WO2026009653A1 - コイル素子およびその製造方法 - Google Patents
コイル素子およびその製造方法Info
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- WO2026009653A1 WO2026009653A1 PCT/JP2025/020890 JP2025020890W WO2026009653A1 WO 2026009653 A1 WO2026009653 A1 WO 2026009653A1 JP 2025020890 W JP2025020890 W JP 2025020890W WO 2026009653 A1 WO2026009653 A1 WO 2026009653A1
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- metal magnetic
- magnetic particles
- coil
- coil element
- conductor
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Definitions
- This disclosure relates to a coil element and a method for manufacturing the same.
- Patent Document 1 discloses a coil-type electronic component having a coil inside or on the surface of an element body.
- the element body is composed of a group of particles of a soft magnetic alloy containing iron, silicon, and elements that are more easily oxidized than iron, and an oxide layer is formed on the surface of each soft magnetic alloy particle by oxidizing the particle.
- This oxide layer contains a higher content of elements that are more easily oxidized than iron compared to the alloy particles, and the particles are bonded to each other via this oxide layer.
- the coil component of Patent Document 1 has room for improvement in terms of DC bias characteristics. Furthermore, after careful consideration by the present inventor, it was found that the coil component of Patent Document 1 has structural defects (cracks) between the internal conductor and the element body, and that there is room for improvement in the adhesive strength between the internal conductor and the element body.
- the primary objective of the present disclosure is to at least one of provide a coil element in which the DC bias characteristics are improved by reducing the magnetic permeability of the metal magnetic layer disposed between the internal conductors of the coil, and provide a coil element in which the bonding strength between the internal conductor and the base body is improved, thereby suppressing the occurrence of structural defects (cracks).
- Another objective of the present disclosure is to provide a method for manufacturing a coil element that can produce the above-mentioned coil element.
- a coil element includes: an element body including a magnetic body in which metal magnetic layers containing first metal magnetic particles are laminated, internal electrodes disposed inside the magnetic body and wound around internal conductors, and a peroxide layer disposed between the internal electrodes adjacent in the lamination direction and containing second metal magnetic particles;
- the second metal magnetic particles have a larger amount of oxygen than the first metal magnetic particles.
- a coil element of one aspect of the present disclosure it is possible to at least one of improve the DC superposition characteristics by reducing the magnetic permeability of the metal magnetic layer arranged between the internal conductors of the coil, and suppress the occurrence of structural defects (cracks). Moreover, according to a method for manufacturing a coil element that is another aspect of the present disclosure, such a coil element can be manufactured.
- FIG. 1 is a perspective view of a coil element according to the present disclosure.
- FIG. 2 is an exploded perspective view of a coil element according to a second embodiment of the present disclosure.
- 3 is a cross-sectional view taken along the line III-III in FIG. 1.
- FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of a coil element according to a third embodiment of the present disclosure.
- FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of a coil element according to a modified example of the third embodiment of the present disclosure.
- FIG. 6 is an SEM image of a cross section of a coil element according to a third embodiment of the present disclosure.
- FIG. 7 is an image obtained by mapping the presence of oxygen elements in FIG. FIG.
- FIG. 8 is an exploded perspective view of a coil element according to a fourth embodiment of the present disclosure.
- FIG. 9 is a cross-sectional view of FIG.
- FIG. 10 is an enlarged cross-sectional view (enlarged cross-sectional view of FIG. 9 ) of a coil element according to a fourth embodiment of the present disclosure.
- FIG. 11 is an enlarged cross-sectional view of a conventional coil element.
- FIG. 12 is an SEM image of a cross section of a conventional coil element (an SEM image of the vicinity of the interface between the internal conductor and the magnetic material).
- FIG. 13 is an SEM image of a coil element according to a fourth embodiment of the present disclosure.
- the first embodiment relates to a coil element.
- the coil element according to the first embodiment is
- the magnetic element includes a magnetic body in which metal magnetic layers containing first metal magnetic particles are laminated, an internal electrode disposed inside the magnetic body and wound around an internal conductor, and a peroxide layer disposed between the internal conductors adjacent in the lamination direction and containing second metal magnetic particles,
- the second metal magnetic particles have a larger amount of oxygen than the first metal magnetic particles.
- the coil element according to the first embodiment can at least one of improve DC bias characteristics by reducing the magnetic permeability of the metal magnetic layers arranged between the internal conductors of the coil, and suppress the occurrence of structural defects (cracks).
- the method for manufacturing the coil element according to the first embodiment includes the steps of: a first metal magnetic paste containing first metal magnetic particles, a second metal magnetic paste containing second metal magnetic particles, and a conductive paste containing conductive powder, and firing the laminate to produce a coil element, wherein the second metal magnetic paste is disposed between the conductive pastes adjacent in the lamination direction;
- the coil element comprises a base body having a magnetic body in which metal magnetic layers containing first metal magnetic particles are stacked, an internal electrode arranged inside the magnetic body and winding an internal conductor, and a peroxide layer arranged between adjacent internal conductors in the stacking direction and containing second metal magnetic particles, and the second metal magnetic particles have a larger amount of oxygen than the first metal magnetic particles.
- the coil element according to the second embodiment can improve the DC bias characteristics by reducing the magnetic permeability of the metal magnetic layer disposed between the internal conductors of the internal electrodes (coils). Without being bound by any particular theory, the reason for this is presumed to be as follows.
- the coil element according to the second embodiment includes an element body having a peroxide layer containing second metal magnetic particles, the peroxide layer being disposed between internal conductors adjacent in the stacking direction.
- the second metal magnetic particles have a larger amount of oxygen than the first metal magnetic particles.
- a peroxide layer containing second metal magnetic particles having a relatively large amount of oxygen is disposed between the internal conductors.
- the peroxide layer reduces the magnetic permeability between the internal conductors adjacent in the stacking direction. Therefore, the coil element according to the second embodiment can improve the DC bias characteristics.
- FIG. 1 is a perspective view of the coil element according to the second embodiment of the present disclosure
- Figure 2 is an exploded perspective view of the coil element according to the second embodiment
- Figure 3 is a cross-sectional view taken along the arrow III-III in Figure 1. Note that the shape and arrangement of the coil element and its components are not limited to the example shown.
- the element body 10 is provided with a first coil C1 and a second coil C2 arranged above the first coil C1.
- the first coil C1 is wound within the element body 10 by stacking stacking groups G6 to G8 (see Figure 2) described below, with the first coil conductors CD1 between the layers being spirally connected via via conductors V.
- the second coil C2 is wound within the element body 10 by stacking stacking groups G2 to G4 (see Figure 2) described below, with the second coil conductors CD2 between the layers being spirally connected via via conductors (not shown).
- the coil provided inside the element body 10 is not limited to the above configuration, and may be provided with one coil or two or more coils.
- the second metal magnetic particles have a larger amount of oxygen than the first metal magnetic particles.
- the peroxide layer P containing the second metal magnetic particles (strictly speaking, the peroxide layer essentially consisting of the second metal magnetic particles in the second embodiment) has a larger amount of oxygen than the magnetic body M on which the metal magnetic layer ML containing the first metal magnetic particles (strictly speaking, the metal magnetic layer essentially consisting of the first metal magnetic particles in the second embodiment) is laminated.
- the oxygen atomic ratio of the peroxide layer P is 15 to 35% by volume.
- the oxygen atomic ratio of the magnetic body M is 10% by volume or less. The method for determining these oxygen atomic ratios will be described later.
- "B substantially consisting of A” means that B is substantially composed of A, and specifically, the content of A is 95% or more, 97% or more, 99% or more, or 100% based on B.
- the amount of oxygen refers to the volume of oxygen atoms present at a specific location.
- the fact that the second metal magnetic particles have a larger amount of oxygen than the first metal magnetic particles can be determined by the following method.
- This cross section includes the winding axis of the coil and is parallel to the winding axis and the long axis direction (L direction) of the coil element 1.
- the magnification of the SEM image is, for example, 1,000 times, and the adjacent internal conductors are set within the field of view of the SEM image.
- a mapping process is performed on the cross-sectional SEM image, and the areas where oxygen atoms are present are colored.
- the area ratios where oxygen atoms are present oxygen atom ratio: volume %) in the peroxide layer P containing the second metal magnetic particles and in the base body 10 containing the first metal magnetic particles are calculated. Based on the relative magnitude of the area ratios where oxygen atoms are present in the peroxide layer P and the magnetic material M, it is determined whether the second metal magnetic particles have a greater amount of oxygen than the first metal magnetic particles.
- the fourth through-hole conductor T4 of the multilayer group G5 connects the fourth through-hole conductors T4 of the multilayer groups G4 and G6 adjacent in the stacking direction, and is electrically connected to the fourth external electrode E4. Therefore, the fourth through-hole conductor T4 is positioned above the fourth external electrode E4 in a planar perspective view.
- the multilayer group G6 includes a metal magnetic layer ML, a first coil conductor CD1 that forms part of the first coil C1, and a third through-hole conductor T3 and a fourth through-hole conductor T4 provided in the metal magnetic layer ML.
- the third through-hole conductor T3 of the multilayer group G7 connects the third through-hole conductors T3 of the multilayer groups G6 and G8 adjacent in the stacking direction, and is electrically connected to the third external electrode E3. Therefore, the third through-hole conductor T3 is positioned above the third external electrode E3 in a planar perspective view.
- the magnetic body M contains first metal magnetic particles.
- the first metal magnetic particles may have an oxide film covering their surfaces.
- the first metal magnetic particles also contain an Fe—Si alloy as a magnetic material.
- the first metal magnetic particles have a Si content of less than 3 mass% relative to the total content of Fe and Si, and a P content of 1000 ppm or less relative to the total content of Fe and Si (100 mass%).
- the first metal magnetic particles may contain at least one additive metal element selected from the group consisting of Al, B, Nb, Cu, C, Co, P, and S.
- additive metal elements selected from the group consisting of Al, B, Nb, Cu, C, Co, P, and S.
- Fe-Si alloys containing such additive metal elements include Fe-Si-Cr (chromium)-based alloys, Fe-Si-Al (aluminum)-based alloys, Fe-Si-B (boron)-P (phosphorus)-Cu (copper)-C (carbon)-based alloys, and Fe-Si-B-Nb (niobium)-Cu-based alloys.
- the first metal magnetic particles may contain impurities unintentional during manufacturing, such as Cr, Mn (manganese), Cu, Ni (nickel), P, S (sulfur), or Co (cobalt).
- the surfaces of the first metal magnetic particles may be covered with an insulating coating (not shown).
- insulating refers to a volume resistivity of 1 M ⁇ cm or greater. Covering the surfaces of the first metal magnetic particles with an insulating coating can improve the insulation between the first metal magnetic particles. Examples of methods for forming an insulating coating on the surfaces of the first metal magnetic particles include the sol-gel method and the mechanochemical method.
- the insulating coating may be made of an oxide of P, Si, or the like.
- the insulating coating may also be an oxide film formed by oxidizing the surfaces of the first metal magnetic particles.
- the first metal magnetic particles may have an oxide film on their surfaces. This oxide film originates from the first metal magnetic particles and may be formed by heat treatment (oxidation treatment). In the base body 10, adjacent first metal magnetic particles may be joined to each other via the oxide film.
- the average particle size of the first metal magnetic particles is preferably greater than 2 ⁇ m and less than 30 ⁇ m, more preferably greater than 2 ⁇ m and less than 20 ⁇ m, and even more preferably greater than 2 ⁇ m and less than 10 ⁇ m.
- the average particle size of the first metal magnetic particles in the metal magnetic layer can be measured using the procedure described below.
- the coil element 1 is cut to obtain a cross section. Specifically, the cross section is obtained by cutting the coil element 1 through the center, perpendicular to the mounting surface and end surface of the base body 10.
- the obtained cross section e.g., in Figure 3, five regions in the magnetic material M between the outer surface of the internal conductor CD and the outer surface of the base body 10.
- the obtained SEM images are analyzed using image analysis software (e.g., image analysis software "Win R00F” (manufactured by Mitani Corporation)) to determine the equivalent circle diameter of the first metal magnetic particles.
- the average of the obtained equivalent circle diameters is taken as the average particle size of the first metal magnetic particles.
- the term "average particle size” refers to the average particle size D50 (particle size corresponding to a cumulative percentage of 50% on a volume basis).
- the internal electrode C is disposed inside the magnetic body M.
- the internal electrode C is configured by connecting a plurality of internal conductors CD wound on a plane inside the magnetic body through via conductors V.
- the internal electrode C has a first coil C1 and a second coil C2 disposed above the first coil C1 in the height direction T.
- the first coil C1 has a plurality of first coil conductors CD1 connected to each other by via conductors V (see FIG. 3), a first through-hole conductor T1, and a second through-hole conductor T2.
- the first through-hole conductor T1 electrically connects the end of the first coil conductor CD1 of the first coil C1 that is closest to the bottom surface (first main surface 11) of the element body 10 to the first external electrode E1.
- the first through-hole conductor T1 extends along the stacking direction of the metal magnetic layers (e.g., the height direction T of the element body).
- the first through-hole conductor T1 may have a stacked structure.
- the second through-hole conductor T2 electrically connects the other end of the first coil C1 to the second external electrode E2.
- the second through-hole conductor T2 extends along the stacking direction of the metal magnetic layers (e.g., the height direction T of the element body).
- the second through-hole conductor T2 may have a stacked structure.
- the second coil C2 may be provided above the first coil C1 in the stacking direction inside the element body 10.
- the second coil C2 may include a plurality of second coil conductors CD2 connected to each other by via conductors (not shown), a third through-hole conductor T3, and a fourth through-hole conductor T4.
- the multiple second coil conductors CD2 may be arranged in two stacking groups (stack groups G2 and G4 (see Figure 2)). This allows the second coil C2 to have a spiral structure within the element body 10. Furthermore, the length in the stacking direction of the via conductors (not shown) connecting the multiple second coil conductors CD2 together may be shorter than the length of the third through-hole conductor T3 or the length of the fourth through-hole conductor T4.
- the third through-hole conductor T3 may electrically connect the end of the second winding portion of the second coil C2 that is closest to the bottom surface (first main surface 11) of the element body 10 to the third external electrode E3.
- the third through-hole conductor T3 may extend along the stacking direction of the metal magnetic layers (e.g., the height direction T of the element body).
- the third through-hole conductor T3 may have a stacked structure.
- the fourth through-hole conductor T4 may connect the other end of the second coil C2 to the fourth external electrode E4.
- the fourth through-hole conductor T4 may extend along the stacking direction of the metal magnetic layers (e.g., the height direction T of the element body).
- the fourth through-hole conductor T4 may have a stacked structure.
- the peroxide layer P is disposed between the internal conductors CD adjacent in the stacking direction.
- the peroxide layer P is disposed so as to contact the surfaces of the internal conductors CD perpendicular to the stacking direction.
- the peroxide layer P is disposed on the surfaces of adjacent internal conductors CD facing each other in the stacking direction, and the peroxide layers P can be connected to each other. More specifically, only the peroxide layer P can be disposed between adjacent internal conductors CD. In FIG. 2, only the peroxide layer P is disposed between all of the adjacent internal conductors CD.
- the peroxide layer P contains second metal magnetic particles.
- the average particle size of the second metal magnetic particles is preferably greater than 1 ⁇ m and less than 29 ⁇ m, more preferably greater than 1 ⁇ m and less than 19 ⁇ m, and even more preferably greater than 1 ⁇ m and less than 9 ⁇ m. From the perspective of ensuring that the second metal magnetic particles have a greater amount of oxygen than the first metal magnetic particles, the second metal magnetic particles may have an average particle size smaller than that of the first metal magnetic particles.
- the average particle size of the second metal magnetic particles in the peroxide layer P can be measured using the same procedure as for the first metal magnetic particles.
- the coil element 1 is cut to obtain a cross section.
- the cross section is obtained by cutting the coil element 1 through the center, perpendicular to the mounting surface and end surface of the base body 10.
- Multiple regions (e.g., 130 ⁇ m x 100 ⁇ m) of the obtained cross section e.g., five regions in the peroxide layer P between adjacent internal conductors CD in Figure 3) are photographed using an SEM.
- the obtained SEM images are analyzed using image analysis software (e.g., image analysis software "Win R00F" (manufactured by Mitani Corporation)) to determine the circular equivalent diameter of the second metal magnetic particles.
- image analysis software e.g., image analysis software "Win R00F" (manufactured by Mitani Corporation)
- the average value of the obtained circular equivalent diameters is defined as the average particle size of the second metal magnetic particles.
- average particle size used in this specification refers to the average particle size D50 (particle size equivalent to a cumulative percentage of 50% on a volume basis).
- the surface of the second metal magnetic particles may be covered with an oxide film.
- the second metal magnetic particles may have an oxide film on their surface.
- the second metal magnetic particles may contain at least one additive metal element selected from the group consisting of Al, B, Nb, Cu, C, Co, P, and S.
- Fe-Si alloys containing such additive metal elements include Fe-Si-Cr (chromium)-based alloys, Fe-Si-Al (aluminum)-based alloys, Fe-Si-B (boron)-P (phosphorus)-Cu (copper)-C (carbon)-based alloys, and Fe-Si-B-Nb (niobium)-Cu-based alloys.
- the second metal magnetic particles may also contain impurities unintentional during manufacturing, such as Cr, Mn (manganese), Cu, Ni (nickel), P, S (sulfur), or Co (cobalt).
- the second metal magnetic particles may contain at least one atom (additive atom) selected from the group consisting of Bi, Cl, Na, and K.
- the external electrodes are provided on the bottom surface of the element body 10.
- the external electrodes include a first external electrode E1, a second external electrode E2, a third external electrode E3, and a fourth external electrode E4.
- the first external electrode E1 and the second external electrode E2 are electrically connected to the first coil C1.
- the third external electrode E3 and the fourth external electrode E4 are electrically connected to the second coil C2.
- the external electrodes may be made of various materials, such as Cu or Ni, for example. Furthermore, the external electrodes may be formed as a single layer, or may have a laminated structure of two or more layers. The external electrodes may be formed by any method, but as an example, they may be plated electrodes formed by plating (e.g., electroless plating).
- the method for manufacturing the coil element according to the second embodiment includes forming a laminate by stacking a first metal magnetic paste, a second metal magnetic paste, and a conductive paste (laminate formation step), and firing the laminate (laminate firing step).
- first metal magnetic paste In the laminate formation process, a first metal magnetic paste, a second metal magnetic paste, and a conductive paste are laminated to form a laminate. Specifically, first, the first metal magnetic paste, the second metal magnetic paste, and the conductive paste are each prepared.
- the first metal magnetic paste is prepared by dispersing first metal magnetic particles in a solvent.
- the second metal magnetic paste is prepared by dispersing second metal magnetic particles in a solvent.
- the conductive paste is prepared by dispersing a conductive powder, such as copper powder, silver powder, or gold powder, in a solvent. These pastes may further contain a dispersant.
- the prepared paste is then printed in the desired pattern to form each of the laminate groups G1 to G10.
- the first metal magnetic paste forms the magnetic material precursor.
- the second metal magnetic paste forms the peroxide layer precursor.
- the conductive paste forms the internal electrode precursor, the through-hole conductor precursor, and the via conductor precursor.
- the layer formed with the second metal magnetic paste (peroxide layer precursor) is printed so that it is positioned entirely between adjacent internal conductor precursors. In this way, the precursors of the laminate groups G1 to G10 are stacked to form a laminate.
- the laminate may be formed by laminating the precursors of the lamination groups G1 to G10 after they have been formed individually, or by sequentially laminating the precursors of the lamination groups G1 to G10.
- the precursors of the lamination groups G1 to G10 may be formed by repeatedly printing the metal magnetic layer ML, peroxide layer P, coil conductor, through-hole conductor, and via conductor until they reach the desired thickness.
- laminate firing step the laminate is fired, and by firing the laminate, the magnetic material precursor made of the first metal magnetic paste becomes a magnetic material, the peroxide layer precursor made of the second metal magnetic paste becomes a peroxide layer, and the internal electrode precursor, through-hole conductor precursor, and via conductor precursor made of the conductive paste become internal electrodes, through-hole conductors, and via conductors, respectively.
- the internal electrode precursor, through-hole conductor precursor, and via conductor precursor shrink and become denser during firing, resulting in lower resistance. Furthermore, during the laminate firing process, the internal electrode precursor, through-hole conductor precursor, and via conductor precursor (particularly the internal electrode precursor) shrink during firing, while the peroxide layer precursor expands as it is oxidized during firing. Therefore, during firing of the laminate, the shrinkage of the internal electrode precursor, through-hole conductor precursor, and via conductor precursor is offset (or partially offset) by the expansion of the peroxide layer precursor, thereby easing the internal stress that occurs during firing. Therefore, compared to coil elements that do not form a peroxide layer, the occurrence of cracks (particularly near the surface of the internal conductor perpendicular to the stacking direction) is suppressed.
- the firing temperature is, for example, 500°C to 900°C, and the firing time is, for example, 1 to 6 hours.
- the third embodiment relates to a coil element.
- the third embodiment differs from the second embodiment in the arrangement and shape of the peroxide layer PA . This difference will be mainly described.
- the same reference numerals as those in the second embodiment have the same configuration as those in the second embodiment, and therefore, their description will be omitted in principle.
- FIG. 4 shows an enlarged cross-sectional view of the coil element according to the third embodiment.
- an overoxide layer PA is disposed on each of two opposing surfaces of adjacent internal conductors CD. These two overoxide layers PA are not connected to each other and face each other via a magnetic material M.
- the precursor of the internal conductor shrinks during firing of the laminate, and this can occur when internal stress is locally applied between the peroxide layer and the magnetic material M.
- the peroxide layer P A is arranged on two opposing surfaces of adjacent internal conductors, the peroxide layer precursor expands due to oxidation, which offsets the shrinkage of the internal conductor precursor, thereby suppressing the occurrence of cracks between the peroxide layer IA and the magnetic material M.
- the peroxide layer precursor i.e., the second metal magnetic paste
- the peroxide layer precursor is arranged on two corresponding surfaces of the internal conductor precursors adjacent in the stacking direction, and is arranged so that the two arranged peroxide layer precursors are not connected to each other.
- Fig. 6 is a cross-sectional view showing an SEM image of a cross section of coil element IA according to the third embodiment.
- Fig. 6 is also an enlarged view of a portion of Fig. 4 (enlarged view of part B).
- Fig. 7 is a view showing an image obtained by mapping the presence of oxygen elements in Fig. 6.
- the oxygen atomic ratio of the peroxide layer PA in Fig. 7 ("X part in Fig. 7" corresponding to a region of the peroxide layer PA in Fig. 6) was 32.5% by volume.
- the oxygen atomic ratio of the magnetic material between the peroxide layers PA ("X part in Fig. 7" corresponding to a region of the magnetic material M in Fig. 6) was 8.1%.
- the peroxide layer P is arranged in contact with the internal conductors CD in a cross-sectional view, but this is not limited to this.
- the peroxide layer P may be arranged between adjacent internal conductors CD without contacting the internal conductors CD.
- the peroxide layers P A are disposed on the opposing surfaces of the adjacent internal conductors, and they are not connected to each other, but this is not limiting.
- two opposing peroxide layers may be connected to each other (partially).
- peroxide layers P were disposed between all adjacent internal conductors, but this is not limited to this.
- peroxide layers may be disposed between one to five of the six adjacent internal conductors.
- the peroxide layer P of the second embodiment may be disposed between any three of them, and the peroxide layer PA of the second embodiment may be disposed between the remaining three.
- the fourth embodiment relates to a coil element.
- the coil element according to the fourth embodiment is specified to be "arranged in contact with at least one of the mutually opposing surfaces of the internal conductors adjacent in the stacking direction" instead of "arranged between the internal conductors adjacent in the stacking direction" in the first embodiment.
- the coil element according to the fourth embodiment is
- the magnetic material has an element body including a magnetic body in which metal magnetic layers containing first metal magnetic particles are laminated, an internal electrode disposed inside the magnetic body and wound around an internal conductor, and a peroxide layer disposed in contact with at least one of the opposing surfaces of the internal conductors adjacent in the lamination direction and containing second metal magnetic particles,
- the second metal magnetic particles have a larger amount of oxygen than the first metal magnetic particles.
- the coil element according to the fourth embodiment can suppress the occurrence of structural defects (cracks). Without being bound by any particular theory, the reason for this is presumed to be as follows.
- the coil element according to the fourth embodiment includes an element body having a peroxide layer disposed in contact with at least one of the opposing surfaces of the internal conductors adjacent in the stacking direction.
- the second metal magnetic particles have a higher oxygen content than the first metal magnetic particles.
- the peroxide layer containing the second metal magnetic particles having a relatively higher oxygen content is disposed in contact with at least one of the opposing surfaces of the internal conductors adjacent in the stacking direction.
- the peroxide layer has a higher oxygen content, it more firmly connects to the contacting internal conductors and magnetic material. Furthermore, the peroxide layer is disposed at the interface between the internal conductors and the element body, where structural defects (cracks) are likely to occur. Therefore, the coil element according to the fourth embodiment is believed to be able to suppress the occurrence of structural defects (cracks).
- "contact” means that two members are in contact with each other, and that the two members are in direct contact with each other without any intervening means therebetween.
- FIG. 8 is an exploded perspective view of the coil element according to the fourth embodiment
- Figure 9 is a cross-sectional view of Figure 8.
- Figure 10 is an enlarged cross-sectional view of the coil element according to the fourth embodiment (enlarged cross-sectional view of Figure 9). Note that the shape and arrangement of the coil element and its components are not limited to the example shown.
- a coil element 1C according to the fourth embodiment includes an element body 10.
- the element body 10 has a magnetic body M formed by laminating metal magnetic layers ML containing first metal magnetic particles, internal electrodes (coils) C1 and C2 disposed inside the magnetic body M and wound around internal conductors (coil conductors) CD1 and CD2, and a peroxide layer PC disposed between the internal conductors C1 and C2 adjacent in the lamination direction and containing second metal magnetic particles.
- the element body 10 includes a first coil C1 and a second coil C2 arranged above the first coil C1.
- the first coil C1 is wound within the element body 10 by stacking stacking groups G6 to G8 (see Figure 2) described below, with the first coil conductors CD1 between the layers being spirally connected via via conductors V.
- the second coil C2 is wound within the element body 10 by stacking stacking groups G2 to G4 (see Figure 2) described below, with the second coil conductors CD2 between the layers being spirally connected via via conductors (not shown).
- the coil provided inside the element body 10 is not limited to the above configuration, and may be provided with one coil or two or more coils.
- the second metal magnetic particles have a larger amount of oxygen than the first metal magnetic particles.
- the peroxide layer PC containing the second metal magnetic particles (strictly speaking, a peroxide layer essentially consisting of the second metal magnetic particles in the fourth embodiment) has a larger amount of oxygen than the magnetic body M on which the metal magnetic layer ML containing the first metal magnetic particles (strictly speaking, a metal magnetic layer essentially consisting of the first metal magnetic particles in the first embodiment) is laminated.
- the oxygen atomic ratio of the peroxide layer PC is 15 to 35% by volume.
- the oxygen atomic ratio of the magnetic body M is 10% by volume or less. The method for determining these oxygen atomic ratios will be described later.
- "B substantially consisting of A” means that B is substantially composed of A, and specifically, the content of A is 95% or more, 97% or more, 99% or more, or 100% based on B.
- the amount of oxygen refers to the volume of oxygen atoms present at a specific location.
- the fact that the second metal magnetic particles have a larger amount of oxygen than the first metal magnetic particles can be determined by the following method.
- This cross section includes the winding axis of the internal electrode (coil) and is parallel to the winding axis and the long axis direction (L direction) of the coil element 1C.
- the magnification of the SEM image is, for example, 1,000 times, and the adjacent internal conductors are set within the field of view of the SEM image.
- a mapping process is performed on the SEM image of the cross section, and the areas where oxygen atoms are present are colored.
- the area ratios where oxygen atoms are present oxygen atomic ratio: volume %) in the peroxide layer PC containing the second metal magnetic particles and in the element body 10 containing the first metal magnetic particles are calculated. Based on the relative magnitude of the area ratios where oxygen atoms are present in the peroxide layer PC and the magnetic body M, it is determined whether the second metal magnetic particles have a larger amount of oxygen than the first metal magnetic particles.
- the oxygen atomic ratio in the peroxide layer P is the above-mentioned “area ratio where oxygen atoms are present in the peroxide layer PC ”
- the oxygen atomic ratio in the magnetic body is the above-mentioned “area ratio where oxygen atoms are present in the magnetic body.”
- the distinction between the peroxidized regions PC and the non-peroxidized regions NP is determined by the color tone of the EDX mapping of oxygen. Furthermore, if the second magnetic particles and the first metal magnetic particles have different compositions (e.g., different constituent atoms), the SEM image can be subjected to EDX mapping processing to distinguish the first metal magnetic particles and the second magnetic particles based on the material of the metal magnetic particles, thereby distinguishing the peroxidized regions PC and the non-peroxidized regions NP.
- the peroxidized regions PC and the non-peroxidized regions NP can also be distinguished by distinguishing the first metal magnetic particles and the second magnetic particles based on their average particle size using SEM images and image analysis software.
- the coil element 1C is cut along a TL cross section passing through the intersection of the diagonals of the second main surface (top surface) of the approximately rectangular coil element 1C.
- SEM scanning electron microscope
- EDX energy dispersive X-ray analysis
- the total area of areas where oxygen atoms are present and areas where metal magnetic particles are present per unit area in the area corresponding to the peroxide layer PC (containing second metal magnetic particles) in the analysis image, and the area of areas where oxygen atoms are present per unit area are calculated. From the obtained total area and area, the area ratio of oxygen atoms per unit area in the peroxide layer PC is calculated. Similarly, the area ratio of oxygen atoms per unit area in the element body 10 is calculated. From the magnitude relationship of the obtained area ratios, it is determined whether the second metal magnetic particles have a larger amount of oxygen than the first metal magnetic particles.
- Specific means for realizing that the second metal magnetic particles have a larger amount of oxygen than the first metal magnetic particles include, for example, having an average particle size smaller than that of the first metal magnetic particles, and having the second metal magnetic particles contain at least one atom (additive atom) selected from the group consisting of P, Bi, Cl, Na, and K.
- additive atom selected from the group consisting of P, Bi, Cl, Na, and K.
- the surface area per unit volume of the second metal magnetic particles increases.
- the surfaces of the second metal magnetic particles may be oxidized. As a result, the amount of oxygen in the peroxide layer PC increases.
- the second metal magnetic particles contain additive atoms, oxidation is promoted, and therefore, in the method for manufacturing the coil element, the second metal magnetic particles are oxidized, and the amount of oxygen in the peroxide layer PC increases.
- the element body 10 has a magnetic body M, internal electrodes C1 and C2, and a peroxide layer PC .
- a coil (internal electrode) C and a peroxide layer PC are disposed within the element body 10.
- the element body 10 also has a laminated structure in which multiple metal magnetic layers ML are stacked in a stacking direction (e.g., height direction T). Specifically, the element body 10 is configured by stacking multiple metal magnetic layers ML, each having a peroxide layer PC or a coil conductor CD formed thereon.
- a stacking direction e.g., height direction T
- the element body 10 is configured by stacking multilayer groups G1 to G10, each including at least one metal magnetic layer ML and one coil conductor CD or one peroxide layer PC (or only one metal magnetic layer ML). Note that the boundaries between layers in the laminated structure of the element body 10 (particularly, the boundaries between metal magnetic layers ML made of the same material) have disappeared.
- Each multilayer group layer may be configured by stacking multiple identical patterns.
- the lamination group G1 includes a metal magnetic layer ML and constitutes the second main surface 12 of the element body 10 .
- the multilayer group G2 includes a metal magnetic layer ML and a second coil conductor CD2 that forms part of the second coil C2.
- the second coil conductor CD2 of the multilayer group G2 forms one winding of the second coil C2. More specifically, the metal magnetic layer ML has a hole penetrating the surfaces facing each other in the stacking direction, and the second coil conductor CD2 is disposed in this hole. One end of the second coil conductor CD2 is connected to a via conductor (not shown) for connection to the second coil conductor CD2 of the multilayer group G4, and the other end of the second coil conductor CD2 is connected to a fourth through-hole conductor (not shown) for electrical connection to the fourth external electrode E4.
- the multilayer group G3 includes a metal magnetic layer ML, an overoxide layer PC , a via conductor V provided in the overoxide layer PC , and a fourth through-hole conductor T4 provided in the metal magnetic layer ML.
- the metal magnetic layer ML has recesses in a cross-sectional view on two surfaces facing each other in the stacking direction, and peroxide layers PC are disposed in the two recesses.
- cross-sectional view refers to a cross section perpendicular to the extension direction of the peroxide layer PC .
- the peroxide layer PC of the multilayer group G3 is provided to correspond to the winding shape of the second coil conductor CD2 of the multilayer group G4, which will be described later.
- the via conductor V of the multilayer group G3 is positioned so that it connects to one end of the second coil conductor CD2 of the multilayer group G2.
- the fourth through-hole conductor T4 of the multilayer group G3 connects the fourth through-hole conductors T4 of the multilayer groups G2 and G4 adjacent in the stacking direction, and is electrically connected to the fourth external electrode E4. Therefore, the fourth through-hole conductor T4 is positioned above the fourth external electrode E4 in a planar perspective view.
- the multilayer group G4 includes a metal magnetic layer ML, a second coil conductor CD2 that forms part of the second coil C2, and a fourth through-hole conductor T4 provided in the metal magnetic layer ML.
- the second coil conductor CD2 of the multilayer group G4 forms another winding of the second coil C2. More specifically, the metal magnetic layer ML has a hole penetrating the surfaces facing each other in the stacking direction, and the second coil conductor CD2 is disposed in this hole. One end of the second coil conductor CD2 is connected to the second coil conductor CD2 of the multilayer group G2, and the other end of the second coil conductor CD2 is connected to a third through-hole conductor (not shown) for electrical connection to the third external electrode E3.
- the fourth through-hole conductor T4 of the multilayer group G4 connects the fourth through-hole conductors T4 of the multilayer groups G3 and G5 adjacent in the stacking direction, and is electrically connected to the fourth external electrode E4. Therefore, the fourth through-hole conductor T4 may be disposed at the corner of the metal magnetic layer ML located on the fourth external electrode E4.
- the lamination group G5 includes a metal magnetic layer ML, a peroxide layer PC , and a third through-hole conductor T3 and a fourth through-hole conductor T4 provided in the metal magnetic layer ML.
- the peroxide layer PC of the multilayer group G5 is provided to correspond to the winding shape of the first coil conductor CD1 of the multilayer group G6, which will be described later.
- the peroxide layer PC of the multilayer group G5 electrically insulates the first coil C1 from the second coil C2.
- the metal magnetic layer ML has recesses on each of its two surfaces facing each other in the stacking direction, and the peroxide layer PC is disposed in the two recesses. In other words, in a cross section including the peroxide layer PC , the peroxide layer PC , the metal magnetic layer ML, and the peroxide layer PC are sequentially stacked in the stacking direction.
- the third through-hole conductor T3 of the multilayer group G5 connects the third through-hole conductors T3 of the multilayer groups G4 and G6 adjacent in the stacking direction, and is electrically connected to the third external electrode E3. Therefore, the third through-hole conductor T3 is positioned above the third external electrode E3 in a planar perspective view.
- the fourth through-hole conductor T4 of the multilayer group G5 connects the fourth through-hole conductors T4 of the multilayer groups G4 and G6 adjacent in the stacking direction, and is electrically connected to the fourth external electrode E4. Therefore, the fourth through-hole conductor T4 is positioned above the fourth external electrode E4 in a planar perspective view.
- the multilayer group G6 includes a metal magnetic layer ML, a first coil conductor CD1 that forms part of the first coil C1, and a third through-hole conductor T3 and a fourth through-hole conductor T4 provided in the metal magnetic layer ML.
- the first coil conductor CD1 of the multilayer group G6 forms one winding of the first coil C1. More specifically, the metal magnetic layers ML have holes penetrating the surfaces facing each other in the stacking direction, and the first coil conductor CD1 is disposed in the holes. One end of the first coil conductor CD1 is provided with a via conductor (not shown) for connection to the first coil conductor CD1 provided in the multilayer group G8, and the other end of the first coil conductor CD1 is provided with a second through-hole conductor (not shown) for electrical connection to the second external electrode E2.
- the fourth through-hole conductor T4 of the multilayer group G6 connects the fourth through-hole conductors T4 of the multilayer groups G5 and G7 adjacent in the stacking direction, and is electrically connected to the fourth external electrode E4. Therefore, the fourth through-hole conductor T4 may be disposed at the corner of the metal magnetic layer ML located on the fourth external electrode E4.
- the lamination group G7 has a metal magnetic layer ML, an overoxide layer PC , a via conductor V provided in the overoxide layer PC , and a second through-hole conductor T2, a third through-hole conductor T3 and a fourth through-hole conductor T4 provided in the metal magnetic layer ML.
- the peroxide layer PC of the multilayer group G7 is provided to correspond to the winding shape of the first coil conductor CD1 of the multilayer group G8 (described later).
- the metal magnetic layer ML has recesses on each of two surfaces facing each other in the stacking direction in a cross-sectional view, and the peroxide layer PC is disposed in the two recesses. In other words, in a cross section including the peroxide layer PC , the peroxide layer PC , the metal magnetic layer ML, and the peroxide layer PC are arranged in this order in the stacking direction.
- the via conductor V of the multilayer group G7 is positioned so that it connects to one end of the first coil conductor CD1 of the multilayer group G6.
- the second through-hole conductor T2 of the multilayer group G7 connects the second through-hole conductors T2 of the multilayer groups G6 and G8 adjacent in the stacking direction, and is electrically connected to the second external electrode E2. Therefore, the second through-hole conductor T2 is positioned above the second external electrode E2 in a planar perspective view.
- the third through-hole conductor T3 of the multilayer group G7 connects the third through-hole conductors T3 of the multilayer groups G6 and G8 adjacent in the stacking direction, and is electrically connected to the third external electrode E3. Therefore, the third through-hole conductor T3 is positioned above the third external electrode E3 in a planar perspective view.
- the fourth through-hole conductor T4 of the multilayer group G7 connects the fourth through-hole conductors T4 of the multilayer groups G6 and G8 adjacent in the stacking direction, and is electrically connected to the fourth external electrode E4. Therefore, the fourth through-hole conductor T4 is positioned above the fourth external electrode E4 in a planar perspective view.
- the laminated group G8 has a metal magnetic layer ML, a first coil conductor CD1 that forms part of the first coil C1, and a second through-hole conductor T2, a third through-hole conductor T3, and a fourth through-hole conductor T4 provided in the metal magnetic layer ML.
- the first coil conductor CD1 of the multilayer group G8 constitutes another winding of the first coil C1. More specifically, the metal magnetic layers ML have holes penetrating the surfaces facing each other in the stacking direction, and the first coil conductor CD1 is disposed in the holes. The first coil conductor CD1 is wound approximately along the outer periphery of the metal magnetic layers ML. One end of the first coil conductor CD1 is connected to the first coil conductor CD1 of the metal magnetic layers ML of the multilayer group G6, and the other end of the first coil conductor CD1 is provided with a first through-hole conductor (not shown) for electrical connection to the first external electrode E1.
- the second through-hole conductors T2 of the multilayer group G8 connect the second through-hole conductors T2 of the multilayer groups G7 and G9 adjacent in the stacking direction, thereby providing electrical conductivity with the second external electrode E2.
- the second through-hole conductors T2 may also be located at the corners of the metal magnetic layer ML located on the second external electrode E2.
- the fourth through-hole conductor T4 of the multilayer group G8 connects the fourth through-hole conductors T4 of the multilayer groups G7 and G9 adjacent in the stacking direction, and is electrically connected to the fourth external electrode E4.
- the fourth through-hole conductor T4 may also be located at a corner of the metal magnetic layer ML located on the fourth external electrode E4.
- the first metal magnetic particles may have an oxide film on their surfaces. This oxide film originates from the first metal magnetic particles and may be formed by heat treatment (oxidation treatment). In the base body 10, adjacent first metal magnetic particles may be joined to each other via the oxide film.
- the average particle size of the first metal magnetic particles is preferably greater than 2 ⁇ m and less than 30 ⁇ m, more preferably greater than 2 ⁇ m and less than 20 ⁇ m, and even more preferably greater than 2 ⁇ m and less than 10 ⁇ m.
- the average particle size of the first metal magnetic particles in the metal magnetic layer can be measured using the procedure described below.
- the coil element 1C is cut to obtain a cross section. Specifically, the cross section is obtained by cutting the coil element 1C through the center, perpendicular to the mounting surface and end surface of the base body 10.
- the obtained cross section e.g., in Figure 9, five regions in the magnetic material M between the outer surface of the internal conductor CD and the outer surface of the base body 10.
- the obtained SEM images are analyzed using image analysis software (e.g., image analysis software "Win R00F” (manufactured by Mitani Corporation)) to determine the equivalent circle diameter of the first metal magnetic particles.
- the average of the obtained equivalent circle diameters is taken as the average particle size of the first metal magnetic particles.
- the term "average particle size” refers to the average particle size D50 (particle size corresponding to a cumulative percentage of 50% on a volume basis).
- the internal electrode C is disposed inside the magnetic body M.
- the internal electrode C is configured by connecting a plurality of internal conductors CD wound on a plane inside the magnetic body through via conductors V.
- the internal electrode C has a first coil C1 and a second coil C2 disposed above the first coil C1 in the height direction T.
- the first coil C1 has a plurality of first coil conductors CD1 connected to each other by via conductors V (see FIG. 9), a first through-hole conductor T1, and a second through-hole conductor T2.
- the multiple first coil conductors CD1 are arranged in two stacking groups (stack groups G6 and G8 (see Figure 8)). This gives the first coil C1 a spiral structure within the element body 10. Furthermore, the length in the stacking direction of the via conductors V connecting the multiple first coil conductors CD1 together may be shorter than the length of the first through-hole conductors T1 or the length of the second through-hole conductors T2.
- the first through-hole conductor T1 electrically connects the end of the first coil conductor CD1 of the first coil C1 that is closest to the bottom surface (first main surface 11) of the element body 10 to the first external electrode E1.
- the first through-hole conductor T1 extends along the stacking direction of the metal magnetic layers (e.g., the height direction T of the element body).
- the first through-hole conductor T1 may have a stacked structure.
- the second through-hole conductor T2 electrically connects the other end of the first coil C1 to the second external electrode E2.
- the second through-hole conductor T2 extends along the stacking direction of the metal magnetic layers (e.g., the height direction T of the element body).
- the second through-hole conductor T2 may have a stacked structure.
- the second coil C2 may be provided above the first coil C1 in the stacking direction inside the element body 10.
- the second coil C2 may include a plurality of second coil conductors CD2 connected to each other by via conductors (not shown), a third through-hole conductor T3, and a fourth through-hole conductor T4.
- the multiple second coil conductors CD2 may be arranged in two stacking groups (stacking groups G2 and G4 (see Figure 8)). This allows the second coil C2 to have a spiral structure within the element body 10. Furthermore, the length in the stacking direction of the via conductors (not shown) connecting the multiple second coil conductors CD2 together may be shorter than the length of the third through-hole conductor T3 or the length of the fourth through-hole conductor T4.
- the third through-hole conductor T3 may electrically connect the end of the second winding portion of the second coil C2 that is closest to the bottom surface (first main surface 11) of the element body 10 to the third external electrode E3.
- the third through-hole conductor T3 may extend along the stacking direction of the metal magnetic layers (e.g., the height direction T of the element body).
- the third through-hole conductor T3 may have a stacked structure.
- the fourth through-hole conductor T4 may connect the other end of the second coil C2 to the fourth external electrode E4.
- the fourth through-hole conductor T4 may extend along the stacking direction of the metal magnetic layers (e.g., the height direction T of the element body).
- the fourth through-hole conductor T4 may have a stacked structure.
- the peroxide layer PC is arranged in contact with at least one of the mutually opposing surfaces of the internal conductors CD adjacent in the stacking direction. More specifically, in the fourth embodiment, the peroxide layer PC is arranged in contact with both mutually opposing surfaces of the internal conductors CD adjacent in the stacking direction. In FIG. 8 , the peroxide layer PC is arranged on all of the mutually adjacent surfaces of the adjacent internal conductors CD.
- the sum of the thicknesses of the peroxide layers PC arranged in contact with the mutually facing surfaces of the internal conductors CD adjacent in the stacking direction is 1/3 to 1/2 the distance between the mutually facing surfaces.
- the above thickness and distance are the thickness and distance in the stacking direction, respectively.
- the above distance is also measured in the same manner.
- FIG. 13 is an SEM image of a coil element 1C according to the fourth embodiment.
- the peroxide layer PC contains second metal magnetic particles.
- the average particle size of the second metal magnetic particles is preferably greater than 1 ⁇ m and less than 29 ⁇ m, more preferably greater than 1 ⁇ m and less than 19 ⁇ m, and even more preferably greater than 1 ⁇ m and less than 9 ⁇ m.
- the second metal magnetic particles may have an average particle size smaller than that of the first metal magnetic particles.
- the average particle size of the second metal magnetic particles in the peroxide layer PC can be measured using the same procedure as for the first metal magnetic particles.
- the coil element 1C is cut to obtain a cross section.
- the cross section is obtained by cutting the coil element 1C through the center, perpendicular to the mounting surface and end surface of the element body 10. Multiple regions (e.g., 130 ⁇ m ⁇ 100 ⁇ m) of the obtained cross section (e.g., five regions in the peroxide layer PC between adjacent internal conductors CD in FIG. 9 ) are photographed using an SEM.
- the obtained SEM images are analyzed using image analysis software (e.g., image analysis software "Win R00F” (manufactured by Mitani Corporation)) to determine the circle-equivalent diameter of the second metal magnetic particles.
- image analysis software e.g., image analysis software "Win R00F” (manufactured by Mitani Corporation)
- the average value of the obtained circle-equivalent diameters is defined as the average particle size of the second metal magnetic particles.
- average particle size used herein refers to the average particle size D50 (particle size equivalent to a cumulative percentage of 50% on a volume basis).
- the surface of the second metal magnetic particles may be covered with an oxide film.
- the second metal magnetic particles may have an oxide film on their surface.
- the second metal magnetic particles may contain at least one additive metal element selected from the group consisting of Al, B, Nb, Cu, C, Co, and S.
- additive metal elements selected from the group consisting of Al, B, Nb, Cu, C, Co, and S.
- Fe-Si alloys containing such additive metal elements include Fe-Si-Cr (chromium) alloys, Fe-Si-Al (aluminum) alloys, and Fe-Si-B-Nb (niobium)-Cu alloys.
- the second metal magnetic particles may also contain impurities unintentional during manufacturing, such as Cr, Mn (manganese), Cu, Ni (nickel), S (sulfur), or Co (cobalt).
- the second metal magnetic particles may contain at least one atom (additive atom) selected from the group consisting of P, Bi, Cl, Na, and K.
- the external electrodes are provided on the bottom surface of the element body 10.
- the external electrodes include a first external electrode E1, a second external electrode E2, a third external electrode E3, and a fourth external electrode E4.
- the first external electrode E1 and the second external electrode E2 are electrically connected to the first coil C1.
- the third external electrode E3 and the fourth external electrode E4 are electrically connected to the second coil C2.
- the external electrodes may be made of various materials, such as Cu or Ni, for example. Furthermore, the external electrodes may be formed as a single layer, or may have a laminated structure of two or more layers. The external electrodes may be formed by any method, but as an example, they may be plated electrodes formed by plating (e.g., electroless plating).
- the manufacturing method of the coil element according to the fourth embodiment includes the steps of: The method comprises producing a coil element by firing a laminate obtained by laminating a first metal magnetic paste containing first metal magnetic particles, a second metal magnetic paste containing second metal magnetic particles, and a conductive paste containing conductive powder, wherein the second metal magnetic paste is disposed between the conductive pastes adjacent in the lamination direction (more specifically, the second metal magnetic paste is disposed in contact with at least one of the opposing surfaces of the conductive pastes adjacent in the lamination direction),
- the coil element 1C comprises a base body 10 having a magnetic body M in which metal magnetic layers ML containing first metal magnetic particles are stacked, an internal electrode C arranged inside the magnetic body M and wound around an internal conductor CD, and a peroxide layer PC arranged between adjacent internal conductors CD in the stacking direction (more specifically, arranged in contact with at least one of the opposing surfaces of adjacent internal conductors CD in the stacking direction) and containing second metal magnetic particles
- the method for manufacturing the coil element according to the fourth embodiment includes stacking the first metal magnetic paste, the second metal magnetic paste, and the conductive paste to form a laminate (laminate formation process), and firing the laminate (laminate firing process).
- first metal magnetic paste In the laminate formation process, a first metal magnetic paste, a second metal magnetic paste, and a conductive paste are laminated to form a laminate. Specifically, first, the first metal magnetic paste, the second metal magnetic paste, and the conductive paste are each prepared.
- the first metal magnetic paste is prepared by dispersing first metal magnetic particles in a solvent.
- the second metal magnetic paste is prepared by dispersing second metal magnetic particles in a solvent.
- the conductive paste is prepared by dispersing a conductive powder, such as copper powder, silver powder, or gold powder, in a solvent. These pastes may further contain a dispersant.
- the prepared paste is then printed in the desired pattern to form each of the laminate groups G1 to G10.
- the first metal magnetic paste forms a magnetic material precursor.
- the second metal magnetic paste forms a peroxide layer precursor.
- the conductive paste forms an internal electrode precursor, a through-hole conductor precursor, and a via conductor precursor.
- a layer formed with the second metal magnetic paste (peroxide layer precursor) is printed so that it is positioned in contact with at least one of the opposing surfaces of adjacent internal conductor precursors. In this way, the precursors of the laminate groups G1 to G10 are stacked to form a laminate.
- the laminate may be formed by forming precursors for each of the lamination groups G1 to G10 and then laminating these precursors, or by sequentially laminating the precursors for the lamination groups G1 to G10.
- the precursors for the lamination groups G1 to G10 may be formed by repeatedly printing the metal magnetic layers ML, peroxide layers P C , coil conductors, through-hole conductors, and via conductors until they reach the desired thickness.
- the second metal magnetic particles have an average particle size smaller than that of the first metal magnetic particles.
- the second metal magnetic particles contain at least one atom selected from the group consisting of Bi, Cl, Na, and K, and the surface of the second metal magnetic particles is covered with an oxide film.
- laminate firing step the laminate is fired, and by firing the laminate, the magnetic material precursor made of the first metal magnetic paste becomes a magnetic material, the peroxide layer precursor made of the second metal magnetic paste becomes a peroxide layer, and the internal electrode precursor, through-hole conductor precursor, and via conductor precursor made of the conductive paste become internal electrodes, through-hole conductors, and via conductors, respectively.
- the internal electrode precursor, through-hole conductor precursor, and via conductor precursor shrink and become denser during firing, resulting in lower resistance. Furthermore, during the laminate firing process, the internal electrode precursor, through-hole conductor precursor, and via conductor precursor (particularly the internal electrode precursor) shrink during firing, while the peroxide layer precursor expands as it is oxidized during firing. Therefore, during firing of the laminate, the shrinkage of the internal electrode precursor, through-hole conductor precursor, and via conductor precursor is offset (or partially offset) by the expansion of the peroxide layer precursor, thereby easing the internal stress that occurs during firing. Therefore, compared to coil elements that do not form a peroxide layer, the occurrence of cracks (particularly near the surface of the internal conductor perpendicular to the stacking direction) is suppressed.
- the firing temperature is, for example, 500°C to 900°C, and the firing time is, for example, 1 to 6 hours.
- the peroxide layer PC is disposed on both opposing surfaces of adjacent internal conductors, but this is not limiting and the peroxide layer PC may be disposed on only one of the surfaces.
- the peroxide layer PC is disposed on all of the opposing surfaces of adjacent internal conductors as shown in Fig. 9, but this is not limiting.
- one to five internal conductors may have a peroxide layer PC disposed on one surface thereof.
- the present disclosure includes the following aspects.
- an element body including a magnetic body in which metal magnetic layers containing first metal magnetic particles are laminated, internal electrodes disposed inside the magnetic body and wound around internal conductors, and a peroxide layer disposed between the internal electrodes adjacent in the lamination direction and containing second metal magnetic particles;
- a coil element wherein the second metal magnetic particles have a larger amount of oxygen than the first metal magnetic particles.
- the first metal magnetic particles include an Fe—Si alloy.
- the peroxide layer is disposed in contact with at least one of the opposing surfaces of the internal electrodes adjacent in the stacking direction.
- ⁇ 4> The coil element according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 3>, wherein the peroxide layer is disposed in contact with both surfaces of the internal conductor in the lamination direction.
- ⁇ 5> ⁇ 4> The coil element according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 4>, wherein the sum of the thicknesses of the peroxide layers arranged in contact with the mutually facing surfaces of the internal conductors adjacent in the stacking direction is 1/3 to 1 of the distance between the mutually facing surfaces.
- ⁇ 6> The coil element according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 5>, wherein the second metal magnetic particles have an average particle size smaller than that of the first metal magnetic particles.
- ⁇ 7> ⁇ 1> to ⁇ 6> wherein the second metal magnetic particles contain at least one atom selected from the group consisting of P, Bi, Cl, Na, and K, and the surfaces of the second metal magnetic particles are covered with an oxide film.
- a method for manufacturing a coil element wherein the coil element comprises a base body having a magnetic body in which metal magnetic layers containing first metal magnetic particles are stacked, an internal electrode arranged inside the magnetic body and winding an internal conductor, and a peroxide layer arranged between adjacent internal conductors in the stacking direction and containing second metal magnetic particles, wherein the second metal magnetic particles have a larger amount of oxygen than the first metal magnetic particles.
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Abstract
第1金属磁性粒子を含有する金属磁性体層が積層した磁性体と、磁性体の内部に配置され内部導体を巻回する内部電極と、積層方向に隣接する内部導体間に配置され、第2金属磁性粒子を含有する過酸化層とを有する素体を備え、第2金属磁性粒子は第1金属磁性粒子に比べ多くの酸素量を有する、コイル素子。
Description
本開示は、コイル素子およびその製造方法に関する。
特許文献1には、素体の内部あるいは表面にコイルを有するコイル型電子部品が開示されている。この電子部品では、素体は、鉄、ケイ素および鉄より酸化しやすい元素を含有する軟磁性合金の粒子群から構成され、各軟磁性合金粒子の表面には当該粒子を酸化して形成した酸化層が形成され、当該酸化層は当該合金粒子に比較して鉄より酸化しやすい元素を多く含み、粒子同士は当該酸化層を介して結合している。
ところで、特許文献1のコイル部品は、本発明者が鋭意検討した結果、直流重畳特性について改善の余地があることを見出された。また、特許文献1のコイル部品は、本発明者が鋭意検討した結果、内部導体と素体との間に構造欠陥(クラック)が生じ、内部導体と素体との間の密着強度について改善の余地があることを見出された。
本開示はかかる課題に鑑みて為されたものである。即ち、本開示の主たる目的は、コイルの内部導体間に配置された金属磁性体層の透磁率低下による直流重畳特性が向上するコイル素子を提供すること、ならびに内部導体と素体との間の接合強度を向上させて、構造欠陥(クラック)の発生を抑制するコイル素子を提供することの少なくとも一方にある。また、本開示の別の目的は、上記のようなコイル素子を製造することのできるコイル素子の製造方法を提供することにある。
本開示の一実施形態に係るコイル素子は、
第1金属磁性粒子を含有する金属磁性体層が積層した磁性体と、前記磁性体の内部に配置され内部導体を巻回する内部電極と、積層方向に隣接する前記内部電極間に配置され、第2金属磁性粒子を含有する過酸化層とを有する素体を備え、
前記第2金属磁性粒子は、前記第1金属磁性粒子に比べ、多くの酸素量を有する。
第1金属磁性粒子を含有する金属磁性体層が積層した磁性体と、前記磁性体の内部に配置され内部導体を巻回する内部電極と、積層方向に隣接する前記内部電極間に配置され、第2金属磁性粒子を含有する過酸化層とを有する素体を備え、
前記第2金属磁性粒子は、前記第1金属磁性粒子に比べ、多くの酸素量を有する。
本開示のさらに別の実施形態に係るコイル素子の製造方法は、
第1金属磁性粒子を含有する第1金属磁性ペースト、第2金属磁性粒子を含有する第2金属磁性ペーストおよび導電粉を含有する導電ペーストを積層した積層体を焼成してコイル素子を作製することを含んで成り、積層方向に隣接する前記導電ペースト間に前記第2金属磁性ペーストが配置されており、
前記コイル素子は、第1金属磁性粒子を含有する金属磁性体層が積層した磁性体と、前記磁性体の内部に配置され内部導体を巻回する内部電極と、積層方向に隣接する前記内部導体間に配置され、第2金属磁性粒子を含有する過酸化層とを有する素体を備え、前記第2金属磁性粒子は、前記第1金属磁性粒子に比べ、多くの酸素量を有する。
第1金属磁性粒子を含有する第1金属磁性ペースト、第2金属磁性粒子を含有する第2金属磁性ペーストおよび導電粉を含有する導電ペーストを積層した積層体を焼成してコイル素子を作製することを含んで成り、積層方向に隣接する前記導電ペースト間に前記第2金属磁性ペーストが配置されており、
前記コイル素子は、第1金属磁性粒子を含有する金属磁性体層が積層した磁性体と、前記磁性体の内部に配置され内部導体を巻回する内部電極と、積層方向に隣接する前記内部導体間に配置され、第2金属磁性粒子を含有する過酸化層とを有する素体を備え、前記第2金属磁性粒子は、前記第1金属磁性粒子に比べ、多くの酸素量を有する。
本開示の一態様であるコイル素子によれば、コイルの内部導体間に配置された金属磁性体層の透磁率低下による直流重畳特性を向上させること、ならびに構造欠陥(クラック)の発生を抑制することのうちの少なくともいずれか一方ができる。
また、本開示の別の態様であるコイル素子の製造方法によれば、そのようなコイル素子を製造することができる。
また、本開示の別の態様であるコイル素子の製造方法によれば、そのようなコイル素子を製造することができる。
以下、本開示に係るコイル素子について説明する。なお、本開示は、以下の構成に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更されてもよい。また、以下において記載する個々の好ましい構成を複数組み合わせたものもまた本開示である。
本明細書中、要素間の関係性を示す用語(例えば、「平行」、「直交」等)および要素の形状を示す用語は、文字どおりの厳密な態様のみを意味するだけではなく、実質的に同等な範囲、例えば、数%程度の差異を含む範囲も意味する。なお、本明細書では、素体を構成する磁性層およびコイル導体が積層される方向を「積層方向」とする。
また、本明細書の説明において、方向または向きなどに関する言及は、単に説明の便宜のためであり、特に明示的な説明がされない限り、本開示の範囲を限定することは意図されていない。例えば、「外(または外側、外部もしくは外周)」、「内(または内側、内部もしくは内周)」などの相対的な用語、ならびに、それらの派生用語などは、記載された如くまたは図示される如くの方向に言及すると解すべきである。つまり、特段の明示的な説明がされない限り、特定の方向、向きおよび形態などにのみ発明が限定されることを要するものではない。また、「設けられ」、「配置され」および「接続され」などの用語、ならびにそれらの派生用語もまた同様であり、特段の明示的な説明がされない限り、直接的な態様に限らず、介在物などの他要素が介在する態様であってよい。
以下に示す図面は模式図であり、その寸法、縦横比の縮尺等は実際の製品と異なる場合がある。
本明細書で言及する各種の数値範囲は、例えば、「未満」等の特段の説明が付されない限り、下限および上限の数値そのものも含むことを意図している。つまり、例えば15~35体積%といった数値範囲を例にとれば、下限値の15体積%を含むと共に、上限値の35体積%をも含むものとして解釈される。
<第1実施形態:コイル素子>
第1実施形態はコイル素子に関する。
第1実施形態に係るコイル素子は、
第1金属磁性粒子を含有する金属磁性体層が積層した磁性体と、磁性体の内部に配置され内部導体を巻回する内部電極と、積層方向に隣接する内部導体間に配置され、第2金属磁性粒子を含有する過酸化層と
を有する素体を備え、
第2金属磁性粒子は、第1金属磁性粒子に比べ、多くの酸素量を有する。
第1実施形態はコイル素子に関する。
第1実施形態に係るコイル素子は、
第1金属磁性粒子を含有する金属磁性体層が積層した磁性体と、磁性体の内部に配置され内部導体を巻回する内部電極と、積層方向に隣接する内部導体間に配置され、第2金属磁性粒子を含有する過酸化層と
を有する素体を備え、
第2金属磁性粒子は、第1金属磁性粒子に比べ、多くの酸素量を有する。
第1実施形態に係るコイル素子は、コイルの内部導体間に配置された金属磁性体層の透磁率低下による直流重畳特性を向上すること、ならびに構造欠陥(クラック)の発生を抑制することの少なくとも一方ができる。
第1実施形態に係るコイル素子の製造方法は、
第1金属磁性粒子を含有する第1金属磁性ペースト、第2金属磁性粒子を含有する第2金属磁性ペーストおよび導電粉を含有する導電ペーストを積層した積層体を焼成してコイル素子を作製することを含んで成り、積層方向に隣接する導電ペースト間に第2金属磁性ペーストが配置されており、
前記コイル素子は、第1金属磁性粒子を含有する金属磁性体層が積層した磁性体と、前記磁性体の内部に配置され内部導体を巻回する内部電極と、積層方向に隣接する前記内部導体間に配置され、第2金属磁性粒子を含有する過酸化層とを有する素体を備え、前記第2金属磁性粒子は、前記第1金属磁性粒子に比べ、多くの酸素量を有する。
第1金属磁性粒子を含有する第1金属磁性ペースト、第2金属磁性粒子を含有する第2金属磁性ペーストおよび導電粉を含有する導電ペーストを積層した積層体を焼成してコイル素子を作製することを含んで成り、積層方向に隣接する導電ペースト間に第2金属磁性ペーストが配置されており、
前記コイル素子は、第1金属磁性粒子を含有する金属磁性体層が積層した磁性体と、前記磁性体の内部に配置され内部導体を巻回する内部電極と、積層方向に隣接する前記内部導体間に配置され、第2金属磁性粒子を含有する過酸化層とを有する素体を備え、前記第2金属磁性粒子は、前記第1金属磁性粒子に比べ、多くの酸素量を有する。
<第2実施形態:コイル素子>
第2実施形態はコイル素子に関する。第2実施形態は、特に、第1実施形態において「金属磁性粒子がFe-Si合金を含」む点が特定されている。
第2実施形態に係るコイル素子は、
第1金属磁性粒子を含有する金属磁性体層が積層した磁性体と、磁性体の内部に配置され内部導体を巻回する内部電極と、積層方向に隣接する内部導体間に配置され、第2金属磁性粒子を含有する過酸化層とを有する素体を備え、
金属磁性粒子は、Fe-Si合金を含み、
第2金属磁性粒子は、第1金属磁性粒子に比べ、多くの酸素量を有する。
第2実施形態はコイル素子に関する。第2実施形態は、特に、第1実施形態において「金属磁性粒子がFe-Si合金を含」む点が特定されている。
第2実施形態に係るコイル素子は、
第1金属磁性粒子を含有する金属磁性体層が積層した磁性体と、磁性体の内部に配置され内部導体を巻回する内部電極と、積層方向に隣接する内部導体間に配置され、第2金属磁性粒子を含有する過酸化層とを有する素体を備え、
金属磁性粒子は、Fe-Si合金を含み、
第2金属磁性粒子は、第1金属磁性粒子に比べ、多くの酸素量を有する。
[作用機序]
第2実施形態に係るコイル素子は、内部電極(コイル)の内部導体間に配置された金属磁性体層の透磁率低下による直流重畳特性が向上することができる。特定の理論に拘束されるわけではないが、その理由は以下のように推測される。
第2実施形態に係るコイル素子は、積層方向に隣接する内部導体間に配置され、第2金属磁性粒子を含有する過酸化層を有する素体を備える。ここで、第2金属磁性粒子は、第1金属磁性粒子に比べ、多くの酸素量を有する。このようにコイル素子では、比較的多くの酸素量を有する第2金属磁性粒子を含有する過酸化層が内部導体間に配置される。過酸化層は、積層方向に隣接する内部導体間の透磁率を低下させる。このため、第2実施形態に係るコイル素子は、直流重畳特性を向上させることができる。
第2実施形態に係るコイル素子は、内部電極(コイル)の内部導体間に配置された金属磁性体層の透磁率低下による直流重畳特性が向上することができる。特定の理論に拘束されるわけではないが、その理由は以下のように推測される。
第2実施形態に係るコイル素子は、積層方向に隣接する内部導体間に配置され、第2金属磁性粒子を含有する過酸化層を有する素体を備える。ここで、第2金属磁性粒子は、第1金属磁性粒子に比べ、多くの酸素量を有する。このようにコイル素子では、比較的多くの酸素量を有する第2金属磁性粒子を含有する過酸化層が内部導体間に配置される。過酸化層は、積層方向に隣接する内部導体間の透磁率を低下させる。このため、第2実施形態に係るコイル素子は、直流重畳特性を向上させることができる。
図1~図3を参照して第2実施形態に係るコイル素子(または積層インダクタ)をより具体的に説明する。図1は、本開示の第2実施形態に係るコイル素子の斜視図であり、図2は、第2実施形態に係るコイル素子の分解斜視図であり、図3は、図1のIII-III線の矢視方向の断面図である。なお、コイル素子およびその各構成要素の形状および配置等は、図示する例に限定されない。
第2実施形態に係るコイル素子1は、素体10を備える。素体10は、第1金属磁性粒子を含有する金属磁性体層MLが積層した磁性体Mと、磁性体Mの内部に配置され内部導体(コイル導体)CD1,CD2を巻回する内部電極(コイル)C1,C2と、積層方向に隣接する内部導体CD1,CD2間に配置され、第2金属磁性粒子を含有する過酸化層Pとを有する。
第2実施形態では、素体10に第1コイルC1と、第1コイルC1よりも上側に配置された第2コイルC2とを備える。第1コイルC1は、後述する積層グループG6からG8(図2参照)を積層し、層間の第1コイル導体CD1がビア導体Vを介して螺旋状に接続されることにより、素体10内で巻回される。第2コイルC2は、後述する積層グループG2からG4(図2参照)を積層し、層間の第2コイル導体CD2がビア導体(不図示)を介して螺旋状に接続されることにより、素体10内で巻回される。
なお、素体10の内部に備えるコイルは上記形態に限定されず、1つのコイルを備える形態、または2つ以上のコイルを備える形態としてもよい。
(多くの酸素量)
第2金属磁性粒子は、第1金属磁性粒子に比べ、多くの酸素量を有する。つまり、第2金属磁性粒子を含有する過酸化層(厳密には、第2実施形態では第2金属磁性粒子から実質的になる過酸化層)Pは、第1金属磁性粒子を含有する金属磁性体層(厳密には、第2実施形態では第1金属磁性粒子から実質的に成る金属磁性体層)MLが積層した磁性体Mに比べ、多くの酸素量を有する。過酸化層Pの酸素原子比率は、15~35体積%を有する。磁性体Mの酸素原子比率は、10体積%以下である。これら酸素原子比率の決定方法は後述する。
本明細書において、Aから実質的に成るBとは、BがAから実質的に構成されることいい、具体的には、Aの含有量がBを基準として95%以上、97%以上、99%以上または100%である。
第2金属磁性粒子は、第1金属磁性粒子に比べ、多くの酸素量を有する。つまり、第2金属磁性粒子を含有する過酸化層(厳密には、第2実施形態では第2金属磁性粒子から実質的になる過酸化層)Pは、第1金属磁性粒子を含有する金属磁性体層(厳密には、第2実施形態では第1金属磁性粒子から実質的に成る金属磁性体層)MLが積層した磁性体Mに比べ、多くの酸素量を有する。過酸化層Pの酸素原子比率は、15~35体積%を有する。磁性体Mの酸素原子比率は、10体積%以下である。これら酸素原子比率の決定方法は後述する。
本明細書において、Aから実質的に成るBとは、BがAから実質的に構成されることいい、具体的には、Aの含有量がBを基準として95%以上、97%以上、99%以上または100%である。
本明細書において、酸素量とは、特定の箇所に存在する酸素原子の体積をいう。
(酸素量の決定方法)
第2金属磁性粒子が第1金属磁性粒子に比べ多くの酸素量を有することは、以下の方法によって決定することができる。
まず、コイル素子1の断面を形成し、断面のSEM画像を撮像する。この断面は、コイルの巻回軸を含み、巻回軸およびコイル素子1の長軸方向(L方向)に平行な断面である。ここで、SEM画像の倍率は、例えば、1,000倍であり、SEM画像において隣接する内部導体が撮影視野に入るようにする。
第2金属磁性粒子が第1金属磁性粒子に比べ多くの酸素量を有することは、以下の方法によって決定することができる。
まず、コイル素子1の断面を形成し、断面のSEM画像を撮像する。この断面は、コイルの巻回軸を含み、巻回軸およびコイル素子1の長軸方向(L方向)に平行な断面である。ここで、SEM画像の倍率は、例えば、1,000倍であり、SEM画像において隣接する内部導体が撮影視野に入るようにする。
次いで、断面のSEM画像に対してマッピング処理を施して、酸素原子が存在する箇所を着色する。二値化処理された断面のSEM画像から、第2金属磁性粒子を含有する過酸化層Pおよび第1金属磁性粒子を含有する素体10における酸素原子が存在する面積比率(酸素原子比率:体積%)をそれぞれ算出する。過酸化層Pおよび磁性体Mにおける酸素原子が存在する面積比率の大小関係により、第2金属磁性粒子は、第1金属磁性粒子に比べ、多くの酸素量を有するか否かを判定する。なお、過酸化層Pの酸素原子比率は、上記の「過酸化層Pにおける酸素原子が存在する面積比率」であり、磁性体の酸素原子比率は、上記の「磁性体における酸素原子が存在する面積比率」である。
この時、過酸化領域Pと非過酸化領域NPとの区別は、酸素のEDXマッピングにて色調の濃淡にて判別する。また、第2磁性体粒子と第1金属磁性体粒子とが異なる組成(例えば、構成原子が異なる)である場合、SEM画像をEDXマッピング処理して、金属磁性体粒子の材質にて第1金属磁性体粒子と第2磁性体粒子とを判別して過酸化領域Pと非過酸化領域NPとを区別することができる。あるいは、第1金属磁性粒子の平均粒径と第2金属磁性粒子の平均粒径とが異なる場合、SEM画像および画像解析ソフトを用いて平均粒径にて第1金属磁性体粒子および第2磁性体粒子を判別して過酸化領域Pと非過酸化領域NPとを区別することもできる。
詳しくは、図1に示す略長方体のコイル素子1の第2主面(頂面)12の対角線の交点を通るTL断面(図3のIII-III線の矢視方向の断面)により、コイル素子1を切断する。走査型電子顕微鏡(SEM)およびエネルギー分散型X線分析法(EDX)を用いて、形成された断面について素体10および過酸化層Pを構成する材質(酸素原子)由来の信号を測定する。測定結果に基づいて断面画像に対してマッピング処理を施し、前記材質の分布を示す解析画像を作成する。これにより解析画像において、酸素原子が存在する箇所と、金属磁性粒子が存在する箇所とが着色されることになる。解析画像における(第2金属磁性粒子を含有する)過酸化層Pに相当する箇所の、単位面積における酸素原子が存在する箇所および金属磁性粒子が存在する箇所の総面積と、単位面積における酸素原子が存在する箇所の面積とを算出する。得られた総面積および面積から、過酸化層Pにおける単位面積当たりの酸素原子の面積割合を算出する。同様に、素体10における単位面積当たりの酸素原子の面積割合を算出する。得られた面積割合の大小関係から、第2金属磁性粒子は、第1金属磁性粒子に比べ、多くの酸素量を有するか否かを判定する。
(酸素量を多くする実現手段)
第2金属磁性粒子は、第1金属磁性粒子に比べ多くの酸素量を有することを実現する具体的手段としては、例えば、第2金属磁性粒子が第1金属磁性粒子よりも小さい平均粒径を有すること、ならびに第2金属磁性粒子が、Bi、Cl、NaおよびKからなる群より選択される少なくとも1種の原子(添加原子)を含有することが挙げられる。詳しくは、コイル素子1の製造方法における原材料の状態で、上述したような第2金属磁性粒子の平均粒径および第2金属磁性粒子の組成(添加原子の含有)を調整して、第2金属磁性粒子がその周囲の部材に比べ酸化しやすくなり、その結果、多くの酸化量となる。
第2金属磁性粒子は、第1金属磁性粒子に比べ多くの酸素量を有することを実現する具体的手段としては、例えば、第2金属磁性粒子が第1金属磁性粒子よりも小さい平均粒径を有すること、ならびに第2金属磁性粒子が、Bi、Cl、NaおよびKからなる群より選択される少なくとも1種の原子(添加原子)を含有することが挙げられる。詳しくは、コイル素子1の製造方法における原材料の状態で、上述したような第2金属磁性粒子の平均粒径および第2金属磁性粒子の組成(添加原子の含有)を調整して、第2金属磁性粒子がその周囲の部材に比べ酸化しやすくなり、その結果、多くの酸化量となる。
第2金属磁性粒子が第1金属磁性粒子よりも小さい平均粒径を有すると、第2金属磁性粒子の単位体積当たりの表面積が増加する。コイル素子の製造方法において第2金属磁性粒子の表面は酸化し得る。結果として、過酸化層Pにおいて酸素量が多くなる。
第2金属磁性粒子が添加原子を含有すると、酸化が促進される。このため、コイル素子の製造方法において、第2金属磁性粒子が酸化され、過酸化層Pにおいて酸素量が多くなる。
以下、各構成要素について詳述する。
[素体]
素体10は、例えば、六面を有する直方体形状または略直方体形状である。素体10は、角部および稜線部に丸みが付けられていてもよい。角部は、素体10の三面が交わる部分であり、稜線部は、素体10の二面が交わる部分である。
[素体]
素体10は、例えば、六面を有する直方体形状または略直方体形状である。素体10は、角部および稜線部に丸みが付けられていてもよい。角部は、素体10の三面が交わる部分であり、稜線部は、素体10の二面が交わる部分である。
図1には、コイル素子1および素体10における長さ方向、幅方向および高さ方向を、それぞれL方向、W方向およびT方向として示している。長さ方向(長軸方向)Lと幅方向(短軸方向)Wと高さ方向(内部導体の積層方向)Tとは互いに直交する。コイル素子1の実装面は、例えば、長さ方向Lおよび幅方向Wに平行な面(LW面)である。
図1に示す素体10は、高さ方向Tに相対する第1主面11および第2主面12と、高さ方向Tに直交し長さ方向Lに相対する第1端面13および第2端面14と、長さ方向Lおよび高さ方向Tに直交する幅方向Wに相対する第1側面15および第2側面16とを有する。図1に示す例では、素体10の第1主面11が素体10の実装面(底面)に相当する。なお、第2主面12が素体10の実装面であってもよい。
素体10は、磁性体Mと、内部電極C1,C2と、過酸化層Pとを有し、素体10内にコイル(内部電極)Cおよび過酸化層Pが配置される。また、素体10は、複数の金属磁性体層MLが積層方向(例えば高さ方向T)に積層された積層構造を有している。詳しくは、素体10は、金属磁性体層MLと、過酸化層Pまたはコイル導体CDが形成された複数の金属磁性体層MLとが積層されている。第2実施形態では、図2に示すように少なくとも1層の金属磁性体層MLおよびコイル導体CDもしくは過酸化層P(または金属磁性体層MLのみ)を含む積層グループG1~G10を積層させることによって構成されている。なお、素体10が有する積層構造の各層の境界(特に、同一材料から構成される金属磁性体層MLと金属磁性体層MLとの間の境界部分)は、消失している。各積層グループ層は、同一のパターンを複数積層して構成されていてよい。
(積層グループ)
図2に示す積層グループG1~G10を用いて、素体10を説明する。
図2に示す積層グループG1~G10を用いて、素体10を説明する。
-積層グループG1-
積層グループG1は、金属磁性体層MLを有しており、素体10の第2主面12を構成する。
積層グループG1は、金属磁性体層MLを有しており、素体10の第2主面12を構成する。
-積層グループG2-
積層グループG2は、金属磁性体層MLと、第2コイルC2の一部を構成する第2コイル導体CD2とを有している。
積層グループG2は、金属磁性体層MLと、第2コイルC2の一部を構成する第2コイル導体CD2とを有している。
積層グループG2の第2コイル導体CD2は、第2コイルC2の一つの巻回を構成している。より具体的には、金属磁性体層MLは積層方向に対向する面を貫通する孔を有し、その孔に第2コイル導体CD2が配置される。第2コイル導体CD2の一端は、積層グループG4の第2コイル導体CD2と接続するためのビア導体(不図示)に接続され、第2コイル導体CD2の他端は、第4外部電極E4と電気的に接続するための第4スルーホール導体(不図示)に接続される。
-積層グループG3-
積層グループG3は、金属磁性体層MLと、過酸化層Pと、過酸化層Pに設けられたビア導体Vと、金属磁性体層MLに設けられた第4スルーホール導体T4とを有している。
積層グループG3は、金属磁性体層MLと、過酸化層Pと、過酸化層Pに設けられたビア導体Vと、金属磁性体層MLに設けられた第4スルーホール導体T4とを有している。
金属磁性体層MLは積層方向に対向する面を貫通する孔を有し、その孔に過酸化層Pが配置される。積層グループG3の過酸化層Pは、後述する積層グループG4の第2コイル導体CD2の巻回形状に対応して設けられる。
積層グループG3のビア導体Vは、積層グループG2の第2コイル導体CD2の一端と接続する位置に配置される。
積層グループG3の第4スルーホール導体T4は、積層方向に隣接する積層グループG2,G4の第4スルーホール導体T4同士を接続して第4外部電極E4と電気的に導通される。したがって、第4スルーホール導体T4は、平面透視で第4外部電極E4上に配置される。
-積層グループG4-
積層グループG4は、金属磁性体層MLと、第2コイルC2の一部を構成する第2コイル導体CD2と、金属磁性体層MLに設けられた第4スルーホール導体T4とを有している。
積層グループG4は、金属磁性体層MLと、第2コイルC2の一部を構成する第2コイル導体CD2と、金属磁性体層MLに設けられた第4スルーホール導体T4とを有している。
積層グループG4の第2コイル導体CD2は、第2コイルC2の他の巻回を構成している。より具体的には、金属磁性体層MLは積層方向に対向する面を貫通する孔を有し、その孔に第2コイル導体CD2が配置される。第2コイル導体CD2の一端は、積層グルーG2の第2コイル導体CD2に接続され、第2コイル導体CD2の他端は、第3外部電極E3と電気的に接続するための第3スルーホール導体(不図示)に接続される。
積層グループG4の第4スルーホール導体T4は、積層方向に隣接する積層グループG3,G5の第4スルーホール導体T4同士を接続して第4外部電極E4と電気的に導通されている。したがって、第4スルーホール導体T4は、第4外部電極E4上に位置する金属磁性体層MLの角部に配置されてもよい。
-積層グループG5-
積層グループG5は、金属磁性体層MLと、過酸化層Pと、金属磁性体層MLに設けられた第3スルーホール導体T3および第4スルーホール導体T4が設けられる。
積層グループG5は、金属磁性体層MLと、過酸化層Pと、金属磁性体層MLに設けられた第3スルーホール導体T3および第4スルーホール導体T4が設けられる。
積層グループG5の過酸化層Pは、後述する積層グループG6の第1コイル導体CD1の巻回形状に対応して設けられる。金属磁性体層MLは積層方向に対向する面を貫通する孔を有し、その孔に過酸化層Pが配置される。また、積層グループG5の過酸化層Pによって第1コイルC1と第2コイルC2とを電気的に絶縁する。
積層グループG5の第3スルーホール導体T3は、積層方向に隣接する積層グループG4,G6の第3スルーホール導体T3同士を接続して第3外部電極E3と電気的に導通される。したがって、第3スルーホール導体T3は、平面透視で第3外部電極E3上に配置される。
積層グループG5の第4スルーホール導体T4は、積層方向に隣接する積層グループG4,G6の第4スルーホール導体T4同士を接続して第4外部電極E4と電気的に導通される。したがって、第4スルーホール導体T4は、平面透視で第4外部電極E4上に配置される。
-積層グループG6-
積層グループG6は、金属磁性体層MLと、第1コイルC1の一部を構成する第1コイル導体CD1と、金属磁性体層MLに設けられた第3スルーホール導体T3および第4スルーホール導体T4とを有している。
積層グループG6は、金属磁性体層MLと、第1コイルC1の一部を構成する第1コイル導体CD1と、金属磁性体層MLに設けられた第3スルーホール導体T3および第4スルーホール導体T4とを有している。
積層グループG6の第1コイル導体CD1は、第1コイルC1の一つの巻回を構成している。より具体的には、金属磁性体層MLは積層方向に対向する面を貫通する孔を有し、その孔に第1コイル導体CD1が配置される。第1コイル導体CD1の一端は、積層グループG8に設けられた第1コイル導体CD1と接続するためのビア導体(不図示)が設けられ、第1コイル導体CD1の他端は、第2外部電極E2と電気的に接続するための第2スルーホール導体(不図示)が設けられる。
積層グループG6の第3スルーホール導体T3は、積層方向に隣接する積層グループG5,G7の第3スルーホール導体T3同士を接続して第3外部電極E3と電気的に導通される。したがって、第3スルーホール導体T3は、第3外部電極E3上に位置する金属磁性体層MLの角部に配置されてもよい。
積層グループG6の第4スルーホール導体T4は、積層方向に隣接する積層グループG5,G7の第4スルーホール導体T4同士を接続して第4外部電極E4と電気的に導通される。したがって、第4スルーホール導体T4は、第4外部電極E4上に位置する金属磁性体層MLの角部に配置されてもよい。
-積層グループG7-
積層グループG7は、金属磁性体層MLと、過酸化層Pと、過酸化層Pに設けられたビア導体Vと、金属磁性体層MLに設けられた第2スルーホール導体T2、第3スルーホール導体T3および第4スルーホール導体T4とを有している。
積層グループG7は、金属磁性体層MLと、過酸化層Pと、過酸化層Pに設けられたビア導体Vと、金属磁性体層MLに設けられた第2スルーホール導体T2、第3スルーホール導体T3および第4スルーホール導体T4とを有している。
積層グループG7の過酸化層Pは、後述する積層グループG8の第1コイル導体CD1の巻回形状に対応して設けられる。金属磁性体層MLは積層方向に対向する面を貫通する孔を有し、その孔に過酸化層Pが配置される。
積層グループG7のビア導体Vは、積層グループG6の第1コイル導体CD1の一端と接続する位置に配置される。
積層グループG7の第2スルーホール導体T2は、積層方向に隣接する積層グループG6,G8の第2スルーホール導体T2同士を接続して第2外部電極E2と電気的に導通される。したがって、第2スルーホール導体T2は、平面透視で第2外部電極E2上に配置される。
積層グループG7の第3スルーホール導体T3は、積層方向に隣接する積層グループG6,G8の第3スルーホール導体T3同士を接続して第3外部電極E3と電気的に導通される。したがって、第3スルーホール導体T3は、平面透視で第3外部電極E3上に配置される。
積層グループG7の第4スルーホール導体T4は、積層方向に隣接する積層グループG6,G8の第4スルーホール導体T4同士を接続して第4外部電極E4と電気的に導通される。したがって、第4スルーホール導体T4は、平面透視で第4外部電極E4上に配置される。
-積層グループG8-
積層グループG8は、金属磁性体層MLと、第1コイルC1の一部を構成する第1コイル導体CD1と、金属磁性体層MLに設けられた第2スルーホール導体T2と、第3スルーホール導体T3と、第4スルーホール導体T4とを有する。
積層グループG8は、金属磁性体層MLと、第1コイルC1の一部を構成する第1コイル導体CD1と、金属磁性体層MLに設けられた第2スルーホール導体T2と、第3スルーホール導体T3と、第4スルーホール導体T4とを有する。
積層グループG8の第1コイル導体CD1は、第1コイルC1の他の巻回を構成する。より具体的には、金属磁性体層MLは積層方向に対向する面を貫通する孔を有し、その孔に第1コイル導体CD1が配置される。第1コイル導体CD1は、金属磁性体層MLの略外周縁に沿って巻回して配置されている。第1コイル導体CD1の一端は、積層グループG6の金属磁性体層MLの第1コイル導体CD1と接続され、第1コイル導体CD1の他端は、第1外部電極E1と電気的に接続するための第1スルーホール導体(不図示)が設けられる。
積層グループG8の第2スルーホール導体T2は、積層方向に隣接する積層グループG7,G9の第2スルーホール導体T2同士を接続して第2外部電極E2と電気的に導通される。また、第2スルーホール導体T2は、第2外部電極E2上に位置する金属磁性体層MLの角部に配置されてもよい。
積層グループG8の第3スルーホール導体T3は、積層方向に隣接する積層グループG7,G9の第3スルーホール導体T3同士を接続して第3外部電極E3と電気的に導通される。また、第3スルーホール導体T3は、第3外部電極E3上に位置する金属磁性体層MLの角部に配置されてもよい。
積層グループG8の第4スルーホール導体T4は、積層方向に隣接する積層グループG7,G9の第4スルーホール導体T4同士を接続して第4外部電極E4と電気的に導通される。また、第4スルーホール導体T4は、第4外部電極E4上に位置する金属磁性体層MLの角部に配置されてもよい。
-積層グループG9-
積層グループG9は、金属磁性体層MLの角部において第1スルーホール導体T1、第2スルーホール導体T2、第3スルーホール導体T3および第4スルーホール導体T4が設けられる。積層グループG1~G9の第1スルーホール導体T1~第4スルーホール導体T4の積層方向から見た平面視の面積は、略同一である。
積層グループG9は、金属磁性体層MLの角部において第1スルーホール導体T1、第2スルーホール導体T2、第3スルーホール導体T3および第4スルーホール導体T4が設けられる。積層グループG1~G9の第1スルーホール導体T1~第4スルーホール導体T4の積層方向から見た平面視の面積は、略同一である。
-積層グループG10-
積層グループG10は、金属磁性体層MLの角部において積層グループG9の第1~第4スルーホール導体よりも平面積の大きい第1~第4スルーホール導体T1~T4が設けられる。第1~第4スルーホール導体T1~T4は、外部電極E1~E4の下地電極として用いられる。積層グループG10の第1~第4スルーホール導体の平面積を、積層グループG9の第1~第4スルーホール導体の平面積より大きくすることにより、実装時の強度を向上させることができる。
積層グループG10は、金属磁性体層MLの角部において積層グループG9の第1~第4スルーホール導体よりも平面積の大きい第1~第4スルーホール導体T1~T4が設けられる。第1~第4スルーホール導体T1~T4は、外部電極E1~E4の下地電極として用いられる。積層グループG10の第1~第4スルーホール導体の平面積を、積層グループG9の第1~第4スルーホール導体の平面積より大きくすることにより、実装時の強度を向上させることができる。
各積層グループにおける第1コイル導体CD1と第2コイル導体CD2の厚みは、各々、同じであってよい。積層方向のコイル導体CD間のすべてに過酸化層Pが配置されている。具体的には、積層グループG2からG7(図2参照)に過酸化層Pが配置され得る。
(磁性体)
磁性体Mは、第1金属磁性体粒子を含有する。第1金属磁性体粒子は、その表面を覆う酸化膜を有し得る。また、第1金属磁性体粒子は、磁性材料としてのFe-Si合金を含む。
磁性体Mは、第1金属磁性体粒子を含有する。第1金属磁性体粒子は、その表面を覆う酸化膜を有し得る。また、第1金属磁性体粒子は、磁性材料としてのFe-Si合金を含む。
一態様では、第1金属磁性体粒子は、第1金属磁性粒子においてSiの含有量がFeとSiとの総含有量に対して3質量%未満であり、Pの含有量がFeとSiとの総含有量(100質量%)に対して1000ppm以下である。
別の態様では、第1金属磁性体粒子は、第1金属磁性粒子においてSiの含有量がFeとSiとの総含有量に対して3~8質量%未満であり、Pの含有量がFeとSiとの総含有量(100質量%)に対して110ppm未満または650ppm超~1000ppm以下である。
さらに、第1金属磁性体粒子は、Al、B、Nb、Cu、C、Co、PおよびSからなる群より選択される少なくとも1種の添加金属元素を含んでもよい。このような添加金属元素を含むFe-Si合金としては、例えば、Fe-Si-Cr(クロム)系合金、Fe-Si-Al(アルミニウム)系合金、Fe-Si-B(ホウ素)-P(リン)-Cu(銅)-C(炭素)系合金、およびFe-Si-B-Nb(ニオブ)-Cu系合金が挙げられる。また、第1金属磁性体粒子には、製造上意図しないCr、Mn(マンガン)、Cu、Ni(ニッケル)、P、S(硫黄)またはCo(コバルト)等の不純物を含んでいてもよい。
第1金属磁性体粒子の表面は、絶縁被膜(不図示)で覆われていてよい。本明細書でいう「絶縁性」とは、体積抵抗率が1MΩcm以上であることを意図している。第1金属磁性体粒子の表面が絶縁被膜で覆われていると、第1金属磁性体粒子間の絶縁性を高くすることができる。第1金属磁性体粒子の表面に絶縁被膜を形成する方法としては、例えば、ゾル-ゲル法およびメカノケミカル法を挙げることができる。絶縁被膜を構成する材料は、P、Si等の酸化物であってよい。また、絶縁被膜は第1金属磁性体粒子の表面が酸化されることで形成された酸化膜であってもよい。絶縁被膜の厚みは、好ましくは1nm以上50nm以下、より好ましくは1nm以上30nm以下、さらに好ましくは1nm以上20nm以下であってよい。例えば、コイル素子の試料を研磨することで得られた断面を走査型電子顕微鏡(SEM)または透過型電子顕微鏡(TEM)で撮影し、得られたSEM画像から、金属磁性体粒子の表面を覆う絶縁被膜の厚みを測定することができる。
第1金属磁性粒子は、その表面に酸化膜を有し得る。この酸化膜は、第1金属磁性体粒子に由来するものであり、熱処理(酸化処理)により形成され得る。素体10において、隣接する第1金属磁性体粒子は酸化膜を介して互いに接合され得る。
第1金属磁性体粒子の平均粒径は、好ましくは2μmより大きく30μm以下、より好ましくは2μmより大きく20μm以下、さらに好ましくは2μmより大きく10μm以下である。金属磁性体層中の第1金属磁性体粒子の平均粒径は、以下に説明する手順で測定することができる。コイル素子1を切断して断面を得る。具体的には、コイル素子1の中心部を通って素体10の実装面と端面に直交する様に切断して断面を得る。得られた断面について、複数箇所(例えば、図3では、内部導体CDの外側面から素体10の外表面との間の磁性体M中の5箇所)の領域(例えば130μm×100μm)をSEMで撮影し、得られたSEM画像を画像解析ソフト(例えば、画像解析ソフトウェア「Win R00F」(三谷商事株式会社製))を用いて解析し、第1金属磁性体粒子の円相当径を求める。得られた円相当径の平均値を第1金属磁性体粒子の平均粒径とする。なお、本明細書でいう平均粒径とは、平均粒径D50(体積基準の累積百分率50%相当粒径)を意味する。
(内部電極)
内部電極Cは、磁性体Mの内部に配置される。内部電極Cは、磁性体内の平面上に巻回された複数の内部導体CDがビア導体Vを介して複数接続して構成される。内部電極Cは、第1コイルC1と、第1コイルC1よりも高さ方向Tの上側に配置された第2コイルC2とを有する。
内部電極Cは、磁性体Mの内部に配置される。内部電極Cは、磁性体内の平面上に巻回された複数の内部導体CDがビア導体Vを介して複数接続して構成される。内部電極Cは、第1コイルC1と、第1コイルC1よりも高さ方向Tの上側に配置された第2コイルC2とを有する。
-第1コイル-
第1コイルC1は、ビア導体V(図3参照)によって互いに接続されている複数の第1コイル導体CD1と、第1スルーホール導体T1と、第2スルーホール導体T2とを有する。
第1コイルC1は、ビア導体V(図3参照)によって互いに接続されている複数の第1コイル導体CD1と、第1スルーホール導体T1と、第2スルーホール導体T2とを有する。
複数の第1コイル導体CD1は、上述したとおり、2つの積層グループ(積層グループG6,G8(図2参照))に設けられる。これにより、第1コイルC1は、素体10内で螺旋構造となっている。また、複数の第1コイル導体CD1同士を接続するビア導体Vの積層方向の長さは、第1スルーホール導体T1の長さ、または、第2スルーホール導体T2の長さよりも短くてよい。
第1スルーホール導体T1は、第1コイルC1のうち、素体10の底面(第1主面11)に最も近い第1コイル導体CD1の端部と第1外部電極E1とを電気的に接続される。第1スルーホール導体T1は、金属磁性体層の積層方向(例えば素体の高さ方向T)に沿って延びている。第1スルーホール導体T1は、積層構造を有してもよい。
第2スルーホール導体T2は、第1コイルC1の他方の端部と第2外部電極E2とを電気的に接続される。第2スルーホール導体T2は、金属磁性体層の積層方向(例えば素体の高さ方向T)に沿って延びている。第2スルーホール導体T2は、積層構造を有してもよい。
-第2コイル-
第2コイルC2は、素体10の内部であって、第1コイルC1の積層方向の上側に設けられてよい。第2コイルC2は、ビア導体(不図示)によって互いに接続されている複数の第2コイル導体CD2と、第3スルーホール導体T3と、第4スルーホール導体T4と、を備えてよい。
第2コイルC2は、素体10の内部であって、第1コイルC1の積層方向の上側に設けられてよい。第2コイルC2は、ビア導体(不図示)によって互いに接続されている複数の第2コイル導体CD2と、第3スルーホール導体T3と、第4スルーホール導体T4と、を備えてよい。
複数の第2コイル導体CD2は、上述したとおり、2つの積層グループ(積層グループG2,G4(図2参照))に設けられてよい。これにより、第2コイルC2は、素体10内で螺旋構造となってよい。また、複数の第2コイル導体CD2同士を接続するビア導体(不図示)の積層方向の長さは、第3スルーホール導体T3の長さ、または、第4スルーホール導体T4の長さよりも短くてよい。
第3スルーホール導体T3は、第2コイルC2のうち、素体10の底面(第1主面11)に最も近い第2巻回部の端部と第3外部電極E3とを電気的に接続してよい。第3スルーホール導体T3は、金属磁性体層の積層方向(例えば素体の高さ方向T)に沿って延びていてよい。第3スルーホール導体T3は、積層構造を有してもよい。
第4スルーホール導体T4は、第2コイルC2の他方の端部と第4外部電極E4とを接続してよい。第4スルーホール導体T4は、金属磁性体層の積層方向(例えば素体の高さ方向T)に沿って延びていてよい。第4スルーホール導体T4は、積層構造を有してもよい。
(過酸化層)
過酸化層Pは、積層方向に隣接する内部導体CD間に配置される。過酸化層Pは、内部導体CDの積層方向に垂直な面に接触するように配置される。過酸化層Pは、隣接する内部導体CDの積層方向に対向する面に配置され、過酸化層Pは互いに接続することができる。より具体的には、過酸化層Pのみが隣接する内部導体CD間に配置されて得る。図2では、隣接する内部導体CD間のすべてにおいて、過酸化層Pのみが配置されている。
過酸化層Pは、積層方向に隣接する内部導体CD間に配置される。過酸化層Pは、内部導体CDの積層方向に垂直な面に接触するように配置される。過酸化層Pは、隣接する内部導体CDの積層方向に対向する面に配置され、過酸化層Pは互いに接続することができる。より具体的には、過酸化層Pのみが隣接する内部導体CD間に配置されて得る。図2では、隣接する内部導体CD間のすべてにおいて、過酸化層Pのみが配置されている。
過酸化層Pのみが隣接する内部導体CD間に配置されていると、内部導体間の透磁率が低下するため、直流重畳特性をさらに向上させることができる。
過酸化層Pは、第2金属磁性粒子を含有する。第2金属磁性体粒子の平均粒径は、好ましくは1μmより大きく29μm以下、より好ましくは1μmより大きく19μm以下、さらに好ましくは1μmより大きく9μm以下である。第2金属磁性粒子が第1金属磁性粒子に比べ多くの酸素量を有することを実現する観点から、第2金属磁性粒子は第1金属磁性粒子よりも小さい平均粒径を有し得る。
過酸化層P中の第2金属磁性体粒子の平均粒径は、第1金属磁性体粒子と同様の手順で測定することができる。具体的には、コイル素子1を切断して断面を得る。コイル素子1の中心部を通って素体10の実装面と端面に直交する様に切断して断面を得る。得られた断面について、複数箇所(例えば、図3では、隣接する内部導体CD間の過酸化層P中の5箇所)の領域(例えば130μm×100μm)をSEMで撮影し、得られたSEM画像を画像解析ソフト(例えば、画像解析ソフトウェア「Win R00F」(三谷商事株式会社製))を用いて解析し、第2金属磁性体粒子の円相当径を求める。得られた円相当径の平均値を第2金属磁性体粒子の平均粒径とする。なお、本明細書でいう平均粒径とは、平均粒径D50(体積基準の累積百分率50%相当粒径)を意味する。
第2金属磁性粒子表面は酸化膜で覆われ得る。つまり、第2金属磁性粒子はその表面に酸化膜を有し得る。
第2金属磁性体粒子は、Al、B、Nb、Cu、C、Co、PおよびSからなる群より選択される少なくとも1種の添加金属元素を含んでもよい。このような添加金属元素を含むFe-Si合金としては、例えば、Fe-Si-Cr(クロム)系合金、Fe-Si-Al(アルミニウム)系合金、Fe-Si-B(ホウ素)-P(リン)-Cu(銅)-C(炭素)系合金、およびFe-Si-B-Nb(ニオブ)-Cu系合金が挙げられる。また、第2金属磁性体粒子には、製造上意図しないCr、Mn(マンガン)、Cu、Ni(ニッケル)、P、S(硫黄)またはCo(コバルト)等の不純物を含んでいてもよい。
第2金属磁性粒子が第1金属磁性粒子に比べ多くの酸素量を有することを実現する観点から、第2金属磁性粒子は、Bi、Cl、NaおよびKからなる群より選択される少なくとも1種の原子(添加原子)を含有し得る。
-外部電極-
外部電極は、素体10の底面に設けられている。外部電極は、第1外部電極E1、第2外部電極E2、第3外部電極E3および第4外部電極E4を含んでいる。第1外部電極E1および第2外部電極E2は第1コイルC1と電気的に接続されている。また、第3外部電極E3および第4外部電極E4は第2コイルC2と電気的に接続されている。素体10の底面(第1主面11)に外部電極を設けると、コイル素子1を適切に実装基板等に実装することが可能となる。
外部電極は、素体10の底面に設けられている。外部電極は、第1外部電極E1、第2外部電極E2、第3外部電極E3および第4外部電極E4を含んでいる。第1外部電極E1および第2外部電極E2は第1コイルC1と電気的に接続されている。また、第3外部電極E3および第4外部電極E4は第2コイルC2と電気的に接続されている。素体10の底面(第1主面11)に外部電極を設けると、コイル素子1を適切に実装基板等に実装することが可能となる。
外部電極は、一例として、CuやNi等様々な材料を用いてよい。また、外部電極は、一層で形成されていてもよいし、二層以上の積層構造としてもよい。外部電極の形成は、どのような手法で形成されてもよいが、一例として、めっき(例えば、無電解めっき)で形成されためっき電極であってよい。
[コイル素子の製造方法]
第2実施形態に係るコイル素子を製造する方法の一例を説明する。第2実施形態に係るコイル素子の製造方法は、第1金属磁性ペースト、第2金属磁性ペーストおよび導電ペーストを積層して積層体を形成すること(積層体形成工程)と、積層体を焼成すること(積層体焼成工程)とを含んで成る。
第2実施形態に係るコイル素子を製造する方法の一例を説明する。第2実施形態に係るコイル素子の製造方法は、第1金属磁性ペースト、第2金属磁性ペーストおよび導電ペーストを積層して積層体を形成すること(積層体形成工程)と、積層体を焼成すること(積層体焼成工程)とを含んで成る。
(積層体形成工程)
積層体形成工程では、第1金属磁性ペースト、第2金属磁性ペーストおよび導電ペーストを積層して積層体を形成する。詳しくは、まず、第1金属磁性ペースト、第2金属磁性ペーストおよび導電ペーストをそれぞれ調製する。第1金属磁性ペーストは、第1金属磁性粒子を溶媒に分散させて調製する。第2金属磁性ペーストは、第2金属磁性粒子を溶媒に分散させて調製する。導電ペーストは、例えば、銅粉、銀粉および金粉のような導電粉を溶媒に分散させて調製する。これらのペーストは、さらに分散剤を含んでもよい。
積層体形成工程では、第1金属磁性ペースト、第2金属磁性ペーストおよび導電ペーストを積層して積層体を形成する。詳しくは、まず、第1金属磁性ペースト、第2金属磁性ペーストおよび導電ペーストをそれぞれ調製する。第1金属磁性ペーストは、第1金属磁性粒子を溶媒に分散させて調製する。第2金属磁性ペーストは、第2金属磁性粒子を溶媒に分散させて調製する。導電ペーストは、例えば、銅粉、銀粉および金粉のような導電粉を溶媒に分散させて調製する。これらのペーストは、さらに分散剤を含んでもよい。
次いで、調製したペーストを所望のパターンで印刷して、積層グループG1~G10をそれぞれ形成する。第1金属磁性ペーストは、磁性体前駆体を形成する。第2金属磁性ペーストは、過酸化層前駆体を形成する。導電ペーストは、内部電極前駆体、スルーホール導体前駆体およびビア導体前駆体を形成する。例えば、第2金属磁性ペーストで形成される層(過酸化層前駆体)は、隣接する内部導体前駆体間の全体に配置されるように印刷される。このようにして積層グループG1~G10の前駆体を積層して積層体を形成する。
積層体は、積層グループG1~G10の前駆体をそれぞれ形成した後に、これらを積層して形成してもよく、または積層グループG1~G10の前駆体を逐次的に積層して形成してもよい。積層グループG1~G10の前駆体は、それぞれ金属磁性体層ML、過酸化層P、コイル導体、スルーホール導体およびビア導体が所望の厚みになるまで繰り返し印刷して形成してもよい。
(積層体形焼成工程)
積層体焼成工程では、積層体を焼成する。積層体の焼成により、第1金属磁性ペーストで構成される磁性体前駆体が磁性体となり、第2金属磁性ペーストで構成される過酸化層前駆体が過酸化層となり、導電ペーストで構成される内部電極前駆体、スルーホール導体前駆体およびビア導体前駆体がそれぞれ内部電極、スルーホール導体およびビア導体となる。
積層体焼成工程では、積層体を焼成する。積層体の焼成により、第1金属磁性ペーストで構成される磁性体前駆体が磁性体となり、第2金属磁性ペーストで構成される過酸化層前駆体が過酸化層となり、導電ペーストで構成される内部電極前駆体、スルーホール導体前駆体およびビア導体前駆体がそれぞれ内部電極、スルーホール導体およびビア導体となる。
また、積層体焼成工程では、内部電極前駆体、スルーホール導体前駆体およびビア導体前駆体が焼成により収縮して緻密化するため、低抵抗化する。さらに、積層体焼成工程では、内部電極前駆体、スルーホール導体前駆体およびビア導体前駆体(特に、内部電極前駆体)が焼成により収縮する一方で、過酸化層前駆体が焼成により酸化されつつ膨張する。このため、積層体の焼成においては、内部電極前駆体、スルーホール導体前駆体およびビア導体前駆体の収縮が、過酸化層前駆体の膨張で相殺され(または一部相殺され)、焼成中に生じる内部応力が緩和される。このため、過酸化層を形成しないコイル素子に比べ、(特に、積層方向に垂直な内部導体の面近傍における)クラックの発生が抑制される。
焼成温度は、例えば、500℃~900℃であり、焼成時間は、例えば、1~6時間である。
<第3実施形態>
第3実施形態は、コイル素子に関する。第3実施形態は、第2実施形態に比べ過酸化層PAの配置および形状の点で相違する。この相違する箇所を主として説明する。なお、第3実施形態において、第2実施形態と同一の符号は、第2実施形態と同じ構成であるため、その説明を原則として省略する。
第3実施形態は、コイル素子に関する。第3実施形態は、第2実施形態に比べ過酸化層PAの配置および形状の点で相違する。この相違する箇所を主として説明する。なお、第3実施形態において、第2実施形態と同一の符号は、第2実施形態と同じ構成であるため、その説明を原則として省略する。
図4を参照して、第3実施形態に係るコイル素子を説明する。図4は、第3実施形態に係るコイル素子の拡大断面図を示す。図4に示すように、第3実施形態に係るコイル素子1Aでは、過酸化層PAは、隣接する内部導体CDの対向する2つの面にそれぞれ配置される。これらの2つの過酸化層PAは互いに接続せず、磁性体Mを介して対向する。
通常、コイル素子の製造方法において積層体の焼成時に内部導体の前駆体が収縮し、内部応力が過酸化層と磁性体との間に局所的に印加されることで生じ得る。過酸化層PAが、隣接する内部導体の対向する2つ面に配置されていると、過酸化層前駆体の酸化による膨張が生じ、これにより内部導体前駆体の収縮と相殺され、過酸化層IAと磁性体Mとの間に生じるクラックの発生を抑制することができる。
[コイル素子の製造方法]
第3実施形態に係るコイル素子1Aの製造方法では、第2実施形態の積層体における積層方向に隣接する内部導体前駆体間の全体に過酸化層前駆体(つまり、第2金属磁性ペースト)を配置したことに代えて、積層方向に隣接する内部導体前駆体の対応する2つの面に配置され、かつ配置された2つの過酸化層前駆体が互いに接続しないように配置するようにする。
第3実施形態に係るコイル素子1Aの製造方法では、第2実施形態の積層体における積層方向に隣接する内部導体前駆体間の全体に過酸化層前駆体(つまり、第2金属磁性ペースト)を配置したことに代えて、積層方向に隣接する内部導体前駆体の対応する2つの面に配置され、かつ配置された2つの過酸化層前駆体が互いに接続しないように配置するようにする。
[実施例]
図6および図7を参照して、多くの酸素量を説明する。図6は、第3実施形態に係るコイル素子IAの断面のSEM画像を示す断面図である。図6はまた、図4の一部拡大図(B部拡大図)でもある。図7は、図6の酸素元素の存在をマッピング処理した画像を示す図である。
図7中の過酸化層PAの(図6の過酸化層PAの一領域に相当する「図7中のX部」)酸素原子比率は32.5体積%であった。過酸化層PA間の磁性体の(図6の磁性体Mの一領域に相当する「図7中のX部」)酸素原子比率は8.1%であった。
図6および図7を参照して、多くの酸素量を説明する。図6は、第3実施形態に係るコイル素子IAの断面のSEM画像を示す断面図である。図6はまた、図4の一部拡大図(B部拡大図)でもある。図7は、図6の酸素元素の存在をマッピング処理した画像を示す図である。
図7中の過酸化層PAの(図6の過酸化層PAの一領域に相当する「図7中のX部」)酸素原子比率は32.5体積%であった。過酸化層PA間の磁性体の(図6の磁性体Mの一領域に相当する「図7中のX部」)酸素原子比率は8.1%であった。
<実施形態の変形例>
なお、本開示は上述の実施形態に限定されず、本開示の要旨を逸脱しない範囲で設計変更可能である。また、第2~第3実施形態の特徴点を様々に組み合わせてもよい。
なお、本開示は上述の実施形態に限定されず、本開示の要旨を逸脱しない範囲で設計変更可能である。また、第2~第3実施形態の特徴点を様々に組み合わせてもよい。
第2実施形態では、過酸化層Pは、断面視で内部導体CDに接触して配置されているが、これに限定されない。例えば、過酸化層Pは内部導体CDに接触せずに、隣接する内部導体CD間に配置されてもよい。
第3実施形態では、隣接する内部導体の対向する面に過酸化層PAが配置されており、これらは互いに接続していないが、これに限定されない。例えば、図5に示すように、対向する2つ過酸化層は(一部で)互いに接続してもよい。
また、第2実施形態では、図3に示すように隣接する内部導体間はすべてに過酸化層Pが配置されていたが、これに限定されない。例えば、6つの隣接する内部導体間のうち、1つ~5つに過酸化層が配置されていてもよい。
また、第2実施形態における6つの隣接する内部導体間のうち、任意の3つに第2実施形態の過酸化層Pが配置され、残りの3つに第2実施形態の過酸化層PAが配置されてもよい。
<第4実施形態:コイル素子>
第4実施形態はコイル素子に関する。第4実施形態に係るコイル素子は、特に、第1実施形態における「積層方向に隣接する内部導体間に配置され」ていることが「積層方向に隣接する内部導体の互いに対向する少なくとも一方の面に接触して配置され」ることに特定されている。
第4実施形態に係るコイル素子は、
第1金属磁性粒子を含有する金属磁性体層が積層した磁性体と、磁性体の内部に配置され内部導体を巻回する内部電極と、積層方向に隣接する内部導体の互いに対向する少なくとも一方の面に接触して配置され、第2金属磁性粒子を含有する過酸化層とを有する素体を備え、
第2金属磁性粒子は、第1金属磁性粒子に比べ、多くの酸素量を有する。
第4実施形態はコイル素子に関する。第4実施形態に係るコイル素子は、特に、第1実施形態における「積層方向に隣接する内部導体間に配置され」ていることが「積層方向に隣接する内部導体の互いに対向する少なくとも一方の面に接触して配置され」ることに特定されている。
第4実施形態に係るコイル素子は、
第1金属磁性粒子を含有する金属磁性体層が積層した磁性体と、磁性体の内部に配置され内部導体を巻回する内部電極と、積層方向に隣接する内部導体の互いに対向する少なくとも一方の面に接触して配置され、第2金属磁性粒子を含有する過酸化層とを有する素体を備え、
第2金属磁性粒子は、第1金属磁性粒子に比べ、多くの酸素量を有する。
[作用機序]
第4実施形態に係るコイル素子は、構造欠陥(クラック)の発生を抑制することができる。特定の理論に拘束されるわけではないが、その理由は以下のように推測される。
第4実施形態に係るコイル素子は、積層方向に隣接する内部導体の互いに対向する少なくとも一方の面に接触して配置される過酸化層を有する素体を備える。ここで、第2金属磁性粒子は、第1金属磁性粒子に比べ、多くの酸素量を有する。このようにコイル素子では、比較的多くの酸素量を有する第2金属磁性粒子を含有する過酸化層が、積層方向に隣接する内部導体の互いに対向する少なくとも一方の面に接触して配置される。過酸化層は酸素量が多いため、過酸化層は接触する内部導体および磁性体とより強固に接続する。さらに、過酸化層が構造欠陥(クラック)の発生しやすい内部導体と素体との界面に配置される。よって、第4実施形態に係るコイル素子は、構造欠陥(クラック)の発生を抑制することができると考えられる。
なお、本明細書において「接触する」とは、2つの部材が互いに触れ合うことであって、2つの部材がその間に何も介在せずに直接的に接していることをいう。
第4実施形態に係るコイル素子は、構造欠陥(クラック)の発生を抑制することができる。特定の理論に拘束されるわけではないが、その理由は以下のように推測される。
第4実施形態に係るコイル素子は、積層方向に隣接する内部導体の互いに対向する少なくとも一方の面に接触して配置される過酸化層を有する素体を備える。ここで、第2金属磁性粒子は、第1金属磁性粒子に比べ、多くの酸素量を有する。このようにコイル素子では、比較的多くの酸素量を有する第2金属磁性粒子を含有する過酸化層が、積層方向に隣接する内部導体の互いに対向する少なくとも一方の面に接触して配置される。過酸化層は酸素量が多いため、過酸化層は接触する内部導体および磁性体とより強固に接続する。さらに、過酸化層が構造欠陥(クラック)の発生しやすい内部導体と素体との界面に配置される。よって、第4実施形態に係るコイル素子は、構造欠陥(クラック)の発生を抑制することができると考えられる。
なお、本明細書において「接触する」とは、2つの部材が互いに触れ合うことであって、2つの部材がその間に何も介在せずに直接的に接していることをいう。
これに対して、図11および図12を参照して、従来のコイル素子を説明する。
従来のコイル素子1Xは、図11~図12に示すように、隣接する内部導体間で対向する少なくとも一方の面に過酸化層が配置されていない場合、または、例えば、特許文献1のように、配置されているのが単なる酸化層である場合、コイル素子1Xの製造方法において内部電極前駆体の収縮によって、内部導体CDと磁性体Mとの間(図11では、破線で表記)に局所的に内部応力(図11では、太い矢印で表記)が印加され、その結果、構造欠陥(クラック)が発生する(図12では、内部導体CDと磁性体Mと界面下部でクラックが発生している)。
従来のコイル素子1Xは、図11~図12に示すように、隣接する内部導体間で対向する少なくとも一方の面に過酸化層が配置されていない場合、または、例えば、特許文献1のように、配置されているのが単なる酸化層である場合、コイル素子1Xの製造方法において内部電極前駆体の収縮によって、内部導体CDと磁性体Mとの間(図11では、破線で表記)に局所的に内部応力(図11では、太い矢印で表記)が印加され、その結果、構造欠陥(クラック)が発生する(図12では、内部導体CDと磁性体Mと界面下部でクラックが発生している)。
主として図8~図10を参照して第4実施形態に係るコイル素子(または積層インダクタ)をより具体的に説明する。図8は、第4実施形態に係るコイル素子の分解斜視図であり、図9は、図8の断面図である。図10は、第4実施形態に係るコイル素子の拡大断面図(図9の拡大断面図)である。なお、コイル素子およびその各構成要素の形状および配置等は、図示する例に限定されない。
第4実施形態に係るコイル素子1Cは、素体10を備える。素体10は、第1金属磁性粒子を含有する金属磁性体層MLが積層した磁性体Mと、磁性体Mの内部に配置され内部導体(コイル導体)CD1,CD2を巻回する内部電極(コイル)C1,C2と、積層方向に隣接する内部導体C1,C2間に配置され、第2金属磁性粒子を含有する過酸化層PCとを有する。
第4実施形態では、素体10に第1コイルC1と、第1コイルC1よりも上側に配置された第2コイルC2とを備える。第1コイルC1は、後述する積層グループG6からG8(図2参照)を積層し、層間の第1コイル導体CD1がビア導体Vを介して螺旋状に接続されることにより、素体10内で巻回される。第2コイルC2は、後述する積層グループG2からG4(図2参照)を積層し、層間の第2コイル導体CD2がビア導体(不図示)を介して螺旋状に接続されることにより、素体10内で巻回される。
なお、素体10の内部に備えるコイルは上記形態に限定されず、1つのコイルを備える形態、または2つ以上のコイルを備える形態としてもよい。
(多くの酸素量)
第2金属磁性粒子は、第1金属磁性粒子に比べ、多くの酸素量を有する。つまり、第2金属磁性粒子を含有する過酸化層(厳密には、第4実施形態では第2金属磁性粒子から実質的になる過酸化層)PCは、第1金属磁性粒子を含有する金属磁性体層(厳密には、第1実施形態では第1金属磁性粒子から実質的に成る金属磁性体層)MLが積層した磁性体Mに比べ、多くの酸素量を有する。過酸化層PCの酸素原子比率は、15~35体積%を有する。磁性体Mの酸素原子比率は、10体積%以下である。これら酸素原子比率の決定方法は後述する。
本明細書において、Aから実質的に成るBとは、BがAから実質的に構成されることいい、具体的には、Aの含有量がBを基準として95%以上、97%以上、99%以上または100%である。
第2金属磁性粒子は、第1金属磁性粒子に比べ、多くの酸素量を有する。つまり、第2金属磁性粒子を含有する過酸化層(厳密には、第4実施形態では第2金属磁性粒子から実質的になる過酸化層)PCは、第1金属磁性粒子を含有する金属磁性体層(厳密には、第1実施形態では第1金属磁性粒子から実質的に成る金属磁性体層)MLが積層した磁性体Mに比べ、多くの酸素量を有する。過酸化層PCの酸素原子比率は、15~35体積%を有する。磁性体Mの酸素原子比率は、10体積%以下である。これら酸素原子比率の決定方法は後述する。
本明細書において、Aから実質的に成るBとは、BがAから実質的に構成されることいい、具体的には、Aの含有量がBを基準として95%以上、97%以上、99%以上または100%である。
本明細書において、酸素量とは、特定の箇所に存在する酸素原子の体積をいう。
(酸素量の決定方法)
第2金属磁性粒子が第1金属磁性粒子に比べ多くの酸素量を有することは、以下の方法によって決定することができる。
まず、コイル素子1Cの断面を形成し、断面のSEM画像を撮像する。この断面は、内部電極(コイル)の巻回軸を含み、巻回軸およびコイル素子1Cの長軸方向(L方向)に平行な断面である。ここで、SEM画像の倍率は、例えば、1,000倍であり、SEM画像において隣接する内部導体が撮影視野に入るようにする。
第2金属磁性粒子が第1金属磁性粒子に比べ多くの酸素量を有することは、以下の方法によって決定することができる。
まず、コイル素子1Cの断面を形成し、断面のSEM画像を撮像する。この断面は、内部電極(コイル)の巻回軸を含み、巻回軸およびコイル素子1Cの長軸方向(L方向)に平行な断面である。ここで、SEM画像の倍率は、例えば、1,000倍であり、SEM画像において隣接する内部導体が撮影視野に入るようにする。
次いで、断面のSEM画像に対してマッピング処理を施して、酸素原子が存在する箇所を着色する。二値化処理された断面のSEM画像から、第2金属磁性粒子を含有する過酸化層PCおよび第1金属磁性粒子を含有する素体10における酸素原子が存在する面積比率(酸素原子比率:体積%)をそれぞれ算出する。過酸化層PCおよび磁性体Mにおける酸素原子が存在する面積比率の大小関係により、第2金属磁性粒子は、第1金属磁性粒子に比べ、多くの酸素量を有するか否かを判定する。なお、過酸化層Pの酸素原子比率は、上記の「過酸化層PCにおける酸素原子が存在する面積比率」であり、磁性体の酸素原子比率は、上記の「磁性体における酸素原子が存在する面積比率」である。
この時、過酸化領域PCと非過酸化領域NPとの区別は、酸素のEDXマッピングにて色調の濃淡にて判別する。また、第2磁性体粒子と第1金属磁性体粒子とが異なる組成(例えば、構成原子が異なる)である場合、SEM画像をEDXマッピング処理して、金属磁性体粒子の材質にて第1金属磁性体粒子と第2磁性体粒子とを判別して過酸化領域PCと非過酸化領域NPとを区別することができる。あるいは、第1金属磁性粒子の平均粒径と第2金属磁性粒子の平均粒径とが異なる場合、SEM画像および画像解析ソフトを用いて平均粒径にて第1金属磁性体粒子および第2磁性体粒子を判別して過酸化領域PCと非過酸化領域NPとを区別することもできる。
詳しくは、略長方体のコイル素子1Cの第2主面(頂面)の対角線の交点を通るTL断面により、コイル素子1Cを切断する。走査型電子顕微鏡(SEM)およびエネルギー分散型X線分析法(EDX)を用いて、形成された断面について素体10および過酸化層PCを構成する材質(酸素原子)由来の信号を測定する。測定結果に基づいて断面画像に対してマッピング処理を施し、前記材質の分布を示す解析画像を作成する。これにより解析画像において、酸素原子が存在する箇所と、金属磁性粒子が存在する箇所とが着色されることになる。解析画像における(第2金属磁性粒子を含有する)過酸化層PCに相当する箇所の、単位面積における酸素原子が存在する箇所および金属磁性粒子が存在する箇所の総面積と、単位面積における酸素原子が存在する箇所の面積とを算出する。得られた総面積および面積から、過酸化層PCにおける単位面積当たりの酸素原子の面積割合を算出する。同様に、素体10における単位面積当たりの酸素原子の面積割合を算出する。得られた面積割合の大小関係から、第2金属磁性粒子は、第1金属磁性粒子に比べ、多くの酸素量を有するか否かを判定する。
(酸素量を多くする実現手段)
第2金属磁性粒子は、第1金属磁性粒子に比べ多くの酸素量を有することを実現する具体的手段としては、例えば、第2金属磁性粒子が第1金属磁性粒子よりも小さい平均粒径を有すること、ならびに第2金属磁性粒子がP、Bi、Cl、NaおよびKからなる群より選択される少なくとも1種の原子(添加原子)を含有することが挙げられる。詳しくは、コイル素子1Cの製造方法における原材料の状態で、上述したような第2金属磁性粒子の平均粒径および第2金属磁性粒子の組成(添加原子の含有)を調整して、第2金属磁性粒子がその周囲の部材に比べ酸化しやすくなり、その結果、多くの酸化量となる。
第2金属磁性粒子は、第1金属磁性粒子に比べ多くの酸素量を有することを実現する具体的手段としては、例えば、第2金属磁性粒子が第1金属磁性粒子よりも小さい平均粒径を有すること、ならびに第2金属磁性粒子がP、Bi、Cl、NaおよびKからなる群より選択される少なくとも1種の原子(添加原子)を含有することが挙げられる。詳しくは、コイル素子1Cの製造方法における原材料の状態で、上述したような第2金属磁性粒子の平均粒径および第2金属磁性粒子の組成(添加原子の含有)を調整して、第2金属磁性粒子がその周囲の部材に比べ酸化しやすくなり、その結果、多くの酸化量となる。
第2金属磁性粒子が第1金属磁性粒子よりも小さい平均粒径を有すると、第2金属磁性粒子の単位体積当たりの表面積が増加する。コイル素子の製造方法において第2金属磁性粒子の表面は酸化し得る。結果として、過酸化層PCにおいて酸素量が多くなる。
第2金属磁性粒子が添加原子を含有すると、酸化が促進される。このため、コイル素子の製造方法において、第2金属磁性粒子が酸化され、過酸化層PCにおいて酸素量が多くなる。
以下、各構成要素について詳述する。
[素体]
素体10は、磁性体Mと、内部電極C1,C2と、過酸化層PCとを有し、素体10内にコイル(内部電極)Cおよび過酸化層PCが配置される。また、素体10は、複数の金属磁性体層MLが積層方向(例えば高さ方向T)に積層された積層構造を有している。詳しくは、素体10は、金属磁性体層MLと、過酸化層PCまたはコイル導体CDが形成された複数の金属磁性体層MLとが積層されている。第4実施形態では、図8に示すように少なくとも1層の金属磁性体層MLおよびコイル導体CDもしくは過酸化層PC(または金属磁性体層MLのみ)を含む積層グループG1~G10を積層させることによって構成されている。なお、素体10が有する積層構造の各層の境界(特に、同一材料から構成される金属磁性体層MLと金属磁性体層MLとの間の境界部分)は、消失している。各積層グループ層は、同一のパターンを複数積層して構成されていてよい。
[素体]
素体10は、磁性体Mと、内部電極C1,C2と、過酸化層PCとを有し、素体10内にコイル(内部電極)Cおよび過酸化層PCが配置される。また、素体10は、複数の金属磁性体層MLが積層方向(例えば高さ方向T)に積層された積層構造を有している。詳しくは、素体10は、金属磁性体層MLと、過酸化層PCまたはコイル導体CDが形成された複数の金属磁性体層MLとが積層されている。第4実施形態では、図8に示すように少なくとも1層の金属磁性体層MLおよびコイル導体CDもしくは過酸化層PC(または金属磁性体層MLのみ)を含む積層グループG1~G10を積層させることによって構成されている。なお、素体10が有する積層構造の各層の境界(特に、同一材料から構成される金属磁性体層MLと金属磁性体層MLとの間の境界部分)は、消失している。各積層グループ層は、同一のパターンを複数積層して構成されていてよい。
(積層グループ)
図8に示す積層グループG1~G10を用いて、素体10を説明する。
図8に示す積層グループG1~G10を用いて、素体10を説明する。
-積層グループG1-
積層グループG1は、金属磁性体層MLを有しており、素体10の第2主面12を構成する。
積層グループG1は、金属磁性体層MLを有しており、素体10の第2主面12を構成する。
-積層グループG2-
積層グループG2は、金属磁性体層MLと、第2コイルC2の一部を構成する第2コイル導体CD2とを有している。
積層グループG2は、金属磁性体層MLと、第2コイルC2の一部を構成する第2コイル導体CD2とを有している。
積層グループG2の第2コイル導体CD2は、第2コイルC2の一つの巻回を構成している。より具体的には、金属磁性体層MLは積層方向に対向する面を貫通する孔を有し、その孔に第2コイル導体CD2が配置される。第2コイル導体CD2の一端は、積層グループG4の第2コイル導体CD2と接続するためのビア導体(不図示)に接続され、第2コイル導体CD2の他端は、第4外部電極E4と電気的に接続するための第4スルーホール導体(不図示)に接続される。
-積層グループG3-
積層グループG3は、金属磁性体層MLと、過酸化層PCと、過酸化層PCに設けられたビア導体Vと、金属磁性体層MLに設けられた第4スルーホール導体T4とを有している。
積層グループG3は、金属磁性体層MLと、過酸化層PCと、過酸化層PCに設けられたビア導体Vと、金属磁性体層MLに設けられた第4スルーホール導体T4とを有している。
金属磁性体層MLは、積層方向に対向する2つの面に断面視で凹部をそれぞれ有し、2つの凹部に過酸化層PCを配置する。ここで、断面視とは、過酸化層PCの延在方向に垂直な断面を見ることをいう。つまり、過酸化層Pを含む断面では、積層方向に過酸化層PC、金属磁性体層MLおよび過酸化層PCが順に積層した配置となっている。積層グループG3の過酸化層PCは、後述する積層グループG4の第2コイル導体CD2の巻回形状に対応して設けられる。
積層グループG3のビア導体Vは、積層グループG2の第2コイル導体CD2の一端と接続する位置に配置される。
積層グループG3の第4スルーホール導体T4は、積層方向に隣接する積層グループG2,G4の第4スルーホール導体T4同士を接続して第4外部電極E4と電気的に導通される。したがって、第4スルーホール導体T4は、平面透視で第4外部電極E4上に配置される。
-積層グループG4-
積層グループG4は、金属磁性体層MLと、第2コイルC2の一部を構成する第2コイル導体CD2と、金属磁性体層MLに設けられた第4スルーホール導体T4とを有している。
積層グループG4は、金属磁性体層MLと、第2コイルC2の一部を構成する第2コイル導体CD2と、金属磁性体層MLに設けられた第4スルーホール導体T4とを有している。
積層グループG4の第2コイル導体CD2は、第2コイルC2の他の巻回を構成している。より具体的には、金属磁性体層MLは積層方向に対向する面を貫通する孔を有し、その孔に第2コイル導体CD2が配置される。第2コイル導体CD2の一端は、積層グループG2の第2コイル導体CD2に接続され、第2コイル導体CD2の他端は、第3外部電極E3と電気的に接続するための第3スルーホール導体(不図示)に接続される。
積層グループG4の第4スルーホール導体T4は、積層方向に隣接する積層グループG3,G5の第4スルーホール導体T4同士を接続して第4外部電極E4と電気的に導通されている。したがって、第4スルーホール導体T4は、第4外部電極E4上に位置する金属磁性体層MLの角部に配置されてもよい。
-積層グループG5-
積層グループG5は、金属磁性体層MLと、過酸化層PCと、金属磁性体層MLに設けられた第3スルーホール導体T3および第4スルーホール導体T4が設けられる。
積層グループG5は、金属磁性体層MLと、過酸化層PCと、金属磁性体層MLに設けられた第3スルーホール導体T3および第4スルーホール導体T4が設けられる。
積層グループG5の過酸化層PCは、後述する積層グループG6の第1コイル導体CD1の巻回形状に対応して設けられる。また、積層グループG5の過酸化層PCによって第1コイルC1と第2コイルC2とを電気的に絶縁する。金属磁性体層MLは、積層方向に対向する2つの面に断面視で凹部をそれぞれ有し、2つの凹部に過酸化層PCを配置する。つまり、過酸化層PCを含む断面では、積層方向に過酸化層PC、金属磁性体層MLおよび過酸化層PCが順に積層した配置となっている。
積層グループG5の第3スルーホール導体T3は、積層方向に隣接する積層グループG4,G6の第3スルーホール導体T3同士を接続して第3外部電極E3と電気的に導通される。したがって、第3スルーホール導体T3は、平面透視で第3外部電極E3上に配置される。
積層グループG5の第4スルーホール導体T4は、積層方向に隣接する積層グループG4,G6の第4スルーホール導体T4同士を接続して第4外部電極E4と電気的に導通される。したがって、第4スルーホール導体T4は、平面透視で第4外部電極E4上に配置される。
-積層グループG6-
積層グループG6は、金属磁性体層MLと、第1コイルC1の一部を構成する第1コイル導体CD1と、金属磁性体層MLに設けられた第3スルーホール導体T3および第4スルーホール導体T4とを有している。
積層グループG6は、金属磁性体層MLと、第1コイルC1の一部を構成する第1コイル導体CD1と、金属磁性体層MLに設けられた第3スルーホール導体T3および第4スルーホール導体T4とを有している。
積層グループG6の第1コイル導体CD1は、第1コイルC1の一つの巻回を構成している。より具体的には、金属磁性体層MLは積層方向に対向する面を貫通する孔を有し、その孔に第1コイル導体CD1が配置される。第1コイル導体CD1の一端は、積層グループG8に設けられた第1コイル導体CD1と接続するためのビア導体(不図示)が設けられ、第1コイル導体CD1の他端は、第2外部電極E2と電気的に接続するための第2スルーホール導体(不図示)が設けられる。
積層グループG6の第3スルーホール導体T3は、積層方向に隣接する積層グループG5,G7の第3スルーホール導体T3同士を接続して第3外部電極E3と電気的に導通される。したがって、第3スルーホール導体T3は、第3外部電極E3上に位置する金属磁性体層MLの角部に配置されてもよい。
積層グループG6の第4スルーホール導体T4は、積層方向に隣接する積層グループG5,G7の第4スルーホール導体T4同士を接続して第4外部電極E4と電気的に導通される。したがって、第4スルーホール導体T4は、第4外部電極E4上に位置する金属磁性体層MLの角部に配置されてもよい。
-積層グループG7-
積層グループG7は、金属磁性体層MLと、過酸化層PCと、過酸化層PCに設けられたビア導体Vと、金属磁性体層MLに設けられた第2スルーホール導体T2、第3スルーホール導体T3および第4スルーホール導体T4とを有している。
積層グループG7は、金属磁性体層MLと、過酸化層PCと、過酸化層PCに設けられたビア導体Vと、金属磁性体層MLに設けられた第2スルーホール導体T2、第3スルーホール導体T3および第4スルーホール導体T4とを有している。
積層グループG7の過酸化層PCは、後述する積層グループG8の第1コイル導体CD1の巻回形状に対応して設けられる。金属磁性体層MLは、積層方向に対向する2つの面に断面視で凹部をそれぞれ有し、2つの凹部に過酸化層PCを配置する。つまり、過酸化層PCを含む断面では、積層方向に過酸化層PC、金属磁性体層MLおよび過酸化層PCが順に積層した配置となっている。
積層グループG7のビア導体Vは、積層グループG6の第1コイル導体CD1の一端と接続する位置に配置される。
積層グループG7の第2スルーホール導体T2は、積層方向に隣接する積層グループG6,G8の第2スルーホール導体T2同士を接続して第2外部電極E2と電気的に導通される。したがって、第2スルーホール導体T2は、平面透視で第2外部電極E2上に配置される。
積層グループG7の第3スルーホール導体T3は、積層方向に隣接する積層グループG6,G8の第3スルーホール導体T3同士を接続して第3外部電極E3と電気的に導通される。したがって、第3スルーホール導体T3は、平面透視で第3外部電極E3上に配置される。
積層グループG7の第4スルーホール導体T4は、積層方向に隣接する積層グループG6,G8の第4スルーホール導体T4同士を接続して第4外部電極E4と電気的に導通される。したがって、第4スルーホール導体T4は、平面透視で第4外部電極E4上に配置される。
-積層グループG8-
積層グループG8は、金属磁性体層MLと、第1コイルC1の一部を構成する第1コイル導体CD1と、金属磁性体層MLに設けられた第2スルーホール導体T2と、第3スルーホール導体T3と、第4スルーホール導体T4とを有する。
積層グループG8は、金属磁性体層MLと、第1コイルC1の一部を構成する第1コイル導体CD1と、金属磁性体層MLに設けられた第2スルーホール導体T2と、第3スルーホール導体T3と、第4スルーホール導体T4とを有する。
積層グループG8の第1コイル導体CD1は、第1コイルC1の他の巻回を構成する。より具体的には、金属磁性体層MLは積層方向に対向する面を貫通する孔を有し、その孔に第1コイル導体CD1が配置される。第1コイル導体CD1は、金属磁性体層MLの略外周縁に沿って巻回して配置されている。第1コイル導体CD1の一端は、積層グループG6の金属磁性体層MLの第1コイル導体CD1と接続され、第1コイル導体CD1の他端は、第1外部電極E1と電気的に接続するための第1スルーホール導体(不図示)が設けられる。
積層グループG8の第2スルーホール導体T2は、積層方向に隣接する積層グループG7,G9の第2スルーホール導体T2同士を接続して第2外部電極E2と電気的に導通される。また、第2スルーホール導体T2は、第2外部電極E2上に位置する金属磁性体層MLの角部に配置されてもよい。
積層グループG8の第3スルーホール導体T3は、積層方向に隣接する積層グループG7,G9の第3スルーホール導体T3同士を接続して第3外部電極E3と電気的に導通される。また、第3スルーホール導体T3は、第3外部電極E3上に位置する金属磁性体層MLの角部に配置されてもよい。
積層グループG8の第4スルーホール導体T4は、積層方向に隣接する積層グループG7,G9の第4スルーホール導体T4同士を接続して第4外部電極E4と電気的に導通される。また、第4スルーホール導体T4は、第4外部電極E4上に位置する金属磁性体層MLの角部に配置されてもよい。
-積層グループG9-
積層グループG9は、金属磁性体層MLの角部において第1スルーホール導体T1、第2スルーホール導体T2、第3スルーホール導体T3および第4スルーホール導体T4が設けられる。積層グループG1~G9の第1スルーホール導体T1~第4スルーホール導体T4の積層方向から見た平面視の面積は、略同一である。
積層グループG9は、金属磁性体層MLの角部において第1スルーホール導体T1、第2スルーホール導体T2、第3スルーホール導体T3および第4スルーホール導体T4が設けられる。積層グループG1~G9の第1スルーホール導体T1~第4スルーホール導体T4の積層方向から見た平面視の面積は、略同一である。
-積層グループG10-
積層グループG10は、金属磁性体層MLの角部において積層グループG9の第1~第4スルーホール導体よりも平面積の大きい第1~第4スルーホール導体T1~T4が設けられる。第1~第4スルーホール導体T1~T4は、外部電極E1~E4の下地電極として用いられる。積層グループG10の第1~第4スルーホール導体の平面積を、積層グループG9の第1~第4スルーホール導体の平面積より大きくすることにより、実装時の強度を向上させることができる。
積層グループG10は、金属磁性体層MLの角部において積層グループG9の第1~第4スルーホール導体よりも平面積の大きい第1~第4スルーホール導体T1~T4が設けられる。第1~第4スルーホール導体T1~T4は、外部電極E1~E4の下地電極として用いられる。積層グループG10の第1~第4スルーホール導体の平面積を、積層グループG9の第1~第4スルーホール導体の平面積より大きくすることにより、実装時の強度を向上させることができる。
各積層グループにおける第1コイル導体CD1と第2コイル導体CD2の厚みは、各々、同じであってよい。積層方向のコイル導体CD間のすべてに過酸化層PCが配置されている。具体的には、積層グループG2からG7(図8参照)に過酸化層PCが配置され得る。
(磁性体)
磁性体Mは、第1金属磁性体粒子を含有する。第1金属磁性体粒子表面は、酸化膜で覆われ得る。また、第1金属磁性体粒子は、磁性材料としてのFeを含む。よい具体的には、第1金属磁性体粒子は、Fe粒子またはFe合金粒子であってもよい。Fe合金としては、例えば、Fe-Si-Cr(クロム)系合金、Fe-Si-Al(アルミニウム)系合金、およびFe-Si-B-Nb(ニオブ)-Cu系合金が挙げられる。また、第1金属磁性体粒子には、製造上意図しないCr、Mn(マンガン)、Cu、Ni(ニッケル)、S(硫黄)またはCo(コバルト)等の不純物を含んでいてもよい。
磁性体Mは、第1金属磁性体粒子を含有する。第1金属磁性体粒子表面は、酸化膜で覆われ得る。また、第1金属磁性体粒子は、磁性材料としてのFeを含む。よい具体的には、第1金属磁性体粒子は、Fe粒子またはFe合金粒子であってもよい。Fe合金としては、例えば、Fe-Si-Cr(クロム)系合金、Fe-Si-Al(アルミニウム)系合金、およびFe-Si-B-Nb(ニオブ)-Cu系合金が挙げられる。また、第1金属磁性体粒子には、製造上意図しないCr、Mn(マンガン)、Cu、Ni(ニッケル)、S(硫黄)またはCo(コバルト)等の不純物を含んでいてもよい。
第1金属磁性体粒子の表面は、絶縁被膜(不図示)で覆われていてよい。本明細書でいう「絶縁性」とは、体積抵抗率が1MΩcm以上であることを意図している。第1金属磁性体粒子の表面が絶縁被膜で覆われていると、第1金属磁性体粒子間の絶縁性を高くすることができる。第1金属磁性体粒子の表面に絶縁被膜を形成する方法としては、例えば、ゾル-ゲル法およびメカノケミカル法を挙げることができる。絶縁被膜を構成する材料は、P、Si等の酸化物であってよい。また、絶縁被膜は第1金属磁性体粒子の表面が酸化されることで形成された酸化膜であってもよい。絶縁被膜の厚みは、好ましくは1nm以上50nm以下、より好ましくは1nm以上30nm以下、さらに好ましくは1nm以上20nm以下であってよい。例えば、コイル素子1Cの試料を研磨することで得られた断面を走査型電子顕微鏡(SEM)または透過型電子顕微鏡(TEM)で撮影し、得られたSEM画像から、金属磁性体粒子の表面を覆う絶縁被膜の厚みを測定することができる。
第1金属磁性粒子は、その表面に酸化膜を有し得る。この酸化膜は、第1金属磁性体粒子に由来するものであり、熱処理(酸化処理)により形成され得る。素体10において、隣接する第1金属磁性体粒子は酸化膜を介して互いに接合され得る。
第1金属磁性体粒子の平均粒径は、好ましくは2μmより大きく30μm以下、より好ましくは2μmより大きく20μm以下、さらに好ましくは2μmより大きく10μm以下である。金属磁性体層中の第1金属磁性体粒子の平均粒径は、以下に説明する手順で測定することができる。コイル素子1Cを切断して断面を得る。具体的には、コイル素子1Cの中心部を通って素体10の実装面と端面に直交する様に切断して断面を得る。得られた断面について、複数箇所(例えば、図9では、内部導体CDの外側面から素体10の外表面との間の磁性体M中の5箇所)の領域(例えば130μm×100μm)をSEMで撮影し、得られたSEM画像を画像解析ソフト(例えば、画像解析ソフトウェア「Win R00F」(三谷商事株式会社製))を用いて解析し、第1金属磁性体粒子の円相当径を求める。得られた円相当径の平均値を第1金属磁性体粒子の平均粒径とする。なお、本明細書でいう平均粒径とは、平均粒径D50(体積基準の累積百分率50%相当粒径)を意味する。
(内部電極)
内部電極Cは、磁性体Mの内部に配置される。内部電極Cは、磁性体内の平面上に巻回された複数の内部導体CDがビア導体Vを介して複数接続して構成される。内部電極Cは、第1コイルC1と、第1コイルC1よりも高さ方向Tの上側に配置された第2コイルC2とを有する。
内部電極Cは、磁性体Mの内部に配置される。内部電極Cは、磁性体内の平面上に巻回された複数の内部導体CDがビア導体Vを介して複数接続して構成される。内部電極Cは、第1コイルC1と、第1コイルC1よりも高さ方向Tの上側に配置された第2コイルC2とを有する。
-第1コイル-
第1コイルC1は、ビア導体V(図9参照)によって互いに接続されている複数の第1コイル導体CD1と、第1スルーホール導体T1と、第2スルーホール導体T2とを有する。
第1コイルC1は、ビア導体V(図9参照)によって互いに接続されている複数の第1コイル導体CD1と、第1スルーホール導体T1と、第2スルーホール導体T2とを有する。
複数の第1コイル導体CD1は、上述したとおり、2つの積層グループ(積層グループG6,G8(図8参照))に設けられる。これにより、第1コイルC1は、素体10内で螺旋構造となっている。また、複数の第1コイル導体CD1同士を接続するビア導体Vの積層方向の長さは、第1スルーホール導体T1の長さ、または、第2スルーホール導体T2の長さよりも短くてよい。
第1スルーホール導体T1は、第1コイルC1のうち、素体10の底面(第1主面11)に最も近い第1コイル導体CD1の端部と第1外部電極E1とを電気的に接続される。第1スルーホール導体T1は、金属磁性体層の積層方向(例えば素体の高さ方向T)に沿って延びている。第1スルーホール導体T1は、積層構造を有してもよい。
第2スルーホール導体T2は、第1コイルC1の他方の端部と第2外部電極E2とを電気的に接続される。第2スルーホール導体T2は、金属磁性体層の積層方向(例えば素体の高さ方向T)に沿って延びている。第2スルーホール導体T2は、積層構造を有してもよい。
-第2コイル-
第2コイルC2は、素体10の内部であって、第1コイルC1の積層方向の上側に設けられてよい。第2コイルC2は、ビア導体(不図示)によって互いに接続されている複数の第2コイル導体CD2と、第3スルーホール導体T3と、第4スルーホール導体T4と、を備えてよい。
第2コイルC2は、素体10の内部であって、第1コイルC1の積層方向の上側に設けられてよい。第2コイルC2は、ビア導体(不図示)によって互いに接続されている複数の第2コイル導体CD2と、第3スルーホール導体T3と、第4スルーホール導体T4と、を備えてよい。
複数の第2コイル導体CD2は、上述したとおり、2つの積層グループ(積層グループG2,G4(図8参照))に設けられてよい。これにより、第2コイルC2は、素体10内で螺旋構造となってよい。また、複数の第2コイル導体CD2同士を接続するビア導体(不図示)の積層方向の長さは、第3スルーホール導体T3の長さ、または、第4スルーホール導体T4の長さよりも短くてよい。
第3スルーホール導体T3は、第2コイルC2のうち、素体10の底面(第1主面11)に最も近い第2巻回部の端部と第3外部電極E3とを電気的に接続してよい。第3スルーホール導体T3は、金属磁性体層の積層方向(例えば素体の高さ方向T)に沿って延びていてよい。第3スルーホール導体T3は、積層構造を有してもよい。
第4スルーホール導体T4は、第2コイルC2の他方の端部と第4外部電極E4とを接続してよい。第4スルーホール導体T4は、金属磁性体層の積層方向(例えば素体の高さ方向T)に沿って延びていてよい。第4スルーホール導体T4は、積層構造を有してもよい。
(過酸化層)
過酸化層PCは、積層方向に隣接する内部導体CDの互いに対向する少なくとも一方の面に接触して配置される。より具体的には、第4実施形態では、積層方向に隣接する内部導体CDの互いに対向する両側の面に接触して配置される。図8では、隣接する内部導体CDの互いに隣接する面のすべてにおいて、過酸化層PCが配置されている。
過酸化層PCは、積層方向に隣接する内部導体CDの互いに対向する少なくとも一方の面に接触して配置される。より具体的には、第4実施形態では、積層方向に隣接する内部導体CDの互いに対向する両側の面に接触して配置される。図8では、隣接する内部導体CDの互いに隣接する面のすべてにおいて、過酸化層PCが配置されている。
一態様では、図10および図13に示すように、積層方向に隣接する内部導体CDの互いに対向する面に接触して配置される過酸化層PCの厚みの和は、前記互いに対向する面間の距離の1/3~1である。上記厚みおよび距離はそれぞれ積層方向の厚みおよび距離である。上記厚みは、酸素量の決定方法で得たSEM画像において複数回測定して(測定数n=5)、それらの平均値を得る。この平均値を厚みとする。上記距離も同様に測定する。図13は、第4実施形態に係るコイル素子1CのSEM画像である。
過酸化層PCは、第2金属磁性粒子を含有する。第2金属磁性体粒子の平均粒径は、好ましくは1μmより大きく29μm以下、より好ましくは1μmより大きく19μm以下、さらに好ましくは1μmより大きく9μm以下である。第2金属磁性粒子が第1金属磁性粒子に比べ多くの酸素量を有することを実現する観点から、第2金属磁性粒子は第1金属磁性粒子よりも小さい平均粒径を有し得る。
過酸化層PC中の第2金属磁性体粒子の平均粒径は、第1金属磁性体粒子と同様の手順で測定することができる。具体的には、コイル素子1Cを切断して断面を得る。コイル素子1Cの中心部を通って素体10の実装面と端面に直交する様に切断して断面を得る。得られた断面について、複数箇所(例えば、図9では、隣接する内部導体CD間の過酸化層PC中の5箇所)の領域(例えば130μm×100μm)をSEMで撮影し、得られたSEM画像を画像解析ソフト(例えば、画像解析ソフトウェア「Win R00F」(三谷商事株式会社製))を用いて解析し、第2金属磁性体粒子の円相当径を求める。得られた円相当径の平均値を第2金属磁性体粒子の平均粒径とする。なお、本明細書でいう平均粒径とは、平均粒径D50(体積基準の累積百分率50%相当粒径)を意味する。
第2金属磁性粒子表面は酸化膜で覆われ得る。つまり、第2金属磁性粒子はその表面に酸化膜を有し得る。
第2金属磁性体粒子は、Al、B、Nb、Cu、C、Co、およびSからなる群より選択される少なくとも1種の添加金属元素を含んでもよい。このような添加金属元素を含むFe-Si合金としては、例えば、Fe-Si-Cr(クロム)系合金、Fe-Si-Al(アルミニウム)系合金、およびFe-Si-B-Nb(ニオブ)-Cu系合金が挙げられる。また、第2金属磁性体粒子には、製造上意図しないCr、Mn(マンガン)、Cu、Ni(ニッケル)、S(硫黄)またはCo(コバルト)等の不純物を含んでいてもよい。
第2金属磁性粒子が第1金属磁性粒子に比べ多くの酸素量を有することを実現する観点から、第2金属磁性粒子は、P、Bi、Cl、NaおよびKからなる群より選択される少なくとも1種の原子(添加原子)を含有し得る。
-外部電極-
外部電極は、素体10の底面に設けられている。外部電極は、第1外部電極E1、第2外部電極E2、第3外部電極E3および第4外部電極E4を含んでいる。第1外部電極E1および第2外部電極E2は第1コイルC1と電気的に接続されている。また、第3外部電極E3および第4外部電極E4は第2コイルC2と電気的に接続されている。素体10の底面(第1主面11)に外部電極を設けると、コイル素子1Cを適切に実装基板等に実装することが可能となる。
外部電極は、素体10の底面に設けられている。外部電極は、第1外部電極E1、第2外部電極E2、第3外部電極E3および第4外部電極E4を含んでいる。第1外部電極E1および第2外部電極E2は第1コイルC1と電気的に接続されている。また、第3外部電極E3および第4外部電極E4は第2コイルC2と電気的に接続されている。素体10の底面(第1主面11)に外部電極を設けると、コイル素子1Cを適切に実装基板等に実装することが可能となる。
外部電極は、一例として、CuやNi等様々な材料を用いてよい。また、外部電極は、一層で形成されていてもよいし、二層以上の積層構造としてもよい。外部電極の形成は、どのような手法で形成されてもよいが、一例として、めっき(例えば、無電解めっき)で形成されためっき電極であってよい。
[コイル素子の製造方法]
第4実施形態に係るコイル素子の製造方法は、
第1金属磁性粒子を含有する第1金属磁性ペースト、第2金属磁性粒子を含有する第2金属磁性ペーストおよび導電粉を含有する導電ペーストを積層した積層体を焼成してコイル素子を作製することを含んで成り、積層方向に隣接する導電ペースト間に第2金属磁性ペーストが配置されており(より具体的には、積層方向に隣接する導電ペースト間の互いに対向する少なくとも一方の面に第2金属磁性ペーストが接触して配置されており)、
コイル素子1Cは、第1金属磁性粒子を含有する金属磁性体層MLが積層した磁性体Mと、磁性体Mの内部に配置され内部導体CDを巻回する内部電極Cと、積層方向に隣接する内部導体CD間に配置され(より具体的には、積層方向に隣接する内部導体CDの互いに対向する少なくとも一方の面に接触して配置され)、第2金属磁性粒子を含有する過酸化層PCとを有する素体10を備え、第2金属磁性粒子は、第1金属磁性粒子に比べ、多くの酸素量を有する。
第4実施形態に係るコイル素子の製造方法は、
第1金属磁性粒子を含有する第1金属磁性ペースト、第2金属磁性粒子を含有する第2金属磁性ペーストおよび導電粉を含有する導電ペーストを積層した積層体を焼成してコイル素子を作製することを含んで成り、積層方向に隣接する導電ペースト間に第2金属磁性ペーストが配置されており(より具体的には、積層方向に隣接する導電ペースト間の互いに対向する少なくとも一方の面に第2金属磁性ペーストが接触して配置されており)、
コイル素子1Cは、第1金属磁性粒子を含有する金属磁性体層MLが積層した磁性体Mと、磁性体Mの内部に配置され内部導体CDを巻回する内部電極Cと、積層方向に隣接する内部導体CD間に配置され(より具体的には、積層方向に隣接する内部導体CDの互いに対向する少なくとも一方の面に接触して配置され)、第2金属磁性粒子を含有する過酸化層PCとを有する素体10を備え、第2金属磁性粒子は、第1金属磁性粒子に比べ、多くの酸素量を有する。
第4実施形態に係るコイル素子を製造する方法の一例を説明する。第4実施形態に係るコイル素子の製造方法は、第1金属磁性ペースト、第2金属磁性ペーストおよび導電ペーストを積層して積層体を形成すること(積層体形成工程)と、積層体を焼成すること(積層体焼成工程)とを含んで成る。
(積層体形成工程)
積層体形成工程では、第1金属磁性ペースト、第2金属磁性ペーストおよび導電ペーストを積層して積層体を形成する。詳しくは、まず、第1金属磁性ペースト、第2金属磁性ペーストおよび導電ペーストをそれぞれ調製する。第1金属磁性ペーストは、第1金属磁性粒子を溶媒に分散させて調製する。第2金属磁性ペーストは、第2金属磁性粒子を溶媒に分散させて調製する。導電ペーストは、例えば、銅粉、銀粉および金粉のような導電粉を溶媒に分散させて調製する。これらのペーストは、さらに分散剤を含んでもよい。
積層体形成工程では、第1金属磁性ペースト、第2金属磁性ペーストおよび導電ペーストを積層して積層体を形成する。詳しくは、まず、第1金属磁性ペースト、第2金属磁性ペーストおよび導電ペーストをそれぞれ調製する。第1金属磁性ペーストは、第1金属磁性粒子を溶媒に分散させて調製する。第2金属磁性ペーストは、第2金属磁性粒子を溶媒に分散させて調製する。導電ペーストは、例えば、銅粉、銀粉および金粉のような導電粉を溶媒に分散させて調製する。これらのペーストは、さらに分散剤を含んでもよい。
次いで、調製したペーストを所望のパターンで印刷して、積層グループG1~G10をそれぞれ形成する。第1金属磁性ペーストは、磁性体前駆体を形成する。第2金属磁性ペーストは、過酸化層前駆体を形成する。導電ペーストは、内部電極前駆体、スルーホール導体前駆体およびビア導体前駆体を形成する。例えば、第2金属磁性ペーストで形成される層(過酸化層前駆体)は、隣接する内部導体前駆体の対向する少なくとも一方の面に接触して配置されるように印刷される。このようにして積層グループG1~G10の前駆体を積層して積層体を形成する。
積層体は、積層グループG1~G10の前駆体をそれぞれ形成した後に、これらを積層して形成してもよく、または積層グループG1~G10の前駆体を逐次的に積層して形成してもよい。積層グループG1~G10の前駆体は、それぞれ金属磁性体層ML、過酸化層PC、コイル導体、スルーホール導体およびビア導体が所望の厚みになるまで繰り返し印刷して形成してもよい。
一態様では、第2金属磁性粒子が、第1金属磁性粒子よりも小さい平均粒径を有する。また、別の態様では、第2金属磁性粒子が、Bi、Cl、NaおよびKからなる群より選択される少なくとも1種の原子を含有し、第2金属磁性粒子表面が酸化膜で覆われている。
(積層体形焼成工程)
積層体焼成工程では、積層体を焼成する。積層体の焼成により、第1金属磁性ペーストで構成される磁性体前駆体が磁性体となり、第2金属磁性ペーストで構成される過酸化層前駆体が過酸化層となり、導電ペーストで構成される内部電極前駆体、スルーホール導体前駆体およびビア導体前駆体がそれぞれ内部電極、スルーホール導体およびビア導体となる。
積層体焼成工程では、積層体を焼成する。積層体の焼成により、第1金属磁性ペーストで構成される磁性体前駆体が磁性体となり、第2金属磁性ペーストで構成される過酸化層前駆体が過酸化層となり、導電ペーストで構成される内部電極前駆体、スルーホール導体前駆体およびビア導体前駆体がそれぞれ内部電極、スルーホール導体およびビア導体となる。
また、積層体焼成工程では、内部電極前駆体、スルーホール導体前駆体およびビア導体前駆体が焼成により収縮して緻密化するため、低抵抗化する。さらに、積層体焼成工程では、内部電極前駆体、スルーホール導体前駆体およびビア導体前駆体(特に、内部電極前駆体)が焼成により収縮する一方で、過酸化層前駆体が焼成により酸化されつつ膨張する。このため、積層体の焼成においては、内部電極前駆体、スルーホール導体前駆体およびビア導体前駆体の収縮が、過酸化層前駆体の膨張で相殺され(または一部相殺され)、焼成中に生じる内部応力が緩和される。このため、過酸化層を形成しないコイル素子に比べ、(特に、積層方向に垂直な内部導体の面近傍における)クラックの発生が抑制される。
焼成温度は、例えば、500℃~900℃であり、焼成時間は、例えば、1~6時間である。
<その他の実施形態>
なお、本開示は上述の実施形態に限定されず、本開示の要旨を逸脱しない範囲で設計変更可能である。
なお、本開示は上述の実施形態に限定されず、本開示の要旨を逸脱しない範囲で設計変更可能である。
第4実施形態では、隣接する内部導体の対向する両方の面に過酸化層PCが配置されていたが、これに限定されない。過酸化層PCは上記面の一方にのみ配置されてもよい。
また、第4実施形態では、図9に示すように隣接する内部導体の対向する面のすべてに過酸化層PCが配置されていたが、これに限定されない。例えば、6つの隣接する内部導体間のうち、過酸化層PCが一方の面に配置された内部導体間が1つ~5つであってもよい。
本開示は、以下の態様を含む。
<1>
第1金属磁性粒子を含有する金属磁性体層が積層した磁性体と、前記磁性体の内部に配置され内部導体を巻回する内部電極と、積層方向に隣接する前記内部電極間に配置され、第2金属磁性粒子を含有する過酸化層と
を有する素体を備え、
前記第2金属磁性粒子は、前記第1金属磁性粒子に比べ、多くの酸素量を有する、コイル素子。
<2>
前記第1金属磁性粒子は、Fe-Si合金を含む、<1>に記載のコイル素子。
<3>
前記過酸化層が、積層方向に隣接する前記内部電極の互いに対向する少なくとも一方の面に接触して配置される、<1>または<2>に記載のコイル素子。
<4>
前記過酸化層は、前記内部導体の積層方向の両側の面に接触して配置されている、<1>~<3>のいずれか1つに記載のコイル素子。
<5>
前記積層方向に隣接する前記内部導体の互いに対向する面に接触して配置される過酸化層の厚みの和は、前記互いに対向する面間の距離の1/3~1である、<1>~<4>のいずれか1つに記載のコイル素子。
<6>
前記第2金属磁性粒子が、前記第1金属磁性粒子よりも小さい平均粒径を有する、<1>~<5>のいずれか1つに記載のコイル素子。
<7>
前記第2金属磁性粒子が、P、Bi、Cl、NaおよびKからなる群より選択される少なくとも1種の原子を含有し、前記第2金属磁性粒子表面が酸化膜で覆われている、<1>~<6>のいずれか1つに記載のコイル素子。
<8>
前記過酸化層は、前記内部導体の積層方向に垂直な面に接触するように配置される、<1>~<7>のいずれか1つに記載のコイル素子。
<9>
前記過酸化層は、隣接する前記内部導体の積層方向に対向する面に配置され、該過酸化層は互いに接続する、<1>~<8>のいずれか1つに記載のコイル素子。
<10>
前記過酸化層のみが、隣接する前記内部導体間に配置されている、<1>~<4>および<6>~<9>のいずれか1つに記載のコイル素子。
<11>
第1金属磁性粒子を含有する第1金属磁性ペースト、第2金属磁性粒子を含有する第2金属磁性ペーストおよび導電粉を含有する導電ペーストを積層した積層体を焼成してコイル素子を作製することを含んで成り、積層方向に隣接する前記導電ペースト間に前記第2金属磁性ペーストが配置されており、
前記コイル素子は、第1金属磁性粒子を含有する金属磁性体層が積層した磁性体と、前記磁性体の内部に配置され内部導体を巻回する内部電極と、積層方向に隣接する前記内部導体間に配置され、第2金属磁性粒子を含有する過酸化層とを有する素体を備え、前記第2金属磁性粒子は、前記第1金属磁性粒子に比べ、多くの酸素量を有する、コイル素子の製造方法。
<12>
前記第2金属磁性ペーストは、積層方向に隣接する前記導電ペースト間の互いに対向する少なくとも一方の面に接触して配置されており、
前記過酸化層は、積層方向に隣接する前記内部電極の互いに対向する少なくとも一方の面に接触して配置される、<11>に記載のコイル素子の製造方法。
<13>
前記第2金属磁性粒子が、前記第1金属磁性粒子よりも小さい平均粒径を有する、<11>または<12>に記載のコイル素子の製造方法。
<14>
前記第2金属磁性粒子が、P、Bi、Cl、NaおよびKからなる群より選択される少なくとも1種の原子を含有し、第2金属磁性粒子表面が酸化膜で覆われている、<11>~<13>のいずれか1つに記載のコイル素子の製造方法。
<1>
第1金属磁性粒子を含有する金属磁性体層が積層した磁性体と、前記磁性体の内部に配置され内部導体を巻回する内部電極と、積層方向に隣接する前記内部電極間に配置され、第2金属磁性粒子を含有する過酸化層と
を有する素体を備え、
前記第2金属磁性粒子は、前記第1金属磁性粒子に比べ、多くの酸素量を有する、コイル素子。
<2>
前記第1金属磁性粒子は、Fe-Si合金を含む、<1>に記載のコイル素子。
<3>
前記過酸化層が、積層方向に隣接する前記内部電極の互いに対向する少なくとも一方の面に接触して配置される、<1>または<2>に記載のコイル素子。
<4>
前記過酸化層は、前記内部導体の積層方向の両側の面に接触して配置されている、<1>~<3>のいずれか1つに記載のコイル素子。
<5>
前記積層方向に隣接する前記内部導体の互いに対向する面に接触して配置される過酸化層の厚みの和は、前記互いに対向する面間の距離の1/3~1である、<1>~<4>のいずれか1つに記載のコイル素子。
<6>
前記第2金属磁性粒子が、前記第1金属磁性粒子よりも小さい平均粒径を有する、<1>~<5>のいずれか1つに記載のコイル素子。
<7>
前記第2金属磁性粒子が、P、Bi、Cl、NaおよびKからなる群より選択される少なくとも1種の原子を含有し、前記第2金属磁性粒子表面が酸化膜で覆われている、<1>~<6>のいずれか1つに記載のコイル素子。
<8>
前記過酸化層は、前記内部導体の積層方向に垂直な面に接触するように配置される、<1>~<7>のいずれか1つに記載のコイル素子。
<9>
前記過酸化層は、隣接する前記内部導体の積層方向に対向する面に配置され、該過酸化層は互いに接続する、<1>~<8>のいずれか1つに記載のコイル素子。
<10>
前記過酸化層のみが、隣接する前記内部導体間に配置されている、<1>~<4>および<6>~<9>のいずれか1つに記載のコイル素子。
<11>
第1金属磁性粒子を含有する第1金属磁性ペースト、第2金属磁性粒子を含有する第2金属磁性ペーストおよび導電粉を含有する導電ペーストを積層した積層体を焼成してコイル素子を作製することを含んで成り、積層方向に隣接する前記導電ペースト間に前記第2金属磁性ペーストが配置されており、
前記コイル素子は、第1金属磁性粒子を含有する金属磁性体層が積層した磁性体と、前記磁性体の内部に配置され内部導体を巻回する内部電極と、積層方向に隣接する前記内部導体間に配置され、第2金属磁性粒子を含有する過酸化層とを有する素体を備え、前記第2金属磁性粒子は、前記第1金属磁性粒子に比べ、多くの酸素量を有する、コイル素子の製造方法。
<12>
前記第2金属磁性ペーストは、積層方向に隣接する前記導電ペースト間の互いに対向する少なくとも一方の面に接触して配置されており、
前記過酸化層は、積層方向に隣接する前記内部電極の互いに対向する少なくとも一方の面に接触して配置される、<11>に記載のコイル素子の製造方法。
<13>
前記第2金属磁性粒子が、前記第1金属磁性粒子よりも小さい平均粒径を有する、<11>または<12>に記載のコイル素子の製造方法。
<14>
前記第2金属磁性粒子が、P、Bi、Cl、NaおよびKからなる群より選択される少なくとも1種の原子を含有し、第2金属磁性粒子表面が酸化膜で覆われている、<11>~<13>のいずれか1つに記載のコイル素子の製造方法。
本開示に係るコイル素子は、例えば、DC-DCコンバータに用いられる。また、本開示に係るコイル素子は、DC-DCコンバータ以外の用途にも適用可能である。
1,1A,1B,1C コイル素子
10 素体
C 内部電極(コイル)
C1 第1内部電極(第1コイル)
C2 第2内部電極(第2コイル)
CD 内部導体(コイル導体)
CD1 第1内部導体(第1コイル導体)
CD2 第2内部導体(第2コイル導体)
E1 第1外部電極
E2 第2外部電極
E3 第3外部電極
E4 第4外部電極
G1~G10 積層グループ
P,PA,PB,PC 過酸化層
M 磁性体
ML 金属磁性体層
T1 第1スルーホール導体
T2 第2スルーホール導体
T3 第3スルーホール導体
T4 第4スルーホール導体
V ビア導体
10 素体
C 内部電極(コイル)
C1 第1内部電極(第1コイル)
C2 第2内部電極(第2コイル)
CD 内部導体(コイル導体)
CD1 第1内部導体(第1コイル導体)
CD2 第2内部導体(第2コイル導体)
E1 第1外部電極
E2 第2外部電極
E3 第3外部電極
E4 第4外部電極
G1~G10 積層グループ
P,PA,PB,PC 過酸化層
M 磁性体
ML 金属磁性体層
T1 第1スルーホール導体
T2 第2スルーホール導体
T3 第3スルーホール導体
T4 第4スルーホール導体
V ビア導体
Claims (14)
- 第1金属磁性粒子を含有する金属磁性体層が積層した磁性体と、前記磁性体の内部に配置され内部導体を巻回する内部電極と、積層方向に隣接する前記内部導体間に配置され、第2金属磁性粒子を含有する過酸化層と
を有する素体を備え、
前記第2金属磁性粒子は、前記第1金属磁性粒子に比べ、多くの酸素量を有する、コイル素子。 - 前記第1金属磁性粒子は、Fe-Si合金を含む、請求項1に記載のコイル素子。
- 前記過酸化層が、積層方向に隣接する前記内部電極の互いに対向する少なくとも一方の面に接触して配置される、請求項1に記載のコイル素子。
- 前記過酸化層は、前記内部導体の積層方向の両側の面に接触して配置されている、請求項3に記載のコイル素子。
- 前記積層方向に隣接する前記内部導体の互いに対向する面に接触して配置される過酸化層の厚みの和は、前記互いに対向する面間の距離の1/3~1である、請求項3または4に記載のコイル素子。
- 前記第2金属磁性粒子が、前記第1金属磁性粒子よりも小さい平均粒径を有する、請求項1~5のいずれか1項に記載のコイル素子。
- 前記第2金属磁性粒子が、P、Bi、Cl、NaおよびKからなる群より選択される少なくとも1種の原子を含有し、第2金属磁性粒子表面が酸化膜で覆われている、請求項1~6のいずれか1項に記載のコイル素子。
- 前記過酸化層は、前記内部導体の積層方向に垂直な面に接触するように配置される、請求項1~7のいずれか1項に記載のコイル素子。
- 前記過酸化層は、隣接する前記内部導体の積層方向に対向する面に配置され、該過酸化層は互いに接続する、請求項1~8のいずれか1項に記載のコイル素子。
- 前記過酸化層のみが、隣接する前記内部導体間に配置されている、請求項1、2、および6のいずれか1項に記載のコイル素子。
- 第1金属磁性粒子を含有する第1金属磁性ペースト、第2金属磁性粒子を含有する第2金属磁性ペーストおよび導電粉を含有する導電ペーストを積層した積層体を焼成してコイル素子を作製することを含んで成り、積層方向に隣接する前記導電ペースト間に前記第2金属磁性ペーストが配置されており、
前記コイル素子は、第1金属磁性粒子を含有する金属磁性体層が積層した磁性体と、前記磁性体の内部に配置され内部導体を巻回する内部電極と、積層方向に隣接する前記内部導体間に配置され、第2金属磁性粒子を含有する過酸化層とを有する素体を備え、前記第2金属磁性粒子は、前記第1金属磁性粒子に比べ、多くの酸素量を有する、コイル素子の製造方法。 - 前記第2金属磁性ペーストは、積層方向に隣接する前記導電ペースト間の互いに対向する少なくとも一方の面に接触して配置されており、
前記過酸化層は、積層方向に隣接する前記内部電極の互いに対向する少なくとも一方の面に接触して配置される、請求項11に記載のコイル素子の製造方法。 - 前記第2金属磁性粒子が、前記第1金属磁性粒子よりも小さい平均粒径を有する、請求項11または12に記載のコイル素子の製造方法。
- 前記第2金属磁性粒子が、P、Bi、Cl、NaおよびKからなる群より選択される少なくとも1種の原子を含有し、第2金属磁性粒子表面が酸化膜で覆われている、請求項11~13のいずれか1項に記載のコイル素子の製造方法。
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|---|---|---|---|
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| JP2024-106315 | 2024-07-01 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2026009653A1 true WO2026009653A1 (ja) | 2026-01-08 |
Family
ID=98318324
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/JP2025/020890 Pending WO2026009653A1 (ja) | 2024-07-01 | 2025-06-10 | コイル素子およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| WO (1) | WO2026009653A1 (ja) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016009859A (ja) * | 2014-06-24 | 2016-01-18 | サムソン エレクトロ−メカニックス カンパニーリミテッド. | 積層電子部品 |
| JP2018121023A (ja) * | 2017-01-27 | 2018-08-02 | 株式会社村田製作所 | 積層型電子部品 |
-
2025
- 2025-06-10 WO PCT/JP2025/020890 patent/WO2026009653A1/ja active Pending
Patent Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
| JP2016009859A (ja) * | 2014-06-24 | 2016-01-18 | サムソン エレクトロ−メカニックス カンパニーリミテッド. | 積層電子部品 |
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