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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-05-06
(45)【発行日】2022-05-16
(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 27/24 20060101AFI20220509BHJP
H01F 17/04 20060101ALI20220509BHJP
H01F 17/00 20060101ALI20220509BHJP
H01F 27/32 20060101ALI20220509BHJP
H01F 41/12 20060101ALI20220509BHJP
H01F 41/04 20060101ALI20220509BHJP
【ＦＩ】
H01F27/24 H
H01F17/04 F
H01F17/00 C
H01F27/32 103
H01F41/12 A
H01F41/04 B
【請求項の数】
7
(21)【出願番号】P 2019539153
(86)(22)【出願日】2018-08-10
(86)【国際出願番号】 JP2018030051
(87)【国際公開番号】W WO2019044459
(87)【国際公開日】2019-03-07
【審査請求日】2021-04-23
(31)【優先権主張番号】P 2017162945
(32)【優先日】2017-08-28
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 平成２９年８月２１日に、Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓに対してサンプルを提供
(73)【特許権者】
【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】鈴木 将典
(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
【審査官】秋山 直人
(56)【参考文献】
【文献】特開２００９－１８８１１１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－７６７３３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００８－１９２６４５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１２－１５６１５８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－９８５８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－２１６３５１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－１１１８５（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１３／１８３４５２（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｆ ２７／２４
Ｈ０１Ｆ １７／０４
Ｈ０１Ｆ １７／００
Ｈ０１Ｆ ２７／３２
Ｈ０１Ｆ ４１／１２
Ｈ０１Ｆ ４１／０４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
コイルパターンと、軸方向における一方側から前記コイルパターンを覆う下部領域に設けられた第１の磁性樹脂層と、
前記コイルパターンに囲まれた内径領域、前記コイルパターンを囲む外周領域、並びに、前記軸方向における他方側から前記コイルパターンを覆う上部領域に設けられた第２の磁性樹脂層と、
前記第１の磁性樹脂層と前記第２の磁性樹脂層との間に設けられた絶縁ギャップ層と、を備え、
前記絶縁ギャップ層のうち、前記第１の磁性樹脂層と前記内径領域に位置する前記第２の磁性樹脂層の間に位置する部分は、前記軸方向に湾曲していることを特徴とするコイル部品。
【請求項2】
前記第１の磁性樹脂層と前記第２の磁性樹脂層は、互いに同じ材料からな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】
前記絶縁ギャップ層の平坦部を基準とした前記絶縁ギャップ層の前記軸方向への最大変位量をＬとし、前記第２の磁性樹脂層の前記内径領域の径をＢとした場合、Ｌ／Ｂの値が０．００１～０．５の範囲であ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】
Ｌ／Ｂの値が０．０１～０．２の範囲であることを特徴とする請求項３に記載のコイル部品。【請求項5】
キャリア板に支持された絶縁ギャップ層の表面にコイルパターンを形成する工程と、前記コイルパターンに囲まれた内径領域、前記コイルパターンを囲む外周領域、並びに、軸方向における一方側から前記コイルパターンを覆う上部領域に第２の磁性樹脂層を形成する工程と、
前記キャリア板を剥離した後、前記絶縁ギャップ層の裏面に第１の磁性樹脂層を形成する工程と、
前記第１及び第２の磁性樹脂層をプレスすることによって、前記絶縁ギャップ層のうち、前記第１の磁性樹脂層と前記内径領域に位置する前記第２の磁性樹脂層の間に位置する部分を前記軸方向に湾曲させる工程と、を備えることを特徴とするコイル部品の製造方法。
【請求項6】
前記第２の磁性樹脂層を形成する工程は、半硬化状態である磁性樹脂材料を塗布することによって行うことを特徴とする請求項５に記載のコイル部品の製造方法。【請求項7】
前記第１の磁性樹脂層を形成する工程は、半硬化状態である磁性樹脂材料を塗布することによって行うことを特徴とする請求項５に記載の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、コイルパターンを埋め込む磁性樹脂層を備えたコイル部品及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
磁性樹脂層にコイルパターンが埋め込まれてなるコイル部品としては、特許文献１に記載されたコイル部品が知られている。特許文献１に記載されたコイル部品は、２枚の磁性体基板に挟まれるようにコイルパターンが配置され、コイルパターンの内径領域及び外周領域が磁性樹脂層によって埋め込まれた構造を有している。また、磁性樹脂層と一方の磁性体基板との間には非磁性の接着層が介在しており、この接着層が磁気ギャップとして機能する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２００３－１３３１３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献１に記載されたコイル部品を低背化するためには、２枚の磁性体基板をより薄くする必要があるが、磁性体基板を薄くすると磁性体基板に割れや欠けが発生しやすくなり、製品の信頼性が低下するという問題があった。また、２枚の磁性体基板を使用している分、材料コストの削減も困難である。
【0005】
したがって、本発明の目的は、磁性体基板が不要なコイル部品及びその製造方法を提供することである。
【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、コイルパターンと、軸方向における一方側からコイルパターンを覆う下部領域に設けられた第１の磁性樹脂層と、コイルパターンに囲まれた内径領域、コイルパターンを囲む外周領域、並びに、軸方向における他方側からコイルパターンを覆う上部領域に設けられた第２の磁性樹脂層と、第１の磁性樹脂層と第２の磁性樹脂層との間に設けられた絶縁ギャップ層とを備え、絶縁ギャップ層のうち、第１の磁性樹脂層と内径領域に位置する第２の磁性樹脂層の間に位置する部分は、軸方向に湾曲していることを特徴とする。
【0007】
本発明によれば、コイルパターンを第１及び第２の磁性樹脂層によって覆っていることから、磁性体基板が不要となる。また、第１の磁性樹脂層と第２の磁性樹脂層の間に絶縁ギャップ層が設けられていることから、この絶縁ギャップ層が磁気ギャップとして機能する。しかも、絶縁ギャップ層が軸方向に湾曲していることから、絶縁ギャップ層と第１及び第２の磁性樹脂層との接触面積が増大し、両者の密着性も高められる。
【0008】
本発明において、第１の磁性樹脂層と第２の磁性樹脂層は、互いに同じ材料からなるものであっても構わない。これによれば、材料コストを低減することが可能となる。
【0009】
本発明において、絶縁ギャップ層の平坦部を基準とした絶縁ギャップ層の軸方向への最大変位量をＬとし、第２の磁性樹脂層の内径領域の径をＢとした場合、Ｌ／Ｂの値が０．００１～０．５の範囲であることが好ましく、Ｌ／Ｂの値が０．０１～０．２の範囲であることがより好ましい。
【0010】
本発明によるコイル部品の製造方法は、キャリア板に支持された絶縁ギャップ層の表面にコイルパターンを形成する工程と、コイルパターンに囲まれた内径領域、コイルパターンを囲む外周領域、並びに、軸方向における一方側からコイルパターンを覆う上部領域に第２の磁性樹脂層を形成する工程と、キャリア板を剥離した後、絶縁ギャップ層の裏面に第１の磁性樹脂層を形成する工程と、第１及び第２の磁性樹脂層をプレスすることによって、絶縁ギャップ層のうち、第１の磁性樹脂層と内径領域に位置する第２の磁性樹脂層の間に位置する部分を軸方向に湾曲させる工程とを備えることを特徴とする。
【0011】
本発明によれば、絶縁ギャップ層を支持するキャリア板を用いていることから、絶縁ギャップ層の両面に第１及び第２の磁性樹脂層をそれぞれ形成することが可能となる。
【0012】
本発明において、第１及び第２の磁性樹脂層を形成する工程は、半硬化状態である磁性樹脂材料を塗布することによって行っても構わない。これによれば、隙間なく磁性樹脂層を充填することができるとともに、磁性樹脂層を支持する別のキャリア板などを用いる必要がなくなる。
【発明の効果】
【0013】
このように、本発明によれば、磁性体基板が不要な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】
【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、本発明の好ましい実施形態によるコイル部品１０の外観を示す斜視図である。
【0017】
本実施形態によるコイル部品１０は電源回路用のインダクタとして用いることが好適な表面実装型のチップ部品であり、図１に示すように、第１及び第２の磁性樹脂層１１，１２を有する。第１及び第２の磁性樹脂層１１，１２には、後述するコイルパターンが埋め込まれており、コイルパターンの一端が第１の外部端子Ｅ１に接続され、コイルパターンの他端が第２の外部端子Ｅ２に接続される。但し、本発明によるコイル部品が表面実装型のチップ部品であることは必須でなく、回路基板に埋め込むタイプのチップ部品であっても構わない。
【0018】
第１及び第２の磁性樹脂層１１，１２は、フェライト粉や金属磁性粒子などの磁性粉を含有する樹脂からなる複合部材であり、コイルパターン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。磁性粉として金属磁性粒子を用いる場合、パーマロイ系材料を用いることが好適である。また、樹脂としては、液状又は粉体である半硬化状態のエポキシ樹脂を用いることが好ましい。第１及び第２の磁性樹脂層１１，１２は、互いに同じ材料からなるものであっても構わないし、互いに異なる材料からなるものであっても構わない。第１及び第２の磁性樹脂層１１，１２の材料として互いに同じ材料を用いれば、材料コストを低減することが可能となる。
【0019】
本実施形態によるコイル部品１０は、一般的な積層コイル部品とは異なり、積層方向であるｚ方向が回路基板と平行となるよう立てて実装される。具体的には、ｘｚ面を構成する面が実装面Ｓ１として用いられる。そして、実装面Ｓ１には、第１の外部端子Ｅ１及び第２の外部端子Ｅ２が設けられる。第１の外部端子Ｅ１は、実装面Ｓ１からｙｚ面を構成する側面Ｓ２に亘って連続的に形成され、第２の外部端子Ｅ２は、実装面Ｓ１からｙｚ面を構成する側面Ｓ３に亘って連続的に形成される。
【0020】
図２は、本実施形態によるコイル部品１０の断面図である。
【0021】
図２に示すように、第１及び第２の磁性樹脂層１１，１２には、銅（Ｃｕ）などの良導体からなるコイルパターンＣが埋め込まれている。本実施形態においては、コイルパターンＣが４層構造を有しており、各層は２ターンのスパイラル形状を有している。これにより、コイルパターンＣは合計で８ターン構成となる。また、コイルパターンＣの表面は、絶縁ギャップ層３０及び層間絶縁層４１～４４によって覆われ、これによって第１及び第２の磁性樹脂層１１，１２との接触が防止されている。
【0022】
第１の磁性樹脂層１１は、軸方向（ｚ方向）における一方側からコイルパターンＣを覆う下部領域２１に設けられている。一方、第２の磁性樹脂層１２は、コイルパターンＣに囲まれた内径領域２２、コイルパターンＣを囲む外周領域２３、並びに、軸方向における他方側からコイルパターンＣを覆う上部領域２４に設けられている。そして、第１の磁性樹脂層１１と第２の磁性樹脂層１２との間には、絶縁ギャップ層３０が設けられている。
【0023】
絶縁ギャップ層３０は樹脂などの非磁性材料からなり、第１の磁性樹脂層１１と第２の磁性樹脂層１２との間に磁気ギャップを形成することによって、磁気飽和を防止する役割を果たす。図２に示すように、絶縁ギャップ層３０は、第１の磁性樹脂層１１と内径領域２２を埋める第２の磁性樹脂層１２の間に位置する部分が軸方向に湾曲している。図２に示す例では、絶縁ギャップ層３０が上側、つまり、第２の磁性樹脂層１２側を凸面とする湾曲形状を有しているが、図８に示す変形例によるコイル部品１０Ａのように、第１の磁性樹脂層１１側を凸面とする湾曲形状を有していても構わない。
【0024】
このように、本実施形態によるコイル部品１０は、絶縁ギャップ層３０が湾曲形状を有していることから、絶縁ギャップ層３０が平坦である場合と比べ、絶縁ギャップ層３０と第１及び第２の磁性樹脂層１１，１２との接触面積が増大する。これにより、両者の密着性が向上することから、製品の信頼性が高められる。
【0025】
絶縁ギャップ層３０の湾曲量については特に限定されないが、図９に示すように、絶縁ギャップ層３０の平坦部を基準としたｚ方向への最大変位量をＬとし、絶縁ギャップ層３０の湾曲部分の径、つまり、第２の磁性樹脂層１２の内径領域２２の径をＢとした場合、Ｌ／Ｂの値が０．００１～０．５の範囲であることが好ましく、０．０１～０．２の範囲であることがより好ましい。これは、Ｌ／Ｂ＜０．００１であると、絶縁ギャップ層３０と第１及び第２の磁性樹脂層１１，１２の接触面積の増大がごく僅かであるため密着性の向上効果がほとんど得られないからであり、Ｌ／Ｂ＞０．５であると、絶縁ギャップ層３０にかかる応力が強すぎ、絶縁ギャップ層３０が破損するおそれがあるからである。絶縁ギャップ層３０を破損させることなく密着性の向上効果を得るためには、Ｌ／Ｂの値が０．００１～０．５の範囲であることが好ましく、Ｌ／Ｂの値を０．０１～０．２の範囲とすれば、絶縁ギャップ層３０にかかる応力を十分に低減しつつ、密着性の向上効果を十分に得ることが可能となる。
【0026】
絶縁ギャップ層３０の湾曲は、変位量が最大となる位置がコイル軸の中心である必要はなく、図１０（ａ）に示すように、コイル軸の中心からオフセットした位置において変位量が最大となる形状であっても構わない。また、図１０（ｂ）に示すように、絶縁ギャップ層３０の湾曲部分が凸状部分と凹状部分の両方を有していても構わない。これらの場合であっても、絶縁ギャップ層３０の平坦部を基準としたｚ方向への最大変位量をＬと定義する。
【0027】
また、本実施形態によるコイル部品１０は、通常のコイル部品のように磁性体基板を用いるのではなく、２つの磁性樹脂層１１，１２によってコイルパターンＣを埋め込んだ構成を有していることから、小型化しても十分な機械的強度を確保することが可能となる。また、磁性体基板を使用しないため、材料コストを低減することも可能となる。
【0028】
次に、本実施形態によるコイル部品１０の製造方法について説明する。
【0029】
【0030】
まず、図３（ａ）に示すように、所定の強度を有するキャリア板５０を用意し、その上面に絶縁ギャップ層３０を形成する。キャリア板５０の材料については、所定の機械的強度を確保できる限り特に限定されず、ガラスやフェライトなどを用いることができる。また、絶縁ギャップ層３０の形成方法についても特に限定されず、スピンコート法や印刷法によってキャリア板５０の表面に樹脂材料を塗布することによって形成しても構わないし、あらかじめフィルム状に成型した絶縁ギャップ層３０をキャリア板５０に貼り付けても構わない。
【0031】
次に、図３（ｂ）に示すように、絶縁ギャップ層３０の表面３１にコイルパターンＣを構成する１層目の導体層Ｃ１を形成する。導体層Ｃ１の形成方法としては、スパッタリング法などの薄膜プロセスを用いて下地金属膜を形成した後、電解メッキ法を用いて所望の膜厚までメッキ成長させることが好ましい。以降に形成するコイルパターンＣの２層目～４層目の導体層Ｃ２～Ｃ４の形成方法も同様である。
【0032】
次に、図３（ｃ）に示すように、１層目の導体層Ｃ１を覆う層間絶縁層４１を形成した後、層間絶縁層４１の上面に２層目の導体層Ｃ２を形成する。その後、図４（ａ）～図４（ｃ）に示すように、この工程を繰り返すことによって、層間絶縁層４１～４４と、コイルパターンＣの導体層Ｃ１～Ｃ４を交互に形成する。
【0033】
次に、図５（ａ）に示すように、ミリング又はドライエッチングを行うことにより、平面視でコイルパターンＣの内径領域２２及び外周領域２３に相当する部分の層間絶縁膜４１～４４を除去する。この時、絶縁ギャップ層３０を除去してはならない。これにより、コイルパターンＣに囲まれた内径領域２２、並びに、コイルパターンＣの外側に位置する外周領域２３に空間が形成される。
【0034】
次に、図５（ｂ）に示すように、層間絶縁膜４１～４４の除去によって形成された空間に、フェライト粉や金属磁性粒子を含有する樹脂からなる半硬化状態の複合部材を印刷法によって埋め込む。これにより、コイルパターンＣの内径領域２２、外周領域２３及び上部領域２４に第２の磁性樹脂層１２が形成される。或いは、別のキャリア板の表面に半硬化状態の第２の磁性樹脂層１２を形成しておき、これをプレスすることによって第２の磁性樹脂層１２を形成しても構わない。
【0035】
次に、図５（ｃ）に示すように、第２の磁性樹脂層１２をプレスすることによって、コイルパターンＣの内径領域２２や外周領域２３に生じている隙間を第２の磁性樹脂層１２によって完全に埋める。
【0036】
次に、図６（ａ）に示すように、接着剤６１を介して第２の磁性樹脂層１２にサポート板６０を貼り付けた後、図６（ｂ）に示すようにキャリア板５０を剥離する。キャリア板５０を剥離する方法としては、機械的な剥離、或いは、レーザー照射による熱剥離を挙げることができる。これにより、絶縁ギャップ層３０の裏面３２が露出した状態となる。尚、サポート板６０は、キャリア板５０を剥離する工程における支持部材であり、キャリア板５０を剥離する工程において全体を支持する必要がない場合には、サポート板６０を貼り付ける必要はない。
【0037】
次に、図６（ｃ）に示すように、サポート板６０を剥離した後、図７（ａ）に示すように上下反転させ、絶縁ギャップ層３０の裏面３２に第１の磁性樹脂層１１を形成する。第１の磁性樹脂層１１の形成方法としては、第２の磁性樹脂層１２と同様、フェライト粉や金属磁性粒子を含有する樹脂からなる半硬化状態の複合部材を印刷法によって埋め込むことが好ましい。或いは、別のキャリア板の表面に半硬化状態の第１の磁性樹脂層１１を形成しておき、これをプレスすることによって第１の磁性樹脂層１１を形成しても構わない。
【0038】
次に、図７（ｂ）に示すように、第１及び第２の磁性樹脂層１１，１２をプレスすることによって、第１及び第２の磁性樹脂層１１，１２に圧力を加える。この時、圧力の加え方によって絶縁ギャップ層３０が変形し、特に、平面視でコイルパターンＣの内径領域２２に相当する部分が凸型又は凹型に湾曲する。このような湾曲が生じる際には、絶縁ギャップ層３０の当該部分に強い応力がかかった後、この応力が解放されることから、絶縁ギャップ層３０の当該部分が柔軟性を増す。このため、その後何らかの応力がコイル部品１０に加わったとしても、絶縁ギャップ層３０の湾曲部分によって応力が吸収されるため、製品の信頼性が高められる。
【0039】
また、プレス時における圧力の加え方によって、絶縁ギャップ層３０の湾曲度合いも変化するため、湾曲度合いを調整することによって絶縁ギャップ層３０の湾曲部分における厚みを調整することも可能である。その後、半硬化状態である第１及び第２の磁性樹脂層１１，１２に熱や紫外線を与えることによって、第１及び第２の磁性樹脂層１１，１２を完全に硬化させる。
【0040】
【0041】
このように、本実施形態によれば、絶縁ギャップ層３０が湾曲するよう半硬化状態の第１及び第２の磁性樹脂層１１，１２をプレスし、この状態で硬化させていることから、湾曲した絶縁ギャップ層３０を備えるコイル部品１０を作製することが可能となる。これにより、上述の通り、絶縁ギャップ層３０と第１及び第２の磁性樹脂層１１，１２の密着性が高められるだけでなく、絶縁ギャップ層３０の湾曲部分にて応力を緩和することが可能となる。これらの特徴により、従来よりも信頼性の高いコイル部品を提供することが可能となる。
【0042】
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。
【0043】
例えば、上記実施形態におけるコイル部品は、８ターンのスパイラルパターンからなるコイルパターンＣを備えているが、本発明においてコイルパターンの具体的なパターン形状がこれに限定されるものではない。
【符号の説明】
【0044】
１０，１０Ａ コイル部品
１１ 第１の磁性樹脂層
１２ 第２の磁性樹脂層
２１ 下部領域
２２ 内径領域
２３ 外周領域
２４ 上部領域
３０ 絶縁ギャップ層
３１ 絶縁ギャップ層の表面
３２ 絶縁ギャップ層の裏面
４１～４４ 層間絶縁層
５０ キャリア板
６０ サポート板
６１ 接着剤
Ｃ コイルパターン
Ｃ１～Ｃ４ 導体層
Ｅ１，Ｅ２ 端子電極
Ｓ１ 実装面
Ｓ２，Ｓ３ 側面
１１ 第１の磁性樹脂層
１２ 第２の磁性樹脂層
２１ 下部領域
２２ 内径領域
２３ 外周領域
２４ 上部領域
３０ 絶縁ギャップ層
３１ 絶縁ギャップ層の表面
３２ 絶縁ギャップ層の裏面
４１～４４ 層間絶縁層
５０ キャリア板
６０ サポート板
６１ 接着剤
Ｃ コイルパターン
Ｃ１～Ｃ４ 導体層
Ｅ１，Ｅ２ 端子電極
Ｓ１ 実装面
Ｓ２，Ｓ３ 側面
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】