JP2005216873A - 平面磁気素子の電極構造 - Google Patents

Abstract

【要 約】
【課 題】 本発明は、表面実装性に優れた平面磁気素子の電極構造に関する。
【解決手段】 ４辺で囲まれた正方形の平面磁気素子において、各辺に沿ってなる４個の電極を有してなり、該４個の電極の隣り合ったそれぞれ２個の電極を繋げて１組の電極としてなる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、裏面に外部接続用の電極を配してなり、表面実装性に優れた平面磁気素子に関する。

近年、携帯機器やノートパソコン等のように電池で駆動される携帯機器の利用が進んでいる。このような携帯機器に対しては、従来から、より一層の小型・軽量化が望まれており、最近ではこれに加えて、マルチメディア化への対応、すなわち通信機能や表示機能の充実、あるいは画像データを含む大量情報の高速化処理等の高機能化が求められている。

これらの要求は、電池からの単一電圧を、ＣＰＵやＬＣＤモジェール、通信用パワーアンプ等の様々な搭載デバイスが必要とする各々の電圧レベルに的確に変換できる小型電源の需要を増加させた。そのため、電子機器の小型・軽量化と高機能化とを両立させるべく、電源に搭載されるトランスやインダクタ等の平面磁気素子についても、その小型・薄型化を進めることが重要な課題となっている。

このような状況下で、従来、前記電源には、焼結フェライトコアにコイルを巻いたトランス、インダクタが搭載されてきたが、これらは、いずれも薄型化が困難で、電源の薄型化を阻害してきた。そこで、その更なる小型・軽量化を図るため、平面コイルを上下のフェライト磁性層で挟み、かつ平面コイルのコイルパターン間の隙間をフェライトで埋めた構造の平面磁気素子が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。

平面磁気素子をこのような構成とすることで、平面磁気素子の更なる薄型化に成功し、さらに高周波領域における電力の低減も達成している。
特開2001-244123号公報 特開2001-244124号公報

しかしながら、特許文献１で提案された平面磁気素子の構造では、例えば図３に示すように、その外部接続用の電極として、１組の電極３が平面磁気素子１の対向する２辺に平行に形成されている。具体的には、図３（ａ）の例では、電極３が平面磁気素子１の端部の１辺に接するように形成され、図３（ｂ）の例では、電極３が平面磁気素子１の２辺に接するように形成されている。また、ここでは図示しないが、特許文献２においても、外部接続用の電極としては、１組の電極が平面磁気素子の対向する２辺に平行に形成された例が開示されている。

このような電極構造を有する平面磁気素子を基板上に実装する場合、以下のような問題がある。
(1) 平面磁気素子が正方形の場合、外形からだけでは電極のある辺（あるいは方向）を区別することができない。

例えば、既存のチップ部品（抵抗、インダクタ、コンデンサ等）の場合は、この問題を克服するために、敢えて長方形（例えば、3.2×2.5mm、1.6×0.8mm等）の形状を採用している。
(2) 平面磁気素子の外形を長方形にすると方向の区別が可能になるが、平面コイルのコイルパターンがスパイラル状であることから、図２（ｂ）に例示のように、中空窓を中心にスパイラル状に形成される、そのターン数が短い辺長で制限されてしまい、大きなインダクタンスを発現することができなくなる。一方、図２（ａ）に例示のように、平面磁気素子の外形を正方形にすると、最も効率的にスパイラル状のコイルパターンを形成することができる。

本発明は、かかる事情に鑑み、外形が正方形の平面磁気素子において、電極のある辺（あるいは方向）を区別することなく、実装可能な平面磁気素子を提供することを目的とする。

したがって、本発明における表面実装性とは、平面磁気素子を基板上に実装する場合の電極構造の観点からの装着容易性をいう。

本発明者は、上記目的を達成するため研究を重ね、表面実装性を高めるには、４辺で囲まれた正方形の平面磁気素子において、各辺に沿った４個の電極を持ち、かつ、隣り合ったどちらかの電極とつながっている１組の電極からなる構造とすることが好適であることに想到し、その実現に鋭意努力し、本発明を完成させた。

すなわち、本発明は、４辺で囲まれた正方形の平面磁気素子において、各辺に沿ってなる４個の電極を有してなり、該４個の電極の隣り合ったそれぞれ２個の電極を繋げて１組の電極としてなることを特徴とする平面磁気素子の電極構造とすることで上記課題を解決した。

なお、前記１組の電極を、それぞれ隣り合った２辺に沿うＬ字形の電極として繋げてなることを好適とする。

本発明によれば、基板上に平面磁気素子の幅に合ったランド（回路を形成した基板側の半田パターンをいう。）を用意しておけば、平面磁気素子がどの方向で実装されても正しい配線が実現できるようになり、平面磁気素子の実装をより効率的に行うことを可能とした。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態を具体的に説明する。

図４は、正方形の平面磁気素子１に従来構造の電極３をつけた例の平面図である。図４から明らかなように、平面磁気素子１の正方形とする外形は90度回転させても同じになる。一方、表面側から電極３の配置を確認することはできない。そのため、図４（ａ）に示すように、電極３をランド５に正しくのせることができる場合もあれば、また、図４（ｂ）に示すように、正しくのせることができない場合も生じることになる。

一方、平面磁気素子の形状を長方形とすれば、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、平面磁気素子１を90度回転させると外形が異なってくるので、方向を認識して正しく実装することが可能となる。

しかしながら、図２において比較して説明したように、同じ線幅と線間隔で平面コイル２をスパイラル状のコイルパターンに形成したとき、長方形では、幅の狭い辺長でターン数が制限されてしまう。このことは、ターン数を大きくして大きなインダクタンスを発現するのに不利な構造となることを意味している。

以上のことから、本発明者は、正方形の平面磁気素子において、各辺に沿ってなる４個の電極を有してなり、該４個の電極の隣り合ったそれぞれ２個の電極を繋げて１組の電極とした構造の平面磁気素子の電極構造を発明するに至ったのである。

図１（ａ）、（ｂ）に、本発明の平面磁気素子の電極構造を示す。

本発明の場合、外形が正方形にもかかわらず、90度回転しても正しく実装することが可能となるのである。

なお、各辺に「沿ってなる」とは、必ずしも各辺と電極が平行にあることをいうのではなく、また、各辺と電極との距離もすき間がない場合、ある場合のどちらの状態も含まれる。

次に、本発明の平面磁気素子を製造する一例を以下に示す。但し、本発明をこれに限定するものではない。
(1) あらかじめスルーホールを設けたフェライト基板上に、フォトリソグラフィと電気メッキで銅コイルパターンを形成し、平面コイルとする。
(2) コイル線間に、フェライト粉末をエポキシ樹脂に分散したペーストをスクリーン印刷で充填する。
(3) スルーホールを介して、導電材料を用いて本発明の電極構造となるパターンを形成する。

ここで、図１においては、本発明の電極構造として、隣り合った電極同士を直接繋げてＬ字形とした１組の電極を例示したが、本発明を図１に例示の構造に限定するものではない。ここでは図示しないが、例えば、隣り合った電極同士を別の配線で繋げるようにしても良いのである。

フェライト基板を構成する磁性体としては、フェライト中でも電気的絶縁体としての特性に優れたNiZnフェライトを用いることを好適とするが、これに限るものではない。平面コイルの絶縁さえ実現できれば、MnZn系や金属系磁性体を採用することもできる。

平面コイルのコイルパターンとしては、スパイラルコイルが本発明に好適であるが、他にミアンダーパターンなども同様に採用できる。

まず、Fe₂Ｏ₃／ZnＯ／NiＯ／49／23／28（mol）組成のフェライト基板を用意した。

そして、300μｍのスルーホールを平面コイルの電極となる位置に２個形成した。

次に、フェライト基板上の全面に、0.5μｍCu膜をスパッタで形成し、その上にレジストを塗布し、露光、現像処理して、線幅／線間隔が80／25（μｍ）となるスパイラル状のレジストフレームを形成した。この後、銅電気メッキ、剥離、エッチングの各工程で平面コイルとなるスパイラル状のコイルを作成した。

次に、フェライト粉末をエポキシ樹脂に分散したペーストをスクリーン印刷で線間充填し、かつ平面コイルの線上において150μｍ厚となるように形成した。

そして、フェライト基板の裏面に、あらかじめ設けておいたスルーホールを介した電極のパターンを銅スパッタで形成し、更にこの上にNi（２μｍ）／Sn（10μｍ）のメッキを形成した。

以上のようにして、面積を25mm²、１辺の長さを５mmとした正方形の平面磁気素子を作成した。ここで、本発明例の平面磁気素子の外部接続用の電極として、図１に示すＬ字型の本発明パターン（ここでは、これを電極パターンＡと呼ぶ）を形成し、また比較のために、比較例１の平面磁気素子の電極として、図４に示すように対向する２辺に平行な従来パターン（ここでは、これを電極パターンＢと呼ぶ）を形成した。

更に、比較例２として、面積を25mm²、辺の長さを４×6.25mmの長方形とした平面磁気素子を作成した。この比較例２の外部接続用の電極は、図５に示すように対向する２辺に平行な従来パターンとした（このパターンは、図４に示す電極パターンＢと同じであり、ここでは、これも電極パターンＢと呼ぶ）。

なお、中空窓の寸法は、短い辺長を1280μｍとして一定とした。

以上の平面磁気素子について、それぞれの磁気特性（インダクタンス）と表面実装性の比較を行い、その結果を表１にまとめた。表面実装性の評価は、基板に対し、平面磁気素子を縦横どちらに置いても不都合が起こらない場合を○とし、どちらか一方の向きに置いた場合、不利な構造となるときは×として評価した。

表１の結果から、本発明例の平面磁気素子は、各比較例に比べて、インダクタンスを大きく取ることができ、かつ表面実装性にも優れていることは明らかである。

本発明の平面磁気素子の電極構造の例を示す模式図である。 平面磁気素子の平面コイルのコイルパターンの例を示す模式図である。 従来の平面磁気素子の電極構造の例を示す模式図である。 従来の平面磁気素子の電極構造の例を示す模式図である。 従来の平面磁気素子の電極構造の例を示す模式図である。

符号の説明

１ 平面磁気素子
２ 平面コイル
３、４ 電極
５ ランド

Claims (2)

1. ４辺で囲まれた正方形の平面磁気素子において、
   各辺に沿ってなる４個の電極を有してなり、該４個の電極の隣り合ったそれぞれ２個の電極を繋げて１組の電極としてなることを特徴とする平面磁気素子の電極構造。
2. 前記１組の電極を、それぞれ隣り合った２辺に沿うＬ字形の電極として繋げてなることを特徴とする請求項１に記載の平面磁気素子の電極構造。

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