(57)【要約】【課題】  必要なインダクタンスで高いＱ値が得られる積層インダクタを提供する。【解決手段】  コイルの線幅をｅ，線厚をｔ，線間距離をｄとしたときにａ＝ｄ／ｅ（ｔ＋ｄ）の式で求められるａの値を５〜２０の範囲内とすることにより、必要なインダクタンスで高いＱ値が得られる。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の線幅，線厚，線間距離及び巻き数を有するコイルを備えた積層インダクタであって、前記コイルの線幅をｅ，線厚をｔ，線間距離をｄとしたときにａ＝ｄ／ｅ（ｔ＋ｄ）の式で求められるａの値が５〜２０の範囲内にある、
ことを特徴とする積層インダクタ。
【請求項２】
所定の巻き数を有するコイルと該コイルの内側に存するコアとを備えた積層インダクタであって、前記コアの体積の前記コイルの体積に対する比が３〜１０の範囲内にある、
ことを特徴とする積層インダクタ。
【請求項３】
積層インダクタは所定の長さ，幅及び高さを有する直方体形状を成し、前記幅の前記長さに対する比が０．６以上である、
ことを特徴とする請求項１または２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、特に高周波回路用の積層インダクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
インピーダンスマッチングや高調波トラップ等に用いられる高周波回路用の積層インダクタには、用途に適合したインダクタンス及び自己共振周波数の他に高いＱ値が求められる。Ｑ値はインダクタンスに依存した数値であるが、積層インダクタそれ自体或いは実装状態で生じるキャパシタンス成分（浮遊容量）の影響によって低下するため、該キャパシタンス成分を低減する手法がＱ値を高める手法として一般的に採用されている。
【特許文献１】特開２００１−２３８２３号公報
【特許文献２】特開２０００−３０９４６号公報
【特許文献３】特開平１１−９７２４４号公報
【特許文献４】特開２００１−１５５９３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
キャパシタンス成分を低減してＱ値を高める従前の手法、例えば、コイルの線間距離を増加させて線間のキャパシタンス成分を低減させる手法は、線間距離の増加に伴って磁路長が長くなってインダクタンスが下がるためにＱ値が低下する。また、チップの一部に低誘電率材料を使用する手法は、チップ全体を低誘電率材料で構成する場合に比べてＱ値が劣る。さらに、ダブルスパイラル構造のコイルを用いた手法は、コイルの線間のキャパシタンス成分が逆に増加するためにＱ値が低下する。さらに、外部電極を小さくする手法は外部電極の面積減少によって構造強度が犠牲になるし、とりわけ実装面に外部電極を設けて該外部電極とコイルとをスルーホールで接続したものにあっては、該スルーホールとコイルとの間に生じるキャパシタンス成分によってＱ値が低下する。即ち、キャパシタンス成分を低減してＱ値を高める従前の手法は何れもＱ値を低下させる因子を含んだものであるため、Ｑ値を高めるにも自ずと限界がある。
【０００４】
本発明は前記事情に鑑みて創作されたもので、その目的とするところは、必要なインダクタンスで高いＱ値が得られる積層インダクタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記目的を達成するため、本発明は、所定の線幅，線厚，線間距離及び巻き数を有するコイルを備えた積層インダクタであって、前記コイルの線幅をｅ，線厚をｔ，線間距離をｄとしたときにａ＝ｄ／ｅ（ｔ＋ｄ）の式で求められるａの値が５〜２０の範囲内にある、ことをその特徴とする。
【０００６】
この積層インダクタでは、コイルの線幅をｅ，線厚をｔ，線間距離をｄとしたときにａ＝ｄ／ｅ（ｔ＋ｄ）の式で求められるａの値を５〜２０の範囲内とすることにより、必要なインダクタンスで高いＱ値を得ることができる。
【０００７】
また、本発明は、所定の巻き数を有するコイルと該コイルの内側に存するコアとを備えた積層インダクタであって、前記コアの体積の前記コイルの体積に対する比が３〜１０の範囲内にある、ことをその特徴とする。
【０００８】
この積層インダクタでは、コアの体積のコイルの体積に対する比を３〜１０の範囲内とすることにより、必要なインダクタンスで高いＱ値を得ることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、必要なインダクタンスで高いＱ値が得られる積層インダクタを提供できる。
【００１０】
本発明の前記目的とそれ以外の目的と、構成特徴と、作用効果は、以下の説明と添付図面によって明らかとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１〜図５は本発明の一実施形態を示す。図１は積層インダクタの上面図、図２は図１に示した積層インダクタの幅方向側面図、図３は図１に示した積層インダクタの長さ方向側面図、図４は図１に示したコイルの分解斜視図、図５は図１のｘ−ｘ線断面図である。
【００１２】
図１〜図５に示した積層インダクタは、円筒状コイル１１を内蔵した直方体形状のチップ１２と、コイル１１の両端の引出し部分と導通するようにチップ１２の長さ方向両端部に設けられた１対の外部電極１３とを備える。
【００１３】
図１〜図３のＬは積層インダクタの長さを示し、Ｗは積層インダクタの幅を示し、Ｔは積層インダクタの高さを示す。具体的な数値を挙げれば、長さＬは１．００±０．０５ｍｍ、幅Ｗは０．６５±０．０５ｍｍ、高さＴは０．５０±０．０５ｍｍである。外部電極１３の厚さは数十μｍであるので、チップの長さ，幅及び高さも前記の長さＬ，幅Ｗ及び高さＴと近似した値となる。
【００１４】
図４に示すように、コイル１１は４つの単位導体線１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄをスルーホールＳＨａ，ＳＨｂ，ＳＨｃを介して高さ方向で接続した構造を有している。最上位の単位導体線１１ａと最下位の単位導体線１１ｄは引出し部分１１ａ１，１１ｄ１を一体に有しており、一方の引出し部分１１ａ１の端は一方の外部電極１３に接続され他方の引出し部分１１ｄ１は他方の外部電極に接続されている。
【００１５】
また、図５に示すように、コイル１１の巻き部分（引出し部分１１ａ１，１１ｄ１を除く部分）は所定の線幅ｅと線厚ｔと線間距離ｄを有している。図に示したコイル１１の実質的な巻き数は２であるが、該巻き数は必要とするインダクタンスに応じて適宜増減できる。チップ１２のコイル１１の内側部分は横断面が略楕円形のコア１４となっている。
【００１６】
因みに、前記積層インダクタのチップ１２の材料はホウケイ酸ガラス（アルミナを含んでいてもよい）であり、コイル１１の材料は銀であり、外部電極１３の材料は銀でその表面にニッケルと錫が順にメッキされている。
【００１７】
前記積層インダクタは、ホウケイ酸ガラス粉末と有機バインダと有機溶剤等を含むスラリーをキャリアフィルム上に塗工し乾燥してシートを形成するステップと、シートに必要に応じてスルーホールを形成してから銀ペーストを印刷し乾燥して図４に示す４種類の単位導体線を形成するステップと、単位導体線が形成された４種類のシートを導体線非形成のシートと一緒に所定の順序で積層して圧着するステップと、圧着シートを部品サイズに分断するステップと、分断チップを所定条件で焼成するステップと、焼成チップの銀ペーストを塗布してから焼成して外部電極を形成するステップと、外部電極の表面にニッケルメッキ層と錫メッキ層を順に形成するステップとを経て製造される。
【００１８】
図１〜図５に示した積層インダクタは、
ａ＝ｄ／ｅ（ｔ＋ｄ）  …式１
で求められるａの値が５〜２０の範囲内にあり、換言すれば、ａの値が５〜２０の範囲内に納まるように製造されている。同式１中におけるｅはコイル１１の線幅、ｔはコイル１１の線厚、ｄはコイル１１の線間距離である（図５参照）。
【００１９】
まず、前記式１を想到した理由及び経緯について説明する。
【００２０】
前記式１は、積層インダクタのキャパシタンス成分を零にすることは構造上で不可能であること、インダクタンスとキャパシタンスとは相反する関係にあること、インダクタンスとキャパシタンスには最適なバランスが存在すること等に鑑み、必要なインダクタンスで高いＱ値を得るには積層インダクタのインダクタンスのキャパシタンスに対する比に着目すべきであることを理由に捻出されたものである。
【００２１】
詳しくは、積層インダクタのインダクタンスＬは円筒状コイルの場合に
Ｌ＝ｋμＮ2 Ｓ／Ｈ  …式２
で表される。同式２中のｋは長岡係数、μは比透磁率、Ｎは巻き数、Ｓはコア断面積、Ｈは磁路長である。一方、積層インダクタのキャパシタンスＣは
Ｃ＝εＡ／ｄ  …式３
で表される。同式３中のεは比誘電率、Ａは導体線の対向面積、ｄは線間距離である。
【００２２】
コア断面積Ｓは導体長をｐとするとＳ＝π（ｐ／２πＮ）2 で表すことができ、磁路長ＨはＨ＝Ｎ（ｔ＋ｄ）で表すことができるので、前記式２は
Ｌ＝（ｋμ／４π）×（ｐ2 ／Ｎ（ｔ＋ｄ））  …式４
に変換できる。一方、導体線の対向面積ＡはＡ＝ｅｐで表すことができるので、前記式３は
Ｃ＝εｓｐ／ｄ  …式５
に変換できる。
【００２３】
つまり、積層インダクタのインダクタンスのキャパシタンスに対する比（Ｌ／Ｃ比）は
Ｌ／Ｃ＝（ｋμ／４πε）×（ｐ／Ｎ）×（ｄ／ｅ（ｔ＋ｄ））  …式６
となり、同式６中の（ｋμ／４πε）と（ｐ／Ｎ）は定数として扱うことができるので、（ｄ／ｅ（ｔ＋ｄ）が積層インダクタのインダクタンスのキャパシタンスに対する比を決定付けることになる。
【００２４】
前記式１はこのような式変換によって導かれたもので、ａの値が所定の数値範囲にあれば必要なインダクタンスでＱ値が高い積層インダクタが得られると考えられる。
【００２５】
次に、前記式１で求められたａの値の最適範囲（５〜２０）について、図６〜図１６に示したａの値の検証データを引用して説明する。
【００２６】
図６〜図１６に示したａの値は、Ｑ値のピーク及び分布を探るためにコイルの線幅ｅ，線厚ｔ，線間距離ｄが異なる複数の積層インダクタを各インダクタンス毎に用意し、各積層インダクタのコイルの線幅ｅ，線厚ｔ，線間距離ｄを１０箇所で測定したときの平均値を用いて算出されたものである。各図の最も左の欄にはピークのＱ値とそのａの値を示し、その右側にはピークのＱ値よりも低いＱ値を示したもののＱ値とそのａの値を示してある。また、ΔＱ（％）はピークのＱ値との偏差を百分率で表したもので、ピークのＱ値以外は全てマイナスの値となっている。さらに、評価には、ピークのＱ値の−２０％以内に入るものに○印を付け、−２０％を越えるものに×印を付けた。この−２０％のしきい値はピークのＱ値を基準としたときのマイナス側の公差に基づくものであり、ここではピークのＱ値の−２０％以内に該当するものをＱ値の良品公差内として認定している。
【００２７】
図６は２〜３ｎＨの積層インダクタに係るａの値の検証データである。この場合のピークのＱ値は８９でそのａの値は８．０であり、検証に用いた積層インダクタ中でΔＱ（％）が−２０％以内のもののａの値は５．０〜１５．８である。
【００２８】
図７は３〜４ｎＨの積層インダクタに係るａの値の検証データである。この場合のピークのＱ値は６５でそのａの値は９．２であり、検証に用いた積層インダクタ中でΔＱ（％）が−２０％以内のもののａの値は８．６〜１９．２である。
【００２９】
図８は４〜５ｎＨの積層インダクタに係るａの値の検証データである。この場合のピークのＱ値は６５でそのａの値は８．３であり、検証に用いた積層インダクタ中でΔＱ（％）が−２０％以内のもののａの値は５．０〜１４．９である。
【００３０】
図９は５〜６ｎＨの積層インダクタに係るａの値の検証データである。この場合のピークのＱ値は６３でそのａの値は８．３であり、検証に用いた積層インダクタ中でΔＱ（％）が−２０％以内のもののａの値は５．０〜１５．２である。
【００３１】
図１０は６〜７ｎＨの積層インダクタに係るａの値の検証データである。この場合のピークのＱ値は５７でそのａの値は１０．４であり、検証に用いた積層インダクタ中でΔＱ（％）が−２０％以内のもののａの値は５．０〜１５．４である。
【００３２】
図１１は７〜９ｎＨの積層インダクタに係るａの値の検証データである。この場合のピークのＱ値は６０でそのａの値は９．９であり、検証に用いた積層インダクタ中でΔＱ（％）が−２０％以内のもののａの値は５．０〜１４．９である。
【００３３】
図１２は９〜１１ｎＨの積層インダクタに係るａの値の検証データである。この場合のピークのＱ値は５５でそのａの値は９．９であり、検証に用いた積層インダクタ中でΔＱ（％）が−２０％以内のもののａの値は５．５〜１４．９である。
【００３４】
図１３は１１〜１４ｎＨの積層インダクタに係るａの値の検証データである。この場合のピークのＱ値は５４でそのａの値は６．２であり、検証に用いた積層インダクタ中でΔＱ（％）が−２０％以内のもののａの値は５．５〜１９．７である。
【００３５】
図１４は１４〜１７ｎＨの積層インダクタに係るａの値の検証データである。この場合のピークのＱ値は４８でそのａの値は６．２であり、検証に用いた積層インダクタ中でΔＱ（％）が−２０％以内のもののａの値は５．５〜１７．１である。
【００３６】
図１５は１７〜２１ｎＨの積層インダクタに係るａの値の検証データである。この場合のピークのＱ値は４７でそのａの値は８．２であり、検証に用いた積層インダクタ中でΔＱ（％）が−２０％以内のもののａの値は５．０〜１７．９である。
【００３７】
図１６は２１〜２６ｎＨの積層インダクタに係るａの値の検証データである。この場合のピークのＱ値は４５でそのａの値は１０．４であり、検証に用いた積層インダクタ中でΔＱ（％）が−２０％以内のもののａの値は５．０〜２０．０である。
【００３８】
インダクタンス毎に多少のバラツキはあるものので、図６〜図１６の検証データに基づけば、ａの値が概ね５〜２０の範囲内にあればそのＱ値はピークのＱ値の−２０％以内に入ると言うことができる。換言すれば、前記式１［ａ＝ｄ／ｅ（ｔ＋ｄ）］で求められるａの値を５〜２０の範囲内とすることにより、必要なインダクタンスで高いＱ値を得ることができる。図には示していないが他の仕様の積層インダクタにあっても多少のバラツキはあるものの同様のことが言える。
【００３９】
ところで、積層インダクタのＱ値は幅Ｗの長さＬに対する比（Ｗ／Ｌ比）によっても変化させることができる。図１７は５．６ｎＨの積層インダクタに係るＷ／Ｌ比の検証データを示すもので、検証に用いた積層インダクタのコイル１１の実質的な巻き数は３であってコア１４の幅方向の寸法は積層インダクタの幅Ｗにほぼ比例して増加させてある。
【００４０】
図１７から分かるように、長さＬを１．００ｍｍに固定して幅Ｗを０．５０〜１．００ｍｍに変化させるとＱ値は増加する。ΔＱ（％）は幅Ｗが０．５０ｍｍのときのＱ値（最も低い値）との偏差を百分率で表したもので、幅Ｗが０．５０ｍｍ以外は全てプラスの値になっている。Ｗ／Ｌ比（％）が６０％以上になるとΔＱ（％）は１５％を越えるようになる。
【００４１】
つまり、Ｗ／Ｌ比（％）が６０％以上であればＷ／Ｌ比（％）が５０％のものに比べてＱ値を１５％以上高めることができる。換言すれば、幅Ｗの長さＬに対する比を０．６以上とすれば、よりＱ値を高めることが可能となる。Ｗ／Ｌ比（％）が８０％以上になると実装スペースとして１つ上のサイズの積層インダクタに相当する面積が必要となるため、実用上のＷ／Ｌ比（％）の上限は７５％が目安となる。図には示していないが他の仕様の積層インダクタにあっても多少のバラツキはあるものの同様のことが言える。
【００４２】
尚、前述の説明では、前記式１［ａ＝ｄ／ｅ（ｔ＋ｄ）］で求められるａの値を５〜２０の範囲内としたものを示したが、これの代用として、積層インダクタのコア１４の体積のコイル１１の体積に対する比を３〜１０の範囲内とすることにより、必要なインダクタンスでＱ値が高い積層インダクタを得ることができる。コア１４の体積はコア断面積Ｓ×磁路長Ｈで求めることができ、コイル１１の体積はコイル１１の線幅ｅ×線厚ｔ×導体長ｐで求めることができるので、積層インダクタのコア１４の体積のコイル１１の体積に対する比は簡単に求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の一実施形態を示す積層インダクタの上面図である。
【図２】図１に示した積層インダクタの幅方向側面図である。
【図３】図１に示した積層インダクタの長さ方向側面図である。
【図４】図１に示したコイルの分解斜視図である。
【図５】図１のｘ−ｘ線断面図である。
【図６】２〜３ｎＨの積層インダクタに係るａの値の検証データである。
【図７】３〜４ｎＨの積層インダクタに係るａの値の検証データである。
【図８】４〜５ｎＨの積層インダクタに係るａの値の検証データである。
【図９】５〜６ｎＨの積層インダクタに係るａの値の検証データである。
【図１０】６〜７ｎＨの積層インダクタに係るａの値の検証データである。
【図１１】７〜９ｎＨの積層インダクタに係るａの値の検証データである。
【図１２】９〜１１ｎＨの積層インダクタに係るａの値の検証データである。
【図１３】１１〜１４ｎＨの積層インダクタに係るａの値の検証データである。
【図１４】１４〜１７ｎＨの積層インダクタに係るａの値の検証データである。
【図１５】１７〜２１ｎＨの積層インダクタに係るａの値の検証データである。
【図１６】２１〜２６ｎＨの積層インダクタに係るａの値の検証データである。
【図１７】５．６ｎＨの積層インダクタに係るＷ／Ｌ比の検証データである。
【符号の説明】
【００４４】
１１…コイル、１２…チップ、１３…外部電極、１４…コア、ｅ…コイルの線幅、ｔ…コイルの線厚、ｄ…コイルの線間距離、Ｌ…積層インダクタの長さ、Ｗ…積層インダクタの幅。
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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