JP3141893B2 - 平面インダクタ - Google Patents

平面インダクタ

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は平面インダクタに係り、
特に直流重畳特性を改善した平面インダクタに関する。
【0002】
【従来の技術】従来よりスパイラル状導体コイルの両面
を絶縁層を介して強磁性体層で挟んだ構成の平面インダ
クタが知られている。図5(A)及び(B)にこの様な
平面インダクタの一例を示す。なお、同図(A)はこの
平面インダクタの平面図であり、同図(B)は同図
(A)のA−A’線に沿う断面図である。
【0003】図5(A)及び(B)において、スパイラ
ル状導体コイル1は絶縁層3bの両面にスパイラルコイ
ル2a、2bを設け、これらスパイラルコイル2a、2
bをスルーホール4で電気的にかつスパイラルコイル2
a、2bに同方向の電流が流れる様に接続した構造を有
している。ここで、図5(A)中の実線及び破線はそれ
ぞれ絶縁層3bの表面側及び裏面側にあるスパイラルコ
イル2a、2bの中心の軌跡を表わしている。このスパ
イラル状導体コイル1の両面を絶縁層3a、3cを介し
て強磁性体層5a、5bで挟むことにより平面インダク
タが構成されている。以上の各部材からなる平面インダ
クタの端子6a、6b間にインダクタンスが形成され
る。
【0004】前述した平面インダクタは例えばDC−D
Cインバータ等の出力側チョークコイルに適用される。
この場合、平面インダクタには直流が重畳された高周波
電流が流れるので、良好な直流重畳特性が要求される。
ところが、従来の平面インダクタは、直流重畳特性が充
分でないという問題があった。そこで、強磁性体にFe
系非晶質合金等の飽和磁化の高いものを用いることが考
えられるが、大きな直流電流が重畳された際には有効と
は言えなかった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】このように従来の平面
インダクタは直流重畳特性が充分でないという問題があ
った。本発明は、上記問題を考慮したもので、平面イン
ダクタの直流重畳特性の改善を目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段及び作用】上記目的を達成
するために本発明は、スパイラルコイルの両面に絶縁層
を介して複数層からなる強磁性体層を積層してなる平面
インダクタにおいて、前記強磁性体層は、前記スパイラ
ルコイルに電流が流れる方向と平行に(磁束と直角方向
に)一軸磁気容易軸を有する磁気異方性を有し、かつ前
記磁気異方性の大きさが、前記スパイラルコイルとの距
離が前記強磁性体層の積層方向に大きくなるに従い、小
さくなっていることを特徴とする平面インダクタを提供
するものである。
【0007】本発明の平面インダクタにおけるスパイラ
ルコイルは、例えば絶縁層の表面及び裏面にスパイラル
状に導体を設けて各導体をスルーホールを通して接続し
た構造の2層スパイラルコイルが挙げられる。また、端
子の取り出しに支障が生じなければスパイラル状の導体
が一層だけのスパイラルコイルを用いてもよい。また、
スパイラル状の他にもつづら折状のコイルを用いること
ができる。
【0008】前述した構造の平面インダクタはいわゆる
外鉄型であるが、本発明における平面インダクタはこれ
に限定されない。例えば、強磁性体層の積層体の両面に
スパイラルコイルを形成した構造を有する、いわゆる内
鉄型の平面インダクタを構成してもよい。
【0009】また、スパイラルコイルを積層するとイン
ダクタンスは増大するが、この場合スパイラルコイル間
には絶縁層のみを介在させ、強磁性体層を介在させない
ことが望ましい。これは、スパイラルコイル間に強磁性
体層を介在させてもインダクタンスの増大には殆ど寄与
せず、かえって平面インダクタ全体の厚さを増大させて
単位体積当たりの性能を低下させるためである。
【0010】絶縁膜は電気的に絶縁でき、誘電率が低く
1に近いものが好ましく、例えば、ポリイミドやSiO
2 等を用いることができる。また、その厚さは1μm以
上であるのが実用的である。これは、コイルと磁性体の
間に容量成分が生じると、インダクタとしての性能が低
下してしまうためである。しかし、厚すぎると単位体積
当りの性能が低下するので、できるだけ薄いことが望ま
しい。
【0011】本発明における複数の強磁性体層には、F
e系非晶質合金やCo系非晶質合金等を用いることがで
き、その形成方法は特に限定はされず、非晶質薄帯等の
箔を用いてもスパッタ、CVD等公知の成膜手法を用い
て絶縁膜により分離形成された膜を用いてもよい。その
とき、各層の厚さは100μm以下であることが望まし
い。これは一般に平面インダクタをDC−DCコンバー
タ等に適用して10kHz以上の周波数帯で使用する
際、強磁性体層の厚さが100μmを超えると表皮効果
により磁束は内部まで入らなくなり強磁性体層の厚さが
増加した割にはインダクタンスは増加せず、単位体積当
りのインダクタンスはかえって低下し、インダクタの性
能が低下するためである。また、高周波に用いる際は、
各強磁性体層はSiO2 等の絶縁膜により分離されてい
ることが好ましい。
【0012】本発明において、強磁性体層を複数とする
ことにより大きな直流電流が重畳された際にも良好な直
流重畳特性を得ることができる。このときコイルから遠
い所にある強磁性体層に流れる磁束に対する磁路は、コ
イルに近い所にある強磁性体層に流れる磁束に対する磁
路よりも長くなるため、もし両者の厚さと透磁率が同じ
ならば、後者の磁気抵抗は前者の磁気抵抗よりも小さく
なり、磁束の大部分はコイルに一番近い強磁性体層を流
れ、コイルから遠い所にある強磁性体層が有効に生かさ
れず、インダクタンスは向上しない。
【0013】そこで、本発明における複数の強磁性体層
は、スパイラルコイルと組み合わせて平面インダクタを
構成した時に磁束の方向と直角の方向、即ち周囲方向に
一軸磁気容易軸を有する磁気異方性が付与されており、
該強磁性体層がスパイラルコイルから離れるにつれてそ
れぞれに付与されている磁気異方性の大きさが順次小さ
くなっている。ここで、直角方向の直角には直角近傍も
含み、直角方向成分を有していれば有効である。すなわ
ち、コイルから遠い所にある強磁性体層の透磁率がコイ
ルに近い所にある強磁性体層のそれよりも大きくしてお
けば前者の磁気抵抗も小さくなり、磁束は両者を通って
流れるので、全体の磁気抵抗は低下し各々の層が有効に
生かされてインダクタンスは大きくなる。一方実効透磁
率μは磁束と直角な方向に導入した磁気異方性の大きさ
Kに反比例するので(μ=2πMs2 /K±δ、4πM
s;飽和磁化)、コイルに一番近い所にある強磁性体層
から順にコイルから離れるにつれて強磁性体層のKを小
さくして行けばコイルから離れるにつれて強磁性体層の
μは順に大きくなり、インダクタンスの直流重畳特性の
改善と同時にインダクタンスの値そのものも大きくする
ことが出来る。また、本発明において、強磁性体層の飽
和磁化4πMsは、良好な直流重畳特性を得るためには
大きいことが望ましく、好ましくは10kG以上がよ
い。
【0014】上述したような磁気異方性を得る方法とし
ては、例えば強磁性体層の中央部に穴を開けて導線を通
し、それに直流電流を流しながら磁場中熱処理を施して
付与する方法や、レーザパターニング等によって付与す
る方法や、又強磁性体層内に磁束と直角方向に磁気ギャ
ップを複数個導入して付与する方法を挙げることが出来
る。レーザパターニング等による場合には、例えば強磁
性体層の一部に選択的にレーザ等の加熱用エネルギービ
ームを照射して、照射しない領域と磁気特性の異なる領
域を形成することにより磁気異方性を付与すれば良い。
又、このようにこれら強磁性体層に磁束と直角方向に一
軸容易軸を有する磁気異方性を付与しておけば直流重畳
特性は改善されると同時に、回転磁化が主体となるため
高周波損失を低減し、高周波特性も改善される。
【0015】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。 実施例1
【0016】図1(A)及びA−A’断面を(B)に示
すように、先ず、絶縁層として25μm厚のポリイミド
フィルム3bを用い、その両面に100μm厚のCu箔
を両張りして中央部のスルーホール4を通して接続した
両面FPC板(フレキシブルプリント回路板)を用意
し、両面のCu箔をエッチングして外周部の寸法が11
mm×11mm、コイル線幅200μm、コイルピッチ
250μm、コイル巻線数40回(各面20回)のスパ
イラルコイル2a、2bに加工して平面状コイル1を作
製した。
【0017】一方、単ロール法により作製された、Fe
67Co18Si1 14なる組成を有し、平均厚16μm、
幅25μmの強磁性非晶質合金薄帯から1辺の長さ15
mmの正方形状の箔を切り出し、その表面(自由面)に
YAGレーザを用いて図2(a)に示すようなパターン
でビーム径50μmのレーザビームを、ピッチを0.5
mm、1mm、2mmの3水準に変えて10m/mi
n.の走査速度で照射し、図2(b)に示すような箔の
周囲方向に一軸容易軸を有し、磁気異方性エネルギーの
異なるA、B、Cの3種の強磁性体箔を作製した。な
お、これら3種の強磁性体箔に付与された磁気異方性エ
ネルギーの大きさはA:1×104 erg/cc、B:
5×103 erg/cc、C:2×103 erg/cc
であった。
【0018】次いで、平面状コイル1の両面を、絶縁層
3a、3cとして用いた7μm厚のポリイミドフィルム
を介して、強磁性体箔を平面状コイル1に近い方から
A、B、Cの順に積層して強磁性体層5a〜fを形成す
ることにより平面インダクタを作製した。 比較例1
【0019】実施例1において用いたものと同じスパイ
ラルコイルの両面に7μm厚のポリイミドフィルムを介
して強磁性体箔Aを3枚積層して強磁性体層5a〜fを
形成し、平面インダクタを作製した。 実施例2
【0020】単ロール法により作製された、(Co0.8
Fe0.2 78Si8 14なる組成を有し、平均厚16μ
m、幅25mmの非晶質合金を強磁性体箔に用いたこと
以外は実施例1と同様にして平面インダクタを作製し
た。なお、3種の強磁性体箔A’、B’、C’に付与さ
れた磁気異方性エネルギーの大きさはA’:4×103
erg/cc、B’:2×103 erg/cc、C’:
1×103 erg/ccであった。 比較例2
【0021】強磁性体箔Aの代わりに強磁性体箔A’を
用いたこと以外は比較例1と同じ方法で平面インダクタ
を作製した。これら実施例1及び比較例1で作製した平
面インダクタについて、インダクタンスLの直流重畳特
性を測定した結果を図3に、実施例2及び比較例2で作
製した平面インダクタについて、インダクタンスLの直
流重畳特性を測定した結果を図4に示す。これらの図か
ら明かなように、本発明によれば平面インダクタのLの
低下を伴うこと無く直流重畳特性は改善される。
【0022】
【発明の効果】以下詳述したように本発明によれば、イ
ンダクタンスが高く、直流重畳特性において優れた平面
インダクタを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 (a)実施例に係る平面インダクタの平面
図、(b)(a)のA−A’断面図。
【図2】 (a)実施例に係るレーザ照射のパターンを
示す図、(b)実施例に係るレーザ照射により得られた
磁気異方性の方向を示す図。
【図3】 実施例1、比較例1で作製した平面インダク
タの特性を示す図。
【図4】 実施例2、比較例2で作製した平面インダク
タの特性を示す図。
【図5】 従来の平面インダクタを示す図。
【符号の説明】
1…平面状コイル 2a、2b…スパイラルコイル 3a、3b、3c、3d、3e、3f、3g…絶縁層 4…スルーホール 5a、5b、5c、5d、5e、5f…強磁性体層 6a、6b…端子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐橋 政司 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株式会社東芝 総合研究所内 (56)参考文献 特開 平1−318212(JP,A) 特開 昭49−78877(JP,A) 特開 昭62−149407(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01F 17/00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】スパイラルコイルの両面に絶縁層を介して
    複数層からなる強磁性体層を積層してなる平面インダク
    タにおいて、前記強磁性体層は、前記スパイラルコイル
    に電流が流れる方向と平行に一軸磁気容易軸を有する磁
    気異方性を有し、且つこの磁気異方性の大きさは、前記
    スパイラルコイルとの距離が前記強磁性体層の積層方向
    大きくなるに従い小さくなっていることを特徴とする
    平面インダクタ。
  2. 【請求項2】スパイラルコイルの両面に絶縁層を介して
    複数層からなる強磁性体層を積層してなる平面インダク
    タにおいて、前記強磁性体層は複数の領域に分割され、
    この複数の領域内でそれぞれ前記スパイラルコイルに電
    流が流れる方向と平行に一軸磁気容易軸を有する磁気異
    方性を有し、且つこの磁気異方性の大きさは、前記スパ
    イラルコイルとの距離が前記強磁性体層の積層方向に
    きくなるに従い小さくなっていることを特徴とする平面
    インダクタ。
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