专利名称：层叠型磁性部件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及层叠具有电磁特性的片以形成绕组和磁心的层叠绕组。
背景技术：
近年来，伴随电子装置的小型化的快速的进展，作为重量轻、体积小且薄的层叠型磁性部件，层叠变压器越来越引人注目(例如参照下述专利文献1)。图6是以前的层叠变压器的分解立体图。图7是层叠后的图6中的VII-VII线纵剖面图。以下，根据这些附图来说明。
以前的层叠变压器80具备形成初级绕组81a、81c的初级绕组用的磁性片82b、82d；形成次级绕组81b、81d的次级绕组用的磁性片82c、82e；以及夹持磁性片82b～82e的磁性片82a、82g。
此外，在磁性片82e与磁性片82g之间插入用于改善磁饱和特性的磁性片82f。在磁性片82a～82e上设置连接初级绕组81a、81c的通孔90、91、92和连接次级绕组81b、81d的通孔93、94、95。在磁性片82a的下面设置初级绕组用的外部电极96、97和次级绕组用的外部电极98、99。在通孔90～96内充填导电体。磁性片82a～82g成为层叠变压器80的磁心。
再有，由于图6和图7是概略图，故严格地说，初级绕组81a、81c和次级绕组81b、81d的匝数或通孔90～96的位置在图6和图7中未对应。
在层叠变压器80的初级侧，电流按外部电极96通孔92→初级绕组81c→通孔91→初级绕组81a→通孔90→外部电极97的顺序或该相反的顺序流动。另一方面，在层叠变压器80的次级侧，电流按外部电极99通孔95→次级绕组81d→通孔94→次级绕组81b→通孔93→外部电极98的顺序或该相反的顺序流动。流过初级绕组81a、81c的电流在磁性片82a～82g中发生磁通100(图7)。该磁通100在次级绕组81b、81d中发生与匝数比对应的电动势。层叠变压器80就这样来工作。
在此，如果将初级绕组81a、81c的自感定为L1、将次级绕组81b、81d的自感定为L2、将初级绕组81a、81c与次级绕组81b、81d的互感定为M，则用下式来定义电磁耦合系数k。
k＝|M|/(L1·L2)(k≤1)电磁耦合系数k是变压器性能的指标之一，由于电磁耦合系数k越大，磁通漏泄(漏泄电感)约少，故电力变换效率高。
在层叠变压器80中，由于因在初级绕组81a、81c与次级绕组81b、81d之间是磁性体层(磁性片82c～82e)而发生磁通漏泄101(图7)，故不能得到充分的电磁耦合系数k。为了解决该问题，可考虑利用网板印刷或膏涂敷、在初级绕组81a、81c上和次级绕组81b、81d上设置电介质层(未图示)并利用从该电介质层扩散的物质来减小磁性体层的导磁率的技术(以下称为「现有技术」)。
〔应解决的课题〕但是，在该现有技术中存在以下那样的问题。
由于导电性物质(例如Ag粒子)从初级绕组81a、81c与次级绕组81b、81d扩散到在初级绕组81a、81c与次级绕组81b、81d上涂敷的电介质膏上而存在初级绕组81a相互间、初级绕组81c相互间、次级绕组81b相互间和次级绕组81d相互间的绝缘性下降的危险。这是由于例如利用有机溶媒等使膏成为液体状，故物质容易扩散。
此外，即使设置电介质层来减少磁通漏泄，初级绕组81a、81c与次级绕组81b、81d的间隔成为「磁性体层+电介质层」而变宽。由此，由于磁通漏泄容易进入该间隔中，故相反地在减小电磁耦合系数k的方向上起作用。因而，在现有技术中，增大电磁耦合系数k是极为困难的。
〔发明的目的〕因此，本发明的目的在于提供在维持绕组相互的绝缘性的原有状态下可增大电磁耦合系数的层叠变压器。
发明的公开与本发明有关的层叠型磁性部件具备混合片，将中央和周边作成磁性图案，将中央和周边以外的部分作成由非磁性体构成的电介质图案；初级绕组，位于上述电介质图案的一个面上而且位于上述中央的周围；次级绕组，位于上述电介质图案的另一个面上而且位于上述中央的周围；以及一对磁性片，夹持上述混合片、上述初级绕组和上述次级绕组，同时经上述磁性图案彼此相接。
所希望的是，混合片可以是一片，也可以是层叠了的多片。此外，所希望的是，如果初级绕组和次级绕组夹住混合片的电介质图案而对置，则可在混合片的一个面上交替地配置初级绕组和次级绕组，在另一个面上交替地配置初级绕组和次级绕组。在混合片是多片的情况下，可夹住这些混合片设置多个初级绕组和次级绕组。所希望的是，可在混合片上设置分别连接这些初级绕组相互间和次级绕组相互间的通孔。再有，这里所说的「非磁性体」，意味着具有至少比磁性片小的导磁率的物质。所谓「电介质片」，意味着具有至少比磁性片大的电阻率的片，被称为电介质片或绝缘片。
在现有技术的层叠型磁性部件中，由于初级绕组与次级绕组之间成为磁性体层，故因在该磁性体层中发生磁通漏泄，电磁耦合系数减小了。因此，在与本发明有关的层叠型磁性部件中，首先使初级绕组与次级绕组之间成为非磁性体层(电介质图案)。由于只通过这样做不能形成磁心，故将混合片的中央和周边作成磁性图案并用该磁性图案使一对磁性片接触来形成磁心。因而，在与本发明有关的层叠型磁性部件中，由于初级绕组与次级绕组之间成为非磁性体层(电介质图案)，故可抑制磁通漏泄。而且，与现有技术不同，由于没有必要在初级绕组和次级绕组上涂敷电介质膏来形成电介质层，故初级绕组相互间和次级绕组相互间的绝缘性不会恶化，初级绕组与次级绕组的间隔也不变宽。
此外，在较为理想的实施形态中，可在初级绕组或次级绕组与磁性片之间插入上述的混合片。该混合片起到提高初级绕组或次级绕组的绝缘性的作用。
在较为理想的实施形态中，混合片的磁性图案的膜厚与电介质图案的膜厚可相等。在该情况下，由于混合片的膜厚在各处都是恒定的，故夹持混合片的一对磁性片也变得平坦。
与本发明有关的层叠型磁性部件的制造方法是制造与本发明有关的层叠型磁性部件的方法。首先，在基板上涂敷磁性体膏，使该膏干燥，作成上述磁性片。
另外，在基板上将非磁性体膏涂敷成电介质图案的形状，同时在该基板上将磁性体膏涂敷成磁性图案的形状，使这些膏干燥，作成上述混合片。接着，在该混合片上或磁性片上涂敷导电体膏，使该膏干燥，作成初级绕组和次级绕组。接着，从基板剥离由此得到的磁性片和混合片，而且进行加压，作成层叠体，最后，对该层叠体进行烧制。
按照本发明，通过将初级绕组与次级绕组之间作成混合片的电介质图案、将混合片的中央和周边作成磁性图案并用该磁性图案使一对磁性片接触来形成磁心，由于可实现初级绕组与次级绕组之间是非磁性体层的层叠型磁性部件，故可抑制磁通漏泄。而且，与现有技术不同，由于没有必要在初级绕组和次级绕组上涂敷电介质膏来形成电介质层，故初级绕组相互间和次级绕组相互间的绝缘性不会恶化，初级绕组与次级绕组的间隔也不变宽。因而，在维持绕组相互的绝缘性的原有状态下可增大电磁耦合系数。再者，通过介入电介质图案来代替以前的磁性片，也可提高初级绕组和次级绕组的绝缘性。
此外，通过在一片混合片上形成电介质图案和磁性图案这两者，与层叠只由电介质构成的电介质片和只由磁性体构成的磁性片以形成相同的结构的情况相比，可减少片的数目，同时可简化层叠方法。除此以外，通过在初级绕组或次级绕组与磁性片之间插入与上述的混合片相同的片，由于能以电的方式保护初级绕组或次级绕组，故可提高绝缘性。
通过在混合片上设置分别连接初级绕组相互间和次级绕组相互间的通孔，与用引线片等连接初级绕组相互间和次级绕组相互间的情况相比，由于可简单地连接这些绕组，故可使制造变得容易。
通过磁性图案的膜厚与电介质图案的膜厚相等，由于混合片的膜厚在各处都是恒定的，故可使夹持混合片的一对磁性片变得平坦。因而，可在磁性片上高精度地形成布线图案等。
附图的简单的说明
图1是示出与本发明有关的层叠变压器的第一实施形态的分解立体图，图2是层叠后的图1中的II-II线纵剖面图。
图3是示出与本发明有关的层叠变压器的第二实施形态的分解立体图，图4是层叠后的图3中的IV-IV线纵剖面图。此外，图5是示出图3的层叠变压器的制造方法的工序图。
图6是以前的层叠变压器的分解立体图。图7是层叠后的图6中的VII-VII线纵剖面图。
具体实施例方式
其次，作为与本发明有关的层叠型磁性部件的实施形态，以层叠变压器为例，具体地来说明。图1是示出与本发明的第一实施形态(与权利要求1相对于)有关的层叠变压器的分解立体图，图2是层叠后的图1中的II-II线纵剖面图。以下，根据这些附图来说明。
本实施形态的层叠变压器10具备混合片14a，由在中央和周边上分别形成的中央磁性图案11a、周边磁性图案12a和在中央和周边以外的部分上形成的非磁性体的电介质图案13a构成；混合片14b，由在中央和周边上分别形成的中央磁性图案11b、周边磁性图案12b和在中央和周边以外的部分上形成的非磁性体的电介质图案13b构成；位于电介质图案13a的一个面上而且位于中央的周围的初级绕组15a；位于电介质图案13b的一个面上而且位于中央的周围的次级绕组15b；以及一对磁性片16a、16b，夹持混合片14a、14b、初级绕组15a和次级绕组15b，同时经中央磁性图案11a、11b和周边磁性图案12a、12b彼此相接。即，可换一种说法，初级绕组15a位于电介质图案13b的另一个面上，次级绕组15b位于电介质图案13b的一个面上。
此外，在混合片14a、14b和磁性片16a上设置连接初级绕组15a的通孔18、19和连接次级绕组15b的通孔20、21。在磁性片16a的下面设置初级绕组用的外部电极22、23和次级绕组用的外部电极24、25。在通孔18～21内充填导电体。中央磁性图案11a、11b、周边磁性图案12a、12b和磁性片16、17成为层叠变压器10的磁心。
再有，由于图1和图2是概略图，故严格地说，初级绕组15a和次级绕组15b的匝数或通孔18～21的位置在图1和图2中未对应。此外，在图2中，使膜厚方向(上下方向)比宽度方向(左右方向)放大来示出。
在层叠变压器10的初级侧，电流按外部电极22→通孔18→初级绕组15a→通孔19→外部电极23的顺序或该相反的顺序流动。另一方面，在层叠变压器10的次级侧，电流按外部电极24→通孔20→次级绕组15b→通孔21→外部电极25的顺序或该相反的顺序流动。流过初级绕组15a的电流在磁性片16a、16b中发生磁通26(图2)。该磁通26在次级绕组15b中发生与匝数比对应的电动势。层叠变压器10就这样来工作。
在层叠变压器10中，由于初级绕组15a与次级绕组15b之间成为非磁性体层(电介质图案13b)，故可抑制磁通漏泄。而且，与现有技术不同，由于没有必要在初级绕组15a和次级绕组15b上涂敷电介质膏来形成电介质层，故初级绕组15a相互间和次级绕组15b相互间的绝缘性不会恶化，初级绕组15a与次级绕组15b的间隔也不变宽。因而，在维持绕组相互的绝缘性的原有状态下可增大电磁耦合系数k。再者，通过介入电介质图案13b，也可提高初级绕组15a和次级绕组15b的绝缘性。
此外，混合片14a的中央磁性图案11a、周边磁性图案12a的膜厚与电介质图案13b的膜厚相等。混合片14b也是同样的。因此，由于混合片14a、14b的膜厚在各处都是恒定的，故夹持混合片14a、14b的一对磁性片16a、16b也变得平坦。
再有，通过在混合片14b的两面上分别形成初级绕组15a和次级绕组15b，也可省略混合片14a。也可不在混合片14b上形成次级绕组15b，而是在磁性片16b上形成次级绕组15b。也可在次级绕组15b与磁性片16b之间插入提高次级绕组15b的绝缘性的混合片。此外，关于各构成要素的材料或尺寸、整体的制造方法等，依据后述的第二实施形态。
图3是示出与本发明有关的层叠变压器的第二实施形态(与权利要求2至4相对应)的分解立体图。图4是层叠后的图3中的IV-IV线纵剖面图。以下，根据这些附图来说明。
本实施形态的层叠变压器30具备初级绕组形成用的混合片34a，由在中央和周边上分别形成的中央磁性图案31a、周边磁性图案32a和在中央和周边以外的部分上形成的非磁性体的电介质图案33a构成；次级绕组形成用的混合片34b，由在中央和周边上分别形成的中央磁性图案31b、周边磁性图案32b和在中央和周边以外的部分上形成的非磁性体的电介质图案33b构成；初级绕组形成用的混合片34c，由在中央和周边上分别形成的中央磁性图案31c、周边磁性图案32c和在中央和周边以外的部分上形成的非磁性体的电介质图案33c构成；次级绕组形成用的混合片34d，由在中央和周边上分别形成的中央磁性图案31d、周边磁性图案32d和在中央和周边以外的部分上形成的非磁性体的电介质图案33d构成；次级绕组保护用的混合片34e，由在中央和周边上分别形成的中央磁性图案31e、周边磁性图案32e和在中央和周边以外的部分上形成的非磁性体的电介质图案33e构成；位于电介质图案33a的一个面上而且位于中央的周围的初级绕组35a；位于电介质图案33b的一个面上而且位于中央的周围的次级绕组35b；以及一对磁性片36a、36b，夹持混合片34a～34e、初级绕组35a、35c和次级绕组35b、35d，同时经中央磁性图案31a～31e和周边磁性图案32a～32e彼此相接。
即，可换一种说法，初级绕组35a位于电介质图案33b的另一个面上，次级绕组35b位于电介质图案33b的一个面上，次级绕组35b位于电介质图案33c的另一个面上，初级绕组35c位于电介质图案33c的一个面上，初级绕组35c位于电介质图案33d的另一个面上，次级绕组35d位于电介质图案33d的一个面上。
在混合片34a～34c和磁性片36a上设置连接初级绕组35a、35c的通孔40、41、42。在混合片34a～34d和磁性片36a上设置连接次级绕组35b、35d的通孔43、44、45。在磁性片36a的下面设置初级绕组用的外部电极46、47和次级绕组用的外部电极48、49。在通孔40～45内充填导电体。中央磁性图案31a～31e、周边磁性图案32a～32e和磁性片36a、36b成为层叠变压器30的磁心。
再有，由于图3和图4是概略图，故严格地说，初级绕组35a、35c和次级绕组35b、35d的匝数和通孔40～45的位置在图3和图4中未对应。此外，在图4中，使膜厚方向(上下方向)比宽度方向(左右方向)放大来示出。
例示各构成要素的实际的尺寸。磁性片36a、36b的膜厚是100μm，宽度是8mm，深度是6mm。混合片34a～34e的膜厚是50μm，宽度是8mm，深度是6mm。初级绕组35a、35c和次级绕组35b、35d的膜厚是15μm，线宽是200μm。片的层叠数目在实用上约10～50片。
在层叠变压器30的初级侧，电流按外部电极46→通孔42→初级绕组35c→通孔41→初级绕组35a→通孔40→外部电极47的顺序或该相反的顺序流动。另一方面，在层叠变压器30的次级侧，电流按外部电极49→通孔45→次级绕组35d→通孔44→次级绕组35b→通孔43→外部电极48的顺序或该相反的顺序流动。流过初级绕组35a、35c的电流在中央磁性图案31a～31e、周边磁性图案32a～32e和磁性片36a、36b中发生磁通50(图4)。该磁通50在次级绕组35b、35d中发生与匝数比对应的电动势。层叠变压器30就这样来工作。
在层叠变压器30中，由于初级绕组35a、35c与次级绕组35b、35d之间成为非磁性体层(电介质图案33b～33d)，故可抑制磁通漏泄。而且，与现有技术不同，由于没有必要在初级绕组35a、35c和次级绕组35b、35d上涂敷电介质膏来形成电介质层，故初级绕组35a相互间、初级绕组35c相互间、次级绕组35b相互间和次级绕组35d相互间的绝缘性不会恶化，初级绕组35a、35c与次级绕组35b、35d的间隔也不变宽。因而，在维持绕组相互的绝缘性的原有状态下可增大电磁耦合系数k。再者，通过介入电介质图案33b～34d，也可提高初级绕组35a、35c和次级绕组35b、35d的绝缘性。
此外，混合片34a的中央磁性图案31a和周边磁性图案32a的膜厚与电介质图案33a的膜厚相等。混合片34b～34e也是同样的。因此，由于混合片34a～34e的膜厚在各处都是恒定的，故夹持混合片34a～34e的一对磁性片36a、36b也变得平坦。
图5是示出图3的层叠变压器的制造方法(与权利要求5相对应)的工序图。以下，根据该附图来说明。
图5中的混合片(B)、(C)、(D)、(E)、(F)与图3中的混合片34e、34d、34c、34b、34a相对应。图5中的磁性片(A)、(G)与图3中的磁性片36b、36a相对应。
首先，作成磁性体浆料(工序61)。磁性材料例如是Ni-Cu-Zn类。接着，通过使用刮浆法在PET(聚乙烯对苯二甲酸盐)膜上放置磁性体浆料，对磁性片进行成形(工序62)。接着，通过切断该磁性片，得到磁通形成用的磁性片(A)、(G)(工序63)。
另外，在作成磁性体膏(例如Ni-Cu-Zn类)(工序64)的同时，作成非磁性体膏(例如玻璃膏)(工序65)。接着，通过使用网板印刷法在PET膜上放置非磁性体膏，作成混合片(B)、(C)、(D)、(E)、(F)的电介质图案(工序66)。接着，通过使用网板印刷法在PET膜上放置磁性体膏，作成混合片(B)、(C)、(D)、(E)、(F)的磁性图案(工序67)。接着，对混合片(C)、(D)、(E)、(F)，利用冲压机等形成通孔(工序68)，通过对Ag类导电膏进行网板印刷，形成初级绕组和次级绕组，同时在通孔中充填导电体(工序69)。
接着，从PET膜剥离并层叠用工序63得到的磁性片(A)、(G)、用工序67得到的混合片(B)和用工序69得到的混合片(C)、(D)、(E)、(F)，使用静液压力机使这些片密接，成为层叠体(工序70)。接着，将该层叠体切断为既定的大小(工序71)。接着，在900℃左右同时进行烧制(工序72)。最后，通过形成外部电极，完成层叠变压器(工序73)。
再有，本发明当然不限定于上述实施形态。例如，混合片的片数、初级绕组和次级绕组的条数是多少都可以。初级绕组和次级绕组的形状不限于螺旋状，可堆叠多个L字状的绕组。
〔实施例〕在此，比较并示出本实施形态中的层叠变压器和现有技术中的层叠变压器的电特性的测定结果。作为本实施例使用的本实施形态与现有技术中的层叠变压器的结构如下所述。
①现有技术的变压器初级侧5匝/层，1层5匝次级侧5匝/层，2层10匝磁性体；使用初始导磁率100②-1 新的结构 层叠变压器10初级侧5匝/层，1层5匝次级侧5匝/层，2层10匝磁性体；使用初始导磁率100②-2 新的结构 层叠变压器10初级侧5匝/层，1层5匝次级侧5匝/层，2层10匝磁性体；使用初始导磁率500③-1 新的结构 层叠变压器30
初级侧5匝/层，3层15匝次级侧5匝/层，6层30匝磁性体；使用初始导磁率100③-2 新的结构 层叠变压器30初级侧5匝/层，3层15匝次级侧5匝/层，6层30匝磁性体；使用初始导磁率500而且，上述那样的①～③中的电特性值的结果如以下的表1中所示。
表1〔电特性值〕
※1-2次间的耐压特性 ①小于等于3KV ②8～10KV ③8～10KV产业上利用的可能性按照与本发明有关的层叠型磁性部件及其制造方法，由于使用片成形技术和厚膜形成技术可作成混合片、磁性片、初级绕组和次级绕组，故可高精度地、廉价地且大量地生产与本发明有关的层叠型磁性部件。
权利要求
1.一种层叠型磁性部件，其特征在于，具备混合片，将中央和周边作成磁性图案，将中央和周边以外的部分作成由非磁性体构成的电介质图案；初级绕组，位于上述电介质图案的一个面上而且位于上述中央的周围；次级绕组，位于上述电介质图案的另一个面上而且位于上述中央的周围；以及一对磁性片，夹持上述混合片、上述初级绕组和上述次级绕组，同时经上述磁性图案彼此相接。
2.如权利要求1中所述的层叠型磁性部件，其特征在于在上述初级绕组或上述次级绕组与上述磁性片之间插入将中央和周边作成磁性图案并将上述中央和周边以外的部分作成由非磁性体构成的电介质图案的混合片。
3.如权利要求1或2中所述的层叠型磁性部件，其特征在于层叠多片上述混合片，在上述混合片上设置有将这些混合片的电介质图案夹在中间的多个初级绕组的相互间和多个次级绕组的相互间分别连接的通孔。
4.如权利要求1、2或3中所述的层叠型磁性部件，其特征在于在上述混合片中，上述磁性图案的膜厚与上述电介质图案的膜厚相等。
5.一种制造如权利要求1至5的任一项中所述的层叠型磁性部件的方法，其特征在于在基板上涂敷磁性体膏，使该膏干燥，作成上述磁性片，另外，在基板上将非磁性体膏涂敷成上述电介质图案的形状，同时在该基板上将磁性体膏涂敷成上述磁性图案的形状，使这些膏干燥，作成上述混合片，在该混合片上或上述磁性片上涂敷导电体膏，使该膏干燥，作成上述初级绕组和上述次级绕组，将由此得到的上述磁性片和上述混合片从上述基板剥离后层叠起来，进行加压，作成层叠体，对该层叠体进行烧制。
全文摘要
本发明的层叠变压器(100)具备混合片(14a)，由在中央和周边上分别形成的中央磁性图案(11a)、周边磁性图案(12a)和在中央和周边以外的部分上形成的非磁性体的电介质图案(13a)构成；混合片(14b)，由相同的中央磁性图案(11b)、周边磁性图案(12b)和电介质图案(13b)构成；位于电介质图案(13a)的一个面上的初级绕组(15a)；位于电介质图案(13b)的一个面上的次级绕组(15b)；以及磁性片(16a、16b)，夹持混合片(14a、14b)、初级绕组(15a)和次级绕组(15b)，同时经中央磁性图案(11a、11b)和周边磁性图案(12a、12b)彼此相接。
文档编号H01F17/00GK1860562SQ0382718
公开日2006年11月8日 申请日期2003年9月29日 优先权日2003年9月29日
发明者铃木幸春, 小林利彦, 沟口俊巳 申请人:株式会社 田村制作所