(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
扁平形状を有する軟磁性金属粉末をバインダ成分によって結着させた磁芯であり、弾性を有する磁芯であって、
６０体積％以上の前記軟磁性金属粉末と、１０体積％以上かつ２５体積％以下の空孔とを含んでおり、
前記バインダ成分は、酸化ケイ素を主成分としている
磁芯。
【請求項２】
請求項１記載の磁芯であって、
ＩＳＯ７６１９−ｔｙｐｅＤによるゴム硬度が、９２以上かつ９６以下である
磁芯。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載の磁芯であって、
ヤング率が１０ＧＰａ以上かつ９０Ｇｐａ以下である
磁芯。
【請求項４】
請求項３記載の磁芯であって、
ヤング率が２０ＧＰａ以上かつ５０Ｇｐａ以下である
磁芯。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の磁芯であって、
１０ＫΩ・ｃｍ以上の電気抵抗率を有する
磁芯。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の磁芯であって、
１ＭＨｚの周波数における比透磁率の実数成分が１００以上である
磁芯。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の磁芯であって、
前記軟磁性金属粉末は、Ｆｅ系合金からなる
磁芯。
【請求項８】
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の磁芯であって、
前記軟磁性金属粉末は、Ｆｅ−Ｓｉ系合金からなる
磁芯。
【請求項９】
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の磁芯であって、
前記軟磁性金属粉末は、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系合金又はＦｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系合金からなる
磁芯。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の磁芯であって、
平板形状を有しており、
前記平板形状の厚さは、１ｍｍ以下である
磁芯。
【請求項１１】
請求項１０記載の複数の磁芯を磁芯部品として備える磁芯であって、
複数の前記磁芯部品が接着剤を介して積層されている
磁芯。
【請求項１２】
請求項１乃至請求項１１のいずれかに記載の磁芯であって、
表面の少なくとも一部が絶縁樹脂によって覆われており、
前記絶縁樹脂の一部は、前記磁芯の表層に含浸している
磁芯。
【請求項１３】
請求項１乃至請求項１２のいずれかに記載の磁芯であって、
０．５Ｔ以上の飽和磁束密度を有する
磁芯。
【請求項１４】
請求項１乃至請求項１３のいずれかに記載の磁芯と、コイルとを備えたインダクタであって、
前記コイルは、コイル部と接続端とを有している
インダクタ。
【請求項１５】
請求項１４記載のインダクタであって、
前記磁芯には、貫通孔が形成されており、
前記コイルの前記コイル部は、貫通部を有しており、
前記貫通部は、前記貫通孔を貫通している
インダクタ。
【請求項１６】
請求項１５記載のインダクタであって、
前記磁芯には、複数の前記貫通孔が形成されており、
前記コイルの前記コイル部は、複数の前記貫通部と、連結導体とを有しており、
前記貫通部は、前記貫通孔を貫通しており、
前記連結導体は、前記磁芯の上面又は下面において前記貫通部の端部を連結するようにして、前記磁芯に取り付けられており、
前記連結導体を前記磁芯に取り付けた後の前記磁芯の厚さは、前記連結導体を前記磁芯に取り付ける前の前記磁芯の厚さに比べて、２．５％以上かつ５．０％以下減少しており、
前記コイル部を前記磁芯から外すと、前記磁芯の厚さは、前記連結導体を前記磁芯に取り付ける前の厚さに近づくように回復する
インダクタ。
【請求項１７】
請求項１５又は請求項１６記載のインダクタであって、
前記コイルの前記貫通部は、前記貫通孔の内壁を弾性変形させるようにして、前記貫通孔を貫通しており、前記コイルは、前記貫通孔の前記内壁が前記貫通部に加える押圧力によって保持されている
インダクタ。
【請求項１８】
請求項１４乃至請求項１７のいずれかに記載のインダクタであって、
前記コイルは、絶縁被覆を有していない
インダクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回路基板とインダクタとを備えたモジュールに関する。モジュールは、例えば、電子機器に搭載されて電力を供給する電源モジュールである。更に、本発明は、モジュールに適した磁芯及びインダクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
回路基板の小型化に伴い、回路基板に搭載されたスイッチングトランジスタや電源制御ＩＣ（Integrated Circuit）等の電子部品から生じる体積当たりの熱が増加している。また一般に、インダクタは大きな熱を生じる。このため、回路基板とインダクタとを備えたモジュールは、外部に効果的に放熱するための構造を有する必要がある。このような構造を有するモジュールは、例えば特許文献１に開示されている。
【０００３】
特許文献１のモジュールは、能動部品層（回路基板）と受動部品層とを備えている。不動態層は、ＬＴＣＣ（Low Temperature Co-fired Ceramics：低温同時焼成セラミックス）からなるＬＴＣＣインダクタを含んでいる。回路基板は、ヒートスプレッダを介してＬＴＣＣインダクタの上に積層されている。モジュールは上述のように構成されているため、ＬＴＣＣインダクタや回路基板によって生じた熱は、ヒートスプレッダによって分散することができる。
【０００４】
また、特許文献２には、焼結軟磁性合金層と絶縁層とを交互に積み重ねることによって形成された磁芯が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００７／０２３０２２１号明細書
【特許文献２】特開２００２−２８９４１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１のモジュールは、ＬＴＣＣインダクタや回路基板を冷却するためにヒートスプレッダを備える必要がある。また、ＬＴＣＣインダクタや回路基板によって生じた熱をより効果的に放熱するためにはヒートシンクを備える必要がある。換言すれば、モジュールにヒートスプレッダやヒートシンク等の放熱用の部材を組み込む必要がある。このため、モジュールの構造が複雑になり、モジュールのサイズが大きくなる。また、ＬＴＣＣ等のセラミックスは脆性材料であるため、他の部材（例えば、放熱用の部材）と密着させるときに破損し易い。更に、特許文献１にも記載されているように、ＬＴＣＣインダクタの熱伝導率は低い。このため、モジュールが放熱用の部材を備えていても、十分に放熱することは困難である。
【０００７】
更に、ＬＴＣＣインダクタに限らず、一般に、インダクタはモジュールにおける主要な熱発生源であるにも係らず、従来のインダクタの熱伝導率は低い。このため、インダクタによって生じた熱を効果的に放熱することは困難である。
【０００８】
特許文献２に開示された磁芯を使用してインダクタを作製するためには、焼結軟磁性合金層及び絶縁層に異なるスルーホールを夫々設ける必要がある。更に、スルーホールが適切に重なるように焼結軟磁性合金層と絶縁層とを積層させる必要がある。即ち、加工に手間がかかり、モジュールに適合した形状やサイズを有するインダクタを作製するのは容易ではない。
【０００９】
そこで、本発明は、インダクタによって生じた熱を効果的に放熱可能な簡易な構造を備えたモジュールと、モジュールに適した磁芯及びインダクタとを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によれば、第１のモジュールとして、
回路基板とインダクタとを備えたモジュールであって、
前記回路基板は、上下方向において互いに反対側に位置する対向面と反対面とを有しており、
前記インダクタは、磁芯とコイルとを有しており、前記磁芯は、軟磁性金属材料を使用して形成されており、前記磁芯は、前記上下方向において互いに反対側に位置する対向面と放熱面とを有しており、前記磁芯の前記対向面は、前記回路基板の前記対向面と前記上下方向において対向するように配置されており、前記磁芯の前記放熱面は、前記モジュールの外部に放熱可能に配置されており、前記コイルは、コイル部と接続端とを有しており、前記コイル部は、前記磁芯の少なくとも一部を巻回しており、前記接続端は、前記回路基板の前記対向面に接続されている
モジュールが得られる。
【００１１】
また、本発明によれば、第２のモジュールとして、第１のモジュールであって、
前記磁芯の前記放熱面は、前記モジュールの外部に少なくとも部分的に露出している
モジュールが得られる。
【００１２】
また、本発明によれば、第３のモジュールとして、第１又は第２のモジュールであって、
前記磁芯の前記放熱面は、前記モジュールの外部の冷却用部材と少なくとも部分的に接触している
モジュールが得られる。
【００１３】
また、本発明によれば、第４のモジュールとして、第１乃至第３のモジュールのいずれかであって、
前記磁芯は、弾性変形可能に形成されており、前記磁芯には、貫通孔が形成されており、
前記コイルの前記コイル部は、前記貫通孔の内壁を弾性変形させるようにして、前記貫通孔を貫通しており、前記インダクタは、前記貫通孔の前記内壁が前記コイル部に加える押圧力によって保持されている
モジュールが得られる。
【００１４】
また、本発明によれば、第５のモジュールとして、第１乃至第４のモジュールのいずれかであって、
放熱部材を更に備えており、
前記放熱部材は、前記磁芯の前記放熱面に取り付けられている
モジュールが得られる。
【００１５】
また、本発明によれば、第６のモジュールとして、第５のモジュールであって、
熱伝導体からなる連結部材を更に備えており、
前記連結部材は、前記磁芯を経由して前記放熱部材と前記回路基板とを連結している
モジュールが得られる。
【００１６】
また、本発明によれば、第７のモジュールとして、第５又は第６のモジュールであって、
前記放熱部材は、前記モジュールの外部の冷却用部材と少なくとも部分的に接触している
モジュールが得られる。
【００１７】
また、本発明によれば、第８のモジュールとして、第１乃至第７のモジュールのいずれかであって、
前記回路基板の前記対向面に電子部品が搭載されている
モジュールが得られる。
【００１８】
また、本発明によれば、第９のモジュールとして、第１乃至第７のモジュールのいずれかであって、
前記回路基板の前記対向面に電子部品が搭載されていない
モジュールが得られる。
【００１９】
また、本発明によれば、第１０のモジュールとして、第１乃至第９のモジュールのいずれかであって、
前記モジュールは、前記モジュールの外部に電力を供給する電力モジュールである
モジュールが得られる。
【００２０】
また、本発明によれば、第１１のモジュールとして、第１乃至第１０のモジュールのいずれかであって、
前記軟磁性金属材料は、扁平形状を有する軟磁性金属粉末であり、
前記磁芯は、前記軟磁性金属粉末を、絶縁性材料で結着させて形成されている
モジュールが得られる。
【００２１】
また、本発明によれば、第１２のモジュールとして、第１１のモジュールであって、
前記軟磁性金属粉末は、前記磁芯中に５５体積％以上含まれている
モジュールが得られる。
【００２２】
また、本発明によれば、第１３のモジュールとして、第１１のモジュールであって、
前記軟磁性金属粉末は、前記磁芯中に６０体積％以上含まれている
モジュールが得られる。
【００２３】
また、本発明によれば、第１４のモジュールとして、第１１のモジュールであって、
前記軟磁性金属粉末は、前記磁芯中に７０体積％以上含まれている
モジュールが得られる。
【００２４】
また、本発明によれば、第１５のモジュールとして、第１１乃至第１４のモジュールのいずれかであって、
前記磁芯は、１０ＫΩ・ｃｍ以上の電気抵抗率を有する
モジュールが得られる。
【００２５】
また、本発明によれば、第１の磁芯として、
扁平形状を有する軟磁性金属粉末をバインダ成分によって結着させた磁芯であり、弾性を有する磁芯であって、
６０体積％以上の前記軟磁性金属粉末と、１０体積％以上かつ２５体積％以下の空孔とを含んでおり、
前記バインダ成分は、酸化ケイ素を主成分としている
磁芯が得られる。
【００２６】
また、本発明によれば、第２の磁芯として、第１の磁芯であって、
ＩＳＯ７６１９−ｔｙｐｅＤによるゴム硬度が、９２以上かつ９６以下である
磁芯が得られる。
【００２７】
また、本発明によれば、第３の磁芯として、第１又は第２の磁芯であって、
ヤング率が１０ＧＰａ以上かつ９０Ｇｐａ以下である
磁芯が得られる。
【００２８】
また、本発明によれば、第４の磁芯として、第３の磁芯であって、
ヤング率が２０ＧＰａ以上かつ５０Ｇｐａ以下である
磁芯が得られる。
【００２９】
また、本発明によれば、第５の磁芯として、第１乃至第４の磁芯のいずれかであって、
１０ＫΩ・ｃｍ以上の電気抵抗率を有する
磁芯が得られる。
【００３０】
また、本発明によれば、第６の磁芯として、第１乃至第５の磁芯のいずれかであって、
１ＭＨｚの周波数における比透磁率の実数成分が１００以上である
磁芯が得られる。
【００３１】
また、本発明によれば、第７の磁芯として、第１乃至第６の磁芯のいずれかであって、
前記軟磁性金属粉末は、Ｆｅ系合金からなる
磁芯が得られる。
【００３２】
また、本発明によれば、第８の磁芯として、第１乃至第６の磁芯のいずれかであって、
前記軟磁性金属粉末は、Ｆｅ−Ｓｉ系合金からなる
磁芯が得られる。
【００３３】
また、本発明によれば、第９の磁芯として、第１乃至第６の磁芯のいずれかであって、
前記軟磁性金属粉末は、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系合金又はＦｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系合金からなる
磁芯が得られる。
【００３４】
また、本発明によれば、第１０の磁芯として、第１乃至第９の磁芯のいずれかであって、
平板形状を有しており、
前記平板形状の厚さは、１ｍｍ以下である
磁芯が得られる。
【００３５】
また、本発明によれば、第１１の磁芯として、
複数の第１０の磁芯を磁芯部品として備える磁芯であって、
複数の前記磁芯部品が接着剤を介して積層されている
磁芯が得られる。
【００３６】
また、本発明によれば、第１２の磁芯として、第１乃至第１１の磁芯のいずれかであって、
表面の少なくとも一部が絶縁樹脂によって覆われており、
前記絶縁樹脂の一部は、前記磁芯の表層に含浸している
磁芯が得られる。
【００３７】
また、本発明によれば、第１３の磁芯として、第１乃至第１２の磁芯のいずれかであって、
０．５Ｔ以上の飽和磁束密度を有する
磁芯が得られる。
【００３８】
また、本発明によれば、第１のインダクタとして、
第１乃至第１３の磁芯のいずれかと、コイルとを備えたインダクタであって、
前記コイルは、コイル部と接続端とを有している
インダクタが得られる。
【００３９】
また、本発明によれば、第２のインダクタとして、第１のインダクタであって、
前記磁芯には、貫通孔が形成されており、
前記コイルの前記コイル部は、貫通部を有しており、
前記貫通部は、前記貫通孔を貫通している
インダクタが得られる。
【００４０】
また、本発明によれば、第３のインダクタとして、第２のインダクタであって、
前記磁芯には、複数の前記貫通孔が形成されており、
前記コイルの前記コイル部は、複数の前記貫通部と、連結導体とを有しており、
前記連結導体は、前記磁芯の上面又は下面において前記貫通部の端部を連結するようにして、前記磁芯に取り付けられており、
前記連結導体を前記磁芯に取り付けた後の前記磁芯の厚さは、前記連結導体を前記磁芯に取り付ける前の前記磁芯の厚さに比べて、２．５％以上かつ５．０％以下減少しており、
前記コイル部を前記磁芯から外すと、前記磁芯の厚さは、前記連結導体を前記磁芯に取り付ける前の厚さに近づくように回復する
インダクタが得られる。
【００４１】
また、本発明によれば、第４のインダクタとして、第２又は第３のインダクタであって、
前記コイルの前記貫通部は、前記貫通孔の内壁を弾性変形させるようにして、前記貫通孔を貫通しており、前記コイルは、前記貫通孔の前記内壁が前記貫通部に加える押圧力によって保持されている
インダクタが得られる。
【００４２】
また、本発明によれば、第５のインダクタとして、第１乃至第４のインダクタのいずれかであって、
前記コイルは、絶縁被覆を有していない
インダクタが得られる。
【発明の効果】
【００４３】
本発明によるモジュールのインダクタの磁芯は、軟磁性金属材料を使用して形成されている。このため、軟磁性金属材料の充填率を上げることで磁芯の熱伝導率を向上させることができる。高い熱伝導率を有する磁芯の一方の面を、モジュールの外部に放熱可能に配置することで、インダクタから生じた熱を効果的に放熱することができる。更に、本発明による磁芯は弾性を有しているため、加工が容易であり、モジュールに適した形状やサイズを有する磁芯及びインダクタを比較的容易に作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の第１の実施の形態によるモジュールを模式的に示す斜視図である。
【図２】図１のモジュールの回路基板を示す斜視図である。
【図３】図１のモジュールを示す側面図である。ここで回路基板に搭載された電子部品は描画していない。
【図４】図１のモジュールをＩＶ−ＩＶ線に沿って示す断面図である。ここで回路基板に搭載された電子部品は描画していない。
【図５】図１のモジュールのインダクタを示す斜視図である。ここで、インダクタのコイルのうち隠れた部分を破線で描画している。また、１点鎖線で描画した楕円内に、磁芯の材料を模式的に示している。
【図６】図５のインダクタの磁芯を示す斜視図である。ここで、磁芯の貫通孔のうち隠れた部分を破線で描画している。
【図７】図５のインダクタのコイルを示す斜視図である。ここで、コイルの貫通部と接続部との間の境界線（想像線）を１点鎖線で描画している。
【図８】図８（Ａ）は、図５の磁芯の貫通孔とコイルの貫通部とを、貫通部が貫通孔に挿入される前の状態で、部分的に拡大して示す斜視図である。図８（Ｂ）は、図５の磁芯の貫通孔とコイルの貫通部とを部分的に拡大して示す側面断面図である。
【図９】図９（Ａ）は、図５の磁芯の貫通孔とコイルの貫通部とを部分的に拡大して示す平面断面図である。図９（Ｂ）は、図９（Ａ）の貫通孔及び貫通部の変形例を示す平面断面図である。図９（Ｃ）は、図９（Ａ）の貫通孔及び貫通部の別の変形例を示す平面断面図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態によるモジュールを模式的に示す斜視図である。ここで、コイルのうち隠れた第１連結部を破線で描画している。また、モジュールの連結部材を保持する保持孔のうち隠れた部分を破線で描画している。
【図１１】図１０のモジュールをＸＩ−ＸＩ線に沿って示す断面図である。ここで回路基板に搭載された電子部品は描画していない。
【図１２】本発明の第３の実施の形態によるモジュールを模式的に示す斜視図である。ここで、コイルのうち隠れた第１連結部、貫通部の一部、及び接続部の一部を破線で描画している。
【図１３】図１２のモジュールをＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線に沿って示す断面図である。
【図１４】本発明の第４の実施の形態によるインダクタを模式的に示す側面図である。ここで、インダクタのコイル及びスペーサのうち隠れた部分を破線で描画している。また、１点鎖線で描画した円内に、磁芯の成分を模式的に示している。
【図１５】本発明の第４の実施の形態による磁芯の断面の一部を示す画像である。
【図１６】本発明の実施例１〜４及び比較例１〜６のインダクタの部品を模式的に示す分解斜視図である。
【図１７】本発明の実施例１〜３及び比較例１〜６のインダクタを模式的に示す斜視図である。
【図１８】図１８（ａ）は、本発明の実施例４の磁芯と、磁芯を保持するプリプレグとを模式的に示す斜視図である。図１８（ｂ）は、本発明の実施例４のインダクタを模式的に示す斜視図である。
【図１９】本発明の実施例１及び比較例１〜３のインダクタの周波数に対するインダクタンスを示すグラフである。
【図２０】本発明の実施例１及び比較例１〜３のインダクタのバイアス電流に対するインダクタンスを示すグラフである。
【図２１】本発明の実施例２及び比較例４〜６のインダクタの周波数に対するインダクタンスを示すグラフである。
【図２２】本発明の実施例２及び比較例４〜６のインダクタのバイアス電流に対するインダクタンスを示すグラフである。
【図２３】本発明の実施例３、実施例４及び比較例１〜３のインダクタの周波数に対するインダクタンスを示すグラフである。
【図２４】本発明の実施例３、実施例４及び比較例１〜３のインダクタのバイアス電流に対するインダクタンスを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
以降の説明において、「上」「下」等の位置を示す用語は、絶対的な位置を示すものではなく、図面における相対的な位置を示すに過ぎない。
【００４６】
（第１の実施の形態）
図１に示されるように、本発明の第１の実施の形態によるモジュール（電源モジュール）１０は、回路基板２００と、インダクタ３００とを備えている。本実施の形態によるモジュール１０は、例えば電子機器（図示せず）に搭載されてモジュールの外部に電力を供給する電力モジュール１０である。但し、本発明は、電力モジュール１０以外のモジュールに適用可能である。
【００４７】
図１乃至図４に示されるように、回路基板２００は、上下方向において互いに反対側に位置する対向面２２０と反対面２３０とを有している。本実施の形態による対向面２２０及び反対面２３０の夫々は、上下方向と直交する水平面である。
【００４８】
図２に示されるように、本実施の形態による対向面２２０には、スイッチングトランジスタ、電源制御ＩＣ、キャパシタ等の電子部品２４０が搭載されている。一方、本実施の形態による反対面２３０には、電子部品２４０が搭載されていない。より具体的には、反対面２３０はベタ面である。但し、回路基板２００は、これと異なるように形成されていてもよい。例えば、反対面２３０に電子部品２４０が搭載されている一方、対向面２２０がベタ面であってもよい。換言すれば、対向面２２０には、電子部品２４０が搭載されていなくてもよい。
【００４９】
対向面２２０には、導電体からなる信号線（図示せず）が形成されており、これにより電子部品２４０が互いに接続されている。また、対向面２２０には、２つの接続端２５０が形成されている。接続端２５０の夫々は信号線（図示せず）と接続されている。
【００５０】
図１、及び図３乃至図５に示されるように、インダクタ３００は、磁芯３１０と、金属（即ち、高い熱伝導率を有する材料）からなるコイル３５０とを有している。
【００５１】
図５に示されるように、本実施の形態による磁芯３１０は、軟磁性金属材料３１２を使用して形成されている。詳しくは、磁芯３１０は、主として、扁平形状を有する軟磁性金属粉末３１２と、絶縁性の樹脂からなるバインダ（絶縁性材料）３１４とから形成されている。このような磁芯３１０は、軟磁性金属粉末３１２をバインダ３１４で結着させることにより形成することができる。例えば、軟磁性金属粉末３１２に溶媒、増粘剤及び熱硬化性バインダ成分（バインダ３１４）を混合してスラリーを作製し、塗布したスラリーを加熱して溶媒を揮発させることで磁芯３１０の材料を形成することができる。
【００５２】
本実施の形態による磁芯３１０は、軟磁性金属粉末３１２が絶縁性のバインダ３１４によって結着されているため、高い電気抵抗率を有している。具体的には、磁芯３１０は、１０ＫΩ・ｃｍ以上の電気抵抗率を有している。換言すれば、磁芯３１０は、良好な絶縁性を有している。このため、磁芯３１０を導電体と直接的に接触させることができる。更に、本実施の形態による磁芯３１０は、高い強度を有するとともに、多少の弾性を有している。換言すれば、磁芯３１０は、弾性変形可能に形成されている。
【００５３】
本実施の形態による磁芯３１０は、上述のように形成されているため、軟磁性金属粉末３１２（即ち、金属材料）の充填率を上げることで磁芯３１０の飽和磁束密度、比透磁率及び熱伝導率を向上させることができる。具体的には、磁気特性を保ちつつ十分な熱伝導率を得るためには、軟磁性金属粉末３１２は、磁芯３１０中に５５体積％以上かつ８５体積％以下含まれていることが好ましい。軟磁性金属粉末３１２の充填率が上述の範囲内にあるとき、高い飽和磁束密度、高い比透磁率及び高い熱伝導率を両立させることができる。一方、軟磁性金属粉末３１２の充填率が８５体積％を超えると、電気抵抗率が顕著に低下し、インダクタ３００内部で大きな渦電流損失が生じる。
【００５４】
本実施の形態による磁芯３１０は、５５体積％以上の軟磁性金属粉末３１２を含んでいるため、上述したように、高い飽和磁束密度、高い比透磁率及び高い熱伝導率を有している。磁芯３１０の比透磁率をより高めるためには、軟磁性金属粉末３１２は、磁芯３１０中に６０体積％以上含まれていることが好ましく、磁芯３１０中に７０体積％以上含まれていることが更に好ましい。
【００５５】
本実施の形態による磁芯３１０は、例えばフェライトからなるフェライト磁芯と比較して、同等以上の磁気特性を有する。より具体的には、磁芯３１０は、フェライト磁芯と同等のインダクタンス及び電気抵抗率を有すると共に、フェライト磁芯よりも優れた直流重畳特性を有している。更に、磁芯３１０は、従来は最高とされているフェライト磁芯よりも高い熱伝導率を有している。更に、磁芯３１０は、フェライト磁芯と異なり、押圧力を受けても破損し難く且つ磁気特性が劣化し難い。以上の説明から理解されるように、本実施の形態による磁芯３１０は、特に大電流が流れる電源モジュール１０のインダクタ３００として適している。
【００５６】
高い熱伝導率を有する磁芯３１０は、軟磁性金属材料を使用して形成されている限り、本実施の形態と異なる方法で形成されていてもよい。例えば、Ｚｒ−Ｃｏ−Ｔａやパーマロイ等からなる金属薄膜を、スパッタ法により絶縁層の上に形成することができる。このように形成した金属薄膜及び絶縁層を数十層以上積層することで、１ｍｍ程度の厚さと高い熱伝導率を有する磁芯を形成することができる。
【００５７】
図１、図５及び図６に示されるように、磁芯３１０は、上下方向において互いに反対側に位置する対向面３２０と放熱面３３０とを有している。本実施の形態による対向面３２０及び放熱面３３０の夫々は、上下方向と直交する水平面である。磁芯３１０には、複数の貫通孔３４０が形成されている。詳しくは、本実施の形態による磁芯３１０には、夫々５つの貫通孔３４０からなる２列の貫通孔グループが形成されている。貫通孔３４０の夫々は、円柱形状を有するようにして、磁芯３１０を上下方向に貫通している。貫通孔３４０には、内壁３４２が形成されている（図６参照）。
【００５８】
図５及び図７に示されるように、コイル３５０は、コイル部３６０と接続部３７０とを有している。詳しくは、コイル部３６０は、複数の貫通部（ビア導体）３６２と、複数の第１連結部（連結導体）３６４と、複数の第２連結部（連結導体）３６６とから構成されている。
【００５９】
貫通部３６２は、磁芯３１０の貫通孔３４０に夫々挿入されている。このため、本実施の形態によれば、夫々５つの貫通部３６２からなる２列の貫通部グループが形成されている。第１連結部３６４は、一方の貫通部グループの貫通部３６２の上端と、他方の貫通部グループの貫通部３６２の上端とを連結している。第２連結部３６６は、一方の貫通部グループの貫通部３６２の下端と、他方の貫通部グループの貫通部３６２の下端とを連結している。即ち、貫通部３６２、第１連結部３６４及び第２連結部３６６は、磁芯３１０の一部を巻回するようにして、互いに接続されている。換言すれば、コイル部３６０は、磁芯３１０の少なくとも一部を巻回している。
【００６０】
図２乃至図５を参照すると、貫通部３６２のうち、互いに最も離れている２つの貫通部３６２は、貫通孔３４０から下方に向かって長く延びており、これにより接続部３７０が形成されている。接続部３７０の下端には、接続端３７２が形成されている。従って、コイル３５０は、２つの接続端３７２を有している。接続端３７２は、回路基板２００の対向面２２０の接続端２５０と夫々接続されており、これによりコイル３５０は回路基板２００の信号線（図示せず）を経由して、電子部品２４０と電気的に接続されている。
【００６１】
図８（Ａ）及び図８（Ｂ）に示されるように、本実施の形態による貫通部３６２は、貫通孔３４０と同様な円柱形状を有している。但し、貫通部３６２の直径Ｒｃは、貫通孔３４０の直径Ｒｈよりも少し大きい。本実施の形態による磁芯３１０は弾性を有しているため、直径Ｒｃが直径Ｒｈよりも大きい場合でも、貫通部３６２を貫通孔３４０に挿入することができる。また、貫通部３６２が直径Ｒｈと殆ど同一の直径Ｒｃを有する場合、貫通部３６２を貫通孔３４０に挿入した後に押しつぶすように押圧して貫通部３６２の直径を大きくすることができる。
【００６２】
上述したようにして貫通孔３４０に挿入された貫通部３６２は（即ち、コイル部３６０は）、貫通孔３４０の内壁３４２を弾性変形させるようにして、貫通孔３４０を貫通している。弾性変形した内壁３４２は、コイル部３６０の貫通部３６２に押圧力（弾性力）を加えている。このため、コイル３５０は、内壁３４２が貫通部３６２に（即ち、コイル部３６０に）加える押圧力によって磁芯３１０に保持されている。
【００６３】
以上の説明から理解されるように、本実施の形態による磁芯３１０は、貫通孔３４０よりも大きな径を有する貫通部３６２の挿入を許容するとともに、挿入された貫通部３６２を確実に保持可能な程度の適度の弾性を有している。このため磁芯３１０は、コイル３５０を内壁３４２の弾性力（押圧力）のみによって保持することができる。また、内壁３４２の弾性力が多少小さい場合であっても、コイル３５０を貫通孔３４０によって一時的に保持した後、貫通部３６２と貫通孔３４０との間を接着剤で固定することで、コイル３５０を確実に保持することができる。即ち、本実施の形態によれば、コイル３５０は、貫通孔３４０のみによって保持可能である。
【００６４】
図９（Ａ）に示されるように、本実施の形態による貫通部３６２及び貫通孔３４０の夫々は、円形の断面を有している。このため、貫通孔３４０に挿入された貫通部３６２は、貫通孔３４０の内壁３４２の全面によってしっかりと保持される。但し、貫通部３６２及び貫通孔３４０の夫々は、貫通部３６２が内壁３４２の２点以上で保持される限り、円形以外の断面を有していてもよい。例えば、図９（Ｂ）に示されるように、貫通部３６２が円形の断面を有する一方、貫通孔３４０が矩形の断面を有していてもよい。また、図９（Ｃ）に示されるように、貫通部３６２が矩形の断面を有する一方、貫通孔３４０が円形の断面を有していてもよい。但し、貫通部３６２を、より確実に保持するためには、貫通部３６２及び貫通孔３４０を本実施の形態のように構成することが好ましい。
【００６５】
図１、図３及び図４に示されるように、上述のように構成されたインダクタ３００の磁芯３１０の対向面３２０は、回路基板２００の対向面２２０と上下方向において対向するように配置されている。対向面３２０と対向面２２０とは、熱伝導率が高いコイル３５０によって連結されている。また、磁芯３１０の放熱面３３０は、モジュール１０の外部に露出している。
【００６６】
モジュール１０は上述のように構成されているため、回路基板２００が生じた熱を、主としてコイル３５０の接続部３７０を経由して、対向面２２０から磁芯３１０の対向面３２０に放熱させることができる。磁芯３１０は、高い熱伝導率を有しているため、対向面３２０が受けた熱は、インダクタ３００から生じた熱と共に効果的に放熱面３３０に伝わり、モジュール１０の外部に放熱される。以上の説明から理解されるように、磁芯３１０の放熱面３３０を、モジュール１０の外部に少なくとも部分的に露出することにより、モジュール１０の外部への放熱が促進され、これによりモジュール１０を効果的に冷却することができる。
【００６７】
本実施の形態によれば、大きな熱を生じるインダクタ３００自身を放熱用の部材として使用することができる。このため、回路基板２００の対向面２２０とインダクタ３００の対向面３２０との間に放熱板等の放熱用の部材を設けることなく、回路基板２００及びインダクタ３００から生じる熱を放熱することができる。本実施の形態によれば、モジュール１０を小型化しつつ効果的にモジュール１０を冷却することができる。
【００６８】
本実施の形態によれば、磁芯３１０の対向面３２０と回路基板２００の対向面２２０とは、コイル３５０の接続部３７０のみによって接続されている。しかしながら、磁芯３１０と回路基板２００とを、コイル３５０に加えて他の部材で接続してもよい。例えば、銅やアルミ等の大きな熱伝導率を有する金属によって磁芯３１０と回路基板２００とを接続してもよい。このように構成することで、インダクタ３００をより確実に回路基板２００に固定することができると共に、回路基板２００からインダクタ３００への放熱経路を増加させることができる。
【００６９】
本実施の形態によれば、放熱面３３０全体がモジュール１０の外部に露出している。しかしながら、放熱面３３０は、外部に放熱可能な限り、他の部材で覆われていてもよい。例えば、放熱面３３０の一部又は全体を薄い樹脂によってコーティングしてもよい。更に、インダクタ３００の外周部を樹脂や金属によって覆ってもよい。更に、モジュール１０の外周部を樹脂や金属によって覆うことも可能である。
【００７０】
放熱面３３０は、モジュール１０の外部の冷却用部材（例えば、ヒートシンク）と少なくとも部分的に接触していてもよい。前述したように、磁芯３１０は、押圧力を受けても破損し難く且つ磁気特性が劣化し難い。このため、放熱面３３０を強い押圧力によって外部の冷却用部材に密着させることができる。このように構成した場合、モジュール１０を更に効果的に冷却することができる。以上の説明から理解されるように、高い熱伝導率を有する磁芯３１０の放熱面３３０（即ち、一方の面）を、モジュール１０の外部に放熱可能に配置することで、回路基板２００及びインダクタ３００から生じた熱を効果的に放熱することができる。
【００７１】
（第２の実施の形態）
図１及び図１０から理解されるように、本発明の第２の実施の形態によるモジュール（電源モジュール）１０Ａは、第１の実施の形態によるモジュール１０（図１参照）の変形である。モジュール１０Ａは、モジュール１０と同じ回路基板２００と、モジュール１０のインダクタ３００と少し異なるインダクタ３００Ａと、モジュール１０が備えていない放熱部材４００、複数の（本実施の形態によれば４つの）連結部材５００及びコーティング６００を備えている。以下、モジュール１０Ａとモジュール１０との相違点を中心に説明する。
【００７２】
図１０及び図１１に示されるように、インダクタ３００Ａは、磁芯３１０Ａとコイル３５０とを有している。磁芯３１０Ａは、磁芯３１０（図６参照）と殆ど同一の構造を有している。但し、磁芯３１０Ａには、４つの保持孔３４６が形成されている。保持孔３４６は、磁芯３１０Ａを上下方向に貫通するようにして、磁芯３１０Ａの四隅に形成されている。
【００７３】
放熱部材４００は、金属等の優れた熱伝導性を有する材料（即ち、熱伝導体）から、矩形の枠形状を有するように形成されている。放熱部材４００は、磁芯３１０Ａの放熱面３３０に取り付けられている。磁芯３１０Ａは高い電気抵抗率を有しているため、金属からなる放熱部材４００を、絶縁処理を施すことなく放熱面３３０に接触させることができる。また、磁芯３１０Ａは、磁芯３１０（図６参照）と同様な材料から形成されているため、押圧力を受けても破損し難く且つ磁気特性が劣化し難い。このため、放熱部材４００を強い押圧力によって磁芯３１０Ａに密着させることができる。
【００７４】
放熱部材４００には、４つの保持孔４１０が形成されている。保持孔４１０は、放熱部材４００を上下方向に貫通するようにして、磁芯３１０Ａの保持孔３４６に夫々対応する位置に形成されている。
【００７５】
連結部材５００の夫々は、熱伝導体から、円柱形状を有するように形成されている。連結部材５００は、放熱部材４００の保持孔４１０及び磁芯３１０Ａの保持孔３４６に保持されている。前述したように磁芯３１０Ａは適度な弾性を有する。このため、連結部材５００の直径を保持孔３４６の直径よりも少し大きくすることで、接着剤を使用することなく、連結部材５００を磁芯３１０Ａによって確実に保持することができる。連結部材５００は、放熱部材４００の保持孔４１０に嵌め込まれて保持されていてもよいし、放熱部材４００と一体に形成されていてもよい。
【００７６】
連結部材５００の夫々は、放熱部材４００から下方に延びて、回路基板２００の対向面２２０に接続されている。換言すれば、連結部材５００は、磁芯３１０Ａを経由して放熱部材４００と回路基板２００とを連結している。
【００７７】
本実施の形態によるコーティング６００は、薄い樹脂から形成されている。コーティング６００は、磁芯３１０の放熱面３３０のうち放熱部材４００と接触していない部位を覆っている。放熱面３３０をコーティング６００で覆うことにより、放熱面３３０に露出したコイル３５０の第１連結部３６４を保護することができる。また、コーティング６００を適度な厚さを有するように形成することで、放熱面３３０から放熱は大きく阻害されない。以上の説明から理解されるように、本実施の形態による放熱面３３０も、モジュール１０Ａの外部に放熱可能に配置されている。但し、より効果的に放熱する必要がある場合、放熱面３３０をコーティング６００で覆わなくてもよい。
【００７８】
本実施の形態によれば、回路基板２００及びインダクタ３００Ａから生じた熱を、連結部材５００を経由して放熱部材４００に伝えて、放熱部材４００から放熱することができる。即ち、本実施の形態によるモジュール１０Ａは、コイル３５０（特に、接続部３７０）による放熱経路に加えて、連結部材５００による放熱経路を有している。このため、更に効果的にモジュール１０Ａを冷却することができる。
【００７９】
第１の実施の形態と同様に、インダクタ３００Ａの外周部やモジュール１０Ａの外周部を樹脂や金属によって覆ってもよい。また、放熱面３３０は、ヒートシンク等のモジュール１０Ａの外部の冷却用部材と少なくとも部分的に接触していてもよい。更に、放熱部材４００も、モジュール１０Ａの外部の冷却用部材と少なくとも部分的に接触していてもよい。前述したように、磁芯３１０Ａは、押圧力を受けても破損し難く且つ磁気特性が劣化し難い。このため、放熱部材４００を強い押圧力によって外部の冷却用部材に密着させ、これによって更に効果的にモジュール１０Ａを冷却することができる。
【００８０】
（第３の実施の形態）
図１０及び図１２から理解されるように、本発明の第３の実施の形態によるモジュール（電源モジュール）１０Ｂは、第２の実施の形態によるモジュール１０Ａ（図１０参照）の変形である。モジュール１０Ｂは、回路基板２００と少し異なる回路基板２００Ｂと、モジュール１０Ａと同様のインダクタ３００Ａ、放熱部材４００、連結部材５００及びコーティング６００を備えている。以下、モジュール１０Ｂとモジュール１０Ａとの相違点を中心に説明する。
【００８１】
図１２及び図１３から理解されるように、回路基板２００Ｂは、箱形状を有している。詳しくは、回路基板２００Ｂは、対向面２２０の四辺から上方に向かって延びる側壁部２１０を有している。このように構成された回路基板２００Ｂは、例えば、複数の板状の回路基板から形成することができる。本実施の形態による回路基板２００Ｂの対向面２２０には、電子部品２４０が搭載されていない。一方、本実施の形態による回路基板２００Ｂの反対面２３０には、様々な電子部品２４０が搭載されている。
【００８２】
インダクタ３００Ａ及び放熱部材４００は、対向面２２０と側壁部２１０とによって囲まれた空間内に収容されている。コイル３５０の第２連結部３６６は、対向面２２０と接触又は接近するように配置されている。このため、本実施の形態によるコイル３５０の接続部３７０の長さは短い（図１２参照）。
【００８３】
図１２及び図１３に示されるように、側壁部２１０には、複数の（本実施の形態によれば８つの）端子２６０が設けられている。端子２６０の夫々は、信号線（図示せず）を介して電子部品２４０と接続されている。端子２６０は、例えば電流の入出力、出力電圧のモニター、及びスイッチング周波数の制御を行うためにモジュール１０Ｂの外部の機器と電気的に接続される。
【００８４】
図１３に示されるように、上述のように構成されたモジュール１０Ｂは、外部回路基板８００と接続することができる。本実施の形態による外部回路基板８００には、大きな熱伝導率を有する冷却用部材８１０が設けられている。冷却用部材８１０は、例えば金属から形成することができる。冷却用部材８１０は、モジュール１０Ｂの放熱部材４００と対応する位置に設けられている。端子２６０を外部回路基板８００に接続すると、放熱部材４００は、冷却用部材８１０と密着する。このため、モジュール１０Ｂによって生じた熱を、放熱部材４００から冷却用部材８１０に効果的に放熱することができる。放熱部材４００は、例えばハンダ付けによって冷却用部材８１０に固定してもよい。この場合、モジュール１０Ｂを更に効果的に冷却することができる。
【００８５】
（第４の実施の形態）
図５及び図１４から理解されるように、第４の実施の形態によるインダクタ３００Ｘ及び磁芯３１０Ｘは、第１の実施の形態によるインダクタ３００及び磁芯３１０の変形例である。即ち、インダクタ３００Ｘ及び磁芯３１０Ｘは、インダクタ３００及び磁芯３１０と同様の構造及び機能を有している。以下、インダクタ３００Ｘ及び磁芯３１０Ｘについて、第１の実施の形態よりも更に詳しく説明する。
【００８６】
図１４に示されるように、本実施の形態によるインダクタ３００Ｘは、磁芯３１０Ｘと、コイル３５０と、スペーサ８２０Ｘとを備えている。第１の実施の形態と同様に、コイル３５０は、絶縁被覆を有さない金属（例えば、銅）から形成されている。但し、コイル３５０は、絶縁被覆を有していてもよい。コイル３５０は、コイル部３６０と接続部３７０とを有している。
【００８７】
磁芯３１０Ｘは、扁平形状を有する軟磁性金属粉末３１２をバインダ成分３１４Ｘによって結着させた磁芯である。本実施の形態による磁芯３１０Ｘは、圧粉磁芯である。磁芯３１０Ｘは、上下方向と直交する平板形状を有している。磁芯３１０Ｘの平板形状の厚さは、１ｍｍ以下である。
【００８８】
第１の実施の形態と同様に、扁平形状の軟磁性金属粉末３１２は、例えば、粒子状の軟磁性金属粉末（材料粉末）を、ボールミルを使用して扁平化することで作製される。材料粉末（即ち、軟磁性金属粉末３１２）は、必要な磁気特性を得るために、Ｆｅ系合金からなることが好ましい。更に、軟磁性金属粉末３１２は、Ｆｅ−Ｓｉ系合金からなることが好ましい。更に、軟磁性金属粉末３１２は、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系合金（センダスト）又はＦｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系合金からなることが好ましい。軟磁性金属粉末３１２がＳｉ及びＡｌを含んでいる場合、軟磁性金属粉末３１２におけるＳｉの比率は、３重量％以上かつ１８重量％以下であることが好ましく、Ａｌの比率は、１重量％以上かつ１２重量％以下であることが好ましい。この場合、磁芯３１０Ｘの結晶磁気異方性定数及び磁歪定数が低下し、磁気特性が向上する。また、磁芯３１０Ｘを作製する際に、軟磁性金属粉末３１２の表面にＳｉ及びＡｌを含む不動態膜が形成され、磁芯３１０Ｘの電気抵抗が向上する。
【００８９】
扁平形状の軟磁性金属粉末３１２を結着するバインダ成分３１４Ｘは、酸化ケイ素を主成分としている。このようなバインダ成分３１４Ｘは、Ｓｉを含むバインダ３１４から得られる。例えば、第１の実施の形態と同様に、軟磁性金属粉末３１２に溶媒、増粘剤及びバインダ３１４を混合してスラリーを作製する。このとき、バインダ３１４として、例えばメチルフェニル系シリコーンレジンを使用すればよい。塗布したスラリーを加熱して溶媒を揮発させることで磁芯３１０Ｘの材料である予備成型体を作製する。予備成型体は、フェライトと異なり脆性材料から形成されていないため、加圧成型可能である。予備成型体を加圧により圧縮して加圧後の成型体を作製する。加圧後の成型体を高温（例えば、６００℃）で熱処理すると、磁芯３１０Ｘが得られる。
【００９０】
予備成型体を加圧により圧縮する際、構造歪みが生じ、これにより比透磁率が低下するおそれがある。本実施の形態によれば、上述の高温での熱処理によって、比透磁率が高い値に回復する。
【００９１】
上述の高温での熱処理によって、メチルフェニル系シリコーンレジンの有機成分は分解する。また、メチルフェニル系シリコーンレジンの固形分は、酸化ケイ素を主成分とするガラス質からなるバインダ成分３１４Ｘとなり、軟磁性金属粉末３１２を結着する。即ち、軟磁性金属粉末３１２は無機物によって結着されているため、このようにして作製された磁芯３１０Ｘは、２６０℃程度の高温によるリフローにも耐えることができる。また、軟磁性金属粉末３１２は絶縁体によって結着されているため、磁芯３１０Ｘは、優れた周波数特性と、１０ｋΩ・ｃｍ以上の高い電気抵抗率を有する。本実施の形態による磁芯３１０Ｘは、高い電気抵抗率を有するため、磁芯３１０（図５参照）と同様に、導電体であるコイル部３６０を磁芯３１０Ｘに直接接触させることができる。
【００９２】
上述の高温での熱処理によって、バインダ３１４の有機成分が失われる。このため、バインダ３１４は加熱減量し、磁芯３１０Ｘの内部に空孔３１８Ｘが形成される。即ち、磁芯３１０Ｘは、軟磁性金属粉末３１２と、バインダ成分３１４Ｘと、空孔３１８Ｘとを含んでいる。
【００９３】
上述の高温での熱処理において、成型体の部位によって温度が異なるため、部位によって熱膨張の大きさが異なる。また、部位によってバインダ３１４が収縮する大きさやバインダ３１４が分解する速度が異なる。このため、加圧後の成型体の厚さが大きい場合、大きな内部応力が発生してクラックや剥離が生じるおそれがある。更に、上述の高温での熱処理において、成型体の内部には、バインダ３１４の分解に伴ってガスが生じる。加圧後の成型体の厚さが大きい場合、成型体の奥部に生じるガスが、外部に放散されにくい。このため、成型体内部でガスの圧力が高まって、クラックや剥離が生じるおそれがある。加圧後の成型体の厚さが１ｍｍ以下であれば、上述の高温での熱処理においても、クラックや剥離が生じない。従って、加圧後の成型体の厚さは、１ｍｍ以下であることが望ましい。加圧後の成型体の厚さは、０．７ｍｍ以下であることが更に望ましい。
【００９４】
磁気特性を向上させるためには、磁芯３１０Ｘは、６０体積％以上の軟磁性金属粉末３１２を含んでいることが望ましい。この場合、磁芯３１０Ｘは、高い飽和磁束密度と、フェライト相当の高い透磁率を有する。具体的には、０．５Ｔ以上の飽和磁束密度を有する磁芯３１０Ｘを得ることができる。即ち、本実施の形態による磁芯３１０Ｘは磁気飽和し難いため、小型化可能である。また、１ＭＨｚの周波数における比透磁率の実数成分が５０以上である磁芯３１０Ｘを得ることができる。更に、１ＭＨｚの周波数における比透磁率の実数成分が１００以上である磁芯３１０Ｘも得ることができる。詳しくは、本実施の形態によれば、初透磁率範囲における比透磁率の実数成分が、１ＭＨｚ以上の所定の周波数（ＸＭＨｚ）において磁気共鳴により極大値（Ｙ）となる。この所定の周波数（ＸＭＨｚ）及び極大値（Ｙ）は、Ｘ×Ｙ≧３００の条件式を満たす。このため、渦電流損失の増大、コアロスの増大、及びノイズ吸収性能の低下を防止することができる。
【００９５】
図１５に示されるように、磁芯３１０Ｘの軟磁性金属粉末３１２（扁平粉末）は、厚み方向（上下方向）に直交するように配向されている。換言すれば、軟磁性金属粉末３１２は、厚み方向と直交する水平面（所定面）と平行になるように配向されている。このため、所定面と平行な方向における反磁界係数が小さくなり、上述のように比透磁率を高めることができる。即ち、磁芯３１０Ｘの磁化容易軸は、所定面と平行な方向に延びている。所定面と平行な方向における比透磁率をより高めるためには、軟磁性金属粉末３１２の平均アスペクト比は、１０以上であることが好ましい。
【００９６】
更に、軟磁性金属粉末３１２は、所定面と平行な方向において互いにずれつつ、厚み方向に積み重なっている。このため、仮にクラックが発生したとしてもクラックの進行を防止することができる。即ち、本実施の形態によれば、例えば１．０ｍｍ以下あるいは０．５ｍｍ以下の厚さを有し、且つ、セラミック材料であるフェライトと比較して高い靭性を有する磁芯３１０Ｘが得られる。
【００９７】
図１４を参照すると、磁芯３１０Ｘは、１０体積％以上かつ２５体積％以下の空孔３１８Ｘを含んでいることが望ましい。換言すれば、磁芯３１０Ｘに含まれる空孔３１８Ｘの体積比率（空孔率）は、１０体積％以上かつ２５体積％以下であることが好ましい。スラリーを作製する際のバインダ３１４の量や、予備成型体を加圧により圧縮する際の圧力を調整することで、所望の空孔率を得ることができる。空孔率が１０体積％以上である場合、磁芯３１０Ｘは弾性を有し、磁芯３１０Ｘを様々に加工することが容易になる。空孔率が２５体積％以下である場合、磁芯３１０Ｘは、十分な軟磁性金属粉末３１２を含むことができる。
【００９８】
磁芯３１０Ｘに含まれるバインダ成分３１４Ｘの体積比率は、１０体積％以上かつ３０体積％以下であることが好ましい。バインダ成分３１４Ｘの体積比率が１０体積％よりも小さい場合、磁芯３１０Ｘは、十分な強度を有しない。また、バインダ成分３１４Ｘの体積比率が３０体積％よりも大きい場合、軟磁性金属粉末３１２の体積比率を６０体積％以上とし、空孔率を１０体積％以上とすることができない。
【００９９】
纏めると、本実施の形態による磁芯３１０Ｘは、６０体積％以上の軟磁性金属粉末３１２と、１０体積％以上かつ３０体積％以下のバインダ成分３１４Ｘと、１０体積％以上かつ２５体積％以下の空孔３１８Ｘとを含んでいる。また、磁芯３１０ＸのＩＳＯ７６１９−ｔｙｐｅＤによるゴム硬度は、９２以上かつ９６以下である。即ち、磁芯３１０Ｘは、弾性変形可能である。
【０１００】
磁芯３１０Ｘは弾性体であるため、以下のようにヤング率を測定することができる。まず、幅（ｗ）、厚さ（ｔ）を有する平板状の磁芯３１０Ｘを用意する。次に、磁芯３１０Ｘの２つの被支持部を下方から支持する。このとき、被支持部は、磁芯３１０Ｘの長手方向において距離（Ｌ）だけ離れている。次に、被支持部の間に位置する被押圧部を上方から荷重（Ｐ）によって押圧する。荷重（Ｐ）によって生じたひずみ（δ）を測定する。よく知られているように、上述の幅（ｗ），厚さ（ｔ），距離（Ｌ），荷重（Ｐ）及びひずみ（δ）からヤング率を計算することができる。本実施の形態によれば、ヤング率が１０ＧＰａ以上かつ９０Ｇｐａ以下である磁芯３１０Ｘを得ることができる。また、主として磁芯３１０Ｘの空孔率を調整することにより、ヤング率が２０ＧＰａ以上かつ５０Ｇｐａ以下である磁芯３１０Ｘを得ることができる。
【０１０１】
図１４から理解されるように、上述のように構成された磁芯３１０Ｘは、様々に加工できる。例えば、本実施の形態による磁芯３１０Ｘには、複数の貫通孔３４０が形成されている。また、第１の実施の形態（図５参照）と同様に、コイル３５０のコイル部３６０は、複数の貫通部３６２と、第１連結部３６４と、第２連結部３６６とを有している。コイル部３６０の貫通部３６２は、貫通孔３４０を上下方向に貫通している。詳しくは、貫通部３６２は、貫通孔３４０の内壁３４２を弾性変形させるようにして、貫通孔３４０を貫通している。コイル３５０は、貫通孔３４０の内壁３４２が貫通部３６２に加える押圧力によって保持されている。即ち、本実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様に、貫通孔３４０に挿入された貫通部３６２は、接着剤を使用することなく、引き抜き耐力を有している。
【０１０２】
詳しくは、磁芯３１０Ｘは適切な体積％の空孔３１８Ｘを含んでいるため、内壁３４２の周辺の部位（圧入部）は、適度に圧縮変形する。このため、圧入部で生じた応力が磁芯３１０Ｘ全体に及び、磁芯３１０Ｘが変形破壊することが防止される。
【０１０３】
第１の実施の形態（図５参照）と同様に、第１連結部３６４は、磁芯３１０Ｘの上面において貫通部３６２の端部を連結するようにして、磁芯３１０Ｘに取り付けられている。同様に、第２連結部３６６は、磁芯３１０Ｘの下面において貫通部３６２の端部を連結するようにして、磁芯３１０Ｘに取り付けられている。このとき、第１連結部３６４及び第２連結部３６６は、抵抗溶接、超音波溶接等の様々な方法によって貫通部３６２に強固に固定し、これによって磁芯３１０Ｘに取り付けることができる。
【０１０４】
第１連結部３６４及び第２連結部３６６を磁芯３１０Ｘに取り付けると、磁芯３１０Ｘは上下方向において全体的に圧縮される。このため、第１連結部３６４及び第２連結部３６６を磁芯３１０Ｘに取り付けた後の磁芯３１０Ｘの厚さ（ｔ１）は、第１連結部３６４及び第２連結部３６６を磁芯３１０Ｘに取り付ける前の磁芯３１０Ｘの厚さ（ｔ０）に比べて、２．５％以上かつ５．０％以下減少する。一方、コイル部３６０を磁芯３１０Ｘから外すと、磁芯３１０Ｘの厚さ（ｔ１）は、第１連結部３６４及び第２連結部３６６を磁芯３１０Ｘに取り付ける前の厚さ（ｔ０）に近づくように回復する。即ち、磁芯３１０Ｘの減少した厚さ（厚さ（ｔ０）の２．５％〜５．０％程度）が概ね元に戻る。
【０１０５】
以上の説明から理解されるように、本実施の形態による磁芯３１０Ｘは、内部に含まれた空孔３１８Ｘと、軟磁性金属粉末３１２の弾性に起因して、所定の厚さまで容易に圧縮されるだけでなく、圧縮された状態から容易に回復するという性質を有している。このため、磁芯３１０Ｘの上面及び下面は、磁芯３１０Ｘの厚み方向（上下方向）における反発力によって、第１連結部３６４及び第２連結部３６６に夫々押し付けられる。このため、コイル３５０の貫通部３６２と貫通孔３４０の内壁３４２との間に隙間がある場合でも、第１連結部３６４及び第２連結部３６６を保持し、固定することができる。
【０１０６】
上述のように構成された磁芯３１０Ｘは、コイル部３６０だけでなく、様々な部材を強固に保持できる。磁芯３１０Ｘのこのような加工性は、釘打ち可能な木材の加工性に類似しており、磁芯３１０Ｘを加工するための工程が飛躍的に簡易になり、加工の信頼性が向上する。
【０１０７】
例えば、図１４に示されるように、本実施の形態による磁芯３１０Ｘには、保持孔３４６Ｘが形成されている。また、スペーサ８２０Ｘは、本体部８２２Ｘと、被保持部８２４Ｘとを有している。上下方向と直交する水平面において、本体部８２２Ｘは保持孔３４６Ｘよりもかなり大きく、被保持部８２４Ｘは保持孔３４６Ｘよりも少し大きい。このように構成された被保持部８２４Ｘは、貫通部３６２と同様に、保持孔３４６Ｘに圧入して固定することができる。また、被保持部８２４Ｘを保持孔３４６Ｘに圧入すると、本体部８２２Ｘの下面が磁芯３１０Ｘの上面と接触する。本体部８２２Ｘは、水平面において大きなサイズを有しているため、被保持部８２４Ｘを圧入する際に生じた屑の脱落が防止される。
【０１０８】
本実施の形態によるインダクタ３００Ｘ及び磁芯３１０Ｘは、第１の実施の形態と同様に、様々に変形することができる。例えば、貫通部３６２の水平面におけるサイズは、貫通孔３４０の水平面におけるサイズよりも小さくてもよい。即ち、貫通部３６２を貫通孔３４０に圧入するのでなく、貫通孔３４０の内部を通過させてもよい。この場合、貫通部３６２は、例えば接着剤によって貫通孔３４０に固定すればよい。また、第１連結部３６４及び第２連結部３６６の夫々は、圧力によって貫通部３６２に接合してもよいし、半田付けによって接合してもよい。また、磁芯３１０Ｘのうち、第１連結部３６４及び第２連結部３６６の夫々と接触する部位に、第１連結部３６４及び第２連結部３６６の夫々と対応する凹部を形成してもよい。これにより、第１連結部３６４及び第２連結部３６６の夫々は、磁芯３１０Ｘによって、より確実に保持される。
【０１０９】
更に、磁芯３１０Ｘの表面の全部又は一部を絶縁樹脂によって覆ってもよい。絶縁樹脂としては、例えば、アクリル系樹脂やポリオフィン系樹脂を使用すればよい。このように構成することで、磁芯３１０Ｘの表面の絶縁性が更に向上する。更に、仮にクラックが発生したとしても、クラックの進行をより確実に防止できる。また、絶縁樹脂の一部は、磁芯３１０Ｘの表層に含浸する。このため、クラックの発生及び進行を更に確実に防止できる。
【０１１０】
更に、磁芯は、夫々が磁芯として機能する複数の磁芯部品を備えていてもよい。より具体的には、複数の磁芯部品（例えば、磁芯３１０Ｘ）を、接着材を介して積層し、これにより１つの磁芯を作製してもよい。前述のように、本実施の形態による磁芯３１０Ｘは、クラックが生じにくい構造を有しているため、積層した磁芯部品（磁芯３１０Ｘ）を圧着する際にクラックが生じることを抑制できる。即ち、クラックを抑制しつつ、１ｍｍを超える厚さを有する積層磁芯を得ることができる。このとき、積層する磁芯３１０Ｘの夫々の厚さは、１ｍｍ以下であればよい。但し、磁芯３１０Ｘの夫々の厚さは０．５ｍｍ以下であることが好ましい。
【０１１１】
セラミック材料であるフェライトは、ＭＨｚ帯域において５０以上、あるいは１００以上の高い比透磁率を有している。また、フェライトは、補強部材などを備えることなく、十分な剛性をしている。このため、フェライトが磁芯材料として一般的に使用されている。しかしフェライトは脆性材料であるため、押込、打込、圧入、強圧入などの、簡易かつ精度や信頼性が高い接合工法を用いて磁芯を形成することが困難である。
【０１１２】
一方、本発明による磁芯は、扁平形状を有する軟磁性金属粉末から形成されるため、磁芯が薄い場合でも、破断が厚さ方向に進まない。このため、本発明による磁芯は、フェライトからなる磁芯よりも高い靭性を有する。更に．磁芯内部に形成される空孔の体積率が所定の範囲内にある場合、磁芯は弾性を有する。このため、容易に加工することができる。例えば、磁芯に孔を形成することができる。また、磁芯に形成した孔に他の部材を圧入する場合、磁芯の孔の周辺が弾性変形する。このため、圧入によって生じた応力が磁芯全体に及んで磁芯全体が変形破壊することを防止できる。以上の説明から理解されるように、本発明による磁芯を使用することで、インダクタの設計自由度が格段に高まり、小型で信頼性の高いインダクタの作製が可能となる。
【０１１３】
更に、本発明は、磁芯やインダクタ以外の磁性部品にも適用可能である。
【実施例】
【０１１４】
以下、本発明に係る磁芯及びインダクタについて、具体的な例によって更に詳細に説明する。
【０１１５】
まず、本発明による磁芯に含まれる空孔の空孔率について詳しく説明する。
【０１１６】
（空孔率を測定するための予備成型体の作製（１））
予備成型体の材料として、軟磁性金属粉末を使用した。より具体的には、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系合金の水アトマイズ粉末を用いた。粉末は、３．５重量％のＳｉと、２重量％のＣｒとを含んでいた。また、粉末は、３３μｍの平均粒径（Ｄ５０）を有していた。ボールミルを用いて、粉末を扁平化した。詳しくは、粉末に８時間の鍛造加工を施した後、窒素雰囲気中で８００℃、３時間の熱処理を加え、これにより扁平形状のＦｅ−Ｓｉ−Ｃｒ粉末を得た。次に、扁平形状の粉末に、溶媒、増粘剤及び熱硬化性バインダ成分を混合してスラリーを作製した。溶媒としては、エタノールを使用した。増粘剤としては、ポリアクリル酸エステルを使用した。熱硬化性バインダ成分としては、メチルフェニル系シリコーンレジンを使用した。ポリアクリル酸エステルの添加量は、扁平形状の粉末に対して３重量％であり、メチルフェニル系シリコーンレジンの固形分の添加量は、扁平形状の粉末に対して４重量％だった。ダイスロット法によりＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルム上にスラリーを塗布した。その後、６０℃で１時間乾燥して溶媒を除去し、これにより予備成型体を作製した。
【０１１７】
（空孔率を測定するための平板の作製（１））
予備成型体を、抜型を用いてカットし、これにより横３０ｍｍ、縦３０ｍｍの正方形の複数枚のシートを得た。所定枚数のシートを積層して金型に入れた。金型中のシートに、１５０℃の温度下において、２ＭＰａの成型圧力で１時間の加圧成型を施して、加圧成型後の成型体を得た。このとき、シートの積層枚数（所定枚数）を変えることで、様々な厚さを有する１１枚の成型体を作製した。例えば、１ｍｍの厚さを有する成型体は、３０枚程度のシートから作製された。成型体に、大気中で５５０℃、２時間の熱処理を加え、これにより１１枚の平板を作製した。この熱処理により、増粘剤は、ほぼ完全に熱分解し、平板中に残らなかった。また、この熱処理により、メチルフェニル系シリコーンレジンの固形分は、酸化ケイ素を主成分とするガラス質からなるバインダ成分（熱処理後のバインダ成分）となり、加熱減量した。メチルフェニル系シリコーンレジンの固形分の加熱減量は、例えば大気中で５５０℃、１時間の熱処理を加えた場合、２０重量％だった。
【０１１８】
（平板の空孔率の測定（１）及び平板のクラック発生率の調査）
作製した平板の成形密度を、アルキメデス法により測定した。具体的には、扁平形状の粉末のみの真密度は７．６ｇ／ｃｍ３と算定し、メチルフェニル系シリコーンレジンの硬化後の密度は、１．３ｇ／ｃｍ３と算定した。これらの数値から、平板について、金属成分の体積充填率と、熱処理後のバインダ成分の体積充填率と、空孔率とを計算した。また、平板の四方の側面を目視により観察し、クラックの発生率を調査した。
【０１１９】
上述の測定及び調査の結果を表１に示す。
【０１２０】
【表１】
0005474251.tif 000002
【０１２１】
発生したクラックはいずれの場合にも微細であり、樹脂による側面コーティング等によりクラックを未然に防止することが可能だった。また、平板の厚さを１．０ｍｍ以下とした場合、クラックは殆ど発生せず、クラックを未然に防止する必要もなかった。
【０１２２】
（空孔率を測定するための予備成型体の作製（２））
予備成型体の材料として、軟磁性金属粉末を使用した。より具体的には、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系合金の水アトマイズ粉末を用いた。粉末は、３．５重量％のＳｉと、２重量％のＣｒとを含んでいた。また、粉末は、３３μｍの平均粒径（Ｄ５０）を有していた。ボールミルを用いて、粉末を扁平化した。詳しくは、粉末に８時間の鍛造加工を施した後、窒素雰囲気中で８００℃、３時間の熱処理を加え、これにより扁平形状のＦｅ−Ｓｉ−Ｃｒ粉末を得た。次に、扁平形状の粉末に、溶媒、増粘剤及び熱硬化性バインダ成分を混合してスラリーを作製した。溶媒としては、エタノールを使用した。増粘剤としては、ポリアクリル酸エステルを使用した。熱硬化性バインダ成分としては、メチルフェニル系シリコーンレジンを使用した。このとき、メチルフェニル系シリコーンレジンの固形分の添加量として、扁平形状の粉末に対して２重量％から２０重量％の間の１１種類の値を使用した。ダイスロット法によりＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルム上にスラリーを塗布した。その後、６０℃で１時間乾燥して溶媒を除去し、これによりメチルフェニル系シリコーンレジンの添加量が異なる１１種類の予備成型体を作製した。
【０１２３】
（空孔率を測定するための平板の作製（２））
予備成型体を、抜型を用いてカットし、これにより横３０ｍｍ、縦３０ｍｍの正方形の複数枚のシートを得た。メチルフェニル系シリコーンレジンの添加量が同じである所定枚数のシートを積層して金型に入れた。金型中のシートに、１５０℃の温度下において、２ＭＰａの成型圧力で１時間の加圧成型を施して、加圧成型後の成型体を得た。このとき、メチルフェニル系シリコーンレジンの添加量が異なる１１種類の成型体を作製した。また、成型体は、１種類につき１５枚作製した。成型体に、窒素雰囲気中で５５０℃、１時間の熱処理を加え、これによりメチルフェニル系シリコーンレジンの添加量が異なる１１種類×１５枚の平板を作製した。平板の夫々の厚さは、０．７ｍｍだった。この熱処理により、増粘剤は、ほぼ完全に熱分解し、平板中に残らなかった。また、この熱処理により、メチルフェニル系シリコーンレジンの固形分は、酸化ケイ素を主成分とするガラス質からなるバインダ成分（熱処理後のバインダ成分）となり、加熱減量した。メチルフェニル系シリコーンレジンの固形分の加熱減量は、例えば大気中で５５０℃、１時間の熱処理を加えた場合、２０重量％だった。
【０１２４】
（平板の空孔率の測定（２））
作製した平板の成形密度を、アルキメデス法により測定した。具体的には、扁平形状の粉末のみの真密度は７．６ｇ／ｃｍ３と算定し、メチルフェニル系シリコーンレジンの硬化後の密度は、１．３ｇ／ｃｍ３と算定した。これらの数値から、平板について、金属成分の体積充填率と、熱処理後のバインダ成分の体積充填率と、空孔率とを計算した。
【０１２５】
（積層体の作製及びクラック発生率の調査）
１１種類×１５枚の平板から、１１種類×５枚の積層体を夫々作製した。即ち、メチルフェニル系シリコーンレジンの添加量が同一である３枚の平板から、１枚の積層体を作製した。詳しくは、まず、３枚の平板を、接着剤を介して積層した。接着剤としては、一液性エポキシ樹脂（レジナス化成Ｓ−７１）を使用した。次に、積層した平板を鏡面研磨した後、１０ｍｍの厚さを有する二枚のステンレス板の間に挟んだ。次に、積層した平板を、ステンレス板を介して加圧した。詳しくは、油圧プレス機を使用して、積層した平板に、１７０℃の温度下において１５ＭＰａの圧力で３時間の加圧を施し、平板を接着した。上述の方法により、各種類の１５枚の平板から５枚の積層体を作製した。接着が完了した後、積層体の四方の側面を目視により観察し、クラックの発生率を調査した。
【０１２６】
上述の測定及び調査の結果を表２に示す。
【０１２７】
【表２】
0005474251.tif 000003
【０１２８】
表２に示されるように、バインダ成分の体積充填率が７体積％、空孔率が３３体積％の場合には、積層体の強度が不十分であり、剥離が発生した。また、空孔率が１０体積％未満の場合にも、クラックが発生した。空孔率が１０体積％未満の場合、積層体の内部に、空孔が十分に含まれておらず、殆ど圧縮変形できない。このため、加圧によって接着する際に積層体の内部に発生するずり応力を、積層体の圧縮変形によって吸収できない。この結果、クラックが発生したと考えられる。一方、バインダ成分の体積充填率が９．５体積％以上かつ３７体積％以下であり、空孔率が１０体積％以上かつ２５．５体積％以下の場合には、クラックが発生しなかった。この場合、バインダ成分の量が適切であり、積層体が十分な強度を有していると共に、適度な空孔率を有している。このため、加圧によって接着する際に積層体の内部に発生するずり応力が、積層体の圧縮変形によって吸収されたと考えられる。即ち、積層体の空孔率が１０体積％以上で２５．５％体積以下となるように制御されている場合、積層体の内部の空孔が圧縮変形を許容し、これによりクラックが発生しにくい。
【０１２９】
次に、実施例１及び比較例１〜３の磁芯及びインダクタについて説明する。
【０１３０】
（実施例１の磁芯用の予備成型体の作製）
予備成型体の材料として、軟磁性金属粉末を使用した。より具体的には、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系合金（センダスト）のガスアトマイズ粉末を用いた。粉末は、５５μｍの平均粒径（Ｄ５０）を有していた。ボールミルを用いて、粉末を扁平化した。詳しくは、粉末に８時間の鍛造加工を施した後、窒素雰囲気中で７００℃、３時間の熱処理を加え、これにより扁平形状のセンダスト粉末を得た。次に、扁平形状のセンダスト粉末に、溶媒、増粘剤及び熱硬化性バインダ成分を混合してスラリーを作製した。溶媒としては、エタノールを使用した。増粘剤としては、ポリビニルブチラールを使用した。熱硬化性バインダ成分としては、メチルフェニル系シリコーンレジンを使用した。ダイスロット法によりＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルム上にスラリーを塗布した。その後、６０℃で１時間乾燥して溶媒を除去し、これにより予備成型体を作製した。
【０１３１】
（磁芯の特性を測定するための平板の作製）
予備成型体を、抜型を用いてカットし、これにより横３０ｍｍ、縦３０ｍｍの正方形の複数枚のシートを得た。所定枚数のシートを積層して金型に入れた。金型中のシートに、１５０℃の温度下において、２００ＭＰａの成型圧力で１時間の加圧成型を施した。加圧成型後の成型体の厚さは、０．２５ｍｍだった。加圧成型後の成型体に、窒素雰囲気中で６００℃、１時間の熱処理を加え、これにより平板を作製した。
【０１３２】
（平板の特性）
作製した平板は、４．９ｇ／ｃｍ３の密度と、１０ＫΩ・ｃｍ以上の体積抵抗率とを有していた。平板の密度から、平板中の金属材料（即ち、軟磁性金属粉末）の体積充填率を求めた。金属材料の体積充填率は、約６７%だった。平板を、厚さ１．５ｍｍ、縦５０ｍｍ、横５０ｍｍの２枚のガラスエポキシ基板（ＦＲ−４）の間に挟み、１００ＭＰａの圧力で加圧した。このとき、平板は、全く破損しなかった。このように、作製した平板は、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライト等の従来のセラミック系の磁芯材料とは異なり、平板の平面に垂直な外力に対して、極めて高い強度を有していた。
【０１３３】
（実施例１の磁芯用の平板の作製）
予備成型体を、抜型を用いてカットし、これにより横１５ｍｍ、縦１１ｍｍの長方形の複数枚のシートを得た。所定枚数のシートを積層して金型に入れた。金型中のシートに、１５０℃の温度下において、２００ＭＰａの成型圧力で１時間の加圧成型を施した。加圧成型後の成型体（即ち、平板）の厚さは、０．９ｍｍだった。
【０１３４】
（実施例１の磁芯の作製）
図１６に示されるように、加圧成型後の成型体を使用して、実施例１のインダクタの磁芯を作製した。詳しくは、成型体の所定の位置に、ドリル切削にて直径０．８ｍｍの４つのビアホール（即ち、貫通孔）を設けた。次に、成型体に、窒素雰囲気中で６００℃、１時間の熱処理を加え、これにより磁芯を作製した。作製した磁芯は、４．９ｇ／ｃｍ３の密度と、１０ＫΩ・ｃｍ以上の体積抵抗率とを有していた。磁芯の密度から、磁芯中の金属材料（軟磁性金属粉末）の体積充填率を求めた。金属材料の体積充填率は、約６７%だった。
【０１３５】
（比較例１〜３の磁芯の作製）
市販の３種類のＮｉ−Ｚｎ系フェライト焼結体（磁芯材料１〜３）を、比較例１〜３のインダクタの磁芯として夫々使用した。詳しくは、磁芯材料１〜３の１ＭＨｚにおける比透磁率の実数成分は、夫々２００、２６０及び５５０だった。また、磁芯材料１〜３の夫々は、１０ＫΩ・ｃｍ以上の体積抵抗率を有していた。磁芯材料１〜３の夫々が横１５ｍｍ、縦１１ｍｍ、厚さ０．９ｍｍの平板形状を有するように、切断加工および厚み方向の研磨を施した。図１６に示されるように、平板形状の焼結体の所定の位置に、超音波加工により直径０．８ｍｍの４つのビアホール（即ち、貫通孔）を設けた。以上のようにして、比較例１〜３の磁芯を作製した。比較例１〜３の磁芯は、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライトを材料としているため、良好な高周波特性を有していた。
【０１３６】
（実施例１、比較例１〜３のコイル用の導体部品の作製）
図１６に示されるように、直径０．８ｍｍ、長さ１．８ｍｍを有し、絶縁皮膜を有さない円柱形状の銅線を作製した。作製した銅線を、ビアホールに挿入するビア導体（即ち、コイルの貫通部）として使用した。また、幅２ｍｍ、厚さ０．３ｍｍを有し、絶縁皮膜を有さない銅板からコイルの連結導体を作製した。詳しくは、銅板を、所定の長さを有するように切断した。切断した銅版の所定の位置に、ドリル切削にて直径０．８ｍｍの孔を設けた。
【０１３７】
（実施例１、比較例１〜３のインダクタの作製）
図１６及び図１７から理解されるように、実施例１の磁芯のビアホールに、ビア導体を挿入した。連結導体を、連結導体の孔がビア導体と重なるようにして、磁芯の上下に配置した。以上のように配置した磁芯、ビア導体及び連結導体を、２枚のステンレス板の間に挟んだ。ステンレス板に１５ｋｇｆの圧力を加えて、ビア導体と連結導体とを接合した。ビア導体のうち連結導体との接合部は、圧力により変形していた。詳しくは、ビア導体の接合部の直径は、初期の直径０．８ｍｍよりも大きくなっていた。図１７に示されるように、以上のようにして実施例１のインダクタを作製した。実施例１のインダクタと同様に、比較例１〜３のインダクタを作製した。
【０１３８】
（実施例１、比較例１〜３のインダクタの特性：インダクタンス）
実施例１及び比較例１〜３のインダクタの夫々について、１ＭＨｚのインダクタンス及びインダクタンスの周波数特性を測定した。１ＭＨｚのインダクタンスは、アジレント・テクノロジー株式会社のＬＣＲメーター（ＨＰ４２８４Ａ）を用いて測定した。インダクタンスの周波数特性は、アジレント・テクノロジー株式会社のインピーダンスアナライザー（４２９４Ａ）を用いて測定した。図１９に示されるように、本発明の実施例１のインダクタは、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライトインダクタと同程度のインダクタンスを有している。また、実施例１のインダクタには、４ＭＨｚ程度まで渦電流損失等によるインダクタンスの低下が生じていない。更に、良好な高周波特性を有する比較例１〜３のインダクタンスのいずれと比較しても、同等以上の高周波まで高いインダクタンスを有している。
【０１３９】
（実施例１、比較例１〜３のインダクタの特性：バイアス電流に対するインダクタンス）
図２０に示されるように、本発明の実施例１のインダクタは、比較例１〜３のインダクタと比較して、バイアス電流が大きい場合に顕著に優れたインダクタンスを有している。例えば、バイアス電流が５Ａであるとき、実施例１のインダクタは、比較例１〜３の夫々のインダクタと比較して、概ね２倍程度のインダクタンスを有している。実施例１のインダクタの磁芯は、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライトよりも高い飽和磁束密度を有する金属粉末から作製されているため、上述のような大きなインダクタンスを有している。以上の説明から理解されるように、実施例１のインダクタは、大電流を通電してもインダクタンスが低下しにくい、大電流通電に適したインダクタである。
【０１４０】
（実施例１、比較例１〜３のインダクタの特性：熱伝導率）
実施例１及び比較例１〜３のインダクタの夫々の磁芯について、熱伝導率を測定した。熱伝導率は、アルバック理工株式会社製のＦＴＣ−１を用いて測定した。実施例１の磁芯の熱伝導率は、７．５Ｗ／ｍ・Ｋだった。一方、比較例１〜３の磁芯の熱伝導率は、３．５〜４．５Ｗ／ｍ・Ｋだった。従って、実施例１の磁芯の熱伝導率は、比較例１〜３の磁芯の熱伝導率の約２倍だった。
【０１４１】
以上の説明から理解されるように、本発明によるインダクタは、従来用いられてきたＮｉ−Ｚｎ系フェライトと比較して、高い強度を有し、大電流を通電してもインダクタンスが低下しにくく、さらに、高い熱伝導率を有している。従って、前述した様々な実施の形態によるモジュールのインダクタとして使用することができる。
【０１４２】
次に、実施例２及び比較例４〜６の磁芯及びインダクタについて説明する。
【０１４３】
（実施例２の磁芯用の予備成型体の作製）
予備成型体の材料として、軟磁性金属粉末を使用した。より具体的には、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系合金（センダスト）のガスアトマイズ粉末を用いた。粉末は、５５μｍの平均粒径（Ｄ５０）を有していた。ボールミルを用いて、粉末を扁平化した。詳しくは、粉末に８時間の鍛造加工を施した後、窒素雰囲気中で７００℃、３時間の熱処理を加え、これにより扁平形状のセンダスト粉末を得た。次に、扁平形状のセンダスト粉末に、溶媒、増粘剤及び熱硬化性バインダ成分を混合してスラリーを作製した。溶媒としては、エタノールを使用した。増粘剤としては、ポリアクリル酸エステルを使用した。熱硬化性バインダ成分としては、メチル系シリコーンレジンを使用した。ダイスロット法によりＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルム上にスラリーを塗布した。その後、６０℃で１時間乾燥して溶媒を除去し、これにより予備成型体を作製した。
【０１４４】
（実施例２の磁芯用の平板の作製）
予備成型体を、抜型を用いてカットし、これにより横１５ｍｍ、縦１１ｍｍの長方形の複数枚のシートを得た。所定枚数のシートを積層して金型に入れた。金型中のシートに、１５０℃の温度下において、２０ｋｇ／ｃｍ２の成型圧力で１時間の加圧成型を施した。加圧成型後の成型体（即ち、平板）の厚さは、０．９ｍｍだった。
【０１４５】
（実施例２の磁芯の作製）
図１６に示されるように、加圧成型後の成型体を使用して、実施例２のインダクタの磁芯を作製した。詳しくは、成型体の所定の位置に、ドリル切削にて直径０．８ｍｍの４つのビアホール（即ち、貫通孔）を設けた。次に、成型体に、窒素雰囲気中で６００℃、１時間の熱処理を加え、これにより磁芯を作製した。作製した磁芯は、４．９ｇ／ｃｍ３の密度と、１０ＫΩ・ｃｍ以上の体積抵抗率とを有していた。磁芯の密度から、磁芯中の金属材料（軟磁性金属粉末）の体積充填率を求めた。金属材料の体積充填率は、約６７%だった。
【０１４６】
（実施例２のインダクタの作製）
図１６及び図１７から理解されるように、実施例２の磁芯のビアホールに、ビア導体を挿入した。ビア導体としては、実施例１と同様に、絶縁被膜を有さない銅線を使用した。連結導体を、連結導体の孔がビア導体と重なるようにして、磁芯の上下に配置した。連結導体としては、実施例１と同様に、絶縁被膜を有さない銅板を使用した。以上のように配置した磁芯、ビア導体及び連結導体を、２枚のステンレス板の間に挟んだ。ステンレス板に１５ｋｇｆの圧力を加えて、ビア導体と連結導体とを接合した。ビア導体のうち連結導体との接合部は、圧力により変形していた。詳しくは、ビア導体の接合部の直径は、初期の直径０．８ｍｍよりも大きくなっていた。上述のように作製したインダクタに、窒素雰囲気で６５０℃、１時間の熱処理を加えた。熱処理の結果、ビア導体と連結導体との接合部は拡散接合され、これにより接合部における電気抵抗が低下した。図１７に示されるように、以上のようにして実施例２のインダクタを作製した。
【０１４７】
（比較例４〜６のインダクタの作製）
比較例１〜３のインダクタから、比較例４〜６のインダクタを夫々作製した。詳しくは、実施例２のインダクタと同様に、比較例１〜３のインダクタに、窒素雰囲気で６５０℃、１時間の熱処理を加え、これにより比較例４〜６のインダクタを夫々作製した。
【０１４８】
インダクタを作製した際の破損発生率を表３に示す。
【０１４９】
【表３】
0005474251.tif 000004
【０１５０】
（実施例２、比較例４〜６のインダクタの特性の測定）
実施例２及び比較例４〜６のインダクタの夫々について、１ＭＨｚのインダクタンス及びインダクタンスの周波数特性を測定した。１ＭＨｚのインダクタンスは、アジレント・テクノロジー株式会社のＬＣＲメーター（ＨＰ４２８４Ａ）を用いて測定した。インダクタンスの周波数特性は、アジレント・テクノロジー株式会社のインピーダンスアナライザー（４２９４Ａ）を用いて測定した。
【０１５１】
（実施例２、比較例４〜６のインダクタの特性：インダクタンス）
図２１に示されるように、本発明の実施例２のインダクタは、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライトインダクタと同程度のインダクタンスを有している。また、実施例２のインダクタには、１ＭＨｚ程度まで渦電流損失等によるインダクタンスの低下が生じていない。更に、良好な高周波特性を有する比較例４〜６のインダクタンスのいずれと比較しても、同等以上の高周波まで高いインダクタンスを有している。また、実施例２の測定結果から、ビア導体及び連結導体から形成されたコイル部と、実施例２の磁芯とが互いに密着した状態で高温での熱処理を行っても、コイル部がショートしないことが分かる。
【０１５２】
バイアス電流が５Ａであるときのインダクタのインダクタンスを表４に示す。
【０１５３】
【表４】
0005474251.tif 000005
【０１５４】
（実施例２、比較例４〜６のインダクタの特性：バイアス電流に対するインダクタンス）
図２２及び表４に示されるように、本発明の実施例２のインダクタは、比較例４〜６のインダクタ（Ｎｉ−Ｚｎ系フェライト磁芯を用いたインダクタ）と比較して、バイアス電流を大きくしたときのインダクタンスが顕著に優れていることが分かる。具体的には、例えばバイアス電流を５Ａとしたときのインダクタンスの値は、比較例４乃至６のインダクタと比較して、概ね２倍程度である。これは、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライトと比較して高い飽和磁束密度を有する金属粉末を磁芯材料として用いているためである。本発明の実施例２の構成を有するインダクタは、大電流を通電してもインダクタンスが低下しにくい、大電流通電に適したインダクタであることが分かる。
【０１５５】
次に、実施例３及び実施例４の磁芯及びインダクタについて説明する。
【０１５６】
（実施例３及び実施例４の磁芯用の粉末の作製）
予備成型体の材料として、軟磁性金属粉末を使用した。より具体的には、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系合金（センダスト）のガスアトマイズ粉末を用いた。粉末は、５５μｍの平均粒径（Ｄ５０）を有していた。ボールミルを用いて、粉末を扁平化した。詳しくは、粉末に８時間の鍛造加工を施した後、窒素雰囲気中で７００℃、３時間の熱処理を加え、これにより扁平形状のセンダスト粉末を得た。作製した粉末（扁平金属粉末）の平均長径（Ｄａ）、平均最大厚さ（ｔａ）及び平均アスペクト比（Ｄａ／ｔａ）を測定した。詳しくは、扁平金属粉末に樹脂を含浸して硬化させ、硬化体を作製した。次に、硬化体を研磨した。次に、走査電子顕微鏡を使用して研磨面上に位置する扁平金属粉末の形状を観察した。具体的には、３０個の扁平金属粉末について、長径（Ｄ）と、最も厚い部位の厚さ（ｔ）とを測定し、アスペクト比（Ｄ／ｔ）を計算した。得られたアスペクト比（Ｄ／ｔ）を平均して、平均アスペクト比（Ｄａ／ｔａ）を得た。扁平金属粉末の平均長径（Ｄａ）は６０μｍであり、平均最大厚さ（ｔａ）は３μｍだった。また、平均アスペクト比（Ｄａ／ｔａ）は２０だった。
（実施例３及び実施例４の磁芯用の予備成型体の作製）
次に、扁平形状のセンダスト粉末に、溶媒、増粘剤及び熱硬化性バインダ成分を混合してスラリーを作製した。溶媒としては、エタノールを使用した。増粘剤としては、ポリアクリル酸エステルを使用した。熱硬化性バインダ成分としては、メチル系シリコーンレジンを使用した。ダイスロット法によりＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルム上にスラリーを塗布した。その後、６０℃で１時間乾燥して溶媒を除去し、これにより予備成型体を作製した。
【０１５７】
（実施例３の磁芯用の平板の作製）
予備成型体を、抜型を用いてカットし、これにより横１５ｍｍ、縦１１ｍｍの長方形の複数枚のシートを得た。所定枚数のシートを積層して金型に入れた。金型中のシートに、１５０℃の温度下において、２ＭＰａの成型圧力で１時間の加圧成型を施した。加圧成型後の成型体（即ち、平板）の厚さは、０．９ｍｍだった。
【０１５８】
（実施例３の磁芯の作製）
図１６に示されるように、加圧成型後の成型体を使用して、実施例３のインダクタの磁芯を作製した。詳しくは、成型体の所定の位置に、ドリル切削にて直径０．８ｍｍの４つのビアホール（即ち、貫通孔）を設けた。次に、成型体に、窒素雰囲気中で６５０℃、１時間の熱処理を加え、これにより磁芯を作製した。作製した磁芯は、４．９ｇ／ｃｍ３の密度と、１０ＫΩ・ｃｍ以上の体積抵抗率とを有していた。磁芯の密度から、磁芯中の金属材料（軟磁性金属粉末）等の体積充填率を求めた。金属材料の体積充填率は、約６７%だった。また、メチル系シリコーンレジンの硬化後成分（即ち、酸化ケイ素を主成分とするガラス質からなるバインダ成分）の体積充填率は約１８％であり、空孔率は、約１５％だった。増粘剤は、熱処理によってほぼ完全に熱分解し、磁芯中には残らなかった。
【０１５９】
（実施例３のインダクタの作製）
図１６及び図１７に示されるように、実施例１及び実施例２のインダクタと同様に、実施例３のインダクタを作製した。
【０１６０】
（実施例４の磁芯の作製）
予備成型体を、抜型を用いてカットし、これにより横１５ｍｍ、縦１１ｍｍの長方形の複数枚のシートを得た。所定枚数のシートを積層して金型に入れた。金型中のシートに、１５０℃の温度下において、２ＭＰａの成型圧力で１時間の加圧成型を施した。加圧成型後の成型体（即ち、平板）の厚さは、０．９ｍｍだった。次に、成型体に、窒素雰囲気中で６５０℃、１時間の熱処理を加えて、実施例４の磁芯を作製した。
【０１６１】
（実施例４のインダクタの作製）
図１８（ａ）に示されるように、０．３ミリの厚さを有するプリプレグを用意した。プリプレグには、横１５ｍｍ、縦１１ｍｍの長方形の孔が形成されていた。このプリプレグを３枚積み重ねて、０．９ミリの厚さを有するプリプレグを作製した。実施例４の磁芯を、プリプレグの孔の内部に配置した。図１８（ｂ）に示されるように、０．５ｍｍの厚さを有する樹脂基板を用意した。樹脂基板は、片面基銅箔板だって。詳しくは、樹脂基板の一方の面に、銅箔の導体パターンが形成されていた。２枚の樹脂基板を、導体パターンが上面及び下面に位置するようにして、プリプレグ及び磁芯の上下に夫々配置して、積層体を作製した。次に、積層体に、１８０℃の温度下において、３ＭＰａの成型圧力で１時間の加圧成型を施した。加圧後の積層体を使用して、実施例４のインダクタを作製した。詳しくは、積層体の所定の位置（図１６参照）に、ドリル切削にて直径０．８ｍｍの４つのビアホール（即ち、貫通孔）を設けた。ビアホールに、直径０．８ｍｍの銅製のビア導体を挿入した。ビア導体と、樹脂基板の導体パターンとを、半田付けによって接合し、これにより、実施例４のインダクタンスを作製した。以上の説明から理解されるように、実施例４のインダクタンスの磁芯は、プリプレグを含む積層樹脂基板の内部に配置されていた。
【０１６２】
（実施例３及び実施例４のインダクタの特性の測定）
実施例３、４のインダクタの夫々について、１ＭＨｚのインダクタンス及びインダクタンスの周波数特性を測定した。１ＭＨｚのインダクタンスは、アジレント・テクノロジー株式会社のＬＣＲメーター（ＨＰ４２８４Ａ）を用いて測定した。インダクタンスの周波数特性は、アジレント・テクノロジー株式会社のインピーダンスアナライザー（４２９４Ａ）を用いて測定した。
【０１６３】
（実施例４、比較例１〜３のインダクタの特性：インダクタンス）
図２３に示されるように、本発明の実施例４のインダクタは、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライトインダクタと同程度のインダクタンスを有している。また、実施例４のインダクタには、１ＭＨｚ程度まで渦電流損失等によるインダクタンスの低下が生じていない。更に、良好な高周波特性を有する比較例１〜３のインダクタンスのいずれと比較しても、同等以上の高周波まで高いインダクタンスを有している。
【０１６４】
（実施例４、比較例１〜３のインダクタの特性：バイアス電流に対するインダクタンス）
図２４に示されるように、本発明の実施例４のインダクタは、比較例１〜３のインダクタ（Ｎｉ−Ｚｎ系フェライト磁芯を用いたインダクタ）と比較して、バイアス電流を大きくしたときのインダクタンスが顕著に優れていることが分かる。具体的には、例えばバイアス電流を５Ａとしたときのインダクタンスの値は、比較例１乃至３のインダクタと比較して、概ね２倍程度である。これは、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライトと比較して高い飽和磁束密度を有する金属粉末を磁芯材料として用いているためである。本発明の実施例４の構成を有するインダクタは、大電流を通電してもインダクタンスが低下しにくい、大電流通電に適したインダクタであることが分かる。
【０１６５】
（実施例３及び実施例４のインダクタの特性）
更に、図２３及び図２４に示されるように、実施例４のインダクタは、実施例３のインダクタと異なり積層樹脂基板に磁芯を内蔵しているにも係らず、実施例３のインダクタと殆ど同じ磁気特性を有している。即ち、本発明による磁芯は、基板の間に挟み込む際の加圧によって損傷しないだけでなく、優れた磁気特性が、基板の間に挟み込んだ後も維持されている。
【０１６６】
以上、本発明の実施例について説明したが、増粘剤や熱硬化性バインダ成分等の有機結合材は、上述した実施例に限定されない。具体的な有機結合材は、軟磁性金属粉末に応じて適宜選択すればよい。また、有機結合材の添加量も、軟磁性金属粉末に応じて適宜調整すればよい。例えば、熱硬化性バインダ成分の添加量を、軟磁性金属粉末の表面積に比例して調整することで、上述の実施例と同様の好適な結果を得ることができる。
【０１６７】
また、上述した実施例及び比較例においては、コイル部として絶縁皮膜を有しない導体を用いたが、例えば所定の部位に絶縁皮膜を有する導体を用いてもよい。また、ビア導体と連結導体とを加圧力によって接合する際、同時にヒュージングや電流パルスの通電を行い、接合を促進してもよい。また、熱処理による接合部の拡散接合は行わなくてもよい。一方、必要に応じ、接合部に金属粉ナノ粒子を介在させて、拡散接合を促進してもよい。
【符号の説明】
【０１６８】
１０，１０Ａ，１０Ｂ          モジュール（電源モジュール）
２００，２００Ｂ              回路基板
２１０                        側壁部
２２０                        対向面
２３０                        反対面
２４０                        電子部品
２５０                        接続端
２６０                        端子
３００，３００Ａ，３００Ｘ    インダクタ
３１０，３１０Ａ，３１０Ｘ    磁芯
３１２                        軟磁性金属粉末（軟磁性金属材料）
３１４                        バインダ（絶縁性材料）
３１４Ｘ                      バインダ成分
３１８Ｘ                      空孔
３２０                        対向面
３３０                        放熱面
３４０                        貫通孔
３４２                        内壁
３４６，３４６Ｘ              保持孔
３５０                        コイル
３６０                        コイル部
３６２                        貫通部（ビア導体）
３６４                        第１連結部（連結導体）
３６６                        第２連結部（連結導体）
３７０                        接続部
３７２                        接続端
４００                        放熱部材
４１０                        保持孔
５００                        連結部材
６００                        コーティング
８００                        外部回路基板
８１０                        冷却用部材
８２０Ｘ                      スペーサ
８２２Ｘ                      本体部
８２４Ｘ                      被保持部
【要約】
【課題】電源モジュール等の様々なモジュールに適した磁芯及びインダクタを提供すること。
【解決手段】磁芯は、扁平形状を有する軟磁性金属粉末をバインダ成分によって結着させたものであり、弾性を有している。磁芯は、６０体積％以上の軟磁性金属粉末と、１０体積％以上かつ２５体積％以下の空孔とを含んでいる。バインダ成分は、酸化ケイ素を主成分としている。
【選択図】図１４【図１】
0005474251.tif 000006
【図２】
0005474251.tif 000007
【図３】
0005474251.tif 000008
【図４】
0005474251.tif 000009
【図５】
0005474251.tif 000010
【図６】
0005474251.tif 000011
【図７】
0005474251.tif 000012
【図８】
0005474251.tif 000013
【図９】
0005474251.tif 000014
【図１０】
0005474251.tif 000015
【図１１】
0005474251.tif 000016
【図１２】
0005474251.tif 000017
【図１３】
0005474251.tif 000018
【図１４】
0005474251.tif 000019
【図１６】
0005474251.tif 000020
【図１７】
0005474251.tif 000021
【図１８】
0005474251.tif 000022
【図１９】
0005474251.tif 000023
【図２０】
0005474251.tif 000024
【図２１】
0005474251.tif 000025
【図２２】
0005474251.tif 000026
【図２３】
0005474251.tif 000027
【図２４】
0005474251.tif 000028
【図１５】
0005474251.tif 000029