JP2018019062A - インダクタ - Google Patents

Abstract

【課題】高電流でも高いインダクタンス値を維持しながら、高バイアス（Ｈｉｇｈ Ｂｉａｓ）の特性を実現することができるインダクタを提供する。
【解決手段】本発明は、コイル上下の第１磁性体部、及び前記第１磁性体部の上下の第２磁性体部を含む本体を含み、上記第１磁性体部に含まれる第１磁性体の磁束密度（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｌｕｘ ｄｅｎｓｉｔｙ）が上記第２磁性体部に含まれる第２磁性体の磁束密度に比べてさらに高いため、高電流で高いインダクタンス値を維持しながら、高バイアス（Ｈｉｇｈ Ｂｉａｓ）の特性を実現することができるインダクタを提供する。
【選択図】図２

Description

本発明はインダクタに関するものである。

インダクタは、抵抗及びキャパシタとともに電子回路を構成する重要な受動素子の一つとして、ノイズ（ｎｏｉｓｅ）を除去したり、ＬＣ共振回路を構成する部品などに用いられることができる。

このようなインダクタは、スマートフォンまたはウェアラブル（ｗｅａｒａｂｌｅ）機器などのＡＰ、ＣＰ、充電器（ｃｈａｒｇｅｒ）、及びディスプレイ（ｄｉｓｐｌａｙ）のＰＭＩＣなどに実装されて、電源供給の役割を果たすことができる。

従来のインダクタは、単一組成の磁性体で本体を構成し、コイルの周りに磁束が流れるようにした。

最近、話題になっているスマートフォン及び多重入出力（ＭＩＭＯ：Ｍｕｌｔｉ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉ Ｏｕｔｐｕｔ）通信のためには、インダクタの特性のうちＤＣ ｂｉａｓが少なくとも２Ａ以上となり、高電流でも高いインダクタンスが実現される必要があるが、従来のインダクタは、おおむねＤＣ ｂｉａｓが高くないため上記条件を満たすことが困難であった。

これにより、製品の高電流化に伴い、インダクタンス値を一定のレベルに維持しながら、バイアス特性に優れたインダクタへの要求が増加している。

特開２０１３−２０１３７４号公報

本発明の目的は、高電流でも高いインダクタンス値を維持しながら、高バイアス（Ｈｉｇｈ Ｂｉａｓ）の特性を実現することができるインダクタを提供することである。

本発明の一側面は、コイル上下の第１磁性体部、及び前記第１磁性体部の上下の第２磁性体部を含む本体を含み、上記第１磁性体部に含まれる第１磁性体の磁束密度（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｌｕｘ ｄｅｎｓｉｔｙ）が上記第２磁性体部に含まれる第２磁性体の磁束密度に比べてさらに高いインダクタを提供する。

本発明の一実施形態によると、高電流で高いインダクタンス値を維持しながら、インダクタのバイアス特性を向上させることができるという効果がある。

本発明の一実施形態によるインダクタを概略的に示す透明斜視図である。 図１のＩ−Ｉ'線に沿った断面図である。 本発明の一実施形態によるインダクタの内部構造を示すＳＥＭ写真である。

以下では、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。しかし、本発明の実施形態は様々な他の形態に変形されることができ、本発明の範囲は以下で説明する実施形態に限定されない。また、本発明の実施形態は、当該技術分野で平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。したがって、図面における要素の形状及び大きさなどはより明確な説明のために拡大縮小表示（または強調表示や簡略化表示）がされることがある。

さらに、明細書全体において、ある構成要素を「含む」というのは、特に反対である記載がない限り、他の構成要素を除外するのではなく、他の構成要素をさらに含むことができるということを意味する。

図１は本発明の一実施形態によるインダクタを概略的に示す透明斜視図であり、図２は図１のＩ−Ｉ'線に沿った断面図であり、図３は本発明の一実施形態によるインダクタの内部構造を示すＳＥＭ写真である。

以下、図面上において、Ｌ方向は本体５０の長さ方向、Ｗ方向は幅方向、Ｔ方向は厚さ方向に設定して説明する。

また、本体５０のＴ方向において対向する両面は第１及び第２面Ｓ１、Ｓ２、Ｌ方向において対向する両面は第３及び第４面Ｓ３、Ｓ４、及びＷ方向において対向する両面は第５及び第６面Ｓ５、Ｓ６と定義して説明する。

図１〜図３を参照すると、本実施形態によるインダクタ１００は、コイルが配置された支持体２０及び本体５０を含む。

本体５０は、インダクタ１００の外観を成し、おおむね直方体形状からなることができる。

このような本体５０は、第１磁性体部５２及び第２磁性体部５１を含む。

第１磁性体部５２は、Ｔ方向において中央に位置し、コア５２ｃ、及び支持体２０の上下面にそれぞれ配置される第１及び第２内部層５２ａ、５２ｂを含む。

ここで、コア５２ｃとは、本体５０の中央に支持体２０を貫通して形成されるコアホールに第１磁性体が満たされた部分のことである。

このように、本体５０内に第１磁性体で充填されたコア５２ｃを形成すると、コアが存在しない場合に比べてインダクタ１００のインダクタンスをさらに向上させることができる。

また、第２磁性体部５１は、第１磁性体部５２の上下面にそれぞれ配置される第１及び第２外部層５１ａ、５１ｂを含む。

この際、本体５０は、第１磁性体部５２に含まれる第１磁性体の磁束密度（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｌｕｘ ｄｅｎｓｉｔｙ）が、第２磁性体部５１に含まれる第２磁性体の磁束密度に比べてさらに高く構成される。

支持体２０は第１磁性体部５２内に配置される。

このような支持体２０は、絶縁材料または磁性材料の基板からなることができる。例えば、上記絶縁材料は感光性ポリマーであってもよく、上記磁性材料はフェライトであってもよいが、本発明はこれに限定されるものではない。

また、上記コイルは、Ｔ方向において支持体２０の両面にそれぞれ配置された第１及び第２コイル４２、４４を含むことができる。

第１及び第２コイル４２、４４は、それぞれらせん状の構造を有するように形成することができるが、必要に応じて、他の形態に変更することができる。

例えば、第１及び第２コイル４２、４４の形状は、それぞれ四角形、五角形、六角形などの多角形、円形、及び楕円形などに形成することができ、必要に応じて、不規則な形状に形成することもできる。

このような第１及び第２コイル４２、４４は、金、銀、白金、銅、ニッケル、パラジウム、及びこれらの合金からなる群より選択された一つ以上の金属を含むことができる。

しかし、本発明は必ずしもこれらに限定されるものではなく、第１及び第２コイル４２、４４は、導電性を与えることができる材料からなれば十分である。

第１コイル４２は、一端に本体５０の第３面Ｓ３に露出している第１リード部４２ａを有する。

第２コイル４４は、一端に本体５０の第４面Ｓ４に露出している第２リード部４４ａを有する。

また、第１及び第２コイル４２、４４の他端は、Ｔ方向において対向するように配置され、ビア４６を介して互いに電気的に接続されることができる。

ビア４６は、支持体２０と第１及び第２コイル４２、４４の他端にＴ方向に貫通されるようにビアホールを形成した後、上記ビアホールに導電性ペーストを充填するなどの方法で形成することができる。

この際、上記導電性ペーストは、金、銀、白金、銅、ニッケル、パラジウム、及びこれらの合金からなる群より選択された一つ以上の金属を含むことができるが、本発明は必ずしもこれらに限定されるものではなく、導電性を与えることができる材料からなれば十分である。

一方、第１及び第２コイル４２、４４と本体５０との絶縁のために、第１及び第２コイル４２、４４の周りには、第１及び第２コイル４２、４４の表面を覆うように絶縁膜６０が形成されることができる。

このような絶縁膜６０は、絶縁特性を有する材料からなるものであり、例えば、ポリマーなどを用いることができるが、本発明がこれに限定されるものではない。

本体５０の第１及び第２磁性体部５２、５１は、フェライトなどの金属粉末とポリマーの複合体を含むペーストからなる第１及び第２磁性体でそれぞれ形成されることができる。

上記第１及び第２磁性体は、金属粉末がポリマー上に分散された形態で含まれることができる。これにより、表面の絶縁性を確保することができる。

上記金属粉末は、鉄（Ｆｅ）、ニッケル−鉄合金（Ｎｉ−Ｆｅ）、センダスト（Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ）、及び鉄−ケイ素−クロム合金（Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ）のうち少なくとも一つを含むことができる。

第１磁性体部５２は、第１コイル４２の上側を覆う第１内部層５２ａ、第２コイル４４の下側を覆う第２内部層５２ｂ、及び本体５０の中央に形成されるコア５２ｃを含むことができる。

このような第１磁性体部５２は、第２磁性体部５１に比べて高磁束密度（ｈｉｇｈ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｌｕｘ ｄｅｎｓｉｔｙ）を有する第１磁性体からなる。

この際、上記第１磁性体の磁束密度は１．４〜１．７Ｔ（Ｔｅｓｌａ）であることができる。

上記第１磁性体の磁束密度が１．４Ｔ未満であれば、バイアス（Ｂｉａｓ）特性が低下するという問題が発生する可能性がある。また、上記第１磁性体の磁束密度が１．７Ｔを超えると、磁性体が結晶化して保磁力（Ｃｏｅｒｓｉｖｅ ｆｏｒｃｅ）が５．０Ｏｅ（１Ｏｅ＝１／４π×１０^３Ａ／ｍ）以上に増加するという問題が発生するおそれがある。

また、上記第１磁性体においてＦｅの含有量は上記第１磁性体に含まれる樹脂の量に反比例し、樹脂の含有量が多くなると磁束の流れをさらに多く妨害してインダクタ１００のインダクタンスが相対的に低下することがある。

なお、上記第１磁性体においてＦｅの含有量が多いため樹脂の含有量が過度に少ないと、本体を形成するための加工特性が十分に実現されない可能性がある。

本実施形態では、上記第１磁性体のＦｅの含有量は７８〜８３ａｔ％であることができる。

上記第１磁性体のＦｅの含有量が７８ａｔ％未満の場合は、高電流特性が十分に実現されないという問題が発生する可能性がある。また、上記第１磁性体のＦｅの含有量が８３ａｔ％を超えると、非晶質化（Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ ａｔｏｍｉｚａｔｉｏｎ）特性が十分に実現されず、非晶質状態において結晶化が生じるという問題が発生するおそれがある。

一方、第１磁性体部５２において第１コイル４２の上側を覆う第１内部層５２ａ及び第２コイル４４の下側を覆う第２内部層５２ｂの厚さは、それぞれ７０〜１２０μｍであることができる。

この際、第１磁性体部５２の第１及び第２内部層５２ａ、５２ｂの厚さがそれぞれ７０μｍ未満であれば、第１磁性体部５２のパス（Ｐａｔｈ）が狭くなって磁束（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｆｌｕｘ）が飽和（Ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ）しやすくなり、その結果、バイアス（Ｂｉａｓ）特性が低下するという問題が発生する可能性がある。

また、第１磁性体部５２の第１及び第２内部層５２ａ、５２ｂの厚さがそれぞれ１２０μｍを超えると、透磁率が低下して、インダクタ１００のインダクタンス値が低下するという問題が発生するおそれがある。

第２磁性体部５１は、Ｔ方向において第１磁性体部５２の第１及び第２内部層５２ａ、５２ｂの外側（上下）にそれぞれ配置される第１及び第２外部層５１ａ、５１ｂを含むことができる。

このような第２磁性体部５１は、第１磁性体部５２の第１磁性体に比べて低い磁束密度（ｌｏｗ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｌｕｘ ｄｅｎｓｉｔｙ）を有する第２磁性体からなる。

この際、上記第２磁性体のＦｅの含有量は７６ａｔ％以下であることができる。上記第２磁性体のＦｅの含有量が７６ａｔ％を超えると、透磁率が低下して、インダクタ１００のインダクタンス値が低下するという問題が発生する可能性がある。

また、上記第２磁性体は、上記第１磁性体に比べてＦｅの含有量が７６ａｔ％以下と低いため、バイアス（Ｂｉａｓ）特性が低下するが透磁率は高くなる。この場合、上記第２磁性体の磁束密度が１．１Ｔ未満の場合はバイアス（Ｂｉａｓ）特性が低下するという問題が発生する可能性があり、上記第２磁性体の磁束密度が１．３Ｔを超えると、透磁率が低下して、インダクタ１００のインダクタンス値が低下するという問題が発生するおそれがある。よって、上記第２磁性体の磁束密度は１．１〜１．３Ｔであることができる。

一方、本実施形態において、第１磁性体部５２の総体積は、コイルの厚さによる直流抵抗（Ｒｄｃ）及びインダクタンス（Ｌｓ）のバランスを考慮して、第２磁性体部５１の総体積に対して３３〜７５％であることができる。

第２磁性体部５１の総体積に対する第１磁性体部５２の総体積が３３％未満であれば、バイアス（Ｂｉａｓ）特性が低下するという問題が発生する可能性があり、第２磁性体部５１の総体積に対する第１磁性体部５２の総体積が７５％を超えると、インダクタ１００のインダクタンス容量が低下するという問題が発生するおそれがある。

本実施形態によるインダクタ１００は、本体５０の表面に配置される第１及び第２外部電極８１、８２をさらに含むことができる。

第１外部電極８１は、本体５０の第３面Ｓ３に配置される。

このような第１外部電極８１は、第１接続部８１ａ及び第１バンド部８１ｂを含むことができる。

第１接続部８１ａは、本体５０の第３面Ｓ３に形成される部分であり、第１コイル４２の第１リード部４２ａの露出している部分と接続される。

第１バンド部８１ｂは、第１接続部８１ａから本体５０の第１及び第２面Ｓ１、Ｓ２と第５及び第６面Ｓ５、Ｓ６の一部まで延在する部分で、第１外部電極８１の固着強度を高める役割を果たす。

第２外部電極８２は、本体５０の第４面Ｓ４に配置される。

このような第２外部電極８２は、第２接続部８２ａ及び第２バンド部８２ｂを含むことができる。

第２接続部８２ａは、本体５０の第４面Ｓ４に形成される部分で、第２コイル４４の第２リード部４４ａの露出している部分と接続される。

第２バンド部８２ｂは、第２接続部８２ａから本体５０の第１及び第２面Ｓ１、Ｓ２と第５及び第６面Ｓ５、Ｓ６の一部まで延在する部分で、第２外部電極８２の固着強度を高める役割を果たす。

このような第１及び第２外部電極８１、８２は、導電性を与えることができる金属で、例えば、金、銀、白金、銅、ニッケル、パラジウム、及びこれらの合金からなる群より選択された一つ以上の金属を含むことができる。

また、第１及び第２外部電極８１、８２の表面には、必要に応じて、ニッケルめっき層（図示せず）またはスズめっき層（図示せず）が形成されることができる。

インダクタは、電流が印加されるとコイルの周りに磁束が発生する。この際、磁束の密度は、コイルの周りが最も強く、コイルから離れるほど次第に小さくなる。

このようなインダクタのバイアス（Ｂｉａｓ）特性を改善するために、コイルの周りに強い磁束が円滑に流れることができるよう、コイルの周りを取り巻く磁性体の磁束密度（単位体積当たりに磁束を通過させることができるキャパシティ（ｃａｐａｃｉｔｙ））を高めることで磁束が飽和しやすくなるようにする必要がある。

本実施形態によるインダクタ１００において、第１磁性体部５２は、Ｆｅの含有量が７８ａｔ％以上と透磁率は低いが高磁束密度を有する第１磁性体からなり、第２磁性体部５１の第２磁性体は、Ｆｅの含有量が７６ｗｔ％以下と透磁率は高いが比較的低い磁束密度及びバイアス特性を有する。

すなわち、インダクタ１００が、磁束の密度が集中しているコイルの周りは高磁束密度を有する組成の第１磁性体で構成され、本体５０の外側カバー領域に対応する第２磁性体部５１は上記第１磁性体より磁束密度は低いが比較的高い透磁率を有する第２磁性体で構成される。

したがって、コイルの周りに集中して流れる磁束の飽和を緩和させ、磁束の飽和電流（Ｂｉａｓ Ｃｕｒｒｅｎｔ）を高めることにより、高電流特性を改善することができ、インダクタンス値が低下することなく、従来の低い磁束密度を有する磁性体のみからなるインダクタに比べて１５〜２０％のバイアス特性の改善効果を奏することができる。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の範囲はこれに限定されず、特許請求の範囲に記載された本発明の技術的思想から外れない範囲内で多様な修正及び変形が可能であるということは、当技術分野の通常の知識を有するものには明らかである。

２０ 支持体
４２、４４ 第１及び第２コイル
４２ａ、４４ａ 第１及び第２リード部
４６ ビア
５０ 本体
５１ 第２磁性体部
５１ａ、５１ｂ 第１及び第２外部層
５２ 第１磁性体部
５１ａ、５２ｂ 第１及び第２内部層
５２ｃ コア
６０ 絶縁膜
８１、８２ 第１及び第２外部電極
８１ａ、８２ａ 第１及び第２接続部
８１ｂ、８２ｂ 第１及び第２バンド部

Claims (17)

1. コイルの上下の第１磁性体部、及び前記第１磁性体部の上下の第２磁性体部を含む本体を含み、
   前記第１磁性体部に含まれる第１磁性体の磁束密度（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｌｕｘ ｄｅｎｓｉｔｙ）が前記第２磁性体部に含まれる第２磁性体の磁束密度に比べてさらに高い、インダクタ。
2. 前記本体の中央にコアが形成され、前記コアが前記第１磁性体を含む、請求項１に記載のインダクタ。
3. 前記第１磁性体のＦｅの含有量が７８〜８３ａｔ％であり、前記第２磁性体のＦｅの含有量が７６ａｔ％以下である、請求項１または２に記載のインダクタ。
4. 前記第１磁性体の磁束密度が１．４〜１．７Ｔであり、前記第２磁性体の磁束密度が１．１〜１．３Ｔである、請求項１から３のいずれか一項に記載のインダクタ。
5. 前記第１磁性体部の総体積が前記第２磁性体部の総体積に対して３３〜７５％である、請求項１から４のいずれか一項に記載のインダクタ。
6. 前記第１磁性体部は、前記コイルの上側及び下側をそれぞれ覆う第１及び第２内部層を含み、前記第１及び第２内部層の厚さがそれぞれ７０〜１２０μｍである、請求項１から５のいずれか一項に記載のインダクタ。
7. 前記コイルは、絶縁材料または磁性材料の基板を含む支持体上に配置される、請求項１から６のいずれか一項に記載のインダクタ。
8. 前記コイルを覆う絶縁膜をさらに含む、請求項１から７のいずれか一項に記載のインダクタ。
9. 前記コイルは、前記支持体において対向する面にそれぞれ配置される第１及び第２コイルを含み、
   前記第１及び第２コイルは、前記本体の外部に露出する第１及び第２リード部をそれぞれ有し、
   前記本体上に第１及び第２外部電極が配置され、前記第１及び第２外部電極は前記第１及び第２リード部とそれぞれ電気的に接続される、請求項７に記載のインダクタ。
10. 中央部にコアホールを有する支持体と、
    前記支持体の上面及び前記コアホールの周りに配置される第１コイルと、
    前記支持体の下面及び前記コアホールの周りに配置され、前記支持体のビアホールを通過するビアを介して前記第１コイルと接続される第２コイルと、
    １．４〜１．７Ｔの第１磁束密度を有し、前記第１コイルの上側の第１内部層、及び前記第１コイルの下側の第２内部層、並びに前記支持体の前記コアホールに形成されるコアを含む第１磁性体部と、
    １．１〜１．３Ｔの第２磁束密度を有し、前記第１磁性体部の前記第１内部層の上側の第１外部層、及び前記第１磁性体部の前記第２内部層の下側の第２外部層を含む第２磁性体部と、を含む、インダクタ。
11. 前記第１磁性体部のＦｅの含有量が７８〜８３ａｔ％であり、前記第２磁性体部のＦｅの含有量が７６ａｔ％以下である、請求項１０に記載のインダクタ。
12. 前記第１磁性体部の総体積が前記第２磁性体部の総体積に対して３３〜７５％である、請求項１０または１１に記載のインダクタ。
13. 前記第１磁性体部の第１及び第２内部層の厚さがそれぞれ７０〜１２０μｍである、請求項１０から１２のいずれか一項に記載のインダクタ。
14. 幅方向及び長さ方向と定義される平面にそれぞれ巻線され、厚さ方向に対して垂直である一つ以上のコイルを含む本体を含み、
    前記本体の厚さ方向に中央部の第１磁束密度が前記本体の厚さ方向に前記中央部の上側または下側の外側部の第２磁束密度に比べてさらに高い、インダクタ。
15. 前記中央部のＦｅの含有量が７８〜８３ａｔ％であり、前記外側部のＦｅの含有量が７６ａｔ％以下である、請求項１４に記載のインダクタ。
16. 前記第１磁束密度を有する前記本体の第１部[0]の総体積が前記第２磁束密度を有する前記本体の第２部の総体積に対して３３〜７５％である、請求項１４または１５に記載のインダクタ。
17. 前記第１磁束密度が１．４〜１．７Ｔであり、前記第２磁束密度が１．１〜１．３Ｔである、請求項１４から１６のいずれか一項に記載のインダクタ。