JP6508779B2 - 磁性体組成物を含むインダクタ及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、インダクタ及びその製造方法に関するもので、より具体的には、インダクタンスが向上し、高周波数帯域で用いられることができるインダクタ及びその製造方法に関する。

携帯電話（ｃｅｌｌｕｌａｒ ｐｈｏｎｅ）及び個人用コンピュータ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ：ＰＣ）などの電子部品として用いられる多様なコイル（ｃｏｉｌ）部品の一つがインダクタ（ｉｎｄｕｃｔｏｒ）である。インダクタは、磁束（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｌｕｘ）の変化に感応して誘導（ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ）起電力を発生させる。このような誘導起電力の大きさをインダクタのインダクタンス（ｉｎｄｕｃｔａｎｃｅ）と言い、インダクタンスはインダクタのコアの断面積、コイルの巻線数、及びコアの透磁率に比例して増加する。

電子部品であるインダクタは、製造方法によって巻線型、積層型、または薄膜型に区別される。特に、パワー（ｐｏｗｅｒ）インダクタは、中央処理装置（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ：ＣＰＵ）などの電源端の平滑機能及び雑音（ｎｏｉｓｅ）を除去する役割を行う電子部品である。大電流が流れるパワーインダクタ、換言すると、電源用インダクタには主に巻線型が用いられる。巻線型パワーインダクタは、フェライト（ｆｅｒｒｉｔｅ）のドラム（ｄｒｕｍ）コアに銅（Ｃｕ）線を巻いた構造となり、高透磁率／低損失のフェライトコアを使用するため、小型であっても大きいインダクタンスを有するインダクタを製作することができる。

また、高透磁率／低損失のフェライトコアは、銅線の巻線数を少なくしても同一のインダクタンスを得ることができるため、銅線の直流抵抗（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ、ＤＣ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ：Ｒｄｃ）が小さくなり、バッテリー（ｂａｔｔｅｒｙ）の消費電力を減らすのに寄与する。

信号線（ｓｉｇｎａｌ ｌｉｎｅ）のフィルタ（ｆｉｌｔｅｒ）回路及びインピーダンス（ｉｍｐｅｄａｎｃｅ）マッチング（ｍａｔｃｈｉｎｇ）回路などには積層型インダクタが主に用いられる。積層型インダクタは、フェライトシート（ｓｈｅｅｔ）上にペースト（ｐａｓｔｅ）状態の銀（Ａｇ）などのような金属材料でコイルのパターン（ｐａｔｔｅｒｎ）を印刷し、これを複数の層に積層して製作される。１９８０年にＴＤＫが世界で先駆的に製品化しており、携帯型ラジオ（ｐｏｒｔａｂｌｅ ｒａｄｉｏ）用の表面実装部品（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｍｏｕｎｔｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ：ＳＭＤ）として採用し始め、現在は、多様な電子機器に多く使用されている。積層型インダクタは、フェライトが立体的なコイルを全部覆う構造となっているため、フェライトによる磁気遮蔽（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｓｈｉｅｌｄｉｎｇ）の効果により、磁気漏れ（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｌｅａｋａｇｅ）が少なく、回路基板における高密度実装にも適する。

本発明が解決しようとする課題は、インダクタのインダクタンスを向上させ、高周波数帯域における使用を可能とする磁性体組成物を提供することにある。

本発明が解決しようとする他の課題は、向上したインダクタンスを有し、高周波数帯域で用いることができるインダクタを提供することにある。

本発明が解決しようとするさらに他の課題は、向上したインダクタンスを有し、高周波数帯域で用いることができるインダクタの製造方法を提供することにある。

本発明が解決しようとする課題は以上で言及されている課題に制限されず、言及されていないさらに他の課題は以下の記載から当業者にとって明確に理解されることができる。

本発明の一側面によれば、非結晶質の鉄系の物質を含む粗大粉末と、結晶質の鉄系の物質を含む中間粉末と、ニッケルを含む微細粉末と、を含むことができ、粗大粉末と中間粉末は６５：３５〜８０：２０の範囲の比を有し、且つ、微細粉末は粗大粉末及び中間粉末の総重量に対して３〜７ｗｔ％の範囲で添加される磁性体組成物が提供される。

粗大粉末は、鉄−クロム−硫黄−炭素系の物質を含み、且つ、２５〜８０μｍの範囲の粒径を有することができる。

中間粉末は２．５〜５μｍの範囲の粒径を有することができる。

微細粉末は、結晶質または非結晶質のニッケルまたはニッケル合金を含み、且つ、６０〜２００ｎｍの範囲の粒径を有することができる。ニッケル合金は、鉄、コバルト、モリブデン、アルミニウム、シリコン、クロム、すず、硼素、またはこれらの組み合わせの一つを含むことができる。

また、本発明の他の側面によれば、巻線形態を有するコイル部と、上述の磁性体組成物を含み、且つ、コイル部の両端部のそれぞれを互いに対向する両端面に露出するようにコイル部を埋め込むインダクタ本体と、コイル部の両端部と接続されるようにインダクタ本体の両端面に備えられる第１外部電極及び第２外部電極と、を含むインダクタが提供される。

コイル部は銀または銅を含むことができる。

粗大粉末は、鉄−クロム−硫黄−炭素系の物質を含み、且つ、２５〜８０μｍの範囲の粒径を有することができる。

中間粉末は２．５〜５μｍの範囲の粒径を有することができる。

微細粉末は、結晶質または非結晶質のニッケルまたはニッケル合金を含み、且つ、６０〜２００ｎｍの範囲の粒径を有することができる。ニッケル合金は、鉄、コバルト、モリブデン、アルミニウム、シリコン、クロム、すず、硼素、またはこれらの組み合わせの一つを含むことができる。

インダクタ本体の両端面を連結する側面上に提供される覆い層をさらに含むことができる。覆い層はインダクタ本体と同一の物質を含むことができる。

上述の通り、本発明の課題の解決手段によれば、ニッケルを含む微細粉末が粗大粉末及び中間粉末の総重量に対して３〜７ｗｔ％の範囲で添加されることにより、インダクタのインダクタ本体の粉末充填率が向上することができる。これにより、インダクタのインダクタンスを高めるとともに、磁気共振周波数を１００ＭＨｚ以上の高周波数帯域に制御することができる磁性体組成物が提供されることができる。

また、本発明の課題の解決手段によれば、インダクタ本体が、ニッケルを含む微細粉末が粗大粉末及び中間粉末の総重量に対して３〜７ｗｔ％の範囲で添加された磁性体組成物を含むことにより、インダクタのインダクタ本体の粉末充填率が向上することができる。これにより、高いインダクタンスを有するとともに、１００ＭＨｚ以上の高周波数帯域に制御された磁気共振周波数を有するインダクタが提供されることができる。

これに加え、本発明の課題の解決手段によれば、インダクタ本体が、ニッケルを含む微細粉末が粗大粉末及び中間粉末の総重量に対して３〜７ｗｔ％の範囲で添加された磁性体組成物で形成されることにより、インダクタのインダクタ本体の粉末充填率が向上することができる。これにより、高いインダクタンスを有するとともに、１００ＭＨｚ以上の高周波数帯域に制御された磁気共振周波数を有するインダクタの製造方法が提供されることができる。

本発明の実施例によるインダクタ及びその製造方法を説明するための概略的な立体図である。 図１のＩ−Ｉ'線に沿って切断した断面図である。 本発明の実施例によるインダクタの一部の微細構造を説明するための写真である。 本発明の実施例によるインダクタの一部の微細構造を説明するための写真である。 本発明の実施例によるインダクタのインダクタンスに対する測定結果を示すグラフである。 本発明の実施例によるインダクタのインダクタンス変化率に対する測定結果を示すグラフである。

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

図１は本発明の実施例によるインダクタ及びその製造方法を説明するための概略的な立体図であり、図２は図１のＩ−Ｉ'線に沿って切断した断面図である。

図１及び図２を参照すると、インダクタは、インダクタ本体１３０、インダクタ本体１３０の内部に備えられるコイル部１４０、インダクタ本体１３０の両末端にそれぞれ備えられる一対の外部電極１２２、１２４を含む。

本発明の実施例によるインダクタは、積層型パワーインダクタを例に挙げて説明するが、これに限定されない。本発明の実施例によるコイル部１４０の構造を異ならせることにより、巻線型インダクタ、積層型インダクタ、薄膜型インダクタ、キャパシタ（ｃａｐａｃｉｔｏｒ）、サーミスタ（ｔｈｅｒｍｉｓｔｏｒ）などのような他の電子部品の機能を行うことができる。

インダクタ本体１３０は磁性体組成物を含む。本発明の実施例による磁性体組成物は、非結晶質（ｎｏｎｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ）の鉄（Ｆｅ）系の物質を含む粗大（ｃｏａｒｓｅ）粉末、結晶質（ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ）の鉄系の物質を含む中間（ｍｅｄｉｕｍ）粉末、及びニッケル（Ｎｉ）を含む微細（ｆｉｎｅ）粉末を含むことができる。粗大粉末と中間粉末は６５：３５〜８０：２０の範囲の比を有し、且つ、微細粉末は粗大粉末及び中間粉末の総重量に対して３〜７ｗｔ％の範囲で添加されることができる。好ましくは、本発明の実施例による磁性体組成物は粗大粉末と中間粉末が７０：３０の比を有し、且つ、微細粉末が粗大粉末及び中間粉末の総重量に対して５ｗｔ％添加されることができる。

粗大粉末は、非結晶質の鉄−クロム−硫黄−炭素（Ｆｅ−Ｃｒ−Ｓ−Ｃ）系の物質を含むことができる。粗大粉末は、２５〜８０μｍの範囲の粒径を有することができる。粗大粉末は、低周波数帯域において磁性体組成物の履歴（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）の損失を小さくし、且つ、高周波数帯域において磁性体組成物の渦電流（ｅｄｄｙ ｃｕｒｒｅｎｔ）の損失を最小化するために、２５〜８０μｍの範囲の粒径を有し、且つ、絶縁性が高い非結晶質の鉄−クロム−硫黄−炭素系の物質を含む粉末であることができる。

中間粉末は、結晶質の鉄系の物質を含むことができる。中間粉末は２．５〜５μｍの範囲の粒径を有することができる。中間粉末は、磁性体組成物の飽和電流（ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ ｃｕｒｒｅｎｔ；Ｉｓａｔ）を高めるために、高い飽和磁化（ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ ｍａｇｎｅｔｉｚａｔｉｏｎ；Ｍｓ）値を有し、且つ、２．５〜５μｍの範囲の粒径を有する結晶質の鉄系の物質を含む粉末であることができる。

微細粉末は、結晶質または非結晶質のニッケルまたはニッケル合金を含むことができる。微細粉末は、６０〜２００ｎｍの範囲の粒径を有することができる。ニッケル合金は、鉄、コバルト（Ｃｏ）、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、シリコン（Ｓｉ）、クロム（Ｃｒ）、すず（Ｓｎ）、硼素（Ｂ）、またはこれらの組み合わせの一つを含むことができる。微細粉末は、インダクタ本体１３０の粉末充填率及び飽和磁化値を高めるために、高い飽和磁化値を有し、且つ、６０〜２００ｎｍの範囲の粒径を有する結晶質または非結晶質のニッケルまたはニッケル合金を含む粉末を用いることができる。

本発明の実施例による磁性体組成物は、粒径が６０〜２００ｎｍの範囲を有し、且つ、高い飽和磁化値を有するニッケルを含む微細粉末を含むため、インダクタ本体１３０の粉末充填率及び飽和磁化値が高くなることができる。これにより、インダクタのインダクタンスを高めることができる。また、ニッケルを含む微細粉末の添加量を制御することにより、インダクタの磁気共振周波数（Ｓｅｌｆ−Ｒｅｓｏｎａｎｔ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ：ＳＲＦ）が１００ＭＨｚ以上の高周波数帯域に制御されることができる。

図示されていないが、インダクタ本体１３０とコイル部１４０の間には絶縁層が備えられることができる。絶縁層は、エポキシ（ｅｐｏｘｙ）、ポリイミド（ＰｏｌｙＩｍｉｄｅ：ＰＩ）、ポリアミド（ＰｏｌｙＡｍｉｄｅ：ＰＡ）、またはこれらの組み合わせの少なくとも一つを含む物質で形成されることができる。または、絶縁層は、ガラス（ｇｌａｓｓ）物質と低温焼成セラミック（ｃｅｒａｍｉｃ）粉末を混合して形成されることができる。

コイル部１４０は巻線形態を有することができる。また、コイル部１４０は銀または銅で形成されることができる。コイル部１４０の両端部は、インダクタ本体１３０の互いに対向する両端面に露出することができる。図示されていないが、積層された形態の回路パターンで構成されたコイル部１４０は、絶縁層または／及びインダクタ本体１３０を貫通する導電性ビア（ｖｉａ）を通じて電気的に連結されることができる。

第１外部電極１２２及び第２外部電極１２４は、コイル部１４０の両端部とそれぞれ接続されるようにインダクタ本体１３０の両端面に備えられることができる。

インダクタは、インダクタ本体１３０の両端面を連結する側面上に提供される覆い層１１０をさらに含むことができる。覆い層１１０は、インダクタ本体１３０と同一の物質で形成されることができる。これとは異なり、絶縁層がインダクタ本体１３０の両端面を連結する側面を覆うように形成されることができる。

図３及び図４は本発明の実施例によるインダクタの一部の微細構造を説明するための写真である。

図３及び図４を参照すると、図３は２５〜８０μｍの範囲の粒径を有する非結晶質の鉄−クロム−硫黄−炭素系の物質を含む粗大粉末と２．５〜５μｍの範囲の粒径を有する結晶質の鉄系の物質を含む中間粉末を７０：３０の比で混合して構成された混合物である磁性体組成物によって形成されたインダクタのインダクタ本体（図２の１３０参照）の微細構造に対する写真である。また、図４は２５〜８０μｍの範囲の粒径を有する非結晶質の鉄−クロム−硫黄−炭素系の物質を含む粗大粉末と２．５〜５μｍの範囲の粒径を有する結晶質の鉄系の物質を含む中間粉末を７０：３０の比で混合して構成された混合物に、ニッケルを含み、６０〜２００ｎｍの範囲の粒径を有する微細粉末を、粗大粉末及び中間粉末の総重量に対して３〜７ｗｔ％の範囲で添加した磁性体組成物によって形成されたインダクタのインダクタ本体の微細構造に対する写真である。

図３及び図４に示されているように、２元系磁性体組成物で形成されたインダクタ本体の微細構造である図３に比べてニッケルが添加され、６０〜２００ｎｍの範囲の粒径を有する３元系磁性体組成物で形成されたインダクタ本体の微細構造である図４が高い粉末充填率を示すことが分かる。

図５は本発明の実施例によるインダクタのインダクタンスに対する測定結果を示すグラフである。

図５を参照すると、上述の図３、及び図４のように形成されたニッケルを含む微細粉末の含量が互いに異なるインダクタ本体（図２の１３０参照）を含むインダクタのインダクタンスに対する測定結果が示されている。図５のグラフに記載されたＲｅｆは、図３の２元系磁性体組成物で形成されたインダクタ本体を含むインダクタのインダクタンスを示したものである。

図５に示されているように、ニッケルを含む微細粉末の含量が５％まで増加するにつれて、インダクタのインダクタンスが増加することが分かる。これは、図３及び図４に示されているように、ニッケルを含む微細粉末が磁性体組成物に添加されることによりインダクタ本体の粉末充填率が高まることに起因してインダクタ本体の透磁率が増加するものと判断される。

ニッケルを含む微細粉末の含量が５％以上に増加することにより、インダクタのインダクタンスが再び減少することが分かる。

また、ニッケルを含む微細粉末が添加された磁性体組成物で形成されたインダクタ本体を含むインダクタの磁気共振周波数が１００ＭＨｚに移動することも確認できた。これは、ニッケルを含む微細粉末が磁性体組成物に添加されることにより、インダクタ本体の粉末充填率が高まることに起因して共振周波数に影響を及ぼす寄生キャパシタンス（ｐａｒａｓｉｔｉｃ ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ）が減少し、且つ、Ｑ値が増加するものと判断される。

図６は本発明の実施例によるインダクタのインダクタンス変化率に対する測定結果を示すグラフである。

図６にはインダクタに印加される直流（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ：ＤＣ）電流によるインダクタンスの容量変化率が示される。直流電流によるインダクタンスの容量変化は、印加される電流の大きさが増加するにつれて渦電流の損失が増加し、インダクタンスの容量減少につながるが、渦電流の損失はインダクタ本体を構成する粉末の最大サイズの二乗に比例して増加する。図６のグラフに記載されたＲｅｆは、図３の２元系磁性体組成物で形成されたインダクタ本体を含むインダクタのインダクタンスを示したものである。

本発明の実施例による磁性体組成物で形成されたインダクタ本体を含むインダクタは、粗大粉末に比べて極めて小さい粒径を有するニッケルを含む微細粉末が用いられることにより、渦電流の損失が増加することに寄与しないのに対し、インダクタ本体の粉末充填率を高めることにより寄生キャパシタンスが減少し、且つ、Ｑ値が増加することによって飽和電流が全般的に若干改善されることが分かる。

本発明の実施例による磁性体組成物は、ニッケルを含む微細粉末が粗大粉末及び中間粉末の総重量に対して３〜７ｗｔ％の範囲で添加されることにより、インダクタのインダクタ本体の粉末充填率が向上することができる。これにより、インダクタのインダクタンスを高めるとともに、磁気共振周波数を１００ＭＨｚ以上の高周波数帯域に制御することができる磁性体組成物が提供されることができる。

また、本発明の実施例によるインダクタは、インダクタ本体が、ニッケルを含む微細粉末が粗大粉末及び中間粉末の総重量に対して３〜７ｗｔ％の範囲で添加された磁性体組成物を含むことにより、インダクタのインダクタ本体の粉末充填率が向上することができる。これにより、高いインダクタンスを有するとともに、１００ＭＨｚ以上の高周波数帯域に制御された磁気共振周波数を有するインダクタが提供されることができる。

これに加え、本発明の実施例による方法で製造されたインダクタは、インダクタ本体が、ニッケルを含む微細粉末が粗大粉末及び中間粉末の総重量に対して３〜７ｗｔ％の範囲で添加された磁性体組成物で形成されることにより、インダクタのインダクタ本体の粉末充填率が向上することができる。これにより、高いインダクタンスを有するとともに、１００ＭＨｚ以上の高周波数帯域に制御された磁気共振周波数を有するインダクタの製造方法が提供されることができる。

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

１１０ 覆い層
１２２、１２４ 外部電極
１３０ インダクタ本体
１４０ コイル部

Claims (15)

1. 非結晶質の鉄系の物質を含む粗大粉末と、
   結晶質の鉄系の物質を含む中間粉末と、
   ニッケルを含む微細粉末と、を含み、
   前記粗大粉末と前記中間粉末は６５：３５〜８０：２０の範囲の重量比を有し、且つ、前記微細粉末は前記粗大粉末及び前記中間粉末の総重量に対して３〜７ｗｔ％の範囲で添加される、磁性体組成物。
2. 前記中間粉末の粒子サイズが前記粗大粉末より小さく、前記微細粉末より大きい、請求項１に記載の磁性体組成物。
3. 前記粗大粉末は、鉄−クロム−硫黄−炭素系の物質を含み、且つ、２５〜８０μｍの範囲の粒径を有する、請求項１または２に記載の磁性体組成物。
4. 前記中間粉末は２．５〜５μｍの範囲の粒径を有する、請求項１から３のいずれか一項に記載の磁性体組成物。
5. 前記微細粉末は、結晶質または非結晶質のニッケルまたはニッケル合金を含み、且つ、６０〜２００ｎｍの範囲の粒径を有する、請求項１から４のいずれか一項に記載の磁性体組成物。
6. 前記ニッケル合金は、鉄、コバルト、モリブデン、アルミニウム、シリコン、クロム、すず、硼素、またはこれらの組み合わせの一つを含む、請求項５に記載の磁性体組成物。
7. 巻線形態を有するコイル部と、
   請求項１の磁性体組成物を含み、且つ、前記コイル部の両端部のそれぞれを互いに対向する両端面に露出するように前記コイル部を埋め込むインダクタ本体と、
   前記コイル部の前記両端部とそれぞれ接続されるように前記インダクタ本体の前記両端面に備えられる第１外部電極及び第２外部電極と、を含む、インダクタ。
8. 前記中間粉末の粒子サイズが前記粗大粉末より小さく、前記微細粉末より大きい、請求項７に記載のインダクタ。
9. 前記コイル部は銀または銅を含む、請求項７または８に記載のインダクタ。
10. 前記粗大粉末は、鉄−クロム−硫黄−炭素系の物質を含み、且つ、２５〜８０μｍの範囲の粒径を有する、請求項７から９のいずれか一項に記載のインダクタ。
11. 前記中間粉末は２．５〜５μｍの範囲の粒径を有する、請求項７から１０のいずれか一項に記載のインダクタ。
12. 前記微細粉末は、結晶質または非結晶質のニッケルまたはニッケル合金を含み、且つ、６０〜２００ｎｍの範囲の粒径を有する、請求項７から１１のいずれか一項に記載のインダクタ。
13. 前記ニッケル合金は、鉄、コバルト、モリブデン、アルミニウム、シリコン、クロム、すず、硼素、またはこれらの組み合わせの一つを含む、請求項１２に記載のインダクタ。
14. 前記インダクタ本体の前記両端面を連結する側面上に提供される覆い層をさらに含む、請求項７から１３のいずれか一項に記載のインダクタ。
15. 前記覆い層は前記インダクタ本体と同一の物質を含む、請求項１４に記載のインダクタ。