JP2010016337A

JP2010016337A - 磁性部品

Info

Publication number: JP2010016337A
Application number: JP2008317184A
Authority: JP
Inventors: Cheng-Chang Lee; 政璋李; Deng-Yan Zhou; ▲でん▼ 燕周; Zeng-Yi Lu; ▲ぜん▼ 藝盧; Min-Hsien Lin; 明憲林; Heng-Chung Chang; 恒中張; Wei Chen; 為陳; 泰剛 ▲しん▼; Tai-Kang Shing
Original assignee: Taida Electronic Industry Co Ltd
Current assignee: Taida Electronic Industry Co Ltd
Priority date: 2008-06-30
Filing date: 2008-12-12
Publication date: 2010-01-21
Also published as: TW201001457A; US20090322458A1

Abstract

【課題】本発明は、インダクター、トランス、またはフィルターの用に、高品質ファクター及び高性能を有する磁性部品を提供すると共に、実際のニーズに合った適正なＱファクター及び性能を備える磁性部品を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明は、少なくとも１つのコイルと透磁性構造体とを備える磁性部品に関するものであり、コイルは半径方向へ巻回された電線により形成され、電線の厚さは電線の位置の前記コイルの中心軸からの距離に応じて変わる。透磁性構造体は、コイルを覆っている。
【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、磁性部品に関し、特に、高Ｑファクター及び高性能を有する磁性部品に関するものである。

本発明の磁性部品は、電力変換装置におけるインダクター、トランス、またはノイズフィルターに広く適用されるものである。磁性部品の損失は、主に、コイル損失及び鉄損に起因する。パワーインダクターまたはパワートランスに関して、コイル内を通電することによる抵抗電力損失とコイル抵抗とは、比例の関係を有する。
特開２００７-１８００５６号公報

従来技術のコイルでは、電線の厚さ、幅、及び隣り合う２つの電線の間の隙間は、すべて一定であり、従来技術では、より大きな直径を有する電線を用いることが、唯一のコイル抵抗を低減する方法であった。これにより、コイルサイズは増加することになる。その結果、従来技術のコイルは、今日の装置小型化にとって大きな問題となっている。

上記のような問題を鑑み、本発明は、インダクター、トランス、またはフィルターの用に、高Ｑファクター及び高性能を有する磁性部品を提供することを目的とする。

また、本発明は、実際のニーズに合った適正なＱファクター及び性能を備える磁性部品を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は、少なくとも１つのコイルと透磁性構造体とを備える磁性部品を提供する。コイルは半径方向へ巻回された電線により形成され、電線の厚さは電線の位置のコイルの中心軸からの距離に応じて様々であり、透磁性構造体はコイルを覆っている。

本発明の上述した磁性部品において、電線の厚さは、コイルの内側の位置から、コイルの外側の位置にかけて、次第に厚くなるか薄くなっていく。

また、本発明は、少なくとも１つのコイルと透磁性構造体とを備える磁性部品も提供する。コイルは半径方向へ巻回された電線により形成され、コイルの少なくとも2つの位置の電線が異なる厚さもしくは幅を有するか、またはコイルの隣り合う電線間の隙間の少なくとも２つの隙間は異なる長さを有しており、透磁性構造体はコイルを覆っている。

コイルの内側の位置の電線の厚さ及びコイルの外側の位置の電線の厚さは、コイルの中間部分の位置の電線の厚さと異なる。

本発明の上述した磁性部品において、電線の厚さは、コイルの内側の位置から、コイルの外側の位置にかけて、次第に厚くなり、次いで次第に薄くなるか、またはコイルの内側の位置から、コイルの外側の位置にかけて、次第に薄くなり、次いで次第に厚くなる。

また、コイルの内側の位置の電線の幅及びコイルの外側の位置の電線の幅は、コイルの中間部分の位置の電線の幅と異なる。

本発明の上述した磁性部品において、電線の幅は、コイルの内側の位置から、コイルの外側の位置にかけて、次第に広くなり、次いで次第に狭くなるか、またはコイルの内側の位置から、コイルの外側の位置にかけて、次第に狭くなり、次いで次第に広くなる。

また、電線の厚さは、電線の位置のコイルの中心軸からの距離に応じて様々である。電線の厚さは、コイルの内側の位置から、コイルの外側の位置にかけて、次第に厚く、次いで次第に薄くするか、またはコイルの内側の位置から、コイルの外側の位置にかけて、次第に薄く、次いで次第に厚くすることができる。それに加えて、コイルの内側の位置の電線の厚さ及びコイルの外側の位置の電線の厚さは、コイルの中間部分の位置の電線の厚さと異なるようにすることができる。電線の厚さは、コイルの内側の位置から、コイルの外側の位置にかけて、次第に厚く、次いで次第に薄くするか、またはコイルの内側の位置から、コイルの外側の位置にかけて、次第に薄く、次いで次第に厚くすることができる。

また、コイルの内側の位置の隣り合う電線間の隙間及びコイルの外側の位置の隣り合う電線間の隙間は、コイルの中間部分の位置の隣り合う電線間の隙間と異なっている。

本発明の上述した磁性部品において、隣り合う電線間の隙間は、コイルの内側の位置から、コイルの外側の位置にかけて、次第に広がり、次いで次第に狭くなっていくか、またはコイルの内側の位置から、コイルの外側の位置にかけて、次第に狭まり、次いで次第に広がっていく。さらに、コイル内側の位置の電線の幅及びコイル外側の位置の電線の幅は、コイルの中間部分の位置の電線の幅と異なる。電線の厚さは、電線の位置のコイルの中心軸からの距離に応じて様々な値とすることができる。また、コイルの内側の位置の電線の厚さ及びコイルの外側の位置の電線の厚さは、コイルの中間部分の位置の電線の厚さと異なる。

透磁性構造体は、Ni-Znフェライト、Mn-Znフェライト、または磁性材料からなるポリマーを備える。

透磁性構造体または透磁性材料に直接設けることで、本発明の上述した磁性部品を形成することができる。また、半導体製造プロセスにより、磁性部品を形成することも可能である。

また、透磁性構造体は、第1透磁性構造体本体と、第2透磁性構造体本体とを備え、接着層は、第1透磁性構造体本体と第2透磁性構造体本体との間に設置される。接着層は、エポキシ、ポリアミド、または磁性粉体を含有する接着材料を備える。上述した第1透磁性構造体本体と第2透磁性構造体本体とは、溶接または接着により互いに結合され得る。

本発明の磁性部品において、コイルの電線の厚さを次第に厚くまたは薄くするか、コイルの電線の幅を次第に広く次いで次第に狭くするか、コイルの隣り合う電線間の隙間を次第に広く次いで次第に狭くするか、またはコイルの隣り合う２つの電線間の隙間を次第に狭くし次いで次第に広くすることで、Ｑファクターを簡単に向上し、コイル抵抗損失を簡単に低減することができる。その結果、本発明の磁性部品の性能を向上させることができる。さらに、磁性部品のＱファクターは、上述した実施形態を組み合わせることで適正な状態に調整可能なため、磁性部品の性能を最適な状態にすることができる。

本発明は、同符号には同じ構成要素添を関連づけた添付の図面を参照することで、以下の詳細な説明より明らかとなる。

図１Ａは、本発明の好適な実施形態に係る磁性部品100の断面図である。磁性部品100は、少なくとも１つのコイル102と透磁性構造体104とを備える。磁性部品100は、インダクター、トランス、同相ノイズフィルター、または差動ノイズフィルターとすることができる。また、磁性部品は、DC/DC変換器または高周波モジュールに適用することもできる。

コイル102は、半径方向へ巻回された電線により形成され、コイル102の内側の位置である中心軸付近の電線の厚さは、コイル102の表面付近である外側の電線の厚さと異なる。さらに具体的に言えば、電線の厚さは、電線の位置のコイル中心軸からの距離に応じて変化する。例えば、コイル102の内側の位置の電線の厚さは、コイル102の外側の位置の電線の厚さに比較して薄くなっている。この場合、電線の厚さを、徐々にコイルの内側の位置から、コイルの外側の位置にかけて、厚くすることができる。コイル102の内側の位置の電線の厚さが、コイル102の外側の位置の電線の厚さに比較して薄い場合、外側の位置の抵抗は、内側の位置の抵抗に比較して小さくなっている。このため、コイル102に通電されている場合、外側の位置の電力損失を低減することができる。コイル102の磁束密度分布により、磁性部品100の体積を増加させること無しに、コイル102の直流損失及び交流損失共に、かなり低減することができる。それによって、磁性部品のＱファクター及び性能を著しく向上させることができる。

非均一な厚さで電線を巻き付けて製造されたコイルを透磁性構造体または透磁性材料に直接設置することで、上記の磁性部品100を形成することができる。また、コイル102を形成するように、コイルの厚さに対応するパターンを有する金属層を透磁性構造体106に形成するような半導体製造プロセスにより、磁性部品100を形成することも可能である。次いで、もう一方の透磁性構造体108は、コイル102を覆う透磁性構造体104を形成するように、透磁性構造体106の上方に設置される。さらに、実際のニーズに応じて、接着層110を透磁性構造体106と透磁性構造体108との間に設置できることにより、透磁性構造体106と透磁性構造体108とを強固に結合することができる。また、透磁性構造体104は、以下のステップにより形成することができる。先ず、透磁性構造体106及び透磁性構造体108の２つのブランクは、予備焼結により形成可能である。次いで、透磁性構造体106及び透磁性構造体108のブランクは、結合され、透磁性構造体104を形成するように焼結される。さらに、図１Ｂに示すように、絶縁層112は、実際のニーズにより決まる隣り合う２つの位置の電線間に形成可能である。図１Ｃに、中空でない透磁性構造体104コイル102を囲む別の実施形態を示す。多層インプリンティング・プロセスと焼結とにより、デバイスを製造可能である。

透磁性構造体104は、Ni-Znフェライト、Mn-Znフェライト、または磁性材料からなるポリマーを備えることができる。接着層110は、エポキシ、ポリアミド、または磁性粉体を含有する接着材料を備えることができる。

また、電線の厚さは、実際のニーズにより様々な値にすることができる。図２Ａに示すように、コイル202aの内側の位置の電線の厚さは、コイル202aの外側の位置の電線の厚さより厚くなっている。図２Ｂに示すように、コイル202bの内側の位置及び外側の位置の電線の厚さは、コイル202bの中間部分の電線の厚さより薄くなっている。図２Ｃに示すように、コイル202cの内側の位置及び外側の位置の電線の厚さは、コイル202cの中間部分の電線の厚さより厚くなっている。言い換えると、電線の厚さは、コイルの内側の位置から、コイルの外側の位置にかけて、次第に薄くなっていく。また、電線の厚さは、コイルの内側の位置から、コイルの外側の位置にかけて、次第に厚くなり、次いで次第に薄くなるようにすること、またはコイルの内側の位置から、コイルの外側の位置にかけて、次第に薄くなり、次いで次第に厚くなるようにすることができる。上述した様々な態様において、隣り合う位置の電線の厚さを、同じ厚さまたは異なる厚さにすることができる。

図３Ａを参照すると、磁性部品300aは、互いに結合された２つの透磁性構造体106を備える。各透磁性構造体106は、コイル102を覆っている。２つの透磁性構造体106は、接着層110を介して、溶接または接着により結合可能である。図３Ｂを参照すると、磁性部品300bは、非均一な厚さを有するコイル302を透磁性構造体で覆うことによって、形成可能である。透磁性構造体304を形成するように、透過性材料を加圧、硬化、焼結、または固化する。

また、本発明の磁性部品にあるコイル形状は、上述した説明に限定されることはない。例えば、図４に示すようなコイル400であってもよい。半径方向へ巻回された電線により形成されたコイル400において、コイルの内側の位置において隣り合う電線間の隙間とコイルの外側の位置において隣り合う電線間の隙間とは、コイルの中間部分の位置の電線間の隙間と異なっている。言い換えると、隣り合う電線間の隙間は、コイルの内側の位置から、コイルの外側の位置にかけて、次第に広がり、次いで次第に狭くなっていくか、またはコイルの内側の位置から、コイルの外側の位置にかけて、次第に狭まり、次いで次第に広がっていく。上述した様々な態様において、隣り合う電線間の隙間は、同じ間隔または異なる間隔にすることができる。

上述したように、コイルの内側の位置において隣り合う電線間の隙間とコイルの外側の位置において隣り合う電線間の隙間が、コイルの中間部分の位置の電線間の隙間より広い場合、交流損失の低減が可能である。したがって、Ｑファクターが向上でき、磁性部品の性能も強化できる。

また、コイル400において、コイルの内側の位置の電線の幅とコイルの外側の位置の電線の幅とは、コイルの中間部分の位置の電線の幅と異なるようにできる。例えば、コイルの内側の位置及び外側の位置の幅を、コイルの中間部分の位置の電線の幅と比較して広くまたは狭くすることができる。言い換えると、電線の幅は、コイルの内側の位置から、コイルの外側の位置にかけて、次第に広がり、次いで次第に狭くなっていくか、またはコイルの内側の位置から、コイルの外側の位置にかけて、次第に狭まり、次いで次第に広がっていく。上述した様々な態様において、隣り合う電線間の幅は、同じ幅または異なる幅にすることができる。

上述したように、コイルの内側の位置の電線の幅及びコイルの外側の位置の電線の幅が、コイルの中間部分の位置の電線の幅より広い場合、交流損失の低減が可能である。したがって、Ｑファクターが向上でき、磁性部品の性能も強化できる。

様々な幅及び／または様々な隙間の上述した態様において、コイル400の厚さは、上記したコイル102, 202a, 202b, 202cまたは他の例のように、均一または非均一にすることができる。コイル400の材料は、上記したコイル102, 202a, 202b、及び202cと同様であり、そのため、それらの詳細な説明は省略する。

また、本発明のコイルは、複数の径を有する半径方向へ巻回された電線により形成可能である。コイルにおける各位置での電線に関して、電線は均一な厚さまたは幅を有することができる。隣り合う電線間の厚さ、幅、及び隙間は、本明細書において上述した様々な様態とすることができる。

さらに、本発明の磁性部品において、電線の厚さ、幅、及び隙間の上述した様々な様態は、所望の効果を得るために、実際のニーズに応じて組み合わせることができる。

特定の実施形態に関して本発明を説明してきたが、この説明によって発明が限定的に解釈されることを意図したものではない。開示された実施形態の様々な改良は、他の実施形態と同様、当業者にとって明らかである。そのため、添付された請求項は、本発明の範囲内であるすべての改良を包含するものであると解釈する。

本発明の好適な実施形態に係る磁性部品の断面図Ａである。本発明の好適な実施形態に係る別の磁性部品の断面図Ｂである。本発明の好適な実施形態に係る別の磁性部品の断面図Ｃである。本発明の好適な実施例に係るコイルの断面図Ａである。本発明の好適な実施例に係る別のコイルの断面図Ｂである。本発明の好適な実施例に係る別のコイルの断面図Ｃである。本発明の別の好適な実施例に係る磁性部品の断面図Ａである。本発明の別の好適な実施例に係る別の磁性部品の断面図Ｂである。本発明の好適な実施例に係るコイルの部分上面図である。

符号の説明

100, 300a, 300b 磁性部品
102, 202a, 202b, 202c, 302, 400 コイル
104, 106, 108, 304 透磁性構造体
110 接着層
112 絶縁層

Claims

半径方向へ巻回された電線により形成される少なくとも1つのコイルと、
前記コイルを覆う透磁性構造体とを備え、
前記コイルの内側の位置の前記電線の厚さが前記コイルの外側の位置の前記電線の厚さと異なることを特徴とする磁性部品。
前記コイルの内側の位置の前記電線の厚さ及び前記コイルの外側の位置の前記電線の厚さが、前記コイルの中間部分の位置の前記電線の厚さと異なるか、または前記電線の厚さが、前記電線の位置の前記コイルの中心軸からの距離に応じて変わることを特徴とする請求項１に記載の磁性部品。
前記コイルの内側の位置の前記電線の幅及び前記コイルの外側の位置の前記電線の幅が、前記コイルの中間部分の位置の前記電線の幅と異なることを特徴とする請求項１に記載の磁性部品。
前記コイルの内側の位置の隣り合う前記電線間の隙間及び前記コイルの外側の位置の隣り合う前記電線間の隙間が、前記コイルの中間部分の位置の隣り合う前記電線間の隙間と異なることを特徴とする請求項１に記載の磁性部品。
半径方向へ巻回された電線により形成される少なくとも1つのコイルと、
前記コイルを覆う透磁性構造体とを備え、
前記コイルの少なくとも2つの位置の前記電線が異なる厚さもしくは幅を有するか、または、前記コイルの隣り合う前記電線間の隙間の少なくとも２つの隙間は異なる長さを有することを特徴とする磁性部品。
前記コイルの内側の位置の前記電線の厚さ及び前記コイルの外側の位置の前記電線の厚さが、前記コイルの中間部分の位置の前記電線の厚さと異なることを特徴とする請求項５に記載の磁性部品。
前記コイルの内側の位置の前記電線の幅及び前記コイルの外側の位置の前記電線の幅が、前記コイルの中間部分の位置の前記電線の幅と異なることを特徴とする請求項５に記載の磁性部品。
前記コイルの内側の位置の前記電線の厚さ及び前記コイルの外側の位置の前記電線の厚さが、前記コイルの中間部分の位置の前記電線の厚さと異なるか、または前記電線の厚さが、前記電線の位置の前記コイルの中心軸からの距離に応じて変わることを特徴とする請求項７に記載の磁性部品。
前記コイルの内側の位置の隣り合う前記電線間の隙間及び前記コイルの外側の位置の隣り合う前記電線間の隙間が、前記コイルの中間部分の位置の隣り合う前記電線間の隙間と異なることを特徴とする請求項７に記載の磁性部品。
前記コイルの内側の位置の隣り合う前記電線間の隙間及び前記コイルの外側の位置の隣り合う前記電線間の隙間が、前記コイルの中間部分の位置の隣り合う前記電線間の隙間と異なることを特徴とする請求項５に記載の磁性部品。
前記コイルの内側の位置の前記電線の厚さ及び前記コイルの外側の位置の前記電線の厚さが、前記コイルの中間部分の位置の前記電線の厚さと異なるか、または前記電線の厚さが、前記電線の位置の前記コイルの中心軸からの距離に応じて変わることを特徴とする請求項10に記載の磁性部品。
前記電線の厚さは、前記コイルの内側の位置から、前記コイルの外側の位置にかけて、次第に厚くなるまたは薄くなり、隣り合う前記電線の厚さ及び幅は、同じまたは異なることを特徴とする請求５に記載の磁性部品。
前記電線の厚さは、前記コイルの内側の位置から、前記コイルの外側の位置にかけて、次第に厚くなり次いで次第に薄くなるか、または前記コイルの内側の位置から、前記コイルの外側の位置にかけて、次第に薄くなり次いで次第に厚くなることを特徴とする請求項５に記載の磁性部品。
前記電線の幅は、前記コイルの内側の位置から、前記コイルの外側の位置にかけて、次第に広くなり次いで次第に狭くなるか、または前記コイルの内側の位置から、前記コイルの外側の位置にかけて、次第に狭くなり次いで次第に広くなることを特徴とする請求項５に記載の磁性部品。
前記コイルの隣り合う前記電線間の隙間は、前記コイルの内側の位置から、前記コイルの外側の位置にかけて、次第に広くなり次いで次第に狭くなるか、または前記コイルの内側の位置から、前記コイルの外側の位置にかけて、次第に狭くなり次いで次第に広くなることを特徴とする請求項５に記載の磁性部品。
前記コイルの隣り合う前記電線間の隙間は、追加の隣り合う別の電線間の隙間と同じまたは異なることを特徴とする請求項５に記載の磁性部品。
前記透磁性構造体は、Ni-Znフェライト、Mn-Znフェライト、または磁性材料からなるポリマーを備える特徴とする請求項５に記載の磁性部品。
前記コイルは、前記透磁性構造体または透過性材料に直接設置されるか、または前記コイルに対応するパターンを有する前記透磁性構造体に設置される金属層として形成されることを特徴とする請求項５に記載の磁性部品。
前記透磁性構造体は、第１透磁性構造体本体と、第２透磁性構造体本体と、前記第１透磁性構造体本体と前記第２透磁性構造体本体との間に設けられる接着層とを備え、
前記接着層は、エポキシ、ポリアミド、または磁性粉体を含有する接着材料を備えることを特徴とする請求項５に記載の磁性部品。
前記透磁性構造体は、溶接もしくは接着により互いに結合させた第１透磁性構造体本体と第２透磁性構造体本体とを備えるか、または前記第１透磁性構造体本体と前記第２透磁性構造体本体とを予備焼成し、前記第１透磁性構造体本体と前記第２透磁性構造体本体とを接着し、再度前記第１透磁性構造体本体と前記第２透磁性構造体本体とを焼成することにより、前記透磁性構造体が形成されることを特徴とする請求項５に記載の磁性部品。
前記コイルの隣り合う前記電線間の隙間に形成される少なくとも１つの絶縁層を備えることを特徴とする請求項５に記載の磁性部品。
前記コイルの前記電線のうちの１つの厚さまたは幅が均一であることを特徴とする請求項５に記載の磁性部品。
インダクター、トランス、同相ノイズフィルター、もしくは差動ノイズフィルターであるか、またはDC/DCコンバーターもしくは高周波モジュールに適用されることを特徴とする請求項５に記載の磁性部品。