CN108320898B - 电感元件和电感元件的制造方法 - Google Patents

电感元件和电感元件的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种耐电压、电感和直流叠加特性优异的电感元件的制造方法。上述电感元件的制造方法包括：准备具有导体卷绕为线圈状的卷线部的插入部件的工序；将含有磁性粉体和树脂的颗粒预备压缩成型从而得到多个预备成型体的工序；以及以断续形成多个预备成型体的接合界面的方式，将插入部件和多个预备成型体一体化的工序。

Description

电感元件和电感元件的制造方法
技术领域
本发明涉及电感元件和电感元件的制造方法。
背景技术
作为电感元件的一个例子，已知有将线圈埋设于通过在金属磁性粉中添加树脂进行加压成型而得到的磁芯的内部的电感元件。
在下述的专利文献1中，记载了如下的线圈部件的制造方法：将磁性粉末和热固性树脂混合，并加压成型，成型了2个压粉体，以在这些压粉体夹入线圈部的方式进行再加压并且进行热固化。并且，这些压粉体中设置有在再加压成型时压粉体的形状不会崩塌的硬度的强硬度部和压粉体的形状崩塌的硬度的弱硬度部，并通过再压缩使弱硬度部崩塌进行成型。
然而，专利文献1的技术中，需要使压粉体的一部分崩塌而进行再压缩，进行成型。近年来，线圈部件的大电流化发展，并要求线圈的直流叠加特性的提高。为了提高直流叠加特性，要求使密度为高密度。
另外，由于在再加压成型时弱硬度部的形状容易崩塌，无法充分传递压力，特别是在使压粉体彼此接合的部分的密度容易降低。即，在最终得到的电感元件中，容易产生磁芯的密度不均。另外，为了提高密度而提高再加压成型时的压力时，线圈覆膜会破裂，或者发生模具内壁与磁性粉末表面的磨伤，容易使耐电压降低。
现有技术文献
专利文献1：日本特开2002-252120号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
本发明是鉴于这样的现状完成的，其目的在于提供一种耐电压、电感和直流叠加特性优异的电感元件的制造方法。
用于解决技术问题的手段
为了实现上述的目的，本发明所涉及的电感元件的制造方法包括：
准备具有导体卷绕为线圈状的卷线部的插入部件的工序；
以2.5×102～1×103MPa的压力将含有磁性粉体和树脂的颗粒预备压缩成型从而得到多个预备成型体的工序；以及
以断续形成上述多个预备成型体的接合界面的方式，将上述插入部件和上述多个预备成型体一体化的工序。
通过上述的制造方法制造的电感元件的耐电压、电感和直流叠加特性全部优异。
将上述插入部件和上述多个预备成型体一体化的工序可以通过主压缩进行。
在将上述插入部件和上述多个预备成型体一体化的工序中，可以在上述卷线部内的导体和上述预备成型体的间隙部中加入磁性粉体和树脂。
上述主压缩时的压力可以小于或等于上述预备压缩成型时的压力。
本发明的电感元件具有：导线卷绕为线圈状的卷线部和围绕上述卷线部的周围并含有磁性粉体和树脂的芯部，并且在上述芯部断续形成接合界面。
附图说明
图1是通过本发明的一个实施方式所涉及的电感元件的制造方法制造的电感元件的截面图。
图2是表示图1所示的电感元件的制造过程中所使用的预备成型体和插入部件的立体图。
图3是沿图2所示的III-III线的截面图。
图4是通过本发明的其它实施方式所涉及的电感元件的制造方法制造的电感元件的截面图。
图5是制造图4所示的电感元件的过程中所使用的预备成型体和插入部件的立体图。
图6是沿图5的VI-VI线的截面图。
图7是通过本发明的其它实施方式所涉及的电感元件的制造方法制造的电感元件的截面图。
图8是制造图7所示的电感元件的过程中所使用的预备成型体和插入部件的立体图。
图9是沿图8的IX-IX线的截面图。
图10是表示通过本发明的其它实施方式所涉及的电感元件的制造方法制造的电感元件的截面图。
图11是制造图10所示的电感元件的过程中所使用的预备成型体和插入部件立体图。
图12沿图11的XII-XII线的截面图。
图13是表示本发明的实施例和比较例的特性的图表。
图14是用于说明接合界面的定义的示意图。
图15是显示接合界面的SEM图像。
图16是显示接合界面的SEM图像。
图17是显示接合界面的SEM图像。
图18是显示接合界面的SEM图像。
符号说明
2、2A、2B、2C……电感元件
4……卷线部
5……导体
5a、5b……导线部
6、6A、6B、6C……磁芯部
6a、6a1、6a2、6a3……内周部
6b、6b1、6b2、6b3……外周部
6c……导体的间隙部
6d……中间位置
7、7a1、7a2、7a3、7b1、7b2、7b3、7c、7c3……接合界面
60a～60k……预备成型体
70a～70n……接合预定面
80……引出沟
90a、90b……收纳凹部
具体实施方式
以下，基于附图所示的实施方式说明本发明，但本发明不限定于下述的实施方式。
第一实施方式
如图1所示，通过本发明的一个实施方式中的电感元件的制造方法制造的电感元件2具有卷线部4和磁芯部6。卷线部4中，导体5卷绕为线圈状。磁芯部6具有位于卷线部4的内周侧的内周部(也称为中芯部)6a和位于卷线部4的外周侧的外周部6b。在构成卷线部4的导体5和磁芯部6的间隙部6c加入构成芯部6的磁性体粉和树脂。
本实施方式的电感元件2中，芯部6的上表面和下表面相对于Z轴大致垂直，芯部6的侧面相对于包括X轴和Y轴的平面大致垂直。另外，卷线部4的卷轴相对于Z轴大致平行。其中，芯部6的形状不限定于图1的形状，也可以是圆柱形、椭圆柱等。
本实施方式的电感元件2的大小没有特别限定，例如，除了导线部5a、5b的部分为能够包含于(2～17)mm×(2～17)mm×(1～7)mm的长方体或立方体的大小。此外，图1中，省略图2所示的卷线部4的导线部5a、5b的图示。在构成卷线部4的导体4的两端形成的导线部5a、5b形成为能够取出到图1所示的芯部6的外部。
对于构成卷线部4的导体(导线)5，根据需要用绝缘包覆层包覆外周。作为导体5，例如，用Cu、Al、Fe、Ag、Au或者含有这些金属的合金等构成。绝缘包覆层由例如聚氨酯、聚酰胺酰亚胺、聚酰亚胺、聚酯、聚酯-酰亚胺、聚酯-尼龙等构成。导体5的横截面形状没有特别限定，可以例示圆形、矩形形状等。本实施方式中，导体5的横截面形状形成为圆形。
芯部6具有磁性粉体和树脂(粘合剂)。作为磁性粉体的材质，没有特别限定，可以例示Mn-Zn、Ni-Cu-Zn等的铁氧体、Fe-Si(铁-硅)、铁硅铝(Sendust，Fe-Si-Al；铁-硅-铝)、Fe-Si-Cr(铁-硅-铬)、坡莫合金(Fe-Ni)等的金属。磁性粉体的晶体结构没有特别限定，可以例示无定形、结晶质等。作为树脂的种类，没有特别限定，例如可以例示环氧树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、硅树脂、这些的组合等。
本实施方式中，在磁芯部6的内部，断续形成接合界面7。在沿图1的电感元件的Z轴的截面中，如图14所示，在截面照片中，观察到连续3对以上的磁性颗粒100相互不接触的区域呈直线状。将观察到的直线定义为接合界面7。
图14中，接合界面7与Z轴垂直地形成。接合界面7大多与Z轴垂直地形成。但是，接合界面7也可以不与Z轴垂直。另外，如图14所示，在多个磁性颗粒100之间存在树脂102。此外，能够以电感元件截面的低加速电压SEM等确认断续形成有接合界面7。将实际显示接合界面的SEM图像记载于图15～图18。各图像中所画的虚线为接合界面7。
接下来，使用图2和图3说明图1所示的电感元件2的制造方法。
通过本发明的一个实施方式的电感元件的制造方法制造的电感元件2是通过将两个预备成型体60a、60b和具有以空芯线圈等构成的卷线部4的插入部件一体化来制造的。构成卷线部4的导体5的两端作为导线部5a、5b向卷线部4的外侧引出。端子(无图示)可以在主压缩后与导线部5a、5b连接，也可以在主压缩前预先连接。
在各预备成型体60a、60b中，分别形成接合预定面70a、70b，它们相互对接接合，形成图1所示的断续的接合界面7。在各个接合预定面70a、70b形成分别有用于收纳卷绕部4的上半部和下半部的收纳凹部90a、90b。收纳凹部90a、90b的大小为作为插入部件的卷线部4能够以其内外周和卷轴方向端部接触而进入程度的大小。
另外，在任一方或双方的接合预定面70a、70b，形成有用于将导线部5a、5b向芯部6的外侧引出的引出沟80。此外，在图2中记载了一对导线部5a、5b，但是在图3中省略了一对导线部5a、5b。
首先，制造成为预备成型体60a、60b的原料的颗粒。颗粒的制造方法没有特别限制。例如可以通过在磁性粉体中添加树脂并进行搅拌之后使其干燥来制造。
磁性粉体的粒径没有特别限制，例如，能够使用平均粒径为0.5～50μm的磁性粉体。作为树脂，没有特别限定，例如，可以例示环氧树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、硅树脂、以及这些的组合等。另外，也可以在混合磁性粉体和树脂之前，在磁性粉体表面形成绝缘覆膜。例如，可以通过溶胶凝胶法形成SiO2膜即绝缘覆膜。
另外，可以通过在磁性粉体中添加树脂并搅拌之后使其通过筛子来除去粗大的颗粒。另外，树脂在添加于磁性粉体时可以用溶剂进行稀释。作为溶剂，例如可以使用酮类等。
树脂的含量没有特别限制，优选相对于磁性粉体100wt％，含有1.0～6.0wt％。通过设定树脂的含量为适量，在后述的主压缩时容易接合接合预定面70a、70b。
预备成型体60a、60b可以通过将含有上述磁性粉体和上述树脂的颗粒填充于模具的腔室内，并进行预备压缩成型来制造。预备压缩成型时的压力为2.5×102～1×103MPa(2.5～10t/cm2)。另外，预备成型体60a、60b的密度没有特别限制，例如，为4.0～6.5g/cm3。通过将预备压缩成型时的压力设定为2.5×102～1×103MPa，从而能够防止在后述的主压缩后产生的卷线部4的位置的变形和/或卷线的形状的变形，制造耐电压、电感和直流叠加特性全部优异的电感元件。
接下来，将所得到的预备成型体60a、60b和插入部件以图2和图3所示的方式配置于与预备成型体制造时不同的模具的腔室内，进行主压缩(压粘)，由此能够得到电感元件2。主压缩时的压力没有特别限制，例如为1×102～8×102MPa(1～8t/cm2)。另外，主压缩时的压力与预备压缩成型时的压力(100％)相比，优选低40～80％左右，更优选低50～60％左右。通过降低主压缩时的压力，防止在主压缩后产生的卷线部4的位置的变形和/或卷线的形状的变形，并且预备压缩成型时的压力与主压缩时的压力相比越大，耐电压特性越有提高的趋势。
另外，优选通过对在主压缩后从模具取出的电感元件2进行加热，从而使树脂完全固化。具体而言，优选对从模具取出的电感元件2通过以比树脂开始固化的温度更高的温度进行加热，从而使树脂完全固化。
以上述的制造方法得到的电感元件2中，在接合界面7以外，预备成型体60a、60b原样保留，因此，能够防止卷线部4的位置的变形和/或卷线的形状的变形，并能够高密度地形成磁芯部6。因此，能够在提高电感和直流叠加特性的同时也提高耐电压。另外，在主压缩时，通过以比预备压缩成型时低的压力进行压粘，接合预定面70a、70b及其附近部分流动混合，形成接合界面7。
本实施方式中，对于最终得到的电感元件2的磁芯部6，能够均匀且高密度地制作。其结果，能够比现有的电感元件提高电感和直流叠加特性。
第二实施方式
以下，对于第二实施方式，使用图4～图6进行说明，对于与第一实施方式共通的点(共通的结构和作用效果等，以下同样)省略说明。
如图4所示，第二实施方式的电感元件2A与第一实施方式的电感元件2的接合界面7的位置不同。
作为制造第二实施方式的电感元件2A的方法，例如，如图5和图6所示，有准备板形状的预备成型体60a1和壶形状的预备成型体60b1的方法。板形状的预备成型体60a1的接合预定面70a1与壶形状的预备成型体60b1的接合预定面70b1接合，断续形成图4所示的接合界面7。另外，伴随着接合界面7的位置的变化，图5所示的导线部5a、5b的位置发生变化。
第三实施方式
以下，对于第三实施方式，使用图7～图9进行说明，对于与第一实施方式和第二实施方式共通的点(共通的结构和作用效果等，以下同样)省略说明。
如图7所示，通过第三实施方式的电感元件的制造方法制造的电感元件2B中，接合界面为7a1、7a2、7b1、7b2、7c，多于第一实施方式。具体而言，在中芯部6a2与外周部6b2之间断续地形成接合界面7a2、7b2，在外周部6b2的内部，也在Z轴方向以规定间隔断续地形成接合界面7a1、7b1、7c。存在接合界面越多则直流叠加特性越提高的趋势。
作为制造第三实施方式的电感元件2B的方法，例如，有如图8和图9所示，准备5个预备成型体60c、60d、60e、60f、60g的方法。板形状的预备成型体60c的接合预定面70c与环形状的预备成型体60d的接合预定面70d1接合，断续地形成图7所示的接合界面7a1。
图8所示的预备成型体60c的接合预定面70c与圆柱状的预备成型体60e的接合预定面70d2接合，断续地形成图7所示的接合界面7a2。图8所示的环形状的预备成型体60d的接合预定面70e与同样为环形状的预备成型体60f的接合预定面70g接合，断续地形成图7所示的接合界面7c。
图8所示的环形状的预备成型体60f的接合预定面70f1与板形状的预备成型体60g的接合预定面70h接合，断续地形成图7所示的接合界面7b1。图8所示的圆柱形状的预备成型体60e的接合预定面70f2与板形状的预备成型体60g的接合预定面70h接合，断续地形成图7所示的接合界面7b2。
第四实施方式
以下，对于第四实施方式使用图10～图12进行说明，对于与第一实施方式～第三实施方式共通的点省略说明。
如图10所示，通过第四实施方式的电感元件的制造方法制造的电感元件2C在中芯部6a3与外周部6b3之间断续地形成接合界面7a3和7b3，在外周部6b3的Z轴方向的中间部内部也断续地形成接合界面7c3。
作为制造第四实施方式的电感元件2C的方法，例如，有如图11和图12所示，准备3个预备成型体60e2、60h、60i的方法。接着，接合预定面70i与接合预定面70m接合，断续地形成接合界面7c3。接合预定面70j与接合预定面70k接合，断续地形成接合界面7a3。接合预定面70l与接合预定面70n接合，断续地形成接合界面7b3。
此外，本发明不限定于上述的实施方式，可以在本发明的范围内进行各种变更。
实施例
以下，基于详细的实施例对本发明进行说明，但是本发明不限定于这些实施例。
实施例1
实施例1中，通过预备压缩成型制作图2和图3所示的形状的预备成型体，然后，进行主压缩，得到了图1所示的形状的电感元件。
首先，准备填充于模具的腔室内的颗粒。作为磁性粉末，准备了Fe-Si-Cr合金(平均粒径25μm)，在磁性粉末表面形成了使用了溶胶凝胶法的SiO2膜即绝缘覆膜。以磁性粉末整体为100重量％，在上述磁性粉末中添加3重量％的稀释于丙酮中的环氧树脂并进行搅拌。搅拌之后，使其通过250微米的网眼的筛子，在室温干燥24小时，得到填充于模具的腔室内的颗粒。
在模具的腔室内填充上述颗粒，进行预备压缩成型，制作了图2和图3所示的形状的预备成型体。预备压缩成型时的压力为下述表1所示的压力。
接下来，将制得的预备成型体和插入部件配置于与预备压缩成型中所使用的模具不同的模具的腔室内。在腔室内部以图2和图3所示的方式配置图2和图3所示的2个预备成型体和具有内径4mm、高3mm的卷线部的插入部件。
接下来，从图3的Z轴方向的上下加压，进行主压缩。主压缩时的成型压力为表1所示的压力。
此后，从模具取出成型体，以比上述环氧树脂开始固化的温度(110℃)高的180℃进行1小时的加热处理，使上述环氧树脂固化，得到表1所示的各实施例的电感元件的样品(试样编号1～3)。所得到的芯部的尺寸为长7mm×宽7mm×高5.4mm。
对于这样操作得到的电感元件的样品，测定了电感、直流叠加特性、耐电压和拉伸强度。并且，测定了有无断续的接合界面。在表1示出结果。
电感的测定以测定频率100KHz、测定电压0.5mV使用LCR测试仪(Hewlett-PackardCompany制)进行。电感为55.6μH以上时记为良好。
直流叠加特性的测定中，对各电感元件的样品从0开始施加直流电流，将相对于电流为0时的电感(μH)降低为80％时所流通的电流的值(安培)作为Idc1，以Idc1的数值进行评价。Idc1为5.8A以上时记为良好。
耐电压的测定中，对各电感元件的侧面和相对的侧面之间使用KEYSIGHT制DCPOWER SUPPLY和LCR测试仪施加电压，将流通0.5mA的电流时的电压作为耐电压。耐电压为0.7kV以上时记为良好。
拉伸强度的测定使用拉伸强度测定机(岛津制作所制造，Autograph AGS－5KNX)，以拉伸速度1mm/分钟进行。拉伸强度为2.5kN以上时记为良好。
对于有无断续的接合界面，使用扫描型电子显微镜(SEM)(KEYENCE制造的VE-8800)进行了确认。
比较例1
比较例1中，除了预备成型压缩时和主压缩时的压力以外，以与实施例1同样的方法制作了预备成型体，进行了主压缩，得到了表1所示的各比较例的电感元件的样品(试样编号11～13)。在表1中示出结果。
【表1】
Figure BDA0001519684990000101
*为比较例
根据表1，相当于本申请实施例1的试样编号1～3与相当于本申请比较例1的试样编号11～13相比，电感、直流叠加特性或拉伸强度优异。另外，实施例1中，预备成型压力越大则耐电压越提高，而比较例1中，主压缩时的压力越大则耐电压越降低。另外，试样编号1～3中，形成了断续的接合界面。相对于此，比较例1中，没有形成接合界面或形成了连续的接合界面。
比较例1中，主压缩时的压力越变大，线圈覆膜越剥离，或者在成型用的模具与磁性粉末之间产生磨耗，从而容易发生短路，且耐电压降低。相对于此，在实施例1中，将预先成型为高密度的预备成型体以相对较低的压力进行主压缩，因此，主压缩时的线圈的损伤变小。因此，实施例1中，即使主压缩时的压力变大耐电压也不会降低。
实施例2
除了制作了图8、图9所示的形状的5个预备成型体，以图7所示的方式进行主压缩以外，其它与试样编号1同样操作，制作了试样编号31的电感元件。
比较例2
与实施例1的试样编号1同样制作了颗粒之后，在主压缩用的模具的腔室中配置插入部件，并填充颗粒，不进行预备压缩成型而进行主压缩。除了不进行预备压缩成型而进行主压缩这一点以外，与实施例1的试样编号1同样操作，制作了试样编号51的电感元件。
比较例3
比较例3中，除了主压缩时的压力以外，以与实施例1的试样编号1同样的方法制作了预备成型体，并进行主压缩，得到了表1所示的各比较例的电感元件的样品(试样编号61)。在表1示出结果。
比较例4
比较例4中，除了预备成型压缩时和主压缩时的压力以外，其它以与实施例1同样的方法制作了预备成型体，进行主压缩，得到表1所示的各比较例的电感元件的样品(试样编号71)。在表1示出结果。
对于上述各实施例和比较例的试样编号1～3、11～13、31、51、61、71，测定了电感和直流叠加特性，总结于图13。
根据图13可知，本申请实施例、试样编号1～3、31的电感元件与本申请比较例、试样编号11～13、51、61和71的电感元件相比，电感和/或直流叠加特性优异。并且，预备成型体的个数多、接合界面多的试样编号31与预备成型体的个数少、接合界面少的试样编号1相比，直流叠加特性优异。另外，比较例1、试样编号11的电感元件与以不形成预备成型体仅进行主压缩的方法实施的比较例2、试样编号51的电感元件的电感和直流叠加特性是同等的。
例如，比较例1、试样编号11～13中预备压缩成型时的压力过低。其结果，与实施例1和实施例2(试样编号1～3和31)相比，电感、直流叠加特性和拉伸强度降低。比较例3、试样编号61中，预备压缩成型时的压力比主压缩时的压力低。其结果，试样编号61与实施例1和实施例2相比，耐电压和直流叠加特性降低。另外，也得不到断续的接合界面。另外，比较例4、试样编号71中，预备压缩成型时的压力过高。其结果，与实施例1和实施例2相比耐电压、电感和拉伸强度差。另外，形成了连续的接合界面。

Claims (3)

1.一种电感元件的制造方法，其中，
包括以下工序：
准备具有导体卷绕为线圈状的卷线部的插入部件的工序；
以2.5×102～1×103MPa的压力将含有磁性粉体和树脂的颗粒进行预备压缩成型，得到多个预备成型体的工序；和
以断续地形成所述多个预备成型体的接合界面的方式，将所述插入部件和所述多个预备成型体一体化的工序，
在所述接合界面，利用低加速电压SEM在剖面观察到连续3对以上的所述磁性粉体的颗粒相互不接触的区域呈直线状，
通过主压缩进行将所述插入部件和所述多个预备成型体一体化的工序，
所述主压缩时的压力小于或等于所述预备压缩成型时的压力。
2.如权利要求1所述的电感元件的制造方法，其中，
在将所述插入部件和所述多个预备成型体一体化的工序中，使磁性粉体和树脂进入所述卷线部内的导体和所述预备成型体的间隙部。
3.一种电感元件，其中，
所述电感元件具有：
导体卷绕为线圈状的卷线部；和
围绕所述卷线部的周围，且含有磁性粉体和树脂的芯部，
在所述芯部断续地形成有接合界面，
在所述接合界面，利用低加速电压SEM在剖面观察到连续3对以上的所述磁性粉体的颗粒相互不接触的区域呈直线状。
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