JP6625697B2 - インダクター - Google Patents

Description

本発明は、インダクターに関するものであって、具体的には、パワーインダクターに関するものである。

近年、スマートフォンなどの携帯ＩＴ機器や電子機器の高性能化及び大画面化に伴い、内部部品の小型化とともに、高信頼性の保障が求められている。パワーインダクターに求められる信頼性を改善するための方法として、磁性体コーティングによるＢＤＶ（Ｂｒｅａｋ Ｄｏｗｎ Ｖｏｌｔａｇｅ）強化や、パッケージ（ＳｉＰ）適用のための本体強度の強化などが挙げられる。一方、パワーインダクターがＰＭＩＣの周辺に実装される場合、熱収縮膨張によると推定される応力によって電極部の外部電極が分離される不良が発生するが、このような外部電極の分離不良はパワーインダクターの信頼性において問題をもたらす。

特開２０００−１８２８８３号公報

本発明が解決しようとする様々な課題の一つは、内部コイルと外部電極との接触性を強化してインダクターの信頼性を確保することである。

本発明の一例によるインダクターは、第１及び第２端部を有する内部コイルと、上記内部コイルを封止し、磁性粒子を含む封止材と、を含む本体と、上記本体の外部面上において上記内部コイルと電気的に連結される第１及び第２外部電極と、を含む。

上記本体と上記第１外部電極との間には、上記内部コイルの上記第１端部と直接接触し、上記第１端部を覆う第１金属拡張部が配置され、上記本体と上記第２外部電極との間には、上記内部コイルの上記第２端部と直接接触し、上記第２端部を覆う第２金属拡張部が配置される。

上記第１及び第２金属拡張部と上記第１及び第２外部電極との間には複数の層で構成される第１及び第２連結層がそれぞれ介在され、上記第１及び第２連結層の各層は金属間化合物を含む。

本発明の様々な効果の一効果は、内部コイルと外部電極との接触性を改善することで内部コイルと外部電極との引張強度を強化し、Ｒｄｃ特性を改善したインダクターを提供することができることである。

本発明の一例によるインダクターの斜視図である。 図１のＩ−Ｉ'線に沿って切断した断面図である。 図１及び図２に示すインダクターの一変形例によるインダクターの断面図である。

以下では、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。しかし、本発明の実施形態は様々な他の形態に変形されることができ、本発明の範囲は以下で説明する実施形態に限定されない。また、本発明の実施形態は、当該技術分野で平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。したがって、図面における要素の形状及び大きさなどはより明確な説明のために拡大縮小表示（または強調表示や簡略化表示）がされることがある。

なお、本発明を明確に説明すべく、図面において説明と関係ない部分は省略し、様々な層及び領域を明確に表現するために厚さを拡大して示し、同一思想の範囲内において機能が同一である構成要素に対しては同一の参照符号を用いて説明する。

さらに、明細書全体において、ある構成要素を「含む」というのは、特に異なる趣旨の説明がされていない限り、他の構成要素を除外する趣旨ではなく、他の構成要素をさらに含むことができるということを意味する。

以下では、本発明の一例によるインダクターについて説明するが、必ずしもこれに制限されるものではない。

図１は本発明のインダクター１００の斜視図であり、図２は図１のＩ−Ｉ'線に沿って切断した断面図である。

図１及び図２を参照すると、インダクター１００は、本体１と、上記本体の外部面上に配置される第１及び第２外部電極２１、２２と、を含む。

上記本体１はインダクターの外観を成すものであって、厚さ方向において互いに向い合う上面及び下面、長さ方向において互いに向い合う第１及び第２端面、幅方向において互いに向い合う第１及び第２側面を含むことで、実質的に六面体形状を有することができる。

一方、上記本体１は、磁性粒子を含む封止材１１を含む。上記封止材１１は、磁性粒子が樹脂に分散された形態であって、磁性粒子と樹脂の複合体で構成されることができる。例えば、上記封止材１１は、フェライトまたは金属系軟磁性材料を充填して形成されることができる。上記フェライトは、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライト、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライト、Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト、Ｍｎ−Ｍｇ系フェライト、Ｂａ系フェライト、またはＬｉ系フェライトなどの公知のフェライトを含むことができる。上記金属系軟磁性材料としては、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ａｌ、及びＮｉからなる群から選択される何れか１つ以上を含む合金が挙げられ、例えば、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ−Ｃｒ系非晶質金属粒子を含むことができるが、これに制限されるものではない。上記金属系軟磁性材料の粒径は０．１μｍ以上２０μｍ以下であることができる。上記フェライトまたは金属系軟磁性材料がエポキシ樹脂またはポリイミドなどの高分子に分散された形態で含まれて本体を構成する。

上記封止材によって内部コイル１２が本体内に埋め込まれるが、上記内部コイル１２は、外部の部品と連結されるように、本体の第１端面及び第２端面に露出する第１端部１２１及び第２端部１２２を含む。上記第１及び第２端部がそれぞれ第１端面及び第２端面に露出することを例示しているが、これに限定されない。

上記内部コイルは全体的にスパイラル状を有することができる。内部コイルの具体的な形成方式は特に制限されず、例えば、基板上にめっき方式により形成するか、予め準備された金属ストリップを巻き取るか、または、複数の磁性シート上に内部コイルパターンの一部を印刷してから複数の磁性シートを積層する方式により内部コイルを形成することができる。

上記内部コイルと上記磁性物質との間の絶縁のために、上記内部コイルの露出表面上には絶縁コーティング層１２３がさらに含まれることができる。上記絶縁コーティング層を形成する方式は特に制限されず、絶縁特性を有する物質を含むものであれば十分であるため、その材料も特に限定されない。

上記内部コイルと上記外部電極との間の構造をより詳細に説明するために、図２を参照すると、内部コイルの第１端部と第１外部電極との間には第１金属拡張部３１が配置され、内部コイルの第２端部と第２外部電極との間には第２金属拡張部３２が配置される。上記第１及び第２金属拡張部は、金属材料で構成され、内部コイルと外部電極との電気的連結性を強化する機能を果たすのに好適な優れた電気伝導性を有する金属材料であれば限定されずに適用可能である。例えば、内部コイルと実質的に同一の組成を含むことができる。したがって、上記第１及び第２金属拡張部はＣｕ金属を含むことができる。上記第１及び第２金属拡張部は、内部コイルと外部電極が接触する接触面積を増加させる機能を果たすものであるため、内部コイルの第１端部が上記第１端面に露出する面積に比べて、上記第１金属拡張部が上記第１端面と当接する面積をより大きくする必要があり、同様に、内部コイルの第２端部が上記第２端面に露出する面積に比べて、上記第２金属拡張部が上記第２端面と当接する面積をより大きくする必要がある。したがって、上記第１及び第２端部が第１及び第２端面に露出する部分を上記第１及び第２金属拡張部が覆う形態で構成することが好ましい。

上記第１及び第２金属拡張部の厚さは特に制限されないが、チップサイズの小型化の傾向に応えるべく、１〜２０μｍの範囲内に構成されることが好ましい。上記厚さが１μｍより小さい場合には、上記第１及び第２端部の露出部を覆う形状を均一な厚さに維持することが技術的に困難であり、上記厚さが２０μｍより大きい場合には、チップの全体サイズを維持するために、相対的に外部電極の厚さを過度に薄型化しなければならないという問題がある。

次に、上記第１及び第２金属拡張部３１、３２はそれぞれ第１及び第２外部電極２１、２２によって覆われる。この際、上記第１金属拡張部と上記第１外部電極との間には第１連結層４１が介在され、上記第２金属拡張部と上記第２外部電極との間には第２連結層４２が介在される。上記第１及び第２連結層は、第１金属拡張部と第１外部電極との間、及び上記第２金属拡張部と第２外部電極との間の接触により形成された金属間化合物（Ｉｎｔｅｒｍｅｔａｌｌｉｃ Ｃｏｍｐｏｕｎｄ、ＩＭＣ）である。上記金属間化合物は、上記第１及び第２金属拡張部中に含まれる金属成分と、上記第１及び第２外部電極のうち最内側に配置される第１及び第２外部電極中に含まれる金属成分との結合により形成されたものである。上記金属間化合物はＣｕ−Ｓｎ金属間化合物であり得るが、上記Ｃｕ成分は第１及び第２金属拡張部中の銅成分に由来のものであり、上記Ｓｎ成分は上記第１及び第２外部電極のうち最内側に形成される第１及び第２外部電極中に含まれるスズ成分に由来のものである。より具体的に、第１及び第２外部電極中に含まれるスズ成分は、第１及び第２外部電極のうち最内側に形成される層をＡｇ−エポキシ含有ペーストで形成する時に、Ａｇ−Ｓｎ系半田−エポキシ系化合物ペーストを適用することで由来することができる。上記Ａｇ−Ｓｎ系半田−エポキシ系化合物中に添加されるＳｎ系半田のモル数とＡｇ粒子のモル数の比に応じて、残りのＳｎ成分が発生する。このような残りのＳｎ成分が、第１及び第２金属拡張部中の銅成分とさらに金属間化合物を形成しながら、第１及び第２連結層を形成する。上記Ａｇ−Ｓｎ系半田−エポキシ系化合物ペーストにおいて、上記Ｓｎ系半田は、例えば、Ｓｎ、Ｓｎ_９６．５Ａｇ_３．０Ｃｕ_０．５、Ｓｎ_４２Ｂｉ_５８、Ｓｎ_７２Ｂｉ_２８などで表される粉末であることができるが、これに限定されるものではない。また、上記ペーストにおいて、エポキシを除き、高融点を有する導電性粒子、例えば、Ａｇ粒子と、半田粒子、例えば、Ｓｎ半田との重量比は５５:４５以上７０:３０以下であることが好ましい。上記範囲内の重量比である場合に、外部電極の最内側内に安定した連結層が形成されることができる。

より具体的に、上記第１及び第２連結層の構造を説明するために、図２のＡ領域の拡大図を参照すると、上記第１及び第２連結層４１、４２は少なくとも２つの層に区別されることができる。上記第１及び第２連結層のうち第１及び第２金属拡張部に近い内層４１１、４２１はＣｕ_６Ｓｎ_５合金からなり、第１及び第２外部電極に近い外層４１２、４２２はＣｕ_３Ｓｎ合金からなることができる。上記内層及び外層が両方とも上記本体の第１及び第２端面の全体に沿って連続して構成されていると示されているが、第１及び第２外部電極中に含まれるＡｇ−Ｓｎ系半田−エポキシ系化合物中におけるＡｇ組成とＳｎ組成とのモル比などを制御する際に、上記内層及び外層の少なくとも１つは不連続の層で構成してもよいことは言うまでもない。

上記第１及び第２連結層はそれぞれ第１及び第２外部電極によって覆われる形態で構成される。より具体的には、上記第１及び第２連結層が、上記第１及び第２外部電極２１、２２の最内側に配置される第１層２１１、２２１によって覆われる構造を有するように構成される。上述のように、上記第１層２１１、２２１と上記第１及び第２金属拡張部との間には連結層４１、４２が介在されるため、上記第１層２１１、２２１は、Ａｇ−Ｓｎ系半田−エポキシ系ペーストを用いて形成された層で構成することが好ましい。上記第１層２１１、２２１はエポキシ系樹脂を含む。この際、エポキシ系樹脂は熱硬化性樹脂であることに特徴があるため、当業者が必要に応じて、エポキシ系樹脂以外に他の熱硬化性樹脂を選択して第１層の組成を変更することは制限されない。上記第１層の構造は、基本的に、導電性フレームと、上記導電性フレーム内を充填する硬化樹脂と、を含む。上記導電性フレームはＡｇ−Ｓｎ系合金を含む。例えば、上記導電性フレームを構成するＡｇ−Ｓｎ系合金はＡｇ_３Ｓｎであることができる。上記導電性フレームに内部には、Ａｇ粒子、または互いに異なるＳｎ含量を含む半田粒子が不規則的に分散された構造が観察されることもできる。

上記第１層が、基本的に、連続して連結されたネットワーク構造を有する導電性フレームを含むため、外部電極の全体的な機械的強度が増加することができ、インダクターの全体的なＲｄｃ値が低減されることができる。

上記第１及び第２外部電極２１、２２は、最内側に配置される第１層２１１、２２１上に第２層２１２、２２２をさらに含み、上記第２層はＮｉめっき層であることが好ましい。また、上記第２層上には、インダクターを外部基板に実装する際における半田付け特性を向上させるために、Ｓｎ含有めっき層の第３層２１３、２２３をさらに含むことが好ましい。

一方、下記の表１は、インダクターの外部電極の両端にピンを半田付けさせた後、外側に向かって引っぱりながら外部電極が分離されるのに必要な力を測定することで、外部電極の引張強度を測定した結果である。

実施例１のインダクターは、外部電極中に含まれるＡｇ−エポキシのうち、Ａｇを略６０ｗｔ％含み、その他に、銅、スズ、及びエポキシビスフェノールＡ樹脂、ポリビニルブチラールなどの複数の樹脂物質を含む。インダクターチップのサイズは幅１．４ｍｍ、長さ２．００ｍｍ、厚さ１．００ｍｍであり、Ｌｓは０．４７μＨの値を有する。

これに対し、比較例１のインダクターは、実施例１のインダクターと比較して、内部コイルの端部と外部電極を互いに直接接触させ、外部電極の最内側から順に、Ｎｉ含有めっき層、Ｓｎ含有めっき層を含むという点で異なる。また比較例２のインダクターは、比較例１のインダクターと比較して、Ｎｉ含有めっき層を形成する前に、Ａｇ−エポキシの金属−樹脂ペーストを塗布したという点で異なる。

上記表１から分かるように、実施例１によるインダクターは、他の構造のインダクターに比べて、実質的に２倍に近い外部電極の引張強度を有する。このように、実施例１によるインダクターが改善された引張強度を有する理由は、内部コイルの第１及び第２端部と第１及び第２外部電極との間に、第１及び第２金属拡張部だけでなく、それと連結される第１及び第２連結層を含むとともに、上記第１及び第２外部電極の最内側の第１層に、ＩＭＣ化合物で構成された導電性フレームの骨格構造及びその骨格構造内に充填された硬化樹脂をさらに含むためである。

次に、図３は、図１及び図２に示すインダクター１００に加えて、本体の絶縁のための絶縁層５をさらに含むインダクター２００の断面図である。図３は、図１及び図２と比較して、絶縁層５をさらに含むことのみが異なるだけで、実質的に同一の構成を含むため、説明の便宜のために重複構成についての説明は省略し、同一の構成要素には図１及び図２と対応する図面符号を用いる。

図３を参照すると、絶縁層５は本体の上面及び下面に配置される。これは、本体の第１及び第２端面上に配置される第１及び第２金属拡張部のめっき広がりを防止するための構成である。上記絶縁層５は、絶縁特性を有する材料を含み、例えば、ポリイミド、パリレン、エポキシ樹脂などであることができるが、当業者が必要に応じて適宜選択することができる。図３に示したように、第１及び第２金属拡張部は上記絶縁層の上面の一部まで延びないことが好ましいが、場合によって、全体のチップサイズの誤差範囲内であれば、上記絶縁層の上面の一部まで延びてもよい。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の範囲はこれに限定されず、特許請求の範囲に記載された本発明の技術的思想から外れない範囲内で多様な修正及び変形が可能であるということは、当技術分野の通常の知識を有する者には明らかである。

一方、本発明で用いられた一実施例という表現は、互いに同一の実施例を意味せず、それぞれ互いに異なる固有の特徴を強調して説明するために提供されるものである。しかし、上記提示された一実施例は、他の実施例の特徴と結合して実施される場合を排除しない。例えば、特定の一実施例で説明された事項が他の実施例で説明されていなくても、他の実施例でその事項と反対の説明がされているかその事項と矛盾する説明がされていない限り、他の実施例に関連する説明であると解釈することもできる。

また、本発明で用いられた用語は、一例を説明するために説明されたものであるだけで、本発明を限定しようとする意図ではない。このとき、単数の表現は文脈上明確に異なる意味でない限り、複数を含む。

１００ インダクター
１ 本体
１１ 封止材
１２ 内部コイル
１２１、１２２ 第１及び第２端部
２１、２２ 第１及び第２外部電極
３１、３２ 第１及び第２金属拡張部
４１、４２ 第１及び第２連結層

Claims (14)

1. 第１及び第２端部を有する内部コイルと、前記内部コイルを封止し、磁性粒子を含む封止材と、を含む本体と、
   前記本体の外部面上において前記内部コイルと電気的に連結される第１及び第２外部電極と、を含むインダクターであって、
   前記第１及び第２外部電極はそれぞれ複数の層を含み、最内側に配置される第１層は、金属成分と硬化樹脂とを含み、
   第１金属拡張部は、前記本体と前記第１外部電極の前記第１層との間に配置され、一の面において前記第１端部と直接接触するとともに他の面において前記第１層と接触し、
   第２金属拡張部は、前記本体と前記第２外部電極の前記第１層との間に配置され、一の面において前記第２端部と直接接触するとともに他の面において前記第１層と接触し、
   前記第１及び第２金属拡張部と前記第１及び第２外部電極のぞれぞれの前記第１層との間には複数の層で構成される第１及び第２連結層がそれぞれ介在され、前記第１及び第２連結層の各層は、前記金属成分を含む金属間化合物（Ｉｎｔｅｒｍｅｔａｌｌｉｃ Ｃｏｍｐｏｕｎｄ）を含み、
   前記第１及び第２連結層は、前記第１及び第２金属拡張部と近い内層と、前記第１及び第２外部電極の前記第１層と近い外層と、を含み、
   前記内層がＣｕ _６ Ｓｎ _５ 合金で構成される、
   インダクター。
2. 前記第１層は、前記硬化樹脂と、Ｓｎ成分を含み、
   前記第１金属拡張部および前記第２金属拡張部は、それぞれＣｕ成分を含み、
   前記金属間化合物は、Ｃｕ成分およびＳｎ成分を含む、請求項１に記載のインダクター。
3. 前記第１金属拡張部は、前記第１端部が前記本体の外部面に露出した露出面を覆い、前記第２金属拡張部は、前記第２端部が前記本体の外部面に露出した露出面を覆う、請求項１または２に記載のインダクター。
4. 第１及び第２端部を有する内部コイルと、前記内部コイルを封止し、磁性粒子を含む封止材と、を含む本体と、
   前記本体の外部面上において前記内部コイルと電気的に連結される第１及び第２外部電極と、を含むインダクターであって、
   前記第１及び第２外部電極はそれぞれ複数の層を含み、最内側に配置される第１層は、金属成分と硬化樹脂とを含み、
   第１金属拡張部は、前記本体と前記第１外部電極の前記第１層との間に配置され、一の面において前記第１端部と直接接触するとともに他の面において前記第１層と接触し、
   第２金属拡張部は、前記本体と前記第２外部電極の前記第１層との間に配置され、一の面において前記第２端部と直接接触するとともに他の面において前記第１層と接触し、
   前記第１及び第２金属拡張部と前記第１及び第２外部電極のぞれぞれの前記第１層との間には複数の層で構成される第１及び第２連結層がそれぞれ介在され、前記第１及び第２連結層の各層は、前記金属成分を含む金属間化合物（Ｉｎｔｅｒｍｅｔａｌｌｉｃ Ｃｏｍｐｏｕｎｄ）を含み、
   前記第１及び第２連結層は、前記第１及び第２金属拡張部と近い内層と、前記第１及び第２外部電極の前記第１層と近い外層と、を含み、
   前記外層がＣｕ_３Ｓｎ合金で構成される、
   インダクター。
5. 前記第１層は、前記金属成分を含む導電性フレームを含み、
   前記硬化樹脂が前記導電性フレーム内を充填する、請求項１から４のいずれか一項に記載のインダクター。
6. 前記導電性フレームは、前記金属成分としてＳｎ成分を含むＡｇ−Ｓｎ系合金の金属間化合物を含む、請求項５に記載のインダクター。
7. 前記導電性フレームは、前記金属間化合物中にＡｇ粒子またはＳｎ含有半田粒子が分散された構造を有する、請求項６に記載のインダクター。
8. 前記硬化樹脂はエポキシ系樹脂である、請求項１から７のいずれか一項に記載のインダクター。
9. 前記第１及び第２外部電極は最外側にＳｎめっき層を含む、請求項１から８のいずれか一項に記載のインダクター。
10. 前記第１及び第２外部電極は少なくともＮｉめっき層を含む、請求項１から９のいずれか一項に記載のインダクター。
11. 前記第１及び第２金属拡張部はＣｕめっき層を含む、請求項１から１０のいずれか一項に記載のインダクター。
12. 前記第１及び第２金属拡張部は、前記本体の外部面のうち前記第１及び第２端部が露出する外部面の全体を覆うように配置される、請求項１から１１のいずれか一項に記載のインダクター。
13. 前記第１及び第２金属拡張部の平均厚さは１μｍ以上２０μｍ以下である、請求項１から１２のいずれか一項に記載のインダクター。
14. 前記本体の外部面上の少なくとも一部には絶縁層が配置される、請求項１から１３のいずれか一項に記載のインダクター。