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(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2020-191353(P2020-191353A)
(43)【公開日】2020年11月26日
(54)【発明の名称】コイル部品
(51)【国際特許分類】
H01F 17/00 20060101AFI20201030BHJP
【ＦＩ】
H01F17/00 B
【審査請求】未請求
【請求項の数】4
【出願形態】ＯＬ
【全頁数】9
(21)【出願番号】特願2019-95127(P2019-95127)
(22)【出願日】2019年5月21日
(71)【出願人】
【識別番号】000003067
【氏名又は名称】ＴＤＫ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100088155
【弁理士】
【氏名又は名称】長谷川 芳樹
(74)【代理人】
【識別番号】100113435
【弁理士】
【氏名又は名称】黒木 義樹
(74)【代理人】
【識別番号】100124062
【弁理士】
【氏名又は名称】三上 敬史
(72)【発明者】
【氏名】浅井 深雪
(72)【発明者】
【氏名】江田 北斗
(72)【発明者】
【氏名】荒田 正純
(72)【発明者】
【氏名】大久保 等
【テーマコード（参考）】
5E070
【Ｆターム（参考）】
5E070AA01
5E070AB04
5E070AB08
5E070BB03
5E070CB06
5E070CB12
(57)【要約】
【課題】コイルパターン間の絶縁性向上およびコイル特性の向上が図られたコイル部品を提供する。【解決手段】 コイル部品１０においては、絶縁層４０が導体パターン２３の上面２３ａを覆っており、それにより導体パターン２３と磁性体２６との間の絶縁性が高められており、導体パターン２３間の絶縁性が高められている。また、コイル部品１０では、磁性体２６が絶縁層４０を覆うようにして樹脂壁２４間に入り込んでいるため、導体パターン２３の上方における磁性体２６の体積が増大しており、高いコイル特性が実現されている。
【選択図】図５
【特許請求の範囲】
【請求項1】
絶縁基板と、
前記絶縁基板の少なくとも一方面上に形成された平面コイルパターンを有するコイルと、
前記絶縁基板上に設けられ、前記平面コイルパターンの形成領域を画成し、前記絶縁基板を基準にした高さが前記平面コイルパターンの高さより高い樹脂壁と、
前記樹脂壁の間において前記平面コイルパターンの表面を覆う絶縁層と、
前記絶縁基板と前記コイルとを一体的に覆い、かつ、前記樹脂壁の間に入り込んで前記絶縁層を覆う磁性体と
を備える、コイル部品。
前記絶縁基板の少なくとも一方面上に形成された平面コイルパターンを有するコイルと、
前記絶縁基板上に設けられ、前記平面コイルパターンの形成領域を画成し、前記絶縁基板を基準にした高さが前記平面コイルパターンの高さより高い樹脂壁と、
前記樹脂壁の間において前記平面コイルパターンの表面を覆う絶縁層と、
前記絶縁基板と前記コイルとを一体的に覆い、かつ、前記樹脂壁の間に入り込んで前記絶縁層を覆う磁性体と
を備える、コイル部品。
【請求項2】
前記絶縁層が前記絶縁基板の厚さ方向に関する厚さが最も薄い最薄部を有し、前記最薄部が前記樹脂壁の上端の幅より薄い、請求項１に記載のコイル部品。
【請求項3】
前記絶縁層の上面が凹状に湾曲している、請求項１または２に記載のコイル部品。
【請求項4】
前記絶縁層の上面が凸状に湾曲している、請求項１または２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。
【背景技術】
【0002】
従来のコイル部品として、たとえば特許文献１には、絶縁基板上に設けられたコイルパターンと、絶縁基板上において平面コイルパターンの形成領域を画成する樹脂壁と、コイルパターンおよび樹脂壁を一体的に覆う磁性体とを備え、コイルと磁性体との間に絶縁層を介在させたコイル部品が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１８−１４８２００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上述した従来技術に係るコイル部品では、樹脂壁を介して隣り合うコイルパターン間の沿面距離が十分ではなく、コイルパターン間の短絡が生じ得る。発明者らは、コイルパターン間の絶縁性を高めつつ、コイルパターンの上方にある磁性体の体積を増やしてコイル特性を向上することができる技術を新たに見出した。
【0005】
本発明は、コイルパターン間の絶縁性向上およびコイル特性の向上が図られたコイル部品を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の一側面に係るコイル部品は、絶縁基板と、絶縁基板の少なくとも一方面上に形成された平面コイルパターンを有するコイルと、絶縁基板上に設けられ、平面コイルパターンの形成領域を画成し、絶縁基板を基準にした高さが平面コイルパターンの高さより高い樹脂壁と、樹脂壁の間において平面コイルパターンの表面を覆う絶縁層と、絶縁基板とコイルとを一体的に覆い、かつ、樹脂壁の間に入り込んで絶縁層を覆う磁性体とを備える。
【0007】
上記コイル部品では、絶縁層が平面コイルパターンの表面を覆うことでコイルパターン間の絶縁性の向上が図られるとともに、絶縁層を覆うようにして磁性体が樹脂壁の間に入り込むことで、磁性体の体積を効果的に増やしてコイル特性の向上が図れている。
【0008】
本発明の他の側面に係るコイル部品では、絶縁層が絶縁基板の厚さ方向に関する厚さが最も薄い最薄部を有し、最薄部が樹脂壁の上端の幅より薄い。
【0009】
本発明の他の側面に係るコイル部品では、絶縁層の上面が凹状に湾曲している、または、絶縁層の上面が凸状に湾曲している。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、コイルパターン間の絶縁性向上およびコイル特性の向上が図られたコイル部品が提供される。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。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。
【0013】
図１〜４を参照しつつ、実施形態に係るコイル部品の構造について説明する。説明の便宜上、図示のようにＸＹＺ座標を設定する。すなわち、コイル部品の厚さ方向をＺ方向、外部端子電極の対面方向を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。
【0014】
コイル部品１０は、平面コイル素子であり、直方体形状を呈する本体部１２と、本体部１２の表面に設けられた一対の外部端子電極１４Ａ、１４Ｂとによって構成されている。一対の外部端子電極１４Ａ、１４Ｂは、Ｘ方向において対向する一対の端面１２ａ、１２ｂの全面を覆うように設けられている。コイル部品１０は、一例として、長辺２．５ｍｍ、短辺２．０ｍｍ、高さ０．８〜１．０ｍｍの寸法で設計される。
【0015】
本体部１２は、絶縁基板２０と、絶縁基板２０に設けられたコイルＣと、磁性体２６とを含んで構成されている。
【0016】
絶縁基板２０は、非磁性の絶縁材料で構成された板状部材であり、その厚さ方向から見て略楕円環状の形状を有している。絶縁基板２０の中央部分には、楕円形の貫通孔２０ｃが設けられている。絶縁基板２０としては、ガラスクロスにエポキシ系樹脂が含浸された基板で、板厚１０μｍ〜６０μｍのものを用いることができる。なお、エポキシ系樹脂のほか、ＢＴレジン、ポリイミド、アラミド等を用いることもできる。絶縁基板２０の材料としては、セラミックやガラスを用いることもできる。絶縁基板２０の材料としては、大量生産されているプリント基板材料が好ましく、特にＢＴプリント基板、ＦＲ４プリント基板、あるいはＦＲ５プリント基板に用いられる樹脂材料が最も好ましい。
【0017】
コイルＣは、絶縁基板２０の一方面２０ａ（図２における上面）に設けられた平面空芯コイル用の第１導体パターン２３Ａが絶縁被覆された第１コイル部２２Ａと、絶縁基板２０の他方面２０ｂ（図２における下面）に設けられた平面空芯コイル用の第２導体パターン２３Ｂが絶縁被覆された第２コイル部２２Ｂと、第１導体パターン２３Ａと第２導体パターン２３Ｂとを接続するスルーホール導体２５とを有する。すなわち、コイルＣは、第１導体パターン２３Ａおよび第２導体パターン２３Ｂの２つの導体パターン２３（平面コイルパターン）を含む。
【0018】
第１導体パターン２３Ａは、平面空芯コイルとなる平面渦巻状パターンであり、Ｃｕなどの導体材料でめっき形成されている。第１導体パターン２３Ａは、絶縁基板２０の貫通孔２０ｃ周りに巻回するように形成されている。第１導体パターン２３Ａは、より詳しくは、上方向（Ｚ方向）から見て外側に向かって右回りに３ターン分だけ巻回されている。第１導体パターン２３Ａの高さ（絶縁基板２０の厚さ方向における長さ）は全長に亘って同一である。
【0019】
第１導体パターン２３Ａの外側の端部２２ａは、本体部１２の端面１２ａにおいて露出し、端面１２ａを覆う外部端子電極１４Ａと接続されている。第１導体パターン２３Ａの内側の端部２３ｂは、スルーホール導体２５に接続されている。
【0020】
第２導体パターン２３Ｂも、第１導体パターン２３Ａ同様、平面空芯コイルとなる平面渦巻状パターンであり、Ｃｕなどの導体材料でめっき形成されている。第２導体パターン２３Ｂも、絶縁基板２０の貫通孔２０ｃ周りに巻回するように形成されている。第２導体パターン２３Ｂは、より詳しくは、上方向（Ｚ方向）から見て外側に向かって左回りに３ターン分だけ巻回されている。すなわち、第２導体パターン２３Ｂは、上方向から見て、第１導体パターン２３Ａとは反対の方向に巻回されている。第２導体パターン２３Ｂの高さは全長に亘って同一であり、第１導体パターン２３Ａの高さと同一に設計し得る。
【0021】
第２導体パターン２３Ｂの外側の端部２３ｃは、本体部１２の端面１２ｂにおいて露出し、端面１２ｂを覆う外部端子電極１４Ｂと接続されている。第２導体パターン２３Ｂの内側の端部２３ｄは、第１導体パターン２３Ａの内側の端部２３ｂと、絶縁基板２０の厚さ方向において位置合わせされており、スルーホール導体２５に接続されている。
【0022】
スルーホール導体２５は、絶縁基板２０の貫通孔２０ｃの縁領域に貫設されており、第１導体パターン２３Ａの端部２３ｂと第２導体パターン２３Ｂの端部２３ｄとを接続する。スルーホール導体２５は、絶縁基板２０に設けられた孔と、その孔に充填された導電材料（たとえばＣｕ等の金属材料）とで構成され得る。スルーホール導体２５は、絶縁基板２０の厚さ方向に延びる略円柱状または略角柱状の外形を有する。
【0023】
また、図３および図４に示すように、第１コイル部２２Ａおよび第２コイル部２２Ｂはそれぞれ樹脂壁２４を有する。樹脂壁２４のうち、第１コイル部２２Ａの樹脂壁２４Ａは第１導体パターン２３Ａの線間、内周および外周に位置しており、第２コイル部２２Ｂの樹脂壁２４Ｂは第２導体パターン２３Ｂの線間、内周および外周に位置している。本実施形態では、導体パターン２３Ａ、２３Ｂの内周および外周に位置する樹脂壁２４Ａ、２４Ｂは、導体パターン２３Ａ、２３Ｂの線間に位置する樹脂壁２４Ａ、２４Ｂよりも厚くなるように設計されている。
【0024】
樹脂壁２４は、絶縁性の樹脂材料で構成されている。樹脂壁２４は、導体パターン２３を形成する前に絶縁基板２０上に設けることができ、この場合には樹脂壁２４において画成された壁間において導体パターン２３がめっき成長される。すなわち、絶縁基板２０上に設けられた樹脂壁２４によって、導体パターン２３の形成領域が画成される。樹脂壁２４は、導体パターン２３を形成した後に絶縁基板２０上に設けることができ、この場合には導体パターン２３に樹脂壁２４が充填や塗布等により設けられる。
【0025】
樹脂壁２４の高さ（すなわち、絶縁基板２０を基準にした高さ）は、導体パターン２３の高さより高くなるように設計されている。そのため、樹脂壁２４の高さと導体パターン２３との高さが同じである場合に比べて、樹脂壁２４を介して隣り合う導体パターン２３間の沿面距離の延長が図られている。それにより、隣り合う導体パターン２３間において短絡が生じる事態の抑制が図られている。
【0026】
磁性体２６は、絶縁基板２０およびコイルＣを一体的に覆っている。より詳しくは、磁性体２６は、絶縁基板２０およびコイルＣを上下方向から覆うとともに、絶縁基板２０およびコイルＣの外周を覆っている。また、磁性体２６は、絶縁基板２０の貫通孔２０ｃの内部およびコイルＣの内側領域を充たしている。
【0027】
磁性体２６は、金属磁性粉含有樹脂で構成されている。金属磁性粉含有樹脂は、金属磁性粉体がバインダ樹脂により結着された結着粉体である。磁性体２６を構成する金属磁性粉含有樹脂の金属磁性粉は、たとえば鉄ニッケル合金（パーマロイ合金）、カルボニル鉄、アモルファス、非晶質または結晶質のＦｅＳｉＣｒ系合金、センダスト等で構成されている。バインダ樹脂は、たとえば熱硬化性のエポキシ樹脂である。本実施形態では、結着粉体における金属磁性粉体の含有量は、体積パーセントでは８０〜９２ｖｏｌ％であり、質量パーセントでは９５〜９９ｗｔ％である。磁気特性の観点から、結着粉体における金属磁性粉体の含有量は、体積パーセントで８５〜９２ｖｏｌ％、質量パーセントで９７〜９９ｗｔ％であってもよい。磁性体２６を構成する金属磁性粉含有樹脂の磁性粉は、１種類の平均粒径を有する粉体であってもよく、複数種類の平均粒径を有する混合粉体であってもよい。本実施形態では、磁性体２６を構成する金属磁性粉含有樹脂の磁性粉は、３種類の平均粒径を有する混合粉体である。磁性体２６を構成する金属磁性粉含有樹脂の磁性粉が混合粉体の場合、平均粒径が異なる磁性粉の種類は、同一であってもよく、異なっていてもよい。
【0028】
磁性体２６は、図５に示すように、樹脂壁２４の間に入り込んだ埋入部２７を有する。樹脂壁２４の高さが導体パターン２３の高さより高いため、樹脂壁２４と導体パターン２３との間には段差（窪み）が生じており、その段差に埋入部２７が入り込んでいる。埋入部２７の厚さＤ１は、樹脂壁２４の先端部から導体パターン２３に向かって延びる長さとして規定することができる。埋入部２７の厚さＤ１は、たとえば１μｍ〜５０μｍ（一例として２０μｍ）である。
【0029】
このとき、図６に示すように、磁性体２６を構成する金属磁性粉含有樹脂の磁性粉２８が、樹脂壁２４と導体パターン２３との間の窪みに入り込んでいる。磁性粉２８は、最大の平均粒径を有する磁性粉（大径粉）２８Ａの粒径が１５〜３０μｍ、最小の平均粒径を有する磁性粉（小径粉）２８Ｃの粒径が０．３〜１．５μｍ、大径粉と小径粉との間の平均粒径を有する磁性粉（中間粉）２８Ｂが３〜１０μｍとすることができる。混合粉体１００重量部に対して、大径粉は６０〜８０重量部の範囲、中径粉は１０〜２０重量部の範囲、小径粉は１０〜２０重量部の範囲で含まれてもよい。磁性粉２８の平均粒径は、粒度分布における積算値５０％での粒径（ｄ５０、いわゆるメジアン径）で規定され、以下のようにして求められる。磁性体２６の断面のＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）写真を撮影する。撮影したＳＥＭ写真をソフトウェアにより画像処理をおこない、磁性粉２８の境界を判別し、磁性粉２８の面積を算出する。算出した磁性粉２８の面積を円相当径に換算して粒子径を算出する。たとえば１００個以上の磁性粉２８の粒径を算出し、これらの磁性粉２８の粒度分布を求める。求めた粒度分布における積算値５０％での粒径を平均粒径ｄ５０とする。なお、磁性粉２８の粒子形状は、特に制限されない。
【0030】
磁性体２６の埋入部２７と導体パターン２３との間には、絶縁層４０が介在している。絶縁層４０は、隣り合う樹脂壁２４の間において、導体パターン２３の上面２３ａの全面に亘って設けられている。絶縁層４０は、たとえばエポキシ樹脂やポリイミド樹脂等の樹脂で構成される。本実施形態では、絶縁層４０は電着法を用いて形成された電着層である。絶縁層４０は、均一な厚さＤ２を有し、たとえば１μｍ〜３０μｍ（一例として８μｍ）の厚さを有する。本実施形態では、絶縁層４０の厚さＤ２は、樹脂壁２４の上端の幅Ｗより薄くなるように設計されている。絶縁層４０の厚さＤ２は、磁性体２６の埋入部２７の厚さＤ１より薄くなるように設計することができる。
【0031】
上述したコイル部品１０においては、絶縁層４０が導体パターン２３の上面２３ａを覆っており、それにより導体パターン２３と磁性体２６との間の絶縁性が高められており、導体パターン２３間の絶縁性が高められている。また、コイル部品１０では、磁性体２６が絶縁層４０を覆うようにして樹脂壁２４間に入り込んでいるため、導体パターン２３の上方における磁性体２６の体積が増大しており、インダクタンス値等のコイル特性の向上が実現されている。
【0032】
また、コイル部品１０では、絶縁層４０の厚さＤ２が樹脂壁２４の上端の幅Ｗより薄くなっている。絶縁層４０の厚さＤ２を薄くすることで、磁性体２６の体積をより増大することができ、コイル特性のさらなる向上を図ることができる。一方、樹脂壁２４の上端の幅Ｗを厚くすることで、導体パターン２３間の沿面距離を確保することができ、導体パターン２３間の短絡が抑制される。
【0033】
なお、本発明は、上述した実施形態に限らず、様々な態様をとり得る。
【0034】
たとえば、絶縁層４０は、図７、８に示したような厚さが不均一な形態であってもよい。図７に示した絶縁層４０は、導体パターン２３を挟む樹脂壁２４の中間位置に最も薄い最薄部４１を有し、上面４０ａが凹状に湾曲している。図７に示した絶縁層４０は、導体パターン２３を挟む両側の樹脂壁２４に接する部分の厚さが厚くなっているため、樹脂壁２４の剛性を高めることができる。その上、図７に示した絶縁層４０は、上面４０ａが平坦である場合に比べて、磁性体２６との接触面積の拡大が図られているため、磁性体２６との間の接着力の向上も図られている。図８に示した絶縁層４０は、導体パターン２３を挟む樹脂壁２４に近接する位置に最も薄い最薄部４１を有し、上面４０ａが凸状に湾曲している。図８に示した絶縁層４０は、上面４０ａが平坦である場合に比べて、磁性体２６との接触面積の拡大が図られているため、磁性体２６との間の接着力の向上が図られている。不均一厚さを有する絶縁層は、たとえば絶縁層を形成する際の絶縁材料の濡れ性（導体パターンおよび樹脂壁に対する濡れ性）を調整することで、形成することができる。
【符号の説明】
【0035】
１０…コイル部品、１２…本体部、１４Ａ、１４Ｂ…外部端子電極、２０…絶縁基板、２２Ａ…第１コイル部、２２Ｂ…第２コイル部、２３…導体パターン、２３Ａ…第１導体パターン、２３Ｂ…第２導体パターン、２４、２４Ａ、２４Ｂ…樹脂壁、２６…磁性体、２７…埋入部、２８…磁性粉、４０…絶縁層、４１…最薄部、Ｃ…コイル。