JP4100459B2 - 積層コイル部品及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、積層コイル部品、特に、チップインダクタなどの積層コイル部品及びその製造方法に関する。

従来、チップインダクタなどの積層コイル部品は、特許文献１に記載されているように、セラミック層と１／２ターンの形状を有するコイル導体とが積層され、コイル導体の端部間をビアホール導体を介して層間接続することにより螺旋状のコイルを形成してなるものが知られていた。

近年では、この種の積層コイル部品も小型化、低背化の要求が強く、特性の向上をも考慮すると、コイル導体の線幅を細く、厚みを大きくする一方でセラミック層はより薄くしている。しかし、セラミック層を薄くしていくと、積層体においてビアホール導体が重なり合う部分で応力が集中し、インダクタンス特性、インピーダンス特性が劣化するばかりか、導体間のショートも発生するという問題点を有している。

図７はこの種の積層コイル部品の断面を示し、セラミック層５１の間に積層されたコイル導体５５の各端部に接続性向上のために幅広のパッド部５６を設け、このパッド部５６にてビアホール導体５７を介してコイル導体５５が層間接続されている。また、積層体の両端部には外部電極６０，６０が形成されている。図８は層間接続部分を拡大して示している。

パッド部５６は比較的面積が広く、ビアホール導体も同時に塗布されるため、導電ペーストがコイル導体５５よりも厚く塗布されやすく、パッド部５６及びビアホール導体５７の重なり部分の応力の集中はより大きくなり、インダクタンスの低下やショート不良の発生が顕著になり、図７に示すように積層体に凸部５９が形成され、実装などにも障害を生じている。
特開２００３−２０９０１６号公報

そこで、本発明の目的は、パッド部やビアホール導体の重なり部分での応力の集中を緩和し、特性が良好で、ショート不良や実装不良などの不具合を除去できる積層コイル部品及びその製造方法を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明に係る積層コイル部品は、セラミック層とコイル導体とが積層され、前記コイル導体の端部に形成されたパッド部をビアホール導体を介して層間接続することにより螺旋状のコイルを形成してなる積層コイル部品において、前記パッド部の厚みが前記コイル導体の厚みよりも薄いこと、を特徴とする。

本発明に係る積層コイル部品では、コイル導体の端部のパッド部はその厚みがコイル導体の厚みよりも薄く形成されているため、積層体におけるパッド部とビアホール導体との重なり部分での応力の集中が緩和されることになる。

パッド部の厚みはコイル導体の厚みに対して０．３１〜０．８１倍であることが好ましい。０．３１倍を下回ると、断線を生じるおそれがある。また、コイル導体がセラミック層上に１／２ターンの形状を有している場合は、パッド部とビアホール導体との重なり部分が積層体の２箇所で集中するため、このような形状のコイル導体を有する積層コイル部品に応力集中の緩和が効果的に作用する。

また、本発明に係る積層コイル部品の製造方法は、セラミック層上にコイル導体をスクリーン印刷する際、該スクリーン印刷版のパッド部に相当する部分の開口率を調整することにより、パッド部の厚みを薄く形成することを特徴とする。開口率が小さくなれば、セラミック層上に塗布される導電ペーストの量が少なくなり、パッド部を薄く形成することができる。スクリーン印刷版のパッド部に相当する部分の面積開口率は２５〜６４％の範囲が適切である。

本発明によれば、コイル導体の端部に設けたパッド部の厚みがコイル導体の厚みよりも薄いため、積層体においてパッド部とビアホール導体との重なり部分での応力の集中が緩和され、インダクタンス特性やインピーダンス特性が良好となり、導体間でのショートのおそれを除去できる。また、積層体が部分的に膨出することを極力回避でき、実装不良をも除去できる。

本発明に係る積層コイル部品の一実施例を示す分解斜視図である。 前記積層コイル部品を構成する２種類のセラミックシート片を示す平面図である。 前記積層コイル部品の積層方向平面視の説明図である。 前記積層コイル部品の断面図である。 図４のＡ部拡大図である。 スクリーン印刷版の開口部を説明するための斜視図である。 従来の積層コイル部品の断面図である。 図７のＢ部拡大図である。

以下、本発明に係る積層コイル部品及びその製造方法の実施例について添付図面を参照して説明する。

本発明に係る積層コイル部品は、図１に示すように、コイル導体１１を１／２ターンの形状に形成したセラミックシート１、引出し電極１５を形成したセラミックシート２、無地のセラミックシート３を積層したものである。図２に示すように、各コイル導体１１の端部にはパッド部１２が形成され、一方のパッド部１２には貫通孔に充填したビアホール導体１３が形成されている。コイル導体１１は上側に位置するビアホール導体１３が下側に位置するパッド部１２と接続されることにより、螺旋状のコイルを形成する。

図３は積層体におけるセラミックシート（セラミック層）１，２とコイル導体１１の重なり具合を積層方向から平面視した状態を示す。また、図４は積層体の断面を示し、積層体の両端部には外部電極２０，２０が形成されている。図３に示すように、コイル導体１１は平面視状態で積層方向に重なり合い、パッド部１２及びビアホール導体１３も２箇所で集中して重なっている。

図５はパッド部１２とビアホール導体１３の重なり部分の拡大図であり、コイル導体１１の厚みに対して、パッド部１２の厚みは薄く形成されている。これにて、積層体においてパッド部１２とビアホール導体１３との重なり部分での応力の集中が緩和され、インダクタンス特性やインピーダンス特性が良好となり、導体間でショート不良が発生するおそれが解消する。この点については実験結果を後述する。また、図７に示したように、積層体に凸部５９が生じることもなく実装不良をも除去できる。

ところで、以上の構成からなる積層コイル部品は以下のようにして製造される。製造方法は２種類に大別される。第１の方法は、貫通孔を形成したフェライトグリーンシート上に導電ペーストによりスクリーン印刷などの印刷法で所望のパターンを形成し、該シートを螺旋状のコイルが形成されるように積層、圧着、裁断、焼成することで積層コイル部品を得る。第２の方法は、フェライト材料と導体材料とをスクリーン印刷などの印刷法で交互に印刷して螺旋状のコイルを形成し、圧着、裁断、焼成することで積層コイル部品を得る。

具体的には、以下の工程によって積層コイル部品を製造した。まず、酸化第二鉄、酸化亜鉛、酸化ニッケル、酸化銅を所定の比率で秤量したそれぞれの材料を原材料としてボールミルに仕込み、所定の時間湿式調合を行う。得られた混合物を乾燥してから粉砕し、得られた粉末を７００℃で１時間仮焼する。得られた仮焼粉末をボールミルにて所定の時間湿式粉砕した後、乾燥してから解砕し、フェライト粉末を得る。

次に、前記フェライト粉末に対してバインダ樹脂と可塑剤、湿潤材、分散剤を加えてボールミルで所定の時間混合し、その後、減圧により脱泡する。得られたスラリをリップコータ又はドクターブレードを用いて剥離性のフィルム上に塗布し、乾燥させ、所望の膜厚を有する長尺なフェライトグリーンシートを作製する。

次に、前記フェライトグリーンシートを所定の寸法に裁断してフェライトシート片を得る。これらのフェライトシート片には所定位置にレーザなどの方法でビアホール導体用の貫通孔が形成されている。このシート片上に銀又銀合金を主成分とする導電ペーストをスクリーン印刷により所定のパターンに塗布して加熱乾燥することでコイル導体、パッド部及びビアホール導体を形成する。ここで作製される表面に導体層を設けたシート片は図２（Ａ），（Ｂ）に示すものであり、それ以外に図１に示すように端部に引出し電極を設けたシート片も作製される。

得られたシート片を上下に無地の保護シート片を含めて積層する。これにて、各コイル導体が端部に設けたパッド部及びビアホール導体を介して接続され、螺旋状のコイルが形成される。

前記未焼成積層体を４５℃の温度下で１．０ｔ／ｃｍ²の圧力で圧着する。そして、この積層圧着体を、ダイサや押切り刃により所定の寸法に裁断することで、積層コイル部品（積層セラミックインダクタ）の未焼成体を得る。得られた未焼成インダクタを脱バインダ及び焼成する。脱バインダは、低酸素雰囲気中で５００℃、２時間加熱する。焼成は、空気雰囲気中で８９０℃、１５０分間行う。この焼成体の両端部（引出し電極の露出面）に浸漬法により銀を主成分とする導電ペーストを塗布し、１００℃で１０分間乾燥させた後、８００℃にて１５分間塗膜を焼き付けることで両端部に外部電極を有し、かつ、コイルを内蔵した積層チッピインダクタを得る。以下このように形成した積層コイル部品を本実施例と称する。

ところで、図６に示すように、スクリーン印刷版３０は印刷すべき図形部３２（コイル導体１１やパッド部１２のパターン形状に対応した形状）にメッシュ状の開口３１を形成したものが使用される。なお、図６に符号３５で示す部材はスキージであり、符号３６は導電ペーストを示す。

図４及び図５に示したように、パッド部１２の厚みをコイル導体１１の厚みよりも薄く形成するには、セラミックシート１上にコイル導体１１をスクリーン印刷する際、スクリーン印刷版３０のパッド部１２に相当する部分の面積開口率を調整すればよい。ここで、面積開口率の数値は、パッド部１２に相当する部分の図形部３２の開口率を１００％とした場合、パッド部１２に相当する部分の開口３１の開口率を意味している。好ましい面積開口率については後述する。

なお、スクリーン印刷版３０において、図形部３２は必ずしも必要なものではない。この場合、面積開口率はパッド部１２の面積に対する割合として算出すればよい。

作製された積層チップインダクタは、長辺０．４ｍｍ、短辺０．２ｍｍ、高さ０．２ｍｍであり、１０．５ターンのコイルを内蔵したものである。セラミックグリーンシート１の厚さは８μｍ（焼成後５μｍ）、コイル導体１１の厚さは１０μｍ（焼成後８μｍ）、線幅は３５μｍ（圧着後５５μｍ、焼成後４５μｍ）、パッド部１２の厚さは６．２５μｍ（焼成後５μｍ）、直径は５５μｍ（圧着後８０μｍ、焼成後６５μｍ）である。以上の本実施例において、パッド部１２の面積開口率は４９％とした。また、比較例として、同じサイズの積層チップインダクタをスクリーン印刷版３０の面積開口率を調整しないで、即ち、コイル導体１１及びパッド部１２に相当する部分の面積開口率を８１％として作製した。この比較例において、パッド部１２の厚さは１１μｍ（焼成後９μｍ）である。

前記本実施例と、パッド部１２に関してスクリーン印刷版３０の面積開口率を調整しないで製造した比較例のインダクタンス特性、インピーダンス特性、ショート不良率、積層体の表面凹凸の大きさを表１に示す。

表１から明らかなように、インダクタンス特性、インピーダンス特性ともに本実施例は比較例よりも好ましい数値が測定され、ショート不良率は０％であり、表面凹凸は僅かに１μｍであった。

次に、スクリーン印刷版３０のパッド部１２に相当する部分の面積開口率を１００％から１６％の間で種々に変更して作製した積層コイル部品のショート不良率、表面凹凸及び断線不良率について表２に示す。面積開口率が１００％から１６％に変化することに応じて、パッド部１２の厚みの比率（以下、厚み比率と記す）も１．２５から０．１９に変化している。

面積開口率が７３％、８１％（前記比較例）、１００％であると、パッド部１２の厚みが大きくなり、厚み比率は１．００、１．１３、１．２５であり、ショート不良率や表面凹凸に改善は見られない。面積開口率が１６％（厚み比率０．１９）ではショート不良率や表面凹凸に改善が見られるが、パッド部１２が薄くなりすぎて断線不良が発生し、好ましいものではない。従って、面積開口率は２５〜６４％の範囲に設定することが好ましい。厚み比率でいえば、０．３１〜０．８１の範囲が好ましい。なお、面積開口率と厚み比率との関係はコイル導体１１の線幅、パッド部１２やビアホール導体１３の直径などによって異なる場合がある。

（他の実施例）
なお、本発明に係る積層コイル部品及びその製造方法は、前記実施例に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。

例えば、一つのセラミック層上に形成されるコイル導体の形状は、必ずしも１／２ターンに限定するものではなく、それ以上又は以下のターン形状であってもよい。１回巻きや２回巻きであってもよい。また、本発明は積層インダクタのみならずＬＣ複合部品などに適用することもできる。

以上のように、本発明は、チップインダクタなどの積層コイル部品に有用であり、特に、積層体の部分的な応力の集中を緩和でき、特性が良好である点で優れている。

Claims (5)

1. セラミック層とコイル導体とが積層され、前記コイル導体の端部に形成されたパッド部をビアホール導体を介して層間接続することにより螺旋状のコイルを形成してなる積層コイル部品において、
   前記パッド部の厚みが前記コイル導体の厚みよりも薄いこと、
   を特徴とする積層コイル部品。
2. 前記パッド部の厚みが前記コイル導体の厚みに対して０．３１〜０．８１倍であることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の積層コイル部品。
3. 前記コイル導体はセラミック層上に１／２ターンの形状を有していることを特徴とする請求の範囲第１項又は第２項に記載の積層コイル部品。
4. 請求の範囲第１項ないし第３項のいずれかに記載の積層コイル部品の製造方法であって、
   セラミック層上にコイル導体をスクリーン印刷する際、該スクリーン印刷版のパッド部に相当する部分の開口率を調整することにより、パッド部の厚みを薄く形成すること、
   を特徴とする積層コイル部品の製造方法。
5. 前記スクリーン印刷版のパッド部に相当する部分の面積開口率を２５〜６４％とすることを特徴とする請求の範囲第４項に記載の積層コイル部品の製造方法。

Images