(57)【要約】【課題】優れた特性を有する薄型の巻線型インダクタ、特に磁心として磁性薄膜を用いた巻線型インダクタ、及びその製造方法を提供すること。【解決手段】表面に磁性層と磁性層を分割する溝を形成して得られる磁性体の一部を折り畳んで磁心１ａとなし、得られる磁心１ａに巻線３ａを施した後、磁性体の残りを巻線の周囲に被せ、外部磁性体２を形成する。磁心１ａと外部磁性体２を接合材７で接合し、閉磁路を形成することで、磁束の漏れが少なくなり、インダクタとしての特性を向上することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に磁性層と該磁性層を分割する分割溝が形成された、帯状の高分子材料からなる磁性体の一部を、前記分割溝を利用して折り畳んで積層した磁心と、該磁心の周囲に巻き回された巻線と、該巻線の周囲を前記磁性体の残りの部分で被覆した外部磁性体を有することを特徴とする巻線型インダクタ。
【請求項２】
前記磁性体の前記磁心を構成する部分と前記外部磁性体を構成する部分は、スリットで分離されていることを特徴とする、請求項１に記載の巻線型インダクタ。
【請求項３】
前記磁性層の磁化容易軸は、磁性体の長手方向、または長手方向に垂直な方向に配されていることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の巻線型インダクタ。
【請求項４】
前記磁心と前記外部磁性体は、閉磁路を形成していることを特徴とする、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の巻線型インダクタ。
【請求項５】
前記巻線の端末を除く部分以外は、高分子材料からなり、平均厚さが０．２〜１００μｍの絶縁層で被覆されていることを特徴とする、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の巻線型インダクタ。
【請求項６】
帯状の高分子材料の表面に、磁性層と該磁性層を分割する分割溝を形成して磁性体を作製し、該磁性体の一部を前記分割溝を利用して折り畳むことで磁心を形成し、該磁心に巻線を施し、前記磁性体の磁心を形成した部分の残りの部分を用いて前記巻線の表面を被覆して外部磁性体を形成し、該外部磁性体と前記磁心とで閉磁路を形成し、前記巻線の端末の部分以外を高分子材料からなる絶縁層で被覆する工程を有することを特徴とする巻線型インダクタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多層基板などに内蔵される薄型化された巻線型インダクタ及びその製造方法に関し、特に磁心として磁性薄膜を用いた、巻線型インダクタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電池を駆動源とする携帯機器、特に携帯電話を代表とする携帯型通信端末の小型化、薄型化、高性能化などの技術が急速に進んでいる。これらの小型化技術は、用いられる部品の小型化に負うところが極めて大きいことから、インダクタに対しても、小型化、薄型化の要求が大きく、インダクタ自体の小型化、薄型化の他に、表面実装用構造の開発や、多層基板へ対応した構造の開発などについても検討されている。
【０００３】
インダクタを小型化、薄型化する技術として、下記特許文献１、特許文献２、特許文献３が開示されている。
【０００４】
特許文献１には、角柱形状のフェライトからなる磁性体コアの、一方の端部近傍から、他端の方に向けて絶縁被覆を有する導線を、導線間に間隙が生じないように、密着させて巻回すことにより巻線を形成し、巻線の端末部分の絶縁被覆を剥離して端子部とする、巻線型チップインダクタとその製造方法が開示されている。
【０００５】
特許文献２には、角柱形状のフェライトからなる磁性体コアに、絶縁された導体を巻きつけて巻線を形成し、磁性体コアに嵌合した導体のリングに、巻線の端末を絶縁を剥離して接続したチョークコイルが開示されている。この場合、導体のリングは端子としての機能の他に、漏洩磁束の調整するなどの機能が付与されているものである。そして、この技術は、チョークコイルを対象としたものであるが、小型化の観点から他のインダクタへの応用も可能である。
【０００６】
特許文献３には、高分子材料からなるフィルム表面に磁性層を形成し、これを適当な大きさに切断して積層することで磁心を調製し、この磁心に巻線を施した巻線型インダクタが開示されている。この場合は、磁心を薄型化できることから、インダクタ全体を薄型化することが可能である。
【０００７】
また、特許文献３以外にも、磁性薄膜の表面に、スパイラル形状やミアンダ形状の導体パターンを、印刷などの方法で形成し、薄型のインダクタを得る技術が数多く開示されている。
【０００８】
しかしながら、以上の従来技術においては、磁性体コアとしてフェライトを用いる場合では、構造が比較的簡略ではあるが、インダクタ形状を小さくするに従い、フェライトコアの製造工程における、原料粉末の成形や焼結が困難になり、フェライトコア自体の小型化に限界がある。
【０００９】
また、磁性薄膜を用いて磁心を形成する方法では、インダクタを薄型化できるという利点がある反面、磁心が閉磁路を構成していないため、所要の特性、特にＱ値を得るのが困難であるという問題がある。また、導体パターンを印刷などで形成したものは、導体の断面積が小さいこと、導電性が大きいことなどの理由で、大きなインダクタンスが得難いという問題もある。
【００１０】
【特許文献１】
特開２００２−１９０４１７号公報
【特許文献２】
特開２００２−２０３７２２号公報
【特許文献３】
特開２０００−２５２１２７号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の課題は、前記の問題点に対処することによって特性を向上した、薄型の巻線型インダクタ、特に磁心として磁性薄膜を用いた巻線型インダクタ、及びその製造方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記の問題解決のため、磁心を構成する材料の一部を、磁心とともに閉磁路を形成する外部磁性体とすることを検討した結果なされたものである。
【００１３】
即ち、本発明は、表面に磁性層と該磁性層を分割する分割溝が形成された、帯状の高分子材料からなる磁性体の一部を、前記分割溝を利用して折り畳んで積層した磁心と、該磁心の周囲に巻き回された巻線と、該巻線の周囲を前記磁性体の残りの部分で被覆した外部磁性体を有することを特徴とする巻線型インダクタである。
【００１４】
また、本発明は、前記磁性体の前記磁心を構成する部分と前記外部磁性体を構成する部分が、スリットで分離されていることを特徴とする、前記の巻線型インダクタである。
【００１５】
また、本発明は、前記磁性層の磁化容易軸が、磁性体の長手方向、または長手方向に垂直な方向に配されていることを特徴とする、前記の巻線型インダクタである。
【００１６】
また、本発明は、前記磁心と前記外部磁性体が、閉磁路を形成していることを特徴とする、前記の巻線型インダクタである。
【００１７】
また、本発明は、前記巻線の端末を除く部分以外が、高分子材料からなり、平均厚さが０．２〜１００μｍの絶縁層で被覆されていることを特徴とする、前記の巻線型インダクタである。
【００１８】
また、本発明は、帯状の高分子材料の表面に、磁性層と該磁性層を分割する分割溝を形成して磁性体を作製し、該磁性体の一部を前記分割溝を利用して折り畳むことで磁心を形成し、該磁心に巻線を施し、前記磁性体の磁心を形成した部分の残りの部分を用いて前記巻線の表面を被覆して外部磁性体を形成し、該外部磁性体と前記磁心とで閉磁路を形成し、前記巻線の端末の部分以外を高分子材料からなる絶縁層で被覆する工程を有することを特徴とする巻線型インダクタの製造方法である。
【００１９】
本発明の巻線型インダクタにおいては、前記のような構成を有することから、巻線が発生する磁界が外部に漏れることが極めて少なくなり、インダクタとしての特性を向上することができる。閉磁路を形成するには、磁性体により磁心と外部磁性体を接合すればよい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の巻線型インダクタの磁心は、前記のように、表面に磁性層が形成された、厚さが２〜１００μｍの高分子材料シートからなる磁性体を折り畳むことで得られる。高分子材料の材質は、成膜工程や磁心という用途に対応するため、耐熱性を有するものが望ましく、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエステルなどが好適である。
【００２１】
また、磁性膜としては、磁化容易軸方向に磁化された、ＣｏＦｅＳｉＢ系、ＣｏＺｒＮｂ系を、２〜１０μｍの厚さで、高分子材料シート表面に直接成膜してもよいし、基板などに成膜した後、転写してもよい。また、材質は薄膜として得られるものであれば、上記２種に限定されないことは勿論である。
【００２２】
また、磁心を形成するには、前記磁性体を巻回し、巻線を施す前または巻線を施した後に押し潰すことで、扁平な形状にしてもよいが、押し潰す方法では、所要の形状にならないことがあるので、磁性体を折り畳む方法で対処する。その際に、磁性体の折り曲げる部分に、予め溝を形成しておくことにより、一定形状の磁心を得ることができる。
【００２３】
また、本発明の巻線型インダクタにおいては、磁心を形成する磁性体の一部を、巻線の周囲に被せ、外部磁性体を形成するが、磁性体の磁心となる部分と外部磁性体となる部分の境界に、予めスリットを設けておくことで、外部磁性体の形成が容易となる。
【００２４】
巻線には、絶縁を有し、断面が円形の通常の導体、または断面が長方形の平角導体で、その直径または厚さが、２００μｍ以下のものを用いるが、巻線の作業性などを考慮すると、直径または厚さは、３０〜２００μｍとするのが望ましい。また、自己融着型絶縁を有する導体を用いることも可能である。
【００２５】
そして、閉磁路形成後に、外部に引き出した巻線の端末以外の部分を、絶縁層で被覆処理を施して完成品とする。絶縁層形成には、化学蒸着法によるポリモノクロロキシリレンやポリパラキシリレンなどのコーティングや、ポリイミド、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂などを用いた、塗布法またはモールド法が用いられる。これらの方法は、絶縁層の厚さによって使い分けられ、０．２〜１０μｍの薄いコーティングには、化学蒸着法が、それ以上の厚さには、塗布法またはモールド法が好適である。
【００２６】
本発明による巻線型インダクタは、携帯機器や、大出力の微小電気機械システムであるパワーＭＥＭＳ（Ｐｏｗｅｒ  Ｍｉｃｒｏ−Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）用のマイクロエネルギー源として用いられる、薄型の直流電源装置などに適している。
【００２７】
巻線型インダクタは、積層基板内部に組み込まれて用いられ、その組み込み方法は大別して３種類ある。第１の方法は、基板における、巻線型インダクタなどの部品を配置する位置に、予め貫通孔を設けて組み込むこと、第２の方法は、基板の部品の配置箇所に、予め部品形状に対応した凹部を設け、部品を配置圧着すること、第３の方法は、部品を下部の基板に接続し、その上に埋め込み基板やプリプレグを形成した基板を載置し、そのまま圧着することである。
【００２８】
本発明の巻線型インダクタは、前記のように耐熱性を有する材料を用い、十分な機械的強度を有することから、３種のいずれの方法にも対応可能である。
【００２９】
【実施例】
次に、具体的な実施例を挙げ、本発明についてさらに詳しく説明する。
【００３０】
（実施例１）
図１は、本発明の第１の実施例の巻線型インダクタを模式的に示す図で、図１（ａ）は斜視図、図１（ｂ）は図１（ａ）におけるＡ面の断面を、矢印の方向から示した断面図である。図１において、１ａは磁心、２は外部磁性体、３ａは巻線、４は巻線の端末、５は高分子材料シート、６は磁性層、７は接合材、８は絶縁層である。
【００３１】
また、図２は、第１の実施例の巻線型インダクタの製造工程の一部を示す図で、図２（ａ）は磁性体の平面図、図２（ｂ）は巻線工程を模式的に示す斜視図である。図２において、９は分割溝、１０はスリット、１１ａは磁性体である。
【００３２】
ここでは、図２に示すように、厚さが３０μｍのポリイミドからなる高分子材料シート５の片面に、磁界を印加した状態で、厚さが５μｍの、ＣｏＦｅＳｉＢ系の磁性層６を成膜した。磁化困難軸は、図２（ａ）における上下方向とした。
【００３３】
次に、磁心を構成する部分の磁性層６を、幅０．９５ｍｍに分割するように、幅１００μｍの分割溝９を形成した。分割溝の形成には、ＵＶレーザを用いた。また、外部磁性体を構成する部分は幅１．１ｍｍとなるように分割した。さらに、磁心となる部分と外部磁性体となる部分の境界に、スリット１０を形成した。
【００３４】
次に、磁心と外部磁性体を接合するための接合材７を、分割された磁性層６の図２（ａ）における右端に配置し、分割溝９の部分で磁性体１１ａを折り曲げ、磁性層６が内側となるように巻回し、磁心１ａを形成した。なお、接合材７は両面に厚さが５μｍのＣｏＦｅＳｉＢ系の軟磁性層を成膜した、厚さが２０μｍのポリイミドシートであり、軟磁性層表面に接着剤が塗布してある。なお、接合材７には、磁性金属箔を用いてもよい。
【００３５】
次に、磁心１ａに、外径が５０μｍの絶縁銅線を用いて、５０ターンの巻線３ａを施した。巻線３ａは、図２（ｂ）に示したようにスリット１０の部分を広げて行う。ここでは、スリット１０が一方の端部だけが閉じて、他方の端部が開放した状態に設けてあるが、中心部だけが開口部を形成し、両端が閉じた状態でも、巻線は可能である。巻線端末は、絶縁被覆を除去してハンダ上げ処理を施し、接続用の端子とした。
【００３６】
その後、巻線を施した部分を、型に装入して加圧することにより、扁平形状となるように成形した。なお、特に薄型化が不要な場合は、この工程を省き、円筒に近い状態のままでも、インダクタとして使用可能なことは勿論である。
【００３７】
次に、磁性体の残りの部分で、巻線を施した磁芯の全体を覆い、予め磁心の内部に配置しておいた接合材７に圧着し、磁心と閉磁路を構成する外部磁性体２を形成した。ここでは、図２に示したように、図における巻線の上下両面を覆うだけの磁性体を残しておいたが、片面だけ覆ってもよい。
【００３８】
外部磁性体２の形成後は、図１に示すように、巻線の端末部分を除いて、シリコーン樹脂の液に浸漬して樹脂の塗布及び硬化を行い、厚さが５０μｍのシリコーン樹脂の絶縁層８が形成された巻線型インダクタを得た。この巻線型インダクタの形状は、長さが３ｍｍ、幅が２ｍｍ、高さが４００μｍであった。また特性は、Ｌが０．７μＨ、Ｑ値が３５であり、インダクタとして十分な特性を具備していた。
【００３９】
また、端子電極固着力を評価するために、ランドが形成されたアルミナ基板に、ハンダを用いて、得られた巻線型インダクタを固着し、３ｍｍ×２ｍｍの面に５Ｎの力を１０秒間加え、特性の変化を測定した。この測定を１００個の巻線型インダクタについて行ったが、特性の変化は認められず、端子電極固着力と巻線型インダクタの機械的な強度に問題がないことが確認できた。
【００４０】
さらに、５個の巻線型インダクタについて、−４０〜８０℃の範囲で、５００回の温度サイクル試験を実施したが、この試験においても、特性の変化は認められず、インダクタとしての信頼性が確認できた。
【００４１】
（実施例２）
図３は、本発明の第２の実施例の、巻線型インダクタの製造工程を模式的に示す図で、図３（ａ）は磁性体の平面図、図３（ｂ）は、磁心の形成と巻線の状態を示す斜視図である。また、図４は、本発明の第２の実施例の、巻線型インダクタの断面図である。なお、磁化困難軸は磁心の長手方向とした。
【００４２】
ここでは、厚さが２５μｍのポリイミドからなるシート（図示せず）の片面に磁界を印加した状態で、ＣｏＦｅＳｉＢ系の磁性層６を成膜し、長さ１９ｍｍ、幅２ｍｍの大きさに切断し、磁性体１１ｂとした。この磁性体１１ｂに、ＵＶレーザを用いて、図３（ａ）に示したように、幅１００μｍの分割溝９を形成した。また、磁性体１１ｂにスリット（図示せず）を設け、市販の両面粘着テープを接合材７としてスリットに挿入して、接合材７の長さのほぼ半分ずつを磁性体１１ｂの両面に配置した。
【００４３】
次に、分割溝９を用いて磁性体１１ｂを、磁性層６が内側になるように折り曲げることを繰り返した後、１２０℃で圧着し、図３（ｂ）に示したような磁心１ｂを形成した。この磁心１ｂに、厚さが５０μｍ、幅が８０μｍの絶縁平角銅線を用いて５０ターンの巻線３ｂを施した。そして、巻線３ｂの端末の絶縁被覆を除去して、ハンダ上げ処理を施し、接続用の端子とした。
【００４４】
次に、磁性体１１ｂの残りの部分で、巻線を施した磁心の図３における上下両面を覆って、外部磁性体を形成し、接合材７に圧着して固定した。その後、図４に示すように、端子の部分をマスキングして、温度を１２１℃、圧力を１．３３×１０−４Ｐａに設定した反応槽に挿入し、化学蒸着により、平均厚さが５μｍのポリパラキシリレンの絶縁層８を形成した。なお、この方法による絶縁層８は、厚さが０．２μｍでも、十分な信頼性が確保できることを、別途確認した。
【００４５】
以上のようにして得られた巻線型インダクタの形状は、長さが３ｍｍ、幅が２ｍｍ、高さが３００μｍであった。また、特性は、Ｌが０．９μＨ、Ｑ値が５０であり、インダクタとして十分な特性を具備していることが確認できた。さらに実施例１の場合と同様に、端子電極固着力の評価と、温度サイクル試験を行ったが、特性の変化は認められなかった。
【００４６】
また、以上に説明した磁心と外部磁性体の形成方法は、巻線の方法などの変更により、トランスなどにも適用することが可能であり、基板に実装して用いる電子部品の、小型化、薄型化に効果を奏するものである。
【００４７】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、帯状の高分子材料表面に薄膜の磁性層を成膜した磁性体を用いることで、巻線を施した磁心の周囲に、磁心と閉磁路を構成する外部磁性体を有する巻線型インダクタ及びその製造方法を得ることができる。
【００４８】
この巻線型インダクタは、磁束の漏れが極めて少なく、薄型で、ＬやＱ値が優れている。また、製造工程が比較的簡略なため、生産性が高い。従って、本発明の巻線型インダクタは基板に薄型化、小型化の一層の進展に寄与するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例の巻線型インダクタを模式的に示す図。図１（ａ）は、斜視図。図１（ｂ）は図１（ａ）におけるＡ面の断面を、矢印の方向から示した断面図。
【図２】第１の実施例の巻線型インダクタの製造工程の一部を示す図。図２（ａ）は磁性体の平面図。図２（ｂ）は巻線工程を模式的に示す斜視図。
【図３】本発明の第２の実施例の巻線型インダクタの製造工程を模式的に示す図。図３（ａ）は磁性体の平面図。図３（ｂ）は、磁心の形成と巻線の状態を示す斜視図。
【図４】本発明の第２の実施例の巻線型インダクタの断面図。
【符号の説明】
１ａ，１ｂ    磁心
２    外部磁性体
３ａ，３ｂ    巻線
４    巻線の端末
５    高分子材料シート
６    磁性層
７    接合材
８    絶縁層
９    分割溝
１０    スリット
１１ａ，１１ｂ    磁性体
【図１】
2005032799.tif 000003
【図２】
2005032799.tif 000004
【図３】
2005032799.tif 000005
【図４】
2005032799.tif 000006