JPH04236406A - 薄膜型トランス - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、磁性薄膜を利用した薄
膜型トランスに関する。

【０００２】

【従来の技術】磁気トランスは、スイッチング電源用、
ＤＣ−ＤＣ電源用等の電源用トランス、昇圧トランス、
微弱信号電圧増幅用トランスなどとして用いられている
。電子装置、特に可搬性電子装置等に搭載される電源部
においては、装置の小型化に伴ない省スペース化が求め
られており、それに使用する磁気トランスも小型化する
必要がある。また、電源部全体の省スペース化のために
は、例えばスイッチング周波数の向上など特性上の要求
を満たすことが必要であり、それに対応した性能を有す
る磁気トランスが必要である。

【０００３】従来のバルク型トランスの磁気ヨーク部を
薄膜化させて薄膜トランスとすることは知られている（
特公昭５５−１３４１６号公報、特開昭６１−２０８２
１０号公報）。磁気ヨークを薄膜化することにより、ト
ランスの小型・薄型化が可能となり、また、高周波磁気
特性が良好であるという磁性薄膜の性質を利用すること
ができる。

【０００４】しかしながら、このような薄膜トランスは
、磁気ヨークが全薄膜型であるため、大出力で磁気ヨー
クの飽和が起きやすいという欠点があった。また、特開
昭６２−２１４６０４号公報には、焼結して磁性体とな
るシートにコイルパターンを形成し、これを積層して積
層トランスとすることが記載されている。

【０００５】さらに、特開昭６２−１９８１４６号公報
には、スルホールを介して、磁性層が形成された基板の
表裏を印刷によりジグザクに配線し、１次巻線、２次巻
線を形成することが記載されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、外形寸法が
小さく、大出力で動作可能であり、しかも、高周波領域
におけるパワー伝達特性に優れた薄膜型トランスを提供
するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の薄膜型トランス
は、非磁性部材中に磁性微粒子を分散させた磁性基板上
に、軟磁性体からなる磁性薄膜を積層してヨークが形成
され、一次巻線および二次巻線のいずれか一方の巻線が
、磁性基板ヨーク部内を通る磁束と鎖交し、他方の巻線
が、磁性薄膜ヨーク部を通る磁束、または、磁性基板ヨ
ーク部−磁性薄膜ヨーク部間を通る磁束と鎖交すること
を特徴とする。

【０００８】

【実施例】図１は本発明の薄膜型トランスの実施例を示
す分解斜視図、図２は縦断面図である。磁性基板ヨーク
部１１上に、絶縁体層（低透磁率体）３１を介して磁性
薄膜ヨーク部２１が積層されて、磁気ヨークが形成され
ている。 磁性基板ヨーク部１１には一次巻線２１が、その周囲を
巻回するようにして設けられている。一方、磁性薄膜ヨ
ーク部２１には、二次巻線２３がその周囲を巻回するよ
うにして設けられている。

【０００９】磁性基板ヨーク部１１は、センダスト、カ
ーボニル鉄、ＹＩＧ、磁性フェライト等の微粒子を分散
させたポリイミド等のプラスチック基板やアルミナ、Ｇ
ＧＧ、非磁性フェライト等のセラミック基板が用いられ
る。このような磁性微粒子分散体は高周波特性が良好で
あり、基板厚さを比較的大きくとれるので、磁性基板ヨ
ーク部１１の飽和磁束密度が比較的小さい場合にも磁化
飽和を起こしにくい。

【００１０】磁性薄膜ヨーク部２１は、Ｃｏ−Ｚｒ−Ｎ
ｂ等のアモルファス膜や、窒化鉄、純鉄、パーマロイ等
の軟磁性薄膜、あるいはまたその積層膜から形成されて
おり、飽和磁束密度が大きい。

【００１１】ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、ポリイミドなどか
ら形成される絶縁体層３１は、一次巻線１３と二次巻線
２３とを電気的に絶縁するものであり、また、低透磁率
なので、一次巻線１３で発生した磁束が漏洩することな
く、磁性薄膜ヨーク部２１に流れ込む。

【００１２】磁性薄膜ヨーク部２１（軟磁性薄膜）は、
スパッタ法、蒸着法等の真空成膜法、メッキ法、あるい
は、軟磁性材料を一旦微粒子化したうえで適当なバイン
ダーを用いるスクリーン印刷法などにより形成できる。

【００１３】一次巻線１３は、導体箔などから形成され
る。 二次巻線２３は、フォトリソグラフ法などによって形成
される。 磁気回路的には、図２に磁束を矢印で示したように、磁
性基板ヨーク部１１と磁性薄膜ヨーク部２１とからなる
磁気ヨークによって閉磁路を形成している。

【００１４】また、一次巻線１３を磁性薄膜ヨーク部２
１に巻回し、二次巻線２３を磁性基板ヨーク部１１に巻
回しても同様の作用効果が得られる。

【００１５】図２に示すように、通常の磁気トランスと
同様、一次巻線１３からの一次電流により、発生した磁
束（矢印で表示）が、磁気ヨークを構成する磁性基板ヨ
ーク部１１を通り、磁性薄膜ヨーク部２１中に流れる。 磁性薄膜ヨーク部２１の周囲に配置した二次巻線２３に
は、磁性薄膜ヨーク部２１を通る磁束の時間変化に比例
した電圧が発生し、適当な負荷に従って電流が流れ、一
次側に与えた電力が二次側に伝達される。

【００１６】図３は、本発明の他の実施例を示す分解斜
視図であり、図４はその縦断面図である。磁性基板ヨー
ク部１１に磁性薄膜ヨーク部２１が接する側で、一次巻
線１３が磁性基板ヨーク部１１中に埋設されている。図
１に示した絶縁体層３１が不要となり、製作が容易とな
る。

【００１７】図４に示したように、図２の場合と同様に
閉磁路が形成され、一次側の電力が二次側に伝達される
。この場合も、磁性基板ヨーク部１１に二次巻線を配置
し、磁性薄膜ヨーク部２１に一次巻線１３を配置するこ
ともできる。

【００１８】図５は、本発明の薄膜型トランスの他の実
施例を示す縦断面図である。この実施例は、埋設された
一次巻線１３より上部の磁性基板ヨーク表層部１１ａに
、磁性微粒子（ドットで表示）が分布していない以外は
、図３，４に示した実施例と同じである。これにより磁
性基板ヨーク表層部１１ａへの磁束の漏洩が防止される
。なお、磁性基板ヨーク表層部１１ａにおける磁性微粒
子の分布を他の部分より疎にしたり、磁性基板ヨーク部
１１の厚さ方向で、表層部１１ａから裏面側に向かって
、磁性微粒子分布が疎から密になるように濃度勾配を設
けても、上記と同様の効果が得られる。

【００１９】以上の各実施例では、一次巻線１３を磁性
基板ヨーク部１１に設けた場合、一次巻線１３には比較
的大きな電流を流すことができるので、昇圧する場合の
巻線寸法の最適化に好適である。また、一次巻線で発生
させた磁束は、磁性基板ヨーク部１１全域に伝わり、低
飽和磁束密度においても磁気飽和は起こりにくく、また
、磁性薄膜ヨーク部２１においては、高飽和磁束密度で
あるため、同様に磁気飽和が起こりにくい。

【００２０】図６は、本発明の薄膜型トランスの他の実
施例を示す斜視図であり、図７は、磁束の流れを示す説
明図である（巻線は図示を省略）。また図６では、二次
巻線２３はその一部のみを示している。

【００２１】図３で示した磁性基板ヨーク部１１に、同
様に一次巻線１３が巻回されている。磁性基板ヨーク部
１１上には、磁束の流れ方向と直交する方向で３つに分
割された磁性薄膜ヨーク部２１が設けられている。磁性
薄膜ヨーク部２１には、二次巻線が巻回されている。

【００２２】一次巻線１３の一次電流により発生した磁
束は、磁気ヨークを構成する磁性基板ヨーク部１１を通
り、３つの磁性薄膜ヨーク部２１に分割されて流れ込む
。よって図３の構成と比較して、さらに大出力時にあっ
ても、磁気飽和を起こしにくい。

【００２３】なお、磁性基板ヨーク部１１としては、図
１あるいは図５に示した構成のものを用いてもよい。図
８は本発明の薄膜型トランスのさらに他の実施例を示す
分解斜視図であり、図９はその縦断面図である。

【００２４】図２と同じように磁性基板ヨーク部１１に
一次巻線１３が埋設されている。一次巻線１３は、磁性
基板ヨーク部１１の中央部で巻回されておらず、この両
面側で巻回方向が逆になっている。磁性基板ヨーク部１
１上には、電気的に絶縁性で非磁性の支持基板３３に埋
め込まれたスパイラル状の二次巻線２３が積層されて、
さらにその上に軟磁性体からなる磁性薄膜ヨーク部２１
が積層されている。なお、スパイラル状二次巻線２３の
ほぼ中央部に当たる部分で、支持基板３３に透孔３５が
設けられており、この透孔３５部で磁性基板ヨーク部１
１と磁性薄膜ヨーク部２１とが直接接している。

【００２５】一次巻線１３からの一次電流によって発生
した磁束が、磁気ヨークを構成する磁性基板ヨーク部１
１を通り、さらに磁性薄膜ヨーク部２１を通過して閉磁
路を構成する。このとき、この閉磁路に鎖交するように
配置されたスパイラル状の二次巻線２３には適当な負荷
に従って電流が流れることになり、一次に与えた電力が
二次に伝達される。

【００２６】この実施例においても、上記の各実施例と
同様の作用効果により、一次巻線１１の寸法最適化が容
易であり、また磁気飽和を起こしにくい。図１０は、他
の実施例を示す縦断面図であり、フォトリソグラフ法な
どによって磁性基板ヨーク部１１上に直接二次巻線２３
を形成した以外は、図８，図９と同様である。

【００２７】図８〜１０に示した実施例では、図１また
は図５に示した磁性基板ヨーク部を用いることもできる
。 また、上記各実施例ではいずれも、一次巻線と二次巻線
とを逆のヨーク部に配置せしめることもできる。

【００２８】図５に示した本発明の薄膜型トランスの結
合定数の一例を示したのが図１１である。従来からある
バルク型トランスや全薄膜型トランスに比べ、高周波領
域で高出力化されていることが判る。

【００２９】したがって、効率化のために高周波化が計
られているスイッチング電源などの磁気トランスとして
１ＭＨｚ以上で使用し、電源の高効率化に貢献すること
ができ、しいては製品の小型化、軽量化を実現できる。

【００３０】

【発明の効果】本発明によれば、高周波特性に優れた磁
性薄膜と磁性微粒子を含む基板とを組み合わせて磁気ヨ
ークを構成することにより、磁気飽和を防止し、外形寸
法が小さく高周波領域におけるパワー伝達特性に優れた
薄膜型トランスが得られる。

【００３１】基板磁気ヨーク部、磁性薄膜ヨーク部とも
に、高周波領域まで高いインダクタンスを示し、しかも
、両巻線間容量が減少し共振周波数が高くなるため、高
周波領域での特性が向上する。

【００３２】また、磁性薄膜近傍で磁性基板ヨーク部に
巻回される巻線は、一次あるいは二次巻線のいずれ一方
のみであるので、絶縁のみを考慮して可能な限り密に巻
回できるため、より結合定数を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の薄膜型トランスの実施例を示
す分解斜視図である。

【図２】図２は、図１に示した実施例の縦断面図である
。

【図３】図３は、本発明の他の実施例を示す分解斜視図
である。

【図４】図４は、図３に示した実施例の縦断面図である
。

【図５】図５は、さらに他の実施例の縦断面図である。

【図６】図６は、本発明の実施例を示す斜視図である。

【図７】図７は、図６に示した実施例の磁束の流れを示
す説明図である。

【図８】図８は、本発明の他の実施例を示す分解斜視図
である。

【図９】図９は、図８に示した実施例の縦断面図である
。

【図１０】図１０は、さらに他の実施例を示す縦断面図
である。

【図１１】図１１は、本発明の薄膜型トランスおよび従
来品についての、結合定数と周波数との関係を示すグラ
フである。

【符号の説明】

１１　　磁性基板ヨーク部 １３　　一次巻線 ２１　　磁性薄膜ヨーク部 ２３　　二次巻線 ３１　　絶縁体層 ３３　　支持基板 ３５　　透孔

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　非磁性部材中に磁性微粒子を分散させ
   た磁性基板上に、軟磁性体からなる磁性薄膜を積層して
   ヨークが形成され、一次巻線および二次巻線のいずれか
   一方の巻線が、磁性基板ヨーク部内を通る磁束と鎖交し
   、他方の巻線が、磁性薄膜ヨーク部を通る磁束、または
   、磁性基板ヨーク部−磁性薄膜ヨーク部間を通る磁束と
   鎖交することを特徴とする薄膜型トランス。
2. 【請求項２】　　上記一方の巻線が、磁性基板ヨーク部
   の周囲に巻回された請求項１に記載の薄膜型トランス。
3. 【請求項３】　　上記一方の巻線が、磁性薄膜ヨーク部
   と接する磁性基板ヨーク部面に露出しないように埋設さ
   れている請求項２に記載の薄膜型トランス。
4. 【請求項４】　　上記一方の巻線を埋設する磁性基板ヨ
   ーク部の部分が、他の部分に比べて磁性微粒子の分布量
   が少ない請求項３に記載の薄膜型トランス。
5. 【請求項５】　　上記磁性薄膜ヨーク部が、磁束の流れ
   方向と交差する方向で複数に分割されている請求項１〜
   ４のいずれか一項に記載の薄膜型トランス。
6. 【請求項６】　　上記他方の巻線が、磁性薄膜ヨーク部
   の周囲に巻回されている請求項１〜５のいずれか一項に
   記載の薄膜型トランス。
7. 【請求項７】　　上記他方の巻線が、磁性薄膜ヨーク部
   の面の拡がり方向でスパイラル状に巻回され、磁性基板
   ヨーク部と磁性薄膜ヨーク部との間に狭持されてなる請
   求項１〜４のいずれか一項に記載の薄膜型トランス。
8. 【請求項８】　　上記他方の巻線が、支持基板に支持さ
   れている請求項７に記載の薄膜型トランス。