(57)【要約】  本発明は、積層型パワーインダクタに関し、磁気経路に沿って粉末の形状が最適化された軟磁性金属合金粉末が充填されたシートに導電性材料を用いて作製されたパターン回路が形成されており、前記パターン回路が容易に連結できるようにビアホールが形成されており、このようなシートを多層に積層して製造されたパワーインダクタを提供する。  前記のインダクタで高い磁化密度を有する金属軟磁性粉末が充填されたシートは、磁気経路に沿って形状が最適化された粉末の間に微細なギャップが分散して存在するので、漏洩磁束なしに１Ａ〜数十Ａまで使用可能な高い直流重畳特性と１０ＭＨｚ台の高周波領域まで安定したインダクタンスの確保が可能である。  また薄い厚さを維持し、大面積を有するインダクタの提供を容易にして、インダクタの厚さが薄く、高いインダクタンスと直流重畳特性を有する製品を得ることができる。
2011504662.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
片面にパターン回路が付着された磁性体が複数枚積層され、前記各磁性体は、ビアホールを通じて導通されてなる積層型パワーインダクタであって、
前記磁性体が軟磁性金属粉末が充填されたシートであることを特徴とする軟磁性金属粉末が充填されたシートを用いた積層型パワーインダクタ。
【請求項２】
前記軟磁性金属粉末が異方性であり、シート面に平行または垂直に配列されたことを特徴とする軟磁性金属粉末が充填されたシートを用いた請求項１に記載の積層型パワーインダクタ。
【請求項３】
前記軟磁性金属粉末が異方性であり、磁気経路に平行に配列されたことを特徴とする軟磁性金属粉末が充填されたシートを用いた請求項１に記載の積層型パワーインダクタ。
【請求項４】
積層体の上下部においては、前記軟磁性金属粉末が異方性であり、シート面に平行に配列され、積層体の中央部においては、前記軟磁性金属粉末が等方性であることを特徴とする軟磁性金属粉末が充填されたシートを用いた請求項１に記載の積層型パワーインダクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高い直流重畳特性と高周波特性を有する積層型パワーインダクタに関し、特に、磁性体として軟磁性金属粉末が充填された磁性シートを適用した積層型パワーインダクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯機器の電源回路は、機器の多様化により動作電源も多様化している。携帯機器を例に挙げると、ＬＣＤ駆動用またはパワーアンプモジュール用、ベースバンド用のＩＣ用電源等があり、それぞれ動作させるために必要とする電圧が異なり、電源から供給される電圧を各回路の動作電圧に変換する電源回路を必要とする。これら電源回路の電圧は、半導体の微細化に伴い、低電圧化が進んでいる。そのため、小さな電圧変動で機器が誤動作を起こす可能性があり、対策としては、各ＬＳＩに近い位置に電源を配置して電源−ＬＳＩ間のラインインダクタンスまたは配線抵抗による電圧変動を抑制する分散化電源（ＰＯＬ）を用いる技術が主流となっている。このように各ＬＳＩを別個に制御する電源が必要となり、携帯機器においては多くの電源回路が内蔵されるようになった。
【０００３】
携帯機器の電源回路は、リニアレギュレータとスイッチングレギュレータに大きく分けられるが、最近は、消費電力を抑制し、バッテリの寿命を延ばすように要求されている状況で、電圧を変換する際の電力損失が少ないスイッチングレギュレータ、一般にはＤＣ−ＤＣコンバータと呼ばれるものが多く採用されている。
【０００４】
一方、小型化という点から、ＤＣ−ＤＣコンバータにおいては、インダクタやコンデンサ等の付属部品が増加し、電源回路の面積が大きくなる傾向がある。従って、機器を小型化するためには、まず、これらの部品の小型化が必要である。これらの部品を小型化する方法としては、ＤＣ−ＤＣコンバータのスイッチング周波数を高周波化する方法がある、これにより、必要とするインダクタまたはコンデンサの定数が小さくなり、部品の小型化が可能となる。
【０００５】
最近、半導体製造技術の進歩によるＩＣの高性能化によりスイッチング周波数の高周波化がさらに進んでいる。このような流れの中で、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路で用いられるパワーインダクタとして、従来から金属系磁性材料に導線を巻いた形態のコイル型インダクタが多く用いられていたが、このような形態のインダクタは、小型化に根本的な限界を有している。
【０００６】
従って、セラミックス材料技術の進化により積層型のパワーインダクタが注目されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
積層型インダクタの磁性体材料として主に用いられる酸化物フェライト系材料は、透磁率と電気抵抗が高い一方、飽和磁束密度が低いので、磁気飽和によるインダクタンスの低下が大きく、直流重畳特性が悪いという短所がある。
【０００８】
また、従来の積層型パワーインダクタの場合は、直流重畳特性を確保するために、別途の非磁性体層をギャップとして層間に挿入しなければならないという問題点がある。
【０００９】
また、フェライトを用いるインダクタは、フェライト板上に回路を設置した後、焼結過程を経なければならないが、焼結過程中の歪の現象により、一定以上のインダクタンスや直流重畳特性を確保するのに制約があり、その面積を大きくできず、特に、最近、インダクタが小型化され、厚さ１ｍｍ以下の製品が量産される中、その面積がさらに制限される。従って、多様な形態のインダクタンス及び直流重畳特性を有するインダクタを提供することができない。
【００１０】
本発明は、上記のような問題点を解決するために案出されたものであって、漏洩磁束なしに、磁気飽和による電流の制約のないパワーインダクタを提供することをその技術的課題とする。
【００１１】
また、１０ＭＨｚの高周波帯域まで使用可能なパワーインダクタを提供することをその技術的課題とする。
【００１２】
また、面積の制約なしに使用可能な大容量超薄型パワーインダクタを提供することをその技術的課題とする。
【００１３】
また、別途の非磁性体を使用せずに、高い直流重畳特性が確保される積層型パワーインダクタを提供することをその技術的課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述した技術的課題を解決するために、本発明は、片面にパターン回路が付着された磁性体が複数枚積層され、前記各磁性体は、ビアホールを通じて導通されてなる積層型パワーインダクタインダクタであって、前記磁性体が軟磁性金属粉末が充填されたシートであることを特徴とする軟磁性金属粉末が充填されたシートを用いた積層型パワーインダクタを提供する。
【００１５】
また、本発明は、前記軟磁性金属粉末が異方性であり、シート面に平行または垂直に配列されたことを特徴とする軟磁性金属粉末が充填されたシートを用いた積層型パワーインダクタを提供する。
【００１６】
また、本発明は、前記軟磁性金属粉末が異方性であり、磁気経路に平行に配列されたことを特徴とする軟磁性金属粉末が充填されたシートを用いた積層型パワーインダクタを提供する。
【００１７】
また、本発明は、積層体の上下部においては、前記軟磁性金属粉末が異方性であり、シート面に平行に配列され、積層体の中央部においては、前記軟磁性金属粉末が等方性であることを特徴とする軟磁性金属粉末が充填されたシートを用いた請求項１に記載の積層型パワーインダクタを提供する。
【発明の効果】
【００１８】
従来のパワーインダクタが具現できなかった比較的高い使用周波数と大容量の飽和電流が得られ、軟磁性金属粉末シートを用いるので、薄く、面積に制約されないインダクタを経済的に提供することにより、スリム型ノートパソコン、携帯電話、ディスプレイ装置等の電子製品の具現が容易である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の積層型パワーインダクタの模式展開図である。
【図２】異方性粉末がシート面に平行に配列された場合の説明図である。
【図３】異方性粉末がシート面に垂直に配列された場合の説明図である。
【図４】インダクタの上下部に異方性粉末がシート面に水平に配列され、内部には等方性粉末が配列された場合の説明図である。
【図５】インダクタの上下部に異方性粉末がシート面に水平に配列され、内部には異方性粉末がシート面に垂直に配列された場合の説明図である。
【図６】積層型パワーインダクタの周波数によるインダクタンスの変化を示すグラフ図である。
【図７】積層型パワーインダクタの電流によるインダクタンスの変化を示すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照して本発明を説明する。
【００２１】
図１は、本発明のパワーインダクタの概略図である。
【００２２】
同一の部位に対しては、煩わしさを避けるために図面符号を略した。
【００２３】
本発明により製造された磁性シート（２）の上面に別途に作製されたパターン回路（１０）が付着されて一つの層をなす。
【００２４】
ここでは、磁性シート（２）は、軟磁性金属合金粉末を用いて形成される。
【００２５】
前記軟磁性金属合金粉末としては、形状異方性を有する平たいフレーク形態、または等方性の粉末が用いられる。また、合金粉末の素材としては、モリブデンパーマロイ（Mo-permalloy）、パーマロイ（Permalloy）、センダスト（Fe-Si-Al alloy、登録商標）、鉄-ケイ素合金（Fe-Sialloy）等が用いられ得る。
【００２６】
前記パターン回路（１０）は、導電性材料を用いて通常の方法で別途に作製して準備して磁性シート（２）の片面に形成する。
【００２７】
前記パターン回路（１０）には、コイル形態の主回路部（１２）と主回路部（12）の両端にそれぞれ第１端子部（１４）と第２端子部（１６）が形成されている。
【００２８】
このようにパターン回路（１０）が付着された磁性シート（２）は、何枚か積層されてパワーインダクタを形成する。
【００２９】
この時、重畳された各パターン回路（１０）を導通させるために各磁性シート（２）に孔を開けて、その孔に導電性物質を塗布することにより、上下のパターン回路（１０）が導通される。
【００３０】
前記孔をビアホールとし、図１には各磁性シート（２）の面に各４つのビアホール（２０、２２、２４、２６）が例示されている。
【００３１】
図１から分かるように、各層の各ビアホール（２０、２２、２４、２６）は、各第１端子部（１４）と第２端子部（１６）を必要に応じてそれぞれ異なる形態で電気的に接続している。従って、必要に応じてそれぞれの組み合わせにより各ビアホールが電気的に接続されるか、または電気的に接続されない形態で、パターン回路（１０）が上下に連結されるか、または連結されないこともある。
【００３２】
図２乃至図５は、前記図１のインダクタを厚さ方向の適当な位置で切断した場合の断面図であり、磁性シート内の軟磁性金属粉末の配列形態を説明するための説明図である。
【００３３】
図２乃至図５の図面符号３０は、インダクタから発生する磁気経路（Magnetic Path）であって、パターン回路（１０）に電流が流れると、パターン回路（１０）の周りに、中央部では磁気経路（３０）が下から上に向かう方向に発生する。
【００３４】
図２においては、異方性合金粉末（４０）が磁性シート（２）の面に平行に配列される形態を示し、この場合は、インダクタの上下部においては、異方性合金粉末（４０）の長さ方向と磁気経路（３０）と平行になるが、中央部または外郭部においては垂直になる形態を取る。
【００３５】
前記異方性合金粉末の長さ方向と磁気経路が平行であるとき、インダクタンスが増加する効果が発生する。
【００３６】
図３においては、異方性合金粉末（４０）が磁性シート（２）に垂直に配列される形態であり、この場合は、インダクタの上下部では異方性合金粉末（４０）の長さ方向と磁気経路（３０）と垂直になるが、中央部または外郭部では平行になる形態を取る。
【００３７】
図４においては、インダクタの上下部には、異方性合金粉末（４０）を配列し、中央部と外郭部には、等方性合金粉末（４２）を配列した形態である。この場合は、インダクタの上下部で平行になるが、中央部と外郭部では等方性粉末であるので、平行になる現象もないが、垂直になる現象もない。
【００３８】
図５は、さらに別の実施の形態であって、インダクタの上下部には異方性合金粉末（４０）を磁性シート（２）に平行に配列し、中央部と外郭部には垂直に配列した形態である。この場合は、図から見られるように、全ての位置において異方性合金粉末（４０）の長さ方向と磁気経路（３０）の方向が平行になっている。
【００３９】
以下、本発明の製造方法を説明する。
【００４０】
磁気経路に沿ってインダクタの最適の特性が具現されるように異方性または等方性を有するようになる軟磁性金属粉末を準備する。
【００４１】
異方性粉末を準備するためには、軟磁性金属粉末をアトリッションミル（摩擦粉砕機）でミリングしてフレーク形態にする。
【００４２】
前記粉末を樹脂系に高密度に分散させて磁性シートを製造する。
【００４３】
前記磁性シートの上面に導電性材料を用いて作製された回路を載せる、この際、一定面積に相当数のインダクタが製造可能な回路を配列して経済性を確保する。
【００４４】
パターン回路が構成された磁性シートを必要に応じた枚数だけ積層し、このとき、パターン回路の配列が一定の線上に位置するようにすることが重要である。
【００４５】
その後、層間のパターン回路が導通され得るように積層が終わったインダクタにビアホールを開けて、メッキや導電性ペーストを用いて導通させる。
【００４６】
完成した製品を必要なサイズに一定に切断する。
【００４７】
信頼性確保のために切断面にディッピング（dipping）またはローラーを用いた方法で絶縁剤を塗布する。
【００４８】
発明例１
平均粒径７０μｍのセンダスト粉末をアトリションミルで６時間ミリングして製造したセンダストフレークと、有機高分子のマトリックス材に適用されるＥＰＤＭを重量比８：２に分散した後、ドクターブレード法により厚さ１００μｍのグリーンシートを製造する。
【００４９】
前記グリーンシートをホットプレス（Hot Press）を用いて１５０℃から１時間熱圧着して磁性シートを製造する。
【００５０】
前記磁性シートの上面に銅箔（Cu foil）を熱圧着した後、エッチングして導電性回路を具現する。
【００５１】
回路が構成された磁性シートを４枚積層し、ビアホールを開けて銅メッキし、回路を導通させる。完成した製品は、必要なサイズに精密カッターで一定に切断する。また、信頼性確保のために切断面に耐熱性エポキシをディッピングして塗布する。発明例１は図２の形態を示す。
【００５２】
発明例２
発明例１と同様に、異方性シートを製造した後、製造されたシートを所望の厚さだけ積層し、ホットプレスを用いて１５０℃で１時間熱圧着し、所望の厚さの磁性シートを製造する。製造されたシートを切断機を用いて垂直方向に切断し、異方性粉末を垂直に配列したシートを適用した。
【００５３】
発明例２は図３の形態を示す。
【００５４】
発明例３
発明例１と同様であるが、４枚のうち、上下の２枚は、異方性粉末を平行に配列したシートを適用し、中央部の２枚には、等方性粉末を配列したシートを適用した。発明例３は図４の形態を示す。
【００５５】
発明例４
発明例１と同様であるが、４枚のうち、上下の２枚は、異方性粉末を平行に配列したシートを適用し、中央部の２枚には、異方性粉末を垂直に配列したシートを適用した。発明例４は、図５の形態を示す。
【００５６】
比較例１
比較例１は、磁性体としてフェライトグリーンシートを用いた積層型パワーインダクタであって、４枚の酸化物フェライト磁性体層が積層され、一体に形成された磁性体の内部に電極パターンが形成されているフェライト磁性体パワーインダクタである。
【００５７】
比較例２
比較例２は、フェライト磁心の周りに導体を巻いて形成し、磁心とフェライトケースとの間にエアギャップ（air gap）が提供された従来の酸化物フェライト系磁性体を用いるフェライトコイル型パワーインダクタである。
【００５８】
前記発明例と比較例により製造されたインダクタを１ｋＨｚ-１１０ＭＨｚの周波数帯域でインピーダンス分析機（ＨＰ  ４２９４Ａ）を用いてインダクタンスを測定し、飽和電流はＬＣＲ  ｍｅｔｅｒ（ＨＰ  ４２８４Ａ）を用いて測定した。
【００５９】
ここで、飽和電流は、ＤＣバイアスを印加したとき、３０％減った場合の電流値を意味する。
【００６０】
また、許容周波数はスイッチング周波数を増加させたとき、初期値に比べて２０％以内で許容されるスイッチング周波数領域を意味する。
【００６１】
前記測定方法により示された結果を表１、そして図６及び図７にまとめた。
【００６２】
【表１】
2011504662.tif 000003
【００６３】
表１及び図６から見られるように、発明例は、いずれも許容周波数が１０ＭＨｚに達した。
【００６４】
図６は、周波数によるインダクタンスの変化を示したグラフ図であるが、周波数が増加するとき、比較例は、最大１０ＭＨｚ以内でインダクタンスが大きく増加する一方、発明例は、1０ＭＨｚをはるかに超えた状態でインダクタンスが増加するので、許容周波数が非常に高くなる。
【００６５】
また、発明例１は、飽和電流が比較例より顕著に増加し、発明例２及び３は、インダクタンスも多少増加し、飽和電流も非常に増加し、発明例４の場合は、インダクタンスが顕著に増加したことが分かる。
【００６６】
図７は、電流によるインダクタンスの変化を示しているが、比較例は、１．３Ａ程度で既に飽和することが分かるが、発明例は、それ以上の高い飽和電流を示すことが分かる。
【図１】
2011504662.tif 000004
【図２】
2011504662.tif 000005
【図３】
2011504662.tif 000006
【図４】
2011504662.tif 000007
【図５】
2011504662.tif 000008
【図６】
2011504662.tif 000009
【図７】
2011504662.tif 000010
【国際調査報告】
2011504662.tif 000011
2011504662.tif 000012
2011504662.tif 000013
2011504662.tif 000014