1つのコイルを成すようになる。
【0082】
次に、本体の第3及び第4面に、外部に露出した第1及び第2リード部とそれぞれ接続されるように第1及び第2外部電極を形成することができる。
【0083】
本実施形態の第1及び第2外部電極は、電気導電性に優れた材料を用いて形成することができ、例えば、銀(Ag)または銅(Cu)などの導電性材料またはこれらの合金を含んで形成することができるが、本発明はこれに限定されるものではない。
【0084】
この際、第1及び第2外部電極は、通常の方法により形成することができ、例えば、厚膜印刷、塗布、蒸着、及びスパッタリングなどの方法のうちの1つにより形成することができるが、本発明はこれに限定されるものではない。
【0085】
また、このように形成された第1及び第2外部電極の表面には、必要に応じて、ニッケル(Ni)またはスズ(Sn)をめっき処理することで、めっき層をさらに形成することができる。
【0086】
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。