JP2003347124A

JP2003347124A - 磁性素子およびこれを用いた電源モジュール

Info

Publication number: JP2003347124A
Application number: JP2002152436A
Authority: JP
Inventors: Osamu Inoue; 修井上; Hiroyuki Handa; 浩之半田; Manabu Inoue; 学井上
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-05-27
Filing date: 2002-05-27
Publication date: 2003-12-05

Abstract

(57)【要約】【課題】小型薄型で高特性の磁性素子を容易な製造方法
で得る。【解決手段】平面状に巻回された導体２が板状の絶縁層
３に埋設されてなる平板状コイル１０１の厚み方向両面
のうちの少なくとも一方面に金属磁性板４Ａ〜４Ｆを設
ける。そして、金属磁性板４Ａ〜４Ｆに導体２を横切る
方向に沿って切欠６Ａ〜６Ｆを形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電子機器のインダク
タ、チョークコイル、トランスその他に用いられる磁性
素子、特に超薄型でインダクタンスが大きく、コイルの
直流抵抗および交流抵抗の小さい磁性素子とそれを用い
た薄型電源モジュールに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電子機器の全般的な小型・薄型化に伴
い、これらに用いられる部品やデバイス、電源なども、
小型化、薄型化することが強く求められている。特に、
携帯機器等では、小型化以上に薄型化の要求が高まって
いる。一方、ＣＰＵなどのＬＳＩは高速・高集積化され
てきており、これに供給される電源回路には大電流が供
給されることがある。従って、これらに用いられるチョ
ークコイル等のインダクタにおいても、コイル導体を低
抵抗化して低発熱を実現することと、直流重畳によるイ
ンダクタンスの低下が少ないことが必要とされる。

【０００３】一方、電子機器の使用周波数が高周波帯域
に移行しており、そのために、高周波帯域における損失
の低いことが求められている。さらに、部品のコストを
安くすることが求められるために、単純な形状の部品構
成素子を簡単な工程で組み立てられることが必要であ
る。このように、大電流、高周波で使用可能であり、か
つ、極力小型・薄型化した電源を、安価に供給すること
が求められている。

【０００４】電源に使用される部品の中で、最も厚さの
大きいものは、インダクタである。そのため、インダク
タの薄型化は、電源自体の薄型化のためにも、強く望ま
れている。

【０００５】一般に、コイルにおいて、低い直流抵抗
と、大きなインダクタンス値とを両立させるには、太い
導線を用いるとともにターン数を増やす必要がある。し
かしながら、インダクタにおいて、厚さを１ｍｍ程度に
しながら同時に磁路断面積を十分に大きくとるには、コ
イルはソレノイド状ではなく、平面スパイラル状に巻く
事が望ましい。スパイラル形状のコイルが収容されるス
ペースを確保するためには、その収納スペースの平面サ
イズは、２〜１０×２〜１０（ｍｍ）といったように、
厚さよりも大きく設定する必要がある。

【０００６】このような薄型構造を狙ったものとして、
実開昭５８−１３３９０６号、実開昭５９−６７９０９
号、特開平１−１５７５０７号、特開平１−３１０５１
８号、特開平１−３１８２１２号、特開平２−２６２３
０８号、特開平３−２８４８０８号等に示されるよう
に、平面スパイラル状導体コイルを絶縁層を介して強磁
性体層で挟んだインダクタが提案されている。

【０００７】これらのうち、実開昭５８−１３３９０６
号、実開昭５９−６７９０９号では、コイル中心部に別
の磁性体が設けられている。また、特開平３−２８４８
０８号では、高周波での渦電流損失を低減させるため
に、強磁性体層を分割する事が提案されている。

【０００８】これらの他、特開平９−２７０３３４号で
は、導線をフェライト粉末と樹脂の混合物よりなるペー
ストに充填し、その充填物の両面に金属磁性薄体を設け
たものが提案されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、実開昭
５８−１３３９０６号、実開昭５９−６７９０９号、特
開平１−１５７５０７号、特開平１−３１０５１８号、
特開平１−３１８２１２号、特開平２−２６２３０８
号、特開平３−２８４８０８号等で提案されているイン
ダクタ（以下、第１の従来例という）は、いずれも、絶
縁層の片面または両面に露出した金属導体としてコイル
が形成されている。そのうえ、第１の従来例では、絶縁
層を介して磁性体層を設けている。そのため、このコイ
ルを側面からみた場合、導体が露出した状態となってお
り信頼性に問題がある。またこのような構造を有するコ
イルを実際に製造する場合に、各層間の接着力を具体的
にどのようにして発現させるかという課題について上記
従来例は明瞭に解決索を提示していない。

【００１０】特開平９−２７０３３４号で提案されてい
るインダクタ（以下、第２の従来例という）は、コイル
が樹脂ペーストに埋め込まれているために、導体が露出
するという不都合はない。またコイルを埋め込む樹脂ペ
ーストが硬化する際に、コイル上下に配置された金属磁
性薄体を接着固定させることが可能となる。このよう
に、第２の従来例では、上述した第１の従来例の不都合
を解決している。

【００１１】しかしながら、第２の従来例では、コイル
導体が完全に磁性粉末を混入した樹脂層に埋め込まれた
構造となっている。そのため、導体を横切る磁束が増加
し、導体の損失が増大するという課題を第２の従来例は
有している。さらに、樹脂に混合する磁性体がフェライ
ト粉末で、この部分の飽和磁束密度が低く、直量重畳特
性がよくないという課題を第２の従来例は有している。

【００１２】特開平３−２８４８０８号で提案されてい
るインダクタ（以下、第３の従来例という）は、強磁性
体層を切欠で完全に複数の部分に分割しているので、磁
性体層の扱いが煩雑となり、さらに切欠により磁束のも
れが発生するという課題がある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明の磁性素子は、平面状に巻回された導体が
板状の絶縁層に埋設されてなる平板状コイルと、前記平
板状コイルの厚み方向両面のうちの少なくとも一方面に
設けられた金属磁性板と、前記導体を横切る方向に沿っ
て前記金属磁性板に設けられた切欠とを有することに特
徴を有している。

【００１４】なお、前記金属磁性板を、前記平板状コイ
ルの一方面に設け、他方面に、フェライト焼結体、ダス
トコア、磁性粉末と樹脂とが混合されたコンポジット磁
性体の何れかより選択された磁性部材を設けるのが好ま
しい。

【００１５】なお、前記導体の外周形状は、円形、楕円
形、あるいは長円形であるのが好ましい。

【００１６】なお、前記導体が存在しない前記平板状コ
イルの領域に、金属磁性粉末と樹脂とが混合されたもう
一つの磁性部材が前記平板状コイルの厚み方向に沿って
配置されており、このもう一つの磁性部材によって、前
記金属磁性板と前記平板状コイルとが接着されているの
が好ましい。

【００１７】なお、前記切欠を、前記もう一つの磁性部
材が配置されていない領域に設けるのが好ましい。

【００１８】なお、前記金属磁性板は、前記切欠により
分断された複数の板領域を連結する連結部を有するのが
好ましい。

【００１９】なお、前記金属磁性板は、厚さ３０μｍ以
下であるのが好ましい。

【００２０】なお、前記金属磁性板は、厚さ３０μｍ以
下の金属磁性薄体を、絶縁層を挟んで少なくとも２層以
上積層したものであるのが好ましい。

【００２１】なお、前記金属磁性薄体それぞれに前記切
欠を設けるとともに、前記切欠の形成位置が、各金属磁
性薄体それぞれで互いに異なるのが好ましい。

【００２２】なお、前記金属磁性薄体それぞれに前記切
欠を設けるとともに、各金属磁性薄体に設ける前記切欠
の数は、前記平板状コイルに近い側より遠い側が少ない
のが好ましい。

【００２３】なお、前記金属磁性薄体それぞれの厚さ
は、前記平板状コイルに近い側より遠い側が厚いのが好
ましい。

【００２４】なお、前記金属磁性板もしくは前記金属磁
性薄体は、超急冷技術により作製されたアモルファス板
であるのが好ましい。

【００２５】なお、金属磁性薄体が、超急冷技術により
作製されたアモルファス薄体を、エッチングによりさら
に薄くしたものであるのが好ましい。

【００２６】なお、前記金属磁性板もしくは前記金属磁
性薄体は、メッキ法により作製されたアモルファス薄体
であるのが好ましい。

【００２７】なお、前記平板状コイルが、配線基板中の
配線層の一部として前記配線基板の内部または表面に設
けられているのが好ましい。

【００２８】なお、本発明の磁性素子と、本発明の磁性
素子の周囲に設けられたコンデンサおよび半導体チップ
とにより薄型電源モジュールを構成するのが好ましい。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。以下では、チョークコイル等に用いられる磁性素
子の例について説明するが、本発明はこれに限定される
物ではなく、２次巻き線の必要なトランス等に用いて
も、その効果を発揮するものである。

【００３０】(実施の形態１)本願発明の磁性素子の実施
の形態について、図１〜８を参照して説明する。図１
は、本発明で用いられる平板コイルの一例を示す上面図
である。図２は、本発明の一実施の形態である磁性素子
の上面図およびＡ−Ａ面での断面図である。図３〜８
は、本発明の別の実施の形態である磁性素子の上面図お
よびＡ−Ａ面での断面図である。

【００３１】本実施の形態の磁性素子１００Ａに用いる
平板コイル１０１は、図１に示すように、上段巻き部分
と下段巻き部分とがコイル最内周で接続された２段積み
の平面状のスパイラルコイル２を有しており、このスパ
イラルコイル２が矩形平板状をした絶縁性樹脂３内に埋
設されて固められている。コイル端部２ａは絶縁性樹脂
３の外側に取り出されている。絶縁性樹脂３の両端には
コイル端子１が設けられており、コイル端部２ａはコイ
ル端子１に電気的に接続されている。

【００３２】本実施の形態の磁性素子１００Ａは、図２
に示すように、図１の平板コイル１０１の両面に金属磁
性板４Ａが貼着されている。金属磁性板４Ａには切欠６
Ａが設けられている。切欠６Ａは２本設けられている。
これら切欠６Ａは平板コイル１０１の平面上の中心を通
り、かつ平板コイル１０１の各辺と平行な方向に沿って
形成されており、互いに直交している。

【００３３】切欠６Ａの形状は次のように設定されてい
る。すなわち、切欠６Ａの長さ寸法は、金属磁性板４Ａ
の各辺と同じ長さ寸法と同一寸法に設定されている。切
欠６Ａの幅寸法は、金属磁性板４Ａの各辺の長さ寸法に
比べて可及的に短く設定されている。切欠６Ａの深さ寸
法は、金属磁性板４Ａをその厚み方向に貫通する寸法に
設定されている。

【００３４】このように構成された切欠６Ａにより金属
磁性板４Ａは４つに分割されている。平板コイル１０１
と金属磁性板４Ａとは、両者の間に設けられた絶縁性の
接着層５によって一体化されている。すなわち、平板コ
イル１０１と金属磁性板４Ｂとは互いに接着されて一体
化している。

【００３５】図３に示す磁性素子１００Ｂの構成では、
図１の構成と同様、平板コイル１０１の両面に金属磁性
板４Ｂが設けられている。金属磁性板４Ｂは切欠６Ｂを
有している。しかしながら、この構成においては、図１
で用いられる接着層５は設けられていない。接着層５に
かわり、平板コイル１０１の平面上の中心位置と各隅
（計４ケ所）とには、円柱状の層間磁性部材７Ａが設け
られている。層間磁性部材７Ａは平板コイル１０１を厚
み方向に貫通して配置されている。層間磁性部材７Ａに
より、図３の磁性素子１００Ｂは閉磁路構成となってい
る。この層間磁性部材７Ａは、硬化性を有する樹脂と磁
性粉末の混合物であり、この樹脂成分の接着力によっ
て、磁性素子１００Ｂは一体化している。

【００３６】切欠６Ｂの形状は次のように設定されてい
る。すなわち、切欠６Ｂの長さ寸法は、金属磁性板４Ｂ
の各辺と同じ長さ寸法より若干短く設定されており、金
属磁性板４Ｂの各辺と、切欠６Ｂの端部との間には金属
磁性板４Ｂの連結部４ａが設けられている。この連結部
４ａにより、金属磁性板４Ｂの各板領域（切欠６Ｂによ
り互いに分離されている）は互いに連結されている。

【００３７】切欠６Ｂの幅寸法は、金属磁性板４Ｂの各
辺の長さ寸法に比べて可及的に短く設定されている。切
欠６Ｂの深さ寸法は、金属磁性板４Ｂをその厚み方向に
貫通する寸法に設定されている。

【００３８】図４に示す磁性素子１００Ｃは、基本的に
は図３に示す磁性素子１００Ｂと同様の構造を有してい
るが、金属磁性板４Ｃは、３０μｍ以下の厚さを有する
金属磁性薄体４ｂを２層積層した構造となっている。金
属磁性薄体４ｂは絶縁性の接着層５により互いに接着さ
れている。

【００３９】平板コイル１０１に近い側の金属磁性薄体
４ｂには、図１の構成と同様の形状（平板コイル１０１
の各辺と平行でかつ互いに平板コイル１０１の平面上の
中心において直交している）を有する切欠６Ｃが設けら
れている。平板コイル１０１からみて遠い側の磁性薄体
４ｂには、平板コイル１０１の対角線方向に沿って４本
の切欠６Ｄが設けられている。ここで、平板コイル１０
１においてその対角線が直交する位置（平板コイル１０
１の平面中心位置）には、切欠６Ｄは設けられていな
い。

【００４０】このように切欠６Ｃと切欠６Ｄとは互いの
形成方向が一致せず、平面的にみて異なる位置に配置さ
れている。

【００４１】磁性素子１００Ｃは層間磁性部材７Ｂを有
している。層間磁性部材７Ｂは、平板コイル１０１の平
面上の中心位置にのみ設けられている。層間磁性部材７
Ｂは接着層として併用されている。

【００４２】図５に示す磁性素子１００Ｄは、基本的に
は図４に示す磁性素子１００Ｃと同様の構造を有してい
る。しかしながら、磁性素子１００Ｄが有する金属磁性
板４Ｄは次のように構成されている。すなわち、金属磁
性板４Ｄが有する金属磁性薄体４ｂのうち、平板コイル
１０１に近い側に位置する金属磁性薄体４ｂには図２に
示す磁性素子１００Ａにおける切欠６Aと同様の形状
（平板コイル１０１の各辺と平行でかつ互いに平板コイ
ル１０１の平面上の中心において直交している）を有す
る切欠６Ｄが設けられている。しかしながら、平板コイ
ル１０１から遠い側に位置する金属磁性薄体４ｂには切
欠が設けられていない。

【００４３】図６に示す磁性素子１００Ｅは、基本的に
は図４に示す磁性素子１００Ｃと同様の構造を有してい
る。しかしながら、磁性素子１００Ｅが有する金属磁性
板４Ｅは次のような特徴を有している。すなわち、金属
磁性板４Ｅが有する両金属磁性薄体４ｂ、４ｂ’には、
それぞれ同一の位置に切欠６Ｅが形成されている。切欠
６Ｅは、図２に示す磁性素子１００Ａの切欠６Ａと同一
の位置（平板コイル１０１の各辺と平行でかつ互いに平
板コイル１０１の平面上の中心において直交する位置）
に設けられている。しかしながら、平板コイル１０１に
近い側に位置する金属磁性薄体４ｂよりも遠い側に位置
する金属磁性薄体４ｂ’の方が、その厚みが厚く設定さ
れている。

【００４４】図７に示す磁性素子１００Ｆは、図３に示
す磁性素子１００Ｂと同様の構造を有している。しかし
ながら、磁性素子１００Ｆが有する金属磁性板４Ｆは、
次のような特徴を有している。すなわち、金属磁性板４
Ｆには切欠６Ｆが設けられているが、層間磁性部材７Ａ
に当接する部位（層間磁性部材７Ａの直上直下位置）に
は、切欠６Ｆは設けられていない。

【００４５】図８に示す磁性素子１００Ｇは、図３に示
す磁性素子１００Ｂと同様の構造を有している。しかし
ながら、次のような特徴を有している。すなわち、平板
コイル１０１の一方面には、切欠６Ｂを有する金属磁性
板４Ｂが設けられているものの、平板コイル１０１の他
方面には、フェライト焼結体板８が設けられている。

【００４６】以上は本発明の実施の形態の一部の例を示
したもので、本発明はこれに限定されるものではない。
金属磁性板４Ａ〜４Ｃに設けられた切欠６Ａ〜６Ｆは、
金属磁性板４Ａ〜４Ｃ中を流れる渦電流を遮断するため
に設けられている。そのため、切欠６Ａ〜６Ｆはスパイ
ラルコイル２を横切る（好ましくは長さ方向に対して直
交する方向に沿って横切る）方向に沿って配置され、し
かも、ごく僅かの幅（具体的には数〜１００μｍ程度の
幅）を有していおればよく、このような構成を有する切
欠６Ａ〜６Ｆを任意の数で設ければよい。

【００４７】なお、切欠６Ａ〜６Ｆの幅が広すぎると、
漏洩磁束が増加して不利である。切欠６Ａ〜６Ｆの数に
ついては、図２のように２本の交差したラインでも良い
が、１本だけにしても、放射状に３本以上入れても良
い。切欠の数は多いほど渦電流損失低減の効果は大きい
が、切欠の数を増やすに従って、それによる改善の割合
は低下し、得られるインダクタンス値も徐々に低下し、
漏洩磁束が増加してくる。したがって、必要な特性と、
切欠６Ａ〜６Ｆを設けるために必要なコストを勘案し
て、適当な切欠パターンを選択すれば良い。また、切欠
６Ａ〜６Ｆは、必ずしも平板コイル１０１の端部から端
部まで入れる必要はない。平板コイル１０１の端部から
端部まで切欠６Ａ〜６Ｆを入れた方が、その効果は大き
い。しかしながら、図３、図４、および図７に示す構成
のように、切欠６Ａ〜６Ｆの端部において金属磁性板４
Ａ〜４Ｆが連結部４ａによりつながっていたり、中心部
を欠いている切欠６Ｂ、６Ｄ、６Ｆであっても、切欠が
ない場合に発生する渦電流の大半は遮断できるので、明
らかな効果がある。そのうえ実際に磁性素子１００Ａ〜
１００Ｇを製造する上で、金属磁性板４Ａ〜４Ｆが、複
数の個辺に切断されていると、取り扱いにくいので、む
しろ完全に切断されてしまわない方が良い。

【００４８】図２〜７では、上下に金属磁性板４Ａ〜４
Ｆを配しているが、これは片側でもかまわない。ただ
し、その場合はインダクタンス値は多少とも低下する。

【００４９】図３において、層間磁性部材７Ａを設ける
ことにより、インダクタンス値をより大きくする効果が
あるうえに、さらに、上下の金属磁性板４Ｂを接着する
効果を持つ。また、スパイラルコイル２が、層間磁性部
材７Ａに埋め込まれているわけではないので、スパイラ
ルコイル２を横切る磁束の増加による損失増加もない。
しかし、層間磁性部材７Ａの面積が増加しすぎると、直
流重畳特性が劣化し、損失も増加する。そのため、用途
に応じて、層間磁性部材７Ａの面積を決めれば良い。ま
た、層間磁性体７Ａによりスパイラルコイル２の内部全
体を占めてもかまわないが、スパイラルコイル２の外周
部全体を層間磁性部材７Ａによって占めるのは望ましく
ない。外周部全体に層間磁性部材７Ａを配する構造にす
ると、スパイラルコイル２からコイル端子１を取り出す
際の障害となるからである。

【００５０】図４〜６では、金属磁性薄体４ｂを２層構
造としているが、金属磁性薄体４ｂを３層以上積層した
多層体であっても良い。また図４〜８では、平板コイル
１０１と金属磁性薄体４ｂとの接着に、接着層５と層間
磁性部材７Ａ、７Ｂとを併用している。これは、層間磁
性部材７Ａ、７Ｂを中心部だけに用いているために、層
間磁性部材７Ａ、７Ｂのみでは充分な接着力が得られな
いためである。しかしながら、このような構成において
も、層間磁性部材７Ａ、７Ｂがなく、接着層５のみの構
成よりも接着強度は向上する。これは、磁気特性を充分
高くするためには、接着層５の厚さを、出来る限り薄く
する必要があるからである。

【００５１】図４では、２層の切欠６Ｃ、６Ｄの平面上
の位置が重ならないようにしているが、これは漏洩磁束
を低下させるためである。従って、３層以上であれば、
その内の２層の切欠位置が重なっても、他の一層が重な
らなければ良い。

【００５２】図５では、外側の金属磁性薄体４ｂにおい
て切欠を設けない構成としたが、これは、切欠による磁
気損失低減の効果が、内側では大きいが、外側ではそれ
ほどでもなく、一方、外側は切欠なしとする事で、漏洩
磁束の増加を防ぐことが出来ることに着目した構成であ
る。すなわち、多層化する場合に、隣り合うより外側の
層の切欠数、あるいは切欠の面積は、内側より少なくす
る事が望ましい。

【００５３】図６では、外側の金属磁性薄体４ｂの厚さ
を、内側より厚くしているが、これは、内側の金属磁性
薄体４ｂが厚いと磁気損失が増加し、一方外側の金属磁
性薄体４ｂが薄いと直流重畳特性が劣化するためであ
る。すなわち、金属磁性薄体４ｂを多層化する場合に、
隣り合うより外側の金属磁性薄体４ｂの厚さは、内側よ
り厚い事が望ましい。

【００５４】図７では、層間磁性部材７Ａの直上直下部
分において切欠６Ｆを設けていない構成としているが、
これは、実際の製造の際に、未硬化状態での層間磁性部
材７Ａが染み出す事を防ぐためである。

【００５５】図８では、片側を金属磁性板４Ｂとし、反
対側をフェライト焼結体板８としている。この場合は、
高いインダクタンスが得られ、磁気損失も低減できる
が、両側とも金属磁性板４Ｂを用いるのに比べると、薄
型化には限界が生じる。

【００５６】以上述べてきたような、構造に関する複数
の項目は、同時に実行すれば、その効果がより顕著とな
るものである。

【００５７】これらの図では、２〜２０ｍｍ角前後で、
厚さ０．１〜２ｍｍ程度の、非常に薄い、長方形板状の
インダクタンス素子を想定しているが、他の形状でもか
まわない。なお、これらの図では、磁性素子１００Ａ〜
１００Ｇの上下面に金属磁性板４Ａ〜４Ｆが露出した構
造となっているが、金属磁性板４Ａ〜４Ｆには、電気伝
導性があるので、実使用上問題になる事が考えられる。
その場合には、金属磁性板４Ａ〜４Ｆの外側に、絶縁性
テープを貼るなどすれば良い。

【００５８】以上のように、本発明の磁性素子は、少な
くとも、平板コイル１０１と、金属磁性板４Ａ〜４Ｆとを有している。さらには、層間磁性部材７Ａ、７Ｂや、フェライト焼結体８（あるいはダストコア）も用いる
ことができる。

【００５９】また、層間磁性部材７Ａ、７Ｂを用いない
場合や、層間磁性部材７Ａ、７Ｂを用いても金属磁性薄
体４ｂを積層する場合には、平板コイル１０１と金属磁
性板Ａ〜４Ｆ、あるいは金属磁性板４Ａ〜４Ｆ同士を接
着するために、接着層５も必要となる。これらについて、順に説明す
る。

【００６０】平板コイル１０１に用いる導線は、丸線、
平角線、箔状線などを必要なターン数巻いたものや、メ
ッキ、エッチング、打ち抜きで作製したコイルを用い、
熱硬化性樹脂等の絶縁性樹脂で被覆して固め、あらかじ
めシート状としたものを用意して用いることができる。
ただし、低い抵抗値で、大きなインダクタンス値を得る
ためには、線積率を高くする必要があり、導体幅／導体
間隔や導体厚／導体間隔といった相対比率を３以上、よ
り望ましくは５以上に大きくとる事が望ましい。そのた
め、エッチングや打ち抜きは望ましくなく、メッキ法で
作製したものが良い。また、絶縁性樹脂の導体外側の被
覆は、絶縁が十分保たれる範囲で、薄い方が良い。

【００６１】また導体は、上下２段積み構造で、それぞ
れの段で平面状に巻かれ、その最内周部で上下が接合さ
れた構造であれば、線積率を高くする事ができるととも
に、導体端が平板コイル１０１の最外周に来るために、
上下の金属磁性板に穴をあけたりすることなく、端子を
設ける事が容易となる。

【００６２】メッキ法でコイルを作製する場合における
上下の導体の電気的接続は、スルーホールメッキやビア
ホール等の構造により行うことができる。スパイラルコ
イル２の外形状は、スパイラルコイルで良く用いられる
角形よりも、円形、楕円形、長円形が望ましい。これ
は、同じターン数では最も導体抵抗を下げる事が出来る
とともに、コイルの周囲に層間磁性部材７Ａ、７Ｂを配
置するスペースを確保する事が容易であるからである。
導体の材質は、低抵抗が望ましいので、通常銅を用いれ
ばよい。

【００６３】金属磁性板４Ａ〜４Ｆは、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎ
ｉを主成分とする金属磁性体であれば何でも用いる事が
可能であるが、透磁率が高く、飽和磁束密度が大きく、
かつ、高周波特性に優れたものが望まれるので、超急冷
法によるアモルファス薄体か、これを熱処理して得られ
る微結晶析出薄体、あるいは、スパッタリング法やメッ
キ法で作製した金属磁性薄膜が考えられる。これらのう
ち、微結晶析出薄体は機械強度に、スパッタリング法に
よる薄膜はコストに問題があるので、超急冷によるか、
あるいはメッキ法によるアモルファス薄体が、より望ま
しい。これらの薄体は、磁気損失を低く抑えるために
は、５〜３０μｍ程度に薄くしたいが、超急例によるア
モルファス薄体は、一定以上の薄さのものを作製するの
が困難である。このような場合、硝酸等を用いた水溶液
に浸漬してエッチングを行い、必要な厚さとする。この
ようなエッチング処理を行うと、薄くなる事で高周波の
渦電流損失を低減できるとともに、表面の変質層が除去
されるので、より透磁率が高くなり、インダクタンス値
を大きくとれるようになる。

【００６４】しかしながら、薄い磁性薄体をそのまま用
いると、直流重畳特性が良くない。そこで、これらこれ
らを絶縁層を介して積層したものを用いる。この時、絶
縁層の厚さは、可能な限り薄いことが望ましく、少なく
とも、金属磁性薄体の２倍程度以下の厚さが良い。

【００６５】この薄板状金属磁性部材に切欠６Ａ〜６Ｆ
を設ける方法としては、あらかじめ切断した複数の薄体
を用いても良いし、マスクを用いたエッチング加工を行
って形成しても良い。スパッタリング法やメッキ法で金
属磁性薄膜を作製する場合には、そのようなマスクを用
いて製膜すれば良い。なお、平板コイル１０１の上下に
配置する２枚の金属磁性板４Ａ〜４Ｆに設ける切欠６Ａ
〜６Ｆの形状や配置位置は互いに同じである必要は無
い。

【００６６】層間磁性体部材７Ａ、７Ｂは、少なくとも
磁性体粉末と樹脂の混合物よりなる。磁性粉末として
は、フェライト粉末か、ＦｅまたはＮｉまたはＣｏを主
成分とする金属磁性粉末を用いる事ができる。具体的に
は、ＭｎＺｎフェライト、ＮｉＺｎフェライト、ＭｇＺ
ｎフェライト、Ｆｅ粉、Ｆｅ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａ
ｌ、Ｆｅ−Ｎｉ、Ｆｅ−Ｃｏ，Ｆｅ−Ｍｏ−Ｎｉ、Ｆｅ
−Ｃｒ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ系合金等、ソフト磁性の
ある粉末であれば、どのようなものでも原則的には使用
可能である。しかしながら、この部分に飽和磁束密度の
低いフェライト系粉末を用いると、樹脂によって希釈さ
れるために、さらに飽和磁束密度が低くなり、磁性素子
の直流重畳特性が劣化する。このため、飽和磁束密度の
高い金属磁性粉末を用いることが望ましい。粉末の粒子
径としては、１００μｍ以下、より望ましくは３０μｍ
以下が良い。粒径が大きすぎると、金属磁性体の場合
に、高周波での渦電流損失が大きくなるためである。樹
脂としては、結着性のあるものであればなんでも使用可
能であるが、やはり結着後の強度や、使用時の耐熱性の
問題から、熱硬化性樹脂が望ましい。また、磁性粉体と
の分散性を改善するために、分散剤等を微量添加しても
良い。また、適宜、少量の可塑剤等を添加しても良い。
また、硬化前のペーストの性状を調整したり、金属磁性
体粉末を用いた場合の絶縁性を向上させるための、第３
の成分を含んでもかまわない。このような添加物として
は、シラン系カップリング材やチタン系カップリング
材、チタンアルコキシド、水ガラス等、また、窒化硼
素、タルク、雲母、硫酸バリウム、テトラフルオロエチ
レン等の粉末が挙げられる。

【００６７】層間磁性部材７Ａ、７Ｂを配置する方法と
しては、次のような方法がある。すなわち、シート状コ
イルの、導体の無い、樹脂のみの中心部あるいは周辺部
に、パンチャー、ドリル、レーザー等で穴部を設ける。
そして、ペースト状の層間磁性部材７Ａ、７Ｂを、印
刷、ディスペンサ等の方法で、前記穴部に充填してやれ
ば良い。このような簡単な方法で、層間磁性部材７Ａ、
７Ｂを、金属磁性板４Ａ〜４Ｆに接触するように配置す
る事ができる。これは、平板コイル１０１が、導体が樹
脂成分よりなる絶縁層に埋設されたうえであらかじめシ
ート状に成型された構成となっているために実現できる
構成である。他のコイルでは上記方法の実施は不可能で
ある。

【００６８】なお、上述した実施の形態では、層間磁性
部材７Ａ、７Ｂの形状を円柱状としたが、これに限定さ
れるものではなく、特に層間磁性部材７Ａ、７Ｂの面積
を大きく取りたい場合には、平板コイル１０１の外側
で、三角柱その他の適した形状とすれば良い。

【００６９】フェライト焼結体あるいはダストコアは、
前者はＭｎＺｎフェライト、ＮｉＺｎフェライト、Ｍｇ
Ｚｎフェライト、ＮｉＣｕＺｎフェライト等のフェライ
ト焼結体であれば何でも良い。後者は、Ｆｅ粉末やＦｅ
−Ｓｉ−Ａｌ系合金やＦｅ−Ｎｉ系合金等の金属磁性粉
末をシリコーン樹脂やガラスなどの結着剤で固めて充填
率９０％程度以上に緻密化ものである。前者を用いた方
が、高インダクタンス、低損失となり、後者を用いた方
が、直流重畳特性が良くなる。

【００７０】接着層５は、結着性のあるものであれば、
なんでも使用可能であるが、結着後の強度や、使用時の
耐熱性の面から、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シリ
コーン樹脂、ポリイミド樹脂などの、熱硬化性樹脂が望
ましい。接着層の厚さは、薄いほうが好ましいが、あま
り薄くするのは困難なので、通常数μｍ〜５０μｍとす
る。また、数μｍ厚の絶縁性フィルムの両面に、やはり
数〜十数μｍ程度の接着剤を塗布したシートを用いれ
ば、コイル導体と金属磁性薄体、あるいは金属磁性薄体
同士の絶縁が得られやすいので、好ましい。

【００７１】なお、本発明の磁性素子１００Ａ〜１００
Ｇは、スパイラルコイル２のコイルパターンを、配線基
板の配線層の一部に形成しておき、必要であれば、この
スパイラルコイル２を有する基板層の必要な位置に穿孔
して、この部分にペースト状の第３磁性部材を充填する
か、あるいは配線基板の両面に接着層５を設けたうえ
で、配線基板の両面に、金属磁性板４Ａ〜４Ｆを配置す
る。そのうえで層間磁性部材７Ａ、７Ｂや接着層５を硬
化させれば、容易に配線基板の内部または表面に磁性素
子１００Ａ〜１００Ｇを形成することができる。

【００７２】以上のように、本発明の磁性素子１００Ａ
〜１００Ｇは、平板コイル１０１に金属磁性板４Ａ〜４
Ｆを接着するだけの簡単な構成となり、一括大量作製も
可能で、低コストとなる。

【００７３】（実施の形態２）次に、実施の形態１で作
製した薄型の磁性素子１００Ａ〜１００Ｆ（インダク
タ）を備えた薄型電源モジュールの例を、図９を用いて
説明する。なお、この図では、本発明の磁性素子を総称
して磁性素子１００とし、金属磁性板を総称して金属磁
性板４とし、切欠を総称して切欠６とし、層間磁性部材
を総称して層間磁性部材７としている。

【００７４】コイル端子１は、磁性素子１００（インダ
クタ）の一端側に設けている。そして、この磁性素子１
００（インダクタ）の一端側に接続用ビア１２を有する
樹脂層１３が設けられている。接続用ビア１２とコイル
端子１とが接続されている。このように構成した磁性素
子１００が配線基板９の一方面に実装されている。配線
基板９の他方面には、制御用ＩＣ１１やチップコンデン
サ１０等が実装されており、さらにはモジュール端子１
４が設けられている。以上の構成を備えて電源モジュー
ルとしている。

【００７５】コイル端子１の接続は、接続用ビア１２を
用いなくても、半田接続などの構成でもかまわない。本
実施の形態の電源モジュールは、本発明による超薄型の
磁性素子（インダクタ）１００を用いたために、高さ方
向に他の部品を実装したにもかかわらず、低背である。
さらには、磁性素子１００の面内には、他の部品がない
ので、面積が小さい。無論、他の部品を高さ方向に実装
せずに、横に置けば、面積は大きくなるが、全高をさら
に低く出来る。

【００７６】

【実施例】以下に、本発明の実施例を説明する。なお実
施例では、金属磁性板４Ａ〜４Ｆを構成する材料とし
て、低コストで容易に入手可能な、アモルファス薄体を
用いた場合のみを示し、また、熱硬化性樹脂として、エ
ポキシ樹脂を用いた場合のみを示したが、前述したよう
に、各種の材料が利用可能であり、本発明は、これらに
限定されるものではない。

【００７７】金属磁性板４Ａ〜４Ｆとして、３．０ｍｍ
角で、厚さ２０μｍのＣｏ−Ｆｅ−Ｎｉ−Ｂ系アモルフ
ァス薄体を用意する。また、この薄体を、硝酸を用いた
エッチングにより１０μｍ厚まで薄くしたものを金属磁
性板４Ａ〜４Ｆとして用意する。これらの薄体に対し
て、マスクを用いたエッチングにより、１００μｍ幅
の、各種切欠６Ａ〜６Ｆを形成する。また、同サイズ
で、２００μｍ厚のＮｉＺｎフェライト焼結体板８を用
意する。また層間磁性体７Ａ、７Ｂとして、平均粒径約
２０μｍの９５ｗｔ％Ｆｅ−５ｗｔ％Ｓｉ金属磁性粉末
に、液状エポキシ樹脂１６重量％を混合してペースト状
としたものを用意する。また、接着層５として、５μｍ
厚のポリイミド樹脂テープの両面にエポキシ樹脂が塗布
された接着用シートを用意する。またメッキ法により、
外径２．８ｍｍφ、内径０．５ｍｍφ、導体径約８０μ
ｍ、直流抵抗３００ｍΩの２段積み１９．５ターンのス
パイラルコイル２を用意する。そして、用意したスパイ
ラルコイル２を熱硬化性樹脂で固められてシート化する
ことで、端子部を除く外径が３ｍｍ角で、厚さ２４０μ
ｍ、の平板コイル１０１を用意する。

【００７８】平板コイル１０１の上下に接着層５（接着
剤シート）を積層し、平板コイル１０１の中央穴部と周
辺部４ヶ所に接着層５とに孔を形成し、この部分に層間
磁性部材７Ａ、７Ｂとなる未硬化ペーストを充填する。
この積層体の上下面に、切欠のある金属磁性板（アモル
ファス薄体）４Ａ〜４Ｆもしくは切欠の無い金属磁性板
（アモルファス薄体）４Ａ〜４Ｆを積層する。そして、
重り等により軽く圧力を印加しながら１６０℃に加熱す
ることで、接着層５と層間磁性部材７Ａ、７Ｂとを硬化
させることで、図３に示す構造の磁性素子１００Ａ（イ
ンダクタ）を作製する。

【００７９】次に、この磁性素子１００Ａの上下面（金
属磁性板４Ａ〜４Ｆの表面）に接着層５をさらに積層
し、積層した接着層５を介して、切欠加工の有るもしく
は無い金属磁性板４Ａ〜４Ｆ（アモルファス薄体）を積
層する。そして、重りにより軽く圧力を印加しながら１
６０℃に加熱することで、接着層５と層間磁性部材７
Ａ、７Ｂとを硬化させることで、金属磁性薄体４ｂが２
層積層された磁性素子（インダクタ）を作製する。

【００８０】同様の方法で、（表１）に示す様々な構成
の薄型の磁性素子（インダクタ）を作製する。これらの
インダクタの特性を、周波数１００ｋＨｚと１ＭＨｚの
場合について測定し、比較例（平板コイルのみの構成
や、金属磁性板はあるものの切欠のない構成）と比較し
た結果が表１に示されている。

【００８１】

【表１】表１において、Ｎｏ．１は平板コイルのみから構成され
た比較例であり、Ｌ値が極めて低い。これに対して平板
コイル１０１の上下面に接着層５を介して金属磁性板４
Ａ〜４Ｆを積層すると、ある程度Ｌ値が向上している
（Ｎｏ．２）。Ｎｏ．２の構成に対してさらに層間磁性
部材７Ａを平板コイル１０１の中心部に配置すると、Ｌ
値はさらに向上している（Ｎｏ．３）。

【００８２】しかしながら、Ｎｏ．２，３では１ＭＨｚ
における交流抵抗は大きな値となっている。このＮｏ．
２，３に対して、金属磁性板４Ａ〜４Ｆに切欠６Ａ〜６
Ｆを設けたＮｏ．４，５（図２、図３の構成）では、L
値をあまり変えずに、１ＭＨｚの交流抵抗が低下してい
る。また、Ｎｏ．６（図７の構成）では、Ｌ値はＮｏ．
３とほぼ等しいままで、１ＭＨｚの交流抵抗が若干改善
されている。

【００８３】しかしながらこれら（Ｎｏ．４〜６）は、
いずれも１ＭＨｚ，０．５ＡにおけるＬ値は低く、直流
重畳特性は良好ではない。

【００８４】切欠４Ａ、４Ｂは設けず、絶縁層５を挟ん
で金属磁性薄体４ｂが積層された金属磁性板を有するＮ
ｏ．７では、単層の金属磁性薄体からなる金属磁性板を
有するＮｏ．３に比べてＬ値は増大し、直流重畳特性も
改善されたが、１ＭＨｚにおける交流抵抗は、非常に大
きな値となっている。

【００８５】これに対して、切欠６Ａ〜６Ｆを設けたＮ
ｏ．８〜１０では、Ｌ値はやや低下しているが、交流抵
抗は１／２以下に低下している。切欠６Ａ〜６Ｆによる
金属磁性板４Ａ〜４Ｆの分割数が増えるほど、交流抵抗
はより低下しているが、Ｌ値もやや低下している。

【００８６】さらに、金属磁性薄体４ｂが３積層された
金属磁性板を有するＮｏ．１１では、直流重畳特性がさ
らに改善され、Ｌ値と交流抵抗もやや改善されている。
ただし、試料の厚さは０．４ｍｍを越えている。エッチ
ングにより、厚さが１０μｍまで薄くされた金属磁性薄
体４ｂを有し、このような金属磁性薄体４ｂを２層、あ
るいは３層積層されたＮｏ．１２，１３では、直流重畳
特性がＮｏ．９や１１より低下しているが、Ｌ値は増加
し、交流抵抗はさらに改善され、１ＭＨｚにおけるＬ値
／交流抵抗は、アモルファスの金属磁性板を用いたもの
として最高となっている。

【００８７】Ｎｏ．１４，１５，１６，１７は、それぞ
れ図４，５，６，８と同様の構造である。上下２層の金
属磁性薄体（アモルファス）４ｂにおける切欠位置が互
いに等しいＮｏ．９と、切欠位置が互いに異なるＮｏ．
１４や、外側の金属磁性薄体（アモルファス）に切欠を
形成しないＮｏ．１５とを比較した場合、両者の交流抵
抗は同じ程度であるが、Ｌ値は、Ｎｏ．１４，１５の方
がやや大きくなっている。

【００８８】内側に位置する金属磁性薄体（アモルファ
ス）４ｂが薄く、外側に位置する金属磁性薄体（アモル
ファス）４ｂの厚みが厚いＮｏ．１６は、Ｌ値が大きい
わりに、交流抵抗が低い。平板コイル１０１の一方面に
切欠を有する金属磁性板を設け、他方面にフェライト焼
結体板８に設けたＮｏ．１７は、Ｌ値、交流抵抗、直流
重畳特性とも優れるが、厚みは厚くなっている。

【００８９】Ｎｏ．１８は、フェライトのみを用いた比
較例である。Ｌ値、交流抵抗、直流重畳特性ともアモル
ファスを用いたものより良好であるが、厚さが０．６４
ｍｍと厚い。これに対して金属磁性板としてアモルファ
スを用いたＮｏ．２〜１７は、遥かに薄いという特徴が
ある。特に、切欠を設けた金属磁性板、切欠を設けた金
属磁性薄体の積層体からなる金属磁性板、層間磁性部材
を併用したＮｏ．８〜１６は、Ｌ値はＮｏ．１８と大差
なく、交流抵抗や直流重畳特性もやや劣る程度でった。

【００９０】次に、これらの磁性素子（インダクタ）を
基板に実装し、錘をつけて１．８ｍの高さから落下試験
を行った。その結果、金属磁性板の位置にフェライトを
設けた構成では、フェライトに割れが生じてＬ値が低下
した。しかしながら、アモルファスからなる金属磁性板
を設けた構成では、落下試験による変化はほとんど認め
られなかった。

【００９１】

【発明の効果】本発明の構造の磁性素子は、小型、薄型
で、高周波でも損失が少なく、高いインダクタンスと低
いコイル抵抗、良好な直流重畳特性を示す。また、耐衝
撃性に優れる。さらに、本磁性素子を用いた電源モジュ
ールは、低背かつ小面積となり、工業的価値が大きいも
のである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に用いる平板コイルの上面図である。

【図２】本発明の一実施形態である磁性素子の形態を示
す上面図および断面図である。

【図３】本発明の他の実施の形態である磁性素子の形態
を示す上面図および断面図である。

【図４】本発明のさらに他の実施の形態である磁性素子
の形態を示す上面図および断面図である。

【図５】本発明のさらに他の実施の形態である磁性素子
の形態を示す上面図および断面図である。

【図６】本発明のさらに他の実施の形態である磁性素子
の形態を示す上面図および断面図である。

【図７】本発明のさらに他の実施の形態である磁性素子
の形態を示す上面図および断面図である。

【図８】本発明のさらに他の実施の形態である磁性素子
の形態を示す上面図および断面図である。

【図９】本発明の磁性素子を用いた電源モジュールの形
態を示す断面図である。

【符号の説明】

１００Ａ,Ｂ磁性素子１０１平板コイル１コ
イル端子２スパイラルコイル２ａコイル端部３絶縁
性樹脂４Ａ〜Ｆ金属磁性板４ａ連結部４ｂ金属
磁性薄体５接着層６Ａ〜Ｆ切欠７Ａ,Ｂ層間磁
性部材８フェライト焼結体板９配線基板１０チッ
プ部品１１半導体チップ１２接続ビア１３樹脂
層１４モジュール端子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者井上学大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内Ｆターム(参考） 5E070 AA01 AA11 AB01 BA12 BB02 BB03 CB13 CB15

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】平面状に巻回された導体が板状の絶縁層
に埋設されてなる平板状コイルと、前記平板状コイルの厚み方向両面のうちの少なくとも一
方面に設けられた金属磁性板と、前記導体を横切る方向に沿って前記金属磁性板に設けら
れた切欠と、を有することを特徴とする磁性素子。
【請求項２】請求項１に記載の磁性素子において、前記金属磁性板を、前記平板状コイルの一方面に設け、
他方面に、フェライト焼結体、ダストコア、磁性粉末と
樹脂とが混合されたコンポジット磁性体の何れかより選
択された磁性部材を設ける、ことを特徴とする磁性素子。
【請求項３】請求項１または２に記載の磁性素子にお
いて、前記導体の外周形状は、円形、楕円形、あるいは長円形
である、ことを特徴とする磁性素子。
【請求項４】請求項１ないし３のいずれかに記載の磁
性素子において、前記導体が存在しない前記平板状コイルの領域に、金属
磁性粉末と樹脂とが混合されたもう一つの磁性部材が前
記平板状コイルの厚み方向に沿って配置されており、こ
のもう一つの磁性部材によって、前記金属磁性板と前記
平板状コイルとが接着されている、ことを特徴とする磁性素子。
【請求項５】請求項４に記載の磁性素子において、前記切欠を、前記もう一つの磁性部材が配置されていな
い領域に設ける、ことを特徴とする磁性素子。
【請求項６】請求項１ないし５のいずれかに記載の磁
性素子において、前記金属磁性板は、前記切欠により分断された複数の板
領域を連結する連結部を有する、ことを特徴とする磁性素子。
【請求項７】請求項１ないし６のいずれか記載の磁性
素子において、前記金属磁性板は、厚さ３０μｍ以下である、ことを特徴とする磁性素子。
【請求項８】請求項１ないし６のいずれか記載の磁性
素子において、前記金属磁性板は、厚さ３０μｍ以下の金属磁性薄体
を、絶縁層を挟んで少なくとも２層以上積層したもので
ある、ことを特徴とする磁性素子。
【請求項９】請求項８に記載の磁性素子において、前記金属磁性薄体それぞれに前記切欠を設けるととも
に、前記切欠の形成位置が、各金属磁性薄体それぞれで
互いに異なる、ことを特徴とする磁性素子。
【請求項１０】請求項８または９に記載の磁性素子に
おいて、前記金属磁性薄体それぞれに前記切欠を設けるととも
に、各金属磁性薄体に設ける前記切欠の数は、前記平板
状コイルに近い側より遠い側が少ない、ことを特徴とする磁性素子。
【請求項１１】請求項８ないし１０のいずれかに記載
の磁性素子において、前記金属磁性薄体それぞれの厚さは、前記平板状コイル
に近い側より遠い側が厚い、ことを特徴とする磁性素子。
【請求項１２】請求項７ないし１１のいずれかに記載
の磁性素子において、前記金属磁性板もしくは前記金属磁性薄体は、超急冷技
術により作製されたアモルファス板である、ことを特徴とする磁性素子。
【請求項１３】請求項１２に記載の磁性素子におい
て、金属磁性薄体は、超急冷技術により作製されたアモ
ルファス薄体を、エッチングによりさらに薄くしたもの
である、ことを特徴とする磁性素子。
【請求項１４】請求項７ないし１１のいずれかに記載
の磁性素子において、前記金属磁性板もしくは前記金属磁性薄体は、メッキ法
により作製されたアモルファス薄体である、ことを特徴とする磁性素子。
【請求項１５】請求項１ないし１４のいずれかに記載
の磁性素子において、前記平板状コイルが、配線基板中の配線層の一部として
前記配線基板の内部または表面に設けられている、ことを特徴とする磁性素子。
【請求項１６】請求項１〜１５記載の磁性素子と、前記磁性素子の周囲に設けられたコンデンサおよび半導
体チップと、を有することを特徴とする薄型電源モジュール。