JPH0653044A - 薄形インダクタまたは薄形トランス、およびこれらの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 銅損による発熱が小さく、インダクタンスの
高い薄形インダクタまたは薄形トランスおよびそれらの
容易な製造方法を提供する。 【構成】 絶縁導線から成る板状コイルの両面を接着層
を介して、板状の強磁性体で挟んで成る薄形インダクタ
または薄形トランス。板状コイルはスパイラル状コイ
ル、またはこれらの積層体、ないし螺旋状コイルの積層
体。絶縁導線の形状は円状よりも平角状の方が好まし
い。板状コイルは融着性絶縁導線を巻枠に沿って巻き、
溶剤、通電加熱、または熱風加熱により、導線間同士を
接着でき、容易に一体成形できる。また、その両面に、
接着層を介するか、加熱融着することにより、板状の強
磁性体を容易に積層できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電源回路の部品として
使用される薄形インダクタまたは薄形トランス、および
これらの製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電子機器の小形、薄形化要求に伴い、電
源回路に用いるインダクタ、トランス等の磁性部品の小
形、薄形化が進められている。焼結フェライトコアに巻
線を施す巻線方式のインダクタやトランスは小形化、特
に薄形化に限界があり、巻線の代わりに平面コイルを用
いる方式の研究が進められている。例えば、スパイラル
状の平面コイルの両面を、絶縁層を介して、強磁性膜で
挟んだ構造のインダクタが知られている（例えば、マグ
ネティックス研究会資料ＭＡＧ−８９１６４参照）。ス
パイラル状の平面コイルは絶縁基板の両面に設けられ、
スルーホールを介して、電気的に接続され、平面コイル
の端子間にインダクタが構成される。平面コイルを複数
設けることにより、トランスが得られる。平面コイルの
製造方法として、フレキシブルプリント配線板の両面の
銅箔をフォト・エッチングする方法（以下フォト・エッ
チング法という。）や、セラミック基板の両面に導体ペ
ーストをスクリーン印刷し、焼成する方法（以下スクリ
ーン印刷法という。）が知られている（例えば、平成２
年電気学会全国大会Ｓ．１８−５−３や特願平０４−０
０９７８７号公報参照）。製造可能なコイル厚は、一般
にフォト・エッチング法で５０μｍ、スクリーン印刷法
で２０μｍまでである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明に係わる薄形イ
ンダクタや薄形トランスは、電源回路用の部品として適
用するため、一般に百〜数千ｍＡの電流を流せることが
要求される。大きい電流を流せるほど、蓄積、変換でき
るエネルギーは大きくなる。ところが、前述のフォト・
エッチング法やスクリーン印刷法を用いて平面コイルを
製造した場合、銅損による発熱を抑えるのが難しかっ
た。コイル厚が薄いため、コイル断面積を大きくでき
ず、抵抗が高くなるためである。コイル断面積を大きく
するため、コイル幅を大きくすると、同じ巻数だと、平
面コイルのサイズは大きくなり、小形化にするのには好
ましくない。また、コイル長は長くなるため、抵抗は高
くなり、銅損による発熱は増大する。平面コイルのサイ
ズが同じだと、巻数は少なくなり、インダクタンスは低
下する（インダクタンスは一般に、コイルの巻数の２乗
に比例する傾向が見られる。）。

【０００４】また、スクリーン印刷法で得られる導体は
ガラス成分を含むため、抵抗率が導線に比べ、一般に高
く、発熱が大きくなる。例えば、銅線で１．７×１０^-6
Ω・cmに対し、スクリーン印刷法では２．５×１０^-6Ω
・cmである。銅損による発熱が大きいと、例えば薄形イ
ンダクタをＤＣ−ＤＣコンバータ等の出力側のチョーク
コイルに用いた場合、効率が低下する。

【０００５】次に、蓄積、変換できるエネルギーはイン
ダクタンスにも依存しており、高いほど、大きくなる。
インダクタンスは強磁性膜間の間隔が小さいほど、大き
くなる傾向が見られ、絶縁基板および絶縁膜の厚さは小
さいほど好ましい。これらは、フォト・エッチング法や
スクリーン印刷法では、２０〜３０μｍが最小であり、
高いインダクタンスを得るには限界があった。

【０００６】このような現状から本発明の目的は、銅損
による発熱が小さく、インダクタンスの高い薄形インダ
クタまたは薄形トランスおよびそれらの容易な製造方法
を提供しようとするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の薄形インダクタまたは薄形トランスでは、
板状コイルを絶縁導線を用いて形成し、その両面を接着
層を介して、板状の強磁性体で挟むことを特徴とする。

【０００８】以下に本発明を詳細に説明する。本発明の
薄形インダクタの基本構造は図１に示すものである。絶
縁導線から成る板状コイル１の両面を接着層２を介し
て、板状の強磁性体３で挟むことにより、端子４ａ，４
ｂ間にインダクタが構成されている。図において、板状
コイル１中の絶縁導線の巻線形状は複雑になるため、省
略して示した。

【０００９】板状コイル１の外形は円板状として示した
が、四角形ないし多角形等の板状も形成可能である。板
状の磁性体３の外形は同様に、四角形の板状として示し
たが、円形、多角形等の板状も適用可能である。

【００１０】板状コイル１の巻線形状の例を模式的に図
２に示す。同図（ａ）はスパイラル状平面コイル１層、
（ｂ）はこれらの積層体、（ｃ）は螺旋状コイルの積層
体である。巻数および層数はインダクタンス、直流重量
特性、サイズ、発熱特性（抵抗）等に応じて、任意に選
択する。スパイラル状平面コイルないし螺旋状コイルを
並列的に複数配列することにより、トランスが得られ
る。

【００１１】絶縁導線は、一般に断面が円形状の銅線に
絶縁被覆を施したものである。絶縁導線を用いることに
より、コイル断面積を大きくでき、低抵抗化により銅損
による発熱を小さくできる。例えば、断面が直径３００
μｍの円形の銅線に絶縁膜を施した絶縁導線を用いる
と、同じ断面積を得るためには、フォト・エッチング法
でコイル厚５０μｍに対し、コイル幅１，４１０μｍ、
スクリーン印刷法でコイル厚２０μｍに対し、コイル幅
３，５３０μｍが必要である。コイル幅は大きくなり、
同じ巻数だと、平面コイルのサイズは大きくなり、小形
化に好ましくない。また、コイル長は長くなるため、抵
抗は高くなり、銅損による発熱は増大する。平面コイル
のサイズが同じだと、巻数は少なくなり、インダクタン
スは低下する。絶縁導線の絶縁膜は数μｍから形成可能
であり、板状コイル１を薄く形成でき、磁性膜間の間隔
を小さくできるため、高いインダクタンスが得られる。

【００１２】板状コイル１の端子４ａ，４ｂ間には電圧
降下が見られ、隣り同士の導線の間隔が狭く、その間に
ストレ・キャパシティを持つため、損失や雑音が発生す
る。螺旋状コイルの積層体の方がスパイラル状コイルの
積層体に比べ、隣り同士の導線間の電位差は小さいと予
想されるため、好ましいと考えられる。

【００１３】絶縁導線の断面形状は円状よりも平角状の
方が好ましい。平角状は円状に比べ、隣り同士の導線間
のスペースを小さく、密に配置できるため、同じサイズ
では低抵抗化でき、大きい電流を流すのに有利である。
また、高周波（５００kHz 以上）では、電流の表皮効果
により、同じ断面積では表面積を大きくできる平角状の
方が低抵抗化でき、大きい電流を流すのに有利である。

【００１４】また、板状コイル１を、融着性絶縁導線を
巻枠に沿って巻き、固着することにより形成し、両面に
板状の強磁性体を接着する方法により製造することを特
徴とする。融着性絶縁導線は、ポリウレタンやポリエス
テル等の被覆導線の上に、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂
等の融着性皮膜を焼き付けた二層構造の被覆導線であ
る。溶剤、通電加熱、または熱風加熱により、導線間同
士を接着可能であり、板状コイル１は一体成形でき、か
なりの曲げ強度が得られる。板状コイル１はまた、ＣＡ
Ｄにより自動配線する方法等により、形成可能である。

【００１５】本発明で導線に適用できる材料には銅の
他、銀、金、白金、パラジウム、アルミニウム等各種金
属およびそれらの合金系が挙げられる。絶縁被覆に適用
できる材料にはポリウレタン、ポリエステル、ポリイミ
ド等の高分子膜の他、ＳｉＯ₂ 、ガラス、硬質炭素膜等
の無機膜が可能である。融着性皮膜に適用できる材料に
はポリエステル系やブチラール系の樹脂が挙げられる。

【００１６】本発明で接着層２に適用できる材料にはビ
ニル系、アクリル系等の熱可塑性樹脂の接着剤、エポキ
シ系、ポリウレタン系やシリコーン系等の熱硬化性樹脂
の接着剤、ゴム系接着剤、珪酸ソーダ等の鉱物性接着剤
やアロンアルファ等の瞬間接着剤が挙げられる。尚、融
着性皮膜は溶剤、加熱により接着性を有するため、これ
を接着層として活用することも可能である。接着時、圧
力を加えるが、板状の磁性体間を一定厚に保つことによ
り、安定したインダクタンスが得られる。

【００１７】本発明で板状の磁性体３に適用できる材料
には、コバルト系、鉄系等各種アモルファス合金、アモ
ルファス合金を結晶化させた超微細組織をもつ軟磁性
体、珪素を主に含む珪素鋼、パーマロイ、パーメンジュ
ール、センダスト等の金属軟磁性材料、およびＭｎ−Ｚ
ｎ系、Ｎｉ−Ｚｎ系等各種酸化物軟質磁性材料（ソフト
フェライト）等が挙げられる。板（箔、帯）は急冷法お
よび、金型成形法、圧延加工法、グリーンシート法等に
より成形する方法、更に焼成、焼鈍する方法等により作
成される。

【００１８】

【実施例】

〔実施例１〕断面が直径２００μｍの円形の銅線に、ポ
リウレタン皮膜およびブチラール系融着皮膜を１０μｍ
厚で施した、融着性絶縁導線を巻枠に沿って巻き、スパ
イラル状の平面コイルを、図２（ｂ）のように、２層積
層し、熱風加熱で固着することにより、板状コイルを作
製した。スパイラル状平面コイルの１層のスパイラル数
２５、コイル直径１２mmである。板状コイルの全スパイ
ラル数は５０である。磁性膜として、単ロール急冷法に
より作成した３０μｍ厚さの３種類の組成Ｆｅ_80.5Ｓｉ
_6.5 Ｂ₁₂Ｃ₁ ，Ｆｅ₇₈Ｓｉ₁₂Ｂ₁₀およびＣｏ₇₀Ｆｅ₅ Ｓ
ｉ₁₅Ｂ₁₀(atm%)のアモルファス合金薄帯を１４mm×１４
mmの箔に切断後、焼鈍し、板状コイルの両面に接着剤で
積層した。

【００１９】得られたインダクタのサイズは１４mm×１
４mm×５１０μｍ厚さである。このインダクタに周波数
５００kHz 、振幅１mAの正弦波交流を加え、インダクタ
ンスを測定した。 インダクタンス測定値：７０〜９０μＨ

【００２０】また、定電流電源を用いて、正弦波交流に
１５０mAの直流を重畳し、飽和温度を測定した。 測定温度：３０℃

【００２１】〔比較例１〕絶縁基板に６３５μｍ厚さの
アルミナ板を使用し、スルーホールを介して、両面にス
パイラル状の平面コイルをＣｕペーストをスクリーン印
刷後、焼成することにより作製した。６３５μｍ厚さの
アルミナ板は、８００μｍ厚さのものと共に、セラミッ
ク配線基板として標準的に使用されているものである。
スパイラル状の平面コイルの絶縁基板各面のスパイラル
数２５、コイル直径１２mm、コイル幅１５０μｍ、間隔
８０μｍ、コイル厚１５μｍである。板状コイルの全ス
パイラル数は実施例１と同じ５０である。絶縁膜とし
て、平面コイル上に、ガラスペーストをスクリーン印刷
後、焼成することにより、２０μｍ厚さに形成した。磁
性膜として、実施例１と同じく、３種類のアモルファス
合金箔を、板状コイルの両面に接着剤で積層した。

【００２２】得られたインダクタのサイズは１４mm×１
４mm×７８０μｍ厚さである。

【００２３】インダクタンスおよび飽和温度を実施例１
と同じ条件で測定した。

【００２４】インダクタンス測定値：５０〜６５μＨ 測定温度：５０℃

【００２５】〔実施例２〕断面が直径１００μｍの円形
の銅線に、融着皮膜を５μｍ厚で施した、融着性絶縁導
線を用い、実施例１と同様な方法により、図２（ａ）の
ようなスパイラル状の板状コイルを作製した。板状コイ
ルのスパイラル数５０、コイル辺長１２mmである。ただ
し、板状コイルの外形は四角形の板状とした。磁性膜と
して、アモルファス合金箔の代わりに、予め１４mm×１
４mm×１００μｍ厚さに成形したＭｎ−Ｚｎ系（組成
（ＭｎＯ）₃₅（ＺｎＯ）₁₂（Ｆｅ₂ Ｏ₃）₅ ），Ｎｉ−
Ｚｎ系（組成Ｎｉ_0.30Ｚｎ_0.70Ｆｅ₂ Ｏ₄ ），Ｎｉ−Ｃ
ｕ−Ｚｎ系（組成Ｎｉ_0.1 Ｃｕ_0.25Ｚｎ_0.65Ｆｅ
₂ Ｏ₄ ）のフェライト板を、板状コイルの両面に接着剤
で積層した。

【００２６】得られたインダクタのサイズは１４mm×１
４mm×３２０μｍ厚さである。インダクタンスおよび飽
和温度を実施例１と同じ条件で測定した。 インダクタンス測定値：１００〜１８０μＨ 測定温度：４０℃

【００２７】〔実施例３〕断面が直径３００μｍの円形
の銅線に融着皮膜を１０μｍ厚で施した、融着性絶縁導
線を用い、実施例１と同様な方法により、図２（ｃ）の
ような、３巻の螺旋状コイルを１７層積層した板状コイ
ルを作製した。板状コイルの融着性絶縁導線の巻数は５
１、コイル直径１２mmである。磁性膜として、実施例１
と同じく、３種類のアモルファス合金箔を板状コイルの
両面に積層した。ただし、接着剤を用いず、加熱融着し
た。

【００２８】得られたインダクタのサイズは１４mm×１
４mm×１０００μｍ厚さである。

【００２９】インダクタを実施例１と同じ条件で測定し
た。 インダクタンス測定値：４５〜６０μＨ また、定電流電源を用いて、正弦波交流に５００mAの直
流を重畳し、飽和温度を測定した。 測定温度：３５℃

【００３０】〔実施例４〕断面が１００μｍ×３００μ
ｍの平角状の銅線に、融着皮膜を５μｍ厚で施した、融
着性絶縁導線を用い、実施例１と同様な方法により、図
２（ａ）のようなスパイラル状の板状コイルを作製し
た。板状コイルのスパイラル数５０、コイル辺長１２mm
である。磁性膜として、実施例２と同じく、３種類のソ
フトフェライト板を、板状コイルの両面に積層した。た
だし、接着剤を用いず、加熱融着した。

【００３１】得られたインダクタのサイズは１４mm×１
４mm×５１０μｍ厚さである。

【００３２】インダクタンスを実施例１と同じ条件で測
定した。

【００３３】インダクタンス測定値：６５〜１２０μＨ また、定電流電源を用いて、正弦波交流に３００mAの直
流を重畳し、飽和温度を測定した。 測定温度：４０℃

【００３４】

【発明の効果】本発明は、絶縁導線から成る板状コイル
の両面を接着層を介して、板状の強磁性体で狭むことに
より、銅損による発熱が小さく、インダクタンスの高い
薄形インダクタまたは薄形トランスが得られる。絶縁導
線を用いることにより、コイル断面積を大きくでき、低
抵抗化により銅損による発熱を小さくできる。また、絶
縁導線の絶縁膜は数μｍから形成可能であり、板状コイ
ルを薄くでき、磁性膜間の間隔を小さくできるため、高
いインダクタンスが得られる。

【００３５】板状コイルはスパイラル状コイル、または
これらの積層体ないし、螺旋状コイルの積層体が可能で
ある。また、絶縁導線の形状は円状よりも平角状の方が
好ましい。板状コイルは融着性絶縁導線を巻枠に沿って
巻き、溶剤、通電加熱、または熱風加熱により、導線間
同士を接着でき、容易に一体成形できる。また、その両
面に接着層を介するか、加熱融着することにより、板状
の強磁性体を接着することができ、薄形インダクタまた
は薄形トランスが容易に製造可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の薄形インダクタ構造の一例を示す説明
図。

【図２】（ａ），（ｂ），（ｃ）は本発明板状コイルの
巻線形状の例を模式的に示した説明図。

【符号の説明】

１ 板状コイル ２ 接着層 ３ 板状の強磁性体 ４ａ，４ｂ 端子

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【手続補正書】

【提出日】平成４年１２月１１日

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００２

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００２】

【従来の技術】電子機器の小形、薄形化要求に伴い、電
源回路に用いるインダクタ、トランス等の磁性部品の小
形、薄形化が進められている。焼結フェライトコアに巻
線を施す巻線方式のインダクタやトランスは小形化、特
に薄形化に限界があり、巻線の代わりに平面コイルを用
いる方式の研究が進められている。例えば、スパイラル
状の平面コイルの両面を、絶縁層を介して、強磁性膜で
挟んだ構造のインダクタが知られている（例えば、マグ
ネティックス研究会資料ＭＡＧ−８９−１６４参照）。
スパイラル状の平面コイルは絶縁基板の両面に設けら
れ、スルーホールを介して、電気的に接続され、平面コ
イルの端子間にインダクタが構成される。平面コイルを
複数設けることにより、トランスが得られる。平面コイ
ルの製造方法として、フレキシブルプリント配線板の両
面の銅箔をフォト・エッチングする方法（以下フォト・
エッチング法という。）や、セラミック基板の両面に導
体ペーストをスクリーン印刷し、焼成する方法（以下ス
クリーン印刷法という。）が知られている（例えば、平
成２年電気学会全国大会Ｓ．１８−５−３や特願平０４
−００９７８７号公報参照）。製造可能なコイル厚は、
一般にフォト・エッチング法で５０μｍ、スクリーン印
刷法で２０μｍまでである。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２９】インダクタンスを実施例１と同じ条件で測
定した。 インダクタンス測定値：４５〜６０μＨ また、定電流電源を用いて、正弦波交流に５００ｍＡの
直流を重畳し、飽和温度を測定した。 測定温度：３５℃

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平野 芳生 神奈川県川崎市中原区井田1618番地 新日 本製鐵株式会社先端技術研究所内 (72)発明者 田中 信嘉 神奈川県川崎市中原区苅宿228番地 株式 会社ユタカ電機製作所内 (72)発明者 松本 敏夫 神奈川県川崎市中原区苅宿228番地 株式 会社ユタカ電機製作所内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁導線から成る板状コイルの両面を接
   着層を介して、板状の強磁性体で挟んだことを特徴とす
   る薄形インダクタまたは薄形トランス。
2. 【請求項２】 板状コイルがスパイラル状コイル、また
   はこれらの積層体であることを特徴とする請求項１記載
   の薄形インダクタまたは薄形トランス。
3. 【請求項３】 板状コイルが螺旋状コイルの積層体であ
   ることを特徴とする請求項１記載の薄形インダクタまた
   は薄形トランス。
4. 【請求項４】 絶縁導線の断面が平角状であることを特
   徴とする請求項１記載の薄形インダクタまたは薄形トラ
   ンス。
5. 【請求項５】 融着性絶縁導線を巻枠に沿って巻き、固
   着することにより、板状コイルを形成し、両面に板状の
   強磁性体を接着することを特徴とする薄形インダクタま
   たは薄形トランスの製造方法。