CN1162879C - 叠层电感 - Google Patents

Abstract

使叠层体具有将强磁导率的多个第1磁性体和低磁导率或非磁性的第2磁性体叠层而成的结构。这里，配置第2磁性体，以便各第1磁性体上的电感元件因大致相等的叠加直流电流而产生磁饱和。因此，在能够流过大的叠加直流电流的同时，直流叠加特性有了与以往的叠层电感相同的特性曲线。

Description

叠层电感

技术领域

本发明涉及叠层电感。

背景技术

以往的叠层电感，其结构为例如在由Ni-Zn-Cu类铁氧体材料等形成的磁性薄片上，把以Ag为主要成分的内部电极用的导电性胶体涂成规定的图案后，将这种磁性薄片叠层。这里，各磁性薄片上形成的内部电极通过通孔在相邻的层间相互连接。因此，在叠层体内形成线圈。又，在叠层体的两端上，形成了与内部电极连接的外部电极。

但是，例如开关电源电路的扼流线圈等中，需要流过比较大的叠加直流电流。然而，以往的叠层电感，小的叠加直流电流就会导致磁性体产生磁饱和，使电感值急剧下降。也就是说，以往的叠层电感不适合流过大的叠加直流电流这样的用途。

发明内容

本发明的目的是，提供磁饱和造成特性劣化少的叠层电感。

为了实现此目的，本发明提出一种具有形成线圈的导体与绝缘体叠层而形成的叠层体的叠层电感，其特征在于，为了实现此目的，本发明提供了一种具有将形成线圈的导体与绝缘体叠层而形成的叠层体的叠层电感，其特征在于，上述导体相互连接，以便形成将绝缘体的叠层方向作为轴向的线圈，上述叠层体将高磁导率磁性体组成的多个第1绝缘体和配置在叠层体内层且由低磁导率磁性体或者非磁性体组成的至少1个以上的第2绝缘体叠层而成，上述第2绝缘体配置在叠层体内使得由该第2绝缘体在叠层方向上分割的各区域的电感元件因大小不同的叠加电流而产生磁饱和，上述第2绝缘体在叠层方向上所分割的各区域分别由厚度相等的第1绝缘体构成。

根据本发明，在叠层体内层，至少叠着一层以上由低磁导率的磁性体或是非磁性体组成的第2绝缘体，因此叠层体内，在据上述第2绝缘体分割的区域分别形成闭合磁路。也就是，以往的叠层电感，在叠层体内总共形成了一个大的闭合磁路，但本发明的叠层电感，在上述的各分割区域间没有磁通的耦合或者磁通大幅度减弱，因此在区域分别形成小的闭合磁路。这里，在由第2绝缘体分割成的各区域中，线圈的匝数是总匝数的约分割数分之一，因此各自产生的磁场强度为总磁场强度约分割数平方分之一。由此，与以往的叠层电感相比较，能够使得产生磁饱和的叠加直流电流增大。

又，第2绝缘体分割的各区域的电感元件，分别因各自大小大致相等的叠加电流而产生磁饱和，所以本发明的叠层电感具有，与通常的包含1个电感元件的直流叠加特性相同的特性曲线。

附图说明

本发明除上述以外的目的、构成以及效果，在以下详细说明中会清楚。

图1是第1实施形态的叠层电感的外观立体图。

图2是第1实施形态的叠层电感在图1A-A’箭头所示方向的剖视图。

图3是第1实施形态的叠层体的分解立体图。

图4是第1实施形态的表示叠层电感的直流叠加特性的曲线图。

图5是第2实施形态的叠层电感的剖视图。

图6是第2实施形态的叠层体的分解立体图。

具体实施方式

本发明的第1实施形态的叠层电感，以图1-图3为参考来进行说明。图1是第1实施形态叠层电感的外观立体图，图2是第1实施形态的叠层电感在图1A-A’箭头所示方向的剖视图，图3是第1实施形态的叠层体的分解立体图。并且，对于图2和图3，为了说明的方便，线圈的匝数是不同的。

如图1所示，叠层电感100具有由磁性或者非磁性的绝缘材料组成的大致矩形的叠层体110，以及在叠层体110的纵向两端上形成的一对外部电极120。

叠层体110的结构，如图2所示，形成将Ni-Zn-Cu类铁氧体材料组成且具有高磁导率的第1强磁性体层111与由Ni-Zn-Cu类铁氧体材料组成的、比上述第1强磁性体层磁导率小的非强磁性体层112叠层。在叠层体110的内层，形成了非强磁性体层112。

这里，非强磁性体层112的磁导率，最好是强磁性体层111磁导率的1/3以下，且最好是1/10以下。如磁导率为1/3以下、匝数相差2倍的情况下，磁场强度差将变为10倍以上，由此，能够抑制与其它磁场耦合。

又，强磁性体层111与非强磁性体层112，最好是相互间线膨胀系数相差较小。这是由于，两者的线膨胀系数相差大，则在叠层电感安装时等，有时会在叠层体110上，产生裂缝和弯曲。具体地说，两者的膨胀系数最好相差2×10^-7/℃以下。

又，由于强磁性体层111与非强磁性体层112组成相互不同，在叠层体110的侧面两者之间形成断坡，此断坡最好在30μm以下。这是由于外部电极120形成时，有时会出现成品率降低。

又，非强磁性体层112的厚度，以5～100μm的程度为佳，厚度为10～50μm的程度则更好。这是由于不满5μm时欠佳，耦合变得不稳定，电特性产生偏差；比100μm大时，不适合小型化。再者，本实施形态的叠层电感，叠层方向的厚度约为1.2mm。

又，如图2所示，在叠层体110中埋下形成线圈的导体即内部电极113。内部电极113形成的线圈，其轴向(即线圈内部磁通形成方向)为叠层体110的叠层方向(在图2上是纸面的上下方向)。内部电极113形成的线圈，其一端从叠层体110的一端面引出，另一端从叠层体110的另一端面引出。从叠层体110端面引出的内部电极113与上述外部电极120连接。内部电极113以及外部电极120，各自由Ag或者以Ag以为主要成分的金属材料组成。

参照图3，对叠层体110进行更加详细的结构说明。如图3所示，叠层体110具有将多块带绝缘性的铁氧体薄片加以叠层的结构。也就是，叠层体110将具有高磁导率的多块第1铁氧体薄片115、比第1铁氧体薄片115磁导率低的第2铁氧体薄片116，(图上为2块)叠层为一体。由第1铁氧体薄片115形成上述第1强磁性体层111，由第2铁氧体薄片116形成上述非强磁性体层112。

第1铁氧体薄片115中，除叠层体110外层的数块，(在图上是上侧层一的3块及下层一侧的2块)外，形成规定图案的内部电极113。又，在第2铁氧体薄片116也形成了内部电极113。在各薄片上形成的内部电极113的端部通过通孔(图示省略)与相邻薄片的内部电极113连接，使叠层体110整体上形成1个线圈。又，相当于线圈的卷绕始端或者卷绕末端的内部电极113的端部，与薄片边缘形成的引出部分113a相连接。

在叠层体110内层配置第2铁氧体薄片116。具体地说，第2铁氧体薄片116是在由第2铁氧体薄片116在叠层方向上分割的叠层体110的各个区域，也就是在各强磁性体层111，分别配置一片，该配置位置使上述区域的电感元件，分别因各自大小大致相等的叠加直流电流而产生磁饱和。也就是，第2铁氧体116形成的非强磁性体层112，与强磁性体层111相比较，磁导率较小，因此穿过非强磁性体层112的磁路，几乎形成不了。因此，如图2实线箭头所示，在叠层体110上，主要形成穿过强磁性体层111或者穿过叠层体外部空间的磁路。总之，抑制了在磁性体层强111产生的磁场与其它的强磁性体层111的磁场的耦合。这里，在各强磁性体层111内形成的线圈的匝数是总匝数的约分割数之一，另一方面，由线圈产生的磁场强度以线圈匝数的平方成比例，因此在叠层体110内产生的磁场强度，与不包含非强磁性体层112的、通常的叠层电感相比，是较小的。再者，在各强磁性体层111上的电感元件，产生磁饱和的叠加直流电流与以往的叠层电感相比，是较大的。然后，设定第2铁氧体薄片的配置位置，使各区域产生磁饱和的叠加直流电流值大致相等，由此成为具有整体上与通常的叠层电感同样的直流特性的叠层电感。

下面，对叠层电感110的制造方法进行说明。还有，这里要对汇总多个叠层电导100一起制造情况进行说明。

首先，制成第1铁氧体薄片、第2铁氧体薄片。具体地说，在由FeO₂，CuO，ZnO，NiO组成的、煅烧粉碎后的微细粉末中加入乙基纤维素、松油醇，将这些匀混后，得到铁氧体胶体。将这些铁氧体胶体用刮片法等制成薄片，从而得到第1铁氧体薄片。第2铁氧体薄片使用与上述第1铁氧体薄片相同的材料，改变其混合比，制作成磁导率比第1铁氧体薄片低。第2铁氧体薄片的制作方法与第1铁氧体薄片相同。

其次，在这些第1～第2铁氧体薄片上，通过用金属模冲孔或激光加工等手段，形成了通孔。接着，在第1～第2铁氧体薄片上，按规定的图案印刷导电性胶体。这里作为导电向性胶体，采用例如以Ag为主要成分的金属胶体。

其次，将这些第1～第2的铁氧体薄片叠层、压合，得到层叠层体，使得薄片间的导电性胶体通过通孔相互连接。这里，第1～第2铁氧体薄片参照图3，如上文所述那样按规定的顺序叠层。

其次，将薄片叠层体切断使形成单位尺寸，从而得到叠层体110。接着，将这个被切断了的叠层体在空气中，于约500℃下加热1小时，除去胶结料成分。再次，将此叠层体，在空气中，于约800～900℃下烧固2小时。

其次，在叠层体110的两端部上，使用浸渍法等涂敷导电性胶体。再将叠层体110在空气中，于约600℃下，烧固1小时，由此形成了外部电极120。在这里，作为导电性胶体，使用了与内部电极形成用的相同的材料。最后，对外部电极120进行电镀处理，得到叠层电感100。

这样的叠层电感100，在叠层体110的内层，形成至少一块由第2铁氧体薄片116形成的低磁导率的非强磁性体层112。因此，在叠层体110内，由该非强磁性体层112分割成的区域即第1强磁性体层111上，分别形成闭合磁路。也就是说，以往的叠层电感110是在叠层体内，整体上形成一个闭合大磁路，然而，本发明涉及的叠层电感100，由于在各强磁性体层111之间，没有磁通的耦合或者磁通的耦合大幅度减弱，因此分别在区域形成小的闭合磁路。这里，在由非强磁性体层112分割的各区域，由于线圈的匝数是总匝数的约分割数分之一，所以各自产生的磁场强度为总磁场强度的约分割数平方分之一)。由此，与以往的叠层电感相比较，能够使得产生磁饱和的叠加直流电流增大。

又，非强磁性体层112分割成的各区域的电感元件，分别因各自大小大致相等的叠加电流而产生磁饱和，所以本发明的叠层电感具有，与通常的包含1个电感元件的直流叠加特性相同的特性曲线。

本实施形态涉及的叠层电感110的直流叠加特性，以图4为参考来进行说明。图4是表示第1实施形态的叠层电感的直流叠加特性的曲线图，横轴表示叠加直流电流，纵轴表示电感值。又，在图4中，实线表示本实施形态的叠层电感110的直流叠加特性，作为比较对象，用虚线表示以往的电感的特性。

由图4可知，对于本实施形态的叠层电感110，与以往的相比，即使流过大叠加直流电流，也不会因磁饱和而引起电感值的急剧下降。因而，成为例如省电模式的小型设备中开关电源电路扼流线圈那样流过大电流适用的电感元件。而且，由图4也可知，在由非强磁性体层112分割的各区域中，磁场强度与以往相比变小了，结果使叠层电感110的电感值变小。但是，调整叠层体的分割数及内部电极的形成图案，由此能得到具有所要求的电感值，同时所需电流值范围内，直流叠加特性良好的叠层电感。

对本发明的第2实施形态，参考图5及图6进行说明。图5是第2实施形态叠层电感的剖视图，图6是第2实施形态叠层体的分解立体图。并且，图5和图6中，为了说明的方便，线圈的匝数等是不同的。

本实施形态的叠层电感200与第1实施形态涉及的叠层电感100的不同点在于叠层体210的叠层结构。由于其它的结构与第1实施形态一样，这里只对不同点进行说明。

此叠层电感200的叠层体210，其结构如图5所示，形成将由Ni-Zn-Cu类铁氧体材料组成且具有高磁导率的第1强磁性体层211与Ni-Zn-Cu类铁氧体材料组成且比上述第1强磁性体层的磁导率小的非强磁性体层212叠层。非强磁性体层212形成在叠层体210的内层的同时，也在外层一侧上形成。又，在叠层体210的内部形成的数个强磁性体层211，它们具有大致相等的厚度。

也就是，如图6所示，叠层体210的结构形成将具有高磁导率的第1铁氧体薄片215与比第1铁氧体薄片215磁导率低的第2铁氧体薄片216叠层。因此，第1铁氧体薄片215形成上述强磁性体层211，第2铁氧体薄片216形成非强磁性体层212。这里，叠层体210外侧的数块(在图上是上层一侧的3块及下层一侧的2块)是低磁导率的第2铁氧体薄片216。又，夹在第2铁氧体薄片216之间的第1铁氧体薄片215，分别叠层相等的块数(图上为4块)。因此，由第1铁氧体薄片215形成的各强磁性体层211，它们各自具有相同的厚度。

这样的叠层体电感200，在叠层体210的外层，具有由第2铁氧体薄片216形成的非强磁性体层212。而且，由此非强磁性体层212分割的强磁性体层211，它具有各自大致相等的厚度，因而能够使各强磁性体层211上产生的磁场强度相同。由此，在各强磁性体层211上的电感元件，确实各自因大小大致相等的叠加直流电流而产生磁饱和。关于其它的作用、效果及制造方法，是与第1实施形态相同的。

还有，本发明记载的实施形态是示例的，并没有限定。本发明的范围，由所附权利要求表示，落入这些权利要求含义中的全部变形例包含在本发明中。

例如，第1以及第2实施形态中，作为在叠层体的内层上形成的非强磁性体层，虽然使用了比强磁性体层磁导率低的磁性体，但是本发明对此比没有限定。例如，可以使用由Zn-Cu类铁氧体形成的非磁性体(μ＝1)。再者，对于此种场合，在非强磁性体层与强磁性体层的交界面上，形成来自强磁性体层扩散层。这里，当定义扩散层为Ni的磁性层比占10％以上的层时，最好是此扩散层形成为5μm以内。这是因为扩散使磁性材料特性变动，有时不能得到所希望的电的特性。

又，第1以及第2实施形态中，在叠层体的内侧，形成2个非强磁性体层，也就是将2块第2铁氧体薄片叠在内层，把叠层体内的强磁性体区域分割为3部分，但本发明没有对此进行限定。即，也可在叠层体内层形成了1个以上的非强磁性体层，换句话说，也可利用将1块第2铁氧体薄片叠在内层，把叠层体内的强磁性体区域分割为2个上的部分。再者，也可在叠层体的内层形成的3上以上的非强磁性体层，换言说就是，也可利用将3块以上的第2铁氧体薄片叠在内层，把叠层体内的强磁性区域分割为4个以上。

又，第1以及第2实施形态中，作为叠层电感的一个例子，示出具有一个线圈的叠层电感，然而，本发明并没有对此进行限定。例如，也可以是，具有多个线圈的叠层电感阵、叠层变压器、叠层共模扼流线圈等等。再者，也可以是，在叠层体内，具有电感以外的其它元件(例如电容)的叠层LC复合部件以及叠层滤波器等等。

又，第1以及第2实施形态中，叠层体利用薄片叠层法形成，但也可以利用印刷法形成。

又，第1以及地第2实施形态中，作为叠层电感有用的用途，例示出电源电路扼流线圈的例子，但本发明没有对此进行限定。即使是其它电子电路(例如信号系统的回路)，本发明涉及的叠层电感也是有用的。

Claims (2)

1.一种叠层电感，它具有将形成线圈的导体与绝缘体叠层而形成的叠层体，其特征在于，

所述导体相互连接，以便形成将绝缘体的叠层方向作为轴向的线圈，

所述叠层体将高磁导率磁性体组成的多个第1绝缘体与配置在叠层体内层的低磁导率磁性体或者非磁性体形成的至少1个以上的第2绝缘体叠层而成，

所述第2绝缘体是配置在叠层体内，使得由该第2绝缘体在叠层方向上分割的各区域的电感元件，分别在各自大小相等的叠加电流而产生磁饱和，

所述第2绝缘体在叠层方向上所分割的各区域分别由厚度相等的第1绝缘体构成。

2.根据权利要求1所述的叠层电感，其特征在于，

所述叠层体由所述第2绝缘体形成外层。

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