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WO2026009493A1 - 結合インダクタ - Google Patents

結合インダクタ

Info

Publication number
WO2026009493A1
WO2026009493A1 PCT/JP2025/007165 JP2025007165W WO2026009493A1 WO 2026009493 A1 WO2026009493 A1 WO 2026009493A1 JP 2025007165 W JP2025007165 W JP 2025007165W WO 2026009493 A1 WO2026009493 A1 WO 2026009493A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
coil
conductor
adjustment member
coupled inductor
coupling adjustment
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
PCT/JP2025/007165
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
好子 坂野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Murata Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Murata Manufacturing Co Ltd filed Critical Murata Manufacturing Co Ltd
Publication of WO2026009493A1 publication Critical patent/WO2026009493A1/ja
Pending legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Definitions

  • This disclosure relates to coupled inductors.
  • Patent Documents 1 and 2 disclose an inductor with two coils built into a single element. Such an inductor is said to be able to reduce the mounting area and create a highly efficient DC-DC converter.
  • the coil coupling coefficient can be adjusted by adjusting the distance between the two coils.
  • the dimensions of the inductor are set to dimensions prescribed for each application, so if the magnetic coupling between the two coils is to be weakened, the distance between the two coils must be increased, which may result in a larger distance than prescribed. Furthermore, if the magnetic coupling between the two coils is to be strengthened, the distance between the two coils must be narrowed, and if the distance between the two coils becomes too small, there is a risk that the voltage resistance performance may not be ensured.
  • the primary objective of this disclosure is to provide a coupled inductor that can adjust the coupling coefficient of multiple coils provided within the element body.
  • the coupled inductor of the present disclosure comprises: A coupled inductor in which a first coil and a second coil are arranged within an element body, are opposed to each other in a stacking direction, and are magnetically coupled,
  • the element body is a magnetic layer containing first magnetic particles; a plurality of coil conductors constituting the first coil and the second coil; a first through conductor that electrically connects one end of the first coil and a first external electrode and extends in the stacking direction; a second through conductor that electrically connects the other end of the first coil and a second external electrode and extends in the stacking direction; a third through conductor that electrically connects one end of the second coil and a third external electrode and extends in the stacking direction; a fourth through conductor that electrically connects the other end of the second coil and a fourth external electrode and extends in the stacking direction,
  • a coupling adjustment member for adjusting the coupling coefficient between the coils is provided at least partially around the first through fourth through conductors.
  • a coupling adjustment member that adjusts the coupling coefficient between the coils is provided around at least a portion of the first through fourth through conductors, making it possible to adjust the coupling coefficient of multiple coils provided within the element body.
  • FIG. 1 is a perspective view of a coupled inductor of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a perspective view schematically illustrating an example of the internal structure of a coupled inductor according to the present disclosure.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view of the coupled inductor according to the first embodiment.
  • FIG. 4A is a schematic cross-sectional view of the coupled inductor according to the first embodiment taken along line AA in FIG.
  • FIG. 4B is a schematic cross-sectional view of the coupled inductor according to the first embodiment taken along line BB in FIG.
  • FIG. 5A is an enlarged cross-sectional view of the dashed area in FIG. 4A.
  • FIG. 5B is an enlarged cross-sectional view of a variation of the dashed line area of FIG. 4A.
  • FIG. 6A is a schematic cross-sectional view of the coupled inductor according to the second embodiment taken along line AA in FIG.
  • FIG. 6B is a schematic cross-sectional view of the coupled inductor according to the second embodiment taken along line BB in FIG.
  • FIG. 7A is a schematic cross-sectional view of the coupled inductor according to the third embodiment taken along line AA in FIG.
  • FIG. 7B is a schematic cross-sectional view of the coupled inductor according to the third embodiment taken along line BB in FIG.
  • FIG. 8A is a schematic cross-sectional view of the coupled inductor according to the fourth embodiment taken along line AA in FIG.
  • FIG. 8B is a schematic cross-sectional view of the coupled inductor according to the fourth embodiment taken along line BB in FIG.
  • FIG. 9 is a graph showing the relationship between the current amplitude in the inductor and the coupling coefficient.
  • FIG. 10 is a graph showing the relationship between the magnetic permeability around the through conductor
  • the coupled inductor of the present disclosure is used, for example, in a DC-DC converter.
  • the laminated coupled inductor of the present disclosure can also be used in applications other than DC-DC converters.
  • a coupled inductor 1A according to the first embodiment includes an element body 10 and an external electrode 20 provided on the mounting surface of the element body 10. Each component will be described in detail below.
  • the second coil conductor CD2 of the multilayer group G2 may be wound along the outer edge of the magnetic layer ML from a position corresponding to the fourth external electrode 24 in a plan view to a position corresponding to the via conductor V of the multilayer group G3.
  • the fourth through conductor TH4 may electrically connect one end of the second coil conductor CD2 of the multilayer group G2 to the fourth through conductor TH4 of the multilayer group G4.
  • the via conductor V of the multilayer group G3 may electrically connect the other end of the second coil conductor CD2 of the multilayer group G2 to one end of the second coil conductor CD2 of the multilayer group G4. Details of the coupling adjustment member 30 will be described later.
  • the second coil conductor CD2 of the multilayer group G4 may be wound along the outer edge of the magnetic layer ML from a position corresponding to the via conductor V of the multilayer group G3 to a position corresponding to the third external electrode 23 in a planar view.
  • the second coil conductor CD2 may have an avoidance portion A that avoids the fourth through conductor TH4. More specifically, the avoidance portion A may be configured to curve the second coil conductor CD2 inward in a planar view, and avoid the fourth through conductor TH4. By providing the avoidance portion A, contact between the fourth through conductor TH4 and the second coil conductor CD2 can be avoided.
  • the stacking group G5 may include a third through conductor TH3, a coupling adjustment member 30 surrounding at least a portion of the periphery of the third through conductor TH3, a fourth through conductor TH4, a coupling adjustment member 30 surrounding at least a portion of the periphery of the fourth through conductor TH4, and a magnetic layer ML arranged around each coupling adjustment member 30.
  • the third through conductor TH3 may electrically connect the third through conductor TH3 of the multilayer group G4 to the third through conductor TH3 of the multilayer group G6, and the fourth through conductor TH4 may electrically connect the fourth through conductor TH4 of the multilayer group G4 to the fourth through conductor TH4 of the multilayer group G6.
  • the stacking group G6 may include a first coil conductor CD1, a third through conductor TH3, a coupling adjustment member 30 surrounding at least a portion of the periphery of the third through conductor TH3, a fourth through conductor TH4, a coupling adjustment member 30 surrounding at least a portion of the periphery of the fourth through conductor TH4, and a magnetic layer ML arranged around the first coil conductor CD1 and each coupling adjustment member 30.
  • the first coil conductor CD1 of the multilayer group G6 may be wound along the outer edge of the magnetic layer ML from a position corresponding to the second external electrode 22 in a plan view to a position corresponding to the via conductor V of the multilayer group G7.
  • the first coil conductor CD1 may have an avoidance portion A that avoids the third through conductor TH3 and the fourth through conductor TH4. More specifically, the avoidance portion A may be configured to curve the first coil conductor CD1 inward in a plan view, and may avoid the third through conductor TH3 and the fourth through conductor TH4. By providing the avoidance portion A, it is possible to avoid contact between the third through conductor TH3 and the fourth through conductor TH4 and the first coil conductor CD1.
  • the coupling adjustment members 30 are respectively arranged between the third through conductor TH3 and the first coil conductor CD1, and between the fourth through conductor TH4 and the first coil conductor CD1, ensuring insulation between each through conductor and the first coil conductor CD1.
  • the coupling adjustment members 30 may each be provided up to the vicinity of the outer edge of the magnetic layer ML in a planar view (i.e., near the end face and side face of the element body). Note that, without being limited to the illustrated example, the coupling adjustment members 30 may also be exposed from the end face and side face of the element body. In this manner, the periphery of each through conductor can be appropriately surrounded by the coupling adjustment members 30.
  • the second through conductor TH2 may electrically connect the second through conductor TH2 of the multilayer group G6 to the second through conductor TH2 of the multilayer group G8, the third through conductor TH3 may electrically connect the third through conductor TH3 of the multilayer group G6 to the third through conductor TH3 of the multilayer group G8, and the fourth through conductor TH4 may electrically connect the fourth through conductor TH4 of the multilayer group G6 to the fourth through conductor TH4 of the multilayer group G8.
  • the via conductor V of the multilayer group G7 may electrically connect the other end of the second coil conductor CD2 of the multilayer group G6 to one end of the second coil conductor CD2 of the multilayer group G8.
  • the stacking group G8 may include a first coil conductor CD1, a second through conductor TH2, a coupling adjustment member 30 surrounding at least a portion of the periphery of the second through conductor TH2, a third through conductor TH3, a coupling adjustment member 30 surrounding at least a portion of the periphery of the third through conductor TH3, a fourth through conductor TH4, a coupling adjustment member 30 surrounding at least a portion of the periphery of the fourth through conductor TH4, and a magnetic layer ML arranged around the second coil conductor CD2 and each coupling adjustment member 30.
  • the coupling adjustment members 30 are respectively arranged between the second through conductor TH2 and the second coil conductor CD2, between the third through conductor TH3 and the second coil conductor CD2, and between the fourth through conductor TH4 and the second coil conductor CD2, ensuring insulation between each through conductor and the second coil conductor CD2.
  • the coupling adjustment members 30 may each be provided up to the vicinity of the outer edge of the magnetic layer ML in a planar view (i.e., near the end face and side face of the element body). Note that, without being limited to the illustrated example, the coupling adjustment members 30 may also be exposed from the end face and side face of the element body. In this manner, the periphery of each through conductor can be appropriately surrounded by the coupling adjustment members 30.
  • the stacking group G9 may include a first through conductor TH1, a coupling adjustment member 30 surrounding the first through conductor TH1, a second through conductor TH2, a coupling adjustment member 30 surrounding the second through conductor TH2, a third through conductor TH3, a coupling adjustment member 30 surrounding the third through conductor TH3, a fourth through conductor TH4, a coupling adjustment member 30 surrounding the fourth through conductor TH4, a via conductor V, and a magnetic layer ML arranged around the via conductor V and each coupling adjustment member 30.
  • the design freedom of the coupled inductor 1A is increased.
  • the layered structure including the above-mentioned layered groups G1 to G9 may be layered from the second main surface 12 side or the first main surface 11 side of the element body 10.
  • a layered group formed by layering the layered groups G1 to G5 in this order may be layered on top of a separate layered group formed by layering the layered groups G6 to G9 in the reverse order.
  • the material constituting the through conductors and/or via conductors may be repeatedly printed in sequence by, for example, screen printing or the like until the via conductors reach the desired thickness, or they may be formed by an inkjet method or other known method.
  • the interior of the base body 10 comprises at least a magnetic material part MB formed by stacking magnetic layers ML and containing first magnetic particles MP1 and resin (not shown), coils (first coil C1 and second coil C2) embedded within the magnetic material part MB, first through-hole conductors TH1 to TH4, and coupling adjustment members 30 provided around at least a portion of each through-hole conductor (see Figures 4A to 5B).
  • first coil C1 and second coil C2 embedded within the magnetic material part MB
  • first through-hole conductors TH1 to TH4 first through-hole conductors TH1 to TH4
  • coupling adjustment members 30 provided around at least a portion of each through-hole conductor
  • the magnetic body part MB formed by stacking the magnetic layers ML may include first magnetic particles MP1 made of a magnetic material (see FIGS. 5A and 5B).
  • the first magnetic particles MP1 may contain Fe and/or Si. More specifically, they may be Fe particles or Fe alloy particles. Examples of Fe alloys include Fe-Si alloys, Fe-Cr alloys, Fe-Si-Cr alloys, Fe-Si-Al alloys, Fe-Si-B-P-Cu-C alloys, and Fe-Si-B-Nb-Cu alloys.
  • the first magnetic particles MP1 may also contain impurities such as Cr, Mn, Cu, Ni, P, S, or Co that are not intended during manufacturing.
  • the first magnetic particles MP1 may also be contained in a magnetic paste. Therefore, the first magnetic particles MP1 may contain elements (e.g., Cr, Al, Li, Zn, Zr) that are more easily oxidized than the Fe added during magnetic paste production.
  • the surface of the first magnetic particle MP1 described above may be covered with a first insulating coating OL1 (see Figures 5A and 5B). Covering the surface of the first magnetic particle MP1 with the first insulating coating OL1 improves the insulation between the first magnetic particles MP1, improving the inductor's withstand voltage and suppressing eddy currents that occur in magnetic particles with larger particle sizes due to the first magnetic particles MP1 being electrically connected to each other.
  • Methods for forming the first insulating coating OL1 on the surface of the first magnetic particle MP1 include the sol-gel method and mechanochemical method.
  • the material constituting the first insulating coating OL1 may be an oxide of P, Si, or the like, zinc phosphate, or manganese phosphate.
  • the first insulating coating OL1 may also be an oxide film formed by oxidizing the surface of the first magnetic particle MP1 with oxygen in the atmosphere, or an oxide film of an element that is more easily oxidized than Fe.
  • the thickness of the first insulating coating OL1 is preferably 1 nm to 50 nm, more preferably 1 nm to 30 nm, and even more preferably 1 nm to 20 nm.
  • SEM scanning electron microscope
  • TEM transmission electron microscope
  • the average particle size of the first magnetic particles MP1 in the magnetic material portion MB may preferably be 1.5 ⁇ m or more and 50 ⁇ m or less, more preferably 5 ⁇ m or more and 20 ⁇ m or less, and even more preferably 5 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less.
  • the average particle size of the first magnetic particles MP1 in the magnetic material portion MB can be measured using the procedure described below. An inductor sample is cut to obtain a cross-section of the sample. Specifically, the sample cross-section is obtained by cutting through the center of the element body 10 so as to be perpendicular to the mounting surface and end surface of the coil component.
  • the first magnetic grains MP1 contained in the element body 10 may have an oxide film (first insulating coating OL1) on their surfaces. This oxide film originates from the first magnetic grains MP1 and is formed by heat treatment. In the element body 10, adjacent first magnetic grains MP1 are joined to each other via the oxide film to form the magnetic body part MB.
  • first insulating coating OL1 first insulating coating
  • the base body 10 may be impregnated with a resin material after being baked.
  • Epoxy resin and/or phenolic resin and/or silicone resin may be used as an example of a resin that increases the strength of the base body.
  • the coil of this embodiment includes a first coil C1 and a second coil C2 that face each other in the stacking direction.
  • the first coil C1 and the second coil C2 are magnetically coupled.
  • magnetic coupling refers to causing a magnetic flux generated in one coil to act on the other coil. Examples of magnetic coupling include a mode in which the magnetic flux generated in one coil acts on the other coil, thereby strengthening the magnetic flux; a mode in which the magnetic flux generated in one coil is influenced by the other coil, thereby weakening the magnetic flux; and a mode in which the coils are not coupled to each other.
  • the direction of the current flowing through the first coil C1 and the direction of the current flowing through the second coil C2 may be the same or opposite.
  • the magnetic fluxes act to reinforce each other.
  • the direction of the magnetic flux generated by the current flowing through the first coil C1 and the direction of the magnetic flux generated by the second coil C2 are opposite, the magnetic fluxes act to weaken each other.
  • the first coil C1 includes multiple first coil conductors CD1 in the stacking direction (e.g., height direction T). Adjacent first coil conductors CD1 are connected to each other via via conductors V (see FIG. 3 ).
  • the first coil C1 may have a desired number of turns by including first coil conductors CD1 formed in two different stacking groups in the stacking direction (see FIG. 3 ).
  • the first coil C1 may be configured using stacking groups G6 and G8. The number of turns may be set to, for example, two or more, by stacking the first coil conductors CD1 in the stacking direction.
  • each of the first coil conductors CD1 be the same. Furthermore, it is preferable that the thickness of the first coil conductor CD1 be equal to the thickness of the second coil conductor CD2, which will be described later.
  • the first coil conductor CD1 may be made of a metal conductor such as Ag, Cu, and/or Pd.
  • the first coil conductor CD1 may be formed, for example, by printing a conductive paste on the magnetic layer ML described above.
  • the second coil C2 includes multiple second coil conductors CD2 in the stacking direction (e.g., height direction T). Adjacent second coil conductors CD2 are connected to each other via via conductors V.
  • the second coil C2 may have a desired number of turns by including second coil conductors CD2 formed in two different stacking groups in the stacking direction (see FIG. 3).
  • the second coil C2 may be formed by stacking groups G2 and G4. The number of turns may be set to, for example, two or more, by stacking the second coil conductors CD2 in the stacking direction.
  • each of the second coil conductors CD2 be the same. Furthermore, it is preferable that the thickness of the second coil conductor CD2 be the same as the thickness of the first coil conductor CD1 described above.
  • the second coil conductor CD2 may be made of a metal conductor such as Ag, Cu, and/or Pd.
  • the second coil conductor CD2 may be formed, for example, by printing a conductive paste on the magnetic layer ML.
  • the through conductors (first through conductor TH1 to fourth through conductor TH4) electrically connect the external electrode 20 to one end or the other end of the coil (first coil C1 or second coil C2).
  • the through conductors may be made of the same material as the first coil conductor CD1 and the second coil conductor CD2.
  • the through conductors may be formed, for example, by printing a conductive paste on the magnetic layer ML described above.
  • the height of the through conductors in the stacking direction may be such that the fourth through conductor TH4 is the greatest, followed by the third through conductor TH3, the second through conductor TH2, and the first through conductor TH1.
  • electrical wiring can be properly performed to the first external electrode 21 to the fourth external electrode 24 arranged on the mounting surface (second main surface 12) with the first coil C1 arranged above the second coil C2.
  • the coupling adjustment member 30 is provided at least partially around the first through fourth through conductors TH1 to TH4, and adjusts the coupling between the first coil C1 and the second coil C2, specifically, adjusting the coupling coefficient between the coils.
  • the magnetic permeability of the coupling adjustment member 30 is different from the magnetic permeability of the magnetic layer ML of the element body 10. Therefore, by providing the coupling adjustment member 30 around at least a portion of the periphery of the first through conductor TH1 to the fourth through conductor TH4, it is possible to adjust the inductances L TH1 , L TH2 , L TH3 , and L TH4 that are mainly generated in the first through conductor TH1, the second through conductor TH2, the third through conductor TH3, and the fourth through conductor TH4 , respectively.
  • the inductances of the coupled inductors can be considered to be L1 (the L value of the first coil C1) + L TH1 + L TH2 and L2 (the L value of the second coil C2) + L TH3 + L TH4 , and it can be considered that the inductance L1 of the first coil C1 and the inductance L2 of the second coil C2 are substantially coupled. Therefore, it is possible to adjust the coupling coefficient by reducing the L value (L1) of the first coil C1 and the L value (L2) of the second coil C2, and adjusting the first coil C1 and the second coil C2, and adjusting the inductances L TH1 to L TH4 of the first through conductor TH1 to the fourth through conductor TH4. Note that the adjustment range of the coupling coefficient becomes wider as the proportion of the inductance generated in the first through fourth through conductors TH1 to TH4 increases and the proportion of the inductance of the first coil C1 and the second coil C2 decreases.
  • the magnetic permeability of the coupling adjustment member 30 may be smaller than that of the magnetic layer ML.
  • the L value of the first coil C1 and the second coil C2 can be reduced. This makes it possible to strengthen the coupling between the first coil C1 and the second coil C2.
  • One way to make the magnetic permeability of the coupling adjustment member 30 smaller than that of the magnetic layer ML is to configure the coupling adjustment member 30 by coating second magnetic particles MP2 made of a magnetic material with a second insulating coating OL2, using the same magnetic material for the second magnetic particles MP2 and the first magnetic particles MP1, and setting the average particle size of the second magnetic particles MP2 smaller than that of the first magnetic particles MP1 (see Figure 5B).
  • second magnetic particles MP2 made of a magnetic material with a second insulating coating OL2
  • the magnetic material with small particle sizes tend to have low magnetic permeability, so by making the average particle size of the second magnetic particles MP2 making up the coupling adjustment member 30 smaller than the average particle size of the first magnetic particles MP1, the magnetic permeability of the coupling adjustment member 30 can be made smaller than that of the magnetic layer ML.
  • the magnetic material of the coupling adjustment member 30 may be made of a material with a lower magnetic permeability than the magnetic material of the magnetic layer ML.
  • a material with a lower magnetic permeability is non-magnetic materials such as lumina, titania, zirconia, glass, or resin, or an iron alloy that contains more Cr or Si than the Fe particles or Fe alloy particles of the magnetic material of the coupling adjustment member 30. Iron alloys with a high Cr content form a strong oxide film on the particle surface, making it easy to ensure insulation.
  • the magnetic permeability of the coupling adjustment member 30 may be greater than that of the magnetic layer ML.
  • the L value of the first coil C1 and the L value of the second coil C2 can be increased. This can weaken the coupling between the first coil C1 and the second coil C2.
  • One way to make the magnetic permeability of the coupling adjustment member 30 greater than that of the magnetic layer ML is to configure the coupling adjustment member 30 by coating second magnetic particles MP2 made of a magnetic material with a second insulating coating OL2, using the same magnetic material for the second magnetic particles MP2 and the first magnetic particles MP1, and setting the average particle size of the second magnetic particles MP2 greater than that of the first magnetic particles MP1 (see Figure 5A).
  • the magnetic permeability of the coupling adjustment member 30 can be made greater than that of the magnetic layer ML.
  • the magnetic material of the coupling adjustment member 30 may be a material with a greater magnetic permeability than that of the magnetic layer ML.
  • the magnetic material of the coupling adjustment member 30 may be sendust, permalloy, permendur, ferrite powder, etc., which have a greater magnetic permeability than Fe particles or Fe alloy particles.
  • a suitable embodiment of the coupling adjustment member 30 is one in which the coupling adjustment member 30 is provided around the avoidance portion A (see Figure 3). With this configuration, the space between the coil conductor and the through conductor created by the avoidance portion A can be utilized to appropriately provide the coupling adjustment member 30 around the through conductor.
  • the coupled inductor 1A of the first embodiment may have coupling adjustment members 30 provided over the entire area of the first through fourth through conductors TH1 to TH4 in the stacking direction.
  • the coupling coefficient of the first coil C1 and the second coil C2 can be adjusted by increasing the L value of the first coil C1 and the second coil C2.
  • Coupled inductor 1B of a second embodiment will be described with reference to Figures 6A and 6B.
  • the coupled inductor 1B of the second embodiment differs from the coupled inductor 1A of the first embodiment in the configuration of the coupling adjustment member 30.
  • the following description will focus on the differences from the coupled inductor 1A of the first embodiment.
  • the coupling adjustment member 30 may be provided in region R1 where the first through conductor TH1 to the fourth through conductor TH4 face the coil conductor in the stacking direction.
  • the coupling adjustment member 30 is not provided in regions where the coil conductor and the through conductor do not face each other in the stacking direction. More specifically, the coupling adjustment member 30 is not provided in the first through conductor TH1.
  • the coupling adjustment member 30 is placed in region R1, which has a relatively large effect on the L value of the coil conductor, and the L values of the first coil C1 and the second coil C2 can be more effectively adjusted, thereby adjusting the coupling coefficient of the first coil C1 and the second coil C2.
  • the coupled inductor 1C of the third embodiment differs from the coupled inductor 1A of the first embodiment and the coupled inductor 1B of the second embodiment in terms of the configuration of the coupling adjustment member 30.
  • the following description will focus on the differences from the coupled inductor 1A of the first embodiment and the coupled inductor 1B of the second embodiment.
  • the coupling adjustment member 30 may be provided in region R2 from the coil conductor to the mounting surface of the base body 10 in the stacking direction.
  • the coupling adjustment member 30 is not provided in the region where the coil conductor and the through conductor face each other in the stacking direction.
  • the coupling adjustment member 30 is placed in region R2, which has relatively little effect on the L value of the coil conductor, and the L values of the first coil C1 and the second coil C2 can be finely adjusted, thereby precisely adjusting the coupling coefficient of the first coil C1 and the second coil C2.
  • the coupled inductor 1D of the fourth embodiment differs from the coupled inductor 1A of the first embodiment to the coupled inductor 1C of the third embodiment in terms of the configuration of the coupling adjustment member 30.
  • the following description will focus on the differences from the coupled inductor 1A of the first embodiment to the coupled inductor 1C of the third embodiment.
  • the coupling adjustment member 30 may be provided in the region R3 between the first coil C1 and the second coil C2 in the stacking direction.
  • the coupling adjustment member 30 may not be provided in the first through conductor TH1 and the second through conductor TH2, but may be provided only in the third through conductor TH3 and the fourth through conductor TH4.
  • the coupling adjustment member 30 may be provided only in the third through conductor TH3 and the fourth through conductor TH4, allowing the coupling coefficient of the first coil C1 and the second coil C2 to be adjusted using a simple method.
  • the graph in Figure 9 shows that the current amplitude reaches its minimum value when the coupling coefficient is in the range of -0.2 to -0.6. This shows that by providing the coupling adjustment member 30 around at least a portion of the first through fourth through conductors TH1 to TH4 so that the coupling coefficient is between -0.2 and -0.6, it is possible to reduce ripple current (fluctuations in current according to the switching frequency). On the other hand, if the coupling coefficient is set so that the current amplitude exceeds 0.2 A, there is a risk of current loss increasing and heat generation occurring.
  • FIG. 10 shows a graph of the results of a simulation using Femtet on the relationship between the coupling coefficient and the magnetic permeability around the through conductor.
  • the graph in Figure 10 shows that as the magnetic permeability around the through conductor decreases, the absolute value of the coupling coefficient increases, indicating that the coupling coefficient between the first coil and the second coil has been appropriately adjusted.
  • the element body is a magnetic layer containing first magnetic particles; a plurality of coil conductors constituting the first coil and the second coil; a first through conductor that electrically connects one end of the first coil and a first external electrode and extends in the stacking direction; a second through conductor that electrically connects the other end of the first coil and a second external electrode and extends in the stacking direction; a third through conductor that electrically connects one end of the second coil and a third external electrode and extends in the stacking direction; a fourth through conductor that electrically connects the other end of the second coil and a fourth external electrode and extends in the stacking direction,
  • a coupled inductor wherein a coupling adjustment member for adjusting a coupling coefficient between coils is provided at least partially around the first through
  • ⁇ 2> The coupled inductor according to ⁇ 1>, wherein the magnetic permeability of the coupling adjustment member is smaller than the magnetic permeability of the magnetic layer.
  • ⁇ 3> The coupled inductor according to ⁇ 2>, wherein the average particle size of the second magnetic particles contained in the coupling adjustment member is smaller than the average particle size of the first magnetic particles.
  • ⁇ 4> The coupled inductor according to ⁇ 1>, wherein the magnetic permeability of the coupling adjustment member is greater than the magnetic permeability of the magnetic layer.
  • ⁇ 5> The coupled inductor according to ⁇ 4>, wherein the average particle size of the second magnetic particles contained in the coupling adjustment member is larger than the average particle size of the first magnetic particles.
  • ⁇ 6> The coupled inductor according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 5>, wherein the coil conductor is provided with an avoidance portion that avoids the second through fourth through conductors.
  • ⁇ 7> The coupled inductor according to ⁇ 6>, wherein the coupling adjustment member is provided around the avoidance portion.
  • ⁇ 8> The coupled inductor according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 7>, wherein the coupling adjustment member is provided over the entire area of the first through fourth through conductors in the stacking direction.
  • ⁇ 9> A coupled inductor described in any one of ⁇ 1> to ⁇ 7>, wherein the coupling adjustment member is provided in an area of the first through conductor to the fourth through conductor that faces the coil conductor in the stacking direction.
  • ⁇ 10> The coupled inductor according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 7>, wherein the coupling adjustment member is provided in the region from the coil conductor to the mounting surface of the element body in the stacking direction.
  • ⁇ 11> A coupled inductor according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 7>, wherein the coupling adjustment member is provided in a region between the first coil and the second coil in the stacking direction.
  • the coupled inductor disclosed herein can be suitably used in electronic devices that can adjust the coupling coefficient of multiple coils provided within the element body.

Landscapes

  • Coils Or Transformers For Communication (AREA)

Abstract

素体内に設けられた複数のコイルの結合係数を調整することができる結合インダクタを提供する。本開示は、素体10内に配置され、互いに積層方向で対向する第1コイルC1および第2コイルC2が、磁気的に結合されている結合インダクタ1A~1Dであって、素体10は、第1磁性粒子MP1を含有する磁性層MLと、第1コイルC1および第2コイルC2を構成する複数のコイル導体CD1,CD2と、第1コイルC1の一端と第1外部電極21とを電気的に接続し、積層方向に延びる第1貫通導体TH1と、第1コイルC1の他端と第2外部電極22とを電気的に接続し、積層方向に延びる第2貫通導体TH2と、第2コイルC2の一端と第3外部電極23とを電気的に接続し、積層方向に延びる第3貫通導体TH3と、第2コイルC2の他端と第4外部電極24とを電気的に接続し、積層方向に延びる第4貫通導体TH4と、を備え、第1貫通導体TH1~第4貫通導体TH4の周囲の少なくとも一部には、コイル同士の結合係数を調整する結合調整部材30が設けられている。

Description

結合インダクタ
 本開示は、結合インダクタに関する。
 特許文献1および特許文献2には、1つの素体内に2つのコイルを内蔵したインダクタが開示されている。このようなインダクタは、実装面積を小さくし、高効率なDC-DCコンバータとすることができる、とされている。
米国特許出願公開第2019-0279811号明細書 特開2020-061415号公報
 2つのコイルが素体に内蔵されたインダクタにおいて、その用途に応じて2つのコイルの結合係数を適宜調整可能とすることが要望されている。
 特許文献1および特許文献2に記載のインダクタにおいて、コイルの結合係数を調整する場合、2つのコイル間の距離で調整することができる。ここで、インダクタの寸法は、各用途で定められた寸法に設定されているため、2つのコイルの磁気的な結合を弱める場合は、2つのコイル間の距離を広げる必要があり、定められた寸法よりも大きくなる虞がある。また、2つのコイルの磁気的な結合を強める場合は、2つのコイル間の距離を狭める必要があり、2つのコイル間の距離が小さくなりすぎると耐圧性能が確保できない虞がある。
 そこで、本開示の主たる目的は、素体内に設けられた複数のコイルの結合係数を調整することができる結合インダクタを提供することである。
 本開示の結合インダクタは、
 素体内に配置され、互いに積層方向で対向する第1コイルおよび第2コイルが、磁気的に結合されている結合インダクタであって、
 前記素体は、
 第1磁性粒子を含有する磁性層と、
 前記第1コイルおよび前記第2コイルを構成する複数のコイル導体と、
 前記第1コイルの一端と第1外部電極とを電気的に接続し、前記積層方向に延びる第1貫通導体と、
 前記第1コイルの他端と第2外部電極とを電気的に接続し、前記積層方向に延びる第2貫通導体と、
 前記第2コイルの一端と第3外部電極とを電気的に接続し、前記積層方向に延びる第3貫通導体と、
 前記第2コイルの他端と第4外部電極とを電気的に接続し、前記積層方向に延びる第4貫通導体と、を備え、
 前記第1貫通導体~前記第4貫通導体の周囲の少なくとも一部には、コイル同士の結合係数を調整する結合調整部材が設けられている。
 本開示の結合インダクタによれば、第1貫通導体~第4貫通導体の周囲の少なくとも一部には、コイル同士の結合係数を調整する結合調整部材が設けられているため、素体内に設けられた複数のコイルの結合係数を調整することができる。
図1は、本開示の結合インダクタの斜視図である。 図2は、本開示の結合インダクタの内部構造の一例を模式的に示す斜視図である。 図3は、第1実施形態に係る結合インダクタの分解斜視図である。 図4Aは、図3のA-A線に沿って切断した第1実施形態に係る結合インダクタの模式断面図である。 図4Bは、図3のB-B線に沿って切断した第1実施形態に係る結合インダクタの模式断面図である。 図5Aは、図4Aの破線領域の拡大断面図である。 図5Bは、図4Aの破線領域の変形例の拡大断面図である。 図6Aは、図3のA-A線に沿って切断した第2実施形態に係る結合インダクタの模式断面図である。 図6Bは、図3のB-B線に沿って切断した第2実施形態に係る結合インダクタの模式断面図である。 図7Aは、図3のA-A線に沿って切断した第3実施形態に係る結合インダクタの模式断面図である。 図7Bは、図3のB-B線に沿って切断した第3実施形態に係る結合インダクタの模式断面図である。 図8Aは、図3のA-A線に沿って切断した第4実施形態に係る結合インダクタの模式断面図である。 図8Bは、図3のB-B線に沿って切断した第4実施形態に係る結合インダクタの模式断面図である。 図9は、インダクタ内の電流振幅と結合係数との関係を示すグラフである。 図10は、貫通導体まわりの透磁率と結結合係数との関係を示すグラフである。
 以下、本開示の結合インダクタについて説明する。なお、本開示は、以下の構成に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更されてもよい。また、以下において記載する個々の好ましい構成を複数組み合わせたものもまた本開示である。
 本開示の結合インダクタは、例えば、DC-DCコンバータに用いられる。なお、本開示の積層結合インダクタは、DC-DCコンバータ以外の用途にも適用可能である。
 本明細書中、要素間の関係性を示す用語(例えば、「平行」、「直交」等)及び要素の形状を示す用語は、文字どおりの厳密な態様のみを意味するだけではなく、実質的に同等な範囲、例えば、数%程度の差異を含む範囲も意味する。なお、本明細書では、素体を構成する磁性層および導体層が積層される方向を「積層方向」とする。
 以下に示す図面は模式図であり、その寸法、縦横比の縮尺等は実際の製品と異なる場合がある。
<結合インダクタの第1実施形態>
 まず、本開示の結合インダクタの第1実施形態について図1~図5を参照しながら説明する。なお結合インダクタ及び各構成要素の形状及び配置等は、図示する例に限定されない。第1実施形態の結合インダクタ1Aは、素体10と、素体10の実装面に設けられた外部電極20と、を備えている。以下、各構成要素について項目を立てて詳述する。
-素体-
 素体10は、例えば、六面を有する六面体形状である。一例として、直方体形状又は略直方体形状であってよい。素体10は、頂点及び稜線部に丸みが付けられていてもよい。頂点は、素体10の三面が交わる部分であり、稜線部は、素体10の二面が交わる部分である。
 図1には、結合インダクタ1A及び素体10における長辺方向、短辺方向、高さ方向を、それぞれL方向、W方向、T方向として示している。長辺方向Lと短辺方向Wと高さ方向Tとは互いに直交する。
 図1に示す素体10は、高さ方向Tに相対する第1主面11及び第2主面12と、長辺方向Lに相対する第1端面13及び第2端面14と、短辺方向Wに相対する第1側面15及び第2側面16とを有する。結合インダクタ1Aの実装面(素体の底面)に相当する素体10の第1主面11に第1外部電極21、第2外部電極22、第3外部電極23、第4外部電極24が形成されている。
 図3は、本開示の結合インダクタ1Aの内部構造の一例を模式的に示す分解斜視図である。図3に示すように、素体10は、第1コイルC1を構成する第1コイル導体CD1と、第2コイルC2を構成する第2コイル導体CD2と、磁性層MLと、第1貫通導体TH1~第4貫通導体TH4と、結合調整部材30と、がそれぞれ積層されている。本実施形態では、図2に示すとおり、素体10は積層グループG1~積層グループG9が積層されて成り、積層グループG9の下側に第1外部電極21~第4外部電極24が形成されている。また、各積層グループG1~積層グループG9は、同一のパターンを複数積層して構成されていてもよい。なお、素体10が有する積層構造の各層の境界は消失してよい。
(積層グループG1)
 積層グループG1は、磁性層MLを有しており、素体10の第2主面12(図1参照)を構成してよい。
(積層グループG2)
 積層グループG2は、第2コイル導体CD2と、第2コイル導体CD2の周囲に配置される磁性層MLと、を備えてよい。
 積層グループG2の第2コイル導体CD2は、平面視で第4外部電極24に対応する位置から積層グループG3のビア導体Vに対応する位置まで磁性層MLの外縁に沿って巻回されてよい。
(積層グループG3)
 積層グループG3は、第4貫通導体TH4と、第4貫通導体TH4の周囲の一部を少なくとも囲う結合調整部材30と、ビア導体Vと、ビア導体Vおよび結合調整部材30の周囲に配置される磁性層MLと、を備えてよい。
 第4貫通導体TH4は、積層グループG2の第2コイル導体CD2の一端と、積層グループG4の第4貫通導体TH4とを電気的に接続してよい。積層グループG3のビア導体Vは、積層グループG2の第2コイル導体CD2の他端と、積層グループG4の第2コイル導体CD2の一端とを電気的に接続してよい。結合調整部材30の詳細は、後述する。
(積層グループG4)
 積層グループG4は、第2コイル導体CD2と、第4貫通導体TH4と、第4貫通導体TH4の周囲の一部を少なくとも囲う結合調整部材30と、第2コイル導体CD2および結合調整部材30の周囲に配置される磁性層MLと、を備えてよい。
 積層グループG4の第2コイル導体CD2は、積層グループG3のビア導体Vに対応する位置から平面視で第3外部電極23に対応する位置まで磁性層MLの外縁に沿って巻回されてよい。さらに、第2コイル導体CD2は、第4貫通導体TH4を回避する回避部Aを備えてよい。より具体的に、回避部Aは、平面視において第2コイル導体CD2を内側に湾曲させるように構成し、第4貫通導体TH4を回避してよい。回避部Aを設けることによって、第4貫通導体TH4と第2コイル導体CD2との接触を回避することができる。
 結合調整部材30は、第4貫通導体TH4と第2コイル導体CD2との間に配置され、第4貫通導体TH4と第2コイル導体CD2との絶縁性を担保する。結合調整部材30は、平面視において、磁性層MLの外縁付近(つまり、素体の端面付近および側面付近)まで設けられてよい。なお、図示例に限定されず、結合調整部材30が素体の端面および側面から露出していてもよい。このような態様により、第4貫通導体TH4の周囲を結合調整部材30によって適切に囲うことができる。
(積層グループG5)
 積層グループG5は、第3貫通導体TH3と、第3貫通導体TH3の周囲の一部を少なくとも囲う結合調整部材30と、第4貫通導体TH4と、第4貫通導体TH4の周囲の一部を少なくとも囲う結合調整部材30と、各結合調整部材30の周囲に配置される磁性層MLと、を備えてよい。
 第3貫通導体TH3は、積層グループG4の第3貫通導体TH3と、積層グループG6の第3貫通導体TH3とを電気的に接続し、第4貫通導体TH4は、積層グループG4の第4貫通導体TH4と、積層グループG6の第4貫通導体TH4とを電気的に接続してよい。
(積層グループG6)
 積層グループG6は、第1コイル導体CD1と、第3貫通導体TH3と、第3貫通導体TH3の周囲の一部を少なくとも囲う結合調整部材30と、第4貫通導体TH4と、第4貫通導体TH4の周囲の一部を少なくとも囲う結合調整部材30と、第1コイル導体CD1および各結合調整部材30の周囲に配置される磁性層MLと、を備えてよい。
 積層グループG6の第1コイル導体CD1は、平面視で第2外部電極22に対応する位置から積層グループG7のビア導体Vに対応する位置まで磁性層MLの外縁に沿って巻回されてよい。さらに、第1コイル導体CD1は、第3貫通導体TH3および第4貫通導体TH4をそれぞれ回避する回避部Aを備えてよい。より具体的に、回避部Aは、平面視において第1コイル導体CD1を内側に湾曲させるように構成し、第3貫通導体TH3および第4貫通導体TH4を回避してよい。回避部Aを設けることによって、第3貫通導体TH3および第4貫通導体TH4と第1コイル導体CD1との接触を回避することができる。
 結合調整部材30は、第3貫通導体TH3と第1コイル導体CD1との間、および、第4貫通導体TH4と第1コイル導体CD1との間に、それぞれ配置され、各貫通導体と第1コイル導体CD1との絶縁性を担保する。結合調整部材30は、それぞれ、平面視において磁性層MLの外縁付近(つまり、素体の端面付近および側面付近)まで設けられてよい。なお、図示例に限定されず、結合調整部材30が素体の端面および側面から露出していてもよい。このような態様により、各貫通導体の周囲を結合調整部材30によって適切に囲うことができる。
(積層グループG7)
 積層グループG7は、第2貫通導体TH2と、第2貫通導体TH2の周囲の一部を少なくとも囲う結合調整部材30と、第3貫通導体TH3と、第3貫通導体TH3の周囲の一部を少なくとも囲う結合調整部材30と、第4貫通導体TH4と、第4貫通導体TH4の周囲の一部を少なくとも囲う結合調整部材30と、ビア導体Vと、ビア導体Vおよび各結合調整部材30の周囲に配置される磁性層MLと、を備えてよい。
 第2貫通導体TH2は、積層グループG6の第2貫通導体TH2と、積層グループG8の第2貫通導体TH2とを電気的に接続し、第3貫通導体TH3は、積層グループG6の第3貫通導体TH3と、積層グループG8の第3貫通導体TH3とを電気的に接続し、第4貫通導体TH4は、積層グループG6の第4貫通導体TH4と、積層グループG8の第4貫通導体TH4とを電気的に接続してよい。積層グループG7のビア導体Vは、積層グループG6の第2コイル導体CD2の他端と、積層グループG8の第2コイル導体CD2の一端とを電気的に接続してよい。
(積層グループG8)
 積層グループG8は、第1コイル導体CD1と、第2貫通導体TH2と、第2貫通導体TH2の周囲の一部を少なくとも囲う結合調整部材30と、第3貫通導体TH3と、第3貫通導体TH3の周囲の一部を少なくとも囲う結合調整部材30と、第4貫通導体TH4と、第4貫通導体TH4の周囲の一部を少なくとも囲う結合調整部材30と、第2コイル導体CD2および各結合調整部材30の周囲に配置される磁性層MLと、を備えてよい。
 積層グループG8の第1コイル導体CD1は、積層グループG7のビア導体Vに対応する位置から平面視で第1外部電極21に対応する位置まで磁性層MLの外縁に沿って巻回されてよい。さらに、第1コイル導体CD1は、第2貫通導体TH2、第3貫通導体TH3および第4貫通導体TH4をそれぞれ回避する回避部Aを備えてよい。より具体的に、回避部Aは、平面視において第2コイル導体CD2を内側に湾曲させるように構成し、第2貫通導体TH2、第3貫通導体TH3および第4貫通導体TH4を回避してよい。回避部Aを設けることによって、第2貫通導体TH2、第3貫通導体TH3および第4貫通導体TH4と第2コイル導体CD2との接触を回避することができる。
 結合調整部材30は、第2貫通導体TH2と第2コイル導体CD2との間、第3貫通導体TH3と第2コイル導体CD2との間、および、第4貫通導体TH4と第2コイル導体CD2との間に、それぞれ配置され、各貫通導体と第2コイル導体CD2との絶縁性を担保する。結合調整部材30は、それぞれ、平面視において磁性層MLの外縁付近(つまり、素体の端面付近および側面付近)まで設けられてよい。なお、図示例に限定されず、結合調整部材30が素体の端面および側面から露出していてもよい。このような態様により、各貫通導体の周囲を結合調整部材30によって適切に囲うことができる。
(積層グループG9)
 積層グループG9は、第1貫通導体TH1と、第1貫通導体TH1の周囲を囲う結合調整部材30と、第2貫通導体TH2と、第2貫通導体TH2の周囲を囲う結合調整部材30と、第3貫通導体TH3と、第3貫通導体TH3の周囲を囲う結合調整部材30と、第4貫通導体TH4と、第4貫通導体TH4の周囲を囲う結合調整部材30と、ビア導体Vと、ビア導体Vおよび各結合調整部材30の周囲に配置される磁性層MLと、を備えてよい。
 以上のように、素体10が積層グループG1~積層グループG9を備える積層構造を有すると、結合インダクタ1Aの設計の自由度がより高くなる。例えば、素体10の底面(第1主面11)に第1外部電極21~第4外部電極24を備える結合インダクタ1Aを製造する場合、貫通導体を用いた底面側へのコイル導体の引き出しが行いやすくなる。なお、上記積層グループG1~積層グループG9を備える積層構造は、素体10の第2主面12側から又は第1主面11側から積層してもよく、例えば、積層グループG1~積層グループG5をこの順に積層した積層グループと、別途、積層グループG6~積層グループG9をこの順と逆に積層した積層グループとをさらに積層してもよい。また、貫通導体および/またはビア導体を構成する材料を例えば、スクリーン印刷等で順次ビア導体が所望の厚みになるまで繰り返し印刷を行ってもよく、インクジェット法、またはこれら以外の公知の方法で形成してもよい。
 上述のとおり、素体10の内部には、磁性層MLを積層して構成され、第1磁性粒子MP1および樹脂(不図示)を含有する磁性体部MBと、磁性体部MB内に埋設されたコイル(第1コイルC1および第2コイルC2)と、第1貫通導体TH1~第4貫通導体TH4と、各貫通導体の周囲の少なくとも一部に設けられた結合調整部材30と、を少なくとも備えている(図4A~図5B参照)。以下、素体10を構成する各要素を詳述する。
-磁性体部-
 磁性層MLを積層して構成された磁性体部MBは、磁性材料で構成される第1磁性粒子MP1を含んでよい(図5A,B参照)。第1磁性粒子MP1は、Feおよび/またはSiを含んでいてよい。より具体的には、Fe粒子又はFe合金粒子であってよい。Fe合金としては、Fe-Si系合金、Fe-Cr系合金、Fe-Si-Cr系合金、Fe-Si-Al系合金、Fe-Si-B-P-Cu-C系合金、Fe-Si-B-Nb-Cu系合金等であってよい。また、第1磁性粒子MP1には、製造上意図しないCr、Mn、Cu、Ni、P、SまたはCo等の不純物を含んでいてもよい。また、第1磁性粒子MP1は、磁性ペーストに含有されてよい。そのため、第1磁性粒子MP1には、磁性ペースト作製時に添加されるFeよりも酸化し易い元素(例えば、Cr、Al、Li、Zn、Zr)が含まれていてもよい。
 上述の第1磁性粒子MP1の表面は、第1絶縁被膜OL1で覆われていてよい(図5A,B参照)。第1磁性粒子MP1の表面が第1絶縁被膜OL1で覆われていると、第1磁性粒子MP1間の絶縁性を高くでき、インダクタの耐電圧が向上するとともに、第1磁性粒子MP1同士が電気的に接続されて実質的に粒径が大きくなった磁性粒子に生じる渦電流を抑制できる。第1磁性粒子MP1の表面に第1絶縁被膜OL1を形成する方法としては、ゾル-ゲル法、メカノケミカル法等を用いることができる。第1絶縁被膜OL1を構成する材料は、P、Si等の酸化物、リン酸亜鉛、リン酸マンガンであってよい。また、第1絶縁被膜OL1は第1磁性粒子MP1の表面が雰囲気中の酸素で酸化されることで形成された酸化膜、またはFeよりも酸化し易い元素の酸化被膜であってもよい。第1絶縁被膜OL1の厚みは、好ましくは1nm以上50nm以下、より好ましくは1nm以上30nm以下、さらに好ましくは1nm以上20nm以下である。例えば、インダクタの試料を研磨することで得られた断面を走査型電子顕微鏡(SEM)または透過型電子顕微鏡(TEM)で撮影し、得られたSEM写真またはTEM写真から、第1磁性粒子MP1の表面を覆う第1絶縁被膜OL1の厚みを測定できる。
 磁性体部MB中の第1磁性粒子MP1の平均粒径は、好ましくは1.5μm以上50μm以下、より好ましくは5μm以上20μm以下、さらに好ましくは5μm以上10μm以下であってよい。磁性体部MB中の第1磁性粒子MP1の平均粒径は、以下に説明する手順で測定できる。インダクタの試料を切断して試料断面を得る。具体的には、素体10の中心部を通ってコイル部品の実装面と端面に直交する様に切断して試料断面を得る。得られた断面について、複数箇所(例えば5箇所)の領域(例えば130μm×100μm)をSEMで撮影し、得られたSEM画像を画像解析ソフト(例えば、画像解析ソフトウェアWinROOF2021(三谷商事株式会社製))を用いて解析し、磁性粒子の円相当径を求める。得られた円相当径の平均値を磁性粒子の平均粒径とする。
 素体10を形成する際には、熱処理が施されてよい。この場合、素体10に含まれる第1磁性粒子MP1は表面に酸化膜(第1絶縁被膜OL1)を有してよい。この酸化膜は、第1磁性粒子MP1に由来するものであり、熱処理により形成される。素体10において、隣接する第1磁性粒子MP1は酸化膜を介して互いに接合されて磁性体部MBが構成される。
 素体10は、素体強度をより向上させるため、素体10の焼成後に樹脂材料を含浸させてよい。素体強度を高める樹脂の一例として、エポキシ樹脂または/およびフェノール樹脂または/およびシリコーン樹脂を用いてよい。
-コイル-
 本実施形態のコイルは、互いに積層方向で対向する第1コイルC1および第2コイルC2を備えている。そして、第1コイルC1と第2コイルC2とは、磁気的に結合されている。本明細書でいう「磁気的な結合」とは、一方のコイルで発生した磁束を他方のコイルに作用させることを意図している。また、磁気的な結合の態様として、一方のコイルで発生した磁束が他方のコイルに作用して磁束が強まる態様と、一方のコイルで発生した磁束が他方のコイルの影響を受けて磁束が弱まる態様と、コイル同士が結合しない態様が挙げられる。
 また、第1コイルC1に流れる電流の向きと、第2コイルC2に流れる電流の向きとは、同じ方向であってもよいし、逆方向であってもよい。第1コイルC1に電流が流れることにより生じる磁束の向きと、第2コイルC2に電流が流れることにより生じる磁束の向きとが同じ方向である場合、磁束が強め合うように作用する。一方で、第1コイルC1に電流が流れることにより生じる磁束の向きと、第2コイルC2により生じる磁束の向きとが逆方向である場合、磁束が弱め合うように作用する。
・第1コイル
 第1コイルC1は、複数の第1コイル導体CD1を積層方向(例えば高さ方向T)に含む。隣接する第1コイル導体CD1同士は、ビア導体V(図3参照)を介して接続されている。なお、第1コイルC1は、2つの異なる積層グループに形成された第1コイル導体CD1を積層方向に含むことにより、所望の巻回数としてよい(図3参照)。本実施形態では、積層グループG6および積層グループG8によって第1コイルC1を構成してよい。また、巻回数は第1コイル導体CD1を積層方向に積層させることによって例えば2以上としてもよい。
 第1コイル導体CD1の厚みは、各々、同じであることが好ましい。また、第1コイル導体CD1の厚みは、後述する第2コイル導体CD2の厚みと同等であることが好ましい。
 第1コイル導体CD1は、その材料の一例として、Ag、Cuおよび/またはPd等の金属導体であってよい。第1コイル導体CD1は、例えば上述の磁性層MLに導電性ペーストを印刷することによって形成されてよい。
・第2コイル
 第2コイルC2は、複数の第2コイル導体CD2を積層方向(例えば高さ方向T)に含む。隣接する第2コイル導体CD2同士は、ビア導体Vを介して接続されている。なお、第2コイルC2は、2つの異なる積層グループに形成された第2コイル導体CD2を積層方向に含むことにより、所望の巻回数としてよい(図3参照)。本実施形態では、積層グループG2および積層グループG4によって第2コイルC2を構成してよい。また、巻回数は第2コイル導体CD2を積層方向に積層させることによって例えば2以上としてもよい。
 第2コイル導体CD2の厚みは、各々、同じであることが好ましい。また、第2コイル導体CD2の厚みは、前述した第1コイル導体CD1の厚みと同等であることが好ましい。
 第2コイル導体CD2は、その材料の一例として、Ag、Cuおよび/またはPd等の金属導体であってよい。第2コイル導体CD2は、例えば上述の磁性層MLに導電性ペーストを印刷することによって形成されてよい。
-貫通導体-
 貫通導体(第1貫通導体TH1~第4貫通導体TH4)は、外部電極20と、コイル(第1コイルC1または第2コイルC2)の一端または他端と、をそれぞれ電気的に接続する。貫通導体は、第1コイル導体CD1および第2コイル導体CD2と同じ材料であってよい。貫通導体は、例えば上述の磁性層MLに導電性ペーストを印刷することによって形成されてよい。
 好適な貫通導体の態様として、貫通導体の積層方向の高さは、第4貫通導体TH4の高さが最も高く、第3貫通導体TH3、第2貫通導体TH2、第1貫通導体TH1の順に低くなってよい。このように貫通導体の積層方向の高さが設定されていると、第2コイルC2の上方に第1コイルC1を配置させた状態で適切に実装面(第2主面12)に配置された第1外部電極21~第4外部電極24に対して電気的な配線を行うことができる。
-結合調整部材-
 結合調整部材30は、第1貫通導体TH1~第4貫通導体TH4の周囲の少なくとも一部に設けられており、第1コイルC1および第2コイルC2の結合を調整する。具体的には、コイル同士の結合係数を調整する。
 結合調整部材30の透磁率は、素体10の磁性層MLの透磁率と異なっている。そのため、結合調整部材30を第1貫通導体TH1~第4貫通導体TH4の周囲の少なくとも一部に設けることによって、第1貫通導体TH1、第2貫通導体TH2、第3貫通導体TH3、第4貫通導体TH4にそれぞれに主に生じるインダクタンスLTH1、LTH2、LTH3、LTH4を調整することができる。概念的に、結合インダクタのそれぞれのインダクタンスは、L1(第1コイルC1のL値)+LTH1+LTH2、L2(第2コイルC2のL値)+LTH3+LTH4と考えることができ、第1コイルC1のインダクタンスL1と第2コイルC2のインダクタンスL2が実質的に結合していると考えられる。したがって、第1コイルC1のL値(L1)、並びに、第2コイルC2のL値(L2)、第1コイルC1と第2コイルC2の調整を低減し、第1貫通導体TH1~第4貫通導体TH4のインダクタンスLTH1~LTH4を調整することにより、結合係数を調整することを考えることができる。なお、結合係数の調整幅は、第1貫通導体TH1~第4貫通導体TH4に生じるインダクタンスの割合が大きく、第1コイルC1および第2コイルC2のインダクタンスの割合が小さいほど、調整範囲が広くなる。
 本開示の結合インダクタ1Aにおける好適な態様として、結合調整部材30の透磁率は、磁性層MLの透磁率よりも小さくしてよい。結合調整部材30の透磁率を磁性層MLの透磁率よりも小さくすると、第1コイルC1および第2コイルC2のL値を小さくすることができる。これにより、第1コイルC1および第2コイルC2の結合を強めることができる。
 結合調整部材30の透磁率を磁性層MLの透磁率よりも小さくする一手段として、結合調整部材30を磁性材料で構成される第2磁性粒子MP2を第2絶縁被膜OL2で被覆して構成し、第2磁性粒子MP2の磁性材料と第1磁性粒子MP1の磁性材料とを同じ材料とし、第2磁性粒子MP2の平均粒径を第1磁性粒子MP1の平均粒径よりも小さく設定してよい(図5B参照)。一般的に、粒径が小さい磁性材料は、透磁率が小さい傾向にあるため、結合調整部材30を構成する第2磁性粒子MP2の平均粒径を第1磁性粒子MP1の平均粒径よりも小さくすることにより、結合調整部材30の透磁率を磁性層MLの透磁率よりも小さくすることができる。
 なお、結合調整部材30の透磁率を磁性層MLの透磁率よりも小さくする他の手段として、結合調整部材30の磁性材料を磁性層MLの磁性材料よりも小さい透磁率材料を使用してもよい。一例として、ルミナ、チタニア、ジルコニア、ガラス、樹脂等の非磁性材料や、結合調整部材30の磁性材料のFe粒子又はFe合金粒子よりもCrやSiを多く含む鉄合金を用いてよい。Crを多く含む鉄合金は、粒子表面に強固な酸化膜が形成されるので、絶縁性を容易に担保できる。
 本開示の結合インダクタにおける好適な態様として、結合調整部材30の透磁率は、磁性層MLの透磁率よりも大きくしてよい。結合調整部材30の透磁率を磁性層MLの透磁率よりも大きくすると、第1コイルC1のL値および第2コイルC2のL値を大きくすることができる。これにより、第1コイルC1および第2コイルC2の結合を弱めることができる。
 結合調整部材30の透磁率を磁性層MLの透磁率よりも大きくする一手段として、結合調整部材30を磁性材料で構成される第2磁性粒子MP2を第2絶縁被膜OL2で被覆して構成し、第2磁性粒子MP2の磁性材料と第1磁性粒子MP1の磁性材料とを同じ材料とし、第2磁性粒子MP2の平均粒径を第1磁性粒子MP1の平均粒径よりも大きく設定してよい(図5A参照)。結合調整部材30を構成する第2磁性粒子MP2の平均粒径を第1磁性粒子MP1の平均粒径よりも大きくすることにより、結合調整部材30の透磁率を磁性層MLの透磁率よりも大きくすることができる。
 なお、結合調整部材30の透磁率を磁性層MLの透磁率よりも大きくする他の手段として、結合調整部材30の磁性材料を磁性層MLの磁性材料よりも大きい材料を使用してもよい。一例として、結合調整部材30の磁性材料をFe粒子又はFe合金粒子よりも透磁率が大きい、センダスト、パーマロイ、パーメンジュール、フェライト紛等を用いてよい。
 好適な結合調整部材30の態様として、結合調整部材30は、回避部Aの周囲に設けられてよい(図3参照)。このような構成によれば、回避部Aによって生じたコイル導体と貫通導体との間の空間を活用して適切に貫通導体の周囲に結合調整部材30を設けることができる。
 さらに、第1実施形態の結合インダクタ1Aは、図4Aおよび図4Bに示すように、第1貫通導体TH1~第4貫通導体TH4における積層方向の全域に結合調整部材30が設けられてよい。このような構成によれば、各貫通導体の積層方向全域に結合調整部材30が設けられているため、第1コイルC1および第2コイルC2のL値を大きく調整することで第1コイルC1および第2コイルC2の結合係数を調整することができる。
 次に、第2実施形態の結合インダクタ1Bを図6Aおよび図6Bを参照しながら説明する。第2実施形態の結合インダクタ1Bは、結合調整部材30の態様が第1実施形態の結合インダクタ1Aと異なっている。以下、第1実施形態の結合インダクタ1Aと異なる部分を中心に説明する。
 第2実施形態の結合インダクタ1Bは、図6Aおよび図6Bに示すように、結合調整部材30を積層方向における第1貫通導体TH1~第4貫通導体TH4とコイル導体と対向する領域R1に設けてもよい。言い換えると、積層方向におけるコイル導体と貫通導体とが対向しない領域には、結合調整部材30が設けられていない。より具体的には、第1貫通導体TH1には、結合調整部材30が設けられていない。このような構成であれば、比較的にコイル導体のL値に影響する領域R1に結合調整部材30を配置して、より効果的に第1コイルC1および第2コイルC2のL値を調整することで第1コイルC1および第2コイルC2の結合係数を調整することができる。
 次に、第3実施形態の結合インダクタ1Cを図7Aおよび図7Bを参照しながら説明する。第3実施形態の結合インダクタ1Cは、結合調整部材30の態様が第1実施形態の結合インダクタ1Aおよび第2実施形態の結合インダクタ1Bと異なっている。以下、第1実施形態の結合インダクタ1Aおよび第2実施形態の結合インダクタ1Bと異なる部分を中心に説明する。
 第3実施形態の結合インダクタ1Cは、図7Aおよび図7Bに示すように、結合調整部材30を積層方向におけるコイル導体から素体10の実装面までの領域R2に設けてよい。言い換えると、積層方向におけるコイル導体と貫通導体とが対向する領域には、結合調整部材30が設けられていない。このような構成であれば、比較的にコイル導体のL値に影響しない領域R2に結合調整部材30を配置し、第1コイルC1および第2コイルC2のL値を微調整することで、第1コイルC1および第2コイルC2の結合係数を精密に調整することができる。
 次に、第4実施形態の結合インダクタ1Dを図8Aおよび図8Bを参照しながら説明する。第4実施形態の結合インダクタ1Dは、結合調整部材30の態様が第1実施形態の結合インダクタ1A~第3実施形態の結合インダクタ1Cと異なっている。以下、第1実施形態の結合インダクタ1A~第3実施形態の結合インダクタ1Cと異なる部分を中心に説明する。
 第4実施形態の結合インダクタ1Dは、図8Aおよび図8Bに示すように、結合調整部材30を積層方向における第1コイルC1と第2コイルC2との間の領域R3に設けてよい。言い換えると、結合調整部材30を第1貫通導体TH1および第2貫通導体TH2には設けずに、第3貫通導体TH3および第4貫通導体TH4にのみ設けてよい。このような構成であれば、第3貫通導体TH3および第4貫通導体TH4にのみに結合調整部材30を設けて簡素な手法により第1コイルC1および第2コイルC2の結合係数を調整することができる。
 本開示の結合インダクタに関して、ムラタソフトウェア社製の有限要素法解析ソフトウェア「Femtet(登録商標)」を用いた、結合係数のシミュレーションについて詳述する。
-シミュレーション1:結合係数とリップル電流との関係-
 図9は、第1コイルC1と第2コイルC2にそれぞれデューティ比25%とした矩形波を入力し、第1コイルC1と第2コイルC2との結合係数kを、-0.8から0.6までに変化させた際のインダクタ内の電流振幅について計算した結果のグラフを示す。
 図9のグラフによれば、結合係数が-0.2~-0.6の範囲に電流振幅の極小値をとる結果が得られた。この結果から、結合係数が-0.2~-0.6となるように結合調整部材30を第1貫通導体TH1~第4貫通導体TH4の周囲の少なくとも一部に設けることにより、リプル電流(スイッチング周波数に応じた電流の変動)を低減することができる。一方で、電流振幅が0.2Aを越えるような結合係数とすると、電流損失が大きくなって発熱が生じる虞があった。
-シミュレーション2:結合係数と貫通導体周りの透磁率との関係-
 図10は、結合係数と貫通導体周りの透磁率の関係をFemtetによりシミュレーションした結果のグラフを示す。
 図10のグラフによれば、貫通導体周りの透磁率が小さくなるにつれて、結合係数の絶対値が大きくなる結果が得られ、適切に第1コイルおよび第2コイルの結合係数が調整されていることを理解することができる。
 なお、今回開示した実施態様は、すべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本開示の技術的範囲は、上記した実施態様のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、本開示の技術的範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
 本開示の結合インダクタの態様は、以下のとおりである。
<1>素体内に配置され、互いに積層方向で対向する第1コイルおよび第2コイルが、磁気的に結合されている結合インダクタであって、
 前記素体は、
 第1磁性粒子を含有する磁性層と、
 前記第1コイルおよび前記第2コイルを構成する複数のコイル導体と、
 前記第1コイルの一端と第1外部電極とを電気的に接続し、前記積層方向に延びる第1貫通導体と、
 前記第1コイルの他端と第2外部電極とを電気的に接続し、前記積層方向に延びる第2貫通導体と、
 前記第2コイルの一端と第3外部電極とを電気的に接続し、前記積層方向に延びる第3貫通導体と、
 前記第2コイルの他端と第4外部電極とを電気的に接続し、前記積層方向に延びる第4貫通導体と、を備え、
 前記第1貫通導体~前記第4貫通導体の周囲の少なくとも一部には、コイル同士の結合係数を調整する結合調整部材が設けられている、結合インダクタ。
<2>前記結合調整部材の透磁率は、前記磁性層の透磁率よりも小さい、<1>に記載の結合インダクタ。
<3>前記結合調整部材が含有する第2磁性粒子の平均粒径は、前記第1磁性粒子の平均粒径よりも小さい<2>に記載の結合インダクタ。
<4>前記結合調整部材の透磁率は、前記磁性層の透磁率よりも大きい、<1>に記載の結合インダクタ。
<5>前記結合調整部材が含有する第2磁性粒子の平均粒径は、前記第1磁性粒子の平均粒径よりも大きい<4>に記載の結合インダクタ。
<6>前記コイル導体は、前記第2貫通導体~前記第4貫通導体を回避する回避部が設けられている、<1>~<5>のいずれか1つに記載の結合インダクタ。
<7>前記回避部の周囲に前記結合調整部材が設けられている、<6>に記載の結合インダクタ。
<8>前記結合調整部材は、前記第1貫通導体~前記第4貫通導体における前記積層方向の全域に設けられている、<1>~<7>のいずれか1つに記載の結合インダクタ。
<9>前記結合調整部材は、前記積層方向において、前記第1貫通導体~前記第4貫通導体における前記コイル導体と対向する領域に設けられている、<1>~<7>のいずれか1つに記載の結合インダクタ。
<10>前記結合調整部材は、前記積層方向において、前記コイル導体から前記素体の実装面までの領域に設けられている、<1>~<7>のいずれか1つに記載の結合インダクタ。
<11>前記結合調整部材は、前記積層方向において、前記第1コイルと前記第2コイルとの間の領域に設けられている、<1>~<7>のいずれか1つに記載の結合インダクタ。
 本開示の結合インダクタは、素体内に設けられた複数のコイルの結合係数を調整することができる電子機器として好適に用いることができる。
1A~1D 結合インダクタ
10  素体
11  第1主面
12  第2主面
13  第1端面
14  第2端面
15  第1側面
16  第2側面
20  外部電極
21  第1外部電極
22  第2外部電極
23  第3外部電極
24  第4外部電極
30  結合調整部材
A   回避部
C1  第1コイル
C2  第2コイル
CD1 第1コイル導体
CD2 第2コイル導体
G1~G9 積層グループ
ML  磁性層
MP1 第1磁性粒子
MP2 第2磁性粒子
MB  磁性体部
R1~R3 領域
TH1 第1貫通導体
TH2 第2貫通導体
TH3 第3貫通導体
TH4 第4貫通導体
V   ビア導体

Claims (11)

  1.  素体内に配置され、互いに積層方向で対向する第1コイルおよび第2コイルが、磁気的に結合されている結合インダクタであって、
     前記素体は、
     第1磁性粒子を含有する磁性層と、
     前記第1コイルおよび前記第2コイルを構成する複数のコイル導体と、
     前記第1コイルの一端と第1外部電極とを電気的に接続し、前記積層方向に延びる第1貫通導体と、
     前記第1コイルの他端と第2外部電極とを電気的に接続し、前記積層方向に延びる第2貫通導体と、
     前記第2コイルの一端と第3外部電極とを電気的に接続し、前記積層方向に延びる第3貫通導体と、
     前記第2コイルの他端と第4外部電極とを電気的に接続し、前記積層方向に延びる第4貫通導体と、を備え、
     前記第1貫通導体~前記第4貫通導体の周囲の少なくとも一部には、コイル同士の結合係数を調整する結合調整部材が設けられている、結合インダクタ。
  2.  前記結合調整部材の透磁率は、前記磁性層の透磁率よりも小さい、請求項1に記載の結合インダクタ。
  3.  前記結合調整部材が含有する第2磁性粒子の平均粒径は、前記第1磁性粒子の平均粒径よりも小さい請求項2に記載の結合インダクタ。
  4.  前記結合調整部材の透磁率は、前記磁性層の透磁率よりも大きい、請求項1~3のいずれか1項に記載の結合インダクタ。
  5.  前記結合調整部材が含有する第2磁性粒子の平均粒径は、前記第1磁性粒子の平均粒径よりも大きい請求項4に記載の結合インダクタ。
  6.  前記コイル導体は、前記第2貫通導体~前記第4貫通導体を回避する回避部が設けられている、請求項1~5のいずれか1項に記載の結合インダクタ。
  7.  前記回避部の周囲に前記結合調整部材が設けられている、請求項6に記載の結合インダクタ。
  8.  前記結合調整部材は、前記第1貫通導体~前記第4貫通導体における前記積層方向の全域に設けられている、請求項1~7のいずれか1項に記載の結合インダクタ。
  9.  前記結合調整部材は、前記積層方向において、前記第1貫通導体~前記第4貫通導体における前記コイル導体と対向する領域に設けられている、請求項1~8のいずれか1項に記載の結合インダクタ。
  10.  前記結合調整部材は、前記積層方向において、前記コイル導体から前記素体の実装面までの領域に設けられている、請求項1~9のいずれか1項に記載の結合インダクタ。
  11.  前記結合調整部材は、前記積層方向において、前記第1コイルと前記第2コイルとの間の領域に設けられている、請求項1~10のいずれか1項に記載の結合インダクタ。
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