JP2013055194A - 積層インダクタ - Google Patents

Abstract

【課題】 磁束が積層インダクタの外部に漏れる割合が低減され、より大きなインダクタンス値を有する積層インダクタを提供する。
【解決手段】 電極印刷シート３ａ，３ｂ，３ｃ，および３ｄには、それぞれ隣接する２つのコイル導体パターン２ａ，２ｉ、２ｂ，２ｈ、２ｃ，２ｇ、および２ｄ，２ｆが印刷されている。電極印刷シート３ａ〜３ｃが積層されて、各コイル導体パターン２ａ〜２ｃ、２ｇ〜２ｉの端部どうしが接続されることにより、相互に独立に巻回された隣接する２つの巻回部７，８が形成される。電極印刷シート３ｅに形成されたＩの字形のコイル導体パターン２ｅは、ビア接続シート４ａ〜４ｃを介して、電極印刷シート３ｄのコイル導体パターン２ｄ、２ｆに接続される。このため、２つの巻回部７，８の接続部には、巻き中心軸の方向が並列巻回部の巻き中心軸の方向と直交した直交巻回部９が形成される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、積層された複数のコイル導体パターンが１本の導体に連なって巻回される積層インダクタに関するものである。

従来、この種の積層インダクタとしては、コイル導体パターンが絶縁体内の異なる二点を周回し、それら二点の中間で絶縁層を介してコイル導体パターンが８字形に交差する特許文献１に開示されたものがある。また、コイル状導体線路が互いにそのパターンが逆向きになるように磁性体層を介して積層され、積層方向からのコイル状導体線路が略日の字形状のパターンをした特許文献２に開示されたものもある。これらの積層インダクタでは、巻き方向が逆の２つの巻回部が隣接して構成され、各巻回部の巻き中心を通る磁束の向きが互いに逆方向になるため、漏れ磁束の少ない閉磁路化が可能となっている。

また、特許文献３には、高透磁率の磁性体層中に形成された第１のコイル部および低透磁率の磁性体層中に形成された第２のコイル部が直列接続された巻回部と、低透磁率の磁性体層中に形成された第３のコイル部および高透磁率の磁性体層中に形成された第４のコイル部が直列接続された巻回部との２つが隣接して構成された積層インダクタが開示されている。この積層インダクタでは、高透磁率の磁性体層中に形成された第１のコイル部および第４のコイル部が主として低周波ノイズを除去し、低透磁率の磁性体層中に形成された第２のコイル部および第３のコイル部が主として高周波ノイズを除去する。また、低透磁率の磁性体層中に形成された第２のコイル部および第３のコイル部でそれぞれ巻き中心方向に逆に磁束が発生し、これら磁束が電磁的に結合して結合磁束が形成されるので、積層インダクタの低透磁率の磁性体層側端部から漏れる磁束は低減される。

また、特許文献４には、上部配線層に形成された第１の導電体と、下部配線層に形成された第２の導電体とが中間層に形成されたコンタクト部を介して螺旋状に接続され、トロイダル状のコイルを構成する積層インダクタが開示されている。この積層インダクタは、巻き中心が層に平行な面にあり、層に平行になる方向に磁束のループが形成され、それ自身で閉磁路を構成するので、漏れ磁束の発生が抑制される。

特開平４−７８１０号公報 特開２０００−１８８２１７号公報 特開２００２−２８９４３２号公報 特開２００２−２８９４３６号公報

しかしながら、上記従来の特許文献１および特許文献２にそれぞれ開示された積層インダクタは、２つの巻回部の巻き中心に生じる各磁束の向きが１８０°異なるため、２つの巻回部が隣接して配置されても、一方の巻回部に生じる磁束の全てが隣接する他方の巻回部に生じる磁束と結合せず、幾分かは漏れる。この漏れ磁束は、一方の巻回部の内径部から出た磁束が他方の巻回部に引き込まれ易くなるため、単一の巻きのコイルに比べて少なく出来るものの、その抑制には限界がある。

また、上記従来の特許文献３に開示された積層インダクタも、同様に、低透磁率の磁性体層側端部から漏れる磁束は低減されるが、その磁束低減効果は十分ではない。

また、上記従来の特許文献４に開示された積層インダクタは、上部配線層や下部配線層の平面上に複数の導電体を帯状に形成し、これらがループになるように配置することから、巻数を増やすことは困難であり、大きなインダクタンス値を持つインダクタを得ることは出来ない。

本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、
積層された複数のコイル導体パターンが１本の導体に連なって巻回される積層インダクタにおいて、
巻き中心を通る磁束の向きが互いに逆方向になる並列巻回部と、巻き中心軸の方向が並列巻回部の巻き中心軸の方向と直交して並列巻回部の少なくとも一方の端部に形成された直交巻回部とを備えることを特徴とする。

本構成によれば、並列巻回部の少なくとも一方の端部には、その端部に形成された直交巻回部により、並列巻回部に生じる各磁束の向きに直交する直交磁束が生じる。このため、並列巻回部の少なくとも一方の端部において、並列巻回部の一方の巻回部端部から巻回部外方側へ向かう磁束は、直交巻回部によって作られる直交磁束に導かれ、並列巻回部の他方の巻回部端部に生じる巻回部内方側へ向かう磁束に効率よく束ねられる。従って、並列巻回部の少なくとも一方の端部に形成される磁束は乱れることの少ないループの流れを作り、この流れにより、磁束が外部に漏れる割合は直交巻回部が無い場合よりも低減される。また、磁束がこのように束ねられて外に漏れること少なく並列巻回部内を巡回するため、より大きなインダクタンス値を有する積層インダクタを提供することが可能になる。

また、本発明は、並列巻回部が、コイル導体パターンが積層されることで相互に独立に巻回された隣接する２つの巻回部から形成され、
直交巻回部が、２つの巻回部の接続部に形成されて２つの巻回部を直列接続することを特徴とする。

本構成によれば、並列巻回部を構成する相互に独立した２つの巻回部の直列接続部に、直交巻回部により、２つの巻回部に生じる各磁束の向きに直交する直交磁束が生じる。このため、一方の巻回部の直列接続部側端部から巻回部外方側へ向かう磁束は、直交巻回部によって作られる直交磁束に導かれ、他方の巻回部の直列接続部側端部に生じる巻回部内方側へ向かう磁束に効率よく束ねられる。

また、本発明は、並列巻回部が、コイル導体パターンが積層されることで相互に独立に巻回されて直列接続された隣接する２つの巻回部から形成され、
直交巻回部が、２つの巻回部の接続部の反対側の端部に形成されることを特徴とする。

本構成によれば、並列巻回部を構成する相互に独立した２つの巻回部の直列接続部反対側端部に、直交巻回部により、２つの巻回部に生じる各磁束の向きに直交する直交磁束が生じる。このため、他方の巻回部の直列接続部反対側端部から巻回部外方側へ向かう磁束は、直交巻回部によって作られる直交磁束に導かれ、一方の巻回部の直列接続部反対側端部に生じる巻回部内方側へ向かう磁束に効率よく束ねられる。

また、本発明は、並列巻回部が、コイル導体パターンが積層されることで相互に独立に巻回された隣接する２つの巻回部から形成され、
直交巻回部が、２つの巻回部を直列接続する２つの巻回部の接続部と、この接続部の反対側の端部との並列巻回部の両端部に形成されることを特徴とする

本構成によれば、並列巻回部を構成する相互に独立した２つの巻回部の直列接続部とその反対側の端部との双方に、直交巻回部により、２つの巻回部に生じる各磁束の向きに直交する直交磁束がそれぞれ生じる。このため、一方の巻回部の直列接続部側端部から巻回部外方側へ向かう磁束が、直列接続部に形成された直交巻回部によって作られる直交磁束に導かれ、他方の巻回部の直列接続部側端部に生じる巻回部内方側へ向かう磁束に効率よく束ねられると共に、他方の巻回部の直列接続部反対側端部から巻回部外方側へ向かう磁束が、直列接続部の反対側に形成された直交巻回部によって作られる直交磁束に導かれ、一方の巻回部の直列接続部反対側端部に生じる巻回部内方側へ向かう磁束に効率よく束ねられる。

本発明によれば、上記のように、並列巻回部の少なくとも一方の端部に形成される磁束が乱れることの少ないループの流れを作り、この流れにより、磁束が積層インダクタの外部に漏れる割合は直交巻回部が無い場合よりも低減される。また、磁束が束ねられて外に漏れること少なく並列巻回部内を巡回するため、より大きなインダクタンス値を有する積層インダクタを提供することが可能になる。

本発明の一実施の形態による積層インダクタの内部構成を示す分解斜視図である。 （ａ）は図１に示す積層インダクタの概略内部構成を示す透視図、（ｂ）は図１に示す積層インダクタの外観を示す斜視図である。 本発明の一実施の形態による積層インダクタの効果を確認する磁界強度測定の結果を示すグラフである。 本発明の一実施の形態による積層インダクタの効果を確認するために比較に用いた第１の積層インダクタの内部構成を示す分解斜視図である。 本発明の一実施の形態による積層インダクタの効果を確認するために比較に用いた第２の積層インダクタの内部構成を示す分解斜視図である。 一実施の形態の変形例による積層インダクタの内部構成を示す分解斜視図である。

次に、本発明の一実施の形態による積層インダクタについて、説明する。

図１は、本実施の形態による積層インダクタの内部構成を示す分解斜視図である。

積層インダクタ１は、コイル導体パターン２ａ〜２ｉが表面に形成された電極印刷シート３ａ〜３ｅが積層されて構成される。電極印刷シート３ｄ，３ｅ間にはビア接続シート４ａ〜４ｃが積層され、電極印刷シート３ａ〜３ｅは、その両端が外層シート５ａ〜５ｃおよび５ｄに挟まれる。

電極印刷シート３ａ〜３ｅ、ビア接続シート４ａ〜４ｃおよび外層シート５ａ〜５ｄはフェライトグリーンシートからなり、電極印刷シート３ａ，３ｂ，３ｃ，および３ｄには、それぞれ隣接する２つのコイル導体パターン２ａ，２ｉ、２ｂ，２ｈ、２ｃ，２ｇ、および２ｄ，２ｆがＡｇペーストで印刷されている。電極印刷シート３ａ〜３ｃが積層されて、各コイル導体パターン２ａ〜２ｃ、２ｇ〜２ｉの図で一点鎖線で結ばれる端部どうしがビアホールで接続されることにより、図２（ａ）の積層インダクタ１の透視図に示す、相互に独立に巻回された隣接する２つの巻回部７，８が形成される。なお、電極印刷シート３ｂ，３ｃのペアＡは、積層インダクタ１に必要とされるインダクタンス（Ｌ）値に応じて、複数のペアＡが積層される。一方の巻回部７はコイル導体パターン２ａ〜２ｃが連なって形成され、他方の巻回部８はコイル導体パターン２ｇ〜２ｉが連なって形成される。巻回部７，８は、巻き中心を通る磁束Φ１，Φ２の向きが図示するように互いに逆方向になる並列巻回部を構成する。

また、図１に示すように、最上層の電極印刷シート３ｅにはＩの字形にコイル導体パターン２ｅが形成されており、その一方の端部は、ビア接続シート４ａ〜４ｃに形成されたビアホール６を介して、電極印刷シート３ｄの一方のコイル導体パターン２ｄに図に一点鎖線で示すように接続される。また、コイル導体パターン２ｅの他方の端部は、ビア接続シート４ａ〜４ｃに形成されたビアホール６を介して、電極印刷シート３ｄの他方のコイル導体パターン２ｆに図に一点鎖線で示すように接続される。このため、コイル導体パターン２ｄ，２ｅ，２ｆにより、２つの巻回部７，８の接続部には、巻き中心軸の方向が並列巻回部の巻き中心軸の方向と直交した図２に示す直交巻回部９が形成される。直交巻回部９は、並列巻回部の一方の端部に形成されて、２つの巻回部７，８を直列接続し、各巻回部７，８に生じる磁束Φ１，Φ２と直交する直交磁束Φ３を生成する。

積層インダクタ１は、電極印刷シート３ａ〜３ｅ、ビア接続シート４ａ〜４ｃおよび外層シート５ａ〜５ｄが図１に示すように積層されることで、複数のコイル導体パターン２ａ〜２ｉが１本の導体に連なって巻回される。積層された電極印刷シート３ａ〜３ｅ、ビア接続シート４ａ〜４ｃおよび外層シート５ａ〜５ｄが焼成されることで、本実施形態では、縦、横、厚さが２．５×２．０×１．２[ｍｍ]のチップサイズの積層インダクタ１が得られた。積層インダクタ１は図２（ｂ）の外観斜視図に示すように一対の外部電極１０ａ，１０ｂを有する。この外部電極１０ａ，１０ｂは、最下層の電極印刷シート３ａに形成されたコイル導体パターン２ａ，２ｉの各引出端部と接続される。

このような本実施の形態の積層インダクタ１によれば、２つの巻回部７，８の直列接続部に、直交巻回部９により、２つの巻回部７，８に生じる各磁束Φ１，Φ２の向きに直交する直交磁束Φ３が生じる。このため、一方の巻回部７の直列接続部側端部から巻回部外方側へ向かう磁束Φ１は、直交巻回部９によって作られる直交磁束Φ３に導かれ、他方の巻回部８の直列接続部側端部に生じる巻回部内方側へ向かう磁束Φ２に効率よく束ねられる。従って、並列巻回部の一方の端部に形成される磁束Φ１，Φ３，Φ２は乱れることの少ないループの流れを作り、この流れにより、磁束が外部に漏れる割合は直交巻回部９が無い場合よりも低減される。また、磁束がこのように束ねられて外に漏れること少なく並列巻回部内を巡回するため、より大きなインダクタンス（Ｌ）値を有する積層インダクタ１を提供することが可能になる。

本効果を確認するため、作製した積層インダクタ１に周波数２[ＭＨｚ]で電流振幅０．２[Ａ]の交流電流を加えて、積層インダクタ１のチップ上面０．５[ｍｍ]の箇所で、磁界強度の測定を行った。図３は、この測定結果を示すグラフで、横軸は積層インダクタ１のチップ長手方向の中央からの距離[ｍｍ]、縦軸は磁界プローブによる磁界強度測定値[ｄＢμＶ]を表す。測定は、立方体の頂点を垂直方向にしたときにその下部の頂点の接触する面がなす角度でループを持つ磁界プローブを用い、磁界強度は磁界プローブを１２０°ずつ回転させて測定した値をベクトル合成した。

また、比較のため、本実施の形態のチップサイズと同じサイズを持つ、図４に示す積層インダクタ２１および図５に示す積層インダクタ３１の各比較例１および２についても、同様の測定を行った。なお、図４および図５において図１と同一または相当する部分には同一符号を付してその説明は省略する。

図４に示す比較例１の積層インダクタ２１は、電極印刷シート３ａ〜３ｄに単一のコイル導体パターン２２ａ〜２２ｃがＡｇペーストで印刷されており、両端が外層シート５ａ〜５ｃおよび５ｄ〜５ｆで挟まれる。最下層の電極印刷シート３ａに形成されたコイル導体パターン２２ａは、一端部が外部電極１０ｂに接続される。また、最下層のコイル導体パターン２２ａの他端部、電極印刷シート３ｂ，３ｃに形成された各コイル導体パターン２２ｂの端部、および最上層の電極印刷シート３ｄに形成されたコイル導体パターン２２ｃの一端部は、図で一点鎖線で結ばれたものどうしが接続される。また、最上層のコイル導体パターン２２ｃの他端部はビアホール２６を介して最下層の電極印刷シート３ａに戻されて、外部電極１０ａに接続される。電極印刷シート３ｂ，３ｃのペアＢは、積層インダクタ２１に必要とされるインダクタンス（Ｌ）値に応じて、複数のペアＢが積層される。

図５に示す比較例２の積層インダクタ３１は、図１に示す積層インダクタ１に比べ、最上層の電極印刷シート３ｅに形成されるコイル導体パターン３２ｅが、並列巻回部を構成する各巻回部７，８を単純に直列接続するパターンになっており、直列巻回部９が無い点が異なる。また、図１に示す電極印刷シート３ｄおよびビア接続シート４ａ〜４ｃが無く、上方に２枚の外層シート５ｅ，５ｆが追加されている点が異なる。

図３に示すグラフにおいて、実線で示す特性線４１は本実施の形態の積層インダクタ１についての測定結果、短い破線で示す特性線４２は図４に示す比較例１の積層インダクタ２１についての測定結果、長い破線で示す特性線４３は図５に示す比較例２の積層インダクタ３１についての測定結果である。

並列巻回部を有する特性線４３で示す特性の積層インダクタ３１は、単一巻きの特性線４２で示す特性の積層インダクタ２１に比べ、チップ中央で最大で７ｄＢ程度、磁界強度測定値が低くなっている。しかし、並列巻回部に加えて直交巻回部９を有する特性線４１で示す特性の本実施の形態の積層インダクタ１は、特性線４３で示す特性の積層インダクタ３１に比べ、さらに４ｄＢ強、磁界強度測定値が低くなる。このことから、本実施の形態の積層インダクタ１によれば、直交巻回部９により大きな漏れ磁束低減効果が奏され、インダクタンス（Ｌ）値の取得も効率よく行えることが確認された。

なお、上記の実施の形態では、並列巻回部を構成する２つの巻回部７，８の直列接続部に直交巻回部９を形成した場合について説明したが、図６の分解斜視図に示すように、直列接続部と反対側に直交巻回部１１を有する積層インダクタ５１を構成するようにしてもよい。なお、同図において、図５と同一または相当する部分には同一符号を付してその説明は省略する。

この積層インダクタ５１では、２つのコイル導体パターン２ｂ，２ｈ、２ｃ，２ｇがそれぞれ形成された電極印刷パターン３ｂ，３ｃ、およびコイル導体パターン３２ｅが形成された電極印刷パターン３ｅが積層されることで、相互に独立に巻回されて直列接続された隣接する２つの巻回部７，８が形成され、並列巻回部が構成される。また、電極印刷パターン３ａと３ｂとの間に、Ａｇペーストからなるコイル導体パターン５２ｆおよび５２ｇ，５２ｉが形成された電極印刷パターン３ｆおよび３ｇをビア接続シート４ａ，４ｂを挟んで積層することで、２つの巻回部７，８の接続部の反対側の端部に直交巻回部１１が形成される。この直交巻回部１１は、コイル導体パターン５２ｆ〜５２ｉからなり、コイル導体パターン５２ｇの一端が上層の電極印刷パターン３ｂに形成されたコイル導体パターン２ｂ、コイル導体パターン５２ｉの一端が下層の電極印刷パターン３ａに形成されたコイル導体パターン２ａに、図で一点鎖線で示すように接続される。従って、直交巻回部１１は、巻回部７に直列接続されて、巻き中心軸の方向が並列巻回部の巻き中心軸の方向と直交する。

本構成によれば、相互に独立した２つの巻回部７，８の直列接続部反対側端部において、コイル導体パターン５２ｆ〜５２ｉからなる直交巻回部１１により、２つの巻回部７，８に生じる各磁束Φ１，Φ２の向きに直交する直交磁束が生じる。このため、他方の巻回部８の直列接続部反対側端部から巻回部外方側へ向かう磁束Φ２は、直交巻回部１１によって作られる直交磁束に導かれ、一方の巻回部７の直列接続部反対側端部に生じる巻回部内方側へ向かう磁束Φ１に効率よく束ねられる。このため、本構成によっても上記の実施の形態と同様な作用効果が奏される。

また、並列巻回部の一方の端部でなく、両方の端部にそれぞれ直交巻回部を有する積層インダクタを構成するようにしてもよい。この積層インダクタにおける並列巻回部は、図１（ａ）に示す電極印刷シート３ｂ，３ｃが積層されることで、相互に独立に巻回された隣接する２つの巻回部７，８から構成される。また、電極印刷シート３ｃ上に図１（ａ）に示す電極印刷シート３ｄ、ビア接続シート４ａ〜４ｃおよび電極印刷シート３ｅが積層されることで、２つの巻回部７，８の直列接続部に１つの直交巻回部９が形成される。また、図１に示す電極印刷パターン３ａと３ｂとの間に、図６に示すように、電極印刷パターン３ｆおよび３ｇをビア接続シート４ａ，４ｂを挟んで積層することで、２つの巻回部７，８の接続部の反対側の端部にもう１つの直交巻回部１１が形成される。

本構成によれば、相互に独立した２つの巻回部７，８の直列接続部とその反対側の端部との双方において、各直交巻回部９，１１により、２つの巻回部７，８に生じる各磁束Φ１，Φ２の向きに直交する直交磁束がそれぞれ生じる。このため、一方の巻回部７の直列接続部側端部から巻回部外方側へ向かう磁束Φ１が、直列接続部に形成された直交巻回部９によって作られる直交磁束Φ３に導かれ、他方の巻回部８の直列接続部側端部に生じる巻回部内方側へ向かう磁束Φ２に効率よく束ねられると共に、他方の巻回部８の直列接続部反対側端部から巻回部外方側へ向かう磁束Φ２が、直列接続部の反対側に形成された直交巻回部１１によって作られる直交磁束に導かれ、一方の巻回部７の直列接続部反対側端部に生じる巻回部内方側へ向かう磁束Φ１に効率よく束ねられる。このため、本構成によっても上記の実施の形態と同様な作用効果が奏される。さらに、本構成によれば、積層インダクタの両端部において、近接する回路部品への漏れ磁束による影響を最小限に抑えることができ、積層インダクタの実装の向きを考慮する必要が無くなる。

また、上記の実施の形態および各変形例では、直交巻回部９，１１の巻数を１ターンとした場合について説明したが、巻数は１ターンに限られることはない。並列巻回部に生じる磁束Φ１，Φ２の向きと直交する方向に磁束が形成されればよく、１ターンに満たない３／４ターンや１ターンを超える２ターン等にするようにしてもよい。

また、上記の実施の形態および各変形例では、並列巻回部を相互に独立した２つの巻回部７，８から構成した場合について説明したが、従来技術で説明した８の字形状や略日の字形状にコイル導体パターンが接続された２つの巻回部から、並列巻回部を構成するようにしてもよい。この場合、直交巻回部は、少なくともコイルの巻始め部または巻き終わり部に、図６に示すように一方の巻回部に直列に形成される。

また、上記の実施の形態および各変形例では、コイル導体パターンをＡｇで形成するようにしたが、Ｃｕ、Ａｕ、Ｎｉ等のその他の導電性材料から形成するようにしてもよい。また、磁性体シートとしてフェライトグリーンシートを用いた場合について説明したが、その他の磁性体シートを用いるようにしてもよい。

１，５１…積層インダクタ
２ａ〜２ｉ、３２ｅ、５２ｆ〜５２ｉ…コイル導体パターン
３ａ〜３ｇ…電極印刷シート
４ａ〜４ｃ…ビア接続シート
５ａ〜５ｆ…外層シート
６…ビアホール
７、８…巻回部
９、１１…直交巻回部
１０ａ、１０ｂ…外部電極
Φ１、Φ２、Φ３…磁束

Claims (4)

1. 積層された複数のコイル導体パターンが１本の導体に連なって巻回される積層インダクタにおいて、
   巻き中心を通る磁束の向きが互いに逆方向になる並列巻回部と、巻き中心軸の方向が前記並列巻回部の巻き中心軸の方向と直交して前記並列巻回部の少なくとも一方の端部に形成された直交巻回部とを備えることを特徴とする積層インダクタ。
2. 前記並列巻回部は、前記コイル導体パターンが積層されることで相互に独立に巻回された隣接する２つの巻回部から形成され、
   前記直交巻回部は、２つの前記巻回部の接続部に形成されて２つの前記巻回部を直列接続することを特徴とする請求項１に記載の積層インダクタ。
3. 前記並列巻回部は、前記コイル導体パターンが積層されることで相互に独立に巻回されて直列接続された隣接する２つの巻回部から形成され、
   前記直交巻回部は、２つの前記巻回部の接続部の反対側の端部に形成されることを特徴とする請求項１に記載の積層インダクタ。
4. 前記並列巻回部は、前記コイル導体パターンが積層されることで相互に独立に巻回された隣接する２つの巻回部から形成され、
   前記直交巻回部は、２つの前記巻回部を直列接続する２つの前記巻回部の接続部と、この接続部の反対側の端部との前記並列巻回部の両端部に形成されることを特徴とする請求項１に記載の積層インダクタ。

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