JP7625466B2 - 積層コイル部品 - Google Patents

Description

本発明は、積層コイル部品に関する。

従来、積層構造を有する素体内に、積層方向に対して平行なコイル軸を有するコイルが設けられた積層コイル部品が知られている。下記特許文献１には、積層コイル部品が実装される基板に対してコイルのコイル軸が平行となる姿勢で、積層コイル部品を基板上にはんだ実装した構造が開示されている。

特開２０１５－１７３１９７号公報

上述した従来技術に係る積層コイル部品においては、実装された基板に撓みが生じたとき、基板の撓みに応じた撓み応力が素体内に生じ、基板と対面する素体の実装面を起点としてクラックが生じ得る。このクラックは素体の層に対して平行に進行しやすく、コイルの分裂が起こり得る。

本発明の一側面は、クラックによるコイルの分裂の抑制が図られた積層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積層コイル部品は、積層された複数の層を含み、複数の層の積層方向に対して平行な実装面と、複数の層の積層方向に対して平行な第１方向において互いに対向する一対の端面とを有する素体と、素体内に設けられ、第１方向に対して平行なコイル軸を有するコイルと、素体の端面のそれぞれから実装面まで連続的に延びる一対の外部電極と、コイルと端面との間に位置する素体の層に貫設され、コイルの端部と電気的に接続されるとともに素体の端面から露出して外部電極と接続される一対の引出導体と、引出導体が貫設された層に設けられた脆弱部とを備え、実装面に対して直交するとともにコイル軸に対して平行な断面において、実装面における外部電極の先端位置から脆弱部までの距離が、実装面における外部電極の先端位置からコイルまでの距離より短い。

上記積層コイル部品において、素体の実装面における外部電極の先端位置を起点にクラックが生じた場合、クラックは、コイルに向かって進行せず、コイルよりも近い距離にある脆弱部に向かって進行する。それにより、クラックがコイルを分裂する事態が効果的に抑制されている。

他の側面に係る積層コイル部品は、脆弱部が、第１方向に対して平行に延びる長尺形状を有する。

他の側面に係る積層コイル部品は、複数の脆弱部が、一対の端面の一方とコイルとの間に位置する素体の層に設けられている。

他の側面に係る積層コイル部品は、実装面に対して直交するとともにコイル軸に対して平行な断面において、コイル軸に関する実装面の側および実装面とは反対側のそれぞれに、脆弱部が設けられている。

他の側面に係る積層コイル部品は、脆弱部が素体の層を貫く空孔である。

本発明の種々の側面によれば、クラックによるコイルの分裂の抑制が図られた積層コイル部品が提供される。

実施形態に係る積層型インダクタを示す斜視図である。 図１に示した積層コイル部品を示す断面図である。 図１に示した素体の積層状態を示す分解斜視図である。 図２、３に示した空孔が設けられた磁性体層を示す平面図である。 図２に示した積層コイル部品が実装されたときの様子を示す断面図である。 図５の要部を拡大した図である。

以下、添付図面を参照しつつ本発明を実施するための形態を説明する。図面の説明において、同一又は同等の要素には同一符号を用い、重複する説明は省略する。

図１～３を参照して、実施形態に係る積層コイル部品の構成について説明する。図１に示すように、実施形態に係る積層コイル部品１０は、素体１２および一対の外部電極１４Ａ、１４Ｂを備えて構成されている。

素体１２は、略直方体状の外形を有し、素体１２の延在方向において互いに対向する一対の端面１２ａ、１２ｂを有する。素体１２は、端面１２ａ、１２ｂの対向方向に延在して端面１２ａ、１２ｂ同士を結ぶ４つの側面１２ｃ～１２ｆをさらに有する。本実施形態においては、側面１２ｄは、積層コイル部品１０が実装された際に実装基体と対向する実装面であり、側面１２ｄと対向する側面１２ｃは、実装された際に頂面となる。素体１２の寸法は、端面１２ａ、１２ｂの対向方向に関する寸法を長さ、側面１２ｅ、１２ｆの対向方向に関する寸法を幅、側面１２ｃ、１２ｄの対向方向に関する寸法を厚さとすると、一例として長さ０．７ｍｍ×幅０．３ｍｍ×厚さ０．４５ｍｍである。

素体１２は、磁性体１６の内部に内部導体１８が設けられた構成を有する。素体１２は積層構造を有する。磁性体１６は、複数の磁性体層１７が端面１２ａ、１２ｂの対向方向に積層された積層構造を有する。本実施形態では、磁性体１６は、素体１２の積層方向から見て、側面１２ｃ、１２ｄの対向方向に対して長辺が平行である長方形の外形を有する。以下の説明では、端面１２ａ、１２ｂの対向方向を、素体１２の積層方向または第１方向とも称す。

磁性体１６は、たとえばフェライト等の磁性材料で構成されている。磁性体１６は、磁性体層１７となる磁性体シート（フェライトグリーンシート）または磁性体ペースト（たとえば、フェライトペースト）を複数重ねて焼成することで得られる。すなわち、素体１２は、磁性体層１７が複数積層された積層構造を有し、焼成された磁性体層１７が積層された焼成素体である。素体１２を構成する磁性体層１７は、後述する各コイル層２０ｂ～２０ｅが形成される磁性体層１７Ａ、後述する接続層２０ａが形成される磁性体層１７Ｂ、後述する接続層２０ｆが形成される磁性体層１７Ｃ、後述する各引出層２３が形成される磁性体層１７Ｄで構成されている。一例として、素体１２を構成する磁性体層１７の層数は全体で５０～６０層であり、磁性体層１７Ａの層数は４０～５０層、磁性体層１７Ｂと磁性体層１７Ｃと磁性体層１７Ｄとの層数は合計で１０～２０層である。素体１２を構成する磁性体層１７の層数は適宜増減することができる。実際の素体１２では、複数の磁性体層１７は、その層間の境界が視認できない程度に一体化されている。

各磁性体層１７の厚さについては、たとえば、磁性体層１７Ａの厚さが５～１０μｍ、磁性体層１７Ｂの厚さが５～１０μｍ、磁性体層１７Ｃの厚さが１５～２０μｍ、磁性体層１７Ｄの厚さが１５～２０μｍである。全ての磁性体層１７が同一の厚さ（たとえば、２０μｍ）でもよい。

内部導体１８は、一つのコイル２０と、一対の引出導体２２Ａ、２２Ｂとを備えて構成されている。内部導体１８のコイル２０および引出導体２２Ａ、２２Ｂはいずれも、素体１２の積層方向に関する積層構造を有する。

コイル２０は、図２に示すように、素体１２の積層方向に対して平行なコイル軸Ｚを有し、コイル軸Ｚ周りに巻回されている。本実施形態では、コイル２０は、素体１２の積層方向から見て、側面１２ｃ、１２ｄの対向方向（第２方向）に対して長辺が平行である長方形環状を呈する。本実施形態では、コイル軸Ｚは、素体１２の積層方向から見て、素体１２の中心を通るように設計されている。

本実施形態では、コイル２０は、図３に示すように、接続層２０ａ、２０ｆと、４種類のコイル層２０ｂ～２０ｅを含む。接続層２０ａ、２０ｆおよびコイル層２０ｂ～２０ｅは、たとえばＡｇ等の金属を含む導電材料で構成されている。コイル２０は、印刷法によって形成される。具体的には、コイル２０は、接続層２０ａ、２０ｆおよびコイル層２０ｂ～２０ｅとなる導電ペースト（たとえば、Ａｇペースト）を磁性体層１７Ａ～１７Ｃとなるグリーンシート上に塗布して焼成することにより得られる。

コイル層２０ｂ～２０ｅはいずれも素体１２の積層方向から見てＵ字状を呈し、コイル２０のおよそ３／４ターン分を構成する。たとえば、コイル層２０ｂは、素体１２の積層方向から見て、長方形環状のコイル２０の１対の短辺部分と１つの長辺部分とを含んだ形状を有する。コイル層２０ｃは、素体１２の積層方向から見て、長方形環状のコイル２０の１対の長辺部分と１つの短辺部分とを含んだ形状を有する。コイル層２０ｄは、コイル層２０ｂ同様、素体１２の積層方向から見て、長方形環状のコイル２０の１対の短辺部分と１つの長辺部分とを含み、コイル層２０ｂとはコイル軸Ｚに関して点対称の関係を有する。コイル層２０ｅは、コイル層２０ｃ同様、素体１２の積層方向から見て、長方形環状のコイル２０の１対の長辺部分と１つの短辺部分とを含み、コイル層２０ｃとはコイル軸Ｚに関して点対称の関係を有する。

素体１２の積層方向において順に並んだ１組のコイル層２０ｂ～２０ｅは、素体１２の積層方向において端部同士が重なり合っており、磁性体層１７Ａに貫設されたビア導体（図示せず）を介して互いに電気的に接続されている。１組のコイル層２０ｂ～２０ｅにより、コイル２０の３ターン分が構成される。本実施形態において、コイル２０は、複数組のコイル層２０ｂ～２０ｅを含んでいる。

接続層２０ａは、コイル２０の最上層に設けられ、コイル２０の一方の端部を構成する。接続層２０ａは、下層に位置するコイル層とビア導体を介して接続されるとともに、一方の引出導体２２Ａを構成する上層の引出層２３と接続される。接続層２０ｆは、コイル２０の最下層に設けられ、コイル２０の他方の端部を構成する。接続層２０ｆは、上層に位置するコイル層とビア導体を介して接続されるとともに、他方の引出導体２２Ｂを構成する下層の引出層２３と接続される。

一対の引出導体２２Ａ、２２Ｂは、コイル２０の端部を構成する接続層２０ａ、２０ｆを素体１２の端面１２ａ、１２ｂまで引き出す。一対の引出導体２２Ａ、２２Ｂのそれぞれは、コイル２０の端部を構成する接続層２０ａ、２０ｆと電気的に接続される。また、一対の引出導体２２Ａ、２２Ｂは、素体１２の端面１２ａから露出して一対の外部電極１４Ａ、１４Ｂとそれぞれ接続される。

一対の引出導体２２Ａ、２２Ｂのそれぞれは、コイル２０と素体１２の端面１２ａ、１２ｂとの間に位置する磁性体層１７Ｄに貫設されている。一対の引出導体２２Ａ、２２Ｂのそれぞれは、複数の引出層２３が積層された構成を有する。図３では積層された３層の引出層２３を図示している。各引出層２３は、コイル軸Ｚが通る磁性体層１７Ｄの中央に設けられている。各引出層２３は、たとえばＡｇ等の金属を含む導電材料で構成されている。各引出層２３は、磁性体層１７Ｄとなるグリーンシートに設けた貫通孔に、引出層２３となる導電ペースト（たとえば、Ａｇペースト）を充填して焼成することにより得られる。

引出層２３が設けられた磁性体層１７Ｄには、図４（ａ）に示すように、磁性体層１７Ｄの長辺方向において引出層２３を挟む位置に、２組の空孔３１が設けられている。空孔３１の各組は、６個の円形状の空孔３１で構成されており、６個の空孔３１は磁性体層１７Ｄの短辺方向に沿って２列に整列されている。素体１２の積層方向において上下に重なる磁性体層１７Ｄでは、空孔３１の位置が一致している。そのため、引出層２３が設けられた磁性体層１７Ｄ同士が重ね合わされると、それぞれの磁性体層１７Ｄに設けられた空孔３１同士が連通し、複数の磁性体層１７Ｄに跨がるとともに素体１２の積層方向に対して平行に延びる長尺形状の空孔部３０が構成される。

一対の外部電極１４Ａ、１４Ｂは、素体１２の端面１２ａ、１２ｂにそれぞれ設けられている。本実施形態において、外部電極１４Ａは、端面１２ａの全領域と、端面１２ａと隣り合う領域の側面１２ｃ～１２ｆとを一体的に覆っている。同様に、外部電極１４Ｂは、端面１２ｂの全領域と、端面１２ｂと隣り合う領域の側面１２ｃ～１２ｆとを一体的に覆っている。図２には、各外部電極１４Ａ、１４Ｂが、素体１２の端面１２ａ、１２ｂから側面１２ｃ、１２ｄまで連続的に延びている様子が示されている。本実施形態では、側面１２ｃ、１２ｄにおける各外部電極１４Ａ、１４Ｂは、引出導体２２Ａ、２２Ｂを超えてコイル２０と重なる位置まで達している。各外部電極１４Ａ、１４Ｂは、１層または複数層の電極層で構成されている。各外部電極１４Ａ、１４Ｂを構成する電極材料には、たとえばＡｇ等の金属材料を採用することができる。

上述した積層コイル部品１０は、図５に示すように基板５０上にはんだ実装することができる。より詳しくは、積層コイル部品１０は、基板５０の主面５０ａに対してコイル２０のコイル軸Ｚが平行となる姿勢で基板５０の電極５２Ａ、５２Ｂ上に搭載されて、はんだ５４により実装される。

ここで、基板５０に撓みが生じたときには、基板５０の撓みに応じた撓み応力が積層コイル部品１０の素体１２内に生じ、素体１２にクラックが発生することがある。クラックの起点は、応力が集中しやすい箇所、すなわち、基板５０と対面する素体１２の実装面１２ｄにおける外部電極１４Ａ、１４Ｂの先端位置Ｐとなり得る。クラックが、素体１２の磁性体層１７に対して平行（すなわち、素体１２の厚さ方向に沿って）に進行した場合には、クラックによってコイル２０が分裂される事態が起こり得る。

上述した積層コイル部品１０においては、引出導体２２Ａ、２２Ｂが設けられた磁性体層１７Ｄに、空孔部３０（脆弱部）が設けられている。空孔部３０は空乏部分であるため、空孔部３０の内部およびその周辺部分の機械的強度は、磁性体１６を構成する磁性材料が存在する部分の機械的強度よりも低い。空孔部３０は、素体１２の側面１２ｄの近傍に設けられており、図６に示すように、外部電極１４Ａ、１４Ｂの先端位置Ｐから空孔部３０までの距離Ｄ１が、外部電極１４Ａ、１４Ｂの先端位置Ｐからコイル２０までの距離Ｄ２よりも短くなるように設計されている。

そのため、素体１２の実装面１２ｄにおける外部電極１４Ａ、１４Ｂの先端位置Ｐを起点にクラックが生じた場合には、クラックは、コイル２０に向かって素体１２の厚さ方向に進行せず、コイル２０よりも近い距離にある空孔部３０に向かって素体１２の厚さ方向に対して交差する方向に進行する。したがって、積層コイル部品１０においては、クラックがコイル２０を分裂する事態が効果的に抑制されている。

なお、空孔部３０を構成する空孔３１の断面形状は、円形状に限らず、多角形状や楕円形状であってもよい。磁性体層１７Ｄにおける空孔３１の位置および空孔３１の位置については、適宜変更することができる。たとえば、図４（ｂ）に示したように、４つの空孔３１を磁性体層１７Ｄの四隅に配置してもよい。また、２組の空孔３１を、素体１２の厚さ方向において引出層２３を挟む位置に設けてもよい。この場合、実装面１２ｄに対して直交するとともにコイル軸Ｚに対して平行な断面において、コイル軸Ｚに関する実装面１２ｄの側および実装面１２ｄとは反対側のそれぞれに空孔３１の組が配置される。それにより、空孔部３０を、素体１２の側面１２ｄおよび側面１２ｃの両方の近傍に配置することができる。空孔部３０は、素体１２の側面１２ｄの近傍にのみ配置してもよい。

素体１２の積層方向において隣り合う空孔３１は、互いに連通していてもよく、連通していなくてもよい。

以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。

たとえば、脆弱部は、中空であってもよく中実であってもよい。たとえば、脆弱部は、素体を構成する層に設けられた貫通孔が充填材で充たされた構成であってもよい。充填材には、素体を構成する層の材料よりも脆性破壊しにくい材料（たとえばＡｇ等の金属材料）を採用することができる。

コイルの形状は、長方形環状に限らず、正方形環状、多角形環状、円環状、楕円環状であってもよい。コイルの形状が正方形環状を呈する場合、素体の端面形状／断面形状は正方形であってもよい。

素体の実装面に対するコイルの高さ位置（コイル軸）の高さ位置は、素体の中間位置（素体を二等分する位置）に限らず、実装面と対向する頂面側に偏った位置であってもよい。

１０…積層コイル部品、１２…素体、１２ａ、１２ｂ…端面、１４Ａ、１４Ｂ…外部電極、１７、１７Ａ～１７Ｄ…磁性体層、２０…コイル、２０ｂ～２０ｅ…コイル層、２２Ａ、２２Ｂ…引出導体、３０…空孔部、３１…空孔、Ｚ…コイル軸。

Claims (8)

1. 積層された複数の層を含み、前記複数の層の積層方向に対して平行な実装面と、前記複数の層の積層方向に対して平行な第１方向において互いに対向する一対の端面とを有する素体と、
   前記素体内に設けられ、前記第１方向に対して平行なコイル軸を有するコイルと、
   前記素体の端面のそれぞれから前記実装面まで連続的に延びる一対の外部電極と、
   前記コイルと前記端面との間に位置する前記素体の複数の層に亘って貫設され、前記コイルの端部と電気的に接続されるとともに前記素体の端面から露出して前記外部電極と接続される一対の引出導体と、
   前記引出導体が貫設された前記複数の層に亘って設けられるとともに前記第１方向に対して平行に延びるように連通された脆弱部と
   を備え、
   前記実装面に対して直交するとともに前記コイル軸に対して平行な断面において、前記実装面における前記外部電極の先端位置から前記脆弱部までの距離が、前記実装面における前記外部電極の先端位置から前記コイルまでの距離より短い、積層コイル部品。
2. 前記脆弱部が、前記第１方向に対して平行に延びる長尺形状を有する、請求項１に記載の積層コイル部品。
3. 前記脆弱部が前記コイルに達して前記コイルと接している、請求項２に記載の積層コイル部品。
4. 複数の前記脆弱部が、前記一対の端面の一方と前記コイルとの間に位置する前記素体の層に設けられている、請求項１～３のいずれか一項に記載の積層コイル部品。
5. 前記実装面に対して直交するとともに前記コイル軸に対して平行な断面において、前記コイル軸に関する前記実装面の側および前記実装面とは反対側のそれぞれに、前記脆弱部が設けられている、請求項４に記載の積層コイル部品。
6. 前記実装面に対して直交するとともに前記コイル軸に対して平行な断面において、前記コイル軸に関する前記実装面の側に、２つの前記脆弱部が設けられている、請求項４または５に記載の積層コイル部品。
7. 前記脆弱部が前記素体の層を貫く空孔である、請求項１～６のいずれか一項に記載の積層コイル部品。
8. 前記脆弱部の断面形状が円形である、請求項１～７のいずれか一項に記載の積層コイル部品。

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