JP2006278412A

JP2006278412A - 磁気素子

Info

Publication number: JP2006278412A
Application number: JP2005091156A
Authority: JP
Inventors: Yasutaka Fukuda; 泰隆福田
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2005-03-28
Filing date: 2005-03-28
Publication date: 2006-10-12

Abstract

【課題】小型化、薄型化に優れ、さらに、小型化、薄型化した場合においても、漏洩磁束が小さく且つ大きなインダクタンスを実現すると共に、生産性及び歩留りの向上を図ることが可能な磁気素子を提供する。
【解決手段】
上面に環状溝２ａが設けられ、該環状溝２ａの内壁面が上向きに拡がる方向に、５度以上４０度以下の傾斜が設けられた下部磁性体コア部材２と、前記環状溝２ａ内に装入されるコイル３と、前記下部磁性体コア部材２に設けられた環状溝２ａを覆う蓋を構成する上部磁性体コア部材４と、該上部磁性体コア部材４の前記コイル３に面する内面側に設けられ、前記コイル３の両端部と、該両端部のそれぞれに対応して設けられた外部電極７とを接続するための配線５とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、小型化した場合においても、漏洩磁束が小さく且つ生産性に優れる磁気素子に関するものである。

近年、携帯機器やノート型パソコンのように、電池で駆動される携帯機器の利用が進んできている。このような携帯機器に対しては、従来から、より一層の小型化・軽量化が望まれているが、最近ではこれらに加えて、マルチメディア化への対応、即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処理等の高機能化が求められている。

これに伴い、電池からの単一電圧を、ＣＰＵ、ＬＣＤモジュール、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個々の電圧レベルに的確に変換できる小型電源の需要が増加している。そこで、電子機器の小型化・軽量化と高機能化とを両立させるため、電源に搭載されるトランスやインダクタ等の磁気素子についても、その小型化・薄型化を進めることが重要な課題となっている。

このような状況下において、従来、図４（ａ）に示すような扁平なドラム形状の磁気コアに銅線を巻いたドラムタイプの磁気素子（例えば、特許文献１参照）、あるいは、図４（ｂ）に示すような、前記ドラムタイプの磁気素子に対しさらに漏洩磁界を減らしたドラムスリーブタイプの磁気素子（例えば、特許文献２参照）が薄型の磁気素子として用いられていた。
特許第２８００７１２号公報特許第３２０２２００号公報

しかし、前記図４（ａ）及び（ｂ）に記載の磁気素子においては、内側のコイル端を外部に取り出すためのスペースが必要となり、小型・薄型化に支障をきたしていた。

そこで、本発明は、小型化、薄型化に優れ、さらに、小型化、薄型化した場合においても、漏洩磁束が小さく且つ大きなインダクタンスを実現すると共に、生産性及び歩留りの向上を図ることが可能な磁気素子を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は以下のような特徴を有する。
［１］上面に環状溝が設けられ、該環状溝の内壁面が上向きに拡がる方向に、５度以上４０度以下の傾斜が設けられた下部磁性体コア部材と、
前記環状溝内に装入されるコイルと、
前記下部磁性体コア部材に設けられた環状溝を覆う蓋を構成する上部磁性体コア部材と、
該上部磁性体コア部材の前記コイルに面する内面側に設けられ、前記コイルの両端部と、該両端部のそれぞれに対応して設けられた外部電極とを接続するための配線と
を有することを特徴とする磁気素子。
［２］上記［１］において、上部磁性体コア部材のコイルに面する内面側に設けられる配線の幅が、コイルを構成する導線幅より大きいことを特徴とする磁気素子。

本発明によれば、小型化、薄型化に優れ、さらに、小型化、薄型化した場合においても、漏洩磁束が小さく且つ大きなインダクタンスを実現すると共に、生産性及び歩留りの向上を図ることが可能な磁気素子が提供される。

以下、本発明を実施するための最良の形態の一例を説明する。

図１及び図２に本発明に係る磁気素子１の概略構成の一例を示す。図１は、本発明に係る磁気素子１の平面図であり、（ａ）は環状溝２ａの形状が矩形の場合、（ｂ）は環状溝２ａの形状が丸型の場合を表す。また、図２は、図１に示す磁気素子１の横断面図である。

図１及び図２に示すように、本発明に係る磁気素子１は、上面に環状溝２ａを設けた下部磁性体コア部材２と、前記環状溝２ａ内に装入されるコイル３と、前記下部磁性体コア部材２に設けられた環状溝２ａを覆う蓋を構成する上部磁性体コア部材４とを有する。さらに、前記磁気素子１は、前記環状溝２ａの内壁面が、上向きに拡がる方向に、５度以上４０度以下の傾斜αを有するものである。

本発明に係る磁気素子１の前記環状溝２ａの形状は任意の形状とすることができ、例えば、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、矩形或いは丸型の形状とすることができる。但し、形状として矩形と丸型を比較した場合には、前記環状溝２ａの中に収められるコイル３の占積率が大きくなる矩形の方がより好適である。

このとき、前記コイルの形状としてはスパイラル形状或いはミアンダ形状などが適用可能であるが、インダクタンスをより大きくするという観点からはスパイラル形状とすることがより好適である。なお、コイル形状をミアンダ形状とする場合には、図１において、前記下部磁性体コア部材２の形状としては、中央凸部を除いた形状とすることが好適である。

また、図１においては、磁気素子１の外周形状が正方形の場合を示しているが、前記磁気素子１の外周形状には特に制限はなく、任意の形状とすることが可能である。

前記環状溝２ａの中に収められるコイル３の形成方法としては、例えば、予めスパイラル状に巻いた状態で固定された導体を、環状溝２ａ内に装入する方法を用いることができる。このとき、導体をボビンに巻いたものを用いてもよいが、小型化を考えた場合、熱溶着コイルなどを用いてボビンレスとすることが望ましい。前記導体としては、丸型、角型いずれの形状のものも使用可能であるが、占積率の点からは角型の方が望ましい。

また、前記環状溝２ａの中に収められるコイル３の形成方法としては、フォトリソにより形成したレジストフレームに電気メッキすることで、スパイラル形状或いはミアンダ形状などのコイルを作製することも可能である。

前記下部磁性体コア部材２の上面に設けられた環状溝２ａの内壁面は、上向きに拡がる方向に、５度以上４０度以下の傾斜を有すものである。前記環状溝２ａに、上向きに拡がる方向に５度以上４０度以下の傾斜を設けることで、前記環状溝２ａ内へのコイル３の装入が容易となり、磁気素子の生産性及び歩留りの向上を図ることが可能となる。なお、５度未満の傾斜角の場合、溝部のエッジにコイル３が触り、コイル３表面を傷付けたり、コイル３の装入を困難にするという問題がある。一方、傾斜角が４０度を超えて設けられると、コイル３を装入できる環状溝２ａ内の空間部分が小さくなる。以上の理由から、前記下部磁性体コア部材２に設けられた環状溝２ａの内壁面に設けられる傾斜角度は、上向きに拡がる方向に、５度以上４０度以下とするものである。

ここで、前記コイル３を構成する導体としては、比抵抗の小さな銅が好適であるが、特に銅に限定されるものではない。

また、前記下部磁性体コア部材２又は上部磁性体コア部材４を構成する磁性体の種類としては、特に限定するものではなく、フェライト系、Ｆｅ−Ｓｉ系、Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ系、Ｆｅ−Ｎｉ系、Ｆｅ系アモルファス、Ｃｏ系アモルファスなど多岐に渡って適用できる。ただし、比抵抗の低い材料については前記コイル３を構成する導体との絶縁を取るなどの考慮が必要となる。なお、高周波で磁気素子を駆動する場合は、前記磁性体としては、フェライト系材料、特に絶縁体のＮｉ−Ｚｎ系フェライト材料が好適である。

図３に、前記上部磁性体コア部材４のコイルに面する内面側に設けられる配線５のパターンの一例を示す。なお、図３において、スパイラル形状とした場合のコイル３の外形を一点鎖線で示している。

前記配線５のパターンとしては、図３に示す場合に限定されるものではないが、可能な限り幅広のパターンとすることが好ましい。前記配線の幅が、コイルを構成する導線幅より大きくすることにより、同じ断面積で引き出す場合に、前記配線厚みを、コイルを構成する導線の厚みよりも薄くでき、結果として磁気素子のより薄型化に貢献する。さらに、下部磁性体コア部材２と上部磁性体コア部材４との密着性を向上させることが可能となるため、漏洩磁束が小さく、かつ、インダクタンスの大きな磁気素子が実現できる。

また、図３に示すような配線７のパターンとすることで、磁気素子端部における配線パターンの露出した部分の面積を大きく取ることが可能となり、外部電極７との接続部分の抵抗を低く抑えることが可能となる。

前記コイルが絶縁被覆されている場合には、配線パターン上にコイルを直接載せてもよいが、絶縁処理されていない場合には、接続部分は露出させた状態で配線パターン上を絶縁被覆する必要がある。また、コイルが絶縁被覆されている場合でも、配線パターンの凹凸を小さくするために、コイルに施されているのと同様の絶縁被覆を配線パターン上に施すことが好ましい。

前記絶縁被覆材としては、感光性樹脂を用いることが好ましい。感光性樹脂を用いることで、例えば、フォトリソグラフにて簡単に、端子部分を露出させることができるからである。

配線パターンは、例えば、導体ペーストを印刷、焼結することにより作製したり、フォトリソを利用した電気メッキ法やスパッタ法等を用いて作製することができる。

配線材料としては、比抵抗の小さなＡｇ，Ｃｕなどが好適であるが、これらに限定されるものではない。

コイル３と配線５のパターンとの接続は、ハンダ法などによって行うことができるが、これらに限定するものではない。ハンダ付けするときには、ハンダ６の濡れ性を良くするために配線パターン上にＮｉ／Ｓｎメッキなどを施すとより好適である。

また、磁気素子端部の配線パターンが露出した部分には、その部分と接続した外部電極７を設ける。このとき、図３に示すように、配線５のパターンを、磁気素子端部での露出面積が大きくなるようにしておくことで、接続部分の抵抗を低く抑えることが可能となる。

ここで、前記外部電極７は導体ペーストやメタルキャップなどで構成することができる。なお、外部電極７は、図２に示すように上部磁性体コア部材４側に設けることが好ましいが、下部磁性体コア部材２側に設けても良い。

以上のような構成とすることで、磁気素子中央側のコイル端部を折り返して外部に持っていく必要が無いため、コイルが必要とするスペースを小さくできる。また、上部磁性体コア部材に配された配線パターン幅をコイル幅よりも太くできるので、同じ断面積で引き出す場合に配線厚みをコイルの厚みよりも薄くでき、結果として薄型化に有利な構造となる。

実施例（本発明例１）として、下部磁性体コア部材としてのＮｉ−Ｚｎフェライト基板上にレジストフィルムを貼り付け、フォトリソグラフすることで環状溝のパターンを作製した後、ショットブラストにてＮｉ−Ｚｎフェライト基板を彫り環状溝部を形成した。このとき、ショットブラストの砥粒噴出圧力などの条件を調整することで、上向きに拡がる方向に２０度の傾斜を設けた環状溝を形成した。次いで、上部磁性体コア部材となるＮｉ−Ｚｎフェライト基板上にＡｇペーストを、上記図３（ｃ）のパターンに印刷し、焼成した後、Ｎｉ, Ｓｎの順にメッキを施し、コイル端子と接続される部分にハンダペーストを載せて配線パターンを形成した。次に、予めスパイラル状に巻いて固定し、両端部の絶縁被覆を剥離した熱溶着角銅線によるコイルを、剥離部分とハンダペースト部分の位置が合うように上部磁性体コア部材上に載せ、加熱してハンダ付けした。先に作製した下部磁性体コア部材を上部磁性体コア部材に接続したコイルを覆うようにエポキシ樹脂で接着した。配線端部が露出した部分に導体ペーストを塗布、熱硬化させて外部電極を形成し、引き続きＮｉ, Ｓｎの順にメッキすることで本発明に係る磁気素子を完成させた。

比較例として、外寸法、各部厚み、巻き数を同じにした、ドラムタイプ及びドラムスリーブタイプの磁気素子を用意し、インダクタンスの測定及び磁気素子から１ｃｍ離れたところでの漏れ磁界(相対値)を測定し、以下の表１にまとめた。

上記表１の結果から、従来、薄型磁気素子として用いられてきたもの（比較例１及び２）よりも、本発明に係る実施例（本発明例１）からなる磁気素子の方が、漏洩磁束及びインダクタンスに関し優れた特性を有する事がわかる。

下部磁性体コア部材としてのフェライト基板に照射するショットブラストの条件を変えることで、種々の上向きに拡がる方向の傾斜を持つ環状溝部を作製し、各上向きに拡がる方向の傾斜毎に１０００個の磁気素子を作製した。そのときのインダクタンス及び短絡不良発生率を測定し、以下の表２にまとめた。なお、磁気素子の作成方法は上記実施例１と同様とした。

上記において、比較例３のインダクタンスが小さいのは、環状溝の上向きに拡がる方向の傾斜が小さ過ぎ環状溝内にコイルが完全には収まらず、下部磁性体コア部材と上部磁性体コア部材との間にギャップが開いたためである。また、比較例４で短絡不良発生率が大きくなっているのは、コイル装入時に溝部のエッジでコイルの導体表面を傷つけたためである。

上記表２の結果から、従来、薄型磁気素子として用いられてきたもの（比較例３及び４）よりも、本発明に係る実施例（本発明例２〜５）からなる磁気素子の方が、インダクタンス及び短絡不良発生率ともに優れた特性を有する事がわかり、その結果、生産性及び歩留りの向上が図れることが確認できた。

本発明例の磁気素子における環状溝形状を示す図である。本発明例の磁気素子の断面図である。本発明例の上部磁性体コア部材に配する配線パターンの一例を示す図である。（ａ）従来例のドラムタイプの説明図である。

（ｂ）従来例のドラムスリーブタイプの説明図である。

符号の説明

１磁気素子
２下部磁性体コア部材
２ａ環状溝
３コイル
４上部磁性体コア部材
５配線
６ハンダ
７外部電極
１０ドラムコア
１１コイル

Claims

上面に環状溝が設けられ、該環状溝の内壁面が上向きに拡がる方向に、５度以上４０度以下の傾斜が設けられた下部磁性体コア部材と、
前記環状溝内に装入されるコイルと、
前記下部磁性体コア部材に設けられた環状溝を覆う蓋を構成する上部磁性体コア部材と、
該上部磁性体コア部材の前記コイルに面する内面側に設けられ、前記コイルの両端部と、該両端部のそれぞれに対応して設けられた外部電極とを接続するための配線と
を有することを特徴とする磁気素子。
上部磁性体コア部材のコイルに面する内面側に設けられる配線の幅が、コイルを構成する導線幅より大きいことを特徴とする請求項１に記載の磁気素子。