JPH0714716A - 積層セラミック磁性部品とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 積層セラミック磁性部品としては、積層セラ
ミック・トランスや積層セラミック・インダクタ等が知
られているが、従来の積層セラミック磁性部品には、電
流が流れ過ぎると磁性体が磁気飽和し、インダクタンス
値が急激に減少すると言う課題があった。本発明の目的
は、この課題を解決する積層セラミック磁性部品および
その製造方法を提供することにある。 【構成】 コイル７を内設した磁性体内の、磁束の流れ
を遮断する位置に、低い透磁率を有する層８を介在させ
ることによって、磁性体が飽和し難くなり、許容電流値
が増大し、上記の課題を解決した積層セラミック磁性部
品が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、許容電流値の大きな積
層セラミック磁性部品とその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】積層セラミック磁性部品としては、積層
セラミック・インダクタ、あるいはインダクタを複数内
接した積層セラミック・トランス等が知られている。積
層セラミック・インダクタは、例えばフェライト磁性体
内にコイル導体を内接し、コイル導体端末は磁性体周面
に導出され、該周面に設けられた外部端子電極に接続さ
れている。

【０００３】積層セラミック・トランスは、例えばフェ
ライト磁性体内に２つまたはそれ以上のコイルを埋設
し、あるいはタップを持った単一のコイルを埋設するこ
とによって、一次側コイルと二次側コイル等の複数の電
気回路を誘導結合する装置であって、積層セラミック技
術によって、これらの電気回路をセラミック磁性体内に
埋設し、小型化した電子部品である。

【０００４】積層セラミック・トランスの製法として
は、例えば次のような方法がある。フェライト磁性体粉
末と有機バインダー等を混練したスラリーをベースフィ
ルム上に連続的に塗布し、長尺なフェライトグリーンシ
ートを形成する。そのフェライトグリーンシートを、積
層セラミック部品が数百個から千数百個分以上取得でき
る程度の大きさに切断する。前記フェライトグリーンシ
ートの所定の位置に前記取得個数に応じたスルホールを
形成したグリーンシートと、スルホールを形成しないカ
バー用のグリーンシートとを用意する。スルホールを形
成したグリーンシートに、Ａｇ等の導体ペーストを用い
て、数百個から千数百個分の同一のコイル導体パターン
を、前記スルホールに掛かるように、印刷する。前記グ
リーンシートを、所定の積層順序に従って積層して一次
側コイルを構成し、次いでカバー用グリーンシートを数
枚重ね、更に前記コイルパターンが印刷されたグリーン
シートを所定の積層順序に従って積層して二次側コイル
を構成し、その積層体の上下に、カバー用のグリーンシ
ートを所定枚数積層して圧着し、個々の積層セラミック
部品の寸法に切断する。切断された積層体は、磁性体内
にコイルが磁芯軸を一致させて上下に重なるように配置
され、積層体の周面にコイル導体端子と接続する外部端
子を形成する。このようにして、フェライト磁性体内に
複数のコイルを埋設した積層セラミック・トランスが得
られる。

【０００５】積層インダクタの製造方法は、前記積層セ
ラミック・トランスの製法とほぼ同じような手法によっ
て、コイルを埋設した積層体を製造する方法である。

【０００６】これらの磁性電子部品の磁性体に透磁率の
高い材料を用いると、高いインダクタンスを取得できる
が、コイルの導体間にそれぞれ磁束のループが形成さ
れ、いわゆる漏洩磁束が大きくなり、磁気特性が損なわ
れる。その解決手段として、本発明者等は、前記導体の
周りを低透磁率材で覆い、それ以外の部分を高透磁率材
で構成することによって前記課題を解消する方法をすで
に提案している。その方法は、低透磁率材のグリーンシ
ートを用いてコイル導体パターンを印刷し、更にその面
のコイル導体以外の部分に低融点無機物ペーストを塗布
し、焼成する方法である。これによって、前記低融点無
機物ペーストがグリーンシートに拡散して局部的に焼結
性を上げ、局部的に透磁率を高くすることができる。す
なわち、コイル導体の周囲は低透磁率層で覆われ、その
他の部分は高透磁率層で構成されることになる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記の従来の積層セラ
ミック・トランスにおいて、１次側コイルに過電流を加
えた時、磁芯が飽和し励磁電流が増加する。励磁電流が
増加するとコイルを囲む磁性体が磁気飽和し、入力電圧
に対する出力電圧の比が小さくなり、効率が悪くなるば
かりか、損失も大きくなり、トランスの温度が上昇する
と言う課題があった。積層インダクタにおいても、電流
が流れ過ぎると磁性体が磁気飽和し、インダクタンス値
が急激に減少すると言う課題があった。

【０００８】本発明の目的は、コイルを内設する磁性体
に、磁束の流れを阻止する低透磁率層８を形成すること
によって、上記課題を解決する積層セラミック磁性部品
とその製造方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】課題を解決するための手
段の要旨は、第１に、セラミック積層体内に、単一もし
くは複数のコイルを埋設した積層セラミック磁性部品に
おいて、積層体を構成する主たる磁性体の透磁率より低
い透磁率を有する層を、前記主たる積層磁性体内の磁束
の流れを遮断する位置に設けた積層セラミック磁性部品
であり、第２に、セラミック積層体内に単一もしくは複
数のコイルを埋設し、コイル導体７の周囲およびコイル
間を低透磁率層８で覆い、それ以外の少なくとも磁芯部
分を高透磁率層９で構成した積層セラミック磁性部品に
おいて、磁性体内の磁束の流れを遮断する位置に低透磁
率層８を設けた積層セラミック磁性部品であり、第３
に、セラミックグリーンシートにコイル導体７を印刷
し、選択的順序に従って積層・圧着し、個々の積層セラ
ミック部品の寸法に切断し、該積層体を焼成し、積層体
の周面に外部端子を形成する積層セラミック磁性部品の
製造方法において、前記セラミックグリーンシートが高
透磁率用のグリーンシートであり、これらの積層体内に
低透磁率用のグリーンシートを少なくとも一枚介在させ
ることを特徴とする積層セラミック磁性部品の製造方法
である。

【００１０】

【作用】コイルによって発生する磁束は、コイルの軸心
を貫通してコイルの一端から出て、コイルの他端からコ
イル軸心に帰る経路で周回すると考えられている。該磁
束は、磁性体の透磁率の高い所は通り易く、透磁率の低
い所は通り難いことも知られている。フェライト磁性体
内に埋設されたコイルの発生する磁束は、磁性体内を通
過し、磁性体外に漏洩することは少ないとされている。

【００１１】本発明のセラミック磁性部品は、積層セラ
ミック磁性部品を構成する主たる磁性体の透磁率より低
い透磁率層を、主たる磁性体内の磁束の流れを遮断する
位置（例えばコイル磁芯の軸心と直交する面で分割する
ような位置）に設けると、コイルが発生する磁束のほと
んどが該低透磁率層８で遮られるので、磁束の流れを遮
断する目的に対しては最も効果的である。磁束の遮蔽は
必ずしも磁芯で行わなくとも、コイルの周囲に、磁束の
流れを一部遮断するように設けても良い。またコイル導
体７の周囲とコイル間を低透磁率材で覆い、少なくとも
コイル軸心とそれ以外の部分を高透磁率材で構成した積
層セラミック磁性部品においては、前記高透磁率材で構
成されている少なくともコイル磁芯部分に、磁芯を遮断
するように低透磁率材層を構成して、磁芯を通過する磁
束を遮断するようにしたので、磁性体が飽和し難くな
り、許容電流値が増大する。

【００１２】本発明を以下図に基づいて詳細に説明する
が、本発明の技術範囲は、これらの実施例によって限定
されるものではない。

【００１３】

【実施例１】Ｆｅ₂ Ｏ₃ 、ＣｕＯ、ＮｉＯ、ＺｎＯを主
成分とし、異なる２つの組成比のフェライト磁性体グリ
ーンシートを１００ｍｍ角に切断したシートを多数用意
した。これらのシートは、焼成すると９００の透磁率を
有する高透磁率シートと、焼成すると３の透磁率を有す
る低透磁率シートとである。該シートの大きさは、積層
セラミック磁性部品が数百から数千個分取得できる大き
さである。

【００１４】まず、前記高透磁率シートは、そのままの
状態でカバーシート３として用い、低透磁率シートは、
取得する部品数に相当するスルホールを所定の位置に形
成したシートを用意する。

【００１５】低透磁率シートには、積層することによっ
て層間がスルホール接続して、周回したコイルを構成す
るコイル導体パターンを印刷する。コイル導体パターン
は２つのコイルを横に並べて対にしたパターンであり、
構成されたコイルの一方の端末が接続して直列に結線さ
れている。

【００１６】これとは別に、低融点無機物ペースト６を
用意する。低融点無機物ペースト６とは、ＺｎＯ、Ｂｉ
2 Ｏ3 、ＣｕＯ等の低融点無機物を主成分とするペース
トであって、本実施例では、Ｚｎ０を主成分とするペー
ストを用いた。

【００１７】これを前記フェライト磁性体グリーンシー
トの所定の位置に塗布して焼成すると、その部分のグリ
ーンシートの焼結性が増し、部分的に透磁率を高くする
ことが出来る。

【００１８】前記低透磁率シートにコイル導体パターン
を印刷したシートに、コイル導体７の内側部分で、他の
シートを重ねた時に、コイル導体７が周回するパターン
の内側に相当する部分に、前記低融点無機物ペースト６
を印刷して、第１のシート１を用意する。

【００１９】次に、スルホールもコイル導体パターンも
形成されない低透磁率シートに、周回するコイル導体パ
ターンの内側に相当する部分に低融点無機物ペースト６
を塗布した第２のシート２を用意する。

【００２０】これらのシートが用意できたら、図１に示
すように、前記カバーシート３を１０枚重ね、その上に
第２のシート２を１枚重ね、その上に、積層することに
よってコイルを形成する第１のシート１を選択的順序に
従って７枚重ねて２次側コイルを構成し、次に第２のシ
ート２を１枚重ね、スルホールもコイル導体７も、無機
物ペーストも印刷されない低透磁率のシート４を４枚重
ね、次いで、第２のシート２を１枚重ね、その上に第１
のシート１を選択的順序に従って７枚重ねて１次側コイ
ルを構成し、次に第２のシート２を１枚重ね、更にダミ
ーシート５を１０枚重ねて、全体を圧着し、圧着体を構
成した。この圧着体を部品寸法に切断して焼成した。

【００２１】焼成された積層体の側面に外部電極用導電
ペーストを塗布し、焼き付けて、コイル導体端末と接続
する外部電極１０を構成した。

【００２２】積層体の寸法は、１５ｍｍＸ１０ｍｍＸ３
ｍｍの角柱体であり、積層体内に埋設されたコイル導体
７の線幅は１ｍｍ、コイル軸心中に介在する低透磁率層
８の厚みは、０．１５ｍｍである。

【００２３】このような積層セラミックトランス（図２
のａ−ｂ端子）の１次コイルにおける直流重畳特性を、
図７に示す直流重畳特性測定回路で測定した結果を、電
流値とインダクタンス値（Ｌ）の関係として図１０に示
した。図において、直流電流を１０ｍＡから順次増加し
て行くと、ある電流値まではＬ値の変動は見られない
が、更に電流値が増加すると、Ｌ値が下降し始める。Ｌ
値が初期の値より５％低下した時の電流値３５０ｍＡを
もって許容電流値とし、その値を表１に示した。また図
８の回路を用いて、トランスとして電源を動作させ、ト
ランジスタの電流波形を見ることにより、磁気飽和状態
を知ることができる。磁気飽和を起こした時の入力電流
を、トランスを電源として使用する際の最大入力電流値
として表１に示した。

【００２４】

【表１】

【００２５】

【実施例２】実施例１において、コイル軸心中に介在す
る低透磁率層８の厚みを、０．１５ｍｍに代えて０．３
０ｍｍとしたこと以外は、実施例１と同様に実施した結
果を図１１と表１に示した。

【００２６】

【実施例３】実施例１において、コイル導体パターン
を、２つのコイルを横に並べて対にしたパターンに代え
て、１個のコイル導体パターンとし、２つのコイルを軸
心を重ねて上下に独立に配したインダクタとしたこと以
外は、実施例１と同様に実施した結果を表１に示した。

【００２７】

【実施例４】Ｆｅ₂ Ｏ₃ 、ＣｕＯ、ＮｉＯ、ＺｎＯを主
成分とし、異なる２つの組成比のフェライト磁性体グリ
ーンシートを１００ｍｍ角に切断したシートを多数用意
した。このシートは焼成すると９００の透磁率を有する
高透磁率シートと、焼成すると３の透磁率を有する低透
磁率シートとである。該シートの大きさは積層セラミッ
ク磁性部品が数百から数千個分取得できる大きさであ
る。

【００２８】前記高透磁率シートは、そのままの状態で
カバーシート３に用いるものと、所定の位置に、取得す
る部品数に応じたスルホールを形成したシートとを用意
し、低透磁率のシート４も、所定の位置に、取得する部
品数に応じたスルホールを形成したシートを用意した。
スルホールを形成したシートには、積層することによっ
て層間がスルホール接続してコイルを構成するコイル導
体パターンが印刷され、高透磁率シートを第１のシート
１とし、低透磁率のシートを第２のシート２とした。こ
れらのシートが用意できたら、前記カバーシート３を数
枚重ね、その上に選択的順序に従って、第１のシート１
を１２枚重ね、その上に第２のシート２を２枚重ね、そ
の上に第１のシート１を１２枚重ね、その上にカバーシ
ート３を数枚重ねて圧着した。

【００２９】この圧着体を部品寸法に切断して焼成し
た。焼成された積層体の側面に外部電極用導体ペースト
を塗布し、焼き付けて、コイル導体端末と接続する外部
電極１０を構成した。図６にその断面図を示す。

【００３０】積層体の寸法は、１５ｍｍ×１０ｍｍ×３
ｍｍであり、コイル軸心と直交して２分する位置に低透
磁率層８が介在している。

【００３１】このような積層セラミックインダクタ（図
５）の直流重畳特性を、図７に示す直流重畳特性測定回
路で測定した結果を、表２と図１３に示す。

【００３２】

【表２】

【００３３】

【比較例１】実施例１において、１次側コイルと２次側
コイルとの間に介在させた低透磁率シートを除去したこ
とと、インダクタンス値を実施例１と合わせるために１
次側コイルと２次側コイルを構成するシートを５枚ずつ
としたこと以外は、実施例１と同様に実施した結果を表
１と図９に示す。

【００３４】

【比較例２】実施例４において、コイル中間に介在する
低透磁率層８を除去したこととインダクタンス値を実施
例４と一致させるためにコイルを構成するシートを４枚
減少したこと以外は、実施例４と同様に実施した結果を
表２と図１２に示す。

【００３５】上記実施例においては、トランスの１次側
コイルと２次側コイルとの間で、コイル磁芯に相当する
部分に低透磁率層８を形成したが、低透磁率層８の位置
はここに限られるものではなく、例えばコイル磁芯には
存在しなくともコイルの外側にあればよい。低透磁率層
８は、磁束の流れを絶つ位置にあればよいので、磁芯に
低透磁率層８を形成すると最も効果的である。また、前
記低透磁率層８の厚みが変われば、その効果が変わるこ
とも当然である。更にまた、コイル導体７が印刷された
高透磁率シートの間に低透磁率シートを一枚介在させる
だけでも、磁束を遮蔽する効果がある。

【００３６】

【発明の効果】本発明によれば、コイル導体パターンを
変えたり、磁性体の特性を改善することなしに、容易
に、積層セラミック磁性部品の許容電流値を大きくした
り、飽和磁界強度を高くすることができるので、積層セ
ラミック磁性部品の設計変更が簡便である。積層セラミ
ック磁性部品に関する前記の諸課題、すなわち、積層セ
ラミック・トランスにおいて、一次側コイルに過電流を
加えると磁芯が飽和して励磁電流が増加し、コイルを囲
む磁性体が磁気飽和して、入力電力に対する出力電力の
比が小さくなり、効率が悪くなるばかりか、損失も大き
くなり、トランスの温度が上昇すると言う課題や、積層
インダクタにおいて、電流が流れ過ぎて磁性体が磁気飽
和し、インダクタンス値が急激に減少すると言う課題
が、本発明によって解消されると言う効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の積層セラミック磁性部品を構成する積
層体の分解斜視図である。

【図２】本発明の積層セラミック磁性部品の外観斜視図
である。

【図３】本発明の積層セラミック磁性部品の一部切り欠
き斜視図である。

【図４】本発明の積層セラミック磁性部品の積層トラン
スの例の断面図である。

【図５】本発明の積層セラミック磁性部品の積層コイル
の断面図である。

【図６】本発明の積層セラミック磁性部品の積層インダ
クタの断面図である。

【図７】本発明の積層セラミック磁性部品の直流重畳特
性を測定する回路ブロック図である。

【図８】本発明の積層セラミック磁性部品を電源に使用
する場合の電源回路図である。

【図９】比較例１の積層セラミック磁性部品の直流重畳
特性を示す。印加した直流電流に対するインダクタンス
値を示し、かつインダクタンスが５％低下した時の直流
電流値を示す。

【図１０】本発明の実施例１の積層セラミック磁性部品
の直流重畳特性を示す。印加した直流電流に対するイン
ダクタンス値を示し、かつインダクタンスが５％低下し
た時の直流電流値を示す。

【図１１】本発明の実施例２の積層セラミック磁性部品
の直流重畳特性を示す。印加した直流電流に対するイン
ダクタンス値を示し、かつインダクタンスが５％低下し
た時の直流電流値を示す。

【図１２】比較例２の積層セラミック磁性部品の直流重
畳特性を示す。印加した直流電流に対するインダクタン
ス値を示し、かつインダクタンスが５％低下した時の直
流電流値を示す。

【図１３】本発明の実施例４の積層セラミック磁性部品
の直流重畳特性を示す。印加した直流電流に対するイン
ダクタンス値を示し、かつインダクタンスが５％低下し
た時の直流電流値を示す。

【符号の説明】

１ 第１のシート ２ 第２のシート ３ カバーシート ４ 低透磁率のシート ５ ダミーシート ６ 低融点無機物ペースト ７ コイル導体 ８ 低透磁率層 ９ 高透磁率層 １０ 外部電極

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 セラミック積層体内に、単一もしくは複
   数のコイルを埋設した積層セラミック磁性部品であっ
   て、積層体を構成する主たる磁性体の透磁率より低い透
   磁率を有する層が、前記主たる積層磁性体内の磁束の流
   れを遮断する位置に、少なくとも低透磁率層が介在する
   ことを特徴とする積層セラミック磁性部品。
2. 【請求項２】 セラミック積層体内に単一もしくは複数
   のコイルを埋設し、コイル導体の周囲およびコイル間を
   低透磁率層で覆い、それ以外の少なくとも磁芯部分を高
   透磁率層で構成した積層セラミック磁性部品であって、
   磁性体内の磁束の流れを遮断する位置に、少なくとも低
   透磁率層が介在する積層セラミック磁性部品。
3. 【請求項３】 コイル導体を印刷したセラミックグリー
   ンシートを、選択的順序に従って積層・圧着した後、そ
   の圧着体を個々の積層セラミック部品の寸法に切断して
   焼成し、焼成された積層体の周囲に外部端子を形成す
   る、積層セラミック磁性部品の製造方法において、前記
   セラミックグリーンシートが高誘磁率用のグリーンシー
   トであり、これらの積層体内に低透磁率用のグリーンシ
   ートを少なくとも一枚介在させることを特徴とする積層
   セラミック磁性部品の製造方法。