JP5763747B2 - 小型のパワーインダクタ及び製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、一般に磁性コアを含む電気部品の製造に関し、特に磁性コア及び導電性のコイル巻線を有する表面実装の電気部品の製造に関する。

インダクタ及び変成器を含むがこれらに限定されない様々な磁性部品は、磁性コアの周囲に配置される少なくとも一つの導電性の巻線を含む。そのような部品は、電子デバイスを含むがこれに限定されない電気的システムにおいて電力管理デバイスとして用いることができる。電子部品実装における進歩により、電子デバイスのサイズの劇的な縮小が可能となってきている。このように、近年の携帯用電子デバイスは、特にスリムであり、薄いプロファイル又は厚さを有すると称されることもある。

本発明に従った、磁性部品に係る斜視図である。 図１に示されるデバイスの分解図である。 図２に示されるデバイスの一部の部分的な分解図である。 部分的に組み合わされた状態における、図１に示されるデバイスの他の分解図である。 図１〜図４に示される部品の製造方法に係る方法のフローチャートである。 例示的実施形態に従った、予め形成されたコイルと少なくとも一つの磁性粉シートを有する小型のパワーインダクタの上部側からの斜視図及び分解図である。 例示的実施形態に従った、図６Ａに表された小型のパワーインダクタの斜視透視図である。

高度に競争の激しい電子機器製造ビジネスにおいて、電気部品の製造処理は、コストを低減する手段として精査されてきた。製造される部品が低コストであり、高容量の部品である場合、製造コストの低減は特に望ましい。高容量の部品において、製造コストのいくらかの低減は、当然、重要である。本明細書では、製造コストは材料費及び人件費に言及し、製造コストの低減は消費者及び製造者に同様に有益である。したがって、部品のサイズの増大、及びプリント回路基板上の空きスペースの過度の占有を伴わずに、回路基板への適用のために、効率性が向上され、製造可能性が改善された磁性部品を提供することが望ましい。

例えば携帯電話、携帯情報端末（ＰＤＡ）装置及び他の装置等の携帯型の電子装置を含むがこれらに限定されない新しい製造物に必要な薄いプロファイルのスペースに適合する磁性部品の小型化は、多くの試みと困難を提示する。特に、そのような装置に係る付加的な機能性を提供することが現在一般的である、積み重ねられた回路基板を有する装置にとって、その装置のサイズについての全ての薄いプロファイルの要件を満たす基板の間の隙間の低減は、従来の回路基板部品が全く満たすことができない実質的な制約、又は、従来技術を望ましくなく高価に適合デバイスを製造する状態にしている実質的な制約を負わされている。

当技術における上記の不利な点は、本発明によって効果的に克服される。以下に記載される発明の例示的実施形態にかかる発明の側面の十分な理解のために、本明細書の開示はセクションに分けられる。パートＩは、従来の磁性部品及びそれらの不利な点の紹介である。パートＩＩは、本発明に従った部品デバイスと、その製造方法の例示的実施形態を開示する。パートＩＩＩは、本発明に従ったモジュール部品デバイスと、その製造方法の例示的実施形態を開示する。

Ｉ．薄いプロファイルの磁性部品の紹介

従来、インダクタ及び変成器を含むがこれらに限定されない磁性部品は、磁性コアの周囲に配置される導電性の巻線を利用している。回路基板に適用するための既存の部品において、磁性部品は、ドラムと称されることもある、薄いプロファイルの磁性コアにらせん状に巻き付けられる良好な導線で製造することができる。しかしながら、小さいコアでは、ドラムの周囲に導線を巻き付けることは困難である。例示的な取り付けでは、０．６５ｍｍより短い高さの薄いプロファイルを有する磁性部品が望まれる。このサイズのコアに導線コイルを適用する試みは、部品の製造コストを増大させる傾向にあり、より低いコストへのソリューションが望まれる。

高温有機誘電基板（例えばＦＲ−４フェノール又は他の材料）における堆積金属化技術、並びに、ＦＲ４基板、セラミック基板材料、回路基板材料、フェノール及び他の硬質基板上にコイル及びコアを形成するための様々なエッチング技術及び形成技術を用いて、チップインダクタと称されることもある、薄いプロファイルの磁性部品を製造するように取り組みがなされている。しかしながら、上記のチップインダクタを製造するための上記の公知の技術は、複雑な多段ステップの製造処理及び複雑化された制御を含む。特定の製造ステップにおける上記の処理の複雑さを低減させ、その結果、必要な時間及び上記のステップと関連する作業を低減させることが好ましい。さらに、製造コストを低減するように、幾つかの処理のステップを完全に取り除くことが好ましい。

ＩＩ．統合されたコイル層を有する磁性デバイス

図１は、本発明の利点が明示される磁性部品又はデバイス１００の第１の実施例の形態に係る上部平面図である。以下に記載される本発明の効果は他のタイプのデバイスにも生じ得ると認められるが、例示的実施形態において、デバイス１００はインダクタである。以下に記載される材料及び技術は、特に、薄いプロファイルのインダクタの製造において有利であるとみられるが、インダクタ１００は、本発明の効果が認められるであろう電気部品の一つのタイプにすぎないと認識される。このように、以下に明記される記述は例示のみを目的とし、本発明の効果は、変成器を含むがこれに限定されない他の受動的な電子部品と同様、他のサイズ及びタイプのインダクタにも生じることが理解される。したがって、本明細書における本発明の概念の実行を、本明細書に記述され、図で説明された実施例の形態のみに限定することは意図されない。

本発明の例示的実施形態に従って、インダクタ１００は、外部誘電層１０４と１０６の間に広がるコイル層１０２を含む、以下に詳細に記載される層状構造物を有する。以下に説明されるように、磁性コア１０８は、（図１に示されない）コイルの中心を通って、上側から下側へ延びる。図１に図示されるように、インダクタ１００は、通常、矩形の形状であり、相対する角切り取り部１１０、１１２を含む。表面実装端子１１４、１１６は、角切り取り部１１０、１１２に隣接して形成され、端子１１４、１１６は、それぞれ平面端子パッド１１８、１２０と、例えば導電性のめっきで金属化された垂直表面１２２、１２４とを含む。表面実装パッド１１８、１２０が回路基板上の回路配線（図示せず）と接続されると、金属化された垂直表面１２２、１２４は、端子パッド１１８、１２０とコイル層１０２の間に導電性のパスを確立する。表面実装端子１１４、１１６は、城郭風（castellated）接触端子と称されることもあり、しかし、コンダクタ、端子、接触パッド又は回路基板の回路端子（図示せず）との電気的接続を提供する本発明の他の実施形態において、例えば接触リード（つまり、導線端子）、巻き付け端子、めっき（dipped）金属化端子、めっき端子、はんだ接触部及び他の公知の接続の組み合わせ等の他の端子構造物が代替的に用いられてもよい。

例示的実施形態において、インダクタ１００は、一つの例において０．６５ｍｍより短く、より明確には略０．１５ｍｍである薄いプロファイルの寸法Ｈを有する。薄いプロファイルの寸法Ｈは、回路基板に実装されたときのインダクタ１００の垂直方向の高さに対応し、回路基板の表面に対して垂直な方向に測定される。一実施形態において、インダクタ１００は、基板面において、長さ略２．５ｍｍのサイドのエッジを有する略正方形とすることができる。インダクタ１００は、チップ構造と称されることもある矩形の形で図示され、且つ例示的な寸法が開示されるが、本発明の代替の実施形態において、他の形及びより大きい寸法又はより小さい寸法も代替的に利用されてもよいことが理解される。

図２は、インダクタ１００の分解図であり、コイル層１０２が上側の誘電層１０４と下側の誘電層１０６の間に広がって示される。コイル層１０２は、実質的に平面ベース誘電層１３２上に広がるコイル巻線１３０を含む。コイル巻線１３０は、例えばインダクタ１００の選択される最終用途のアプリケーションのために好ましいインダクタンス値等の好ましい効果を得る複数のターンを含む。コイル巻線１３０は、それぞれ、ベース層１３２のそれぞれ相対する表面１３４（図２）と表面１３５（図３）上の二つの部分１３０Ａと１３０Ｂに配置される。つまり、部分１３０Ａと１３０Ｂを含む両面コイル巻線１３０がコイル層１０２に広がる。それぞれのコイル巻線部分１３０Ａ及び１３０Ｂは、ベース層１３２の主表面（major surfaces）１３４、１３５上の平面に広がる。

コイル層１０２は、さらに、ベース層１３２の第１の表面１３４上に端子パッド１４０Ａ及び１４２Ａを含み、ベース層１３２の第２の表面１３５上に端子パッド１４０Ｂ及び１４２Ｂを含む。コイル巻線部分１３０Ｂの端部１４４は、表面１３５（図３）上の端子パッド１４０Ｂと接続され、コイル巻線部分１３０Ａの端部は、表面１３４（図２）上の端子パッド１４２Ａと接続される。コイル巻線部分１３０Ａ及び１３０Ｂは、ベース層１３２の開口部１３６の周縁部における導電性のビア１３８（図３）により、直列に相互に接続されてもよい。したがって、端子１１４及び１１６が、印加された電気回路と結合すると、端子１１４及び１１６の間のコイル巻線部分１３０Ａ及び１３０Ｂを介して導電性のパスが確立される。

ベース層１３２は、通常、矩形の形状とすることができ、ベース層１３２の相対する表面１３４と１３５の間に延びる中心コア開口部１３６を持つように形成することができる。コア開口部１３６は、他の実施形態では開口部は円である必要はないと理解されるが、図示されるように、通常、円形に形成することができる。コア開口部１３６は、コイル巻線部分１３０Ａ及び１３０Ｂのための磁性コア構造物を形成するように、以下に記載される磁性体を受け入れる。

コイル部分１３０Ａ及び１３０Ｂは、コア開口部１３６の周囲を囲み、且つ、コイル巻線部分１３０Ａ及び１３０Ｂのそれぞれにおいてコイル巻線１３０に係る連続するターンをそれぞれ持つように広がり、コイル層１０２に確立される導電性のパスは、開口部１３６の中心からの半径を増大させながら延びる。例示的実施形態では、コイル巻線１３０は、コイル巻線部分１３０Ａにおいて、表面１３４上にベース層１３２の上側に巻かれた導電性のパスにおける複数のターンのために、ベース層１３２上に広がり、また、コイル巻線部分１３０Ｂにおいて、表面１３５上にベース層１３２の下側における複数のターンのために、ベース層１３２上に広がる。コイル巻線１３０は、例えばベース層１３２のそれぞれのサイドに１０ターン（結果として直列に接続されたコイル部分１３０Ａと１３０Ｂについてトータル２０ターンとなる）等の特定数のターンのために、ベース層１３２の相対する主表面１３４及び１３５のそれぞれに広がる。実施例の形態において、２０ターンのコイル巻線１３０は、低電力のアプリケーションのためのパワーインダクタとして適切なインダクタ１００を提供する、略４〜５μＨのインダクタンス値を生成する。コイル巻線１３０は、代替的に、特定のアプリケーション又は最終用途のためにコイルをカスタマイズするように、任意の数のターンで製造されてもよい。

当業者が理解しているように、インダクタ１００のインダクタンス値は、主としてコイル巻線１３０における導線のターン数、コイル巻線１３０を製造するのに用いられる材料、及びベース層１３２上でコイルのターンが分けられる方法（つまり、コイル巻線部分１３０Ａ及び１３０Ｂにおけるターンの交差する部分の領域）に依存する。そのため、異なるアプリケーションのために、コイルのターン数、ターンの配置及びコイルのターンの交差する部分の領域を変更することにより、インダクタ１００のインダクタンス定格を大幅に変更することができる。したがって、コイル巻線部分１３０Ａ及び１３０Ｂにおいて１０ターンが図示されるが、要求されるように、４〜５μＨより大きい又は小さいインダクタンス値を有するインダクタを作り出すように、より多いターン又はより少ないターンが利用されてもよい。さらに、両面コイルが図示されるが、代替の実施形態において、ベース層の表面１３４又は１３５のうちの一つのみに広がる単一面コイルが同様に利用されてもよいことが理解される。

コイル巻線１３０は、例えば、上側の誘電層１０４及び下側の誘電層１０６から独立して製造され、且つ形成される、電気的に形成された金属箔とすることができる。特に、実施例の形態において、ベース層１３２の主表面１３４、１３５のそれぞれに広がるコイル部分１３０Ａ及び１３０Ｂは、例えば電気的形成処理等の公知の追加の処理に従って製造することができ、コイル巻線１３０は好ましい形及びターンの数にめっきされ、フォトレジスト膜付きベース層１３２上にネガティブイメージが成形される。コイル部分１３０Ａ及び１３０Ｂの両方を同時に形成するように、例えば銅、ニッケル、亜鉛、スズ、アルミニウム、銀、それらの合金（例えば、銅／スズ、銀／スズ、及び銅／銀の合金）等の金属の薄層を、その後、ベース層１３２上のネガティブイメージのキャストへめっきすることができる。本発明の様々な実施形態において、様々な金属材料、導電性の合成物及び合金を、コイル巻線１３０を形成するように用いることができる。

コイル巻線１３０を誘電層１０４及び１０６から分離し且つ独立させて形成することは、例えば、無機の基板上で金属堆積技術を利用し、続いて、コイル構造物を形成するようにエッチング処理等により堆積金属を取り除き又は取り去るチップインダクタの公知の構造物と比較して有利である。例えば、コイル巻線１３０を分離し且つ独立させて形成することにより、インダクタ１００が組み立てられるときに、誘電層１０４、１０６に対してコイル巻線１３０の制御及び位置における正確さをより高めることが可能となる。また、公知の上記のデバイスのエッチング処理と比較して、コイル巻線１３０を独立して形成することにより、コイルの導電性のパスの形のより高い制御が可能となる。エッチングは、いったん形成される導電性のパスに係るサイドエッジを斜めに又は傾斜して作り出す傾向にあるが、電気的形成処理により、実質的に垂直なサイドエッジが可能となり、したがって、インダクタ１００の動作特性において、より再現性の高い能力を提供することが可能となる。さらに、また、デバイスの動作特性を変更するように、多数の金属又は金属合金が、分離且つ独立の形成処理において用いられてもよい。

誘電層１０４及び１０６から分離し、且つ区別して予め製造される方法でコイル巻線１３０を電気的に形成することが有利であると認められるが、コイル巻線１３０は、本発明の効果のうちの幾つかをまだ得ながら、代替的に他の方法により形成できることが理解される。例えば、コイル巻線１３０は、公知の技術に従って、ベース層１３２へ適用される電気的堆積金属箔とすることができる。また、例えばスクリーン印刷及び堆積技術等の他の追加の技術が利用されてもよく、コイルを成形するために、当技術分野で公知のような、例えば化学エッチング、プラズマエッチング、レーザートリミング等の取り去り技術が利用されてもよい。代替的に、予め製造されるコイル巻線は、任意の既存の基板材料上に製造され、且つ形成される必要は全くないが、むしろ、その部品の様々な誘電層と組み合わせられる自立した独立のコイル構造物を形成するように、巻線軸の周囲に巻き付けられた柔軟導線コンダクタとしてもよい。

上側の誘電層１０４及び下側の誘電層１０６は、それぞれコイル層１０２の上及び下に横たわる。つまり、コイル層１０２は、上側の誘電層１０４と下側の誘電層１０６の間に広がり、上側の誘電層１０４及び下側の誘電層１０６と直接接触する。例示的実施形態において、上側の誘電層１０４及び下側の誘電層１０６は、コイル層１０２を挟み込み、上側の誘電層１０４及び下側の誘電層１０６のそれぞれは、それを通して形成された中心コア開口部１５０、１５２を含む。他の実施形態において開口部は円である必要はないことが理解されるが、コア開口部１５０、１５２は、通常、図示されたように円形に形成することができる。

第１の誘電層１０４及び第２の誘電層１０６のそれぞれにおける開口部１５０、１５２は、コイル部分１３０Ａ及び１３０Ｂをさらし、それぞれ磁性コア１０８を形成する磁性体を導入するためにコイル部分１３０Ａ及び１３０Ｂが広がる両面コイル層１０２の上部及び下部にレセプタクルを規定する。つまり、開口部１５０、１５２は、磁性コアの部分１０８Ａ及び１０８Ｂのために制限される配置を提供する。

図４は、積み重ねられる関係にある、コイル層１０２と、誘電層１０４及び１０６とを示す。層１０２、１０４、１０６は、例えば積層処理等の公知の方法で、相互に保護することができる。図４に示されるように、コイル巻線１３０は、コア開口部１５０及び１５２（図２）の内側でさらされ、コア部品１０８Ａ及び１０８Ｂは、開口部１５０、１５２及びコイル層１０２における開口部１３６に適用させることができる。

例示的実施形態において、コア部分１０８Ａ及び１０８Ｂは、上側の誘電層１０４及び下側の誘電層１０６における開口部１５０及び１５２をふさぐように、また、コイル層１０２におけるコア開口部１３６（図２及び図３）をふさぐように、粉又はスラリー材料として適用される。開口部１３６、１５０及び１５２がふさがれると、磁性体は、コイル部分１３０Ａ及び１３０Ｂを取り囲み、又は包み込む。硬化されている場合、コア部分１０８Ａ及び１０８Ｂは、モノリシックのコア部品を形成し、コイル部分１３０Ａ及び１３０Ｂは、コア１０８に組み込まれ、コア部品１０８Ａ及び１０８Ｂは、上側の誘電層１０４及び下側の誘電層１０６とともに埋め込まれる。つまり、コア部品１０８Ａ及び１０８Ｂは、層１０４、１０６及び１３２の厚さの総和と近似する開口部を通して延びる結合された高さを有する。言い換えると、コア部品１０８Ａ及び１０８Ｂは、薄いプロファイルの寸法Ｈ（図１）も満たす。透磁性を有する他の材料が同様に利用されてもよいが、一実施形態において、コア１０８は、例えばフェライト又は鉄粉等の公知の透磁性材料から製造することができる。

実施例の形態において、第１の誘電層１０４及び第２の誘電層１０６と、コイル層１０２のベース層１３２は、それぞれポリマーをベースにした誘電フィルムから製造される。上側の絶縁層１０４及び下側の絶縁層１０６は、互いに対して、且つコイル層１０２に対してその層を保護する粘着性のフィルムを含んでもよい。ポリマーをベースにした誘電フィルムは、層状構造物におけるその熱流特性について有利である。インダクタ１００内部の熱流は、用いられる材料の熱伝導性に比例し、熱流は、インダクタ１００内に電力損失をもたらすことができる。幾つかの例示的な公知の材料の熱伝導性が、以下のテーブルに示され、利用される絶縁層の伝導性を低減することにより、インダクタ１００内部の熱流を、大幅に低減することができることが理解されるであろう。特に注目すべきは、ポリイミドの熱伝導性が著しく低く、ポリイミドは、層１０４、１０６及び１３２における絶縁材料として本発明の実施例の形態に利用できるということである。

層１０４、１０６及び１３２に適した上記のポリイミドフィルムの一つは、デラウェア州、ウィルミントンのＥ．Ｉ．デュ・ポン・ド・ヌムール社から商標ＫＡＰＴＯＮ（登録商標）に基づき、市販され、販売されている。しかしながら、代替の実施形態において、例えば宇部興産から市販されている、接着層のないポリイミドの積層材料ＣＩＲＬＥＸ（登録商標）、ポリイミド材料ＵＰＩＬＥＸ（登録商標）、ロジャーズ社から市販されている、Ｐｙｒｏｌｕｘ、（ＰＥＮと称されることもある）ポリエチレン・ナフタレンジカルボン酸塩（polyethylene naphthalendicarboxylate）、Ｚｙｖｒｅｘ液晶ポリマー材料等の（ポリイミド及び非ポリイミドの）他の適切な電気的絶縁材料が、ＫＡＰＴＯＮ（登録商標）の代わりに利用できることが認められる。また、接着層のない材料が、第１の誘電層１０４及び第２の誘電層１０６に利用できると認識される。また、予め金属化されたポリイミドフィルム及びポリマーをベースにしたフィルムは、例えば公知のエッチング処理により、例えばコイル層の巻線部分及び端子パッド等の特定の電気回路を形成するように成形することができる、例えば銅箔及びフィルム等を含むことができる。

また、ポリマーをベースにしたフィルムは、それらが非常に薄い厚さ、ミクロンのオーダーで利用でき、層を積み重ねることにより、非常に薄いプロファイルのインダクタ１００を生じ得るという製造上の有利な点を提供する。層１０４、１０６及び１３２は、直接的な方法で、ともに接着して積層されてもよく、代替的に接着層のない積層技術が利用されてもよい。

また、インダクタに係る構造物は、図５に示される以下の方法２００に従って、分離して提供され、相互に組み合わせられる部分組合せ品に役立つ。

コイル巻線１３０は、より大きい誘電体のシート上にコイル層１０２を形成するように（２０２）、より大きい、誘電ベース層１３２の部品又はシート上に大量に形成される（２０２）。巻線１３０は、上記された任意の方法で、又は当技術分野で公知の他の技術により形成することができる。コイル巻線１３０の形成の前又は後に、コア開口部１３６がコイル層１０２に形成される。コイル巻線１３０は、要求されるように両面又は片面とすることができ、金属化された表面を規定するための追加の電気的形成技術又は取り去り技術で形成することができる。例示的実施形態において、コイル層１０２を形成するように（２０２）、コイル巻線部分１３０Ａ及び１３０Ｂが、端子パッド１４０、１４２及び任意の相互接続部１３８（図３）とともに、ベース層１３２上に提供される。

同様に、誘電層１０４及び１０６が、それぞれ、より大きい誘電体の部品又はシートから形成される（２０４）。誘電層内のコア開口部１５０、１５２は、パンチング技術を含むがこれに限定されない任意の公知の方法で形成することができ、例示的実施形態において、コア開口部１５０、１５２は、コイル層上に層１０４及び１０６を組み合わせる前に形成される。

図４に示されるように組合せ品を形成するように、ステップ２０２からのコイル層１０２を含むシート、及びステップ２０４で形成された誘電層１０４、１０６を含むシートが、その後、積み重ねられ（２０６）、積層される（２０８）。コイル層１０２並びに誘電層１０４及び１０６をそれぞれ形成するシートの積み重ね（２０６）及び／又は積層（２０８）の後、コアを形成するように、それぞれの層の予め形成されたコア開口部１３６、１５０及び１５２に磁性コア材料が適用される（２１０）。磁性材料を硬化した後、層状のシートは、切断され、さいころ状に切られ、又はさもなければ個々の磁性部品１００に単一化される（２１２）。コイル層１０２の端子パッド１４０、１４２（図２及び図３）を誘電層１０４の端子パッド１１８、１２０（図１）へ相互接続するように、端子１１４、１１６の垂直表面１２２、１２４（図１）は、例えばめっき処理により金属化される（２１１）。

上記した層状構造物及び手法で、インダクタ等の磁性部品は、完成した製品のすべてにわたって高度の制御及び信頼性を常に保ちつつ、短期に且つ効率的に提供することができる。予め形成しているコイル層及び誘電層により、公知の製造方法と比較して、より正確にコイルを形成し、より短期に組み合わせることがもたらされる。ひとたび層が組み合わせられると、コア開口部内にコイルにわたるコアを形成することにより、コア構造物が分離して提供され、製造時間及び費用がかかることが回避される。また、コイルをコアの中へ組み込むことにより、従来の部品構造物において独立して巻線をコアの表面へ適用することが回避される。したがって、薄いプロファイルのインダクタ部品を、磁性デバイスを製造するための公知の方法より低コスト且つ容易に製造することができる。

上記の基本的手法から逸脱することなく、より多くの層又はより少ない層が部品１００の中に製造され、組み合わせられることが理解される。上記の手法を用いて、インダクタ等のための磁性部品は、比較的安価な技術及び処理を用いるバッチ処理において、低コストであり、広く利用可能な材料を用いて、効率良く形成することができる。さらに、その手法は、従来の部品構造物より少ない製造ステップにおいてより多くの処理の制御を提供する。そのため、より大きい製造量をより低コストに得ることができる。

また、図６Ａ及び図６Ｂは、比較的低コストである加圧積層処理を用いて柔軟シート材料から製造される磁性部品５００に係る他の実施形態を示す。上記した実施形態と異なり、シート材料は誘電性であることに加えて磁性である。つまり、部品５００におけるシート材料は、さらに誘電体又は電気的に非導電体である一方、１．０より大きい相対透磁率μ_rを示し、且つ、通常、磁気的な応答性材料であるとみなされる。例示的実施形態において、相対透磁率μ_rは、小型のパワーインダクタにとって十分なインダクタンスを生成する相対透磁率よりはるかに大きくすることができ、例示的実施形態において、相対透磁率μ_rは、少なくとも１０．０以上とすることができる。

部品５００の誘電性及び磁性の両方を有するシート材料で、部品５００の磁気性能は大幅に高めることができる。さらに、幾つかの実施形態では、部品１００（図１〜４）において分離して提供される磁性コア１０８と、コア開口部１５０、１５２を形成することを含むがこれに限定されない、それに関連する関連製造ステップとを回避し、且つコストを節約することができる。他の実施形態では、パワーインダクタのアプリケーションにとって、コイル巻線の開口中心領域をふさぐ、分離して提供される磁性コア材料が好ましく、特にシート自体よりはるかに高い相対透磁率を有する磁性コア材料が提供されることが理解される。

図６Ａ及び図６Ｂを参照すると、磁性部品又はデバイス５００の他の実施例の形態に係る幾つかの図が示される。図６Ａは、例示的実施形態に従った、予め形成された、又は予め製造されたコイルを有する小型のパワーインダクタ、及び少なくとも一つの磁性粉シートの上部側からの斜視図及び分解図を示す。図６Ｂは、例示的実施形態に従った、図６Ａに表された小型のパワーインダクタの斜視透視図を示す。

図に示されるように、小型のパワーインダクタ５００は、少なくとも一つの柔軟磁性粉シート５１０、５２０、５３０、５４０、及び少なくとも一つの磁性粉シート５１０、５２０、５３０、５４０と組み合わされ、結合される、少なくとも一つの予め形成された、又は予め製造されたコイル５５０を含む。図６Ａ及び図６Ｂに示されるように、コイル５５０は、一実施形態において、自立する独立のコイル構造物を形成するように、巻線軸の周囲に巻き付けられる柔軟導線コンダクタである。コイル巻線５５０は、開口中心領域の周囲に広がる、曲線を成す導線の複数のターンを含み、コンパクト且つ通常は薄いプロファイルのらせん状に巻き付けられる。また、コイル巻線５５０を製造するために用いられる、導線のリードの末端部は、曲線を成すらせん状の巻線の外側の周縁部から延びる。

実施例の形態に見られるように、小型のパワーインダクタ５００は、下面５１２及び上面５１４を有する第１の磁性粉シート５１０、下面５２２及び上面５２４を有する第２の磁性粉シート５２０、下面５３２及び上面５３４を有する第３の磁性粉シート５３０、及び下面５４２及び上面５４４を有する第４の磁性粉シート５４０を備える。例示的実施形態において、柔軟磁性粉シートは、韓国のインチョンのＣｈａｎｇ Ｓｕｎｇ株式会社によって製造され、製品番号２０ｕ−ｅｆｆの柔軟磁性シートとして販売されている磁性粉シートとすることができる。当業者が認識することができるように、そのようなシートは、液体又は例えばスラリー等の半固体の形状とは対照的に、自立した又は独立の固体の形状内に提供される、高密度ソフト磁性のＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ合金ポリマーのコンポジットフィルムである。また、当業者が疑いなく理解するように、磁性ポリマーコンポジットフィルムは、分散型の（distributed）ギャップ特性を有すると認識することができる。

特に、Ｃｈａｎｇ Ｓｕｎｇから入手できる例示的磁性粉シートにおいて、合金顆粒粉に係る機械的磨耗により、厚さ２−３ｍｍを有する板状のＦｅ−Ａｌ−Ｓｉソフト磁性粉、及び高いアスペクト比が作り出される。そして、顆粒粉に係る磨耗は、磨耗ミルを用いることにより、炭化水素溶剤、つまりトルエン内で実施される。板状粉、及び例えば塩素化ポリエチレン等の熱可塑性樹脂は、瑪瑙乳鉢で混ぜられる。粉混合物と結合剤（binder）の重量比は、８０：２０の比に一定に保たれる。そして、板状粉及びポリマー結合剤を含む磁性混合物は、２−ロールプレスでロールプレスされ、ソフト磁性金属ポリマーフィルムが製造される。結果として得られる磁性フィルムは、ポリマー結合剤、及びフィルムの底面に対して平行なその長軸で方向付けられるソフト磁性板状粉を有する。そのようなシートは公知であり、電気部品のアプリケーションを遮断する、電磁妨害（ＥＭＩ）で用いるためにＣｈａｎｇ Ｓｕｎｇにより入手可能にされている。

図６Ａ及び図６Ｂに示される例示的実施形態は、四つの磁性粉シートを含むが、例示的実施形態の範囲及び精神から逸脱することなく、コア領域を増大又は減少させるように、磁性粉シートの数を増大又は減少させてもよい。また、特定の磁性粉シートが記載されているが、例示的実施形態の範囲及び精神から逸脱することなく、積層することができる他の柔軟シートが用いられてもよい。さらに、この実施形態は、一つの予め形成されたコイルの使用を表しているが、例示的実施形態の範囲及び精神から逸脱することなく、二つ以上の予め形成されたコイルが並列に又は直列に位置付けられるように、一つ以上の端子を変更することにより、より多くの磁性粉シートを追加して、追加の予め形成されたコイルを使用してもよい。

また、第１の磁性粉シート５１０は、第１の磁性粉シート５１０の下面５１２の相対する長手方向のサイド（longitudinal sides）と結合される第１の端子５１６及び第２の端子５１８を含む。この実施形態によると、端子５１６、５１８は長手方向のサイドの長さ全体に延びる。この実施形態は、相対する長手方向のサイドの全体に沿って延びる端子を表すが、例示的実施形態の範囲及び精神から逸脱することなく、端子は、相対する長手方向のサイドの一部分に沿ってのみ延びるようにしてもよい。さらに、これらの端子５１６、５１８は、小型のパワーインダクタ５００を電気回路と結合させるために用いることができる。そしてその電気回路は、例えば、プリント基板（図示せず）上の回路とすることできる。

また、第２の磁性粉シート５２０は、第２の磁性粉シート５２０の、下面５２２の相対する長手方向のサイドと結合される第３の端子５２６及び第４の端子５２８を含む。この実施形態によると、端子５２６、５２８は、第１の磁性粉シート５１０の端子５１６、５１８と同様、長手方向のサイドの長さ全体に延びる。この実施形態は、相対する長手方向のサイドの全体に沿って延びる端子を表すが、例示的実施形態の範囲及び精神から逸脱することなく、端子は、相対する長手方向のサイドの一部分に沿ってのみ延びるようにしてもよい。さらに、これらの端子５２６、５２８は、第１の端子５１６及び第２の端子５１８を少なくとも一つの予め形成されたコイル５５０と結合させるために用いることができる。

端子５１６、５１８、５２６、５２８は、型打ちした銅箔又はエッチングされた銅線を含むが、これらに限定されない、上記した方法のうちの何れかで形成することができる。代替的に、当技術分野で公知の他の公知の端子を利用し、コイル巻線５５０の端部のそれぞれに電気的に接続してもよい。

第１の磁性粉シート５１０及び第２の磁性粉シート５２０のそれぞれは、さらに第２の磁性粉シート５２０の上面５２４から第１の磁性粉シート５１０の下面５１２へ延びる複数のビア５８０、５８１、５８２、５８３、５８４、５９０、５９１、５９２、５９３、５９４を含む。この実施形態に示されるように、これらの複数のビア５８０、５８１、５８２、５８３、５８４、５９０、５９１、５９２、５９３、５９４は、端子５１６、５１８、５２６、５２８上で実質的に直線状のパターンに位置合わせされる。第１の磁性粉シート５１０及び第２の磁性粉シート５２０のエッジのうちの一つに沿うように位置合わせされた五つのビアがあり、第１の磁性粉シート５１０及び第２の磁性粉シート５２０の相対するエッジに沿うように位置合わせされた五つのビアがある。相対する長手方向のエッジのそれぞれに沿って五つのビアが示されるが、例示的実施形態の範囲及び精神から逸脱することなく、ビアは、より多く又はより少なくてもよい。さらに、ビアは、第１の端子５１６及び第２の端子５１８を第３の端子５２６及び第４の端子５２８と結合させるために用いられるが、例示的実施形態の範囲及び精神から逸脱することなく、代替の結合が用いられてもよい。そのような代替の結合の一つは、第１の磁性粉シート５１０及び第２の磁性粉シート５２０の両方の相対する側面５１７、５１９、５２７、５２９の少なくとも一部分に沿ってめっきし、且つ第１の端子５１６及び第２の端子５１８から第３の端子５２６及び第４の端子５２８へ延びる金属を含むがこれに限定されない。また、幾つかの実施形態では、代替の結合は、相対する側面５１７、５１９、５２７、５２９全体に広がり、且つ相対する側面５１７、５１９、５２７、５２９の周囲も包む金属めっきを含んでもよい。幾つかの実施形態によると、ビアに加えて又はその代わりに、例えば相対する側面の金属めっき等の代替の結合が用いられてもよい。あるいは、例えば相対する側面の金属めっき等の代替の結合に加えて又はその代わりに、ビアが用いられてもよい。

第１の磁性粉シート５１０及び第２の磁性粉シート５２０の形成について、第１の磁性粉シート５１０及び第２の磁性粉シート５２０は、小型のパワーインダクタ５００の一部分を形成するように、例えば水圧により高い圧力でともに加圧され、ともに積層される。本明細書で用いられるように、用語「積層された」は、磁性粉シートが層として合わさり、又は一体化され、且つ、合わさり、一体化された後、同一とみなせる層のままとなる処理を意味する。また、記載されているように、磁性シート内の熱可塑性樹脂は、積層処理の間、加熱することなく、粉シートの加圧積層を可能にする。したがって、他の公知の材料により必要とされる加熱積層に係る温度を高めることに関連する費用及びコストがかかることは、加圧積層では有利に取り除かれる。磁性シートは、モールド又は他の圧力容器内に配置され、磁性粉シートを相互に積層するように押し付けられうる。

シート５１０、５２０がともに加圧された後、図６Ａ及び図６Ｂで提供された記述に基づいて、ビア５８０、５８１、５８２、５８３、５８４、５９０、５９１、５９２、５９３、５９４が形成される。例示的実施形態の範囲及び精神から逸脱することなく、ビアの形成の代わりに、他の端子が二つのシート５１０と５２０の間で作られてもよい。第１の磁性粉シート５１０及び第２の磁性粉シート５２０がともに加圧されるとすぐに、第１のリード５５２及び第２のリード５５４を有する、予め形成された巻線又はコイル５５０は、第２の磁性粉シート５２０の上面５２４上で位置合わせされうる。そして、その上面５２４上で、第１のリード５５２が、第３の端子５２６又は第４の端子５２８のうちの何れか一方と結合され、第２のリードが、端子５２６、５２８のうちの他方と結合される。予め形成された巻線５５０は、はんだづけ、溶接又は他の公知の結合方法によって、端子５２６、５２８と結合されてもよい。そして、第３の磁性粉シート５３０及び第４の磁性粉シート５４０は、小型のパワーインダクタ５００の完成品を形成するように、小型のパワーインダクタ５００の予め加圧された部分に積層されうる。この実施形態によると、従来のインダクタにおいて典型的に見出される、巻線とコアの間の物理的なギャップが形成されないように、コイル巻線５５０の外側面にわたって、且つその周囲に、層が屈曲される。この物理的なギャップの除去は、その巻線の振動から聞こえる雑音を最小化する傾向がある。

第１の磁性粉シートと第２の磁性粉シートの間に磁性シートは示されていないが、例示的実施形態の範囲及び精神から逸脱することなく、第１の磁性粉シートの端子と第２の磁性粉シートの端子の間が電気的に接続している限り、第１の磁性粉シートと第２の磁性粉シートの間に磁性シートが位置されてもよい。さらに、二つの磁性粉シートが、予め形成されたコイルの上で位置合わせされるように示されるが、例示的実施形態の範囲及び精神から逸脱することなく、巻線５５０についてのコア領域を増大又は減少させるように、より多くの又はより少ないシートが用いられてもよい。また、特定の実施形態において、任意の他のシートを利用することなく、例えば第３のシート５３０等の単一のシートがコイル巻線５５０に積層されてもよいことが理解される。

この実施形態では、コイル巻線５５０によって作り出される磁場が、磁性シートの磁性粒子の配向の主要な方向と垂直の方向に生成されることによってより低いインダクタンスを実現することができ、又は、その磁場が、磁性シートの磁性粒子の配向の主要な方向と平行の方向に生成されることによって比較的により高いインダクタンスを実現することができる。したがって、より高いインダクタンス及びより低いインダクタンスが、磁性粉シートにおける磁性粒子の主要な方向の戦略的な選択とは異なるニーズを満たすことができる。それは、同様に、それらが製造されるとき、どのように磁性シートが押し出されるかに依存する。

小型のパワーインダクタ５００は、矩形の形状として表される。しかしながら、例示的実施形態の範囲及び精神から逸脱することなく、正方形、円形又は楕円形の形状を含むがこれらに限定されない、他の幾何学的な形状が代替的に用いられてもよい。

磁性シートに係る様々な形成（formulations）により、使用中の部品又はデバイスの磁気性能のレベルの変化を実現することができる。しかしながら、以下に説明されるように、一般に、パワーインダクタのアプリケーションにおいて、材料の磁気性能は、通常、シートに用いられる磁性粒子の磁束密度飽和点（Ｂｓａｔ）、磁性粒子の透磁率（μ）、シートにおける磁性粒子の荷重（loading）（重量での％）、及び、加圧された後のシートのかさ密度に比例する。つまり、磁性飽和点、透磁率、荷重及びかさ密度を増大させることにより、より高いインダクタンスが実現され、性能が改善されるであろう。

他方、部品の磁気性能は、磁性シートで用いられる結合剤の材料の量に反比例する。したがって、結合剤の材料の荷重が増大するにつれて、端部の部品のインダクタンス値は、その部品の全体の磁気性能と同様に、減少する傾向にある。磁気粒子の荷重及び結合剤の荷重は、異なる形成に係るシートの間で変えることができ、一方、Ｂｓａｔ及びμのそれぞれは、磁気粒子と関連する材料特性であり、異なるタイプの粒子の間で変えることができる。

インダクタ部品において、特定の目的を実現する材料及びシートの形成を戦略的に選択するように、上記の考慮を利用することができる。一例として、例えばＦｅ−Ｓｉ粒子等の金属粉はより高いＢｓａｔ値を有するので、より高いパワーインジケーターのアプリケーションで磁性粉材料として用いるためには、フェライト材料より、金属粉材料が好ましい。Ｂｓａｔ値は、外部の磁場強度Ｈの適用により達成できる、磁性材料における最大磁束密度Ｂを意味する。磁場強度Ｈの範囲に対して磁束密度Ｂがプロットされる、Ｂ−Ｈ曲線と称されることもある磁化曲線は、任意の所定の材料におけるＢｓａｔ値を明らかにする。Ｂ−Ｈ曲線の最初の部分は、磁化されるようになる材料の透磁率又は傾向を規定する。たとえ磁場強度が増大し続けても、磁束がほぼ一定であるように、Ｂｓａｔは、材料の磁化又は磁束の最大の状態が実現される、Ｂ−Ｈ曲線における点を参照する。換言すると、Ｂ−Ｈ曲線が最小の傾きに到達し、維持する点が、磁束密度飽和点（Ｂｓａｔ）を表す。

さらに、例えばＦｅＮｉ（パーマロイ）等のフェライト材料が比較的低いレベルの透磁率を有するのに対して、例えばＦｅ−Ｓｉ粒子等の金属粉粒子は比較的高いレベルの透磁率を有する。一般的に言えば、用いられる金属粒子のＢ−Ｈ曲線における透磁率の傾きが大きいほど、磁束を生成する磁場を誘導する、特定の電流レベルにおける磁束及び磁力を蓄える磁性材料の能力は大きくなる。

ＩＩＩ．結び

本発明の効果及び有利な点は、ここに、開示された実施例の形態により十分に説明されていると確信される。

第１の端部、第２の端部、及び第１の端部と第２の端部の間に延びて複数のターンを完成する巻線部分を有するコイル巻線と、コイル巻線の巻線部分を取り囲む、相互に加圧され、且つ結合された複数の積み重ねられた誘電体層と、を含む積層された構造物を有する磁性部品に係る例示的実施形態が開示される。そのコイル巻線は、複数の積み重ねられた誘電層の全てから分離して製造され、端子が、表面実装の回路のコイル巻線への接続を達成するための、コイル巻線の第１の端部と第２の端部に結合される。

選択的に、誘電シートは、柔軟コンポジットフィルムを有してもよい。コンポジットフィルムの材料は、熱可塑性樹脂及び磁性粉を有してもよい。磁性粉は、ソフト磁性粒子を含んでもよい。コンポジットフィルムは、ポリイミド材料を有してもよい。

また、複数の積み重ねられた誘電層は、柔軟磁性粉シートを有してもよい。磁性粉シートは、磁性ポリマーコンポジットフィルムを有してもよい。コンポジットフィルムは、熱可塑性樹脂と混合されたソフト磁性粉を有してもよい。柔軟磁性粉シートは、固体材料として積み重ね可能であり、略１０．０以上の相対透磁率を有してもよい。柔軟磁性粉シートは、コイル巻線の外表面の周囲で加圧されてもよく、その柔軟磁性粉シートは、柔軟磁性粉シートとコイルの間に物理的な隙間を作り出すことなく、コイルの周囲に屈曲される。

コイル巻線は、巻き付けられて、独立の自立した構造物にされる柔軟導線コンダクタを含んでもよい。コイル巻線は、開口中心領域を規定してもよく、磁性体がその開口中心領域をふさいでもよい。磁性体は、積み重ねられた誘電層から分離して提供されてもよい。磁性体は、積み重ねられた誘電体層と一体的に提供されてもよい。

複数の積み重ねられた誘電体層は、加圧されるが加熱されずに積層されてもよい。表面実装の端子は、積み重ねられた誘電体層のうちの少なくとも一つに形成されてもよい。その部品は、小型のパワーインダクタであってもよい。

また、磁性部品の例示的な製造方法が開示される。したがって、その部品は、コイル巻線と、コア構造物とを含む。コイル巻線は、第１の端部、第２の端部、及び第１の端部と第２の端部の間に延びて複数のターンを完成する巻線部分を有する。コア構造物は、複数の誘電体層を含む。その方法は、複数の予め製造された誘電体層を取得し、少なくとも一つの予め製造されたコイル巻線を取得し、加圧積層処理により、少なくとも一つの予め製造されたコイル巻線を複数の予め製造された誘電体層に結合し、表面実装の回路の、コイル巻線の第１の端部及び第２の端部への接続を達成するための端子を提供することを含む。

選択的に、加圧積層処理は、加熱積層処理を含まない。コイル巻線は、開口中心を含み、その方法は、予め製造された磁性コア材料を取得し、その開口中心を予め製造された磁性コア材料でふさぐことをさらに含んでもよい。

また、その方法により製造物が取得されてもよい。その製造物において、誘電体層は、熱可塑性樹脂を含んでもよい。誘電体層は、磁性粉をさらに含んでもよい。誘電体層は、少なくとも略１０の相対透磁率を有してもよい。その製造物は、小型のパワーインダクタであってもよい。

また、第１の端部、第２の端部、及び第１の端部と第２の端部の間に延びて複数のターンを完成する巻線部分を有するコイル巻線と、コイル巻線の巻線部分を取り囲む、コイルの層に加圧され、且つ結合された少なくとも一つの誘電体層と、を有する積層された構造物と、表面実装の回路のコイル巻線への接続を達成するための、コイル巻線の第１の端部と第２の端部に結合された端子と、を有し、そのコイル巻線は、少なくとも一つの誘電層から分離して製造される、磁性部品に係る実施形態が開示される。少なくとも一つの誘電体層は、相互に加圧され、且つ結合された複数の誘電体層を含んでもよく、又は代替的に単一層であってもよい。

この明細書は、最良の形態を含んで本発明を開示するように、且つ、また、任意のデバイス又はシステムを作成すること及び使用すること、並びに任意の包含される方法を実行することを含んで任意の当業者が本発明を実施できるように、実施例を用いている。本発明の特許を受けることができる範囲は、特許請求の範囲により規定され、当業者が気付く他の実施例を含んでもよい。そのような他の実施例は、それらが特許請求の範囲の文言と異ならない構造上の要素を有する場合、又はそれらが特許請求の範囲の文言と実質的な差異のない同等な構造上の要素を含む場合、特許請求の範囲の範囲内であると意図される。

Claims (18)

1. 第１の端部、第２の端部、及び前記第１の端部と前記第２の端部の間に延びて複数のターンを完成する巻線部分を有するコイル巻線と、
   積み重ねて組み合わされた、複数の予め形成された誘電性及び磁性材料層であって、複数の予め形成された誘電性及び磁性材料層のそれぞれは、同一の特性を有する同一材料から製造され、複数の予め形成された誘電性及び磁性材料層のそれぞれは、加熱することなく相互に表面接触で加圧及び結合されることができ、組み合わされて予め形成された誘電性及び磁性材料層は、前記コイル巻線の前記巻線部分を取り囲む誘電性及び磁性材料層と、
   を有する積層された構造物と、
   表面実装の回路の前記コイル巻線への接続を達成するための、前記コイル巻線の前記第１の端部と前記第２の端部に結合された端子と、を有し、
   前記コイル巻線は、前記複数の予め形成された誘電性及び磁性材料層の全てから分離及び独立して形成される磁性部品。
2. 複数の予め形成されたそれぞれの誘電性及び磁性材料層は、柔軟コンポジットフィルムを有する、請求項１に記載の磁性部品。
3. 前記コンポジットフィルムは、熱可塑性樹脂を有する、請求項２に記載の磁性部品。
4. 前記コンポジットフィルムは、磁性粉を有する、請求項３に記載の磁性部品。
5. 前記磁性粉は、ソフト磁性粒子を有する、請求項４に記載の磁性部品。
6. 前記複数の予め形成された誘電性及び磁性材料層のそれぞれは、柔軟磁性粉シートを有し、複数の柔軟磁性粉シートの少なくとも一つは、前記コイル巻線の前記巻線部分に表面接触している、請求項１に記載の磁性部品。
7. 前記柔軟磁性粉シートのそれぞれは、磁性ポリマーコンポジットフィルムを有する、請求項６に記載の磁性部品。
8. 前記磁性ポリマーコンポジットフィルムは、熱可塑性樹脂と混合されたソフト磁性粉を有する、請求項７に記載の磁性部品。
9. 前記柔軟磁性粉シートは、固体材料として積み重ね可能である、請求項８に記載の磁性部品。
10. 前記柔軟磁性粉シートは、略１０．０以上の相対透磁率を有する、請求項９に記載の磁性部品。
11. 前記の少なくとも一つの前記柔軟磁性粉シートは、前記巻線部分の外表面の周囲で加圧され、
    前記の少なくとも一つの前記柔軟磁性粉シートは、前記の少なくとも一つの前記柔軟磁性粉シートと前記巻線部分の間に物理的な隙間を作り出すことなく、前記巻線部分の周囲で屈曲される、請求項６に記載の磁性部品。
12. 前記コイル巻線は、巻き付けられて、独立の自立した構造物にされる柔軟導線コンダクタを有する、請求項１に記載の磁性部品。
13. 前記コイル巻線は、開口中心領域を規定し、
    前記複数の予め形成された誘電性及び磁性材料層の少なくとも一つが、前記開口中心領域をふさぐ、請求項１に記載の磁性部品。
14. 前記表面実装の端子は、前記予め形成された誘電性及び磁性材料層のうちの少なくとも一つに形成される、請求項１に記載の磁性部品。
15. 前記磁性部品は、パワーインダクタである、請求項１に記載の磁性部品。
16. 第１の端部、第２の端部、及び前記第１の端部と前記第２の端部の間に延びて複数のターンを完成する巻線部分を有するコイル巻線と、
    前記コイル巻線の前記巻線部分を取り囲む、加熱することなく前記コイル巻線の部分に加圧及び結合されることができる少なくとも一つの予め形成された誘電性及び磁性材料層と、
    を有する積層された構造物と、
    表面実装の回路の前記コイル巻線への接続を達成するための、前記コイル巻線の前記第１の端部と前記第２の端部に結合された端子と、を有し、
    前記コイル巻線は、前記少なくとも一つの予め形成された誘電性及び磁性材料層から分離して製造される磁性部品。
17. 前記少なくとも一つの予め形成された誘電性及び磁性材料層は、相互に加圧及び結合された複数の誘電体層を有する、請求項１６に記載の磁性部品。
18. 前記複数の予め形成された誘電性及び磁性材料層は、同一の特性を有する同一の材料から製造される、請求項１７に記載の磁性部品。

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