(57)【要約】      （修正有）【課題】積層型コアのコア損失を最小化する、積層型コア及びその製造方法を提供する。【解決手段】多数の単位シート２００が積層された積層型コアであって、単位シート２００は、金属板２１０と、金属板２１０の上面及び下面のうちのいずれか一つに形成された絶縁層２２０と、絶縁層２２０上に形成された炭素層２３０とを含む。絶縁層２２０は、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、シリカ（ＳｉＯ２）、ジルコニア（ＺｒＯ２）及びアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）のうちのいずれか一つのセラミックナノ粒子を含む。【選択図】図２
2016082221.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数の単位シートが積層された積層型コアにおいて、
前記単位シートは、
金属板と、
前記金属板の上面及び下面のうちのいずれか一つに形成された絶縁層と、
前記絶縁層上に形成された炭素層と
を含む積層型コア。
【請求項２】
前記コアは、前記金属板、前記絶縁層及び前記炭素層が交互に積層されてなされる、請求項１に記載の積層型コア。
【請求項３】
前記金属板は、軟磁性金属リボンが板状で形成されてなされる、請求項１または２に記載の積層型コア。
【請求項４】
前記絶縁層は、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、シリカ（ＳｉＯ２）、ジルコニア（ＺｒＯ２）及びアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）のうちのいずれか一つのセラミックナノ粒子を含む、請求項１から３のいずれか１項に記載の積層型コア。
【請求項５】
積層型コアの製造方法であって、
金属板を準備するステップと、
セラミックナノ粉末を分散剤と共にエタノールに溶解し、コーティング液を製造するステップと、
前記金属板に前記コーティング液を塗布するステップと、
前記コーティング液の塗布された前記金属板を乾燥及び熱処理し、絶縁層及び前記絶縁層上に炭素層が形成された単位シートを製作するステップと、
前記単位シートを積層するステップと
を含む積層型コアの製造方法。
【請求項６】
前記金属板を準備するステップにおいて、
前記金属板は、軟磁性金属リボンを板状に加工して製造される、請求項５に記載の積層型コアの製造方法。
【請求項７】
前記金属板に前記コーティング液を塗布するステップにおいて、
前記コーティング液を塗布する方法は、ディッピング及びスピンコーティングのうちのいずれか一つである、請求項５または６に記載の積層型コアの製造方法。
【請求項８】
前記絶縁層及び前記絶縁層上に炭素層が形成された単位シートを製作するステップにおいて、
前記絶縁層及び前記炭素層は、１００〜２００℃にて５〜１０分間真空中で乾燥過程が行われる、請求項５から７のいずれか１項に記載の積層型コアの製造方法。
【請求項９】
前記絶縁層及び前記絶縁層上に炭素層が形成された単位シートを製作するステップにおいて、
前記絶縁層及び前記炭素層は、５００〜６００℃にて２０〜９０分間熱処理が行われる、請求項５から８のいずれか１項に記載の積層型コアの製造方法。
【請求項１０】
前記絶縁層及び前記絶縁層上に炭素層が形成された単位シートを製作するステップにおいて、
前記絶縁層は、前記金属板の上面及び下面のうちのいずれか一つに形成される、請求項５から９のいずれか１項に記載の積層型コアの製造方法。
【請求項１１】
前記絶縁層及び前記絶縁層上に炭素層が形成された単位シートを製作するステップにおいて、
前記絶縁層は、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、シリカ（ＳｉＯ２）、ジルコニア（ＺｒＯ２）及びアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）のうちのいずれか一つのセラミックナノ粒子を含む、請求項５から１０のいずれか１項に記載の積層型コアの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積層型コア及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
スイッチング電源または変圧器（transformer）等の電子部品で用いられるインダクタ（inductor）は、抵抗、コンデンサ（condensor）等と共に電気回路をなす最も重要な部品の中の１つであって、軟磁性コアにコイルが巻き取られた形態を取っている。軟磁性コアは大きく、軟磁性金属粉末をコア形態で成形した圧分子芯と、数個数百個の軟磁性シートを積層して形成された積層型コアとに分類されることができる。
【０００３】
軟磁性コアは、周波数の増加に伴って実効透磁率が減少し、渦電流損失（Eddy current  loss）及びヒステリシス損失（Hysteresis  loss）の増加によるコア損失（core  loss）の増加によって磁気的性質が低下するので、これに対する対策が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４-０２７２６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ヒステリシス損失は、軟磁性コアに用いられる軟磁性金属の組成を調節して低減させることができ、渦電流損失は各軟磁性金属粒子どうしの絶縁性を確保する方法によって低減させることができる。積層型コアは、いくつかの軟磁性シートを積層して形成されるので、渦電流損失の低減のためには、各軟磁性シート間の絶縁性を確保することが重要な要素となる。
【０００６】
本発明は、積層型コアを製造するにあたって、積層型コアに用いられる単位シートの金属板にセラミックナノ粒子を含む絶縁層をコーティングし、該絶縁層上に炭素層を形成することによって、積層型コアのコア損失を最小化する、積層型コア及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を解決するために、本発明による積層型コアは、積層型コアに用いられる単位シートの金属板に酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、シリカ（ＳｉＯ２）、ジルコニア（ＺｒＯ２）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）のうちのいずれか一つのセラミックナノ粒子を含む絶縁層をコーティングし、前記絶縁層上に炭素層を形成することによって得られる。前記コアにおいては、前記金属板、前記絶縁層及び前記炭素層が交互に積層され、前記金属板は、軟磁性金属リボンが板状で形成されてもよい。
【０００８】
また、本発明による積層型コアの製造方法は、金属板を準備するステップと、セラミックナノ粉末を分散剤と共にエタノールに溶解してコーティング液を製造するステップと、前記金属板に前記コーティング液を塗布するステップと、前記コーティング液が塗布された金属板を乾燥及び熱処理して絶縁層及び前記絶縁層上に炭素層が形成された単位シートを製作するステップと、前記単位シートを積層するステップとを含む。
【０００９】
前記金属板にコーティング液を塗布する場合、ディッピング（dipping）による方法またはスピンコーティング（Ｓpin  coating）による方法が用いられてもよい。コーティング液の塗布後は、１００〜２００℃にて５〜１０分間真空中で乾燥過程が進行され、５００〜６００℃にて２０〜９０分間熱処理が行われてもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の積層型コアの製造方法によれば、積層型コアに用いられる単位シートの金属板にセラミックナノ粒子を含む絶縁層をコーティングし、該絶縁層上に炭素層を形成することによって、積層型コアのコア損失を最小化すると共に、透磁率（permeability）を最大化することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る積層型コアの斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に係る積層型コアを構成する単位シートの断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る積層型コアの製造方法を示す工程図である。
【図４】本発明の比較例及び実施例で測定されたコア損失値（ｋＷ／ｍ３）を示すグラフである。
【図５ａ】本発明の実施例に係る単位シートの断面ＳＥＭ写真である。
【図５ｂ】図５ａ中の部分Ａを拡大して示すＳＥＭ写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の好適な実施の形態は図面を参考にして詳細に説明する。次に示される各実施の形態は当業者にとって本発明の思想が十分に伝達されることができるようにするために例として挙げられるものである。従って、本発明は以下示している各実施の形態に限定されることなく他の形態で具体化されることができる。そして、図面において、装置の大きさ及び厚さなどは便宜上誇張して表現されることができる。明細書全体に渡って同一の参照符号は同一の構成要素を示している。
【００１３】
本明細書で使われた用語は、実施形態を説明するためのものであって、本発明を制限しようとするものではない。本明細書において、単数形は文句で特別に言及しない限り複数形も含む。明細書で使われる「含む」とは、言及された構成要素、ステップ、動作及び／又は素子は、一つ以上の他の構成要素、ステップ、動作及び／又は素子の存在または追加を排除しないことに理解されたい。
【００１４】
＜積層型コアの構成＞
【００１５】
本発明の実施形態による積層型コアは、単位シートが複数積層された形態を有する。該単位シートは、金属板と、該金属板の上面及び下面のうちのいずれか一つに形成された絶縁層と、該絶縁層上に形成された炭素層とを含むことができる。
【００１６】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態の一つによる高密度回路基板の構成及び形成方法について詳述する。
【００１７】
図１は本発明の実施形態に係る積層型コアの斜視図で、図２は本発明の実施形態に係る積層型コアを構成する単位シートの断面図である。ご参考として、図面の構成要素は必ず縮尺に応じて描かれたことではなく、例えば、本発明の理解のために図面の一部構成要素の大きさは他の構成要素に比べて誇張されることがある。
【００１８】
図１及び図２を参照して、積層型コア１００は、単位シート２００が垂直に複数積層されて形成される。図１に示すように、積層型コア１００は中空部３００の形成された円柱状を有するが、特にこれに限定されるものではない。
【００１９】
積層型コア１００を構成する単位シート２００は、金属板２１０と、絶縁層２２０と、炭素層２３０とを含むことができる。単位シート２００は、金属板２１０の上面及び下面のうちのいずれか一つに絶縁層２２０がコーティングされ、絶縁層２２０上に炭素層２３０が形成された構造を有するが、一例として、リング状であってもよい。このリング状は、閉ループ形態だけでなく、一部が開放された開ループ形態であってもよい。
【００２０】
金属板２１０は、メットグラス（metglas：登録商標）等の軟磁性金属リボンを板状に加工して製造される。金属板２１０をなす軟磁性金属は、一般に、インダクタ（inductor）のコアまたは変圧器（transformer）のコア等に用いられる。
【００２１】
積層型コア１００が、絶縁層２２０なしに金属板２１０だけで構成された単位シート２００を積層して形成される場合、積層型コア１００に巻かれたコイルに電流が印加されたとき、各単位シート２００に生成される渦電流（Eddy  current）が周辺の単位シートに影響を与えてしまい、渦電流による損失が大きくなる。
【００２２】
そのため、これを抑制するための方法として、金属板２１０の上面及び下面のうちのいずれか一つに絶縁層２２０をコーティングした単位シート２００を製作し、これを積層して積層型コア１００を製作することによって、電流印加時に各単位シート２００に発生した渦電流が周辺の単位シートへと伝達されることを防止することができる。
【００２３】
絶縁層２２０は、５ｎｍ〜１００ｎｍの大きさを有するセラミックナノ粒子２２１を含んで形成され得る。
【００２４】
セラミックナノ粒子２２１には、金属酸化物である酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、シリカ（ＳｉＯ２）、ジルコニア（ＺｒＯ２）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）のうちのいずれかが挙げられるが、特にこれに限定されるものではない。
【００２５】
また、絶縁層２２０の密度（density）を高くして絶縁効果を向上させることができるが、金属板２１０への絶縁層２２０のコーティングの際に、相対的に直径の大きいナノ粒子２２１と直径の小さいナノ粒子２２１とを混合して用いてもよい。
【００２６】
しかしながら、絶縁層２２０を構成するセラミックナノ粒子２２１は、強い吸湿性を有し、金属板２１０に塗布されて大気中に露出すると、水分を吸収するため、ハイドロオキサイド（hydroxide）に変換されて絶縁性が低下することがある。絶縁層２２０の絶縁性が低下すると、単位シート２００の絶縁性が低下し、これによって積層型コア１００の渦電流損失が大きくなることになる。
【００２７】
そのため、絶縁層２２０上に炭素層２３０を形成することによって、絶縁層２２０に含まれたセラミックナノ粒子２２１が大気中に露出して水分を吸収することを防止し、これによってセラミックナノ粒子２２１がハイドロオキサイドに変換されて絶縁性が低下することを防止することができる。即ち、炭素層２３０の形成によって絶縁層２２０の絶縁性の低下を防止することによって、窮極的に積層型コア１００の渦電流損失を最小化することができる。
【００２８】
炭素層２３０は、絶縁層２２０コーティング時に用いられる分散剤に含まれている炭素成分によって構成され、有機化合物としてＣ−Ｃ、Ｃ−Ｈ、ＣＯＯＨなどの形態で結合して存在し得る。
【００２９】
炭素層２３０は、金属板２１０及び絶縁層２２０に比べて相対的に薄い厚さを有する。
【００３０】
＜積層型コアの製造方法＞
【００３１】
図３は、本発明の実施形態に係る積層型コアの製造方法を示す工程図である。
【００３２】
本発明の実施形態に係る積層型コアの製造方法は、次の通り構成される。金属板を準備するステップ（Ｓ３１０）と、セラミックナノ粉末を分散剤と共にエタノールに溶解してコーティング液を製造するステップ（Ｓ３２０）と、前記金属板に前記コーティング液を塗布するステップ（Ｓ３３０）と、前記コーティング液が塗布された金属板を乾燥及び熱処理して絶縁層及び該絶縁層上に炭素層が形成された単位シートを製作するステップ（Ｓ３４０）と、前記単位シートを積層するステップ（Ｓ３５０）とを含む。
【００３３】
前記金属板を準備するステップ（Ｓ３１０）では、メットグラス（metglas：登録商標）等の軟磁性金属リボンを板状に加工した軟磁性金属板を準備する。この軟磁性金属リボンは、磁化または、磁性の除去が容易なので、軟磁性金属リボンで製造された電子部品は電力損失が低く、高周波数で温度上昇が低く、電気エネルギーから磁気エネルギーへの変換が容易であるという長所がある。
【００３４】
金属板２１０が準備されると、これと別に、セラミックナノ粉末を分散剤（Methoxy  propanol  acetate  +  Phosphated  polyester）と共にエタノールに溶解してナノゾル形態のコーティング液を製造する（Ｓ３２０）。このステップは、金属板２１０の上面及び下面のうちのいずれか一つに絶縁体コーティング層を形成するためのコーティング液を製造するステップである。前記分散剤に含まれた炭素成分は、後に絶縁層上に炭素層を形成する材料になる。
【００３５】
コーティング液が製造されると、準備した金属板２１０の上面及び下面のうちのいずれか一つに前記コーティング液を塗布し（Ｓ３３０）、コーティング液が塗布された金属板２１０を乾燥及び熱処理して絶縁層２２０を形成することによって単位シートを製作する（Ｓ３４０）。
【００３６】
金属板２１０の上面及び下面のうちのいずれか一つに絶縁層２２０を形成して単位シート２００を製作する方法には、ディッピング（dipping）による方法、スピンコーティング（spin  coating）による方法などが挙げられる。
【００３７】
ディッピング（dipping）による方法は、金属板２１０をコーティング液に漬けることによって絶縁層２２０を形成する方法であって、ディッピングの回数及び時間を調節して絶縁層２２０の厚さを調節することができる。金属板２１０をコーティング液に漬ければ、金属板２１０の全面が絶縁層２２０によってコーティングされるため、ディッピングによる方法は、金属板２１０の上面及び下面のうちのうちのいずれか一面を除いた外周面の絶縁層２２０を除去するステップをさらに含んでもよい。
【００３８】
また、スピンコーティングによる方法は、スピンコーティング機を用いて高速で金属板２１０を回転させてコーティング液を金属板２１０に塗布することによって、絶縁層２２０を形成する方法であって、１分間当たりの回転数（rpm）と塗布されるコーティング液の量とを調節して絶縁層２２０の厚さを調節することができる。
【００３９】
このように形成された絶縁層２２０は、５ｎｍ〜１００ｎｍの大きさを有するセラミックナノ粒子２２１を含むことができる。セラミックナノ粒子２２１には、金属酸化物である酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、シリカ（ＳｉＯ２）、ジルコニア（ＺｒＯ２）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）のうちのいずれか一つが挙げられるが、特にこれに限定されるものではない。
【００４０】
絶縁層２２０を形成するための熱処理の際に、セラミックナノ粉末と共に添加された分散剤に含まれている炭素の一部は、熱処理工程中に大気中の酸素と結合して一酸化炭素（ＣＯ）または二酸化炭素（ＣＯ２）の形態で揮発することがある。しかし、Ｃ−Ｃ、Ｃ−Ｈ及びＣＯＯＨなどの形態で結合された有機化合物は揮発することなく残っている。また、主な絶縁体として用いられるセラミックナノ粉末より比重が低いため、絶縁層２２０の上層部に集まって炭素層２３０を形成することがある。
【００４１】
炭素層２３０は、還元の雰囲気にて１〜４８時間、１００〜３００℃で熱処理することによって、その厚さを調節することができる。この炭素層２３０は、絶縁層２２０上に形成され、絶縁層２２０に含まれるセラミックナノ粒子２２１が大気中に露出して水分を吸収することを防止し、これによってセラミックナノ粒子２２１がハイドロオキサイド（hydroxide）に変換され、絶縁性が低下することを防止することができる。
【００４２】
セラミックナノ粒子２２１は強い吸湿性を有し、金属板２１０に塗布されて大気中に露出すると、水分を吸収するため、ハイドロオキサイドに変換されて絶縁性が低下する。そのため、炭素層２３０の形成によって絶縁層２２０の絶縁性の低下を防止し、これによって積層型コア１００の渦電流損失を最小化することができる。
【００４３】
最後に、製作された単位シート２００を垂直に複数積層することによって（Ｓ３５０）、積層型コア１００を製作する。
【００４４】
上記のような方法で製作された積層型コア１００にコイルを巻き取る方法によって、インダクタまたは変圧器を製造することができる。本発明の一実施形態による積層型コア１００を用いたインダクタまたは変圧器の場合、渦電流損失が低減され、高い効率を具現することができる。
【００４５】
＜比較例１＞
金属板上に絶縁層がコーティングされていない積層型コアの製造
【００４６】
１）金属板を準備する。
２）前記金属板を１５０個積層して積層型コアを製作する。
３）前記積層型コアのコア損失値（ｋＷ／ｍ３）をＢ−Ｈアナライザーを用いて測定する。
【００４７】
＜比較例２＞
金属板上に絶縁層がコーティングされている積層型コアの製造
【００４８】
１）金属板を準備する。
２）酸化マグネシウム（ＭｇＯ）ナノ粉末を分散剤（Methoxy  propanol  acetate  +  Phosphated  polyester）と共に９９．９％のエタノールに溶解し、ナノゾル形態のコーティング液を製造する。
３）前記コーティング液を前記金属板にディッピング（dipping）方法によって塗布する。
４）塗布後、２００℃にて１０分間真空中で乾燥させ、６００℃にて６０分間熱処理して、絶縁層と該絶縁層上に炭素層とが形成された単位シートを製作する。
５）前記単位シートを９９％のエタノールに入れ、２００℃にて４８時間熱処理して、絶縁層が形成されている単位シートを製作する。
６）前記絶縁層の形成された単位シートを１５０個積層して積層型コアを製作する。
７）前記積層型コアのコア損失値（ｋＷ／ｍ３）をＢ−Ｈアナライザー装置を用いて測定する。
【００４９】
＜実施例＞
金属板上に絶縁層がコーティングされ、該絶縁層上に炭素層が形成された積層型コアの製造
【００５０】
１）金属板を準備する。
２）酸化マグネシウム（ＭｇＯ）ナノ粉末を分散剤（Methoxy  propanol  acetate  +  Phosphated  polyester）と共に９９．９％のエタノールに溶解して、ナノゾル形態のコーティング液を製造する。
３）前記コーティング液を前記金属板にディッピング（dipping）方法によって塗布する。
４）塗布後、２００℃にて１０分間真空中に乾燥させ、６００℃にて６０分間熱処理して、絶縁層と該絶縁層上に炭素層とが形成された単位シートを製作する。
５）前記単位シートを１５０個積層して積層型コアを製作する。
６）前記積層型コアのコア損失値（ｋＷ／ｍ３）をＢ−Ｈアナライザー装置を用いて測定する。
【００５１】
前述の過程を通じて、金属板上に絶縁層がコーティングされなかったとき（比較例１）、金属板上に絶縁層がコーティングされたとき（比較例２）、及び金属板上に絶縁層がコーティングされ、該絶縁層上に炭素層が形成されたとき（実施例）に測定された、積層型コアのコア損失値（ｋＷ／ｍ３）は、下記の表１及び図４の通りである。
【００５２】
【表１】
2016082221.tif 000003
【００５３】
図４は、本発明の比較例及び実施例により測定されたコア損失値（ｋＷ／ｍ３）を示すグラフである。
【００５４】
表１及び図４を参照して、積層型コアのコア損失値（ヒステリシス損失値及び渦電流損失値の和）は、金属板に絶縁層をコーティングしたとき（３３５ｋＷ／ｍ３）の方が、絶縁層をコーティングしなかったとき（３６２ｋＷ／ｍ３）より約２７ｋＷ／ｍ３低減され、絶縁層をコーティングすることに加えて、当該絶縁層上に炭素層を形成したとき（２８９ｋＷ／ｍ３）の方が、絶縁層をコーティングしただけのとき（３３５ｋＷ／ｍ３）よりコア損失値（ｋＷ／ｍ３）がさらに約４６ｋＷ／ｍ３低減されることが認められる。
【００５５】
従って、積層型コア１００のコア損失を最小化し、透磁率を最大化するためには、積層型コア１００に用いられる単位シート２００の金属板２１０を絶縁層２２０でコーティングすることが望ましく、コーティングの際に絶縁層２２０上に炭素層２３０を形成することがさらに望ましい。
【００５６】
図５ａは、本発明の実施形態に係る単位シートの断面ＳＥＭ写真で、図５ｂは図５ａ中の部分Ａを拡大して示すＳＥＭ写真である。
【００５７】
図５ａ及び図５ｂを参照して、積層型コア１００に用いられる単位シート２００に示すように、単位シート２００は金属板２１０の上面及び下面のうちのいずれか一つに絶縁層２２０がコーティングされ、絶縁層２２０を拡大してみると、絶縁層２２０上に炭素層２３０が形成されていることを目視で確認することができる。
【００５８】
前述のように、積層型コア１００に用いられる単位シート２００の金属板２１０に絶縁層２２０がコーティングされ、絶縁層２２０上に炭素層２３０が形成されることによって、炭素層２３０が絶縁層２２０の絶縁性の低下を防止し、積層型コア１００のコア損失を最小化することができる。
【００５９】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００６０】
１００  積層型コア
２００  単位シート
２１０  金属板
２２０  絶縁層
２２１  セラミックナノ粒子
２３０  炭素層
３００  中空部
【図１】
2016082221.tif 000004
【図２】
2016082221.tif 000005
【図３】
2016082221.tif 000006
【図４】
2016082221.tif 000007
【図５ａ】
2016082221.tif 000008
【図５ｂ】
2016082221.tif 000009