[发明专利]叠层电感器以及使用该叠层电感器的功率转换装置

说明书

技术领域

本发明涉及具有磁隙的叠层电感器以及采用了该叠层电感器的功率转换装置。

背景技术

便携式的各种电子设备(便携电话、便携信息终端PDA、笔记本型电脑、DVD播放器、CD播放器、MD播放器、数码相机、数码摄像机等)大多采用电池作为电源，具备DC/DC转换器作为将电源电压转换为规定的动作电压的功率转换装置。以往电源配置在输入端子附近并与半导体(IC)等负载连接，但是最近，对于半导体的低电压化和大电流化、由布线引起的电压下降、以及对由电路阻抗的上升引起的电流变化的响应延迟这样的集中供电方式中的问题逐步显现。因此，使用了在负载附近配置电源的被称为POL(Point of Load)的集中供电方式。例如，在输入端子附近配置绝缘型的DC/DC转换器，并在负载附近配置非绝缘型的DC/DC转换器。

图19表示非绝缘型DC/DC转换器的电路的一例。该DC/DC转换器是由输入电容器Cin、输出电容器Cout、电感器1(Lout)以及包括控制电路等的半导体集成电路IC构成的降压型DC/DC转换器。直流输入电压Vin根据来自控制电路的控制信号，对半导体集成电路IC内的开关元件(场效应晶体管)进行开关。设开关元件导通的时间为Ton、关断的时间为Toff，则对于输入电压Vin，输出电压Vout按照Vout＝Ton/(Ton+Toff)×Vin的方式被降压。即使输入电压Vin发生变动，也能够通过调整Ton和Toff的比例从而获得稳定的输出电压Vout。

以往的DC/DC转换器电路是在印刷线路基板等上搭载了开关元件、包括控制电路的半导体集成电路(有源元件)、电感器、电容器等无源元件的分立电路，但伴随电子设备的小型化，电路整体被模块化。此外为了降低输出电压的变动，开关的高速化得到发展，最近，以1MHz到5MHz的开关频率动作的DC/DC转换器也被普及，并且还在进行更高频化。

DC/DC转换器被使用于各种环境，暴露于半导体集成电路IC或外围电路的发热，所以DC/DC转换器内的电感器需要具有稳定的温度特性，此外，由于重叠于三角波状的交流电流中而流过直流电流，所以还需要具有良好的直流重叠特性。

由于DC/DC转换器的电压转换效率受在开关元件或电感器发生的损失的影响较大，所以要求电感器中所用的铁氧体(ferrite)磁性体在开关频率附近为低损失。而且，对于电感器，要求对铸型用树脂的硬化时等所产生的应力特性变动少、稳定从而低损失。

以往，这种DC/DC转换器用电感器大多是在铁氧体磁芯卷设了铜丝的所谓绕线型。但是，绕线型的电感器越小型，磁芯的加工越困难，强度也越降低。此外，绕线型的电感器是开磁路型，其漏磁通影响外围的电路元件，所以不能靠近电感器来配置外围的电路元件，难以降低安装面积。

伴随以便携设备为首的电子设备的小型化以及多功能化发展，也要求其中所用的电源电路的小型化(省空间化以及薄型化)。但是，因为绕线型的电感器占有面积大且体型高，所以对应不了基于高开关频率化的电路的小型化。因此，变成采用将导体线路与铁氧体磁性体一体化从而减少了漏通量的闭磁路型的叠层电感器。

电感器用铁氧体磁性体要求饱和磁通密度高、使用温度范围中饱和磁通密度以及起始磁导率的变化小。作为这种铁氧体磁性体，日本特开2005-97085号公开了如下的Ni系铁氧体，即：含有45.5～48.0mol％的Fe₂O₃、5～10mol％的CuO、26～30mol％的ZnO，剩余部分实质上对于NiO的主成分100重量％，作为副成分用CoO换算含有0.005～0.045重量％的氧化钴，-40℃～+20℃下的起始磁导率的相对温度系数(αμir)的绝对值、以及20℃～160℃下的αμir的绝对值都是3ppm/℃以下，100kHz下的品质系数(Q值)是170以上，抗应力特性的绝对值是5％以下。虽然该Ni系铁氧体具有温度特性稳定的电感量，但是DC/DC转换器用电感器中重要的饱和磁通密度Bs的温度特性不充分。

图20示意地示出αμir的绝对值小的铁氧体磁性体的磁化曲线。一般，温度变高(温度：T3＞T2＞T1)，越接近居里(Curie)温度Tc，铁氧体磁性体的饱和磁通密度Bs越降低。因此，饱和磁通密度的温度变化在磁场H小时很小，但在磁场H变大时，急剧地变大。