JP3686908B2 - 積層型コイル部品及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、積層型コイル部品に係るもので、トランスフォーマー（ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｓ）又はコモンモードチョークコイル（ｃｏｍｍｏｎ ｍｏｄｅ ｃｈｏｋｅ ｃｏｉｌｓ）などに使用されるコイル部品に関するものである。

一般に、コモンモードチョークコイル又はトランスフォーマーなどのコイル部品は、電気的な特性を向上するために、１次コイルと２次コイル間の電磁気的な結合度を増加させることが重要な課題であり、１、２次コイル間の電磁気的結合度を増加させるためには、二つのコイル間の間隔を小さくするか、又は漏洩磁束が発生しないように磁路を形成すべきである。

図５（Ａ）はコイル部品素子を含む従来のコモンモードチョークコイルの一例を示した斜視図で、図５（Ｂ）は図５（Ａ）のコモンモードチョークコイルの分解図である。

図５（Ａ）に示したように、コモンモードチョークコイル１は、第１磁性体基板３の上部に形成された積層体７と、該積層体７の上部に形成された第２磁性体基板１０と、これらの間に形成された接着層８と、第１磁性体基板３、積層体７、接着層８及び第２磁性体基板の外面に形成された外部電極１１と、から構成されている。

又、図５（Ｂ）に示したように、積層体７は、スパッタリング（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）などの薄膜形成技術により蒸着された複数の層を含み、ポリイミド樹脂（ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ ｒｅｓｉｎ）又はエポキシ樹脂（ｅｐｏｘｙ ｒｅｓｉｎ）などの非磁性（ｎｏｎ−ｍａｇｎｅｔｉｃ）絶縁材料により構成された絶縁層６ａは第１磁性体基板３の上部に蒸着され、リーディング（ｌｅａｄｉｎｇ）電極１２ａ、１２ｂは絶縁層６ａの上部に形成され、もう一つの絶縁層６ｂはリーディング電極１２ａ、１２ｂの上部に形成され、コイルパターン４及び該コイルパターンから引き出されたリーディング電極１２ｃは前記絶縁層６ｂの上部に形成され、もう一つの絶縁層６ｃはコイルパターン４及びリーディング電極１２ｃの上部に形成され、コイルパターン５及び該コイルパターン５から引き出されたリーディング電極１２ｄは絶縁層６ｃの上部に形成される。

このとき、コイルパターン４の一方端は、絶縁層６ｂに形成されたビアホール（ｖｉａ ｈｏｌｅ）１３ａを通してリーディング電極１２ａと電気的に接続され、該リーディング電極１２ａは、外部電極１１ａと電気的に接続される。且つ、コイルパターン４の他方端は、リーディング電極１２ｃを通して外部電極１１ｃと電気的に接続される。

一方、もう一つのコイルパターン５の一方端は、絶縁層６ｃに形成されたビアホール１３ｃ及び絶縁層６ｂに形成されたビアホール１３ｂを通してリーディング電極１２ｂと電気的に接続され、該リーディング電極１２ｂは、外部電極１１ｂと接続される。且つ、コイルパターン５の他方端は、リーディング電極１２ｄを通して外部電極１１ｄと電気的に接続される。

このように構成されたコイル部品を回路に挿入するとき、各外部電極１１を回路の接続部にそれぞれ電気的に接続させることで、コイルパターン４、５が回路に連結される。

然るに、このような従来のコイル部品は、スパッタリング又は蒸着（ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）などの薄膜形成技術によって製作されるため、１、２次コイル間の間隔を数μｍまで小さくすることができ、従来の製品に比べて電磁気的な結合度が高くなって部品の小型化も可能になるが、高価な装備が必要となり、生産性が低下するという不都合な点があった。

又、コイルパターン４とコイルパターン５の間に形成された非磁性絶縁層６ｃによって漏洩磁束が発生することで、電磁気的な結合度及びインピーダンス特性を向上するには限界があるという不都合な点があった。

本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたもので、電磁気的な結合度及びインピーダンス特性の向上した積層型コイル部品を提供することを目的とする。

又、スパッタリングや蒸着などの薄膜形成技術を使用せず、低価の工程により結合係数が高くて絶縁性の向上したコイル部品を製造することで、生産性を大いに向上することを目的とする。

このような目的を達成するため、本発明に係る積層型コイル部品は、中央に開口部が形成されて、上面及び下面中少なくとも一面に電極パターンが形成された非磁性体電極層と、該非磁性体電極層の中央開口部及び側面に形成された内部磁性体層とが一つの単位になる少なくとも２層以上の内部電極層と、該内部電極層の両面に接触するカバー層と、前記電極パターンの一部と電気的に連結される外部電極端子と、を含むことを特徴とする。

このとき、前記内部電極層は、複数の層により構成され、非磁性体電極層上に形成された電極パターンが多層のコイルを構成することが好ましい。この場合、前記非磁性体電極層の電極パターンの形成されない部分にビアホールを形成し、該ビアホールに伝導性物質を充填し、ビアホールの形成された非磁性体電極層の上面及び下面に接する他の非磁性体電極層の電極パターンの一部を前記ビアホールを通して電気的に連結させることを特徴とする。

又、前記カバー層は、磁性体層により構成され、カバー層と内部電極層との間には、前記内部電極層と形状が同様で、電極パターンの形成されない非磁性体層又は磁性体層により構成されるバッファ層が含まれることを特徴とする。

又、磁性体としてはフェライトが使用されるが、その他にもＮｉ系、Ｎｉ−Ｚｎ系及びＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系のフェライトが使用される。且つ、非磁性体としてはＢ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂系ガラス、Ａｌ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂系ガラス及びその他のセラミック物質中、前記フェライトと熱膨張率が類似な材料を使用することを特徴とする。

又、コイル部品を構成する各層の厚さは、なるべく小さくすることが好ましい。

一方、本発明に係る積層型コイル部品の製造方法は、キャリアフィルム上に磁性体膜及び非磁性体膜がそれぞれ形成されたグリーンシートを用意する段階と、前記磁性体膜及び非磁性体膜グリーンシートにカッティングラインを形成する段階と、該カッティングラインの形成された非磁性体膜グリーンシートにビアホールを形成する段階と、該ビアホールの形成された非磁性体膜グリーンシートの上面に電極パターンを形成する段階と、磁性体膜及び非磁性体膜グリーンシートから不必要な部分を除去し、磁性体膜グリーンシート及びカッティングラインの形成された磁性体膜、カッティングラインの形成された非磁性体膜グリーンシート、ビアホール及び電極パターンの形成された非磁性体膜グリーンシートをそれぞれ積層する段階と、該積層された積層体を焼成する段階と、該焼成された積層体の外面に外部電極端子を形成する段階と、を含むことを特徴とする。

以下、本発明の実施の形態に対し、図面に基づいて説明する。
図１（Ａ）〜（Ｄ）は本発明に係る積層型コイル部品の外観及び内部構造を示した斜視図で、図１（Ａ）に示したように、六面体状の上下面にカバー層２１が形成され、積層体２０の外面に外部電極端子２４が形成され、各カバー層２１の間には磁性体層２２及び非磁性体電極層２８が形成される。

図１（Ｂ）は前記コイル部品の内部磁性体層を示したもので、磁気経路（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｐａｔｈ）と、図１（Ａ）の非磁性体電極層の内部中央に形成された中央磁性体層２６を見ることができ、中央磁性体層２６及び側面磁性体層２５によって形成された内部空間２９には、非磁性体電極層が占められる。このとき、中央磁性体層２６及び側面磁性体層２５は、多重のシート状のフィルムを積層して形成することもできるし、バルク状に形成することもできる。

図１（Ｃ）は非磁性体電極層２８を模式的に示したもので、各電極層面に形成された各電極パターン２７はコイル状に形成され、内部中央の空の空間２８’には中央磁性体
層２６が形成される。又、電極パターンは、非磁性体電極層２８により上下が所定間隔を有するコイル状になり、内部中央及び各側面に形成された磁性体層と電極パターン間の電磁気的な相互作用を行うようになる。又、電極パターンの形状は多様な方法により変化されるが、後述するように、各層の電極パターンを相互電気的に連結させ、その一部が外部に延長されて外部電極端子と電気的に接続される。

図１（Ｄ）は図１（Ａ）のコイル部品の断面を示したもので、内部の中央磁性体層２６と側面磁性体層２５との間には、多層に積層された非磁性体電極層２８が形成されている。

一方、図１（Ｅ）は本発明の他の実施形態を示した斜視図で、磁性体により構成されたカバー層２１の他に、非磁性体により構成されたカバー層２０が追加的に形成されるが、該追加的なカバー層は、磁性体層と非磁性体層間の微少な熱膨張率の差を緩和させて、製品の機械的な構造を安定にする役割をする。

このような本発明に係る積層型コイル部品は、中央磁性体層２６と二つの側面磁性体層との間に電極パターンが形成された非磁性体電極層２８により構成されるため、漏洩磁束の発生を抑制することで、その特性を向上することができる。且つ、ガラスなどの比抵抗の高い非磁性体層を使用することで、各電極パターン間の絶縁抵抗が大きくなり、安定した絶縁性を確保することができる。

又、各層を構成するレイヤーを簡単且つ経済的な方法により製造した後、各層を順に積層して単一部品を完成する。

以下、前記各層を構成するレイヤーの製造方法に対し、図２（Ａ）〜（Ｆ）に基づいて説明する。

図２（Ａ）はグリーンシートの用意段階を示した図で、キャリアフィルム（ｃａｒｒｉｅｒ ｆｉｌｍ）３２上に磁性体膜や非磁性体膜３１を形成する。本発明では、厚膜積層工程に使用されるドクターブレードテープキャスティング（Ｄｏｃｔｏｒ Ｂｌａｄｅ Ｔａｐｅ Ｃａｓｔｉｎｇ）方式を利用して、キャリアフィルム上にスラリー（Ｓｌｕｒｒｙ）化された磁性体膜又は非磁性体膜のグリーンシートをそれぞれキャスティングする。

このとき、キャリアフィルムとしてはＰＥＴフィルムを使用するが、その他の材料も使用することができ、キャリアフィルムは、各層の製造が終了された後、各層を順に積層するときに除去される。

又、キャリアフィルム３２上に磁性体膜や非磁性体膜が形成されたグリーンシートは、それ自体で、又は多層を積層してカバー層として使用することができる。

次いで、図２（Ｂ）に示したように、グリーンシートを形成した後、所定形状のカッティングラインを形成する。カッティングラインは、両側面のカッティングライン３３ａ、３３ｂ及び内部ウィンドー用カッティングライン３４があり、レーザ加工や機械的加工などを利用して形成されるが、キャリアフィルムが損傷されないように注意すべきである。図２（Ｂ）のカッティング工程は、磁性体膜や非磁性体膜の形成されたグリーンシートの全てに適用される。

このとき、カッティングラインの形成された磁性体膜や非磁性体膜グリーンシートは、それ自体で、又は多層を積層してバッファ層として使用することができる。

次いで、図２（Ｃ）に示したように、非磁性体膜の形成されたグリーンシートには、カッティングライン３３ａ、３３ｂ、３４の他に、レーザパンチング（Ｌａｓｅｒ Ｐｕｎｃｈｉｎｇ）や機械的パンチング（Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｕｎｃｈｉｎｇ）方法によりビアホール３５が形成される。

次いで、図２（Ｄ）に示したように、カッティングライン及びビアホールの形成された非磁性体膜グリーンシートには電極パターン３６が形成されるが、該電極パターンは、非磁性体電極層の順序に従って相互異なるパターン（例えば、第１シートの電極パターンと第２シートの電極パターンとが相互対称になる形状）に形成され、コイル部品の使用目的に応じて多様な形状に変形させることができる。又、電極パターンの一方端は外部に延長され、電気的に接続されるようにグリーンシートの端３６’まで形成する。
又、電極パターンは、スクリーンプリンティング（Ｓｃｒｅｅｎ Ｐｒｉｎｔｉｎｇ）方式により非磁性体膜グリーンシートの上面に伝導性ペーストを印刷し、ビアホール３５ａ、３５ｂにも伝導性物質を充填する。図２（Ｄ）によると、形成された電極パターンの一方端がビアホール３５ｂに連結され、もう一つのビアホール３５ａには電極パターンが接してないことが分かる。このような形状は、各非磁性体電極層上の電極パターンをレイヤー別に相互電気的に連結又は連結させない手段になる。

次いで、カッティングラインの形成された磁性体膜グリーンシート及び電極パターンの形成された非磁性体膜グリーンシートは、不必要な部分を除去（ｐｉｃｋ−ｕｐ）する。このとき、磁性体膜グリーンシート及び非磁性体膜グリーンシートは、それぞれ反対の領域を除去し、後述する積層工程時、磁性体膜グリーンシートと非磁性体膜グリーンシートとが単一のレイヤーを構成するようになる。図２（Ｅ）〜（Ｆ）は、不必要な部分がそれぞれ除去された磁性体膜グリーンシート及び非磁性体膜グリーンシートを示したもので、図２（Ｅ）の磁性体膜グリーンシートには中央領域３８ａ及び周辺領域３８ｂのみが残っていて、図２（Ｆ）の非磁性体膜グリーンシートには磁性体膜グリーンシートと反対の領域のみに非磁性体層３９が残っている。

次いで、各層の製造が終了されると、図３（Ａ）に示したように、各層を順に一つに積層する工程を行う。図中、Ａはカバー層、Ｂはバッファ層、Ｃは電極層をそれぞれ示し、カバー層は磁性体層４２により構成されているが、他の実施形態として磁性体層及び非磁性体層が一緒に形成されることもある。又、バッファ層Ｂは、磁性体層４３及び非磁性体層４４により構成され、電極層４５の電極パターンが上部のカバー層と直接接する現象を防止する。このとき、カバー層及びバッファ層は、図２（Ａ）〜（Ｂ）の工程により製造されたグリーンシート及びカッティングラインの形成されたグリーンシートをキャリアフィルムが除去された後で使用する。

次いで、電極層は、図２（Ｅ）〜（Ｆ）の工程により製造された磁性体膜３８ａ、３８ｂ及び非磁性体膜３９を交代に積層して形成する。図面には電極層が４個のレイヤーにより構成されているが、これより多く積層されることが好ましい。

図３（Ｂ）は前記電極層が構成される例をより具体的に示したもので、磁性体層４６及び非磁性体層４５が交代に積層されて、同様なレイヤーに磁性体及び非磁性体が存在することになる。このような積層により非磁性体層に形成された電極パターンは、相互電気的に連結されるが、電極パターンの一方端４７ａ又は４７ｃがビアホール４８ａ又は４８ｂに連結され、他の層の電極パターンの端４７ｂ又は４７ｄに電気的に連結される。一方、電極パターンの他方端４９は、外部との電気的な接触のために非磁性体層の縁部まで延長され、積層の終了後、前記他方端４９に外部電極端子が形成される。図３（Ｃ）には積層が終了された後の形状を示した。

積層の終了後、積層体を焼成して内部電極パターン、非磁性体及び磁性体を同時に焼成すると、コイル状の電極パターン、非磁性体の絶縁体領域及び磁性体により構成される磁気経路領域が形成される。

焼成の終了後には、ディッピング（Ｄｉｐｐｉｎｇ）やローラ（Ｒｏｌｌｅｒ）などを利用して側面に外部電極端子を形成する。

以上の製造工程により、本発明の積層型コイル部品を経済的に製造することができ、特に、大量の部品を迅速に製造することができる。

一方、図４（Ａ）〜（Ｂ）は磁性体のみにより構成されたコイル部品と、磁性体及び非磁性体により構成されたコイル部品の磁場を模式的に示した図で、図４（Ａ）に示したように、コイル部品が磁性体のみにより構成される場合、１次コイル５３及び２次コイル５４の全てが透磁率の高い磁性体５１の内部に形成されるため、１次コイルから生成された磁場の一部は２次コイルに伝達されず、１次コイルの周囲に漏洩される。図中、符号５５は１次コイルと２次コイル間の電磁気的結合に利用された有効磁場、５６は漏洩磁場をそれぞれ示している。このような漏洩磁場によりコイル部品の結合係数が低下され、コモンモードフィルタ又はトランスフォーマーとして使用すると、その性能が劣化される。その反面、本発明のコイル部品は、１次コイル５３及び２次コイル５４の全てが低透磁率の非磁性体５２の内部に存在し、各コイル間の漏洩磁場が発生しないため、１次コイルから発生した磁場が損失されずに２次コイルに伝達される。即ち、インピーダンスのコモンモード成分とノーマルモード成分の比率である結合係数が大きくなる。

下記の表１は、本発明のコイル部品とその他の既存の部品との結合係数を比較したものである。

巻線型は磁性体の周囲に導線を巻いた既存の一般的なコイル部品、磁性体／非磁性体型は本発明のコイル部品、磁性体型は図４（Ａ）のコイル部品をそれぞれ意味している。表１によると、本発明のコイル部品の結合係数が他の製品に比べて非常に優秀であることが分かる。

以上説明したように、本発明に係る積層型コイル部品及びその製造方法においては、電磁気的な結合度及びインピーダンス特性が向上し、各コイルパターン間の絶縁性が優秀な積層型コイル部品を製造することができ、特に、スパッタリングや蒸着などの薄膜形成技術を利用せず、低価の工程によりコイル部品を製造するため、生産性を大いに向上し得るという効果がある。

本発明に係るコイル部品の一実施形態の外観を示した斜視図である。 図１Ａのコイル部品の内部磁気経路を示した斜視図である。 図１Ａのコイル部品の内部電極の形状を示した斜視図である。 図１Ａのコイル部品の内部を示した断面図である。 本発明に係るコイル部品の他の実施形態の外観を示した斜視図である。 グリーンシートの用意段階を示した斜視図である。 カッティングラインの形成段階を示した斜視図である。 ビアホールの形成段階を示した斜視図である。 電極パターンの形成段階を示した斜視図である。 不必要な部分の除去が終了された磁性体層を示した斜視図である。 不必要な部分の除去が終了された非磁性体層を示した斜視図である。 積層段階を示した工程図である。 図３Ａの電極層を拡大して示した工程図である。 積層の終了されたコイル部品の外観を示した斜視図である。 磁性体のみにより構成されたコイル部品の磁場を示した断面模式図である。 本発明に係るコイル部品の磁場を示した断面模式図である。 従来のコイル部品を示した斜視図である。 図５Ａのコイル部品の分解図である。

符号の説明

２１：カバー層
２２：磁性体層
２４：外部電極端子
２５：側面磁性体層
２６：中央磁性体層
２８：非磁性体電極層

Claims (4)

1. キャリアフィルム上に磁性体膜及び非磁性体膜がそれぞれ形成されたグリーンシートを用意する段階と、
   前記磁性体膜及び非磁性体膜グリーンシートにカッティングラインを形成する段階と、
   該カッティングラインの形成された非磁性体膜グリーンシートにビアホールを形成する段階と、
   該ビアホールの形成された非磁性体膜グリーンシートの上面に電極パターンを形成する段階と、
   磁性体膜及び非磁性体膜グリーンシートから不必要な部分を除去する段階と、
   磁性体膜グリーンシート、カッティングラインの形成された磁性体膜グリーンシート、カッティングラインの形成された非磁性体膜グリーンシート、ビアホール及び電極パターンの形成された非磁性体膜グリーンシートをそれぞれ積層する段階と、
   該積層された積層体を焼成する段階と、
   該焼成された積層体の外面に外部電極端子を形成する段階と、を含むことを特徴とする積層型コイル部品の製造方法。
2. キャリアフィルム上に形成された磁性体膜及び非磁性体膜は、ドクターブレードテープキャスティングにより形成されることを特徴とする請求項１記載の積層型コイル部品の製造方法。
3. カッティングラインの形成された磁性体膜及び非磁性体膜グリーンシートから不必要な部分を除去するとき、それぞれ反対の領域を除去することで、磁性体膜グリーンシートと非磁性体膜グリーンシートとが単一のレイヤーを構成することを特徴とする請求項１記載の積層型コイル部品の製造方法。
4. 非磁性体膜グリーンシートの上面の電極パターンは、スクリーンプリンティングにより形成されることを特徴とする請求項１記載の積層型コイル部品の製造方法。

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