JP5853508B2 - 積層インダクタ - Google Patents

Description

本発明は、コイル導体パターンと磁性体層とが複数積層されてコイルが構成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、コイル導体の内周部および外周部が磁性体で覆われ、かつ、コイル導体の上部および下部が非磁性体で挟まれて構成された特許文献１に開示された積層コイル部品がある。

また、磁性層と、磁性層内で積層巻線を形成している導電体層とを備え、非磁性層が磁路を分断するように形成された特許文献２や特許文献３に開示された積層インダクタもある。

特開平１１−３８２９号公報 特開平８−１６７５２３号公報 特開２０００−１８２８３４号公報

上記従来の特許文献１に開示された積層インダクタは、コイル導体の上部および下部が非磁性体で形成されて開磁路構造となっている。従って、コイルで発生した磁束はコイルの巻きの両端部からこの両端部に接した非磁性層を通って空間に出易く、電磁気エネルギーを空間に放出し易い構造になっている。このため、この積層インダクタが回路基板に実装されると、積層インダクタに近接する回路部品へ磁気の影響を及ぼしてしまう。

また、上記従来の特許文献２や特許文献３に開示された積層インダクタは、コイルの両端部に磁性層が形成されているため、コイルで発生した磁束の多くは磁性層を通るが、一部は、磁束が集中するコイル両端部分の磁性層から空間に漏れ出てしまう。また、非磁性層が磁路を分断するように形成されているため、コイルで発生した磁束はこの非磁性層からも周囲の空間に漏れてしまう。このため、これらの積層インダクタも、回路基板に実装された際、近接する回路部品へ磁気の影響を及ぼしてしまう。

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、
コイル導体パターンと磁性体層とが複数積層されてコイルの周囲が磁性体層に囲まれて構成される積層インダクタにおいて、
コイルの巻き中心軸方向における磁性体層の両方の最外層端部に、相対的に透磁率が低い磁性材料からなる低透磁率磁性体層と相対的に透磁率が高い磁性材料からなる高透磁率磁性体層とが交互に２層以上ずつ設けられていることを特徴とする。

本構成によれば、コイルの周囲が磁性体層に囲まれるため、コイルで発生した磁束の多くは磁性体層を通る。また、磁束が集中するコイル両端部分の磁性体層からは、コイルで発生した磁束の一部が空間に漏れ出ようとするが、コイルの巻き中心軸方向における磁性体層の両方の最外層端部において、相対的に透磁率が低い磁性材料からなる低透磁率磁性体層と相対的に透磁率が高い磁性材料からなる高透磁率磁性体層との、透磁率が異なる磁性体層境界面のインピーダンス不整合によって電磁波が低減するため、漏れ出ようとする磁束が弱められる。磁性体層境界面のインピーダンス不整合によって磁束が弱められるこの作用は、コイル両端部それぞれで複数回繰り返される。このため、磁束が集中するコイル両端部分の両方の最外層端部の磁性体層から漏れ出る磁束を低減することが可能になる。従って、積層インダクタを回路基板に実装することで、近接する回路部品へ磁気の影響が及ぶのを最小限に抑えることが出来る。

また、本発明は、低透磁率磁性体層が非磁性材料からなることを特徴とする。

本構成によれば、低透磁率磁性体層と高透磁率磁性体層との磁性体層境界面におけるインピーダンス不整合によって奏される、コイル端部の磁性層から漏れ出る磁束を弱める効果が高められ、コイル端部の磁性層から漏れ出る磁束を効率的に低減することが可能になる。

また、本発明は、積層面方向周囲が磁性体層に囲まれた非磁性材料からなる非磁性体層をコイル導体パターンの積層部に備えることを特徴とする。

本構成によれば、コイルの周囲を磁性体層で囲みながら、コイルで発生する磁束の磁路中に非磁性材料からなる非磁性体層を介在させることが出来る。このため、この非磁性体層によってコイルで発生する磁束が磁気飽和しにくくなり、より大きな磁束を磁路に通すことが可能になって高いインダクタンス値を得ることが可能になる。

本発明の積層インダクタによれば、上記のように、コイル端部の磁性体層から漏れ出る磁束を低減することが可能になり、近接する回路部品へ磁気の影響が及ぶのを最小限に抑えることが出来る。

本発明の一実施の形態による積層インダクタにおける内部コイル印刷シートの積み構成を示す分解斜視図である。 （ａ）は図１に示す積み構成の内部コイルの透視図、（ｂ）は一実施の形態による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横断面図である。 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横断面図である。 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横断面図である。 一実施の形態の変形例による積層インダクタの横断面図である。

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における内部コイル印刷シートの積み構成を示す分解斜視図である。

内部コイル１ａは、コイル導体パターン２ａ〜２ｄが表面に形成された電極印刷シート３ａ〜３ｄが積層されて構成される。電極印刷シート３ａ〜３ｄは、その両端が、それぞれ必要な厚み分の複数枚の外層シート４ａおよび４ｂに挟まれる。

電極印刷シート３ａ〜３ｄおよび外層シート４ａ，４ｂは、焼成後の比透磁率μが１３０（μ＝１３０）の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、それぞれコイル導体パターン２ａ，２ｂ，２ｃおよび２ｄがＡｇペーストで印刷されている。最下層および最上層のコイル導体パターン２ａおよび２ｄはそれぞれ引出電極を構成し、中間層のコイル導体パターン２ｂおよび２ｃは周回電極を構成する。電極印刷シート３ａ〜３ｄが積層されて、各コイル導体パターン２ａ〜２ｄ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）の透視図に示すように、コイル導体２が螺旋状に巻回された内部コイル１ａが形成される。この内部コイル１ａは、コイル導体パターン２ａ〜２ｄとフェライトグリーンシートからなる磁性体層とが複数積層されて、複数のコイル導体パターン２ａ〜２ｄが１本のコイル導体２に連なって巻回され、コイル周囲が比透磁率μ＝１３０の磁性体層１ｂに囲まれて構成される。なお、電極印刷シート３ｂ，３ｃの図１に示す積層部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）値に応じた枚数の電極印刷シート３ｂ，３ｃが積層される。

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２ａの引出端部２ａ１、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２ｄの引出端部２ｄ１は、図２（ｂ）の積層インダクタ１の外観斜視図に示す外部電極５ａおよび５ｂとそれぞれ接続される。内部コイル１ａは、同図（ｂ）に示すように、コイルの巻き中心軸方向における磁性体層１ｂの両方の最外層端部に、相対的に透磁率が低い磁性材料からなる低透磁率磁性体層１ｃと、相対的に透磁率が高い磁性材料からなる高透磁率磁性体層１ｄとが交互に少なくとも１層ずつ設けられている。本実施の形態では、磁性体層１ｂの上下面の最外層端部から、厚さ２０μｍの低透磁率磁性体層１ｃ、厚さ２０μｍの高透磁率磁性体層１ｄの順に交互にこれらが２組で計４層、各コイル端部にそれぞれ積層されている。また、低透磁率磁性体層１ｃは焼成後の比透磁率μが１の非磁性フェライト等の非磁性材料からなり、高透磁率磁性体層１ｄは焼成後の比透磁率μが３９０のフェライトグリーンシートからなる。

積層インダクタ１は、電極印刷シート３ａ〜３ｄおよび外層シート４ａ，４ｂが図１に示すように積層され、さらに、その両端部に低透磁率磁性体層１ｃおよび高透磁率磁性体層１ｄが図２（ｂ）に示すように４層積層されて、チップサイズにカットされる。その後、焼成されることで、本実施形態では、長さ、幅、厚さが２．０×１．２５×０．９[ｍｍ]のチップサイズの積層インダクタ１が得られた。図３は、得られたチップの長手方向中央部における横断面図を示す。なお、同図において図２と同一部分には同一符号を付してその説明は省略する。焼成後の低透磁率磁性体層１ｃおよび高透磁率磁性体層１ｄの厚さはそれぞれ１５μｍ程度になっており、低透磁率磁性体層１ｃおよび高透磁率磁性体層１ｄの計４層の総厚さは６０μｍ程度になっている。

このような本実施の形態の積層インダクタ１によれば、内部コイル１ａの周囲が磁性体層１ｂに囲まれるため、内部コイル１ａで発生した磁束の多くは磁性体層１ｂを通る。また、磁束が集中するコイル両端部分の磁性体層１ｂからは、内部コイル１ａで発生した磁束の一部が空間に漏れ出ようとするが、内部コイル１ａの巻き中心軸方向における磁性体層１ｂの両方の最外層端部において、低透磁率磁性体層１ｃと高透磁率磁性体層１ｄとの透磁率が異なる磁性体層境界面のインピーダンス不整合によって電磁波が低減するため、漏れ出ようとする磁束が弱められる。本実施の形態では、低透磁率磁性体層１ｃおよび高透磁率磁性体層１ｄの組みが２組あるため、磁性体層境界面でのインピーダンス不整合によって磁束を弱める作用がコイル両端部それぞれで複数回繰り返される。このため、磁束が集中するコイル両端部分の両方の最外層端部の磁性体層１ｂから漏れ出る磁束を低減することが可能になる。従って、本実施の形態の積層インダクタ１によれば、積層インダクタ１を回路基板に実装した際、近接する回路部品へ磁気の影響が及ぶのを最小限に抑えることが出来る。

特に本実施の形態の積層インダクタ１によれば、低透磁率磁性体層１ｃが比透磁率μ＝１の非磁性材料から形成されるため、低透磁率磁性体層１ｃと高透磁率磁性体層１ｄとの磁性体層境界面におけるインピーダンス不整合によって奏される、コイル端部の磁性層１ｂから漏れ出る磁束を弱める効果が高められ、コイル端部の磁性層１ｂから漏れ出る磁束を効率的に低減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０．３[ｍｍ]の箇所で、磁界強度の測定を行った。図４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のチップ幅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それぞれ持つ、図５に示す積層インダクタ１１および図６に示す積層インダクタ２１の各比較例１および２についても、同様の測定を行った。図５および図６は、図３に示す積層インダクタ１と同様、積層インダクタ１１および積層インダクタ２１のチップ長手方向中央部における横断面図をそれぞれ示す。これら各図において図３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５に示す比較例１の積層インダクタ１１は、内部コイル１ａの巻き中心軸方向における磁性体層１ｂの両方の最外層端部に、上述した低透磁率磁性体層１ｃおよび高透磁率磁性体層１ｄが設けられておらず、当該部分に比透磁率μ＝１３０の磁性体層１ｂが延びて設けられている。

図６に示す比較例２の積層インダクタ２１は、上述した低透磁率磁性体層１ｃおよび高透磁率磁性体層１ｄの形成部分に、高透磁率磁性体層１ｄと同じ比透磁率μ＝３９０の高透磁率磁性体層１ｅのみが焼成後の厚さ６０μ程度に設けられている。

図４に示すグラフにおいて、実線で示す特性線３１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３２は図５に示す比較例１の積層インダクタ１１についての測定結果、長い破線で示す特性線３３は図６に示す比較例２の積層インダクタ２１についての測定結果である。

磁性体層１ｂの両方の最外層端部に低透磁率磁性体層１ｃおよび高透磁率磁性体層１ｄが設けられた、特性線３１で示す特性の本実施の形態の積層インダクタ１は、磁性体層１ｂの両方の最外層端部に低透磁率磁性体層１ｃおよび高透磁率磁性体層１ｄが設けられていない、特性線３２で示す特性の比較例１の積層インダクタ１１に比べ、チップ中央部で最大で４．３ｄＢ程度、磁界強度測定値が低くなっている。また、磁性体層１ｂの両方の最外層端部に単一の高透磁率磁性体層１ｅのみが設けられた、特性線３３で示す特性の比較例２の積層インダクタ２１は、若干の漏れ磁束の低下が見られるものの、磁界強度測定値は比較例１に比べて１．３ｄＢ程度しか低くなっていない。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、磁性体層１ｂの最外層端部に設けられた低透磁率磁性体層１ｃおよび高透磁率磁性体層１ｄにより漏れ磁束低減効果が奏されることが確認された。

なお、上記の実施の形態では、内部コイル１ａのコイル導体２の形成部を単一の磁性体層１ｂで形成した場合について説明したが、図７の積層インダクタ３１の横断面図に示すように、積層面方向周囲が磁性体層１ｂに囲まれた非磁性材料からなる非磁性体層１ｆをコイル導体パターン２ａ〜２ｄの積層部に少なくとも１層備えるように構成してもよい。なお、同図において、図３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。

本構成によれば、内部コイル１ａの周囲を磁性体層１ｂで囲みながら、内部コイル１ａで発生する磁束の磁路中に、非磁性材料からなる非磁性体層１ｆを介在させることが出来る。このため、この非磁性体層１ｆによって内部コイル１ａで発生する磁束が磁気飽和しにくくなり、より大きな磁束を磁路に通すことが可能になって高いインダクタンス値を得ることが可能になる。従って、この積層インダクタ３１は電源用のインダクタとして用いると好適である。

また、上記の実施の形態では、磁性体層１ｂの両方の最外層端部に低透磁率磁性体層１ｃおよび高透磁率磁性体層１ｄが設けられた場合について説明したが、磁性体層１ｂのいずれか一方の最外層端部に低透磁率磁性体層１ｃおよび高透磁率磁性体層１ｄが設けられるように構成してもよい。この構成では、内部コイル１ａの一方の最外層端部の磁性体層１ｂから漏れ出る磁束を低減することが可能になる。従って、この構成によっても、積層インダクタを回路基板に実装することで、近接する回路部品へ磁気の影響が及ぶのを最小限に抑えることが出来る。

また、上記の実施の形態では、磁性体層１ｂの最外層端部に低透磁率磁性体層１ｃおよび高透磁率磁性体層１ｄが２組で計４層設けられた場合について説明したが、その層数はこれに限定されるものではない。磁性体層１ｂの最外層端部に低透磁率磁性体層１ｃおよび高透磁率磁性体層１ｄがそれぞれ少なくとも１層ずつあればよい。

また、上記の実施の形態では、磁性体層１ｂの比透磁率μを１３０、高透磁率磁性体層１ｄの比透磁率μを３９０とした場合について説明したが、磁性体層１ｂおよび高透磁率磁性体層１ｄの各比透磁率を同じ１３０や３９０としてもよく、低透磁率磁性体層１ｃの比透磁率より高ければよい。また、図７に示す非磁性体層１ｆの周囲の磁性体層１ｂも、その上下の磁性体層１ｂと同じ比透磁率である必要はなく、異なっていてもよい。また、低透磁率磁性体層１ｃは必ずしも非磁性材料からなる必要はなく、高透磁率磁性体層１ｄに比べて相対的に低い磁性材料から形成されればよい。

また、上記の実施の形態では、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、磁性体層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。

１，３１…積層インダクタ
１ａ…内部コイル
１ｂ…磁性体層
１ｃ…低透磁率磁性体層
１ｄ…高透磁率磁性体層
１ｆ…非磁性体層
２…コイル導体
２ａ〜２ｄ…コイル導体パターン
３ａ〜３ｄ…電極印刷シート
４ａ，４ｂ…外層シート
５ａ，５ｂ…外部電極

Claims (3)

1. コイル導体パターンと磁性体層とが複数積層されてコイルの周囲が前記磁性体層に囲まれて構成される積層インダクタにおいて、
   前記コイルの巻き中心軸方向における前記磁性体層の両方の最外層端部に、相対的に透磁率が低い磁性材料からなる低透磁率磁性体層と相対的に透磁率が高い磁性材料からなる高透磁率磁性体層とが交互に２層以上ずつ設けられていることを特徴とする積層インダクタ。
2. 前記低透磁率磁性体層は非磁性材料からな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. 積層面方向周囲が前記磁性体層に囲まれた非磁性材料からなる非磁性体層を前記コイル導体パターンの積層部に備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の積層インダクタ。

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