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WO2024176532A1 - インダクタ - Google Patents

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WO2024176532A1
WO2024176532A1 PCT/JP2023/040584 JP2023040584W WO2024176532A1 WO 2024176532 A1 WO2024176532 A1 WO 2024176532A1 JP 2023040584 W JP2023040584 W JP 2023040584W WO 2024176532 A1 WO2024176532 A1 WO 2024176532A1
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WO
WIPO (PCT)
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coil element
coil
inductor
magnetic core
external electrode
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/040584
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
潔 高木
祐介 中村
正博 榎本
浩史 冨田
理 下村
Original Assignee
パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 filed Critical パナソニックＩｐマネジメント株式会社
Publication of WO2024176532A1 publication Critical patent/WO2024176532A1/ja

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F17/00—Fixed inductances of the signal type
    • H01F17/04—Fixed inductances of the signal type with magnetic core
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/29—Terminals; Tapping arrangements for signal inductances

Definitions

  • This disclosure relates to inductors used in power supply circuits, etc.
  • the coupling method has come to be used as a power supply method that can accommodate this method.
  • the inductor used in this coupling method is driven by an inductor in which multiple coils are coupled with a coupling coefficient of about 0.6.
  • Patent Document 1 is known as prior art literature related to the disclosure of this application.
  • An inductor comprises a rectangular parallelepiped magnetic core and a plurality of coil elements embedded in the magnetic core.
  • the magnetic core has a bottom surface, a top surface facing the bottom surface, a first side surface connecting the bottom surface and the top surface, and a second side surface connecting the bottom surface and the top surface and facing the first side surface.
  • the number of the plurality of coil elements is an odd number of three or more.
  • the plurality of coil elements each consist of flat coils overlapping in parallel with each other, and are arranged in a direction from the first side surface to the second side surface of the magnetic core.
  • the ends of the plurality of coil elements each protrude from the bottom surface of the magnetic core and are bent along the bottom surface to form a plurality of external electrodes.
  • the external electrodes connected from the first side surface side of the plurality of coil elements to odd-numbered coil elements are provided by bending the ends of the odd-numbered coil elements toward the first side surface.
  • the external electrodes that connect from the first side of the multiple coil elements to the even-numbered coil elements are provided by bending the ends of the even-numbered coil elements toward the second side.
  • FIG. 1 is a perspective view of an inductor according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is an external view of an inductor according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 3 is a plan view of a coil element according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining a use example of an inductor according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 5 is a bottom external view of another inductor according to an embodiment of the present disclosure.
  • the conventional coupling method has its limitations.
  • a method known as a multiphase voltage regulator is being considered. With this method, it is necessary to significantly increase the coupling between multiple coils, and the inductors used in the coupling method are unable to provide sufficient characteristics.
  • the coupling coefficient it is necessary to increase the opposing area between multiple coils, making it difficult to take out electrodes as with conventional coupled inductors.
  • an inductor comprising a rectangular parallelepiped magnetic core formed by mixing magnetic material powder and a binder and pressure molding the mixture, and a coil element embedded in the magnetic core.
  • the magnetic core has a bottom surface, a top surface facing the bottom surface, a first side surface connecting the bottom surface and the top surface, and a second side surface facing the first side surface.
  • the coil element is made up of at least four flat coils, and the first coil element, the second coil element, the third coil element, and the fourth coil element are stacked in order in a direction from the first side surface toward the second side surface.
  • the ends of the coil elements each protrude from the bottom surface and are folded along the bottom surface to form an external electrode.
  • the external electrode connected to the first coil element is called the first external electrode
  • the external electrode connected to the second coil element is called the second external electrode
  • the external electrode connected to the third coil element is called the third external electrode
  • the external electrode connected to the fourth coil element is called the fourth external electrode.
  • the end of the first coil element and the end of the third coil element are bent toward the first side surface to provide a first external electrode and a third external electrode, respectively.
  • the end of the second coil element and the end of the fourth coil element are bent toward the second side surface to provide a second external electrode and a fourth external electrode, respectively.
  • the above inductor can realize an inductance value of the composite coil combining the first coil element and the third coil element, and an inductance value of the composite coil combining the second coil element and the fourth coil element of approximately 120 nH, a DC resistance of each composite coil of approximately 0.5 m ⁇ , and a coupling coefficient of approximately 0.98.
  • an inductor that is small can handle large currents, and has a large coupling coefficient.
  • an inductor is configured in which multiple flat coils are stacked and the number N is an odd number, so that the number of flat coils used as primary coils is one more than the number of flat coils used as secondary coils. This allows the DC resistance of the primary coil to always be lower than that of the secondary coil, so that the configuration in which multiple flat coils are stacked provides an inductor with a large coupling coefficient and an improved inductor that can handle large currents can be realized.
  • each figure is a schematic diagram in which emphasis, omissions, or adjustments to the ratio have been made as appropriate to illustrate the present disclosure, and is not necessarily an exact illustration, and may differ from the actual shape, positional relationship, and ratio.
  • the same reference numerals are used for substantially the same configuration, and duplicate explanations may be omitted or simplified.
  • top surface and bottom surface in the inductor configuration do not refer to the top surface (surface on the vertically upper side) and bottom surface (surface on the vertically lower side) in an absolute spatial sense, but are used as terms defined by the relative positional relationships of the components of the inductor.
  • the number N of overlapping flat coils is three, but the number N may be more than three. If the number N is three or more, an inductor with a large coupling coefficient can be obtained by overlapping multiple flat coils, and by using one coil as the primary coil, the DC resistance of the primary coil can always be kept lower than that of the secondary coil, resulting in an improved inductor that can handle large currents. In this way, there is no particular limit to the value of N, so long as it is an odd number greater than or equal to three.
  • FIG. 1 is a perspective view of an inductor 101 according to an embodiment of the present disclosure, as viewed from the bottom side.
  • FIG. 2 is an external view of the inductor 101 according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2(a) shows an external view of the side of the inductor 101 according to an embodiment of the present disclosure
  • FIG. 2(b) shows an external view of the bottom side
  • FIG. 2(c) shows an external view of the end side. Note that in FIG. 2, the internal coil elements are indicated by dashed lines.
  • the inductor 101 comprises a rectangular parallelepiped magnetic core 11 formed by pressure molding a mixture of magnetic material powder consisting of Fe-Si-Cr powder and a binder consisting of silicone, and a coil element 12 embedded in this magnetic core 11.
  • the magnetic core 11 has an external shape of a rectangular parallelepiped with a width of about 6 mm, a length of about 13 mm, and a height of about 5 mm, and has a bottom surface 11a from which the end of the coil element 12 protrudes, a top surface 11b facing the bottom surface 11a, a first side surface 11c connecting the bottom surface 11a and the top surface 11b, a second side surface 11d connecting the bottom surface 11a and the top surface 11b and facing the first side surface 11c, a first end surface 11e connecting the bottom surface 11a and the top surface 11b and connecting the first side surface 11c and the second side surface 11d, and a second end surface 11f connecting the bottom surface 11a and the top surface 11b and connecting the first side surface 11c and the second side surface 11d and facing the first end surface 11e.
  • Each coil element 12 is embedded inside the magnetic core 11.
  • the first coil element 12a, the second coil element 12b, and the third coil element 12c are embedded in the magnetic core 11 in the direction from the first side surface 11c to the second side surface 11d, facing each other in the surface direction in this order.
  • the ends of each coil element protrude from the bottom surface 11a of the magnetic core 11 and are folded along the bottom surface 11a to form an external electrode 13.
  • Each coil element 12 is formed by punching a copper plate, and has a thickness of about 0.4 mm and a coil pattern width of about 0.8 mm, for example.
  • the surface of the coil element 12 in the part embedded in the magnetic core 11 is provided with an insulating layer of about 0.03 mm thick made of epoxy resin, phenolic resin, acrylic resin, etc. by pad printing or the like.
  • the copper plates of each coil element are overlapped with an insulating layer of about 0.06 mm thick between them.
  • the external electrode connected to the first coil element 12a is called the first external electrode 13a
  • the external electrode connected to the second coil element 12b is called the second external electrode 13b
  • the external electrode connected to the third coil element 12c is called the third external electrode 13c.
  • the end of the first coil element 12a and the end of the third coil element 12c are bent toward the first side surface 11c to form the first external electrode 13a and the third external electrode 13c, respectively, and the end of the second coil element 12b is bent toward the second side surface 11d to form the second external electrode 13b.
  • each of the first external electrode 13a, the second external electrode 13b, and the third external electrode 13c is extended in the direction of the first end surface 11e or the second end surface 11f, and the tip portion is bent along the first end surface 11e or the second end surface 11f.
  • an inductor 101 with a small mounting area can be obtained.
  • the bottom surface 11a of the magnetic core 11 includes a portion where the coil element 12 protrudes, and a recess 15 having a depth of about 0.4 mm is provided in the region connecting the first side surface 11c and the second side surface 11d. If the end of the coil element 12 protrudes from the bottom surface 11a and is bent along the bottom surface 11a, a bulge will occur at the bent portion, which will result in poor stability when mounted. Therefore, as in this embodiment, by having the end of the coil element 12 protrude from the recess 15 provided in the bottom surface 11a of the magnetic core 11, the flatness of the mounting surface of the inductor 101 can be improved.
  • the depth of the recess 15 is preferably 80% or more and 200% or less of the thickness of the external electrode 13.
  • the depth of the recess 15 is shallower than 80% of the thickness of the external electrode, the flatness will be poor. Conversely, if it exceeds 200%, the volume of the core will be small and the inductance value will decrease, which is not preferable.
  • the inductor 101 is configured as described above, and is used by connecting the first external electrode 13a and the third external electrode 13c adjacent to each other on the mounting board to form a first inductor (i.e., a partial inductor formed by a part of the inductor 101 of the embodiment), and by forming a second inductor (i.e., another partial inductor formed by another part of the inductor 101 of the embodiment) with the second external electrode 13b. In this manner, the second coil element 12b is sandwiched between the first coil element 12a and the third coil element 12c.
  • a first inductor i.e., a partial inductor formed by a part of the inductor 101 of the embodiment
  • a second inductor i.e., another partial inductor formed by another part of the inductor 101 of the embodiment
  • the coil element 12 overlaps with at least one other coil element 12 over the entire area embedded in the magnetic core 11, so that an inductor 101 with a high coupling coefficient between the first inductor and the second inductor can be obtained.
  • all the external electrodes of the odd-numbered coil elements are connected together to form the first inductor
  • all the external electrodes of the even-numbered coil elements are connected together to form the second inductor. Since the coil elements 12 are made up of an odd number of flat coils, the total number of odd-numbered coil elements is necessarily one more than the total number of even-numbered coil elements.
  • Figure 3 is a plan view of a coil element in one embodiment of the present disclosure.
  • Figure 3(a) shows a plan view of first coil element 12a
  • Figure 3(b) shows a plan view of second coil element 12b
  • Figure 3(c) shows a plan view of third coil element 12c.
  • the outer shape of magnetic core 11 when coil elements 12a, 12b, and 12c are embedded in magnetic core 11 is shown by a dashed line.
  • the ends of the coil elements protruding outside the dashed line are folded along the bottom surface after embedding to form external electrodes.
  • the boundaries between the first to seventh parts are shown by dashed lines to make the regions easier to understand.
  • each coil element 12 has a first portion 12e extending from the bottom surface 11a toward the top surface 11b, a second portion 12f connected to the end of the first portion 12e on the top surface 11b side and extending toward the first end surface 11e, a third portion 12g connected to the end of the second portion 12f on the top surface 11b side and the first end surface 11e side and extending toward the top surface 11b, and a third portion 12g connected to the end of the third portion 12g on the top surface 11b side.
  • It has a fourth portion 12h extending toward the second end face 11f, a fifth portion 12i connecting to the end of the fourth portion 12h on the bottom face 11a side and the second end face 11f side and extending toward the bottom face 11a, a sixth portion 12j connecting to the end of the fifth portion 12i on the bottom face 11a side and extending toward the first end face 11e, and a seventh portion 12k connecting to the end of the sixth portion 12j on the bottom face 11a side and the first end face 11e side and extending toward the bottom face 11a.
  • each coil element 12 on the bottom surface 11a side protrude from the ends of the first portion 12e and the seventh portion 12k onto the bottom surface 11a of the magnetic core 11, and are bent along the bottom surface 11a of the magnetic core 11 to form the respective external electrodes 13.
  • the length of the second portion 12f and the sixth portion 12j of the first coil element 12a and the second coil element 12b is longer than the width of the coil pattern compared to the length of the second portion 12f and the sixth portion 12j of the third coil element 12c (L2 in FIG. 3(c)).
  • the first coil element 12a and the second coil element 12b overlap in all paths embedded in the magnetic core 11. Furthermore, in the third portion 12g to the fifth portion 12i, the first coil element 12a, the second coil element 12b, and the third coil element 12c all overlap. In this way, a large coupling coefficient can be obtained between the first inductor and the second inductor.
  • the third coil element 12c may be formed by extending the third portion 12g and the fifth portion 12i to the bottom surface without forming the first portion 12e, the second portion 12f, the sixth portion 12j, and the seventh portion 12k, but this is preferable because the coupling coefficient between the multiple coil elements 12 can be increased by overlapping at least a portion of the second portion 12f and the sixth portion 12j of each coil element.
  • the loop of the coil element 12 is rectangular, but the loop may be rounded and ⁇ -shaped.
  • the above configuration creates an area on the bottom surface 11a where the end of the second coil element 12b and the end of the third coil element 12c are close to each other and face each other. If the end of the second coil element 12b and the end of the third coil element 12c are conductive in this facing area, a short circuit is likely to occur during mounting. Therefore, it is desirable to provide an insulating layer 14 in the area where the end of the second coil element 12b and the end of the third coil element 12c face each other. Note that in FIG. 2(b), the part where the insulating layer 14 is provided is shaded for ease of understanding. It is desirable to provide this insulating layer 14 at the same time as forming the insulating layer on the part of the coil element 12 that is embedded in the magnetic core 11. This can simplify the process.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining a device 501 using an inductor 101 according to an embodiment of the present disclosure.
  • a multiphase voltage regulator can be configured by connecting two or more inductors 101. Focusing on one inductor 101 of the multiphase voltage regulator, the first external electrode 13a of the first coil element 12a and the third external electrode 13c of the third coil element 12c (i.e., the external electrode 13 connected to the odd-numbered coil element 12) constituting the first inductor are primary side electrodes connected to the power supply line 103 between the power supply 502 and the load 503.
  • the second external electrode 13b of the second coil element 12b (i.e., the external electrode 13 connected to the even-numbered coil element 12) constituting the second inductor is a secondary side electrode connected to a coupling line 102 for interlocking the phases.
  • the secondary coil element 12 connected to the coupling line 102 is also called a coupling coil.
  • the inductor according to the first aspect of the embodiment includes a rectangular parallelepiped magnetic core 11 formed by pressure molding a mixture of magnetic material powder and a binder, and a plurality of coil elements 12 embedded in the magnetic core 11.
  • the magnetic core 11 has a bottom surface 11a, a top surface 11b facing the bottom surface 11a, a first side surface 11c connecting the bottom surface 11a and the top surface 11b, and a second side surface 11d facing the first side surface 11c.
  • the number of the plurality of coil elements 12 is an odd number of 3 or more, and each is made of a flat coil.
  • the plurality of coil elements 12 are stacked in order from the first side surface 11c side to the second side surface 11d side.
  • the ends of the coil elements 12 each protrude from the bottom surface 11a and are bent along the bottom surface 11a to form an external electrode 13.
  • external electrodes 13 connected to some of the coil elements 12, which are odd-numbered coil elements from the first side surface 11c are provided by bending the ends of some of the coil elements 12 toward the first side surface 11c
  • external electrodes 13 connected to other coil elements 12, which are even-numbered coil elements from the first side surface 11c, of the N coil elements are provided by bending the ends of the other coil elements 12 toward the second side surface 11d.
  • This type of inductor has a configuration in which multiple flat coils are stacked on top of each other, making it possible to obtain an inductor with a large coupling coefficient.
  • coil elements 12 equal to N divided by 2 as the secondary coil, and using the remaining coil elements 12, including the one remainder of the division, as the primary coil, the DC resistance of the primary coil can always be kept lower than that of the secondary coil, making it possible to realize an improved inductor that can handle large currents.
  • the inductor according to the second aspect of the embodiment is the inductor according to the first aspect, in which the external electrodes 13 connected to some of the coil elements 12 are primary electrodes connected to a power supply line, and the external electrodes 13 connected to the other coil elements 12 are secondary electrodes connected to a coupling line.
  • the inductor according to the third aspect of the embodiment is the inductor according to the first or second aspect, and has an insulating layer 14 provided in the area of the bottom surface 11a where the ends of some coil elements 12 face each other.
  • the external electrodes 13 are extended to the first end face 11e or the second end face 11f, as shown in Figure 5, some of the external electrodes 13 may be extended to the first side face 11c or the second side face 11d. This improves the degree of freedom of the wiring pattern on the mounting board and reduces the DC resistance of the wiring pattern.
  • electrical products or electrical circuits using the above-mentioned inductors are also included in the present disclosure.
  • electrical products include power supply devices equipped with the above-mentioned inductors and various devices equipped with such power supply devices.
  • the inductor disclosed herein is small, can handle large currents, and has a large coupling coefficient, making it industrially useful.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Coils Or Transformers For Communication (AREA)

Abstract

インダクタは、磁心と、磁心に埋設された複数のコイル素子とを備える。複数のコイル素子の数は３以上の奇数である。複数のコイル素子は互いに平行に重なる平板コイルからそれぞれなり、磁心の第１の側面から第２の側面に向かう方向に配列されている。複数のコイル素子の端部はそれぞれ磁心の底面から突出して底面に沿って折り曲げられて複数の外部電極を構成する。複数の外部電極のうち、複数のコイル素子のうちの第１の側面側から奇数番目のコイル素子につながる外部電極は、奇数番目のコイル素子の端部が第１の側面に向けて折り曲げられることにより設けられている。複数の外部電極のうち、複数のコイル素子のうちの第１の側面側から偶数番目のコイル素子につながる外部電極は、偶数番目のコイル素子の端部が第２の側面に向けて折り曲げられることにより設けられている。

Description

インダクタ
　本開示は、電源回路等に用いられるインダクタに関するものである。
　近年ＣＰＵなどの大規模集積回路は、低電圧化が進み、素子に必要とされる所要電流が数十アンペアにまで達するようになるとともに、小型で低背の電源回路が求められている。大電流化に対応するためマルチフェーズの電源方式が主流として使われてきた。そのためこの方式に対応する電源方式としてカップリング方式が用いられてきた。このカップリング方式に使われるインダクタは、複数のコイルを結合係数０．６程度で結合されたインダクタで駆動される。
　なお、この出願の開示に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開２００８－２３５７７３号公報
　ところで、さらなる大電流に対応したインダクタを実現するという点で、従来のカップルドインダクタなどには、改善の余地がある。
　本開示の一態様に係るインダクタは、直方体状の磁心と、磁心に埋設された複数のコイル素子とを備える。磁心は、底面と、底面に対向する天面と、底面と天面とをつなぐ第１の側面と、底面と天面とをつなぎかつ第１の側面に対向する第２の側面とを有する。複数のコイル素子の数は３以上の奇数である。複数のコイル素子は互いに平行に重なる平板コイルからそれぞれなり、磁心の第１の側面から第２の側面に向かう方向に配列されている。複数のコイル素子の端部はそれぞれ磁心の底面から突出して底面に沿って折り曲げられて複数の外部電極を構成する。複数の外部電極のうち、複数のコイル素子のうちの第１の側面側から奇数番目のコイル素子につながる外部電極は、奇数番目のコイル素子の端部が第１の側面に向けて折り曲げられることにより設けられている。複数の外部電極のうち、複数のコイル素子のうちの第１の側面側から偶数番目のコイル素子につながる外部電極は、偶数番目のコイル素子の端部が第２の側面に向けて折り曲げられることにより設けられている。
　上記構成により小型で大電流に対応できるという点で、より改善がされたインダクタを提供することができる。
図１は、本開示の一実施の形態におけるインダクタの斜視図である。 図２は、本開示の一実施の形態におけるインダクタの外観図である。 図３は、本開示の一実施の形態におけるコイル素子の平面図である。 図４は、本開示の一実施の形態におけるインダクタの使用事例について説明するための図である。 図５は、本開示の一実施の形態における別のインダクタの底面側外観図である。
　（本開示に至る経緯）
　近年ＣＰＵなどの大規模集積回路は、低電圧化が進み、素子に必要とされる所要電流が数十アンペアにまで達するようになるとともに、小型で低背の電源回路が求められている。大電流化に対応するためマルチフェーズの電源方式が主流として使われてきた。そのためこの方式に対応する電源方式としてカップリング方式が用いられてきた。このカップリング方式に使われるインダクタは、複数のコイルを結合係数０．６程度で結合されたインダクタで駆動される。
　しかしながらさらに大電流化が要望されると従来のカップリング方式では限界があった。これに対して多相電圧レギュレータと呼ばれる方式が検討されている。この方式の場合複数のコイル間の結合を大幅に大きくする必要があり、カップリング方式に用いられているインダクタでは十分な特性を得ることができなかった。結合係数を上げるためには複数のコイル間の対向面積を大きくする必要があり、従来のカップルドインダクタのような電極取り出しを行うことが難しい。
　そこで、本発明者らは、磁性材料粉と結合剤とを混合して加圧成形した直方体状の磁心と、磁心に埋設されたコイル素子と、を備えたインダクタを考案した。このインダクタでは、磁心は底面と、底面に対向する天面と、底面と天面とをつなぐ第１の側面と、第１の側面に対向する第２の側面とを有する。コイル素子は少なくとも４個の平板コイルからなり、第１の側面から第２の側面に向かう方向に順に配列された第１のコイル素子、第２のコイル素子、第３のコイル素子、第４のコイル素子が重ねられている。コイル素子の端部はそれぞれ底面から突出して底面に沿って折り曲げられることによる外部電極を構成する。第１のコイル素子につながる外部電極を第１の外部電極、第２のコイル素子につながる外部電極を第２の外部電極、第３のコイル素子につながる外部電極を第３の外部電極、第４のコイル素子につながる外部電極を第４の外部電極とする。第１のコイル素子の端部および第３のコイル素子の端部は第１の側面に向けて折り曲げられることによりそれぞれ第１の外部電極、第３の外部電極が設けられている。第２のコイル素子の端部および第４のコイル素子の端部は第２の側面に向けて折り曲げられることによりそれぞれ第２の外部電極、第４の外部電極が設けられている。
　上記インダクタでは、第１のコイル素子と第３のコイル素子とを合わせた複合コイルのインダクタンス値、および第２のコイル素子と第４のコイル素子とを合わせた複合コイルのインダクタンス値が約１２０ｎＨ、それぞれの複合コイルの直流抵抗が約０．５ｍΩ、結合係数が約０．９８という値のインダクタを実現できる。このように、複数のコイル素子である一次側コイルと、複数のコイル素子である二次側コイルとを組み合わせるようにすれば、小型で大電流に対応でき、結合係数の大きなインダクタを得ることが可能となる。
　一方で、上記のインダクタや、背景技術の欄に述べた従来のインダクタなどでは、大電流に対応したインダクタを実現するという点で、改善の余地がある。具体的には、電源ラインに接続される一次側コイルについては、直流抵抗がより低減されることが求められている。一次側コイルの直流抵抗を低減することができれば、その分電流値の上限をさらに上昇させることが可能となる。つまり、一次側コイルの直流抵抗を低減することで、大電流に対応した、より改善されたインダクタを実現できる。本開示では、複数の平板コイルを重ね合わせ、かつ、その個数Ｎを奇数とすることで、二次側コイルとして用いる平板コイルの個数よりも一次側コイルとして用いる平板コイルの個数を１個多くなるように設計したインダクタを構成する。これにより、二次側コイルに比べて、常に、一次側コイルの直流抵抗を低い状態にできるため、平板コイルを複数個重ね合わせる構成により、結合係数の大きなインダクタを得つつ、大電流に対応した、より改善されたインダクタを実現する。
　以下で説明する実施の形態は、いずれも本開示の一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置、接続形態、ステップおよびステップの順序等は一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
　また、本明細書において、平行などの要素間の関係性を示す用語、および、直方体状などの要素の形状を示す用語、ならびに、数値範囲は、厳格な意味のみを表す表現ではなく、実質的に同等な範囲、例えば数％程度の差異をも含むことを意味する表現である。
　また、各図は、本開示を示すために適宜強調、省略、又は比率の調整を行った模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではなく、実際の形状、位置関係および比率とは異なる場合がある。各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡素化される場合がある。
　また、本明細書において、インダクタの構成における「天面」および「底面」という用語は、絶対的な空間認識における天面（鉛直上方側の面）および底面（鉛直下方側の面）を指すものではなく、インダクタの構成要素の相対的な位置関係により規定される用語として用いる。
　なお、以下で説明する実施の形態においては、重ね合わせる平板コイルの個数Ｎとして、３個である例を用いて説明するが、個数Ｎは３個よりも多くてもよい。個数Ｎは、３個以上であれば、平板コイルを複数個重ね合わせる構成により、結合係数の大きなインダクタを得ることができ、Ｎを２で割った余りの１個を一次側コイルに用いることで、二次側コイルに比べて、常に、一次側コイルの直流抵抗を低い状態にでき、大電流に対応した、より改善されたインダクタを実現することができる。このように、Ｎは３以上の奇数であれば、その数値に特に限定はない。
　（実施の形態）
　以下、本開示の一実施の形態におけるインダクタについて、図面を参照しながら説明する。
　図１は本開示の一実施の形態におけるインダクタ１０１の底面側から見た斜視図である。また、図２は本開示の一実施の形態におけるインダクタ１０１の外観図である。図２の（ａ）は本開示の一実施の形態におけるインダクタ１０１の側面側の外観図を示し、図２の（ｂ）は同底面側の外観図を示し、図２の（ｃ）は同端面側の外観図を示している。なお図２では内部のコイル素子は破線で示している。
　本開示の一実施の形態におけるインダクタ１０１は、Ｆｅ－Ｓｉ－Ｃｒの粉からなる磁性材料粉とシリコーンからなる結合剤とを混合して加圧成形した直方体状の磁心１１と、この磁心１１に埋設されたコイル素子１２とからなっている。磁心１１の外形形状は例えば、幅約６ｍｍ、長さ約１３ｍｍ、高さ約５ｍｍの直方体状となり、コイル素子１２の端部が突出する底面１１ａと、底面１１ａに対向する天面１１ｂと、底面１１ａと天面１１ｂとをつなぐ第１の側面１１ｃと、底面１１ａと天面１１ｂとをつなぎかつ第１の側面１１ｃに対向する第２の側面１１ｄと、底面１１ａと天面１１ｂとをつなぎかつ第１の側面１１ｃと第２の側面１１ｄとをつなぐ第１の端面１１ｅと、底面１１ａと天面１１ｂとをつなぎかつ第１の側面１１ｃと第２の側面１１ｄとをつなぎかつ第１の端面１１ｅに対向する第２の端面１１ｆとを有している。
　磁心１１の内部にはそれぞれ平板コイルよりなる３個のコイル素子１２が埋設されている。磁心１１の第１の側面１１ｃから第２の側面１１ｄに向かう方向に、第１のコイル素子１２ａ、第２のコイル素子１２ｂ、および第３のコイル素子１２ｃとがこの順で面方向に対向させて重ねて埋設されている。各コイル素子の端部はそれぞれ磁心１１の底面１１ａから突出され底面１１ａに沿って折り曲げられることによって外部電極１３を構成している。それぞれのコイル素子１２は、銅板を打ち抜いて形成されたもので、例えば、厚さ約０．４ｍｍ、コイルパターンの幅を約０．８ｍｍとしている。さらに磁心１１に埋設される部分のコイル素子１２の表面は、厚さ約０．０３ｍｍのエポキシ樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂等からなる絶縁層がパッド印刷等により設けられている。それぞれのコイル素子の銅板は厚さ約０．０６ｍｍの絶縁層を間にして重なっている。
　ここで第１のコイル素子１２ａにつながる外部電極を第１の外部電極１３ａ、第２のコイル素子１２ｂにつながる外部電極を第２の外部電極１３ｂ、および第３のコイル素子１２ｃにつながる外部電極を第３の外部電極１３ｃと称す。第１のコイル素子１２ａの端部および第３のコイル素子１２ｃの端部は第１の側面１１ｃに向けて折り曲げられることによりそれぞれ第１の外部電極１３ａ、第３の外部電極１３ｃを構成し、第２のコイル素子１２ｂの端部は第２の側面１１ｄに向けて折り曲げられることにより第２の外部電極１３ｂを構成している。さらに第１の外部電極１３ａ、第２の外部電極１３ｂ、および第３の外部電極１３ｃのそれぞれは、第１の端面１１ｅまたは第２の端面１１ｆ方向に延伸され、先端部分が第１の端面１１ｅまたは第２の端面１１ｆに沿って折り曲げられている。このようにコイル素子の端部を底面から突出させて折り曲げて外部電極を構成することにより、実装面積の小さいインダクタ１０１を得ることができる。
　また磁心１１の底面１１ａには、コイル素子１２が突出する部分を含み、第１の側面１１ｃと第２の側面１１ｄとをつなぐ領域に深さ約０．４ｍｍの凹部１５を設けている。底面１１ａからコイル素子１２の端部を突出させ、底面１１ａに沿って曲げると、曲げる部分でふくらみが生じてしまい、実装するときに安定性が悪くなる。そこで本実施の形態のように、磁心１１の底面１１ａに設けた凹部１５からコイル素子１２の端部を突出させることにより、このインダクタ１０１の実装面の平坦性を向上させることができる。凹部１５の深さは、外部電極１３の厚みの８０％以上、２００％以下とすることが望ましい。凹部１５の深さが外部電極の厚みの８０％よりも浅くなると平坦性が悪くなる。逆に２００％を超えるとコアの体積が小さくなってインダクタンス値が下がってしまうので好ましくない。
　以上のようにインダクタ１０１を構成し、実装基板上で互いに隣り合う第１の外部電極１３ａと第３の外部電極１３ｃとをつなぎ合わせて第１のインダクタ（つまり、実施の形態のインダクタ１０１の一部で構成される部分的なインダクタ）を形成し、第２の外部電極１３ｂで第２のインダクタ（つまり、実施の形態のインダクタ１０１の別の一部で構成される別の部分的なインダクタ）を形成するようにして使用する。このようにすることにより、第１のコイル素子１２ａと第３のコイル素子１２ｃとの間に第２のコイル素子１２ｂが挟まれている状態となっている。さらに磁心１１の中に埋設されているすべての領域にわたってコイル素子１２は少なくとも一つの他のコイル素子１２と重なり合う状態となるため、第１のインダクタと第２のインダクタとの間で結合係数が高いインダクタ１０１を得ることができる。つまり、第１の側面１１ｃ又は第２の側面１１ｄから、複数のコイル素子１２を並び順に数えたときの、奇数番目のコイル素子の外部電極をすべてつなぎ合わせて第１のインダクタとし、偶数番目のコイル素子の外部電極をすべてつなぎ合わせて第２のインダクタとすればよい。コイル素子１２は、奇数個の平板コイルからなるため、奇数番目のコイル素子の合計個数は、必然的に偶数番目のコイル素子の合計個数よりも１個多くなる。
　ここでコイル素子１２についてさらに詳細に説明する。図３は本開示の一実施の形態におけるコイル素子の平面図である。図３の（ａ）は第１のコイル素子１２ａの平面図を示し、図３（ｂ）は第２のコイル素子１２ｂの平面図を示し、図３の（ｃ）は第３のコイル素子１２ｃの平面図を示している。図３では、これらのコイル素子１２ａ、１２ｂ、１２ｃが磁心１１に埋設された時の磁心１１の外形を破線で示している。破線の外に突出しているコイル素子の端部は、埋設された後底面に沿って折り曲げられることにより外部電極を構成する。また図３では第１の部分～第７の部分の領域をわかりやすくするため、それらの境界を一点鎖線で示している。
　それぞれのコイル素子１２は、磁心１１の内部において、それぞれ、底面１１ａから天面１１ｂに向かって延びる第１の部分１２ｅ、第１の部分１２ｅの天面１１ｂ側の端につながり第１の端面１１ｅ側に延びる第２の部分１２ｆ、第２の部分１２ｆの天面１１ｂ側かつ第１の端面１１ｅ側の端につながり天面１１ｂ側に延びる第３の部分１２ｇ、第３の部分１２ｇの天面１１ｂ側の端につながり第２の端面１１ｆ側に延びる第４の部分１２ｈ、第４の部分１２ｈの底面１１ａ側かつ第２の端面１１ｆ側の端につながり底面１１ａ側に延びる第５の部分１２ｉ、第５の部分１２ｉの底面１１ａ側の端につながり第１の端面１１ｅ側に延びる第６の部分１２ｊ、および第６の部分１２ｊの底面１１ａ側かつ第１の端面１１ｅ側の端につながり底面１１ａ側に延びる第７の部分１２ｋ、を有する。
　各コイル素子１２の底面１１ａ側の端部は、それぞれ第１の部分１２ｅおよび第７の部分１２ｋの端から磁心１１の底面１１ａに突出され、磁心１１の底面１１ａに沿って折り曲げられることによりそれぞれの外部電極１３を構成している。
　第１のコイル素子１２ａおよび第２のコイル素子１２ｂの、第２の部分１２ｆおよび第６の部分１２ｊの長さ（図３の（ａ）のＬ１）は、第３のコイル素子１２ｃの第２の部分１２ｆおよび第６の部分１２ｊの長さ（図３の（ｃ）のＬ２）に比べて、コイルパターンの幅分よりも長く形成されている。
　そして第１のコイル素子１２ａと第２のコイル素子１２ｂとは、磁心１１に埋設されているすべての経路で重なり合っている。さらに第３の部分１２ｇ～第５の部分１２ｉでは、第１のコイル素子１２ａ、第２のコイル素子１２ｂ、および第３のコイル素子１２ｃがすべて重なり合っている。このようにすることにより、第１のインダクタと第２のインダクタとの間で大きな結合係数を得ることができる。
　なお、第３のコイル素子１２ｃは、第１の部分１２ｅ、第２の部分１２ｆ、第６の部分１２ｊ、第７の部分１２ｋを形成せずに、第３の部分１２ｇ、第５の部分１２ｉを底面まで延ばして形成してもよいが、各コイル素子の第２の部分１２ｆおよび第６の部分１２ｊの少なくとも一部が重なることにより、複数のコイル素子１２間の結合係数を大きくできるので好ましい。また図３では、コイル素子１２のループが矩形状となっているが、ループに丸みを帯びたΩ字状としても構わない。
　以上の構成とすることにより、底面１１ａで第２のコイル素子１２ｂの端部と第３のコイル素子１２ｃの端部とが近接して対向する領域ができてしまう。この対向する領域で第２のコイル素子１２ｂの端部および第３のコイル素子１２ｃの端部が導電性を有する状態となっていると、実装時に短絡が起こりやすくなる。そこで第２のコイル素子１２ｂの端部と第３のコイル素子１２ｃの端部とが対向する領域に絶縁層１４を設けておくことが望ましい。なお図２の（ｂ）では、わかりやすくするために絶縁層１４を設けた部分に斜線を施している。この絶縁層１４は磁心１１に埋設される部分のコイル素子１２に絶縁層を形成するときに同時に設けておくことが望ましい。このようにすることにより工程の簡略化を図ることができる。
　図４は、本開示の一実施の形態におけるインダクタ１０１の使用した装置５０１について説明するための図である。図４に示すように、２つ以上のインダクタ１０１が接続されることにより、多相電圧レギュレータを構成することができる。多相電圧レギュレータのある一つのインダクタ１０１に着目すると、上記第１のインダクタを構成する、第１のコイル素子１２ａの第１の外部電極１３ａおよび第３のコイル素子１２ｃの第３の外部電極１３ｃ（つまり、奇数番目のコイル素子１２につながる外部電極１３）は、電源５０２と負荷５０３との間の電源ライン１０３に接続される一次側電極である。また、上記第２のインダクタを構成する第２のコイル素子１２ｂの第２の外部電極１３ｂ（つまり、偶数番目のコイル素子１２につながる外部電極１３）は、各相を連動させるための結合ライン１０２に接続される二次側電極である。結合ライン１０２に接続される二次側のコイル素子１２は、結合コイルとも呼ばれる。結合コイル同士が２つ以上のインダクタ１０１間で接続されていることにより、各相の連動を図ることができる。
　（効果など）
　以上説明したように、実施の形態の第１態様に係るインダクタは、磁性材料粉と結合剤とを混合して加圧成形した直方体状の磁心１１と、磁心１１に埋設された複数のコイル素子１２と、を備え、磁心１１は、底面１１ａと、底面１１ａに対向する天面１１ｂと、底面１１ａと天面１１ｂとをつなぐ第１の側面１１ｃと、第１の側面１１ｃに対向する第２の側面１１ｄとを有し、複数のコイル素子１２の数は３以上の奇数であり、それぞれ平板コイルからなる。複数のコイル素子１２は、第１の側面１１ｃ側から第２の側面１１ｄ側に向けて順に重ねて配置されている。コイル素子１２の端部はそれぞれ底面１１ａから突出して底面１１ａに沿って折り曲げられることによる外部電極１３を構成する。複数のコイル素子のうち、第１の側面１１ｃ側から奇数番目のコイル素子である一部のコイル素子１２につながる外部電極１３は、一部のコイル素子１２の端部が第１の側面１１ｃに向けて折り曲げられることにより設けられ、Ｎ個のコイル素子のうち、第１の側面１１ｃ側から偶数番目のコイル素子である他部のコイル素子１２につながる外部電極１３は、他部のコイル素子１２の端部が第２の側面１１ｄに向けて折り曲げられることにより設けられている。
　このようなインダクタは、平板コイルを複数個重ね合わせる構成により、結合係数の大きなインダクタを得ることができ、Ｎを２で除した個数のコイル素子１２を例えば二次側コイルに用い、除算の余りの１個を含む残りのコイル素子１２を一次側コイルに用いることで、二次側コイルに比べて、常に、一次側コイルの直流抵抗を低い状態にでき、大電流に対応した、より改善されたインダクタを実現することができる。
　また、実施の形態の第２態様に係るインダクタは、第１態様に記載のインダクタであって、一部のコイル素子１２につながる外部電極１３は、電源ラインに接続される一次側電極であり、他部のコイル素子１２につながる外部電極１３は、結合ラインに接続される二次側電極である。
　これによれば、上記インダクタを、より改善されたインダクタとして用いることができる。
　また、実施の形態の第３態様に係るインダクタは、第１又は第２態様に記載のインダクタであって、底面１１ａにおいて、一部のコイル素子１２の端部と他部のコイル素子１２の端部とが対向する領域に絶縁層１４を設けた。
　これによれば、底面１１ａで第２のコイル素子１２ｂの端部と第３のコイル素子１２ｃの端部とが近接して対向する領域ができた場合に、第２のコイル素子１２ｂの端部および第３のコイル素子１２ｃの端部が導電性を有する状態となっていると、実装時に短絡が起こりやすくなる。そこで第２のコイル素子１２ｂの端部と第３のコイル素子１２ｃの端部とが対向する領域に絶縁層１４を設けてこのような短絡の可能性を低減することができる。つまり、短絡の可能性が低いという点で、信頼性の高いインダクタを実現できる。
　（その他の実施の形態等）
　以上、本開示の実施の形態および各変形例に係るインダクタ等について説明したが、本開示は、上記実施の形態および各変形例に限定されるものではない。本発明の主旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を実施の形態および各変形例に施したもの、並びに、実施の形態および各変形例における一部の構成要素を組み合わせて構築される別の形態も、本発明の範囲に含まれる。
　例えば、図１および図２では外部電極１３を第１の端面１１ｅ側または第２の端面１１ｆ側に引き出しているが、図５のように一部の外部電極１３を第１の側面１１ｃ側または第２の側面１１ｄ側に引き出しても構わない。このようにすることにより、実装基板での配線パターンの自由度を向上させ、配線パターンの直流抵抗を低減することができる。
　また、例えば、上記したインダクタを用いた電気製品又は電気回路についても、本開示に含まれる。電気製品としては、上述したインダクタを備えた電源装置や、当該電源装置を備える各種機器等が挙げられる。
　本開示に係るインダクタは、小型で大電流に対応でき、結合係数の大きなインダクタを得ることができ、産業上有用である。
１１　　磁心
１１ａ　　底面
１１ｂ　　天面
１１ｃ　　第１の側面
１１ｄ　　第２の側面
１１ｅ　　第１の端面
１１ｆ　　第２の端面
１２　　コイル素子
１２ａ　　第１のコイル素子
１２ｂ　　第２のコイル素子
１２ｃ　　第３のコイル素子
１２ｅ　　第１の部分
１２ｆ　　第２の部分
１２ｇ　　第３の部分
１２ｈ　　第４の部分
１２ｉ　　第５の部分
１２ｊ　　第６の部分
１２ｋ　　第７の部分
１３　　外部電極
１３ａ　　第１の外部電極
１３ｂ　　第２の外部電極
１３ｃ　　第３の外部電極
１４　　絶縁層
１５　　凹部
１０１　　インダクタ

Claims (4)

  1. 　直方体状の磁心と、
    　前記磁心に埋設された複数のコイル素子と、
    を備え、
    　前記磁心は、底面と、前記底面に対向する天面と、前記底面と前記天面とをつなぐ第１の側面と、前記底面と前記天面とをつなぎかつ前記第１の側面に対向する第２の側面とを有し、
    　前記複数のコイル素子の数は３以上の奇数であり、
    　前記複数のコイル素子は互いに平行に重なる平板コイルからそれぞれなり、前記磁心の前記第１の側面から前記第２の側面に向かう方向に配列されており、
    　前記複数のコイル素子の端部はそれぞれ前記磁心の前記底面から突出して前記底面に沿って折り曲げられて複数の外部電極を構成し、
    　前記複数の外部電極のうち、前記複数のコイル素子のうちの前記第１の側面側から奇数番目のコイル素子につながる外部電極は、前記奇数番目のコイル素子の端部が前記第１の側面に向けて折り曲げられることにより設けられ、
    　前記複数の外部電極のうち、前記複数のコイル素子のうちの前記第１の側面側から偶数番目のコイル素子につながる前記外部電極は、前記偶数番目のコイル素子の端部が前記第２の側面に向けて折り曲げられることにより設けられている、
    　インダクタ。
  2. 　前記奇数番目のコイル素子につながる前記外部電極は、電源ラインに接続される一次側電極であり、
    　前記偶数番目のコイル素子につながる前記外部電極は、結合ラインに接続される二次側電極である
    　請求項１に記載のインダクタ。
  3. 　前記底面において、前記奇数番目のコイル素子の前記端部と前記偶数番目のコイル素子の前記端部とが対向する領域に設けられた絶縁層をさらに備えた、
    　請求項１又は２に記載のインダクタ。
  4. 　前記磁心は、磁性材料粉と、前記磁性材料粉に混合された結合剤とを含む、
    　請求項１から３のいずれか一項に記載のインダクタ。
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