JP2006148027A - 積層型インダクタ - Google Patents

Abstract

【課題】 大電流に対応できると共に、小型化を図ることが可能な積層型インダクタを提供すること。
【解決手段】 積層型インダクタ１は、複数の磁性体グリーンシートＡ１〜Ａ１２が積層された積層体１０と、積層体１０内に、複数の導体パターンＢ１〜Ｂ１０が磁性体グリーンシートＡ１〜Ａ１２の積層方向に併設されると共に、磁性体グリーンシートＡ１〜Ａ１２の積層方向に隣り合う導体パターン同士が電気的に接続されることにより構成されるコイルＬと、を備える。導体パターンＢ１〜Ｂ１０の厚みは、磁性体グリーンシートＡ１〜Ａ１２の積層方向に隣り合う導体パターンＢ１〜Ｂ１０の間に位置する磁性体グリーンシートの厚みの１．５倍以上に設定されている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、積層型インダクタに関する。

この種の積層型インダクタとして、複数の絶縁体が積層された積層体と、当該積層体内に絶縁体の積層方向に併設された複数の内部導体とを備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１に記載された積層型インダクタでは、絶縁体としての磁性体層と内部導体としての導電体層とが交互に積層されており、複数の内部導体は絶縁体の積層方向に隣り合うもの同士が電気的に接続されることによりコイルを構成している。
特開平４−６５８０７号公報（特許第２９８７１７６号公報）

本発明は、大電流に対応できると共に、小型化を図ることが可能な積層型インダクタを提供することを目的とする。

近年、各種電子機器に用いられる積層型インダクタとして、定格電流が１．０Ａ以上である、大電流に対応した積層型インダクタが求められている。

積層型インダクタを大電流に対応させるためには、まず、内部導体の直流抵抗値を低くする必要がある。内部導体の直流抵抗値を低くする手法として、内部導体の幅を広くすることが考えられる。内部導体の幅を大きくした場合、当該内部導体により構成されるコイルの外径を変更しないとすると、インダクタンス値は小さくなってしまう。したがって、インダクタンス値を確保するためには、コイルのターン数を増やす必要がある。しかしながら、コイルのターン数を増やした場合、コイルの線路長が長くなるために直流抵抗値が高くなってしまうことから、インダクタンス値の確保と直流抵抗値の低減とを両立させることは困難である。

そこで、本発明者等は、インダクタンス値の確保と直流抵抗値の低減とを両立させ得る積層型インダクタについて鋭意研究を行った。その結果、本発明者等は、特に、内部導体の厚みと絶縁体の積層方向に隣り合う内部導体の間に位置する絶縁体の厚みとの比に応じてインダクタンス値が変化するという新たな事実を見出すに至った。

かかる研究結果を踏まえ、本発明に係る積層型インダクタは、複数の絶縁体が積層された積層体と、積層体内に、複数の内部導体が絶縁体の積層方向に併設され、絶縁体の積層方向に隣り合う内部導体同士が電気的に接続されることにより構成されるコイルと、を備えており、内部導体の厚みは、絶縁体の積層方向に隣り合う内部導体の間に位置する絶縁体の厚みの１．５倍以上に設定されていることを特徴とする。

本発明に係る積層型インダクタでは、内部導体の厚みは、絶縁体の積層方向に隣り合う内部導体の間に位置する絶縁体の厚みの１．５倍以上に設定されているので、各内部導体が比較的接近して配置されることとなる。このため、内部導体により構成されるコイルの各ターン部分間の磁気的な結合が強くなり、インダクタンス値が大きくなる。この結果、所望のインダクタンス値を確保するために必要とされるコイルのターン数を少なくすることができ、小型化を図ることができる。また、コイルの線路長が短くなるため、直流抵抗値を低くすることができ、大電流に対応することが可能となる。

本発明によれば、大電流に対応できると共に、小型化を図ることが可能な積層型インダクタを提供することができる。

本発明の実施形態に係る積層型インダクタについて図面を参照して説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

図１〜図３を参照して、本実施形態に係る積層型インダクタ１の構成について説明する。図１は、本実施形態に係る積層型インダクタを示す斜視図である。図２は、本実施形態に係る積層型インダクタの断面構成を説明するための図である。図３は、本実施形態に係る積層型インダクタに含まれる積層体の分解斜視図である。

積層型インダクタ１は、図１に示されるように、略直方体形状の積層体１０と、積層体１０の長手方向の両側面にそれぞれ形成された一対の端子電極１１，１２とを備える。なお、積層体１０の底面は、積層型インダクタ１が外部基板（図示せず）に実装されたときに、当該外部基板に対向する面である。

積層体１０は、図２及び図３に示されるように、複数（本実施形態では１２枚）の磁性体グリーンシートＡ１〜Ａ１２が積層されることにより構成され、内部に導体パターン（内部導体）Ｂ１〜Ｂ１０及び導出部Ｂ１ａ，Ｂ１０ａからなるコイルＬを備えている。実際の積層型インダクタ１は、磁性体グリーンシートＡ１〜Ａ１２間の境界が視認できない程度に一体化されている。磁性体グリーンシートＡ１〜Ａ１２は、後述するように焼成されることにより、絶縁体として機能する。

磁性体グリーンシートＡ１〜Ａ１２は、電気絶縁性を有する絶縁体である。磁性体グリーンシートＡ１〜Ａ１２は、フェライト（例えば、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライト、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎ−Ｍｇ系フェライト、Ｃｕ−Ｚｎ系フェライト、又はＮｉ−Ｃｕ系フェライト）を原料としたスラリーをドクターブレード法によりフィルム上に塗布することで形成される。磁性体グリーンシートＡ１〜Ａ１２の厚みは、例えば６０μｍ程度である。

導体パターンＢ１は、コイルＬの略５／８ターン分に相当し、磁性体グリーンシートＡ２上で略Ｃ字状に形成されている。導体パターンＢ１の一端には、導出部Ｂ１ａが一体的に形成されている。導体パターンＢ１の導出部Ｂ１ａは、磁性体グリーンシートＡ２の縁に引き出され、その端部が磁性体グリーンシートＡ２の端面に露出している。このため、導出部Ｂ１ａは、端子電極１１に電気的に接続されることとなる。導体パターンＢ１の他端は、磁性体グリーンシートＡ２を厚み方向に貫通して形成されたスルーホール電極Ｃ１と電気的に接続されている。このため、導体パターンＢ１は、積層された状態で、スルーホール電極Ｃ１を介して対応する導体パターンＢ２の一端と電気的に接続される。

導体パターンＢ２〜Ｂ９は、それぞれコイルＬの略３／４ターン分に相当し、各導体パターンＢ２，Ｂ４，Ｂ６，Ｂ８については各磁性体グリーンシートＡ３，Ａ５，Ａ７，Ａ９上でそれぞれ略Ｕ字状に形成され、各導体パターンＢ３，Ｂ５，Ｂ７，Ｂ９については各磁性体グリーンシートＡ４，Ａ６，Ａ８，Ａ１０上でそれぞれ略Ｃ字状に形成さている。各導体パターンＢ２〜Ｂ９の一端には、積層された状態で各スルーホール電極Ｃ１〜Ｃ８と電気的に接続される領域がそれぞれ含まれている。各導体パターンＢ２〜Ｂ９の他端は、各磁性体グリーンシートＡ３〜Ａ１０を厚み方向に貫通して形成された各スルーホール電極Ｃ２〜Ｃ９とそれぞれ電気的に接続されている。このため、各導体パターンＢ２〜Ｂ９は、積層された状態で、各スルーホール電極Ｃ２〜Ｃ９を介して対応する各導体パターンＢ３〜Ｂ１０の一端とそれぞれ電気的に接続される。

導体パターンＢ１０は、コイルＬの略７／８ターン分に相当し、磁性体グリーンシートＡ１１上で略Ｕ字状に形成されている。導体パターンＢ１０の一端には、積層された状態で各スルーホール電極Ｃ９と電気的に接続される領域が含まれている。導体パターンＢ１０の他端には、導出部Ｂ１０ａが一体的に形成されている。導体パターンＢ１０の導出部Ｂ１０ａは、磁性体グリーンシートＡ１１の縁に引き出され、その端部が磁性体グリーンシートＡ１１の端面に露出している。このため、導出部Ｂ１０ａは、端子電極１２に電気的に接続されることとなる。

以上のように、各磁性体グリーンシートＡ１〜Ａ１２が積層され、各導体パターンＢ１〜Ｂ１０が各スルーホール電極Ｃ１〜Ｃ９を介して相互に電気的に接続されることにより、ターン数が７．５ターンであるコイルＬが構成されることとなる。ここで、各導体パターンＢ１〜Ｂ１０及び導出部Ｂ１ａ，Ｂ１０ａは、銀又はニッケルを主成分とする導体ペーストをスクリーン印刷することにより形成される。

続いて、図３及び図４を参照して、上述した構成の積層型インダクタ１の製造方法について説明する。図４は、本実施形態に係る積層型インダクタの製造方法を説明するための図である。

まず、磁性体グリーンシートＡ１〜Ａ１２を用意する。この磁性体グリーンシートＡ１〜Ａ１２は、形成の際に酸性化合物の添加又は脱イオン処理等により、密度が例えば２．７ｇ／ｃｍ^３程度に調整される。

次に、各磁性体グリーンシートＡ２〜Ａ１０の所定の位置、すなわちスルーホール電極Ｃ１〜Ｃ９が形成される予定の位置に、レーザー加工等によってスルーホールをそれぞれ形成する。次に、各磁性体グリーンシートＡ２〜Ａ１１上に各導体パターンＢ１〜１０をそれぞれ形成する。

次に、各磁性体グリーンシートＡ１〜Ａ１２を図３に示された順序にて積層し（図４（ａ）参照）、積層方向に圧力を加えて各磁性体グリーンシートＡ１〜Ａ１２間に隙間が生じないよう圧着する（図４（ｂ）参照）。この際、磁性体グリーンシートＡ１〜Ａ１２の密度（２．７ｇ／ｃｍ^３程度）は、従来の磁性体グリーンシートの密度（３．０ｇ／ｃｍ^３程度）と比較して低密度であるため、特に各導体パターンＢ１〜Ｂ１０の間に位置する磁性体グリーンシートが大きく凹んで変形し、焼成後の積層体１０においてクラックやデラミネーション（層間剥離）が生じることがない。

次に、圧着した磁性体グリーンシートＡ１〜Ａ１２をチップ単位に切断した後に、所定温度（例えば、８７０℃程度）にて焼成を行い、積層体１０を形成する。積層体１０は、例えば、焼成後における長手方向の長さが３．２ｍｍ、幅が１．６ｍｍ、高さが１．０ｍｍとなるようにする。

次に、この積層体１０に、端子電極１１，１２を形成する。これにより、積層型インダクタ１が形成されることとなる。端子電極１１，１２は、積層体１０の長手方向の両端面にそれぞれ銀又はニッケル又は銅を主成分とする電極ペーストを転写した後に、所定温度（例えば、７００℃程度）で焼き付けを行い、さらに電気めっきを施すことにより形成される。この電気めっきは、Ｃｕ、Ｎｉ及びＳｎ等を用いることができる。

図２を参照すると、導体パターンＢ１〜Ｂ１０の焼成後における厚みＤは、積層体１０の積層方向に隣り合う導体パターンの間に位置する磁性体グリーンシートＡ２〜Ａ１０の焼成後における厚みＴの１．５倍以上に設定されている。本実施形態では、導体パターンＢ１〜Ｂ１０の焼成後における厚みＤは、３０μｍ程度に設定されている。隣り合う導体パターンの間に位置する磁性体グリーンシートＡ２〜Ａ１０の焼成後における厚みＴは、１４μｍ程度に設定されている。したがって、導体パターンＢ１〜Ｂ１０の焼成後における厚みＤと、積層方向に隣り合う導体パターンの間に位置する磁性体グリーンシートＡ２〜Ａ１０の焼成後における厚みＴとの比は、２．１程度となる。

導体パターンＢ１〜Ｂ１０の焼成後における幅Ｈは、２１０μｍ程度に設定される。これにより、導体パターンＢ１〜Ｂ１０の焼成後における厚みＤと導体パターンＢ１〜Ｂ１０の幅Ｈとの比（アスペクト比）は、０．１４程度となる。

以上のように、本実施形態においては、導体パターンＢ１〜Ｂ１０の焼成後における厚みＤは、積層方向に隣り合う導体パターンＢ１〜Ｂ１０の間に位置する磁性体グリーンシートＡ２〜Ａ１０の焼成後における厚みＴの１．５倍以上に設定されているので、各導体パターンＢ１〜Ｂ１０が比較的接近して配置されることとなる。このため、導体パターンＢ１〜Ｂ１０により構成されるコイルＬの各ターン部分間の磁気的な結合が強くなり、インダクタンス値が大きくなる。この結果、所望のインダクタンス値を確保するために必要とされるコイルＬのターン数を少なくすることができ、積層型インダクタ１の小型化を図ることができる。特に、焼成後における積層体１０の長手方向の長さが３．２ｍｍ以下であり、幅が２．５ｍｍ以下であり、高さが１．７ｍｍ以下である積層型インダクタを実現することができる。

また、本実施形態においてはコイルＬの線路長が短くなるため、当該コイルＬの直流抵抗値を低くすることができ、積層型インダクタ１は大電流に対応することが可能となる。

なお、アスペクト比は、０．１〜１．５の範囲であることが好ましく、０．２〜１．０の範囲であることがより好ましい。アスペクト比が０．１より小さくなると積層型インダクタ１のインダクタンス値の向上が図れず、アスペクト比が１．５より大きくなると焼成後の積層体１０においてクラックやデラミネーションが生じやすくなるためである。

ここで、本発明の実施例として上述した積層型インダクタ１の製造方法に基づいて積層型インダクタを作製し、当該積層型インダクタにおける断面構造を確認した。確認結果を図５に示す。図５は、本発明を適用した実施例に係る積層型インダクタの断面構造を示す顕微鏡写真の線図である。

本実施例では、まず、上述した積層型インダクタ１の製造方法に基づいて、積層型インダクタ２０を作製した。そして、作製した積層型インダクタ２０を積層方向に直交する面にて切断し、切断面の顕微鏡写真を撮影した。

図５に示される積層型インダクタ２０の断面において、導体パターンＰの厚みＤを測定したところ２９．４〜３３．１μｍであった。一方、隣り合う導体パターンＰの間に位置する磁性体グリーンシートの厚みＴを測定したところ１３．２〜１４．６μｍであった。このため、積層型インダクタ２０では、導体パターンＰの厚みＤが磁性体グリーンシートの厚みＴの２．２倍となっている。なお、導体パターンＰの厚みＤは導体パターンＰの幅の中央における厚みである。

積層型インダクタ２０におけるインダクタンス値は１．１８μＨであり、積層型インダクタ２０における直流抵抗値は０．０９Ωであった。そのため、積層型インダクタ２０では、上記の構成により実用上問題のない電気的特性が得られた。

次に、図６及び図７を参照して、本実施形態に係る積層型インダクタの変形例について説明する。図６は、本実施形態に係る積層型インダクタの変形例の断面構成を説明するための図である。図７は、本実施形態に係る積層型インダクタの変形例に含まれる積層体の分解斜視図である。変形例に係る積層型インダクタ３０は、積層体１０の構成の点で本実施形態に係る積層型インダクタ１と相違する。

積層型インダクタ３０は、積層体１０と、一対の端子電極１１，１２とを備える。積層体１０は、図６及び図７に示されるように、磁性体グリーンシートＡ１〜Ａ１０，Ａ１２と非磁性体グリーンシートＡ２１が積層されることにより構成され、内部にコイルＬを備えている。実際の積層型インダクタ３０は、各グリーンシートＡ１〜Ａ１０，Ａ１２，Ａ２１間の境界が視認できない程度に一体化されている。各グリーンシートＡ１〜Ａ１０，Ａ１２，Ａ２１は、上述したように焼成されることにより、絶縁体として機能する。

非磁性体グリーンシートＡ２１は、電気絶縁性を有する絶縁体である。非磁性体グリーンシートＡ２１は、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＺｎＯ、ＣｕＯの混合紛を原料としたスラリーをドクターブレード法によりフィルム上に塗布することで形成される。非磁性体グリーンシートの厚みは、例えば６０μｍ程度である。

変形例においても、上述した本実施形態と同様に、積層型インダクタ３０の小型化を図ることができると共に、積層型インダクタ３０の大電流への対応が可能となる。

また、変形例においては、非磁性体グリーンシートＡ２１には導体パターンＢ１０が形成されているので、非磁性体グリーンシートＡ２１は、コイルＬの端部に接するようにしてコイルＬの外側に配置されることとなる。この場合、初期インダクタンス値は低下するものの、直流重畳によるインダクタンス値の下落率を低減することができる。

以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態及び変形例に限定されるものではない。例えば、本実施形態に係る積層型インダクタ１は、上記した製造方法に限られるものではなく、当業者にとって公知である他の製造方法を用いて製造されたものであってもよい。

また、変形例では導体パターンＢ１０が非磁性体グリーンシートＡ２１に形成されているが、これに限られるものではなく、コイルＬの端部Ｂ１ａ又はＢ１０ａが形成されている導体パターンＢ１又は導体パターンＢ１０が非磁性体グリーンシートＡ２１に接していればよい。

本実施形態に係る積層型インダクタを示す斜視図である。 本実施の形態に係る積層型インダクタの断面構成を説明するための図である。 本実施形態に係る積層型インダクタに含まれる積層体の分解斜視図である。 本実施形態に係る積層型インダクタの積層状態の一部を示す図である。 本発明を適用した実施例に係る積層型インダクタの内部構成を表した断面図である。 本実施形態に係る積層型インダクタの変形例の断面構成を説明するための図である。 本実施形態に係る積層型インダクタの変形例に含まれる積層体の分解斜視図である。

符号の説明

１，２０，３０…積層型インダクタ、１０…積層体、１１、１２…端子電極、Ａ１〜Ａ１２…磁性体グリーンシート、Ａ２１…非磁性体グリーンシート、Ｂ１〜Ｂ１０…導体パターン、Ｂ１ａ，Ｂ１０ａ…導出部、Ｃ１〜Ｃ９…スルーホール電極、Ｌ…コイル。

Claims (1)

1. 複数の絶縁体が積層された積層体と、
   前記積層体内に、複数の内部導体が前記絶縁体の積層方向に併設されると共に、前記絶縁体の積層方向に隣り合う前記内部導体同士が電気的に接続されることにより構成されるコイルと、を備えており、
   前記内部導体の厚みは、前記絶縁体の積層方向に隣り合う内部導体の間に位置する絶縁体の厚みの１．５倍以上に設定されていることを特徴とする積層型インダクタ。

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