JP7555705B2

JP7555705B2 - コイル部品

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Publication number: JP7555705B2
Application number: JP2019223911A
Authority: JP
Inventors: 等大久保; 深雪浅井; 正純荒田; 北斗江田
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2019-12-11
Filing date: 2019-12-11
Publication date: 2024-09-25
Anticipated expiration: 2039-12-11
Also published as: US20210183566A1; US12020854B2; CN112951544A; JP2021093468A

Description

本発明は、コイル部品に関する。

従来技術に係るコイル部品として、たとえば下記特許文献１には、磁性粉含有樹脂で構成された素体の表面を絶縁層で覆ったコイル部品が開示されている。このようなコイル部品によれば、絶縁層が素体表面の耐圧を高めることで、部品全体の耐圧向上を図ることができる。

米国特許出願公開第２０１６／００８６７１４号明細書

発明者らは、素体表面の耐圧について研究を重ね、部品全体の耐圧をより高めることができる技術を新たに見出した。

本発明は、耐圧の向上が図られたコイル部品を提供することを目的とする。

本発明の一側面に係るコイル部品は、内部にコイルが設けられるとともに金属磁性粉含有樹脂で構成され、樹脂割合が内部の樹脂割合よりも高い表面部分を有する素体と、樹脂で構成され、表面部分を含む素体の表面を覆う絶縁層とを備える。

上記コイル部品においては、素体の表面を絶縁層で覆うことで、耐圧の向上が図られている。素体は、樹脂割合が内部の樹脂割合よりも高い表面部分を有し、その表面部分では絶縁性が高められており、素体表面における耐圧のさらなる向上が図られ、コイル部品全体の耐圧がさらに向上する。

他の側面に係るコイル部品は、素体の表面部分に複数の微小窪みが形成されている。

他の側面に係るコイル部品は、複数の微小窪みに絶縁層の樹脂が入り込んでいる。

他の側面に係るコイル部品は、微小窪みの深さは、素体の金属磁性粉含有樹脂を構成する金属磁性粉の最大粒径以下である。

本発明によれば、耐圧の向上が図られたコイル部品が提供される。

図１は、実施形態に係るコイル部品の概略斜視図である。図２は、図１に示すコイル部品の分解図である。図３は、図１に示すコイル部品のＩＩＩ－ＩＩＩ線断面図である。図４は、図１に示すコイル部品のＩＶ－ＩＶ線断面図である。図５は、素体と絶縁層との界面を示した要部拡大断面図である。図６は、異なる態様のコイル部品を示した側面図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

図１～４を参照しつつ、実施形態に係るコイル部品の構造について説明する。説明の便宜上、図示のようにＸＹＺ座標を設定する。すなわち、コイル部品の厚さ方向をＺ方向、外部端子電極の対面方向をＸ方向、Ｚ方向とＸ方向とに直交する方向をＹ方向と設定する。

コイル部品１０は、平面コイル素子であり、直方体形状を呈する本体部１２（素体）と、本体部１２の表面に設けられた一対の外部端子電極１４Ａ、１４Ｂとによって構成されている。本体部１２は、Ｘ方向において対向する一対の端面１２ａ、１２ｂと、Ｚ方向において対向する一対の主面１２ｃ、１２ｄと、Ｙ方向において対向する一対の側面１２ｅ、１２ｆを有する。一対の外部端子電極１４Ａ、１４Ｂは、一対の端面１２ａ、１２ｂの全面を覆うように設けられている。コイル部品１０は、一例として、長辺２．５ｍｍ、短辺２．０ｍｍ、高さ０．８～１．０ｍｍの寸法で設計される。

本体部１２は、絶縁基板２０と、絶縁基板２０に設けられたコイルＣと、磁性体２６とを含んで構成されている。

絶縁基板２０は、非磁性の絶縁材料で構成された板状部材であり、その厚さ方向から見て略楕円環状の形状を有している。絶縁基板２０の中央部分には、楕円形の貫通孔２０ｃが設けられている。絶縁基板２０としては、ガラスクロスにエポキシ系樹脂が含浸された基板で、板厚１０μｍ～６０μｍのものを用いることができる。なお、エポキシ系樹脂のほか、ＢＴレジン、ポリイミド、アラミド等を用いることもできる。絶縁基板２０の材料としては、セラミックやガラスを用いることもできる。絶縁基板２０の材料としては、大量生産されているプリント基板材料が好ましく、特にＢＴプリント基板、ＦＲ４プリント基板、あるいはＦＲ５プリント基板に用いられる樹脂材料が最も好ましい。

コイルＣは、絶縁基板２０の一方面２０ａ（図２における上面）に設けられた平面空芯コイル用の第１導体パターン２３Ａが絶縁被覆された第１コイル部２２Ａと、絶縁基板２０の他方面２０ｂ（図２における下面）に設けられた平面空芯コイル用の第２導体パターン２３Ｂが絶縁被覆された第２コイル部２２Ｂと、第１導体パターン２３Ａと第２導体パターン２３Ｂとを接続するスルーホール導体２５とを有する。

第１導体パターン２３Ａ（第１の平面コイルパターン）は、平面空芯コイルとなる平面渦巻状パターンであり、Ｃｕなどの導体材料でめっき形成されている。第１導体パターン２３Ａは、絶縁基板２０の貫通孔２０ｃ周りに巻回するように形成されている。第１導体パターン２３Ａは、より詳しくは、図２に示すように、上方向（Ｚ方向）から見て外側に向かって右回りに３ターン分だけ巻回されている。第１導体パターン２３Ａの高さ（絶縁基板２０の厚さ方向における長さ）は全長に亘って同一である。

第１導体パターン２３Ａの外側の端部２３ａは、本体部１２の端面１２ａにおいて露出し、端面１２ａを覆う外部端子電極１４Ａと接続されている。第１導体パターン２３Ａの内側の端部２３ｂは、スルーホール導体２５に接続されている。

第２導体パターン２３Ｂ（第２の平面コイルパターン）も、第１導体パターン２３Ａ同様、平面空芯コイルとなる平面渦巻状パターンであり、Ｃｕなどの導体材料でめっき形成されている。第２導体パターン２３Ｂも、絶縁基板２０の貫通孔２０ｃ周りに巻回するように形成されている。第２導体パターン２３Ｂは、より詳しくは、上方向（Ｚ方向）から見て外側に向かって左回りに３ターン分だけ巻回されている。すなわち、第２導体パターン２３Ｂは、上方向から見て、第１導体パターン２３Ａとは反対の方向に巻回されている。第２導体パターン２３Ｂの高さは全長に亘って同一であり、第１導体パターン２３Ａの高さと同一に設計し得る。

第２導体パターン２３Ｂの外側の端部２３ｃは、本体部１２の端面１２ｂにおいて露出し、端面１２ｂを覆う外部端子電極１４Ｂと接続されている。第２導体パターン２３Ｂの内側の端部２３ｄは、第１導体パターン２３Ａの内側の端部２３ｂと、絶縁基板２０の厚さ方向において位置合わせされており、スルーホール導体２５に接続されている。

スルーホール導体２５は、絶縁基板２０の貫通孔２０ｃの縁領域に貫設されており、第１導体パターン２３Ａの端部２３ｂと第２導体パターン２３Ｂの端部２３ｄとを接続する。スルーホール導体２５は、絶縁基板２０に設けられた孔と、その孔に充填された導電材料（たとえばＣｕ等の金属材料）とで構成され得る。スルーホール導体２５は、絶縁基板２０の厚さ方向に延びる略円柱状または略角柱状の外形を有する。

また、図３および図４に示すように、第１コイル部２２Ａおよび第２コイル部２２Ｂはそれぞれ樹脂壁２４Ａ、２４Ｂを有する。第１コイル部２２Ａの樹脂壁２４Ａは、第１導体パターン２３Ａの線間、内周および外周に位置している。同様に、第２コイル部２２Ｂの樹脂壁２４Ｂは、第２導体パターン２３Ｂの線間、内周および外周に位置している。本実施形態では、導体パターン２３Ａ、２３Ｂの内周および外周に位置する樹脂壁２４Ａ、２４Ｂは、導体パターン２３Ａ、２３Ｂの線間に位置する樹脂壁２４Ａ、２４Ｂよりも厚くなるように設計されている。

樹脂壁２４Ａ、２４Ｂは、絶縁性の樹脂材料で構成されている。樹脂壁２４Ａ、２４Ｂは、第１導体パターン２３Ａや第２導体パターン２３Ｂを形成する前に絶縁基板２０上に設けることができ、この場合には樹脂壁２４Ａ、２４Ｂにおいて画成された壁間において第１導体パターン２３Ａや第２導体パターン２３Ｂがめっき成長される。樹脂壁２４Ａ、２４Ｂは、第１導体パターン２３Ａや第２導体パターン２３Ｂを形成した後に絶縁基板２０上に設けることができ、この場合には第１導体パターン２３Ａおよび第２導体パターン２３Ｂに樹脂壁２４Ａ、２４Ｂが充填や塗布等により設けられる。

第１コイル部２２Ａおよび第２コイル部２２Ｂは、第１導体パターン２３Ａおよび第２導体パターン２３Ｂと樹脂壁２４Ａ、２４Ｂとを上面側から一体的に覆う絶縁層２７をそれぞれ有する。絶縁層２７は、絶縁樹脂または絶縁磁性材料で構成され得る。

磁性体２６は、絶縁基板２０およびコイルＣを一体的に覆っている。より詳しくは、磁性体２６は、絶縁基板２０およびコイルＣを上下方向から覆うとともに、絶縁基板２０およびコイルＣの外周を覆っている。また、磁性体２６は、絶縁基板２０の貫通孔２０ｃの内部およびコイルＣの内側領域を充たしている。磁性体２６は、本体部１２の全ての表面、すなわち、端面１２ａ、１２ｂ、主面１２ｃ、１２ｄ、側面１２ｅ、１２ｆを構成している。

磁性体２６は、金属磁性粉含有樹脂で構成されている。金属磁性粉含有樹脂は、金属磁性粉２８がバインダ樹脂３０により結着された結着粉体である。磁性体２６を構成する金属磁性粉含有樹脂の金属磁性粉は、少なくともＦｅを含む磁性粉（たとえば鉄ニッケル合金（パーマロイ合金）、カルボニル鉄、アモルファス、非晶質または結晶質のＦｅＳｉＣｒ系合金、センダスト等）を含んで構成されている。バインダ樹脂は、たとえば熱硬化性のエポキシ樹脂である。本実施形態では、結着粉体における金属磁性粉体の含有量は、体積パーセントでは８０～９２ｖｏｌ％であり、質量パーセントでは９５～９９ｗｔ％である。磁気特性の観点から、結着粉体における金属磁性粉体の含有量は、体積パーセントで８５～９２ｖｏｌ％、質量パーセントで９７～９９ｗｔ％であってもよい。磁性体２６を構成する金属磁性粉含有樹脂の磁性粉は、１種類の平均粒径を有する粉体であってもよく、複数種類の平均粒径を有する混合粉体であってもよい。磁性体２６を構成する金属磁性粉含有樹脂の金属磁性粉が混合粉体の場合、平均粒径が異なる磁性粉の種類やＦｅ組成比は、同一であってもよく、異なっていてもよい。一例として、３種類の平均粒径を有する混合粉体の場合、最大の平均粒径を有する磁性粉（大径粉２８ａ）の粒径が１５～３０μｍ、最小の平均粒径を有する磁性粉（小径粉２８ｂ）の粒径が０．３～１．５μｍ、大径粉と小径粉との間の平均粒径を有する磁性粉（中径粉２８ｃ）が３～１０μｍとすることができる。混合粉体１００重量部に対して、大径粉２８ａは６０～８０重量部の範囲、中径粉２８ｃは１０～２０重量部の範囲、小径粉２８ｂは１０～２０重量部の範囲で含まれてもよい。

金属磁性粉の平均粒径は、粒度分布における積算値５０％での粒径（ｄ５０、いわゆるメジアン径）で規定され、以下のようにして求められる。磁性体２６の断面のＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）写真を撮影する。撮影したＳＥＭ写真をソフトウェアにより画像処理をおこない、金属磁性粉の境界を判別し、金属磁性粉の面積を算出する。算出した金属磁性粉の面積を円相当径に換算して粒子径を算出する。たとえば１００個以上の金属磁性粉の粒径を算出し、これらの金属磁性粉の粒度分布を求める。求めた粒度分布における積算値５０％での粒径を平均粒径ｄ５０とする。金属磁性粉の粒子形状は、特に制限されない。

磁性体２６は、大径粉２８ａの平均粒径の上限値（たとえば３０μｍ）を超える粒径の金属磁性粉を含みことができる。本実施形態では、磁性体２６は、最大粒径１００μｍの金属磁性粉を含む。

コイル部品１０では、本体部１２の一対の主面１２ｃ、１２ｄおよび一対の側面１２ｅ、１２ｆのそれぞれが、絶縁層１３で全体的に覆われている。絶縁層１３は、熱硬化性樹脂で構成されており、一例としてエポキシ樹脂で構成されている。絶縁層１３は、たとえば主面１２ｃ、１２ｄ上および側面１２ｅ、１２ｆ上に塗布した樹脂材料を硬化（たとえば熱硬化）することで形成され得る。

ここで、図５を参照しつつ、素体と絶縁層との界面の状態について説明する。

図５に示すように、本体部１２の主面１２ｃは、複数の微小窪み３２が形成されている。これらの微小窪み３２は、磁性体２６を構成する金属磁性粉含有樹脂の金属磁性粉２８が、バインダ樹脂３２から脱離することにより形成される。そのため、微小窪み３２の最大深さは、磁性体２６に含まれる金属磁性粉２８の最大粒径（たとえば１００μｍ）以下である。金属磁性粉２８の脱離は、本体部１２の主面１２ｃを研磨してエッチングした後に生じ得る。本体部１２の主面１２ｃは、複数の微小窪み３２により、ある程度大きな表面粗さ（一例として、Ｒ_ｍａｘ＝５０μｍ）を有する。複数の微小窪み３２のそれぞれには絶縁層１３を構成する樹脂材料が入り込んで、微小窪み３２内が樹脂材料で充たされている。

なお、本体部１２の他方の主面１２ｄについても、主面１２ｃと同様の表面状態を有し、かつ、主面１２ｄに形成された微小窪み３２にも主面１２ｄを覆う絶縁層１３の樹脂材料が入り込んでいる。

上述した金属磁性粉２８の脱離により、本体部１２の主面１２ｃの磁性粉割合は、素体内部における磁性粉割合より低くなっている。換言すると、本体部１２の主面１２ｃの樹脂割合は、素体内部における樹脂割合より高くなっている。

コイル部品１０においては、本体部１２の主面１２ｃ、１２ｄを絶縁層１３で覆うことで、耐圧の向上が図られている。本体部１２は、樹脂割合が内部の樹脂割合よりも高い表面部分を有し、その表面部分では絶縁性が高められており、本体部１２の表面における耐圧のさらなる向上が図られ、コイル部品１０全体の耐圧がさらに向上する。

また、コイル部品１０では、外部端子電極１４Ａ、１４Ｂの間で延びる主面１２ｃ、１２ｄにのみ、樹脂割合が内部の樹脂割合よりも高い表面部分が形成されており、その表面部分が絶縁層１３で覆われた態様となっている。ただし、本体部１２の表面のうち、樹脂割合が内部の樹脂割合よりも高い表面部分は、主面１２ｃ、１２ｄの少なくともいずれか一方であってもよく、側面１２ｅ、１２ｆの少なくともいずれか一方であってもよく、主面１２ｃ、１２ｄおよび側面１２ｅ、１２ｆの両方であってもよい。

絶縁層１３は、主面１２ｃ、１２ｄおよび側面１２ｅ、１２ｆを全体的に覆う態様であってもよく、部分的に覆う態様であってもよい。たとえば、図６に示したコイル部品１０Ａのように、絶縁層１３と外部端子電極１４Ａ、１４Ｂとの間から本体部１２の表面が露出する態様であってもよい。コイル部品１０Ａにおいて、絶縁層１３は、主面１２ｃ、１２ｄおよび側面１２ｅ、１２ｆのうちの端面１２ａ、１２ｂ側には設けられておらず、主面１２ｃ、１２ｄおよび側面１２ｅ、１２ｆの中央領域にのみ設けられている。

なお、本発明は、上述した実施形態に限らず、様々な態様をとり得る。たとえば、コイルＣは、第１コイル部および第２コイル部の両方を備える態様であってもよく、第１コイル部のみを備える態様であってもよい。

１０、１０Ａ…コイル部品、１２…本体部、１３…絶縁層、１４Ａ、１４Ｂ…外部端子電極、２６…磁性体、２８…金属磁性粉、３０…バインダ樹脂、Ｃ…コイル。

Claims

内部にコイルが設けられるとともに金属磁性粉含有樹脂で構成され、樹脂割合が内部の樹脂割合よりも高い表面部分を有する素体と、
樹脂で構成され、前記表面部分を含む前記素体の表面を覆う絶縁層と
を備え、
前記素体が前記絶縁層に覆われた表面領域と前記絶縁層に覆われていない表面領域とを有し、
前記素体の表面に設けられた外部端子電極をさらに備え、
前記絶縁層に覆われていない前記表面領域は、前記絶縁層と前記外部端子電極との間において前記絶縁層および前記外部端子電極から露出している、コイル部品。