JP6981389B2 - Dc−dcコンバータ用積層型コイルアレイおよびdc−dcコンバータ - Google Patents
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Description
素体に内蔵された第1コイルおよび前記第1コイルと巻回方向が同じである第2コイルと、
素体の表面に設けられ、第1コイルおよび前記第2コイルの端部のいずれか1つにそれぞれ電気的に接続された第1外部電極、第2外部電極、第3外部電極および第4外部電極と
を有してなるDC−DCコンバータ用積層型コイルアレイであって、
第1コイルと第2コイルとの間に非磁性層が設けられており、
第1コイルおよび第2コイルはそれぞれ、複数のコイル導体が積層方向に連結されてなり
第1コイルの複数のコイル導体のうち第2コイルに最も近いコイル導体から引き出された端部が、第1外部電極に接続されるとともに、第1コイルの他方の端部は第2外部電極に接続され、
第2コイルの複数のコイル導体のうち第1コイルに最も近いコイル導体から引き出された端部が、第3外部電極に接続されるとともに、第2コイルの他方の端部は第4外部電極に接続され、
第2外部電極および第4外部電極が、DC−DCコンバータのスイッチング素子の出力端子に接続される、DC−DCコンバータ用積層型コイルアレイが提供される。
グ素子と、コンデンサとを含む、DC−DCコンバータであって、
第2外部電極および第4外部電極が、スイッチング素子の出力端子に接続される、DC
−DCコンバータが提供される。
磁性層21は、磁性材料で構成される磁性粒子を含む。磁性粒子は、Fe、Co、Ni、およびこれらを含む合金等の金属磁性材料の粒子(金属磁性粒子)、またはフェライト粒子であってよい。磁性粒子は、好ましくはFe粒子またはFe合金粒子である。Fe合金としては、Fe−Si系合金、Fe−Si−Cr系合金、Fe−Si−Al系合金、Fe−Si−B−P−Cu−C系合金、Fe−Si−B−Nb−Cu系合金等が好ましい。上述の金属磁性材料からなる金属磁性粒子の表面は、絶縁被膜で覆われていることが好ましい。金属磁性粒子の表面が絶縁被膜で覆われていると、金属磁性粒子間の絶縁性を高くすることができる。金属磁性粒子の表面に絶縁被膜を形成する方法については後述する。絶縁被膜を構成する材料は、P、Si等の酸化物が好ましい。また、絶縁被膜は金属磁性粒子の表面が酸化されることで形成された酸化膜であってもよい。絶縁被膜の厚みは、好ましくは1nm以上50nm以下、より好ましくは1nm以上30nm以下、さらに好ましくは1nm以上20nm以下である。絶縁皮膜の厚みは、後述するように積層型コイルアレイの試料を研磨することで得られた断面を走査型電子顕微鏡(SEM)で撮影し、得られたSEM写真から、金属磁性粒子表面の絶縁被膜の厚みを測定することができる。
本実施形態に係る積層型コイルアレイ1において、素体2は、磁性層21に加えて非磁性層22を含む。非磁性層22は、後述するように、第1コイル31と第2コイル32との間に設けられる。非磁性層22を設けることにより、第1コイル31と第2コイル32との間の絶縁性を高めることができ、両者の間で短絡が発生するのを抑制することができる。非磁性層22は、非磁性材料として、ガラスセラミック材料および非磁性フェライト材料等を含んでよい。非磁性層22は、非磁性材料として非磁性フェライト材料を含むことが好ましい。非磁性フェライト材料としては、FeがFe2O3に換算して40mol%以上49.5mol%以下、CuがCuOに換算して6mol%以上12mol%以下、残部がZnOである組成を有する非磁性フェライト材料を用いることができる。非磁性材料は、必要に応じて添加物としてMn3O4、Co3O4、SnO2、Bi2O3およびSiO2等が添加されていてよく、微量な不可避不純物を含有していてもよい。非磁性層22は、好ましくはZn−Cu系フェライトを含有する。
素体2の内部には、第1コイル31および第2コイル32が設けられている。後述するように、第1コイル31および第2コイル32はそれぞれ、複数のコイル導体が積層方向に連結されてなる。第1コイル31および第2コイル32は、Ag等の導電性材料で構成されてよい。導電性ペーストは、導電性材料に加えて、溶剤、樹脂および分散剤等を含んでよい。なお、本実施形態に係る積層型コイルアレイ1は、素体2に内蔵される2つのコイルを含むが(図1Bおよび図3A〜3Sを参照)、本発明に係る積層型コイルアレイはこのような構成に限定されるものではなく、3以上のコイルを備えてもよい。また、図1Bおよび図3A〜3Sに示す構成において、第1コイル31および第2コイル32はそれぞれ、3つのコイル導体が連結されてなる。ただし、本実施形態に係る積層型コイルアレイ1はこのような構成に限定されるものではなく、所望のインダクタンス値等に応じて、2つのコイル導体または4以上のコイル導体が連結されてなるコイルを含んでよい。
本実施形態に係る積層型コイルアレイ1は、素体2の表面に設けられ、第1コイル31および第2コイル32の端部のいずれか1つにそれぞれ電気的に接続された第1外部電極401、第2外部電極402、第3外部電極403および第4外部電極404を備える。図1Aに示す構成において、第1外部電極401、第2外部電極402、第3外部電極403および第4外部電極404は、素体2の底面のみに設けられているが、本実施形態に係る積層型コイルアレイは、このような構成に限定されるものではなく、第1〜第4外部電極401〜404は、素体2の底面と、底面と隣り合う他の側面とにまたがって設けられてもよい。例えば、第1〜第4外部電極401〜404は、素体2の底面と、底面と隣り合うWT面にまたがって設けられたL字電極であってよい。第1〜第4外部電極401〜404は、Ag等の導電性材料で構成されてよい。
次に、本実施形態に係る積層型コイルアレイ1の製造方法について、図3A〜3Sを参照して以下に説明する。ただし、本実施形態に係る積層型コイルアレイ1の製造方法は、以下に説明する方法に限定されるものではない。なお、図3A〜3Sのそれぞれにおいて、右端の図は、各製造プロセスにおける積層体の上面図であり、残りの図はそれぞれ、上面図に示す破線1〜4に沿った断面図である。
磁性ペーストは、磁性層21を形成するのに用いられる。磁性ペーストは磁性材料を含む。磁性ペーストは、磁性材料に加えて、バインダー、溶剤および可塑剤等を含んでよい。
磁性材料として、Fe、Co、Ni、およびこれらを含む合金等の金属磁性材料の粒子(金属磁性粒子)、またはフェライト粒子を用いることができる。磁性材料は、好ましくはFeまたはFe合金である。Fe合金としては、Fe−Si系合金、Fe−Si−Cr系合金、Fe−Si−Al系合金、Fe−Si−B−P−Cu−C系合金、Fe−Si−B−Nb−Cu系合金等が好ましい。上述の金属磁性材料からなる金属磁性粒子の表面は、絶縁被膜で覆われていることが好ましい。金属磁性粒子の表面が絶縁被膜で覆われていると、金属磁性粒子間の絶縁性を高くすることができる。絶縁被膜を形成する方法として、公知のゾル−ゲル法、メカノケミカル法等を用いることができる。絶縁被膜を構成する材料は、P、Si等の酸化物が好ましい。また、絶縁被膜は金属磁性粒子の表面が酸化されることで形成された酸化膜であってもよい。絶縁被膜の厚みは、好ましくは1nm以上50nm以下、より好ましくは1nm以上30nm以下、さらに好ましくは1nm以上20nm以下である。絶縁皮膜の厚みは、上述したように積層型コイルアレイの試料を研磨することで得られた断面を走査型電子顕微鏡(SEM)で撮影し、得られたSEM写真から、金属磁性粒子表面の絶縁被膜の厚みを測定することができる。
非磁性ペーストは、非磁性層22および非磁性部23を形成するのに用いられる。非磁性ペーストは非磁性材料を含む。非磁性ペーストは、非磁性材料に加えて、バインダー、溶剤および可塑剤等を含んでよい。
非磁性材料として、ガラスセラミック材料および非磁性フェライト材料等を用いることができるが、非磁性フェライト材料を用いることが好ましい。非磁性フェライト材料としては、FeがFe2O3に換算して40mol%以上49.5mol%以下、CuがCuOに換算して6mol%以上12mol%以下、残部がZnOである組成を有する非磁性フェライト材料を用いることができる。非磁性材料は、必要に応じて添加物としてMn3O4、Co3O4、SnO2、Bi2O3およびSiO2等が添加されていてよく、微量な不可避不純物を含有していてもよい。
導電性ペーストは、第1コイル31および第2コイル32ならびに第1〜第4外部電極401〜404を形成するのに用いられる。導電性ペーストは、Ag粉末等の導電性材料を含む。導電性ペーストは、導電性材料に加えて、溶剤、樹脂および分散剤等を含んでよい。
金属プレートの上に熱剥離シートおよびPET(ポリエチレンテレフタレート)フィルムを積み重ね、その上に、磁性ペーストを印刷して乾燥させる。磁性ペーストの厚みが所定の厚みになるように印刷および乾燥を繰り返し、積層型コイルアレイの上面側の磁性層21を形成する。
2 素体
31 第1コイル
32 第2コイル
301 第1のコイル導体
302 第2のコイル導体
303 第3のコイル導体
304 第4のコイル導体
305 第5のコイル導体
306 第6のコイル導体
307 接続部
308 接続層
309 コイル導体層
401 第1外部電極
402 第2外部電極
403 第3外部電極
404 第4外部電極
21 磁性層
22 非磁性層
23 非磁性部
24 追加の非磁性層
Claims (2)
- 磁性粒子を含有する磁性層を含む素体と、
前記素体に内蔵された第1コイルおよび前記第1コイルと巻回方向が同じである第2コイルと、
前記素体の表面に設けられ、前記第1コイルおよび前記第2コイルの端部のいずれか1つにそれぞれ電気的に接続された第1外部電極、第2外部電極、第3外部電極および第4外部電極と
を有してなるDC−DCコンバータ用積層型コイルアレイであって、
前記第1コイルと前記第2コイルとの間に非磁性層が設けられており、
前記第1コイルおよび前記第2コイルはそれぞれ、複数のコイル導体が積層方向に連結されてなり
前記第1コイルの前記複数のコイル導体のうち前記第2コイルに最も近いコイル導体から引き出された端部が、前記第1外部電極に接続されるとともに、前記第1コイルの他方の端部は前記第2外部電極に接続され、
前記第2コイルの前記複数のコイル導体のうち前記第1コイルに最も近いコイル導体から引き出された端部が、前記第3外部電極に接続されるとともに、前記第2コイルの他方の端部は前記第4外部電極に接続され、
前記第2外部電極および前記第4外部電極が、DC−DCコンバータのスイッチング素子の出力端子に接続される、DC−DCコンバータ用積層型コイルアレイ。 - 請求項1に記載の積層型コイルアレイと、スイッチング素子と、コンデンサとを含む、DC−DCコンバータであって、
前記第2外部電極および前記第4外部電極が、前記スイッチング素子の出力端子に接続される、DC−DCコンバータ。
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