(57)【特許請求の範囲】
【請求項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、ガラスセラミックスからなる非晶質のコイル部配置層と、
前記コイル部配置層を補強する、ガラスセラミックスからなる結晶質の補強層と、
前記コイル部配置層と前記補強層との間に形成され、他の部分よりも高い空孔率を有する応力緩和層と、を備え、
前記補強層のＫ２Ｏの含有率は、前記コイル部配置層のＫ２Ｏの含有率よりも小さいことを特徴とする積層型コイル部品。
【請求項２】
前記応力緩和層の空孔率は、８〜３０％であることを特徴とする請求項１記載の積層型コイル部品。
【請求項３】
前記コイル部配置層は、０．７〜１．２重量％のＫ２Ｏを含有することを特徴とする請求項１又は２記載の積層型コイル部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積層型コイル部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２９７５３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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。高いＱ値が得られるとしても、素体の強度が弱い場合は、応力や衝撃によって割れや欠けが生じるという問題がある。
【０００５】
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、かつ、応力に強い積層型コイル部品を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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）。
【０００７】
ここで、本発明者らは、素体を非晶質とした場合、素体の強度が弱くなってしまい、外的応力や衝撃によって割れや欠けが生じてしまうという問題があることを見出した。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。
【０００８】
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、ガラスセラミックスからなる非晶質のコイル部配置層と、コイル部配置層を補強する、ガラスセラミックスからなる結晶質の補強層と、コイル部配置層と補強層との間に形成され、他の部分よりも高い空孔率を有する応力緩和層と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
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補強する補強層と、を有している。コイル部配置層は、ガラスセラミックスからなる非晶質の層であるため、内部に配置される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、補強層はガラスセラミックスからなる結晶質の層であるため、非晶質のコイル部配置層を補強することができる。更に、素体は、コイル部配置層と補強層との間に応力緩和層を備えている。この応力緩和層は、他の部分よりも高い空孔率を有しているため、コイル部配置層と補強層との間で素体に作用する応力を緩和することができる。以上によって、積層型コイル部品のＱ値を向上させることができ、かつ、応力に対して強くすることができる。
【００１０】
また、本発明に係る積層型コイル部品において、応力緩和層の空孔率は、８〜３０％であることが好ましい。応力緩和層の空孔率を当該範囲とすることで、十分な応力緩和性能を確保することができる。また、空孔率が高すぎる場合は、吸湿による経年劣化や強度が不足するが、応力緩和層の空孔率を３０％以下としておくことで、経年劣化や強度不足を抑制することができる。
【００１１】
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、０．７〜１．２重量％のＫ２Ｏを含有することが好ましい。これによって、低温で焼結することができ、コイル部配置層を非晶質とすることができる。
【００１２】
また、本発明に係る積層型コイル部品において、補強層のＫ２Ｏの含有率は、前記コイル部配置層のＫ２Ｏの含有率よりも小さいことが好ましい。これにより、コイル部配置層から補強層へＫが拡散することにより、コイル部配置層における境界部分付近に応力緩和層を形成することができる。
【発明の効果】
【００１３】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】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２】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。
【図３】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。
【図４】応力緩和層が形成される様子を示す模式図、及び各層の様子を示す拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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の大きさは、長さ０．３〜１．７ｍｍ、幅０．１〜０．９ｍｍ、高さ０．１〜０．９ｍｍ程度に設定されている。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補強層２Ｂと、コイル部配置層２Ａと補強層２Ｂとの間に形成される応力緩和層２Ｃと、を備えている。コイル部配置層２Ａは、ガラスセラミックスからなる非晶質の層である。コイル部配置層２Ａの厚さは、０．１ｍｍ以上に設定されている。補強層２Ｂは、ガラスセラミックスからなる結晶質の層である。補強層２Ｂは、非晶質のコイル部配置層２Ａの強度を補強する機能を有している。また、補強層２Ｂは、コイル部配置層２Ａの焼結時の形状を保つ機能も有している。補強層２Ｂの厚さは、５μｍ以上に設定されている。応力緩和層２Ｃは、内部に多数の空孔を有するセラミックスからなる層である。応力緩和層２Ｃは、素体２に作用する応力を緩和する機能を有している。応力緩和層２Ｃの厚さは、１０〜２５μｍ程度に設定されている。補強層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。また、応力緩和層２Ｃは、コイル部配置層２Ａと補強層２Ｂとの間において、端面２ａ及び端面２ｂの全面を覆うように形成されている。
【００１８】
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、ＳｉＯ２が８６．７〜９２．５重量％、Ｂ２Ｏ３が６．２〜１０．７重量％、Ｋ２Ｏが０．７〜１．２重量％、Ａｌ２Ｏ３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ＳｉＯ２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Ａｌ２Ｏ３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。コイル部配置層２Ａが、０．７〜１．２重量％のＫ２Ｏを含有することによって、低温（８００〜９５０℃）で焼結され、コイル部配置層２Ａを非晶質層にすることができる。なお、ＭｇＯ、ＣａＯを１．０重量％以下含有してもよい。
【００１９】
補強層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、補強層２Ｂは、焼成後において、ＳｉＯ２が２３〜４２重量％、Ｂ２Ｏ３が０．２５〜３．５重量％、Ａｌ２Ｏ３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（すなわち補強層２Ｂ全体の７．５〜３１．５重量％）がＳｒＯである。
【００２０】
応力緩和層２Ｃは、コイル部配置層２Ａ及び補強層２Ｂに比して、高い空孔率を有したセラミックの層である。応力緩和層２Ｃの空孔率は、８〜３０％であることが好ましく、１０〜２５％であることがより好ましい。応力緩和層２Ｃの空孔率を当該範囲とすることで、十分な応力緩和性能を確保することができる。また、空孔率が高すぎる場合は、吸湿による経年劣化や強度が不足するが、応力緩和層２Ｃの空孔率を３０％以下、より好ましくは２５％以下としておくことで、経年劣化や強度不足を抑制することができる。なお、「空孔率」とは、焼成後のセラミック破断面のＳＥＭ像を、画像解析を用いて、観察視野の応力緩和層２Ｃに示す空孔の割合（観察視野全体の面積に対する、空孔が占めている面積）を算出することによって定められる値である。
【００２１】
具体的に、応力緩和層２Ｃは、コイル部配置層２Ａを構成する非晶質のセラミックの層が内部に多数の空孔を有することによって形成される。上述の組成を有するコイル部配置層２Ａのセラミックグリーンシートと、上述の組成を有する補強層２Ｂのセラミックグリーンシートを積層して焼成すると、図４（ａ）に示すように、両層の境界付近において、ＫやＢ等の拡散が起きる。すなわち、コイル部配置層２ＡのＫやＢ等の成分（図中Ｍで示す）が、当該コイル部配置層２Ａに比してそれらの成分が少ない補強層２Ｂへ拡散する。これにより、境界付近における非晶質の層でのＫやＢ等の成分が減少することで組成のバランスが崩れ、当該領域が十分に焼結されない。このように十分な焼結が起きないことにより、当該領域での粒成長が十分に行われないこととなり、その結果として図４（ｂ）に示すような空孔Ｈが形成される。応力緩和層２Ｃの空孔率の調整は、境界部分におけるコイル部配置層２Ａのセラミックグリーンシート及び補強層２Ｂのセラミックグリーンシートの成分調整を行うことによって行われる。なお、両セラミックグリーンシートの成分調整を行うことにより、補強層２Ｂからコイル部配置層２ＡにＫやＢ等の成分が拡散するようにし、補強層２Ｂを構成する結晶質のセラミックスの層に空孔を形成して応力緩和層２Ｃを形成してもよい。ただし、補強層２ＢのＫ２Ｏの含有率は、コイル部配置層２ＡのＫ２Ｏの含有率よりも小さくし、コイル部配置層２Ａ側に応力緩和層２Ｃを形成するようにすることが好ましい。
【００２２】
なお、応力緩和層２Ｃを形成するための方法は、上述のようにコイル部配置層２Ａのセラミックグリーンシート及び補強層２Ｂのセラミックグリーンシートの成分調整による方法以外の方法を採用してもよい。例えば、コイル部配置層２Ａのセラミックグリーンシートと、補強層２Ｂのセラミックグリーンシートとの間に、樹脂の粒を含んだグリーンシートを介在させてもよい。このグリーンシートでは、焼成によって樹脂の粒が焼失して空孔となる。これにより、当該グリーンシートの部分が応力緩和層２Ｃとなる。なお、このときのグリーンシートの成分は特に限定されない。あるいは、境界部分におけるコイル部配置層２Ａのセラミックグリーンシート（絶縁体ペースト）及び／または補強層２Ｂのセラミックグリーンシート（絶縁体ペースト）の樹脂量を多くしておいてもよい。これにより、当該部分では樹脂が多いために焼成によって空孔が形成され、応力緩和層２Ｃとなる。なお、樹脂量を多くして空孔を形成する場合、樹脂量はセラミック粉重量に対して２０〜３０重量％とすることが好ましい。
【００２３】
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、補強層２Ｂ及び応力緩和層２Ｃ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も補強層２Ｂ及び応力緩和層２Ｃ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、補強層２Ｂ及び応力緩和層２Ｃから離間しており、当該コイル部３と補強層２Ｂ及び応力緩和層２Ｃ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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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、補強層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。なお、コイル部配置層２Ａのセラミックグリーンシートと補強層２Ｂのセラミックグリーンシートの境界付近のみ、応力緩和層２Ｃが形成されやすいように別途の組成にて調整してもよい。
【００２７】
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。
【００２８】
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、補強層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、その上から補強層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補強層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。
【００２９】
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、補強層２Ｂの軟化点または融点未満に設定する。このとき、補強層２Ｂはコイル部配置層２Ａの形状を保つ。また、焼成中には応力緩和層２Ｃに対応する領域では、他の部分に比して十分な焼結が行われないことにより十分な粒成長が起こらず、これによって空孔が形成される。これにより、非晶質のコイル部配置層２Ａ、結晶質の補強層２Ｂ、及び高い空孔率の応力緩和層２Ｃが形成される。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
ここで、本発明者らは、素体を非晶質とした場合、素体の強度が弱くなってしまい、外的応力や衝撃によって割れや欠けが生じてしまうという問題があることを見出した。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１の構成を見出すに至った。
【００３５】
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を補強する補強層２Ｂと、を有している。コイル部配置層２Ａは、ガラスセラミックスからなる非晶質の層であるため、内部に配置されるコイル導体４，５の表面の平滑性を向上させることができ、これにより積層型コイル部品１のＱ値を上げることができる。また、補強層２Ｂは結晶質の層であるため、非晶質のコイル部配置層２Ａを補強することができる。更に、素体２は、コイル部配置層２Ａと補強層２Ｂとの間に応力緩和層２Ｃを備えている。この応力緩和層２Ｃは、他の部分よりも高い空孔率を有しているため、コイル部配置層２Ａと補強層２Ｂとの間で素体２に作用する応力を緩和することができる。以上によって、積層型コイル部品１のＱ値を向上させることができ、かつ、応力に対して強くすることができる。
【００３６】
なお、本実施形態では、コイル部配置層２Ａは完全な非晶質ではなくアルミナ成分が少量（０．５〜２．５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。
【００３７】
本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。
【００３８】
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。
【００３９】
また、上述の実施形態では、コイル部配置層２Ａが積層方向両側から一対の補強層２Ｂ及び応力緩和層２Ｃで挟まれていたが、何れか一方のみに、補強層２Ｂ及び応力緩和層２Ｃが形成されていてもよい。あるいは、積層方向両側に一対の補強層２Ｂが形成されている一方、応力緩和層２Ｃは、積層方向の何れか一方のみに形成されていてもよい。
【符号の説明】
【００４０】
１…積層型コイル部品、２…素体、２Ａ…コイル部配置層、２Ｂ…補強層、２Ｃ…応力緩和層、３…コイル部、４,５…コイル導体、６…外部導体。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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