CN113539609A - 线圈部件及线圈部件的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及线圈部件及线圈部件的制造方法。本发明提供一种即使长时间暴露于高温也能够抑制强度降低的线圈部件。线圈部件(11)具备：具有气孔(2)的多孔陶瓷部(1)、埋设于多孔陶瓷部(1)的内部的线圈部(12)、以及设置在多孔陶瓷部(1)的外表面且与线圈部(12)电连接的外部电极(13、14)，其特征在于，多孔陶瓷部(1)的气孔率为10体积％～90体积％，气孔(2)中填充有包含脂环式环氧系树脂和酸酐系固化剂的树脂组合物的固化物(3)。
Description
技术领域
本发明涉及线圈部件及线圈部件的制造方法。
背景技术
作为用于电磁波吸收体等的介电常数低的铁素体材料，已知有将气孔率作为20～70体积％的发泡铁素体烧结体。在具备这样的含有气孔的发泡铁素体烧结体的线圈中，即使叠加直流电流，自谐振频率也不会变动，但具有阻抗大幅度降低的问题。
因此，作为即使在叠加了小直流电流的情况下自谐振频率的变动也几乎没有，并且能够抑制阻抗的降低率的层叠陶瓷电子部件，提出了在含有气孔的陶瓷基体的气孔的40体积％以上填充有树脂的层叠陶瓷电子部件(参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2005－32995号公报
发明内容
然而，使用了在气孔中填充有树脂的陶瓷基体的电子部件的强度取决于填充于气孔的树脂的强度，因此若电子部件长时间暴露于高温环境而树脂的强度降低，则电子部件无法确保所希望的强度。
本发明是为了解决上述的课题而完成的，目的在于提供一种即使长时间暴露于高温也能够抑制强度降低的线圈部件。
本发明的线圈部件的特征在于，具备：具有气孔的多孔陶瓷部、埋设于上述多孔陶瓷部的内部的线圈部、和设置在上述多孔陶瓷部的外表面且与上述线圈部电连接的外部电极，上述多孔陶瓷部的气孔率为10体积％～90体积％，在上述气孔中填充有包含脂环式环氧系树脂和酸酐系固化剂的树脂组合物的固化物。
本发明的线圈部件的制造方法的特征在于，进行如下工序：准备包含陶瓷材料和消失材料的陶瓷生片的工序；在上述陶瓷生片上形成配线层的工序；层叠形成有上述配线层的上述陶瓷生片而制作未烧制的层叠体的工序；对上述未烧制的层叠体进行烧制，并且使上述消失材料消失，制作具备具有气孔的多孔陶瓷部的层叠体的工序；以及在上述多孔陶瓷部的上述气孔中填充包含脂环式环氧系树脂和酸酐系固化剂的树脂组合物的工序。
根据本发明，能够提供一种即使长时间暴露于高温也能够抑制强度降低的线圈部件。
附图说明
图1是示意性地表示多孔陶瓷部的内部结构的剖视图。
图2是示意性地表示具备多孔陶瓷部的线圈部件的内部结构的一个例子的侧面剖视图。
图3是示意性地表示构成图2所示的线圈部件的层叠体的一个例子的分解立体图。
图4是表示实施例4和比较例1中制成的线圈部件的高温暴露3000小时后的抗折强度的Weibull分布的图表。
符号说明
1 多孔陶瓷部
2 气孔
3 树脂组合物的固化物
11 线圈部件
12 线圈部
13、14 外部电极
15、16 通路部
21a、21b 多孔陶瓷片
22 线圈导体
23 通路导体
具体实施方式
以下，对本发明的线圈部件和线圈部件的制造方法进行说明。
然而，本发明并不限于以下的构成和方式，可以在不变更本发明的要旨的范围内适当地变更后应用。应予说明，组合2个以上的以下所记载的本发明的各优选的构成和方式而成的构成和方式也是本发明。
＜线圈部件＞
本发明的线圈部件的特征在于，通过对形成有配线层的陶瓷生片进行层叠并烧制，从而具备在内部埋设有线圈部的多孔陶瓷部，特别是在多孔陶瓷部具备气孔，在其气孔填充有包含脂环式环氧系树脂和酸酐系固化剂的树脂组合物的固化物。
首先，对于多孔陶瓷部，参照图1进行说明。
图1是示意性地表示多孔陶瓷部的内部结构的剖视图。
如图1所示，在多孔陶瓷部1的内部和表面形成有多个气孔2，在气孔2填充有树脂组合物的固化物3。气孔2优选其平均气孔直径为1μm～10μm，更优选为2μm～6μm。平均气孔直径的测定能够利用SEM(电子显微镜)观察来进行。
多孔陶瓷部形成为气孔率为10体积％～90体积％。若气孔率小于10体积％，则多孔陶瓷部的介电常数的降低不充分，若超过90体积％，则多孔陶瓷部的制作困难。气孔率优选为10体积％～50体积％。气孔率的计算可以根据后述的实施例所记载的方法进行。
作为构成多孔陶瓷部的陶瓷材料，可使用铁素体材料等磁性材料、玻璃陶瓷材料等非磁性材料、或者混合这些磁性材料、非磁性材料而成的混合材料等。
作为陶瓷材料，优选铁素体材料，优选为Ni－Zn－Cu系的铁素体材料。
本发明的线圈部件中，在多孔陶瓷部的气孔填充有包含脂环式环氧系树脂和酸酐系固化剂的树脂组合物的固化物。
作为上述脂环式环氧系树脂，例如可举出环烯烃氧化物类型，具体而言可举出3’,4’－环氧环己基甲基－3,4－环氧环己烷甲酸酯、二环己基－3,3’－二氧化物、3,4：7,8－二环氧基双环[4.3.0]壬烷、4,5：10,11－二环氧基四环[6.5.1.02,7.06,13]十四烷、4,5：10,11－二环氧基五环[6.5.1.13，6.02，7.09，13]十五烷等。这些脂环式环氧系树脂可以单独使用，也可混合两种以上使用。
作为脂环式环氧系树脂，优选为3’,4’－环氧环己基甲基－3,4－环氧环己烷甲酸酯。
树脂组合物中的脂环式环氧系树脂的含量相对于脂环式环氧系树脂和酸酐系固化剂的合计优选为35重量％～55重量％。
上述树脂组合物可以包含脂环式环氧系树脂以外的其它环氧树脂。作为其它环氧树脂，例如可举出双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、氢化双酚A型环氧树脂等。
在包含其它环氧树脂的情况下，相对于脂环式环氧系树脂和其它环氧树脂的合计重量，脂环式环氧系树脂的比例优选为25重量％～75重量％。
作为上述酸酐系固化剂，例如优选使用选自甲基四氢邻苯二甲酸酐、甲基内亚甲基四氢邻苯二甲酸酐、甲基丁烯基四氢邻苯二甲酸酐、十二碳烯基琥珀酸酐、甲基六氢邻苯二甲酸酐以及六氢邻苯二甲酸酐中的至少1种。更优选为甲基六氢邻苯二甲酸酐和六氢邻苯二甲酸酐的混合物。
树脂组合物中的酸酐系固化剂的含量相对于脂环式环氧系树脂和酸酐系固化剂的合计优选为45重量％～65重量％。
在上述树脂组合物中可以进一步添加固化促进剂、抗氧化剂、聚合引发剂、增塑剂、防静电剂、阻燃剂、消泡剂、粘度调整剂等。
包含脂环式环氧系树脂和酸酐系固化剂的树脂组合物的固化物的玻璃化转变温度高，耐热性高。因此，如果使用包含脂环式环氧系树脂和酸酐系固化剂的树脂组合物的固化物作为填充于气孔的树脂，则能够抑制高温暴露时的线圈部品的强度降低。
本发明的线圈部件中，优选固化物的玻璃化转变温度(Tg)为200℃以上。若Tg小于200℃，则在高温下长时间暴露线圈部件时可能强度变得不充分。更优选为200℃～300℃。
上述固化物的Tg是基于JIS K7121测定的值。
本发明的线圈部件中，优选相对于气孔体积的固化物的填充率为30体积％以上。若填充率小于30体积％，则可能线圈部件的抗折强度恶化。更优选为40体积％～90体积％。
相对于气孔体积的树脂组合物的固化物的填充率的计算可利用以下的方法进行。
根据树脂组合物填充前后的多孔陶瓷部的重量变化与固化物的比重，计算所填充的固化物的体积。接着，根据由测微计得到的尺寸测定值计算多孔陶瓷部的体积，通过对其乘以气孔率，从而求出多孔陶瓷部中的气孔体积。将用固化物的体积除以气孔体积而得到的值作为相对于气孔体积的固化物的填充率(体积％)。
固化物的填充率(体积％)＝[(固化物的体积)/(气孔的体积)]×100
应予说明，所填充的固化物的体积也可以根据由作为完成品的线圈部件的TG－DTA得到的重量减少率和固化物的密度求出。
接下来，对于本发明的线圈部件的构成的一个例子，参照图2和图3进行说明。
图2是示意性地表示具备多孔陶瓷部的线圈部件的内部结构的一个例子的侧面剖视图。
另外，图3是示意性地表示构成图2所示的线圈部件的层叠体的一个例子的分解斜视图。
如图2所示，线圈部件11具有在多孔陶瓷部1的内部埋设有线圈部12，并且在多孔陶瓷部1的外表面设置有外部电极13、外部电极14的结构。外部电极13、外部电极14分别经由通路部15、通路部16与线圈部12电连接。
图2是示意性地表示构成线圈部件11的多孔陶瓷部1的内部结构的一个例子的侧面图，严格来说不表示实际的形状和连接等。对于图3如后所述，构成线圈部12的线圈导体22经由通路导体23连接，通路导体23相互连接。
如图3所示，多孔陶瓷部1层叠有多个多孔陶瓷片21a、多孔陶瓷片21b而构成。在多孔陶瓷片21a设置有通路导体23。在多孔陶瓷片21b设置有线圈导体22和通路导体23。线圈导体22和通路导体23与多孔陶瓷片21a、多孔陶瓷片21b一起层叠。
＜线圈部件的制造方法＞
接下来，对线圈部件的制造方法进行说明。该线圈部件的制造方法也是制造本发明的线圈部件的方法。
首先，对准备包含陶瓷材料和消失材料的陶瓷生片的工序的一方式进行说明。
作为陶瓷材料，例如可使用铁素体材料等磁性材料、玻璃陶瓷材料等非磁性材料、或者、混合这些磁性材料、非磁性材料而成的混合材料等。在本发明的制造方法中，作为陶瓷材料，优选为铁素体材料。作为铁素体材料，例如可通过以湿式混合铁、镍、锌以及铜的氧化物，利用球磨机等进行粉碎，进行干燥并实施预烧制，从而得到Ni－Zn－Cu系的铁素体材料(氧化物混合粉末)。
作为上述消失材料，只要是能够通过烧制从多孔陶瓷部消失的材料，就没有特别限定，优选使用表面积、保形性大，对于粘合剂的粘合性优异的球状聚合物。通过采用球状聚合物，能够减少粘合剂的比例而增加消失材料的比例。作为消失材料，优选为平均粒径为1μm～10μm以下的树脂球等。消失材料的平均粒径更优选为4μm～6μm。作为消失材料的组成，例如优选为交联聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯等，优选为交联聚甲基丙烯酸甲酯。
在上述陶瓷材料和消失材料中加入粘合剂、有机溶剂、分散剂等进行混合，利用刮刀法等将得到的混合物成型加工为规定厚度的片，能够得到陶瓷生片。消失材料的配合量以多孔陶瓷部的气孔率成为所希望的值的方式进行调整。
接下来，对在陶瓷生片上形成配线层的工序的一方式进行说明。
如后所述，通过层叠形成有配线层的陶瓷生片并烧制，从而配线层构成线圈部件的线圈部和通路部。
首先，对上述的工序中得到的包含陶瓷材料和消失材料的陶瓷生片的规定部位实施激光加工，形成通孔。通过在具有通孔的陶瓷生片上印刷Ag糊料等导电性糊料而在通孔中填充导电性糊料。该导电性糊料成为通路导体。进一步印刷规定形状的成为用于卷绕线圈的导体图案的导电性糊料。该导电性糊料成为线圈导体。通过对印刷导电性糊料后的陶瓷生片进行干燥，从而能够在陶瓷生片上形成配线层。
接下来，对形成有配线层的上述陶瓷生片进行层叠并制作未烧制的层叠体的工序的一方式进行说明。
层叠形成有线圈导体和通路导体的陶瓷生片，进一步在上下方向层叠形成有作为通路部的通路导体的陶瓷生片进行压接，以便在层叠体的内部形成有单片化后在与贴装面平行的方向具有卷绕轴的线圈部。其后，切断压接体以便成为规定尺寸，进行单片化，从而能够制成未烧制的层叠体。
对未烧制的层叠体进行烧制并使上述消失材料消失、制作具备具有气孔的多孔陶瓷部的层叠体的工序可以通过以规定的温度将单片化的未烧制的层叠体烧制规定的时间来进行。通过烧制，陶瓷生片所包含的消失材料消失，消失材料的形状基本保持不变地成为多孔陶瓷部的气孔的形状。
接下来，对多孔陶瓷部的气孔填充包含脂环式环氧系树脂和酸酐系固化剂的树脂组合物的工序的一方式进行说明。
首先，制备包含脂环式环氧系树脂和酸酐系固化剂的树脂组合物。上述脂环式环氧系树脂和酸酐系固化剂可以使用对于线圈部件上述例示的物质。在树脂组合物中，除了脂环式环氧系树脂和酸酐系固化剂以外，还可以添加上述的其它环氧树脂、固化促进剂、抗氧化剂、聚合引发剂、增塑剂、防静电剂、阻燃剂、消泡剂、粘度调整剂等。
在该树脂组合物中以规定时间浸渍上述烧制后的层叠体，使树脂组合物填充于多孔陶瓷部的气孔。浸渍优选在减压下或真空下进行。通过改变在树脂组合物中的浸渍时间，从而能够调整树脂组合物对气孔的填充率。
在多孔陶瓷部的气孔中填充树脂组合物的工序之后，对层叠体进行热处理而使填充到气孔2的树脂组合物固化。热处理例如在190℃～250℃进行0.5小时～24小时。优选为200℃～250℃。
外部电极的形成方法没有特别限定，可使用公知的形成方法。
例如优选(1)在上述烧制完成的层叠体的外表面赋予导电性糊料，进行上述导电性糊料的烧结，从而形成外部电极；或者(2)在上述多孔陶瓷部的上述气孔内填充上述树脂组合物后，在上述多孔陶瓷部的外表面形成外部电极。
在上述(1)的方法中，具体而言首先对未烧制的层叠体例如在大气中在规定的条件下进行脱脂处理后，以规定的温度进行烧制，从而形成层叠体。接着，在烧制完成的层叠体的外表面，利用浸渍、涂布等赋予含有Cu、Ni、Ag等导电性粒子和玻璃陶瓷材料的导电性糊料。接下来，对赋予了导电性糊料的层叠体以规定的温度进行烧结处理。由此，进行导电性糊料的烧结，形成有与通路部连接的基底电极层。其后，在多孔陶瓷部的气孔内填充树脂组合物，使其固化后，在基底电极层的表面上依次层叠由镀Ni得到的第1镀覆层、由镀Sn得到的第2镀覆层，形成外部电极。
上述(2)的方法中，具体而言，首先以与(1)的方法相同的方式形成烧制完成的层叠体。接着，在多孔陶瓷部的气孔内填充树脂组合物，使其固化。其后，利用涂布等赋予含有Cu、Ni、Ag等导电性粒子和热固化性树脂的导电性糊料并使其固化，从而形成基底电极层。在基底电极层的表面上依次层叠由镀Ni得到的第1镀覆层、由镀Sn得到的第2镀覆层，形成外部电极。
实施例
以下，示出更具体地公开了本发明的线圈部件和本发明的线圈部件的制造方法的实施例。应予说明，本发明并不限于这些实施例。
应予说明，相对于气孔体积的树脂组合物的固化物的填充率的计算是基于上述的计算方法而进行的。
＜多孔陶瓷部的气孔率＞
多孔陶瓷部的气孔率的计算按照以下的方法进行。
在905℃下对包含消失材料的陶瓷生片烧制150分钟，得到多孔陶瓷片。对于得到的多孔陶瓷片，使用离子铣削装置形成截面。使用电子显微镜获取多孔陶瓷片的截面的反射电子图像，通过利用图像解析软件WinROOF对得到的反射电子图像进行二值化处理，从而计算相对于多孔陶瓷片的截面积的气孔的面积率，将其作为多孔陶瓷部的气孔率(体积％)。
[实施例1～7]
(陶瓷材料的制备)
准备Fe2O3、NiO、ZnO、CuO粉末，称量以成为规定的配合比，将该称量物与PSZ的介质一起装入到球磨机中，以湿式进行混合和粉碎。从球磨机排出浆料，进行干燥后，在800℃煅烧2小时。
(陶瓷生片的制备)
在该煅烧物中添加规定量的交联聚甲基丙烯酸甲酯制的树脂球(平均粒径5μm，积水化成品工业株式会社制，正球状微粒聚合物(Techpolymer))，与聚乙烯醇缩丁醛系的粘合剂、作为有机溶剂的乙醇和甲苯、PSZ球一起投入到球磨机中，进行混合粉碎。利用刮刀法将得到的混合物成型加工成规定厚度的片，通过冲裁成规定的大小，从而制成陶瓷生片。应予说明，对树脂球的添加量进行调整以使得烧制后的多孔陶瓷的气孔率成为10体积％(实施例1)、30体积％(实施例2～5)、50体积％(实施例6)、90体积％(实施例7)。
(配线层的形成和层叠体的制作)
接下来，对制成的陶瓷生片的规定部位照射激光，形成支柱孔，印刷Ag糊料，向通孔填充Ag糊料，并且形成线圈导体。按照规定的顺序层叠形成了线圈导体的陶瓷生片，以规定片数配置在其上下印刷有通路导体的陶瓷生片，进行压接，从而制成未烧制的层叠体块。
对未烧制的层叠体块进行单片化，在900℃烧制2小时，得到线圈部件的素体。对得到的素体的端面涂布包含玻璃成分的Ag糊料，在800℃进行烧结，从而形成外部电极的基底电极层。
(树脂组合物的填充和固化)
接下来，制备包含作为脂环式环氧系树脂的3’,4’－环氧环己基甲基－3,4－环氧环己烷甲酸酯、作为酸酐系固化剂的4－甲基六氢邻苯二甲酸酐和六氢邻苯二甲酸酐的混合物的树脂组合物。对于树脂组合物的重量比例，使脂环式环氧系树脂为45重量％，使酸酐系固化剂为55重量％。以规定时间在该树脂组合物中浸渍形成有上述的基底电极层的素体，在真空下保持，进行树脂向气孔的填充。另外，对于多孔陶瓷部的气孔率为30体积％的素体，通过使浸渍时间变化，从而制成树脂组合物的填充率不同的试样。在填充了树脂组合物后，在最高温度200℃进行热处理，从而使所填充的树脂固化。
在使树脂固化后，通过利用电镀在基底电极层上依次形成Ni镀覆层、Sn镀覆层，从而形成外部电极，得到实施例1～7的线圈部件。将得到的线圈部件的多孔陶瓷部的气孔率和固化物的填充率示于表1。
另外，测定使树脂组合物固化而得到的固化物的Tg，结果为216℃。
[比较例1]
代替实施例1～7中所使用的树脂组合物，准备由双酚A型液状环氧树脂和丁基缩水甘油醚与作为胺系固化剂的间苯二胺/4,4’－亚甲基二苯胺构成的树脂混合液。在该树脂混合液中浸渍多孔陶瓷部的气孔率为30体积％的素体，在气孔中填充树脂，在180℃进行热固化处理。与实施例1～7同样地进行镀覆处理，制成线圈部件。将得到的线圈部件的多孔陶瓷部的气孔率和固化物的填充率示于表1。
[表1]
<高温暴露后的抗折强度的评价>
将实施例4和比较例1中得到的线圈部件放置在设定于150℃或175℃的ESPEC株式会社制的恒温槽PH-202中，在3000小时后取出，使用三点弯曲试验机，测定抗折强度。
图4是表示实施例4和比较例1中制成的线圈部件的高温暴露3000小时后的抗折强度的Weibull分布的图表。
另外，将由图4的Weibull分布求出的概率(F(t))为1.0％的抗折强度的值示于表2。
F(t)表示不可靠度，(F(t))为1.0％意味着可靠度为99.0％。
[表2]
在暴露温度为150℃的情况下，概率为1.0％的抗折强度在比较例1中为32N，与此相对，实施例4为51N，提高了约60％。该趋势在175℃的条件下也是相同的。认为其理由是由于，脂环式环氧系树脂在固化物的交联结构中具有大量刚直性高的环状结构，因此，与双酚A型环氧树脂相比，分子链的热运动变小，不易发生由活性氧引起的分子链切断。应予说明，脂环式环氧系树脂不易发生热运动，这也可由如下事实可知：固化物的玻璃化转变温度约为216℃，高于双酚A型环氧树脂的玻璃化转变温度(150℃附近)。
Claims (9)
1.一种线圈部件，其特征在于，具备：具有气孔的多孔陶瓷部、埋设在所述多孔陶瓷部的内部的线圈部、以及设置在所述多孔陶瓷部的外表面并与所述线圈部电连接的外部电极，
所述多孔陶瓷部的气孔率为10体积％～90体积％，
在所述气孔填充有包含脂环式环氧系树脂和酸酐系固化剂的树脂组合物的固化物。
2.根据权利要求1所述的线圈部件，其中，所述脂环式环氧系树脂至少包含3’,4’－环氧环己基甲基－3,4－环氧环己烷甲酸酯。
3.根据权利要求1或2所述的线圈部件，其中，所述酸酐系固化剂为选自甲基四氢邻苯二甲酸酐、甲基内亚甲基四氢邻苯二甲酸酐、甲基丁烯基四氢邻苯二甲酸酐、十二碳烯基琥珀酸酐、甲基六氢邻苯二甲酸酐和六氢邻苯二甲酸酐中的至少1种。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的线圈部件，其中，所述酸酐系固化剂为甲基六氢邻苯二甲酸酐和六氢邻苯二甲酸酐的混合物。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的线圈部件，其中，相对于所述气孔的体积，所述固化物的填充率为30体积％以上。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的线圈部件，其中，所述固化物的玻璃化转变温度为200℃以上。
7.一种线圈部件的制造方法，包括：
准备包含陶瓷材料和消失材料的陶瓷生片的工序；
在所述陶瓷生片上形成配线层的工序；
层叠形成有所述配线层的所述陶瓷生片而制备未烧制的层叠体的工序；
对所述未烧制的层叠体进行烧制并且使所述消失材料消失，制作具备具有气孔的多孔陶瓷部的层叠体的工序；以及
在所述多孔陶瓷部的所述气孔中填充包含脂环式环氧系树脂和酸酐系固化剂的树脂组合物的工序。
8.根据权利要求7所述的线圈部件的制造方法，其中，进行如下工序：通过在所述层叠体的外表面赋予导电性糊料，进行所述导电性糊料的烧结，从而形成外部电极，其后填充所述树脂组合物。
9.根据权利要求7所述的线圈部件的制造方法，其中，在所述多孔陶瓷部的所述气孔内填充所述树脂组合物后，在所述多孔陶瓷部的外表面形成外部电极。
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