(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、前記基板上に設けられた平面コイル用の導体パターンとを有するコイル部と、
前記コイル部を覆う金属磁性粉含有樹脂と
を備え、
前記金属磁性粉含有樹脂には平均粒径の異なる３種類以上の金属粉が含まれており、
前記金属磁性粉含有樹脂に含まれる金属粉のうち、最小の平均粒径を有する金属粉の少なくとも一部は絶縁コーティングされておらず、残りの金属粉は絶縁コーティングされており、前記金属磁性粉含有樹脂に含まれる金属粉のうち、最大の平均粒径を有する金属粉および二番目に大きな平均粒径を有する金属粉は絶縁コーティングされており、
前記最小の平均粒径を有する金属粉は、構成材料の異なる複数種類の金属粉で構成されている、コイル部品。
【請求項２】
前記最小の平均粒径を有する金属粉がＦｅ粉とＮｉ粉とで構成されている、請求項１に記載のコイル部品。
【請求項３】
前記最小の平均粒径を有する金属粉のうち、前記Ｎｉ粉を絶縁コーティングしている、
請求項２に記載のコイル部品。
【請求項４】
前記残りの金属粉がガラスコーティングされている、請求項１〜３のいずれか一項に記載のコイル部品。
【請求項５】
前記金属磁性粉含有樹脂に含まれる金属粉が、平均粒径の異なる３種類の金属粉で構成されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載のコイル部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コイル部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、表面実装型の平面コイル素子等のコイル部品が、民生用機器、産業用機器等の電気製品に幅広く利用されている。中でも小型携帯機器においては、機能の充実化に伴い、各々のデバイスを駆動させるために単一の電源から複数の電圧を得る必要が生じてきている。そこで、このような電源用途等にも表面実装型の平面コイル素子が使用されている。
【０００３】
このようなコイル部品は、たとえば下記特許文献１に開示されている。この文献に開示されたコイル部品は、コイル導体と、コイル導体を覆う金属磁性粉含有樹脂とを備えており、金属磁性粉含有樹脂が平均粒径の異なる３種類の金属粉（第１の磁性粉、第２の磁性粉および第３の磁性粉）を含んでいる。このようなコイル部品によれば、中径の第２の磁性粉が金属粉間の距離を縮めることで、透磁率を向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−６０２８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したようなコイル部品において、素体の絶縁性をより高めたりコアロスをより低下させたりするために、金属粉を絶縁コーティングすることが考えられる。しかしながら、この場合には磁束密度の低下により透磁率の低下を招く。
【０００６】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、金属磁性粉含有樹脂の絶縁性向上およびコアロス低下を図りつつ、透磁率の低下が抑制された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】
【０００７】
本発明の一側面に係るコイル部品は、基板と、基板上に設けられた平面コイル用の導体パターンとを有するコイル部と、コイル部を覆う金属磁性粉含有樹脂とを備え、金属磁性粉含有樹脂には平均粒径の異なる３種類以上の金属粉が含まれており、金属磁性粉含有樹脂に含まれる金属粉のうち、最小の平均粒径を有する金属粉の少なくとも一部は絶縁コーティングされておらず、残りの金属粉は絶縁コーティングされている。
【０００８】
このようなコイル部品においては、金属磁性粉含有樹脂に含まれる平均粒径の異なる３種類以上の金属粉のうち、最小の平均粒径を有する金属粉の少なくとも一部は、絶縁コーティングされていない。発明者らは、最小の平均粒径を有する金属粉が透磁率に大きく影響し、最小の平均粒径を有する金属粉の少なくとも一部に絶縁コーティングしないことにより、透磁率の低下が抑制されることを新たに見出した。一方、残りの金属粉については絶縁コーティングをすることで、金属磁性粉含有樹脂の絶縁性向上およびコイルのコアロス低下が図られている。
【０００９】
また、最小の平均粒径を有する金属粉は、構成材料の異なる複数種類の金属粉で構成されている態様であってもよい。
【００１０】
また、最小の平均粒径を有する金属粉がＦｅ粉とＮｉ粉とで構成されている態様であってもよい。さらに、最小の平均粒径を有する金属粉のうち、Ｎｉ粉を絶縁コーティングしている態様であってもよい。
【００１１】
また、残りの金属粉には絶縁コーティングとしてガラスコーティングがされている態様であってもよい。
【００１２】
また、金属磁性粉含有樹脂に含まれる金属粉が、平均粒径の異なる３種類の金属粉で構成されている態様であってもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の一側面によれば、金属磁性粉含有樹脂の絶縁性向上およびコアロス低下を図りつつ、透磁率の低下が抑制されたコイル部品が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る平面コイル素子の概略斜視図である。
【図２】図２は、図１に示す平面コイル素子の分解図である。
【図３】図３は、図１に示す平面コイル素子のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【図４】図４は、図１に示す平面コイル素子のＩＶ−ＩＶ線断面図である。
【図５】図５は、図１に示す平面コイル素子の樹脂中に含まれる金属磁性粉の状態を示した図である。
【図６】図６は、平均粒径の異なる３種類の金属磁性粉を示した図である。
【図７】図７は、ガラスコーティングされている金属磁性粉の状態を示した図である。
【図８】図８は、ガラスコーティングされていない金属磁性粉の状態を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
【００１６】
まず、本発明の実施形態に係るコイル部品の一種である平面コイル素子の構造について、図１〜４を参照しつつ説明する。説明の便宜上、図示のようにＸＹＺ座標を設定する。すなわち、平面コイル素子の厚さ方向をＺ方向、外部端子電極の対面方向をＸ方向、Ｚ方向とＸ方向とに直交する方向をＹ方向と設定する。
【００１７】
平面コイル素子１０は、直方体形状を呈する本体部１２と、本体部１２の対向する一対の端面１２ａ、１２ｂを覆うようにして設けられた一対の外部端子電極１４Ａ、１４Ｂとによって構成されている。平面コイル素子１０は、一例として、長辺２．５ｍｍ、短辺２．０ｍｍ、高さ０．８〜１．０ｍｍの寸法で設計される。
【００１８】
本体部１２は、基板１６と、基板１６の上下両面に設けられた平面空芯コイル用の導体パターン１８Ａ、１８Ｂとを有するコイル部１９を含んでいる。
【００１９】
基板１６は、非磁性の絶縁材料で構成された平板矩形状の部材である。基板１６の中央部分には、略円形の開口１６ａが設けられている。基板１６としては、ガラスクロスにシアネート樹脂（ＢＴ（ビスマレイミド・トリアジン）レジン：登録商標）が含浸された基板で、板厚６０μｍのものを用いることができる。なお、ＢＴレジンのほか、ポリイミド、アラミド等を用いることもできる。基板１６の材料としては、セラミックやガラスを用いることもできる。基板１６の材料としては、大量生産されているプリント基板材料が好ましく、特にＢＴプリント基板、ＦＲ４プリント基板、あるいはＦＲ５プリント基板に用いられる樹脂材料が最も好ましい。
【００２０】
導体パターン１８Ａ、１８Ｂはいずれも平面空芯コイルとなる平面渦巻状パターンであり、Ｃｕなどの導体材料でめっき形成されている。なお、導体パターン１８Ａ、１８Ｂの表面は、図示しない絶縁樹脂によりコーティングされている。導体パターン１８Ａ、１８Ｂの巻線Ｃは、たとえば、高さ８０〜２６０μｍ、幅４０〜２６０μｍ、巻線間隔５〜３０μｍとなっている。
【００２１】
導体パターン１８Ａは、基板１６の上面の上に設けられ、導体パターン１８Ｂは、基板１６の下面の上に設けられている。導体パターン１８Ａ、１８Ｂは、基板１６を挟んでおおよそ重畳しており、いずれも基板１６の開口１６ａを囲むように配置されている。それにより、基板１６の開口１６ａと導体パターン１８Ａ、１８Ｂの空芯部分とにより、コイル部１９の貫通孔（磁芯部２１）が画成されている。
【００２２】
導体パターン１８Ａと導体パターン１８Ｂとは、磁芯部２１近傍（すなわち、開口１６ａ近傍）の基板１６に貫設されたビアホール導体２２によって、互いに電気的に接続されている。また、基板上面の導体パターン１８Ａは、上面側から見て外側に向かう方向に沿って左回転の渦巻きであり、基板下面の導体パターン１８Ｂは、下面側から見て、外側に向かう方向に沿って左回転の渦巻きであるため、ビアホール導体２２で接続された導体パターン１８Ａ、１８Ｂには一方向に電流を流すことができる。このような導体パターン１８Ａ、１８Ｂにおいては、一方向に電流を流したときに導体パターン１８Ａと導体パターン１８Ｂとで電流の流れる回転方向が同一となるため、双方の導体パターン１８Ａ、１８Ｂで発生する磁束が重畳して強め合う。
【００２３】
また、本体部１２は、コイル部１９を囲う金属磁性粉含有樹脂２０を含んでいる。金属磁性粉含有樹脂２０の樹脂材料としては、たとえば熱硬化性のエポキシ樹脂が用いられる。金属磁性粉含有樹脂２０は、コイル部１９の上側から、導体パターン１８Ａとともに基板１６の上面を一体的に覆うとともに、コイル部１９の下側から、導体パターン１８Ｂとともに基板１６の下面を一体的に覆っている。さらに、金属磁性粉含有樹脂２０は、コイル部１９の磁芯部２１である貫通孔にも充填されている。
【００２４】
金属磁性粉含有樹脂２０には、図５に示すように、平均粒径の異なる３種類の金属磁性粉３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃが分散されている。以下、説明の便宜上、最大の平均粒径を有する金属磁性粉を第１の金属磁性粉３０Ａ、中間の平均粒径を有する金属磁性粉を第２の金属磁性粉３０Ｂ、最小の平均粒径を有する金属磁性粉を第３の金属磁性粉３０Ｃと称す。
【００２５】
第１の金属磁性粉３０Ａは、図６（ａ）に示すように、粉体３２Ａと、粉体３２Ａの表面を覆うガラスコーティング３４Ａとで構成されている。粉体３２Ａは、たとえば、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ合金や鉄ニッケル合金（パーマロイ合金）で構成されている。第１の金属磁性粉３０Ａの平均粒径（Ｄ５０：メディアン径）は、一例として３０μｍであり、１０〜１００μｍの範囲であることが好ましい。また、金属磁性粉含有樹脂２０中の第１の金属磁性粉３０Ａの含有量は６０〜８０ｗｔ％の範囲となるように設計されている。
【００２６】
第２の金属磁性粉３０Ｂも、第１の金属磁性粉３０Ａ同様、図６（ｂ）に示すように、粉体３２Ｂと、粉体３２Ｂの表面を覆うガラスコーティング３４Ｂとで構成されている。粉体３２Ｂは、たとえば、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ合金や鉄（カルボニル鉄）で構成されている。第２の金属磁性粉３０Ｂの平均粒径（Ｄ５０）は、一例として３μｍであり、１〜１０μｍの範囲であることが好ましい。また、金属磁性粉含有樹脂２０中の第２の金属磁性粉３０Ｂの含有量は５〜２０ｗｔ％の範囲となるように設計されている。
【００２７】
第３の金属磁性粉３０Ｃは、図６（ｃ）に示すように、コーティングされていない粉体３２Ｃを含んでいる。粉体３２Ｃは、たとえば、鉄（カルボニル鉄）で構成されている。本実施形態では、第３の金属磁性粉３０Ｃは、さらに、第１の金属磁性粉３０Ａや第２の金属磁性粉３０Ｂと同様にガラスコーティングされたＮｉ粉を含んでいる。第３の金属磁性粉３０Ｃの平均粒径（Ｄ５０）は、一例として１μｍであり、０．３〜３μｍの範囲であることが好ましい。また、金属磁性粉含有樹脂２０中の第３の金属磁性粉３０Ｃの含有量は５〜２０ｗｔ％の範囲となるように設計されている。
【００２８】
なお、第１の金属磁性粉３０Ａ、第２の金属磁性粉３０Ｂおよび第３の金属磁性粉３０Ｃの混合比が、重量比で６：１：１となるように設計されている。
【００２９】
一対の外部端子電極１４Ａ、１４Ｂは、素子搭載基板の回路に接続するための電極であり、上述した導体パターン１８Ａ、１８Ｂに接続されている。より具体的には、本体部１２の端面１２ａを覆う外部端子電極１４Ａは、その端面１２ａに露出する導体パターン１８Ａの端部と接続され、端面１２ａと対面する端面１２ｂを覆う外部端子電極１４Ｂは、その端面１２ｂに露出する導体パターン１８Ｂの端部と接続される。そのため、外部端子電極１４Ａ、１４Ｂの間に電圧を印加すると、たとえば、導体パターン１８Ａから導体パターン１８Ｂへと流れる電流が生じる。
【００３０】
本実施形態では、外部端子電極１４Ａ、１４Ｂはいずれも、端面に樹脂電極材料を塗布した後、その樹脂電極材料に金属めっきを施すことにより形成されている。外部端子電極１４Ａ、１４Ｂの金属めっきには、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ａｕ、はんだ等を用いることができる。
【００３１】
上述したとおり、平面コイル素子１０の金属磁性粉含有樹脂２０には、平均粒径の異なる３種類以上の金属粉３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃが含まれている。そして、第３の金属磁性粉３０Ｃの一部（すなわち、Ｆｅ粉）はガラスコーティングされておらず、残りの金属磁性粉（すなわち、第１の金属磁性粉３０Ａ、第２の金属磁性粉３０Ｂ、第３の金属磁性粉３０ＣのＮｉ粉）はガラスコーティングされている。
【００３２】
図７は、金属磁性粉含有樹脂２０に含まれる金属磁性粉４０が平均粒径の異なる３種類の金属磁性粉４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃからなり、全ての金属磁性粉がガラスコーティングされた場合を示しており、図８は、金属磁性粉含有樹脂２０に含まれる金属磁性粉５０が、平均粒径の異なる３種類の金属磁性粉５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃからなり、全ての金属磁性粉がガラスコーティングされていない場合を示している。
【００３３】
図７に示した金属磁性粉４０では、各金属磁性粉４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃの表面を覆うガラスコーティングにより、図８に示した金属磁性粉５０に比べて、樹脂２０（素体）の絶縁性を向上させることができるとともに、コイル部１９のコアロスを低下させることができる。一方、図８に示すように、金属磁性粉５０では、互いの金属磁性粉同士が接触することで、導通経路が形成されやすく、樹脂２０（素体）の絶縁性が低い。
【００３４】
ただし、図７に示した金属磁性粉４０では、各金属磁性粉４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃの表面を覆うガラスコーティングにより、図８に示した金属磁性粉５０に比べて、透磁率が低下する。これは、金属磁性粉４０のうちの最小の平均粒径を有する第３の金属磁性粉４０Ｃが透磁率に大きく影響し、その金属磁性粉４０Ｃがガラスコーティングされていることで、透磁率の低下が招かれていると考えられる。
【００３５】
そこで、発明者らは、図５、６に示したように、金属磁性粉３０のうち、最小の平均粒径を有する第３の金属磁性粉３０Ｃの少なくとも一部については、選択的に、ガラスコーティングがない粉体３２Ｃで構成し、それにより透磁率の低下を抑制することを新たに見出した。
【００３６】
すなわち、上述したコイル部品（平面コイル素子）１０においては、金属磁性粉３０のうち、最小の平均粒径を有する第３の金属磁性粉３０Ｃの少なくとも一部に、コーティングしないことで透磁率の低下を抑制している。一方、残りの金属粉についてはガラスコーティングをすることで、金属磁性粉含有樹脂２０の絶縁性向上およびコイルのコアロス低下を図っている。
【００３７】
その上、ガラスコーティングされていない金属磁性粉３０Ｃについては、ガラスコーティングの厚さ分だけ径の縮小が図られており、寸法が小さい。そのため、より大きな径の第１の金属磁性粉３０Ａおよび第２の金属磁性粉３０Ｂの間に入り込みやすく、その結果、金属磁性粉の充填率向上が図られる。
【００３８】
なお、本発明は上述した実施形態に限らず、様々な変形が可能である。
【００３９】
たとえば、第１の金属磁性粉および第２の金属磁性粉の構成材料は、鉄ニッケル合金（パーマロイ合金）の他に、アモルファス、ＦｅＳｉＣｒ系合金、センダスト等であってもよい。また、第３の金属磁性粉は、必ずしも構成材料の異なる複数種類の金属粉で構成する必要はなく、単一種類の金属粉（たとえばＦｅのみ）で構成していてもよい。この場合、単一種類の金属粉の全部を絶縁コーティングしない態様や、単一種類の金属粉の一部のみ絶縁コーティングしない態様があり得る。
【００４０】
さらに、絶縁コーティングはガラスコーティングに限らず、樹脂コーティング等を採用することができる。また、金属磁性粉含有樹脂が平均粒径の異なる３種類の金属粉を含む態様以外に、金属磁性粉含有樹脂が平均粒径の異なる４種類以上の金属粉を含む態様であってもよい。この場合にも、最小の平均粒径を有する金属粉の少なくとも一部を絶縁コーティングしないことで、上述した実施形態と同様の作用効果を奏する。
【符号の説明】
【００４１】
１０…平面コイル素子、１４Ａ、１４Ｂ…外部端子電極、１６…基板、１８Ａ、１８Ｂ…導体パターン、１９…コイル部、２０…金属磁性粉含有樹脂、２１…磁芯部、３０、４０、５０…金属磁性粉、３０Ａ、４０Ａ、５０Ａ…第１の金属磁性粉、３０Ｂ、４０Ｂ、５０Ｂ…第２の金属磁性粉、３０Ｃ、４０Ｃ、５０Ｃ…第３の金属磁性粉、３４Ａ、３４Ｂ…ガラスコーティング。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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