JP5451791B2 - 積層インダクタ - Google Patents

Description

本発明は積層インダクタに関する。

近年、電子機器の小型化、マルチバンド化にともない、積層インダクタには小型化、高Ｑ化、インダクタンス値の狭ステップ、狭偏差が望まれている。従来、積層インダクタは複数のスクリーンマスクから得られる複数の導体パターン、あるいは、同一スクリーンマスクをシフトさせることにより得られる複数の導体パターン、を組み合わせてコイルを形成してきた。積層インダクタが小型化すると、コイルのコア面積が減少し、インダクタンス値が低下すると共に、磁束の通りが悪くなるためインダクタのＱ値が低下してきている。図６は従来技術による積層インダクタの一例の模式分解図であり、絶縁体層Ａ２２〜Ａ２９、Ａ２１０〜Ａ２１３にそれぞれ所定形状の導体パターンＢ２１〜Ｂ２９、Ｂ２１０〜Ｂ２１２が形成され、これらをビアホール導体Ｃ２１〜Ｃ２９、Ｃ２１０〜２１５が電気的に接続することにより、積層体中にスパイラル状に形成されたコイル導体を備える積層インダクタが構成される。

特許文献１によれば、２重導体パターンを形成する同形状の導体パターンを有し積み重ねられた２枚のフェライトシートの組がさらに複数組積み重ねられ、隣接する該組の該導体パターン同士が相互に直交する位置において柱状のスルーホールによって接続されてらせん状に周回する２重コイル導体が形成されている。図６の構成や特許文献１の構成によれば、コイル線を平行に配置、結合することによって、直流抵抗値の上昇を防ぎつつ、高Ｑ値が実現されるとのことである。

特開２００１−３５８０１６号公報

特許文献１や図６の構成では、平行線を用いたコイル形成を行うことによってコイル長が大きくなり、取得インダクタンス値が小さくなってしまう。本発明の目的は、高インダクタンス値を確保しながら、高Ｑ値の積層インダクタを提供することである。

本発明者らが鋭意検討した結果、以下の内容の本発明を完成した。
本発明の積層インダクタは複数の絶縁体層からなる積層体と、前記積層体の内部にスパイラル状に形成されたコイル導体とを備える。このコイル導体は外部電極と電気的に接続される引出部を有し、コイル導体のうち引出部以外をコイル本体と呼ぶ。このコイル導体は絶縁体層に形成された導体パターンと、絶縁体層を貫通し複数の導体パターンを電気的に接続するビアホール導体と、を有する。一部の絶縁体層に形成された導体パターンは略矩形状の４つの頂点を含み一辺の一部を欠くＣ字状パターンである。他の一部の絶縁体層に形成された導体パターンは前記略矩形状における前記Ｃ字状パターンにて欠けた一辺の一部に相当するＩ字状パターンである。コイル本体はＣ字状パターンとＩ字状パターンとビアホール導体のみで構成される。コイル本体はＣ字状パターンが２層以上連続して積層される部分構造を有しており、コイル本体におけるＣ字状パターンの個数はＩ字状パターンの個数よりも多い。

好ましくは、コイル導体の引出部とコイル本体とが複数本の並列したビアホール導体によって電気的に接続される。別途、好ましくは、Ｉ字状パターンの長さが前記略矩形状の４辺の長さの合計の３０％以下である。

本発明によれば、高インダクタンス値と高Ｑ値との両立が図られる。具体的には、Ｃ字状パターンにより、積層体の大きさに対して比較的に大きい略矩形状のコア面積を確保することができるとともにＩ字状パターンの数が少ないことからコイル長さを抑制することができるため、高インダクタンス値が実現する。さらに、Ｃ字状パターンを複数枚並列に積層することにより抵抗値が下がるため高Ｑ値も実現する。

本発明による積層インダクタの一例の模式分解図である。 本発明による積層インダクタの一例の模式斜視透視図である。 本発明による積層インダクタの他の一例の模式分解図である。 本発明による積層インダクタのさらに他の一例の模式分解図である。 実施例及び比較例のインダクタンス値およびＱ値のプロットである。 従来技術による積層インダクタの一例の模式分解図である。

以下、図面を適宜参照しながら本発明を詳述する。但し、本発明は図示された態様に限定されるわけでなく、また、図面においては発明の特徴的な部分を強調して表現することがあるので、図面各部において縮尺の正確性は必ずしも担保されていない。

本発明の積層インダクタは複数の絶縁体層からなる積層体と、前記積層体の内部にスパイラル状に形成されたコイル導体とを備える。図１は本発明による積層インダクタの一例の模式分解図である。絶縁体層Ａ２〜Ａ１３には導体パターンＢ１〜Ｂ１２が形成されている。異なる絶縁体層に形成された導体パターンはビアホール導体Ｃ１〜Ｃ１８によって相互に電気的に接続されており、これらビアホール導体Ｃ１〜Ｃ１８は少なくとも１層の絶縁体層を貫通している。図面中、黒丸で表現する箇所においてビアホール導体が絶縁体層を貫通している。導体パターンＢ１〜Ｂ１２とビアホール導体Ｃ１〜Ｃ１８によってスパイラル状に形成されたコイル導体が構成される。

図２は本発明による積層インダクタの一例の模式斜視透視図である。上述した、複数の絶縁体層からなる積層体１２の両端に外部電極Ｄ１およびＤ２が形成されている。図１における導体パターンＢ１、Ｂ２およびＢ１１、Ｂ１２（図２では描写を省略）は、絶縁体層からなる積層体の端部にまで達しており、図２に描写された外部電極Ｄ１およびＤ２にそれぞれ電気的に接続されている。本発明では、これら外部電極への電気的な接続のための導体パターンを引出部と呼ぶ。引出部以外の導体パターンおよびビアホール導体をコイル本体と呼ぶ。図１の態様では、導体パターンＢ４〜Ｂ９およびビアホール導体Ｃ５〜Ｃ１３がコイル本体を構成する。

本発明によれば、コイル本体は後述するＣ字状パターンとＩ字状パターンとビアホール導体のみから構成され、さらに、Ｃ字状パターンとＩ字状パターンの配置および枚数に特徴がある。

Ｃ字状パターンは、略矩形状の４つの頂点を含み、かつ、当該略矩形状の一辺の一部を欠く導体パターンである。図１の態様では、Ｃ字状パターンは符号Ｂ４、Ｂ５、Ｂ８、Ｂ９で表される。略矩形状には、図１のような矩形状のものや、楕円形状のものなど矩形近似可能な形状が包含される。Ｃ字状パターンが略矩形状の４つの頂点を含むということは、図１の場合のように、４つの頂点を含む場合や、略矩形状が明確な頂点を持たない場合における矩形近似したときに頂点であると認識しうる箇所を含む場合を含む。Ｃ字状パターンは略矩形状の一辺の一部を欠く。このように、Ｃ字状パターンはコア面積の大部分を規定する。

Ｉ字状パターンは、略矩形状におけるＣ字状パターンにて欠けた一辺の一部に相当する。図１の態様では、Ｉ字状パターンは符号Ｂ７で表される。略矩形状の実際の形状に適合して、Ｉ字状パターンは、図１に示すような直線であってもよいし、あるいは、楕円形状の一部をなす曲線状であってもよい。好ましくは、Ｉ字状パターンの長さが略矩形状の４辺の長さの合計の３０％以下であり、より好ましくは１０〜２０％である。換言すると、Ｉ字状パターンの長さは、Ｃ字状パターンの長さの好ましくは３／７以下である。なお、本発明の効果を損なわない限り、Ｉ字状パターンの長さをＣ字状パターンにて欠けた部分の長さよりも長くして電気的接続をより確実にしてもよい。

本発明によれば、コイル本体に含まれる導体パターンは以下の要件を充足する。
（１）導体パターンはＣ字状パターンとＩ字状パターンのみである。
（２）Ｃ字状パターンが並列に２層以上積層する箇所が少なくとも１つはある。
（３）Ｃ字状パターンの個数の方がＩ字状パターンの個数よりも多い。

上記のことから、必然的に、少なくとも１箇所において、Ｃ字状パターンが形成された絶縁体層とＩ字状パターンが形成された絶縁体層とが隣接することになる。これにより、１ターンの略矩形状のコイルが構成される。このとき、Ｃ字状パターンがコア面積を主として確定するので、コア面積の精度の大部分はＣ字状パターンの形成精度（印刷精度等）に依存するのであって、隣接する他のパターンの精度や積層時の位置精度などはコア面積の精度に殆ど影響しなくなる。本発明による積層インダクタ１０では、インダクタンス値の変化を低減できる。一般に、インダクタンス値Ｌは、コイル長をl、コア面積をＳとしたとき、（Ｓ／ｌ）に比例する。このため、コア面積Ｓのバラツキが小さい積層インダクタ１０では、インダクタンス値変化が小さくなる。このため、積層インダクタ全体としてコア面積の精度が向上させやすくなり、インダクタンスのバラツキを小さくすることができる。

また、絶縁体層の大きさを有効に活用してＣ字状パターンを構成することにより、コア面積を広くすることができるため、絶縁体層の大きさ、すなわち、積層インダクタのサイズに対して、インダクタンス値そのものを大きくすることも可能である。また、Ｉ字状パターンの数が相対的に少ないことはコイル長が短くなることを意味し、その観点からもインダクタンス値の向上を期することができる。

積層インダクタのＱ値は、インダクタンス値をＬ、周波数をｆ、抵抗値をＲとするとき、（２πｆＬ／Ｒ）に比例する。このため、上述のようにＬ値が大きくなり、また、Ｉ字状パターンが短いことからＲ値の低減も期待されることから、Ｑ値の向上も同時に期することができる。

図１の態様では４つのＣ字状パターンと１つのＩ字状パターンとで２ターンのコイル導体を構成している。ここで、Ｃ字状パターンは２つずつが並列に接続されている。この態様を「Ｃ−Ｃ−Ｉ−Ｃ−Ｃ」と記載する。図３は、本発明による積層インダクタの他の一例の模式分解図である。図３の態様では、上記の表記に倣うと、コイル本体は「Ｉ−Ｃ−Ｃ−Ｉ−Ｃ−Ｃ−Ｉ」という積層になっている。図４は、本発明による積層インダクタのさらに他の一例の模式分解図である。図４の態様でも、同様に、コイル本体は「Ｉ−Ｃ−Ｃ−Ｉ−Ｃ−Ｃ−Ｉ」という積層になっている。本発明によれば、これら以外の積層の態様であってもよく、例えば、Ｃ字状パターンが３層以上並列に積層されていたり、部分的にＩ字状パターンが積層されていてもよい。

なお、図４の態様では、コイル導体の引出部とコイル本体とが複数本の並列したビアホール導体によって電気的に接続されている。この態様では上述した抵抗値Ｒをさらに小さくすることができ、それによるＱ値の向上が期待される。

以下、より具体的な実施態様を説明するが、この説明は本発明を限定するものではない。ここで、積層インダクタ１０の積層方向をｚ軸方向と定義し、積層インダクタ１０の短辺に沿った方向をx軸方向と定義し、積層インダクタ１０の長辺に沿った方向をy軸方向と定義する。ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸は互いに直交している。積層インダクタ１０は、積層体１２および外部電極Ｄ１、Ｄ２を備えている。外部電極Ｄ１、Ｄ２はそれぞれ、コイル導体に電気的に接続されており、ｚ軸方向に延在し、かつ、互いに対向している積層体１２の側面に設けられている。本実施形態では、外部電極Ｄ１、Ｄ２は、y軸方向の両端に位置する２つの側面を覆うように設けられている。図１に記載する態様の場合、積層体１２は、絶縁体層Ａ１〜Ａ１５がｚ軸方向に積層されて構成されている。絶縁体層Ａ１〜Ａ９は、この態様ではガラスを主成分とする素材により作製されており、長方形状を有している。コイル導体は旋廻しながらｚ軸方向に進行するスパイラル状であり、導体パターンＢ１〜Ｂ１２及びビアホール導体Ｃ１〜Ｃ１８を含んでいる。導体パターンＢ１〜Ｂ１２はそれぞれ、絶縁体層Ａ２〜Ａ１３の主面上に形成されており、絶縁体層Ａ１、Ａ１４、Ａ１５と共に積層されている。各導体パターンは、Ａｇに例示される導電性材料からなる。導体パターンＢ１、Ｂ５は引出部である。並列に接続された導体パターンＢ１、Ｂ２、同様に並列に接続されたコイル導体Ｂ１１、Ｂ１２はそれぞれ、外部電極Ｄ１、Ｄ２に接続されている。Ｃ字状の導体パターンＢ４、Ｂ５は互いに並列に接続されており、互いに並列に接続されたＣ字状の導体パターンＢ９、Ｂ１０と、Ｉ字状の導体パターンＢ７を介して接続されている。さらに導体パターンＢ２とＢ４、導体パターンＢ９とＢ１１とが接続されることにより、外部電極Ｄ１、Ｄ２が電気的に接続されている。なお、各導体パターンはビアホール導体Ｃ１〜Ｃ１８によりそれぞれ接続されている。

上述した図３に示す態様では、並列に接続された導体パターンＢ２１、Ｂ２２が引出部を構成し、この引出部と並列に接続されたＣ字状の導体パターンＢ４、Ｂ５との間は１層のみのＩ字状の導体パターンＢ３を介して接続される。更に、並列に接続された導体パターンＢ２３、Ｂ２４と並列に接続された導体パターンＢ８、Ｂ９との間が導体パターンＢ１０を介して接続されている。図４に示す態様では、並列に接続された導体パターンＢ１、Ｂ２が引出部を構成し、この引出部と並列に接続された導体パターンＢ４、Ｂ５との間は導体パターンＢ３を介して接続される。更に、並列に接続された導体パターンＢ１１、Ｂ１２と並列に接続された導体パターンＢ８、Ｂ９との間がコイル導体Ｂ１０を介して接続されている。図４の態様では、引出部とコイル本体とを電気的に接続するビアホール導体Ｃ１〜Ｃ４およびＣ１５〜Ｃ１８は２本ずつ並列している。

ここで、絶縁体層はガラスを主成分とした素材の他、フェライト、誘電体セラミックス、軟磁性合金粉末を用いた磁性体、あるいは磁性体を混合した樹脂等を用いてもよい。

このような積層インダクタの典型的な製法を図１の態様を例に説明する。本発明はこの製法に限定されない。絶縁体層Ａ１〜Ａ１５の前駆体である絶縁性材料グリーンシートを複数用意する。グリーンシートは、ガラス等を主原料とする絶縁性材料スラリーをドクターブレード法等によりフィルム上に塗布することで形成される。グリーンシートの厚みは特に限定なく、好ましくは５〜３０μｍであり、例えば１８μｍである。絶縁体層Ａ２〜Ａ１２となる絶縁性材料グリーンシートの所定の位置、すなわちビアホール導体Ｃ１〜Ｃ１８が形成される予定の位置に、レーザー加工等によってスルーホールをそれぞれ形成する。そして、導体パターンＢ１〜Ｂ１２の前駆体である導電性ペーストを、絶縁体層Ａ２〜Ａ１２となる絶縁性材料グリーンシートのそれぞれの所定の位置に、スクリーンマスク等にて印刷する。導電性ペーストの主成分としては、銀、銅等の金属などが挙げられる。

続いて、絶縁体層Ａ１〜Ａ１５となる絶縁性材料グリーンシートを図１に示される順序に従って積層し、積層方向に圧力を加えて絶縁性材料グリーンシートを圧着する。そして、この圧着した絶縁性材料グリーンシートをチップ単位に切断した後に、所定温度（例えば、８００℃〜９００℃程度）にて焼成を行い、積層体１２を形成する。続いて、この積層体１２に外部電極Ｄ１、Ｄ２を形成する。これにより、電子部品１０が形成されることとなる。外部電極Ｄ１、Ｄ２は、積層体１２の長手方向の両端面にそれぞれ銀や銅などを主成分とする電極ペースト塗布して、所定温度（例えば、６８０℃〜９００℃程度）で焼き付けを行い、さらに電気めっきを施すことにより形成される。この電気めっきとしては、Ｃｕ、Ｎｉ及びＳｎ等を用いることができる。以上の工程を経て積層インダクタ１０が完成する。

本発明の効果をより明確なものとするために行った製作・測定の結果を以下に説明する。具体的には、図１に示す構造を有する実施例の積層インダクタ、図６に示す構造を有する比較例の積層インダクタを製造した。比較例では、全ての導体パターンが２つずつ同じ形状を有するもの同士で並列に接続された構造を有している。実施例では、並列に接続された２枚のＣ字状パターンとＣ字状パターンの途切れた部分を接続する１枚のＩ字状パターンを接続することで、１ターンのコイルが形成される。得られた電子部品は比較例、実施例とも一周回長（略矩形状の４辺の長さの合計）が１．０６ｍｍ、１．００ｍｍ、０．９４ｍｍの３種類ずつであり、Ｉ字状パターンの長さはいずれも０．１４ｍｍであった。積層インダクタのサイズは、０．６ｍｍ×０．３ｍｍ×０．３ｍｍであり、コイル導体は、５０μｍの線幅、８μｍの厚みを有する銀電極にした。

上記３種類ずつの実施例、比較例の積層インダクタについて、５００ＭＨｚにおけるインダクタンス値と１８００ＭＨｚにおけるＱ値を測定した。図６は実施例及び比較例において測定されたインダクタンス値およびＱ値のプロットである。積層インダクタのサイズおよびコイル導体の１ターンの長さは実施例と比較例とで同じであるにもかかわらず、実施例の方がインダクタンス値およびＱ値がいずれも比較例より高かった。

１０ 積層インダクタ、Ａ１〜Ａ１５ 絶縁体層、Ｂ１〜Ｂ１２ 導体パターン、Ｃ１〜Ｃ１８ ビアホール導体、Ｄ１、Ｄ２ 外部電極。

Claims (3)

1. 複数の絶縁体層からなる積層体と、前記積層体の外側に形成された外部電極と、前記積層体の内部にスパイラル状に形成されたコイル導体とを備え、前記コイル導体は外部電極と電気的に接続される引出部と引出部以外のコイル本体とを有し、
   前記コイル導体は絶縁体層に形成された導体パターンと絶縁体層を貫通し複数の導体パターンを電気的に接続するビアホール導体とを有し、
   一部の絶縁体層に形成された導体パターンは略矩形状の４つの頂点を含み一辺の一部を欠くＣ字状パターンであり、他の一部の絶縁体層に形成された導体パターンは前記略矩形状における前記Ｃ字状パターンにて欠けた一辺の一部に相当するＩ字状パターンであり、
   前記コイル本体を構成する導体パターンは前記Ｃ字状パターンと前記Ｉ字状パターンのみであり、
   前記コイル本体はＣ字状パターンが２層以上連続して積層される部分構造を有し、
   前記コイル本体におけるＣ字状パターンの個数はＩ字状パターンの個数よりも多い、
   積層インダクタ。
2. 前記コイル導体の引出部とコイル本体とが複数本の並列したビアホール導体によって電気的に接続されている請求項１記載の積層インダクタ。
3. 前記Ｉ字状パターンの長さが前記略矩形状の４辺の長さの合計の３０％以下である請求項１又は２記載の積層インダクタ。

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