特開 2024-17150 インダクタ

(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】P2024017150

(43)【公開日】2024-02-08

(54)【発明の名称】インダクタ

(51)【国際特許分類】

   H01F 17/00 20060101AFI20240201BHJP

   H01F 17/02 20060101ALI20240201BHJP

【ＦＩ】

H01F17/00 D

H01F17/02

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022119601

(22)【出願日】2022-07-27

(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】鈴木 駿也

(72)【発明者】

【氏名】飛田 和哉

(72)【発明者】

【氏名】數田 洋一

(72)【発明者】

【氏名】志賀 悠人

(72)【発明者】

【氏名】田久保 悠一

(72)【発明者】

【氏名】郭 旭冉

(72)【発明者】

【氏名】小林 創

(72)【発明者】

【氏名】松浦 利典

(72)【発明者】

【氏名】占部 順一郎

(72)【発明者】

【氏名】濱地 紀彰

【テーマコード（参考）】

5E070

【Ｆターム（参考）】

5E070AA01

5E070AB03

5E070BA01

5E070CB02

5E070CB13

(57)【要約】

【課題】素体の強度を維持しつつ寄生容量を低減することができるインダクタを提供する。
【解決手段】 第一誘電材料１３は第二誘電材料１５に比べて、高い誘電率を有し、かつ、高い強度を有する。そのため、素体１０の内部に設けられたコイル３０の周囲に第一誘電材料１３を配置することで、高強度の素体１０を得ることができる。しかしながら、素体１０の全体を第一誘電材料１３で構成すると、たとえばコイル３０のターン間に大きな寄生容量が生じ、素子特性の低下を招き得る。インダクタ１においては、コイル３０の周囲に高強度の第一誘電材料１３を配置しつつ、寄生容量が生じやすいコイル３０のターン間に、第二領域１４の第二誘電材料１５を選択的に配置することで、素体１０の強度を維持しつつ寄生容量の低減が実現されている。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

積層された複数の誘電体層を含む素体と、
前記素体内に設けられ、前記複数の誘電体層の積層方向に積層された積層構造を有し、かつ、前記積層方向に並んだ複数のターンを含むコイルと
を備え、
前記誘電体層が、第一誘電材料で構成された第一領域と、前記第一誘電材料の誘電率よりも低い誘電率を有する第二誘電材料で構成された第二領域とを含み、
前記積層方向において隣り合う前記コイルのターン間の少なくとも一部に、前記誘電体層の第二領域が位置している、インダクタ。

【請求項2】

前記コイルが複数の導体パターンで構成されており、
前記複数の導体パターンが、前記積層方向から見たときのパターン形状が互いに異なる少なくとも３種類の導体パターンを含む、請求項１に記載のインダクタ。

【請求項3】

前記積層方向において隣り合う前記導体パターンは、端部同士が重なっており直接接している、請求項２に記載のインダクタ。

【請求項4】

前記誘電体層の第二領域が複数重なっている、請求項１～３のいずれか一項に記載のインダクタ。

【請求項5】

前記第一誘電材料で構成された前記第一領域の強度が、前記第二誘電材料で構成された前記第二領域の強度より高い、請求項１に記載のインダクタ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、インダクタに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、複数の誘電体層で構成された素体内に積層構造を有するコイルが設けられたインダクタが知られている（たとえば下記特許文献１）。このようなインダクタの一種として、複数の誘電体層の積層方向に並んだ複数のターンを含むコイルを備えたものが知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】国際公開第２０１６／００６５４２号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上述したインダクタでは、素体を構成する誘電体層の材料として誘電率が比較的低い誘電材料を採用した場合には、コイルの寄生容量は小さくなるものの、素体の十分な強度を確保することが難しい。逆に、誘電率が比較的高い誘電材料を採用した場合には、素体の強度は高まるものの、コイルの寄生容量の増大につながる。

【0005】

本発明の一側面は、素体の強度を維持しつつ寄生容量を低減することができるインダクタ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インダクタは、積層された複数の誘電体層を含む素体と、素体内に設けられ、複数の誘電体層の積層方向に積層された積層構造を有し、かつ、積層方向に並んだ複数のターンを含むコイルとを備え、誘電体層が、第一誘電材料で構成された第一領域と、第一誘電材料の誘電率よりも低い誘電率を有する第二誘電材料で構成された第二領域とを含み、積層方向において隣り合うコイルのターン間の少なくとも一部に、誘電体層の第二領域が位置している。

【0007】

上記インダクタにおいては、寄生容量が生じやすいコイルのターン間に、第二誘電材料で構成された誘電体層の第二領域を選択的に配置することで、第一誘電材料で構成された第一領域において素体の強度を維持しつつ寄生容量の低減が図れている。

【0008】

他の側面に係るインダクタでは、コイルが複数の導体パターンで構成されており、複数の導体パターンが、積層方向から見たときのパターン形状が互いに異なる少なくとも３種類の導体パターンを含む。

【0009】

他の側面に係るインダクタでは、積層方向において隣り合う導体パターンは、端部同士が重なっており直接接している。

【0010】

他の側面に係るインダクタでは、誘電体層の第二領域が複数重なっている。

【0011】

他の側面に係るインダクタでは、第一誘電材料で構成された第一領域の強度が、第二誘電材料で構成された第二領域の強度より高い。

【発明の効果】

【0012】

本発明の種々の側面によれば、素体の強度を維持しつつ寄生容量を低減することができるインダクタが提供される。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】実施形態に係るインダクタを示す概略斜視図である。

【図2】図１に示した素体の内部を示した図である。

【図3】図２に示した素体の内部の平面図である。

【図4】図２に示したコイルの分解斜視図である。

【図5】第２導体パターンが設けられた誘電体層を示した図である。

【図6】第３導体パターンが設けられた誘電体層を示した図である。

【図7】第４導体パターンが設けられた誘電体層を示した図である。

【図8】図２に示したコイルの側面図である。

【図9】図２に示したコイルの側面図である。

【図10】図２に示したコイルのＸ－Ｘ線断面図である。

【図11】図２に示したコイルのＸＩ－ＸＩ線断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、添付図面を参照しつつ本発明を実施するための形態を説明する。図面の説明において、同一又は同等の要素には同一符号を用い、重複する説明は省略する。

【0015】

実施形態に係るインダクタ１は、図１、２に示すように、素体１０と、素体１０の表面に設けられた一対の外部端子２０Ａ、２０Ｂと、素体１０内に埋設されたコイル３０とを備えて構成されている。

【0016】

素体１０は、略直方体状の外形を有し、６つの面１０ａ～１０ｆを有する。素体１０は、一例として、長辺０．３７ｍｍ、短辺０．１８ｍｍ、高さ０．１８ｍｍの寸法で設計される。素体１０の面１０ａ～１０ｆのうち、端面１０ａと端面１０ｂとが互いに平行であり、上面１０ｃと下面１０ｄとが互いに平行であり、側面１０ｅと側面１０ｆとが互いに平行である。素体１０の下面１０ｄは、インダクタ１が実装される実装基板の実装面と平行に対向する面である。

【0017】

素体１０は、誘電体で構成されており、具体的には複数の誘電体層１１が積層された積層構造を有する。複数の誘電体層１１はいずれも上面１０ｃおよび下面１０ｄに対して平行に延在しており、素体１０の上下方向（上面１０ｃと下面１０ｄとの対面方向）に積層されている。本実施形態では、素体１０は１２層の誘電体層１１で構成されている。

【0018】

一対の外部端子２０Ａ、２０Ｂは、素体１０の端面１０ａ、１０ｂの全領域をそれぞれ覆っている。各外部端子２０Ａ、２０Ｂは、端面１０ａ、１０ｂ近傍の上面１０ｃ、下面１０ｄおよび側面１０ｅ、１０ｆを覆う部分を含み、それらの部分は端面１０ａ、１０ｂを覆う部分から連続的に延びている。

【0019】

コイル３０は、図２、３に示すように、上下方向に延びるコイル軸Ｃ周りに真円状に巻回されている。コイル３０は、１巻きを構成するターンを複数有し、本実施形態では３ターンを有する。コイル３０は、図４に示すように、複数の導体パターン（本実施形態では８つの導体パターン３１～３８）を含んでいる。各導体パターン３１～３８は、素体１０を構成する誘電体層１１に嵌め込まれた形態で設けられる。すなわち、各導体パターン３１～３８は、誘電体層１１と同一層内に存在しており、誘電体層１１の上下面から露出している。たとえば、パターン成形された各導体パターン３１～３８と、各導体パターン３１～３８の形状に対応する欠損部が設けられた誘電体層１１とを重ね合わせることで、誘電体層１１の欠損部に導体パターン３１～３８が嵌め込まれる。導体パターン３１～３８のパターニングおよび誘電体層１１の欠損部のパターニングには、公知のフォトリソグラフィ工法を用いることができる。

【0020】

複数の導体パターン３１～３８のうちの最上に位置する第１導体パターン３１は、直線状の部分３１ａと半円弧状の部分３１ｂとがつながったＪ字状の形状を有する。第１導体パターン３１の直線状の部分３１ａは、素体１０の端面１０ａまで延びて、コイル３０の一端部３０ａとして端面１０ａから露出して外部端子２０Ａと電気的に接続されている。複数の導体パターン３１～３８のうちの最下に位置する第８導体パターン３８は、直線状の部分３８ａと半円弧状の部分３８ｂとがつながったＪ字状の形状を有する。第８導体パターン３８の直線状の部分３８ａは、素体１０の端面１０ｂまで延びて、コイル３０の他端部３０ｂとして端面１０ｂから露出して外部端子２０Ｂと電気的に接続されている。第１導体パターン３１と第８導体パターン３８とは、上下方向から見て、コイル軸Ｃを中心とした点対称（より詳しくは１８０度回転対称）の関係であってもよい。

【0021】

第１導体パターン３１の下には、第２導体パターン３２、第３導体パターン３３および第４導体パターン３４が順に並んでおり、これらの導体パターン３２～３４によりコイル３０のおおよそ１ターンが構成されている。第１導体パターン３１の直下に位置する第２導体パターン３２は、図５に示すように、円弧状（またはＣ字状）を呈し、開き角はたとえば１５０度程度である。第２導体パターン３２の一端部３２ａは、素体１０の上下方向から見て、第１導体パターン３１の素体内部側の端部（すなわち、半円弧状の部分３１ｂにおける端部）と重なるように設計されており、第１導体パターン３１と第２導体パターン３２とは端部同士が重なって直接接続された階段構造を形成している。

【0022】

第２導体パターン３２の直下に位置する第３導体パターン３３は、第２導体パターン３２同様、図６に示すように、円弧状（またはＣ字状）を呈し、開き角はたとえば１５０度程度である。本実施形態では、上下方向から見て、第２導体パターン３２と第３導体パターン３３とは同一寸法および同一形状を有し、第３導体パターン３３の位置は第２導体パターン３２の位置からコイル軸Ｃを中心に１２０度右回りに回転させた位置となるように設計されている。第３導体パターン３３の一端部３３ａは、素体１０の上下方向から見て、第２導体パターン３２の他端部３２ｂと重なるように設計されており、第２導体パターン３２と第３導体パターン３３とは端部同士が重なって直接接続された階段構造を形成している。

【0023】

第３導体パターン３３の直下に位置する第４導体パターン３４は、第２導体パターン３２および第３導体パターン３３同様、図７に示すように、円弧状（またはＣ字状）を呈し、開き角はたとえば１５０度程度である。本実施形態では、上下方向から見て、第４導体パターン３４も第２導体パターン３２および第３導体パターン３３と同一寸法および同一形状を有し、第４導体パターン３４の位置は第３導体パターン３３の位置からコイル軸Ｃを中心にさらに１２０度右回りに回転させた位置となるように設計されている。第４導体パターン３４の一端部３４ａは、素体１０の上下方向から見て、第３導体パターン３３の他端部３３ｂと重なるように設計されており、第３導体パターン３３と第４導体パターン３４とは端部同士が重なって直接接続された階段構造を形成している。

【0024】

第４導体パターン３４の下には、第５導体パターン３５、第６導体パターン３６および第７導体パターン３７が順に並んでおり、これらの導体パターン３５～３７によりコイル３０のおおよそ１ターンが構成されている。

【0025】

本実施形態では、第５導体パターン３５は図５に示した第２導体パターン３２の形状と実質的に同一の形状を有し、第５導体パターン３５の一端部３５ａは、素体１０の上下方向から見て、第４導体パターン３４の他端部３４ｂと重なるように設計されており、第４導体パターン３４と第５導体パターン３５とは端部同士が重なって直接接続された階段構造を形成している。第６導体パターン３６は図６に示した第３導体パターン３３の形状と実質的に同一の形状を有し、第６導体パターン３６の一端部３６ａは、素体１０の上下方向から見て、第５導体パターン３５の他端部３５ｂと重なるように設計されており、第５導体パターン３５と第６導体パターン３６とは端部同士が重なって直接接続された階段構造を形成している。第７導体パターン３７は図７に示した第４導体パターン３４の形状と実質的に同一の形状を有し、第７導体パターン３７の一端部３７ａは、素体１０の上下方向から見て、第６導体パターン３６の他端部３６ｂと重なるように設計されており、第６導体パターン３６と第７導体パターン３７とは端部同士が重なって直接接続された階段構造を形成している。

【0026】

次に、上述した誘電体層１１の構成についてより詳しく説明する。

【0027】

素体１０を構成する複数の誘電体層１１の少なくとも一部は、上下方向から見て区分けされた第一領域１２と第二領域１４とを含む。第一領域１２と第二領域１４とでは、誘電体層１１を構成する誘電材料の種類が異なっている。第一領域１２は第一誘電材料１３で構成されており、第二領域１４を構成する第二誘電材料１５は第一誘電材料１３の誘電率よりも低い誘電率を有する。第一誘電材料１３の主材と第二誘電材料１５の主材とは、同じ絶縁材料で構成されていてもよく、異なる絶縁材料で構成されていてもよい。主材を構成する絶縁材料としては、たとえばＳｉＯ_２、Ｂ_２Ｏ_３などのガラス系材料、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｒＯ、ＴｉＯ_２、ＭｇＯなどの金属酸化物、樹脂材料などが挙げられる。

【0028】

第一誘電材料１３および第二誘電材料１５がガラス系材料や金属酸化物からなるフィラーを含む場合、第一誘電材料１３のフィラー含有率を第二誘電材料１５のフィラー含有率より高くすることで、第一誘電材料１３の誘電率よりも第二誘電材料１５の誘電率が低くなり、かつ、第一誘電材料１３の強度が第二誘電材料１５の強度より高くなる。

【0029】

第一誘電材料１３および第二誘電材料１５が、硬度を高める金属酸化物を含む場合、第一誘電材料１３の金属酸化物の含有量が第二誘電材料１５の金属酸化物の含有量よりも高い場合、第一誘電材料１３の誘電率よりも第二誘電材料１５の誘電率が低くなり、かつ、第一誘電材料１３の強度が第二誘電材料１５の強度より高くなる。硬度を高める金属酸化物としては、たとえばＡｌ_２Ｏ_３、ＳｒＯ、ＺｒＯ_２、ＴｉＯ_２などが挙げられる。この場合、第一誘電材料１３および第二誘電材料１５は、フィラーを含んでいてもよいし、フィラーを含んでいなくてもよい。

【0030】

図５に示すように、第２導体パターン３２が設けられた誘電体層１１では、第二領域１４は、真円環状のコイル形成領域のうちの第２導体パターン３２が形成されていない領域（第２導体パターン３２の残余領域）に位置しており、Ｃ字状（または部分円環状）を呈する。第２導体パターン３２の開き角が１５０度である場合、第二領域１４の開き角は２１０度である。図５に示した誘電体層１１では、第二領域１４と第２導体パターン３２の形成領域とを除いた領域（すなわち、コイル形成領域の内側および外側）が第一領域１２となっている。第５導体パターン３５が設けられた誘電体層１１についても、第２導体パターン３２が設けられた誘電体層１１と同様の第一領域１２および第二領域１４を含む。

【0031】

図６、７に示すように、導体パターン３３、３４が設けられた誘電体層１１でも、第二領域１４は、真円環状のコイル形成領域のうちの導体パターン３３、３４が形成されていない領域に位置しており、Ｃ字状（または部分円環状）を呈する。第一領域１２については、第二領域１４と第２導体パターン３２の形成領域とを除いた領域となっている。導体パターン３６、３７が設けられた誘電体層１１についても、導体パターン３３、３４が設けられた誘電体層１１と同様の第一領域１２および第二領域１４を含む。

【0032】

図８～１１に示すように、第二誘電材料１５は、コイル３０のターン間に１層または複数積層の形態で位置している。たとえば、第２導体パターン３２が設けられた誘電体層１１における第二領域１４の第二誘電材料１５と、第３導体パターン３３が設けられた誘電体層１１における第二領域１４の第二誘電材料１５とが、上下方向において重なって部分的に２層構造となっている。

【0033】

本実施形態では、導体パターン３２～３７が設けられた誘電体層１１以外の誘電体層１１については、第一誘電材料１３で構成された第一領域１２のみを含み、第二誘電材料１５で構成された第二領域１４を含まない。

【0034】

ここで、第一領域１２を構成する第一誘電材料１３は、第二領域１４を構成する第二誘電材料１５に比べて、高い誘電率を有し、かつ、高い強度を有する。そのため、素体１０の内部に設けられたコイル３０の周囲に第一誘電材料１３を配置することで、高強度の素体１０を得ることができる。素体１０の強度が高いと、高い信頼性を実現することができ、クラック発生に起因する断線等の不具合を回避することができる。しかしながら、素体１０の全体を第一誘電材料１３で構成すると、たとえばコイル３０のターン間に大きな寄生容量が生じ、素子特性の低下を招き得る。

【0035】

上記実施形態に係るインダクタ１においては、コイル３０の周囲に高強度の第一誘電材料１３を配置しつつ、寄生容量が生じやすいコイル３０のターン間に、第二領域１４の第二誘電材料１５を選択的に配置することで、素体１０の強度を維持しつつ寄生容量の低減が実現されている。

【0036】

第二誘電材料１５は、コイル形成領域のうちの第２導体パターン３２の残余領域の少なくとも一部に配置されていればよく、該残余領域の一部に第一誘電材料１３が配置された態様であってもよい。

【0037】

以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。たとえば、上下方向から見たときのコイル形状は、円形状に限らず、楕円形状や矩形状であってもよい。また、コイルの１ターンを構成する導体パターンの数は、３つに限らず、４つ以上であってもよい。さらに、素体を構成する誘電体層の層数については適宜増減することができる。

【0038】

また、上下方向において隣り合う導体パターン同士は、階段構造により端部同士が直接接していてもよく、誘電体層を貫通するビア導体を介して接続されていてもよい。階段構造により端部同士が直接接する態様では、ビア導体が設けられる誘電体層が介在しないため、上下方向において隣り合う導体パターンがより近接し、ターン間において大きな寄生容量が生じやすい構造となり得る。そこで、上述したインダクタ１のように、寄生容量が生じやすいコイル３０のターン間に第二誘電材料１５を選択的に配置することで、寄生容量を効果的に低減することができる。

【0039】

上述の記載から把握されるとおり、本明細書は下記を開示している。
［付記１］
積層された複数の誘電体層を含む素体と、
前記素体内に設けられ、前記複数の誘電体層の積層方向に積層された積層構造を有し、かつ、前記積層方向に並んだ複数のターンを含むコイルと
を備え、
前記誘電体層が、第一誘電材料で構成された第一領域と、前記第一誘電材料の誘電率よりも低い誘電率を有する第二誘電材料で構成された第二領域とを含み、
前記積層方向において隣り合う前記コイルのターン間の少なくとも一部に、前記誘電体層の第二領域が位置している、インダクタ。
［付記２］
前記コイルが複数の導体パターンで構成されており、
前記複数の導体パターンが、前記積層方向から見たときのパターン形状が互いに異なる少なくとも３種類の導体パターンを含む、付記１に記載のインダクタ。
［付記３］
前記積層方向において隣り合う前記導体パターンは、端部同士が重なっており直接接している、付記２に記載のインダクタ。
［付記４］
前記誘電体層の第二領域が複数重なっている、付記１～３のいずれか一つに記載のインダクタ。
［付記５］
前記第一誘電材料で構成された前記第一領域の強度が、前記第二誘電材料で構成された前記第二領域の強度より高い、付記１～４のいずれか一つに記載のインダクタ。

【符号の説明】

【0040】

１…インダクタ、１０…素体、１１…誘電体層、１２…第一領域、１３…第一誘電材料、１４…第二領域、１５…第二誘電材料、３０…コイル、３１～３８…導体パターン。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】