JP2009009985A - コイル部品 - Google Patents

Abstract

【課題】フレキシブルプリント基板に実装した場合にはその経時的な撓みに追随して自身が変形可能であって、落下衝撃への耐性が高く、かつインダクタンス値の高いインダクタを提供する。
【解決手段】平面内で渦巻状に形成された空芯コイル１２の上面および／または下面の少なくともいずれかに、長径方向と短径方向とを有する扁平状または針状の軟磁性金属粉末を樹脂材料中に分散させてなる異方性複合磁性シート２０が積層された可撓性のインダクタ１０であって、前記軟磁性金属粉末の長径方向が、前記空芯コイル１２の面内方向を向いていることを特徴とするインダクタ１０。
【選択図】図１

Description

本発明は、携帯電話等の携帯機器の電源回路などに用いられるコイル部品に関する。

従来のこの種のコイル部品としては、導体を内蔵するフェライト焼結体を積層した積層インダクタ（下記特許文献１を参照）が広く用いられてきた。かかるインダクタはコア本体の脆性が高く曲げや衝撃に弱いため、携帯機器の電源回路などに用いられた場合は基板の経時的な撓み変形や落下衝撃によって容易に破損することが問題となっていた。
かかる問題を解決するため、磁性粉末を樹脂に複合した複合磁性体（複合磁性シート）をフィルム型コイルに積層した可撓性を有するインダクタ（下記特許文献２を参照）が提案されている。かかる可撓性インダクタは脆性が低く、フレキシブルプリント基板への実装が可能であって撓み変形や落下衝撃への耐性が高いという機械的な利点がある。

特開２００５−２６８３６９号公報 特開２００６−３０３４０５号公報

しかし、近年の携帯機器の益々の小型化と大出力化の要請などに伴い、上記特許文献２に記載の可撓性のインダクタに関してもインダクタンス値の更なる向上が求められている。
本発明はかかる課題を解決するためになされたものであり、すなわちフレキシブルプリント基板に実装した場合にはその経時的な撓みに追随して自身が変形可能であって、落下衝撃への耐性が高く、かつインダクタンス値の高いコイル部品を提供することを目的とする。

本発明をなすにあたり発明者は、上記特許文献２に記載の従来の可撓性インダクタにおいて樹脂に充填される磁性粉末には一般的な金属磁性粉末や軟磁性のフェライト粉末が使用され、すなわちかかるインダクタにおいては等方形状の磁性粉末を単に樹脂に分散して複合磁性シートが作製されていた点に着目した。そして発明者は、かかるインダクタが生じる磁束の通過方向にあわせて複合磁性シートの透磁率を高めることにより、可撓性インダクタの機械的な利点を享受しつつ、さらにそのインダクタンス値を向上させるという技術思想に基づき本発明を完成させた。

すなわち本発明のコイル部品は、
（１）平面内で渦巻状に形成された空芯コイルの上面および／または下面の少なくともいずれかに、長径方向と短径方向とを有する扁平状または針状の軟磁性金属粉末を樹脂材料中に分散させてなる異方性複合磁性シートが積層された可撓性のコイル部品であって、
前記軟磁性金属粉末の長径方向が、前記空芯コイルの面内方向を向いていることを特徴とするコイル部品；
（２）空芯コイルの中芯部および／または外周部の少なくともいずれかに、等方形状の軟磁性金属粉末を樹脂材料中に分散させてなる等方性複合磁性材料が充填されていることを特徴とする上記（１）に記載のコイル部品；
（３）空芯コイルの中芯部および／または外周部の少なくともいずれかに、長径方向と短径方向とを有する扁平状または針状の軟磁性金属粉末を樹脂材料中に分散させてなる異方性複合磁性材料が充填されてなる上記（１）に記載のコイル部品であって、
前記異方性複合磁性材料に分散した軟磁性金属粉末の長径方向が、前記空芯コイルの面直方向を向いていることを特徴とするコイル部品；
を要旨とする。

また本発明においては、さらに具体的な態様として、
（４）空芯コイルの平均巻径が、該空芯コイルの厚さよりも大きいことを特徴とする上記（１）から（３）のいずれかに記載のコイル部品；
（５）前記異方性複合磁性シートが、前記空芯コイルの上面および下面の両面に積層されている上記（１）から（４）のいずれかに記載のコイル部品；
（６）前記空芯コイルが、樹脂フィルム上に導体パターンを形成したフィルム型コイルである上記（１）から（５）のいずれかに記載のコイル部品；
（７）前記樹脂フィルムは、前記空芯コイルの中芯部および外周部に相当する位置が切欠形成されている上記（６）に記載のコイル部品；
によっても上記本発明の目的を達成することができる。

上記請求項１に記載の本発明のコイル部品は可撓性を有するため、これをフレキシブルプリント基板に実装した場合には該基板の経時的な撓み変形に追随して自身が変形可能であるため脆性破壊を生じないなど、従来の可撓性インダクタの機械的利点を享受することができる。

また、平面内で巻成された空芯コイルに複合磁性シートを積層してなる本発明のコイル部品は可撓性を有する程度に薄型に形成されるゆえ、空芯コイルの厚み方向の一端から放射された磁束が他端に還流される磁路の大部分は、空芯コイルの上下端面にて面内方向に伸びる複合磁性シートによって構成される。
したがって、複合磁性シートに分散させる軟磁性金属粉末を扁平状や針状とし、さらにその長径方向を空芯コイルの面内方向と一致させる（以下、「軟磁性金属粉末を水平配向させる」という場合がある。）ことにより、本発明のコイル部品においては複合磁性シート（異方性複合磁性シート）の透磁率が面内方向に高く、面直方向には低いものとなる。このため、複合磁性シート中を主として面内方向に磁束が通過する上記磁路の透磁率は全体として増大し、もってコイル部品のインダクタンス値を向上させることができる。

また本発明のより具体的な態様である上記請求項２に記載のコイル部品については、空芯コイルの中芯部や外周部に充填する複合磁性材料に分散させる軟磁性金属粉末を等方形状としている。したがってコイル部品の厚み方向に磁束が通過する空芯コイルの巻線内側や外側の磁路に関しては、軟磁性金属粉末に特別な配向を付与することなく、空芯コイルの面内方向と面直方向の透磁率を同等とすることができる。これにより、空芯コイルの上下面に積層される異方性複合磁性シートと同様に中芯部や外周部についても軟磁性金属粉末を水平配向させたコイル部品と比較した場合に、製造工程数を増加させることなく上記磁路の透磁率を全体として増大させ、もってインダクタンス値を向上させことができる。

また本発明のより具体的な態様である上記請求項３に記載のコイル部品については、空芯コイルの中芯部や外周部に充填する複合磁性材料に分散させる軟磁性金属粉末を扁平状または針状とし、かつその長径方向を空芯コイルの面直（厚み）方向と一致させる（以下、「軟磁性金属粉末を垂直配向させる」という場合がある。）ことで、かかる領域の透磁率が空芯コイルの面内方向に低く、面直方向に高いものとなる。すなわち、コイル部品の主として面内方向に磁束が通過する上下面の複合磁性シートについては当該面内方向に透磁率が高くなり、コイル部品の主として厚み方向に磁束が通過する巻線内側や外側については当該厚み方向に透磁率が高くなるため、コイル部品の生ずる磁束が通過する磁路全体の透磁率を増大させ、もってインダクタンス値を大幅に向上させることができる。

なお本発明に係るコイル部品は、上記従来のインダクタよりもインダクタンス値を向上させることができることは勿論、樹脂材料に分散させる磁性材料として、最大飽和磁束密度が大きい軟磁性金属粉末を用いているため、優れた直流重畳特性を得ることも可能である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を用いて詳細に説明する。ここで、本実施形態においては、携帯電話等の携帯機器の電源回路などに好適に用いられるインダクタを例とする。
図１（ａ）は第一実施形態にかかるインダクタ１０の平面図、同図（ｂ）はそのＢ−Ｂ断面を示す模式図である。インダクタ１０の厚み方向は、図１（ａ）の紙面前後方向、同図（ｂ）の上下方向である。
また図２（ａ）〜（ｃ）および図３（ｄ）〜（ｆ）は、本実施形態のインダクタ１０の製造工程を示す平面図である。

本実施形態のインダクタ１０は数ｍｍ〜数十ｍｍ四方の平面寸法と、数百μｍ程度の厚み寸法を有している。
全体に可撓性をもつ本発明のインダクタ１０は、これを構成する空芯コイル１２および異方性複合磁性シート２０（２０ａ，２０ｂ）がそれぞれ薄型であって可撓性を有している。

＜空芯コイルについて＞
本実施形態のインダクタ１０に用いられる空芯コイル１２は、平面内で導体パターンが複数巻の渦巻状に形成されたものである。付言すると空芯コイル１２は、フェライトコアなどの巻芯の伸びる方向に沿って導線を巻きつけた巻線インダクタや、フェライトやセラミックス材料からなるグリーンシートに数分の１ターンのコイルを印刷したものを積層する積層インダクタを除くものである。

空芯コイル１２を構成する渦巻状の導体パターンの材質や巻数、渦巻状の具体的な形状は、通電によりインダクタンスを生じるものであれば特に限定されるものではない。
空芯コイル１２の代表的な作製方法としては以下の３つを挙げる。
（ア）樹脂フィルム上に圧延銅箔などの金属箔を貼り付け、レジスト露光により渦巻状にパターニングした後、これをケミカルエッチングするエッチング方法。
（イ）樹脂フィルム上に、渦巻状に開口したマスクパターンを介して、溶融金属を当該渦巻状にパターンメッキするメッキ方法。
（ウ）表面が絶縁された金属細線からなるマグネットワイヤを平面内で渦巻状に巻回する巻線方法。

上記（ア）のエッチング方法や（イ）のメッキ方法に用いられる樹脂フィルム（ベースフィルム）としては、エッチングやメッキに耐えうる耐食性や耐熱性を有することが好ましく、具体的にはポリイミドフィルムやＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）などの樹脂材料を１０〜１００μｍ程度の膜状に成形して用いることができる。
また上記（ウ）の巻線方法の場合、マグネットワイヤを巻回するための基材として上記または他の樹脂材料からなるベースフィルムを用いてもよく、またはかかる基材を不要としてマグネットワイヤのみを巻回して用いてもよい。

また上記（ア）や（イ）の場合、空芯コイル１２を構成する導体パターンの表面を絶縁するため、空芯コイル１２の形成面である樹脂フィルム（ベースフィルム）の上面に、他の樹脂フィルム（絶縁フィルム）を貼り付けて空芯コイル１２を挟み込むとよい。かかる絶縁フィルムにはベースフィルムと同様の樹脂材料を用いてもよいが、ベースフィルムのように耐食性や耐熱性が求められるものではないため異種材料を用いてもよい。

図２（ａ）に示す本実施形態については、ベースフィルム１７の上に導体パターンを渦巻状に形成し、さらにその上に図示しない絶縁フィルムを積層して空芯コイル１２が構成されている。

図１（ａ）に示すように、渦巻状の空芯コイル１２の最外端１２ａは、インダクタ１０の幅方向（同図左右方向）の一方側に引き出され、外部電極１６ａと電気的に接続されている。外部電極１６（１６ａ，１６ｂ）は、本実施形態のインダクタ１０をプリント基板などに実装するための端子電極である。したがって外部電極１６はインダクタ１０の表面より僅かに突出した厚さに形成される。

また、渦巻状の空芯コイル１２の最内端１２ｂには、図２（ｂ）に示すように導体１４が電気的に接続され、インダクタ１０の幅方向の他方側に設けられた外部電極１６ｂと最内端１２ｂとが導通されている（図１（ａ）を参照）。導体１４は、空芯コイル１２の短絡が生じないよう導体パターンに対して最内端１２ｂを除いては導通していない。したがって導体１４はベースフィルムまたは絶縁フィルムを介して導体パターンの反対側に設けられるとよい。また導体１４を最内端１２ｂと導通させるため、最内端１２ｂに相当する位置においてベースフィルムまたは絶縁フィルムをスルーホールして最内端１２ｂを露出させ、これに導体１４の一端を接続するとよい。導体１４の他端は上記のように外部電極１６ｂと接続される。

外部電極１６は、空芯コイル１２および導体１４がパターニングされたベースフィルム１７に対して、後述する異方性複合磁性シート２０などの他層が積層される前に予め装着されてもよく、または当該他層の積層後にベースフィルム１７に装着してもよい。本実施形態では、図３（ｆ）に示すように、異方性複合磁性シート２０をベースフィルム１７の上下面に積層した後、異方性複合磁性シート２０より露出したベースフィルム１７に外部電極１６を装着することとしている。これにより、複数個のインダクタ１０をいわゆる多面付けによって同時に作製する場合に、厚さ方向に突出した外部電極１６が異方性複合磁性シート２０の積層作業を阻害することがない。

なお本発明においては、空芯コイル１２の両端を外部電極１６ａ，１６ｂとそれぞれ接続することを目的として、ともに渦巻状に形成した二枚の導体パターンにより構成してもよい。すなわち最外端１２ａ同士がインダクタ１０の幅方向の左右逆側に位置するように、かつ最内端１２ｂ同士が一致するように二枚の導体パターンを重ね合わせて形成し、最内端１２ｂ同士を電気的に接続することにより一連の空芯コイル１２を作製してもよい。
この場合、二枚の導体パターン同士が短絡しないよう、導体パターンはベースフィルム１７を挟んで上下両側にそれぞれ配置し、最内端１２ｂにおいてベースフィルム１７をスルーホールさせて互いに接続するとよい。

ここで、一枚のベースフィルム１７上に渦巻状に形成される導体パターンの巻数には製造工程上の上限があることから、空芯コイル１２の巻数を所望に得ることを目的として、スルーホールを有する絶縁フィルムをそれぞれ挟んで複数の導体パターンを積層して空芯コイル１２を構成してもよい。かかる場合、積層された導体パターンの最下層および最上層にそれぞれ存在する空芯コイル１２の端部を、必要に応じて上記導体１４を介して、外部電極１６ａ，１６ｂと接続すればよい。

本発明の空芯コイル１２は平面内で渦巻状に形成されていることを特徴とするものである。ここでいう平面とは数学的に厳密な平面を構成するものである必要はなく、インダクタ１０全体を薄型に構成することができ、かつ空芯コイル１２自身に十分な可撓性が得られる限り、空芯コイル１２の厚さが導体パターンの線厚さの数倍以下に形成されている場合を「空芯コイル１２が平面内で渦巻状に形成されている」という。
なお、上記のように、複数の導体パターンを積層して空芯コイル１２を構成する場合における「空芯コイル１２が平面内で渦巻状に形成されている」とは、各導体パターンがそれぞれ上記定義における平面内で渦巻状に形成されていることを意味する。

渦巻状に形成された空芯コイル１２のうち、導体パターンよりも内側にあたる中芯部３０と、同じく外側にあたる外周部４０には、軟磁性金属粉末を樹脂材料中に分散させた複合磁性材料３２が充填されている。中芯部３０に複合磁性材料３２を充填することによって空芯コイル１２の磁束密度が向上し、外周部４０に該材料を充填することで、図１（ｂ）に矢印にて示すように、空芯コイル１２の発する磁束の閉磁路が形成されてインダクタ１０のインダクタンス値を向上させることができる。

図示のように平面視形状が矩形に構成された本実施形態のインダクタ１０の場合、外周部４０は、渦巻状の導体パターンの全周囲に沿って設けられても、矩形形状の四辺に設けられても、図示のように外部電極１６の設けられていない上下両辺に設けられてもよい。
中芯部３０や外周部４０に充填される複合磁性材料３２に分散させる軟磁性金属粉末の配向性については後述する。

上記（ア）または（イ）のように空芯コイル１２をベースフィルム１７に形成する場合、ベースフィルム１７は、空芯コイル１２の中芯部３０および外周部４０に相当する位置を切欠形成するとよい。本実施形態の場合、空芯コイル１２の最内端１２ｂよりも内側には矩形状の中芯部３０が設けられ、また矩形状のベースフィルム１７の上下辺に沿って空芯コイル１２の巻線部の外部には外周部４０が設けられる。したがって図２（ａ）に示すベースフィルム１７は、面央および上下辺に沿う位置が打ち抜かれて切欠１８が形成されている。

＜異方性複合磁性シートについて＞
本発明のインダクタ１０は、空芯コイル１２の上面または下面の少なくともいずれかに異方性複合磁性シート２０が積層されていることを特徴とする。図１（ｂ）に断面図を示す本実施形態のインダクタ１０においては、空芯コイル１２の上下両側に異方性複合磁性シート２０（２０ａ，２０ｂ）がともに積層されている。

異方性複合磁性シート２０は、長径方向と短径方向とを有する扁平状または針状の軟磁性金属粉末（異方性金属粉末）を樹脂材料中に分散させた複合磁性材料を、数十〜数百μｍ程度の厚さのシート状に成形したものである。
導電性の金属磁性膜を空芯コイル１２の上下面に積層したインダクタの場合は渦電流損失によるインダクタンス値のロスが懸念されるところ、複合磁性材料である異方性複合磁性シート２０を空芯コイル１２の上面および／または下面に積層する本発明の場合はかかる渦電流損失によるインダクタンス値のロスが生じない。

本発明のインダクタ１０においては、軟磁性金属粉末の長径方向が空芯コイル１２の面内方向に向けられており、異方性複合磁性シート２０の透磁率が、その面直方向よりも面内方向に大きくなっていることを更なる特徴とする。
かかる異方性複合磁性シート２０を空芯コイル１２の上面および／または下面に設けることにより、空芯コイル１２から発せられる磁束の主たる磁路を構成する当該上下面の透磁率が磁束の通過方向に高くなる。

軟磁性金属粉末としては、金属材料の扁平状または針状の粉末、具体的には鉄系多結晶金属である純鉄、鉄ニッケル合金、鉄コバルト合金もしくは鉄アルミ珪素合金や、アモルファス金属である鉄系アモルファス金属もしくはコバルト系アモルファス金属などの粉末を、一種または二種以上を混合して用いることができる。

軟磁性金属粉末としては、酸化鉄の焼結体であるフェライトを扁平状や針状に破砕してなる粉末を用いるよりも、上記金属材料を扁平状や針状に結晶成長させてなる粉末を用いることにより製造工程上のメリットがある。また扁平状または針状に形成された未焼成の生フェライト材料を後記の樹脂材料に混合し、これを焼成して軟磁性金属粉末としてのフェライト粉末を得た場合、樹脂材料の可撓性が失われるため好ましくない。
また、一般的には、フェライト系磁性材料よりも金属系磁性材料の方が、代表的な磁気特性の一つである最大飽和磁束密度が大きいため、コイル部品としたときの大出力化（大電流の印加）への対応に、より好適であるといえる。

本発明に用いる軟磁性金属粉末には長径方向と短径方向とがある。略球体状の粉末が一方向に縮んだものが扁平状であり当該一方向が短径方向にあたる。逆に略球体状の粉末が一方向に伸びたものが針状であり当該一方向が長径方向にあたる。
軟磁性金属粉末の平均的な短径に対する長径の長さは、原理的には１を超えていれば特に限定されないが、空芯コイル１２の磁路の透磁率を有意に向上してインダクタ１０のインダクタンス値を向上させるためにはこれを２．５以上、好ましくは１２以上とするとよい。

軟磁性金属粉末を分散させるバインダーとしての樹脂材料には、可撓性のエラストマーやプラストマー、具体的にはポリエステル系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリウレタン樹脂、セルロース系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、シリコン系樹脂、エポキシ系樹脂などを例示的に用いることができる。
このとき、複合磁性材料に用いる樹脂材料は、ガラス転移温度が−２０℃以下の樹脂であることが望ましく、特にシリコン系樹脂、架橋度の低いポリウレタン系樹脂やエポキシ系樹脂等、常温下でゴム弾性を有するものが好適に用いられる。これによりインダクタ１０は全体として弾性率が大幅に低下し、柔らかく、外力による変形に対応し、破損しにくいという利点がある。

かかる樹脂材料に対して軟磁性金属粉末を分散させるとともに、長径方向が異方性複合磁性シート２０のシート面内方向を向くよう、これを水平配向させる。
軟磁性金属粉末を水平配向させる方法として、以下の４通りの方法を例示する。
（あ）軟磁性金属粉末と、樹脂材料と、溶剤とを混合してスラリーを作製し、ドクターブレードを用いてスラリーをシート状に伸ばしながら基板上に薄膜化し、さらにかかる薄膜を常温プレスすることで、軟磁性金属粉末の長軸方向をシート面内方向にならすドクターブレード法。
（い）軟磁性金属粉末と、樹脂材料と、溶剤とを混合してスラリーを作製し、これを基板上に孔版印刷（スクリーン印刷）によって薄膜化し、さらにかかる薄膜を常温プレスすることで、軟磁性金属粉末の長軸方向をシート面内方向にならすスクリーン印刷法。
（う）軟磁性金属粉末と、樹脂材料と、溶剤とを混合してスラリーを作製し、これを基板上にスプレー塗布して極薄化することにより軟磁性金属粉末を横倒しにし、かかるスプレー塗布を繰り返すことで所望の厚さの薄膜を得たうえ、さらにかかる薄膜を常温プレスするスプレー塗布法。
（え）軟磁性金属粉末と樹脂材料とを、樹脂材料の溶融温度以上の加熱条件下で混練し、さらにこれを基板上に加熱プレスすることで軟磁性金属粉末を水平配向させる加熱プレス法。

上記（あ）〜（う）に用いる溶剤としては、キシレン、トルエン、ＩＰＡ（イソプロピルアルコール）等を用いることができる。溶剤に対する軟磁性金属粉末および樹脂材料の混合比率を増減させてスラリーの粘度を調整することにより、上記（あ）〜（う）の各方法において軟磁性金属粉末の水平配向能を調整できることが本発明者の検討により明らかとなっている。また軟磁性金属粉末の長径／短径比（アスペクト比）を増減させることによって、上記（あ）〜（え）の各方法において軟磁性金属粉末の水平配向能を調整できることも明らかとなっている。

また上記（あ）〜（う）のうち、特に（い）のスクリーン印刷法において軟磁性金属粉末の水平配向が十分に得られない場合、基板水平方向に外部磁場を印加することで、軟磁性金属粉末の長径方向が磁場印加方向を向きやすくなり、したがって該粉末の水平配向が促進する。

本実施形態のインダクタ１０の作製にあっては、上記いずれかの方法で作製された異方性複合磁性シート２０ａ，２０ｂをまず用意しておく。
つぎに、一方の異方性複合磁性シート２０（２０ｂ）の上に、空芯コイル１２を備えるベースフィルム１７を載置する（図２（ｃ））。
空芯コイル１２を構成するベースフィルム１７の切欠１８に、軟磁性金属粉末を樹脂材料中に分散させた複合磁性材料３２を充填する（図３（ｄ））。
さらに空芯コイル１２の上に他方の異方性複合磁性シート２０（２０ａ）を載置し、これらを熱プレスにより互いに熱融着させて一体化する（図３（ｅ））。
異方性複合磁性シート２０ａより露出したベースフィルム１７に外部電極１６ａ，１６ｂを装着し、空芯コイル１２の最外端１２ａおよび導体１４とそれぞれ電気的に接続させることにより、インダクタ１０が作製される。

異方性複合磁性シート２０に分散させる異方性金属粉末には、扁平状または針状のうち、扁平状の粉末を用いることがより好ましい。これは、空芯コイル１２から発せられた磁束が、空芯コイル１２の中央から放射方向に異方性複合磁性シート２０の面内を通過することから、異方性複合磁性シート２０は面内方向には等方性の透磁率を有していることが好ましいところ、長径方向が略円形状である扁平状の異方性金属粉末を水平配向させるだけでかかる面内等方状態が得られるためである。これに対し針状の異方性金属粉末を用いて異方性複合磁性シート２０を作製する場合、外部磁場の負荷方向を空芯コイル１２の中央から放射方向とするなどして、針状の該粉末を放射方向に水平配向させる必要がある。

このようにして得られた異方性複合磁性シート２０は、その面内方向の実効透磁率が、面直方向の実効透磁率に対して２倍以上、好ましくは３倍以上であるとよい。各方向の実効透磁率に２倍以上の差を設けることにより、空芯コイル１２より面直方向に放射された磁束が異方性複合磁性シート２０を面直に空過することが抑えられ、異方性複合磁性シート２０の面内、および外周部４０を通じたコ字状の磁路を経由して磁束が空芯コイル１２に還流される。

図１（ｂ）に断面図を示す本実施形態のインダクタ１０の場合、中芯部３０および外周部４０に充填される複合磁性材料中に分散された軟磁性金属粉末は、異方性複合磁性シート２０と同様に扁平状または針状であり、かつ水平配向している。換言すると、空芯コイル１２の放射する磁束が中芯部３０や外周部４０を通過する方向（図中上下方向）に対し、軟磁性金属粉末の配向方向はこれと交差する方向（図中左右方向）である。

上述のように空芯コイル１２の厚み方向の上端から放射された磁束は、まず異方性複合磁性シート２０の面内方向に曲げられて、同図の上方向への磁束の放散が抑制される。一方、上述のようにインダクタ１０は厚み寸法に比べて平面寸法が十分に大きいことから、異方性複合磁性シート２０と外周部４０との接触面積は十分に確保されている。したがって外周部４０に存在する軟磁性金属粉末の配向方向によらず、異方性複合磁性シート２０から外周部４０に磁束は良好に流れ込み、空芯コイル１２の下端へと還流されることとなる。これは、たとえ軟磁性金属粉末が水平配向していたとしても外周部４０に充填された複合磁性材料の透磁率は空気のそれよりも十分に高く、かつ上記のように異方性複合磁性シート２０と外周部４０との接触面積が十分に確保されているため、異方性複合磁性シート２０内を面内方向に通過した磁束がそのまま空気中に放散される比率は低いためである。

中芯部３０についても同様である。すなわち一般に複合磁性材料３２は軟磁性金属粉末の配向方向によらず空気よりも透磁率が高いため、これを中芯部３０に充填することにより、空芯コイル１２の磁束密度を向上させる効果が得られる。

本発明においては、中芯部３０および外周部４０に充填する複合磁性材料３２に分散させる軟磁性金属粉末の配向の有無および配向方向についても以下のように調整することにより、インダクタ１０のインダクタンス値をさらに向上させることができる。

＜等方性複合磁性材料について＞
図４（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ本発明の第二〜第四の実施形態にかかるインダクタ１０のＢ−Ｂ断面（図１（ａ）を参照）の模式図である。各実施形態のインダクタ１０は、空芯コイル１２の中芯部３０および／または外周部４０の少なくともいずれかに等方性複合磁性材料３５が充填されていることを特徴とするものである。具体的には、図４（ａ）に示す第二実施形態の場合、中芯部３０に等方性複合磁性材料３５が充填され、同図（ｂ）に示す第三実施形態の場合、外周部４０に等方性複合磁性材料３５が充填され、同図（ｃ）に示す第四実施形態の場合、中芯部３０および外周部４０に等方性複合磁性材料３５が充填されている。第二および第三実施形態において、等方性複合磁性材料３５が充填されない中芯部３０または外周部４０については、異方性金属粉末が樹脂材料中で水平配向した複合磁性材料３２が充填されている。
また各図において、空芯コイル１２の上端より磁束が発せられた場合の磁路を矢印にて示す。

等方性複合磁性材料３５は、等方形状の軟磁性金属粉末（等方性金属粉末）を樹脂材料に分散させたものである。異方性複合磁性シート２０とは軟磁性金属粉末の粒子形状が異なるほかは、異方性金属粉末の材料、バインダーとしての樹脂材料、これらを混合させる溶剤とも、上記異方性複合磁性シート２０を構成する材料として例示したものの中から一種または二種以上を混合して用いることができる。
かかる金属粉末の粒子形状は略球体状であって、その平均的な形状としては、短径に対する長径の比が２未満であることが好ましい。

等方性複合磁性材料３５については、等方性金属粉末を所定方向に配向させる必要がないため、等方性金属粉末と樹脂材料とを溶剤に混合して均一に撹拌してなるスラリーを中芯部３０および／または外周部４０にディスペンサで充填すればよい。

第二〜第四実施形態の場合、インダクタ１０の厚み方向に磁束が通過する磁路を構成する中芯部３０や外周部４０に等方性複合磁性材料３５を充填することにより、図１（ｂ）に示す第一実施形態に比べ、中芯部３０や外周部４０における透磁率が向上し、インダクタ１０のインダクタンス値をさらに向上させることができる。また等方性金属粉末を樹脂材料に均一に分散させるだけで容易に等方性複合磁性材料３５を得ることができるという作製上のメリットがある。

本発明においてはさらに、中芯部３０や外周部４０に充填する複合樹脂材料に分散させる軟磁性金属粉末を垂直配向させることにより、該粉末の長径方向と磁束の通過方向とが一致し、インダクタ１０のインダクタ値を更に向上させることができる。

図５（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ本発明の第五〜第七の実施形態にかかるインダクタ１０のＢ−Ｂ断面（図１（ａ）を参照）の模式図である。各実施形態のインダクタ１０は、空芯コイル１２の中芯部３０および／または外周部４０の少なくともいずれかに、異方性金属粉末が樹脂材料中で垂直配向した状態で分散されてなる異方性複合磁性材料３７が充填されていることを特徴とするものである。具体的には、図５（ａ）に示す第五実施形態の場合、中芯部３０に異方性複合磁性材料３７が充填され、同図（ｂ）に示す第六実施形態の場合、外周部４０に異方性複合磁性材料３７が充填され、同図（ｃ）に示す第七実施形態の場合、中芯部３０および外周部４０に異方性複合磁性材料３７が充填されている。第五および第六実施形態において、異方性複合磁性材料３７が充填されない中芯部３０または外周部４０については、異方性金属粉末が樹脂材料中で水平配向した複合磁性材料３２が充填されている。
また各図において、空芯コイル１２の上端より磁束が発せられた場合の磁路を矢印にて示す。

＜異方性複合磁性材料について＞
異方性複合磁性材料３７は、扁平状または針状の軟磁性金属粉末（異方性金属粉末）を樹脂材料中で垂直配向させた状態で分散させたものである。異方性複合磁性シート２０とは異方性金属粉末の配向方向が異なるほかは、異方性金属粉末の材料および粒子形状、バインダーとしての樹脂材料、これらを混合させる溶剤とも、上記異方性複合磁性シート２０を構成する材料として例示したものの中から一種または二種以上を混合して用いることができる。

異方性金属粉末を樹脂材料中で垂直配向させる方法としては、以下を例示する。
（i）異方性金属粉末と、樹脂材料と、溶剤とを混合してスラリーを作製し、これを基板上に所定膜厚で塗布して薄膜化し、さらにかかる薄膜に対して基板面直方向の強制磁場を負荷することで異方性金属粉末の長径方向を基板面直方向に向ける塗膜法。
（ii）異方性金属粉末と、樹脂材料と、溶剤とを混合してスラリーを作製し、これを面直方向の強制磁場環境下で基板上にスプレー塗布して極薄化することにより異方性金属粉末を立たせ、かかるスプレー塗布を繰り返すことで所望の厚さの薄膜を得たうえ、さらにかかる薄膜を常温プレスするスプレー法。

異方性複合磁性材料３７に分散させる異方性金属粉末の粒子形状は、扁平状であっても針状であってもよい。磁束が面直方向に通過する中芯部３０および外周部４０については面内方向の透磁率に等方性は不要であるため、扁平状または針状のいずれの粒子を用いる場合も基板面直方向の強制磁場の負荷によって該粒子を垂直配向させればよいためである。

第五〜第七実施形態の場合、インダクタ１０の厚み方向に磁束が通過する磁路を構成する中芯部３０や外周部４０に異方性複合磁性材料３７を充填することにより、図４各図に示す第二〜第四実施形態に比べ、中芯部３０や外周部４０における透磁率、およびインダクタ１０のインダクタンス値をさらに向上させることができる。

本発明のさらなる変形態様として、中芯部３０または外周部４０の一方には等方性金属粉末を樹脂材料中に分散させた等方性複合磁性材料３５を充填し、他方には異方性金属粉末を樹脂材料中で垂直配向させた状態で分散させた異方性複合磁性材料３７を充填してもよい。

図６（ａ）は本発明の第八実施形態にかかるインダクタ１０のＢ−Ｂ断面（図１（ａ）を参照）の模式図であり、中芯部３０に異方性複合磁性材料３７が充填され、外周部４０に等方性複合磁性材料３５が充填されていることを特徴とする。また図６（ｂ）は本発明の第九実施形態にかかるインダクタ１０のＢ−Ｂ断面（図１（ａ）を参照）の模式図であり、中芯部３０に等方性複合磁性材料３５が充填され、外周部４０に異方性複合磁性材料３７が充填されていることを特徴とする。

特に上記第八実施形態のように、空芯コイル１２の内側を上下方向に磁束が通過する中芯部３０において軟磁性金属粉末の長径方向を面直方向とすることにより、これを等方性複合磁性材料３５で充填する第四実施形態（図４（ｃ）を参照）よりも空芯コイル１２の磁束密度をさらに増大させ、インダクタ１０のインダクタンス値を向上させることができる。

図１（ｂ）に断面図を示す第一実施形態、図４（ａ）に断面図を示す第二実施形態、同図（ｂ）に断面図を示す第三実施形態、同図（ｃ）に断面図を示す第四実施形態、図５（ｃ）に断面図を示す第七実施形態、にかかるインダクタ１０について、インダクタンス値［μＨ］および直流重畳特性［Ａ］をそれぞれシミュレートした。また比較例として、図７に断面図を示すように、空芯コイル１２の上下面に積層される複合磁性シート２１には等方性金属粉末を分散し、さらに中芯部３０および外周部４０にはともに等方性複合磁性材料３５を充填してなるインダクタ１１について、同様にインダクタンス値と直流重畳特性をシミュレートした。

異方性複合磁性シート２０および異方性複合磁性材料３７については、異方性金属粉末の長径方向（配向方向）の実効比透磁率は３０［−］、短径方向の実効比透磁率は５［−］とした。また等方性の複合磁性シート２１および等方性複合磁性材料３５の実効比透磁率は方向によらず１０［−］とした。
ここで、実効比透磁率とは、実効透磁率を真空の透磁率（μ_０＝４π×１０^−７Ｈ／ｍ）で割った値である。
また中芯部３０の直径を１［ｍｍ］、空芯コイル１２の巻線部の幅を１［ｍｍ］、外周部４０の幅を３［ｍｍ］とし、インダクタ１０，１１は上記各断面形状の回転対称形状に構成されているものとした。
また異方性複合磁性シート２０、空芯コイル１２、中芯部３０および外周部４０の厚さはいずれも３００［μｍ］とした。
かかる条件にて求まるインダクタンス値と直流重畳特性のシミュレーション結果を下表１に示す。インダクタンス値に関し、括弧内は比較例を１００とした場合の比率を表す。

（表１）

第一実施形態および比較例の対比により、本発明のインダクタ１０は、空芯コイル１２の上下面に積層される複合磁性シートに分散される軟磁性金属粉末を等方性から水平配向に変えることにより、インダクタンス値を飛躍的に向上させることができることがわかった。
また第二、第三、第四実施形態の結果より、中芯部３０や外周部４０に充填される軟磁性金属粉末を水平配向から等方に変えることによりさらなるインダクタンス値の向上が認められ、更に第七実施形態の結果より、中芯部３０や外周部４０に充填される軟磁性金属粉末を垂直配向に変えることによりさらなるインダクタンス値の向上が認められた。

（ａ）は第一実施形態にかかるインダクタ１０の平面図であり、（ｂ）はそのＢ−Ｂ断面を示す模式図である。 本実施形態のインダクタ１０の製造工程を示す平面図であり、（ａ）はベースフィルム１７上に空芯コイル１２が形成された状態、（ｂ）は空芯コイル１２に導体１４が接続された状態、（ｃ）は空芯コイル１２を備えるベースフィルム１７を異方性複合磁性シート２０ｂに載置した状態である。 本実施形態のインダクタ１０の製造工程を示す平面図であり、（ｄ）はベースフィルム１７の切欠１８に複合磁性材料３２を充填した状態、（ｅ）は空芯コイル１２の上に異方性複合磁性シート２０ａを載置して両者を一体化した状態、（ｆ）はベースフィルム１７に外部電極１６を装着した状態である。 （ａ）は第二の実施形態、（ｂ）は第三の実施形態、（ｃ）は第四の実施形態にかかるインダクタの断面模式図である。 （ａ）は第五の実施形態、（ｂ）は第六の実施形態、（ｃ）は第七の実施形態にかかるインダクタの断面模式図である。 （ａ）は第八の実施形態、（ｂ）は第九の実施形態にかかるインダクタの断面模式図である。 比較例にかかるインダクタの断面模式図である。

符号の説明

１０ インダクタ
１２ 空芯コイル
１６ 外部電極
１７ ベースフィルム
２０ 異方性複合磁性シート
３０ 中芯部
３２ 複合磁性材料
３５ 等方性複合磁性材料
３７ 異方性複合磁性材料
４０ 外周部

Claims (3)

1. 平面内で渦巻状に形成された空芯コイルの上面および／または下面の少なくともいずれかに、長径方向と短径方向とを有する扁平状または針状の軟磁性金属粉末を樹脂材料中に分散させてなる異方性複合磁性シートが積層された可撓性のコイル部品であって、
   前記軟磁性金属粉末の長径方向が、前記空芯コイルの面内方向を向いていることを特徴とするコイル部品。
2. 空芯コイルの中芯部および／または外周部の少なくともいずれかに、等方形状の軟磁性金属粉末を樹脂材料中に分散させてなる等方性複合磁性材料が充填されていることを特徴とする請求項１に記載のコイル部品。
3. 空芯コイルの中芯部および／または外周部の少なくともいずれかに、長径方向と短径方向とを有する扁平状または針状の軟磁性金属粉末を樹脂材料中に分散させてなる異方性複合磁性材料が充填されてなる請求項１に記載のコイル部品であって、
   前記異方性複合磁性材料に分散した軟磁性金属粉末の長径方向が、前記空芯コイルの面直方向を向いていることを特徴とするコイル部品。

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