JP2001044037A - 積層インダクタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 磁気飽和による特性劣化が少ない積層インダ
クタを提供する。 【解決手段】 積層体１１０は、強透磁率の第１フェラ
イトシート１１５と、内層に配置した低透磁率又は非磁
性体の第２フェライトシート１１６とを一体に積層して
なる。第２フェライトシート１１６は、該シート１１６
により分割された積層体１１０の各領域におけるインダ
クタ素子がそれぞれほぼ等しい大きさの重畳直流電流に
より磁気飽和を生じるような位置に配置した。これによ
り、大きい重畳直流電流を流すことができるとともに、
直流重畳特性は従来の積層インダクタと同様の特性曲線
となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、積層インダクタに
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の積層インダクタは、例えばＮｉ−
Ｚｎ−Ｃｕ系のフェライト材料などからなる磁性体シー
トに、Ａｇ等を主成分とする内部電極用の導電性ペース
トを所定パターンに塗布し、この磁性体シートを積層し
た構造となっている。ここで、各磁性体シートに形成さ
れた内部電極は、ビアホールを介して隣り合う層間で相
互に接続している。これにより、積層体内にコイルを形
成している。また、積層体の両端部には、内部電極に接
続する外部電極が形成されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、例えばスイ
ッチング電源回路のチョークコイル等では、比較的大き
い重畳直流電流を流す必要がある。しかしながら、従来
の積層インダクタでは、小さい重畳直流電流により磁性
体が磁気飽和を生じ、これにより急激なインダクタンス
低下を招いていた。すなわち、従来の積層インダクタで
は、このような大きい重畳直流電流を流す用途には不向
きであった。

【０００４】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、磁気飽和による特性
劣化が少ない積層インダクタを提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１の発明では、コイルを形成する導体と絶縁
体とを積層してなる積層体を備えた積層インダクタにお
いて、前記導体は、絶縁体の積層方向を軸方向とするコ
イルが形成されるように相互に接続され、前記積層体
は、高透磁率の磁性体からなる複数の第１絶縁体と、積
層体の内層に配置され低透磁率の磁性体又は非磁性体か
らなる少なくとも１つ以上の第２絶縁体とを積層してな
り、前記第２絶縁体は、該第２絶縁体により積層方向に
分割された各領域におけるインダクタ素子がそれぞれほ
ぼ等しい大きさの重畳直流電流により磁気飽和を生じる
ように積層体内に配置されていることを特徴とするもの
を提案する。

【０００６】本発明によれば、積層体の内層には低透磁
率の磁性体又は非磁性体からなる第２絶縁体が少なくと
も１つ以上積層されているので、積層体内には、前記第
２絶縁体に分割された領域においてそれぞれ閉磁路が形
成される。すなわち、従来の積層インダクタでは、積層
体内全体で１つの大きな閉磁路が形成されていたが、本
発明に係る積層インダクタでは、前記各分割領域間で磁
束の結合が無くなり又は大幅に弱まるため、それぞれ各
領域において小さな閉磁路が形成される。ここで、第２
絶縁体により分割された各領域においては、コイルの巻
回数が全体の約（１／分割数）となるので、それぞれ発
生する磁界強度も約（１／分割数の二乗）となる。これ
により、従来の積層インダクタと比較して磁気飽和の生
じる重畳直流値を大きくすることができる。

【０００７】また、第２絶縁体に分割された各領域にお
けるインダクタンス素子がそれぞれほぼ等しい大きさの
重畳直流電流により磁気飽和を生じるので、本発明に係
る積層インダクタは、通常の１つのインダクタンス素子
が有する直流重畳特性と同様の特性曲線を有するものと
なる。

【０００８】本発明の好適な態様の一例として、請求項
２の発明では、請求項１記載の積層インダクタにおい
て、前記積層体は、前記第２絶縁体により外層が形成さ
れているとともに、該第２絶縁体により積層方向に分割
された各領域がそれぞれ等しい厚さの第１絶縁体により
構成されていることを特徴とするものを提案する。

【０００９】本発明によれば、第２絶縁体により分割さ
れた各領域におけるインダクタンス素子がそれぞれほぼ
等しい磁気抵抗の磁路を形成するので、各領域における
インダクタンス素子がそれぞれほぼ等しい大きさの重畳
直流電流により確実に磁気飽和を生じる。

【００１０】

【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）本発明の第
１の実施の形態に係る積層インダクタについて図１〜図
３を参照して説明する。図１は第１の実施の形態に係る
積層インダクタの外観斜視図、図２は第１の実施の形態
に係る積層インダクタの図１におけるＡ−Ａ’線矢視方
向断面図、図３は第１の実施の形態に係る積層体の分解
斜視図である。なお、図２と図３とでは、説明の便宜上
コイルの巻回数等が異なっている。

【００１１】積層インダクタ１００は、図１に示すよう
に、磁性又は非磁性の絶縁材料からなる略直方体形状の
積層体１１０と、積層体１１０の長手方向両端部に形成
された一対の外部電極１２０とを有している。

【００１２】積層体１１０は、図２に示すように、Ｎｉ
−Ｚｎ−Ｃｕ系のフェライト材料からなり高透磁率を有
する強磁性体層１１１と、Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系のフェラ
イト材料からなり前記強磁性体層１１１よりも小さい透
磁率を有する非強磁性体層１１２とを積層した構造とな
っている。非強磁性体層１１２は、積層体１１０の内層
に形成されている。

【００１３】ここで、非強磁性体層１１２の透磁率は、
強磁性体層１１１の透磁率の１／３以下であることが好
ましく、さらに好ましくは１／１０以下である。透磁率
が１／３以下であれば、巻回数が２倍以上の差となった
ときに磁界強度の差が１０倍以上になるので、ここで他
の磁界との結合を抑えることができるからである。

【００１４】また、強磁性体層１１１と非強磁性体層１
１２は、両者の線膨張係数差が小さいものが好ましい。
両者の線膨張係数差が大きなものでは、積層インダクタ
の実装時などに積層体１１０にクラックや反りが生じる
場合があるからである。具体的には、両者の線膨張係数
差が２×１０^-7／℃以下であることが好ましい。

【００１５】さらに、強磁性体層１１１と非強磁性体層
１１２とは互いに組成が異なるため積層体１１０の側面
には両者間に段差が形成されるが、該段差は３０μｍ以
下であることが好ましい。外部電極１２０形成時の歩留
まりが悪化する場合があるからである。

【００１６】さらに、非強磁性体層１１２の層厚は、５
〜１００μｍ程度が好ましく、さらに好ましくは１０〜
５０μ程度である。５μｍ未満だと結合が不安定となり
電気的特性にばらつきが生じる点で好ましくなく、ま
た、１００μｍより大きいと小型化に適さないからであ
る。なお、本実施の形態の積層インダクタは、積層方向
の厚みが約１．２ｍｍである。

【００１７】また、積層体１１０には、図２に示すよう
に、コイルを形成する導体である内部電極１１３が埋設
されている。内部電極１１３が形成するコイルは、コイ
ルの軸方向、すなわちコイル内部における磁束の形成方
向が積層体１１０の積層方向（図２における紙面の上下
方向）となっている。内部電極１１３が形成するコイル
の一端側は積層体１１０の一方の端面に引き出され、他
端側は積層体１１０の他方の端面に引き出されている。
積層体１１０の端面に引き出されている内部電極１１３
は、前記外部電極１２０に接続している。内部電極１１
３及び外部電極１２０は、それぞれＡｇ又はＡｇを主成
分とする金属材料からなる。

【００１８】積層体１１０のさらに詳細な構造について
図３を参照して説明する。積層体１１０は、図３に示す
ように、複数の絶縁性を有するフェライトシートを積層
した構造を有する。すなわち、積層体１１０は、高透磁
率を有する多数の第１フェライトシート１１５と、第１
フェライトシート１１５よりも透磁率の低い数枚（図で
は２枚）の第２フェライトシート１１６とを一体に積層
している。この第１フェライトシート１１５により前記
強磁性体層１１１が形成され、第２フェライトシート１
１６により前記非強磁性体層１１２が形成される。

【００１９】第１フェライトシート１１５には、積層体
１１０の外層側の数枚（図では上層側の３枚及び下層側
の２枚）を除き、所定パターンの内部電極１１３が形成
されている。また、第２フェライトシート１１６にも内
部電極１１３が形成されている。各シートに形成された
内部電極１１３の端部は、積層体１１０全体で１つのコ
イルを形成するように、ビアホール（図示省略）を介し
て隣り合うシートの内部電極１１３と接続している。ま
た、コイルの巻き始め又は巻き終わりに相当する内部電
極１１３の端部は、シートの縁部に形成された引出部１
１３ａと接続している。

【００２０】第２フェライトシート１１６は、積層体１
１０の内層に配置されている。具体的には、第２フェラ
イトシート１１６は、該第２フェライトシート１１６に
より積層方向に分割された積層体１１０の各領域におい
て、すなわち、各強磁性体層１１１において、該領域に
おけるインダクタ素子がそれぞれほぼ等しい大きさの重
畳直流電流により磁気飽和を生じるような位置に１枚ず
つ配置されている。すなわち、第２フェライトシート１
１６が形成する非強磁性体層１１２は強磁性体層１１１
と比較して透磁率が小さいため、非強磁性体層１１２を
貫く磁路はほとんど形成されない。これにより、図２の
実線矢印に示すように、積層体１１０には強磁性体層１
１１を通る又は積層体１１０の外部空間を通る磁路が主
として形成される。つまり、各強磁性体層１１１に生じ
る磁界と他の強磁性体層１１１の磁界との結合が抑えら
れる。ここで、各強磁性体層１１１内に形成されるコイ
ルの巻回数は全体の約（１／分割数）となり、一方でコ
イルにより発生する磁界強度はコイルの巻回数の二乗に
比例するので、積層体１１０内に生じる磁界強度は、非
強磁性体層１１２を有しない通常の積層インダクタと比
較して小さなものとなる。従って、各強磁性体層１１１
における各インダクタンス素子は、磁気飽和が生じる重
畳直流電流値が従来の積層インダクタに比較して大きな
ものとなる。そして、各領域において磁気飽和が生じる
重畳直流電流値がほぼ等しくなるように第２フェライト
シートの配置位置を設定することにより、全体として通
常の積層インダクタと同様の直流重畳特性を有する積層
インダクタとなる。

【００２１】次に、この積層インダクタ１００の製造方
法について説明する。なお、ここでは多数の積層インダ
クタ１００をまとめて製造する場合について説明する。

【００２２】まず、第１フェライトシート及び第２フェ
ライトシートを作成する。具体的には、ＦｅＯ₂，Ｃｕ
Ｏ，ＺｎＯ，ＮｉＯからなる仮焼粉砕後のフェライト微
粉末に、エチルセルロース、テルピネオールを加え、こ
れを混練してフェライトペーストを得る。このフェライ
トペーストをドクターブレード法等を用いてシート化し
て第１フェライトシートを得る。第２フェライトシート
は、前記第１フェライトシートと同材料について混合比
を変更して用いることにより、第１フェライトシートよ
りも透磁率が低くなるように作成する。第２フェライト
シートの作成方法は、第１フェライトシートと同様であ
る。

【００２３】次に、これら第１及び第２フェライトシー
トに金型による打ち抜きやレーザ加工などの手段を用い
てビアホールを形成する。次いで、第１及び第２フェラ
イトシートに導電性ペーストを所定パターンで印刷す
る。ここで、導電性ペーストとしては、例えばＡｇを主
成分とした金属ペーストを用いる。

【００２４】次に、これら第１及び第２フェライトシー
トを、シート間の導体性ペーストが互いにビアホールで
接続されるように積層圧着してシート積層体を得る。こ
こで、第１及び第２フェライトシートは、図３を参照し
て前述したように所定の順序で積層する。

【００２５】次に、シート積層体を単位寸法になるよう
に切断して積層体１１０を得る。次いで、この切断され
た積層体を空気中にて約５００℃で１時間加熱してバイ
ンダ成分を除去する。さらにこの積層体を空気中にて約
８００〜９００℃で２時間焼成する。

【００２６】次いで、この積層体１１０の両端部にディ
ップ法などを用いて導電性ペーストを塗布する。さらに
積層体１１０を空気中にて約６００℃で１時間焼成する
ことにより、外部電極１２０を形成する。ここで、導電
性ペーストとしては、内部電極形成用のものと同じ組成
のものを用いた。最後に、外部電極１２０にメッキ処理
を施し積層インダクタ１００が得られる。

【００２７】このような積層インダクタ１００では、積
層体１１０の内層には第２フェライトシート１１６によ
り形成された低透磁率の非強磁性体層１１２が少なくと
も１つ以上形成されているので、積層体１１０内には、
該非強磁性体層１１２に分割された各強磁性体層１１１
においてそれぞれ閉磁路が形成される。すなわち、従来
の積層インダクタ１００では、積層体内全体で１つの大
きな閉磁路が形成されていたが、本発明に係る積層イン
ダクタ１００では、各強磁性体層１１１間で磁束の結合
が無くなり又は大幅に弱まるため、それぞれ各領域にお
いて小さな閉磁路が形成される。ここで、非強磁性体層
１１２により分割された各領域においては、コイルの巻
回数が全体の約（１／分割数）となるので、それぞれ発
生する磁界強度も約（１／分割数の二乗）となる。これ
により、従来の積層インダクタと比較して磁気飽和の生
じる重畳直流電流値を大きくすることができる。

【００２８】また、非強磁性体層１１２に分割された各
領域におけるインダクタンス素子がそれぞれほぼ等しい
大きさの重畳直流電流により磁気飽和を生じるので、積
層インダクタ１００は、通常の１つのインダクタンス素
子が有する直流重畳特性と同様の特性曲線を有するもの
となる。

【００２９】本実施の形態に係る積層インダクタ１００
の直流重畳特性について図４のグラフを参照して説明す
る。図４は、第１の実施の形態に係る積層インダクタの
直流重畳特性を示すグラフであり、横軸に重畳直流電
流、縦軸にインダクタンスをとっている。なお、図４で
は、本実施の形態に係る積層インダクタ１００の特性を
実線で示すとともに、比較対象として従来の積層インダ
クタの特性を点線で示している。

【００３０】図４から分かるように、本実施の形態に係
る積層インダクタ１００は、従来のものと比較して高い
重畳直流電流を流しても磁気飽和による急激なインダク
タンスの低下を招くことがない。従って、例えばスイッ
チング電源回路におけるチョークコイルのように高い電
流を流す用途に好適なものとなる。なお、非強磁性体層
１１２により分割された各領域における磁界強度が従来
なものと比較して小さくなる結果、図４からも分かるよ
うに、積層インダクタ１００のインダクタンスは小さな
ものとなる。しかしながら、分割数や内部電極の形成パ
ターン等を調整することにより所望のインダクタンスを
有するとともに、必要電流値までの直流重畳特性が良好
な積層インダクタを得ることができる。

【００３１】（第２の実施の形態）本発明の第２の実施
の形態について図５及び図６を参照して説明する。図５
は第２の実施の形態に係る積層インダクタの断面図、図
６は第２の実施の形態に係る積層体の分解斜視図であ
る。なお、図５と図６とでは、説明の便宜上コイルの巻
回数等が異なっている。

【００３２】本実施の形態に係る積層インダクタ２００
が、第１の実施の形態に係る積層インダクタ１００と相
違する点は、積層体２１０の積層構造にある。他の構成
については第１の実施の形態と同様なので、ここでは相
違点のみ説明する。

【００３３】この積層インダクタ２００の積層体２１０
は、図５に示すように、Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系のフェライ
ト材料からなり高透磁率を有する強磁性体層２１１と、
Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系のフェライト材料からなり前記強磁
性体層２１１よりも小さい透磁率を有する非強磁性体層
２１２とを積層した構造となっている。非強磁性体層２
１２は、積層体２１０の内層に形成されているとともに
外層側にも形成されている。また、積層体２１０の内層
に形成される複数の強磁性体層２１１はそれぞれほぼ等
しい厚みを有している。

【００３４】すなわち積層体２１０は、図６に示すよう
に、高透磁率を有する第１フェライトシート２１５と、
第１フェライトシート２１５よりも透磁率の低い第２フ
ェライトシート２１６とを一体に積層した構造となって
いる。これにより、第１フェライトシート２１５が前記
強磁性体層２１１を形成し、第２フェライトシート２１
６が非強磁性体層２１２を形成する。ここで、積層体２
１０の外側の数枚（図では上層側の３枚及び下層側の２
枚）は、低透磁率の第２フェライトシート２１６であ
る。また、第２フェライトシート２１６に挟まれた第１
フェライトシート２１５は、それぞれ等しい枚数（図で
は４枚）が積層されている。これにより第１フェライト
シート２１５により形成される各強磁性体層２１１はそ
れぞれ等しい厚みを有する。

【００３５】このような積層インダクタ２００は、第２
フェライトシート２１６により形成された非強磁性体層
２１２を積層体２１０の外層に有しており、且つ、該非
強磁性体層２１２により分割された強磁性体層２１１は
それぞれほぼ等しい厚みを有するので、各強磁性体層２
１１に生じる磁界強度を等しくすることができる。これ
により、確実に各強磁性体層２１１におけるインダクタ
ンス素子がそれぞれほぼ等しい大きさの重畳直流電流に
より磁気飽和を生じることになる。他の作用及び効果並
びに製造方法については第１の実施の形態と同様であ
る。

【００３６】なお、第１及び第２の実施の形態では、積
層体の内層に形成する非強磁性体層として強磁性体層よ
りも透磁率の低い磁性体を用いたが、本発明はこれに限
定されるものではない。例えばＺｎ−Ｃｕ系のフェライ
トからなる非磁性体（μ＝１）を用いてもよい。なお、
この場合には、非強磁性体層の強磁性体層との境界面
に、強磁性体層からの拡散層が形成される。ここで、拡
散層をＮｉの磁性層比が１０％以上の層と定義すると、
この拡散層は５μｍ以内となるように形成すると好まし
い。拡散により磁性材料特性が変動し、狙った電気的特
性を得ることができない場合があるからである。

【００３７】さらに、第１及び第２の実施の形態では、
積層体の内層に２つの非強磁性体層を形成したが、すな
わち、２枚の第２フェライトシートを内層に積層するこ
とにより積層体内の強磁性体領域を３分割したが、本発
明はこれに限定されるものではない。すなわち、積層体
の内層に１つの非強磁性体層を形成し、換言すれば、１
枚の第２フェライトシートを内層に積層することにより
積層体内の強磁性体領域を２分割してもよい。さらに、
積層体の内層に３つ以上の非強磁性体層を形成し、換言
すれば、３枚以上の第２フェライトシートを内層に積層
することにより積層体内の強磁性体領域を４つ以上に分
割してもよい。

【００３８】さらに、第１及び第２の実施の形態では、
積層インダクタの一例としてコイルを１つ有するものを
示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例
えば、コイルを複数有する積層インダクタアレイ、積層
トランス、積層コモンモードチョークコイルなどであっ
てもよい。さらに、積層体内にインダクタ以外の他の素
子（例えばコンデンサ）を有する積層ＬＣ複合部品、積
層フィルタなどであってもよい。

【００３９】さらに、第１及び第２の実施の形態では、
積層体をシート積層法により形成したが印刷法により形
成してもよい。

【００４０】さらに、第１及び第２の実施の形態では、
積層インダクタの有用な用途として電源回路におけるチ
ョークコイルを例示したが、本発明はこれに限定される
ものではない。他の電子回路（例えば信号系の回路）で
あっても本発明に係る積層インダクタは有用である。

【００４１】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
積層体の内層には低透磁率の磁性体又は非磁性体からな
る第２絶縁体が少なくとも１つ以上積層されているの
で、積層体内には、前記第２絶縁体に分割された領域に
おいてそれぞれ閉磁路が形成される。すなわち、従来の
積層インダクタでは、積層体内全体で１つの大きな閉磁
路が形成されていたが、本発明に係る積層インダクタで
は、前記各分割領域間で磁束の結合が無くなり又は大幅
に弱まるため、それぞれ各領域において小さな閉磁路が
形成される。ここで、第２絶縁体により分割された各領
域においては、コイルの巻回数が全体の約（１／分割
数）となるので、それぞれ発生する磁界強度も約（１／
分割数の二乗）となる。これにより、従来の積層インダ
クタと比較して磁気飽和の生じる重畳直流電流値を大き
くすることができる。

【００４２】また、第２絶縁体に分割された各領域にお
けるインダクタンス素子がそれぞれほぼ等しい大きさの
重畳直流電流により磁気飽和を生じるので、本発明に係
る積層インダクタは、通常の１つのインダクタンス素子
が有する直流重畳特性と同様の特性曲線を有するものと
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態に係る積層インダクタの外観
斜視図

【図２】第１の実施の形態に係る積層インダクタの図１
におけるＡ−Ａ’線矢視方向断面図

【図３】第１の実施の形態に係る積層体の分解斜視図

【図４】第１の実施の形態に係る積層インダクタの直流
重畳特性を示すグラフ

【図５】第２の実施の形態に係る積層インダクタの断面
図

【図６】第２の実施の形態に係る積層体の分解斜視図

【符号の説明】

１００，２００…積層インダクタ、１１０，２１０…積
層体、１１１，２１１…強磁性体層、１１２，２１２…
非強磁性体層、１１３，２１３…内部電極、１１５，２
１５…第１フェライトシート、１１６，２１６…第２フ
ェライトシート、１２０，２２０…外部電極

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コイルを形成する導体と絶縁体とを積層
   してなる積層体を備えた積層インダクタにおいて、 前記導体は、絶縁体の積層方向を軸方向とするコイルが
   形成されるように相互に接続され、 前記積層体は、高透磁率の磁性体からなる複数の第１絶
   縁体と、積層体の内層に配置され低透磁率の磁性体又は
   非磁性体からなる少なくとも１つ以上の第２絶縁体とを
   積層してなり、 前記第２絶縁体は、該第２絶縁体により積層方向に分割
   された各領域におけるインダクタ素子がそれぞれほぼ等
   しい大きさの重畳直流電流により磁気飽和を生じるよう
   に積層体内に配置されていることを特徴とする積層イン
   ダクタ。
2. 【請求項２】 前記積層体は、前記第２絶縁体により外
   層が形成されているとともに、該第２絶縁体により積層
   方向に分割された各領域がそれぞれ等しい厚さの第１絶
   縁体により構成されていることを特徴とする請求項１記
   載の積層インダクタ。