JP5929052B2 - 積層型コイル部品 - Google Patents

Description

本発明は、積層型コイル部品に関する。

従来の積層型コイル部品として、例えば特許文献１に記載されているものが知られている。この積層型コイル部品では、ガラスセラミックのシート上にコイル導体の導体パターンを形成し、各シートを積層すると共に各シートにおけるコイル導体を電気的に接続し、焼成することによって内部にコイル部が配置された素体が形成される。また、素体の両端面に、コイル部の端部と電気的に接続された外部電極部が形成されている。

特開平１１−２９７５３３号公報

ここで、積層型コイル部品は、その構造や製造方法などの理由などにより、ワイヤを巻回した巻線コイルに比してＱ（quality factor）値が低かった。しかしながら、近年特に高周波に対応できる部品が要求されることに伴い、積層型コイル部品に対しても、高いＱ値が要求されている。従来の積層型コイル部品では、このような要求を満たすまでの、高いＱ値を実現することができなかった。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、高いＱ値を得ることができる積層型コイル部品を提供することを目的とする。

コイルのＱ値を上げるためには、コイル導体の表面の平滑性を上げることが好適である。そして、本発明者らは、コイル導体の表面の平滑性を上げるために、素体のセラミックを非晶質とすることが効果的であることを見出している。素体が結晶質であると、当該素体の表面の凹凸の影響により、そこに接するコイル導体の表面も凹凸が大きくなり、平滑性が低くなる（例えば、図３（ａ）を参照）。一方、素体が非晶質であると、当該素体の滑らかな表面の影響により、そこに接するコイル導体の表面も滑らかになり、平滑性が高くなる（例えば、図３（ｂ）を参照）。

ここで、本発明者らは、素体を非晶質とするために軟化点を低くする場合、素体全体が軟化することによって素体の形状が丸まってしまい（例えば図４（ｂ）を参照）、形状が保てないという問題が生じることを見出した。そこで、本発明者らは、鋭意研究の結果、好適な積層型コイル部品の構成を見出すに至った。

すなわち、本発明に係る積層型コイル部品は、複数の絶縁体層を積層することによって形成される素体と、複数のコイル導体によって素体の内部に形成されるコイル部と、を備え、素体は、内部にコイル部が配置されるコイル部配置層と、コイル部配置層を挟むように少なくとも一対設けられ、コイル部配置層の形状を保つ保形層と、を有し、保形層は、ＳｒＯを含有するガラスセラミックからなり、コイル部配置層は、コイル部配置層の軟化点は、保形層の軟化点または融点よりも低いことを特徴とする。

本発明に係る積層型コイル部品では、素体が、内部にコイル部が配置されるコイル部配置層と、当該コイル部配置層を挟む保形層と、を有している。この保形層は、ＳｒＯを含有するガラスセラミックからなるため、軟化点または融点が高くなる。一方、コイル部配置層は非晶質とするために、軟化点が保形層の軟化点または融点よりも低く設定される。このように軟化点が低くされたコイル部配置層は、保形層によって挟まれているため、焼成時に丸まることなく、形が保たれる。ここで、軟化点を高くするための物質が、焼成時に保形層からコイル部配置層へ拡散するものであった場合、コイル部配置層の軟化点を低くすることができず、非晶質とすることができない。しかし、ＳｒＯは拡散しないという特性を有しているため、焼成時に保形層からの拡散により、コイル部配置層の軟化点が上がってしまうことを防止できる。これにより、コイル部配置層を確実に非晶質とすることができる。以上のようにコイル部配置層を非晶質とすることによって、コイル導体の表面の平滑性を向上させることができ、これにより積層型コイル部品のＱ値を上げることができる。

また、本発明に係る積層型コイル部品において、コイル部配置層は、８６．７〜９２．５重量％のＳｉＯ_２を含有することが好ましい。これによって、コイル部配置層の誘電率を小さくすることができる。

また、本発明に係る積層型コイル部品において、コイル部配置層は、０．５〜２．４重量％のＡｌ_２Ｏ_３を含有することが好ましい。これによって、コイル部配置層での結晶転移を防止することができる。

本発明によれば、積層型コイル部品のＱ値を高くすることができる。

本発明の実施形態に係る積層型コイル部品を示す断面図である。 コイル導体の表面の平滑性と表面抵抗の関係を示す模式図である。 素体の状態とコイル導体の表面の平滑性の関係を示す模式図である。 保形層を有する場合と有さない場合の焼成時の素体の状態を示す模式図である。 実施例及び比較例に係る積層型コイル導体のコイル導体と素体の様子を示す拡大写真である。

以下、図面を参照しながら、本発明に係る積層型コイル部品の好適な実施形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る積層型コイル部品を示す断面図である。図１に示すように、積層型コイル部品１は、複数の絶縁体層を積層することによって形成される素体２と、複数のコイル導体４,５によって素体２の内部に形成されるコイル部３と、素体２の両端面に形成される一対の外部電極６と、を備えている。

素体２は、セラミックグリーンシートを複数積層させた焼結体からなる直方体状または立方体状の積層体である。素体２は、内部にコイル部３が配置されるコイル部配置層２Ａと、当該コイル部配置層２Ａを挟むように一対設けられる保形層２Ｂと、を備えている。コイル部配置層２Ａ及び保形層２Ｂは、ガラスセラミックスからなる（具体的な組成については後述）。少なくともコイル部配置層２Ａは非晶質のセラミックスからなる。保形層２Ｂは、コイル部配置層２Ａの焼結時の形状を保つ機能を有している。保形層２Ｂは、コイル部配置層２Ａの端面のうち、積層方向において対向する端面２ａ及び端面２ｂの全面を覆うように形成されている。積層方向におけるコイル部配置層２Ａの厚みは、例えば、０．１ｍｍ以上であり、積層方向における保形層２Ｂの厚みは５μｍ以上である。

コイル部配置層２Ａは、主成分として、ホウケイ酸ガラス成分を３５〜６０重量％含有し、石英成分を１５〜３５重量％含有し、残部にアモルファスシリカ成分を含有し、副成分として、アルミナを含有し、アルミナの含有量が、前記主成分１００重量％に対して、０．５〜２．５重量％含有する。且つ、コイル部配置層２Ａは、焼成後において、ＳｉＯ_２が８６．７〜９２．５重量％、Ｂ_２Ｏ_３が６．２〜１０．７重量％、Ｋ_２Ｏが０．７〜１．２重量％、Ａｌ_２Ｏ_３が０．５〜２．４重量％の組成を有する。コイル部配置層２Ａが、８６．７〜９２．５重量％のＳｉＯ_２を含有することによって、コイル部配置層２Ａの誘電率を小さくすることができる。また、コイル部配置層２Ａが、０．５〜２．４重量％のＡｌ_２Ｏ_３を含有することによって、コイル部配置層２Ａでの結晶転移を防止することができる。なお、ＭｇＯ、ＣａＯを１．０重量％以下含有してもよい。

保形層２Ｂは、主成分として、ガラス成分を５０〜７０重量％含有し、アルミナ成分を３０〜５０重量％含有している。且つ、保形層２Ｂは、焼成後において、ＳｉＯ_２が２３〜４２重量％、Ｂ_２Ｏ_３が０．２５〜３．５重量％、Ａｌ_２Ｏ_３が３４．２〜５８．８重量％、アルカリ土類金属酸化物１２．５〜３１．５重量％の組成を有し、該アルカリ土類金属酸化物中の６０重量％以上（すなわち保形層２Ｂ全体の７．５〜３１．５重量％）がＳｒＯである。

コイル部配置層２Ａの軟化点は、保形層２Ｂの軟化点または融点よりも低く設定されている。具体的に、コイル部配置層２Ａの軟化点は８００〜１０５０℃であり、保形層２Ｂの軟化点または融点は１２００℃以上である。コイル部配置層２Ａの軟化点を低くすることによって、コイル部配置層２Ａを非晶質にすることができる。保形層２Ｂの軟化点または融点を高くすることによって、焼成時に軟化点の低いコイル部配置層２Ａが変形しないように形状を保持することができる。

ＳｒＯが含有されていると軟化点を下げることができないため、コイル部配置層２ＡにはＳｒＯが含有されていない。ここで、ＳｒＯは拡散し難いため、焼成時に保形層２ＢのＳｒＯがコイル部配置層２Ａに拡散することは抑制される。また、コイル部配置層２Ａには、ＳｒＯが含有されていない分、相対的に低誘電率なＳｉＯ_２を多くすることができ、これによって誘電率を低くすることができる。従って、コイルのＱ（quality factor）値を上げることができる。一方、保形層２ＢにはＳｒＯが含有されている分、ＳｉＯ_２の含有量がコイル部配置層２Ａに比して少なく誘電率が高くなるが、当該保形層２Ｂにはコイル導体４,５は内包されておらず、コイルのＱ値には影響を及ぼさない。また、コイル部配置層２ＡはＳｉＯ_２の含有量が高く強度が低いが、保形層２ＢはＳｉＯ_２の含有量が低く強度が高い。すなわち、保形層２Ｂは、焼成後にコイル部配置層２Ａの補強層としても機能することができる。

コイル部３は、巻線部に係るコイル導体４と、外部電極６と接続される引出部に係るコイル導体５と、を有している。コイル導体４,５は、例えば銀、銅及びニッケルのいずれかを主成分とした導体ペーストによって形成される。コイル部３は、コイル部配置層２Ａの内部にのみ配置され、保形層２Ｂの中には配置されない。また、コイル部３のいずれのコイル導体４,５も保形層２Ｂと接触していない。積層方向におけるコイル部３の両端部は、保形層２Ｂから離間しており、当該コイル部３と保形層２Ｂとの間にはコイル部配置層２Ａのセラミックが配置される。巻線部に係るコイル導体４は、コイル部配置層２Ａを形成するセラミックグリーンシート上に、導体ペーストにて所定の巻線の導体パターンを形成することで構成される。各層の導体パターンは、スルーホール導体によって積層方向に接続される。また、引出部に係るコイル導体５は、巻線パターンの端部を外部電極６まで引き出すような導体パターンによって構成される。なお、巻線部のコイルパターンや巻線数や、引出部の引出し位置などは特に限定されない。

一対の外部電極６は、素体２の端面のうち、積層方向と直交する方向において対向する両端面を覆うように形成されている。各外部電極６は、当該両端面全体を覆うように形成されていると共に、一部が当該両端面から他の四面へ回り込んでいてもよい。各外部電極６は、例えば銀、銅及びニッケルのいずれかを主成分とした導体ペーストをスクリーン印刷するか、あるいはディップ方式を用いて形成する。

次に、上述した構成の積層型コイル部品１の製造方法について説明する。

まず、コイル部配置層２Ａを形成するセラミックグリーンシートと、保形層２Ｂを形成するセラミックグリーンシートを用意する。上述のような組成となるように、セラミックのペーストを調整し、ドクターブレード法などによりシート成型することで、各セラミックグリーンシートを用意する。

続いて、コイル部配置層２Ａとなる各セラミックグリーンシートの所定の位置、すなわちスルーホール電極が形成される予定の位置に、レーザー加工等によってスルーホールをそれぞれ形成する。次に、コイル部配置層２Ａとなる各セラミックグリーンシートの上に、各導体パターンをそれぞれ形成する。ここで、各導体パターン及び各スルーホール電極は、銀又はニッケルなどを含んだ導電性ペーストを用いてスクリーン印刷法により形成される。

続いて、各セラミックグリーンシートを積層する。このとき、保形層２Ｂとなるセラミックグリーンシートの上にコイル部配置層２Ａとなるセラミックグリーンシートを積み重ね、その上から保形層２Ｂとなるセラミックグリーンシートを重ねる。なお、底部と上部に形成される保形層２Ｂは、それぞれ一枚のセラミックグリーンシートによって形成されてもよく、複数枚のセラミックグリーンシートによって形成されてもよい。次に、積層方向に圧力を加えて各セラミックグリーンシートを圧着する。

続いて、この積層された積層体を、所定温度（例えば、８００〜１１５０℃程度）にて焼成を行い、素体２を形成する。なお、このとき設定される焼成温度は、コイル部配置層２Ａの軟化点以上であって、保形層２Ｂの軟化点または融点未満に設定する。このとき、保形層２Ｂはコイル部配置層２Ａの形状を保つ。

続いて、この素体２に外部電極６を形成する。これにより、積層型コイル部品１が形成されることとなる。外部電極６は、素体２の長手方向の両端面にそれぞれ銀、ニッケル又は銅を主成分とする電極ペーストを塗布して、所定温度（例えば、６００〜７００℃程度）で焼付けを行い、さらに電気めっきを施すことにより形成される。この電気めっきとしては、Ｃｕ、Ｎｉ及びＳｎ等を用いることができる。

次に、本実施形態に係る積層型コイル部品１の作用・効果について説明する。

コイルのＱ（quality factor）値を上げるためには、コイル導体の表面の平滑性を上げることが好適である。周波数が高くなれば高くなるほど表皮深さが浅くなり、高周波の場合は、コイル導体の表面の平滑性がＱ値に影響を与える。例えば、図２（ｂ）に示すようにコイル導体の表面の平滑性が低く、凹凸が形成されていた場合、コイル導体の表面抵抗が上がり、コイルのＱ値が下がってしまう。一方、図２（ａ）のようにコイル導体の表面の平滑性が高ければ、コイル導体の表面抵抗が下がり、コイルのＱ値を上げることができる。

コイル導体の表面の平滑性を上げるために、素体のセラミックを非晶質とすることが効果的である。図３（ａ）に示すように、素体が結晶質であると、当該素体の表面の凹凸の影響により、そこに接するコイル導体の表面も凹凸が大きくなり、平滑性が低くなる。一方、図３（ｂ）に示すように、素体が非晶質であると、当該素体の滑らかな表面の影響により、そこに接するコイル導体の表面も滑らかになり、平滑性が高くなる。

ここで、本発明者らは、素体を非晶質とするために軟化点を低くする場合、図４（ｂ）に示すように、素体全体が軟化することによって素体の形状が丸まってしまい、形状が保てないという問題が生じることを見出した。そこで、本発明者らは、鋭意研究の結果、本実施形態に係る積層型コイル部品１の構成を見出すに至った。

すなわち、本実施形態に係る積層型コイル部品１では、素体２が、内部にコイル部３が配置されるコイル部配置層２Ａと、当該コイル部配置層２Ａを挟む保形層２Ｂと、を有している。この保形層２Ｂは、ＳｒＯを含有するガラスセラミックからなるため、軟化点が高くなる。一方、コイル部配置層２Ａは非晶質とするために、軟化点が保形層２Ｂの軟化点または融点よりも低く設定される。このように軟化点が低くされたコイル部配置層２Ａは、保形層２Ｂによって挟まれているため、焼成時に丸まることなく、形が保たれる。ここで、軟化点を高くするための物質が、例えば、ＭｇＯやＣａＯのように、焼成時に保形層２Ｂからコイル部配置層２Ａへ拡散するものであった場合、コイル部配置層２Ａの軟化点を低くすることができず、非晶質とすることができない。しかし、ＳｒＯは拡散しないという特性を有しているため、焼成時に保形層２Ｂからの拡散により、コイル部配置層２Ａの軟化点が上がってしまうことを防止できる。これにより、コイル部配置層２Ａを確実に非晶質とすることができる。以上のようにコイル部配置層２Ａを非晶質とすることによって、コイル導体４,５の表面の平滑性を向上させることができ、積層型コイル部品１のＱ値を上げることができる。

なお、本実施形態では、素体は完全な非昌質ではなくアルミナ成分が少量（０．５〜２．４重量％）含まれている分だけ、結晶質を一部含むが、極めて少量であるため、図３（ｂ）のような滑らかな表面が得られる。このように、ここでの「非晶質」とは、少量であれば一部に結晶質を含むものも該当する。

図５（ａ）は、比較例に係る積層型コイル部品のコイル導体と素体の様子を示す拡大写真であり、図５（ｂ）は、実施例に係る積層型コイル部品のコイル導体と素体の様子を示す拡大写真である。

比較例に係る積層型コイル部品は、素体が結晶質となっている。図５（ａ）に示すように、比較例においては、素体が結晶質となることによって、コイル導体の平滑性が低くなっている。なお、比較例に係る積層型コイル部品は、次のような材料、製造条件によって製造されたものである。すなわち、比較例に係る積層型コイル部品のコイル部配置層は、主成分として、ガラス成分を７０重量％、アルミナ成分を３０重量％含有する。且つ、焼成後において、比較例に係る積層型コイル部品のコイル部配置層は、Ｂ_２Ｏ_３を１．５重量％、ＭｇＯを２．１重量％、Ａｌ_２Ｏ_３を３７重量％、ＳｉＯ_２を３２重量％、ＣａＯを４重量％、ＳｒＯを２２重量％、ＢａＯを０．２１重量％含有する。比較例に係る積層型コイル部品は、保形層を有していない。また、コイル導体の材質としてＡｇを採用する。また、焼成温度は９００℃に設定する。

一方、実施例に係る積層型コイル部品は、素体が非晶質となっている。図５（ｂ）に示すように、実施例においては、素体が非晶質となることによって、コイル導体の平滑性が高くなっている。これによって、高いＱ値を実現することが可能となっている。なお、実施例に係る積層型コイル部品は、次のような材料、製造条件によって製造されたものである。すなわち、実施例に係る積層型コイル部品のコイル部配置層は、主成分として、ホウケイ酸ガラス成分を６０重量％、石英成分を２０重量％、アモルファスシリカ成分を２０重量％、アルミナ成分を１．５重量％含有する。焼成後において、実施例に係る積層型コイル部品は、Ｂ_２Ｏ_３を１０．２重量％、Ａｌ_２Ｏ_３を１．２重量％、ＳｉＯ_２を８７．５重量％、Ｋ_２Ｏを１．１重量％含有する。実施例に係る積層型コイル部品の保形層は、主成分として、ガラス成分を７０重量％、アルミナ成分を３０重量％含有する。焼成後において、実施例に係る積層型コイル部品の保形層は、Ｂ_２Ｏ_３を１．５重量％、ＭｇＯを２．１重量％、Ａｌ_２Ｏ_３を３７重量％、ＳｉＯ_２を３２重量％、ＣａＯを４重量％、ＳｒＯを２２重量％、ＢａＯを０．２１重量％含有する。また、コイル導体の材質としてＡｇを採用する。また、焼成温度は９００℃に設定する。

本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。

例えば、上述の実施形態では、一つのコイル部を有する積層型コイル部品を例示したが、例えば、アレイ状に複数のコイル部を有するものであってもよい。

１…積層型コイル部品、２…素体、２Ａ…コイル部配置層、２Ｂ…保形層、３…コイル部、４,５…コイル導体、６…外部導体。

Claims (1)

1. 複数の絶縁体層を積層することによって形成される素体と、
   複数のコイル導体によって前記素体の内部に形成されるコイル部と、を備え、
   前記素体は、
   内部に前記コイル部が配置されるコイル部配置層と、
   前記コイル部配置層を挟むように少なくとも一対設けられ、前記コイル部配置層の形状を保つ保形層と、を有し、
   前記保形層は、アルカリ土類金属酸化物を含有すると共に、前記アルカリ土類金属酸化物中の６０重量％以上で且つ前記保形層の全体の７．５〜３１．５重量％のＳｒＯを含有するガラスセラミックからなり、
   前記コイル部配置層は、８６．７〜９２．５重量％のＳｉＯ _２ を含有し、且つ、０．５〜２．４重量％のＡｌ _２ Ｏ _３ を含有し、
   前記コイル部配置層の軟化点は、前記保形層の軟化点または融点よりも低いことを特徴とする積層型コイル部品。