专利名称：叠层电感的制作方法
技术领域：
本发明涉及叠层电感。
以往的叠层电感，其结构为例如在由Ni-Zn-Cu类铁氧体材料等形成的磁性薄片上，把以Ag为主要成分的内部电极用的导电性胶体涂成规定的图案后，将这种磁性薄片叠层。这里，各磁性薄片上形成的内部电极通过通孔在相邻的层间相互连接。因此，在叠层体内形成线圈。又，在叠层体的两端上，形成了与内部电极连接的外部电极。
以往的叠层电感具有如图7所示的直流叠加特性。图7是表示以往叠层电感的直流叠加特性的曲线图。图的横轴是叠加的直流电流，纵轴是电感值。如图7的曲线所示，以往的叠层电感，当叠加直流电流逐渐变大时，在某一电流值前具有大致上恒定或者缓慢下降的电感值。但是此后，在内部产生磁饱和，电感值急剧下降。因此，作为电感，不能完全实现其功能。
但是近年，期望叠层电感与以往的不同，具有任意的直流叠加特性。例如，在具有省电模式的小型设备的开关电路中作为扼流线圈使用的电感，要求有如下的特性。也就是，当该设备按省电模式运作时，虽然叠层电感的负荷电流值变小，但工作频率降低，因而与通常模式比较，需要大数倍到数十倍的电感值。但是，以往的电感，在可用电流范围中，具有大致上恒定或者缓慢下降的电感值，因此，是不适合这样的用途的。
本发明的目的是，提供可获得任意的直流叠加特性的叠层电感。
为了实现此目的，本发明提供了一种具有将形成线圈的导体与绝缘体叠层而形成的叠层体的叠层电感，其特征在于，上述导体相互连接，以便形成将绝缘体的叠层方向作为轴向的线圈，上述叠层体将高磁导率磁性体组成的多个第1绝缘体和配置在叠层体内层且由低磁导率磁性体或者非磁性体组成的至少1个以上的第2绝缘体叠层而成，上述第2绝缘体配置在叠层体内使得由该第2绝缘体在叠层方向上分割的各区域的电感元件因大小不同的叠加电流而产生磁饱和。
根据本发明，在叠层体内层，至少叠着由低磁导率的磁性体或是非磁性体组成的第2绝缘体，因此叠层体内，在据上述第2绝缘体分割的区域分别形成闭合磁路。也就是，以往的叠层电感，在叠层体内总共形成了一个大的闭合磁路，但本发明的叠层电感，在上述的各分割区域间没有磁通的耦合或者磁通大幅度减弱，因此在各区域分别形成小的闭合磁路。
这里，使在各区域中的电感元件，因大小不同的叠加直流电流值而产生磁饱和，因此当流过叠层电感的叠加电流逐渐增大时，电感值分级下降。因而，适当调整第2绝缘体带来的分割数、据第2绝缘体所分割的区域中第1绝缘体的导磁率大小等绝缘体的组成、块数、厚度、线圈的匝数等等，由此能够容易地获得具有任意直流叠加特性的叠层电感。
本发明上述以外的目的、构成以及效果，在以下详细说明中会清楚。
图1是第1实施形态的叠层电感的外观立体图。
图2是第1实施形态的叠层电感在图1A-A’箭头所示方向的剖视图。
图3是第1实施形态的叠层体的分解立体图。
图4是第1实施形态的表示叠层电感的直流叠加特性的曲线图。
图5是第2实施形态的叠层电感的剖视图。
图6是第2实施形态的叠层体的分解立体图。
图7是表示以往的叠层电感的直流叠加特性的曲线图。
本发明的第1实施形态的叠层电感，以图1-图3为参考来进行说明。图1是第1实施形态叠层电感的外观立体图，图2是第1实施形态的叠层电感在图1A-A’箭头所示方向的剖视图，图3是第1实施形态的叠层体的分解立体图。并且，对于图2和图3，为了说明的方便，线圈的匝数是不同的。
如图1所示，叠层电感100具有由磁性或者非磁性的绝缘材料组成的大致矩形的叠层体110，以及在叠层体110的纵向两端上形成的一对外部电极120。
叠层体110的结构，如图2所示，形成将Ni-Zn-Cu类铁氧体材料组成且具有高磁导率的第1强磁性体层111、Ni-Zn-Cu类铁氧体材料组成的且比上述第1强磁性体层磁导率小的强磁性体层112，以及Zn-Cu类铁氧体材料组成的非磁性性(磁导率μ=1)的非磁性体层113叠层。在叠层体110的内层，形成了非磁性体层113。
这里，第2强磁性体层112的磁导率，最好是第1强磁性体层磁导率的1／2以下。在匝数相同的情况下，可以获得2倍以上的叠加直流电流值。
又，第1强磁性体层111、第2强磁性体层112，最好各自与非磁性体层113的线膨胀系数相差较小。这是由于，两者的线膨胀系数相差大，则在叠层电感安装时等，有时会在叠层体110上产生裂缝和弯曲。具体地说，最好膨胀系数相差2×10-7／℃以下。
又，由于各层组成相互不同，在叠层体110的侧面，层间形成断坡，此段差最好在30μm以下。这是由于外部电极120形成时，有时会出现成品率降低。
又，非磁性体层113的厚度，以5～100μm的程度为佳，厚度为10～50μm的程度则更好。这是由于不满5μm时欠佳，耦合变得不稳定，电特性产生偏差；比100μm大时，不适合小型化。再者，本实施形态的叠层电感，叠层方向的厚度约为1．2mm。
又，如图2所示，在叠层体110中埋下形成线圈的导体即内部电极114。内部电极114形成的线圈，其轴向(即线圈内部磁通形成方向)为叠层体110的叠层方向(在图2上是纸面的上下方向)。内部电极114形成的线圈，其一端从叠层体110的一端面引出，另一端从叠层体110的另一端面引出。从叠层体110端面引出的内部电极114与上述外部电极120连接。内部电极114以及外部电极120，各自由Ag或者以Ag为主要成分的金属材料组成。
参照图3，对叠层体110进行更加详细的结构说明。如图3所示，叠层体110具有将多块带绝缘性的铁氧体薄片加以叠层的结构。也就是，叠层体110将具有高磁导率的多块第1铁氧体薄片115、比第1铁氧体薄片115磁导率低的第2铁氧体薄片116，以及非磁性的多块(图上为1块)第3铁氧体薄片117叠层为一体。由第1铁氧体薄片115形成上述第1强磁性体层111，由第2铁氧体薄片116形成上述第2强磁性体层112，由第3铁氧体薄片117形成上述第3非磁性体层113。
第1铁氧体薄片115以及第2铁氧体薄片116中，除叠层体110外层的数块(在图上是，上层一侧的2块及下层一侧的3块)外，形成规定图案的内部电极114。又，在第3铁氧体薄片117也形成了内部电极114。在各薄片上形成的内部电极114的端部通过通孔(图示省略)与相邻薄片的内部电极114连接，使叠层体110整体上形成1个线圈。又，相当于线圈的线卷绕始开端或者卷绕末端的内部电极114的端部，与薄片边缘形成的引出部分114a相连接。
在叠层体110内层配置第3铁氧体薄片117。具体地说，第3铁氧体薄片117配置在多块第1铁氧体薄片115和多块第2铁氧体薄片116之间。这样，抑制了，在第1铁氧体薄片115形成的第1强磁性体层111与第2铁氧体薄片116形成的第2强磁性体层之间的磁场耦合。这样的结果是，如图实线箭头所示，对于第1强磁性体层111和第2强磁性体层112中，分别形成强度不同的磁场。因此，在由第3铁氧体薄片117在叠层方向上分割的叠层体110的各区域，也就是，在上述第1强磁性体层111以及第2强磁性体层112上，该区域的电感元件会因大小不同的叠加直流电流而产生磁饱和。
下面，对叠层电感110的制造方法进行说明。还有，这里要对汇总多个叠层电导100一起制造情况进行说明。
首先，制成第1铁氧体薄片、第2铁氧体薄片以及第3铁氧体薄片。具体地说，在由FeO2，CuO，ZnO，NiO组成的、煅烧粉碎后的微细粉末中加入乙基纤维素、松油醇，将这些匀混后，得到铁氧体胶体。将这些铁氧体胶体用刮片法等制成薄片，从而得到第1铁氧体薄片。第2铁氧体薄片使用与上述第1铁氧体薄片相同的材料，改变其混合比，制作成磁导率比第1铁氧体薄片低。第2铁氧体薄片的制作方法与第1铁氧体薄片相同。而且，以FeO2，CuO，ZnO，为主要材料的铁氧体微细粉末作为原料，同样地制作成非磁性的第3铁氧体薄片。
其次，在这些第1～第3铁氧体薄片上，通过用金属模冲孔或激光加工等手段，形成了通孔。接着，在第1～第3铁氧体薄片上，按规定的图案印刷导电性胶体。这里作为导电向性胶体，采用例如以Ag为主要成分的金属胶体。
其次，将这些第1～第3的铁氧体薄片叠层、压合，得到层叠层体，使得层间的导电性胶体通过通孔相互连接。这里，第1～第3铁氧体薄片参照图3，如上文所述那样按规定的顺序叠层。
其次，将薄片叠层体切断使形成单位尺寸，从而得到叠层体110。接着，将这个被切断了的叠层体在空气中，于约500℃下加热1小时，除去胶结料成分。再次，将此叠层体，在空气中，于约800～900℃下烧固2小时。
接着，在叠层体110的两端部上，使用浸渍法等涂敷导电性胶体。再将叠层体110在空气中，于约600℃下，烧固1小时，由此形成了外部电极120。在这里，作为导电性胶体，使用了与内部电极形成用的相同的材料。最后，对外部电极120进行电镀处理，得到叠层电感100。
这样的叠层电感100，在叠层体110的内层，形成了由第3铁氧体薄片117构成的非磁性体层113。因此，在叠层体110内，由该非磁性体层113分割的区域即第1强磁性体层111以及第2强磁性体层112上，分别形成了闭合磁路。也就是说，以往的叠层电感100是在叠层体内，整体上形成一个闭合大磁路，然而，本发明涉及的叠层电感100，在第1强磁性体层111以及第2强磁性体层112间，没有磁通的耦合或者磁通的耦合大幅度减弱，因此分别在各区域形成强度不同的磁场。由此，各区域中的电感元件，具有不同的直流叠加特性。
对本实施形态涉及的叠层电感100的直流叠加特性，以图4为参考来进行说明。图4是表示第1实施形态的叠层电感的直流叠加特性的曲线图，横轴表示叠加直流电流，纵轴表示电感值。又，在图4中，实线表示本实施形态的叠层电感110的直流叠加特性，虚线表示在第1强磁性体层111上的电感元件的直流叠加特性，点划线表示在第2强磁性体层112上的电感元件的直流叠加特性。
从图4可以知道，对于本实施形态的叠层电感110，在叠加直流电流足够小的范围内，具有大的电感值。此电感值是，在第1强磁性体层111上的电感元件的值与第2强磁性体层112上的电感元件的值的和。当叠加直流电流逐渐增大时，在第1强磁性体层111上的电感元件产生磁饱和，使电感值急剧下降。但是，第2强磁性体层112的电感元件由于没有产生磁饱和，叠层电感100的电感值主要为第2强磁性体层112的电感元件的值。当叠加直流电流进一步增大时，在第2强磁性体层112上的电感元件也产生磁饱和，使叠层电感100的电感值急剧下降。
这样，本实施形态的叠层电感110具有与以往的叠层电感不同的直流叠加特性。即，根据叠加直流电流的不同大小，具有2个电感值。具体地说，具有当叠加直流电流小时，电感值大，当叠加直流电流大时，电感值变小的特性。因而，成为例如上文所述那样具有省电模式的小型设备中开关电源电路扼流线圈等适用的电感元件。而且，在由非磁性体层113分割的各区域上，磁场强度与以往相比，变小了，因此，叠层电感110的电感值变小。但是，调整叠层体的分割数及内部电极的形成图案等，由此可得到具有所要求的电感值，同时在所需电流值范围内，具有任意的直流叠加特性的叠层电感。
本发明的第2实施形态，参考图5及图6进行说明。图5是第2实施形态叠层电感的剖视图，图6是第2实施形态叠层体的分解立体图。并且，图5和图6中，为了说明的方便，线圈的匝数等是不同的。
本实施形态的叠层电感200与第1实施形态涉及的叠层电感100的不同点在于叠层体210的叠层结构中。由于其它的结构与第1实施形态一样，这里只对不同点进行说明。
此叠层电感200的叠层体210，其结构如图5所示，形成将由Ni-Zn-Cu类的铁氧体材料组成且具有高磁导率的第1强磁性体层211、由Ni-Zn-Cu类铁氧体材料组成且比上述第1强磁性体层的磁导率小的强磁性体层212，以及由Zn-Cu类的铁氧体材料组成的非磁性(磁导率μ=1)的非磁性体层213加以叠层。这里与第1实施形态的不同点是，非磁性体层213在叠层体210的内层形成的同时，也在外层一侧上形成。
也就是，如图6所示，叠层体210的结构形成是将具有高磁导率的第1铁氧体薄片215、比第1铁氧体薄片215磁导率低的第2铁氧体薄片216，以及非磁性的第3铁氧体薄片217叠层为一体。因此，第1铁氧体薄片215形成上述第1强磁性体层211，第2铁氧体薄片216形成第2强磁性体层212，第3铁氧体薄片217形成非磁性体层213。这里，叠层体210外侧的数块(在图上是上层一侧的3块以及下层一侧的2块)是低磁导率的第3铁氧体薄片217。
这样的叠层体电感200，在叠层体210的外层具有由第3铁氧体薄片217形成的非磁性体层213，因而在第1强磁性体层211以及第2强磁性体层212上产生的磁通，难于漏泄到叠层电感100的外侧。由此，能够得到确实具有任意直流叠加特性的叠层电感210。关于其它的作用、效果及制造方法，是与第1实施形态相同的。
还有，本发明记载的实施形态是示例的，并没有限定。本发明的范围由所附权利要求表示，落入这些权利要求含义中全部变形例包含在本发明中。
例如，对于第1及第2实施形态，在叠层体内层形成的非强磁性体层取为非磁性(μ=1)的，但本发明并没有对此进行限定。也就是，为了抑制强磁性体层间的磁场耦合，可以由磁导率低的磁性体构成。例如，可用与强磁性体层同类的铁氧体材料所组成的低磁导半导率磁性体。这样的场合，低磁导率的磁性体最好具有，磁导率最低的强磁性体层1／3以下的磁导率。如果，磁导率为1／3以下，则线圈数有2倍以上的差别时，磁场强度的差为10倍以上，因而就能够抑制与其它磁场的耦合。
又，第1以及第2实施形态中，在叠层体的内侧，形成1个非强磁性体层，也就是将1块第3铁氧体薄片叠在内层，把叠层体内的强磁性体区域分割为两部分，但本发明没有对此进行限定。即，也可在叠层体内层形成了2个以上的非强磁性体层，换句话说，也可利用将2块以上的第3铁氧体薄片叠在内层，把叠层体内的强磁性体区域分割为3个以上的部分。在这种情况下，能够得到形成更复杂特性曲线的直流叠加特性的叠层电感。
又，第1以及第2实施形态中，由非磁性体层分割的第1强磁性体层以及第2强磁性体层，它们各自由块数相同的第1铁氧体薄片以及第2铁氧体薄片构成，同时两者的磁导率不同，由此使上述两磁性体层中的电感元件，在不同的叠加直流电流下产生磁饱和，然而，本发明对此并没有限定。也就是说，也可利用将磁导率相同的第1以及第2铁氧体薄片分别叠层不同块数，使非磁性体层所分割的各区域上的电感元件在不同的叠加直流电流下产生磁饱和。再者，也可借助采用磁滞曲线不同的磁性体，或调整线圈匝数，使各区域的电感元件，在不同的叠加直流电流下产生磁饱和。
又，第1以及第2实施形态中，作为叠层电感的一个例子，示出了具有一个线圈的叠层电感，然而，本发明并没有对此进行限定。例如，也可以是，具有多个线圈的叠层电感阵、叠层变压器、叠层共模扼流线圈等等。再者，也可以是，在叠层体内，具有电感以外的其它元件(例如电容)的叠层LC复合部件以及叠层滤波器等等。
又，第1以及第2实施形态中，叠层体利用薄片叠层法形成，但也可以利用印刷法形成。
又，第1以及地第2实施形态中，作为叠层电感有用的用途，示出了电源电路扼流线圈的例子，但本发明没有对此进行限定。即使是其它电子电路(例如信号系统的电路)，本发明涉及的叠层电感也是有用的。
权利要求
1．一种叠层电感，它具有将形成线圈的导体与绝缘体叠层而形成的叠层体，其特征在于，所述述导体相互连接着，以便形成将绝缘体的叠层方向作为轴方向的线圈，所述叠层体将由高磁导率的磁性体组成的多个第1绝缘体和配置在叠层体内层且由低磁导率的磁性体或者非磁性体组成的至少1个以上的第2绝缘体叠层而成，所述第2绝缘体配置在叠层体内，使得由该第2绝缘体在叠层方向上分割的各区域的电感元件，分别因大小不同的叠加直流电流而产生磁饱和。
2．根据权利要求1所述的叠层电感，其特征在于，在由所述第2绝缘体分割的1个区域上的第1绝缘体具有与其它区域上的第1绝缘体的磁导率值不同的磁导率。
全文摘要
使叠层体具有将强磁导率的多个第1磁性体及低磁导率或者非磁性的第2磁性体叠层而成的结构。这里,配置第2磁性体,以便各第1磁性体上的电感元件因大小不同的叠加直流电流而产生磁饱和。因此,能得到具有任意的直流叠加特性的叠层电感。
文档编号H01F27/28GK1282968SQ00122560
公开日2001年2月7日 申请日期2000年8月3日 优先权日1999年8月3日
发明者牧秀哉, 渡丸昌典, 星健一 申请人:太阳诱电株式会社