JPH03280511A - 強磁性体箔の磁場中熱処理法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、直流重畳特性を改善した平面インタフタを得
るために用いる強磁性体箔の磁場中熱処理法に関する。

（従来の技術） 従来、スパイラル状またはつづら折れ状の導体コイルの
両面を絶縁層を介して強磁性体層で挾んだ構造の平面イ
ンダクタが知られている。第１図（Ａ）は、このような
平面インダクタの一例を示す平面図であり、　同図ＣＢ
）は、同図（Ａ）のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。

第１図中１は、バイラル状導体コイルである。

スパイラル状導体コイル１は、絶縁層３ｂの両面にスパ
イラルコイル２ａ、２ｂを設けている。スパイラルコイ
ル２ａ、２ｂは、スルーホール４を介して電気的にかつ
各スパイラルコイル２ａ、２ｂに同方向の電イが流れる
ように接続されている。

ここで、第１図（Ａ）中の実線及び破線は、それぞれ絶
縁層３ｂの表面側及び裏面側にあるスパイラルコイル２
ａ、２ｂの中心の軌跡を表している。このスパイラル状
導体コイルｌの両面を絶縁層３ａ、３ｃを介して強磁性
薄帯又は強磁性薄膜５ａ、５ｂで挟むことにより平面イ
ンダクタが構成されている。以上の各部材からなる平面
インダクタの端子６ａ、６ｂ間にインダクタンスが形成
される。

（発明が解決しようとする課題） このような平面インダクタは、例えばＤＣ−ＤＣコンバ
ータなどの出力側のチョークコイルに適用される。この
場合、平面インダクタには直流が重畳された高周波電流
が流れるので、良好な直流重畳特性が要求される。

ところが、従来の平面インダクタは、直流重畳特性が悪
い問題があった。これは、従来使用されている強磁性薄
帯の磁気特性が不適当なためである。すなわち、第１図
の平面インダクタの場合、磁束は両面の強磁性薄帯５ｇ
、５ｂの面内方向を流れる。このため、高インダクタン
スを得るためには高透磁率強磁性薄帯が必要となる。し
かしながら、高透磁率強磁性薄帯の飽和磁化が低い場合
には、小さな直流磁場が重畳されても磁束密度が飽和し
てインダクタンスが低下し、直流重畳特性が悪くなる。

例えば、高透磁率強磁性体としてはＣＯ系非晶質合金が
知られている。しかし、その飽和磁化はフェライトより
も高いものの充分ではな、＜、直流重畳特性は悪い。

なお、強磁性薄帯としてＣＯ系非晶質合金を用いる場合
でも、これを積層すれば直流重畳特性をある程度改善す
ることができる。しかし、非晶質合金を積層すれば、そ
れだけ平面インダクタの厚さが増すため、平面インダク
タを薄形のものにできない問題がある。

このように平面インダクタの直流重畳特性が悪いと、イ
ンダクタンスが低下し、制御が困難になってＤＣ−ＤＣ
コンバータの効率が低下する。そノ結果、ＤＣ−ＤＣコ
ンバータ等へ適用できなくなる問題があった。

更に、平面インダクタは、平面コイルの両面に強磁性体
層を有する、いわゆる外鉄型構造を有する。このため、
コイル電流により発生するジュール熱の放熱性が悪く、
平面インダクタの温度は上昇し易すい。

例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力側のチョークコイ
ルに適用する場合には、平面インダクタに大きな直流電
流（例えば２Ｗ級では０．５Ａ程度）が流れるので、平
面インダクタの温度はかなり上昇する。

一方、強磁性体層に使われる高透磁率材は、般に温度が
上昇すると実効透磁率が著しく変化し、平面インダクタ
のインダクタンスも著しく変化する。そのため、ＤＣ−
ＤＣコンバータの制御性能が低下し、効率が低下する等
の問題点を生じる場合がある。

従って、このような問題を解決するためには、平面イン
ダクタの放熱性を良くし、温度上昇を少なくする必要が
ある。

本発明は、これらの問題を解決するためになされたもの
であり、優れた放熱特性を有し、直流重畳特性の良好な
平面インダクタを容品に得ることができる強磁性体層の
磁場中熱処理法を提供するものである。

［発明の構成コ （３題を解決するための手段と作用） 本発明は、複数のスパイラルコイルを同一平面上に並べ
、相隣接する前記スパイラルコイルに互いに逆方向の磁
束が生じるように電流が流れるように前記複数のスパイ
ラルコイルを結線し、この平面内に磁束ループを描く領
域を形成するように磁場中熱処理用平面状コイルを構成
し、次いで、該磁場中熱処理用平面状コイルが形成する
磁束ループ領域に強磁性体層を重ね、該コイルに直流電
流を流しながら、次に、これに強磁性体のキュリー温度
よりも低い温度で熱処理を施して前記強磁性体層に磁化
容易軸を付与することを特徴とする強磁性体層の磁場中
熱処理法である。

磁束ループは、磁束の向きが違っていても方向として見
た場合に、ループを描いているものであれば良い。より
具体的には、４つの正方形状スパイラルコイルを同一平
面上に外周辺部が各スパイラルコイルの一辺の長さの２
倍の正方形状を形成するように並べ、相隣接する前記ス
パイラルコイルに互いに逆方向の磁束が生じるように電
流が流れるように前記４つのスパイラルコイルを結線し
て磁場中熱処理用平面状コイルを構成し、次いで、該磁
場中熱処理用平面状コイルの中央部に強磁性体層をコイ
ルの片面又は両面に重ね、かつ、該コイルに直流電流を
流し、次に、これに強磁性体のキュリー温度よりも低い
温度で熱処理を施して前記強磁性体層に周囲方向に回転
する磁化容易軸を付与することを特徴とする強磁性体層
の磁場中熱処理法である。なお、４つのコイルに限らず
更に細分化しても良いことは勿論である。

ここで、スパイラル導体コイルは、通常、例えば第１図
に示すように、絶縁層の表面及び裏面にスパイラルコイ
ルを設けて各スパイラルコイルをスルーホールで接続し
た構造のスパイラル状２層導体コイルを指す。

なお、端子の取出しに支障が生じなければ、スパイラル
状導体コイルとしては、スパイラルコイルが１層だけの
ものでもよい。また、スパイラル状導体コイルを積層す
ると、インダクタンスは増大するが、この場合スパイラ
ル状導体コイル間に絶縁層のみを介在させ、強磁性薄帯
を介在させないことが望ましい。これは、スパイラル状
導体コイル間に強磁性薄帯を介在させてもインダクタン
スの増大にはほとんど寄与せず、かえって平面インダク
タ全体の厚さを増大させて単位体積当りのインダクタン
スを低下させるからである。

また、平面状導体コイルは、例えばＡｆｉＮ板のような
放熱性の良いセラミック板の上にスパイラルコイルを設
けたものとするのが好ましい。

すなわち、熱伝導度の大きな絶縁体として、例えばＡＩ
Ｎ等が知られている。／ＩＮの室温における熱伝導度を
、他の絶縁体と比較すると比較的大きな熱伝導度を有す
るＡｆ１２０３でも３５Ｗ／ｍ−に程度の値を有してい
るが、Ａｌ）Ｎは、７０Ｗ／ｍ−に程度とかなり大きな
値を有している。

また、これら熱伝導度の良いセラミックの誘電率は、小
さい方が好ましい。つまり、スパイラルコイルの基板に
、Ａ、９Ｎ等の基板を用いれば、コイル電流により生じ
るジュール熱が、ＡｇＮ等の基板を通って平面インダク
タの側面から放熱される。この結果、スパイラルコイル
の基板に他の絶縁体を用いた場合に比べて、平面インダ
クタの温度上昇を小さくして、放熱性の良い平面インダ
クタを得ることができる。

なお、コイルはスパイラル状のみならず、つづら折れ状
でも良い。

一般に、磁性体に磁気異方性を付与した場合、磁化容易
軸方向と直角の方向に磁化させようとすると、磁化を飽
和させるために大きな磁場を必要とする。換言するなら
ば、平面インダクタの場合、スパイラルコイル又はその
積層体の両面に設けた磁性体箔に流れる磁束の方向と直
角方向に磁化容易軸を付与しておけば、コイルに直流電
流が流れても磁化は飽和し難い。このため、インダクタ
ンスが著しく低下するようなことはなく、優れたインダ
クタンスの直流重畳特性が得られる。

一方、平面インダクタにおける磁路は、第２図に示すよ
うに中心から放射状に周囲方向に向いている。従って、
磁路と直角な周囲方向に磁化容易軸を付与した磁性体箔
を用いれば、インダクタンスの直流重畳特性の良い平面
インダクタを得ることができる。

以下、本発明の実施例について詳細に説明する。

実施例１ スパイラルコイルには、２５μ腸のポリイミドフィルム
（絶縁層３ｂ）の両面に１００μｔａ厚のＣｕ箔を両張
りして中央部のスルーホール４を通して接続した両面Ｆ
ＰＣ板（フレキシブルプリント回路板）を用いた。この
ＦＰＣ板の両面のＣｕ箔をエツチングして、外形寸法２
０＋ａｍＸ２０關。

巻線数４０．コイル線幅２５０μｍ、コイルピッチ５０
０μ釦のスパイラルコイル２ａ、　　２ｂを得た。

磁性体には、単ロール法により作製した幅２５關、平均
厚さ１６μｍの（ＣＯｏ、ｓｓＦ　ｅ　６，６６Ｎ　ｂ
Ｏ，０２Ｎ　ｊ　Ｏ，０４）　７５Ｓ　ｊ　ｒｏＢ　＋
ｓなる組成の非晶質合金薄帯より切り出した１辺が２５
−■の正方形状の箔を用いた。

磁性体箔に周囲方向に磁化容易軸を付与する時には、第
３図に示すような平面コイルを用いた。

すなわち、４つの両面スパイラルコイルを同一平面状に
並べ相隣接するスパイラルコイルにはお互いに逆方向に
磁束が生じるように電流が流れるようにして、４つのス
パイラルコイルを結線した。

第３図では、スパイラルコイルの中心点の軌跡を示して
いる。実線及び破線は各々、ベースフィルムの表側及び
裏側のスパイラルコイルの中心点の軌跡を示す。

このコイルの上に、磁性体箔を重ね、直流電流（矢印）
を流した場合、この磁性体箔の中を通る磁束の方向は第
４図ＣＢ）に示すような方向になる。同図では磁性体箔
中の磁束の方向を太矢印で示している。つまり、第４図
（ｂ）に示すようにこのコイルの中央に磁性体箔を重ね
てコイルに直流電流を流すと、大矢印方向に磁化され、
この状態で直流電流を流しなからキュリー温度以下の温
度にて熱処理を行うと、磁性体箔の周囲方向に磁気異方
性が付与される。このコイルの下側にも磁性体箔を重ね
れば向きは逆であるが上に重ねたものと同じ方向に磁気
異方性が付与される。

実施例１では、磁気異方性付与のためのコイルとして、
スパイラルコイルを４個第３図のように並べ、結線した
ものを用いた。この両面に予め歪取り熱処理を施した非
晶質合金箔を重ね、コイルに０．２Ａの直流電流を流し
ながら２００℃で３０分Ｎ２ガス中で熱処理を行い、磁
気異方性を付与した。

このようにして得たスパイラルコイルの両面に、厚さ７
μｍのポリイミドフィルムを介して、磁気異方性を付与
した非晶質合金箔を積層し、平面インダクタを作製した
。

比較例１ 磁気異方性を付与しない非晶質合金箔を用いたこと以外
は実施例１と同じ方法で平面インダクタを作製した。

実施例１及び比較例１の平面インダクタについて、１０
ｋｌｌｚにおけるインダクタンスＬの直流重畳特性を測
定した結果を第５図に示す。第５図から明らかなように
、本発明の方法を用いて周囲方向に磁化容易軸を付与し
た強磁性体層を用いることによってＬの直流重畳特性が
改善されることが確認された。

次に、本発明において更に放熱特性の改善を図った実施
例について説明する。

実施例２ ２００μ腸厚のｊｌＮ基の両面に１００μｍ厚の銅箔を
接着して作製した積層体の両面にエツチングを施した。

これによ７て、外形寸法１０關。

巻線数４０．コイル線幅２００μ曇、コイル線圧１００
μ鋤、コイル線ピッチ２５０μ腸の正方形状の両面スパ
イラルコイルを得た。この両面スパイラルコイルの両面
に厚さ７μ腹のポリイミドフィルムを介して強磁性層を
積層して平面インダクタを作製した。

強磁性層には、単ロール法により作製した幅２５龍、厚
さ１５μｍの（ＣＯｏ、ｓｓＦ　ｅｏ、ｏ６Ｎｂｏ。

０２Ｎ　ｊ　Ｏ，０４）　７．Ｓ　ｉ　＋ｏＢ　＋、な
る組成を有する非晶質合金薄帯より切出して作製した１
５ｍｍの箔を用いた。

比較例２ ２００μ國厚のポリイミドフィルム（熱伝導度０．９　
Ｗ／　ｍ−ｋ　）の両面に厚さ１００μｇの銅箔を接着
して作製した積層板の両面にエツチングを施すことによ
り外形寸法１０鰭１巻線数４０．コイル線幅２００μ園
、コイル線圧１００μｍ、コイル線ピッチ２５０μ−の
正方形状の両面スパイラルコイルを作製した。この両面
スパイラルコイルを用いたこと以外はすべて実施例２と
同じ方法により平面インダクタを作製した。

実施例２及び比較例２の平面インダクタに０．５Ａの直
流電流を１０分間流し続けた後のコイル抵抗の上昇値よ
りコイルの温度上昇値を算出した。

この結果、実施例２の平面インダクタに関しては温度上
昇値は１３℃であり、比較例２の平面インダクタに関し
ては温度上昇値は１２０℃であった。

［発明の効果コ 以上詳述したように、本発明にかかる磁場熱処理法によ
れば、優れた放熱特性を有し、直流重畳特性の良好な平
面インダクタを容易に得ることができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）は、本発明に係る平面インダクタの平面図
、同図（Ｂ）は、同図（Ａ）のＡ−Ａ’線に沿う断面図
、第２図は、平面インダクタの磁路を示す図、第３図は
、磁°性体層に周囲方向の磁気異方性を付与する時に用
いるコイルの平面図、第４図（ａ）は、磁気異方性を付
与する時に用いるコイルの上に磁性体を重ねてコイルに
直流電流を流した時に磁性体箔中に生じる磁束の方向を
示す図、第４図（ｂ）は、このコイルの上に平面インダ
クタに用いる非晶質合金箔を重ねてコイルに直流電流を
流した時に非晶質合金箔に周囲方向の磁気異方性が付与
される様子を示す図、第５図は平面インダクタのインダ
クタンスの直流重畳特性を示す図である。 １・・・スパイラル状導体コイル、２ａ、２ｂ・・・ス
パイラルコイル、３　ａ　、３　ｂ　、　　３　ｃ・・
・絶縁層、４・・・スルーホール、５ａ、５ｂ・・・強
磁性体、６・・・磁束。 （Ａ） ｂ ｂ ＣＢ） 第 図 第 図 第 図 （ａ） （ｂ） 第４図 ０．１ ０．２ ３ ０．４ ０．５ 直流重畳電流 （Ａ） 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 複数のスパイラルコイルを同一平面上に並べ、相隣接す
   る前記スパイラルコイルに互いに逆方向の磁束が生じる
   ように電流が流れるように前記複数のスパイラルコイル
   を結線し、この平面内に磁束ループを描く領域を形成す
   るように磁場中熱処理用平面状コイルを構成し、次いで
   、該磁場中熱処理用平面状コイルが形成する磁束ループ
   領域に強磁性体箔を重ね、該コイルに直流電流を流しな
   がら、次に、これに強磁性体のキュリー温度よりも低い
   温度で熱処理を施して前記強磁性体箔に磁化容易軸を付
   与することを特徴とする強磁性体箔の磁場中熱処理法。