WO2005122192A1 - 積層コイル - Google Patents

Abstract

　積層体内に非磁性体部（５）を設け、非磁性体部（５）に形成されたコイル導体（４ｃ）の巻数を、非磁性体部（５）のコイル導体（４ｃ）以外のコイル導体（４ｄ）の巻数よりも多くした積層コイル。

Description

明 細 書

積層コイル

技術分野

[0001] 本発明は、積層コイル、特に、良好な直流重畳特性を備えた積層コイルに関するも のである。

背景技術

[0002] フェライト等の磁性体シートに Agを主成分とするコイル導体を形成し、それらを積層 してなる積層コイルが種々の回路で使用されている。この積層コイルでは、コイル導 体に流れる電流により発生する磁界が閉磁路を形成するため実効透磁率が高くなり 、高いインダクタンス値が得られるという特徴がある。また、導体パターンは Agを主成 分として 、るため導体抵抗による損失が少な 、と 、う利点もあり、大電流を流す必要 があるスイッチング電源等のチョークコイルとして使用されて 、る。

[0003] コイル素子において、コイル導体に流す電流値とインダクタンス値との関係は直流 重畳特性により表される。閉磁路を持つ積層コイルの場合、電流がある値以上になる と急激にインダクタンス値が低下し、所望のチョークコイル特性が得られなくなると ヽぅ 問題があった。この直流重畳特性の悪化は、積層コイルが閉磁路を形成しているた め磁性体内で磁気飽和が生じることにより発生する。

[0004] 上述の問題を解決するため、特許文献 1に記載の積層コイルは、強磁性体層により 形成された積層コイルの内部に非磁性体層を設けた構造としている。特許文献 1〖こ 記載の構造にすることにより、非磁性体層部分から磁束が積層コイル外部へ漏れて 磁性体内で閉磁路を形成しに《なり、磁気飽和が生じに《なるため直流重畳特性 を向上することができる。

[0005] しかし、特許文献 1の構造では、非磁性体層に設けたコイル導体と強磁性体層に設 けたコイル導体が同じ形状および卷数であるため、非磁性体層から漏れる磁束の量 に限界があり、コイル導体に流れる電流の値が大きくなつた場合、直流重畳特性が 悪化する可能性がある。

特許文献 1：特開 2001—44036号公報 発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0006] そこで、本発明の目的は、積層コイル内での磁気飽和を生じに《し、大電流が流 れてもインダクタンス値が変化しない優れた直流重畳特性を持つ積層コイルを提供 することにある。

課題を解決するための手段

[0007] 上記課題を解決するために本発明に係る積層コイルは、複数の磁性体層を積層し て形成される磁性体部を、非磁性体層により形成される非磁性体部の両主面上に配 置することにより積層体が形成され、前記磁性体部および前記非磁性体部に形成さ れたコイル導体をらせん状に接続したコイルが形成され、前記非磁性体部に形成さ れたコイル導体の卷数が、前記非磁性体部に形成されたコイル導体以外の各層上 のコイル導体の卷数よりも多 、ことを特徴として 、る。

[0008] 本発明の構造では、非磁性体部に形成されたコイル導体の卷数をそれ以外の各 層上に形成されたコイル導体の卷数よりも多くしている。これにより非磁性体部力もの 磁束の漏れ量が大きくなり、コイル導体に大電流を流してもインダクタンス値が低下し ない優れた直流重畳特性を持つ積層コイルを得ることができる。

[0009] また本発明では、前記非磁性体部に形成された前記コイル導体が、前記非磁性体 部の主面上に形成されたことを特徴としている。

[0010] 本発明の構造では、非磁性体部の主面上に形成されたコイル導体の卷数を、その 他のコイル導体の卷数よりも多くすることにより、非磁性体部からの磁束の漏れ量を 大きくすることができる。これによりコイル導体に大電流を流してもインダクタンス値が 低下しない優れた直流重畳特性を持つ積層コイルを得ることができる。

[0011] また本発明では、前記非磁性体部に形成された前記コイル導体が、前記非磁性体 部の両主面上に形成されたことを特徴としている。

[0012] 本発明の構造では、非磁性体部の両主面上に形成されたコイル導体の卷数を、そ の他のコイル導体の卷数よりも多くすることにより、非磁性体部からの磁束の漏れ量を さらに大きくすることができ、積層コイルの直流重畳特性を改善することができる。

[0013] また本発明では、前記非磁性体部に形成された前記コイル導体が、前記非磁性体 部の内部に形成されたことを特徴として 、る。

[0014] 本発明の構造では、非磁性体部の内部にコイル導体が形成されている。この構造 により非磁性体部付近で発生する磁界強度を強くすることができ、非磁性体部力も積 層コイルの外部へ漏れる磁束の量を増やすことができ、直流重畳特性を改善するこ とがでさる。

[0015] また本発明では、前記非磁性体部に形成された前記コイル導体が、前記非磁性体 部の主面上および内部に形成されたことを特徴としている。

[0016] 本発明の構造では、非磁性体部上のコイル導体の卷数をその他のコイル導体の卷 数よりも多くするとともに、非磁性体部の内部にもコイル導体が形成されている。この 構造により非磁性体部付近で発生する磁界強度が強くなり、非磁性体部力 積層コ ィルの外部へ漏れる磁束の量が増えるため直流重畳特性を改善することができる。

[0017] また本発明では、前記積層体内部に前記非磁性体部が複数形成されたことを特徴 としている。

[0018] 本発明の構造では、積層体内部に非磁性体部が複数形成されているため、積層コ ィルの外部へ漏れる磁束の量をさらに増やすことができ、直流重畳特性を改善するこ とがでさる。

発明の効果

[0019] 本発明に係る積層コイルでは、複数の磁性体層を積層して形成される磁性体部を 、非磁性体層により形成される非磁性体部の両主面上に配置することにより積層体 が形成され、前記磁性体部および前記非磁性体部に形成されたコイル導体をらせん 状に接続したコイルが形成され、前記非磁性体部に形成されたコイル導体の卷数が 、前記非磁性体部に形成されたコイル導体以外の各層上のコイル導体の卷数よりも 多いことを特徴としているため、非磁性体部からの磁束の漏れ量を大きくすることがで きる。これによりコイル導体に大電流を流してもインダクタンス値が低下しな 、優れた 直流重畳特性を持つ積層コイルを得ることができ、チョークコイルとしての特性を向上 させることがでさる。

図面の簡単な説明

[0020] [図 1]第 1の実施例における積層コイルの外観概略図である。 [図 2]第 1の実施例における積層コイルの概略断面図である。

[図 3]第 1の実施例における積層コイルの分解斜視図である。

[図 4]第 2の実施例における積層コイルの概略断面図である。

[図 5]第 2の実施例における積層コイルの分解斜視図である。

[図 6]第 3の実施例における積層コイルの概略断面図である。

[図 7]第 3の実施例における積層コイルの直流重畳特性を示すグラフである。

[図 8]第 4の実施例における積層コイルの概略断面図である。

[図 9]第 4の実施例における積層コイルの分解斜視図である。

[図 10]第 5の実施例における積層コイルの概略断面図である。

[図 11]第 6の実施例における積層コイルの概略断面図である。

[図 12]第 6の実施例における積層コイルの分解斜視図である。

発明を実施するための最良の形態

[0021] 以下において本発明に係る積層コイルの実施例を、添付図面を参照しながら説明 する。

[0022] (第 1の実施例）

図 1は本発明の第 1の実施例における積層コイルの外観斜視図であり、図 2はその 概略断面図である。積層コイル 1は、積層体 2と、積層体 2の表面に形成された外部 電極 3a、 3bおよび積層体 2に内蔵されたコイル導体 4とから形成されている。積層体 2は、非磁性体部の両側主面に磁性体層を積層した磁性体部 6が配置された構造と なっている。また積層体 2内部には、積層方向を軸方向とする 1つのらせん状のコィ ルを形成するようにコイル導体 4が埋設されて 、る。

[0023] 非磁性体部 5と磁性体部 6は、 1枚もしくは複数枚の非磁性体材料あるいは磁性体 材料のグリーンシートで形成されて 、る。またコイル導体 4の一方の端部 4aは外部電 極 3aに、他方の端部 4bは外部電極 3bに接続されている。コイル導体 4cは非磁性体 部 5上に形成されており、その卷数は磁性体部 6を形成して ヽる磁性体材料のダリー ンシート上に形成された他のコイル導体 4dよりも多くなつている。

[0024] 次に積層コイル 1の製造方法について、図 3に示す積層コイル 1の分解斜視図を用 いて説明する。ここでは、まず積層する磁性体材料および非磁性体材料を用いたグ リーンシートの作製方法について述べる。

[0025] 本実施例では、非磁性体材料として Cu— Zn系の材料を使用した。まず酸化第 2鉄

(Fe O )を 48mol%、酸化亜鉛（ZnO)を 43mol%、酸化銅（CuO)を 9mol%の比

2 3

率の材料を原料としてボールミルにより所定の時間だけ湿式調合する。得られた混 合物を乾燥して力も粉砕し、その粉末を 750°Cで 1時間仮焼する。このフェライト粉末 にバインダー樹脂と可塑剤、湿潤剤、分散剤を加えてボールミルで所定の時間だけ 混合を行なった後、減圧により脱泡を行ないスラリーを得る。このスラリーを PETフィ ルム等の基材上に塗布し、その後乾燥させることにより所望の膜厚の非磁性体材料 のフェライトグリーンシートを作製する。

[0026] また磁性体材料として Ni— Cu— Zn系の材料を使用した。 Fe Oを 48mol%、 ZnO

2 3

を 20mol%、 CuOを 9mol%、酸化ニッケル（NiO)を 23mol%の比率の材料を原料 とし、上記非磁性体と同様の方法によりスラリーを得る。このスラリーを基材である PE Tフィルム上に塗布し、その後乾燥させることにより所望の膜厚の磁性体材料のフエ ライトグリーンシートを作製する。

[0027] 以上のようにして得られた非磁性体および磁性体のフェライトグリーンシートを所定 の寸法に裁断し、フェライトシート片を得る。その後、上記のフェライトグリーンシートを 積層する際に、各シート上のコイル導体が接続してコイル導体が得られるようにフェラ イトグリーンシートの所定の位置にレーザにより貫通孔を形成する。各フェライトダリー ンシートの比透磁率は、 Cu— Zn系フェライトグリーンシートが 1、 Ni— Cu— Zn系フエ ライトグリーンシートが 130である。

[0028] 次に図 3のようにコイル導体を形成するフェライトグリーンシート上に Agまたは Ag— Pd等の Ag合金を主成分とする導電ペーストをスクリーン印刷することにより所定の形 状のコイル導体を形成する。非磁性体層である Cu— Zn系材料を用いたグリーンシ ート 5上には、卷数が 2ターンのコイル導体 4cを形成する。また磁性体層である Ni— Cu—Zn系材料を用いたグリーンシート 6a上には、卷数が 1ターンのコイル導体 4dと 卷数が 0. 5ターンのコイル導体 4eを形成する。コイル導体 4c、 4dの終端部には貫通 孔 7が配置されるようにコイル導体のスクリーン印刷を行ない、その印刷と同時に貫通 孔 7の内部に導電ペーストを充填する。またコイル導体 4cの線幅をコイル導体 4dより も細くしている。

[0029] 本発明のようなコイルでは、コイル軸心部カゝらコイル外周部を通る磁界が形成され ている。各グリーンシート上のコイル導体を接続することによりらせん状電極が形成さ れているが、このらせん状電極の断面開口部径が小さくなると、コイル軸心部を通る 磁界が乱され、インダクタンス値が低下するなどの電気特性不良が発生する可能性 がある。そのため卷数の多いコイル導体の線幅を狭くして磁界の乱れを少なくしてい る。上記のグリーンシートの他に、導電ペーストを充填した貫通孔 7のみを形成した N i— Cu— Zn系のグリーンシート 6cと、外装用の Ni— Cu— Zn系グリーンシート 6bを作 製しておく。

[0030] これらの各グリーンシートを図 3に示すような順序で積層し、 45°C、 1. OtZcm²の圧 力で圧着する。得られた積層体をダイシング装置等により、 3. 2 X 1. 6 X 0. 8mmの 寸法に裁断することで積層コイルの未焼成体を得る。この未焼成体の脱バインダおよ び本焼成を行なう。脱バインダ時は低酸素雰囲気中で 500°C、 120分で焼成し、本 焼成時は大気雰囲気中で 890°C、 150分で焼成する。最後に引き出し電極 4a、 4b が露出する積層コイルの端面に浸漬法により主成分が Agの導電ペーストを塗布し、 100°Cで 10分乾燥した後、 780°Cで 150分間焼き付け処理することにより外部端子 電極を形成し積層コイルを得る。

[0031] 図 3のように第 1の実施例の積層コイルは、積層方向のほぼ中央に非磁性体部 5を 設けている。この非磁性体部 5は比透磁率が空気と同じ 1であるため、見かけ上積層 コイルが空気により 2つに分けられたような構造となる。このため積層コイル内の磁界 は、コイル軸心部力 コイル導体外周部を通る閉磁路を形成することができない。ま た非磁性体部 5内の磁界は空気中と同じ一様な分布を示すため、磁性体部 6内のよ うな磁界の集中がなぐ非磁性体部 5から積層コイル外部へ漏れる磁界が発生する。 以上の効果により積層コイル内部での磁界集中による磁気飽和が緩和される。

[0032] さらに本実施例においては、非磁性体部 5上のコイル導体 4cの卷数を磁性体層 6a 上のコイル導体 4dの卷数よりも多くして 、る。コイルの卷数を増やすと発生する磁界 の強度も強くなるため、非磁性体部 5上のコイル導体にさらに多くの磁界^^中させ ることができ、非磁性体部 5から漏れる磁界をさらに多くすることができる。このためコ ィル導体に大電流を流しても積層コイル内で磁気飽和を起こしにくくなり、積層コイル の直流重畳特性を改善することができる。なお本実施例においては、非磁性体部 5 は Cu—Zn系フェライトグリーンシート 1枚で形成されているが、複数枚で形成してもよ い。

[0033] (第 2の実施例）

本発明の第 2の実施例における積層コイルの概略断面図と分解斜視図をそれぞれ 図 4、図 5に示す。本実施例においては、磁性体部 14に形成されたコイル導体 12d の卷数よりも多い卷数を持つコイル導体 12cを非磁性体部 13の上下に設けている。 本実施例の積層コイルも第 1の実施例と同様に、コイル導体を形成したフェライトダリ ーンシートを図 5のような順序で積層、圧着し、各チップに裁断した後、外部端子電 極を形成する方法により作製している。

[0034] 図 5のように、非磁性体部 13の上下に形成されたコイル導体 12cの卷数を増やすこ とにより、非磁性体部 13から積層コイル外部へ漏れる磁界の量を第 1の実施例よりも 多くすることができる。このため磁性体部 14の磁気飽和をさらに緩和することができる 。これにより積層コイルの直流重畳特性をさらに改善することができる。

[0035] (第 3の実施例）

本発明の第 3の実施例における積層コイルの概略断面図を図 6に示す。本実施例 では、非磁性体層 23の上下に形成されたコイル導体 22cの卷数を 3ターン、コイル 導体 22cの上部あるいは下部に形成されたコイル導体 22dを 2ターンとしている。積 層コイルを本実施例のような構造にすることにより、非磁性体部 23付近により多くの 磁界を集中させることができるため、積層コイル内の磁気飽和が緩和され、直流重畳 特性を改善することができる。

[0036] 本実施例の積層コイルの直流重畳特性を図 7のグラフに示す。図 7にはコイル導体 22cとコイル導体 22dの卷数が他のコイル導体 22eよりも多 、場合の特性 25と、卷数 を変化させて 、な 、従来構造の場合の特性 26を示して 、る。コイル導体に流す電流 値が小さいときの積層コイルのインダクタンス値は 4. 7 Hである。またグラフの縦軸 に示すインダクタンス変化率は、印加電流を増やしたときのインダクタンス値の低下 量を初期値である 4. 7 Hで除した値である。本実施例のように非磁性体層上ある いはその近く形成されたコイル導体の卷数を多くすることにより、特に印加電流が大 き 、ときの直流重畳特性を改善することができた。

[0037] (第 4の実施例）

本発明の第 4の実施例における積層コイルの概略断面図を図 8に示す。本実施例 では、磁性体部 34に設けた導体パターン 32dよりも卷数の多いコイル導体 32cが非 磁性体部 33の内部に形成されている。本実施例における積層コイルの分解斜視図 を図 9に示す。図 9のように非磁性体部 33内にコイル導体 32cを埋設するために、非 磁性体層 33a上にコイル導体 32cを形成し、その上にコイル導体を形成して 、な!/ヽ 非磁性体層 33bを積層している。積層コイルを本実施例のような構造にすることによ り、磁界を非磁性体部 33の内部に集中させられるため非磁性体部 33から積層コイル 外部への磁界の漏れを多くすることができ、磁性体部の磁気飽和が緩和され、直流 重畳特性を改善することができる。

[0038] (第 5の実施例）

本発明の第 5の実施例における積層コイルの概略断面図を図 10に示す。本実施 例では、非磁性体部 43の内部および非磁性体部 43上にコイル導体 42c、 42dが形 成されて!/、る。本実施例のように非磁性体部 43の内部あるいは主面上にコイル導体 が形成されることにより、より多くの磁界を非磁性体部 43から積層コイルの外部へ漏 れさせることができ、磁性体部の磁気飽和を緩和する効果が高くなり、直流重畳特性 をさらに改善することができる。

[0039] なお第 1の実施例から第 5の実施例に示した各積層コイルでは、非磁性体部が積 層コイルの積層方向の中央部に形成されているが、非磁性体部を中央部以外に形 成しても直流重畳特性を向上する効果を得ることができる。

[0040] (第 6の実施例）

本発明の第 6の実施例における積層コイルの概略断面図と分解斜視図をそれぞれ 図 11、図 12に示す。本実施例では、磁性体部 54に形成されたコイル導体 52dよりも 卷数の多い導体パターン 52cをその両面に形成された非磁性体部 53を、積層コイル 内部に 2層配置している。本実施例のように非磁性体部 53を 2層形成することにより 、 1層の場合の倍近くの磁界を積層コイルの外部へ漏れさせることができ、磁性体部 の磁気飽和を緩和する効果が高くなり、直流重畳特性をさらに改善することができる

[0041] (他の実施例）

なお本発明に係る積層コイルは上記実施例に限定するものではなぐその要旨の 範囲内で種々に変更することができる。特に、上記それぞれの実施例に示したコイル 導体の卷数ゃ形状は一例であり、これらの卷数ゃ形状に限るものではな 、。

産業上の利用可能性

[0042] 以上のように、本発明は、チョークコイルなどの積層コイルに有用であり、特に、良 好な直流重畳特性を有する点で優れて!/ヽる。

Claims

請求の範囲

[1] 複数の磁性体層を積層して形成される磁性体部を、非磁性体層により形成される 非磁性体部の両主面上に配置することにより積層体が形成され、

前記磁性体部および前記非磁性体部に形成されたコイル導体をらせん状に接続し たコイルが形成され、

前記非磁性体部に形成されたコイル導体の卷数が、前記非磁性体部に形成された コイル導体以外の各層上のコイル導体の卷数よりも多いこと、

を特徴とする積層コイル。

[2] 前記非磁性体部に形成された前記コイル導体が、前記非磁性体部の主面上に形 成されたことを特徴とする請求の範囲第 1項記載の積層コイル。

[3] 前記非磁性体部に形成された前記コイル導体が、前記非磁性体部の両主面上に 形成されたことを特徴とする請求の範囲第 2項記載の積層コイル。

[4] 前記非磁性体部に形成された前記コイル導体が、前記非磁性体部の内部に形成 されたことを特徴とする請求の範囲第 3項記載の積層コイル。

[5] 前記非磁性体部に形成された前記コイル導体が、前記非磁性体部の主面上およ び内部に形成されたことを特徴とする請求の範囲第 2項記載の積層コイル。

[6] 前記積層体内部に前記非磁性体部が複数形成されたことを特徴とする請求の範囲 第 1項な!/、し第 4項記載の積層コイル。