(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気構成要素組立体の製造方法であって、
少なくとも１つの予め製作されたコイルであって、外表面を有する三次元の巻線部分を形成する自立型のワイヤ導体を具備するコイルを得ることと、
各々が、磁性粉末粒子と、加熱することなしに前記少なくとも１つの予め製作されたコイルに加圧積することを可能にするように調合された熱可塑性高分子樹脂と、の混合物を含む、磁気シート材料から成る少なくとも２つの予め製作された層を得ることと、
実質的に方形のチップ型の一体形の積層磁性本体構造を形成するために、磁気シート材料から成る前記少なくとも２つの予め製作された層の間に前記少なくとも１つの予め製作されたコイルが挟まれた状態で、磁気シート材料から成る前記少なくとも２つの予め製作された層の各々を、前記三次元の巻線部分の前記外表面と直接の面接触をさせて、加熱することなしに加圧積することであって、前記一体形の積層磁性本体構造が、対向する平らな側面を有し、前記対向する平らな側面が、前記一体形の積層磁性本体構造内に物理的なギャップが形成されることなしに、それらの間に前記三次元の巻線部分を含む、ことと、
を備える、製造方法。
【請求項２】
磁性粉末粒子と熱可塑性高分子樹脂との混合物を含む磁気シート材料から成る少なくとも２つの予め製作された層を得ることが、
フェライト粒子、鉄（Ｆｅ）粒子、センダスト（Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ）粒子、ＭＰＰ（Ｎｉ−Ｍｏ−Ｆｅ）粒子、ハイフラックス（Ｎｉ−Ｆｅ）粒子、メガフラックス（Ｆｅ−Ｓｉ合金）粒子、鉄系非晶質粉末粒子、コバルト系非晶質粉末粒子、及びこれらの同等物及び組み合わせから成る群から選択される磁性粉末粒子を含む磁気シート材料から成る少なくとも２つの予め製作された層を得ることを含む、請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
磁気シート材料から成る少なくとも２つの予め製作された層を得ることが、
互いに異なる磁気特性を呈する異なるタイプの磁性粉末粒子からそれぞれ製作された磁気シート材料から成る少なくとも２つの予め製作された層を得ることを含み、
磁気シート材料から成る前記少なくとも２つの予め製作された層を、前記三次元の巻線部分の前記外表面と直接の面接触をさせて、加熱することなしに加圧積することが、
磁気シート材料から成る前記少なくとも２つの予め製作された層の少なくとも一部を互いに直接の面接触をさせて、加熱することなしに加圧積することを含む、請求項１に記載の製造方法。
【請求項４】
磁気シート材料から成る少なくとも２つの予め製作された層を得ることが、
比透磁率が１０を上回る磁気シート材料から成る少なくとも２つの予め製作された層を得ることを含む、請求項１に記載の製造方法。
【請求項５】
外表面を有する三次元の成形磁気コア要素を得ることと、
前記三次元の成形磁気コア要素及び前記三次元の巻線部分を、磁気シート材料から成る前記少なくとも２つの予め製作された層の間に挟むこと、
を更に備え、
磁気シート材料から成る前記少なくとも２つの予め製作された層を、前記三次元の巻線部分の前記外表面と直接の面接触をさせて、加熱することなしに加圧積することが、
磁気シート材料から成る前記少なくとも２つの予め製作された層の各々の第１の部分を、前記三次元の成形磁気コア要素の前記外表面と直接の面接触をさせて、且つ、磁気シート材料から成る前記少なくとも２つの予め製作された層の各々の第２の部分を、前記三次元の巻線部分の前記外表面と直接の面接触をさせて、加熱することなしに加圧積することを更に含む、請求項１に記載の製造方法。
【請求項６】
前記三次元の成形磁気コア要素が、磁気シート材料から成る前記少なくとも２つの予め製作された層とは別に得られ、
前記少なくとも１つの三次元の巻線部分が中央開口を形成し、
当該製造方法が、前記三次元の成形磁気コア要素を前記中央開口内部に嵌め込むこと、
を更に備える、請求項５に記載の製造方法。
【請求項７】
前記少なくとも１つの予め製作されたコイルの前記三次元の巻線部分が、開口を有しており、
当該製造方法が、
前記三次元の巻線部分の前記開口に対して相補的な形状である三次元の成形磁気コア要素を得ること、及び
前記三次元の巻線部分が前記成形磁気コア要素の周囲周りを延在するように、前記少なくとも１つの予め製作されたコイルの前記三次元の巻線部分の前記開口内部に、前記成形磁気コア要素を組み入れること、
を更に備える、請求項１に記載の製造方法。
【請求項８】
少なくとも１つの予め製作されたコイルであって、外表面を有する三次元の巻線部分を形成する自立型のワイヤ導体を具備するコイルを得ることが、
少なくとも１つの予め製作されたコイルであって、所期のインダクタンスの前記三次元の巻線部分を形成するように所定の巻き数で軸線の周りに柔軟に巻かれている自立型のワイヤ導体を具備するコイルを得ることを含む、請求項１に記載の製造方法。
【請求項９】
少なくとも１つの予め製作されたコイルであって、所期のインダクタンスの前記三次元の巻線部分を形成するように所定の巻き数で軸線の周りに柔軟に巻かれている自立型のワイヤ導体を具備するコイルを得ることが、
前記三次元の巻線部分を形成するように所定の巻き数で軸線の周りに柔軟に巻かれている丸ワイヤ導体を具備する予め製作されたコイルを得ることを更に含む、請求項８に記載の製造方法。
【請求項１０】
少なくとも１つの予め製作されたコイルであって、所期のインダクタンスの前記三次元の巻線部分を形成するように所定の巻き数で軸線の周りに柔軟に巻かれている自立型のワイヤ導体を具備するコイルを得ることが、
前記三次元の巻線部分を形成するように所定の巻き数で軸線の周りに柔軟に巻かれている平角ワイヤ導体を具備する予め製作されたコイルを得ることを更に含む、請求項８に記載の製造方法。
【請求項１１】
少なくとも１つの予め製作されたコイルであって、外表面を有する三次元の巻線部分を形成する自立型のワイヤ導体を具備するコイルを得ることが、
所期のインダクタンスの前記三次元の巻線部分を形成するように、端部で接合された直線形導電路、湾曲形導電路、らせん形導電路、及び蛇行形導電路のうちの少なくとも１つを含む、少なくとも１つの予め製作されたコイルを得ることを含む、請求項１に記載の製造方法。
【請求項１２】
少なくとも１つの予め製作されたコイルであって、外表面を有する三次元の巻線部分を形成する自立型のワイヤ導体を具備するコイルを得ることが、
結合剤を備えるワイヤ導体を具備する少なくとも１つの予め製作されたコイルを得ることを含む、請求項１に記載の製造方法。
【請求項１３】
少なくとも１つの予め製作されたコイルであって、外表面を有する三次元の巻線部分を形成する自立型のワイヤ導体を具備するコイルを得ることが、
リードフレームに接続された少なくとも１つの予め製作されたコイルを得ることを含む、請求項１に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の分野は、概ね磁気構成要素及びこれらの製造に関し、そしてより具体的には、例えばインダクタ及び変圧器のような磁気的な表面実装電子構成要素に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子パッケージングの進歩に伴って、より小型の、しかしより強力な電子デバイスの製造が可能になってきている。このようなデバイスのサイズ全体を縮小するために、これらを製造するのに使用される電子構成要素はますます小型化してきている。このような要件に見合うための電子構成要素の製造は多くの難題をもたらし、これにより、製造プロセスをより高価なものにし、そして電子構成要素のコストを望ましくないほど増大させている。
【０００３】
例えばインダクタ及び変圧器のような磁気構成要素の製造方法が、他の構成要素と同様に、競争の激しい電子デバイス製造業界においてコストを低減する手段として吟味されている。製造コストの低減は、製造される構成要素が低価格で大量生産の構成要素であるときに特に望ましい。このような構成要素及びこれらの構成要素を利用する電子デバイスのための大量生産工程では、製造コストのいかなる低減も有意義である。
【発明の概要】
【０００４】
技術分野における数多くの困難を克服する本発明の電子構成要素の構成の模範的な実施態様をここで説明する。本発明を最大限に理解するために、別々のセグメント又はパートで下記のような開示内容を提供する。パートＩでは具体的な問題点及び難点を論じ、またパートＩＩでは、このような問題点を克服するための模範的な構成要素の構造及び組立体について記述する。
【０００５】
Ｉ．発明の概要
回路基板用途のためのインダクタのような在来の磁気構成要素は典型的には、磁気コアと、前記コア内部のコイルと呼ばれることもある導電性巻線とを含んでいる。コアは、磁性材料から製作された分離したコア片から製作されていて、前記コア片の間に巻線が配置されている。種々の形態及び種々のタイプのコア片及び組立体が当業者に知られており、これらの一例としては、ＵコアとＩコアの組立体、ＥＲコアとＩコアの組立体、ＥＲコアとＥＲコアの組立体、ポット・コアとＴコアの組立体、及び他の適合する形状が挙げられる。分離したコア片は、接着剤で１つに結合されて、典型的には互いに物理的に所定のスペース又はギャップを置かれる。
【０００６】
いくつかの周知の構成要素の場合、例えば、コイルは、コア又は端子クリップの周りに巻かれた導電性ワイヤから製作されている。すなわち、ワイヤは、コア片が完全に形成された後、ドラムコア又は他にボビンコアと呼ばれることのあるコア片の周りに巻き付けられる。コアのそれぞれの自由端は、リードと呼ばれ、そして回路基板への直接取付けによるか又は端子クリップを介した間接接続によるかして、インダクタを電気回路に結合するために使用される。特に、小さなコア片の場合、コイルを費用効果及び信頼性の高い様態で巻くことは難題である。手巻きの構成要素はその性能に一貫性がない傾向がある。コア片の形状は、コア片を極めて脆弱にし、コイルが巻かれるとコアに亀裂が生じやすく、またコア片間のギャップの変動により、構成要素の性能に望まれない変動が生み出されるおそれがある。更なる難題は、直流抵抗（「ＤＣＲ」）が、巻き線プロセス中の巻き及び張力が不均一であることに起因して望ましくなく変動し得ることである。
【０００７】
他の周知の構成要素において、周知の表面実装磁気構成要素のコイルは、コア片とは別に製作され、後でコア片と一緒に組み立てられるのが典型的である。すなわち、これらのコイルはコイルの手巻きに起因する問題を回避して、磁気構成要素の組立を単純にするための予成形（pre-formed）又は予巻回（pre-wound）コイルと呼ばれることがある。このような予成形コイルは、小さなサイズの構成要素にとって特に有利である。
【０００８】
磁気構成要素が回路基板上に表面実装されるときに、コイルへの電気的な接続を形成するために、導電性端子又はクリップが典型的には設けられる。これらのクリップは成形コア片上で組み立てられ、そしてコイルのそれぞれの端部に電気的に接続される。端子クリップは典型的には、ほぼ平らで平面的な領域を含んでおり、これらの領域は、例えば周知のはんだ付け技術を用いて回路基板上の導電性のトレース及びパッドに電気的に接続される。このように接続され、そして回路基板に電圧が加えられると、電流が回路基板から端子クリップのうちの一方に流れ、更にコイルを通って、端子クリップのうちの他方に流れ、そして回路基板に戻る。インダクタの場合、コイルを通る電流は磁界及び磁気エネルギーを磁気コア内に誘導する。２つ以上のコイルが設けられてよい。
【０００９】
変圧器の場合、一次コイルと二次コイルとが設けられ、一次コイルを通る電流が二次コイル内に電流を誘導する。変圧器構成要素の製造はインダクタ構成要素と同様の難題をもたらす。
【００１０】
ますます小型化される構成要素の場合、物理的なギャップを有するコアを提供することは難しい。一貫したギャップ・サイズの確立及び維持は、費用効果及び信頼性の高い様態で達成するのが難しい。
【００１１】
小型化された表面実装磁気構成要素におけるコイルと端子クリップとの間に電気的な接続を形成することに関しても、数多くの実際的な問題が生じる。コイルと端子クリップとの間の極めて脆弱な接続がコアの外部で形成されるのが典型的であり、この接続は結果として断絶されやすい。いくつかの事例では、コイルとクリップとの間の信頼性の高い機械的及び電気的な接続を保証するために、クリップの一部の周りにコイルの端部を巻き付けることが知られている。しかしながら、このことは製造の観点からうんざりすることが判っており、より簡単で迅速な成端手段があれば望まれている。加えて、コイル端部の巻き付けは、細い丸いワイヤ構造ほど柔軟ではない例えば平らな表面を有する方形断面のコイルのような或る特定のタイプのコイルにとっては実際的ではない。
【００１２】
電子デバイスがますます強力になる最近の傾向が続いているのに伴って、例えばインダクタのような磁気構成要素も、より大量の電流を伝導することが必要となる。結果として、コイルを製造するために使用される線番号も増大するのが典型的である。コイルを製作するために使用されるワイヤのサイズが増大するので、コイルを製造するために丸ワイヤが使用される場合、例えばはんだ付け、溶接、又は導電性接着剤などを利用して端子クリップに対する機械的及び電気的接続を申し分なく形成するために、端部は典型的には好適な厚さ及び幅まで平たくされる。しかし、ワイヤゲージが大きければ大きいほど、コイルの端部を端子クリップに好適に接続するために、コイルの端部を平らにすることは難しくなる。このような困難の結果、コイルと端子クリップとの接続が一貫したものでなくなり、このことが、使用時の磁気構成要素の望ましくない性能問題及びばらつきを招くおそれがある。このようなばらつきを減らすことは、極めて難しく費用を要することが判っている。
【００１３】
丸導体ではなく平角導体からコイルを製作すると、或る特定の用途に対してはこのような問題は軽減されるが、平角導体は、剛性がより高い傾向を有し、先ず第一にコイルとして形成するのをより難しくするので、他の製造問題を持ち込む傾向がある。丸導体とは異なり平角導体を使用すると、構成要素の使用時の性能を、あるときには望ましくなく変えてしまうことがある。加えて、特に平角導体から製作されたコイルを含む、いくつかの周知の構造では、端子クリップに対する接続を容易にするために、フックのような成端形体、又はその他の構造的形体をコイルの端部に形成することがある。しかしながら、このような形体をコイルの端部に形成すると、製造工程に更なる費用を持ち込むおそれがある。
【００１４】
電子デバイスのサイズを低減するが、しかし出力及び能力を増大させるという最近の傾向は、更なる難題をもたらす。電子デバイスのサイズが低減されるのに伴って、デバイス内で利用される電子構成要素のサイズも相応に低減されなければならず、従って、デバイスを作動させるために増大した量の電流を運ぶにもかかわらず、比較的小型の、時には小型化された構造を有するパワーインダクタ及び変圧器を経済的に製造するように努力が為されている。磁気コア構造は、電子デバイスのスリムな、そして時には極めて薄い側面輪郭を可能にするために回路基板に関してますます低い側面輪郭を有するように提供されることが望ましい。このような要件を満たすためには更なる難題が生じる。多相電力システムに接続される構成要素に対して更に別の困難が生じ、その場合小型化されたデバイス内で異なる相の電力に対応することが難しい。
【００１５】
磁気構成要素の専有面積及び側面輪郭を最適化しようという努力が、現代の電子デバイスの寸法的な要件を満たすことを目指す構成要素製造業者にとって重大である。回路基板上のそれぞれの構成要素は一般に、回路基板に対して平行な平面内で測定された垂直の幅及び奥行き寸法によって画定することができる。この幅と奥行きとの積は、回路基板上の構成要素によって占有される表面積を決定する。この表面積は構成要素の「専有面積」と呼ばれることがある。他方において、回路基板に対して直角又は垂直な方向において測定された構成要素の全高は、構成要素の「側面輪郭」と呼ばれることがある。構成要素の専有面積は、構成要素をいくつ回路基板上に設置することができるかをある程度決定し、そして側面輪郭は、電子デバイス内の互いに平行な回路基板間に許されるスペースをある程度決定する。電子デバイスが小さくなればなるほど、存在するそれぞれの回路基板上により多くの構成要素を設置すること、又は隣接する回路基板との間の空隙を小さくすること、又はその両方が求められる。
【００１６】
パートII．模範的な本発明の磁気構成要素組立体及び製造方法
磁気構成要素の種々の実施態様を、回路基板用途の既存の磁気構成要素を凌ぐ製造上及び組立て上の利点をもたらす磁性本体構造及びコイル構造を含めて、以下に説明する。下記において明らかになるように、利点は少なくとも一部は、コイル上に成形される磁性材料を利用することにより、分離したギャップ付きコアとコイルとの組立工程を排除するという理由からもたらされる。また、磁性材料は、分散ギャップ特性を有しており、これらの分散ギャップ特性は、異なる磁性材料片に物理的なギャップを形成するか、又はこれらの磁性材料片を分離するいかなる必要性をも回避する。このようなものとして、一貫した物理的ギャップ・サイズを確立して維持することに伴う困難及び費用が有利に回避される。更に他の利点は一部は明白であり、また一部は後で指摘する。
【００１７】
記載のデバイスと関連する製造工程は、一部は明白であり、また一部は具体的に下で説明する。同様に、記載の方法の工程と関連するデバイスも一部は明白であり、また一部は下で明示的に説明する。すなわち、本発明のデバイス及び方法は、下記において必ずしも別個に記述するわけではないが、しかし更に説明しなくても、当業者の視野内に十分に含まれると思われる。
【００１８】
下記図面を参照しながら、非限定的で非網羅的な実施態様を説明する。図面において、同じ符号は他に断りのない限り、種々の図面全体を通して同様の部分を示す。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の模範的な１実施態様に従って形成された第１の模範的な磁気構成要素組立体の分解図である。
【図２】図２は、図１に示されている磁気構成要素組立体のための第１の模範的なコイルの斜視図である。
【図３】図３は、図２に示されたコイルのワイヤの断面図である。
【図４】図４は、図１に示されている磁気構成要素組立体のための第２の模範的なコイルの斜視図である。
【図５】図５は、図４に示されたコイルのワイヤの断面図である。
【図６】図６は、本発明の模範的な実施態様に従って形成された第２の模範的な磁気構成要素組立体の斜視図である。
【図７】図７は、本発明の模範的な実施態様に従って形成された第３の模範的な磁気構成要素組立体の斜視図である。
【図８】図８は、図７に示される構成要素の組立図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
ここで図１を参照すると、磁気構成要素組立体１００は、層状構造を成して製作され、複数の層がバッチプロセスで積み重ねられて組み立てられる。
【００２１】
図示の組立体１００は、外側の磁気層１０２及び１０４と、内側の磁気層１０６及び１０８と、コイル層１１０とを含む複数の層を含んでいる。内側の磁気層１０６及び１０８は、コイル層１１０の対向する側に位置決めされており、間にコイル層１１０を挟んでいる。外側の磁気層１０２及び１０４は、コイル層１１０の対向する側の内側の磁気層１０６及び１０８の表面上に位置決めされている。
【００２２】
模範的な実施態様の場合、磁気層１０２、１０４，１０６及び１０８のそれぞれは、成形可能な磁性材料から製作される。前記成形可能な磁性材料は、例えば、当業者ならば疑いなく価値を認めるような分散ギャップ特性を有する磁性粉末粒子と高分子バインダーとの混合物である。磁気層１０２，１０４，１０６及び１０８は、従ってコイル層１１０の周りで加圧され、そして互いに加圧されることにより、コイル層１１０の上方、下方、及び周囲に一体的又はモノリシックな磁性本体１１２を形成することができる。４つの磁気層及び１つのコイル層が示されているが、これよりも多い又は少ない数の磁気層と２つ以上のコイル層１１０とを更なる実施態様及び／又は別の実施態様において利用することもできる。
【００２３】
模範的な実施態様の場合、磁気層を製作するために使用される材料は、１を大きく上回る比透磁率μrを呈することにより、小型パワーインダクタにとって十分なインダクタンスを生成する。より具体的には、模範的な実施態様では、透磁率μrは少なくとも１０．０以上である。
【００２４】
図１に示されているようなコイル層１１０は、巻線と呼ばれることもある複数のコイルを含んでいる。任意の数のコイルがコイル層１１０内で利用されてよい。コイル層１１０内のコイルは、例えば上で参照した同一所有者による関連する特許出願明細書に記載されているものを含む導電性材料から任意の様態で製作されてよい。例えば、種々異なる実施態様におけるコイル層１１０はそれぞれ、所定の巻き数に対応して軸線を中心として巻かれた平角ワイヤ導体から形成されるか、又は所定の巻き数に対応して軸線を中心として巻かれた丸ワイヤ導体から形成されるか、又は剛性の又は柔軟な基板材料上にプリント技術などを施すことにより形成されてよい。
【００２５】
コイル層１１０内のそれぞれのコイルは、完全な一巻き未満の断片的又は部分的な巻きを含む任意の数の巻き又はループを含むことによって、所期の磁気効果、例えば磁気構成要素のインダクタンス値を達成することができる。巻き又はループは、その端部で接合された直線形導電路、湾曲形導電路、らせん形導電路、蛇行形導電路、又はその他の周知の幾つかの形状及び形態を含み得る。コイル層１１０内のコイルは、ほぼ平面状の要素として形成されてよく、或いは三次元の自立型コイル要素として形成されてもよい。自立型コイル要素が使用される後者の場合、自立型要素は、製造を目的とするリードフレームに結合されてよい。
【００２６】
磁気層１０２，１０４，１０６及び１０８を形成するために使用される磁性粉末粒子は、種々の実施態様において、フェライト粒子、鉄（Ｆｅ）粒子、センダスト（Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ）粒子、ＭＰＰ（Ｎｉ−Ｍｏ−Ｆｅ）粒子、ハイフラックス（HighFlux）（Ｎｉ−Ｆｅ）粒子、メガフラックス（Megaflux）（Ｆｅ−Ｓｉ合金）粒子、鉄系非晶質粉末粒子、コバルト系非晶質粉末粒子、又は当業者に知られたその他の同等の材料であってよい。このような磁性粉末粒子が高分子バインダー材料と混合されると、結果として生じる磁性材料は分散ギャップ特性を呈する。これらの分散ギャップ特性は、異なる磁性材料片に物理的なギャップを形成するか、又はこれらの磁性材料片を分離するいかなる必要性をも回避する。このようなものとして、一貫した物理的ギャップ・サイズを確立して維持することに伴う困難及び費用が有利に回避される。高電流用途の場合、予めアニールされた磁性非晶質金属粉末を高分子バインダーと組み合わせることが有利であると考えられる。
【００２７】
種々異なる実施態様の場合、磁気層１０２，１０４，１０６及び１０８は、同じタイプの磁性粒子又は異なるタイプの磁性粒子から製作されてよい。すなわち、一つの実施態様では、層１０２，１０４，１０６及び１０８が同一とは言わないまでもほぼ同様の磁気特性を有するように、全ての磁気層１０２，１０４，１０６及び１０８は、同一タイプの磁性粒子から製作されてよい。しかしながら別の実施態様の場合、層１０２，１０４，１０６及び１０８のうちの１つ以上を、他の層とは異なるタイプの磁性粉末粒子から製作することもできる。例えば、内側の層１０６及び１０８が外側の磁気層１０２及び１０４とは異なる特性を有するように、内側の磁気層１０６及び１０８は、外側の磁気層１０２及び１０４とは異なるタイプの磁性粒子を含んでよい。完成済みの構成要素の性能特性は、利用される磁気層の数、及び磁気層のそれぞれを形成するために使用される磁性材料のタイプに応じて相応に変化してよい。
【００２８】
シート１０２，１０４，１０６及び１０８を形成するために使用される磁気複合材料の種々の配合が、使用時における構成要素組立体の様々な磁気性能レベルを達成するために可能である。しかしながら大まかに見て、パワーインダクタ用途の場合、材料の磁気性能は、層内で使用される磁性粒子の磁束密度飽和点（Ｂｓａｔ）、磁性粒子の透磁率（μ）、層内の磁性粒子の配合率（重量％）、及び下記で説明するようにコイルの周りで加圧された後の層の嵩密度にほぼ比例する。すなわち、磁気飽和点、透磁率、配合率、及び嵩密度を高くすることにより、より高いインダクタンスが実現されて性能が改善される。
【００２９】
他方において、構成要素組立体の磁気性能は、層１０２，１０４，１０６及び１０８において使用されたバインダー材料の量に反比例する。こうして、バインダー材料の配合率が高くなるに伴って、末端構成要素のインダクタンス値、並びに構成要素の磁気性能全体も低下する傾向がある。Ｂｓａｔ及びμのそれぞれは、磁性粒子と関連する材料特性であり、種々異なるタイプの粒子の間で変化し得るのに対して、磁性粒子の配合率及びバインダーの配合率は、種々異なる層配合物の間で変化し得る。
【００３０】
インダクタ構成要素の場合、上記考察を利用して、特定の目的を達成するために材料及び層配合を戦略的に選択することができる。一例としては、より高出力のインダクタ用途で磁性粉末材料として使用するためには、金属粉末材料がフェライト材料よりも好ましいことがある。なぜならば、金属粉末、例えばＦｅ−Ｓｉ粒子がより高いＢｓａｔ値を有するからである。Ｂｓａｔ値は、外部磁界強度Ｈを加えることによって達することができる、磁性材料中の最大磁束密度Ｂを意味する。Ｂ−Ｈ曲線と呼ばれることがある磁化曲線（磁束密度Ｂが一連の磁界強度Ｈに対してプロットされる）が任意の所与の材料に対応するＢｓａｔ値を明らかにする。Ｂ−Ｈ曲線の初期部分は、材料の透磁率又は材料が磁化されるようになる傾向を定義する。Ｂｓａｔは、材料の磁化又は磁束の最大状態が確立されて、磁界強度が引き続き増大しても、磁束が多かれ少なかれ一定の状態にとどまるようになるＢ−Ｈ曲線内の点を意味する。換言すれば、Ｂ−Ｈ曲線が最小勾配に達してこれを維持する点が磁束密度飽和点（Ｂｓａｔ）を表す。
【００３１】
加えて、金属粉末粒子、例えばＦｅ−Ｓｉ粒子は、比較的高レベルの透磁率を有しているのに対して、フェライト材料、例えばＦｅＮｉ（パーマロイ）の透磁率は比較的低い。一般的に言えば、使用される金属粒子のＢ−Ｈ曲線の透磁率勾配が大きければ大きいほど、磁束を発生させる磁界を誘導する特定の電流レベルで磁束及び磁気エネルギーを貯える複合材料の能力は高くなる。
【００３２】
図１が示すように、磁気層１０２，１０４，１０６及び１０８は、比較的薄いシートとして提供することができる。これらのシートは、コイル層１１０と一緒に積み重ねられて、積層工程で又は当業者に知られる他の技術を介して互いに接合される。本明細書中で使用される「積層」という用語は、磁気層が層として接合又は一体化され、そして結合され一体化された後、識別可能な層のまま残されるような工程を意味するものである。また、磁気層を製作するために使用される高分子バインダー材料は、積層工程中に加熱することなしに粉末シートの加圧積層を可能にする熱可塑性樹脂を含んでよい。他の周知の積層材料によって必要とされる、加熱積層の高い温度に伴う費用及びコストは、従って加圧積層によって避けられる。磁気シートは型又はその他の加圧容器内に入れられて、磁性粉末シートを互いに積層するように圧縮される。磁気層１０２，１０４，１０６及び１０８は、別の製造段階で予め製作することにより、後続の組立段階における磁気構成要素の形成を単純にすることができる。
【００３３】
加えて、磁気材料は、例えば圧縮成形技術によって、又は層をコイルに結合して磁性本体を所望の形状に形成するための他の技術によって、所望の形状に有益に成形することができる。材料を成形する能力は、コイルを含む一体的又はモノリシックな構造として、コイル層１１０の周りに磁性本体が形成されて、コイルを磁気構造に組み付ける別の製造工程が回避される点で有利である。磁性本体の種々様々な形状を種々の実施態様において提供することができる。
【００３４】
構成要素組立体１００が１つに固定されると、組立体１００はカット、ダイシング、単一化、又はその他の形で分離することによって、分離した個々の構成要素にされる。それぞれの構成要素は、ほぼ方形のチップ型構成要素であってよいが、他の変更形も可能である。それぞれの構成要素は、所期の最終使用又は最終用途に応じて、単一のコイル又は複数のコイルを含むことができる。表面実装成端構造、例えば引用することにより本明細書中に組み入れられる関連出願明細書に記載された成端構造のうちのいずれかを、構成要素が単一化される前又は後に組立体１００に設けることができる。構成要素は、周知のはんだ付け技術などを使用して回路基板の表面に実装することにより、基板上の回路と磁気構成要素内のコイルとの間の電気的な接続を確立することができる。
【００３５】
構成要素は具体的には、直流（ＤＣ）電力用途、単相電圧コンバータ電力用途、二相電圧コンバータ電力用途、三相電圧コンバータ電力用途、及び多相電力用途において変圧器又はインダクタとして使用するために適合させることができる。種々様々な実施態様において、コイルは、種々異なる目的を達成するために、構成要素それ自体の中で、又はコイルが装着されている回路基板の回路を介して電気的に直列又は並列接続される。
【００３６】
２つ以上の独立したコイルが１つの磁気構成要素内に設けられるときには、コイルは、コイル間で共有する磁束があるように配列されてよい。すなわち、コイルは、単一の磁性本体の部分を通る共通の磁束通路を利用する。
【００３７】
バッチ製作法が図１に示されているが、言うまでもなく、必要に応じて他の方法を用いて、個々の分離した磁気構成要素を製作することもできる。すなわち、例えば個々のデバイスに対して所望の数のコイルだけを取り囲むように、成形可能な磁気材料を加圧することができる。一例としては、多相電力用途の場合、成形可能な磁気材料を、２つ以上の独立したコイルの周りで加圧して、必要な任意の成端構造を付加することによって完成され得る一体形の磁性本体・コイル構造を提供することができる。
【００３８】
図２は、例えば上記のもののような磁気構成要素を組み立てる上で利用することができる第１の模範的なワイヤ・コイル１２０の斜視図である。図２に示すように、ワイヤ・コイル１２０は、リードとも呼ばれる対向する端部１２２及び１２４を含み、巻線部分１２６が端部１２２及び１２４の間で延びている。コイル１２０を製作するために使用されるワイヤ導体は、銅、又は当業者に知られている別の導電性金属、又は合金から製作されてよい。
【００３９】
ワイヤは、所期の効果、例えば構成要素の選択された最終使用又は最終用途に対応する所期インダクタンス値を達成するために、所定の巻き数を有する巻線部分１２６を提供するように、周知の方法で軸線１２８の周りに柔軟に巻かれてよい。当業者には明らかなように、巻線部分１２６のインダクタンス値は、主としてワイヤの巻き数、コイルを製作するために使用されるワイヤの具体的な材料、及びコイルを製作するために使用されるワイヤの断面積に依存する。このようなものとして、コイル巻き数、巻きの配列、及びコイル巻線部分の断面積を変化させることによって、磁気構成要素のインダクタンス等級を、種々異なる用途に合わせて大幅に変化させることができる。製造を目的としてコイル層１１０（図１）を形成するために、多くのコイル１２０が予め製作されてリードフレームに接続されてよい。
【００４０】
図３は、コイル１２０（図２）を製作するために使用されるワイヤの更なる形体を示すコイル端部１２４の断面図である。コイル端部１２４だけが示されているが、コイル全体も同様の形体を有していることは言うまでもない。他の実施態様では、図３に示された形体がコイルの全ての部分ではなくいくつかの部分に提供することができる。一例としては、図３に示された形体が、巻線部分１２６（図２）に提供されるが端部１２２，１２４には提供されない。他の変更形も同様に可能である。
【００４１】
ワイヤ導体１３０は、断面の中心に見られる。図３に示された例の場合、ワイヤ導体１３０は断面がほぼ円形であり、従って、ワイヤ導体は、丸ワイヤと呼ばれることがある。完成した組立体内でワイヤが隣接する磁性粉末粒子と電気的に短絡することを回避するとともに、製造プロセス中にコイルに対する何らかの保護手段を提供するために、ワイヤ導体１３０を覆うように絶縁体１３２を設けることができる。このような目的にとって十分な任意の絶縁材料を、例えば塗布技術又は浸漬技術を含む任意の周知の方法で提供することができる。
【００４２】
図３にも示されているように、結合剤１３４も設けられている。結合剤は、構成要素組立体の製造中に、任意選択的には熱活性化又は化学的に活性化されてよい。結合剤は、付加的な構造強度及び完全性、並びにコイルと磁性本体との間の改善された結合を提供するので有益である。このような目的に適した結合剤は、例えば塗布技術又は浸漬技術を含む任意の周知の方法で提供することができる。
【００４３】
絶縁体１３２及び結合剤１３４は有利ではあるが、これらは種々異なる実施態様において個別にも集合的にも任意選択的なものであると考えられてよい。すなわち、絶縁体１３２及び／又は結合剤１３４は全ての実施態様に存在する必要はない。
【００４４】
図４は、コイル１２０（図２）の代わりに、磁気構成要素組立体１００（図１）内で使用することができる第２の模範的なワイヤ・コイル１４０の斜視図である。図４に示すように、ワイヤ・コイル１４０は、リードとも呼ばれる対向する端部１４２及び１４４を含み、巻線部分１４６が端部１４２及び１４４の間で延びている。コイル１４０を製作するために使用されるワイヤ導体は、銅、又は当業者に知られている別の導電性金属、又は合金から製作されてよい。
【００４５】
ワイヤは、所期の効果、例えば構成要素の選択された最終使用又は最終用途に対応する所期インダクタンス値を達成するために、所定の巻き数を有する巻線部分１４６を提供するように、周知の方法で軸線１４８の周りに柔軟に形成されるか又は巻かれてよい。
【００４６】
図５に示されているように、ワイヤ導体１５０は断面の中心に見られる。図５に示された例の場合、ワイヤ導体１５０は、断面がほぼ細長い方形であり、ほぼ平らで平面的な対向面を有する。従ってワイヤ導体１５０は、平角ワイヤ（フラット・ワイヤ）と呼ばれることがある。高温絶縁部材１３２及び／又は結合材１３４を上記のように任意選択的に設けることにより同様の利点が得られる。
【００４７】
コイル１２０又は１４０を製作するために、ワイヤ導体の更に他の形状が可能である。すなわち、ワイヤは丸い又は平たいものである必要はなく、必要に応じて他の形状を有してよい。
【００４８】
図６は別の磁気構成要素組立体１６０を示しており、前記磁気構成要素組立体１６０は通常、磁性本体１６２を形成する成形可能な磁性材料と、前記磁性本体に結合された複数の多重巻きワイヤ・コイル１６４とを含む。前述の実施態様と同様に、磁性本体１６２は比較的単純な製造プロセスでコイル１６４の周りで加圧される。コイル１６４は、磁性本体内で互いに間隔を置かれており、磁性本体１６２内で独立に操作可能である。図６に示されているように、３つのワイヤ・コイル１６４が設けられているが、これよりも多い又は少ない数のコイル１６４が他の実施態様において設けられてもよい。加えて、図６に示されたコイル１６４は、丸ワイヤ導体から製作されているが、本明細書中に記載されたもの、又は上記関連出願に記載されたもののいずれかを含む他のタイプのコイルを代わりに使用してもよい。コイル１６４には、上述のような高温絶縁体及び／又は結合剤を任意選択的に設けることもできる。
【００４９】
磁性本体１６２を形成する成形可能な磁性材料は、上述の材料、又は当業者に知られたその他の好適な材料のうちのいずれかであってよい。バインダーと混合された磁性粉末材料は有利であるとは思われるものの、磁性本体１６２を形成する磁性材料のためには、粉末粒子も、非磁性バインダー材料も絶対に必要というわけではない。加えて、上記のような成形可能な磁性材料はシート又は層として提供される必要もなく、圧縮成形技術又は当業者に知られたその他の技術を用いてコイル１６４に直接に結合されてもよい。図６に示された磁性本体１６２は、ほぼ細長い方形であるが、磁性本体１６２の他の形状も可能である。
【００５０】
コイル１６４は、コイル間で共有する磁束があるように磁性本体１６２内に配列されてよい。すなわち、隣接するコイル１６４同士は、磁性本体の部分を通る共通の磁束通路を共有することができる。
【００５１】
図７及び８は、磁性本体１７２を形成する粉末磁性材料と、前記磁性本体に結合されたコイル１２０とを含む、別の小型化された磁気構成要素組立体１７０を示している。磁性本体１７２は、コイル１２０の一方の側に成形可能な磁気層１７４，１７６，１７８を有するように、そしてコイル１２０の反対側に成形可能な磁気層１８０，１８２，１８４を有するように製作されている。６つの磁気材料層が示されているが、言うまでもなく、これよりも多い又は少ない数の磁気層が、更なる且つ／又は代わりの実施態様において設けられてもよい。また、或る特定の実施態様において、他のシートを利用することなしに、単一のシート、例えば上側シート１７８が磁性本体１７２を形成することも考えられる。
【００５２】
模範的な実施態様において、磁気層１７４，１７６，１７８，１８０，１８２，１８４は、上述の粉末材料、又は当業者に知られたその他の粉末磁性材料のうちのいずれかであってよい。磁性材料層が図７に示されているが、粉末磁性材料は任意選択的には、上記の層を形成するための事前製作工程なしに、加圧するか又は他の形式で粉末の形態で直接コイルに結合してもよい。
【００５３】
層１７４，１７６，１７８，１８０，１８２，１８４が、同一とは言わないまでも同様の磁気特性を有するように、全ての層１７４，１７６，１７８，１８０，１８２，１８４を同じ磁性材料から製作してよい。別の実施態様の場合、層１７４，１７６，１７８，１８０，１８２，１８４のうちの１つ以上が磁性本体１７２内の他の層とは異なる磁性材料から製作されてよい。例えば、層１７６，１８０及び１８４が第１の磁気特性を有する第１の成形可能な材料から製作されて、層１７４，１７８及び１８２が第１の磁気特性とは異なる第２の特性を有する第２の成形可能な材料から製作されてよい。
【００５４】
前の実施態様とは異なり、磁気構成要素１７０は、コイル１２０に挿入された成形コア要素１８６を含んでいる。模範的な実施態様の場合、成形コア要素１８６は、磁性本体１７２とは異なる磁性材料から製作されてよい。成形コア要素１８６は、例えば上記のものを含む、当業者に知られた任意の材料から製作されてよい。図７及び８に示されているように、成形コア要素１８６は、コイル１２０の中央開口１８８の形状に対して相補的なほぼ円筒形状になるように形成することができるが、非円筒形開口を有するコイルとともに非円筒形状を用いることも考えられる。更に他の実施態様では、成形コア要素１８６及びコイル開口は、相補的な形状を有することを必要としない。
【００５５】
成形コア要素１８６は、コイル１２０内の開口１８６を通って延びており、次いで磁性本体１７２を完成するために、成形可能な磁性材料がコイル１２０及び成形コア要素１８６の周りで成形される。成形コア要素１８６及び磁性本体１７２の異なる磁気特性は、成形コア要素１８６のために選ばれた材料が、磁性本体１７２を形成するために使用される成形可能な磁性材料よりも良好な特性を有する場合に特に有利である。こうして、コア要素１８６を通過する磁束通路は、磁性本体がそうではなく提供した場合の性能よりも良好な性能を提供することができる。成形可能な磁性材料の製造上有利な点は、磁性本体全体が成形コア要素１８６の材料から製作される場合よりも構成要素のコストを低くすることである。
【００５６】
１つのコイル１２０及びコア要素１８６が図７及び８に示されているが、２つ以上のコイル及びコア要素が磁性本体１７２内に同様に設けられることも考えられる。加えて、本明細書中に記載されたもの、又は上記関連出願に記載されたもののいずれかを含む他のタイプのコイルを必要に応じてコイル１２０の代わりに利用してもよい。
【００５７】
当業者によく知られているチップ型構成要素を提供するために、表面実装成端構造を磁気構成要素組立体１７０に設けてもよい。このような表面実装成端構造は、例えば引用することにより本明細書中に組み入れられる関連開示内容において特定される任意の端子構造、又は当業者に知られている他の端子構造を含んでいてよい。構成要素組立体１７０はそれに応じて、表面実装成端構造及び周知の技術を用いて回路基板に実装され得る。従って、小型化された低い側面輪郭の構成要素組立体１７０は、より大型の回路基板組立体内で（専有面積及び側面輪郭の両方に関して）比較的小さなスペースを占め、そして回路基板組立体のサイズを更に低減することさえ可能にする比較的高出力、高性能の磁気構成要素を容易に実現する。このため、回路基板組立体を含むより強力な、しかしより小型の電子デバイスが可能になる。
【００５８】
III．開示された模範的な実施態様
本発明の利点は今や、前述の例及び実施態様から明らかであると思われる。
【００５９】
磁気構成要素組立体の模範的な実施態様は、磁気シート材料から成る少なくとも１つの予め製作された層と、少なくとも１つの予め製作されたコイルとを具備する積層構造を含み、前記少なくとも１つの予め製作された層は、前記予め製作されたコイルの周りで圧縮されることにより、コイルを内に含む一体形の磁性本体を形成する。磁性本体内には物理的なギャップが形成されず、また前記組立体はパワーインダクタを形成することができる。
【００６０】
任意選択的には、磁気シート材料から成る少なくとも１つの予め製作された層は、磁性粉末粒子と高分子バインダーとの混合物を含む。磁性粒子は、フェライト粒子、鉄（Ｆｅ）粒子、センダスト（Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ）粒子、ＭＰＰ（Ｎｉ−Ｍｏ−Ｆｅ）粒子、ハイフラックス（Ｎｉ−Ｆｅ）粒子、メガフラックス（Ｆｅ−Ｓｉ合金）粒子、鉄系非晶質粉末粒子、コバルト系非晶質粉末粒子、及びこれらの同等物及び組み合わせから成る群から選択することができる。磁気シート材料から成る少なくとも１つの予め製作された層は、少なくとも２つの磁気シート材料層を含んでいてよく、少なくとも２つの磁気シート材料層の間に少なくとも１つの予め製作されたコイルが挟まれている。少なくとも２つの磁気シート材料層は、それぞれが異なるタイプの磁性粉末粒子から製作されていてよく、これにより複数の磁気シート材料層のうちの少なくとも２つは、互いに異なる磁気特性を呈する。
【００６１】
磁気シート材料から成る少なくとも１つの予め製作された層は、比透磁率が約１０を上回ってよい。高分子バインダーは熱可塑性樹脂であってよい。
【００６２】
コイルは中央開口を画定してよく、構成要素組立体は、成形磁気コア要素をさらに具備してよい。成形磁気コア要素は、成形コア要素とは別に提供されて、中央開口内部に嵌め込まれてよい。磁気シート材料から成る少なくとも１つの予め製作された層は、少なくとも２つの磁気シート材料層を含んでおり、少なくとも２つの磁気シート材料層の間に少なくとも１つの予め製作されたコイルが挟まれており、そして、成形磁気コア要素も、少なくとも２つの磁気シート材料層の間に挟まれている。成形磁気コア要素はほぼ円筒形であってよい。
【００６３】
コイルがワイヤ導体を含んでいてよく、前記ワイヤ導体は、巻線部分を形成するように、所定の巻き数に対応して軸線の周りに柔軟に巻かれている。ワイヤ導体は丸でも平角でもよい。所定の数の巻きは、端部で接合された直線形導電路、湾曲形導電路、らせん形導電路、及び蛇行形導電路のうちの少なくとも１つを含んでいてよい。コイルは、三次元の自立型コイル要素として形成されてよい。コイルは結合剤を備えていてよい。コイルはリードフレームに接続されていてよい。
【００６４】
磁気構成要素の製造方法も開示される。前記構成要素は、コイル巻線とコイル巻線のための磁性本体とを含んでおり、この方法は：少なくとも１つの予め製作されたコイル巻線の周りに、磁気シート材料から成る少なくとも１つの予め製作された層を圧縮成形することにより、コイル巻線を内に含む積層磁性本体を形成する段階を含む。
【００６５】
圧縮成形は加熱積層を伴わないことがある。コイル巻線が中央開口を含み、この方法は、別に製作された成形コア要素を前記中央開口に取り付ける段階を更に含んでよい。
【００６６】
この方法によって製品を得ることができる。磁気シート材料から成る少なくとも１つの予め製作された層は、比透磁率が少なくとも約１０である。磁気シート材料から成る少なくとも１つの予め製作された層は、磁性粉末粒子と高分子バインダーとの混合物を含んでよい。高分子バインダーは熱可塑性樹脂であってよい。磁気シート材料から成る少なくとも１つの予め製作された層が、少なくとも２つの磁気シート材料層を含んでよく、前記２つの磁気シート材料層が異なるタイプの磁性粒子を含み、従って異なる磁気特性を有している。製品は小型パワーインダクタであってよい。
【００６７】
上記の説明は、最良の形態を含む、本発明を開示するための例を用いており、また、任意の装置又はシステムを形成して使用すること、そして組み入れられた任意の方法を実施することを含めて、当業者が本発明を実施するのを可能にするための例を用いている。本発明の特許性のある範囲は請求項によって定義され、そして当業者が想到する他の例を含むことがある。このような他の例は、これらが請求項の文字通りの言語とは異ならない構造要素を有している場合、又はこれらが、請求項の文字通りの言語とは違いが僅かしかない同等の構造要素を含む場合、請求項の範囲に含まれるものとする。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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