JPS62214604A - 積層トランス - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、焼結して磁性体となるシートにコイルパター
ンを形成し、これを積層してなる積層トランスに関する
。

〔従来の技術〕

近年、電子機器の小型化・高性能化にともなって、回路
にはチップ部品等を多く利用し、これらを多層セラミッ
ク基板あるいは多層プリント基板に実装するようになっ
てきた。

チップ部品としては、チップ抵抗、チップコンデンサな
どがあり、最近ではチップコイルも実用化されてきてお
り、回路の小型化・高性能化が行われるようになった。

このチップコイルの技術としては、特許公開昭５６−１
２０１１４号公報などに示されているように、磁性体粉
末を含有する樹脂絶縁体層にコイルパターンを印刷形成
して行く方法がある。

印刷によってコイルパターンを得るこのような方法は、
積層するパターンを一次コイルと二次コイルのように分
けて、外部へ取り出せば、原理的にはトランスを形成す
ることできる。又、コイルパターンとコンデンサ（例え
ば積層セラミックコンデンサ）の積層体を得ることがで
きれば、ＬＣフィルター、ノイズフィルター等が容易に
考えられる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、前記トランスを形成する場合について検討を加
えると、まず、一次コイルと二次コイルが積層方向に重
ねられるので、一次コイルと二次コイルの間の静電容量
が大きくなり、一次コイルが作る磁界での磁気結合の他
に、前記静電容量による結合が加わる。その結果、伝送
される波形に歪が発生したり、周波数特性を悪化させて
しまう。

このようなことから一次コイルと二次コイルを形成する
眉間にダミ一層を配置することで、一次コイルと二次コ
イルの間の静電容量を下げる方法が考えられるが、この
場合には、反対に一部コイルと二次コイルの間隔があく
ため、一次コイルで発生した磁界が、このダミ一層の部
分で漏れることになり、二次コイルとの間に効率の良い
結合が得られない、この結果、リーケージインダクタと
なってトランスとしての特性が悪化する。

一方、一次コイルと二次コイルの間の静電容量を引き下
げる方法として、一次コイルと二次コイルを積層方向に
形成するのではなく、シートの面方向にコイルパターン
を形成することが考えられる。しかし、この場合にも一
部コイルで発生した磁界の一部が、一次コイルと二次コ
イルの間に磁路として形成されてしまうので、良い結果
が得られない。

又、一次コイルと二次コイルの静電容量による結合を小
さくして、一次コイルで発生した磁界が二次コイルに効
率よく伝達されなければ、積層化によ・って小型になっ
てもトランスとしての利用は期待できない。特に、小型
の電源等を構成する場合には、この効率の低下は熱損失
となり、電源としての信鯨性が得られない。

第４図（ａ）および（ｂ）は、コイルパターンを印刷に
よって形成することで得られる従来の積層トランスの構
成例である。（ａ）は一次コイル１と二次コイル２を積
み重ねたものであり、（ｂ）は一次コイル１と二次コイ
ル２を横に並べたものである。

この場合、（ａ）では一次コイル１と二次コイル２のパ
ターン幅から、このパターン間容Ｉ　Ｃ。

が大きくなり、磁気結合の他に容量結合を持つトランス
となってしまう、この結果、トランスとしての伝送波形
が歪んだり、周波特性が悪化することになる。又、一次
コイル１と二次コイル２を離すと、パターン間容ｉｔ　
ｃ　ｏが小さくなるが、一次コイルと二次コイルの中間
に磁路Ｍ＋が形成され、二次コイルを通過する磁路Ｍｔ
が少なくなる。この結果、一次コイルと二次コイルの結
合の効率が低下してしまう。

一方、（ｂ）でも一次コイル１と二次コイル２の接近に
よって、パターン間容量Ｃ０が太き（なり、又、離れる
と結合に関係のない不要な磁路Ｍ、が形成されてしまう
。

これらの結果、効率の低下が熱損失の原因となってしま
うため、電源機器等に用いる電力用の積層トランスは実
用化されていない。

このようなことから、現状の電源機器では、依然として
ＥＩ型ココアるいはＰＱ型コア等を用いて、これに巻線
をすることによってトランスを構成している。従って、
形状が大きく、その高さも高いトランスが使用されてい
る。

このように、従来のチップコイルを作る技術のみでは小
型化・高効率化を目的とした積層トランスを得ることは
できず、一次コイルと二次コイルの間のコイル間静電容
量を小さくさせ、一次コイルで作る磁界を効率良く二次
コイルに伝達する何らかの構造的改良が必要である。

本発明の目的は、これらの問題点を解決した積層トラン
スを提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、トランスを構成する一部コイルのパターンと
二次コイルのパターンをシート方向に異なる位置に構成
し、かつ、この一次コイルと二次コイルの間で、前記コ
イルの外縁部間に空洞を形成することで、一次コイルと
二次コイル間にある磁性体部分の磁路をカットし、一次
コイルで発生した磁界を効率良く二次コイルに伝達する
ことにある。

空洞の形成は、磁性材料としての焼成過程において、そ
の材質が燃えてガス化し、消失することによって得られ
、磁性体グリーンシートに前もってカーボン等のペース
トを印刷あるいはシート状の物質を加圧によって埋め込
み形成することが重要な点である。このカーボンペース
トを印刷する位置を、一次コイルと二次コイルの中間に
位置させ、さらに、これらコイルの外縁部に接近させる
ことによって空洞が得られる。

〔作用〕

セラミック基板やフェライト基板の焼成は、セラミック
グリーンシートあるいは磁性体グリーンシート中に存在
する有機物を分解・消失させる脱バインダ一工程と、実
際に焼結が行われる焼成工程に分けられる。

前者の脱バインダ一工程では、温度を急激に上昇させる
と積層体が破損してしまうので２５℃／時間あるいは、
これよりもゆっくりとした温度上昇スピードで温度を上
げ、４５０℃〜６００℃にて充分長い時間保持すること
で有機物を完全に消失させることができる。このとき、
グリーンシート等の上に印刷されていたカーボンペース
トの部分は消失し、印刷部分だけの空洞が生じる。この
状態で、温度を焼結温度まで上昇させ、キープすること
で内部に空洞を持つ基板が得られる。

従って、この空洞を形成するためのパターンを一部コイ
ルと二次コイルの間で、かつ、これらコイルの外縁部に
接近して形成すれば、一次コイルと二次コイルの間に空
洞を持つ積層トランスが得られる。この空洞が、一次コ
イルと二次コイルの間に不必要な磁路が形成されるのを
カットすることになり、その結果、磁路が積層トランス
の上下に形成される。

このように、一次コイルと二次コイルの中間に形成され
る空洞によって、一次コイルに生じた磁界は、上下の磁
路のみを通り、二次コイルと結合されるため、薄型で効
率の良い積層トランスが構成できる。

〔実施例〕

以下、図面により本発明の積層トランスについて説明す
る。

第１図は、本発明の積層トランスの一部切欠き斜視図で
ある。一次コイル１と二次コイル２のパターンを、積層
体を構成するシート方向に対して位置が異なるように配
置し、所望のターン数となるように１又は複数の層内に
スルホール等の層間接続手段で接続する。そして、この
一次コイル１及び二次コイル２のパターンを形成したコ
イル形成層には、前記一次コイル１と二次コイル２の中
間で、かつ、これら２つのコイルの外縁部に近接する位
置に空洞３を形成する。

又、積層体には、前記２つのコイルを形成したコイル形
成層のみでなく、この上下に、コイルパターン及び空洞
を持たない磁性体層４を形成する。

このような構造での空洞３は、透過率μが１であるため
、トランス付番構成する磁性体層４のμ（通常はμ二２
０００付近の材料が利用される）に比較して小さい。こ
のため、一次コイルｌで発生した磁界は、この空洞３を
通るよりも、上下の磁性体Ｎ４を通過する方が、より通
過し易くなるため、一次コイルと二次コイルの結合が効
率良く行える。

第２図は、本発明の積層トランスを得るグリーンシート
の構成例であり、上部と下部には磁路形成のための複数
の磁性体グリーンシート５を設ける。この上下のグリー
ンシート５の間にコイル形成層を設ける。このコイル形
成層は、一次コイルパターン１１と二次コイルパターン
１２の外部への引出し端子６を備える引出し端子層７と
、スルホール８によって前記一次コイルパターン１１及
び二次コイルパターン１２の各層パターンを接続するコ
イルパターン形成層９から成る。さらに、引出し端字層
７及びコイルパターン形成層９にはカーボンペーストの
空洞パターン１３を形成する。

なお、この空洞パターン１３は前記一次コイルパターン
１１及び二次コイルパターン１２の外縁部に近接するよ
うに形成する。

この実施例の積層トランスには、先ず、トランス用磁性
材料としてＭＯＦｅ、Ｏ，粉末を用い、パイグー、有機
溶媒、可塑剤と共に泥漿状にし、ドクターブレード法等
のスリップキャスティングー膜により２０〜３００−の
生シートをポリエステルフィルム上に成形し、剥離した
後、スルホールを必要とする層にスルホールのための穴
あけ加工を行う。次いで、これらシートに前記引出し端
子、一次コイル及び二次コイルのパターン、空洞パター
ンをスクリーン印刷機を用いて印刷形成する。

このようにして得られたグリーンシートを積み重ね、１
００℃前後の温度で加熱し、２５０にｇ／ｃｌＩ！程度
の圧力で圧着して積層体を得る。

次に、この積層体を必要に応じて所定の寸法に切断した
後、まず、空洞パターンやグリーンシート中に存在する
有機物を脱バインダ一工程において酸化雰囲気中でゆっ
くりと加熱し、分解・消失させる。通常これらの有機物
は４５０℃〜８００℃までには完全に分解・酸化するが
、急激に温度を分解温度まで上げると積層体が破損する
。このため２５℃／時間あるいは、これよりもゆっくり
した温度上昇スピードで上げ、４５０℃〜６００℃に充
分長い時間保持することで有機物を完全に消失させる。

この脱バインダ一工程を経た後の積層体中には、有機物
が残留していないため空洞パターンの部分は空洞として
積層体中に形成されることになる。

この後、１２００℃〜１４００℃で焼成すると、一次コ
イルと二次コイルの中間に空洞が形成された積層トラン
スが得られる。

以上のような方法によって得られた積層トランスは、一
次コイルと二次コイルの間に、これらの外縁部に近接し
て空洞が形成されているため、一次コイルで発生した磁
界は、この空洞によってカントされ、上下の磁性体層を
通って二次コイルと結合するので、結合効率の良いトラ
ンスが得られる。

なお、第２図の実施例では空洞パターン１３を、コイル
パターン形成層９及び引出し端子層７全部に形成してい
るが、第３図（ａ）に示すように、上下の引出し端子層
だけに空洞３を形成し、コイルパターン形成層にはコイ
ルに接近した小さな空洞３を形成しても良い。この場合
、一次コイル１で発生した磁界Ｍが２つのコイルの中間
部分１４ではカットされ、上下の磁性体層を通って二次
コイル２と結合する。又、同図（ｂ）のように、コイル
形成層の最上部及び最下部より１層離れた部分に、一次
コイル１及び二次コイル２の外縁部の内部にオーバーラ
ツプする形で空洞３を形成しても前記とほぼ同一の効果
が得られる。

ここで示した空洞形成方法は、カーボンペーストをスク
リーン印刷機によって形成したが、スクリーン印刷での
パターンの厚さが１０−程度である。このためパターン
の厚さを厚くする方法として、樹脂等の材料をシート状
にして、パターンニングすることで、これをグリーンシ
ートへ圧着する方法を用いて５０〜１００−程度の空洞
を形成する方法もある。さらに、同図（Ｃ）に示すよう
に、空洞３の厚さがグリーンシートの１層〜３層分、又
はそれ以上の厚さとなるように、空洞形成層のグリーン
シートの空洞パターンの部分を打抜き、積層時に仮圧着
し、カーボンペーストを詰め込むか、樹脂等のシートを
前記グリーンシートと等価厚さにして埋め込み圧着して
も、空洞の厚みが厚くなるので、前記単なる印刷だけの
場合よりも大きな効果が得られることは明らかである。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、積層トランスを構成す
る一部コイルと二次コイルの間に空洞が形成されている
ため、一次コイルで発生した磁界は、一次コイルと二次
コイルの間を通過することが少なく、はとんどが二次コ
イルを通過する。このため、一次コイルと二次コイルの
結合効率が良くなり、この結果、トランスとしての効率
も良くなる。さらに、この積層型の効果として薄型のト
ランスが得られる。

又、この空洞形成によって一部コイルと二次コイルの間
隔を自由に引き離しても、上下の磁性体層によって結合
させることができるので、一次コイルと二次コイルの間
のパターン間容量を小さくでき、容量結合等から生じる
波形の歪、周波数特性の悪化等を阻止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の積層トランスの一部切欠き斜視図、 第２図は、本発明の積層トランスを得るグリーンシート
の構成例を示す概略線図、 第３図は、空洞形成の別の実施例を示す断面図、第４図
は、積層トランスを得る従来の構造を示した図である。 １・・・一次コイル ２・・・二次コイル ３・・・空洞 ４・・・磁性体層 ５・・・グリーンシート ６・・・引出し端子 ７・・・引出し端子層 ８・・・スルホール ９・・・コイルパターン形成層 １１・・・一次コイルパターン １２・・・二次コイルパターン １３・・・空洞パターン １４・・・中間部分 第１区 第２図 （ｂ）６ （Ｃ） 第３図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）焼結して磁性体となるシートにコイルパターンを
   形成し、これを積層してなる積層トランスにおいて、ト
   ランスを構成する一次コイルのパターンと二次コイルの
   パターンをシート方向に異なる位置に構成し、かつ、こ
   の一次コイルと二次コイルの間で、これらコイルの外縁
   部間の少なくとも一つの層に空洞を有することを特徴と
   する積層トランス。
2. （２）一次コイル及び二次コイルがスルホールで接続さ
   れた複数のターンを有する特許請求の範囲第１項記載の
   積層トランス。