CN101390176B - 层叠部件及使用此部件的模块 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种层叠部件，其特征在于，交替地层叠磁性体层及线圈图案且按在层叠方向上连接上述线圈图案来构成线圈，在与上述线圈图案相接触的区域中设置多个磁隙层。

Description

层叠部件及使用此部件的模块
技术领域
本发明涉及一种层叠线圈图案和磁性体构成磁性回路的层叠部件，特别地涉及一种安装有下述部分等的模块(复合部件)等的层叠部件，即在磁性回路的磁路中设置了非磁性或低导磁率的磁隙层的层叠电感器(inductor)、设置用于安装半导体元件的铁氧体基板、半导体元件和其它的电抗器元件等。 
背景技术
便携式的各种电子设备(便携式电话、便携式信息终端PDA、笔记本型个人计算机、便携式音乐/视频播放机、数字照相机、数字录像机等)，通常使用电池作为电源，具备将电源电压转换成工作电压的DC-DC转换器。DC-DC转换器通常由包含在印刷基板上作为分立电路配置的开关元件、控制电路的半导体集成电路(有源元件)、电感器(无源元件)等构成。 
基于电子设备的小型化的要求，就会日益提高DC-DC转换器的开关频率，目前已超过1MHz。此外，由于随着高速化及高功能化正推进工作电压的降低及高电流化，所以在CPU等半导体器件中就要求DC-DC转换器低电压化及高电流化。 
要求在DC-DC转换器等电源电路中使用的无源元件小型化、低背化及与有源元件的复合化。作为无源元件之一的电感器，虽然过去大多一直使用在磁芯上卷绕导线的绕线型，但在小型化中存在局限。此外，由于随着高频化，需要更低的电感值，所以在单片电路中就可以使用闭磁路结构的层叠部件。 
作为层叠部件的一个实例，通过一体地层叠印刷了线圈图案的磁体(铁氧体)片后，进行焙烧来制作层叠电感器。虽然层叠电感器存在具有可靠性优良的结构，漏磁通少这样的优点，但由于是一体的结构，所以会存在因励磁电流流过线圈图案时所产生的直流磁场而磁体部分地磁饱和， 电感急剧下降的问题。一般认为这样的层叠电感器直流叠加特性差。 
为了解决这样的问题，如图47所示，特开昭56-155516号及特开2004-311944号公开了在磁性体层间设置磁隙层成为开磁路结构的层叠电感器50。层叠多个磁体(铁氧体)层41和线圈图案43形成此层叠电感器50，在磁路中插入由非磁体形成的磁隙层44。图中，示意性地用箭头标记示出了磁通的流向。在低励磁电流时，在被磁隙层44分离的各个区域中，形成围绕线圈图案43的磁通φa、及围绕多个线圈图案43的磁通φb。大部分的磁通不通过磁隙层44，以磁隙层44为界在各个区域中形成磁通的路径，正好成为一个元件中串联连接了2个电感器。另一方面，在高励磁电流时，线圈图案43间的磁体部分磁饱和，大部分的磁通如磁通φc所示，通过磁隙层44，围绕多个线圈图案，与根据反磁场低励磁电流时相比，电感值下降，但磁饱和容易变困难。因此，在这种现有的层叠电感器中，通过磁隙层改善直流叠加特性，但通过励磁电流的稍稍增加就大大改变电感值。此外如果与没有设置磁隙层44的情形比较，则虽然直流叠加特性被改善，但要求能够对应在大励磁电流中使用的进一步改善。 
特开2004-311944号，如图48所示，公开了在线圈图案的中央部分嵌入磁隙层44、在线圈图案的周围嵌入非磁体47的层叠电感器50。由于大部分的磁通通过磁隙层44，所以此层叠电感器50自低励磁电流到高励磁电流赋予稳定的电感值，但大励磁电流中的性能不充分，还有结构复杂制造困难。 
发明内容
因此，本发明的目的在于，提供一种自低励磁电流到高励磁电流可得到稳定的电感值，且具有优良的直流叠加特性、能够容易地制造的层叠部件及使用此部件的模块。 
鉴于上述目的，锐意研究的结果，本发明者等提出：在层叠部件内具有线圈图案的层叠部件中，通过在与上述线圈图案相接触的区域中设置多个磁隙层，从而即便大的励磁电流也难以引起磁性体部的磁饱和，并且能够降低涡电流损失，从而做出本发明。 
即，本发明的层叠部件，其特征在于，交替地层叠磁性体层及线圈图案，且按在层叠方向上连接上述线圈图案来构成线圈，在各磁性体层的同一面上形成各线圈图案和各磁隙层，上述磁隙层以上述线圈图案的厚度以下的厚度由非磁性材料或者相对导磁率为1～5的低导磁材料构成，上述磁隙层按照在上述线圈图案的内侧区域以及外侧区域的至少一方的区域与各线圈图案的边缘部接触的方式被设置。 
优选在层叠方向上以相邻的至少2个线圈图案形成上述磁隙层。一个线圈图案产生的磁通，虽然通过与其相接触的磁隙层，但很难通过与另一个线圈图案相接触的磁隙层，所以围绕此线圈图案。在相邻的2个线圈图案间的磁体部，由于相互抵消由各个线圈图案产生的磁通，所以即便是大的励磁电流也难以引起磁饱和。 
设置了磁隙层的上述线圈图案的数量，优选为上述线圈的匝数的60％以上。上述线圈，优选将0.75匝以上的线圈图案连接为2匝以上而形成。至少一部分的线圈图案的卷绕数优选超过1匝。线圈图案优选由Ag、Cu等低熔点金属和其合金形成。各线圈图案的匝数如果不到0.75匝，则线圈图案支撑层的层叠数就过多地增加。特别地，如果不到0.5匝，则在层叠方向上相邻的线圈图案的间隔变得过大。再有，构成线圈的引出部等的一部分线圈图案即便不到0.75匝也无妨。 
如果至少一部分的线圈图案超过1匝，则能够减少线圈图案支撑层的数量。如果卷绕数超过1匝，则必然增加形成线圈图案的面积，减少磁路截面积，但通过在同一磁性体基板层上在相邻的线圈图案之间也形成磁隙层，就能够得到与由1匝以下的线圈图案构成的情形相同程度以上的电感值。但是，由于磁路截面积的减少，磁饱和变容易，由于在同一磁体基板层上相对的图形间的浮置电容的增加，谐振频率下降，线圈的品质系数Q也下降。为此，例如如果层叠部件的外形尺寸为3216尺寸的话，则优选各层中的线圈图案为3匝以下。 
优选上述磁隙层由非磁性材料或相对导磁率1～5的低导磁率材料形成。优选上述磁隙层的厚度t2相对于上述线圈图案的厚度t1的比t2/t1为1以下，更优选为0.2～1。 
由于至少一部分的线圈图案具有这样的结构，所以能够改善层叠部件的直流叠加特性。如果与所有的线圈图案相接触而形成磁隙层，则从低励磁电流到高励磁电流可得到稳定的电感值，此外电感值下降困难，能够发挥优良的直流叠加特性。 
既可以将上述磁隙层及上述线圈图案不重合在上述磁体基板层上，也 可以将上述磁隙层及上述线圈图案重合在上述磁体基板层上来形成。任何的情况下，磁隙层与线圈图案相接触，在线圈图案的附近产生的磁通，通过设置在相同的磁性体基板层的磁隙层，流过各线圈图案的周围的磁体(磁性体基板层及磁性体填充层)，形成围绕的回路。 
优选磁隙层具有至少1个磁体区域。设置在磁隙层的磁体区域具有以比按在层叠方向邻接的线圈图案间的磁性体层低的励磁电流而磁饱和的方式设定的面积及磁特性。通过这样的结构，在低励磁电流时得到高的电感值，在高励磁电流时，电感值下降，上述磁性体区域和磁隙层作为一体的磁隙起作用，所以可得到稳定的电感值。 
层叠部件承受因磁性体层、线圈图案及磁隙层的烧结收缩差和热膨胀差引起的应力，和因安装的电路基板的翘曲引起的应力等。由于磁性体层的磁特性因应力变形而劣化，所以优选使用因应力引起的导磁率变化小(耐应力特性优良的)的Li类铁氧体。由此，得到因应力引起的电感值的变化小的层叠部件。 
本发明的模块的一个例子，其特征在于，将上述层叠部件与含有开关元件的半导体部件一起安装在内部具备电容器的电介质基板上。本发明的模块的另一个例子，其特征在于，将上述层叠部件与含有开关元件的半导体部件一起安装在树脂基板上。本发明的模块的再另一个例子，在上述层叠部件上安装含有开关元件的半导体部件。 
发明效果 
具有上述单片电路结构的本发明的层叠部件，具有优良的直流叠加特性，使用此部件的DC-DC转换器具有高的转换效率，即便针对大电流也能够使用。为此，具有本发明的层叠部件的DC-DC转换器，对于使用电池的便携式型的各种电子设备(便携式电话、便携式信息终端PDA、笔记本型电脑、便携式音乐/视频播放机、数字照相机、数字录像机等)是有用的。 
附图说明
图1是表示本发明的第一层叠部件的一个例子的外观立体图。 
图2是表示本发明的第一层叠部件的一个例子的剖面图。 
图3是表示本发明的第一层叠部件的一个例子的磁通流向的示意图。 
图4是表示本发明的第一层叠部件的一个例子的分解立体图。 
图5(a)是表示在本发明的第一层叠部件的一个例子中使用的磁性体层的平面图。 
图5(b)是表示在本发明的第一层叠部件的一个例子中使用的磁性体层的剖面图。 
图6(a)是表示在本发明的第一层叠部件的一个例子中使用的另一磁性体层的平面图。 
图6(b)是表示在本发明的第一层叠部件的一个例子中使用的另一磁性体层的剖面图。 
图7是表示本发明的第一层叠部件的另一个例子的剖面图。 
图8是表示本发明的第一层叠部件的另一个例子的磁通流向的示意图。 
图9是表示本发明的第二层叠部件的磁通流向的示意图。 
图10(a)是表示在本发明的第二层叠部件中使用的另一磁性体层的平面图。 
图10(b)是表示在本发明的第二层叠部件中使用的另一磁性体层的剖面图。 
图11是表示本发明的第三层叠部件的磁通流向的示意图。 
图12(a)是表示在本发明的第三层叠部件中使用的另一磁性体层的平面图。 
图12(b)是表示在本发明的第三层叠部件中使用的另一磁性体层的剖面图。 
图13是表示本发明的第四层叠部件的剖面图。 
图14(a)是表示在本发明的第四层叠部件中使用的另一磁性体层的平面图。 
图14(b)是表示在本发明的第四层叠部件中使用的另一磁性体层的剖面图。 
图15是表示本发明的第四层叠部件的磁通流向的示意图。 
图16是表示现有的层叠部件及本发明的第一及第四层叠部件的直流叠加特性的曲线图。 
图17是表示本发明的第四层叠部件的另一个例子的剖面图。 
图18是表示在本发明的第四层叠部件中使用的另一磁性体层的平面图。 
图19是表示在本发明的第四层叠部件中使用的另一磁性体层的平面图。 
图20是表示本发明的第五层叠部件的剖面图。 
图21(a)是表示在本发明的第五层叠部件中使用的另一磁性体层的平面图。 
图21(b)是表示在本发明的第五层叠部件中使用的另一磁性体层的剖面图。 
图22是表示本发明的第五层叠部件的磁通流向的示意图。 
图23是表示本发明的第六层叠部件的剖面图。 
图24(a)是表示在本发明的第六层叠部件中使用的另一磁性体层的平面图。 
图24(b)是表示在本发明的第六层叠部件中使用的另一磁性体层的剖面图。 
图25是表示本发明的第七层叠部件的分解立体图。 
图26是表示本发明的第七层叠部件的剖面图。 
图27是表示本发明的第八层叠部件的剖面图。 
图28是表示本发明的第八层叠部件的另一个例子的剖面图。 
图29是表示本发明的第八层叠部件的另一个例子的剖面图。 
图30是表示本发明的第九层叠部件的外观的立体图。 
图31是表示本发明的第九层叠部件的等效电路的图。 
图32是表示本发明的第九层叠部件的分解立体图。 
图33是表示本发明的第九层叠部件的另一个例子的分解立体图。 
图34是表示本发明的模块的外观的立体图。 
图35是表示本发明的模块的剖面图。 
图36是表示本发明的模块的电路的方框图。 
图37是表示本发明的模块的另一个例子的电路的方框图。 
图38是说明本发明的第一层叠部件的制造方法的平面图。 
图39是表示本发明的第一层叠部件的直流叠加特性的曲线图。 
图40是表示DC-DC转换效率的测量电路的图。 
图41是表示本发明的第一层叠部件的另一个例子的直流叠加特性的曲线图。 
图42是表示本发明的第二层叠部件的直流叠加特性的曲线图。 
图43是表示本发明的第三层叠部件的直流叠加特性的曲线图。 
图44是表示本发明的第四层叠部件的直流叠加特性的曲线图。 
图45是表示本发明的第三层叠部件的另一个例子的直流叠加特性的曲线图。 
图46是表示本发明的第三层叠部件的另一个例子的直流叠加特性的曲线图。 
图47是表示现有的层叠电感器的一个例子的剖面图。 
图48是表示现有的层叠电感器的另一个例子的剖面图。 
具体实施方式
下面详细地说明本发明的层叠部件及模块。 
第一层叠部件 
图1示出了作为本发明的第一层叠部件的一个例子的层叠电感器10的外观及其内部结构，图2示出了图1的层叠电感器10的剖面，图3示出了图1的层叠电感器10的磁场分布，图4示出了构成图1的层叠电感器10的各层。 
(1)层叠部件的结构 
层叠型电感器10由11层(S1～S11)构成，具有线圈形成区域1和磁体(磁性体)区域5，其中线圈形成区域1具有由形成了线圈图案3的磁性体基板层2组成的7个线圈图案支撑层(担持层)1a～1d，磁性体区域5由分别设置在线圈形成区域1的上下的没有线圈图案的2个磁性体基板层2组成。在线圈形成区域1中，0.5～1匝的线圈图案3(3a～3d)，通过通孔6连接，形成6.5匝的线圈。线圈的两端引出到层叠部件的相对侧面，与烧结Ag等导体膏的外部电极200a、200b连接。如图2所示，在线圈图案3的内侧，在与其相接触的区域中形成磁隙层4。优选通过LTCC(低 温共烧陶瓷，Low-Temperature Co-fired Ceramics)法形成层叠型电感器10。 
例如，各线圈图案支撑层1a～1d使用软铁氧体的膏，通过刮涂法、压延法等成型磁性体基板层2用的印刷电路基板，在其上以规定的线圈图案3a～3d印刷或涂敷Ag、Cu或含Ag、Cu的合金的导电膏，进一步在规定的区域中印刷或涂敷成为磁隙层4的磁性体膏后，在覆盖磁隙层4的同时，在除线圈图案以外的区域上印刷或涂敷磁性体膏，形成磁性体填充层2a～2d，以便实质上与线圈图案的上表面高度相同。磁性体填充层2a～2d按磁性体基板层2上的线圈图案3a～3d的形状具有不同的形状。构成磁性体区域5的各磁性体基板层2由与上述相同的印刷电路基板形成。层叠多个(7个)线圈图案支撑层1a～1d，用通孔6连接线圈图案3a～3d而成为线圈后，如图4所示，在其两侧分别层叠1个以上(2个)磁性体基板层2，优选用1100℃以下的温度进行烧结。不必特别限定构成外部电极200a、200b的导电材料，可以使用Ag、Pt、Pd、Au、Cu、Ni等金属或使用它们的合金。 
图4所示的各线圈图案支撑层1a～1d由于除线圈图案3a～3d及磁性体填充层2a～2d的形状不同外具有相同的结构，所以，根据图5(a)及图5(b)详细地说明例如线圈图案支撑层1b。此说明仍旧能够适用于其它的线圈图案支撑层。在球磨机中混合例如Li-Mn-Zn铁氧体粉末、以聚乙烯醇缩丁醛为主成分的有机粘合剂、及乙醇、甲苯、二甲苯等溶剂，调制粘度后，将得到的浆料用刮涂法等在聚酯薄膜等载膜上进行涂敷及干燥，在得到的印刷电路基板(干燥厚度15～60μm)上开设连接用通孔，利用导电膏以10～30μm的厚度印刷线圈图案3b，同时将导电膏填充在通孔6内，通过印刷或涂敷氧化锆膏等非磁体膏4形成磁隙层4以便覆盖线圈图案3b的内侧的整面，由此得到线圈图案支撑层1b。优选磁隙层4的厚度为3μm以上、线圈图案3b的厚度以下。 
采用磁隙层用膏覆盖包含线圈图案3b的内侧的整个区域，形成磁隙层4以便与线圈图案3b的边缘部相连。或者，也可以在印刷具有开口部的磁隙层4后，在开口部印刷线圈图案3b。此情况下，线圈图案3b覆盖磁隙层4的边缘部。任何的情况，都为烧结后的各线圈图案3的边缘部和 磁隙层4的边缘部实质上相接触的状态。由于按层叠方向重合配置这样的磁隙层4，所以能够减少由各线圈图案3产生的磁通与其它的线圈图案的交链。 
优选用非磁性材料或相对导磁率为1～5的低导磁率材料薄薄地形成磁隙层4。虽然由低导磁率材料形成的磁隙层4不得不比由非磁性材料形成时更厚，但能够抑制因印刷精度引起的电感值的偏差。 
当低导磁率材料的相对导磁率比5大的情况下，作为磁隙层4的功能降低。通过在非磁性氧化物(例如氧化锆等)的粉末中混合进磁性体粉末就能够得到相对导磁率1～5的低导磁率材料。此外，也可以使用具有比层叠部件的使用温度范围足够低的低温(例如-40℃以下)的居里(キユ一リ，curie)温度的Zn铁氧体。Zn铁氧体烧结收缩接近磁性体基板层2。 
作为在磁隙层4中使用的非磁性材料及低导磁率材料，可列举ZrO2、B2O3-SiO2类玻璃、Al2O3-SiO2类玻璃等玻璃类，Zn铁氧体、Li2O·Al2O3·4SiO2、Li2O·Al2O3·2SiO2、ZrSiO4、3Al2O3·2SiO2、CaZrO3、SiO2、TiO2、WO3、Ta2O5、Nb2O5等。通过使用3根辊轴、均质器、辗轮式混砂机等混合例如氧化锆(ZrO2)粉末、乙基纤维素等有机粘合剂及溶剂来调制磁隙层4用膏。如果在层叠部件的烧结温度下使用未致密化的氧化锆，则由于热膨胀系数的差就能够缓和磁性体基板层2承受的来自线圈图案3的压缩应力，能够防止将裂纹引入磁性体基板层2。在磁隙层4露出到外面的情形等需要致密化时，优选添加Zn、Cu、Bi等氧化物(例如Bi2O3)作为低温烧结催化物。 
图6(a)及图6(b)示出实质上与线圈图案3b的上表面同高的、具有在除线圈图案3b以外的区域中印刷或涂敷磁性体膏而形成的磁体填充层2a的线圈图案支撑层1b。磁体膏优选含有与印刷电路基板主成分组份相同的铁氧体粉末。但是，铁氧体粉末的晶体粒径、副成分的种类、添加量等可以不同。配合磁体粉末、乙基纤维素等粘合剂及溶剂制作磁体膏。通过设置磁体填充层2a，即便是例如线圈图案具有15μm以上的厚度的情况下，也能够降低层叠压接时的层叠偏移和压接后的层间剥离(分层)的发生。 
在磁性体基板层2及磁体填充层2a中使用的磁体材料，优选为在例如，由构成式：x(Li0.5Fe0.5)O·yZnO·zFe2O3(但是，x、y及z满足0.05 ≤x≤0.55、0.05≤y≤0.40、0.40≤z≤0.55，及x+y+z＝1。)表示的主成分中添加了2～30质量％的Bi2O3的Li类铁氧体。此Li类铁氧体能够用800～1000℃进行焙烧，低损失及高比电阻，角型比小、应力特性优良。如果用CuO置换ZnO的一部分，则推进低温烧结，如果用Mn2O3置换Fe2O3 的一部分，则提高比电阻。 
除上述Li类铁氧体外，还可以使用Ni类铁氧体、Mg类铁氧体等软铁氧体。磁性体基板层2及磁体填充层2a，由于受到来自线圈图案、磁隙层、外部电极等的应力，所以优选因应力引起磁特性的变化小的Li类铁氧体、Mg类铁氧体。最优选Li类铁氧体。为了减少铁心损耗优选Ni类铁氧体。 
(2)工作原理 
在本发明的层叠部件中，分散与各线圈图案3相连设置的磁隙层4。到目前为止认为，所有的磁通描画含有多个线圈图案的回路是理想的，描画出各线圈图案的周围的小回路的磁通是单一地使电感值下降的漏磁通。但是，在本发明中，如图3所示，线圈图案3a、3b产生的磁通φa、φa′(围绕各线圈图案3a、3b的周围的磁性体2及各磁隙层4a、4b)，磁通φb(围绕线圈图案3a、3b两个)、及磁通φc(围绕线圈图案3a、3b及另一线圈图案)中，通过与各线圈图案3a、3b相连的磁隙层4a、4b减少磁通φb及φc，几乎仅残留磁通φa、φa′。 
线圈图案3a的周围的磁通φa和线圈图案3b的周围的磁通φa′，共有线圈图案3a、3b间的磁性体部作为磁路。在线圈图案3a、3b间的磁性体部，由于磁通φa、φa′的方向是相反的，所以抵消直流磁场，虽然没有获得大的电感，但高励磁电流中难以产生局部的磁饱和。此外，由于与其它的线圈图案交差的磁通仅一点点，所以得到的电感值为由各线圈图案3得到的电感值的合计，从低励磁电流到高励磁电流是稳定的。 
图7表示由8层构成线圈形成区域1的层叠部件，图8示意性地示出了此层叠部件的磁通的流向。通过与线圈图案3的分别相连形成的磁隙层4，不管层数的多少，由线圈图案3产生的磁通φa都围绕各线圈图案3。 
在本发明的层叠部件中，由于减掉描画大的回路的磁通，减少向外部的漏磁通，所以能够减薄位于线圈形成区域1的上下的磁体区域。此外，在一个层叠部件中设置了多个线圈的电感器阵列中，能够降低线圈间的磁 耦合。 
第二层叠部件 
图9示出第二层叠部件的剖面，图10(a)及图10(b)示出在此层叠部件中使用的线圈图案支撑层。此层叠部件由于与第一层叠部件几乎是相同的结构，所以说明不同的部分，省略重复部分的说明。 
线圈图案支撑层1b具有在磁性体基板层2上形成的线圈图案3，与此线圈图案3相连覆盖其整个外侧区域的磁隙层4，和在线圈图案3的内侧区域形成的磁体填充层2a。为了明确结构，图10(a)示出了形成覆盖磁隙层4的磁体填充层2a前的状态，图10(b)示出形成磁体填充层2a后的状态。以后的说明中也是相同的。第二层叠部件，围绕各线圈图案3的磁通通过磁隙层4，减少与其它线圈图案交链的磁通，所以发挥优良的直流叠加特性。 
第三层叠部件 
图11示出第三层叠部件的剖面，图12(a)及图12(b)示出在此层叠部件中使用的线圈图案支撑层。此线圈图案支撑层具有覆盖线圈图案3b的内侧及外侧的区域整体的磁隙层4，除线圈图案3以外的区域，通过磁性体膏的印刷而形成有磁体填充层2a[图12(b)]。由于第三层叠部件与第一及第二层叠部件相比，磁隙长，所以电感值低，与其它线圈图案交链的磁通进一步减少，因此发挥优良的直流叠加特性。 
第四层叠部件 
图13示出第四层叠部件的剖面，图14(a)及图14(b)示出在此层叠部件中使用的1个磁性体层，图15示出了此层叠部件中的磁场分布。在此层叠部件中使用的线圈图案支撑层1b中，在磁隙层4的开口部14设置磁体填充层2a。优选适当选定开口面积及填充的磁体的磁特性，以便开口部14与线圈图案间的磁性体部相比，以低励磁电流磁饱和。 
图16示出现有的层叠部件(A)、第一层叠部件(B)及第四层叠部件(C)的直流叠加特性。现有的层叠部件是在中央仅一个部位设置磁隙层的图47所示的层叠电感器。第四层叠部件，由于通过开口部14的磁通φc，在低励磁电流时表示出比第一层叠部件大的电感值。由于这样的直流叠加特性，就能够抑制在低励磁电流时成为问题的电流波纹。开口部14 内的磁性体填充层磁饱和后，由于开口部14作为磁隙起作用，所以磁通φc减少，成为与第一层叠部件相同的磁场分布。为此，直到高励磁电流也难以引起磁饱和，发挥比现有的层叠电感器优良的的直流叠加特性。 
在第四层叠部件中，虽然在所有的磁隙层中设置开口部14，但也可以如图17所示，仅在一部分的磁隙层设置开口部14。此外，如图18及图19所示，也可以在1个磁隙层设置多个开口部14，不限定其形状、位置、面积及个数。通过改变开口部14的形状，可得到具有所希望的磁特性的层叠部件。 
第五层叠部件 
图20示出第五层叠部件的剖面，图21(a)及图21(b)示出在此层叠部件中使用的线圈图案支撑层，图22示出了此层叠部件中的磁场分布。在此线圈图案支撑层中，每一层的线圈图案的卷绕数都超过1匝，在同一层中即便在相邻的图案间也设置磁隙层4。在线圈图案3的周围形成描画小回路(loop)的磁通φa′、φa″，和环绕线圈图案3的磁通φa。由于在同一层内的线圈间得到磁耦合，所以可得到比由1匝构成的大的电感值。 
在此层叠部件中，由于减少与其它层的线圈图案交差的磁通，所以在得到大的电感值的同时得到优良的直流叠加特性。此外，由于能够削减线圈形成区域1的层叠数，就能够使层叠部件低背化。 
第六层叠部件 
图23示出第六层叠部件的剖面，图24(a)及图24(b)示出在此层叠部件中使用的线圈图案支撑层。此层叠部件中，形成在磁隙层4的一部分中的开口部14也具有磁体填充层。此层叠部件也具有大的电感值，同时发挥优良的直流叠加特性。 
第七层叠部件 
图25示出了构成第七层叠部件的各层，图26是其剖面图。各线圈图案3的卷绕数为0.75匝，在层叠部件整体中，形成4.5匝的线圈。由此，线圈形成区域1中的线圈图案支撑层为10层(S1～S10)时，比第一层叠部件多。 
虽然此层叠部件在线圈形成区域1的最上层(S8)及最下层(S3)没有磁隙层4，但在所有的中间层(S4～S7)具有磁隙层4(相当于线圈的 匝数的2/3)，且发挥优良的直流叠加特性。 
第八层叠部件 
图27～图29示出了第八层叠部件。第八层叠部件，具有与线圈图案在层叠方向上重合的磁隙层。图27所示的层叠部件中磁隙层4与线圈图案3的一部分重合，图28所示的层叠部件中，磁隙层4与线圈图案3的整体重合，图29所示的层叠部件中，磁隙层4覆盖磁性体基板层2的整面。即便第八层叠部件，在磁隙层4中也设置开口部14。此情况下，仅磁隙层4的部分层叠部件变厚，但可得到优良的直流叠加特性。 
第九层叠部件 
图30示出了具有多个电感器的层叠部件(电感器阵列)的外观，图31示出其等效电路，图32及图33表示其内部结构。此层叠部件是在由层叠的线圈图案3形成的线圈中设置中间抽头(tap)，将线圈分割为卷绕方向不同的2个线圈的部件，用于多相DC-DC转换器。 
此层叠部件包括外部端子200a～200c，外部端子200a是中间抽头。在外部端子200a和200b之间形成电感器L1，在外部端子200a和200c之间形成电感器L2。在层叠方向上重叠分别由2.5匝的线圈形成的电感器L1、L2构成图32所示的层叠部件。第九层叠部件，由于也具备与上述实施方式同样形成的磁隙层4，所以电感器L1、L2直流叠加特性优良，并能够降低线圈间的磁耦合。 
图33所示的电感器阵列是在平面方向上排列分别由2.5匝的线圈形成的电感器L1、L2的电感器阵列。此情况下也发挥优良的直流叠加特性。再有，也可以不设置中间分接抽头，将各个线圈的端部与不同的外部端子连接，其用途不限定于多相DC-DC转换器。 
DC-DC转换器模块 
图34示出了使用本发明的层叠部件的DC-DC转换器模块的外观，图35表示其剖面，图36表示其等效电路。此DC-DC转换器模块是在内置电感器的层叠部件10上安装了含有开关元件及控制电路的半导体集成电路部件IC和电容器Cin、Cout的降压型DC-DC转换器。在层叠部件10的背面设置多个外部端子90，通过在侧面形成的连接电极与半导体集成电路部件IC和电感器连接。连接电极可以用层叠部件内的通孔形成。附在外部 端子90的符号与连接的半导体集成电路部件IC的端子相对应，外部端子Vcon与输出电压可变控制用端子连接，外部端子Ven与输出的ON/OFF控制用端子连接，外部端子Vdd与用于ON/OFF控制开关元件的端子连接，外部端子Vin与输入端子连接，外部端子Vout与输出端子连接。外部端子GND与地端子GND连接。 
由于层叠部件10形成与线圈图案3相连的磁隙层4，所以发挥优良的直流叠加特性。此外，由于向外部的漏磁通是一点点，所以即便与半导体集成电路IC邻近配置电感器，在半导体集成电路IC中也不会产生噪声，成为具有优良的转换效率的DC-DC转换器。 
即便在印刷电路基板上安装层叠部件10、半导体集成电路IC等，即便在内置电容器Cin、Cout等的电容器基板上安装层叠部件10、半导体集成电路IC等也能够得到DC-DC转换器模块。 
作为DC-DC转换器模块的另一个例子，有具有图37所示的等效电路的降压型多相型DC-DC转换器模块。由输入电容器CiN、输出电容器Cout、输出电感器L1、L2及含有控制电路CC的半导体集成电路IC构成。输出电感器L1、L2中可使用前述的电感器阵列，此DC-DC转换器模块也能够对应高励磁电流，发挥优良的转换效率。 
在上文中示出了通过片层叠法制造层叠部件的例子，图38(a)～(p)示出了通过印刷法制造层叠部件的方法。通过本发明的层叠部件的印刷的制造方法由以下工序构成：(a)在聚酯薄膜等的载膜上印刷·干燥磁性体膏以形成第一磁性体层2，(b)用导电膏印刷线圈图案3d，(c)在规定的区域上印刷非磁性体膏以形成磁隙层4，(d)在除线圈图案的端部之外的部分印刷磁体膏以形成第二磁性体层2，(e)与自开口部120露出的线圈图案3d重合印刷导电膏以形成线圈图案3a，(f)印刷非磁体膏以形成磁隙层4，(g)印刷磁性体膏2，以后依次重复与上述相同的工序[(h)～(p)]。 
通过以下的实施例，更详细地说明本发明，本发明不限于这些实施例。 
实施例1 
(1)试验样品A(实施例)的制作(图1～图6所示的第一层叠部件) 
相对于49.0mol％的Fe2O3、13.0mol％的CuO、21.0mol％的ZnO及剩 余部分为NiO的Ni-Cu-Zn类铁氧体(居里温度Tc：240℃、及频率100kHz的初导磁率：300)的焙烧粉末100重量份，添加10重量份的主成分为聚乙烯醇缩丁醛的有机粘合剂、可塑剂及溶剂，用球磨机混匀，得到磁性体浆料。将此磁性体浆料成型为印刷电路基板。 
在一部分印刷电路基板中形成通孔6，在形成通孔6的印刷电路基板及未形成通孔的印刷电路基板的表面，以规定的图案印刷成为磁隙层4的非磁性氧化锆的膏，印刷成为线圈图案3的导电性Ag膏。 
为了消除由氧化锆膏印刷层及Ag膏印刷层引起的段差，在没有印刷这些的区域与印刷电路基板一样印刷Ni-Cu-Zn铁氧体膏，形成磁性体填充层2a～2d。 
如图4所示，在磁性体基板层2上层叠印刷了氧化锆膏及Ag膏的线圈图案支撑层1a～1d以使线圈图案能成为规定的匝数，形成线圈形成区域1。在线圈形成区域1的上下各层叠2片没有印刷氧化锆膏及Ag膏的单色无图案的磁性体基板层2，以便成为规定的整体尺寸。压接得到的层叠体后，将其加工成所希望的形状，用930℃在大气中焙烧4小时，得到长方体状(长2.5mm、宽2.0mm、厚1.0mm)的层叠烧结体。在此层叠烧结体的侧面涂敷外部电极用Ag膏后，进一步按630℃进行15分钟焙烧，制作由在所有层形成了厚3μm的磁隙层4的6.5匝的线圈所构成的层叠部件10(试验样品A)。烧结后的各铁氧体层的厚度为40μm，各线圈图案的厚度为20μm，图形宽度为300μm，线圈图案的内侧的区域为1.5mm×1.0mm。 
(2)试验样品B(实施例)的制作 
除没有在上下层(S3、S9)形成磁隙层，仅在中间层(S4～S8)形成磁隙层4(厚度5μm)以外，与试验样品A相同，制作出试验样品B。 
(3)试验样品C(比较例)的制作 
制作以与试验样品A的层叠部件10的总间隙长(15μm)相同的厚度，在S5层形成单层的磁隙层的层叠部件(试验样品C)。 
(4)评价 
使0～1000mA的直流电流在试验样品A～C中流动，用LCR测量仪(HP制4285A)测量电感(f＝300kHz、Im＝200μA)，评价直流叠加特性。结果示于图39中。虽然电流无负载时的电感值，比较例(试验样品C)最大， 但直流重叠时的电感值的下降，在实施例(试验样品A及B)变小。因此，可知大幅度地提高了本发明的层叠部件的直流叠加特性。 
实施例2 
(1)试验样品No.4(实施例)的制作(图7及图8所示的第一层叠部件) 
除代替Ni-Cu-Zn类铁氧体的焙烧粉末，使用含有3.8质量％的Li2CO3、7.8质量％的Mn3O4、17.6质量％的在ZnO、69.8质量％的Fe2O3及1.0质量％的Bi2O3的Li-Mn-Zn类铁氧体(居里温度Tc：250℃、及频率100kHz的初导磁率：300)的焙烧粉末外，与实施例1相同，制作在16层的所有线圈图案支撑层上形成了厚7μm的磁隙层的长3.2mm、宽1.6mm及厚1.0mm的层叠部件(层叠电感器、试验样品No.4)。在各线圈图案支撑层中为了消除段差，在没有印刷氧化锆膏及Ag膏的的区域上印刷Ni-Zn铁氧体膏。烧结后的磁性体基板层的厚度为40μm，线圈图案的厚度为20μm，图案宽度为300μm，线圈图案的内侧区域为2.2mm×0.6mm。 
(2)试验样品No.1～3(比较例)的制作 
作为比较例，得到：除没有设置磁隙层以外与试验样品No.4相同制作出的层叠部件(试验样品No.1)，除在中间层仅设置1层磁隙层以外与试验样品No.4相同制作出的层叠部件(试验样品No.2)，除隔着不设置磁隙层的磁性体层而不连续地设置3层磁隙层以外与试验样品No.4相同地制作出的层叠部件(试验样品No.3)。 
测量试验样品No.1～4的层叠部件(层叠电感器)的直流叠加特性及DC-DC转换效率。编入图40所示的测量电路(在电流不连续模式下工作的升压型DC-DC转换器：开关频率fs＝1.1MHz、输入电压Vin＝3.6V、输出电压Vout＝13.3V、输出电流Io＝20mA)并测量DC-DC转换效率。结果与层叠部件的结构一起示于表1中。此外，图41中示出各层叠部件的直流叠加特性。 
[表1] 
试验样品No. 各层的线圈图案的匝数 线圈图案支撑层的数量 磁隙层的数量 磁隙层的厚度(μm) 总间隙长(μ m)
    *1     1     16     0     0     0
    *2     1     16     1     7     7
    *3     1     16     3     7     21
    4     1     16     16     7     112
注*：比较例 
表1(续) 
试验样 品No. 电流无负载时的电感值 (μH) 电感值为电流无负载时的 80％的电流值(mA) DC-DC转换效率(％)
    *1     25.6     40     74.5
    *2     21.2     40     74.5
    *3     14.2     80     74.3
    4     3.9     900     77.5
注*：比较例 
在所有的线圈图案支撑层上设置磁隙层的本发明的层叠部件(试验样品No.4)与完全没有设置磁隙层的现有的层叠部件(试验样品No.1)及仅在特定的线圈图案支撑层上设置磁隙层的现有的层叠部件(试验样品No.2及试验样品No.3)相比，直流叠加时的电感值的下降变小了。具体地，在本发明的试验样品No.4的层叠部件中，电感值下降到电流无负载时(3.9μH)的80％的电流值为900mA，与试验样品No.1～3的比较例相比大幅度地提高了。 
本实施例(试验样品No.4)的层叠电感器与比较例(试验样品No.1～No.3)的相比，发挥了高30％左右的DC-DC转换效率。本实施例的层叠电感器，由于在相邻的线圈图案间的磁体部分很难引起磁饱和(磁损失小)，所以认为提高了DC-DC转换效率。 
实施例3 
试验样品No.5的制作(图13及图14所示的第四层叠部件) 
除在包含磁隙层中的线圈的中心轴的区域中形成长0.3mm及宽0.3mm的矩形的开口部14，在开口部14内形成Li-Mn-Zn铁氧体填充层以外，与试验样品No.4相同，制作层叠电感器(试验样品No.5)。测量试验样品No.5的层叠电感器的直流叠加特性及DC-DC转换效率。在表2及图42中示出结果。 
[表2] 
试验样品No. 各层的线圈图案的匝数 线圈图案支撑层的数量 磁隙层的数量 磁隙层的厚度(μm) 总间隙长(μm)
    4     1     16     16     7     112
    5     1     16     16     7     112
表2(续) 
试验样 品No. 磁隙层中的铁氧体填充 层 电流无负载时的电感值(μ H) DC-DC转换效率(％)
    4     无     3.9     77.5
    5     存在于所有层中     10.2     78.6
在本实施例的层叠电感器(试验样品No.5)中，与第二层叠部件(试验样品No.4)相比，在低直流电流时得到大的电感值。此外，在高直流电流中，成为几乎相同程度的电感值。DC-DC转换效率提高了1％左右。 
实施例4 
(1)试验样品No.9的制作(图20及图21所示的层叠电感器) 
除设线圈图案支撑层的数量为8层，各层的线圈图案为2匝，在所有的层形成厚5μm的磁隙层以外，与试验样品No.4相同地制作出层叠部件(试验样品No.9)。烧结后的各铁氧体层的厚度为40μm、各线圈图案的厚度为20μm，图形宽度为150μm，图形间隔为50μm，线圈图案的内侧区域为1.9mm×0.3mm。 
(2)试验样品No.6～8(比较例)的制作 
得到：除没有设置磁隙层以外与试验样品No.9相同地制作出的层叠电感器(No.6)，除在中间层仅设置1层磁隙层以外与试验样品No.9相同地制作的层叠电感器(试验样品No.7)，除隔着不设置磁隙层的磁性体层而不连续地设置3层磁隙层以外与试验样品No.9相同地制作出的层叠部 件(试验样品No.8)。 
测量试验样品No.6～9的层叠电感器的直流叠加特性和DC-DC转换效率。结果示于表3及图43。 
[表3] 
试验样品No. 各层的线圈图案的匝数 线圈图案支撑层的数量 磁隙层的数量 磁隙层的厚度(μm) 总间隙长(μm)
    4     1     16     16     7     112
    *6     2     8     0     0     0
    *7     2     8     1     5     5
    *8     2     8     3     5     15
    9     2     8     8     5     40
注*：比较例 
表3(续) 
试验样 品No. 电流无负载时的电感值 (μH)     电感值为电流无负载时的     80％的电流值(mA)     DC-DC转换效率(％)
    4     3.9     900     77.5
    *6     30.7     30     68.3
    *7     20     40     70.2
    *8     14.6     60     71
    9     8.8     280     77
注*：比较例 
本实施例的层叠部件(试验样品No.9)，与每一层的匝数为1匝的实施例2的层叠部件(试验样品No.4)相比，电感值增加了。在形成线圈图案的所有的磁性体层中设置磁隙层的本发明的层叠部件(试验样品No.9)与全都没有设置磁隙层的现有的层叠电感器(No.6)，及仅在特定的磁性体层上设置磁隙层的现有的层叠电感器(试验样品No.7及试验样品No.8)相比，直流叠加时的电感值的下降变小了。具体地，本发明的试验样品No.9的层叠部件，电流无负载时的L值为8.8μH，电感值下降到电流无负载时的80％的电流值为280mA，大幅度地提高了。此外，本实施例的试验样品No.9的层叠部件与试验样品No.6～8的比较例相比，发挥了高9％左右的 DC-DC转换效率。 
实施例5 
图23及图24所示的第六层叠部件的制作 
除在磁隙层4中、在包含线圈的中心轴的区域中形成长0.3mm及宽0.3mm的矩形的开口部14，在开口部14内填充Li-Mn-Zn铁氧体层以外，与试验样品No.9相同，制作层叠部件(试验样品No.10)。烧结后的各铁氧体层的厚度为40μm，各线圈图案的厚度为20μm，为2匝的卷绕数。测量试验样品No.10的层叠部件的直流叠加特性及DC-DC转换效率。在表4及图44中示出结果。 
[表4] 
试验样品No. 各层的线圈图案的匝数 线圈图案支撑层的数量 磁隙层的数量 磁隙层的厚度(μm) 总间隙长(μm)
    9     2     8     8     5     40
    10     2     8     8     5     40
表4(续) 
试验样 品No. 磁隙层中的铁氧体填充 层 电流无负载时的电感值(μ H) DC-DC转换效率(％)
    9     无     8.8     77
    10     存在于所有层中     20.3     79.2
在本实施例的层叠部件(试验样品No.10)中，与实施例4的层叠部件(试验样品No.9)相比，在低直流电流中得到大的电感值。此外，在高直流电流中，成为几乎相同程度的电感值。DC-DC转换效率提高了2％左右。 
实施例6 
试验样品No.11及12的制作(图20及图21所示的第五层叠部件) 
除设线圈图案支撑层的数量为10层，在所有的层形成厚5μm的磁隙层以外，与试验样品No.4相同地制作出长3.2mm、宽1.6mm、厚1.0mm的层叠部件(试验样品No.11)。此外，除设线圈图案支撑层的数量为12层以外，与试验样品No.11相同地制作出层叠部件(试验样品No.12)。试验样品No.11及试验样品No.12，烧结后的磁性体基板层的厚度都为40μm、线圈图案的厚度都为20μm，为2匝的卷绕数。测量层叠部件的直流叠加 特性及DC-DC转换效率。将结果示于表5及图45。 
[表5] 
试验样品No. 各层的线圈图案的匝数 线圈图案支撑层的数量 磁隙层的数量 磁隙层的厚度(μm) 总间隙长(μm)
    9     2     8     8     5     40
    11     2     10     10     5     50
    12     2     12     12     5     60
表5(续) 
试验样 品No. 电流无负载时的电感值 (μH)     电感值为电流无负载时的     80％的电流值(mA)     DC-DC转换效率(％)
    9     8.8     280     77
    11     10.1     340     78.3
    12     13.8     280     79.1
随着线圈图案支撑层的数量的增加，电流无负载时的电感值、DC-DC转换效率也增加。此外，电感值下降到电流无负载时的80％的电流值任何一个都示出大的值。 
实施例7 
试验样品No.13～15的制作(图20及图21所示的第五层叠部件) 
除设线圈图案支撑层的数量为12层，在所有的层形成厚10μm的磁隙层以外，与试验样品No.4相同地制作出长3.2mm、宽1.6mm及厚1.0mm的层叠电感器(试验样品No.13)。此外，除在所有的层形成厚15μm的磁隙层以外与试验样品No.13相同地制作出层叠电感器(No.14)。并且，除在所有的层形成厚20μm的磁隙层以外与试验样品No.13相同地制作出层叠电感器(No.15)。试验样品No.13～15的层叠电感器任何一个，烧结后的磁体基板层的厚度为40μm、线圈图案的厚度为20μm，为2匝的卷绕数。测量试验样品No.13～15的层叠部件的直流叠加特性及DC-DC转换效率。将结果示于表6及图46。 
[表6] 
试验样品No. 各层的线圈图案的匝数 线圈图案支撑层的数量 磁隙层的数量 磁隙层的厚度(μm) 总间隙长(μm)
    12     2     12     12     5     60
    13     2     12     12     10     120
    14     2     12     12     15     180
    15     2     12     12     20     240
表6(续) 
试验样 品No. 电流无负载时的电感值 (μH)     电感值为电流无负载时的     80％的电流值(mA)     DC-DC转换效率(％)
    12     13.8     280     79.1
    13     10     340     79.8
    14     7.3     560     80.3
    15     4.2     510     76.1
随着磁隙层变厚，电流无负载时的电感值减少，但下降到电流无负载时的80％的电流值大幅度地增加。磁隙层的厚度与线圈图案相同为20μm的层叠部件(试验样品No.15)，与其它的层叠部件相比，转换效率变低。认为这是因为磁隙层的磁电阻变大，在线圈图案侧泄漏的磁通增加，由于涡电流损失的增加而转换效率减少的缘故。 
虽然在上文中说明了本发明的层叠部件，但线圈图案支撑层的数量、每1层的线圈图案的匝数、线圈图案及磁隙层的厚度及材质等不限于实施例。适当调整这些参数，能够提供具有与使用的电子设备的用途相对应的所希望的磁特性的层叠部件。 

Claims (2)

1.一种层叠部件，交替地层叠磁性体层及线圈图案，且按在层叠方向上连接上述线圈图案来构成线圈，该层叠部件的特征在于，
在各磁性体层的同一面上形成各线圈图案和各磁隙层，
上述磁隙层以上述线圈图案的厚度以下的厚度由非磁性材料或者相对导磁率为1～5的低导磁材料构成，
上述磁隙层按照在上述线圈图案的内侧区域以及外侧区域的至少一方的区域与各线圈图案的边缘部接触的方式被设置。
2.根据权利要求1所述的层叠部件，其特征在于，
上述磁隙层的厚度t2相比于上述线圈图案的厚度t1之比t2/t1为0.2～1。
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