JP6546354B2 - パワーインダクター - Google Patents
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Description
ボディ100は、六面体状であってもよい。即ち、ボディ100は、X方向に所定の長さを有し、Y方向に所定の幅を有し、Z方向に所定の高さを有する略六面体状に設けられてもよい。このとき、ボディ100は、長さが幅及び高さよりもそれぞれ大きく、幅は高さに等しいか又は異なってもよい。いうまでもなく、ボディ100は、六面体に加えて、多面体状を呈してもよい。このようなボディ100は、磁性体粉砕物110及び絶縁物120を備えていてもよい。即ち、磁性体粉砕物110及び絶縁物120が混合されてボディ100をなしてもよい。また、ボディ100は、熱伝導性フィラー130を更に備えていてもよく、金属磁性粉末(図示せず)を更に備えていてもよい。即ち、ボディ100は、磁性体粉砕物110及び絶縁物120を備え、熱伝導性フィラー130及び金属磁性粉末の少なくとも一方を更に備えていてもよい。
基材200は、ボディ100の内部に設けられてもよい。例えば、基材200は、ボディ100の内部にボディ100のX方向、即ち、外部電極400の方向に設けられてもよい。また、基材200は、1以上に設けられてもよいが、例えば、2以上の基材200が外部電極400の形成方向と直交する方向、即ち、垂直方向に所定の間隔だけ離れて設けられてもよい。いうまでも無く、2以上の基材が外部電極400が形成された方向に配列されてもよい。このような基材200は、例えば、銅張積層板(Copper Clad Lamination;CCL)または金属磁性体などによって製作されてもよい。このとき、基材200は、金属磁性体によって製作されることにより透磁率を増加させ、容量を手軽に実現することができる。即ち、銅張積層板(CCL)は、ガラス強化繊維に銅箔(foil)を貼り合わせて製作するが、このような銅張積層板(CCL)は透磁率を有さないが故に、パワーインダクターの透磁率を低下させる虞がある。しかしながら、金属磁性体を基材200として用いると、金属磁性体が透磁率を有するため、パワーインダクターの透磁率を低下させなくなる。このような金属磁性体を用いた基材200は、含鉄金属、例えば、鉄−ニッケル(Fe−Ni)、鉄−ニッケル−ケイ素(Fe−Ni−Si)、鉄−アルミニウム−ケイ素(Fe−Al−Si)及び鉄−アルミニウム−クロム(Fe−Al−Cr)よりなる群から選ばれるいずれか一種以上の金属からなる所定の厚さの板に銅箔を貼り合わせて製作してもよい。即ち、鉄を含んで少なくとも1つの金属からなる合金を所定の厚さの板状に製作し、金属板の少なくとも一方の面に銅箔を貼り合わせることにより基材200が製作されてもよい。
コイルパターン300(310、320)は、基材200の少なくとも一方の面、好ましくは、両面に形成されてもよい。これらのコイルパターン310、320は、基材200の所定の領域、例えば、中央部から外側に向かってスパイラル状に形成されてもよく、基材200の上に形成された2つのコイルパターン310、320が接続されて1つのコイルをなしてもよい。即ち、コイルパターン310、320は、基材200の中心部に形成された貫通孔220の外側からスパイラル状に形成されてもよく、基材200に形成された伝導性ビア210を介して互いに接続されてもよい。ここで、上側のコイルパターン310及び下側のコイルパターン320は、互いに同じ形状に形成されてもよく、同じ高さに形成されてもよい。また、コイルパターン310、320は重なり合うように形成されてもよく、コイルパターン310が形成されていない領域に重なり合うようにコイルパターン320が形成されてもよい。一方、コイルパターン310、320の端部は直線状に外側に延設されてもよいが、ボディ100の短辺の中央部に沿って延設されてもよい。更に、コイルパターン310、320の外部電極400と接触される領域は、図3及び図4に示すように、他の領域に比べて広幅に形成されてもよい。コイルパターン310、320の一部、即ち、引出部が広幅に形成されることにより、コイルパターン310、320及び外部電極400間の接触面積を増大させることができ、これにより、抵抗を下げることができる。いうまでもなく、コイルパターン310、320が外部電極400が形成される一領域から外部電極400の幅方向に延設されてもよい。このとき、コイルパターン310、320の末端部、即ち、外部電極400に向かって引き出される引出部は、ボディ100の側面の中央部に向かって直線状に形成されてもよい。
外部電極400(410、420)は、ボディ100の向かい合う両面に形成されてもよい。例えば、外部電極400は、ボディ100のX方向に向かい合う2つの側面に形成されてもよい。このような外部電極400は、ボディ100のコイルパターン310、320と電気的に接続されてもよい。また、外部電極400は、ボディ100の2つの側面の全体に形成され、2つの側面の中央部においてコイルパターン310、320と接触されてもよい。即ち、コイルパターン310、320の端部がボディ100の外側の中央部に露出され、外部電極400がボディ100の側面に形成されてコイルパターン310、320の端部と接続されてもよい。このような外部電極400は、導電性ペーストを用いて形成してもよいが、導電性ペーストにボディ100の両側面を浸漬したり印刷したりして形成してもよい。 更に、外部電極400は、蒸着、スパッタリング、メッキなどの様々な方法によって形成されてもよい。一方、外部電極400は、形成方法に応じて、ボディ100の両側面及び下面にのみ形成されてもよく、ボディ100の上面又は前面及び背面にも形成されてもよい。例えば、導電性ペーストに浸漬する場合、X方向への両側面だけではなく、Y方向への前面及び背面、並びにZ方向への上面及び下面にも外部電極400が形成されてもよい。これに比べて、印刷、蒸着、スパッタリング、メッキなどの方法を用いて形成する場合、X方向への両側面及びY方向への下面に外部電極400が形成されてもよい。即ち、外部電極400は、X方向への両側面及びプリント回路基板に実装される下面だけではなく、形成方法又は工程条件に応じてそれ以外の領域にも形成されてもよい。このような外部電極400は、電気伝導性を有する金属によって形成されてもよいが、例えば、金、銀、白金、銅、ニッケル、パラジウム及びこれらの合金よりなる群から選ばれるいずれか一種以上の金属によって形成されてもよい。このとき、コイルパターン300と接続される外部電極400の少なくとも一部、即ち、ボディ100の表面に形成されてコイルパターン300と接続される外部電極400の一部は、コイルパターン300と同じ物質によって形成されてもよい。例えば、コイルパターン300が銅を用いてメッキ工程によって形成される場合、外部電極400の少なくとも一部は銅を用いて形成してもよい。このとき、銅は、上述したように、導電性ペーストを用いた浸漬又は印刷方法で形成してもよく、蒸着、スパッタリング、メッキなどの方法を用いて形成してもよい。好ましくは、外部電極400は、メッキの方法を用いて形成してもよい。メッキ工程を用いて外部電極400を形成するためにボディ100の両側面にシード層を形成した後、シード層からメッキ層を形成して外部電極400を形成してもよい。ここで、外部電極400のコイルパターン300と接続される少なくとも一部は、外部電極400が形成されるボディ100の側面の全体であってもよく、一部の領域であってもよい。一方、外部電極400は、少なくとも一つのメッキ層を更に備えていてもよい。即ち、外部電極400は、コイルパターン300と接続される第1の層と、その上部に形成された少なくとも一つのメッキ層と、を備えていてもよい。例えば、外部電極400には、ニッケルメッキ層(図示せず)又は錫メッキ層(図示せず)が更に形成されてもよい。即ち、外部電極400は、銅層、Niメッキ層及びSnメッキ層の積み重ね構造に形成されてもよく、銅層、Niメッキ層及びSn/Agメッキ層の積み重ね構造に形成されてもよい。このとき、メッキ層は、電解又は無電解メッキを用いて形成してもよい。Snメッキ層は、Niメッキ層の厚さに等しいか又はそれよりも大きい厚さに形成されてもよい。例えば、外部電極400は、2μm〜100μmの厚さに形成されてもよく、Niメッキ層が1μm〜10μmの厚さに形成され、Sn又はSn/Agメッキ層は2μm〜10μmの厚さに形成されてもよい。一方、外部電極400は、例えば、0.5%〜20%のBi2O3又はSiO2を主成分とする多成分系のガラスフリット(Glass frit)を金属粉末と混合して形成してもよい。このとき、ガラスフリット及び金属粉末の混合物はペースト状に製造されてボディ100の両面に塗布されてもよい。即ち、外部電極400の一部を導電性ペーストを用いて形成する場合、導電性ペーストにはガラスフリットが混合されてもよい。このように、外部電極400にガラスフリットが含有されることにより、外部電極400及びボディ100間の密着力を向上させることができ、コイルパターン300及び外部電極400間のコンタクト反応を向上させることができる。
絶縁層500は、コイルパターン310、320と磁性体粉砕物110とを絶縁するためにコイルパターン310、320とボディ100との間に形成されてもよい。即ち、絶縁層500がコイルパターン310、320の上面及び側面を覆うように形成されてもよい。このとき、絶縁層500は、コイルパターン310、320の上面及び側面に略同じ厚さに形成されてもよい。例えば、絶縁層500は、コイルパターン310、320の上面及び側面に約1〜1.2:1の厚さに形成されてもよい。即ち、コイルパターン310、320は、上面は側面よりも約20%ほど厚く形成され、好ましくは、上面及び側面は同じ厚さに形成されてもよい。なお、絶縁層500は、コイルパターン310、320の上面及び側面だけではなく、基材200を覆うように形成されてもよい。即ち、所定の領域が除去された基材200のコイルパターン310、320によって露出された領域、即ち、基材200の表面及び側面にも絶縁層500が形成されてもよい。基材200上の絶縁層500は、コイルパターン310、320上の絶縁層500と同じ厚さに形成されてもよい。このような絶縁層500は、コイルパターン310、320の上にパリレンをコーティングして形成してもよい。例えば、コイルパターン310、320が形成された基材200を蒸着チャンバー内に設けた後にパリレンを気化させて真空チャンバーの内部に供給することにより、コイルパターン310、320の上にパリレンを蒸着してもよい。即ち、基材200の上面の絶縁層500の厚さは、コイルパターン310、320の上面の絶縁層500の厚さと同じであってもよく、基材200の側面の絶縁層500の厚さは、コイルパターン310、320の側面の絶縁層500の厚さと同じであってもよい。このような絶縁層500は、コイルパターン310、320の上にパリレンをコーティングして形成してもよい。例えば、パリレンを気化器(Vaporizer)において1次的に加熱して気化させてダイマー(dimer)状態にした後、2次的に加熱してモノマー(Monomer)状態に熱分解させ、蒸着チャンバーに連設されたコールドトラップ(Cold Trap)及び機械的な真空ポンプ(Mechanical Vaccum Pump)を用いてパリレンを冷却させると、パリレンはモノマー状態からポリマー状態に変換されてコイルパターン310、320の上に蒸着される。いうまでもなく、絶縁層500は、パリレン以外の絶縁性高分子、例えば、エポキシ、ポリイミド及び液晶ポリマーから選ばれるいずれか一種以上の物質によって形成されてもよい。しかしながら、パリレンをコーティングすることにより、コイルパターン310、320の上に均一な厚さで絶縁層500を形成することができ、薄肉に形成しても他の物質に比べて絶縁特性を向上させることができる。即ち、絶縁層500としてパリレンをコーティングする場合、ポリイミドを形成する場合に比べて薄肉に形成しながら絶縁破壊電圧を増加させて絶縁特性を向上させることができる。また、コイルパターン310、320のパターン間の間隔に応じてパターン間を埋め込んで均一な厚さに形成されてもよく、パターンの段差に沿って均一な厚さに形成されてもよい。即ち、コイルパターン310、320のパターン間の間隔が遠い場合、パターンの段差に沿って均一な厚さでパリレンがコーティング可能であり、パターン間の間隔が近い場合、パターン間を埋め込んでコイルパターン310、320の上に所定の厚さに形成可能である。図7は、ポリイミドを絶縁層として形成したパワーインダクターの断面イメージであり、図8は、パリレンを絶縁層として形成したパワーインダクターの断面イメージである。図8に示すように、パリレンの場合、コイルパターン310、320の段差に沿って薄肉に形成されるが、図7に示すように、ポリイミドはパリレンに比べて厚肉に形成される。一方、絶縁層500は、パリレンを用いて3μm〜100μmの厚さに形成してもよい。パリレンが3μm未満の厚さに形成されると、絶縁特性が低下する虞があり、100μmを超える厚さに形成する場合、同じサイズ内において絶縁層500が占める厚さが増加してボディ100の体積が小さくなり、これにより、透磁率が低下する虞がある。いうまでもなく、絶縁層500は、所定の厚さのシートによって製作された後にコイルパターン310、320の上に形成されてもよい。
一方、ボディ100の少なくとも一表面には表面改質部材(図示せず)が形成されてもよい。このような表面改質部材は、外部電極400を形成する前に、ボディ100の表面に、例えば、酸化物を分布させて形成してもよい。ここで、酸化物は、結晶状態又は非結晶状態でボディ100の表面に分散されて分布されてもよい。表面改質部材は、メッキ工程を用いて外部電極400を形成するとき、メッキ工程前にボディ100の表面に分布されてもよい。即ち、表面改質部材は、外部電極400の一部を印刷工程を用いて形成する前に分布させてもよく、印刷工程後に且つメッキ工程を施す前に分布させてもよい。いうまでもなく、印刷工程を施さない場合、表面改質部材を分布させた後にメッキ工程を施してもよい。このとき、表面に分布された表面改質部材は、少なくとも一部が溶融されてもよい。
図9に示すように、外部電極400が形成されたボディ100の上面に絶縁キャッピング層550が形成されてもよい。即ち、プリント回路基板(Printed Circuit Board;PCB)の上に実装されるボディ100の下面と向かい合うボディ100の上面、例えば、Z方向への上面に絶縁キャッピング層550が形成されてもよい。このような絶縁キャッピング層550は、ボディ100の上面に延設された外部電極400及びシールドカン又は上側の回路部品間のショートを防ぐために形成されてもよい。即ち、パワーインダクターは、ボディ100の下面に形成された外部電極400が電源管理IC(PMIC:Power Management IC)と隣り合ってプリント回路基板の上に実装されるが、PMICは約1mmの厚さを有し、パワーインダクターもまたこれと同じ厚さに製作される。PMICは、高周波ノイズを発生させて周辺回路又は素子に影響を及ぼすため、PMIC及びパワーインダクターを金属材質、例えば、ステンレス鋼材質のシールドカン(shield can)で覆うことになる。ところが、パワーインダクターは外部電極が上側にも形成されるため、シールドカンとショート(short)される。したがって、ボディ100の上面に絶縁キャッピング層550を形成することにより、パワーインダクター及び外部導電体間のショートを防ぐことができる。このとき、絶縁キャッピング層550は、ボディ100の上面に延設された外部電極400及びシールドカンなど間の絶縁のために形成されるため、少なくともボディ100の上面の外部電極400を覆うように形成されてもよい。このような絶縁キャッピング層550は、絶縁物質によって形成されてもよいが、例えば、エポキシ(epoxy)、ポリイミド(polyimide)及び液晶ポリマー(Liquid Crystalline Polymer;LCP)よりなる群から選ばれた一種以上によって形成されてもよい。また、絶縁キャッピング層550は、熱硬化性樹脂によって形成されてもよい。熱硬化性樹脂としては、例えば、ノボラックエポキシ樹脂(Novolac Epoxy Resin)、フェノキシ型エポキシ樹脂(Phenoxy Type Epoxy Resin)、ビスフェノールA型エポキシ樹脂(BPA Type Epoxy Resin)、ビスフェノールF型エポキシ樹脂(BPF Type Epoxy Resin)、水添ビスフェノールA型エポキシ樹脂(Hydrogenated BPA Epoxy Resin)、ダイマー酸改質エポキシ樹脂(Dimer Acid Modified Epoxy Resin)、ウレタン改質エポキシ樹脂(Urethane Modified Epoxy Resin)、ゴム改質エポキシ樹脂(Rubber Modified Epoxy Resin)及びDCPD型エポキシ樹脂(DCPD Type Epoxy Resin)よりなる群から選ばれた一種以上を含んでいてもよい。即ち、絶縁キャッピング層550は、ボディ100の絶縁物120に用いられる物質によって形成されてもよい。このような絶縁キャッピング層550は、ポリマー、熱硬化性樹脂などの絶縁物質にボディ100の上面を浸漬することにより形成されてもよい。したがって、絶縁キャッピング層550は、図7に示すように、ボディ100の上面だけではなく、ボディ100のX方向への両側面の一部及びY方向への前面及び背面の一部に形成されてもよい。一方、絶縁キャッピング層550は、パリレンによって形成されてもよく、シリコン酸化膜(SiO2)、シリコン窒化膜(Si3N4)、シリコン酸化窒化膜(SiON)など様々な絶縁物質を用いて形成してもよい。これらの物質によって形成される場合、化学気相成長法(CVD)、物理気相成長法(PVD)などの方法を用いて形成してもよい。絶縁キャッピング層550がCVD、PVDの方法によって形成される場合、ボディ100の上面にのみ形成されてもよく、ボディ100の上面の外部電極400上にのみ形成されてもよい。一方、絶縁キャッピング層550は、ボディ100の上面の外部電極400及びシールドカンなど間のショートが防止可能な厚さに形成されてもよいが、例えば、10μm〜100μmの厚さに形成されてもよい。また、絶縁キャッピング層550は、外部電極400とボディ100との間に段差が保たれるようにボディ100の上面に均一な厚さに形成されてもよく、外部電極400とボディ100との間の段差が無くされるようにボディ100の上部に外部電極400の上部よりも厚く形成されて表面が平らであってもよい。いうまでもなく、絶縁キャッピング層550は、所定の厚さに別途に製作した後、ボディ100の上に接着剤などを用いて貼着して形成してもよい。
磁性体粉砕物の添加に伴うパワーインダクターの透磁率及び品質係数(Quality、以下、Qファクターと称する。)を測定した。このために、比較例においては、金属磁性粉末及びポリマーを用いてボディを製作し、本発明の実施例においては、金属磁性粉末、磁性体粉砕物及びポリマーを用いてボディを製作した。金属磁性粉末は、平均粒度分布D50がそれぞれ53μm、8μm及び3μmである第1乃至第3の金属磁性粉末をそれぞれ8:1:1の割合で混合した。即ち、全体の金属磁性粉末100wt%に対して第1、第2及び第3の金属磁性粉末をそれぞれ80wt%、10wt%及び10wt%混合した。また、金属磁性粉末としては、Fe、Si及びCrを含む物質を用いた。なお、金属磁性粉末100wt%に対してエポキシを4.25wt%含有させて比較例に係るボディを製作した。
図13は、本発明の第2の実施形態に係るパワーインダクターの断面図である。
Claims (19)
- ボディと、
前記ボディの内部に設けられた少なくとも一つの基材と、
前記基材の少なくとも一方の面の上に形成された少なくとも一つのコイルパターンと、
前記コイルパターンと前記ボディとの間に形成された絶縁層と、
前記ボディの外部に形成されて前記コイルパターンと接続される外部電極と、
を備え、
前記ボディは、磁性体粉砕物及び絶縁物を備え、
前記磁性体粉砕物は、前記ボディ内に均一に分布され、
前記ボディは、単一の透磁率を有し、
前記磁性体粉砕物は、磁性体粉末を含むシート状の磁性焼結体を粉砕して形成し、
前記磁性体粉砕物は、所定の厚さを有する多角形の板状を呈するパワーインダクター。 - 前記ボディの上側に形成されたキャッピング絶縁層を更に備える請求項1に記載のパワーインダクター。
- 前記キャッピング絶縁層は、外部電極がプリント回路基板に実装される領域を除く残りの領域の少なくとも一部に形成される請求項2に記載のパワーインダクター。
- 前記ボディは、金属磁性粉末及び熱伝導性フィラーのうちの少なくとも一方を更に備える請求項1に記載のパワーインダクター。
- 前記ボディは、前記金属磁性粉末の含量が前記磁性体粉砕物の含量よりも多い請求項4に記載のパワーインダクター。
- 前記熱伝導性フィラーは、MgO、AlN、カーボン系の物質及びフェライトよりなる群から選ばれた一種以上を含む請求項4に記載のパワーインダクター。
- 前記ボディに形成された少なくとも一つの磁性層を更に備える請求項1又は請求項2に記載のパワーインダクター。
- 前記磁性層は、磁性体粉砕物及び金属磁性粉末の少なくとも一方と絶縁物とが混合されて形成されるか、或いは、磁性焼結体又は金属リボンによって形成された請求項7に記載のパワーインダクター。
- 前記基材は、少なくとも一部の領域が除去され、除去された領域に前記ボディが充填された請求項1又は請求項2に記載のパワーインダクター。
- 前記基材の除去された領域に磁性層及び絶縁層が交互に形成されるか、或いは、磁性物質が形成された請求項9に記載のパワーインダクター。
- 前記基材の一方の面及び他方の面に形成されたコイルパターンは、同じ高さに形成された請求項1又は請求項2に記載のパワーインダクター。
- 前記コイルパターンは、少なくとも一領域が異なる幅に形成された請求項1に記載のパワーインダクター。
- 前記絶縁層は、前記コイルパターンの上面及び側面に均一な厚さに形成され、前記基材の上に前記コイルパターンの上面及び側面と同じ厚さに形成された請求項1に記載のパワーインダクター。
- 前記外部電極は、少なくとも一部が前記コイルパターンと同じ材質によって形成された請求項1又は請求項2に記載のパワーインダクター。
- 前記コイルパターンは、前記基材の少なくとも一方の面の上にメッキ工程によって形成され、前記外部電極は、前記コイルパターンと接触される領域がメッキ工程によって形成された請求項1に記載のパワーインダクター。
- ボディと、
前記ボディの内部に設けられた少なくとも一つの基材と、
前記基材の少なくとも一方の面の上に形成された少なくとも一つのコイルパターンと、
前記ボディの外部に形成された外部電極と、
を備え、
前記ボディは、金属磁性粉末、磁性体粉砕物及び絶縁物を備え、
前記磁性体粉砕物は、前記ボディ内に均一に分布され、
前記ボディは、単一の透磁率を有し、
前記磁性体粉砕物は、磁性体粉末を含むシート状の磁性焼結体を粉砕して形成し、
前記磁性体粉砕物は、所定の厚さを有する多角形の板状を呈するパワーインダクター。 - 前記ボディは、熱伝導性フィラーを更に備える請求項16に記載のパワーインダクター。
- 前記金属磁性粉末の含量が前記磁性体粉砕物の含量よりも多い請求項16に記載のパワーインダクター。
- 前記金属磁性粉末及び磁性体粉砕物の混合物100wt%に対して前記磁性体粉砕物が0.1wt%〜5wt%含有された請求項18に記載のパワーインダクター。
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