CN109416967A - 电感器 - Google Patents

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Abstract

能够兼得电感的提高和电流密度的提高这两者。一种电感器(1A)，将基板(2)用作母材，并具备磁芯部(3)及线圈部(4)、形成于线圈部(4)的导体(40)间的绝缘部(5)、将磁芯部(3)及线圈部(4)与外部连接的端子部(6、7)。根据在线圈部(4)流动的电流生成的磁场的主要方向为基板(2)的平面方向。在线圈部(4)的至少一部分，将线圈部(4)的长方形状截面积(S1)的宽度(w)和厚度(t)双方设定为比绝缘部(5)的宽度(d)大。

Description

电感器
技术领域
本发明涉及将基板用作母材的电感器。
背景技术
目前，已知有利用薄膜形成技术形成的电感器。该电感器在成为母材的支承体上配置磁性层及卷绕于该磁性层的多个线圈等而构成。形成该线圈的工艺为了缩窄线圈的导体间的间隙而被分成两个阶段。经过该工艺制造的线圈具有宽幅的长方形状截面积。通过形成长方形状截面积宽幅的线圈，提高电感器的线圈密度(例如，参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：(日本)特开2003－297632号公报
发明所要解决的技术问题
例如，为了提高电感器的电流容量，需要降低线圈的电阻值。因此，将线圈的长方形状截面积设为宽幅是有效的。另一方面，为了得到高的电感值，不仅线圈的卷绕数(匝数)和卷绕数密度，而且在使由线圈产生的磁通交链后在厚度方向上增大线圈的长方形状截面积也是重要的(交链磁通)。以基板为母材，在基板的平面方向上生成磁场的电感器中，为了在厚度方向上获得长方形状截面积，期望充分使用基板的厚度。但是，在现有的电感器中，线圈的长方形状截面积的厚度比线圈导体间的间隙小。由于间隙小，相应地在厚度方向上不能获得线圈部的长方形状截面积。另一方面，即使仅增大线圈部的厚度，也会残留有磁通从导体间的间隙泄漏，电感下降的问题。另外，如果使线圈的厚度过大，则长方形状截面积也增大，电流密度降低。因此，存在不能兼得电感的提高和电流密度的提高的问题。
在此，“间隙”是指相邻的导体间的距离。“线圈密度”是指导体的截面积相对于线圈的截面积所占的比例。“电流容量”是指每单位面积的电流，例如表示电流除以线圈的截面积所得的值。“磁通”是指贯通1圈的线圈的磁力线的根数。“交链”是指磁通和线圈处于将链和链相连的关系。“交链磁通”是指在线圈的卷绕数为N(1以上的整数)圈时，贯通N圈的线圈部整体的磁力线的根数。“电流密度”是指在单位面积沿垂直的方向在单位时间流动的电量(电荷)。
发明内容
本发明是着眼于上述问题而创立的，其目的在于，提供一种能够兼得电感的提高和电流密度的提高这两者的电感器。
用于解决问题的技术方案
为了实现上述目的，本发明的电感器将基板用作母材，并具备：磁芯部及线圈部、形成于线圈部的导体间的绝缘部、将磁芯部及线圈部与外部连接的端子部。根据在线圈部流动的电流生成的磁场的主要方向为基板的平面方向。在线圈部的至少一部分，将线圈部的长方形状截面积的宽度和厚度双方设定为比绝缘部的宽度大。
发明效果
其结果是，能够提供能够兼得电感的提高和电流密度的提高这两者的电感器。
附图说明
图1是表示实施例1的功率电感器的整体结构的立体图，是从基板的外侧透视线圈部的构造的图；
图2是表示实施例1的功率电感器的尺寸结构的剖面图；
图3是表示实施例2的功率电感器的整体结构的平面图；
图4是表示B－H曲线(curve)的说明图；
图5是表示实施例3的功率电感器的整体结构的平面图，是从外层线圈部的外侧透视的线圈部的构造的图；
图6是表示实施例3的线圈部及外层线圈部的连接结构的图；
图7A是表示实施例3的功率电感器的制造方法的镀敷处理的剖面图；
图7B是表示实施例3的功率电感器的制造方法的线圈部图案形成处理的剖面图；
图7C是表示实施例3的功率电感器的制造方法的蚀刻处理的剖面图；
图7D是表示实施例3的功率电感器的制造方法的绝缘膜形成处理的剖面图；
图7E是表示实施例3的功率电感器的制造方法的线圈部图案形成处理的剖面图；
图7F是表示实施例3的功率电感器的制造方法的蚀刻处理的剖面图；
图7G是表示实施例3的功率电感器的制造方法的成膜处理的剖面图；
图7H是表示实施例3的功率电感器的制造方法的线圈部图案形成处理的剖面图；
图7I是表示实施例3的功率电感器的制造方法的蚀刻处理的剖面图；
图7J是表示实施例3的功率电感器的制造方法的绝缘膜形成处理的剖面图；
图7K是表示实施例3的功率电感器的制造方法的线圈部图案形成处理的剖面图；
图7L是表示实施例3的功率电感器的制造方法的蚀刻处理的剖面图；
图7M是表示实施例3的功率电感器的制造方法的绝缘膜形成处理的剖面图；
图7N是表示实施例3的功率电感器的制造方法的线圈部图案形成处理的剖面图；
图7O是表示实施例3的功率电感器的制造方法的蚀刻处理的剖面图；
图7P是表示实施例3的功率电感器的制造方法的成膜处理的剖面图；
图7Q是表示实施例3的功率电感器的制造方法的线圈部图案形成处理的剖面图；
图7R是表示实施例3的功率电感器的制造方法的蚀刻处理的剖面图；
图7S是表示实施例3的功率电感器的制造方法的绝缘膜形成处理的剖面图；
图8是表示实施例4的功率电感器的整体结构的平面图，是从外层线圈部的外侧透视线圈部的构造的图；
图9是表示实施例5的功率电感器的整体结构的平面图。
具体实施方式
以下，基于附图所时的实施例1～实施例5说明实现本发明的电感器的最佳方式。
实施例1
首先，说明结构。
实施例1的电感器适用于与成为车辆的行驶用驱动源的电动发电机的逆变器连接的功率电感器(电感器的一例)。以下，将实施例1的功率电感器的结构分为“整体结构(整体构成)”、“尺寸结构(尺寸构成)”进行说明。
[整体结构]
图1表示实施例1的功率电感器的整体结构。以下，基于图1说明整体结构。
以下，为了便于说明，参照XYZ正交坐标系说明各部件的位置关系。详细而言，将功率电感器的宽度方向设为X轴方向(+X方向)。另外，将与X轴方向正交且功率电感器的前方向设为Y轴方向(+Y方向)，将与X轴方向及Y轴方向正交且功率电感器的高度方向设为Z轴方向(+Z方向)。此外，将+X方向设为右方向(将－X方向设为左方向)、将+Y方向设为前方向(将－Y方向设为后方向)、将+Z方向设为上方向(将－Z方向设为下方向)适当使用。
实施例1的功率电感器1A在母材的内部形成有成为基本结构要素的线圈部。功率电感器1A是将基板2用作硅(母材)的电感器。功率电感器1A具备磁芯部3、线圈部4(例如铜)、线圈部匝间间隙5(绝缘部)、电极部6(端子部)、电极部7(端子部)。
基板2为支承磁芯部3、线圈部4、电极部6及电极部7的支承体。基板2具有沿Y轴方向延伸的细长形状。
磁芯部3为埋入基板2的内部2i且用于得到所希望的电感的磁路。
在此，“磁路”是指根据线圈部4中流动的电流生成的磁通的通道。
线圈部4根据通电的电流生成磁场。根据线圈部4中流动的电流生成的磁场的主要方向是基板2的X轴方向(平面方向)。线圈部4在磁芯部3的外周以螺旋状地形成多个导体40。各导体40配置于在Y轴方向上离开线圈部匝间间隙5的量的位置。Y轴方向上的离开距离(后述的线圈部匝间间隙5的宽度d)考虑泄漏磁通预先设定。线圈部4由未图示的氧化硅膜覆盖。线圈部4在+X方向端部上具有卷绕起始部S。线圈部4在－X方向端部具有卷绕终止部E。
在此，“磁场”是指磁作用的空间的状态。“磁”是指吸引铁片或指示方位的、磁铁所特有的物理的性质。“平面方向”是指XY轴方向。“泄漏磁通”是指从基板2的内部2i经由线圈部匝间间隙5向功率电感器1A的外部漏出的磁通。
线圈部匝间间隙5形成于线圈部4的导体40间。线圈部匝间间隙5将相邻的导体40彼此绝缘。线圈部匝间间隙5由未图示的氧化硅膜填埋。倾斜要素部5n是将相邻的导体40彼此沿X轴方向偏移相连的部位。
电极部6(例如铜)及电极部7(例如铜)将磁芯部3及线圈部4与外部连接。电极部6经由线圈部4的卷绕起始部S将磁芯部3及线圈部4与未图示的蓄电池连接。电极部7经由线圈部4的卷绕终止部E将磁芯部3及线圈部4与未图示的逆变器连接。
[尺寸结构]
图2是表示实施例1的功率电感器的尺寸结构的剖面图。以下，基于图2说明尺寸结构。
线圈部4是长方形状截面积S1的宽度w。线圈部4是长方形状截面积S1的厚度t。长方形状截面积S1的宽度w被设定为比长方形状截面积S1的厚度t大(w＞t)。
线圈部匝间间隙5Z是轴方向的宽度d。在线圈部匝间间隙5，倾斜要素部5n是宽度d’(d>d’)。在线圈部4的全部区域，线圈部4的长方形状截面积S1的宽度w和厚度t双方被设定为比线圈部匝间间隙5的宽度d大。即，宽度w的上限值被设定为可以将线圈部4的电阻值抑制为期望的值以下的值。宽度w的下限值被设定为比线圈部匝间间隙5的宽度d大的值。厚度t的上限值被设定为可以将泄漏磁通的量抑制为期望的值以下的值。厚度t的下限值被设定为比线圈部匝间间隙5的宽度d大的值。线圈部匝间间隙5的宽度d被设定为1μm以下左右。线圈部4的长方形状截面积S1的宽度w和厚度t被设定为比线圈部匝间间隙5的宽度d非常大。宽度w被设定为20μm～几mm(其中为10mm以下)。厚度t被设定为几μm～200μm左右。
在此，“偏移”是指一边使导体40在沿着线圈部4的轴线的方向上移行一边螺旋状地卷绕时的导体40间的间隙。
接着，说明作用。
将实施例1的功率电感器1A的作用分为“磁饱和的产生机理”、“功率电感器1A的特征作用”进行说明。
[磁饱和的产生机理]
例如，在功率电感器中，与一般的通信用印刷线圈部相比有大的电流流动，因此，产生的磁场也大。在使用磁性体芯的情况下，存在因磁饱和的产生而容易到达磁芯的饱和磁通密度的问题。以下说明磁饱和的产生机理。
在此，“磁饱和”是指从外部对磁性体施加磁场，且即使进一步从外部施加磁场，磁化的强度也不增加的状态。“饱和磁通密度”是指产生了磁饱和的状态下的磁通密度。“磁通密度”是指磁通的每单位面积的面密度。
功率电感器被用于电力转换器，大多以贮存能量或维持电流的目的而使用，如果与通信用的电路相比，具有流动的电流多的特征。即，功率电感器主要是具有作为电感器的功能且为大电流容量。通常，将实施了绝缘皮膜的导线卷绕于磁性体芯而构成。
当用于电力转换器的半导体器件高速响应时，电力转换器的开关频率提高，电感器中流动的电流的基本波频率也提高。因此，会产生因表皮效应带来的导线内的电流密度分布变得显著，线圈部的电阻损失增大这样的问题。针对该问题，采取通过使用将实施了绝缘皮膜的极细导线捆扎成的利兹线而抑制电流密度分布的方法。
在此，“表皮效应”是指在交流电流在导体中流动时，电流密度在导体的表面高且远离表面时变低的现象。
但是，因为伴随基本波频率上升，线圈部的绝缘体的比例增加，所以存在电感器的每单位体积的电流密度下降的问题。特别是在绕组的情况下，卷绕于磁芯时的形状变化也大，所以，难以确保有机绝缘皮膜的可靠性。因此，优选实施比作为材料特性必要的厚度更充分厚的皮膜。
另一方面，用于通信用的印刷线圈部等未卷绕导线而使用光刻形成线圈部，所以不伴有制造时的形状变化。因此，无需对要求的绝缘耐压赋予冗长的膜厚。特别是，容易赋予氧化硅膜等均匀的膜，故而可靠性高。
由此可知，在功率电感器中也高频化的情况下，通过不卷绕导线而以与印刷线圈部相同的工艺制作，降低线圈部的绝缘体相对于导体的比例。利用该降低，可能能够高功率密度化。但是，功率电感器因为与通信用印刷线圈部相比流通大的电流，所以优选为更低电阻且散热性能(冷却性能)高的构造。另外，就功率电感器而言，电流值越大，产生的磁场也越大。因此，在使用磁性体芯的情况下，存在因磁饱和的产生而容易到达磁芯的饱和磁通密度的课题。
接着，基于电磁线圈部的理论式说明电感。电感L可以通过下式(1)表示。
在此，“N”是串联连接的线圈部的匝数。“μ”是磁路的导磁率。“S”是由线圈部包围磁芯的截面积。“N/l”是每单位长度的卷绕数、即匝数密度。另外，导出该式(1)的过程中使用的磁通密度B可以由下式(2)表示。
在此，“I”是对线圈部通电的电流。“H”是通过I在电磁线圈部内产生的磁场。通常，在使用了磁性体的情况下，存在与该材料对应的饱和磁通密度，即使增加电流，也存在磁通密度不增加的区域。
[功率电感器1A的特征作用]
如上式(2)可知，在功率电感器中，I大，因此，在与目前相同的N/l下会马上磁饱和。为了不增加磁通密度而增加电感，因此，在通电需要磁路的导磁率和匝数密度的电流时，以成为饱和磁通密度以下的方式进行调整是有效的。即，增加匝数、由线圈部包围磁芯的面积是有效的。
在实施例1中，在线圈部4的至少一部分，将线圈部4的长方形状截面积S1的宽度w和厚度t双方设定为比线圈部匝间间隙5的宽度d大。
即，将线圈部匝间间隙5的宽度d设定为比长方形状截面积S1的宽度w和厚度t双方小。因此，能够减小磁通泄漏的空间。由此，能够不增加磁通密度而提高电感。另外，因为是线圈部4的长方形状截面积S1在X轴方向上宽的构造，所以能够有效降低线圈部4的电阻值。因此，能够提高功率电感器1A的电流容量。其结果，能够兼得电感的提高和电流密度的提高这两者。
在实施例1中，在线圈部4的全部区域将线圈部4的长方形状截面积S1的宽度w和厚度t双方设定为比线圈部匝间间隙5的宽度d大。即，在线圈部4的全部区域能够设为减小磁通泄漏的空间，且在X轴方向上加宽线圈部4的长方形状截面积S1的构造。因此，能够提高电感和电流密度的区域遍及线圈部4的全部区域。因此，能够在线圈部4的更宽的范围兼得电感的提高和电流密度的提高这两者。
在实施例1中，线圈部4的长方形状截面积S1的宽度w被设定为比线圈部4的长方形状截面积S1的厚度t大。即，成为线圈部4的长方形状截面积S1在X轴方向上长且在Y轴方向上短的形状。因此，能够在较宽地确保线圈部4生成的交链磁通的截面积(图1所示的Y方向的截面积S2)的同时，较宽地确保长方形状截面积S1。
在实施例1中，母材为硅。即，母材作为半导体材料由通常的硅构成。因此，能够使用已有的半导体制造装置制造功率电感器1A。因此，能够廉价地制造功率电感器1A。
接着，说明效果。
在实施例1的功率电感器1A中，得到下述列举的效果。
(1)一种电感器(功率电感器1A)，将基板(基板2)用作母材(硅)，其中，具备磁芯部(磁芯部3)及线圈部(线圈部4)、形成于线圈部(线圈部4)的导体(导体40)间的绝缘部(线圈部匝间间隙5)、将磁芯部(磁芯部3)及线圈部(线圈部4)与外部连接的端子部(电极部6及电极部7)，根据线圈部(线圈部4)中流动的电流生成的磁场的主要方向(X轴方向)是基板(基板2)的平面方向(X轴方向)，在线圈部(线圈部4)的至少一部分，将线圈部(线圈部4)的长方形状截面积(长方形状截面积S1)的宽度(宽度w)和厚度(厚度t)双方设定为比绝缘部(线圈部匝间间隙5)的宽度(宽度d)大(图2)。
因此，能够提供能够兼得电感的提高和电流密度的提高这两者的半导体装置(功率电感器1A)。
(2)在线圈部(线圈部4)的所有区域，将线圈部(线圈部4)的长方形状截面积(长方形状截面积S1)的宽度(宽度w)和厚度(厚度t)双方设定为比绝缘部(线圈部匝间间隙5)的宽度(宽度d)大(图2)。
因此，除(1)的效果之外，还能够在线圈部(线圈部4)的更宽的范围兼得电感的提高和电流密度的提高这两者。
(3)线圈部(线圈部4)的长方形状截面积(长方形状截面积S1)的宽度(宽度w)被设定为比线圈部(线圈部4)的长方形状截面积(长方形状截面积S1)的厚度(厚度t)大(图2)。
因此，除(1)及(2)的效果之外，还能够较宽地确保线圈部(线圈部4)生成的交链磁通的截面积(Y方向的截面积S2)，同时，较宽地确保长方形状截面积(长方形状截面积S1)。
(4)母材为硅(图1及图2)。
因此，除(1)～(3)的效果之外，还能够廉价地制造功率电感器1A。
实施例2
实施例2是具备多个线圈部的例子。
首先，说明结构。
实施例2的电感器与实施例1相同，适用于与电动发电机的逆变器连接的功率电感器(电感器的一例)。以下，将实施例2的功率电感器的结构分为“整体结构”、“尺寸结构”进行说明。
[整体结构]
图3表示实施例2的功率电感器的整体结构。以下，基于图3说明整体结构。
实施例2的功率电感器1B与实施例1相同，在母材上形成成为基本结构要素的线圈部。功率电感器1B与实施例1相同，是将基板2用作硅(母材)的电感器。功率电感器1B具备多个铁素体芯3(磁芯部)、多个线圈部4A～4H(例如铜)、线圈部匝间间隙5(绝缘部)、电极部6(端子部)、电极部7(端子部)。图3中的卷绕起始部S表示各线圈部4A～4H的卷绕起始部S。卷绕终止部E表示各线圈部4A～4H的卷绕终止部E。
基板2为支承各铁素体芯3、各线圈部4A～4H、电极部6及电极部7的支承体。基板2具有长方形状的外形。
各铁素体芯3使各线圈部4A～4H生成的磁通一边折曲运动一边交链。各铁素体芯3配置于各线圈部4A～4H间，成为将各线圈部4A～4H彼此相连的磁路。各铁素体芯3具备内包于各线圈部4A～4H的被内包部3i和从各线圈部4A～4H露出的露出部3e。图中双点划线表示被内包部3i和露出部3e的边界。以将线圈部4H的卷绕终止部E和线圈部4A的卷绕起始部S相连的铁素体芯3作为终端铁素体芯3E。
各线圈部4A～4H根据通电的电流生成磁通。各线圈部4A～4H沿Y轴方向排列形成于基板2的平面上。各线圈部4A～4H彼此串联连接。电流向各线圈部4A～4H的输入输出从电极部6及电极部7进行。即，经由线圈部4A的卷绕起始部S从电极部6输入的电流在流过线圈部4A～4H后，经由线圈部4H的卷绕终止部E从电极部7向外部输出。另外，线圈部4B、4D、4F、4H和线圈部4A、4C、4E、4G根据电流产生的磁场的主要方向不同。即，线圈部4B、4D、4F、4H中产生的磁场的主要方向为+X方向。线圈部4A、4C、4E、4G中产生的磁场的主要方向为－X方向。各线圈部4A～4H的内部除内包被内包部3i的一部分的端部4e以外，形成由图3所示的点划线包围的间隙G。线圈部4A和线圈部4H的端部4e彼此通过终端铁素体芯3E耦合。
在此，“间隙G”是指由导磁率比铁素体芯3小的部件(例如空气等非磁性体)填埋的区域。“非磁性体”是指不是铁磁性体的物质。“铁磁性体”是指铁、钴、镍或它们的合金、铁素体等通过外部的磁场容易变为磁铁的物质，是指导磁率较高的物质。
线圈部匝间间隙5形成于各线圈部4A～4H的导体40间。线圈部匝间间隙5将相邻的导体40彼此绝缘。线圈部匝间间隙5被未图示的氧化硅膜填埋。倾斜要素部5n是将各线圈部4A～4H的导体40彼此在X轴方向上偏移相连的部位。
电极部6(例如铜)及电极部7(例如铜)将各铁素体芯3及各线圈部4A～4H与外部连接。电极部6经由线圈部4A的卷绕起始部S将各铁素体芯3及各线圈部4A～4H与未图示的蓄电池连接。电极部7经由线圈部4H的卷绕终止部E将各铁素体芯3及各线圈部4A～4H与未图示的逆变器连接。
[尺寸结构]
以下，基于图3说明尺寸结构。
各线圈部4A～4H与实施例1相同，是长方形状截面积S1的宽度w。各线圈部4A～4H与实施例1相同，是长方形状截面积S1的厚度t。长方形状截面积S1的宽度w与实施例1同样地被设定为比长方形状截面积S1的厚度t大。
线圈部匝间间隙5与实施例1相同是Z轴方向的宽度d。在线圈部匝间间隙5，线圈部4A、4C、4E、4G的倾斜要素部5n与实施例1相同，是宽度d’(d>d’)。图3中被隐藏而不能看到，但线圈部4B、4D、4F、4H的倾斜要素部5n也是宽度d’(d>d’)。在各线圈部4A～4H的全部区域，各线圈部4A～4H的长方形状截面积S1的宽度w和厚度t双方与实施例1相同，被设定为比线圈部匝间间隙5的宽度d大。即，宽度w的上限值被设定为可以将各线圈部4A～4H的电阻值抑制为期望的值以下的值。宽度w的下限值被设定为比线圈部匝间间隙5的宽度d大的值。厚度t的上限值被设定为可以将泄漏磁通的量抑制为期望的值以下的值。厚度t的下限值被设定为比线圈部匝间间隙5的宽度d大的值。
接着，说明作用。
将实施例2的功率电感器1B的作用分为“磁路整体的导磁率的调整作用”、“B－H曲线的倾斜缓和作用”、“功率电感器1B的特征作用”进行说明。
[磁路整体的导磁率的调整作用]
线圈部4A和线圈部4H的端部4e彼此通过终端铁素体芯3E以无磁通泄漏的状态耦合。通过该耦合，在各线圈部4A～4H，根据通电的电流生成的磁通形成封闭的环。
在此，“环”是指由各铁素体芯3及各线圈部4A～4H形成的磁通的一连串的流动。“封闭的环”是指不将磁通的一连串的流动开放而封闭的状态。
如上述，各线圈部4A～4H的内部除内包被内包部3i的一部分的端部4e之外，由导磁率比铁素体芯3小的部件填埋。即，各线圈部4A～4H的内部具有与端部4e相比在进深部处导磁率小的构造。这样，各线圈部4A～4H在构造上调整为磁通不易泄漏且进深部的导磁率小。通过该调整，能够降低将各铁素体芯3及各线圈部4A～4H看作一个磁路时的磁路整体的等效的导磁率。等效的导磁率的降低可通过缓和B－H曲线的倾斜度而实现。由此，能够避免磁路整体的磁饱和。
[B－H曲线的倾斜缓和作用]
图4是表示B－H曲线的说明图。以下，基于图4说明B－H曲线的倾斜缓和作用。图4中，横轴是磁场H，纵轴是磁通密度B。
B－H曲线具有磁滞特性。磁场强度的绝对值越大，磁通密度B的绝对值越大。即使磁场强度的绝对值为规定的强度以上，磁通密度也能够维持为规定的饱和磁通密度Bs。
图中实线所示的曲线A是在将各线圈部4A～4H的端部4e彼此相连的部分和各线圈部4A～4H的内部的整体配置有铁素体芯时的B－H曲线。虚线所示的曲线B是在将各线圈部4A～4H的端部4e彼此相连的部分和相比较于端部4e稍微进入线圈部内部的部分配置有铁素体芯3时的B－H曲线。虚线所示的曲线C是在将各线圈部4A～4H的端部4e彼此相连的部分配置有铁素体芯3时的B－H曲线。点划线所示的直线D是在各线圈部4A～4H均未配置铁素体芯3时的直线。该直线的倾斜度m是真空的导磁率μ0。
在各线圈部4A～4H的内部由导磁率比铁素体芯3小的部件(例如空气等非磁性体)填埋的间隙G以曲线A→曲线B→曲线C的顺序增加(图中空心箭头所示的“间隙增加”)。即，间隙G越增加，越能够缓和B－H曲线的倾斜度。即，将各铁素体芯3及各线圈部4A～4H看作一个磁路时的磁路整体的等效的导磁率μ降低。
以这些为前提，在曲线B，对磁场H追随从正向负的路线的曲线上的点X(HX、BX)确定目标。该磁通密度BX未达到饱和磁通密度Bs(BX＜Bs)。由此，在曲线B中、磁通密度B未饱和的区域，可以以低的电流IX(∝磁场HX)得到大的磁通密度BX。即，能够避免磁路整体的磁饱和，同时能够以低的电流IX得到大的磁通密度BX。
[功率电感器1B的特征作用]
在实施例2中，根据在基板2的Y轴方向上排列形成的各线圈部4A～4H中流动的电流产生的磁通在各线圈部4A～4H的内部直接耦合。
即，由线圈部4A产生的磁通一边通过各铁素体芯3折曲运动一边在其它线圈部4B～4H的内部交链。因此，将各线圈部4A～4H彼此也磁性串联耦合。由此，在有限的基板2的尺寸中也能够较多地确保串联连接的各线圈部4A～4H的匝数(N)。即，在以有限的面积使用匝数密度(N/l)低的线圈部区段(设置线圈部的区域)的情况下，也能够增加各线圈部4A～4H的匝数。
因此，能够兼得磁通密度的降低和电感的提高。
在实施例2中，根据电流产生的磁场的主要方向不同的各线圈部4A～4H中流动的电流产生的磁通在各线圈部4A～4H间串联耦合。即，磁耦合的串联连接的线圈部4A～4H的匝数(N)增大。因此，能够不增加磁通密度而提高电感。而且，内包各铁素体芯3的一部分的端部以外的各线圈部4A～4H的内部由非磁性体(例如空气)充满。因此，与端部相比，能够在构造上降低磁通不易泄漏的各线圈部4A～4H的内部的导磁率。由此，能够降低磁路整体的导磁率，避免磁饱和。
在实施例2中，各铁素体芯3配置于各线圈部4A～4H间。即，即使各线圈部4A～4H彼此分离，也能够利用各铁素体芯3磁串联耦合。因此，串联耦合的各线圈部4A～4H的匝数增加。因此，在功率电感器1B中能够得到高的电感。
此外、其它作用与实施例1相同，所以省略说明。
接着，说明效果。
在实施例2的功率电感器1B中，得到下述效果。
(5)具备多个线圈部(线圈部4A～4H)，多个线圈部(线圈部4A～4H)在基板(基板2)的平面方向上排列形成，根据多个线圈部(线圈部4A～4H)中流动的电流产生的磁通在多个线圈部(线圈部4A～4H)的内部串联耦合(图3)。
因此，除上述(1)～(4)的效果之外，还能够兼得磁通密度的降低和电感的提高。
(6)具备主要方向(+X方向、－X方向)不同的多个线圈部(线圈部4A～4H)，根据多个线圈部(线圈部4A～4H)中流动的电流产生的磁通在多个线圈部(线圈部4A～4H)间串联耦合(图3)。
因此，除上述(1)～(5)的效果之外，还能够不增加磁通密度而提高电感。
(7)磁芯部(铁素体芯3)配置在至少一个以上的线圈部(线圈部4A～4H)间(图3)。
因此，除上述(1)～(6)的效果之外，在电感器(功率电感器1B)中还能够得到高的电感。
实施例3
实施例3是在线圈部的外层经由绝缘部配置有外层线圈部的例子。
首先，说明结构。
实施例3的电感器与实施例1相同，适用于与电动发电机的逆变器连接的功率电感器(电感器的一例)。以下，将实施例3中的功率电感器的结构分为“整体结构”、“尺寸结构”、“连接结构”、“制造方法”进行说明。
[整体结构]
图5表示实施例3的功率电感器的整体结构。以下，基于图5说明整体结构。
实施例3的功率电感器1C与实施例1相同，在母材上形成有成为基本结构要素的线圈部。功率电感器1C与实施例1相同，是将基板2用作硅(母材)的电感器。功率电感器1C具备多个铁素体芯3(磁芯部)、多个线圈部4A～4F(例如铜)、线圈部匝间间隙5(绝缘部)、电极部6(端子部)、电极部7(端子部)、多个外层线圈部8A～8F(例如铜)。
基板2是支承各铁素体芯3、各线圈部4A～4H、电极部6、电极部7及各外层线圈部8A～8F的支承体。
各铁素体芯3使由各线圈部4A～4F及各外层线圈部8A～8F生成的磁通一边折曲运动一边交链。各铁素体芯3配置于各线圈部4A～4F间，成为将各线圈部4A～4F彼此相连的磁路。将线圈部4H的卷绕终止部E和线圈部4A的卷绕起始部S相连的铁素体芯3作为终端铁素体芯3E。
各线圈部4A～4F根据通电的电流生成磁通。各线圈部4A～4F在Y轴方向上排列形成。电流向各线圈部4A～4F的输入输出从电极部6及电极部7进行。
线圈部匝间间隙5形成于各线圈部4A～4F的导体40间。线圈部匝间间隙5将相邻的导体40彼此绝缘。线圈部匝间间隙5由未图示的氧化硅膜填埋。倾斜要素部5n是将线圈部4A、4C、4E的导体40彼此在X轴方向上偏移相连的部位。
电极部6(例如铜)及电极部7(例如铜)将各铁素体芯3、各线圈部4A～4F及各外层线圈部8A～8F与外部连接。电极部6经由线圈部4A的卷绕起始部S将各铁素体芯3、各线圈部4A～4F及各外层线圈部8A～8F与未图示的蓄电池连接。电极部7经由线圈部4F的卷绕终止部E将各铁素体芯3、各线圈部4A～4F及各外层线圈部8A～8F与未图示的逆变器连接。
多个外层线圈部8A～8F与各线圈部4A～4F相同，根据通电的电流生成磁通。各外层线圈部8A～8F在Y轴方向上排列形成。各外层线圈部8A～8F经由未图示的氧化硅膜(绝缘部)配置于各线圈部4A～4F的外层。各外层线圈部8A～8F的导体80配置于线圈部匝间间隙5的外层。线圈部匝间间隙9和线圈部匝间间隙5的位置在基板2的水平面方向(X轴方向)上错位。此外，线圈部匝间间隙9形成于各外层线圈部8A～8F的导体80间。各外层线圈部8A～8F的导体80的数量(4个)比各线圈部4A～4F的导体40的数量(11个)少。
[尺寸结构]
以下，基于图5说明尺寸结构。
各线圈部4A～4F与实施例1相同，具有长方形状截面积S1的宽度w。各线圈部4A～4F与实施例1相同，具有长方形状截面积S1的厚度t。长方形状截面积S1的宽度w与实施例1同样地被设定为比长方形状截面积S1的厚度t大。
线圈部匝间间隙5与实施例1相同，具有Z轴方向的宽度d。在线圈部匝间间隙5中，线圈部4A、4C、4E的倾斜要素部5n与实施例1相同，具有宽度d’(d>d’)。图5中被隐藏而不能看到，但线圈部4B、4D、4F的倾斜要素部5n也具有宽度d’(d>d’)。在各线圈部4A～4F的全部的区域，各线圈部4A～4F的长方形状截面积S1的宽度w和厚度t双方与实施例1相同，被设定为比线圈部匝间间隙5的宽度d大。即，宽度w的上限值被设定为可以将各线圈部4A～4F的电阻值抑制为期望的值以下的值。宽度w的下限值被设定为比线圈部匝间间隙5的宽度d大的值。厚度t的上限值被设定为可以将泄漏磁通的量抑制为期望的值以下的值。厚度t的下限值被设定为比线圈部匝间间隙5的宽度d大的值。
[连接结构]
图6表示实施例3的线圈部及外层线圈部的连接结构。以下，基于图6说明连接结构。图6的线圈部截面内部所示的记号是由线圈部产生的磁通的方向。该方向在相邻的线圈部为反向。
各外层线圈部8A～8F与各线圈部4A～4F串联连接。为了在2层的线圈部产生反向的磁通，使线圈部匝反向。因此，线圈部4A和线圈部4B等在构造上不同。另外，为了使产生的磁场的轴在不同的线圈部4A～4F间紧密地(不浪费)连接，优选设为使线圈部间的连接部接近的构造。在这种连接的情况下，因为能够将线圈部间连接的部位汇集在线圈区段的单侧，所以能够有效地利用空间。
从未图示的蓄电池经由电极部6流入线圈部4A的电流绕逆时针在线圈部4A流动。接着，电流经由未图示的卷绕终止部E在外层线圈部8A绕逆时针流动。根据该电流在线圈部4A生成的磁场的主要方向(－X方向)与在外层线圈部8A生成的磁场的主要方向(－X方向)相同。接着，电流从外层线圈部8A经由卷绕起始部S流入外层线圈部8B。接着，电流绕顺时针在外层线圈部8B流动。接着，电流经由未图示的卷绕终止部E流入线圈部4B。根据该电流在线圈部4B生成的磁场的主要方向(+X方向)与在外层线圈部8A生成的磁场的主要方向(+X方向)相同。接着，电流从线圈部4B经由卷绕起始部S流入外层线圈部8C。接着，电流按外层线圈部8C→线圈部4C→外层线圈部8D→线圈部4D→线圈部4E→外层线圈部8E→外层线圈部8F→线圈部4F的顺序流动。此时，根据在各外层线圈部8C、8D、8E、8F流动的电流生成的磁场的主要方向也与根据在各线圈部4C、4D、4E、4F流动的电流生成的磁场的主要方向相同。接着，电流从线圈部4F经由卷绕终止部E流入电极部7。然后，电流经由电极部7向未图示的逆变器输出。
[制造方法]
图7A～图7S表示实施例3的功率电感器的制造方法。以下，基于图7A～图7S说明构成实施例3的功率电感器1C的制造方法的工序。通过上表面线圈部形成处理形成基板上表面侧的导体40及导体80，接着，通过下表面线圈部形成处理形成基板下表面侧的导体40及导体80。在这些处理中，在母材上形成作为线圈部的基板厚度方向的贯通孔，将贯通孔用导电体镀敷填埋，对基板的上下两面使用光刻进行加工，形成电感器。根据该形成，能够在基板厚度方向上也埋入大量的导体，因此，能够兼得泄漏磁通降低和电流密度提高这两者。
(上表面线圈部形成处理)
在上表面线圈部形成处理中，首先，如图7A所示，开设形成有导体40及导体80的基板2的厚度方向部位的贯通孔H。接着，在镀敷工序中，在其表面未被未图示的氧化硅膜覆盖的基板2上，通过镀敷法用导电体10填埋贯通孔H。
接着，在第一上表面图案形成工序中，如图7B所示，通过镀敷工序在填埋了贯通孔H的导电体10的上表面10U涂布光致抗蚀剂11。而且，在光致抗蚀剂11上，在与导体40的上表面部位40U和导体80的厚度方向部位80T对应的部分形成未图示的线圈图案。
接着，在第一上表面蚀刻工序中，如图7C所示，通过利用了在第一上表面图案形成工序中形成的未图示的线圈图案的蚀刻，在导电体10的上表面10U上转印未图示的线圈图案。通过该转印，基板2的上表面2U露出。而且，通过该露出，完成图7C所示的上表面部位40U。
接着，在第一上表面绝缘膜形成工序中，如图7D所示，在通过第一上表面蚀刻工序露出的基板2的上表面2U(参照图7C)上实施热氧化处理。通过该热氧化处理，在上表面2U上成膜图7D所示的绝缘膜12。
接着，在第二上表面图案形成工序中，如图7E所示，在通过第一上表面绝缘膜形成工序形成的绝缘膜12的上表面12U上涂布光致抗蚀剂11。而且，在光致抗蚀剂11上，在与导体80的厚度方向部位80T对应的部分形成未图示的线圈图案。通过该形成，绝缘膜12的上表面12U露出。
接着，在第一上表面蚀刻工序中，如图7F所示，通过利用了通过第二上表面图案形成工序形成的未图示的线圈图案的蚀刻，在绝缘膜12的上表面12U上转印未图示的线圈图案。通过该转印，厚度方向部位80T的上表面80Tu露出。
接着，在导体80的上表面部位80U的成膜工序中，如图7G所示，在通过第一上表面蚀刻工序露出的上表面80Tu(参照图7F)和基板2的上表面2U上通过CVD法成膜导电体13。通过该成膜，将导体80的厚度方向部位80T彼此经由上表面部位80U电连接。
接着，在第三上表面图案形成工序中，如图7H所示，在通过导体80的上表面部位80U的成膜工序成膜的导电体13的上表面13U涂布光致抗蚀剂11。而且，在光致抗蚀剂11上，与图7B相同，在与导体80的上表面部位80U对应的部分形成未图示的线圈图案。
接着，在第二上表面蚀刻工序中，如图7I所示，通过利用了通过第三上表面图案形成工序形成的未图示的线圈图案的蚀刻，在导电体13的上表面13U上转印未图示的线圈图案。通过该转印，与图7C相同，基板2的上表面2U露出。通过该露出，完成图7I所示的导体80的上表面部位80U。
接着，在第二上表面绝缘膜形成工序中，如图7J所示，在通过第二上表面蚀刻工序露出的基板2的上表面2U(参照图7I)上实施热氧化处理。通过该热氧化处理，在上表面2U上成膜绝缘膜14。由此，完成上表面线圈部形成处理。
(下表面线圈部形成处理)
接着，在第一下表面图案形成工序中，如图7K所示，在通过第二上表面绝缘膜形成工序成膜了绝缘膜14的基板2下表面侧的导电体10的下表面10D上涂布光致抗蚀剂11。而且，在光致抗蚀剂11上，在与导体40的下表面部位40D和导体80的厚度方向部位80T对应的部分形成未图示的线圈图案。
接着，在第一下表面蚀刻工序中，如图7L所示，通过利用了通过第一下表面图案形成工序形成的未图示的线圈图案的蚀刻，在导电体10的下表面10D上转印未图示的线圈图案。通过该转印，基板2的下表面2D露出。通过该露出，完成图7L所示的导体40。
接着，在第一下表面绝缘膜形成工序中，如图7M所示，在通过第一下表面蚀刻工序露出的基板2的下表面2D(参照图7L)上实施热氧化处理。通过该热氧化处理，在下表面2D上成膜绝缘膜15。
接着，在第二下表面图案形成工序中，如图7N所示，在通过第一下表面绝缘膜形成工序形成的绝缘膜15的下表面15D涂布光致抗蚀剂11。而且，在光致抗蚀剂11上，在与导体80的厚度方向部位80T对应的部分形成未图示的线圈图案。通过该形成，绝缘膜15的下表面15D露出。
接着，在第二下表面蚀刻工序中，如图7O所示，通过利用了通过第二下表面图案形成工序形成的未图示的线圈图案的蚀刻，在绝缘膜15的下表面15D上转印未图示的线圈图案。通过该转印，厚度方向部位80T的下表面80Td露出。
接着，在导体80的下表面部位80D的成膜工序中，如图7P所示，在通过第二下表面蚀刻工序露出的下表面80Td(图7O参照)和基板2的下表面2D(图7O参照)上通过CVD法成膜导电体14。通过该成膜，导体80的厚度方向部位80T彼此经由下表面部位80D电连接。
接着，在第三下表面图案形成工序中，如图7Q所示，在通过导体80的下表面部位80D的成膜工序成膜的导电体14的下表面14D上涂布光致抗蚀剂11。而且，在光致抗蚀剂11中，在与导体80的下表面部位80D对应的部分形成未图示的线圈图案。
接着，在第三下表面蚀刻工序中，如图7R所示，通过利用了通过第三下表面图案形成工序形成的未图示的线圈图案的蚀刻，在导电体14的下表面14D上转印未图示的线圈图案。通过该转印，与图7L相同，基板2的下表面2D露出。通过该露出，完成图7R所示的导体80。
接着，在第二下表面绝缘膜形成工序中，如图7S所示，在通过第三下表面蚀刻工序露出的基板2的下表面2D(参照图7R)上实施热氧化处理。通过该热氧化处理，在下表面2D上成膜绝缘膜16。由此，完成下表面线圈部形成处理。此外，在上表面线圈部形成处理及下表面线圈部形成处理中，也可以适当加入未图示的CMP(Chemical Mechanical Polishing)法等平坦化处理。
接着，说明功率电感器1C的特征作用。
在实施例3中，根据在外层线圈部8A～8F流动的电流生成的磁场的主要方向与根据在线圈部流动的电流生成的磁场的主要方向相同。即，通过将线圈部设为2层，匝数密度(N/l)增加。因此，与线圈部为1层的情况相比，能够得到高的电感。
在实施例3中，外层线圈部8A～8F的导体80配置在形成于线圈部4A～4F的导体40间的线圈部匝间间隙5的外层。即，成为通过线圈部4A～4F产生的磁通泄漏的路径(泄漏磁通路径)的线圈部匝间间隙5为由外层线圈部8A～8F的导体80堵塞的形状。因此，能够降低来自线圈部匝间间隙5的泄漏磁通，因此，能够得到高的电感。
在实施例3中，外层线圈部8A～8F的导体80的数量(4个)比各线圈部4A～4F的导体40的数量(11个)少。即，线圈部匝间间隙9的数量比线圈部匝间间隙5减少。因此，通过外层线圈部8A～8F的导体80降低来自线圈部匝间间隙5的泄漏磁通，同时，外层线圈部8A～8F的匝间的数量减少。由此，作为功率电感器1C整体的泄漏磁通降低。因此，在功率电感器1C中能够得到高的电感。
在实施例3中，各外层线圈部8A～8F与各线圈部4A～4F串联连接。即，可以将在各外层线圈部8A～8F产生的磁通和各线圈部4A～4F经由各外层线圈部8A～8F及各线圈部4A～4F交链。由此，即使在线圈部内没有磁性体的情况下，也能够抑制磁通的泄漏。因此，即使在线圈部内的导磁率低，从线圈部匝间间隙5容易泄漏磁通的构造的情况下，也能够抑制磁通的泄漏。而且，将线圈部和外层线圈部串联连接，且连接部位于一端，因此，与多个线圈部的连接也变得容易，因此，能够提高电感密度。
此外，其它作用与实施例1相同，所以省略说明。
接着，说明效果。
在实施例3的功率电感器1C中，得到下述的效果。
(8)具备经由绝缘部(导体80)配置在线圈部(线圈部4A～4F)的外层的至少一个以上的外层线圈部(外层线圈部8A～8F)，根据在外层线圈部(外层线圈部8A～8F)流动的电流生成的磁场的主要方向和根据在线圈部(线圈部4A～4F)流动的电流生成的磁场的主要方向相同(图6)。
因此，除上述(1)～(7)的效果外，与线圈部为1层的情况相比还能够得到高的电感。
(9)外层线圈部(外层线圈部8A～8F)的导体(导体80)配置在形成于线圈部(线圈部4A～4F)的导体(导体40)间的绝缘部(线圈部匝间间隙5)的外层(图5)。
因此，除上述(1)～(8)的效果之外，由于能够降低来自绝缘部(线圈部匝间间隙5)的泄漏磁通，所以能够得到高的电感。
(10)外层线圈部(外层线圈部8A～8F)的导体(导体80)的数量比线圈部(线圈部4A～4F)的导体(导体40)的数量少(图5)。
因此，除上述(1)～(9)的效果外，在电感器(功率电感器1C)中还能够得到高的电感。
(11)外层线圈部(外层线圈部8A～8F)和线圈部(线圈部4A～4F)串联连接(图5及图6)。
因此，除上述(1)～(10)的效果外，即使在线圈部(线圈部4A～4F)内的导磁率低且从绝缘部(线圈部匝间间隙5)容易泄漏磁通的构造的情况下，也能够抑制磁通的泄漏。
实施例4
实施例4是将串联连接的多个线圈部和串联连接的多个外层线圈部并联连接的例子。
首先，说明结构。
实施例4的电感器与实施例1相同，适用于与电动发电机的逆变器连接的功率电感器(电感器的一例)。以下，将实施例4中的功率电感器的结构分为“整体结构”、“尺寸结构”、“连接结构”进行说明。
[整体结构]
图8表示实施例4的功率电感器的整体结构。以下，基于图8说明整体结构。
实施例4的功率电感器1D与实施例1相同，在母材上形成成为基本结构要素的线圈部。功率电感器1D与实施例1相同，是将基板2用作硅(母材)的电感器。功率电感器1D具备多个铁素体芯3(磁芯部)、多个线圈部4A～4F(例如铜)、线圈部匝间间隙5(绝缘部)、电极部6(端子部)、电极部7(端子部)、多个外层线圈部8A～8F(例如铜)。图8中的卷绕起始部S表示各线圈部4A～4F及各外层线圈部8A～8F的卷绕起始部S。卷绕终止部E表示各线圈部4A～4F及各外层线圈部8A～8F的卷绕终止部E。
基板2为支承各铁素体芯3、各线圈部4A～4H、电极部6、电极部7及各外层线圈部8A～8F的支承体。
各铁素体芯3使由各线圈部4A～4F及各外层线圈部8A～8F生成的磁通一边折曲运动一边交链。各铁素体芯3配置于各线圈部4A～4H间，成为将各线圈部4A～4H彼此相连的磁路。将线圈部4H的卷绕终止部E和线圈部4A的卷绕起始部S相连的铁素体芯3作为终端铁素体芯3E。
各线圈部4A～4F根据通电的电流生成磁通。各线圈部4A～4F在Y轴方向上排列形成。电流向各线圈部4A～4F的输入输出从电极部6及电极部7进行。
线圈部匝间间隙5形成于各线圈部4A～4F的导体40间。线圈部匝间间隙5将相邻的导体40彼此绝缘。线圈部匝间间隙5由未图示的氧化硅膜填埋。倾斜要素部5n是将相邻的导体40彼此在X轴方向上偏移相连的部位。
电极部6(例如铜)及电极部7(例如铜)将各铁素体芯3、各线圈部4A～4F及各外层线圈部8A～8F与外部连接。电极部6经由线圈部4A的卷绕起始部S将各铁素体芯3、各线圈部4A～4F及各外层线圈部8A～8F与未图示的蓄电池连接。电极部7经由线圈部4F的卷绕终止部E将各铁素体芯3、各线圈部4A～4F及各外层线圈部8A～8F与未图示的逆变器连接。
多个外层线圈部8A～8F与各线圈部4A～4F相同，根据通电的电流生成磁通。外层线圈部8A～8F在Y轴方向上排列形成。各外层线圈部8A～8F经由未图示的氧化硅膜(绝缘部)配置于各线圈部4A～4F的外层。各外层线圈部8A～8F的导体80配置在线圈部匝间间隙5的外层。线圈部匝间间隙9和线圈部匝间间隙5的位置在基板2的水平面方向(X轴方向)上错位。此外，线圈部匝间间隙9形成于各外层线圈部8A～8F的导体80间。各外层线圈部8A～8F的导体80的数量(4个)比各线圈部4A～4F的导体40的数量(11个)少。
[尺寸结构]
以下，基于图8说明尺寸结构。
各线圈部4A～4F与实施例1相同，是长方形状截面积S1的宽度w。各线圈部4A～4F与实施例1相同，是长方形状截面积S1的厚度t。长方形状截面积S1的宽度w与实施例1同样地被设定为比长方形状截面积S1的厚度t大。
线圈部匝间间隙5与实施例1相同，是Z轴方向的宽度d。在线圈部匝间间隙5中，倾斜要素部5n与实施例1相同，是宽度d’(d>d’)。在各线圈部4A～4F的所有区域，各线圈部4A～4F的长方形状截面积S1的宽度w和厚度t双方与实施例1相同，被设定为比线圈部匝间间隙5的宽度d大。即，宽度w的上限值被设定为可以将各线圈部4A～4F的电阻值抑制为期望的值以下的值。宽度w的下限值被设定为比线圈部匝间间隙5的宽度d大的值。厚度t的上限值被设定为可以将泄漏磁通的量抑制为期望的值以下的值。厚度t的下限值被设定为比线圈部匝间间隙5的宽度d大的值。
[连接结构]
以下，基于图8说明连接结构。
各线圈部4A～4F彼此经由卷绕起始部S串联连接。各外层线圈部彼此也经由相同的卷绕起始部S串联连接。串联连接的各线圈部4A～4F和串联连接的各外层线圈部8A～8F并联连接。
从未图示的蓄电池经由电极部6流入线圈部4A及外层线圈部8A的卷绕起始部S的电流被分支为线圈部4A侧和外层线圈部8A侧。流入线圈部4A侧的电流相对于X轴方向绕逆时针在线圈部4A流动。流入外层线圈部8A侧的电流也相对于X轴方向绕逆时针在外层线圈部8A流动。因此，在线圈部4A生成的磁场的主要方向(－X方向)与在外层线圈部8A生成的磁场的主要方向(－X方向)相同。
接着，在线圈部4A结束流动的电流和在外层线圈部8A结束流动的电流在线圈部4B及外层线圈部8B的卷绕起始部S暂时合流后再次分支。流入线圈部4B侧的电流相对于X轴方向绕顺时针在线圈部4B流动。流入外层线圈部8B侧的电流也相对于X轴方向绕顺时针在外层线圈部8B流动。因此，在线圈部4B生成的磁场的主要方向(+X方向)与在外层线圈部8B生成的磁场的主要方向(+X方向)相同。
接着，在线圈部4B结束流动的电流和在外层线圈部8B结束流动的电流在线圈部4C及外层线圈部8C的卷绕起始部S暂时合流后，重复分支及合流。即，在线圈部4B结束流动的电流按线圈部4C→线圈部4D→线圈部4E→线圈部4F的顺序流动。在外层线圈部8B结束流动的电流按外层线圈部8C→外层线圈部8D→外层线圈部8E→外层线圈部8F的顺序流动。此时，在各线圈部4C、4D、4E、4F生成的磁场的主要方向也与在各外层线圈部8C、8D、8E、8F生成的磁场的主要方向相同。接着，在线圈部4F及外层线圈部8F的卷绕终止部E合流的电流经由电极部7输出到未图示的逆变器。
接着，说明作用。
将实施例4的功率电感器1D的作用分为“发热量的分散作用”、“功率电感器1D的特征作用”进行说明。
[发热量的分散作用]
在将各外层线圈部8A～8F的串联连接数设为N0，将各线圈部4A～4F的串联连接数设为NI时，N0＞NI的关系成立。此时，在运用实施例4的功率电感器1D的电力转换器的开关频率中，为串联连接的多个线圈部4A～4F的阻抗和串联连接的外层线圈部8A～8F的阻抗大致相同的构造。电感的值L在磁通密度B相同的情况下与匝数N成正比。线圈断面的厚度在假定为比相对于开关频率的表皮厚度薄且能够无视表皮效应的情况下，如果概算且以下的关系式(3)成立，则阻抗大致相同。关系式(3)中的电感L0是线圈每1匝的电感。
R0+2πfN0L0≈Ri+2πfNiL0 (3)
在此，“开关频率”是指开关、调节器的电路规格之一。
即，外层线圈部8A～8F的线圈部截面积比线圈部4A～4F的线圈截面积小。因此，开关频率成分的电流在线圈部4A～4F和外层线圈部8A～8F均匀地流动。由此，线圈部4A～4F及外层线圈部8A～8F的发热量分散。
此外，在线圈部4A～4F及外层线圈部8A～8F流动的电流的方向为与图6相同的方向。多个串联连接的线圈部4A～4F及外层线圈部8A～8F间的连接部配置在线圈部4A～4F及外层线圈部8A～8F的两端。
[功率电感器1D的特征作用]
在实施例4中，串联连接的各线圈部4A～4F和串联连接的各外层线圈部8A～8F被并联连接。即，各线圈部4A～4F和外层线圈部8A～8F均匀地流动电流。因此，在功率电感器1D中能够提高可通电的电流密度。而且，外层线圈部8A～8F的线圈部截面积比线圈部4A～4F的线圈截面积小。因此，开关频率成分的电流在线圈部4A～4F和外层线圈部8A～8F均匀地流动。由此，线圈部4A～4F及外层线圈部8A～8F的发热量被分散。
此外，其它作用与实施例1相同，所以省略说明。
接着，说明效果。
在实施例4的功率电感器1D中，得到下述效果。
(12)多个线圈部(线圈部4A～4F)彼此串联连接，多个外层线圈部(外层线圈部8A～8F)彼此串联连接，串联连接的多个线圈部(线圈部4A～4F)和串联连接的多个外层线圈部(外层线圈部8A～8F)并联连接(图8)。
因此，除上述(1)～(10)的效果外，在电感器(功率电感器1D)中，还可以提高可通电的电流密度。
实施例5
实施例5是将线圈部的长方形状截面积的宽度设定为越接近基板的中央越大的例子。
首先，说明结构。
实施例5的电感器与实施例1相同，适用于与电动发电机的逆变器连接的功率电感器(电感器的一例)。以下，将实施例5中的功率电感器的结构分为“整体结构”、“尺寸结构进行说明。
[整体结构]
图9表示实施例5中的功率电感器的整体结构。以下，基于图9说明整体结构。
实施例5的功率电感器1E与实施例1相同，在母材上形成成为基本结构要素的线圈部。功率电感器1E与实施例1相同，是将基板2用作硅(母材)的电感器。功率电感器1E具备多个铁素体芯3(磁芯部)、多个线圈部4A～4F(例如铜)、线圈部匝间间隙5(绝缘部)、电极部6(端子部)、电极部7(端子部)。图9中的卷绕起始部S表示各线圈部4A～4F的卷绕起始部S。卷绕终止部E表示各线圈部4A～4F的卷绕终止部E。
基板2为支承各铁素体芯3、各线圈部4A～4H、电极部6、电极部7的支承体。基板2具有长方形状的外形。
各铁素体芯3使由各线圈部4A～4F生成的磁通一边折曲运动一边交链。各铁素体芯3配置在各线圈部4A～4F间，成为将各线圈部4A～4F彼此相连的磁路。将线圈部4F的卷绕终止部E和线圈部4A的卷绕起始部S相连的铁素体芯3作为终端铁素体芯3E。
各线圈部4A～4F根据通电的电流生成磁通。各线圈部4A～4F在Y轴方向上排列形成在基板2的平面上。各线圈部4A～4F彼此串联连接。电流向各线圈部4A～4F输入输出从电极部6及电极部7进行。即，经由线圈部4A的卷绕起始部S从电极部6输入的电流在线圈部4A～4F流动后经由线圈部4F的卷绕终止部E从电极部7输出到外部。另外，线圈部4B、4D、4F和线圈部4A、4C、4E、4G的根据电流产生的磁场的主要方向不同。即，在线圈部4B、4D、4F产生的磁场的主要方向为+X方向。在线圈部4A、4C、4E产生的磁场的主要方向为－X方向。
线圈部匝间间隙5形成于各线圈部4A～4F的导体40间。线圈部匝间间隙5将相邻的导体40彼此绝缘。线圈部匝间间隙5由未图示的氧化硅膜填埋。
电极部6(例如铜)及电极部7(例如铜)将各铁素体芯3及各线圈部4A～4F与外部连接。电极部6经由线圈部4A的卷绕起始部S将各铁素体芯3及各线圈部4A～4F与未图示的蓄电池连接。电极部7经由线圈部4F的卷绕终止部E将各铁素体芯3及各线圈部4A～4F与未图示的逆变器连接。
[尺寸结构]
以下，基于图9说明尺寸结构。
各线圈部4A～4F与实施例1相同，是长方形状截面积S1的宽度w。各线圈部4A～4F与实施例1相同，是长方形状截面积S1的厚度t。长方形状截面积S1的宽度w与实施例1同样地被设定为比长方形状截面积S1的厚度t大。
线圈部匝间间隙5与实施例1相同，是Z轴方向的宽度d。在线圈部匝间间隙5中，将线圈部4A、4C、4E的导体40彼此在X轴方向上偏移相连的倾斜要素部5n与实施例1相同，是宽度d’(d>d’)。图9中被隐藏而不能看到，但将线圈部4B、4D、4F的导体40彼此在X轴方向上偏移相连的倾斜要素部5n也是宽度d’(d>d’)。在各线圈部4A～4F的全部的区域，各线圈部4A～4F的长方形状截面积S1的宽度w和厚度t双方与实施例1相同，被设定为比线圈部匝间间隙5的宽度d大。即，宽度w的上限值被设定为可以将各线圈部4A～4F的电阻值抑制为期望的值以下的值。宽度w的下限值被设定为比线圈部匝间间隙5的宽度d大的值。厚度t的上限值被设定为可以将泄漏磁通的量抑制为期望的值以下的值。厚度t的下限值被设定为比线圈部匝间间隙5的宽度d大的值。
线圈部4D的长方形状截面积S1的各宽度w被设定为在+X方向上越接近基板2的中央而越大(w3＞w2＞w1)。
接着，说明作用。
将实施例5的功率电感器1E的作用分为“温度下降基本作用”、“功率电感器1E的特征作用”进行说明。
[温度下降基本作用]
在功率电感器1E中，在配置多个线圈部时，使功率电感器基板的中心部分的线圈部截面积比电感器基板外周部大。具体而言，越接近基板的中心，越加宽线圈部截面积，不改变磁通交链的面积。即，成为如图9所示的w3＞w2＞w1的关系，成为匝数密度(N/l)越在中心越低的构造。通过该构造，能够使温度较高的电感器基板的中心部的发热量比外周部减少。因此，发热量均匀，能够抑制电感器局部发热。由此，能够降低电感器的最高温度。而且，在冷却电感器时，也能够有效地使用热扩散。由此，在电感器中，能够降低巨大的热电阻。
在此，“热扩散”是指物质根据温度梯度移动的现象。“热电阻”是指表示温度的传播容易度的值，例如是每单位时间的每发热量的温度上升量。
[功率电感器1E的特征作用]
在实施例5中，线圈部4D的长方形状截面积S1的宽度w被设定为在+X方向上越接近基板2的中央而越大(w3＞w2＞w1)。即，成为通过w3＞w2＞w1的大小关系，匝数密度(N/l)越在基板2的中心越低的构造。因此，能够使温度较高的基板2的中心部的发热量比外周部减少。由此，功率电感器1E的发热量均匀。即，能够抑制功率电感器1E局部发热。因此，能够降低功率电感器1E的最高温度。
此外，其它作用与实施例1相同，所以省略说明。
其次，说明效果。
在实施例5的功率电感器1E中，得到下述效果。
(13)线圈部(线圈部4D)的长方形状截面积(长方形状截面积S1)的宽度(宽度w)被设定为越接近基板(基板2)的中央越大(图9)。
因此，除上述(1)～(12)的效果外，还可以降低电感器(功率电感器1E)的最高温度。
以上，基于实施例1～实施例5说明了本发明的电感器，但对于具体的结构，不限于这些实施例，只要不脱离本发明请求范围的各权项的宗旨，则可以容许设计的变更及追加等。
在实施例1～实施例5中，示出以铜为线圈部的例子。另外，在实施例3及实施例4中，示出以铜为外层线圈部的例子。但是，不限于此。例如，也可以由银、金、铝等金属构成线圈部及外层线圈部。总之，只要是导电率较高的金属即可。
在实施例1～实施例5中，示出以硅为母材的例子。但是，不限于此，例如，母材也可以由铁素体及玻璃环氧树脂等构成。在以铁素体为母材的情况下，由磁性体填埋的部分增加，因此，泄漏磁通降低，得到高的电感。另外、在以玻璃环氧树脂为母材的情况下，能够使用与印刷基板相同的装置制造，因此，能够廉价地制造电感器。
在实施例1～实施例5中，示出由氧化硅膜填埋线圈部匝间间隙进行绝缘的例子。但是，不限于此。例如，也可以由作为母材的硅和氧化硅膜填埋线圈部匝间间隙进行绝缘。总之，只要线圈部匝间间隙由绝缘材料填埋即可。
在实施例1～实施例5中，示出将线圈部的长方形状截面积S1的宽度w设定为比长方形状截面积S1的厚度t大的例子(w＞t)。但是，不限于此，线圈部的长方形状截面积S1的宽度w也可以设定为线圈部的长方形状截面积S1的厚度t的2倍以上(w≥2t)。由此，即使在限定了基板2的配置空间的情况下，也能够抑制电阻，同时增大由线圈部包围的面积。通过增大w，牺牲匝数密度(N/l)，但如果使匝数密度(N/l)过高，则引起磁饱和，磁芯的磁通密度到达饱和磁通密度。即，得到即使牺牲匝数密度(N/l)，也能够将磁芯的磁通密度抑制在饱和磁通密度以下的期望的值的效果。
在实施例2中，示出用空气等非磁性体填埋间隙G的例子。但是，不限于此。例如，也可以由以比导磁率10以下等的部件填埋间隙G。总之，只要间隙G由导磁率较低的部件填充即可。
在实施例2中，示出在各线圈部4A～4H的内部，与端部4e相比，在进深部使导磁率小，调整磁路整体的导磁率的例子。但是，不限于此，例如，也可以在没有磁饱和的范围内，在端部4e以外的线圈部4A～4H的内部的一部分放置将磁性体材料的粒子经由绝缘层烧结而成的铁素体芯，来调整磁路整体的导磁率。总之，只要在端部4e以外的线圈部4A～4H的内部的一部分放置比导磁率100以上的磁芯即可。此时的母材也可以是Si基板或FR4等印刷基板用材料。另外，通过使用残留磁芯部的加工方法，也可以使用铁素体系磁性体基板等。
在此，“FR(Flame Retardant Type)4”(参照图3)是指在玻璃纤维布中浸渗环氧树脂并实施热固化处理而制成板状的原料。
在实施例2中，示出在上表面80Tu和基板2的上表面2U通过CVD法成膜导电体13的例子(参照图7G)。另外，在实施例2中，示出在下表面80Td和基板2的下表面2D通过CVD法成膜导电体14的例子(参照图7P)。但是，不限于此，例如，作为成膜方法，也可以使用溅射法、真空蒸镀法等公知的方法。
在实施例2中，示出多个线圈部(线圈部4A～4H)根据电流产生的磁通的主要方向(+X方向、－X方向)不同的例子。但是，不限于此。例如，多个线圈部(线圈部4A～4H)的轴也可以不同。即，沿着轴产生的磁通也可以在各线圈部4A～4H间串联耦合。因此，磁耦合的串联连接的线圈部4A～4H的匝数(N)增加。由此，能够不增加磁通密度而提高电感。因此，实现与上述(6)相同的效果。
在实施例1～实施例5中，示出将本发明的电感器适用于用作电动发电机的交流/直流的转换装置的逆变器的例子。但是，本发明的电感器也可以适用于逆变器以外的各种电力转换装置。
符号说明
d 宽度
H 磁场
S1 长方形状截面积
w 宽度
1A、1B、1C、1D、1E 功率电感器(电感器)
2 基板
3 铁素体芯(磁芯部)
4、4A、4B、4C、4D、4E、4F、4G、4H 线圈部
8A、8B、8C、8D、8E、8F 外层线圈部
5 线圈部匝间间隙(绝缘部)
6 电极部(端子部)
7 电极部(端子部)
40 导体
80 导体

Claims (13)

1.一种电感器，将基板用作母材，其特征在于，
具备：磁芯部及线圈部、形成于所述线圈部的导体间的绝缘部、将所述磁芯部及所述线圈部与外部连接的端子部，
根据在所述线圈部流动的电流生成的磁场的主要方向为所述基板的平面方向，
在所述线圈部的至少一部分，将所述线圈部的长方形状截面积的宽度和厚度双方设定为比所述绝缘部的宽度大。
2.如权利要求1所述的电感器，其特征在于，
在所述线圈部的全部区域，将所述线圈部的长方形状截面积的宽度和厚度双方设定为比所述绝缘部的宽度大。
3.如权利要求1或2所述的电感器，其特征在于，
所述线圈部的长方形状截面积的宽度设定为比所述线圈部的长方形状截面积的厚度大。
4.如权利要求1～3中任一项所述的电感器，其特征在于，
具备多个线圈部，
所述多个线圈部在所述基板的平面方向上排列形成，
根据在所述多个线圈部流动的电流产生的磁通在所述多个线圈部的内部串联耦合。
5.如权利要求1～4中任一项所述的电感器，其特征在于，
具备所述主要方向不同的多个线圈部，
根据在所述多个线圈部流动的电流产生的磁通在所述多个线圈部间串联耦合。
6.如权利要求1～5中任一项所述的电感器，其特征在于，
具备经由所述绝缘部配置于所述线圈部的外层的至少一个以上的外层线圈部，
根据在所述外层线圈部流动的电流生成的磁场的主要方向和根据在所述线圈部流动的电流生成的磁场的主要方向相同。
7.如权利要求6所述的电感器，其特征在于，
所述外层线圈部的导体配置在形成于所述线圈部的导体间的绝缘部的外层。
8.如权利要求6或7所述的电感器，其特征在于，
所述外层线圈部的导体的数量比所述线圈部的导体的数量少。
9.如权利要求6～8中任一项所述的电感器，其特征在于，
所述外层线圈部和所述线圈部串联连接。
10.如权利要求6～8中任一项所述的电感器，其特征在于，
多个线圈部彼此串联连接，
多个外层线圈部彼此串联连接，
串联连接的所述多个线圈部和串联连接的所述多个外层线圈部并联连接。
11.如权利要求5～10中任一项所述的电感器，其特征在于，
所述磁芯部配置在至少一个以上的线圈部间。
12.如权利要求1～11中任一项所述的电感器，其特征在于，
所述线圈部的长方形状截面积的宽度设定为越接近所述基板的中央越大。
13.如权利要求1～12中任一项所述的电感器，其特征在于，
所述母材为硅、铁素体及玻璃环氧树脂中的任一种。
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