CN112236835B - 线圈封入压粉成形芯、电感元件以及电子/电气设备 - Google Patents

线圈封入压粉成形芯、电感元件以及电子/电气设备 Download PDF

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Abstract

在构成能维持基本特性(特别L/DCR)并使直流叠加特性提升的电感元件的本发明的线圈封入压粉成形芯中，配置于线圈封入压粉成形芯(100A)的内部的线圈(10)的卷绕体(10C)和压粉成形芯(30)具有下述定义的内部芯容积比RV成为3以上且5以下的关系。RV＝(V1/V2)/(1‑V/Vp)，在此，V1是压粉成形芯(30)中的、从沿着线圈(10)的卷绕轴的方向即第一方向来看线圈封入压粉成形芯(100A)时位于卷绕体(10C)的内侧的区域的容积，V2是压粉成形芯(30)中的位于卷绕体(10C)的外侧的区域的容积，V是压粉成形芯(30)的容积，Vp是线圈封入压粉成形芯(100A)的容积。

Description

线圈封入压粉成形芯、电感元件以及电子/电气设备
技术领域
本发明涉及线圈封入压粉成形芯、具备该线圈封入压粉成形芯的电感元件以及安装该电感元件的电子/电气设备。在本说明书中，所谓“电感元件”，包含具备包含压粉芯的芯材以及线圈的无源元件的电抗器的概念。
背景技术
近年来，出于实现部件的小型化的观点，使用线圈封入压粉成形芯，其具有在将包含磁性粉末而成的材料压粉成形而得的压粉成形芯的内部封入线圈的结构。在专利文献1所记载的线圈封入压粉成形芯中，为了防止流过线圈的端子电极间的电流所引起的发热，规定了芯端子间的电压、电流与芯的体积的关系。在专利文献2所记载的线圈封入压粉成形芯中，为了不招致直流叠加特性的降低地提高散热性，提出将压粉成形芯的一部分设为与其他部分不同的材料。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：JP特开2003-282342号公报
专利文献2：JP特开2012-235051号公报
发明内容
发明要解决的课题
具备专利文献1、专利文献2记载的线圈封入压粉成形芯的电感元件大量作为用于驱动智能手机等便携通信终端的显示部的部件而使用。在便携通信终端中，薄型化、小型化等要求持续存在，提高最大显示亮度等对提高显示部的能力的要求也持续存在。以这样的要求的存在为背景，谋求即使电感元件小型化(包含低矮化)，也维持基本特性(特别L/DCR)以及直流叠加特性双方。为了电感元件得到给定的自电感L，考虑使电感元件所具备的线圈封入压粉成形芯的线圈的匝数增加，但电感元件由于将小型化作为前提，因此即使使线圈的匝数增加，也不能使线圈封入压粉成形芯的体积增加。为此，线圈封入压粉成形芯中的压粉成形芯的体积相对减少。其结果，电感元件的直流叠加特性有变差的可能性。特别在电感元件所具备的线圈封入压粉成形芯的大小为数平方毫米的情况下，出于确保对电感元件谋求的自电感L的观点而减小线圈体积实质上是有极限的。为此，极难得到确保需要的自电感L并使得直流叠加特性提升的线圈封入压粉成形芯。
为此，本发明目的在于，提供构成维持基本特性(特别L/DCR)并能使直流叠加特性提升的电感元件的线圈封入压粉成形芯。本发明目的还在于，具备上述的线圈封入压粉成形芯的电感元件、以及安装该电感元件的电子/电气设备。
用于解决课题的手段
为了解决上述课题，本发明的发明者们研讨的结果，得到如下的新的见解：通过在与压粉成形芯的关系下设定配置于线圈封入压粉成形芯的内部的线圈的卷绕体的形状，能稳定地提高电感元件的基本特性和直流叠加特性的综合评价的指标即Isat×L/DCR。
通过相关的见解而完成的本发明如下那样。
本发明的一个方案是线圈封入压粉成形芯，具有卷绕体的线圈被封入包含磁性粉末的压粉成形芯，下述定义的内部芯体积比RV为3以上且5以下。
RV＝(V1/V2)/(1-V/Vp)
在此，V1是所述压粉成形芯中的从沿着所述线圈的卷绕轴的方向即第一方向来看所述线圈封入压粉成形芯时位于所述线圈的所述卷绕体的内侧的区域(第1区域)的体积(第1体积)，V2是所述压粉成形芯中的从所述第一方向来看所述线圈封入压粉成形芯时位于所述线圈的所述卷绕体的外侧的区域(第2区域)的体积(第2体积)，V是所述压粉成形芯的体积(芯体积)，Vp是所述线圈封入压粉成形芯的体积(芯片体积)。
由于基于流过线圈的电流的磁通流过第1区域，因此第1区域的体积即第1体积V1越大，越难以产生线圈封入压粉成形芯的磁饱和。因此，第1体积V1越大，具备线圈封入压粉成形芯的电感元件的自电感L(单位：μH)、Isat(直流叠加时自电感L降低30％降低的电流值、单位：A)也越高。但由于即使第1体积V1变大也不能加大压粉成形芯的体积即芯体积V，因此若第1体积V1变大，第2区域的体积即第2体积V2就变小。由于V2变小会给L以及Isat双方带来影响，因此若以内部芯体积比RV进行评价，则L以及Isat分别具有不同的非线性的关系。另外，内部芯体积比RV是用芯片体积Vp中所占的线圈体积的比例(1-V/Vp)将V1/V2标准化的值，线圈体积与芯体积V的总和成为芯片体积Vp。由于上述的不同的非线性关系，定位为电感元件的特性的综合评价的指标的Isat×L/DCR示出内部芯体积比RV在3到5的范围内有峰值的倾向。该倾向即使压粉成形芯中所含的磁性粉末的组成、压粉成形芯的制造方法不同电能看到。因此，在对线圈封入压粉成形芯设计形状时，通过进行设定，使得内部芯体积比RV成为3到5的范围，不管磁性粉末的组成、压粉成形芯的制造方法如何，电感元件都易于得到良好的特性。
压粉成形芯所含的磁性粉末可以至少一部分包含非晶质磁性材料，作为更具体的示例，可以包含非晶质磁性材料以及晶质磁性材料。另外，压粉成形芯所含的磁性粉末也可以即年包含非晶质磁性材料，或仅包含晶质磁性材料。
作为晶质磁性材料的具体例，能举出Fe-Si-Cr系合金、Fe-Ni系合金、Fe-Co系合金、Fe-V系合金、Fe-Al系合金、Fe-Si系合金、Fe-Si-Al系合金、羰基铁以及纯铁，晶质磁性材料可以包含从包含这些合金的群选出的1种或2种以上材料。晶质磁性材料有优选包含Fe-Si-Cr系合金的情况。
作为非晶质磁性材料的具体例，能举出Fe-Si-B系合金、Fe-P-C系合金以及Co-Fe-Si-B系合金，非晶质磁性材料可以包含从包含这些合金的群选出的1种或2种以上材料。非晶质磁性材料有优选包含Fe-P-C系合金的情况。
本发明作为其他一个方案而提供电感元件，其具备：上述的线圈封入压粉成形芯；和与该线圈封入压粉成形芯所具有的线圈各个端部连接的连接端子。相关的电感元件能基于上述的线圈封入压粉成形芯的卓越的特性来维持基本特性(L/DCR)并使直流叠加特性提升。
本发明的再其他一个方案是安装有上述的电感元件的电子/电气设备，所述电感元件用所述连接端子与基板连接。作为相关的电子/电气设备，例示具备电源开关电路、电压升降电路、平滑电路等的电源装置、小型便携通信设备等。本发明所涉及的电子/电气设备由于具备上述的电感元件，因此易于应对小型化。
发明效果
在上述的发明所涉及的线圈封入压粉成形芯中，关于压粉成形芯，由于线圈的内侧的体积和外侧的体积具有合适的平衡，因此对于具备相关的线圈封入压粉成形芯的电感元件，能维持基本特性(L/DCR)并使直流叠加特性提升。另外，根据本发明，提供具备上述的线圈封入压粉成形芯的电感元件以及安装有该电感元件的电子/电气设备。
附图说明
图1是概念地表示具备本发明的一个实施方式所涉及的线圈封入压粉成形芯的电感元件的形状的立体图。
图2的(a)是本发明的一个实施方式所涉及的线圈封入压粉成形芯的俯视图，并且(b)是图2的(a)的A-A剖视图。
图3的(a)是设为模拟对象的线圈封入压粉成形芯的俯视图，并且(b)是图3的(a)的A1-A1剖视图。
图4的(a)是计算例1-1所涉及的线圈封入压粉成形芯的俯视图，并且(b)是计算例1-6所涉及的线圈封入压粉成形芯的俯视图。
图5是表示DCR与RV的关系的图表。
图6是表示L与RV的关系的图表。
图7是表示Isat与RV的关系的图表。
图8是表示Isat×L/DCR与RV的关系的图表。
具体实施方式
以下详细说明本发明的实施方式。
图1是概念性地表示具备本发明的一个实施方式所涉及的线圈封入压粉成形芯的电感元件的形状的立体图。图2的(a)是本发明的一个实施方式所涉及的线圈封入压粉成形芯的俯视图。图2的(b)是图2的(a)的A-A剖视图。本发明的一个实施方式所涉及的电感元件100在具有包含磁性粉末的压粉成形体并大致立方体或长方体的压粉成形芯30中具备线圈封入压粉成形芯100A，其在卷绕体10C的两端埋入具有端子部20、25的线圈10。
扁立卷起的线圈即线圈10包含被绝缘性材料被覆的导电性金属材料，将截面长方形的带状体的导电性带体卷绕而形成。卷绕体10C被卷绕成：导电性带体的板面与卷绕轴(是沿着Z1-Z2方向的方向)大致垂直(即，成为沿着X-Y面的面)，决定卷绕体10C的厚度方向的导电性带体的侧端面是与卷绕轴成为平行的朝向，导电性带体的板面彼此沿着卷绕轴重叠。因此，卷绕体10C的上下端面(Z1-Z2方向的两端面)将沿着卷绕体10C的卷绕轴的方向设为法线。另外，线圈10的截面形状并没有限定。线圈10的截面形状也可以是圆形(圆线)。在线圈10的截面形状如上述那样是长方形等矩形的情况下，能提高卷绕体10C的占有率，因而优选。另外，线圈10也可以不是上述那样的扁立卷起的线圈，而是α绕。
导电性金属材料的具体的组成并没有限定。优选是铜、铜合金、铝、铝合金等良导体。被覆导电性金属材料的绝缘性材料的种类并没有限定。能举出搪瓷等树脂系材料作为适合的材料的具体例。在线圈10为扁立卷起线圈的情况下，由于位于外侧面侧的绝缘性材料被拉长，因此优选使用即使进行这样的拉长、绝缘性也难以降低的材料。
在线圈10的卷绕体10C卷绕成环状的状态下，将构成线圈10的导电性带体双方的端部突出并进一步折回，靠近导电性带体的末端的部分构成端子部20、25。如图1所示，位于构成线圈10的导电性带体的一方的端部的端子部20多次折弯，一部分从压粉成形芯30的内部突出，从这部分到导电性带体的末端的部分位于压粉成形芯30外。即，端子部20的前端部位于压粉成形芯30外。位于构成线圈10的导电性带体的另一方的端部的端子部25也多次折弯，一部分从压粉成形芯30的内部突出，从这部分到导电性带体的末端的部分位于压粉成形芯30外。即，端子部25的前端部位于压粉成形芯30外。
另外，在图1、图2所示的电感元件100中，卷绕体10C和端子部20、25用相同构件(导电性带体)构成，但并不限定于此。也可以在构成卷绕体10C的导电性带体的端部另外接合构件，这些构件成为线圈10的端子部20、25。
本发明的一个实施方式所涉及的电感元件100具备一对涂布型电极40、45作为连接端子。一对涂布型电极40、45在压粉成形芯30的上表面与端子部20、25分别电连接，进而具有设于压粉成形芯30的侧面的一部分上的侧面涂布部分40a、45a。如图1所示，涂布型电极40、45还设置在构成线圈10的导电性带体中的从压粉成形芯30突出的部分所位于的压粉成形芯30的侧面以及与该侧面对置的侧面的一部分。另外，虽未图示，但在涂布型电极40、45上，为了使与向电路基板的安装时使用的焊料的紧贴性良好，可以赋予包含镍、锡等金属元素的镀覆膜。或者，也可以取代涂布型电极40、45，通过溅射、镀覆等手段在压粉成形芯30上形成电极膜来构成连接端子。
如图2的(a)以及图2的(b)所示，在线圈封入压粉成形芯100A中，线圈10的卷绕体10C被埋入在压粉成形芯30的内部。由于卷绕体10C是扁立卷起，因此构成卷绕体10C的导电性带体以沿着Z1-Z2方向的卷绕轴为中心而卷绕。在图1以及图2所示的示例中，卷绕体10C中的导电性带体的绕法是扁立卷起，但也可以是其他绕法，例如α绕。
压粉成形芯30包含磁性粉末，在本实施方式中，其至少一部分包含非晶质磁性材料的粉末。在本实施方式中，作为具体的一例，磁性粉末含有晶质磁性材料的粉末以及非晶质磁性材料的粉末。另外，压粉成形芯30含有使这些晶质磁性材料的粉末以及非晶质磁性材料的粉末相对于压粉成形芯30中所含有的其他材料(有是同种的材料的情况，也有是异种的材料的情况)黏合的黏合成分。在本实施方式中，黏合成分具有从树脂以及树脂的热变性物选出的一种以上。黏合成分可以包含水玻璃等无机系材料。另外，压粉成形芯所含的磁性粉末也可以仅包含非晶质磁性材料，或仅包含晶质磁性材料。
给出压粉成形芯30所含有的晶质磁性材料的粉末的晶质磁性材料只要满足是晶质(能通过一般的X射线衍射测定得到具有能确定材料种类的程度地明确的峰值的衍射谱)、以及是铁磁性体特别是软磁性体，具体的种类就没有限定。作为晶质磁性材料的具体例，能举出Fe-Si-Cr系合金、Fe-Ni系合金、Fe-Co系合金、Fe-V系合金、Fe-Al系合金、Fe-Si系合金、Fe-Si-Al系合金、羰基铁以及纯铁。上述的晶质磁性材料可以包含1种类的材料，也可以包含多种类的材料。给出晶质磁性材料的粉末的晶质磁性材料优选从包含上述的材料的群选出的1种或2种以上材料，这当中优选含有Fe-Si-Cr系合金，更优选含有Fe-Si-Cr系合金。Fe-Si-Cr系合金由于在晶质磁性材料中是能使铁损Pcv比较低的材料，即使提高压粉成形芯30中的相对于晶质磁性材料的粉末的含有量与非晶质磁性材料的粉末的含有量的总和的晶质磁性材料的粉末的含有量的质量比率(本说明书中也称作“第一混合比率”)，具备压粉成形芯30的电感元件100的铁损Pcv也难以提高。Fe-Si-Cr系合金中的Si的含有量以及Cr的含有量并没有限定。作为未限定的例示，能举出将Si的含有量设为2～7质量％程度，将Cr的含有量设为2～7质量％程度。
压粉成形芯30所含有的晶质磁性材料的粉末的形状并没有限定。粉末的形状可以是球状，也可以是非球状。晶质磁性材料由于与非晶质磁性材料相比相对软质，因此在压粉成形芯30内，有位于非晶质磁性材料的粉末之间并具有无定形的情况。压粉成形芯30中的晶质磁性材料的粉末的含有量有优选是第一混合比率成为30质量％以上且70质量％以下的量的情况。如后述那样，出于更高水平地得到电感元件100的基本特性以及直流叠加特性的观点，有第一混合比率优选是30质量％以上且55质量％以下的情况。
优选晶质磁性材料的粉末的至少一部分包含被实施表面绝缘处理的材料，更优选晶质磁性材料的粉末包含被实施表面绝缘处理的材料。在对晶质磁性材料的粉末实施表面绝缘处理的情况下，能看到压粉成形芯30的绝缘电阻提升的倾向。对晶质磁性材料的粉末实施的表面绝缘处理的种类并没有限定。例示磷酸处理、磷酸盐处理、氧化处理等。
给出压粉成形芯30所含有的非晶质磁性材料的粉末的非晶质磁性材料只要满足是非晶质(不能通过一般的X射线衍射测定得到具有能确定材料种类的程度地明确的峰值的衍射谱)、以及是铁磁性体特别是软磁性体，具体的种类就没有限定。作为非晶质磁性材料的具体例，能举出Fe-Si-B系合金、Fe-P-C系合金以及Co-Fe-Si-B系合金。上述的非晶质磁性材料可以包含1种类的材料，也可以包含多种类的材料。构成非晶质磁性材料的粉末的磁性材料优选是从包含上述的材料的群选出的1种或2种以上材料，这当中，这当中优选含有Fe-P-C系合金，更优选包含Fe-P-C系合金。将包含Fe-P-C系合金的非晶质磁性材料的粉末作为磁性粉末而具有压粉成形芯3的电感元件100虽然铁损Pcv低，但作为一般的倾向，直流叠加特性易于变低。因此，在本发明的一个实施方式所涉及的线圈封入压粉成形芯100A包含Fe-P-C系合金的磁性粉末的情况下，能享受基于Fe-P-C系合的低的铁损Pcv，并能得到良好的直流叠加特性。
作为Fe-P-C系合金的具体例，能举出组成式以Fe100原子％-a-b-c-x-y-z- tNiaSnbCrcPxCyBzSit示出、0原子％≤a≤10原子％、0原子％≤b≤3原子％、0原子％≤c≤6原子％、6.8原子％≤x≤13原子％、2.2原子％≤y≤13原子％、0原子％≤z≤9原子％、0原子％≤t≤7原子％的Fe基非晶质合金。在上述的组成式中，Ni、Sn、Cr、B以及Si是任意添加元素。
Ni的添加量a优选设为0原子％以上且6原子％以下，更优选设为0原子％以上且4原子％以下。Sn的添加量b优选设为0原子％以上且2原子％以下，可以在1原子％以上且2原子％以下的范围内添加。Cr的添加量c优选设为0原子％以上且2原子％以下，更优选设为1原子％以上且2原子％以下。P的添加量x还有优选设为8.8原子％以上的情况。C的添加量y还有优选设为5.8原子％以上且8.8原子％以下的情况。B的添加量z优选设为0原子％以上且3原子％以下，更优选设为0原子％以上且2原子％以下。Si的添加量t优选设为0原子％以上且6原子％以下，更优选设为0原子％以上且2原子％以下。
压粉成形芯30所含有的非晶质磁性材料的粉末的形状并没有限定。可以是球形，也可以是椭圆形，还可以是鳞片状，又可以具有不定形状。由于制造方法的关系，还有非晶质磁性材料容易设为球状或椭圆球状的情况。另外，作为一般见解，由于非晶质磁性材料比晶质磁性材料硬质，因此还有使得将晶质磁性材料设为非球状从而在加压成形时易于变形的情况。
压粉成形芯30所含有的非晶质磁性材料的粉末的形状可以是在制造粉末的阶段得到的形状，也可以是通过对制造的粉末进行二次加工而得到的形状。作为前者的形状，例示球状、椭圆球状、针状等，作为后者的形状，例示了鳞片状。
压粉成形芯30所含有的非晶质磁性材料的粉末的粒径作为在体积基准的粒度分布中小粒径侧起的累计粒径分布成为50％的粒径(本说明书中也称作“中值直径”)D50A，优选是15μm以下。通过非晶质磁性材料的粉末的中值直径D50A为15μm以下，使具备压粉成形芯30的电感元件100直流叠加特性提升且使铁损Pcv减低变得。出于更稳定地实现使具备压粉成形芯30的电感元件100的直流叠加特性提升并使铁损Pcv减低的观点，有优选非晶质磁性材料的粉末的中值直径D50A为10μm以下的情况，有更优选为7μm以下的情况，有特别优选为5μm以下的情况。
压粉成形芯30含有使晶质磁性材料的粉末以及非晶质磁性材料的粉末相对于压粉成形芯30中含有的其他材料黏合的黏合成分。黏合成分只要是贡献于将本实施方式所涉及的压粉成形芯30中含有的磁性粉末固定的材料，其组成就没有限定。作为构成黏合成分的材料而例示树脂材料以及树脂材料的热分解残渣(本说明书中将这些总称作“基于树脂材料的成分”)等有机系的材料、无机系的材料等。作为树脂材料而例示丙烯酸树脂、硅酮树脂、环氧树脂、酚醛树脂、尿素树脂、三聚氰胺树脂等。包含无机系的材料的黏合成分例示水玻璃等玻璃系材料。黏合成分可以包含一个种类的材料，也可以包含多种材料。黏合成分也可以是有机系的材料与无机系的材料的混合体。
作为黏合成分，通常使用绝缘性的材料。由此能提高作为压粉成形芯30的绝缘性。
压粉成形芯30的制造方法具有：将包含磁性粉末的粉体成形来得到成形制造物的成形工序；以及根据需要将成形制造物加热的热处理工序。
首先，准备包含磁性粉末、以及在压粉成形芯30给出黏合成分的成分的混合物。所谓给出黏合成分的成分(本说明书中也称作“粘合剂成分”)，有是黏合成分本身的情况，还有是与黏合成分不同的材料的情况。作为后者的具体例，能举出粘合剂成分是树脂材料、黏合成分是其热分解残渣的情况。
通过包含该混合物的加压成形的成形处理，能得到成形制造物。加压条件并没有限定，基于粘合剂成分的组成等来适宜决定。例如在粘合剂成分包含热硬化性的树脂的情况下，优选加压并加热，来在模具内使树脂的硬化反应进展。另一方面，在压缩成形的情况下，虽然加压力高，但加热不是必要条件，成为短时间的加压。作为压缩成形的情况下的加压条件，例示设为0.3GPa以上且2GPa以下，有0.5GPa以上且2GPa以下成为优选的示例的情况，有0.8GPa以上且2GPa以下成为更优选的示例的情况。在压缩成形中，可以在加热的同时进行加压，也可以在常温下进行加压。
通过成形工序得到的成形制造物也可以是本实施方式所涉及的压粉成形芯30，也可以如接下来说明的那样，对成形制造物实施热处理工序来得到压粉成形芯30。在热处理工序中，通过将以上述的成形工序得到的成形制造物进行加热，来进行基于修正磁性粉末间的距离的磁特性的调整，并使成形工序中赋予磁性粉末的应变缓和来进行磁特性的调整，从而得到压粉成形芯30。
由于热处理工序如上述那样以压粉成形芯30的磁特性的调整为目的，因此设定热处理温度等热处理条件，使得压粉成形芯30的磁特性成为最良好。作为设定热处理条件的方法的一例而举出：使成形制造物的加热温度变化，将升温速度以及加热温度下的保持时间都能其他条件设为固定。设定热处理条件时的压粉成形芯30的磁特性的评价基准并没有特别限定。作为评价项目的具体例而能举出压粉成形芯30的铁损Pcv。在该情况下，设定成形制造物的加热温度，使得压粉成形芯30的铁损Pcv成为最低即可。铁损Pcv的测定条件适宜设定，作为一例而举出将频率设为100kHz、将执行最大磁通密度Bm设为100mT的条件。
热处理时的气氛并没有特别限定。在氧化性气氛的情况下，由于粘合剂成分的热分解过度进展的可能性、磁性粉末的氧化进展的可能性提高，因此优选在氮、氩等惰性气氛、氢等还原气氛下进行热处理。作为热处理温度的未限定的例示，能举出200℃～400℃的范围。
以下示出将本实施方式所涉及的线圈封入压粉成形芯100A分成多个区域，使这些区域的体积变化来进行各种特性(基本特性以及直流叠加特性)的模拟的结果。如接下来说明的那样，模拟的结果，明确了在构成本实施方式所涉及的线圈封入压粉成形芯100A的多个区域的体积满足给定的关系的情况下，具备线圈封入压粉成形芯100A的电感元件100的基本特性(自电感L以及直流电阻分量DCR)以及直流叠加特性(Isat)的综合评价(Isat×L/DCR)成为良好。
出于使模拟容易的观点，无视设于线圈10的两端部的端子部20、25的体积来进行线圈封入压粉成形芯100A的区域花费。图3的(a)是设为模拟对象的线圈封入压粉成形芯的俯视图，图3的(b)是图3的(a)的A1-A1剖视图。另外，本模拟使用利用扁线的扁立卷起的线圈来进行。
通过如图3所示进行简化，线圈封入压粉成形芯100A由包含压粉成形芯30的区域(芯区域)和包含卷绕体10C的区域(线圈区域)构成。因此，线圈封入压粉成形芯100A的体积即芯片体积Vp如下那样示出。
Vp＝V+Vc
在此，V是芯区域的体积，Vc是线圈区域的体积。
在本实施方式中，芯区域包含如下的第1区域31到第3区域33。首先，第1区域31是从沿着卷绕体10C的卷绕轴的方向即第一方向(Z1-Z2方向)来看线圈封入压粉成形芯100A时位于卷绕体10C的内侧的区域。第2区域32是从第一方向(Z1-Z2方向)来看线圈封入压粉成形芯100A时位于卷绕体10C的外侧的区域。第3区域33是从第一方向(Z1-Z2方向)来看线圈封入压粉成形芯100A时与卷绕体10C重叠的区域。若将第1区域31的体积(第1体积)设为V1，将第2区域32的体积(第2体积)设为V2，将第3区域33的体积(第3体积)设为V3，则芯区域的体积V如下所示。
V＝V1+V2+V3
由于在线圈10流过电流而产生的磁通穿过第1区域31，因此，第1体积V1越大，磁通越难以饱和。为此，第1体积V1变大会带来自电感L的增加以及直流叠加特性的提升(具体是Isat的增加)。但由于第1体积V1变大使位于第1区域31的周围的卷绕体10C的长度也增大，因此使线圈10的直流电阻分量DCR也增大。进而，若不加大芯体积V，第1体积V1变大就会带来第2区域32的体积(第2体积V2)的减少。第2体积V2变小当然会给电感元件100的特性带来影响。
为了确认这样的线圈封入压粉成形芯100A中的各区域的影响，用图3所示的结构进行模拟。这时，作为规定形状的参数，使用下述定义的内部芯体积比RV。
RV＝(V1/V2)/(1-V/Vp)
内部芯体积比RV是将第1体积V1的相对于第2体积V2的比率V1/V2用卷绕体10C的体积Vc的相对于芯片体积Vp的比例Vc/Vp进行标准化的体积比。另外，由于Vc＝Vp-V，因此在上述的定义中，不是使用卷绕体10C的体积Vc，而是使用压粉成形芯30的体积V。
通过使用内部芯体积比RV，能不受卷绕体10C的体积Vc(＝Vp-V)与芯片体积Vp的关系影响地评价国家第1体积V1的相对于第2体积V2的比率V1/V2所带来的影响。
在模拟中，通过使用测定磁特性不同的3种类的压粉成形芯(芯编号1～3)而得到的参数进行模拟，来确认构成线圈封入压粉成形芯100A所具备的压粉成形芯30的材料不同给各种特性带来的影响(计算例1～计算例3)。具体地，供磁特性的测定的压粉成形芯具有外径20mm、内径12mm、厚度3mm的环形芯的形状。压粉成形芯中所含的磁性粉末是包含Fe-P-C系合金的非晶质磁性材料的粉末与包含Fe-Si-Cr系合金的晶质磁性材料的粉末的混合粉末，相对于压粉成形芯中的晶质磁性材料的粉末的含有量与非晶质磁性材料的粉末的含有量的总和的晶质磁性材料的粉末的含有量的质量比率(第一混合比率)从30质量％以上且55质量％以下的范围选择。在压粉成形芯的制造时，从0.5GPa～1.5GPa的范围适宜选择压缩成形条件，从300℃～450℃的范围适宜选择热处理条件。更具体地，以计算例1所涉及的压粉成形芯(芯编号1)为基准，在计算例2所涉及的压粉成形芯(芯编号2)中，磁性粉末中的晶质磁性粉末的含有比例相对高，成形压力相对低。以计算例2所涉及的压粉成形芯(芯编号2)为基准，在计算例3所涉及的压粉成形芯(芯编号3)中，热处理温度相对低。将对这3种类的压粉成形芯(芯编号1～3)测定磁特性的结果在表1中示出。初始磁导率μ以及5500A/m的磁场下的磁导率μ5500的测定中所施加的磁场的频率为100kHz。在环形芯卷绕34匝线圈来进行Isat(单位：A)的测定。
[表1]
芯编号 μ μ5500 Isat(A)
1 33.39 27.64 12.20
2 27.47 24.47 15.90
3 25.24 22.90 18.00
将结果在表2到表4示出。表2表示计算例1的结果，表3表示计算例2的结果，表4表示计算例3的结果。越是从计算例1-1成为计算例1-6，RV越变小。为此，如图4所示，计算例1-1所涉及的线圈封入压粉成形芯100A(图4的(a))中的卷绕体10C位于计算例1-6所涉及的线圈封入压粉成形芯100A(图4的(b))中比卷绕体10C更靠外周侧。
[表2]
V1/V2 RV V/VP 1-V/VP DCR(mΩ) L(μH) Isat(A) Isat×L/DCR(％) 摘要
计算例1-1 1.290 5.056 0.745 0.255 93.22 2.496 2.146 106.2％ 本发明例
计算例1-2 1.152 4.679 0.754 0.246 90.47 2.510 2.081 106.7％ 本发明例
计算例1-3 1.000 4.217 0.763 0.237 87.55 2.500 2.049 108.2％ 本发明例
计算例1-4 0.841 3.689 0.772 0.228 84.70 2.470 1.987 107.1％ 本发明例
计算例1-5 0.688 3.132 0.780 0.220 81.82 2.420 1.930 105.5％ 本发明例
计算例1-6 0.503 2.440 0.794 0.206 77.10 2.280 1.829 100.0％ 比较例
[表3]
V1/V2 RV V/VP 1-V/VP DCR(mΩ) L(μH) Isat(A) Isat×L/DCR(96) 摘要
计算例2-1 1.290 5.056 0.745 0.255 93.22 1.923 2.871 109.5％ 本发明例
计算例2-2 1.152 4.679 0.754 0.246 90.47 1.930 2.758 108.8％ 本发明例
计算例2-3 1.000 4.217 0.763 0.237 87.55 1.916 2.736 110.8％ 本发明例
计算例2-4 0.841 3.689 0.772 0.228 84.70 1.890 2.664 109.9％ 本发明例
计算例2-5 0.688 3.132 0.780 0.220 81.82 1.850 2.534 106.0％ 本发明例
计算例2-6 0.503 2.440 0.794 0.206 77.10 1.740 2.383 99.5％ 比较例
[表4]
V1/V2 RV V/VP 1-V/VP DCR(mΩ) L(μH) Isat(A) Isat×L/DCR(％) 摘要
计算例3-1 1.290 5.056 0.745 0.255 93.22 1.793 3.118 110.9％ 本发明例
计算例3-2 1.152 4.679 0.754 0.246 90.47 1.800 2.981 109.7％ 本发明例
计算例3-3 1.000 4.217 0.703 0.237 87.55 1.787 2.932 110.7％ 本发明例
计算例3-4 0.841 3.889 0.772 0.228 84.70 1.781 2.857 109.8％ 本发明例
计算例3-5 0.688 3.132 0.780 0.220 81.82 1.720 2.736 106.3％ 本发明例
计算例3-6 0.503 2.440 0.794 0.206 77.10 1.620 2.592 100.7％ 比较例
通过模拟而得到如下的结果。
(结果1)如图5所示，直流电阻分量DCR相对于内部芯体积比RV而线性地增加。另外，直流电阻分量DCR由于不会根据构成压粉成形芯30的材料而变化，因此图5中仅示出1个系统的绘制。
(结果2)如图6所示，自电感L在内部芯体积比RV为4.5程度的情况下有峰值。由于构成压粉成形芯30的材料的影响，作为整体的倾向，计算例1的自电感L比计算例2的自电感L高，计算例2的自电感L比计算例3的自电感L高。
(结果3)如图7所示，Isat(直流叠加特性)虽然相对于内部芯体积比RV大致线性地增加，但与直流电阻分量DCR相比还是能看到非线性性。由于构成压粉成形芯30的材料的影响，作为整体的倾向，计算例1的Isat比计算例2的Isat低，计算例2的Isat比计算例3的Isat低。
(结果4)如图8所示，内部芯体积比RV越增加，作为综合评价的Isat×L/DCR就越增加，但能看到RV将4程度作为峰值的倾向。并且明确了，若内部芯体积比RV超过5，则还有Isat×L/DCR降低的情况。另外，在图8中，关于Isat×L/DCR，将以计算例1-6的结果为基准的相对值设为纵轴。如从图8所明确的那样，通过将内部芯体积比RV设为3以上5以下，确认到能将电感元件100的基本特性和直流叠加特性综合地提高。另外，还确认到，在内部芯体积比RV低的情况下，具体3以下的情况下，输入构成压粉成形芯30的材料给作为综合评价的Isat×L/DCR带来的影响小，但在内部芯体积比RV高的情况下，具体超过3的情况下，构成压粉成形芯30的材料给作为综合评价的Isat×L/DCR带来的影响变大。另外确认到，在上述模拟使用还利用了扁线的扁立卷起的线圈来进行，但在利用相同扁线的α绕的线圈中也能得到同样的结果。
本发明的一个实施方式所涉及的电子/电气设备是安装有上述的本发明的一个实施方式所涉及的电感元件100的电子/电气设备，通过与线圈封入压粉成形芯100A所具有的线圈10各自的端部(端子部20、25)连接的连接端子(涂布型电极40、45)与基板连接。本发明的一个实施方式所涉及的电子/电气设备由于安装有本发明的一个实施方式所涉及的电感元件100，因此设备的小型化也容易。另外，即使在设备内流过大电流，或施加高频，也难以产生电感元件100的功能降低、发热所引起的不良状况。
以上说明的实施方式是为了使本发明的理解容易而记载的，并不是为了限定本发明而记载的。因此，上述实施方式公开的各要素是还包含属于本发明的技术范围的全部设计变更、等同物的宗旨。
产业上的可利用性
具备本发明的线圈封入压粉成形芯的电感元件能适合作为用于驱动智能手机的显示部的部件等来使用。
-符号说明-
100：电感元件
100A：线圈封入压粉成形芯
10：线圈
10C：卷绕体
20：端子部
25：端子部
30：压粉成形芯
31：第1区域
32：第2区域
33：第3区域
40：涂布型电极
40a：侧面涂布部分
45：涂布型电极
45a：侧面涂布部分。

Claims (9)

1.一种线圈封入压粉成形芯，具备卷绕体的线圈被封入包含磁性粉末的压粉成形芯，其特征在于，
下述定义的内部芯体积比RV为3以上且5以下，
RV＝(V1/V2)/(1-V/Vp)
在此，V1是所述压粉成形芯中的从沿着所述线圈的卷绕轴的方向即第一方向来看所述线圈封入压粉成形芯时位于所述线圈的所述卷绕体的内侧的区域的体积，V2是所述压粉成形芯中的从所述第一方向来看所述线圈封入压粉成形芯时位于所述线圈的所述卷绕体的外侧的区域的体积，V是包含所述压粉成形芯的区域即芯区域的体积，Vp是所述线圈封入压粉成形芯的体积即芯片体积，
通过下式来定义所述芯片体积Vp，
Vp＝V+Vc
在此，Vc是包含所述卷绕体的区域即线圈区域的体积。
2.根据权利要求1所述的线圈封入压粉成形芯，其特征在于，
所述磁性粉末的至少一部分包含非晶质磁性材料。
3.根据权利要求2所述的线圈封入压粉成形芯，其特征在于，
所述磁性粉末包含所述非晶质磁性材料以及晶质磁性材料。
4.根据权利要求3所述的线圈封入压粉成形芯，其特征在于，
所述晶质磁性材料包含从包含Fe-Si-Cr系合金、Fe-Ni系合金、Fe-Co系合金、Fe-V系合金、Fe-Al系合金、Fe-Si系合金、Fe-Si-Al系合金、羰基铁以及纯铁的群选出的1种或2种以上材料。
5.根据权利要求4所述的线圈封入压粉成形芯，其特征在于，
所述晶质磁性材料包含Fe-Si-Cr系合金。
6.根据权利要求2～5中任一项所述的线圈封入压粉成形芯，其特征在于，
所述非晶质磁性材料包含从包含Fe-Si-B系合金、Fe-P-C系合金以及Co-Fe-Si-B系合金的群选出的1种或2种以上材料。
7.根据权利要求6所述的线圈封入压粉成形芯，其特征在于，
所述非晶质磁性材料包含Fe-P-C系合金。
8.一种电感元件，其特征在于，具备：
权利要求1～7中任一项所述的线圈封入压粉成形芯；和
与该线圈封入压粉成形芯所具有的线圈的各个端部连接的连接端子。
9.一种电子/电气设备，安装有权利要求8所述的电感元件，其特征在于，
所述电感元件通过所述连接端子与基板连接。
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