JPH08162327A

JPH08162327A - 積層トランス

Info

Publication number: JPH08162327A
Application number: JP6297218A
Authority: JP
Inventors: Takanori Ikuta; 貴紀生田; Akira Imoto; 晃井本
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1994-11-30
Filing date: 1994-11-30
Publication date: 1996-06-21

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、絶縁層の剥離を発生させること
なく、導体損失を極小化し、磁気結合を向上させること
ができる積層トンラスを提供する。【構成】本発明は、複数の絶縁層１ａ〜１ｄが積層さ
れた積層基板１内に、１次側コイル及び２次側のコイル
を配置して成る積層トランスである。前記１次側コイル
は、隣接する絶縁層間１ａ〜１ｄに形成されたコイルパ
ターン２１ｂ〜２１ｄ、２３ｂ〜２３ｄが互いに接続し
て成る２つ以上のコイル部Ａ、Ｃを有しており、この２
つ以上のコイル部Ａ、Ｃの両端部どうしが積層基板１の
主面で互いに接続されている。尚、２次側のコイルも同
様の構造となっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、コイルパターン抵抗に
よって発生する電流の減衰（以下、導体損失という）を
低減するとともに、１次側（例えば入力側）コイルと２
次側（例えば出力側）コイルとの結合係数を向上させる
ことができる積層トランスに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、巻線型トランスは、磁性体コア
部材の周囲に、１次側コイルとなる導線、２次側コイル
となる導線を夫々混在させて嵌着して構成されていた。

【０００３】この巻線型トランスにおいては、１次側コ
イルの巻線数、２次側コイルの巻線数などによってトラ
ンス特性を制御するが、巻線数の制御が比較的困難であ
った。また、自動巻線装置による自動化が困難であっ
た。さらに、このような巻線型トランスをプリント配線
基板上に実装ために、巻線の先端部分にリード端子を形
成したりする必要があり、構造的に非常に難しかった。

【０００４】これ対して、コイルの巻線数の制御やプリ
ント配線基板上への実装構造を簡単にするための積層ト
ランスが提案されている。

【０００５】従来の積層トランスは、磁性体層、誘電体
セラミックから成る誘電体層（本発明では、総称して
「絶縁層」という）を複数積層するとともに、各絶縁層
間に、ＡｇやＣｕを主成分となる１次側コイルとなるコ
イルパターン、２次側コイルとなるコイルパターンを並
設し、隣接する層間に配置された１次側コイルのコイル
パターンどうしを、また、２次側コイルのコイルパター
ンどうしを絶縁層の厚みを貫くビアホール導体によって
螺旋状に接続していた。

【０００６】尚、各コイルパターンは概略同一同芯状に
形成されており、その同芯部分には、磁性体による閉磁
路が形成される。尚、絶縁層として誘電体材料を用いた
場合に、同芯状部分に貫通穴を形成して、磁性体からな
る閉磁路コア部材を配置する必要があり、絶縁層として
磁性体材料で形成した場合に、特にコア部材を配置する
必要はない。

【０００７】実際の製造方法では、各絶縁層となる所定
形状のグリーンシートを作成し、各グリーンシートに、
各コイルパターンの一端部分となる位置にビアホール導
体となるスルーホールを形成する。

【０００８】次に、各グリーンシート上に１次側及び２
次側のコイルのコイルパターンとなる導体膜を、Ａｇ系
（Ａｇ単体、Ａｇ合金）、Ｃｕ系（Ｃｕ単体、Ｃｕ合
金）材料、高融点金属材料などを主成分とする導電性ペ
ーストで印刷塗布し、乾燥して形成する。その形状は、
所定ターン数を有しており、その導体膜の一端はスルー
ホール部分を含むように形成する。これにより、スルー
ホール内には、導電性ペーストが充填されることにな
る。

【０００９】このように１次側及び２次側コイルのコイ
ルパターンとなる導体膜が形成されたグリーンシート
を、全体のターン数を考慮して積層処理を行う。即ち、
スルーホールに充填された導体の露出部分（コイルパタ
ーンを形成していないグリーンシートの裏面から露出す
る部分）が隣接するコイルパターンの他端に接続するよ
うに夫々配置する。その後、必要に応じてコア部材が配
置される貫通穴を形成する。

【００１０】次に、上述のグリーンシートの積層体を所
定雰囲気で焼成する。これにより、各グリーンシート、
各導体膜は夫々焼成反応して、各絶縁層、各コイルパタ
ーンとなる。

【００１１】そして、焼成された積層体の貫通穴に、１
対の概略断面Ｅ字状コアを挿入・配置する。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかし、積層トランス
において要求される特性を満足するためには、コイルパ
ターンで生じる導体損失を減少させること、１次側コイ
ルと２次側コイルの磁気的な結合を向上させることであ
る。

【００１３】この点、一般の巻線型トランスにおいて
は、コイルの巻線の構造が金属芯材の周囲に絶縁被覆が
されているため、導体損失の減少させるためには、金属
芯材の材料や径などによって簡単に対応でき、また、１
次側コイルと２次側コイルの磁気的な結合は、入力側の
コイルの巻線と出力側のコイルの巻線とを混在させて、
同一のコア部材に巻回できるために高い結合を得ること
ができる。

【００１４】この点、従来の積層トランスにおいては、
導体損失を低減させるためには、各コイルパターンの導
体厚みを増加させることによって対応できるものの、積
層工程中で絶縁層間で剥離現象が発生してしまうという
問題があった。

【００１５】また、磁気的な結合を向上させるために、
１次側コイル及び２次側コイルを構成するコイルパター
ンをコア部材などの磁芯部に近接するように、即ち各コ
イルパターンの間隔を接近させる必要があるが、このコ
イルパターンが導電性ペーストの印刷で形成されるため
に、その間隔は２００μｍ程度が限界となり、磁気的な
結合に限界があった。

【００１６】本発明は上述の問題点に鑑みて案出された
ものであり、その目的は絶縁層の剥離を発生させること
なく、導体損失を極小化し、しかも、磁気結合を向上さ
せることができる積層トンラスを提供することにある。

【００１７】

【問題点を解決するための手段】本発明は、複数のコイ
ルパターンを形成した絶縁層を複数枚積層して成る積層
基板内に、前記コイルパターンからなり、前記積層基板
の主面に端子が導出されたコイルを複数個具備するとと
もに、前記積層基板の主面に導出された端子間を接続導
体により接続して各々が、任意数のコイルから成る１次
側コイル及び２次側コイルを形成した積層トランスであ
る。

【００１８】

【作用】本発明によれば、１次側コイルが任意数のコイ
ル（以下、コイル部）から、また、２次側コイルが任意
数のコイル部から成り、同一積層基板内に混在して配置
しているため、磁気的な結合係数を向上させることがで
きる。

【００１９】また、一方側のコイルが、複数のコイル部
で構成されており、積層基板の主面で接続導体によって
互いに並列に接続している。即ち、一方側のコイルがＮ
個のコイル部で構成されている場合、１つあたりのコイ
ル部の導体抵抗が１／Ｎとすることができる。このた
め、従来のようにコイルパターンの厚みを厚くすること
なく、コイル全体の導体損失を低減できる。逆に、各コ
イルパターンの厚みを絶縁層の剥離現象が発生しない程
度まで、厚みを増加させれば、逆に全体の導体損失が一
層減少させることができる。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の積層トランスを図面を用いて
詳説する。

【００２１】図１は、本発明の積層トランスの断面図で
あり、図２、図３は各絶縁層上のコイルパターンを説明
するための概略図であり、図４、図５は、積層基板の表
面側及び裏面側の平面図である。

【００２２】図１において、積層トランスは、磁性体材
料、誘電体セラミック材料となどからなる絶縁層（本発
明では、磁性体材料、誘電体セラミック材料などで構成
される層を「絶縁層」という）１ａ〜１ｄが積層された
積層基板１と、１次側、例えば入力側の第１のコイル部
Ａを形成するコイルパターン２１ｂ〜２１ｄ、第２のコ
イル部Ｃを形成するコイルパターン２３ｂ〜２３ｄと、
２次側、例えば出力側の第１のコイル部Ｂを形成するコ
イルパターン２２ｂ〜２２ｄ、第２のコイル部Ｄを形成
するコイルパターン２４ｂ〜２４ｄと、１次側コイルの
第１のコイル部Ａと第２のコイル部Ｃとを接続する入力
側導体膜４ａ、４ｂ、２次側コイルの第１のコイル部Ｂ
と第２のコイル部Ｄとを接続する出力導体膜５ａ、５ｂ
とから構成されている。

【００２３】例えば、絶縁層１ａと１ｂとの層間、即
ち、絶縁層１ｂ上には、同芯状に約１ターンの各コイル
パターン２１ｂ〜２４ｂが配置されている。また、絶縁
層１ｂと１ｃとの層間、即ち、絶縁層１ｃ上には、同芯
状に約１ターンの各コイルパターン２１ｃ〜２４ｃが配
置されている。さらに、絶縁層１ｃと１ｄとの層間、即
ち、絶縁層１ｄ上には、同芯状に約１ターンの各コイル
パターン２１ｄ〜２４ｄが配置されている。

【００２４】また、絶縁層１ａ〜１ｄには、コイルパタ
ーン２１ｂ〜２１ｄを１つのコイル部Ａに達成し、且つ
その両端を積層基板１の表裏両主面に導出するためのビ
アホール導体３１ａ〜３１ｄが、同じく、コイルパター
ン２２ｂ〜２２ｄを１つのコイル部Ｂに達成し、且つそ
の両端を積層基板１の表裏両主面に導出するためのビア
ホール導体３２ａ〜３２ｄが、同じく、コイルパターン
２３ｂ〜２３ｄを１つのコイル部Ｃに達成し、且つその
両端を積層基板１の表裏両主面に導出するためのビアホ
ール導体３３ａ〜３３ｄが、同じく、コイルパターン２
４ｂ〜２４ｄを１つのコイル部Ｄに達成し、且つその両
端を積層基板１の表裏両主面に導出するためのビアホー
ル導体３４ａ〜３４ｄが夫々形成されている。

【００２５】例えば１次側コイルの第１のコイル部Ａで
説明すると、積層基板１の表面側主面にはビアホール導
体３１ａが露出するとともに、コイルパターン２１ｂの
一端に接続し、コイルパターン２１ｂの他端は、ビアホ
ール導体３１ｂを介して、コイルパターン２１ｃの一端
に接続し、コイルパターン２１ｃの他端は、ビアホール
導体３１ｃを介して、コイルパターン２１ｄの一端に接
続し、コイルパターン２１ｄの他端は、ビアホール導体
３１ｄを介して、積層基板１の裏面側主面に露出されて
いる。尚、１次側コイルの第２のコイル部Ｃ、２側コイ
ルの第１のコイル部Ｂ、第２のコイル部Ｄについても同
様の構造となっていおり、夫々のコイル部Ａ〜Ｄが同芯
状に配置されているため、磁芯が共通化されることにな
る。

【００２６】上述の各コイルパターン２１ｂ〜２４ｄ、
２２ｂ〜２２ｄ、２３ｂ〜２３ｄ、２４ｂ〜２４ｄ及び
ビアホール導体３１ａ〜３４ｄ、３２ａ〜３２ｄ、３３
ａ〜３３ｄ、３４ａ〜３４ｄは、ＡｇやＣｕなどの低抵
抗材料を主成分とする導体によって形成されている。

【００２７】例えば、絶縁層１ｂ上には、図２に示すよ
うに、同芯状に有効磁芯領域を確保して４種類の異なる
径、または形状の異なる概略矩形状の約１ターンのコイ
ルパターン２１ｂ〜２４ｂが形成されいる。尚、上述し
たように、コイルパターン２１ｂは、１次側コイルの第
１のコイル部Ａの一部を構成するコイルパターンであ
り、コイルパターン２２ｂは、２次側コイルの第１のコ
イル部Ｂの一部を構成するコイルパターンであり、コイ
ルパターン２３ｂは、１次側コイルの第２のコイル部Ｃ
の一部を構成するコイルパターンであり、コイルパター
ン２４ｂは、２次側コイルの第２のコイル部Ｄの一部を
構成するコイルパターンである。

【００２８】コイルパターン２１ｂ〜２４ｂの他端部分
の絶縁層１ｂの厚み方向にはビアホール導体３１ｂ〜３
４ｂが形成されている。このビアホール導体３１ｂ〜３
４ｂによって、隣接する絶縁層の層間１ｂと１ｃに配置
されたコイルパターン２１ｃ〜２４ｃの一端に接続する
ことになる。

【００２９】尚、コイルパターン２１ｂ〜２４ｂの一端
は、絶縁層１ａに形成されたビアホール導体３１ａ〜３
４ａが接続することになる。

【００３０】また、絶縁層１ｃ上には、図３に示すよう
に、同芯状に有効磁芯領域を確保して４種類の異なる
径、または形状の異なる概略矩形状の約１ターンのコイ
ルパターン２１ｃ〜２４ｃが形成されいる。

【００３１】コイルパターン２１ｃ〜２４ｃの他端部分
の絶縁層１ｃの厚み方向にはビアホール導体３１ｃ〜３
４ｃが形成されいる。このビアホール導体３１ｃ〜３４
ｃによって、隣接する絶縁層の層間１ｃと１ｄに配置さ
れたコイルパターン２１ｄ〜２４ｄの一端に接続するこ
とになる。

【００３２】尚、コイルパターン２１ｃ〜２４ｃの一端
は、図２に示すビアホール導体３１ｂ〜３４ｂが接続す
ることになる。

【００３３】従って、積層基板１の表面側主面には、ビ
アホール導体３１ａ〜３４ａが夫々露出することにな
り、ビアホール導体３１ａを介して１次側コイルの第１
のコイル部Ａの一方端子（以下、一端側という）が、ビ
アホール導体３３ａを介して１次側コイルの第２のコイ
ル部Ｃの一端側が、ビアホール導体３２ａを介して２次
側コイルの第１のコイル部Ｂの一端側が、ビアホール導
体３４ａを介して２次側コイルの第２のコイル部Ｄの一
端側が夫々露出することになる。

【００３４】また、積層基板１の裏面側主面には、ビア
ホール導体３１ｄ〜３４ｄが夫々露出することになり、
ビアホール導体３１ｄを介して１次側コイルの第１のコ
イル部Ａの他方端子（以下、他端側という）が、ビアホ
ール導体３３ｄを介して１次側コイルの第２のコイル部
Ｃの他端側が、ビアホール導体３２ｄを介して２次側コ
イルの第１のコイル部Ｂの他端側が、ビアホール導体３
４ｄを介して２次側コイルの第２のコイル部Ｄの他端側
が夫々露出することになる。

【００３５】そして、積層基板１の表面側主面には、図
４に示すように、１次側コイルの２つのコイル部Ａ、Ｃ
の一端部には、即ちビアホール導体３１ａ、３３ａの露
出部分には、互いに接続するための一端側の接続導体
（以下、単に入力導体膜という）４ａが、また、２次側
コイルの２つのコイル部Ｂ、Ｄの一端部には、即ちビア
ホール導体３２ａ、３４ａの露出部分には、互いに接続
するための一端側のの接続導体（以下、単に出力導体膜
という）５ａが夫々形成されている。

【００３６】また、積層基板１の裏面主面には、図５に
示すように、１次側コイルの２つのコイル部Ａ、Ｃの他
端部には、即ちビアホール導体３１ｄ、３３ｄの露出部
分には、互いに接続するための他端側の入力導体膜４ｂ
が、また、２次側コイルの２つのコイル部Ｂ、Ｄの他端
部には、即ちビアホール導体３２ｄ、３４ｄの露出部分
には、互いに接続するための他端側の出力導体膜５ｂが
夫々形成されている。

【００３７】これにより、１次側コイルの第１のコイル
部Ａと第２コイル部Ｃの両端部どうしが、入力導体膜４
ａ、４ｂによって並列的に接続されることになり、ま
た、２次側コイルの第１のコイル部Ｂと第２コイル部Ｄ
の両端どうしが、出力導体膜５ａ、５ｂによって並列的
に接続されることになる。

【００３８】この入出力導体膜４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂ
は、互いのコイル部Ａ−Ｃ、Ｂ−Ｄを夫々並列的に接続
する接続導体膜として作用するとともに、外部の駆動回
路と接続する端子電極として作用する。

【００３９】入出力導体膜４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂは、
例えば、Ａｇ、Ｃｕ系などの低抵抗材料を主成分とする
導体によって形成され、特に、導体損失を低減するため
に、この入出力導体膜４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂをＡｇ、
Ｃｕ系の導電性ペーストの印刷によって形成する場合、
重ね印刷を施して、導体膜の厚みを厚くしたり、導体幅
を広くして形成したりする。

【００４０】このような構造の積層トランスは、図６の
等価回路のようになる。１次側コイルは第１のコイル部
Ａと第２のコイル部Ｃとが並列的に接続されて構成さ
れ、同様に２次側コイルは第１のコイル部Ｂと第２のコ
イル部Ｄとが並列的に接続されて構成され、磁芯領域が
共通化しているため、所定電力変換が行われる。

【００４１】本発明によれば、１次側コイルは２つ以上
のコイル部、例えば第１のコイル部Ａと第２のコイル部
Ｃとに分割されて形成されており、積層基板の表裏両主
面で入力導体膜４ａ、４ｂによって互いに並列接続され
ており、同様に２次側コイルも同様の構造となってい
る。このため、コイルパターン部分の導体抵抗は、１連
のコイルパターンでコイルを構成した従来の積層トラン
スに比較して、例えば１／２に現象することができ、導
体損失を極小化することができる。

【００４２】また、１次側コイルと２次側コイルを構成
する各コイル部Ａ〜Ｄが互いに混在して積層基板１内に
配置されているため、磁気結合率が向上して、高い変換
効率の積層トランスとすることができる。

【００４３】本発明者らは、結合係数を、従来の積層型
トランス（巻線数が同一で、１次側コイル、２次側コイ
ルが単巻構造）と結合係数を比較した。

【００４４】その結果、従来の積層トランスにおいて
は、結合係数０．９８１であったのに対して、本発明の
積層トランスでは、結合係数０．９８９と向上が見ら
れ、一般の巻線型トランスの結合係数、０．９９５に一
層に近づけることができることを確認した。

【００４５】この種の積層トンラスにおいて、プリント
配線基板に簡単に接合可能であることが大きな利点でき
る。

【００４６】図７は、このようなプリント配線基板に簡
単に接合可能な構造に適した状態の外観斜視図である。

【００４７】本実施例の積層トランスは、積層基板１の
表裏両面に形成した１次側コイル、２次側コイルの入出
力導体膜４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂを、夫々積層基板１の
端面に導出したものである。

【００４８】具体的には、積層基板１の対向する端面
に、厚み方向に延びる半円形状の凹部７ａ、７ｂ、８
ａ、８ｂを形成する。即ち、一方側の端面に、凹部７
ａ、７ｂ、形成して、他方側の端面に凹部８ａ、８ｂを
形成し、この凹部７ａ、７ｂ、８ａ、８ｂの内壁に、入
出力導体膜４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂを延出させる。

【００４９】これにより、一方側の端面に１次側である
入力側コイルのコイル部Ａ、Ｃの両端と接続する入力導
体膜４ａ、４ｂを端子電極として配置することができ、
他方側の端面に２次である出力側コイルのコイル部Ｂ、
Ｄの両端と接続する出力導体膜５ａ、５ｂを端子電極と
して配置することができる。

【００５０】尚、凹部７ａ、７ｂ、８ａ、８ｂに被着形
成された入出力導体膜４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂの表面に
は、半田接合時に半田くわれを防止し、且つ半田ぬれ性
を向上指せるためのメッキ被膜を形成することが重要で
ある。

【００５１】このような構造の積層トランスは、プリン
ト配線基板の所定配線パターン上に他の電子部品と同様
に、クリーム半田を塗布し、部品搭載した後、リフロー
処理によって、簡単に実装することができる。

【００５２】なお、上述の実施例においては、絶縁層を
磁性体材料で形成することを前提として、有効磁芯部分
に特別な閉磁路部材を設けていないが、特に、積層基板
１の共通磁芯部分に貫通穴を形成して、この貫通穴の表
面両側から１対の断面Ｅ字状の磁性体部材からなるコア
部材を嵌着しても構わない。このようにすれば、絶縁層
が誘電体材料であっても、各コイルの共通磁芯部分がコ
ア部材による閉磁路が形成されているため、磁気的な結
合を高めることができる。

【００５３】また、上述の実施例では、絶縁層間に配置
されたコイルパターンが約１ターンのパターンとなって
いるが、約１ターンに限らず、任意のターン数としても
構わない。また、積層基板を構成する絶縁層が４層構造
で説明したが、積層数も４層に限らず任意数としても構
わない。また、１次側コイルは第１及び第２のコイル部
Ａ、Ｃから構成され、２次側コイルも第１及び第２のコ
イル部Ｂ、Ｄから構成されているが、２以上のコイル部
を互いに並列接続して構成しても構わない。また、電力
変換によっては、一方側のコイルを単巻と組み合わせて
用いることもでき、電力変換比率を簡単に制御すること
もできる。

【００５４】

【発明の効果】以上のように、両本発明によれば、複数
個のコイル部が積層基板の表裏両主面を利用して、同次
コイルを構成するコイル部が接続導体でもって互いに並
列的に接続されて任意数のコイル部からなる１次側コイ
ル及び任意数のコイル部からなる２次側コイルが形成さ
れている。

【００５５】したがって、例えばＮ個のコイルからなる
一方側のコイルを構成する各絶縁層間に配置されたコイ
ルパターンの導体抵抗を、実質的に１／Ｎにまで低くす
ることができるため、導体損失を有効に抑えることがで
きる。

【００５６】これは、逆に、導体抵抗を下げるために導
体膜の幅を広くしたり、導体膜の厚みを厚くする必要が
ないため、コイルパターンの専有面積が大きくなった
り、絶縁層の剥離など発生したりすることがない。

【００５７】また、１次側、２次側コイルを構成するコ
イル部が、同一積層基板内に混在しているために、従来
に比較して高い磁界結合が得られ、これにより変換効率
を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の積層トンラスの断面構造図である。

【図２】本発明の積層トンラスを構成するコイルパター
ンを示す概略図である。

【図３】本発明の積層トンラスを構成するコイルパター
ンを示す概略図である。

【図４】本発明の積層トンラスの表面側の平面図であ
る。

【図５】本発明の積層トンラスの裏面側の平面図であ
る。

【図６】本発明の積層トンラスの等価回路図である。

【図７】本発明の他の実施例を示す積層トランスの外観
斜視図である。

【符号の説明】

１・・・・・・積層基板１ａ〜１ｄ・・・・絶縁層２１ｂ〜２４ｂ、２１ｃ〜２４ｃ、２１ｄ〜２４ｄ・・・・・コイルパターン３１ａ〜３４ａ、３１ｂ〜３４ｂ、３１ｃ〜３４ｃ、３
１ｄ〜３４ｄ・・・・・ビアホール導体４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂ・・・・・・入出力導体膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のコイルパターンを形成した絶縁層
を複数枚積層して成る積層基板内に、前記コイルパター
ンからなり、前記積層基板の主面に端子が導出されたコ
イルを複数個具備するとともに、前記積層基板の主面に
導出された端子間を接続導体により接続して各々が、任
意数のコイルから成る１次側コイル及び２次側コイルを
形成したことを特徴とする積層トランス。