JP2016178275A - パワーインダクタ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、パワーインダクタに関する。【解決手段】本発明は、絶縁基板と、上記絶縁基板の両面に形成される第１のコイル層及び第２のコイル層と、上記絶縁基板と上記第１のコイル層及び上記第２のコイル層を内部に含むコイル部、及び上部カバー部と下部カバー部を含むカバー部で構成され、上記第１のコイル層の端部と上記第２のコイル層の端部が両側端面に露出するように形成されるインダクタ本体と、上記第１のコイル層の端部と上記第２のコイル層の端部とそれぞれ電気的に接続されて形成される第１の外部電極及び第２の外部電極と、を含み、上記上部カバー部と下部カバー部は金属板状複合体を含むパワーインダクタを提供する。本発明によれば、ＤＣ−ｂｉａｓ特性に優れたパワーインダクタを提供することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、パワーインダクタに関する。

最近、スマートフォン、タブレットＰＣなどの携帯機器の発展に伴い、高速のデュアルコア、クアッドコアＡＰ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）が用いられ、より大きな面積のディスプレイが用いられることにより、既存のフェライトインダクタとしては十分な定格電流を発揮していない。

よって、ＤＣ−Ｂｉａｓ特性に優れた金属粉末と有機物を用いる金属複合インダクタが多く開発されている。

通常、金属材料は、交流で渦電流損が大きいため、高周波数では用いるのが困難であった。しかしながら、金属材料を小さな粉末にし、表面を絶縁して有機物との複合体にすることにより、渦電流損を減らすことができるようになったため、最近では、１ＭＨｚ以上でも用いることができるようになった。

しかしながら、このような絶縁処理では、電気が通らない絶縁層が磁束の流れを妨害するため、高い透磁率を有するインダクタを製造するのが困難である。

金属複合インダクタにおいて金属粉末の渦電流損を減らすために、必要な使用周波数に合わせて粒度を選択することができる。

一般に、インダクタを高周波で用いるためには材料の比抵抗を高くしサイズを減らす必要があり、現在は、１〜３ＭＨｚのレベルで約２０〜３０μｍの金属粉末が用いられている。

金属磁性体の透磁率は、一般に材料の種類によって数千〜数万であるが、複合体を形成する場合は、絶縁膜が磁束の流れを妨害し、非磁性体空間によって反磁場が発生するため、２０〜２５のレベルに過ぎない。

したがって、小さなＳＭＤ型のインダクタにおいて具現可能な容量には制限がある。

金属複合体においては、材料の透磁率が充填率と密接な相関関係にあるため、実際には、サイズの差異の大きい約２０〜３０μｍの大きな粉末と１０μｍ未満の小さな粉末とを混合して用いることにより大きな粉末間の開き空間を小さな粉末で満たす方法を用いる。この方法を用いて透磁率を３０以上まで高くすることができる。

但し、透磁率をより高くするためには、より小さな第３の粉末を用いて残りの空間を満たすか、又はより大きな粉末を用いる方法が必要である。しかしながら、第一の方法は、材料の確保の問題及び工程上の問題があるため、現実的には使用が困難であり、第二の方法は、透磁率は高くすることができるが、使用周波数で渦電流損が増加し、また、製品工程及び構造において使用可能な粉末の最大サイズには制限があるという短所がある。

材料の渦電流損を低減するには、全ての材料のサイズを小さくするよりも、磁束方向に垂直な方向における材料のサイズが重要である。したがって、磁束方向に材料が連続していても、磁束方向に垂直な方向における材料の厚さを薄くして板状にすると、上記効果が得られると考えられる。

したがって、磁束方向に垂直な方向における材料の厚さを薄くして材料の渦電流損を低くすることができ、特許文献にはフレーク（Ｆｌａｋｅ）を用いたトロイダル状の巻線インダクタが提案されている。

しかしながら、フレーク（Ｆｌａｋｅ）状粉末は、球状粉末に比べて複合体における金属充填率が落ちるため、透磁率は高くすることができるが、ＤＣ−ｂｉａｓを悪化させる可能性が非常に高い。よって、小型又は高容量のインダクタにおいて、容量は満たしても、ＤＣ−ｂｉａｓが悪化することから、その用途が制限される可能性がある。

特開２０１３−１１０１７１号公報

本発明は、従来のパワーインダクタの上記多様な短所と問題を解決するためになされたものであり、パワーインダクタのカバー部が金属板状複合体を含むことにより、高透磁率を有し且つ高飽和磁束密度を具現し、ＤＣ−ｂｉａｓ特性に優れたパワーインダクタを提供することを目的とする。

本発明によれば、絶縁基板と、上記絶縁基板の両面に形成される第１のコイル層及び第２のコイル層と、上記絶縁基板と上記第１のコイル層及び上記第２のコイル層を内部に含むコイル部、及び上部カバー部と下部カバー部を含むカバー部で構成され、上記第１のコイル層の端部と上記第２のコイル層の端部が両側端面に露出するように形成されるインダクタ本体と、上記第１のコイル層の端部と上記第２のコイル層の端部とそれぞれ電気的に接続されて形成される第１の外部電極及び第２の外部電極と、を含み、上記上部カバー部と下部カバー部は金属板状複合体を含むパワーインダクタが提供される。

上記絶縁基板は中央に貫通孔を有し、上記金属板状複合体は有機絶縁膜がコーティングされた金属薄板であり、上記上部カバー部と下部カバー部は複数の金属板状複合体が積層されたものであればよい。

また、上記コイル部は鉄（Ｆｅ）、鉄−ニッケル合金（Ｆｅ−Ｎｉ）、鉄−珪素−アルミニウム合金（Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ）及び鉄−珪素−クロム合金（Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ）のうちいずれか一つ又は二つ以上の金属粉末を含み、上記金属板状複合体は鉄−ニッケル系合金（Ｆｅ−Ｎｉ）を含み、上記鉄−ニッケル系合金（Ｆｅ−Ｎｉ）はパーマロイ（Ｐｅｒｍａｌｌｏｙ）であればよい。

上記金属板状複合体の厚さは１０μｍ以下であり、上記金属板状複合体はメッキ工程により形成されたものであり、上記上部カバー部と下部カバー部は金属板状複合体を含む板状の構造体であり、上記金属板状複合体は有機絶縁膜によって中心を基準として放射状に分離されたものであればよい。

上述したように、本発明によれば、パワーインダクタのカバー部が金属板状複合体を含むことにより高い金属充填率を有することができるため、ＤＣ−ｂｉａｓ特性に優れたパワーインダクタを提供することができる。

また、メッキ工程を用いて高精度にパワーインダクタの本体を製作することにより、パワーインダクタの容量のばらつきを減らすことができる。

本発明の一実施形態によるパワーインダクタの断面図である。 本発明の一実施形態によるパワーインダクタの磁束の流れを示す断面図である。 本発明の一実施形態によるパワーインダクタに含まれる金属板状複合体の斜視図である。 本発明の他の実施形態によるパワーインダクタに含まれる金属板状複合体の斜視図である。 本発明の一実施形態によるパワーインダクタのカバー部の形態及び磁束の流れを示す平面図である。

以下では、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。しかし、本発明の実施形態は様々な他の形態に変形されることができ、本発明の範囲は以下で説明する実施形態に限定されない。また、本発明の実施形態は、当該技術分野で平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。したがって、図面における要素の形状及び大きさなどはより明確な説明のために誇張されることがある。

図１は、本発明の一実施形態によるパワーインダクタの断面図であり、図２は、本発明の一実施形態によるパワーインダクタの磁束の流れを示す断面図であり、図３ａは、本発明の一実施形態によるパワーインダクタに含まれる金属板状複合体の斜視図であり、図３ｂは、本発明の他の実施形態によるパワーインダクタに含まれる金属板状複合体の斜視図であり、図４は、本発明の一実施形態によるパワーインダクタのカバー部の形態及び磁束の流れを示す平面図である。

図１〜図４を参照すると、本発明の実施形態によるパワーインダクタ１００は、絶縁基板２００と、絶縁基板２００の両面に形成される第１のコイル層３１０及び第２のコイル層３２０と、絶縁基板２００と第１のコイル層３１０及び第２のコイル層３２０を内部に含むコイル部４００、及び上部カバー部５２０と下部カバー部５１０を含むカバー部５００で構成され、第１のコイル層３１０及び第２のコイル層３２０の端部が両側端面に露出するように形成されるインダクタ本体６００と、第１のコイル層の端部３１１と第２のコイル層の端部３２１とそれぞれ電気的に接続されて形成される第１の外部電極７１０及び第２の外部電極７２０と、を含み、上部カバー部５２０と下部カバー部５１０は金属板状複合体５３０を含むことができる。

絶縁基板２００は、第１のコイル層３１０と第２のコイル層３２０の支持層として用いられ、フェライトなどの磁性材料又は高分子樹脂４２０などの絶縁材質を含むことができる。

また、絶縁基板２００は、中心部に球形、楕円又は多角形の貫通孔２１０が形成されて磁束の流れに役立てることができる。

図２を参照すると、本発明の実施形態によるパワーインダクタは、コイルに電源が印加されながら矢印方向に磁場が形成され、貫通孔２１０を介して磁束の流れ８００が形成されるため、絶縁基板２００によって磁束の流れが妨げられることを最小化することができる。

第１のコイル層３１０と第２のコイル層３２０は、導電性ペーストを用いて絶縁基板２００の両面に形成され、絶縁基板２００を貫通するビアを介して電気的に連結され、全て螺旋状に形成されることができる。

上記ビアは、レーザ又はパンチングなどの方法により絶縁基板２００に貫通孔を形成した後に導電性ペーストを充填する方法で形成されることができる。

第１のコイル層３１０と第２のコイル層３２０は、鉄（Ｆｅ）、鉄−ニッケル合金（Ｆｅ−Ｎｉ）、鉄−珪素−アルミニウム合金（Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ）及び鉄−珪素−クロム合金（Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ）のうちいずれか一つ又は二つ以上の金属粉末４１０を含むことができるが、これに限定されない。

絶縁基板２００と第１のコイル層３１０及び第２のコイル層３２０を内部に含むコイル部４００は、金属粉末４１０と高分子樹脂４２０を含み、第１のコイル層３１０の端部と第２のコイル層３２０の端部が外部に露出して下記外部電極に電気的に連結されるようにすることができる。

第１の外部電極７１０は、第１のコイル層の端部３１１と電気的に連結され、第２の外部電極７２０は、第２のコイル層の端部３２１と電気的に連結されて形成される。

第１の外部電極７１０と第２の外部電極７２０は、導電性ペーストにインダクタ本体６００を浸漬する方法、インダクタ本体６００の両端面に導電性ペーストを印刷又は蒸着する方法などで形成されることができる。

また、第１の外部電極７１０と上記第２の外部電極７２０に伝導性を付与するために、金、銀、白金、銅、ニッケル、パラジウムなどの金属又は当該金属の合金を用いることができ、必要に応じて、ニッケルメッキ層（図示せず）及びスズメッキ層（図示せず）をさらに形成することもできる。

インダクタ本体６００はコイル部４００とカバー部５００を含み、カバー部５００は上部カバー部５２０と下部カバー部５１０を含む。上部カバー部５２０がコイル部４００の上部に形成され、下部カバー部５１０がコイル部４００の下部に形成されてインダクタ本体６００を構成する。

上部カバー部５２０と下部カバー部５１０は、金属板状複合体５３０を含む。金属板状複合体５３０は、有機絶縁膜５３２がコーティングされた金属薄板５３１であればよい。

有機絶縁膜５３２を構成する物質は、金属薄板５３１をコーティングして電気的に絶縁させることができる物質であれば特に限定されない。

金属薄板５３１は鉄−ニッケル系合金からなり、当該鉄−ニッケル系合金はパーマロイであればよいが、これに限定されない。

金属板状複合体５３０は、渦電流のサイズを減らすために、厚さが１０μｍ以下であればよいが、これに限定されない。

金属板状複合体５３０は、メッキ工程でボトムアップ（ｂｏｔｔｏｍ−ｕｐ）方法により形成されることもでき、トップダウン（ｔｏｐ−ｄｏｗｎ）方法により形成されることもできる。

上部カバー部５２０と下部カバー部５１０は、複数の金属板状複合体５３０が積層されたものであり、複数の金属板状複合体５３０を含む板状の構造体であればよい。

また、金属板状複合体５３０は、有機絶縁膜５３２によって中心部を基準として放射状に分離されたものであればよい。

この場合、上部カバー部５２０と下部カバー部５１０は、図３ａに示されているように三角形の平面形状を有する板状の金属板状複合体５３０を含むことができる。

本発明の実施形態のように金属板状複合体５３０でカバー部５００を形成する場合、磁場によって磁束の流れ８００が形成されるカバー部５００の金属充填率を向上させて透磁率を向上させることができ、これにより、ＤＣ−ｂｉａｓ特性の向上も図ることができる。

また、本発明の実施形態のうち図４のように有機絶縁膜５３２によって中心を基準として放射状に分離された金属板状複合体５３０を含むカバー部５００を形成する場合、磁束の流れ８００の方向には金属板状複合体５３０が連続性を有することから磁束の流れを円滑にすることができ、カバー部５００が多数の金属板状複合体５３０で構成されることから渦電流損を最小化することができるという長所がある。

また、金属粉末を用いる場合は金属粉末の形態と充填率の制御が困難であることからパワーインダクタの容量のばらつきが大きくなるが、本発明の実施形態によるパワーインダクタは、メッキ工程を用いてカバー部のサイズと形態を高精度に制御して製作されることができるため、容量のばらつきが減少する。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されず、特許請求の範囲に記載された本発明の技術的思想から外れない範囲内で多様な修正及び変形が可能であるということは、当技術分野の通常の知識を有する者には明らかである。

１００ パワーインダクタ
２００ 絶縁基板

３１０ 第１のコイル層
３１１ 第１のコイル層の端部
３２０ 第２のコイル層
３２１ 第２のコイル層の端部
４００ コイル部
４１０ 金属粉末
４２０ 高分子樹脂
５００ カバー部
５１０ 下部カバー部
５２０ 上部カバー部
５３０ 金属板状複合体
５３１ 金属薄板
５３２ 有機絶縁膜
６００ インダクタ本体（ｂｏｄｙ）
７１０ 第１の外部電極
７２０ 第２の外部電極
８００ 磁束の流れ

Claims (11)

1. 絶縁基板と、
   前記絶縁基板の両面に形成される第１のコイル層及び第２のコイル層と、
   前記絶縁基板と前記第１のコイル層及び前記第２のコイル層を内部に含むコイル部、及び上部カバー部と下部カバー部を含むカバー部で構成され、前記第１のコイル層の端部と前記第２のコイル層の端部が両側端面に露出するように形成されるインダクタ本体と、
   前記第１のコイル層の端部と前記第２のコイル層の端部とそれぞれ電気的に接続されて形成される第１の外部電極及び第２の外部電極と、
   を含み、
   前記上部カバー部と前記下部カバー部は金属板状複合体を含む、パワーインダクタ。
2. 前記絶縁基板は、中央に貫通孔を有する、請求項１に記載のパワーインダクタ。
3. 前記金属板状複合体は、有機絶縁膜がコーティングされた金属薄板である、請求項１または２に記載のパワーインダクタ。
4. 前記上部カバー部と前記下部カバー部は、複数の金属板状複合体が積層されたものである、請求項１から３のいずれか１項に記載のパワーインダクタ。
5. 前記コイル部は、鉄（Ｆｅ）、鉄−ニッケル合金（Ｆｅ−Ｎｉ）、鉄−珪素−アルミニウム合金（Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ）及び鉄−珪素−クロム合金（Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ）のうちいずれか一つ又は二つ以上の金属粉末を含む、請求項１から４のいずれか１項に記載のパワーインダクタ。
6. 前記金属板状複合体は、鉄−ニッケル系合金（Ｆｅ−Ｎｉ）を含む、請求項１から５のいずれか１項に記載のパワーインダクタ。
7. 前記鉄−ニッケル系合金（Ｆｅ−Ｎｉ）はパーマロイ（Ｐｅｒｍａｌｌｏｙ）である、請求項６に記載のパワーインダクタ。
8. 前記金属板状複合体の厚さは１０μｍ以下である、請求項１から７のいずれか１項に記載のパワーインダクタ。
9. 前記金属板状複合体は、メッキ工程により形成されたものである、請求項１から８のいずれか１項に記載のパワーインダクタ。
10. 前記上部カバー部と前記下部カバー部は、前記金属板状複合体を含む板状の構造体である、請求項１から９のいずれか１項に記載のパワーインダクタ。
11. 前記金属板状複合体は、有機絶縁膜によって中心を基準として放射状に分離されたものである、請求項１０に記載のパワーインダクタ。

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