(57)【要約】【課題】磁性体層が積層された積層インダクタにおいて、良好な直流重畳特性を得ること。【解決手段】複数の磁性体層及びコイル導体層が積層されてなる部品素体と、前記部品素体の表面に設けられた一対の外部電極を有する積層インダクタであって、前記コイル導体層は前記磁性体層に設けられたスルーホールを介して互いに接続され前記部品素体に埋設されるらせん状のコイルを構成し、前記コイルの両端は前記部品素体の表面に引き出され前記一対の前記外部電極にそれぞれ接続され、前記部品素体の積層方向の厚みをＴ、前記コイルの積層方向の長さをＴ’、前記コイルのターン数をｎとしたとき、０．５≦Ｔ’／Ｔ≦０．８５かつＴ’／ｎ≧２７μｍであることを特徴とする。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の磁性体層及びコイル導体層が積層されてなる部品素体と、前記部品素体の表面に設けられた一対の外部電極を有し、前記コイル導体層は前記磁性体層に設けられたスルーホールを介して互いに接続され前記部品素体に埋設されるらせん状のコイルを構成し、前記コイルの両端は前記部品素体の表面に引き出され前記一対の外部電極にそれぞれ接続され、前記部品素体の積層方向の厚みをＴ、前記コイルの積層方向の長さをＴ’、前記コイルのターン数をｎとしたとき、
０．５０≦Ｔ’／Ｔ≦０．８５
Ｔ’／ｎ≧２７μｍ
であることを特徴とする積層インダクタ。
【請求項２】
前記コイル導体層の各々に近接する磁性体層内に、前記スルーホールに接続する少なくとも一層の導体層がそれぞれ設けられることを特徴とする請求項１に記載の積層インダクタ。
【請求項３】
０．６０≦Ｔ’／Ｔ≦０．７７
Ｔ’／ｎ≧２７μｍ
であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の積層インダクタ。
【請求項４】
前記部品素体を積層方向から見た場合における、前記コイルの内側の面積をＭ１、前記コイルの外側の面積をＭ２としたとき、
０．２４≦Ｍ１／Ｍ２≦０．３６
であることを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の積層インダクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積層インダクタ、特にチョークコイル用の積層インダクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
チョークコイル等の用途に用いられるチップ型の積層インダクタとしては、複数の磁性体層とコイル導体層が積層され、前記コイル導体層が互いに接続されてなるコイルが前記部品素体に埋設された構成のものが一般に知られている。
【０００３】
例えば、図１１において、積層インダクタ２１は、部品素体２２とその表面に設けられた一対の外部電極２３ａ及び２３ｂより構成される。
【０００４】
また、図１０に示すように、部品素体２２は磁性体層２４ａ〜２４ｌが積層されてなる。磁性体層２４ｄ〜２４ｊ上にはそれぞれコイル導体層２５ａ〜２５ｇが設けられる。また、磁性体層２４ｄ〜２４ｉにおいて上部にコイル導体層２５ａ〜２５ｆの一方の端部が設けられる位置に、スルーホール２６ａ〜２６ｆがそれぞれ設けられる。そして、コイル導体層２５ａ〜２５ｇは、前記スルーホール２６ａ〜２６ｆを介して互いに接続され、前記部品素体２２の内部でらせん状のコイルを形成する。
【０００５】
さらに、コイル導体層２５ａ及び２５ｇの一方の端部は前記部品素体２２の表面にそれぞれ引き出され、前記外部電極２３ｂ及び２３ａにそれぞれ接続される。
【０００６】
このような構成を有する積層インダクタは、特許第２５１８７５７号公報、特許第２９２１５９４号公報等、多数の文献に記載されている。
【０００７】
上述の積層インダクタをチョークコイルに使用する場合、使用する回路により異なるが、インダクタンスが１μＨから２２μＨの範囲で使用されるのが一般的である。当該範囲において、例えば１、２．２、４．７、１０、２２μＨのインダクタンスを取得するため、前記各インダクタンス値に応じてコイルのターン数を変動させる。すなわち、コイル導体層の層数を変動させることによりコイルのターン数を変動させ、所望のインダクタンスを取得する。
【０００８】
このとき、コイル導体間の磁性体層の厚さはインダクタンス値によらず一定とし、ターン数によりコイル部の厚みが変動するように設計されることが多い。この設計のメリットは、使用するセラミックグリーンシートの厚みが一種類ですむことであり、容易かつ低コストで製造することができる。
【特許文献１】特許第２５１８７５７号公報
【特許文献２】特許第２９２１５９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
近年、電子機器の小型化によりチョークコイルも小型のものが要求されるようになってきている。同時に、小型の積層インダクタにおいて定格電流の向上への要求が高まっている。
【００１０】
しかしながら、上述のように磁性体層が積層された積層インダクタは閉磁路構造を有するため、直流電流を印加したとき磁気飽和が起こりやすく、これによりインダクタンスが低下しやすい。このため、上述の積層インダクタは一般に直流重畳特性が悪く、十分な定格電流を確保するのが困難であるという問題があった。
本発明では、上述の問題を解決し、磁性体層が積層された積層インダクタにおいて、良好な直流重畳特性を得ることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述の問題を解決するため、発明者は積層インダクタのコイル構造と直流重畳特性の関係について鋭意研究を重ねた。その結果、コイル構造と直流重畳特性の間に一定の相関関係を発見するとともに、良好な直流重畳特性を有する積層インダクタを得るに至った。
【００１２】
すなわち、本発明の積層インダクタは、複数の磁性体層及びコイル導体層が積層されてなる部品素体と、前記部品素体の表面に設けられた一対の外部電極を有する積層インダクタであって、前記コイル導体層は前記磁性体層に設けられたスルーホールを介して互いに接続され前記部品素体に埋設されるらせん状のコイルを構成し、前記コイルの両端は前記部品素体の表面に引き出され前記一対の外部電極にそれぞれ接続され、前記部品素体の積層方向の厚みをＴ、前記コイルの積層方向の長さをＴ’、前記コイルのターン数をｎとしたとき、０．５０≦Ｔ’／Ｔ≦０．８５（より好ましくは０．６０≦Ｔ’／Ｔ≦０．７７）かつＴ’／ｎ≧２７μｍであることを特徴とする。
【００１３】
このような構成とすることにより、前記積層インダクタに直流電流が印加されたときにコイル周辺で磁気飽和が発生するのを緩和することができる。このため、直流重畳特性の良好な積層インダクタが得られる。
【００１４】
また、前記積層インダクタにおいて、前記コイル導体層の各々に近接する磁性体層内に、前記スルーホールに接続する少なくとも一層の導体層がそれぞれ設けられることを特徴とする。
【００１５】
このような構成とすることにより、プレス成型の際にコイル導体層が変形してコイルの形状が崩れるのを防ぐことができる。
【００１６】
また、前記積層インダクタの部品素体を積層方向から見た場合における、前記コイルの内側の面積をＭ１、前記コイルの外側の面積をＭ２としたとき、
０．２４≦Ｍ１／Ｍ２≦０．３６
であることを特徴とする。
【００１７】
このような構成とすることにより、前記積層インダクタに直流電流が印加されたときにコイル周辺で磁気飽和が発生するのを緩和することができる。このため、高インダクタンスかつ直流重畳特性の良好な積層インダクタが得られる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の積層インダクタは、複数の磁性体層及びコイル導体層が積層されてなる部品素体と、前記部品素体の表面に設けられた一対の外部電極を有し、前記コイル導体層は前記磁性体層に設けられたスルーホールを介して互いに接続され前記部品素体に埋設されるらせん状のコイルを構成し、前記コイルの両端は前記部品素体の表面に引き出され前記一対の前記外部電極にそれぞれ接続されてなる積層インダクタであって、前記部品素体の積層方向の厚みと、前記コイルの積層方向の長さと、前記コイルのターン数の関係を最適化したことにより、良好な直流重畳特性を得ることができるという効果を有する。
【００１９】
また、前記コイル導体層の各々に近接する磁性体層内に、前記スルーホールに接続する少なくとも一層の導体層がそれぞれ設けられることにより、プレス成型の際にコイル導体層が変形してコイルの形状が崩れるのを防ぐことができるという効果を有する。
【００２０】
さらに、コイルパターンの形状を最適化したことにより、高いインダクタンスと良好な直流重畳特性を得ることができるという効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づき説明する。
【００２２】
図１は、本発明の一実施の形態による積層インダクタの分解斜視図である。また、図２は、前記積層インダクタを図１に示すＡＡ’方向で切断した断面図である。
【００２３】
図２に示すように、積層インダクタ１は、部品素体２とその表面に設けられた一対の外部電極３ａ及び３ｂより構成される。
【００２４】
図１に示すように、前記部品素体２は、磁性体層４ａ〜４ｈの間に接続磁性体層８ａ〜８ｇがそれぞれ挿入されるとともに、前記磁性体層及び前記接続磁性体層の上部に保護磁性体層７ａが、下部に保護磁性体層７ｂがそれぞれ積層されてなる。磁性体層４ｂ〜４ｇ上にはコイル導体層５ａ〜５ｆがそれぞれ設けられ、磁性体層４ａ、４ｈ上には引き出し導体層９ａ、９ｂがそれぞれ設けられる。また、磁性体層４ａ〜４ｇ及び接続磁性体層８ａ〜８ｇにおいて上部にコイル導体層５ａ〜５ｆまたは引き出し導体層４ａの一方の端部が設けられる位置に、スルーホール６ａ〜６ｎがそれぞれ設けられる。コイル導体層５ａ〜５ｆ及び引き出し導体層９ａ、９ｂは、前記スルーホール６ａ〜６ｎを介して互いに接続され、部品素体２の内部でらせん状のコイルを形成する。
【００２５】
次に、積層インダクタ１の製造方法について説明する。
【００２６】
まず、フェライトを主成分とするセラミックグリーンシートの所定の位置にスルーホールが形成される。その後、スクリーン印刷等の方法により前記グリーンシート上にコイル導体パターンまたは引き出し導体パターンが形成され、コイル導体形成シート及び引き出し導体形成シートがそれぞれ得られる。
【００２７】
また、セラミックグリーンシートの所定の位置にスルーホールが形成された後、前記スルーホールに導電ペーストが充填され、接続用シートが得られる。
【００２８】
次に、所定枚数のコイル導体形成シート及び当該コイル導体形成シートの上下に各一枚の引き出し導体形成シートを準備し、前記各シート間にそれぞれ所定枚数の前記接続用シートが挿入されるとともに、最上部及び最下部に保護用磁性体層用に所定枚数のセラミックグリーンシートがそれぞれ積層され、グリーンシートの積層体が得られる。
【００２９】
前記シート積層体は圧着された後、焼成される。得られた焼結体において前記引き出し導体層が露出した側面上に外部電極が形成され、積層インダクタ１が得られる。
【００３０】
図２に示すように、積層インダクタ１における部品素体２の積層方向の厚みをＴ、引き出し導体層９ａ、９ｂを含む前記コイルの積層方向の長さをＴ’、コイルのターン数をｎとすると、接続磁性体層を構成するセラミックグリーンシートの層数、及び保護磁性体層を構成するセラミックグリーンシートの層数を変動させることにより、Ｔ’／Ｔ及びＴ’／ｎを変動させることができる。
【００３１】
以下、積層インダクタ１においてｎ＝４．５のもの（以下４．５ターン品とする）及びｎ＝１６．５のもの（同１６．５ターン品）について、前記Ｔ’／Ｔと直流重畳特性の関係を調べた結果について説明する。
【００３２】
ここで、部品素体の外形寸法は２．０ｍｍ×１．２５ｍｍ×１．２５ｍｍ（Ｔ＝１．２５ｍｍ）とした。また、グリーンシートは焼成後に厚さ２０μｍとなるものを使用した。また、コイルパターンの幅を２００μｍ、スルーホールの直径を１５０μｍとした。
【００３３】
また、コイルパターンの形状は図７に示す通りとした。さらに、同図において、コイル導体層５ａ〜５ｆよりなるコイルの内側領域の面積をＭ１、外側領域の面積をＭ２としたとき、Ｍ１／Ｍ２＝０．３０となるようにコイルパターンを設計した。
【００３４】
図４に、４．５ターン品及び１６．５ターン品におけるＴ’／Ｔと許容電流の関係を示す。また、図５に、両品におけるＴ’／Ｔとインダクタンスの関係を示す。なお、許容電流は、図３に示すように、積層インダクタに直流電流を印加したときに、インダクタンスが初期値より１０％低下する電流値として定義される。
【００３５】
図５に示すように、４．５ターン品及び１６．５ターン品とも、Ｔ’／Ｔの増加につれインダクタンスが緩やかに減少する。これはＴ’／Ｔの増加により磁気抵抗が増大するためである。また、図４に示すように、Ｔ’／Ｔの比較的小さい領域ではＴ’／Ｔの増加につれて許容電流が急激に増加する。これは、Ｔ’／Ｔの増加によりコイル導体層間で磁気飽和が生じにくくなるためである。なお、Ｔ’／Ｔが１に近づくにつれ許容電流が飽和するが、これは保護磁性体層厚みＴ’’（図２）が小さくなり、この部分で磁気飽和が生じるためである。
【００３６】
以上の結果から、Ｔ’／Ｔが増加するにつれて直流電流印加時のインダクタンスが増加する領域が存在することが明らかであり、当該領域で積層インダクタのＴ’／Ｔを増加させる設計は、直流重畳特性の向上に有効である。
【００３７】
一般に、Ｔ’／ｎを一定としたままコイルのターン数ｎを減らすことによっても許容電流が増加することが知られている。以下、直流重畳特性の向上を図るうえで、Ｔ’／Ｔを増加させる手法と、ターン数ｎを減らす手法のいずれが優れているか比較した結果について説明する。
【００３８】
図６に、本実施形態の４．５ターン品及び１６．５ターン品でＴ’／Ｔを変動させたときのインダクタンスと許容電流の関係を示す。また、比較例として、Ｔ’／ｎ＝２７μｍとしてターン数ｎを変動させたときのインダクタンスと許容電流の関係も示す。
【００３９】
図に示すように、本実施形態（実線）の方が比較例（点線）に比べ、同一インダクタンスでの許容電流が大きく、直流重畳特性が良好であるといえる。ここで、Ｔ’／Ｔの範囲が、
０．５０≦Ｔ’／Ｔ≦０．８５
のとき、４．５ターン品、１６ターン品とも許容電流が比較例に対し２０％以上向上する。さらに、Ｔ’／Ｔの範囲が、
０．６０≦Ｔ’／Ｔ≦０．７７
のとき、４．５ターン品、１６ターン品とも許容電流が比較例に対し４０％以上向上する。すなわち、上述の範囲にＴ’／Ｔを設計することにより、直流重畳特性の良好な積層インダクタを得ることができる。
【００４０】
なお、上述の積層インダクタにおいては、一般にコイルのターン数ｎを増やすほど高いインダクタンスを取得することができる。しかし、ターン数ｎが増加するほどターン当りの厚みＴ’／ｎが減少するため、コイル導体間で磁気飽和が起こりやすくなり直流重畳特性が悪化する。すなわち、コイルのターン数がある限界を超えると、直流重畳特性の悪化が顕著となり、コイルのターン数の増加に見合うインダクタンスを得ることができない。一般に、部品素体のサイズによらず、Ｔ’／ｎは２７μｍ程度以上であることが好ましい。Ｔ’／ｎが２７μｍより小さい場合、上述の問題が生じやすい。
【００４１】
また、図７において、コイル導体層５ａ〜５ｆよりなるコイルの内側領域の面積をＭ１、外側領域の面積をＭ２としたときの、Ｍ１／Ｍ２とインダクタンス値及び直流重畳特性の関係を図８に示す。ここで、ターン数ｎ＝１６．５、Ｔ’／Ｔ＝０．６８とした。
【００４２】
図８に示すように、Ｍ１／Ｍ２がおおよそ
２４≦Ｍ１／Ｍ２≦０．３６
の範囲内のとき、高いインダクタンスを有し、また許容電流が高く良好な直流重畳特性を有することが明らかである。すなわち、Ｍ１／Ｍ２は上記範囲内になるように設計されることが好ましい。
【００４３】
これに対し、Ｍ１／Ｍ２が上述の範囲より小さくなると、インダクタンス値が低下する。これは、コイルの内側の面積Ｍ１が低下しコイル内の磁束が減少するためである。また同時に、コイルの内側の領域で磁気飽和が生じやすくなるため、許容電流が低下する。また、Ｍ１／Ｍ２が上述の範囲より大きい場合においても、インダクタンス値が低下する。これは、磁束の漏れにより磁気抵抗が増大するためである。また同時に、コイルの外側の領域で磁気飽和が生じ易くなることにより、許容電流が低下する。
【００４４】
なお、上述の積層インダクタにおいて部品素体のサイズが変動した場合においても、Ｔ’／Ｔと直流重畳特性の関係はほぼ同じである。なぜなら、コイル構造が同一のまま部品素体のサイズのみが変動しても、コイルがつくる磁束の形状は変わらず、磁気飽和の生じやすさは変わらないためである。したがって、本願発明は部品素体のサイズに何ら制限を加えるものではない。
【００４５】
次に、上述の他の実施形態による積層インダクタの分解斜視図を図９に示す。
【００４６】
前記積層インダクタの部品素体は、上述の積層インダクタ１と同様に、磁性体層１４ａ〜１４ｈの間に接続磁性体層１８ａ〜１８ｇがそれぞれ挿入されるとともに、前記磁性体層及び前記接続磁性体層の上部に保護磁性体層１７ａが、下部に保護磁性体層１７ｂがそれぞれ積層されてなる。磁性体層１４ｂ〜１４ｇ上にはコイル導体層１５ａ〜１５ｆがそれぞれ設けられ、磁性体層１４ａ、１４ｈ上には引き出し導体層１９ａ、１９ｂがそれぞれ設けられる。
【００４７】
さらに、本実施形態では、接続磁性体層１８ｂ〜１８ｇ上におけるそれぞれコイル導体層１５ａ〜１５ｆの開放部分に対応する位置に、直線状のダミー用導体層２０ａ〜２０ｆが設けられる。すなわち、例えはコイル導体層１５ａとダミー用コイル導体２０ａを上面から見たとき、両コイル導体により矩形が構成される。
【００４８】
また、磁性体層１４ａ〜１４ｇ及び接続磁性体層１８ａ〜１８ｇにおいて上部にコイル導体層１５ａ〜１５ｆまたは引き出し導体層１４ａの一方の端部が設けられる位置に、スルーホール１６ａ〜１６ｎがそれぞれ設けられる。コイル導体層１５ａ〜１５ｆ及び引き出し導体層１９ａ、１９ｂは、前記スルーホール１６ａ〜１６ｎを介して互いに接続され、部品素体の内部でらせん状のコイルを形成する。
【００４９】
本実施形態においても、Ｔ’／Ｔ及びＴ’／ｎを上述の範囲に設定することにより、直流重畳特性の良好な積層インダクタを得ることができる。
【００５０】
このように、各々のコイル導体層の開放部分に対応する形状のダミー用導体層が当該コイル導体層に近接する磁性体層内に設けられることにより、プレス成型の際にコイル導体層が変形してコイルの形状が崩れるのを防ぐことができる。
【００５１】
なお、上述の実施形態では、ダミー用導体層は各コイル導体層に対して一層のみであるが、二層以上であってもよい。
【００５２】
また、上述の実施形態では、ダミー用導体層の片端部がスルーホール接続されているが、両端部がスルーホール接続されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の一実施の形態による積層インダクタの分解斜視図。
【図２】図１の積層インダクタをＡＡ’方向に切断した断面図。
【図３】本発明における許容電流の定義を説明する図。
【図４】図１の積層インダクタのコイル構造と許容電流の関係を示す図。
【図５】図１の積層インダクタのコイル構造とインダクタンスの関係を示す図。
【図６】図１の積層インダクタ及び比較例における許容電流とインダクタンスの関係を示す図。
【図７】図１の積層インダクタの上面図
【図８】図１の積層インダクタのコイル構造とインダクタンス及び許容電流の関係を示す図。
【図９】他の実施の形態による積層インダクタの分解斜視図。
【図１０】従来の積層インダクタの分解斜視図。
【図１１】図１０の積層インダクタの外観斜視図。
【符号の説明】
【００５４】
１、２１    積層インダクタ
２、２２    部品素体
３ａ、３ｂ、２３ａ、２３ｂ    外部電極
４ａ〜４ｈ、１４ａ〜１４ｈ、２４ａ〜２４ｌ    磁性体層
５ａ〜５ｆ、１５ａ〜１５ｆ、２５ａ〜２５ｇ    コイル導体層
６ａ〜６ｎ、１６ａ〜１６ｎ、２６ａ〜２６ｆ    スルーホール
７ａ、７ｂ、１７ａ、１７ｂ    保護磁性体層
８ａ〜８ｇ、１８ａ〜１８ｇ    接続磁性体層
９ａ、９ｂ、１９ａ、１９ｂ    引き出し導体層
２０ａ〜２０ｆ    ダミー用導体層
Ｔ    部品素体厚み
Ｔ’    導体形成部厚み
Ｔ’’    保護磁性体層厚み
Ｍ１    コイルの内側領域の面積
Ｍ２    コイルの外側領域の面積
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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