CN108806920B - 电感元件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电感元件，其具有：使导体卷绕成线圈状的绕组部、及包围绕组部的周围且包含磁性粉体和树脂的芯部。将在从卷轴中心向垂直的外侧方向上存在绕组部且从卷轴中心朝向所述垂直的外侧方向为规定范围内的距离的芯部的区域设为中芯中央区域。将从卷轴中心向垂直的外侧方向上不存在绕组部且从卷轴中心朝向垂直的外侧方向为规定范围内的距离的芯部的区域设为顶板中央区域。在通过卷轴中心且与卷轴中心平行的任意的截面中，将磁性粉体在中芯中央区域整体中所占的面积比例设为Sα(％)，将磁性粉体在顶板中央区域整体中所占的面积比例设为Sβ(％)的情况下，Sα‑Sβ≧‑2％。

Description

电感元件
技术领域
本发明涉及一种电感元件。
背景技术
作为电感元件的一个例子，已知有在向金属磁性粉中添加树脂并进行加压成型而得到的芯的内部埋设有线圈的电感元件。
下述的专利文献1中记载有一种线圈部件的制造方法，其中，混合磁性粉末和热固化性树脂，进行加压成型，从而成型了两个压粉体，以在这些压粉体中插入线圈部的方式进行再加压，并且进行热固化。而且，这些压粉体设置有在进行再加压成型时压粉体的形状不会崩溃的硬度的强硬度部和压粉体的形状崩溃的硬度的弱硬度部，通过再压缩使弱硬度部崩溃并且进行成型。
但是，在专利文献1的技术中，需要将压粉体的一部分崩溃并进行再压缩而成型。近年来，线圈部件进行大电流化，要求提高线圈的直流叠加特性。为了提高直流叠加特性，要求将密度设为高密度。
另外，再加压成型时，弱硬度部的形状容易崩溃，因此，不能进行充分的压力传递，特别是使压粉体彼此接合的部分的密度容易变低。即，最终得到的电感元件中，芯的中芯部的密度容易降低。进一步，如果为了提高密度而要提高再加压成型时的压力，则线圈被膜破坏，或产生模具内壁与磁性粉末表面的磨擦，容易使耐电压降低。
专利文献1：日本特开2002-252120号公报
发明内容
本发明鉴于这样的实际状况，其目的在于提供一种提高了电感及直流叠加特性的电感元件。
用于解决课题的技术手段
为了达成上述目的，本发明所涉及的电感元件具有：
绕组部，其使导体卷绕成线圈状；和
芯部，其包围所述绕组部的周围，且包含磁性粉体和树脂，
将在从卷轴中心向垂直的外侧方向上存在所述绕组部且从所述卷轴中心朝向所述垂直的外侧方向为规定范围内的距离的所述芯部的区域设为中芯中央区域，
将在从卷轴中心向垂直的外侧方向上不存在所述绕组部且从所述卷轴中心朝向所述垂直的外侧方向为规定范围内的距离的所述芯部的区域设为顶板中央区域，
在通过所述卷轴中心且与所述卷轴中心平行的任意的截面中，将所述磁性粉体在所述中芯中央区域整体中所占的面积比例设为Sα(％)，且将所述磁性粉体在所述顶板中央区域整体中所占的面积比例设为Sβ(％)的情况下，Sα-Sβ≧-2％。
本发明的电感元件通过具有上述结构，从而能够提高电感及直流叠加特性。
进一步优选Sα-Sβ≧-1％。
进一步优选Sα-Sβ≧0％。
进一步优选Sα≧65％。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式的电感元件的截面图。
图2是图1所示的电感元件的制造过程中使用的预成型体及插入部件的立体图。
图3是沿着图2所示的III-III线的截面图。
图4是本发明的另一实施方式的电感元件的制造过程中使用的预成型体及插入部件的立体图。
图5是本发明的另一实施方式的电感元件的制造过程中使用的预成型体及插入部件的立体图。
图6是本发明的另一实施方式的电感元件的制造过程中使用的预成型体及插入部件的立体图。
图7是本申请实施例1的电感元件的截面照片。
图8是本申请比较例3的电感元件的截面照片。
图9是本申请实施例4的电感元件的截面照片。
图10是本申请比较例5的电感元件的截面照片。
图11是本申请实施例1的中芯中央区域的SEM图像。
图12是本申请比较例3的中芯中央区域的SEM图像。
图13是本申请实施例4的中芯中央区域的SEM图像。
图14是本申请比较例5的中芯中央区域的SEM图像。
符号的说明：
2、2A…电感元件
4…绕组部
4α…卷轴中心
5…导体
6…芯部
6a…内周部
6b…外周部
6α…中芯中央区域
6β1…顶板中央区域
6β2…顶板中央区域
60a～60k…预成型体
70a～70n…接合预定面
80、80a、80b…引出槽
90a、90b…收容凹部
具体实施方式
以下，基于附图所示的实施方式来说明本发明，但本发明不限定于下述的实施方式。
第一实施方式
图1是通过后述的绕组部4的卷轴中心4α且与卷轴中心4α平行的截面。如图1所示，本发明的一个实施方式的电感元件2具有绕组部4和芯部6。绕组部4中，导体5卷绕成线圈状。芯部6具有位于绕组部4的内周侧的内周部(也称为中芯部)6a和位于绕组部4的外周侧的外周部6b。在构成绕组部4的导体5与芯部6的间隙部6c中进入有构成芯部6的磁性体粉及树脂。
本实施方式的电感元件2的芯部6的上表面及下表面相对于Z轴为大致垂直，芯部6的侧面相对于包含X轴及Y轴的平面成大致垂直。另外，绕组部4的卷轴相对于Z轴成大致平行。但是，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的尺寸没有特别限定，例如除引线部5a、5b以外的部分是包含于(2～17)mm×(2～17)mm×(1～7)mm的长方体或立方体的尺寸。此外，图1中，省略了图2所示的绕组部4的引线部5a、5b的图示。在构成绕组部4的导体5的两端形成的引线部5a、5b被取出至图1所示的芯部6的外部。
构成绕组部4的导体(导线)5根据需要将外周用绝缘包覆层进行包覆。作为导体5，由例如Cu、Al、Fe、Ag、Au、或包含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、椭圆、平角形状等。本实施方式中，导体5的横截面形状设为圆形。
芯部6具有磁性粉体及树脂(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)、铁硅铝合金(Fe-Si-Al；铁-硅-铝)、Fe-Si-Cr(铁-硅-铬)、坡莫合金(Fe-Ni)等的金属。优选为Fe-Si或Fe-Si-Cr。磁性粉体的晶体结构没有特别限定，可以例示非晶、结晶等。作为树脂的种类，没有特别限定，例如可以列举环氧树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、硅树脂、将这些组合而成的树脂等。
本实施方式中，具有如下特征，芯部6在其内部具有规定的密度差。
如图1所示，将在从卷轴中心4α向垂直的外侧方向上存在绕组部4且从卷轴中心4α朝向该垂直的外侧方向为280μm以内的所述芯部的区域设为中芯中央区域6α，将从卷轴中心4α向垂直的外侧方向上不存在绕组部4且从所述卷轴中心4α朝向所述垂直的外侧方向为280μm以内的所述芯部的区域设为顶板中央区域6β1、6β2。
本实施方式的电感元件中，在将磁性粉体在中芯中央区域6α整体中所占的面积比例设为Sα(％)，将磁性粉体在顶板中央区域6β1、6β2整体中所占的面积比例设为Sβ(％)的情况下，Sα-Sβ≧-2％。另外，更优选为Sα-Sβ≧-1％，进一步优选为Sα-Sβ≧0％，最优选为Sα-Sβ≧0.8％。另外，Sα-Sβ没有上限，但通常为30％以下。
此外，通常中芯中央区域6α与顶板中央区域6β之间的磁性粉体的面积比例的变化，即磁性粉体的密度的变化是连续的。即，磁性粉体的密度高的区域与磁性粉体的密度低的区域的边界不明确。
本实施方式的电感元件通过将Sα-Sβ设为规定的范围内，能够提高电感及直流叠加特性。
另外，本实施方式的电感元件优选为Sα≧65％。中芯中央区域6α中的磁性粉体的密度优选为规定量以上。通过将磁性粉体的密度设为高密度，能够容易抑制裂纹的产生，进一步，容易提高电感及直流叠加特性。
接着，使用图2及图3来说明图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通过将两个预成型体60a、60b和具有由空芯线圈等构成的绕组部4的插入部件进行一体化而制造。构成绕组部4的导体5的两端作为引线部5a、5b引出至绕组部4的外侧。端子(未图示)也可以在主压缩后与引线部5a、5b连接，也可以在主压缩前预先与引线部5a、5b连接。
各预成型体60a、60b中分别形成有接合预定面70a、70b，它们相互对接进行接合。在各个接合预定面70a、70b上分别形成有用于收容绕组部4的上半部及下半部的收容凹部90a、90b。收容凹部90a、90b的大小为作为插入部件的绕组部4其内外周及卷轴方向端部接触并进入的程度的大小。
另外，在任意一方或双方的接合预定面70a、70b上形成有用于将引线部5a、5b引出至芯部6的外侧的引出槽80。此外，图2中记载有一对引线部5a、5b，但图3中省略了一对引线部5a、5b。
准备图3所示的中芯部60aα的高度比外周部60bα的高度仅高z1的预成型体60a。另外，同样地准备中芯部60aβ的高度比外周部60bβ的高度仅高z2的预成型体60b。
然后，通过使用预成型体60a、60b进行主压缩成型，中芯部60aα、60aβ中的磁性粉体的量比外周部60bα、60bβ中的磁性粉体的量多，图1的电感元件2的中芯部6a(图1的中芯中央区域6α)中的磁性粉体的密度变高。
此外，z1与z2的大小关系没有特别限制。即，可以是z1＝z2，也可以是z1＞z2，也可以是z1＜z2。另外，z1或z2也可以为0。
另外，如图3所示，对于内周部60aα、60aβ，Z轴方向的长度比外周部60bα、60bβ长，因此，图1所示的中芯部6a(图1的中芯中央区域6α)相比外周部6b，压缩力更强地作用，从而密度变高。
在制造本实施方式的电感元件2时，首先，制造成为预成型体60a、60b的原料的颗粒。颗粒的制造方法没有特别限制。例如，能够通过向磁性粉体中添加树脂进行搅拌后使之干燥来制造。
磁性粉体的粒径没有特别限制，能够使用例如平均粒径为0.5～50μm的磁性粉体。作为树脂，没有特别限定，可以列举例如环氧树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、硅树脂、将这些组合而成的树脂等。另外，在混合磁性粉体和树脂之前，也可以在磁性粉体表面形成绝缘被膜。例如，能够通过溶胶凝胶法形成作为SiO2膜的绝缘被膜。
另外，也可以向磁性粉体中添加树脂进行搅拌后，使之通过筛网，由此去除粗大的颗粒。另外，树脂也可以添加于磁性粉体时用溶剂进行稀释。作为溶剂，可以使用例如酮类等。
树脂的含量没有特别限制，但相对于磁性粉体100wt％优选含有1.0～6.0wt％。通过将树脂的含量设为适量，在后述的主压缩时容易将接合预定面70a、70b接合。另外，有树脂的含量越多，则磁性粉体的密度越小，且Sα及Sβ越小的倾向。
预成型体60a、60b通过将包含上述磁性粉体及上述树脂的颗粒填充至模具的模腔内，进行预压缩成型而制造。预压缩成型时的压力没有特别限制，但优选设为2.5×102～1×103MPa(2.5～10t/cm2)。另外，预成型体60a、60b的密度没有特别限制。例如优选为4.0～6.5g/cm3。
通过将预压缩成型时的压力设为2.5×102～1×103MPa，从而防止在后述的主压缩后产生的绕组部4的位置的歪斜及/或绕组的形状的变形，容易制造耐电压、电感及直流叠加特性全部优异的电感元件。另外，通过将预成型体60a、60b的密度设为上述的范围内、特别是设为4.0g/cm3以上，由此，容易提高上述Sα及Sβ。另外，通过设为6.5g/cm3以下，预压缩成型时的压力不会过高，容易抑制锈或成型裂纹的产生。
接着，将得到的预成型体60a、60b及插入部件以图2及图3所示的实施方式，配置于与预成型体制造时不同的模具的模腔内，进行主压缩(压接)，由此，能够得到电感元件2。主压缩时的压力没有特别限制，但优选设为例如1×102～8×102MPa(1～8t/cm2)。另外，主压缩时的压力与预压缩成型时的压力(100％)相比，优选低至40～80％左右，进一步优选低至50～60％左右。通过使主压缩时的压力比预压缩成型时的压力低，容易防止在主压缩后产生的绕组部4的位置的歪斜及/或绕组的形状的变形，且有预压缩成型时的压力比主压缩时的压力越大，则耐电压特性越容易提高的倾向。
另外，优选通过对在主压缩后从模具中取出的电感元件2进行加热，使树脂完全固化。具体而言，优选对于从模具中取出的电感元件2，以比树脂开始固化的温度高的温度进行加热，由此，使树脂完全固化。
通过上述的制造方法得到的电感元件2中，绕组部4的位置的歪斜及/或绕组的形状的变形较小，并且能够高密度地形成芯部6、特别是中芯中央区域6α。因此，能够提高电感及直流叠加特性，同时也提高耐电压。
本实施方式中，对于最终得到的电感元件2的芯部6，能够高密度地制作中芯部。其结果，与现有的电感元件相比，能够提高电感及直流叠加特性。
作为制造本实施方式的电感元件2的方法，除了图2及图3所示的方法以外，例如还有如下方法，如图4所示，准备板状的预成型体60a1及罐形状的预成型体60b1。此时，有使罐形状的预成型体60b1的中芯部的高度高于外周部的高度的方法。另外，如图5所示，有准备板状的预成型体60c及60g、环状的预成型体60d及60f、及圆柱状的预成型体60e的方法。此时，有使圆柱状的预成型体60e的高度高于线圈5的高度的方法。进一步，如图6所示，有准备3个预成型体60e2、60h、60i的方法。此时，有使圆柱状的预成型体60e2的高度高于线圈5的高度的方法。另外，预成型体的形状也可以不是图6～图8所示的形状，只要最终得到的电感元件2成为图1所示的形状，且中芯中央区域6α的密度变高即可。另外，有预成型体的个数越多，则直流叠加特性越提高的倾向。
此外，本发明不限定于上述的实施方式，能够在本发明的范围内进行各种改变。
实施例
以下，基于详细的实施例进一步说明本发明，但本发明不限定于这些实施例。
实施例1～3
实施例1～3中，通过预压缩成型制作图2及图3所示的形状的预成型体，然后，进行主压缩，得到了图1所示的形状的电感元件。
首先，准备向模具的模腔内充填的颗粒。作为磁性粉末，准备球状的Fe-Si合金(平均粒径25μm)，在磁性粉末表面形成使用了溶胶凝胶法而成的SiO2膜即绝缘被膜。将磁性粉末整体设为100重量％，向上述磁性粉末中添加稀释于丙酮中的环氧树脂3重量％并进行搅拌。搅拌之后，使之通过250微米的网眼的筛网，在室温下使之干燥24小时，得到向模具的模腔内充填的颗粒。
向模具的模腔内充填上述颗粒，进行预压缩成型，制作图2及图3所示的形状的两个预成型体。本实施例中，两个预成型体设为相同形状。预压缩成型时的压力设为6×102MPa。此时，实施例1～3中，分别改变z1(＝z2)的值。
接着，将制作的预成型体及插入部件配置于与预压缩成型中使用的模具不同的模具的模腔内。在模腔内部以图2及图3所示的实施方式配置图2及图3所示的两个预成型体和具有内径4mm、高度3mm的绕组部的插入部件。
接着，从图3的Z轴方向的上下进行加压并进行主压缩。主压缩时的成型压力设为1×102MPa。
然后，从模具中取出成型体，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。得到的芯部的尺寸为长7mm×宽7mm×高度5.4mm。
对这样得到的电感元件的样品测定Sα及Sβ。具体而言，对于各测定部位观察480μm×560μm的SEM图像，算出Sα及Sβ。将处于卷轴中心4α上且距卷轴中心4α通过的电感元件的一个面的距离为0.24mm、0.74mm、1.64mm、2.14mm、2.64mm、3.14mm、3.64mm、4.54mm及4.84mm的点作为测定区域的中心点，设定各测定部位。然后，算出各测定部位的磁性粉体的面积比例。与各测定部位的磁性粉体的面积比例一并在表1中表示。然后，将包含距电感元件的一个面的距离为0.24mm的点、0.74mm的点、4.54mm的点或4.84mm的点的4个各测定部位中的磁性粉体的面积比例的平均设为Sβ。将包含距电感元件的一个面的距离为1.64mm的点、2.14mm的点、2.64mm的点、3.14mm的点或3.64mm的点的5个各测定部位中的磁性粉体的面积比例的平均设为Sα。
进一步，测定各电感元件的电感L0。
电感的测定中，以测定频率100KHz、测定电压0.5mV，使用LCR仪表(Hewlett-Packard Company制造)进行。将电感L0为47.0～56.4μH的情况设为良好。
直流叠加特性的测定中，将直流电流从0起施加于各电感元件的样品，将相对于电流0时的电感(μH)降低至80％时流通的电流的值(安培)设为Isat，并以Isat的数值进行评价。在Isat为6.0A以上的情况下，设为直流叠加特性良好。
进一步，对于实施例1的电感元件的样品拍摄截面照片。将结果在图7中表示。另外，将实施例1的中芯中央区域的SEM图像在图11中表示。
比较例1～3
比较例1～3中，与实施例1～3同样地制作颗粒后，在主压缩用的模具的模腔中配置插入部件，充填颗粒，不进行预压缩成型并进行主压缩。除了不进行预压缩成型而进行主压缩以外，与实施例1～3同样地制作电感元件。即，比较例1～3全部以相同的条件进行实施，结果在试验结果中有偏差。将结果在表1中表示。进一步，将比较例3的中芯中央区域的SEM图像在图12中表示。
另外，对于比较例3的电感元件的样品拍摄截面照片。将结果在图8中表示。
[表1]
Figure BDA0001647427900000101
根据表1、图11、图12，本申请实施例1的中芯中央区域的密度比顶板中央区域的密度高。与之相对，本申请比较例3的顶板中央区域的密度比中芯中央区域的密度高。进一步，如果比较图7及图8，则本申请实施例1的电感元件变形比本申请比较例3的电感元件的变形小。
另外，根据表1，Sα-Sβ为-2.0％以上的本申请实施例1～3的电感及直流叠加特性比Sα-Sβ低于-2.0％的本申请比较例1～3的电感及直流叠加特性良好。进一步，Sα为65％以上的本申请实施例1～3的直流叠加特性比Sα低于65％的本申请比较例1～3的直流叠加特性优异。
实施例4～6及比较例4～6
除了作为磁性粉末准备无定形的Fe-Si-Cr合金(平均粒径25μm)以外，通过与实施例1～3相同的条件制作实施例4～6，通过与比较例1～3相同的条件制作比较例4～6。将结果在表2中表示。
[表2]
Figure BDA0001647427900000111
通过磁性粉末的材质的变化所得到的电感元件的特性变化。而且，要求的电感及直流叠加特性变化。因此，实施例4～6及比较例4～6中，与实施例1～3及比较例1～3不同，将电感L0为52.0～56.4μH的情况设为良好。另外，将Isat为3.5A以上的情况设为良好。
另外，对于实施例4的电感元件的样品拍摄截面照片。将结果在图9中表示。对于比较例5的电感元件的样品拍摄截面照片。将结果在图10中表示。另外，将实施例4的中芯中央区域的SEM图像在图12中表示，将比较例5的中芯中央区域的SEM图像在图13中表示。
根据实施例4～6及比较例4～6，即使在磁性粉末的种类为Fe-Si-Cr合金的情况下，也显示出与磁性粉末的种类为Fe-Si合金的情况相同的倾向。

Claims (3)

1.一种电感元件，其中，
具有：
绕组部，其使导体卷绕成线圈状；和
芯部，其包围所述绕组部的周围，且包含磁性粉体和树脂，
将在从卷轴中心向垂直的外侧方向上存在所述绕组部且从所述卷轴中心朝向所述垂直的外侧方向为280μm以内的距离的所述芯部的区域设为中芯中央区域，
将在从卷轴中心向垂直的外侧方向上不存在所述绕组部且从所述卷轴中心朝向所述垂直的外侧方向为280μm以内的距离的所述芯部的区域设为顶板中央区域，
在通过所述卷轴中心且与所述卷轴中心平行的任意的截面中，将所述磁性粉体在所述中芯中央区域整体中所占的平均面积比例设为Sα，且将所述磁性粉体在所述顶板中央区域整体中所占的平均面积比例设为Sβ的情况下，满足Sα-Sβ≧-2％，Sα≧65％，其中，Sα和Sβ的单位为％。
2.根据权利要求1所述的电感元件，其中，
Sα-Sβ≧-1％。
3.一种电感元件，其中，
具有：
绕组部，其使导体卷绕成线圈状；和
芯部，其包围所述绕组部的周围，且包含磁性粉体和树脂，
将在从卷轴中心向垂直的外侧方向上存在所述绕组部且从所述卷轴中心朝向所述垂直的外侧方向为280μm以内的距离的所述芯部的区域设为中芯中央区域，
将在从卷轴中心向垂直的外侧方向上不存在所述绕组部且从所述卷轴中心朝向所述垂直的外侧方向为280μm以内的距离的所述芯部的区域设为顶板中央区域，
在通过所述卷轴中心且与所述卷轴中心平行的任意的截面中，将所述磁性粉体在所述中芯中央区域整体中所占的平均面积比例设为Sα，且将所述磁性粉体在所述顶板中央区域整体中所占的平均面积比例设为Sβ的情况下，满足Sα-Sβ≧0％，Sα≧65％，其中，Sα和Sβ的单位为％。
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