JP7849280B2 - 積層型コイル部品 - Google Patents
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Description
しかしながら、本発明は、以下の構成及び態様に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において適宜変更して適用することができる。なお、以下において記載する本発明の個々の好ましい構成及び態様を2つ以上組み合わせたものもまた本発明である。
図1に示す積層型コイル部品1は、積層体(素体)10と第1外部電極21と第2外部電極22とを備えている。積層体10は、6面を有する略直方体形状である。積層体10の構成については後述するが、複数の絶縁層が積層方向に積層されてなり、内部にコイルが設けられている。第1外部電極21及び第2外部電極22は、それぞれ、コイルに電気的に接続されている。
長さ方向(x方向)は積層方向と平行な方向である。
図1に示す積層型コイル部品1では、第1外部電極21は、積層体10の第1端面11の一部を覆い、かつ、第1端面11から延伸して第1主面13の一部を覆って配置されている。
第1外部電極21は、第1端面11のうち、第1主面13と交わる稜線部を含む領域を覆っている。
第1外部電極21と同様、第2外部電極22は、第2端面12のうち、第1主面13と交わる稜線部を含む領域を覆っている。
また、第2外部電極が、積層体の第2端面の全部を覆い、かつ、第2端面から延伸して第1主面の一部、第2主面の一部、第1側面の一部、及び、第2側面の一部を覆っていてもよい。
この場合、積層体の第1主面、第2主面、第1側面及び第2側面のいずれかが実装面となる。
これにより、第1外部電極と積層体間の接合強度を高めることができる。例えば、固着力の測定試験において、破壊確率が1%となる固着力を3N以上得ることができる。
同様に、第2外部電極及び積層体の間の界面から積層体へ、第2外部電極の下地電極に含まれるガラスが拡散した距離は、2.44μm以上、6.90μm以下である。
これにより、第2外部電極と積層体間の接合強度を高めることができる。例えば、固着力の測定試験において、破壊確率が1%となる固着力を3N以上得ることができる。
これは、ガラスが積層体へ拡散すると、第1及び第2外部電極と積層体間の界面が強くなる(界面がぼやける)ためであると考えられる。すなわち、積層体へ拡散したガラスがある種の接着剤の役割を発揮するためであると考えられる。
他方、ガラスが積層体に拡散していないと、第1及び第2外部電極が下地電極から剥れやすくなると考えられる。
上記ガラスが拡散した距離が6.90μmを超えると、第1又は第2外部電極周辺の積層体での破壊が発生し、第1又は第2外部電極の接合強度を向上できないことがある。
上記ガラスが拡散した距離が2.44μm以上、6.90μm以下であると、破壊確率が1%となる固着力を3N以上得ることが可能である。
上記ガラスが拡散した距離が2.6μm以上、5.2μm以下であると、破壊確率が1%となる固着力を4N以上得ることが可能である。
具体的な測定方法については、実施例の項目で説明する。
これにより、例えば波長分散型X線分析法(WDX)を用いてBiをマーカー(分析対象)としてガラスが拡散した距離を容易に測定することができる。
このように、絶縁層を磁性材料及び非磁性材料のコンポジット材料から構成することによって、第1外部電及び第2外部電極の各下地電極に含まれるガラスが積層体へ拡散しやすくなる。
磁性相は、Co、Bi、Sn、Mn等をさらに含んでいてもよい。
非磁性相を構成する非磁性材料としては、ガラス材料、フォルステライト(2MgO・SiO2)、ウィルマイト[aZnO・SiO2(aは、1.8以上、2.2以下)]等が挙げられる。
なお、本明細書において、「少なくともSiを含む非磁性相」とは、Siを含む相のみから構成されていてもよいし、Siを含む相と、Siを含まない相とから構成されていてもよい。Siを含まない相としては、例えばSiを含まない結晶相等が挙げられる。
ホウケイ酸ガラスは、SiをSiO2に換算して70重量%以上、85重量%以下、BをB2O3に換算して10重量%以上、25重量%以下、アルカリ金属AをA2Oに換算して0.5重量%以上、5重量%以下、AlをAl2O3に換算して0重量%以上、5重量%以下の割合で含むことが好ましい。アルカリ金属AとしてはK、Na等が挙げられる。
なお、マーカーとしてKを使用する場合は、アルカリ金属AとしてはNaが好適である。
なお、積層方向に沿う断面は、後述する図2に示すような断面である。
フォルステライトに含まれる元素であるMg元素が存在する領域をフォルステライトが存在する領域として区別し、非磁性相の面積に対するフォルステライトが存在する領域の面積割合を測定することにより、非磁性相に含まれるフォルステライトの体積割合を求めることができる。
非磁性相の1.5体積%以上、20体積%以下がフォルステライトであると、積層体の強度が向上する。
コイルは、絶縁層とともに積層方向に積層された複数のコイル導体が電気的に接続されることにより形成される。
図2は、絶縁層、コイル導体及び連結導体、並びに、積層体の積層方向を模式的に示すものであり、実際の形状及び接続等を厳密には表していない。例えば、コイル導体はビア導体を介して接続されている。
積層体10には、コイル導体32が配置された領域と、第1連結導体41又は第2連結導体42が配置された領域とが存在する。積層体10の積層方向、及び、コイル30の軸方向(図2中、コイル軸Aを示す)は、第1主面13に対して平行である。
例えば、コイルの1ターンを構成するためのコイル導体の積層数が2、すなわち、繰り返し形状が1/2ターン形状であってもよい。
また、連結導体を構成するビア導体にランド部が接続されている場合には、ランド部を除いた形状(すなわちビア導体の形状)を連結導体の形状とする。
また、コイル導体の繰り返し形状は3/4ターン形状ではなく、1/2ターン形状であってもよい。
また、コイル長が0.49mm以上、0.55mm以下であることが好ましい。
コイル導体の厚みは、3.5μm以上、6.0μm以下であることが好ましい。コイル導体の厚みは図2に両矢印Tで示す寸法である。
コイル導体間の距離は、3.0μm以上、5.0μm以下であることが好ましい。コイル導体間の距離は図2に両矢印Dで示す寸法である。
積層体の第1主面を覆う部分の第1外部電極の長さ、第2外部電極の長さは、図2に両矢印E1で示す寸法である。
Fe2O3、ZnO、CuO、及び、NiOを所定の比率になるように秤量する。各酸化物には、不可避不純物が含まれていてもよい。次に、これらの秤量物を湿式で混合した後、粉砕することにより、スラリーを作製する。この際、Mn3O4、Bi2O3、Co3O4、SiO2、SnO2等の添加剤を添加してもよい。そして、得られたスラリーを乾燥させた後、仮焼成する。仮焼成温度については、例えば、700℃以上、800℃以下とする。仮焼成時間については、例えば、2時間以上、5時間以下とする。このようにして、磁性材料として、粉末状のフェライト材料を作製する。
非磁性材料の粉末を秤量する。ホウケイ酸ガラスとしてカリウム等のアルカリ金属、ホウ素、ケイ素、アルミニウムを所定の割合で含有するガラス粉末を準備する。また、フィラーとして、フォルステライト粉末を準備する。フィラーとして、石英粉末をさらに準備してもよい。
Ag粉末を準備し、所定量の溶剤(オイゲノール等)、樹脂(エチルセルロース等)、及び分散剤とともにプラネタリーミキサーで混錬した後、3本ロールミルで分散させることで内部導体用の導電性ペーストを作製する。
磁性材料及び非磁性材料を所定の比率になるように秤量する。次に、これらの秤量物と、ポリビニルブチラール系樹脂等の有機バインダと、エタノール、トルエン等の有機溶剤と、可塑剤と、等を混合した後、粉砕することにより、スラリーを作製する。そして、得られたスラリーをドクターブレード法等で、所定の厚みのシート状に成形した後、所定の形状、例えば矩形状に打ち抜くことにより、グリーンシートを作製する。
グリーンシートの厚さは20μm以上、30μm以下であることが好ましい。
磁性材料と非磁性材料の合計体積に対する磁性材料の体積割合が10体積%未満であると、積層体の強度が弱くなるおそれがある。
磁性材料と非磁性材料の合計体積に対する磁性材料の体積割合が80体積%を超えると、磁性材料と非磁性材料が焼結し難くなるおそれがある。
まず、グリーンシートの所定の箇所にレーザー照射を行うことにより、ビアホールを形成する。
コイルシート及びビアシートを、図3及び図4に相当する順序で積層方向に積層した後、熱圧着することにより、積層体ブロックを作製する。
まず、積層体ブロックをダイサー等で所定の大きさに切断することにより、個片化されたチップを作製する。
まず、Ag粉末と、Biを含むガラスとを含む導電性ペーストを、積層体の第1端面及び第2端面に塗工する。
以上により、積層型コイル部品が製造される。
複数の絶縁層が積層方向に積層されてなり内部にコイルが設けられた積層体と、前記積層体の表面に設けられて前記コイルに電気的に接続された外部電極とを有し、
前記積層体は、長さ方向に相対する第1端面及び第2端面と、前記長さ方向に直交する高さ方向に相対する第1主面及び第2主面と、前記長さ方向及び前記高さ方向に直交する幅方向に相対する第1側面及び第2側面と、を有し、
前記外部電極は、前記積層体の前記第1端面の少なくとも一部から前記第1主面の一部にわたって延在する第1外部電極と、前記積層体の前記第2端面の少なくとも一部から前記第1主面の一部にわたって延在する第2外部電極とを有し、
前記外部電極は、少なくともAg及びガラスを含む下地電極を有し、
前記外部電極及び前記積層体の間の界面から前記積層体へ前記ガラスが拡散した距離は、2.44μm以上、6.90μm以下である、積層型コイル部品。
前記積層体の積層方向及び前記コイルのコイル軸が前記第1主面に平行である、<1>に記載の積層型コイル部品。
前記ガラスは、少なくともBiを含み、
前記ガラスが拡散した距離は、Biが拡散した距離である、<1>又は<2>に記載の積層型コイル部品。
前記積層型コイル部品のサイズは、0603サイズ、0402サイズ又は1005サイズである<1>から<3>のいずれか1つに記載の積層型コイル部品。
前記絶縁層は、少なくともFe、Ni、Zn及びCuを含む磁性相と、少なくともSiを含む非磁性相とを有する、<1>から<4>のいずれか1つに記載の積層型コイル部品。
実施例1~6、及び、比較例1~3の積層型コイル部品用の積層体を、以下の方法で製造した。
Fe2O3が48.0mol%、ZnOが30.0mol%、NiOが14.0mol%、CuOが8.0mol%の比率になるように、主成分を秤量した。次に、これらの秤量物と、純水と、分散剤とを、PSZメディアとともにボールミルに入れて混合した後、粉砕することにより、スラリーを作製した。そして、得られたスラリーを乾燥させた後、800℃で2時間仮焼成した。このようにして、磁性材料として、粉末状のフェライト材料を作製した。
Si、B、K、Alを所定の割合で含むホウケイ酸ガラス粉末と、フィラーとしてのフォルステライト粉末及び石英粉末とを準備した。ホウケイ酸ガラス粉末とフォルステライト粉末と石英粉末とを、体積比でホウケイ酸ガラス:フォルステライト:石英=93:6:1の割合となるように秤量した。次に、これらの秤量物と、純水と、分散剤とを、PSZメディアとともにボールミルに入れて混合した後、粉砕することにより、スラリーを作製した。そして、得られたスラリーを乾燥させることで、粉末状の非磁性材料を作製した。
磁性材料及び非磁性材料の体積割合が、磁性材料:非磁性材料=60:40になるように、磁性材料及び非磁性材料を秤量した。次に、これらの秤量物と、有機バインダとしてのポリビニルブチラール系樹脂と、有機溶剤としてのエタノール及びトルエンとを、PSZメディアとともにボールミルに入れて混合した後、粉砕することにより、スラリーを作製した。そして、得られたスラリーをドクターブレード法で、所定の厚みのシート状に成形した後、所定の形状に打ち抜くことにより、グリーンシートを作製した。
Ag粉末と、所定量の溶剤(オイゲノール)と、樹脂(エチルセルロース)と、分散剤とをプラネタリーミキサーで混錬した後、3本ロールミルで分散させることで導電性ペーストを作製した。
グリーンシートの所定箇所にビアホールを形成し、導電性ペーストを充填してビア導体を形成した後、コイル導体パターンを印刷し、コイルシートを得た。
別途、グリーンシートの所定箇所にレーザーを照射することにより、ビアホールを形成した。ビアホールに導電性ペーストを充填してビア導体を形成してビアシートを得た。
コイルシート及びビアシートを、図3及び図4に相当する順序で積層方向に積層した後、熱圧着することにより、積層体ブロックを作製した。
積層体ブロックをダイサーで切断して個片化することにより、個片化されたチップを作製した。続いて、個片化されたチップを910℃で4時間焼成して積層体とした。積層体には、磁性相と、非磁性相とが形成された。
Ag粉末と、Biを含むガラスとを含有する外部電極用の導電性ペーストを塗膜形成槽に流し込み、所定厚みの塗膜が形成されるようにした。この塗膜に、積層体の外部電極を形成する箇所を浸漬した。
浸漬後、大気中にて後に示す表1の温度で1時間焼き付けることで、外部電極の下地電極を形成した。下地電極の厚みは略5μmとした。
焼き付け後の下地電極において、Bi及びSiとの重量比は、それぞれBi2O3及びSiO2に換算して、Bi(Bi2O3):Si(SiO2)=0.0001~1:1であった。
続いて、電解めっきで、下地電極の上にめっき電極としてニッケル被膜及びスズ被膜を順次形成して、外部電極を形成した。
作製した積層型コイル部品のサイズは、長さ方向における寸法が0.6mm、高さ方向における寸法が0.3mm、幅方向における寸法が0.3mmであった。
図5は、ガラス(Bi)の拡散距離の測定方法を説明するための模式図である。作製した試料(実施例1~6、及び、比較例1~3の積層型コイル部品)の幅方向(z方向)が垂直になるように立てて、試料の周囲を樹脂で固めた。研磨機で試料の幅方向に、幅方向の略中央部が露出する深さまで研磨を行った。得られた試料の断面について、波長分散型X線分析法(WDX)を用いて、次のようにして外部電極の下地電極に含まれるガラス、ここではガラスの一成分であるBiが、外部電極及び積層体の間の界面から拡散した距離を測定した。すなわち、図5に示すように、x方向は外部電極120(下地電極120a)と積層体110の界面(10μmの位置)を挟んで、外部電極120側略0μmの位置から、積層体110側略20μmの位置までの20μm区間、y方向は積層体110の底面から略20μmの位置までの20μm区間の正方形領域をBi元素の線分析を行った。詳細には、前述の正方形領域を256×256の単位正方形領域に分割し、単位正方形ごとにBi元素の検出量を測定した。そして、x方向の1単位正方形おきに、y方向の256単位正方形分のBi元素の検出量の平均値をとることでx方向のBi元素の検出量と定義する。なお、y方向の測定領域は、外部電極及び積層体の間の界面が存在する範囲に限る。界面が存在しないy方向の範囲は測定結果から除外する。そして、界面からX線強度が平坦(バックグランド)になる位置までをガラス(Bi)が拡散した距離とした。ここで、x方向のBi元素の検出量の5点移動平均値を算出し、+x方向(外部電極から積層体に向かう方向)において3点連続で前の点との差が初めて3%以内となった点をバックグランドとする。結果を下記表1に示した。
なお、界面の位置は、チップ断面の観察像から判別ができる。界面の位置は当然、x方向にも幅がある(変動する)場合がほとんどであるが、その場合は各y座標値で判別された界面のx座標値の平均を取得すればよい。例えば、チップ断面画像を上述のWDXによるBi元素の検出と同じ単位正方形領域(縦横20μmの正方形領域を256×256に分割した領域)に分割して画像解析し、各y座標値で判別された界面のx座標値の平均を算出するのが好ましい。
今回の測定においては、界面の位置とX線強度のピーク位置が一致したため、便宜上X線強度がピークを示す位置を下地電極と積層体間の界面の位置とした。
作製した試料(実施例1~6、及び、比較例1~3の積層型コイル部品)をそれぞれ15個準備し、各試料をガラスエポキシ基板に実装し、接合強度試験機ボンドテスターを用いて固着力の測定を行った。その結果をワイブルプロットし、破壊確率が1%となる固着力を求めた。また、評価した試料15個について、故障モードを評価し、どのモードが支配的かを評価した。故障モードは、積層体-下地電極(Ag)間での破壊、下地電極(Ag)-めっき電極間での破壊、外部電極周辺の積層体での破壊、フィレットでの破壊に分けた。結果を下記表1に示した。
なお、実施例1~6、及び、比較例1~3において、それぞれガラス(Bi)の拡散距離については、試料15個の平均値である。
10、110 積層体
11 第1端面
12 第2端面
13 第1主面
14 第2主面
15 第1側面
16 第2側面
21 第1外部電極
22 第2外部電極
30 コイル
31、31a、31b、31c、31d、35a、35a1、35a2、35a3、35a4、35b、35b1、35b2、35b3、35b4 絶縁層
32、32a、32b、32c、32d コイル導体
33a、33b、33c、33d、33p、33q ビア導体
36a、36b、36c、36d ライン部
37a、37b、37c、37d ランド部
41 第1連結導体
42 第2連結導体
120 外部電極
120a 下地電極
Claims (5)
- 複数の絶縁層が積層方向に積層されてなり内部にコイルが設けられた積層体と、前記積層体の表面に設けられて前記コイルに電気的に接続された外部電極とを有し、
前記積層体は、長さ方向に相対する第1端面及び第2端面と、前記長さ方向に直交する高さ方向に相対する第1主面及び第2主面と、前記長さ方向及び前記高さ方向に直交する幅方向に相対する第1側面及び第2側面と、を有し、
前記外部電極は、前記積層体の前記第1端面の少なくとも一部から前記第1主面の一部にわたって延在する第1外部電極と、前記積層体の前記第2端面の少なくとも一部から前記第1主面の一部にわたって延在する第2外部電極とを有し、
前記外部電極は、少なくともAg及びガラスを含む下地電極を有し、
前記外部電極及び前記積層体の間の界面から前記積層体へ前記ガラスが拡散した距離は、2.44μm以上、6.90μm以下である、積層型コイル部品。 - 前記積層体の積層方向及び前記コイルのコイル軸が前記第1主面に平行である、請求項1に記載の積層型コイル部品。
- 前記ガラスは、少なくともBiを含み、
前記ガラスが拡散した距離は、Biが拡散した距離である、請求項1又は2に記載の積層型コイル部品。 - 前記積層型コイル部品のサイズは、0603サイズ、0402サイズ又は1005サイズである請求項1又は2に記載の積層型コイル部品。
- 前記絶縁層は、少なくともFe、Ni、Zn及びCuを含む磁性相と、少なくともSiを含む非磁性相とを有する、請求項1又は2に記載の積層型コイル部品。
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