JP4539630B2

JP4539630B2 - 積層型インダクタ

Info

Publication number: JP4539630B2
Application number: JP2006253263A
Authority: JP
Inventors: 正純荒田; 重俊木内; 多之鈴木; 篤佐々木; 守川内; 斉工藤; 真吉野
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2006-09-19
Filing date: 2006-09-19
Publication date: 2010-09-08
Anticipated expiration: 2026-09-19
Also published as: JP2008078229A

Description

本発明は、積層型インダクタに関する。

この種の積層型インダクタとして、コイルを形成する導体と絶縁体とが積層されてなる積層体を備えており、積層体が、高透磁率の磁性体からなる複数の第一の絶縁体と、積層体の内層に配置された低透磁率の磁性体又は非磁性体からなる少なくとも１つ以上の第二の絶縁体とが積層されることにより形成されているものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１に記載された積層型インダクタでは、第一の絶縁体及び第二の絶縁体にそれぞれ導体が形成されており、導体が第二の絶縁体を挟持するように構成されている。
特開２００１−４４０３７号公報

積層型インダクタにおいては、大きな直流電流を流してもインダクタンス値の低下が少ない、直流重畳特性の良好なものが求められている。

ここで、低透磁率の磁性体又は非磁性体からなる絶縁体のみで積層体を形成して積層型インダクタとした場合には、直流電流を流してもインダクタンス値の低下は生じないが、透磁率が低いために初期インダクタンス値を高くすることができない。一方、高透磁率の磁性体からなる絶縁体のみで積層体を形成して積層型インダクタとした場合には、初期インダクタンス値を高くすることはできるが、磁気飽和現象により直流電流を流した際のインダクタンス値の低下が大きい。これらの理由から、上記特許文献１に記載された従来の積層型インダクタでは、透磁率の異なる２種類の絶縁体を用いて、直流重畳特性の改善を図っている。

しかしながら、従来の積層型インダクタでは、導体が低透磁率の磁性体又は非磁性体からなる第二の絶縁体を挟むように積層体内に形成され、導体が第二の絶縁体に接触している。そのため、導体に電流を流した場合、導体から発生した磁束が第二の絶縁体に接触している部分において阻害されてしまう。この結果、従来の積層型インダクタでは、インダクタンス値が低下してしまい、直流重畳特性の改善が十分でないという問題があった。

上記事情に鑑み、本発明は、初期インダクタンス値が高く、直流重畳特性の改善を十分に図ることが可能な積層型インダクタを提供することを目的とする。

本発明に係る積層型インダクタは、磁性体層と導体パターンとが積層され内部にコイルが形成される複数の磁性体部と、非磁性体部と、が積層されてなる積層体を備え、非磁性体部は、各磁性体部の間であって、積層体におけるコイルの軸心方向に交わる面の全面にわたり設けられ、磁性体部は、積層方向において互いに対向する導体パターンの間に、当該導体パターンに接触すると共に、導体パターンの延びる方向に沿って設けられる非磁性体パターンを有することを特徴とする。

本発明に係る積層型インダクタでは、各コイルがそれぞれ各磁性体部内に設けられ、各磁性体部が非磁性体部によって隔てられている。このため、積層型インダクタが全て磁性体で形成され、その内部にコイルが設けられている場合に比べて、各磁性体部内に存在する各コイルのターン数が少なくなり、コイルに電流が流れることにより発生する磁界の大きさが小さくなる。この結果、各磁性体部において磁気飽和が抑制されることとなり、本発明に係る積層型インダクタに大きな電流を流した場合でもインダクタンス値の低下が抑えられ、直流重畳特性の改善を図ることができる。さらに、本発明に係る積層型インダクタでは、非磁体パターンが、各コイルを形成する複数の導体パターンの層間に、導体パターンに接触し、導体パターンの巻回方向に沿って形成されている。このため、各磁性体部においてコイル付近に生ずる自己ループの磁束を効果的に遮断することができる。この結果、さらに直流重畳特性の改善を図ることができる。

本発明によれば、初期インダクタンス値が高く、直流重畳特性の改善を十分に図ることが可能な積層型インダクタを提供することができる。

本発明の知見は、例示のみのために示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解することができる。引き続いて、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。

本発明の実施形態に係る積層型インダクタについて、図面を参照して説明する。なお、説明において、また、説明中、「上」、「右」及び「左」なる語を使用することがあるが、これは各図の上方向、右方向及び左方向に対応したものである。

図１及び図２を参照して、実施形態に係る積層型インダクタＬ１の構成について説明する。図１は、本発明に係る積層型インダクタの斜視図である。図２は、実施形態に係る積層型インダクタの断面構成を説明するための図である。実施形態に係る積層型インダクタＬ１は、後述する印刷積層工法によって形成される。

積層型インダクタＬ１は、図１に示されるように、略直方体形状の積層体１と、積層体１の長手方向の両端面にそれぞれ形成された一対の端部電極２，３とを備える。なお、積層型インダクタＬ１の底面は、積層型インダクタＬ１が外部基板（図示せず）に実装されたときに、当該外部基板に対向する面である。

積層体１は、磁性体グリーン層Ａ１〜Ａ１４が所定のパターンでスクリーン印刷されて順次積層される印刷積層工法によって形成された複数（本実施形態では４つ）の磁性体部４と、非磁性体グリーン層Ｂ１〜Ｂ６が所定のパターンでスクリーン印刷されて順次積層される印刷積層工法によって形成された複数（本実施形態では３つ）の非磁性体層（非磁性体部）５とにより構成されている。

各磁性体部４は、導体パターンＣ１〜Ｃ１６からなるコイル１１〜１４と、積層方向に互いに対向する導体パターンＣ１〜Ｃ１６の間に設けられる非磁性体パターンＤ１〜Ｄ８と、を内部にそれぞれ有している。また、各磁性体部４は、後述するように磁性体グリーン層Ａ１〜Ａ１４が印刷積層された後に焼成することで形成され、電気絶縁性を有する絶縁体として機能する。磁性体グリーン層Ａ１〜Ａ１４の材料としては、フェライト（例えば、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライト）を用いることができる。

コイル１１〜１４は、導体パターンＣ１〜Ｃ４、導体パターンＣ５〜Ｃ８、導体パターンＣ９〜Ｃ１２又は導体パターンＣ１３〜Ｃ１６がそれぞれ印刷積層されて重畳し、積層方向に隣り合う導体パターンＣ１〜Ｃ４、導体パターンＣ５〜Ｃ８、導体パターンＣ９〜Ｃ１２又は導体パターンＣ１３〜Ｃ１６の端部同士がそれぞれ電気的に接続されることにより形成される。また、積層方向に隣り合うコイル１１〜１４同士は、接続電極（図示せず）によってそれぞれ電気的に接続されている。さらに、コイル１１の一部である導体パターンＣ１の導体パターンＣ２と電気的に接続されている一端と反対側の他端には、導出部（図示せず）が一体的に形成されている。導体パターンＣ１の導出部は、積層体１の長手方向に位置する側面まで引き出され、端部電極２と電気的に接続されている。また、コイル１４の一部である導体パターンＣ１６の導体パターンＣ１５と電気的に接続されている一端と反対側の他端には、導出部（図示せず）が一体的に形成されている。導体パターンＣ１６の導出部は、積層体１の長手方向に位置する側面まで引き出され、端部電極３と電気的に接続されている。

非磁性体パターンＤ１〜Ｄ８は、積層方向（コイル１１〜１４の軸方向）に隣接する導体パターンＣ１〜Ｃ１６に挟まれると共に、これら積層方向に隣接する導体パターンＣ１〜Ｃ１６に接触するように設けられる。また、非磁性体パターンＤ１〜Ｄ８は、各導体パターンＣ１，Ｃ２，Ｃ５，Ｃ６，Ｃ９，Ｃ１０，Ｃ１３，Ｃ１４上に、これら各導体パターンＣ１，Ｃ２，Ｃ５，Ｃ６，Ｃ９，Ｃ１０，Ｃ１３，Ｃ１４の形成方向に沿ってそれぞれ印刷積層され形成される。また、非磁性体パターンＤ１〜Ｄ８の幅は、積層方向に隣接する導体パターンＣ１〜Ｃ１６の幅よりも狭くなるように形成される。すなわち、非磁性体パターンＤ１〜Ｄ８は、積層体１の積層方向からみて導体パターンＣ１〜Ｃ１６が形成される領域の内部に形成されている。このため、各磁性体部４内に占める非磁性体部分の体積が小さいので、初期インダクタンス値の低下を抑えることができる。また、非磁性体パターンＤ１〜Ｄ８は、焼成後に絶縁性を有する絶縁体として機能する。非磁性体パターンとしては、フェライト（例えば、Ｃｕ−Ｚｎ系フェライト）を用いることができる。

各非磁性体層５は、各磁性体部４の間に挟まれるように位置し、各コイル１１〜１４同士をそれぞれ電気的に接続する接続導体（図示せず）を内部にそれぞれ有している。また、本実施形態においては、各非磁性体層５は、コイル１１〜１４と接触するように設けられているが、コイル１１〜１４と接触しないように設けてもよい。この場合には、各コイル１１〜１４と各非磁性体層５との間には、磁性体層が設けられることになる。また、各磁性体部４同士を接触させないように、各非磁性体層５は、これに隣接する各磁性体部４の積層面（すなわち、積層体１におけるコイル１１〜１４の軸心方向に交わる面）の全体にわたって形成されている。各非磁性体層５は、後述するように非磁性体グリーン層Ｂ１〜Ｂ６が印刷積層された後に焼成することで形成され、電気絶縁性を有する絶縁体として機能する。非磁性体グリーン層Ｂ１〜Ｂ６としては、非磁性体パターンと同様にフェライト（例えば、Ｃｕ−Ｚｎ系フェライト）を用いることができる。

以上のように、本実施形態に係る積層型インダクタＬ１においては、各コイル１１〜１４がそれぞれ各磁性体部４内に設けられ、各磁性体部４が非磁性体部５によって隔てられている。このため、積層型インダクタが全て磁性体で形成され、その内部にコイルが設けられている場合に比べて、各磁性体部内に存在する各コイルのターン数が少なくなり、コイル１１〜１４に電流が流れることにより発生する磁界の大きさが小さくなる。この結果、各磁性体部４において磁気飽和が抑制されることとなり、本発明に係る積層型インダクタＬ１に大きな電流を流した場合でもインダクタンス値の低下が抑えられ、直流重畳特性の改善を図ることができる。さらに、本発明に係る積層型インダクタＬ１では、非磁体パターンＤ１〜Ｄ８が、各コイルを形成する複数の導体パターンＣ１〜Ｃ１６の層間に、導体パターンＣ１〜Ｃ１６に接触し、導体パターンＣ１〜Ｃ１６の巻回方向に沿って形成されている。このため、磁性体部４においてコイルコイル１１〜１４付近に生ずる自己ループの磁束を効果的に遮断することができる。この結果、さらに直流重畳特性の改善を図ることができる。

次に、図３〜図１７を参照して、上述した構成の積層型インダクタＬ１の製造方法について説明する。図３〜図１７は、それぞれ印刷積層工法における積層型インダクタの製造工程の一工程を示す斜視図である。

まず、上述したＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライト等の磁性体粉末、バインダ及び溶剤等を混練して、磁性体グリーン層Ａ１〜Ａ１４の原料となる磁性体ペーストを生成する。また、上述したＣｕ−Ｚｎ系フェライト等の非磁性体粉末、バインダ及び溶剤等を混練して、非磁性体グリーン層Ｂ１〜Ｂ６及び非磁性体パターンＤ１〜Ｄ８の原料となる非磁性体ペーストを生成する。さらに、Ａｇ等の金属粉末、バインダ及び用材等を昆練して、導体パターンＣ１〜Ｃ１６及び導出部Ｃ１ａ，Ｃ１６ａの原料となる導体ペーストを生成する。

次に、以上のようにして得られた磁性体ペーストをシート状に印刷して、磁性体グリーン層Ａ１を形成する（図３参照）。そして、この磁性体グリーン層Ａ１の表面に導体ペーストを略Ｌ字状に印刷してコイル１１の略１／２ターンに相当する導体パターンＣ１を形成し、磁性体グリーン層Ａ１の縁に引き出されるように導体ペーストを略矩形状に印刷して導出部Ｃ１ａを導体パターンＣ１と一体的に形成する（図４参照）。続いて、導体パターンＣ１の一部が表面に露出すると共に、中間体の表面の略右半分を覆うように磁性体ペーストを印刷して、磁性体グリーン層Ａ２を形成する（図５参照）。続いて、導体パターンＣ１の導出部Ｃ１ａが形成されている一端と反対側の他端に導体パターンＣ２の一端が重なるように導体ペーストを略Ｌ字状に印刷して、磁性体グリーン層Ａ１，Ａ２上にコイル１１の略１／２ターンに相当する導体パターンＣ２を形成する（図６参照）。

次に、磁性体グリーン層Ａ１上に形成された、導体パターンＣ１と導体パターンＣ２とに沿って非磁性体ペーストを略Ｉ字状に印刷して、導体パターンＣ１，Ｃ２上に非磁性体パターンＤ１を形成する（図７参照）。そして、導体パターンＣ２の一部と非磁性体パターンＤ１とが表面に露出するように、中間体の表面における左側の略２／３の領域を、磁性体ペーストを印刷して、磁性体グリーン層Ａ３を形成する（図８参照）。ここで、磁性体グリーン層Ａ３の表面よりも非磁性体パターンＤ１の表面が低くなるような段差がある場合は、さらに非磁性体パターンＤ１に重なるように非磁性体ペーストを印刷しても良い。続いて、磁性体グリーン層Ａ３から露出している非磁性体パターンＤ１が覆われると共に、導体パターンＣ２の導体パターンＣ１と接続されている一端と反対側の他端に導体パターンＣ３の一端が重なるように導体ペーストを略Ｌ字状に印刷して、磁性体グリーン層Ａ２，Ａ３上にコイル１１の略１／２ターンに相当する導体パターンＣ３を形成する（図９参照）。

次に、磁性体グリーン層Ａ２上に形成された、導体パターンＣ２と導体パターンＣ３とに沿って非磁性体ペーストを略Ｉ字状に印刷して、導体パターンＣ２，Ｃ３上に非磁性体パターンＤ２を形成する（図１０参照）。そして、導体パターンＣ３の一部と非磁性体パターンＤ２とが表面に露出するように、中間体の表面における右側の略２／３の領域を、磁性体ペーストを印刷して、磁性体グリーン層Ａ４を形成する（図１１参照）。ここで、磁性体グリーン層Ａ４の表面よりも非磁性体パターンＤ２の表面が低くなるような段差がある場合は、さらに非磁性体パターンＤ２に重なるように非磁性体ペーストを印刷しても良い。続いて、磁性体グリーン層Ａ４から露出している非磁性体パターンＤ２が覆われると共に、導体パターンＣ３の導体パターンＣ２と接続されている一端と反対側の他端に導体パターンＣ４の一端が重なるように導体ペーストを略Ｌ字状に印刷して、磁性体グリーン層Ａ３，Ａ４上にコイル１１の略１／２ターンに相当する導体パターンＣ４を形成する（図１２参照）。

次に、導体パターンＣ４の一部が表面に露出すると共に、中間体の表面における左側の略２／３の領域を覆うように非磁性体ペーストを印刷して、非磁性体グリーン層Ｂ１を形成する（図１３照）。そして、導体パターンＣ４の導体パターンＣ３と接続されている一端と反対側の他端に導体パターンＣ５の一端が重なるように導体ペーストを略Ｌ字状に印刷して、磁性体グリーン層Ａ４，Ｂ１上にコイル１２の略１／２ターンに相当する導体パターンＣ５を形成する（図１４参照）。続いて、導体パターンＣ５の一部が表面に露出すると共に、中間体の表面における右側の略２／３の領域を覆うように非磁性体ペーストを印刷して、非磁性体グリーン層Ｂ２を形成する（図１５参照）。続いて、導体パターンＣ５の導体パターンＣ４と接続されている一端と反対側の他端に導体パターンＣ６の一端が重なるように導体ペーストを略Ｌ字状に印刷して、非磁性体グリーン層Ｂ１，Ｂ２上にコイル１２の略１／２ターンに相当する導体パターンＣ６を形成する（図１６参照）。

以上のように、磁性体グリーン層、導体パターン、非磁性体パターン、非磁性体グリーン層を形成する工程を繰り返し、最終的に最上層に磁性体ペーストを印刷して、磁性体グリーン層Ａ１４を形成してグリーン積層体を得る（図１７参照）。

続いて、グリーン積層体を大気中、所定温度（例えば、８４０〜９００℃程度）で焼成して積層体１を形成する。

次に、この積層体１に端部電極２，３を形成する。これにより、積層型インダクタＬ１が形成されることとなる。端部電極２，３は、積層体１の長手方向の両端面にそれぞれ銀、ニッケル又は銅を主成分とする電極ペーストを塗布して、所定温度（例えば、６８０〜７４０℃程度）で焼付けを行い、さらに電気めっきを施すことにより形成される。この電気めっきには、Ｃｕ、Ｎｉ及びＳｎ等を用いることができる。

以下、実施例によって本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

（実施例）
磁性体材料にＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライトを用い、非磁性体材料にＣｕ−Ｚｎ系フェライトを用いて、印刷積層工法により、図２に示される全体としてのターン数が略８．５ターンとなる導体パターンの積層型インダクタＬ１を作製した。

（比較例）
比較例としては、磁性体材料にＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライトを用い、材料非磁性体にＣｕ−Ｚｎ系フェライトを用いて、印刷積層工法により、図１８に示される全体としてのターン数が略８．５ターンとなる導体パターンの積層型インダクタＬ２を作製した。ここで、比較例１に係る積層型インダクタＬ２の構造は、磁性体部内であって、積層方向において互いに対向する複数の導体パターンの間に、非磁性体パターンが形成されていない点で図１に示す実施例に係る積層型インダクタＬ１と異なる。

上記した実施例に係る積層型インダクタ及び比較例に係る積層型インダクタについて、直流重畳特性を評価した。評価結果を図１９に示す。

図１９は、実施例及び比較例に係る積層型インダクタにおけるインダクタンス値の変化を示す図である。なお、図１９において、曲線ａが実施例に係る積層型インダクタのインダクタンス値の変化であり、曲線ｂが比較例に係る積層型インダクタのインダクタンス値の変化である。

図１９に示されるように、実施例に係る積層型インダクタ及び比較例に係る積層型インダクタの初期インダクタンス値は、それぞれ、３．０μＨと同等であるのに対し、１Ａの電流を通電したときのインダクタンス値は、それぞれ、１．８μＨ，１．４μＨと、実施例に係る積層型インダクタのインダクタンス値の方が高い値を示した。したがって、実施例に係る積層型インダクタでは、比較例に係る積層型インダクタと略同一の初期インダクタンス値を実現しつつ、１Ａの電流を通電したときにおけるインダクタンス値を２５％程度向上させることができ、直流重畳特性の改善に有効であることが確認された。

本発明に係る積層型インダクタの斜視図である。実施形態に係る積層型インダクタの断面構成を説明するための図である。実施形態に係る積層型インダクタの製造工程の一工程を示す斜視図である。図３の後続の工程を示す斜視図である。図４の後続の工程を示す斜視図である。図５の後続の工程を示す斜視図である。図６の後続の工程を示す斜視図である。図７の後続の工程を示す斜視図である。図８の後続の工程を示す斜視図である。図９の後続の工程を示す斜視図である。図１０の後続の工程を示す斜視図である。図１１の後続の工程を示す斜視図である。図１２の後続の工程を示す斜視図である。図１３の後続の工程を示す斜視図である。図１４の後続の工程を示す斜視図である。図１５の後続の工程を示す斜視図である。図１６の後続の工程を示す斜視図である。実施例及び比較例に係る積層型インダクタにおけるインダクタンス値の変化を示す図である。比較例に係る積層型インダクタの断面構成を説明するための図である。

符号の説明

１…積層体、２，３…端部電極、４…磁性体部、５…非磁性体層（非磁性体部）、１１〜１４…コイル、Ａ１〜Ａ１４…磁性体グリーン層、Ｂ１〜Ｂ６…非磁性体グリーン層、Ｃ１〜Ｃ１６…導体パターン、Ｄ１〜Ｄ８…非磁性体パターン、Ｌ１，Ｌ２…積層型インダクタ。

Claims

磁性体層と導体パターンとが積層され内部に矩形状に巻回されたコイルが形成される複数の磁性体部と、非磁性体部と、が積層されてなる積層体を備え、
前記非磁性体部は、前記各磁性体部の間であって、前記積層体における前記コイルの軸心方向に交わる面の全面にわたり設けられ、
前記磁性体部は、積層方向において互いに対向する前記導体パターンの間に、当該導体パターンに接触すると共に、前記導体パターンの延びる方向に沿って設けられる非磁性体パターンを有し、
前記コイルの四辺のそれぞれを構成する前記導体パターンのうち、互いに平行をなす一対の辺を構成する一方の対の導体パターンにはそれぞれ段差が設けられており、前記一方の対の導体パターンと直交すると共に互いに平行をなす一対の辺を構成する他方の対の導体パターンにはいずれも段差が設けられておらず、
前記非磁性体パターンは、前記段差を回避するように前記他方の対の導体パターン側に対してのみ設けられることを特徴とする積層型インダクタ。
磁性体層と導体パターンとが積層され内部に矩形状に巻回されたコイルが形成される複数の磁性体部と、非磁性体部と、が積層されてなる積層体を備える積層型インダクタの製造方法であって、
第１磁性体グリーン層を形成する工程と、
前記第１磁性体グリーン層上に前記コイルの第１辺を構成する第１導体パターンを形成する工程と、
前記第１磁性体グリーン層上に、前記第１辺を構成する前記第１導体パターンが露出するように第２磁性体グリーン層を形成する工程と、
前記第１磁性体グリーン層上及び前記第２磁性体グリーン層上に前記第１辺を構成する前記第１導体パターンと直交する前記コイルの第２辺を構成する第２導体パターンを形成し、前記第２磁性体グリーン層上に前記第１辺を構成する前記第１導体パターンと平行をなす前記コイルの第３辺を構成する第３導体パターンを形成する工程と、
前記第１辺を構成する前記第１導体パターンの延びる方向に沿って、当該前記第１辺を構成する前記第１導体パターン上に第１非磁性体パターンを形成する工程と、
前記第１磁性体グリーン層及び前記第２磁性体グリーン層上に、前記第１非磁性体パターンの表面が露出すると共に、前記第３辺を構成する前記第３導体パターンが露出するように第３磁性体グリーン層を形成する工程と、
前記第２磁性体グリーン層上及び前記第３磁性体グリーン層上に前記第２辺を構成する前記第２導体パターンと平行をなす前記コイルの第４辺を構成する第４導体パターンを形成し、前記第３磁性体グリーン層上に、前記第１非磁性体パターンの表面を覆うように前記第１辺を構成する第５導体パターンを形成する工程と、
前記第３辺を構成する前記第３導体パターンの延びる方向に沿って、当該前記第３辺を構成する前記第３導体パターン上に第２非磁性体パターンを形成する工程と、
前記第２磁性体グリーン層及び前記第３磁性体グリーン層上に、前記第２非磁性体パターンの表面が露出すると共に、前記第１辺を構成する前記第５導体パターンが露出するように第４磁性体グリーン層を形成する工程と、
前記第３磁性体グリーン層上及び前記第４磁性体グリーン層上に前記第２辺を構成する第６導体パターンを形成し、前記第４磁性体グリーン層上に、前記第２非磁性体パターンの表面を覆うように前記第３辺を構成する第７導体パターンを形成する工程と、
前記第３磁性体グリーン層上及び前記第４磁性体グリーン層上に、前記積層体における前記コイルの軸心方向に交わる面の全面にわたり非磁性体グリーン層を形成する工程、とを有する積層型インダクタの製造方法。