JPH09134820A

JPH09134820A - 平面型磁気素子

Info

Publication number: JPH09134820A
Application number: JP8016634A
Authority: JP
Inventors: Toshiro Sato; 敏郎佐藤; Tetsuhiko Mizoguchi; 徹彦溝口
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1995-09-07
Filing date: 1996-02-01
Publication date: 1997-05-20
Anticipated expiration: 2016-02-01
Also published as: DE69624765D1; EP0762443B1; EP0762443A2; DE69624765T2; US5966063A; JP3725599B2; EP0762443A3; KR100279544B1

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、コイル導体に発生する高周波損失
を抑制することができる平面型磁気素子を提供する。【解決手段】平面コイル１１を複数本の導体ライン１１
ａ、１１ｂ、１１ｃからなるコイル導体１１１で構成
し、このコイル導体１１１を正方形のうず巻きパターン
に形成し、このような平面コイル１１を絶縁体１２を介
して軟磁性体１３により挟持している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、スイッチ
ング電源用チョークコイルやトランスなどの各種高周波
部品に利用される平面型磁気素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】最近、マルチメディア時代の到来ととも
に、各種の携帯用電子機器は、ＬＳＩ技術によるところ
の電子回路の集積度の向上、部品実装技術の進展、さら
にリチウム電池やニッケル水素電池などの高エネルギ電
池の登場とあいまって、電子機器の高機能化、小型化、
薄型化、軽量化が進められている。

【０００３】ところで、このような電子機器の電源部に
は、安定化電源部として、スイッチング電源が用いられ
るが、このようなスイッチング電源は、高い電力変換効
率を維持しながら小型軽量化するのが困難とされてお
り、そのサイズ、重量、コストのいずれについても、機
器全体の中でそれの占める割合が上昇の一途を辿ってい
る。

【０００４】従って、この対策として、電源のスイッチ
ング周波数を高めて、小型のインダクタやトランス、コ
ンデンサなどの電源用部品を使用可能にすることによ
り、小型軽量化を実現することが考えられるが、これら
の電源用部品は、逆に周波数が高くなると損失が増大す
るために、電力変換効率が低下する。このため、高周波
電力変換用とするには、これらの部品の損失低減が必須
であり、さらに、インダクタやトランスなどの磁気部品
については、低背丈化が困難であり、電源の薄型化を阻
む最大の原因にもなっている。

【０００５】そこで、超小型・薄型の電源の実現を目指
したものとして、平面コイルと軟磁性体膜を使った平面
型のインダクタやトランスが提案されている。

【０００６】図１９（ａ）（ｂ）は、従来の平面型イン
ダクタの一例を示すもので、同図（ｂ）に示すような正
方形うず巻き型の平面コイル１を同図（ａ）に示すよう
に絶縁体２を介して軟磁性体３、３により挟持するよう
にしている。

【０００７】ところが、このように構成した平面型イン
ダクタの周波数特性は、図２０に示すようになり、周波
数ｆ（Ｈｚ）が高くなると、インダクタンスＬはほぼ一
定であるのに対し、コイル抵抗Ｒが急増し、品質係数Ｑ
は１０未満の低い値にとどまっている。一般に、インダ
クタンス素子の場合、品質係数Ｑ値の目安としては１０
を越え、高ければ高い程よいと考えられており、Ｑ値の
大幅な向上が求められている。

【０００８】この場合、Ｑ値向上の阻害要因としては、
軟磁性体３での高周波損失（うず電流損失、ヒステリシ
ス損失）やコイル１の高周波損失などの損失にあると考
えられている。

【０００９】そこで、従来、平面型インダクタの他の例
として、図２１に示すように、平面コイル４に楕円形状
のうず巻きパターンを採用し、この平面コイル４を絶縁
膜を介して、一軸磁気異方性の磁化困難軸を有する軟磁
性体５により挟持するものも考えられている。このよう
な一軸磁気異方性を有する軟磁性体５を使用すると、か
かる軟磁性体５は、磁化の回転モードを利用するので、
軟磁性体５で発生するうず電流損を小さくでき、軟磁性
体５での高周波損失を低減できることが期待できる。

【００１０】しかし、このような平面型インダクタにつ
いても、その周波数特性は、図２２に示すようになり、
依然として、品質係数Ｑの最大値が１０を越えることは
なかった。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本出願人は、
平面コイルを絶縁体を介して軟磁性体で挟持するように
した平面型磁気素子について、平面型インダクタの高周
波損失の解析を行ったところ、次のことが判明した。

【００１２】（ａ）．例えば、図２３（ａ）に示すよう
に、うず巻きパターンの平面コイル６を絶縁体７を介し
て軟磁性体８で挟持するようにしたものでは、その内部
磁束として、軟磁性体８の面内磁束成分Ｂｉと垂直磁束
成分Ｂｇが存在し、これら面内磁束成分Ｂｉと垂直磁束
成分Ｂｇの磁束分布は、同図（ｂ）に示すようになる。

【００１３】同様に、図２４（ａ）に示すように、つづ
ら折れパターンの平面コイル９を絶縁体７を介して軟磁
性体８で挟持するようにしたものでも、その内部磁束と
して、軟磁性体８の面内磁束成分Ｂｉと垂直磁束成分Ｂ
ｇが存在し、これら面内磁束成分Ｂｉと垂直磁束成分Ｂ
ｇの磁束分布は、同図（ｂ）に示すようになる。

【００１４】（ｂ）．そして、軟磁性体８を通る面内磁
束成分Ｂｉは、図２５に示すように軟磁性体８の厚さ方
向に流れるうず電流ｊｍ，ｐを発生させる。

【００１５】（ｃ）．同様に、軟磁性体８を通る垂直磁
束成分Ｂｇは、図２６に示すように軟磁性体８の面内に
うず電流ｊｍ，ｉを発生させる。

【００１６】（ｄ）．このうち平面コイル６（９）を構
成するｋ番目のコイル導体１０を通る垂直磁束成分Ｂｇ
は、図２７に示すようにコイル導体１０の長手方向に沿
って、図示破線矢印方向にうず電流ｊｃ，ｌを発生させ
る。この場合、うず巻きパターンの平面コイル６では、
コイル導体１０の幅方向のどの場所でも垂直磁束成分Ｂ
ｇによる磁束の向きが同じであるため、図２８に示すよ
うにコイル導体１０を流れる高周波電流の電流密度の分
布は、コイル導体１０中心に対して一方の端で高く、も
う一方の端で低くなり、電流密度の不均一性が顕著にな
る。

【００１７】このことは、高周波帯域では、コイル導体
１０に流れる高周波電流は、コイル導体１０中を均一に
流れることなく、一方の端のみに偏って流れることで、
コイル導体１０での抵抗値が急増することになり、これ
が高周波損失としてかなりの割合を占め、Ｑ値向上の阻
害要因になっていると考えられる。

【００１８】そして、さらに、垂直磁束成分Ｂｇによる
平面コイルでの高周波抵抗の増大について検討したとこ
ろ、以下のことも判明した。

【００１９】図２７は、平面コイル６（９）を構成する
ｋ番目のコイル導体１０に着目したものであり、垂直磁
束は下から上に向かい、この向きはｋ番目の導体１０が
存在する区間で変わらない。なお、図２７中のＢｇｋ
（ｘ）は、ｋ番目のコイル導体１０を通る垂直磁束密度
を表している。

【００２０】そして、コイル導体１０中の電流密度は、
外部電源から流れ込む強制電流Ｉと垂直交番磁束によっ
て発生するうず電流ｊｃ，ｌが重畳されるので、コイル
導体１０を流れる高周波電流の電流密度の分布は、図２
８に示すようになり、コイル導体１０の左端で電流密度
が高く、右端で低くなるが、この場合、コイル導体１０
を通る磁束密度Ｂｇｋ（ｘ）がコイル導体１０の存在す
る区間で一定と仮定してＢｇｋと置くと、周波数ｆにお
けるコイル抵抗Ｒｃ（ｆ）は、次式により与えられる。

【００２１】

【数１】

【００２２】ここで、Ｒｃ（０）はコイルの直流抵抗、
ｔｃはコイル導体１０の厚さ、ｄはコイル導体１０のラ
イン幅、ρはコイル導体１０の材料の抵抗率、ｌｋはｋ
番目のコイル導体１０の長さである。

【００２３】しかして、上述した（１）式に基づいて計
算したコイル抵抗Ｒｃ（ｆ）の周波数ｆの上昇に伴う増
加を考慮した曲線は、図２９中の計算値ａに示すように
なり、上述した図１５で述べた実際の平面型インダクタ
について測定した等価直列抵抗Ｒの測定値ｂと極めて類
似した傾向を呈している。

【００２４】この場合、図２９において、計算値ａと測
定値ｂの間の斜線で示す部分は、軟磁性体の高周波損失
による増加分であり、これはコイル抵抗増加分に比べて
遥かに小さい。このことから、このような平面コイルを
軟磁性体で挟持するような構成の平面型磁気素子におけ
る高周波損失の大部分はコイル導体での損失が占め、こ
れがＱ値向上の阻害要因になっていると結論づけること
ができる。

【００２５】なお、上述では、平面型磁気素子として平
面型インダクタについて述べたが、平面型トランスにつ
いても同様で、高周波帯域でのコイル導体の抵抗増加に
よる高周波損失により運転効率の低下を招く原因になっ
ている。

【００２６】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、コイル導体に発生する高周波損失を抑制することが
できる平面型磁気素子を提供することを目的とする。

【００２７】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
１つ以上の平面コイルを絶縁体を介して軟磁性体で挟持
した平面型磁気素子において、前記平面コイルは、該平
面コイルをなすコイル導体を複数に分割された導体ライ
ンにより構成している。

【００２８】請求項２記載の発明では、請求項１記載に
おいて、１つの平面コイルが絶縁体を介して軟磁性体で
挟持されている。

【００２９】請求項３記載の発明では、請求項１記載に
おいて、平面コイルは、２つ以上絶縁体を介して積層さ
れ、これら積層平面コイルをさらに絶縁体を介して軟磁
性体で挟持するようにしている。

【００３０】請求項４記載の発明では、請求項１記載に
おいて、平面コイルは、２個のうず巻きパターンの平面
コイルからなり、これら平面コイルを同一平面上に隣接
して配置するとともに、これら平面コイル間を電気的に
接続するようにしている。

【００３１】請求項５記載の発明では、請求項１、２、
３または４記載において、軟磁性体は、磁化困難軸およ
び磁化容易軸を有する一軸性の磁気異方性を有するもの
を用いている。

【００３２】請求項６記載の発明では、請求項５記載に
おいて、平面コイルは、楕円形うず巻き型または長方形
うず巻き型をなし、前記楕円形うず巻き型平面コイルの
長径方向に沿ったコイル導体または前記長方形うず巻き
型平面コイルの長手方向に沿ったコイル導体を前記軟磁
性体の磁化困難軸励磁領域に対応させ、前記楕円形うず
巻き型平面コイルの短径方向に沿ったコイル導体または
前記長方形うず巻き型平面コイルの短手方向に沿ったコ
イル導体を前記軟磁性体の磁化容易軸励磁領域に対応さ
せるようにしている。

【００３３】請求項７記載の発明では、請求項６記載に
おいて、前記軟磁性体の磁化容易軸励磁の領域に対応す
る前記楕円形うず巻き型平面コイルの短径方向に沿った
コイル導体または前記長方形うず巻き型平面コイルの短
手方向に沿ったコイル導体は、分割しないか、もしくは
複数に分割された導体ラインを部分的に短絡するように
している。

【００３４】請求項８記載の発明では、１つ以上の平面
コイルを絶縁体を介して磁性体により挟持した平面型磁
気素子において、前記平面コイルの外部回路接続用のパ
ッド部に対応する前記軟磁性体の部分に、それぞれ穴部
を形成するようにしている。請求項９記載の発明では、
１つ以上の平面コイルを絶縁体を介して磁性体により挟
持した平面型磁気素子において、前記平面コイルの外部
回路接続用のパッド部にその周縁から複数の切り込みを
入れて分割領域を形成するようにしている。この結果、
請求項１記載の発明によれば、高周波帯域でのコイル導
体の抵抗増加を抑えることができるので、高周波損失を
低減できる。

【００３５】請求項２記載の発明によれば、コイル導体
の高周波損失を低減できることから、品質係数Ｑの最大
値をさらに高めることが可能な平面型インダクタを実現
できる。

【００３６】請求項３記載の発明によれば、コイル導体
の高周波損失を低減できることから、効率をさらに高め
ることができる平面型トランスを実現できる。

【００３７】請求項４記載の発明によれば、２個のうず
巻きパターンの平面コイルを同一平面上に隣接して設け
るとともに、これらの間を電気的に接続することによ
り、大きなインダクタンス値を有する平面型インダクタ
を実現できる。

【００３８】請求項５記載の発明によれば、軟磁性体で
発生するうず電流損を小さくでき、軟磁性体での高周波
損失を低減できる。

【００３９】請求項６記載の発明によれば、磁化困難軸
励磁領域に平面コイルの大部分を占めるコイル導体を対
応させることができるので、コイルとして効率のよい動
作を期待できる。

【００４０】請求項７記載の発明によれば、コイル導体
の各導体ラインで断線が生じても電気的な接続断は、該
当する導体ライン部分のみに止めることができ、平面コ
イル全体の断線を避けることができる。

【００４１】請求項８記載の発明によれば、磁性体に、
それぞれ形成されたパッド部に対応する穴部により、平
面コイルのパッド部を貫通する磁性体間の渡り磁束を無
くすことができ、パッド部の渡り磁束によるうず電流の
発生を抑制でき、かかるうず電流による電力損失の低減
を実現できる。

【００４２】請求項９記載の発明によれば、パッド部自
身に多数の切り込みを入れて形成された複数の分割領域
により、渡り磁束によるうず電流を各分割領域ごとに細
分化することができ、パッド部全体から見たときのうず
電流損を小さくすることができる。

【００４３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に従い説明する。

【００４４】（第１の実施の形態）図１（ａ）（ｂ）
（ｃ）は、第１の実施の形態に適用される平面型インダ
クタの概略構成を示している。図において、１１は平面
コイルで、この平面コイル１１は、同図（ｃ）に示すよ
うに同コイル１１を複数本（図示例では３本（Ｎ＝
３））の導体ライン１１ａ、１１ｂ、１１ｃからなるコ
イル導体１１１で構成し、このコイル導体１１１を同図
（ｂ）に示すように正方形のうず巻きパターンに形成し
ている。そして、このような平面コイル１１を同図
（ａ）に示すように絶縁体１２を介して軟磁性体１３に
より挟持するようにしている。

【００４５】しかして、このような平面型インダクタに
よれば、平面コイル１１のコイル導体１１１を３分割し
て３本の導体ライン１１ａ、１１ｂ、１１ｃにより構成
していて、これら導体ライン１１ａ、１１ｂ、１１ｃの
それぞれの幅寸法を極めて小さくしているので、各導体
ライン１１ａ、１１ｂ、１１ｃでは、垂直交番磁束によ
って発生するうず電流を抑制することができ、さらに、
このうず電流と外部電源から流れ込む強制電流との重畳
による高周波電流の電流密度の分布の偏りも小さくでき
るので、高周波電流は、それぞれの導体ライン１１ａ、
１１ｂ、１１ｃ中をほぼ均一に流れるようになり、高周
波帯域でのコイル導体１１の抵抗増加を抑えることがで
き、これにより高周波損失を低減できることになる。

【００４６】つまり、平面コイル１１のコイル導体１１
１をＮ（＝３）分割した場合の周波数ｆにおけるコイル
抵抗Ｒｃ（ｆ）は、次式により与えられる。

【００４７】

【数２】

【００４８】これにより、コイル抵抗Ｒｃ（ｆ）の交流
増加分は、Ｎ（＝３）分割された導体ライン１１ａ、１
１ｂ、１１ｃによって、分割しない場合の１／Ｎ^２に
抑制できることが確認された。

【００４９】また、各導体ライン１１ａ、１１ｂ、１１
ｃで、垂直交番磁束によって発生するうず電流を抑制で
きることは、かかるうず電流は、垂直交番磁束を妨げる
ように発生するものであるから、垂直交番磁束を安定し
て発生できることにもなり、このことからインダクタン
スＬへの影響もなくすことができる。

【００５０】従って、このように構成した平面型インダ
クタの周波数特性は、図２に示すように、周波数ｆ（Ｈ
ｚ）がＭＨｚ帯になっても、インダクタンスＬは、ほと
んど一定で、しかも等価直列抵抗Ｒの増大も抑えられ、
高周波損失の低減が顕著であり、品質係数Ｑの最大値も
１０を越え１２にも達することも確認できた。

【００５１】なお、上述では、正方形うず巻き型の平面
コイル１１を絶縁体１２を介して軟磁性体１２で挟持し
た平面型インダクタについて述べたが、平面コイル１１
のパターン形状としては、図３（ａ）（ｂ）（ｃ）およ
び図４（ａ）（ｂ）に示すように、うず巻き型パターン
の場合は、円形、正方形、楕円形、長方形などのいずれ
でもよいとともに、つづら折れの平面コイルパターンと
してもよい。また、これらに用いられる軟磁性体１３と
しての材料の制限も全く、例えばフェライト系、金属系
いずれでも同様の効果が期待できる。

【００５２】（第２の実施の形態）上述では、平面型磁
気素子として平面型インダクタについて述べたが、例え
ば、図５に示すように構成した平面型トランスについて
も同様にして適用できる。

【００５３】この場合も、平面コイル１５を、複数本
（ここでも３本）の導体ライン１５ａ、１５ｂ、１５ｃ
からなるコイル導体１５１により構成し、このような平
面コイル１５を２個用いて、これら平面コイル１５を積
層するとともに、絶縁体１６を介して軟磁性体１７によ
り挟持するようにしている。この場合、各平面コイル１
５、１５に対する磁束１８は図示矢印方向に透過され
る。

【００５４】従って、このように構成した平面型トラン
スについても、上述した平面型インダクタと同様に高周
波帯域でのコイル導体１５１の高周波損失を抑えること
ができるので、従来７０％程度であった運転効率を９０
％程度までも高めることができた。

【００５５】（第３の実施の形態）図６（ａ）（ｂ）
は、第３の実施の形態の概略構成を示すもので、正方形
うず巻きパターンの平面コイル２１を絶縁体２２を介し
て一軸性の磁気異方性を有する軟磁性体２３により挟持
している。

【００５６】ところで、このような一軸性の磁気異方性
を有す軟磁性体２３は、磁化困難軸と磁化容易軸を有す
るが、これら磁化困難軸と磁化容易軸での励磁に対する
軟磁性体の透磁率μは、図８に示すように周波数ｆに対
し磁化困難軸励磁領域では、図中ａに示すようにほぼ一
定であるのに対して、磁化容易軸励磁領域は、図中ｂに
示すように周波数の上昇とともに低下し、高周波領域で
は、磁束分布は空心の場合のそれに近くなって、空心コ
イルに極めて近い特性になってしまうことが知られてい
る。

【００５７】そこで、上述の正方形うず巻きパターンの
平面コイル２１では、高周波領域で一定の透磁率μを呈
する磁化困難軸励磁領域に対応するコイル導体２１１に
ついては、図７（ａ）に示すように３本の導体ライン２
１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃにより構成し、残りの磁化
容易軸励磁領域に対応するコイル導体２１２について
は、図７（ｂ）（ｃ）（ｄ）に示すように分割しない
か、もしくは分割した導体ライン２１２ａ、２１２ｂ、
２１２ｃ相互を部分的に短絡するようにしている。つま
り、磁化困難軸励磁に対応する領域では、高周波領域で
一定の透磁率μを呈することから、図７（ａ）に示すよ
うにコイル導体２１１を導体ライン２１１ａ、２１１
ｂ、２１１ｃに分割して、高周波帯域での抵抗増加を抑
え、高周波損失を低減できるようにし、残りの磁化容易
軸励磁に対応する領域では、透磁率μが小さく空心コイ
ルに極めて近い状態になっていて、垂直磁束による影響
が少ないので、図７（ｂ）（ｃ）（ｄ）に示すように、
分割しないか、あるいは分割して部分的に短絡するよう
に構成している。

【００５８】従って、このようにすれば、磁化困難軸励
磁に対応する領域では、コイル導体２１１を導体ライン
２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃに分割しているので、高
周波帯域での抵抗増加を抑え、高周波損失を低減できる
ことで、品質係数Ｑの最大値を高めることができる。ま
た、磁化容易軸励磁に対応する領域では、コイル導体２
１２を分割しないか、もしくは分割した導体ライン２１
２ａ、２１２ｂ、２１２ｃ相互を部分的に短絡するよう
にしているが、この部分は、透磁率μが小さく空心コイ
ルに極めて近い状態になっていて垂直磁束による影響が
少ないので、抵抗増加による影響を回避できる。

【００５９】そして、この領域のコイル導体２１２を分
割しないか、あるいは分割して部分的に短絡すること
は、コイル導体が分割された個々の導体ラインの幅は当
然のことながら狭くなり、これらの制作をフォトリソグ
ラフィなどによって行うと、導体の幅が細くなるほど、
工程中のゴミ等によって導体の断線を起こし易くなる
が、このような一部切断に対して抵抗増加の影響の少な
い磁化容易軸領域でコイル導体２１２部分の、全てある
いは部分的に電気的に接続されていれば、平面コイル全
体の断線を避けることができ、コイル作製の歩留りの向
上が期待され、コストの低減も実現できる。

【００６０】図９（ａ）（ｂ）（ｃ）は、磁化困難軸励
磁に対応する領域のコイル導体２１１を導体ライン２１
１ａ、２１１ｂ、２１１ｃに分割し、磁化容易軸励磁に
対応する領域のコイル導体２１２を分割しないか、もし
くは分割した導体ライン２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃ
相互を部分的に短絡した場合のコイル導体２１１の導体
ライン２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃで断線を生じた場
合の例を示すもので、同図（ａ）では、コイル導体２１
１の各導体ライン２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃで断線
Ａが生じてもコイル導体２１２部分を分割していないの
で、この時の電気的な接続断は、該当する導体ライン２
１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃのみに止めることができ
る。同様にして同図（ｂ）（ｃ）では、コイル導体２１
１の各導体ライン２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃで断線
Ａが生じてもコイル導体２１２の分割した導体ライン２
１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃ相互を部分的に短絡してい
るので、この場合も、電気的な接続断は、該当する導体
ライン２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃのみに止めること
ができるようになり、平面コイル全体の断線を避けるこ
とができるようになる。

【００６１】なお、上述では、正方形うず巻きパターン
の平面コイル２１を絶縁体２２を介して一軸性の磁気異
方性を有する軟磁性体２３で挟持した平面型インダクタ
について述べたが、平面コイル２１のパターン形状とし
ては、図１０（ａ）（ｂ）に示すように楕円形うず巻き
型の平面コイル３１を絶縁体３２を介して一軸性の磁気
異方性を有する軟磁性体３３で挟持したもの、図１１
（ａ）（ｂ）に示すように長方形うず巻き型の平面コイ
ル４１を絶縁体４２を介して一軸性の磁気異方性を有す
る軟磁性体４３で挟持したもの、図１２（ａ）（ｂ）に
示すようにつづれ折れ型の平面コイル５１を絶縁体５２
を介して一軸性の磁気異方性を有する軟磁性体５３で挟
持したものも考えられる。

【００６２】この場合、図１０（ａ）（ｂ）に示す楕円
形うず巻き型の平面コイル３１を絶縁体３２を介して一
軸性の磁気異方性を有する軟磁性体３３で挟持した構成
のものでは、長径方向に沿ったコイル導体３１１を磁化
困難軸励磁領域に対応させるとともに、複数に分割し、
短径方向に沿ったコイル導体３１２を磁化容易軸励磁領
域に対応させるとともに、分割しないか、もしくは分割
して部分的に短絡するようにようにする。このようにす
れば、磁化困難軸励磁領域に平面コイル３１の大部分を
占めるコイル導体３１１を対応させることができるの
で、コイルとして効率のよい動作を期待できる。

【００６３】また、図１１（ａ）（ｂ）に示す長方形う
ず巻き型の平面コイル４１を絶縁体４２を介して一軸性
の磁気異方性を有する軟磁性体４３で挟持したものにつ
いても、長手方向に沿ったコイル導体４１１を磁化困難
軸励磁領域に対応させるとともに、複数に分割し、短手
方向に沿ったコイル導体４１２を磁化容易軸励磁領域に
対応させるとともに、分割しないか、もしくは分割して
部分的に短絡するようにようにする。このようにしても
図１０の場合と同様な効果を期待できる。

【００６４】さらに、図１２（ａ）（ｂ）に示すように
つづれ折れ型の平面コイル５１を絶縁体５２を介して一
軸性の磁気異方性を有する軟磁性体５３で挟持したもの
では、直線部分のコイル導体５１１を磁化困難軸励磁領
域に対応させるとともに、複数に分割し、折り曲がり部
分のコイル導体５１２を磁化容易軸励磁領域に対応させ
るとともに、分割しないか、もしくは分割して部分的に
短絡するようにようにする。このようにしても図１０の
場合と同様な効果を期待できる。

【００６５】さらにまた、上述では、１個の平面コイル
により平面型インダクタを構成したものについてのべた
が、図１３（ａ）（ｂ）に示すように、うず巻きパター
ン平面コイル６１、６２を同一平面上に隣接して配置す
るとともに、これら平面コイル６１、６２間を電気的に
直列接続したものを絶縁体６３を介して一軸性の磁気異
方性を有する軟磁性体６４で挟持するようにしたものに
も適用できる。この場合も長手方向に沿ったコイル導体
６１１、６２１を磁化困難軸励磁領域に対応させるとと
もに、複数に分割し、短手方向に沿ったコイル導体６１
２、６２２を磁化容易軸励磁領域に対応させるととも
に、分割しないか、もしくは分割して部分的に短絡する
ようにようにする。このようにしても図１０の場合と同
様な効果を期待でき、さらに大きなインダクタンス値を
有する平面型インダクタを実現できる。また、上述で
は、うず巻きパターン平面コイルの外形形状が矩形状ま
たは楕円状である時に、一軸性の磁気異方性を有する軟
磁性体を用いる場合について述べたが、うず巻きパター
ン平面コイルの外形形状が円形の場合には、軟磁性体と
して磁気特性が等方性のものを用いるのがよい。

【００６６】（第４の実施の形態）ところで、上述した
平面コイルを軟磁性体で挟み込むような平面型の磁気素
子においては、上下方向に位置する軟磁性体からの渡り
磁束は、コイル導体の交流抵抗増加の原因になるばかり
が、外部回路との接続のために設けられるパッド部にも
損失を発生させることがある。

【００６７】図１４は、このような外部回路接続用のパ
ッド部を設けた従来の平面型インダクタの一例を示すも
ので、平面コイル７１を絶縁体７２を介して上部軟磁性
体７３１、下部軟磁性体７３２により挟持している。こ
の場合、上部軟磁性体７３１は、平面コイル７１に穴部
７３１ａを形成し、この穴部７３１ａに外部回路接続の
ためのボンディングワイヤ接続用のパッド部７４を配置
している。

【００６８】そして、このようにした平面型インダクタ
では、平面コイル７１より発生した磁束φの流れは、図
１４の図示矢印方向になっている。

【００６９】この場合、下部磁性体７３２は、パッド部
７４に対応する穴部を有していない。このため、パッド
部７４付近での上部軟磁性体７３１と下部磁性体７３２
の間の渡り磁束φA は、下部磁性体７３２の磁束の吸い
込みのためパッド部７４の全面を貫通するようになる。
この結果、図１５に示すようにパッド部７４面を貫通す
る磁束φA によりパッド部７４の導体内に図示方向のう
ず電流ｉが発生し、このうず電流ｉが電力損失となっ
て、素子全体の交流抵抗増加の大きな要因となるという
問題があった。

【００７０】そこで、この第４の実施の形態では、パッ
ド部でのうず電流発生を抑制して、素子全体の交流抵抗
の増加を阻止するようにしている。

【００７１】図１６は、第４の実施の形態の概略構成を
示すもので、図１４と同一部分には同符号を付してい
る。

【００７２】この場合、平面コイル７１を上部軟磁性体
７３１とともに挟持する下部磁性体７３２は、平面コイ
ル７１のパッド部７４に対応する穴部７３２ａを形成し
ている。この穴部７３２ａは、上部軟磁性体７３１の穴
部７３１ａとともにパッド部７４の外形寸法より十分に
大きな寸法にしている。

【００７３】しかして、このような構成とすると、下部
軟磁性体７３２にも、パッド部７４の外形寸法より十分
に大きな寸法の穴部７３２ａを形成して、穴部７３２ａ
の位置に相当していた従来の下部軟磁性体７３２での磁
束の吸い込みを無くすようにしたので、パッド部７４付
近での上部軟磁性体７３１と下部磁性体７３２間の渡り
磁束φA のうちでパッド部７４面を貫通するものをほと
んど無くすことが可能となり、かかる渡り磁束φA によ
るうず電流の発生を抑制できることになる。

【００７４】従って、このようにすれば、平面コイル７
１を挟持する上部軟磁性体７３１、下部軟磁性体磁性体
７３２のそれぞれ平面コイル７１のパッド部７４に対応
する部分にパッド部７４の外形寸法より十分に大きな寸
法の穴部７３１ａ、７３２ａを形成して、平面コイル７
１のパッド部７４を貫通する上部軟磁性体７３１と下部
磁性体７３２間の渡り磁束φA を無くすようにしたの
で、パッド部７４での渡り磁束φA によるうず電流の発
生を抑制することができ、かかるうず電流による電力損
失の低減と、素子の交流抵抗の増加が抑制され、素子の
高効率化を実現することができる。

【００７５】なお、上述では、平面コイル７１を挟持す
る上部軟磁性体７３１、下部軟磁性体磁性体７３２のそ
れぞれ平面コイル７１のパッド部７４に対応する部分に
パッド部７４の外形寸法より十分に大きな寸法の穴部７
３１ａ、７３２ａを形成するようにしたが、例えば、図
１６と同一部分には同符号を付した図１７に示すように
上部軟磁性体７３１の穴部７３１ａと下部軟磁性体磁性
体７３２の穴部７３２ａとの間を筒状の磁性体７３３で
接続するようにしてもよい。

【００７６】このようにすれば、上部軟磁性体７３１と
下部軟磁性体磁性体７３２の間の磁束φは、全て筒状の
磁性体７３３を通るようになるので、パッド部７４を貫
通する磁束を皆無にでき、パッド部７４でのうず電流発
生をさらに確実に抑制することが可能となり、上述に増
して、電力損失の低減と、素子の交流抵抗の増加が抑制
され、素子の高効率化が実現できる。

【００７７】（第５の実施の形態）第４の実施の形態で
は、パッド部を貫通する磁束を無くすことで、パッド部
に発生するうず電流を抑制するようにしたが、この第５
実施の形態では、パッド部自身での工夫によりうず電流
による影響を低減するようにしている。

【００７８】この場合、図１８に示すように、パッド部
８１自身に多数の切り込み８２を入れるようにしてい
る。

【００７９】この切り込み８２の入れ方は多様であり限
定されないが、図１８では、矩形状のパッド部８１の中
心部を除いて、この周縁から中心部に向かう複数の切り
込み８２を入れて複数の分割領域８１１を形成してい
る。この場合、切り込み８２により分割された複数の分
割領域８１１は、中心部で電気的に接続されている。

【００８０】なお、図面中、８３は軟磁性体、８３１は
軟磁性体８３に形成された穴部を示している。これら軟
磁性体８３、穴部８３１の詳細構成は、第４の実施の形
態で述べたと同様であり、ここでの説明は省略する。

【００８１】しかして、このような構成とすると、い
ま、パッド部８１の中心部に渡り磁束φA が貫通し、こ
の渡り磁束φA によりうず電流が生じると、この時のう
ず電流ループは、各分割領域８１１ごとに微細なうず電
流ｉAaに細分化され発生されるようになる。これによ
り、パッド部８１全体から見た時のうず電流損を小さく
することが可能となり、このようにしても、電力損失の
低減と、素子の交流抵抗の増加が抑制され、素子の高効
率化を実現できる。

【００８２】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、高
周波帯域でのコイル導体の抵抗増加を抑えることができ
るので、高周波損失を低減でき、これにより品質係数Ｑ
の最大値をさらに高めることが可能な平面型インダクタ
および効率をさらに高めることができる平面型トランス
を実現できる。

【００８３】また、２個のうず巻きパターンの平面コイ
ルを同一平面上に隣接して設けるとともに、これらの間
を電気的に接続することにより、大きなインダクタンス
値を有する平面型インダクタを実現できる。

【００８４】また、軟磁性体に一軸性の磁気異方性を有
するものを用いることで、軟磁性体で発生するうず電流
損を小さくでき、軟磁性体での高周波損失を低減でき、
さらに、磁化困難軸励磁領域に平面コイルの大部分を占
めるコイル導体を対応させることで、コイルとして効率
のよい動作を期待できる。さらに、コイル導体の各導体
ラインで断線が生じても電気的な接続断は、該当する導
体ライン部分のみに止めることができ、平面コイル全体
の断線を避けることができ、平面コイルの製作歩留りも
向上し、コスト削減が期待できる。

【００８５】さらに、平面コイルを挟持する一対の軟磁
性体に、それぞれパッド部の外形寸法より十分に大きな
寸法の穴部を形成して、平面コイル中空部に位置される
パッド部を貫通する軟磁性体間の渡り磁束を無くすよう
にしたので、パッド部の渡り磁束によるうず電流の発生
を抑制でき、うず電流による電力損失の低減と、素子の
交流抵抗の増加が抑制され、素子の高効率化を実現でき
る。

【００８６】さらにまた、パッド部自身に多数の切り込
みを入れて複数の分割領域を形成し渡り磁束によりうず
電流を各分割領域ごとに微細なうず電流に細分化するこ
とで、パッド部全体から見た時のうず電流損を小さくす
るようにしたので、これによっても、電力損失の低減
と、素子の交流抵抗の増加が抑制され、素子の高効率化
を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の平面型インダクタ
の概略構成を示す図。

【図２】第１の実施の形態の平面型インダクタの周波数
特性を示す図。

【図３】第１の実施の形態の平面型インダクタに用いら
れる平面コイルのパターン形状を示す図。

【図４】第１の実施の形態の平面型インダクタに用いら
れる平面コイルのパターン形状を示す図。

【図５】本発明の第２の実施の形態の平面型トランスの
概略構成を示す図。

【図６】本発明の第３の実施の形態の平面型インダクタ
の概略構成を示す図。

【図７】第３の実施の形態に用いられるコイル導体の構
成を示す図。

【図８】第３の実施の形態に用いられる軟磁性体の磁化
困難軸励磁と磁化容易軸励磁による透磁率の変化を示す
図。

【図９】第３の実施の形態に用いられるコイル導体に断
線を生じた場合の例を示す図。

【図１０】第３の実施の形態の楕円形うず巻き型の平面
コイルを用いた平面型インダクタの概略構成を示す図。

【図１１】第３の実施の形態の長方形うず巻き型の平面
コイルを用いた平面型インダクタの概略構成を示す図。

【図１２】第３の実施の形態のつづれ折れ型の平面コイ
ルを用いた平面型インダクタの概略構成を示す図。

【図１３】第３の実施の形態の２個の平面コイルを用い
た平面型インダクタの概略構成を示す図。

【図１４】本発明の第４の実施の形態の説明に用いる従
来の平面型インダクタの概略構成を示す図。

【図１５】第４の実施の形態の説明に用いるパッド部で
のうず電流の発生状態を示す図。

【図１６】第４の実施の形態の平面型インダクタの概略
構成を示す図。

【図１７】第４の実施の形態の他の平面型インダクタの
概略構成を示す図。

【図１８】本発明の第５の実施の形態の平面型インダク
タに用いられるパッド部の概略構成を示す図。

【図１９】従来の平面型インダクタの一例を示す図。

【図２０】従来の平面型インダクタの周波数特性を示す
図。

【図２１】従来の平面型インダクタの他例を示す図。

【図２２】従来の平面型インダクタの周波数特性を示す
図。

【図２３】従来のうず巻きコイルパターンの平面型イン
ダクタの素子内磁束分布の一例を示す図。

【図２４】従来のつづら折れコイルパターンの平面型イ
ンダクタの素子内磁束分布の一例を示す図。

【図２５】軟磁性体の面内磁束成分により発生するうず
電流を説明するための図。

【図２６】軟磁性体の垂直磁束成分により発生するうず
電流を説明するための図。

【図２７】垂直磁束成分により発生するコイル導体中の
うず電流を説明するための図。

【図２８】コイル導体中の高周波電流密度の分布を説明
するための図。

【図２９】従来の平面型インダクタについて測定したコ
イル抵抗の測定値と計算値の関係を示す図。

【符号の説明】

１１、２１、３１、４１、５１…平面コイル、１１１、２１１、２１２、３１１、３１２、４１１、４
１２、５１１、５１２…コイル導体、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、２１１ａ、２１１ｂ、２１１
ｃ、２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃ…導体ライン、１２…絶縁体、１３、２２、３２、４２、５２、…軟磁性体。７１…平面コイル、７１１…中空部、７２…平面コイル、７３１、７３２、８３…軟磁性体、７３１ａ、７３２ａ、８３１…穴部、７４、８１…パッド部、８１１…分割領域、８２…切り込み。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】１つ以上の平面コイルを絶縁体を介して
軟磁性体で挟持した平面型磁気素子において、前記平面コイルは、該平面コイルをなすコイル導体を複
数に分割された導体ラインにより構成したことを特徴と
する平面型磁気素子。
【請求項２】１つの平面コイルが絶縁体を介して軟磁
性体で挟持されたことを特徴とする請求項１記載の平面
型磁気素子。
【請求項３】平面コイルは、２つ以上絶縁体を介して
積層され、これら積層平面コイルをさらに絶縁体を介し
て軟磁性体で挟持したことを特徴とする請求項１記載の
平面型磁気素子。
【請求項４】平面コイルは、２個のうず巻きパターン
の平面コイルからなり、これら平面コイルを同一平面上
に隣接して配置するとともに、これら平面コイル間を電
気的に接続したことを特徴とする請求項１記載の平面型
磁気素子。
【請求項５】軟磁性体は、磁化困難軸および磁化容易
軸を有する一軸性の磁気異方性を有するものであること
を特徴とする請求項１、２、３または４記載の平面型磁
気素子。
【請求項６】平面コイルは、楕円形うず巻き型または
長方形うず巻き型をなし、前記楕円形うず巻き型平面コ
イルの長径方向に沿ったコイル導体または前記長方形う
ず巻き型平面コイルの長手方向に沿ったコイル導体を前
記軟磁性体の磁化困難軸励磁領域に対応させ、前記楕円
形うず巻き型平面コイルの短径方向に沿ったコイル導体
または前記長方形うず巻き型平面コイルの短手方向に沿
ったコイル導体を前記軟磁性体の磁化容易軸励磁領域に
対応させるようにしたことを特徴とする請求項５記載の
平面型磁気素子。
【請求項７】前記軟磁性体の磁化容易軸励磁の領域に
対応する前記楕円形うず巻き型平面コイルの短径に沿っ
たコイル導体または前記長方形うず巻き型平面コイルの
短手方向に沿ったコイル導体は、分割しないか、もしく
は複数に分割された導体ラインを部分的に短絡するよう
にしたことを特徴とする請求項６記載の平面型磁気素
子。
【請求項８】１つ以上の平面コイルを絶縁体を介して
磁性体により挟持した平面型磁気素子において、前記平面コイルの外部回路接続用のパッド部に対応する
前記磁性体の部分に、それぞれ穴部を形成したことを特
徴とする平面型磁気素子。
【請求項９】１つ以上の平面コイルを絶縁体を介して
磁性体により挟持した平面型磁気素子において、前記平面コイルの外部回路接続用のパッド部にその周縁
から複数の切り込みを入れて分割領域を形成したことを
特徴とする平面型磁気素子。