KR20210021476A - 인덕터 - Google Patents
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Abstract
인덕터는, 단면을 볼 때 대략 원 형상의 배선과, 배선을 피복하는 자성층을 구비한다. 배선은, 도체선과, 도체선을 피복하는 절연층을 구비한다. 자성층은, 이방성 자성 입자와, 바인더를 함유한다. 자성층은, 배선의 반경의 1.5배 이내의 주변 영역에 있어서, 이방성 자성 입자가 배선의 원주 방향을 따라 배향되는 제 1 영역과, 이방성 자성 입자가 원주 방향과 교차하는 교차 방향을 따라 배향되거나, 또는, 이방성 자성 입자가 배향되어 있지 않은 제 2 영역을 갖는다.
Description
본 발명은, 인덕터에 관한 것이다.
인덕터는, 전자 기기 등에 탑재되어, 전압 변환 부재 등의 수동 소자로서 이용되는 것이 알려져 있다.
예를 들면, 자성체 재료로 이루어지는 직육면체 형상의 칩 본체부와, 그 칩 본체부의 내부에 매설된 구리 등의 내부 도체를 구비하고, 칩 본체부의 단면 형상과 내부 도체의 단면 형상이 닮은 형상인 인덕터가 제안되어 있다(특허문헌 1 참조). 즉, 특허문헌 1의 인덕터에서는, 단면을 볼 때 직사각형 형상(직육면체 형상)의 배선(내부 도체)의 주위에 자성체 재료가 피복되어 있다.
그런데, 자성체 재료로서, 편평 형상 자성 입자 등의 이방성 자성 입자를 이용하고, 배선의 주위에, 그 이방성 자성 입자를 배향시켜, 인덕터의 인덕턴스를 향상시키는 것이 검토되고 있다.
그러나, 특허문헌 1의 인덕터에서는, 배선이, 단면을 볼 때 직사각형 형상이기 때문에, 모서리부 등의 존재에 의해, 그 배선의 주위에 이방성 자성 입자를 배향시키기 어려운 문제가 생긴다. 그 때문에, 인덕턴스의 향상이 불충분해지는 경우가 있다.
그래서, 단면을 볼 때 원 형상의 배선을 이용하여, 그 배선의 주위에 이방성 자성 입자를 배향되는 것이 더 검토되고 있다.
그러나, 이 방법에서는, 인덕턴스가 향상되지만, 직류 중첩 특성이 불충분하여, 더한층의 개량이 요구되고 있다.
본 발명은, 인덕턴스 및 직류 중첩 특성이 양호한 인덕터를 제공한다.
본 발명 [1]은, 단면을 볼 때 대략 원 형상의 배선과, 상기 배선을 피복하는 자성층을 구비하고, 상기 배선은, 도체선과, 상기 도체선을 피복하는 절연층을 구비하고, 상기 자성층은, 이방성 자성 입자와, 바인더를 함유하고, 상기 배선의 반경의 1.5배 이내의 주변 영역에 있어서, 상기 이방성 자성 입자가 상기 배선의 원주 방향을 따라 배향되는 제 1 영역과, 상기 이방성 자성 입자가 상기 원주 방향과 교차하는 교차 방향을 따라 배향되거나, 또는, 상기 이방성 자성 입자가 배향되어 있지 않은 제 2 영역을 갖는, 인덕터를 포함한다.
본 발명 [2]는, 상기 제 2 영역을 복수 갖는, [1]에 기재된 인덕터를 포함한다.
본 발명 [3]은, 상기 제 2 영역은, 상기 이방성 자성 입자가 상기 배선의 지름 방향을 따라 배향되는 영역인, [1] 또는 [2]에 기재된 인덕터를 포함한다.
본 발명 [4]는, 상기 제 2 영역에 있어서, 상기 이방성 자성 입자의 충전율이, 40체적% 이상인, [3]에 기재된 인덕터를 포함한다.
본 발명 [5]는, 상기 자성층은, 상기 주변 영역의 외측에 있어서, 상기 이방성 자성 입자가 상기 배선의 지름 방향을 따라 배향되는 제 3 영역을 갖는, [1]∼[4] 중 어느 한 항에 기재된 인덕터를 포함한다.
본 발명의 인덕터는, 배선과, 배선을 피복하는 자성층을 구비하고, 배선의 주변 영역에 있어서, 이방성 자성 입자가 배선의 원주 방향을 따라 배향되는 제 1 영역을 갖기 때문에, 인덕턴스가 양호하다. 또, 제 1 영역 이외의 제 2 영역에 있어서, 이방성 자성 입자가 교차 방향을 따라 배향되거나, 또는, 상기 이방성 자성 입자가 배향되어 있지 않기 때문에, 직류 중첩 특성이 양호하다.
도 1은, 본 발명의 인덕터의 제 1 실시형태의 사시도를 나타낸다.
도 2는, 도 1의 축 방향과 직교하는 방향에 있어서의 단면도를 나타낸다.
도 3(a-b)는, 도 1에 나타내는 인덕터의 제조 공정으로서, 도 3(a)는, 자성 시트 및 배선을 대향 배치하는 공정, 도 3(b)는, 자성 시트를 배선에 적층하는 공정을 나타낸다.
도 4는, 도 1에 나타내는 인덕터의 실제의 SEM 사진 단면도를 나타낸다.
도 5는, 도 1에 나타내는 인덕터의 변형예(내측 지름 방향 배향 영역의 일부에, 입자가 충전되어 있지 않은 형태)의 단면도를 나타낸다.
도 6은, 도 1에 나타내는 인덕터의 변형예(4개의 내측 지름 방향 배향 영역을 갖는 형태)의 단면도를 나타낸다.
도 7은, 도 1에 나타내는 인덕터의 변형예(1개의 내측 지름 방향 배향 영역을 갖는 형태)의 단면도를 나타낸다.
도 8은, 도 1에 나타내는 인덕터의 변형예(2개의 내측 지름 방향 배향 영역의 사이에 중심이 위치하지 않는 형태)의 단면도를 나타낸다.
도 9는, 본 발명의 인덕터의 제 2 실시형태의 단면도를 나타낸다.
도 10은, 본 발명의 인덕터의 제 3 실시형태의 사시도를 나타낸다.
도 11은, 실시예 1∼5의 시뮬레이션에 이용한 인덕터의 모델도를 나타낸다.
도 12는, 실시예 6∼8의 시뮬레이션에 이용한 인덕터의 모델도를 나타낸다.
도 13은, 실시예 9∼11의 시뮬레이션에 이용한 인덕터의 모델도를 나타낸다.
도 2는, 도 1의 축 방향과 직교하는 방향에 있어서의 단면도를 나타낸다.
도 3(a-b)는, 도 1에 나타내는 인덕터의 제조 공정으로서, 도 3(a)는, 자성 시트 및 배선을 대향 배치하는 공정, 도 3(b)는, 자성 시트를 배선에 적층하는 공정을 나타낸다.
도 4는, 도 1에 나타내는 인덕터의 실제의 SEM 사진 단면도를 나타낸다.
도 5는, 도 1에 나타내는 인덕터의 변형예(내측 지름 방향 배향 영역의 일부에, 입자가 충전되어 있지 않은 형태)의 단면도를 나타낸다.
도 6은, 도 1에 나타내는 인덕터의 변형예(4개의 내측 지름 방향 배향 영역을 갖는 형태)의 단면도를 나타낸다.
도 7은, 도 1에 나타내는 인덕터의 변형예(1개의 내측 지름 방향 배향 영역을 갖는 형태)의 단면도를 나타낸다.
도 8은, 도 1에 나타내는 인덕터의 변형예(2개의 내측 지름 방향 배향 영역의 사이에 중심이 위치하지 않는 형태)의 단면도를 나타낸다.
도 9는, 본 발명의 인덕터의 제 2 실시형태의 단면도를 나타낸다.
도 10은, 본 발명의 인덕터의 제 3 실시형태의 사시도를 나타낸다.
도 11은, 실시예 1∼5의 시뮬레이션에 이용한 인덕터의 모델도를 나타낸다.
도 12는, 실시예 6∼8의 시뮬레이션에 이용한 인덕터의 모델도를 나타낸다.
도 13은, 실시예 9∼11의 시뮬레이션에 이용한 인덕터의 모델도를 나타낸다.
도 2에 있어서, 지면 좌우 방향은, 제 1 방향이고, 지면 좌측이 제 1 방향 한쪽측, 지면 우측이 제 1 방향 다른 쪽측이다. 지면 상하 방향은, 제 2 방향(제 1 방향과 직교하는 방향)이고, 지면 상측이 제 2 방향 한쪽측, 지면 하측이 제 2 방향 다른 쪽측이다. 지면 종이 두께 방향은, 제 3 방향(제 1 방향 및 제 2 방향과 직교하는 방향, 축 방향)이고, 지면 앞쪽이 제 3 방향 한쪽측, 지면 안쪽이 제 3 방향 다른 쪽측이다. 구체적으로는, 각 도면의 방향 화살표에 준거한다.
<제 1 실시형태>
본 발명의 인덕터의 제 1 실시형태의 일 실시형태를, 도 1∼도 2를 참조하여 설명한다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 인덕터(1)는, 축 방향으로 길게 연장되고, 예를 들면, 평면에서 볼 때 대략 루프 형상을 갖는다. 인덕터(1)는, 배선(2)과, 자성층(3)을 구비한다.
도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 배선(2)은, 축 방향으로 장척(長尺)으로 연장되고, 단면을 볼 때 대략 원 형상을 갖는다. 배선(2)은, 절연층이 피복된 전선이고, 구체적으로는, 도체선(4)과, 그것을 피복하는 절연층(5)을 구비한다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 도체선(4)은, 단면을 볼 때 대략 원 형상을 갖는다.
도체선(4)의 재료는, 예를 들면, 구리, 은, 금, 알루미늄, 니켈, 이들의 합금 등의 금속 도체이며, 바람직하게는, 구리를 들 수 있다. 도체선(4)은, 단층 구조여도 되고, 코어 도체(예를 들면, 구리)의 표면에 도금(예를 들면, 니켈) 등이 된 복층 구조여도 된다.
도체선(4)의 반경 R1은, 예를 들면, 25μm 이상, 바람직하게는, 50μm 이상이고, 또한, 예를 들면, 2000μm 이하, 바람직하게는, 200μm 이하이다.
절연층(5)은, 도체선(4)을 약품이나 물로부터 보호하고, 또한, 도체선(4)의 단락을 방지하기 위한 층이다. 배선(2)의 외주면 전체면을 피복하도록, 배치되어 있다.
절연층(5)은, 배선(2)과 중심 축선을 공유하는 단면을 볼 때 대략 원 고리 형상을 갖는다.
절연층(5)의 재료로서는, 예를 들면, 폴리바이닐폼알, 폴리에스터, 폴리에스터이미드, 폴리아마이드, 폴리이미드, 폴리아마이드이미드 등의 절연성 수지를 들 수 있다.
이들은, 1종 단독으로 이용해도 되고, 2종 이상 병용해도 된다.
절연층(5)은, 단층으로 구성되어 있어도 되고, 복수의 층으로 구성되어 있어도 된다.
절연층(5)의 두께 R2는, 원주 방향의 어느 위치에 있어서도 배선(2)의 지름 방향(원주 방향과 교차하는 교차 방향의 일례)에 있어서 대략 균일하고, 예를 들면, 1μm 이상, 바람직하게는, 3μm 이상이고, 또한, 예를 들면, 100μm 이하, 바람직하게는, 50μm 이하이다.
절연층(5)의 두께 R2에 대한, 도체선(4)의 반경 R1의 비(R1/R2)는, 예를 들면, 1 이상, 바람직하게는, 10 이상이고, 예를 들면, 200 이하, 바람직하게는, 100 이하이다.
배선(2)의 반경(R1+R2)은, 예를 들면, 25μm 이상, 바람직하게는, 50μm 이상이고, 또한, 예를 들면, 2000μm 이하, 바람직하게는, 200μm 이하이다.
자성층(3)은, 인덕턴스를 향상시키기 위한 층이다.
자성층(3)은, 배선(2)의 외주면 전체면을 피복하도록, 배치되어 있다.
자성층(3)은, 이방성 자성 입자(6)와 바인더(7)를 함유하는 자성 조성물로 형성되어 있다.
이방성 자성 입자(6)를 구성하는 재료로서는, 연자성체, 경자성체를 들 수 있다. 바람직하게는, 인덕턴스의 관점에서, 연자성체를 들 수 있다.
연자성체로서는, 예를 들면, 자성 스테인리스(Fe-Cr-Al-Si 합금), 센더스트(Fe-Si-Al 합금), 퍼말로이(Fe-Ni 합금), 규소 구리(Fe-Cu-Si 합금), Fe-Si 합금, Fe-Si-B(-Cu-Nb) 합금, Fe-Si-Cr-Ni 합금, Fe-Si-Cr 합금, Fe-Si-Al-Ni-Cr 합금, 페라이트 등을 들 수 있다. 이들 중에서도, 자기 특성의 점에서, 바람직하게는, 센더스트(Fe-Si-Al 합금)를 들 수 있다.
이방성 자성 입자(6)의 형상으로서는, 이방성의 관점에서, 예를 들면, 편평 형상(판 형상), 바늘 형상 등을 들 수 있고, 바람직하게는, 면 방향(이차원)으로 비투자율이 양호한 관점에서, 편평 형상을 들 수 있다.
바인더(7)로서는, 바인더 수지를 들 수 있다. 바인더 수지로서는, 예를 들면, 열경화성 수지, 열가소성 수지를 들 수 있다.
열경화성 수지로서는, 예를 들면, 에폭시 수지, 페놀 수지, 멜라민 수지, 열경화성 폴리이미드 수지, 불포화 폴리에스터 수지, 폴리유레테인 수지, 실리콘 수지 등을 들 수 있다. 접착성, 내열성 등의 관점에서, 바람직하게는, 에폭시 수지, 페놀 수지를 들 수 있다.
열가소성 수지로서는, 예를 들면, 아크릴 수지, 에틸렌-아세트산 바이닐 공중합체, 폴리카보네이트 수지, 폴리아마이드 수지(6-나일론, 6,6-나일론 등), 열가소성 폴리이미드 수지, 포화 폴리에스터 수지(PET, PBT 등) 등을 들 수 있다. 바람직하게는, 아크릴 수지를 들 수 있다.
수지로서는, 바람직하게는, 열경화성 수지 및 열가소성 수지의 병용을 들 수 있다. 보다 바람직하게는, 아크릴 수지, 에폭시 수지 및 페놀 수지의 병용을 들 수 있다.
이에 의해, 이방성 자성 입자(6)를 소정의 배향 상태로, 또한, 고(高)충전으로, 배선(2)의 주위에 보다 확실히 고정할 수 있다.
또, 자성 조성물은, 필요에 따라, 열경화 촉매, 무기 입자, 유기 입자, 가교제 등의 첨가제를 함유할 수도 있다.
자성층(3)에서는, 바인더(7) 내에 이방성 자성 입자(6)가 배향되면서 균일하게 배치되어 있다.
자성층(3)은, 단면을 볼 때에 있어서, 하나의 주부(主部)(8)와, 복수(2개)의 측부(9)를 일체적으로 구비한다.
주부(8)는, 배선(2)과 중심 축선을 공유하는 단면을 볼 때 대략 원 고리 형상을 갖는다. 주부(8)는, 내측에 구획되는 주변 영역(11)과, 그 외측에 구획되는 외주 영역(12)을 일체적으로 갖는다.
주변 영역(11)은, 단면을 볼 때 대략 원 고리 형상을 갖는다. 주변 영역(11)은, 주부(8) 중, 배선(2)의 중심점 C로부터 배선(2)의 반경 R1+R2의 1.5배 이내의 범위에 위치하는 영역이다. 즉, 주변 영역(11)은, 주변 영역(11)의 내주 가장자리로부터, 지름 방향 외측으로 반경 R1+R2의 0.5배의 거리의 범위에 위치하는 영역이다.
주변 영역(11)은, 복수(2개)의 내측 원주 방향 배향 영역(13)(제 1 영역의 일례)과, 복수(2개)의 내측 지름 방향 배향 영역(14)(제 2 영역의 일례)을 연속하여 갖는다.
내측 원주 방향 배향 영역(13)은, 단면을 볼 때에 있어서, 이방성 자성 입자(6)가 원주 방향을 따라 배향되어 있다. 즉, 이방성 자성 입자(6)의 비투자율이 높은 방향(예를 들면, 편평 형상 이방성 자성 입자에서는, 입자의 면 방향)이, 배선(2)의 중심점 C를 중심으로 한 원의 접선과 대략 일치한다. 보다 구체적으로는, 입자(6)의 면 방향과, 그 입자(6)가 위치하는 원의 접선이 이루는 각도가, 15도 이하인 경우를, 입자(6)가 원주 방향으로 배향되어 있다고 정의한다.
내측 원주 방향 배향 영역(13)에서는, 그 영역(13)에 포함되는 이방성 자성 입자(6) 전체의 수에 대해서, 원주 방향으로 배향되어 있는 이방성 자성 입자(6)의 수의 비율이, 50%를 초과하고, 바람직하게는, 70% 이상이다. 즉, 내측 원주 방향 배향 영역(13)에서는, 배향되어 있지 않는 이방성 자성 입자(6)를 50% 미만, 바람직하게는, 30% 이하 포함하고 있어도 된다.
복수의 내측 원주 방향 배향 영역(13)은, 배선(2)을 사이에 두고, 제 2 방향으로 서로 간격을 두어 대향 배치되어 있다.
복수의 내측 원주 방향 배향 영역(13)의 면적의 비율은, 주변 영역(11) 전체에 대해서, 50% 이상, 바람직하게는, 60% 이상이고, 또한, 예를 들면, 90% 이하, 바람직하게는, 80% 이하이다.
내측 원주 방향 배향 영역(13)에 있어서, 이방성 자성 입자(6)의 충전율은, 예를 들면, 40체적% 이상, 바람직하게는, 45체적% 이상이고, 또한, 예를 들면, 90체적% 이하, 바람직하게는, 70체적% 이하이다. 충전율이 상기 하한 이상이면, 인덕턴스가 우수하다.
충전율은, 실제 비중의 측정, SEM 사진 단면도의 2진화 등에 의해 산출할 수 있다.
내측 원주 방향 배향 영역(13)에 있어서, 원주 방향의 비투자율은, 예를 들면, 5 이상, 바람직하게는, 10 이상, 보다 바람직하게는, 30 이상이고, 또한, 예를 들면, 500 이하이다.
지름 방향의 비투자율은, 예를 들면, 1 이상, 바람직하게는, 5 이상이고, 또한, 예를 들면, 100 이하, 바람직하게는, 50 이하, 보다 바람직하게는, 25 이하이다. 또, 지름 방향에 대한 원주 방향의 비투자율의 비(원주 방향/지름 방향)는, 예를 들면, 2 이상, 바람직하게는, 5 이상이고, 또한, 예를 들면, 50 이하이다. 비투자율이 상기 범위이면, 인덕턴스가 우수하다.
비투자율은, 예를 들면, 자성 재료 테스트 픽스쳐(test fixture)를 사용한 임피던스 애널라이저(Agilent사제, 「4291B」)에 의해 측정할 수 있다.
내측 지름 방향 배향 영역(14)은, 단면을 볼 때에 있어서, 이방성 자성 입자(6)가 지름 방향(도 2에서는, 제 1 방향)을 따라 배향되어 있다. 즉, 이방성 자성 입자(6)의 비투자율이 높은 방향(예를 들면, 편평 형상 이방성 자성 입자에서는, 입자의 면 방향)이, 지름 방향과 대략 일치한다. 보다 구체적으로는, 입자(6)의 면 방향과, 그 입자(6)가 위치하는 지름 방향이 이루는 각도가, 15도 이하인 경우를, 입자(6)가 지름 방향으로 배향되어 있다고 정의한다.
내측 지름 방향 배향 영역(14)에서는, 그 영역(14)에 포함되는 이방성 자성 입자(6) 전체의 수에 대해서, 지름 방향으로 배향되어 있는 이방성 자성 입자(6)의 수의 비율이, 50%를 초과하고, 바람직하게는, 70% 이상이다. 즉, 내측 지름 방향 배향 영역(14)에서는, 배향되어 있지 않는 이방성 자성 입자(6)를 50% 미만, 바람직하게는, 30% 이하 포함하고 있어도 된다.
복수의 내측 지름 방향 배향 영역(14)은, 배선(2)의 제 1 방향 한쪽측과, 배선(2)의 제 1 방향 다른 쪽측에, 배선을 사이에 두고 서로 대향 배치되어 있다. 구체적으로는, 한쪽측의 내측 지름 방향 배향 영역(14)과 다른 쪽측의 내측 지름 방향 배향 영역(14)의 사이에, 배선(2)의 중심점 C가 위치한다.
또, 복수의 내측 원주 방향 배향 영역(13)과 복수의 내측 지름 방향 배향 영역(14)은, 원주 방향에 있어서 교대로 배치하고 있는, 구체적으로는, 지름 방향에 대향하는 2개의 내측 지름 방향 배향 영역(14)이, 원호 형상을 갖는 2개의 내측 원주 방향 배향 영역(13)에 끼워져 있다.
복수의 내측 지름 방향 배향 영역(14)의 면적의 비율은, 주변 영역(11) 전체에 대해서, 10% 이상, 바람직하게는, 20% 이상이고, 또한, 예를 들면, 50% 이하, 바람직하게는, 40% 이하이다.
내측 지름 방향 배향 영역(14)에 있어서, 이방성 자성 입자(6)의 충전율은, 예를 들면, 40체적% 이상, 바람직하게는, 50체적% 이상이고, 또한, 예를 들면, 90체적% 이하, 바람직하게는, 70체적% 이하이다. 충전율이 상기 범위이면, 인덕턴스가 우수하다.
내측 지름 방향 배향 영역(14)에 있어서, 지름 방향의 비투자율은, 예를 들면, 5 이상, 바람직하게는, 10 이상, 보다 바람직하게는, 30 이상이고, 또한, 예를 들면, 500 이하이다. 원주 방향(도 2에서는, 제 2 방향)의 비투자율은, 예를 들면, 1 이상, 바람직하게는, 5 이상이고, 또한, 예를 들면, 100 이하, 바람직하게는, 50 이하, 보다 바람직하게는, 25 이하이다. 또, 원주 방향에 대한 지름 방향의 비투자율의 비(지름 방향/원주 방향)는, 예를 들면, 2 이상, 바람직하게는, 5 이상이고, 또한, 예를 들면, 50 이하이다. 비투자율이 상기 범위이면, 인덕턴스가 우수하다.
또, 주변 영역(11)에 있어서, 그 내측의 영역(최내측 영역)에 있어서의 이방성 자성 입자(6)의 충전율은, 예를 들면, 40체적% 이상, 바람직하게는, 50체적% 이상이고, 또한, 예를 들면, 90체적% 이하, 바람직하게는, 70체적% 이하이다. 충전율이 상기 범위이면, 인덕턴스가 우수하다.
최내측 영역은, 주부(8) 중, 배선(2)의 중심점 C로부터 배선(2)의 반경 R1+R2의 1.25배 이내의 범위에 위치하는 영역으로 한다.
외주 영역(12)은, 단면을 볼 때 대략 원 고리 형상을 갖는다. 외주 영역(12)은, 주부(8) 중, 주변 영역(11)의 외측에 위치하는 영역이다. 외주 영역(12)의 내주 가장자리는, 주변 영역(11)의 외주 가장자리와 일체적으로 연속한다.
외주 영역(12)은, 복수(2개)의 외측 원주 방향 배향 영역(15)과, 복수(2개)의 외측 지름 방향 배향 영역(16)을 갖는다.
복수의 외측 원주 방향 배향 영역(15)은, 복수의 내측 원주 방향 배향 영역(13)에 대응하고, 복수의 내측 원주 방향 배향 영역(13)의 지름 방향 외측에 위치한다. 복수의 외측 원주 방향 배향 영역(15)은, 내측 원주 방향 배향 영역(13)과 마찬가지의 구성을 갖고 있고, 이방성 자성 입자(6)가, 원주 방향으로 배향되어 있다.
복수의 외측 지름 방향 배향 영역(16)은, 복수의 내측 지름 방향 배향 영역(14)에 대응하고, 복수의 내측 지름 방향 배향 영역(14)의 지름 방향 외측에 위치한다. 복수의 외측 지름 방향 배향 영역(16)은, 내측 지름 방향 배향 영역(14)과 마찬가지의 구성을 갖고 있고, 이방성 자성 입자(6)가, 지름 방향으로 배향되어 있다.
주부(8)의 두께 R3은, 배선(2)의 반경 R1+R2의 0.3배 이상, 바람직하게는, 0.5배 이상이고, 또한, 예를 들면, 5.0배 이하, 바람직하게는, 3.0배 이하이다. 구체적으로는, 예를 들면, 50μm 이상, 바람직하게는, 80μm 이상이고, 또한, 예를 들면, 500μm 이하, 바람직하게는, 200μm 이하이다.
복수의 측부(9)는, 주부(8)의 양 외측에 있어서, 제 1 방향(지름 방향)으로 연장되도록 배치되어 있다. 복수의 측부(9)는, 주부(8)의 제 1 방향 한쪽측과, 주부(8)의 제 1 방향 다른 쪽측에, 주부(8)를 사이에 두도록 서로 간격을 두어 대향 배치되어 있다.
복수의 측부(9)의 제 2 방향 한쪽 면 및 제 2 방향 다른 쪽 면은, 평탄해지도록 형성되어 있다.
복수의 측부(9)는, 각각, 측부 배향 영역(17)(제 3 영역의 일례)을 갖는다.
측부 배향 영역(17)은, 측부(9)의 제 2 방향 중간에 배치되어 있다. 또, 측부 배향 영역(17)은, 지름 방향 배향 영역(내측 지름 방향 배향 영역(14) 및 외측 지름 방향 배향 영역(16))의 지름 방향 외측에 배치되어 있다.
측부 배향 영역(17)은, 이방성 자성 입자(6)가 지름 방향(도 2에서는, 제 1 방향)을 따라 배향되어 있다. 즉, 이방성 자성 입자(6)의 비투자율이 높은 방향(예를 들면, 편평 형상 이방성 자성 입자에서는, 입자의 면 방향)이, 지름 방향과 대략 일치한다. 보다 구체적으로는, 입자(6)의 면 방향과, 지름 방향이 이루는 각도가, 15도 이하이다.
측부 배향 영역(17)에서는, 그 영역(17)에 포함되는 이방성 자성 입자(6) 전체의 수에 대해서, 지름 방향으로 배향되어 있는 이방성 자성 입자(6)의 수의 비율이, 50%를 초과하고, 바람직하게는, 60% 이상이다.
측부(9)에 있어서의 측부 배향 영역(17) 이외의 영역에서는, 이방성 자성 입자(6)는, 측부 배향 영역(17)의 배향 방향(제 1 방향, 지름 방향과 평행한 방향)을 따라 배향되어 있다.
즉, 측부(9)의 전체 영역은, 이방성 자성 입자(6)가 제 1 방향을 따라 배향되어 있다.
측부(9)에 있어서, 이방성 자성 입자(6)의 충전율은, 예를 들면, 40체적% 이상, 바람직하게는, 50체적% 이상이고, 또한, 예를 들면, 90체적% 이하, 바람직하게는, 70체적% 이하이다. 충전율이 상기 하한 이상이면, 인덕턴스가 우수하다.
측부(9)에 있어서, 지름 방향의 비투자율은, 예를 들면, 5 이상, 바람직하게는, 10 이상, 보다 바람직하게는, 30 이상이고, 또한, 예를 들면, 500 이하이다. 원주 방향(도 2에서는, 제 2 방향)의 비투자율은, 예를 들면, 1 이상, 바람직하게는, 5 이상이고, 또한, 예를 들면, 100 이하, 바람직하게는, 50 이하, 보다 바람직하게는, 25 이하이다. 또, 원주 방향에 대한 지름 방향의 비투자율의 비(지름 방향/원주 방향)는, 예를 들면, 2 이상, 바람직하게는, 5 이상이고, 또한, 예를 들면, 50 이하이다. 비투자율이 상기 범위이면, 인덕턴스가 우수하다.
측부(9)의 제 1 방향 길이 W(주부(8)의 제 1 방향 최외측부터, 측부(9)의 외측 단부 가장자리까지의 제 1 방향 거리)는, 예를 들면, 10μm 이상, 바람직하게는, 80μm 이상이고, 또한, 예를 들면, 1000μm 이하, 바람직하게는, 500μm 이하이다.
측부(9)의 제 2 방향 길이(두께) T2는, 예를 들면, 100μm 이상, 바람직하게는, 200μm 이상이고, 또한, 예를 들면, 2000μm 이하, 바람직하게는, 1000μm 이하이다.
이어서, 도 3(a-b)를 참조하여, 인덕터(1)의 제조 방법의 일 실시형태에 대해서 설명한다. 인덕터(1)의 제조 방법은, 예를 들면, 배선(2), 및, 2개의 이방성 자성 시트(20)를 준비하는 준비 공정, 배선(2)을 매설하도록, 2개의 이방성 자성 시트(20)를, 적층하는 적층 공정을 구비한다.
준비 공정에서는, 배선(2)은, 예를 들면, 에나멜선으로서 공지 또는 시판되는 것을 이용할 수 있다.
이방성 자성 시트(20)는, 면 방향으로 연장되는 시트 형상을 갖고, 자성 조성물로 형성되어 있다. 이방성 자성 시트(20)에서는, 이방성 자성 입자(6)가, 면 방향으로 배향되어 있다. 바람직하게는, 이방성 자성 시트(20)는, 반경화 상태(B 스테이지)이다.
이와 같은 이방성 자성 시트(20)로서는, 일본 특허공개 2014-165363호, 일본 특허공개 2015-92544호 등에 기재된 연자성 열경화성 접착 필름이나 연자성 필름 등을 들 수 있다.
적층 공정에서는, 우선, 도 3(a)에 나타내는 바와 같이, 2개의 이방성 자성 시트(20)의 사이에 배선(2)을 배치하고, 구체적으로는, 2개의 이방성 자성 시트(20)가 배선(2)의 제 2 방향 한쪽측 및 제 2 방향 다른 쪽측에 위치하도록, 2개의 이방성 자성 시트(20) 및 배선(2)을 대향 배치한다.
계속해서, 도 3(b)에 나타내는 바와 같이, 배선(2)을 매설하도록, 2개의 이방성 자성 시트(20)를 서로 근접시켜 적층한다. 구체적으로는, 제 2 방향 한쪽측의 이방성 자성 시트(20)를 제 2 방향 다른 쪽측을 향해 가압하고, 제 2 방향 다른 쪽측의 이방성 자성 시트(20)를 제 2 방향 한쪽측을 향해, 가압한다.
이때, 이방성 자성 시트(20)가 반경화 상태인 경우는, 가열한다. 이에 의해, 이방성 자성 시트(20)가 경화 상태(C 스테이지)가 된다. 또, 2개의 이방성 자성 시트(20)의 계면이 소멸하여, 2개의 이방성 자성 시트(20)는, 하나의 자성층(3)을 형성한다.
이에 의해, 도 2에 나타내는 바와 같이, 단면을 볼 때 대략 원 형상의 배선(2)과, 그것을 피복하는 자성층(3)을 구비하는 인덕터(1)가 얻어진다. 즉, 인덕터(1)는, 복수(2개)의 이방성 자성 시트(20)를, 배선(2)을 사이에 두도록, 적층하여 이루어지는 것이다. 한편, 실제의 인덕터의 단면도(SEM 사진)를 도 4에 나타낸다.
이 인덕터(1)는, 자성층(3)의 주부(8)에 있어서, 원주 방향 배향 영역(내측 원주 방향 배향 영역(13) 및 외측 원주 방향 배향 영역(15)) 및 지름 방향 배향 영역(내측 지름 방향 배향 영역(14) 및 지름 방향 배향 영역(16))을 갖고, 자성층(3)의 측부(9)에 있어서, 지름 방향 배향 영역을 갖는다. 또, 주부(8)에 있어서, 원주 방향 배향 영역과 지름 방향 배향 영역의 경계 주변에서는, 이방성 자성 입자(6)는, 원주 방향으로부터 지름 방향으로(또는 원주 방향으로부터 지름 방향으로), 완만하게 배향 각도가 경사져 있다.
인덕터(1)는, 전자 기기의 한 부품, 즉, 전자 기기를 제작하기 위한 부품이고, 전자 소자(칩, 커패시터 등)나, 전자 소자를 실장하는 실장 기판을 포함하지 않고, 부품 단독으로 유통하여, 산업상 이용 가능한 디바이스이다.
인덕터(1)는, 예를 들면, 전자 기기 등에 탑재된다(내장된다). 도시하지 않지만, 전자 기기는, 실장 기판과, 실장 기판에 실장되는 전자 소자(칩, 커패시터 등)를 구비한다. 그리고, 인덕터(1)는, 땜납 등의 접속 부재를 개재하여 실장 기판에 실장되고, 다른 전자 기기와 전기적으로 접속되어, 코일 등의 수동 소자로서 작용한다.
그리고, 인덕터(1)는, 단면을 볼 때 대략 원 형상의 배선(2)과, 배선(2)을 피복하는 자성층(3)을 구비하고, 자성층(3)은, 이방성 자성 입자(6) 및 바인더(7)를 함유한다. 또, 자성층(3)의 주변 영역(11)에 있어서, 이방성 자성 입자(6)가 배선(2)의 원주 방향을 따라 배향되는 내측 원주 방향 배향 영역(13)을 갖는다. 그 때문에, 인덕턴스가 향상되고 있다.
또, 주변 영역(11)에 있어서, 이방성 자성 입자(6)가 지름 방향을 따라 배향되는 내측 지름 방향 배향 영역(14)을 갖는다. 그 때문에, 직류 중첩 특성이 향상되고 있다.
(변형예)
도 5∼도 8을 참조하여, 도 1∼도 2에 나타내는 일 실시형태의 변형예에 대해서 설명한다. 한편, 변형예에 있어서, 상기한 일 실시형태와 마찬가지의 부재에는, 마찬가지의 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다. 이들 변형예에 대해서도, 상기한 일 실시형태 등과 마찬가지의 작용 효과를 발휘한다.
도 2에 나타내는 실시형태에서는, 자성층(3)에서는, 이방성 자성 입자(6)가 균일하게 배치되어 있지만, 예를 들면, 도 5에 나타내는 바와 같이, 내측 지름 방향 배향 영역(14)에 있어서, 이방성 자성 입자(6)가 일부 충전되어 있지 않아도 된다.
즉, 내측 지름 방향 배향 영역(14)은, 그 안에, 이방성 자성 입자(6)가 충전되어 있지 않은 비충전 영역(18)을 갖고 있어도 된다.
비충전 영역(18)의 지름 방향 길이 R4는, 내측 지름 방향 배향 영역(14)의 지름 방향 길이에 대해서, 예를 들면, 90% 이하, 바람직하게는, 50% 이하이다. 구체적으로는, 예를 들면, 80μm 이하, 바람직하게는, 50μm 이하이고, 또한, 예를 들면, 0μm을 초과한다.
이 경우, 내측 지름 방향 배향 영역(14)의 충전율은, 예를 들면, 5체적% 이상, 바람직하게는, 10체적% 이상이고, 또한, 예를 들면, 70체적% 이하, 바람직하게는, 60체적% 이하이다.
바람직하게는, 인덕턴스의 관점에서, 도 2에 나타내는 형태를 들 수 있다.
도 5에 나타내는 실시형태는, 예를 들면, 적층 공정에서, 이방성 자성 시트(20)의 가압 조건(온도, 압력 등)을 적절히 변경하는 것에 의해 제조할 수 있다.
도 2에 나타내는 실시형태에서는, 인덕터(1)는, 2개의 내측 지름 방향 배향 영역(14) 및 2개의 측부(9)를 구비하고 있지만, 이들의 수는 한정되지 않고, 예를 들면, 도 6에 나타내는 바와 같이, 인덕터(1)는, 4개의 내측 지름 방향 배향 영역(14) 및 4개의 측부(9)를 구비하고 있어도 된다. 또한, 예를 들면, 도 7에 나타내는 바와 같이, 인덕터(1)는, 1개의 내측 지름 방향 배향 영역(14) 및 1개의 측부(9)를 구비하고 있어도 된다.
도 6에 나타내는 인덕터(1)는, 예를 들면, 4개의 이방성 자성 시트(20)를 배선(2)에 네 방향으로부터 배치하는 것에 의해 제조할 수 있다. 또, 도 7에 나타내는 인덕터(1)는, 1개의 이방성 자성 시트(20)를 배선(2)에 휘감도록 배치하는 것에 의해 제조할 수 있다.
도 2에 나타내는 실시형태에서는, 한쪽측의 내측 지름 방향 배향 영역(14)과 다른 쪽측의 내측 지름 방향 배향 영역(14)의 사이에, 배선(2)의 중심점 C가 위치하지만, 예를 들면, 도 8에 나타내는 바와 같이, 한쪽측의 내측 지름 방향 배향 영역(14)과 다른 쪽측의 내측 지름 방향 배향 영역(14)의 사이에, 배선(2)의 중심점 C가 위치하지 않아도 된다.
도 1에 나타내는 인덕터(1)는 평면에서 볼 때 대략 루프 형상을 갖지만, 그 형상은 한정되지 않고, 목적 및 용도에 따라 축 방향의 연장 방식이 결정된다.
<제 2 실시형태>
도 9를 참조하여, 본 발명의 인덕터의 제 2 실시형태에 대해서 설명한다. 한편, 변형예에 있어서, 상기한 제 1 실시형태와 마찬가지의 부재에는, 마찬가지의 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.
제 2 실시형태의 인덕터(1)에서는, 주변 영역(11)은, 복수의 내측 원주 방향 배향 영역(13)(제 1 영역의 일례)과, 복수의 내측 비배향 영역(21)(제 2 영역의 일례)을 일체적으로 갖는다.
내측 비배향 영역(21)은, 단면을 볼 때에 있어서, 이방성 자성 입자(6)가 배향되어 있지 않다. 즉, 이방성 자성 입자(6)의 비투자율이 높은 방향(예를 들면, 편평 형상 이방성 자성 입자에서는, 입자의 면 방향)이, 불규해지도록, 복수의 이방성 자성 입자(6)가 배치되어 있다.
복수의 내측 비배향 영역(21)은, 배선(2)의 제 1 방향 한쪽측과, 배선(2)의 제 1 방향 다른 쪽측에, 배선(2)을 사이에 두도록, 서로 간격을 두어 대향 배치되어 있다. 구체적으로는, 한쪽측의 내측 비배향 영역(21)과 다른 쪽측의 내측 비배향 영역(21)의 사이에, 배선(2)의 중심점 C가 위치한다.
복수의 내측 비배향 영역(21)의 면적의 비율은, 주변 영역(11) 전체에 대해서, 10% 이상, 바람직하게는, 20% 이상이고, 또한, 예를 들면, 50% 이하, 바람직하게는, 40% 이하이다.
내측 비배향 영역(21)에 있어서, 이방성 자성 입자(6)의 충전율은, 예를 들면, 40체적% 이상, 바람직하게는, 50체적% 이상이고, 또한, 예를 들면, 90체적% 이하, 바람직하게는, 70체적% 이하이다. 충전율이 상기 범위이면, 인덕턴스가 우수하다.
제 2 실시형태의 인덕터(1)도, 제 1 실시형태 등과 마찬가지의 작용 효과를 발휘한다.
고(高)인덕턴스화의 관점에서, 바람직하게는, 제 1 실시형태를 들 수 있다.
제 1 실시형태의 변형예도, 제 2 실시형태에와 마찬가지로 적용할 수 있다.
(제 3 실시형태)
도 10을 참조하여, 본 발명의 인덕터의 제 3 실시형태에 대해서 설명한다. 한편, 변형예에 있어서, 상기한 제 1 실시형태와 마찬가지의 부재에는, 마찬가지의 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.
제 3 실시형태의 인덕터(1)는, 복수의 측부(9)를 구비하지 않는다. 즉, 자성층(3)은, 주부(8)만으로 이루어진다.
제 3 실시형태의 인덕터(1)도, 제 1 실시형태 등과 마찬가지의 작용 효과를 발휘한다.
인덕턴스를 더 향상시킬 수 있는 관점에서, 바람직하게는, 제 1 실시형태를 들 수 있다.
제 3 실시형태의 변형예도, 제 1 실시형태와 마찬가지로 적용할 수 있다. 또, 제 2 실시형태와 마찬가지로, 제 3 실시형태에 있어서, 내측 지름 방향 배향 영역(14)을 내측 비배향 영역(21)으로 할 수도 있다.
<시뮬레이션 결과>
실시예 1
도 11에 나타내는 모델에 있어서, 하기에 나타내는 조건에서, 인덕터의 인덕턴스 및 직류 중첩 특성을 시뮬레이션에 의해 산출했다.
소프트: ANSYS사제의 「Maxwell 3D」, 도체선(4)의 축 방향 길이: 10mm, 도체선(4)의 반경 R1: 110μm, 절연층(5)의 두께 R2: 5μm, 자성층(3)의 주부(8)의 두께 R3: 100μm, 내측 지름 방향 배향 영역(14)의 제 2 방향 길이(두께) T1: 50μm, 각 영역에 있어서 편평 형상 이방성 자성 입자(6)의 면 방향을 따르는 방향의 비투자율 μ:140, 각 영역에 있어서 편평 형상 이방성 자성 입자(6)의 두께 방향을 따르는 방향의 비투자율 μ: 10, 주파수: 10MHz
직류 중첩 특성은, 외부의 자계 강도 H에 대한 자기 특성 B의 변화를 설정했다. 또, 면 방향에 대해서는 비선형(외부의 자계 강도 H가 강해지면 서서히 B가 포화되는 모드)으로 설정하고, 두께 방향에 대해서는, 선형(외부의 자계 강도 H에 대해서 B가 항상 일정하여 포화되지 않는 모드)으로 설정했다.
배선에 직류 전류를 인가한 상태에서, 직류 자계에 대한 인덕턴스값을 산출했다.
전류값을 0.1A∼100A까지 소인(掃引)했다. 이때, 직류 전류가 0.1A일 때의 인덕턴스값을 기준(100%)으로 하고, 70%로 저하되었을 때의 직류 전류의 값을, 직류 중첩 전류값으로 하여 산출했다. 결과를 표 1에 나타낸다.
실시예 2∼5
내측 지름 방향 배향 영역(14)의 두께 T1을 표 1에 기재된 두께로 변경한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여, 인덕턴스값 및 직류 중첩 전류값을 산출했다. 결과를 표 1에 나타낸다.
비교예 1
내측 지름 방향 배향 영역(14)의 두께 T1을 0μm로 변경한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여, 인덕턴스값 및 직류 중첩 전류값을 산출했다. 결과를 표 1에 나타낸다.
실시예 6
도 12에 나타내는 직선 형상의 인덕터의 인덕턴스 및 직류 중첩 특성을 시뮬레이션에 의해 산출했다.
구체적으로는, 측부(9)의 길이 W를 50μm, 및, 그의 제 2 방향 길이(두께) T2를 300μm로 설정한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지의 설정으로 시뮬레이션을 실시했다. 결과를 표 2에 나타낸다.
실시예 7∼8
측부(9)의 길이 W를 표 2에 기재된 길이로 변경한 것 이외에는, 실시예 6과 마찬가지로 하여, 인덕턴스값 및 직류 중첩 전류값을 산출했다. 결과를 표 2에 나타낸다.
비교예 2∼4
내측 지름 방향 배향 영역(14)의 두께 T1을 0μm로 변경하고, 측부(9)의 길이 W를 표 2에 기재된 길이로 변경한 것 이외에는, 실시예 6과 마찬가지로 하여, 인덕턴스값 및 직류 중첩 전류값을 산출했다. 결과를 표 2에 나타낸다.
실시예 9
도 13에 나타내는 직선 형상의 인덕터의 인덕턴스 및 직류 중첩 특성을 시뮬레이션에 의해 산출했다.
구체적으로는, 실시예 1에 있어서, 내측 지름 방향 배향 영역(14)의 내측 가장자리부터 22.5μm까지의 영역을 비충전 영역(18)(이방성 자성 입자(6)가 함유하고 있지 않은 비투자율 μ이 1인 등방성 영역)으로서 설정한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여, 인덕턴스값 및 직류 중첩 전류값을 산출했다. 결과를 표 3에 나타낸다.
실시예 10∼11
비충전 영역(18)의 거리 R4를 표 3에 기재된 거리로 변경한 것 이외에는, 실시예 9과 마찬가지로 하여, 인덕턴스값 및 직류 중첩 전류값을 산출했다. 결과를 표 3에 나타낸다.
비교예 5
입자 미충전 영역의 거리 R4를 100μm로 변경한, 즉, 내측 지름 방향 배향 영역(14)에 이방성 자성 입자(6)가 완전히 함유하고 있지 않은 조건으로 변경한 것 이외에는, 실시예 9과 마찬가지로 하여, 인덕턴스값 및 직류 중첩 전류값을 산출했다. 결과를 표 3에 나타낸다.
한편, 상기 발명은, 본 발명의 예시의 실시형태로서 제공했지만, 이것은 단순한 예시에 지나지 않고, 한정적으로 해석해서는 안 된다. 당해 기술 분야의 당업자에 의해 분명한 본 발명의 변형예는, 후기 청구범위에 포함된다.
인덕터는, 전자 기기에 내장된다.
1: 인덕터
2: 배선
3: 자성층
4: 도체선
5: 절연층
6: 이방성 자성 입자
11: 주변 영역
13: 내측 원주 방향 배향 영역
14: 내측 지름 방향 배향 영역
17: 측부 배향 영역
21: 내측 비배향 영역
2: 배선
3: 자성층
4: 도체선
5: 절연층
6: 이방성 자성 입자
11: 주변 영역
13: 내측 원주 방향 배향 영역
14: 내측 지름 방향 배향 영역
17: 측부 배향 영역
21: 내측 비배향 영역
Claims (5)
- 단면을 볼 때 대략 원 형상의 배선과, 상기 배선을 피복하는 자성층을 구비하고,
상기 배선은, 도체선과, 상기 도체선을 피복하는 절연층을 구비하고,
상기 자성층은, 이방성 자성 입자와, 바인더를 함유하고,
상기 배선의 반경의 1.5배 이내의 주변 영역에 있어서,
상기 이방성 자성 입자가 상기 배선의 원주 방향을 따라 배향되는 제 1 영역과,
상기 이방성 자성 입자가 상기 원주 방향과 교차하는 교차 방향을 따라 배향되거나, 또는, 상기 이방성 자성 입자가 배향되어 있지 않은 제 2 영역
을 갖는 것을 특징으로 하는, 인덕터. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 영역을 복수 갖는 것을 특징으로 하는, 인덕터. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 영역은, 상기 이방성 자성 입자가 상기 배선의 지름 방향을 따라 배향되는 영역인 것을 특징으로 하는, 인덕터. - 제 3 항에 있어서,
상기 제 2 영역에 있어서, 상기 이방성 자성 입자의 충전율이, 40체적% 이상인 것을 특징으로 하는, 인덕터. - 제 1 항에 있어서,
상기 자성층은, 상기 주변 영역의 외측에 있어서, 상기 이방성 자성 입자가 상기 배선의 지름 방향을 따라 배향되는 제 3 영역을 갖는 것을 특징으로 하는, 인덕터.
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