JP2021052075A

JP2021052075A - コイル部品

Info

Publication number: JP2021052075A
Application number: JP2019173646A
Authority: JP
Inventors: 基樹松井; Motoki Matsui; 智男柏; Tomoo Kashiwa
Original assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Current assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Priority date: 2019-09-25
Filing date: 2019-09-25
Publication date: 2021-04-01
Also published as: US20210090780A1

Abstract

【課題】高透磁率と改善された機械的強度を有する磁性基体を備えるコイル部品を提供する。【解決手段】コイル部品は、第１平均粒径及び第１比表面積を有する第１金属磁性粒子１１、第１平均粒径よりも小さな第２平均粒径及び第２比表面積を有する第２金属磁性粒子１２並びに第１金属磁性粒子１１及び第２金属磁性粒子１２を保持する結合材１３を含む磁性基体と、磁性基体内に設けられたコイル導体と、を備える。第２平均粒径に基づいて定められる第２表面積に対する第２比表面積の比で表される第２表面粗度係数が、第１平均粒径に基づいて定められる第１表面積に対する第１比表面積の比で表される第１表面粗度係数よりも大きい。【選択図】図３

Description

本明細書の開示は、コイル部品に関する。

インダクタなどのコイル部品においては、従来から様々な磁性材料が用いられている。コイル部品は、典型的には、磁性材料からなる磁性基体と、当該磁性基体内に設けられたコイル導体と、当該コイル導体の端部に接続された外部電極とを有する。

コイル部品の磁性基体の材料として、複数の金属磁性粒子及び樹脂製の結合材を含む複合磁性材料が用いられている。この種の磁性基体は、例えば、金属磁性粒子と樹脂とを混練して得られた混合樹脂組成物を型に流し込み、この型内で当該混合樹脂組成物を加圧及び加熱することにより作製される。この製造工程において、混合樹脂組成物に含まれる樹脂は、硬化されて結合材となる。このような磁性基体においては、金属磁性粒子同士が結合材により結着している。

コイル部品用の磁性基体は、高い透磁率を有することが求められており、従来から磁性基体の透磁率を向上させるための提案がなされている。例えば、特開２０１８−０４１９５５号公報（特許文献１）には、磁性基体に２種類以上の平均粒径を有する金属磁性粒子を含有させることにより、磁性基体における金属磁性粒子の充填率（充填密度）を高め、これにより磁性基体の透磁率を向上させることが開示されている。特開２０１６−２０８００２号公報（特許文献２）には、磁性基体が互いに異なる平均粒径を有する３種類の金属磁性粒子を含むことにより、当該磁性基体における金属磁性粒子の充填率を高めることが開示されている。

このように、従来は、互いに異なる平均粒径を有する２種類又は３種類の金属磁性粒子を磁性基体に含有させることにより、当該磁性基体における磁性粒子の充填率を高め、これにより磁性基体の透磁率の向上を図っている。

特開２０１８−０４１９５５号公報特開２０１６−２０８００２号公報

複合磁性材料から成る磁性基体において金属磁性粒子の充填率が高まると、金属磁性粒子同士を結着させる結合材の含有比率が低下する。このため、複合磁性材料から成る従来の磁性基体においては、透磁率を向上させるために金属磁性粒子の充填率を高めると機械的強度が低下するという問題がある。

本発明の目的は、上述した問題の少なくとも一部を解決又は緩和することである。より具体的な本発明の目的の一つは、高透磁率と改善された機械的強度を有する磁性基体を備えるコイル部品を提供することである。本発明のこれ以外の目的は、明細書全体の記載を通じて明らかにされる。

本発明の一態様によるコイル部品は、第１平均粒径及び第１比表面積を有する第１金属磁性粒子、前記第１平均粒径よりも小さな第２平均粒径及び第２比表面積を有する第２金属磁性粒子、並びに前記第１金属磁性粒子及び前記第２金属磁性粒子を保持する結合材を含む磁性基体と、前記磁性基体内に設けられたコイル導体と、を備える。一態様において、前記第２平均粒径に基づいて定められる第２表面積に対する前記第２比表面積の比で表される第２表面粗度係数が、第１平均粒径に基づいて定められる第１表面積に対する前記第１比表面積の比で表される第１表面粗度係数よりも大きい。

本発明の一態様において、前記磁性基体における前記第２金属磁性粒子の含有比率は、１５ｗｔ％以上である。

本発明の一態様において、前記磁性基体における前記第２金属磁性粒子の含有比率は、４５ｗｔ％以下である。

本発明の一態様において、前記第１金属磁性粒子は、その表面に第１酸化膜を有する。

本発明の一態様において、前記第１金属磁性粒子は、その表面に絶縁コーティング層を有する。

本発明の一態様において、前記前記第２金属磁性粒子は、その表面に第２酸化膜を有する。

本発明の一態様において、前記磁性基体は、前記第２平均粒径よりも小さな第３平均粒径及び第３比表面積を有する第３金属磁性粒子を含む。

本発明の一態様において、前記第３平均粒径に基づいて定められる第３表面積に対する前記第３比表面積の比である第３表面粗度係数が前記第１表面粗度係数よりも大きい。

本発明の一態様において、前記第３表面粗度係数が前記第２表面粗度係数よりも大きい。

本発明の一態様は、上記のいずれかのコイル部品を備える回路基板に関する。

本発明の一態様は、上記の回路基板を備える電子機器に関する。

本発明の実施形態によれば、高透磁率と改善された機械的強度を有する磁性基体を備えるコイル部品を提供することができる。

本発明の一実施形態によるコイル部品を模式的に示す斜視図である。図１のコイル部品のＩ−Ｉ線断面を模式的に示す断面図である。図１のコイル部品の磁性基体の断面を拡大して模式的に示す拡大断面図である。図１のコイル部品の磁性基体に含まれる磁性粒子の粒度分布を示すグラフである。図１のコイル部品の磁性基体に含まれる金属磁性粒子を模式的に示す図である。本発明の別の実施形態によるコイル部品の斜視図である。

以下、適宜図面を参照し、本発明の様々な実施形態を説明する。なお、複数の図面において共通する構成要素には当該複数の図面を通じて同一の参照符号が付されている。各図面は、説明の便宜上、必ずしも正確な縮尺で記載されているとは限らない点に留意されたい。

図１〜図５を参照して本発明の一実施形態に係るコイル部品１について説明する。まず、図１及び図２を参照して、コイル部品１の概要を説明する。図１は、コイル部品１を模式的に示す斜視図であり、図２はコイル部品のＩ−Ｉ線断面を模式的に示す断面図である。図示のように、コイル部品１は、基体１０と、基体１０内に設けられたコイル導体２５と、基体１０の表面に設けられた外部電極２１と、基体１０の表面において外部電極から離間した位置に設けられた外部電極２２と、を備える。

本明細書においては、文脈上別に解される場合を除き、コイル部品１の「長さ」方向、「幅」方向、及び「厚さ」方向はそれぞれ、図１の「Ｌ軸」方向、「Ｗ軸」方向、及び「Ｔ軸」方向とする。「厚さ」方向は、「高さ」方向と呼ばれることもある。

コイル部品１は、回路基板２に実装されている。回路基板２には、２つのランド部３が設けられている。コイル部品１は、外部電極２１，２２の各々と回路基板２の対応するランド部３とをはんだにより接合することで当該回路基板２に実装されてもよい。回路基板２は、様々な電子機器に実装され得る。回路基板２が実装され得る電子機器には、スマートフォン、タブレット、ゲームコンソール、及びこれら以外の様々な電子機器が含まれる。

コイル部品１は、本発明を適用可能なコイル部品の一例である。本発明は、インダクタ、トランス、フィルタ、リアクトル、及びこれら以外の様々なコイル部品に適用され得る。本発明は、カップルドインダクタ、チョークコイル、及びこれら以外の様々な磁気結合型コイル部品にも適用することができる。コイル部品１の用途は、本明細書で明示されるものには限定されない。

基体１０は、磁性材料から直方体形状に形成されている。本発明の一実施形態において、基体１０は、長さ寸法（Ｌ軸方向の寸法）が１．０ｍｍ〜１０．０ｍｍ、幅寸法（Ｗ軸方向の寸法）が０．５〜１０ｍｍ、高さ寸法（Ｔ軸方向の寸法）が０．８〜５．０ｍｍとなるように形成される。基体１０の寸法は、本明細書で具体的に説明される寸法には限定されない。本明細書において「直方体」又は「直方体形状」というときには、数学的に厳密な意味での「直方体」のみを意味するものではない。

基体１０は、第１の主面１０ａ、第２の主面１０ｂ、第１の端面１０ｃ、第２の端面１０ｄ、第１の側面１０ｅ、及び第２の側面１０ｆを有する。基体１０は、これらの６つの面によってその外面が画定される。第１の主面１０ａと第２の主面１０ｂとは互いに対向し、第１の端面１０ｃと第２の端面１０ｄとは互いに対向し、第１の側面１０ｅと第２の側面１０ｆとは互いに対向している。

図１において第１の主面１０ａは基体１０の上側にあるため、第１の主面１０ａを「上面」と呼ぶことがある。同様に、第２の主面１０ｂを「下面」と呼ぶことがある。コイル部品１は、第２の主面１０ｂが回路基板１０２と対向するように配置されるので、第２の主面１０ｂを「実装面」と呼ぶこともある。コイル部品１の上下方向に言及する際には、図１の上下方向を基準とする。

図示の実施形態において、外部電極２１は、磁性基体１０の実装面１０ｂ及び端面１０ｃに設けられている。外部電極２２は、磁性基体１０の実装面１０ｂ及び端面１０ｄに設けられている。各外部電極の形状及び配置は、図示された例には限定されない。外部電極２１と外部電極２２とは、長さ方向において互いから離間して配置されている。

次に、図３を参照して磁性基体１０についてさらに説明する。図３は、磁性基体１０の断面を拡大して模式的に示す拡大断面図である。図３には、図２に示されている磁性基体１０の領域Ａが拡大して示されている。図示のように、磁性基体１０は、複数の第１金属磁性粒子１１、複数の第２金属磁性粒子１２、及び結合材１３を含む。複数の第１金属磁性粒子１１及び複数の第２金属磁性粒子１２は、結合材１３により互いと結着している。言い換えると、結合材１３により結着された複数の第１金属磁性粒子１１及び複数の第２金属磁性粒子１２によって磁性基体１０が構成されている。領域Ａは、磁性基体１０内の任意の領域とすることができる。

第１金属磁性粒子１１は、第２金属磁性粒子１２よりも大きな平均粒径を有する。例えば、第１金属磁性粒子１１は１２〜３５μｍの範囲の第１平均粒径を有し、第２金属磁性粒子１２は１〜８μｍの範囲の第２平均粒径を有する。一実施形態において、磁性基体１０は、第２平均粒径よりも小さな第３平均粒径を有する不図示の第３金属磁性粒子をさらに含んでもよい。第３平均粒径は例えば０．５μｍ以下とされる。磁性基体１０に含まれる金属磁性粒子の平均粒径は、磁性基体１０をその厚さ方向（Ｔ方向）に沿って切断して断面を露出させ、当該断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により２０００倍〜５０００倍の倍率で撮影した写真に基づいて求めることができる。個々の粒子の粒径については、当該断面のＳＥＭ写真に基づいて粒子が球形であるとしたときの円断面の直径として求めることができる。これら個々の粒子の粒径の算術平均を平均粒径（Ｄ_AVE）とし、この値を金属磁性粒子の平均粒径とすることができる。１μｍより小さな粒径を有する金属磁性粒子を観察する場合には、５０００〜１００００倍の倍率で撮影したＳＥＭ写真に基づいて粒度分布を求めても良い。本明細書においては、第１金属磁性粒子１１、第２金属磁性粒子１２、及び第３金属磁性粒子を互いから区別する必要がない場合には、磁性基体１０に含まれる第１金属磁性粒子１１、第２金属磁性粒子１２、及び第３金属磁性粒子を「金属磁性粒子」と総称することがある。

図４は、磁性基体１０に含まれる金属磁性粒子の粒度分布の一例を示すグラフである。図示のとおり、この粒度分布のグラフは、２つのピーク、すなわち、第１ピークＰ１及び第２ピークＰ２を含む。図４において、この第１ピークＰ１を含むグラフは第１金属磁性粒子１１の粒度分布を表し、第２ピークＰ２を含むグラフは第２金属磁性粒子１２の粒度分布を表す。第１ピークＰ１は、１２μｍ〜３５μｍの範囲に位置し、第２ピークＰ２は、１μｍ〜８μｍの間に位置する。上述したように、磁性基体１０は、第１金属磁性粒子１１及び第２金属磁性粒子１２が所定の割合で混合して得られたものである。図４のグラフは、この混合された２種類の金属磁性粒子の粒度分布を示している。このように、磁性基体１０が２種類の金属磁性粒子を含む場合には、磁性基体１０に含まれる金属磁性粒子の粒度分布のグラフにおいて２つのピークが現れる。磁性基体１０が第３金属磁性粒子を含む場合には、粒度分布のグラフは、第３金属磁性粒子の粒度分布を示す第３ピークを含む。

第１金属磁性粒子１１及び第２金属磁性粒子１２は、様々な軟磁性材料から成る。第１金属磁性粒子１１は、例えば、Ｆｅを主成分とする。具体的には、第１金属磁性粒子１１は、（１）Ｆｅ、Ｎｉ等の金属粒子、（２）Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ合金、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金、Ｆｅ−Ｎｉ合金等の結晶合金粒子、（３）Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ−Ｂ−Ｃ合金、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ−Ｂ合金等の非晶質合金粒子、または（４）これらが混合された混合粒子である。コア１０に含まれる金属磁性粒子の組成は、前記のものに限られない。前記第１金属磁性粒子１１は、Ｆｅを８５ｗｔ％以上含む。これにより、優れた透磁率を有する磁性基体１０を得ることができる。第２金属磁性粒子１２の組成は第１金属磁性粒子１１の組成と同じであってもよいし異なっていてもよい。

図５に示されているように、第１金属磁性粒子１１は絶縁膜１４で被覆されていてもよい。絶縁膜１４は、ガラス、樹脂、又はこれら以外の絶縁性に優れた材料から形成される。絶縁膜１４は、例えば、第１金属磁性粒子１１とガラス材料の粉末とを摩擦混合機内で混合することにより第１金属磁性粒子１１の表面に形成される。ガラス材料から成る絶縁膜１４は、摩擦混合機内において圧縮摩擦作用により第１金属磁性粒子１１の表面に固着する。ガラス材料は、ＺｎＯ及びＰ₂Ｏ₅を含んでも良い。絶縁膜１４は、様々なガラス材料から形成され得る。絶縁膜１４は、ガラス粉に代えてまたはガラス粉に加えて、アルミナ粉、ジルコニア粉、又はこれら以外の絶縁性に優れた酸化物の粉末から形成されてもよい。絶縁膜１４の厚さは例えば１００ｎｍ以下とされる。このように、第１金属磁性粒子１１は、その表面に絶縁膜１４を有していてもよい。第１金属磁性粒子１１の表面に絶縁膜１４を形成することにより、第１金属磁性粒子１１の表面を平滑にすることができる。このように、その表面に絶縁膜１４が形成された第１金属磁性粒子１１は、絶縁膜１４が形成されていない第１金属磁性粒子１１よりも小さい比表面積を有していてもよい。絶縁膜１４は、第１金属磁性粒子１１が酸化してできる酸化膜であってもよい。このように、第１金属磁性粒子１１の表面に絶縁膜１４を形成することにより、第１金属磁性粒子１１の比表面積を小さくすることができる。

第２金属磁性粒子１２は、絶縁膜１５で被覆されていてもよい。絶縁膜１５は、第１金属磁性粒子１２が酸化してできる酸化膜であってもよい。絶縁膜１５の厚さは例えば２０ｎｍ以下とされる。絶縁膜１５は、大気中雰囲気にて第２金属磁性粒子１２を熱処理することで、第２金属磁性粒子１２の表面に形成される酸化膜であってもよい。絶縁膜１５は、Ｆｅ及びこれ以外の第２金属磁性粒子１２に含有される元素の酸化物を含む酸化膜であってもよい。絶縁膜１５は、第２金属磁性粒子１２をリン酸へ投入して攪拌することにより、第２金属磁性粒子１２の表面に形成されるリン酸鉄膜であってもよい。このように、第２金属磁性粒子１２の表面に絶縁膜１５を形成することにより、第２金属磁性粒子１２の表面を粗面化することができる。その表面に絶縁膜１５が形成された第２金属磁性粒子１２は、絶縁膜１５が形成されていない第２金属磁性粒子１２よりも大きい比表面積を有していてもよい。このように、第２金属磁性粒子１２の表面に絶縁膜１５を形成することにより、第２金属磁性粒子１２の比表面積を大きくすることができる。

結合材１３は、例えば、絶縁性に優れた熱硬化性樹脂である。結合剤として、例えばエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリスチレン（ＰＳ）樹脂、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）樹脂、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）樹脂、ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂、ポリフッ化ビニルデン（ＰＶＤＦ）樹脂、フェノール（Ｐｈｅｎｏｌｉｃ）樹脂、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）樹脂、又はポリベンゾオキサゾール（ＰＢＯ）樹脂が用いられ得る。

一実施形態において、第２金属磁性粒子１２は、第１金属磁性粒子１１よりも粗い表面を有する。本明細書において、金属磁性粒子の表面の粗さは、当該金属磁性粒子の表面積に対する比表面積の比である表面粗度係数によって表されてもよい。金属磁性粒子の表面の粗さは、その単位質量あたり又は単位体積あたりの比表面積で表されることがある。しかしながら、比表面積の定義から、金属磁性粒子の比表面積は、その粒径が小さいほど大きくなりやすいので、粒径の異なる金属磁性粒子同士の表面粗さを比較するためには、比表面積を粒径について正規化することが必要である。そこで、本明細書においては、金属磁性粒子同士の表面粗さを比較するために、金属磁性粒子の表面積に対する比表面積の比である表面粗度係数（ＳｕｒｆａｃｅＲｏｕｇｈｎｅｓｓＦａｃｔｏｒ）を用いる。例えば、第１金属磁性粒子１１の表面積をＳ１とし比表面積をＡ１とすると、第１金属磁性粒子１１の表面粗度係数である第１表面粗度係数Ｆ１は、Ｆ１＝Ａ１／Ｓ１で表される。同様に、第２金属磁性粒子１２の表面積をＳ２とし比表面積をＡ２とすると、第２金属磁性粒子１２の表面粗度係数である第２表面粗度係数Ｆ２は、Ｆ２＝Ａ２／Ｓ２で表される。第１表面粗度係数Ｆ１及び第２表面粗度係数Ｆ２はそれぞれ、第１金属磁性粒子１１及び第２金属磁性粒子１２の粒径で正規化された表面粗さを表す。よって、第２金属磁性粒子１２の表面が第１金属磁性粒子１１の表面よりも粗い場合には、Ｆ２＞Ｆ１の関係が成り立つ。第１金属磁性粒子１１の表面に絶縁膜１４が形成されている場合には、第１金属磁性粒子１１の比表面積Ａ１は、絶縁膜１４が形成された第１金属磁性粒子１１の比表面積を意味する。同様に、第２金属磁性粒子１２の表面に絶縁膜１５が形成されている場合には、第２金属磁性粒子１２の比表面積Ａ２は、絶縁膜１５が形成された第２金属磁性粒子１２の比表面積を意味する。磁性基体１０が第３金属磁性粒子を含む場合には、当該第３金属磁性粒子の表面粗さを表す第３表面粗度係数Ｆ３は、第１表面粗度係数Ｆ１より大きくともよい。第３表面粗度係数Ｆ３は、第２表面粗度係数Ｆ２より大きくともよい。

本明細書において、金属磁性粒子の表面積は、その平均粒径Ｄaveに基づいて当該金属磁性粒子が球形と仮定して算出される。つまり、平均粒径Ｄaveの金属磁性粒子の表面積Ｓは、Ｓ＝４π（Ｄ_AVE／２）²で表される。第１金属磁性粒子１１の表面積Ｓ１は、例えば４．０ｘ１０^-10〜５．０ｘ１０^-9ｍ²の範囲とされる。第２金属磁性粒子１２の表面積Ｓ２は、例えば１．０ｘ１０^-13〜２．０¹⁰ｍ²の範囲とされる。

金属磁性粒子の比表面積は、ＢＥＴ値（ＢＥＴ比表面積とも呼ばれる。）で表されても良い。第１金属磁性粒子１１及び第２金属磁性粒子１２のＢＥＴ値は、株式会社マウンテック製のＭａｃｓｏｒｂＨＭｍｏｄｅｌ−１２０８を用いて、ＢＥＴ一点法により求められる。第１金属磁性粒子１１のＢＥＴ値は、例えば０．０２〜０．５ｍ²／ｇの範囲とされる。第２金属磁性粒子１２のＢＥＴ値は、例えば０．３〜５．０ｍ²／ｇの範囲とされる。第１金属磁性粒子１１のＢＥＴ値の取りうる範囲と第２金属磁性粒子１２のＢＥＴ値の取りうる範囲は、一部重なった範囲となるが、第１金属磁性粒子１１のＢＥＴ値よりも第２金属磁性粒子１２のＢＥＴ値が大きくなるように、第１金属磁性粒子１１と第２金属磁性粒子１２の組み合わせは選定される。

一実施形態において、磁性基体１０における第２金属磁性粒子１２の含有比率は、１５ｗｔ％以上である。一実施形態において、磁性基体１０における第２金属磁性粒子１２の含有比率は、４５ｗｔ％以下である。磁性基体１０に含まれる金属磁性粒子の密度は、それ以外の含有物（例えば、結合材１３）の密度よりも著しく大きいため、磁性基体１０における第２金属磁性粒子１２の含有比率（ｗｔ％）は、磁性基体１０に含まれる金属磁性粒子の質量の合計１００ｗｔ％に対する比率として近似的に表すことができる。

続いて、本発明の一実施形態によるコイル部品１の製造方法の例について説明する。以下では、圧縮成形プロセスによるコイル部品１の製造方法を説明する。圧縮成形プロセスによるコイル部品１の製造方法は、金属磁性粒子１１及び金属磁性粒子１２を含む粒子群と樹脂とを加熱しながら混練して混合樹脂組成物を生成し、この混合樹脂組成物を圧縮成形して成形体を形成する成形工程と、当該成形工程により得られた成形体を加熱する熱処理工程と、を備える。成型工程においては、粒子の流動を良くするための潤滑剤及び金型と成形体の分離を良くする離型剤を添加してもよい。

成形工程においては、成形金型に予め準備したコイル導体２５を設置し、このコイル導体２５が設置された成形金型内に混合樹脂組成物を入れ。この成型金型内の混合樹脂組成物に成形圧力を加える。これにより、内部にコイル導体２５を含む成形体が得られる。成形工程は、温間成形によって行われてもよく、冷間成形によって行われてもよい。成形圧力は、所望の充填率を得るために適宜調整され得る。

成形工程において成形体が得られた後に、当該製造方法は熱処理工程に進む。熱処理工程においては、成形工程により得られた成形体に対して熱処理が行われ、この熱処理により磁性基体１０が得られる。この熱処理により、混合樹脂組成物中の樹脂が硬化して結合材１３となり、この結合材１３により第１金属磁性粒子１１及び第２金属磁性粒子１２が結合される。熱処理は、混合樹脂組成物中の樹脂の硬化温度、例えば１５０℃から２００℃にて３０分から４時間行われる。熱処理工程は、成形工程により得られた成形体に対して脱脂処理を行う工程を含んでもよい。この脱脂処理は、熱処理工程とは独立して行われてもよい。

次に、上記のようにして得られた磁性基体１０の両端部に導体ペーストを塗布することにより、外部電極２１及び外部電極２２を形成する。外部電極２１及び外部電極２２は、磁性基体１０内に設けられているコイル導体１２５の一方の端部とそれぞれ電気的に接続するように設けられる。外部電極２１、２２は、めっき層を含んでもよい。このめっき層は２層以上であってもよい。２層のめっき層は、Ｎｉめっき層と、当該Ｎｉめっき層の外側に設けられるＳｎめっき層と、を含んでもよい。以上により、コイル部品１が得られる。

続いて、図６を参照して、本発明の別の実施形態によるコイル部品１０１について説明する。コイル部品１０１は、平面コイルである。図示のように、本発明の一実施形態におけるコイル部品１０１は、磁性基体１１０と、磁性基体１１０内に設けられた絶縁板１５０と、磁性基体１１０内において絶縁板１５０の上面及び下面に設けられたコイル導体１２５と、磁性基体１１０に設けられた外部電極１２１、磁性基体１１０に外部電極１２１から離間して設けられた外部電極１２２と、を備える。

本発明の一実施形態において、磁性基体１１０は、上記の磁性基体１０と同じく、複数の第１金属磁性粒子１１、複数の第２金属磁性粒子１２、及び結合材１３を含む。絶縁板１５０は、絶縁材料から板状に形成された部材である。絶縁板１５０用の絶縁材料は磁性材料であってもよい。絶縁板１５０用の磁性材料は、例えば、結合材及び金属磁性粒子を含む複合磁性材料である。

図示の実施形態において、コイル導体１２５は、絶縁板１５０の上面に形成されたコイル導体１２５ａと、当該絶縁板１５０の下面に形成されたコイル導体１２５ｂと、を含む。コイル導体１２５ａとコイル導体１２５ｂとは不図示のビアにより接続される。コイル導体１２５ａは、絶縁板１５０の上面に所定のパターンを有するように形成され、コイル導体１２５ｂは、絶縁板１５０の下面に所定のパターンを有するように形成される。コイル導体１２５ａ及びコイル導体１２５ｂの表面には絶縁膜が設けられてもよい。コイル導体１２５は、様々な形状をとりえる。コイル導体１２５は、例えば、平面視において、スパイラル形状、ミアンダ形状、直線形状、又はこれらを組み合わせた形状を有する。

本発明の一実施形態において、絶縁板１５０は、磁性基体１１０よりも大きな抵抗値を有するように構成される。これにより、絶縁板１５０を薄くしても、コイル導体１２５ａとコイル導体１２５ｂとの間の電気的絶縁を確保することができる。

コイル導体１２５ａの一方の端部には引出導体１２７が設けられ、コイル導体１２５ｂの一方の端部には引出導体１２６が設けられている。これにより、コイル導体１２５は、引出導体１２６を介して外部電極１２１と電気的に接続され、引出導体１２７を介して外部電極１２２と電気的に接続される。

次に、コイル部品１０１の製造方法の例を説明する。まず磁性材料から板状に形成された絶縁板を準備する。次に、当該絶縁板の上面及び下面にフォトレジストを塗布し、続いて、当該絶縁板の上面及び下面の各々に導体パターンを露光・転写し、現像処理を行う。これにより、当該絶縁板の上面及び下面の各々に、コイル導体を形成するための開口パターンを有するレジストが形成される。絶縁板の上面に形成される導体パターンは、例えば上述したコイル導体１２５ａに対応する導体パターンであり、絶縁板の下面に形成される導体パターンは、例えば上述したコイル導体１２５ｂに対応する導体パターンである。絶縁板にはビアを設けるための貫通孔が形成される。

次に、めっき処理により、当該開口パターンの各々を導電性金属で充填する。続いて、エッチングにより上記絶縁板からレジストを除去することで、当該絶縁板の上面及び下面の各々にコイル導体が形成される。また、絶縁板に設けられた貫通孔に導電性金属を充填することにより、コイル導体１２５ａとコイル導体１２５ｂとを接続するビアが形成される。

次に、上記コイル導体が形成された絶縁板の両面に、磁性基体を形成する。この磁性基体は、前述した磁性基体１１０に対応する。磁性基体を形成するために、まず磁性体シートが作製される。磁性体シートは、金属磁性粒子１１及び金属磁性粒子１２を含む粒子群と樹脂とを加熱しながら混練して混合樹脂組成物を作成し、この混合樹脂組成物をシート形状の成形金型に入れて冷却することで作成される。次に、このように作成された一組の磁性体シートの間に上記のコイル導体を配置して加熱しながら加圧することで積層体を作成する。次に、この積層体に対して、樹脂の硬化温度、例えば１５０℃から２００℃にて３０分から４時間熱処理を行う。これにより、内部にコイル導体１２５を有する磁性基体１１０が得られる。磁性基体１１０においては、混合樹脂組成物中の樹脂が硬化して結合材１３となっている。混合樹脂組成物に含まれている第１金属磁性粒子１１及び第２金属磁性粒子１２は、この結合材１３により互いと結着されている。この磁性基体１１０の外表面の所定の位置に外部電極１２１，１２２を設けることでコイル部品１０１が作成される。

まず、第１金属磁性粒子１１として平均粒径が２５μｍのＦｅ−Ｓｉ−Ｂ−Ｃアモルファス合金粉末を準備し、第２金属磁性粒子１２として平均粒径が５μｍのカルボニル鉄粉末を準備し、この２種類の金属磁性粉末を表１に示す比率で混合して混合粉を得た。表１には、第１金属磁性粒子１１及び第２金属磁性粒子１２の合計の質量１００ｗｔ％に対する第１金属磁性粒子１１及び第２金属磁性粒子１２の含有比率をそれぞれ重量パーセントで示している。また、第１金属磁性粒子１１及び第２金属磁性粒子１２のそれぞれについて株式会社マウンテック製のＭａｃｓｏｒｂＨＭｍｏｄｅｌ−１２０８を用いてＢＥＴ値を測定し、それぞれの表面粗度係数を算出した。この結果、第１金属磁性粒子１１の表面粗度係数Ｆ１は５．４×１０⁷であり、第２金属磁性粒子１２の表面粗度係数Ｆ２は８．３×１０⁹であった。

次に、この混合粉のそれぞれをエポキシ樹脂と混練して混合樹脂組成物を得た。この混合樹脂組成物に１５ＭＰａの成形圧力を加えながら１７０℃で１０分間加熱して直方体の磁性基体の試料（試料１〜試料８）を得た。この試料１〜試料８のそれぞれについて、ＪＩＳＫ６９１１に準拠した曲げ強さ試験を行って曲げ強さを測定し、Ｂ−Ｈアナライザを用いて透磁率（μ）を測定した。また、試料Ｎｏ．１〜試料Ｎｏ．８のそれぞれについて充填率を測定した。各試料をその厚さ方向に沿って切断して断面を露出させ、当該断面の視野の全面積に対する金属磁性粒子が占める面積を充填率とした。第２金属磁性粒子１２の含有比率が５０ｗｔ％を超えると、混合樹脂組成物が流動性を失い、圧縮成形プロセスでの試料の作製が困難となるため、試験においては第２金属磁性粒子１２の含有比率の上限を５０ｗｔ％とした。以上の測定結果を以下の表１に示す。

表１に示されているように、表面粗度係数Ｆ２が比較的大きな第２金属磁性粒子１２の含有比率が低下すると、磁性基体の曲げ強さが低下することが確認された。これは、表面が粗い第２金属磁性粒子１２が結合材（上記の例では硬化したエポキシ樹脂）と強固に結合しており、この第２金属磁性粒子１２と結合材との結合により磁性基体の機械的強度が確保されているためと考えられる。より具体的には、試料Ｎｏ．３〜Ｎｏ．８においては７８ＭＰａ以上の曲げ強さが得られたのに対し、試料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．２については４０ＭＰａ以下の曲げ強さしか得られなかった。これらの測定結果から、第２金属磁性粒子１２の含有比率を１５ｗｔ％以上とすることにより、コイル部品用の磁性基体の曲げ強さとして望ましい５０ＭＰａ以上の曲げ強さを有する磁性基体が得られることが分かった。第１表面粗度係数Ｆ１と第２表面粗度係数Ｆ２との間にＦ２＞Ｆ１の関係が成り立っていれば第２金属磁性粒子１２と結合材１３とからなる強固な骨格構造が得られるため、この曲げ強さの測定値は、第１金属磁性粒子１１及び第２金属磁性粒子１２の組成や平均粒径が変動しても大きく変動せず、第２金属磁性粒子１２の含有比率を１５ｗｔ％以上とすれば５０ＭＰａ以上の曲げ強さが得られると考えられる。

表１の測定結果から、第２金属磁性粒子１２の含有比率が４５ｗｔ％を超えると、透磁率及び曲げ強さがいずれも低下することが確認された。第２金属磁性粒子１２の含有比率が高くなると金属磁性粒子の充填率が低下するため、これに伴って透磁率が低下したと考えられる。また、第２金属磁性粒子１２の含有比率が大きくなると第１金属磁性粒子１１と第２金属磁性粒子１２との結合ペアの含有比率が高くなり、逆に第２金属磁性粒子１２同士の結合ペアの含有比率が低くなるため、曲げ強度が低下したと考えられる。表面粗度係数の大きい第２金属磁性粒子１２同士の結合は、表面粗度係数の小さい第１金属磁性粒子１１と表面粗度係数の大きい第２金属磁性粒子１２の結合は、第２金属磁性粒子１２同士の結合よりも弱い結合と考えられる。第２金属磁性粒子１２の含有比率が低い場合、第１金属磁性粒子１１の間にある隙間において多くの第２金属磁性粒子１２が入り込み、この第２漢族磁性粒子１２同士での結合ペアが多く生じるが、第２金属磁性粒子１２の含有比率が大きくなると、第２金属磁性粒子１２同士の結合ペアの割合が低下し、第１金属磁性粒子１１と第２金属磁性粒子１２との結合ペアの割合が増える。このように、第１金属磁性粒子１１と結合する第２金属磁性粒子１２の割合が増えることにより、第２金属磁性粒子１２同士の結合ペアの割合が低下し、これにより曲げ強さが低下したと推察することができる。そこで、透磁率及び機械的強度（曲げ強さ）を高く維持するために、第２金属磁性粒子１２の含有比率は４５ｗｔ％以下であることが望ましい。

次に、上記の実施形態による作用効果について説明する。上記の一実施形態においては、磁性基体１０が互いに異なる平均粒径を有する第１金属磁性粒子１１及び第２金属磁性粒子１２を有するため、磁性基体１０における金属磁性粒子の充填率を高くすることができる。このため、磁性基体１０は、高い透磁率を有する。また、第２表面粗度係数Ｆ２が第１表面粗度係数Ｆ１よりも大きいので、第２金属磁性粒子１２が粗い表面を有する。これにより、第２金属磁性粒子１２と結合材１３との接触面積を大きくすることができるので、第２金属磁性粒子１２及び結合材１３により堅固な骨格構造が構成される。第１金属磁性粒子１１は、第２金属磁性粒子１２及び結合材１３により構成される骨格構造により保持される。このように、第２金属磁性粒子１２と結合材１３との結合を強固にすることにより、金属磁性粒子の充填率が高い場合であっても磁性基体１０の機械的強度を改善することができる。

上記の一実施形態においては、第３表面粗度係数Ｆ３が第１表面粗度係数Ｆ１よりも大きいので、第３金属磁性粒子も第２金属磁性粒子１２及び結合材１３を含む堅固な骨格構造の一部を構成する。第３表面粗度係数Ｆ３が第２表面粗度係数Ｆ２よりも大きい場合には、第３金属磁性粒子が第２磁性金属粒子１２よりもさらに強固に結合材１３と結合するので、磁性基体１０の機械的強度をさらに改善することができる。

上記の一実施形態によれば、第２金属磁性粒子の含有比率が１５ｗｔ％以上であるため、磁性基体１０の機械的強度をさらに向上させることができる。

上記の一実施形態によれば、第２金属磁性粒子の含有比率が４５ｗｔ％以下であるため、磁性基体１０に含有される第１金属磁性粒子１１により磁性基体１０の透磁率を高く維持することができる。

本明細書で説明された各構成要素の寸法、材料、及び配置は、実施形態中で明示的に説明されたものに限定されず、この各構成要素は、本発明の範囲に含まれうる任意の寸法、材料、及び配置を有するように変形することができる。また、本明細書において明示的に説明していない構成要素を、説明した実施形態に付加することもできるし、各実施形態において説明した構成要素の一部を省略することもできる。

１，１０１コイル部品
１０、１１０磁性基体
１１第１金属磁性粒子
１２第２金属磁性粒子
１３結合材
２１、２２、１２１、１２２外部電極
２５、１２５コイル導体

Claims

第１平均粒径及び第１比表面積を有する第１金属磁性粒子、前記第１平均粒径よりも小さな第２平均粒径及び第２比表面積を有する第２金属磁性粒子、並びに前記第１金属磁性粒子及び前記第２金属磁性粒子を保持する結合材を含む磁性基体と、
前記磁性基体内に設けられたコイル導体と、
を備え、
前記第２平均粒径に基づいて定められる第２表面積に対する前記第２比表面積の比で表される第２表面粗度係数が、第１平均粒径に基づいて定められる第１表面積に対する前記第１比表面積の比で表される第１表面粗度係数よりも大きい、
コイル部品。
前記磁性基体における前記第２金属磁性粒子の含有比率は、１５ｗｔ％以上である、
請求項１に記載のコイル部品。
前記磁性基体における前記第２金属磁性粒子の含有比率は、４５ｗｔ％以下である、
請求項１又は２に記載のコイル部品。
前記第１金属磁性粒子は、その表面に第１酸化膜を有する、
請求項１〜３のいずれか１項に記載のコイル部品。
前記第１金属磁性粒子は、その表面に絶縁コーティング層を有する、
請求項１〜３のいずれか１項に記載のコイル部品。
前記第２金属磁性粒子は、その表面に第２酸化膜を有する、
請求項１〜５のいずれか１項に記載のコイル部品。
前記磁性基体は、前記第２平均粒径よりも小さな第３平均粒径及び第３比表面積を有する第３金属磁性粒子を含む、
請求項１〜６のいずれか１項に記載のコイル部品。
前記第３平均粒径に基づいて定められる第３表面積に対する前記第３比表面積の比である第３表面粗度係数が前記第１表面粗度係数よりも大きい、
請求項７に記載のコイル部品。
前記第３表面粗度係数が前記第２表面粗度係数よりも大きい、
請求項７又は８に記載のコイル部品。
請求項１〜９のいずれか１項に記載のコイル部品を備える回路基板。
請求項１０に記載の回路基板を備える電子機器。