JPH01157508A

JPH01157508A - 平面インダクタ

Info

Publication number: JPH01157508A
Application number: JP6226288A
Authority: JP
Inventors: Michio Hasegawa; 長谷川　迪雄; Masashi Sahashi; 政司佐橋
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1987-09-29
Filing date: 1988-03-16
Publication date: 1989-06-20

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、平面インダクタに関する。

（従来の技術）従来、第１３図に示す如く、絶縁層３ａ、３ｂ、３Ｃを
交互に介在して２層に亘るスパイラル状導体コイル１ａ
、１ｂの両面を強磁性薄帯２　ａ　％２ｂで挟んだ構造
の平面インダクタか知られている。なお、同図（Ａ）は
、かかる従来の平面インダクタの平面図であり、同図（
Ｂ）は、同平面インダクタのＡ−Ａ線に沿う断面図であ
る。ここで、平面図中に実線及び破線で示すスパイラル
状導体コイル１　ａ　ｓ　１　ｂは、同スパイラル状導
体コイルｌａ、ｌｂの断面図における中心線の軌跡を示
している。絶縁層３ａ、３ｂ、３Ｃは、誘電体等で形成
されている。両スパイラル状導体コイル１ａｓ１ｂは、
スルーホール４を介して電気的に接続されており、夫々
の端部に設けられた端子５ａ。

５ｂ間にインダクタを構成している。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、このような平面インダクタのスパイラル
状導体コイルｌａ、ｌｂに電流を流すと、第１４図に矢
印で示す如く、磁束６ａ、５ｔ）は中心部からスルーホ
ール４を境にして互いに逆方向に流れる。その結果、ス
パイラル状導体コイルｌａ、ｌｂの中心部付近と最外側
部付近の２箇所で磁束密度の極めて低い空隙部７ａ、７
ｂが存在する。このためインダクタンスが低下する問題
がある。この場合、中心部付近の空隙部７ａには、スパ
イラル状導体コイル１ａ、１ｂにより集中的に磁場が発
生しているが、最外側部付近の空隙部７ｂには磁場がほ
とんどないので、インダクタンスの低下は中心部の場合
に比べて遥かに大きい。

また、平面インダクタの構成要素であるスパイラル状導
体コイルｌａ、ｌｂや絶縁層３ａ、３ｂ。

３ｃ及び強磁性薄帯２ａ’ｂ　２ｂの接触部を接着させ
る必要があるが、例えば絶縁層３　ａ　％　３　ｂ　ｓ
３Ｃを高分子材料で形成した場合、高分子材料の軟化点
以上の温度で加圧させて各層間を接着させる方法や、各
構成要素の接触部を適当な接着剤で接着させる方法等が
採られている。

しかしながら、強磁性薄帯２　ａ　ｓ　２　ｂの磁歪が
大きいと隣接する絶縁層３ａ、３ｂ、３Ｃとの接着過程
で強磁性薄帯２　ａ　％　２　ｂの表面に圧縮応力等の
応力が加わり、この応力と磁歪との相互作用により磁気
特性が劣化して実効透磁率が低下する。

また、完成した平面インダクタを使用する際に強磁性薄
帯２ａ、２ｂに歪みが生じると、同様に実効透磁率が変
化しＬ値が変動することが考えられる。これらの現象は
、実効透磁率が大きい程顕著に現われる。

また、この平面インダクタにおける磁気回路では、一般
に強磁性薄帯２　ａ　％　２　ｂの厚さが厚い方が磁気
抵抗は小さくなりインダクタンスは増加するが、全体の
厚さをできるだけ薄くしようとする平面インダクタの目
的とは相反することになる。

本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、構成
要素の接着に伴うインダクタンスの低下を防止し、かつ
単位体積当りのインダクタンス値の向上を図った平面イ
ンダクタを提供するものである。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）本発明は、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でなる平面インダクタにおいて、
スパイラル状導体コイルの中心部および／または該スパ
イラル状導体コイルと同一平面上で、かつ、該スパイラ
ル状導体コイルの質が強磁性体層と少なくとも部分的に
接触していることを特徴とする平面インダクタである。

ここで、強磁性体物質は、強磁性体粉末の集合体または
強磁性体粉末を含む複合体の何れかで構成するのが好ま
しい。

また、強磁性体層の磁歪の絶対値は、１×ｌロー６以下
に設定するのが好ましい。また、強磁性体層の平均厚さ
は４〜２０ｐとすることが好ましい。

なお、強磁性体層としては、最近注目されている薄帯状
、薄膜状の高透磁率非晶質合金を用いるのが好ましい。

このうちでも、以下の組成のものを用いるのが好ましい
。すなわち、一般式％式％）（ただし、Ｍ；Ｔｉ５Ｖ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｚｒ。

Ｎｉ５Ｎｂ、Ｍｏ５Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、白金族から選ばれ
る少なくとも１種、０、Ｏ１≦ａ≦０．１０、０≦Ｘ≦０．０８．０．３≦
ｂ≦０．７、１５≦ｙ≦３５）にて表わされるものであ
る。

上記式において、Ｆｅは磁歪を０に調整するための元素
である。Ｍは透磁率の熱安定性を改善するための元素で
あるが、ｂの値を０．３〜０．７に設定することにより
、熱安定性は改善されるので、Ｘは０であってもよい。

Ｘを０≦Ｘ≦０．０８としたのは、Ｘが０．０８を超え
るとキュリー温度が低くなりすぎて実用的でなくなるた
めである。Ｓｔ及びＢは非晶質化に必須の元素であるが
、ｙを１５≦ｙ≦３５としたのは、ｙが１５未満では熱
安定性−６＝か良好でなくなり、ｙか３５を超えるとキュリー温度か
低下して実用的でなくなるためである、ＳｉとＢの配合
比すを０．３≦ｂ≦０．７としたのは、この範囲で特に
磁気特性の熱安定性か良好となるからである。

（作用）本発明にかかる平面インダクタによれば、スパイラル状
導体コイルの中心部および／またはスパイラル状導体コ
イルと同一平面上で、かつ、スパイラル状導体コイルの
外側部よりも外側でスパイラル状導体コイルを囲む領域
に強磁性体物質を設け、強磁性体物質を強磁性体層と少
なくとも部分的に接触させたことにより、スパイラル状
導体コイルの中心部及び外側部における磁気抵抗を減少
させて、単位体積当りのインダクタンスを高めると共に
平面インダクタ全体のインダクタンスの低下を防止する
ことができる。

また、強磁性体層の磁歪の絶対値を１×１０−６以下に
設定することにより、平面インダクタの各構成要素の接
イｑ時に生じる応力等によるインダクタンスの低下を防
止できる。

また、強磁性体層の平均厚さを４〜２０ｐとすることに
より、単位体積当りのインダクタンス値Ｌ／Ｖの低下を
防止できる。すなわち、強磁性体層の厚さが４ｐ未満で
あると、スパイラル状導体コイルに電流が流れることに
よって生じる磁束かすべて通るのに必要な断面積が得ら
れないために漏れ磁束が多くなり、インダクタンスは著
しく低下し、単位体積当りのインダクタンス値Ｌ／Ｖは
低下する。一方、強磁性体層の厚さが２０ｐを超えると
磁気回路における強磁性体層の断面積はスパイラル状導
体コイルに電流が流れることによって生じる磁束のすべ
てを通ずには十分大きくなり、磁気抵抗は減り、漏れ磁
束は少なくなってインダクタンスは大きくなるが、平面
インダクタンスの体積も増加するので、Ｌ／Ｖはかえっ
て低下する。

（実施例）以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。

実施例１第１図（Ａ）は、本発明の一実施例の平面インダクタの
平面図、第１図（Ｂ）は同実施例の平面インダクタのＡ
−Ａ線に沿う断面図である。なお、第１３図に示した従
来のものと同一部分については、同符号を付している。

この平面インダクタは、絶縁層３ａ、３　ｂ　％　３　
ｃを交互に介在して２層に亘る２個の同形状のスパイラ
ル状導体コイル１　ａ　’−。

１ｂを設けている。夫々のスパイラル状導体コイル１ａ
、ｌｂの表裏両面側には、これらのスパイラル状導体コ
イル１ａ、］ｂの占める面積よりも大きな面積を有する
強磁性薄帯２　ａ　％　２　ｂが絶縁層３　ａ　％　３
　ｃを介して貼着されている。スパイラル状導体コイル
ｌａ、ｌｂの中心部には、強磁性体物質１０が強磁性薄
帯２　ａ　％　２　ｂと接触するようにして設けられて
いる。

ここで、スパイラル状導体コイルｌａ、ｌｂは、例えば
厚さ２０ｐの銅箔にエツチングを施して幅１　ｍｍ　％
コイル間隔１　ｍｍ、コイル巻数１０回の２層に亘るコ
イルか使用されている。

絶縁層３ａ、３ｂ、３ｃは、例えば厚さ２０ｐのポリカ
ーボネートシートが使用されている。

強磁性薄帯２ａ、２ｂは、例えは単ロール法により作製
した厚さ約１６ｐ、幅２５ｍｍのＣｏ系非晶質合金リボ
ン（１ｋＨにおける実効透磁率が約１．２　ＸｌＯ４、
磁歪０かこれに近いもの）から切出して作製した２５ｍ
ｍ　Ｘ　２５ｍｍのシートで構成されている。

強磁性体物質１０は、例えばＣｏ系非晶質合金リボンか
ら切出した２　ｍｍ　Ｘ　２　ｍｍの試片を４〜５枚重
ねたもので構成されている。

また、スパイラル状溝体コイルｌａ、］、ｂ等の各構成
要素の組立ては、例えば１７０°Ｃ，５ｋｇ／α２の条
件下でこれらの構成要素を約１０分間保持することによ
り行う。

このように構成された平面インダクタ（実施例１）の磁
束６の流れは、第２図に矢印で示す通りである。また、
この平面インダクタの周波数特性を調べたところ第３図
に特性線工にて示す結果を得た。

これと比較するために実施例１のものと同様のスパイラ
ル状導体コイル、絶縁層及び強磁性薄帯からなり、スパ
イラル状導体コイルの中心部に強磁性体物質が存在せず
空隙部となった平面インダクタ（比較例１）を作り、同
様に周波数特性を調べたところ第３図に特性線■にて併
記した結果を得た。

第３図の結果から明らかなように実施例１の平面インダ
クタでは、スパイラル状導体コイル１　ａ　％ｌｂの中
心部の空隙部を強磁性体物質１０で埋めて短絡している
ので、比較例１のものに比べて周波数帯の全域に亘って
インダクタンス値が大きく単位体積当りのインダクタン
ス値が改善されて極めて効率のよいものであることが分
った。

また、比較例１の平面インダクタで強磁性薄帯を磁歪が
約８Ｘ１０−６のＦｅ系非晶質合金で形成した以外は比
較例１と同様の構成を有する比較例２の平面インダクタ
を作製した。この比較例２の平面インダクタを僅かに曲
げるとそのインダクタン、スは約半分に低下した。これ
に対して実施例１の平面インダクタでは、僅かに曲げて
もそのインダクタンスはほとんど変化しなかった。この
ことから実施例１の平面インダクタでは、各構成要素の
接着時の応力や取扱い時の曲げ歪み等によってもインダ
クタンスの値はほとんど変化せず安定したものであるこ
とが分った。

実施例２第４図に示す如く、実施例１の平面インダクタ２個を、
２個のスパイラル状導体コイル１　ａ　ｓｌｂ、１ａ−
１ｌｂ−が同一平面上に近接するように設け、かつその
表裏両面側にはこれらのスパイラル状導体コイルｌａｓ
　ｌｂ、１ａ−１ｌｂ−の占める面積よりも大きな面積
を有する強磁性薄帯２ａ、２ｂを絶縁層３ａ、３ｃを介
して貼着すると共に、これらのスパイラル状導体コイル
１ａ、１ｂ％１ａ−１ｌｂ−を、隣接するもの相互間で
逆方向に電流が流れるように電気的に接続してなる実施
例２の平面インダクタを作製した。この平面インダクタ
の周波数特性を調べたところ第５図に特性線１′にて示
す結果を得た。

これと比較するために実施例２のものと同様のスパイラ
ル状導体コイル、絶縁層及び強磁性薄帯からなり、スパ
イラル状導体コイルの中心部に強磁性体物質が存在せず
空隙部となった平面インダクタ（比較例３）を作り、同
様に周波数特性を調べたところ第５図に特性線■′にて
併記した結果を得た。

第５図の結果から明らかなように実施例２の平面インダ
クタでは、比較例３のものに比べて周波数帯の全域に亘
ってインダクタンス値が大きく単位体積当りのインダク
タンス値が改善されていることが分った。

実施例３第６図に示す如く、強磁性体物質１０’を、スパイラル
状導体コイルｌａ、ｌｂと同一平面上で、かつ、スパイ
ラル状導体コイルｌａ、ｌｂの外側部よりも外側でスパ
イラル状導体コイル１　ａ　％１ｂを囲む領域に設けた
構成以外は比較例１のものと同様にして実施例３の平面
インダクタを作製した。

このように構成された平面インダクタ（実施例３）の磁
束６の流れは、第７図に矢印で示す通りであった。この
平面インダクタの周波数特性を調べたところ第８図に特
性線Ｉ“にて示す結果を得た。

これと比較するために実施例３のものと同様のスパイラ
ル状導体コイル、絶縁層及び強磁性薄帯からなり、スパ
イラル状導体コイルの外側部にこれを囲む強磁性物質が
存在せず空隙部となった平面インダクタ（比較例４）を
作り、同様に周波数特性を調べたところ第８図に特性線
■“にて併記した結果を得た。

第８図の結果から明らかなように実施例３の平面インダ
クタでは、比較例４のものに比べて周波数帯の全域に亘
ってインダクタンス値が大きく単位体積当りのインダク
タンス値が改善されていることが分った。

実施例４第９図に示す如く、強磁性体物質ＩＯ＃′を強磁性薄帯
２ａ、２ｂの直下の絶縁体層３ａ、３ｃを剥離した領域
までに亘って設けた実施例４の平面インダクタを作製し
たところ、実施例３のものよりも更に周波数帯の全域に
亘ってインダクタンス値を大きくして単位体積当りのイ
ンダクタンス値を改善できることが分った。

実施例５第１０図図示の構成を有する平面インダクタについて、
強磁性薄帯の厚さの影響を調べた。この平面インダクタ
では、スパイラル状導体コイル１ａ、１ｂの中心部に強
磁性体物質１０か、スパイラル状導体コイル１ａ、］ｂ
の外側部よりも外側でスパイラル状導体コイル１．　ａ
　−、１ｂを囲む領域に強磁性体物質１０″か設けられ
ている。ここで、スパイラル状導体コイルｌａ、：ｌ、
ｂは厚さ３５ｐの銅箔にエツチングを施したものからな
り、幅０．２５ｍｍ、線間隔０２５關、コイル巻数４０
回、外寸法２Ｇｍｍ　Ｘ　２０ｍｍの形状をなし、厚さ
２５間のポリイミドフィルムからなる絶縁層３ｂを介し
て２層に亘って形成され、中央のスルーホールを通して
接続されている。絶縁層３ａ、３ｃとしては厚さ］２１
１Ｉｎのポリイミドフ−］５− ィルムか使用されている。

強磁性薄帯２ａ、２ｂとしては単ロール法により作製さ
れ、（Ｃｏ　０８ｓＦｅ　ｏ、　ｏ６Ｎｔ　ｏ、　ｏ４Ｎｂ
　０．０２）　７５ｓｊ　ｌＯＢ＋５なる組成を有し、
５〜２５ＩＬｍの範囲で平均厚さが異なる５種のＣｏ系
非晶質合金リボンから、外寸法が２５ｍｍ　Ｘ　２５ｍ
ｍとなるように切出されたものか使用されている。この
Ｃｏ系非晶質合金の実効透磁率は、２ＸＩＯ４（１ｋＨ
ｚ）　、１ｘｌＯ’（１００ｋＨｚ）である。

スパイラル状導体コイル１ａ、１ｂの中心部に設置され
る強磁性体物質１０〜としては、」二記組成を有し、平
均厚さが２０μｓのＣｏ系非晶質合金から、□外寸法が
２　ｒｒｖｎ　Ｘ　２　ｍｍとなるように切出された薄
帯を６枚重ねたものか使用されている。スパイラル状導
体コイルｌａ、ｌｂの外側部よりも外側に設置される強
磁性体物質１０′としては、」二記組成を有し、平均厚
さが２０μｓのＣｏ系非晶質合金から、内寸法（図中Ｘ
で表示）か２１．　ｍｍ、外寸法（図中Ｙで表示）が２
５ｍｍとなるように切出された枠状の薄帯を６枚重ねた
ものが使用されている。

これらと比較するために、スパイラル状導体コイル１ａ
、１ｂの中心部及び外側部よりも外側に強磁性体物質１
０．１０″′を設置していない以外は、」二記と同様の
構成を有し、強磁性薄帯２ａ、２ｂの平均厚さが異なる
５種の平面インダクタ（比較例５）を作製した。

得られた各構造の平面インダクタについて、インダクタ
ンス（Ｌ）の強磁性薄帯２ａ、２ｂ厚さに対する依存性
を第１１図に、また単位体積当りのインダクタンス値（
Ｌ／Ｖ）の強磁性情ＴＨ２ａ　％２ｂ厚さに対する依存
性を第１２図にそれぞれ示す。

なお、第１１図及び第１２図中、実線は実施例５の平面
インダクタについての、破線は比較例５の平面インダク
タについての結果を示す。

Ｎ１．１図及び第１２図から、強磁性体物質１０、ＩＯ
“′を設けているか否かにかかわらず、Ｌは強磁性薄帯
２ａ、２ｂの平均厚さが増すにつれて増加する傾向にあ
るか、Ｌ／Ｖは強磁性薄帯２　ａ　％　２　ｂの平均厚
さが１０〜１５ρの付近で最大値をとることが分る。そ
して、スパイラル状導体コイルｌａ。

１ｂの中心部及び外側部に強磁性体物質１０．１０″を
設けた場合には、これらを設けていない場合よりも、Ｌ
及びＬ／Ｖともにはるかに大きくなっている。第１１図
及び第１２図の結果から、強磁性薄帯２ａ、２ｂの厚さ
は４〜２０ｐの範囲であるか望ましく、特に１０〜１５
ｐの範囲がより望ましいことが分る。

なお、第１１図及び第１２図に示したような結果は、実
施例２（第４図図示）の平面インダクタ、すなわちスパ
イラル状導体コイルを２個同−平面」二に並べ、これら
コイルに互いに逆方向に電流か流れるように電気的に接
続したものでも同様に得られることか確認された。

［発明の効果］以上詳述した如く、本発明に係る平面インダクタによれ
ば、構成要素の接着に伴うインダクタンスの低下を防止
し、かつ単位体積当りのインダクタンス値を向上させる
ことができるものである。

１８−一

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）は本発明の実施例１の平面インダクタの平
面図、第１図（Ｂ）は同実施例１の平面インダクタのＡ
−Ａ線に沿う断面図、第２図は同実施例１の平面インダ
クタの磁束の流れを示す説明図、第３図は実施例１及び
比較例１の平面インダクタのインダクタンスと周波数と
の関係を示す特性図、第４図（Ａ）は本発明の実施例２
の平面インダクタの平面図、第４図（Ｂ）は同実施例２
の平面インダクタのＡ−Ａ線に沿う断面図、第５図は実
施例２及び比較例３の平面インダクタのインダクタンス
と周波数との関係を示す特性図、第６図（Ａ）は本発明
の説明に用いるための実施例３の平面インダクタの平面
図、第６図（Ｂ）は同実施例３の平面インダクタのＡ−
Ａ線に沿う断面図、第７図は同実施例３の平面インダク
タの磁束の流れを示す説明図、第８図は実施例３及び比
較例４の平面インダクタのインダクタンスと周波数との
関係を示す特性図、第９図（Ａ）は本発明の実施例４の
平面インダクタの平面図、第９図（Ｂ）は同実施例４の
平面インダクタのＡ−Ａ線に沿う断面図、第１０図（Ａ
）は本発明の実施例５の平面インダクタの平面図、第１
０図（Ｂ）は同実施例４の平面インダクタのＡ−Ａ線に
沿う断面図、第１１図は実施例５及び比較例５の平面イ
ンダクタのインダクタンスと強磁性薄帯の平均厚さとの
関係を示す特性図、第１２図は実施例５及び比較例５の
平面インダクタの単位体積当りのインダクタンス（Ｌ／
Ｖ）と強磁性薄帯の平均厚さとの関係を示す特性図、第
１３図（Ａ）は従来の平面インダクタの平面図、第１３
図（Ｂ）は同従来の平面インダクタのＡ−Ａ線に沿う断
面図、第１４図は同従来の平面インダクタの磁束の流れ
を示す説明図である。ｌａ、１ａ−１ｌｂ、ｌｂ−・−スパイラル状導体コイ
ル、２　ａ　％　２　ｂ・・・強磁性薄帯、３　ａ　％
３ｂ、３ｃ・・・絶縁層、４・・・スルーホール、５　
ａ　％５ａ−１５ｂ、５ｂ−・・・端子、６・・・磁束
の流れ、１０、ＩＩＮ、１０“、ＩＯ＃・・・強磁性体
物質。出願人代理人　　弁理士　鈴江武彦

Claims

【特許請求の範囲】

（１）スパイラル状導体コイルの両面を絶縁層を介して
強磁性体層で挟んでなる平面インダクタにおいて、スパ
イラル状導体コイルの中心部および／または該スパイラ
ル状導体コイルと同一平面上で、かつ、該スパイラル状
導体コイルの外側部よりも外側で該スパイラル状導体コ
イルを囲む領域に強磁性体物質が存在していることを特
徴とする平面インダクタ。
（２）強磁性体層の磁歪の絶対値が、１×１０＾−＾６
以下であることを特徴とする請求項（１）記載の平面イ
ンダクタ。
（３）強磁性体層の平均厚さが４〜２０μｍであること
を特徴とする請求項（１）記載の平面インダクタ。