JP2006310811A - フェライト部品、モジュール及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 磁気ギャップを容易に精度が良く形成でき、使用環境の影響が少なく、かつ経時的なインダクタンス値の変化を小さくすることが出来るフェライト部品とモジュール、及びその製造方法を提供する。
【解決手段】 複数のフェライトグリーンシートを積層してなる積層体であって、その積層方向に形成した第１透孔と、該第１透孔に配置した−４０℃以上の温度で非磁性のセラミックである絶縁体を有し、積層体を焼結して第１透孔を分散磁気ギャップとして備えた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、磁気ギャップを備えるフェライト部品、モジュール及びその製造方法に関し、特にはフェライト磁心、これに線路を巻設したインダクタンス素子、そして、このインダクタンス素子と他の受動素子やスイッチング素子などの能動素子を複合したモジュールと、その製造方法に関する。

一般に変成器やチョ−クコイル等のインダクタンス素子では、直流に交流が重畳されるので、直流磁界による磁気飽和を避けるため、磁心に磁気ギャップを設けている。前記磁気ギャップは空隙として形成され、その間隔はインダクタンス値のばらつきや、直流重畳特性に影響を与える。
そこで特許文献１のインダクタンス素子では、図２３に示すように、Ｕ字型磁心６０の両磁脚７，８に巻線９，１０を巻装し、前記磁脚７，８の開放端間にＩ字状磁心１１がギャップスペ−サ１３を介してギャップ１２を形成するように配置し、磁気ギャップの形成寸法のばらつき要因を少なくしている（特許文献１）。
特開２０００−１８２８４４

しかしながら、このようなインダクタンス素子においては、紙材等からなるギャップスペ−サ１３を用い、これを接着剤１７で結合するため、組立時にギャップスペ−サ１３を配置する手間や、磁気ギャップ１２を埋める接着剤１７が乾燥硬化するまでに、時間がかかる。
また、硬化までの間、Ｕ字状磁心６０とＩ字状磁心１１とが動かないように保持することが必要であり、生産性に劣るものであった。また、多くの接着剤を磁気ギャップに介在させると、膨潤等の経時変化により磁気ギャップ寸法に影響を及ぼし、インダクタンス値が変化する問題もあった。
そこで本発明は、磁気ギャップを容易に精度が良く形成でき、使用環境の影響が少なく、かつ経時的なインダクタンス値の変化を小さくすることが出来るフェライト部品とモジュール、及びその製造方法を提供することを目的とする。

第１の発明は、複数のフェライトグリーンシートを積層してなる積層体であって、その積層方向に形成された第１透孔と、該第１透孔に配置された絶縁体を有し、前記積層体を焼結して前記第１透孔を磁気ギャップとして備えたことを特徴とするフェライト部品である。
本発明のフェライト部品においては、複数の第１透孔を形成し、これを分散磁気ギャップとするのが好ましい。また前記絶縁体を、少なくとも−４０℃以上の温度で非磁性のセラミックとするのも好ましい。−４０℃以上で非磁性であるセラミックとしては、Ａｌ_２Ｏ_３や、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ−Ｇｄ−Ｏ系誘電体、Ａｌ−Ｓｉ−Ｓｒ−Ｏ系誘電体、Ａｌ−Ｓｉ−Ｂａ−Ｏ系誘電体の誘電体セラミクスや、キュリー温度が−４０℃未満のソフトフェライトなどが例示される。セラミックペーストとして、ソフトフェライトを用いれば、焼結時の収縮パターンが近似しているため、フェライト部品の変形や、かけ、割れといった不具合の発生を抑えることが出来るので好ましい。

本発明においては、線路を巻設したフェライト部品とするのが好ましい。

前記積層体は、積層方向に形成された第２透孔に配置された導体と、前記導体を接続して周回する線路となす接続導体を備えるのが好ましい。

また磁気ギャップを介して位置する領域の夫々に線路を巻設するのも好ましい。

第２の発明は、第１の発明のフェライト部品を、コンデンサを備えた誘電体基板に、スイッチング素子とともに実装したモジュールである。
また本発明は、第１の発明のフェライト部品に、スイッチング素子を実装したモジュールである。

第３の発明は、複数のフェライトグリーンシートを積層して積層体とする工程と、前記積層体の厚み方向に貫通する第１透孔を形成する工程と、前記第１透孔に絶縁体ペーストを充填する工程と、前記積層体を焼結し、前記第１透孔を磁気ギャップとして備えた板状フェライトとする工程と、前記板状フェライトから、複数のフェライト磁心を分割する工程を有することを特徴とするフェライト部品の製造方法である。

また本発明は、複数のフェライトグリーンシートに第１透孔を形成する工程と、前記第１透孔に絶縁体ペーストを充填する工程と、前記第１透孔が積層方向に重なるように、あるいは不連続となるように、複数のフェライトグリーンシートを積層して積層体とする工程と、前記積層体を焼結し、前記第１透孔を磁気ギャップとして備えた板状フェライトとする工程と、前記板状フェライトから、複数のフェライト磁心を分割する工程を有することを特徴とするフェライト部品の製造方法である。

本発明においては、更に、複数のフェライトグリーンシートに第２透孔を形成する工程と、前記第２透孔に導体を充填する工程と、前記導体を接続する接続導体を形成する工程を備えるのが好ましい。

透孔の形成には、レーザ加工、あるいは金型による打ち抜き加工が採用される。積層体の厚みが厚くなる程に穴あけが困難となるため、フェライトグリーンシートに透孔を形成し、そこに絶縁体ペーストや導体ペーストを充填するのが好ましい。

変成器やチョ−クコイル等のインダクタンス素子を構成するフェライト部品において、磁気ギャップの形成精度が良く、使用環境の影響が少なく、かつ経時的なインダクタンス値の変化を小さくすることが出来るフェライト部品及びこれを用いたモジュールと、前記磁気ギャップを精度良く、かつ容易に形成することが可能なフェライト部品の製造方法を提供することが出来る。

図１に、本発明の製造方法によって得られるフェライト部品の斜視図を示す。このフェライト部品２０は、略中央部に複数のフェライト片３０ｃが磁気ギャップを介して連なった磁気ギャップ部１０を有し、その両端側には磁気ギャップ部１０を挟むフェライト部３０ａ、３０ｂを有する、所謂、磁気ギャップを分散させたフェライト磁心である。
用いるフェライト磁性材料は、特に限定されるものでは無く、電子部品用のフェライト磁心として要求される磁気特性（初透磁率、損失、品質係数等）に応じて、その組成は適宜選定され得るものであって、ＭｎＺｎフェライト、ＮｉＺｎフェライト等のフェライト磁性材料が広く用いられる。ただし、フェライトグリーンシートに導体を設ける場合には、フェライトグリーンシートに用いるフェライト磁性材料は、比抵抗率が１×１０^３Ω・ｃｍ以上のＮｉＣｕ系、ＮｉＺｎ系、ＮｉＣｕＺｎ系のスピネルフェライトや、高周波特性に優れる六方晶フェライトを選択するのが好ましい。

以下本発明に係るフェライト部品の製造方法について説明する。
まず、フェライト磁性材料として要求される磁気特性を発揮するように、素原料を所定量秤量し、仮焼した。仮焼後粉砕し、これにバインダ−、可塑剤を添加し、アルコ−ルを溶媒としてボ−ルミルにて混練してスラリ−とし、脱泡と粘度調整を行い、ドクタ−ブレ−ド法によりシ−ト状に形成した。シ−ト厚みは通常２０〜２５０μｍ程度に形成される。

次に、前記シートを所定の形状のフェライトグリーンシートに切断し、図２に示すようにフェライトグリーンシート１ａ〜１ｎを複数枚積層して積層体１とした。その後、図３の積層体斜視図に示すように、前記積層体１の所定の位置に、厚み方向に貫通する第１透孔１０ａを形成した。ここでは前記第１透孔１０ａは、図面中の破線で区画された領域に細い帯状に形成されている。
積層体１に第１透孔１０ａを形成するには、金型による打ち抜きでも良いが、透孔の幅を狭く、あるいは狭ピッチで複数の透孔を形成する場合には、例えば、ＣＯ_２レーザ等を用いれば精度良く形成することが出来る。透孔の外形寸法は、レーザのスポット径により決定されるが、照射位置を連続的に移動させることで、第１透孔１０ａを帯状に形成できるとともに、また形成幅も適宜広げることも可能である。
また、図４に示す様に、前記フェライトグリーンシート１ａ〜１ｎに、予め予備孔１０ｂを設けても良い。この予備孔１０ｂは、前記第１透孔１０ａの形成において補助的な役割をなすものであって、前記第１透孔１０ａに相当する部位に、第１透孔１０ａよりも小さく形成される。通常、積層体の厚みが厚くなる程、第１透孔１０ａの形成が困難となるが、予備孔１０ｂを設けておくことで金型による打ち抜きでは、抵抗少なく打ち抜きが可能となる。またレーザによる穴あけでは、孔１０ｂを広げるように加工するので、加工時間も少なく済む。

次いで、前記第１透孔１０ａに絶縁体ペーストを充填する。
図５は、絶縁体ペーストの充填工程の例を説明するための図である。ここでは、スキージ１００によって、絶縁体ペースト２００を透孔１０ａに印刷充填している。前記絶縁体ペースト２００は、誘電体セラミクスの粉末を樹脂（エチルセルロース）、可塑剤（ジメチルフタレート）、溶剤（ＢＣＡ、エタノール、ブタノール）とともに所定量混合してペースト化したものや、フェライト部品が使用される最低温度未満のキュリー温度Ｔｃ、例えば−４０℃未満であるフェライト磁性材料をペースト化したセラミックペーストが用いられる。
フェライト磁性材料のキュリ−温度Ｔｃは、Ｆｅ_２Ｏ_３やＺｎＯの組成量によって変化することが知られており、フェライトグリーンシートに用いられるフェライト磁性材料との焼成収縮、収縮挙動のマッチングを考慮しながら、キュリ−温度Ｔｃを−４０℃未満とするように、その組成を適宜決定すれば良い。

絶縁体ペーストに用いるフェライト磁性材料をＭｎ−Ｚｎ系フェライト磁性材料とする場合には、主成分についてＦｅ_２Ｏ_３を３０〜４０ｍｏｌ％、ＺｎＯを３５〜４０ｍｏｌ％、残部ＭｎＯとするのが好ましい。例えば、Ｆｅ_２Ｏ_３：３５ｍｏｌ％、ＺｎＯ：４０ｍｏｌ％、ＭｎＯ：２５ｍｏｌ％のＭｎ−Ｚｎ系フェライト磁性材料の場合には、キュリ−温度Ｔｃは−５０℃であり、通常電子部品が用いられる温度範囲−２０℃〜＋８５℃では磁性を有さないものとなる。
Ｃｕ−Ｚｎ系フェライト磁性材料とする場合には、主成分についてＦｅ_２Ｏ_３を４０〜５５ｍｏｌ％、ＺｎＯを４０ｍｏｌ％以上、残部ＣｕＯとするのが好ましい。例えば、Ｆｅ_２Ｏ_３：５３ｍｏｌ％、ＺｎＯ：４４ｍｏｌ％、ＣｕＯ：３ｍｏｌ％のＣｕ−Ｚｎ系フェライト磁性材料とすれば、そのキュリ−温度は−４０℃未満となる。

絶縁体ペーストの充填方法は、印刷法の他に、スピンコータによるコート法等が採用され得るが、どの方法であっても、充填する深さが深く、絶縁体ペーストの粘度が大きな場合には、充填が困難となる。例えば、充填する深さが５ｍｍを超えると、透孔の幅が１００μｍ以下では、空気の巻き込みを生じ易く、絶縁体ペースト２００で透孔１０ａを埋めるのが困難となる。また、第１透孔１０ａに充填された絶縁体ペーストを焼結した後に、絶縁体層にボイド（空孔）が生じたりもする。このボイドは、フェライト部品の特性を変動させるものでは無いが、大きなものとなると機械的強度を低下させるため好ましくない。そこで、そのような場合には、減圧環境下で絶縁体ペーストを差圧充填したり、透孔の反充填側から吸引充填したりするなどして、図６の断面図に示すように、第１透孔１０ａに絶縁体ペースト２００を緻密に充填するのが好ましい。

さらに、透孔表面を濡らす程度の絶縁体ペーストを印刷、あるいはコートしてなじませた後、再度同じ絶縁体ペーストで印刷、あるいはコートして第１透孔１０ａを埋めるのも好ましい。印刷等の際には、絶縁体ペーストが必要の無い部分に付着しないように、透孔と対応する部分に、貫通孔が設けられたメタルマスク等を用いるのが好ましい。なお、絶縁体ペーストが必要の無い部分に付着した場合には、ふき取りしたり、後工程で研磨したりして除去すれば良い。

次に、絶縁体ペースト２００が充填された積層体１を、８５０℃〜１２００℃で焼結して、絶縁体層（第１透孔１０ａ）を備える板状フェライトとした。焼成温度は、フェライトグリーンシートに用いるフェライト磁性材料によって適宜設定される。低温で焼結可能なように、Ｓｉ、Ｂｉ等のガラス成分や、液相化を促進するＶ、Ｂ等が配合されている場合には、８５０℃〜１０００℃で焼結し、通常は１０００℃〜１２００℃で焼結する。
また、積層体１と絶縁体ペースト２００とを焼結する際に、第１透孔１０ａ部で、ひび割れを生じないように、絶縁体とフェライトグリーンシートに用いるフェライト磁性材料とは、その収縮開始温度、収縮率、収縮曲線の傾き等で表される収縮挙動を、略等しく構成するのが好ましい。例えば。絶縁体ペーストと積層体との収縮開始温度の差は、１００℃以内であるのが好ましく、収縮率の差は３％以内であるのが好ましい。

この板状フェライトは、複数のフェライト部品が得られるマザーブロックとして形成され、その外形寸法は、フェライト部品の形状寸法によるが、平面形状を一辺が５０ｍｍ以上に形成された方形状や、少なくとも直径がφ５０以上に形成された円形状とするのが好ましい。
また、板状フェライトは焼結によって変形を生じている場合がある。そのような場合には、変形を除去するように、少なくとも一方の主面側を研削して平滑面とし後工程に提供してもよい。研削は、平面研削盤等の研削手段によって行われ、変形量よりも大きな研削量で加工すればよい。

次に、前記板状フェライトから、絶縁体層を磁気ギャップとして備える複数のフェライト部品を分割する。分割には、ワイヤーソーやダイシングブレードを用いるダイシング法を用いるのが好ましい。
ダイサー、あるいはダイシングソーと呼ばれる切削装置の被加工物保持部に、前記板状フェライトを配置し、前記切削装置の制御手段に記憶部に入力設定された切削予定ライン（例えば図３中の一点鎖線部分）にしたがって、環状の切れ刃を備えた切削ブレードにて順次切断をする。例えば、板状フェライトを、スティック状に、絶縁体層と直交するように所定の方向に沿ってカットする。前記被加工物保持部は回転自在となっており、９０°回転させて所定の方向に沿って格子状にカットして、分割したフェライト部品２０とすることが出来る。
異なるフェライト部品２０となる部位に隣り合って形成される第１透孔１０ａは、端部間の間隔が切削ブレードの切れ刃幅よりも僅かに小さく形成される。このため、分割の際に切断面から絶縁体層が出現し、もって図１に示したフェライト部品２０のように、複数のフェライト片３０ｃが磁気ギャップを介して連なった磁気ギャップ部１０を有するフェライト部品２０となる。
図１７に示すフェライト部品の様に、磁気ギャップ部１０を分割面に露出させない場合は、前記間隔を十分に大きくとればよい。また、主面側は、積層体にフェライト材料をペースト化して印刷したり、フェライトグリーンシートを積層したりして覆うことが出来る。

なお適宜誘電体層とカット方向との交差角度を変えることにより、図７のフェライト部品２０のように、フェライト磁心の絶縁体層と面する部分の面積を大きくすることが出来る。この場合、絶縁体層の厚みを変更すること無く、磁気ギャップ形成面積を大きくすることが出来る。
また、板状フェライト１を大型に形成するほど、その側面に変形が生じ易くなる。そこで、本工程において、板状フェライトの不要な外周部（耳部）を切断して取り除いても良い。

このようなフェライト部品２０の製造方法によれば、磁気ギャップ部１０も同時に形成出来、かつ磁気ギャップを精度良く形成することが可能である。なお、前記した工程間において、洗浄や他の前処理・後処理、他の工程を行うことは当然可能であって、その場合も本発明の範囲内である。

図８〜図１１は、製造工程の他の例を説明するための図である。
本実施例では、フェライトグリーンシートに複数の第１透孔１０ａを形成し、予め前記透孔１０ａに絶縁体ペースト２００を充填し、前記絶縁体ペースト２００を充填した第１透孔１０ａを積層方向に重なり合う、又は不連続となるように、複数のフェライトグリーンシートを積層して積層体とする点で、先に説明した実施例とは異なる。
前記実施例の様に、積層体とした後に透孔を形成するのよりも、その形成が容易である。そして、フェライトグリーンシートは積層体に比較し十分に薄いので、狭い幅の透孔であっても容易に絶縁体ペーストを充填することが出来る。

図８は、第１透孔１０ａに絶縁体ペースト２００を充填したフェライトグリーンシートの平面図である。絶縁体ペースト２００を充填した第１透孔１０ａを、積層方向に重なり合うように積層して成形体とすれば、そのＡ−Ａ‘断面は図６に示すような、積層方向の上下に連続する絶縁体層を有するものとなる。フェライトグリーンシートの第１透孔１０ａの周囲面上に、絶縁体ペースト２００の一部が残る場合があるが、磁気ギャップとしての機能を低下させるものではないので許容される。
また、絶縁体ペースト２００を充填した第１透孔１０ａを、積層方向に不連続となるように積層して成形体とすれば、そのＡ−Ａ’断面は図９に示すような、積層方向の上下に不連続な絶縁体層を有するものとなる。このような態様によれば、磁気ギャップの間隔を部分的に異ならせ、また部分的に磁路を連続させることが出来るので、このようなフェライト部品を用いたインダクタンス素子では、直流重畳電流が小さい場合には大きなインダクタンス値となり、直流重畳電流が大きい場合には小さなインダクタンス値となる多段の直流重畳特性となる。

図１０は、第１透孔１０ａに絶縁体ペーストを充填したフェライトグリーンシートの他の例を示す平面図である。ここでは第１透孔１０ａを円形に形成している。絶縁体ペーストを充填した透穴が積層方向に重なり合うように積層して成形体とし、図１１のＡ−Ａ‘断面図に示す積層方向の上下に連続する絶縁体層を有するものとした。この場合も部分的に磁路を連続させることが出来る。
また、第１透孔１０ａに絶縁体ペーストを充填したフェライトグリーンシートと第１透孔１０ａを設けないフェライトグリーンシートを適宜積層して積層体としても良い。

Ｆｅ_２Ｏ_３、ＺｎＯ、ＭｎＯを主成分とし、Ｆｅ_２Ｏ_３：５３ｍｏｌ％、ＺｎＯ：７ｍｏｌ％、ＭｎＯ：４０ｍｏｌ％と副成分として、前記主成分に対してＣｏ_３Ｏ_４：０．２ｗｔ％添加したＭｎＺｎフェライトを用い、これに水及び分散剤を加えてアトライタ−にて混合して、乾燥した後、大気中８５０℃で１．５時間仮焼した。仮焼後の原料に水、分散剤を加えてアトライタ−で粉砕し、乾燥して粉砕粉を作製した。粉砕粉にバインダ−としてＰＶＢ（ポリビニルブチラ−ル）、可塑剤としてＢＰＢＧ（ブチルフタリルグリコ−ル酸ブチル）を添加し、エチルアルコ−ルを溶媒としてボ−ルミルにて混練してスラリ−とし、脱泡と粘度調整を行い、ドクタ−ブレ−ド法によりシ−ト状に形成した。シ−ト厚みは２００μｍとした。前記ＭｎＺｎフェライトの初透磁率μｉは１９００であり、キュリ−温度Ｔｃは２２０℃であり、ＴＭＡ示差熱分析装置による分析では、収縮開始温度、収縮率、及び１０００℃から１１００℃の間における収縮曲線の傾きは、８４０℃、１２．３％、−０．０５１であった、

これを積層して積層体とし、所定の領域に、幅６０μｍ、長さ１０．２ｍｍの４本の帯状の透孔を、１ｍｍ間隔でＣＯ_２レーザにより形成した。
さらに、前記透孔にＦｅ_２Ｏ_３：３５ｍｏｌ％、ＺｎＯ：４０ｍｏｌ％、ＭｎＯ：２５ｍｏｌ％の非磁性ＭｎＺｎフェライトを用いた絶縁体ペーストを印刷充填した。前記ＭｎＺｎフェライトのキュリ−温度Ｔｃは−５０℃である。ＴＭＡ示差熱分析装置による分析では、収縮開始温度、収縮率、及び１０００℃から１１００℃の間の収縮曲線の傾きは、７５５℃、１３．３％、−０．０３８であった。

充填された絶縁体ペーストが乾燥した後、酸素濃度を適宜調整しながら前記成形体を１２００℃で焼成して、外形寸法が６５ｍｍ×８５ｍｍ×３．５ｍｍの板状フェライトを得た。さらに上下面を研削して、外形寸法が６５ｍｍ×８５ｍｍ×２．０ｍｍの板状フェライトとした。この板状フェライトをダイサー加工し、長さ３０ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚み２．０ｍｍで、略中央部に複数の絶縁体層からなる幅６０μｍで４層の磁気ギャップ１０（総厚２４０μｍ）を備えたＩ字型のフェライト部品２０を得た。

得られたフェライト部品（Ｉ字状磁心）とＵ字状型磁心を組み合わせて、電子部品（インダクタンス素子）を構成した。
図１２は、このインダクタンス素子の基本構造を示す外観図である。２つの磁脚７、８を繋ぐ連結部６を備えたＵ字状磁心６０を準備し、前記連接部６にコイルボビン７０を配置した。前記コイルボビン７０には線径０．５ｍｍφの線材が１０回巻き回されている。前記Ｉ字状フェライト磁心２０をＵ字状磁心２の磁脚３、４と実質的に空隙無く当接するように橋架けして配置して、樹脂粘着テープによりテーピング固定として本実施例に係るインダクタンス素子を構成した。なお、前記Ｕ字状磁心２は、２つの磁脚７、８を繋ぐ連結部が２６ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚み２．０ｍｍで、連結部６からの立設する磁脚の高さが２．５ｍｍであり、Ｉ字状フェライト磁心２０を構成するフェライト磁性材料を用いて形成されている。
このインダクタンス素子は、精度良く形成された磁気ギャップにより優れた直流重畳特性を示す。また、磁気ギャップを非磁性のセラミックで形成したことで、使用環境の影響が少なく、かつ経時的なインダクタンス値の変化を小さくすることが出来るフェライト部品とすることが出来た。
また、複数の絶縁体層で磁気ギャップを形成するため、前記一つの磁気ギャップでフェライト磁心を形成する（図１４）よりも、磁気ギャップを複数に分散させて形成する（分散磁気ギャップ）ことで、図１３に示すように漏れ磁束９５が少なくなる。

図１５はフェライト部品の他の例を示す斜視図である。このフェライト部品は、長手方向の両端面に端子電極１５０ａ、１５０ｂを形成したものである。図１６に示すように、フェライト部品に線材を巻回したコイル７５を設けて、引き出し７５ａ、７５ｂを端子電極１５０ａ、１５０ｂに接続して開磁路型のインダクタンス素子としたものである。ここでは磁性フェライトとして、比抵抗の高いフＮｉＺｎフェライトを用いた。
また、複数の絶縁体層で磁気ギャップを形成するため、巻線と鎖交する漏れ磁束９５が少なく、その結果、渦電流損失の発生を抑えて、発熱を防ぐことが出来る。

次に、本発明に係るフェライト部品を用いて構成されるモジュールについて説明する。
このモジュールは、入力コンデンサＣｉｎ、出力コンデンサＣｏｕｔ、インダクタＬｏｕｔおよび、ＤＣ−ＤＣコンバータ制御回路を含む半導体集積回路（ＩＣ）で構成される降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータをモジュール化したものである。図２２は、その回路構成の一例を示す回路図である。
このＤＣ−ＤＣコンバータは次のように動作する。入力ポートＶｉｎに直流の入力電圧を入力し、外部から与えられる制御信号により、半導体集積回路（ＩＣ）内の電界効果型トランジスタ（以下スイッチング素子）をスイッチングさせる。スイッチング素子をオンしている時間をＴｏｎ、オフしている時間をＴｏｆｆとすると、出力電圧Ｖｏｕｔは、Ｖｏｕｔ＝Ｔｏｎ ／ （Ｔｏｎ ＋ Ｔｏｆｆ） × Ｖｉｎで表され、出力電圧Ｖｏｕｔは入力電圧Ｖｉｎより降圧される。入力電圧Ｖｉｎが変動した場合は、ＴｏｎとＴｏｆｆの比率を調整すれば、安定に維持した出力電圧Ｖｏｕｔを出力することが出来る。
入力コンデンサ（Ｃｉｎ）は、入力電圧の過渡時の安定化や電圧スパイク防止のために用いられる。出力側には、直流電圧を出力するためのフィルタ回路（平滑回路）を備え、このフィルタ回路は、電流エネルギーの蓄積と放出を行う出力インダクタ（Ｌｏｕｔ）と、電圧エネルギーの蓄積と放出を行う出力コンデンサ（Ｃｏｕｔ）の組み合わせにより構成される。本実施例においては、図中点線で示す部分をモジュール化している。

図１８は、本発明に係るＤＣ−ＤＣコンバータの外観斜視図である。このＤＣ−ＤＣコンバータモジュールは、前記出力インダクタＬｏｕｔを構成するコイルが内蔵されたフェライト部品８０（以下、多層絶縁基板という）に、出力コンデンサＣｏｕｔおよび、ＤＣ−ＤＣコンバータ制御回路を含む半導体集積回路（ＩＣ）を実装して構成される。
多層絶縁基板８０は、相対向する上主面及び下主面と、その主面間を連結する側面を備えた矩形に形成さており、その内部には、第２透孔（ビアホール）に充填された導体（ビアホール導体）を接続導体で接続して形成した周回する線路（コイル）を有する。このコイルが前記出力インダクタＬｏｕｔを構成する。
多層絶縁基板８０の上主面には、コイル端部と接続するビアホール導体が表れ、このビアホール導体を含む領域には、表面導体パターン２５０が形成されている。前記表面導体パターン２５０は、ＤＣ−ＤＣコンバータ制御回路を含む半導体集積回路部品ＩＣ等を実装するためのものや、接地用、接続のためのパターンである。そして多層絶縁基板８０の側面には、外部回路との接続のための端子導体（Ｖｃｏｎ，Ｖｅｎ，Ｖｄｄ，Ｖｉｎ，Ｖｏｕｔ，ＧＮＤ）を備えている。
ここでＶｃｏｎ，Ｖｅｎ，Ｖｄｄ，Ｖｉｎ，Ｖｏｕｔ，ＧＮＤの表示は、接続される半導体集積回路部品ＩＣの端子の機能を示すものである。端子導体パターンＶｃｏｎは、半導体集積回路部品ＩＣの、出力電圧を可変制御するための端子Ｖｃｏｎと接続する。端子導体パターンＶｅｎは、半導体集積回路部品ＩＣの出力のＯＮ／ＯＦＦ制御用の端子Ｖｅｎと接続する。端子導体パターンＶｄｄは、半導体集積回路部品ＩＣのスイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦ制御するための端子Ｖｄｄと接続する。端子導体パターンＶｉｎは、半導体集積回路部品ＩＣの入力端子Ｖｉｎと接続する。端子導体パターンＶｏｕｔは、半導体集積回路部品ＩＣの出力端子Ｖｏｕｔと接続する。端子導体パターンＧＮＤは、回路上接地され、半導体集積回路部品ＩＣの出力端子ＧＮＤと接続する。

多層絶縁基板８０の作製には、フェライト磁性材料をドクターブレード法、カレンダロール法などの周知のシート化方法によりグリーンシート化し、Ａｇ，Ｃｕやそれらを含む合金を備えた導体ペーストで、導体パターンを前記グリーンシート上に印刷、あるいは塗布などの方法で形成し、これを複数積層して積層体とし、使用する導体ペーストに応じて１１００℃以下の温度で焼結する、ＬＴＣＣ（Ｌｏｗ−Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏ−ｆｉｒｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃｓ）工法を適用する。

図１９は多層絶縁基板８０の分解斜視図である。多層絶縁基板８０の構成は、およそ４つの部位に分解される。
第１の部位８０ａは、表面導体パターン２５０が印刷形成されたフェライトグリーンシートと、前記表面導体パターン２５０と接続する導体が印刷充填された第２透孔１５が形成されたフェライトグリーンシートを積層して構成されている。
第２の部位８０ｂは、図２０の分解斜視図に示すように、接続導体２０ａが印刷形成されたフェライトグリーンシートと、前記接続導体２０ａと接続する導体が印刷充填された第２透孔１５が形成されたフェライトグリーンシートを積層して構成されている。
第３の部位８０ｃは、図２１の分解斜視図に示すように、絶縁体ペーストが印刷充填された第１透孔１０ａが形成されるとともに、導体が印刷充填された第２透孔１５が形成された複数のフェライトグリーンシートを積層して構成されている。
そして、第４の部位８０ｄは、接続導体２０ｂが印刷形成されたフェライトグリーンシートと、前記導体パターンが形成されていないフェライトグリーンシートを積層して構成されている。第１透孔１０ａ及び第２透孔１５は、それぞれＣＯ_２レーザで穴あけされる。
これらのフェライトグリーンシートを適宜して積層体とし焼結した。前記第２透孔１５に充填された導体は接続導体２０ａ、２０ｂで接続されて周回するコイルとなり、積層方向に連続する第１透孔１０ａにて磁気ギャップが形成される。なお、多層絶縁基板８０の表面に表れるパターンには、適宜めっきが施され、はんだ耐熱性や、はんだ付け性が与えられる。

多層絶縁基板８０を構成する絶縁層は、キュリ−温度が１００℃以上であるフェライト磁性材料で構成されるが、その組成は、インダクタとして要求される磁気特性（初透磁率、損失、品質係数等）に応じて、適宜選定され得るものである。
本実施例では磁性体材料として、Ｆｅ_２Ｏ_３を４０．０〜４９．８モル％，ＮｉＯを２０．０〜３９．５モル％，ＣｕＯを１０．０〜２０．０モル％，ＺｎＯを２．０〜２０．０モル％，ＣｏＯを０．３〜６．５モル％，Ｂｉ_２Ｏ_３を４．０重量％未満含有し、これらのうちＮｉＯ，ＣｕＯ，ＺｎＯの含有比がいずれもモル比で１．０≦ＮｉＯ／ＣｕＯ≦３．９５，０．５≦ＣｕＯ／ＺｎＯ≦１０．０，１．０≦ＮｉＯ／ＺｎＯ≦１９．８であるフェライト磁性材料を用いた。このフェライト磁性材料は、９５０℃以下で焼結可能であり、そのキュリー温度Ｔｃは１２０℃以上であって、初透磁率（周波数１００ｋＨｚ）が少なくとも１０以上である。また、１ＭＨｚ〜２００ＭＨｚの周波数範囲における複素透磁率の実数項が１０以上，虚数項が５未満である。

また導体ペーストとしてＡｇ１００％のものを使用し、スクリーン印刷でビアホール導体、接続導体、表面導体パターン等を形成した。

絶縁層には、キュリー温度Ｔｃが−４０℃以下のフェライト磁性材料を用いたペーストを印刷して磁気ギャップを形成した。キュリ−温度Ｔｃはフェライト磁性材料の主成分であるＦｅ_２Ｏ_３やＺｎＯの組成量によって変化することが知られており、前記絶縁層を構成するフェライト磁性材料との焼成収縮、収縮挙動のマッチングを考慮しながら、キュリ−温度を−４０℃未満とするように、その組成を適宜決定すれば良い。
本実施例では、主成分がＦｅ_２Ｏ_３を４０〜５５ｍｏｌ％、ＺｎＯを４０ｍｏｌ％以上、残部ＣｕＯのＣｕ−Ｚｎ系フェライト磁性材料を用いた。そのキュリ−温度は−４０℃未満であり、室温での初透磁率が実質１であって室温で磁性を示さない。

絶縁体層の厚みは、１０μｍ以上、好ましくは２０μｍ以上とするのが好ましい。コイルによって発生した磁場により、コイル内側領域には磁束が流れるが、絶縁体層の形成位置はコイルの中心軸を含む位置であり、面積はコイル内側領域の面積の１／２以上とするのが好ましい。

各フェライトグリーンシートに所定の導体パターンを形成した後に、積層圧着し、焼結して、インダクタンス値が３．３μＨのコイルを備える板状フェライトとした。
焼結は大気雰囲気の電気炉中で脱脂に引き続いて行い、昇温は１５０℃／ｈｒとし、９００℃で１時間保持した後、約３００℃／ｈｒで降温した。
得られた板状フェライトを電気めっきして、外表面に形成された表面導体パターン等に、Ｎｉ−Ｐ、Ａｕめっきを施した。めっき後、実装用導体パターンに半導体集積回路部品ＩＣ，Ｃｏｕｔ（４．７μＦ）を実装してはんだで接続した。はんだ付けの後、部品搭載面側をエポキシ樹脂で封止し、予め板状フェライトに形成された分割溝にそって個片に分割し、４．５ｍｍ×３．２ｍｍ×１．４ｍｍｍのＤＣ−ＤＣコンバータとした。

特性評価基板に、コンデンサＣｉｎ（１０μＦ）と、得られたＤＣ−ＤＣコンバータを実装して、電圧変換効率を測定したところ優れた変換効率が得られた。

本発明によれば、変成器やチョ−クコイル等のインダクタンス素子を構成するフェライト部品において、磁気ギャップの形成精度が良く、使用環境の影響が少なく、かつ経時的なインダクタンス値の変化を小さくすることが出来るフェライト部品及びこれを用いたモジュールと、前記磁気ギャップを精度良く、かつ容易に形成することが可能なフェライト部品の製造方法を提供することが出来る。

本発明の一実施例に係るフェライト部品の構成を示す外観図である。 本発明の実施例に係る積層体の製造方法を説明するための斜視図である。 本発明の一実施例に用いる板状フェライトを形成する積層体の斜視図である。 本発明の実施例に係るフェライト部品に用いるフェライトグリーンシートの平面図である。 本発明の他の実施例に係るフェライト部品の絶縁体の充填方法を説明するための斜視図である。 本発明の実施例に係るフェライト部品に用いる板状フェライトの絶縁体層部分拡大図である。 本発明の他の実施例に係るフェライト部品に用いる板状フェライトの斜視図である。 本発明の実施例に係るフェライト部品に用いるフェライトグリーンシートの平面図である。 本発明の他の実施例に係るフェライト部品の構成を示す外観図である。 本発明の実施例に係るフェライト部品に用いるフェライトグリーンシートの平面図である。 本発明の実施例に係るフェライト部品に用いる板状フェライトの絶縁体層部分拡大図である。 本発明の一実施例に係るフェライト部品を用いたインダクタンス部品の構成図である。 分散磁気ギャップを説明するための部分拡大図である。 集中磁気ギャップを説明するための部分拡大図である。 本発明の他の実施例に係るフェライト部品の構成を示す外観図である。 本発明の他の実施例に係るフェライト部品の構成を示す外観図である。 本発明の他の実施例に係るフェライト部品の構成を示す外観図である。 本発明の他の実施例に係るフェライト部品（モジュール）の構成を示す外観図である。 本発明の他の実施例に係るフェライト部品に用いる多層絶縁基板の分解斜視図である。 多層絶縁基板の部分分解斜視図である。 多層絶縁基板の部分分解斜視図である。 本発明の他の実施例に係るフェライト部品（モジュール）の等価回路である。 従来の電子部品の構成を示す外観図である。

符号の説明

１ 積層体
１０ 磁気ギャップ部
１０ａ 第１透孔
１５ 第２透孔
２０ フェライト部品
２００ 絶縁体、絶縁体層
９０，９５ 磁束

Claims (11)

1. 複数のフェライトグリーンシートを積層してなる積層体であって、その積層方向に形成された第１透孔と、該第１透孔に配置された絶縁体を有し、前記積層体を焼結して前記第１透孔を磁気ギャップとして備えたことを特徴とするフェライト部品。
2. 複数の第１透孔で分散磁気ギャップを形成したことを特徴とする請求項１に記載のフェライト部品。
3. 前記絶縁体が、少なくとも−４０℃以上の温度で非磁性であるセラミックであることを特徴とする請求項１又は２に記載のフェライト部品。
4. 請求項１乃至３に記載のフェライト部品に線路を巻設したことを特徴とするフェライト部品。
5. 前記積層体は、その積層方向に形成された第２透孔を有し、前記第２透孔には導体が配置されており、更に、前記導体を接続して周回する線路となす接続導体を備えたことを特徴とする請求項４に記載のフェライト部品。
6. 磁気ギャップ部を介して位置する領域の夫々に線路を巻設したことを特徴とする請求項４又は５に記載のフェライト部品。
7. 請求項４乃至６に記載のフェライト部品を、コンデンサを備えた誘電体基板に、スイッチング素子と共に実装したことを特徴とするモジュール。
8. 請求項４乃至６に記載のフェライト部品に、スイッチング素子を実装したことを特徴とするモジュール。
9. 複数のフェライトグリーンシートを積層して積層体とする工程と、
   前記積層体に、厚み方向に貫通する第１透孔を形成する工程と、
   前記第１透孔に絶縁体ペーストを充填する工程と、
   前記積層体を焼結し、前記第１透孔を磁気ギャップとして備えた板状フェライトとする工程と、
   前記板状フェライトから、複数のフェライト部品を分割する工程を有することを特徴とするフェライト部品の製造方法。
10. 複数のフェライトグリーンシートに第１透孔を形成する工程と、
    前記第１透孔に絶縁体ペーストを充填する工程と、
    前記第１透孔が積層方向に重なるように、あるいは不連続となるように、複数のフェライトグリーンシートを積層して積層体とする工程と、
    前記積層体を焼結し、前記第１透孔を磁気ギャップとして備えた板状フェライトとする工程と、
    前記板状フェライトから、複数のフェライト部品を分割する工程を有することを特徴とするフェライト部品の製造方法。
11. 複数のフェライトグリーンシートに第２透孔を形成する工程と、
    前記第２透孔に導体を充填する工程と、
    前記導体を接続する接続導体を形成する工程を備えたことを特徴とする請求項７又は８に記載のフェライト部品の製造方法。

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