特開 2024-2490 コイル部品及びその製造方法

(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】P2024002490

(43)【公開日】2024-01-11

(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 20060101AFI20231228BHJP

   H01F 27/29 20060101ALI20231228BHJP

   H01F 17/00 20060101ALI20231228BHJP

【ＦＩ】

H01F17/04 A

H01F17/04 F

H01F27/29 123

H01F17/00 D

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022101694

(22)【出願日】2022-06-24

(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】100115738

【弁理士】

【氏名又は名称】鷲頭 光宏

(74)【代理人】

【識別番号】100121681

【弁理士】

【氏名又は名称】緒方 和文

(72)【発明者】

【氏名】川口 裕一

(72)【発明者】

【氏名】藤井 直明

(72)【発明者】

【氏名】西川 朋永

(72)【発明者】

【氏名】陳 利益

(72)【発明者】

【氏名】名取 光夫

【テーマコード（参考）】

5E070

【Ｆターム（参考）】

5E070AA01

5E070AB01

5E070AB02

5E070BB03

5E070CB13

5E070DA13

5E070EA01

5E070EB04

(57)【要約】

【課題】磁界の折れ曲がり部分における磁気抵抗が低減されたコイル部品を提供する。
【解決手段】コイル部品１は、磁性素体Ｍと、磁性素体Ｍに埋め込まれたコイル部Ｃとを備える。磁性素体Ｍは、コイル軸方向における一方側からコイル部Ｃを覆う領域Ｍ１１と、コイル軸方向における他方側からコイル部Ｃを覆う領域Ｍ２０と、コイル部Ｃの内径領域に設けられ、領域Ｍ１１と領域Ｍ２０を繋ぐ領域Ｍ１３とを含む。コイル部Ｃのコイル軸方向における高さは、内径領域に近づくにつれて小さくなる。これにより、磁性素体Ｍの領域Ｍ１１，Ｍ２０を通る磁界と磁性素体Ｍの領域Ｍ１３を通る磁界の成す角度が緩和されることから、磁界の折れ曲がり部分における磁気抵抗が低減する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

磁性素体と、
前記磁性素体に埋め込まれたコイル部と、を備え、
前記磁性素体は、コイル軸方向における一方側から前記コイル部を覆う第１の領域と、前記コイル軸方向における他方側から前記コイル部を覆う第２の領域と、前記コイル部の内径領域に設けられ、前記第１の領域と前記第２の領域を繋ぐ第３の領域とを含み、
前記コイル部の前記コイル軸方向における高さは、前記内径領域に近づくにつれて小さくなることを特徴とするコイル部品。

【請求項2】

前記磁性素体の前記第２の領域は、前記内径領域に近づくにつれて前記コイル軸方向における厚さが増大することを特徴とする請求項１に記載のコイル部品。

【請求項3】

前記磁性素体の前記第１の領域に埋め込まれ、一端が前記コイル部に接続され、他端が前記磁性素体の前記第１の領域から露出する導体ポストをさらに備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のコイル部品。

【請求項4】

前記磁性素体の前記第１の領域は、前記内径領域に近づくにつれて前記コイル軸方向における厚さが増大することを特徴とする請求項２に記載のコイル部品。

【請求項5】

コイル部を形成する工程と、
前記コイル部のコイル軸方向における一方側、並びに、前記コイル部の内径領域に第１の磁性素体を形成する工程と、
前記コイル部の前記コイル軸方向における高さが前記内径領域に近づくにつれて小さくなるよう、前記コイル部の前記コイル軸方向における他方側の面を変形させる工程と、
前記コイル部の前記コイル軸方向における前記他方側に第２の磁性素体を形成する工程と、を備えることを特徴とするコイル部品の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はコイル部品及びその製造方法に関し、特に、磁性素体にコイル部が埋め込まれた構造を有するコイル部品及びその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、磁性素体にコイル部が埋め込まれた構造を有するコイル部品が開示されている。特許文献１に記載されたコイル部品のように、コイル部を埋め込む素体に磁性材料を用いれば、小型で高いインダクタンスを得ることが可能となる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２１－０５２０７６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１に記載されたコイル部品は、コイル部のコイル軸方向における高さがほぼ一定であることから、コイル軸方向に対して垂直な磁界が急激にコイル軸方向に曲げられるため、磁界の折れ曲がり部分において磁気抵抗が高くなってしまう。

【0005】

したがって、本発明は、磁界の折れ曲がり部分における磁気抵抗が低減されたコイル部品及びその製造方法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】

本発明によるコイル部品は、磁性素体と、磁性素体に埋め込まれたコイル部とを備え、磁性素体は、コイル軸方向における一方側からコイル部を覆う第１の領域と、コイル軸方向における他方側からコイル部を覆う第２の領域と、コイル部の内径領域に設けられ、第１の領域と第２の領域を繋ぐ第３の領域とを含み、コイル部のコイル軸方向における高さは、内径領域に近づくにつれて小さくなることを特徴とする。

【0007】

本発明によれば、コイル部のコイル軸方向における高さが内径領域に近づくにつれて縮小されていることから、磁性素体の第１又は第２の領域を通る磁界と磁性素体の第３の領域を通る磁界の成す角度が緩和される。これにより、磁界の折れ曲がり部分における磁気抵抗が低減されるとともに、磁性素体のボリュームを十分に確保することが可能となる。

【0008】

本発明において、磁性素体の第２の領域は、内径領域に近づくにつれてコイル軸方向における厚さが増大するものであっても構わない。これによれば、磁性素体の第２の領域を通る磁界と磁性素体の第３の領域を通る磁界の成す角度を緩和することが可能となる。

【0009】

本発明によるコイル部品は、磁性素体の第１の領域に埋め込まれ、一端がコイル部に接続され、他端が磁性素体の第１の領域から露出する導体ポストをさらに備えていても構わない。これによれば、回路基板に対してコイル軸が垂直となるよう、コイル部品を実装することが可能となる。

【0010】

本発明において、磁性素体の第１の領域は、内径領域に近づくにつれてコイル軸方向における厚さが増大するものであっても構わない。これによれば、磁性素体の第１の領域を通る磁界と磁性素体の第３の領域を通る磁界の成す角度を緩和することが可能となる。

【0011】

本発明によるコイル部品の製造方法は、コイル部を形成する工程と、コイル部のコイル軸方向における一方側、並びに、コイル部の内径領域に第１の磁性素体を形成する工程と、コイル部のコイル軸方向における高さが内径領域に近づくにつれて小さくなるよう、コイル部のコイル軸方向における他方側の面を変形させる工程と、コイル部のコイル軸方向における他方側に第２の磁性素体を形成する工程とを備えることを特徴とする。

【0012】

本発明によれば、簡単な方法によって、コイル部のコイル軸方向における高さを内径領域に近づくにつれて縮小することが可能となる。

【発明の効果】

【0013】

このように、本発明によれば、磁界の折れ曲がり部分における磁気抵抗が低減されたコイル部品及びその製造方法を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】図１は、本発明の第１の実施形態によるコイル部品１を実装面側から見た略平面図である。

【図2】図２は、図１に示すＡ－Ａ線に沿った略断面図である。

【図3】図３は、コイル部Ｃに電流を流した場合に磁性素体Ｍに生じる磁界を説明するための模式図である。

【図4】図４は、コイル部品１の製造方法を説明するための工程図である。

【図5】図５は、コイル部品１の製造方法を説明するための工程図である。

【図6】図６は、コイル部品１の製造方法を説明するための工程図である。

【図7】図７は、コイル部品１の製造方法を説明するための工程図である。

【図8】図８は、コイル部品１の製造方法を説明するための工程図である。

【図9】図９は、コイル部品１の製造方法を説明するための工程図である。

【図10】図１０は、コイル部品１の製造方法を説明するための工程図である。

【図11】図１１は、コイル部品１の製造方法を説明するための工程図である。

【図12】図１２は、コイル部品１の製造方法を説明するための工程図である。

【図13】図１３は、コイル部品１の製造方法を説明するための工程図である。

【図14】図１４は、コイル部品１の製造方法を説明するための工程図である。

【図15】図１５は、コイル部品１の製造方法を説明するための工程図である。

【図16】図１６は、コイル部品１の製造方法を説明するための工程図である。

【図17】図１７は、コイル部品１の製造方法を説明するための工程図である。

【図18】図１８は、コイル部品１の製造方法を説明するための工程図である。

【図19】図１９は、第１の変形例によるコイル部品１Ａの略平面図である。

【図20】図２０は、第２の変形例によるコイル部品１Ｂの略平面図である。

【図21】図２１は、本発明の第２の実施形態によるコイル部品２の構成を示す略断面図である。

【図22】図２２は、本発明の第３の実施形態によるコイル部品３の構成を示す略断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。

【0016】

図１は、本発明の第１の実施形態によるコイル部品１を実装面側から見た略平面図である。また、図２は、図１に示すＡ－Ａ線に沿った略断面図である。

【0017】

図１及び図２に示すように、本実施形態によるコイル部品１は、Ｚ方向をコイル軸とするコイル部Ｃが磁性素体Ｍに埋め込まれた構造を有している。磁性素体Ｍは、コイル部Ｃを＋Ｚ方向側から覆う領域Ｍ１１と、コイル部Ｃを－Ｚ方向側から覆う領域Ｍ２０と、コイル部Ｃの内径領域に埋め込まれ、領域Ｍ１１，Ｍ２０を繋ぐ領域Ｍ１３と、コイル部Ｃの外側領域に位置する領域Ｍ１４とを含んでいる。磁性素体Ｍの領域Ｍ１１には導体ポストＰ１，Ｐ２が埋め込まれている。

【0018】

コイル部Ｃは、コイル軸方向に交互に積層された層間絶縁膜７０～７６及び導体層Ｌ１～Ｌ６からなる。導体層Ｌ１～Ｌ６は、それぞれコイルパターン１０，２０，３０，４０，５０，６０を有している。コイルパターン１０，２０，３０，４０，５０，６０は直列に接続されることにより、単一のコイルを構成している。そして、コイルの一端は導体ポストＰ１の一端（下端）に接続され、コイルの他端は導体ポストＰ２の一端（下端）に接続される。図２に示す例では、最上層に位置するコイルパターン６０の外周端が導体ポストＰ１に接続され、最下層に位置するコイルパターン１０の外周端が接続パターン２１，３１，４１，５１，６１を介して導体ポストＰ２に接続される。導体ポストＰ１，Ｐ２の他端（上端）は、実装面Ｓ１から露出する。このように、導体ポストＰ１，Ｐ２は、コイル軸方向から見てコイル部Ｃと重なり、且つ、コイル軸方向に延在する導体である。

【0019】

磁性素体Ｍは、鉄（Ｆｅ）やパーマロイ系材料などからなる金属磁性体フィラーと樹脂バインダーを含む複合磁性部材であり、コイルパターン１０，２０，３０，４０，５０，６０に電流を流すことによって生じる磁束の磁路を構成する。樹脂バインダーとしては、液状又は粉体のエポキシ樹脂を用いることが好ましい。尚、金属磁性体フィラーとしては、平均粒径サイズが異なる複数の金属磁性体フィラーを混合して用いても構わない。これによれば、磁性素体Ｍの透磁率や流動性の調整が容易となる。流動性の調整は、後述する水圧等を用いた加工によるコイル部Ｃの変形において重要である。

【0020】

図２に示すように、コイル部Ｃのコイル軸方向における高さは、内径領域に近づくにつれて小さくなる。つまり、コイル部Ｃの最外周位置における高さをＨ１とし、コイル部Ｃの最内周位置における高さをＨ２とした場合、Ｈ１＞Ｈ２である。図２に示す例では、コイル部Ｃのコイル軸方向における他方側の表面を構成する層間絶縁膜７０の表面７０ａがコイル軸に対して垂直な仮想面Ｖ１に対して傾きを有している。層間絶縁膜７０の表面７０ａと仮想面Ｖ１が成す角度はθ１である。このように、本実施形態においては、内径領域に近づくほど、層間絶縁膜７０の表面７０ａが実装面Ｓ１とは反対側の表面Ｓ２から遠ざかる形状を有している。これに対し、表面Ｓ２はほぼ平坦であり、コイル軸に対してほぼ垂直であることから、磁性素体Ｍの領域Ｍ２０は、内径領域に近づくにつれてコイル軸方向における厚さが増大することになる。

【0021】

図３は、コイル部Ｃに電流を流した場合に磁性素体Ｍに生じる磁界を説明するための模式図である。

【0022】

図３に示すようにコイル部Ｃに電流を流すと、磁性素体Ｍの領域Ｍ１１、Ｍ１４、Ｍ２０、Ｍ１３の順（又はその逆）に周回する磁界が発生する。ここで、本実施形態においては、コイル部Ｃの断面形状がＨ１＞Ｈ２であることから、層間絶縁膜７０の表面７０ａと内径領域の表面７７ａが成す角が鈍角となる。これにより、磁性素体Ｍの領域Ｍ２０から領域Ｍ１３（又は領域Ｍ１３から領域Ｍ２０）に向かって折り曲げられる磁界の折り曲げ角度が緩和されることから、表面７０ａと表面７７ａの角部における磁界の集中が緩和され、この部分における磁気抵抗が低減する。表面７０ａと表面７７ａの角部は、磁束密度が最も高くなる領域であり、この領域における磁気抵抗が低減することによって、インダクタンスが有意に高められる。しかも、磁性素体Ｍの領域Ｍ２０のコイル軸方向における厚さは、内径領域に近づくにつれてが増大する。これにより、磁性素体Ｍの領域Ｍ２０のボリュームが十分に確保されることから、Ｈ１＝Ｈ２である場合と比べて高いインダクタンスを得ることが可能となる。

【0023】

ここで、層間絶縁膜７０の表面７０ａと仮想面Ｖ１が成す角度θ１は、０．１°以上、５°以下であることが好ましい。これは、角度θ１が０．１°未満であると磁気抵抗の低減効果が十分に得られないからである。また、後述する方法を用いた場合、角度θ１が５°超となるようコイル部Ｃを変形させることは困難だからである。

【0024】

次に、本実施形態によるコイル部品１の製造方法について説明する。

【0025】

図４～図１７は、本実施形態によるコイル部品１の製造方法を説明するための工程図である。

【0026】

まず、支持体９０の表面に銅箔９１が形成されてなる基材を用意し、エッチングなどを行うことによって、コイル部Ｃと重なる位置の銅箔９１の膜厚を選択的に減少させる（図４）。次に、銅箔９１の表面を層間絶縁膜７０で覆った後（図５）、層間絶縁膜７０の表面に導体層Ｌ１を形成する（図６）。図６に示すように、この時点では導体層Ｌ１に犠牲パターン９２が含まれている。そして、図５及び図６に示す工程を繰り返すことにより、コイル部Ｃを形成する（図７）。ここで、各導体層Ｌ１～Ｌ６に含まれる犠牲パターン９２は、層間絶縁膜７１～７５によって分離されることなく、互いに接する状態とする。

【0027】

次に、レジスト９３を形成した後（図８）、電解メッキを行うことによって導体ポストＰ１，Ｐ２を形成する（図９）。これにより、コイル部Ｃのコイル軸方向における一方側に導体ポストＰ１，Ｐ２が形成される。次に、導体ポストＰ１，Ｐ２をレジスト９４で覆った後（図１０）、酸などを用いて犠牲パターン９２をエッチング、或いは、レーザ処理とうによって除去する（図１１）。これにより、コイル部Ｃの内径領域が空洞状態となる。図示しないが、コイル部Ｃの外側領域にも犠牲パターン９２が形成されており、これを除去することによってコイル部Ｃの外側領域も空洞状態となる。

【0028】

次に、コイル部Ｃ及び導体ポストＰ１，Ｐ２が埋め込まれるよう、コイル部Ｃのコイル軸方向における一方側、コイル部Ｃの内径領域、並びに、コイル部Ｃの外側領域に流動性を有する磁性素体Ｍ１０を形成する（図１２）。磁性素体Ｍ１０は、コイル部Ｃのコイル軸方向における一方側に位置する領域Ｍ１１、コイル部Ｃの内径領域に位置する領域Ｍ１３、コイル部Ｃの外側領域に位置する領域Ｍ１４を有しているが、図１２に示す断面には領域Ｍ１１，Ｍ１３のみが現れている。

【0029】

次に、磁性素体Ｍ１０を仮硬化させた後、その表面を研削することによって、導体ポストＰ１，Ｐ２の表面を露出させる（図１３）。次に、支持体９０を剥離した後（図１４）、エッチングにより銅箔９１を除去し、層間絶縁膜７０を露出させる（図１５）。そして、層間絶縁膜７０に対してデスミア処理などを行うことによって層間絶縁膜７０の膜厚を減少させることより、コイル部Ｃの内径領域及び外側領域に位置する磁性素体Ｍ１０の領域Ｍ１３，Ｍ１４を露出させる（図１６）。

【0030】

次に、コイル部Ｃのコイル軸方向における他方側にあらかじめ硬化済みの磁性素体Ｍ２０を貼り付ける（図１７）。これにより、コイル部Ｃは、磁性素体Ｍ１０の領域Ｍ１１と磁性素体Ｍ２０によって軸方向から挟まれるとともに、両者が領域Ｍ１３，Ｍ１４によって磁気的に接続される。次に、全体をプレート９５，９６によって挟み込んだ状態で、水圧等を用いて全体を加圧し、仮硬化状態にある磁性素体Ｍ１０を硬化させる。これにより、仮硬化状態にある磁性素体Ｍ１０の領域Ｍ１３が圧縮され、図２に示すように、領域Ｍ１３と領域Ｍ２０の界面が湾曲するとともに、これに追随してコイル部Ｃが変形し、内径領域に近づくほどコイル軸方向における高さが小さくなる。領域Ｍ１１，Ｍ２０については、それぞれプレート９５，９６によって固定されていることから、変形はほとんど生じない。その後、磁性素体Ｍの完全硬化及び個片化を行えば、本実施形態によるコイル部品１が完成する。

【0031】

このように、本実施形態においては、全体をプレート９５，９６によって挟み込んだ状態で、水圧等を用いて全体を加圧していることから、コイル部Ｃを図２に示す形状に変形させることが可能となる。ここで、図２に示す角度θ１をより大きくするためには、図１６に示す工程を行った後、図１８に示すように、磁性素体Ｍの領域Ｍ１１側のみをプレート９６で固定した状態で、水圧等を用いて全体を加圧すれば、コイル部Ｃのコイル軸方向における高さが内径領域に近づくにつれて小さくなるよう、コイル部Ｃのコイル軸方向における他方側の面がより大きく変形する。このようにしてコイル部Ｃをあらかじめ変形させた後、図１７に示すように磁性素体Ｍ２０を形成すれば、よりボリュームの大きな磁性素体Ｍ２０を用いることが可能となる。

【0032】

尚、導体ポストＰ１，Ｐ２は、図１９に示す第１の変形例によるコイル部品１Ａのように、実装面Ｓ１からだけでなくＹＺ側面からも露出するものであっても構わない。これによれば、コイル部品１Ａを回路基板に実装した際、ＹＺ側面にハンダのフィレットを形成することが可能となる。また、実装面Ｓ１に露出する導体ポストＰ１，Ｐ２の平面形状が矩形である必要はなく、図２０に示す第２の変形例によるコイル部品１Ｂのように円形であっても構わない。

【0033】

図２１は、本発明の第２の実施形態によるコイル部品２の構成を示す略断面図である。

【0034】

図２１に示すように、第２の実施形態によるコイル部品２は、コイル部Ｃのコイル軸方向における一方側の表面を構成する層間絶縁膜７０の表面７６ａがコイル軸に対して垂直な仮想面Ｖ２に対して傾きを有している点において、第１の実施形態によるコイル部品１と相違している。層間絶縁膜７６の表面７６ａと仮想面Ｖ２が成す角度はθ２であり、０．１°以上、５°以下であることが好ましい。このように、本実施形態においては、内径領域に近づくほど、層間絶縁膜７６の表面７６ａが実装面Ｓ１から遠ざかる形状を有している。これに対し、実装面Ｓ１はほぼ平坦であり、コイル軸に対してほぼ垂直であることから、磁性素体Ｍの領域Ｍ１１は、内径領域に近づくにつれてコイル軸方向における厚さが増大することになる。その他の基本的な構成は、第１の実施形態によるコイル部品１と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

【0035】

本実施形態が例示するように、コイル部Ｃは、コイル軸方向における両側の面が変形していても構わない。これによれば、磁性素体Ｍの領域Ｍ１１から領域Ｍ１３（又は領域Ｍ１３から領域Ｍ１１）に向かって折り曲げられる磁界の折り曲げ角度が緩和されることから、表面７６ａと表面７７ａの角部における磁界の集中が緩和され、この部分における磁気抵抗が低減する。しかも、磁性素体Ｍの領域Ｍ１１のボリュームが十分に確保されることから、より高いインダクタンスを得ることが可能となる。

【0036】

図２２は、本発明の第３の実施形態によるコイル部品３の構成を示す略断面図である。

【0037】

図２２に示すように、第３の実施形態によるコイル部品３は、導体ポストＰ１，Ｐ２が省略されている代わりに、導体層Ｌ１～Ｌ６の一部が磁性素体ＭのＹＺ側面に露出し、これが端子電極として用いられる点において、第１の実施形態によるコイル部品１と相違している。その他の基本的な構成は、第１の実施形態によるコイル部品１と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。本実施形態が例示するように、本発明において導体ポストＰ１，Ｐ２を用いることは必ずしも必要ではない。

【0038】

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。

【0039】

例えば、コイル部Ｃの構成が上記実施形態に限定されるものではなく、２つのコイルが層間絶縁膜を介して交互に積層されることによりコモンモードフィルタを構成するものであっても構わない。

【符号の説明】

【0040】

１～３，１Ａ，１Ｂ コイル部品
１０，２０，３０，４０，５０，６０ コイルパターン
２１，３１，４１，５１，６１ 接続パターン
７０～７６ 層間絶縁膜
７０ａ，７６ａ 層間絶縁膜の表面
７７ａ 内径領域の表面
９０ 支持体
９１ 銅箔
９２ 犠牲パターン
９３，９４ レジスト
９５，９６ プレート
Ｃ コイル部
Ｌ１～Ｌ６ 導体層
Ｍ，Ｍ１０，Ｍ２０ 磁性素体
Ｍ１１，Ｍ１３，Ｍ１４ 領域
Ｐ１，Ｐ２ 導体ポスト
Ｓ１ 実装面
Ｓ２ 実装面とは反対側の表面
Ｖ１，Ｖ２ 仮想面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】