KR100770249B1

KR100770249B1 - 적층코일

Info

Publication number: KR100770249B1
Application number: KR1020067015186A
Authority: KR
Inventors: 케이이치 츠즈키; 타츠야 미즈노
Original assignee: 가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼
Priority date: 2004-06-07
Filing date: 2005-05-31
Publication date: 2007-10-25
Also published as: KR20070032275A

Abstract

적층체 내에 비자성체부(5)를 형성하고, 비자성체부(5)에 형성된 코일도체(4c)의 권취수를, 비자성체부(5)의 코일도체(4c) 이외의 코일도체(4d)의 권취수보다 많게 한 적층코일이다.

Description

적층코일{MULTILAYER COIL}

본 발명은, 적층코일, 특히, 양호한 직류중첩특성을 갖춘 적층코일에 관한 것이다.

페라이트 등의 자성체 시트에 Ag를 주성분으로 하는 코일도체를 형성하고, 그들을 적층해서 이루어지는 적층코일이 여러 가지 회로에서 사용되고 있다. 이 적층코일에서는, 코일도체에 흐르는 전류에 의해 발생되는 자계가 폐쇄자로를 형성하므로 실효투자율이 높아지고, 높은 인덕턴스값이 얻어진다는 특징이 있다. 또한, 도체패턴은 Ag를 주성분으로 하고 있으므로 도체저항에 의한 손실이 적다는 이점도 있으며, 대전류를 흐르게 할 필요가 있는 스위칭 전원 등의 초크 코일로서 사용되고 있다.

코일소자에 있어서, 코일도체에 흐르는 전류값과 인덕턴스값의 관계는 직류중첩특성에 의해 나타내어진다. 폐쇄자로를 갖는 적층코일의 경우, 전류가 소정 값이상으로 되면 급격하게 인덕턴스값이 저하되어, 원하는 초크 코일 특성이 얻어지지 않게 된다는 문제가 있었다. 이 직류중첩특성의 악화는, 적층코일이 폐쇄자로를 형성하고 있으므로 자성체 내에서 자기포화가 생김으로써 발생한다.

상술의 문제를 해결하기 위해, 특허문헌1에 기재된 적층코일은 강자성체층에 의해 형성된 적층코일의 내부에 비자성체층을 형성한 구조로 되어 있다. 특허문헌1에 기재된 구조로 함으로써, 비자성체층 부분으로부터 자속이 적층코일 외부로 누설되어 자성체 내에서 폐쇄자로를 형성하기 어려워지고, 자기포화가 생기기 어려워지므로 직류중첩특성을 향상시킬 수 있다.

그러나, 특허문헌1의 구조에서는, 비자성체층에 형성된 코일도체와 강자성체층에 형성된 코일도체가 같은 형상 및 권취수이므로, 비자성체층으로부터 누설되는 자속의 양에 한계가 있어, 코일도체에 흐르는 전류의 값이 커졌을 경우, 직류중첩특성이 악화될 가능성이 있다.

[특허문헌1:일본 특허공개 2001-44036호 공보]

그래서, 본 발명의 목적은 적층코일 내에서의 자기포화를 발생시키기 어렵게 하여, 대전류가 흘러도 인덕턴스값이 변화되지 않는 뛰어난 직류중첩특성을 갖는 적층코일을 제공하는 것에 있다.

상기 과제를 해결하기 위해 본 발명에 따른 적층코일은, 복수의 자성체층을 적층해서 형성되는 자성체부를, 비자성체층에 의해 형성되는 비자성체부의 양 주면상에 배치함으로써 적층체가 형성되고, 상기 자성체부 및 상기 비자성체부에 형성된 코일도체를 나선형상으로 접속한 코일이 형성되며, 상기 비자성체부에 형성된 코일도체의 권취수가, 상기 비자성체부에 형성된 코일도체 이외의 각 층상의 코일도체의 권취수보다 많은 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명의 구조에서는, 비자성체부에 형성된 코일도체의 권취수를 그 이외의 각 층상에 형성된 코일도체의 권취수보다 많게 하고 있다. 이것에 의해 비자성체부로부터의 자속의 누설량이 커지고, 코일도체에 대전류를 흐르게 해도 인덕턴스값이 저하되지 않는 뛰어난 직류중첩특성을 갖는 적층코일을 얻을 수 있다.

또한 본 발명에서는, 상기 비자성체부에 형성된 상기 코일도체가 상기 비자성체부의 주면상에 형성된 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명의 구조에서는, 비자성체부의 주면상에 형성된 코일도체의 권취수를 그 외의 코일도체의 권취수보다 많게 함으로써, 비자성체부로부터의 자속의 누설량을 크게 할 수 있다. 이것에 의해 코일도체에 대전류를 흐르게 해도 인덕턴스값이 저하되지 않는 뛰어난 직류중첩특성을 갖는 적층코일을 얻을 수 있다.

또한 본 발명에서는, 상기 비자성체부에 형성된 상기 코일도체가 상기 비자성체부의 양 주면상에 형성된 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명의 구조에서는, 비자성체부의 양 주면상에 형성된 코일도체의 권취수를 그 외의 코일도체의 권취수보다 많게 함으로써, 비자성체부로부터의 자속의 누설량을 더욱 크게 할 수 있어, 적층코일의 직류중첩특성을 개선시킬 수 있다.

또한 본 발명에서는, 상기 비자성체부에 형성된 상기 코일도체가 상기 비자성체부의 내부에 형성된 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명의 구조에서는, 비자성체부의 내부에 코일도체가 형성되어 있다. 이 구조에 의해 비자성체부 부근에서 발생하는 자계강도를 강하게 할 수 있고, 비자성체부로부터 적층코일의 외부로 누설되는 자속의 양을 증가시킬 수 있어, 직류중첩특성을 개선시킬 수 있다.

또한 본 발명에서는, 상기 비자성체부에 형성된 상기 코일도체가 상기 비자성체부의 주면상 및 내부에 형성된 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명의 구조에서는, 비자성체부상의 코일도체의 권취수를 그 외의 코일도체의 권취수보다 많게 함과 아울러, 비자성체부의 내부에도 코일도체가 형성되어 있다. 이 구조에 의해 비자성체부 부근에서 발생하는 자계강도가 강해지고, 비자성체부로부터 적층코일의 외부로 누설되는 자속의 양이 증가하므로 직류중첩특성을 개선시킬 수 있다.

또한 본 발명에서는, 상기 적층체 내부에 상기 비자성체부가 복수 형성된 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명의 구조에서는, 적층체 내부에 비자성체부가 복수 형성되어 있으므로, 적층코일의 외부로 누설되는 자속의 양을 더욱 증가시킬 수 있어, 직류중첩특성을 개선시킬 수 있다.

<발명의 효과>

본 발명에 따른 적층코일에서는, 복수의 자성체층을 적층해서 형성되는 자성체부를, 비자성체층에 의해 형성되는 비자성체부의 양 주면상에 배치함으로써 적층체가 형성되고, 상기 자성체부 및 상기 비자성체부에 형성된 코일도체를 나선형상으로 접속한 코일이 형성되며, 상기 비자성체부에 형성된 코일도체의 권취수가, 상기 비자성체부에 형성된 코일도체 이외의 각 층상의 코일도체의 권취수보다 많은 것을 특징으로 하고 있으므로, 비자성체부로부터의 자속의 누설량을 크게 할 수 있다. 이것에 의해 코일도체에 대전류를 흐르게 해도 인덕턴스값이 저하되지 않는 뛰어난 직류중첩특성을 갖는 적층코일을 얻을 수 있고, 초크 코일로서의 특성을 향상시킬 수 있다.

도 1은, 제1실시예에 있어서의 적층코일의 외관개략도이다.

도 2는, 제1실시예에 있어서의 적층코일의 개략단면도이다.

도 3은, 제1실시예에 있어서의 적층코일의 분해사시도이다.

도 4는, 제2실시예에 있어서의 적층코일의 개략단면도이다.

도 5는, 제2실시예에 있어서의 적층코일의 분해사시도이다.

도 6은, 제3실시예에 있어서의 적층코일의 개략단면도이다.

도 7은, 제3실시예에 있어서의 적층코일의 직류중첩특성을 나타내는 그래프이다.

도 8은, 제4실시예에 있어서의 적층코일의 개략단면도이다.

도 9는, 제4실시예에 있어서의 적층코일의 분해사시도이다.

도 10은, 제5실시예에 있어서의 적층코일의 개략단면도이다.

도 11은, 제6실시예에 있어서의 적층코일의 개략단면도이다.

도 12는, 제6실시예에 있어서의 적층코일의 분해사시도이다.

이하에 있어서 본 발명에 따른 적층코일의 실시예를, 첨부 도면을 참조하면서 설명한다.

(제1실시예)

도 1은 본 발명의 제1실시예에 있어서의 적층코일의 외관사시도이며, 도 2는 그 개략단면도이다. 적층코일(1)은 적층체(2)와, 적층체(2)의 표면에 형성된 외부전극(3a, 3b) 및 적층체(2)에 내장된 코일도체(4)로 형성되어 있다. 적층체(2)는, 비자성체부의 양측 주면에 자성체층을 적층한 자성체부(6)가 배치된 구조로 되어 있다. 또 적층체(2) 내부에는, 적층방향을 축방향으로 하는 1개의 나선형상의 코일을 형성하도록 코일도체(4)가 매설되어 있다.

비자성체부(5)와 자성체부(6)는, 1장 혹은 복수장의 비자성체 재료 혹은 자성체 재료의 그린시트로 형성되어 있다. 또 코일도체(4)의 한쪽의 단부(4a)는 외부전극(3a)에, 다른 쪽의 단부(4b)는 외부전극(3b)에 접속되어 있다. 코일도체(4c)는 비자성체부(5)상에 형성되어 있고, 그 권취수는 자성체부(6)를 형성하고 있는 자성체 재료의 그린시트상에 형성된 다른 코일도체(4d)보다 많게 되어 있다.

다음에 적층코일(1)의 제조방법에 대해서, 도 3에 나타내는 적층코일(1)의 분해사시도를 이용하여 설명한다. 여기서는, 우선 적층하는 자성체 재료 및 비자성체 재료를 사용한 그린시트의 제작방법에 대해서 서술한다.

본 실시예에서는, 비자성체 재료로서 Cu-Zn계 재료를 사용했다. 우선 산화 제2철(Fe₂O₃)을 48mol%, 산화아연(ZnO)을 43mol%, 산화구리(CuO)를 9mol%의 비율의 재료를 원료로 해서 볼밀에 의해 소정의 시간만큼 습식 조합한다. 얻어진 혼합물을 건조하고나서 분쇄하고, 그 분말을 750℃에서 1시간 소성한다. 이 페라이트 분말에 바인더 수지와 가소제, 습윤제, 분산제를 첨가해서 볼밀로 소정의 시간만큼 혼합을 행한 후, 감압에 의해 탈포(脫泡)를 행하여 슬러리를 얻는다. 이 슬러리를 PET 필름 등의 기재상에 도포하고, 그 후 건조시킴으로써 원하는 막두께의 비자성체 재료의 페라이트 그린시트를 제작한다.

또한 자성체 재료로서 Ni-Cu-Zn계 재료를 사용했다. Fe₂O₃을 48mol%, ZnO를 20mol%, CuO를 9mol%, 산화니켈(NiO)을 23mol%의 비율의 재료를 원료로 하여, 상기 비자성체와 같은 방법에 의해 슬러리를 얻는다. 이 슬러리를 기재인 PET 필름상에 도포하고, 그 후 건조시킴으로써 원하는 막두께의 자성체 재료의 페라이트 그린시트를 제작한다.

이상과 같이 해서 얻어진 비자성체 및 자성체의 페라이트 그린시트를 소정의 치수로 재단하여, 페라이트 시트편을 얻는다. 그 후, 상기 페라이트 그린시트를 적층할 때에, 각 시트상의 코일도체가 접속해서 코일도체가 얻어지도록 페라이트 그린시트의 소정 위치에 레이저로 관통구멍을 형성한다. 각 페라이트 그린시트의 비투자율은 Cu-Zn계 페라이트 그린시트가 1, Ni-Cu-Zn계 페라이트 그린시트가 130이다.

다음에 도 3과 같이 코일도체를 형성하는 페라이트 그린시트상에 Ag 또는 Ag-Pd 등의 Ag합금을 주성분으로 하는 상기 도전 페이스트를 스크린 인쇄함으로써 소정 형상의 코일도체를 형성한다. 비자성체층인 Cu-Zn계 재료를 사용한 그린시트(5)상에는, 권취수가 2회인 코일도체(4c)를 형성한다. 또 자성체층인 Ni-Cu-Zn계 재료를 사용한 그린시트(6a)상에는, 권취수가 1회인 코일도체(4d)와 권취수가 0.5 회인 코일도체(4e)를 형성한다. 코일도체(4c, 4d)의 종단부에는 관통구멍(7)이 배치되도록 코일도체의 스크린 인쇄를 행하고, 그 인쇄와 동시에 관통구멍(7)의 내부에 도전 페이스트를 충전한다. 또 코일도체(4c)의 선폭을 코일도체(4d)보다 좁게 하고 있다.

본 발명과 같은 코일에서는, 코일 축심부로부터 코일 외주부를 통과하는 자계가 형성되어 있다. 각 그린시트상의 코일도체를 접속함으로써 나선형상 전극이 형성되어 있지만, 이 나선형상 전극의 단면 개구부 지름이 작아지면, 코일 축심부를 통과하는 자계가 흐트러져, 인덕턴스값이 저하되는 등의 전기특성 불량이 발생할 가능성이 있다. 그 때문에 권취수가 많은 코일도체의 선폭을 좁게 해서 자계의 흐트러짐을 적게 하고 있다. 상기의 그린시트 외에, 도전 페이스트를 충전한 관통구멍(7)만을 형성한 Ni-Cu-Zn계 그린시트(6c)와, 외장용 Ni-Cu-Zn계 그린시트(6b)를 제작해 둔다.

이들 각 그린시트를 도 3에 나타내는 바와 같은 순서로 적층하고, 45℃, 1.0t/㎠의 압력으로 압착한다. 얻어진 적층체를 다이싱 장치 등에 의해, 3.2×1.6×0.8㎜의 치수로 재단함으로써 적층코일의 미소성체를 얻는다. 이 미소성체의 탈바인더 및 본 소성를 행한다. 탈바인더시에는 저산소 분위기 중에서 500℃, 120분으로 소성하고, 본 소성시에는 대기 분위기 중에서 890℃, 150분으로 소성한다. 마지막으로 인출전극(4a, 4b)이 노출되는 적층코일의 끝면에 침지법에 의해 주성분이 Ag인 도전 페이스트를 도포하고, 100℃에서 10분 건조시킨 후, 780℃에서 150분간 베이킹처리함으로써 외부단자 전극을 형성하여 적층코일을 얻는다.

도 3과 같이 제1실시예의 적층코일은, 적층방향의 대략 중앙에 비자성체부(5)를 형성하고 있다. 이 비자성체부(5)는 비투자율이 공기와 같은 1이기 때문에, 겉보기상 적층코일이 공기에 의해 2개로 나누어진 구조로 된다. 이 때문에 적층코일 내의 자계는, 코일 축심부로부터 코일도체 외주부를 통과하는 폐쇄자로를 형성할 수 없다. 또 비자성체부(5) 내의 자계는 공기 중과 같은 균등한 분포를 나타내므로, 자성체부(6) 내와 같은 자계의 집중이 없고, 비자성체부(5)로부터 적층코일 외부로 누설되는 자계가 발생한다. 이상의 효과에 의해 적층코일 내부에서의 자계집중에 의한 자기포화가 완화된다.

또한 본 실시예에 있어서는, 비자성체부(5)상의 코일도체(4c)의 권취수를 자성체층(6a)상의 코일도체(4d)의 권취수보다 많게 하고 있다. 코일의 권취수를 늘리면 발생하는 자계의 강도도 강해지므로, 비자성체부(5)상의 코일도체에 더욱 많은 자계를 집중시킬 수 있고, 비자성체부(5)로부터 누설되는 자계를 더욱 많게 할 수 있다. 이 때문에 코일도체에 대전류를 흐르게 해도 적층코일 내에서 자기포화를 일으키기 어려워져, 적층코일의 직류중첩특성을 개선시킬 수 있다. 또한 본 실시예에 있어서는, 비자성체부(5)는 Cu-Zn계 페라이트 그린시트 1장으로 형성되어 있지만, 복수장으로 형성해도 된다.

(제2실시예)

본 발명의 제2실시예에 있어서의 적층코일의 개략단면도와 분해사시도를 각각 도 4, 도 5에 나타낸다. 본 실시예에 있어서는, 자성체부(14)에 형성된 코일도체(12d)의 권취수보다 많은 권취수를 갖는 코일도체(12c)를 비자성체부(13)의 상하 에 형성하고 있다. 본 실시예의 적층코일도 제1실시예와 마찬가지로, 코일도체를 형성한 페라이트 그린시트를 도 5와 같은 순서로 적층, 압착하고, 각 칩으로 재단한 후, 외부단자 전극을 형성하는 방법에 의해 제작되어 있다.

도 5와 같이, 비자성체부(13)의 상하에 형성된 코일도체(12c)의 권취수를 늘림으로써 비자성체부(13)로부터 적층코일 외부로 누설되는 자계의 양을 제1실시예보다 많게 할 수 있다. 이 때문에 자성체부(14)의 자기포화를 더욱 완화시킬 수 있다. 이것에 의해 적층코일의 직류중첩특성을 더욱 개선시킬 수 있다.

(제3실시예)

본 발명의 제3실시예에 있어서의 적층코일의 개략단면도를 도 6에 나타낸다. 본 실시예에서는, 비자성체부(23)의 상하에 형성된 코일도체(22c)의 권취수를 3회, 코일도체(22c)의 상부 혹은 하부에 형성된 코일도체(22d)를 2회로 하고 있다. 적층코일을 본 실시예와 같은 구조로 함으로써, 비자성체부(23) 부근에 보다 많은 자계를 집중시킬 수 있으므로, 적층코일 내의 자기포화가 완화되어, 직류중첩특성을 개선시킬 수 있다.

본 실시예의 적층코일의 직류중첩특성을 도 7의 그래프에 나타낸다. 도 7에는 코일도체(22c)와 코일도체(22d)의 권취수가 다른 코일도체(22e)보다 많을 경우의 특성(25)과, 권취수를 변화시키고 있지 않는 종래 구조의 경우의 특성(26)을 나타내고 있다. 코일도체에 흐르는 전류값이 작을 때의 적층코일의 인덕턴스값은 4.7μH이다. 또한 그래프의 세로축에 나타내는 인덕턴스 변화율은, 인가전류를 증가시켰을 때의 인덕턴스값의 저하량을 초기값인 4.7μH로 나눈 값이다. 본 실시예와 같 이 비자성체층상 혹은 그 부근에 형성된 코일도체의 권취수를 많게 함으로써, 특히 인가전류가 클 때의 직류중첩특성을 개선시킬 수 있었다.

(제4실시예)

본 발명의 제4실시예에 있어서의 적층코일의 개략단면도를 도 8에 나타낸다. 본 실시예에서는, 자성체부(34)에 형성된 도체패턴(32d)보다 권취수가 많은 코일도체(32c)가 비자성체부(33)의 내부에 형성되어 있다. 본 실시예에 있어서의 적층코일의 분해사시도를 도 9에 나타낸다. 도 9와 같이 비자성체부(33) 내에 코일도체(32c)를 매설하기 위해, 비자성체층(33a)상에 코일도체(32c)를 형성하고, 그 위에 코일도체를 형성하고 있지 않는 비자성체층(33b)을 적층하고 있다. 적층코일을 본 실시예와 같은 구조로 함으로써, 자계를 비자성체부(33)의 내부에 집중시키기 위해 비자성체부(33)로부터 적층코일 외부로의 자계의 누설을 많게 할 수 있고, 자성체부의 자기포화가 완화되어, 직류중첩특성을 개선시킬 수 있다.

(제5실시예)

본 발명의 제5실시예에 있어서의 적층코일의 개략단면도를 도 10에 나타낸다. 본 실시예에서는, 비자성체부(43)의 내부 및 비자성체부(43)상에 코일도체(42c, 42d)가 형성되어 있다. 본 실시예와 같이 비자성체부(43)의 내부 혹은 주면상에 코일도체가 형성됨으로써, 보다 많은 자계를 비자성체부(43)로부터 적층코일의 외부로 누설시킬 수 있고, 자성체부의 자기포화를 완화하는 효과가 높아져, 직류중첩특성을 더욱 개선시킬 수 있다.

또한 제1실시예로부터 제5실시예에 나타낸 각 적층코일에서는, 비자성체부가 적층코일의 적층방향의 중앙부에 형성되어 있지만, 비자성체부를 중앙부 이외에 형성해도 직류중첩특성을 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.

(제6실시예)

본 발명의 제6실시예에 있어서의 적층코일의 개략단면도와 분해사시도를 각각 도 11, 도 12에 나타낸다. 본 실시예에서는, 자성체부(54)에 형성된 코일도체(52d)보다 권취수가 많은 도체패턴(52c)이 그 양면에 형성된 비자성체부(53)를, 적층코일 내부에 2층 배치하고 있다. 본 실시예와 같이 비자성체부(53)를 2층 형성함으로써, 1층의 경우의 배 가까이의 자계를 적층코일의 외부로 누설시킬 수 있고, 자성체부의 자기포화를 완화하는 효과가 높아져, 직류중첩특성을 더욱 개선시킬 수 있다.

(기타 실시예)

또한 본 발명에 따른 적층코일은 상기 실시예에 한정되는 것이 아니라, 그 요지의 범위 내에서 여러 가지로 변경할 수 있다. 특히, 상기 각각의 실시예에 나타낸 코일도체의 권취수나 형상은 일례이며, 이들의 권취수나 형상에 한하는 것은 아니다.

이상과 같이, 본 발명은 초크 코일 등의 적층코일에 유용하고, 특히, 양호한 직류중첩특성을 갖는 점에서 뛰어나다.

Claims

복수의 자성체층을 적층해서 형성되는 자성체부를, 비자성체층에 의해 형성되는 비자성체부의 양 주면상에 배치함으로써 적층체가 형성되고,

상기 자성체부 및 상기 비자성체부에 형성된 코일도체를 나선형상으로 접속한 코일이 형성되며,

상기 비자성체부에 형성된 코일도체의 권취수가, 상기 비자성체부에 형성된 코일도체 이외의 각 층상의 코일도체의 권취수보다 많은 것을 특징으로 하는 적층코일.
제1항에 있어서, 상기 비자성체부에 형성된 상기 코일도체가 상기 비자성체부의 주면상에 형성된 것을 특징으로 하는 적층코일.
제2항에 있어서, 상기 비자성체부에 형성된 상기 코일도체가 상기 비자성체부의 양 주면상에 형성된 것을 특징으로 하는 적층코일.
제3항에 있어서, 상기 비자성체부에 형성된 상기 코일도체가 상기 비자성체부의 내부에 형성된 것을 특징으로 하는 적층코일.
제2항에 있어서, 상기 비자성체부에 형성된 상기 코일도체가 상기 비자성체 부의 주면상 및 내부에 형성된 것을 특징으로 하는 적층코일.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적층체 내부에 상기 비자성체부가 복수 형성된 것을 특징으로 하는 적층코일.