JP2003264109A - 磁性素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 表面実装に適した薄型の磁性素子を提供する
ことを目的とする。 【解決手段】 両端に引出電極部６を設けた導体コイル
３及び絶縁性物質４からなるシート状コイル２と、この
シート状コイル２の上下面に配置されたシート状の第１
磁性部材１と、前記シート状コイル２の中心部及び周辺
部に配置され前記導体コイル３及び前記第１磁性部材１
とで閉磁路を形成する第２磁性部材５と、前記シート状
コイル２の両端に設けた引出電極部６とを備え、さら
に、前記引出電極部６にはめ込みかつ実装面と同一或い
は実装面から突出するように端子電極７を設けた磁性素
子とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電子機器のインダク
タ、チョークコイル、トランスその他に用いられる超薄
型の磁性素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、電子機器の全般的な小型化・薄型
化に伴い、これらに用いられる部品や電源デバイスなど
も小型化・薄型化することが強く求められている。特に
携帯機器等では、小型化以上に薄型化の要求が強くなっ
ている。一方、ＣＰＵなどのＬＳＩは高速・高集積化し
てきており、このようなＬＳＩに供給される電源回路に
は大電流が供給されることがある。従って、高速・高集
積化されたＬＳＩに供給される電源回路に用いられるチ
ョークコイル等のインダクタにはコイル導体を低抵抗化
して低発熱、高放熱性を実現すること、及び高周波域で
の損失の低いことが求められている。

【０００３】又、この携帯機器の電源回路に使用される
部品の中で、最も寸法の厚い部品はインダクタである。
そのため、インダクタ等の磁性素子の薄型化は電源自体
の薄型化のためにも必要不可欠である。

【０００４】この薄型構造の磁性素子の特性向上を狙っ
た技術として、特開平９−２７０３３４号公報には磁性
体粉末を含んだ樹脂に平面形コイルが埋め込まれ、その
上下に金属磁性板を貼り付けた構造のものが提案されて
いる。

【０００５】又、特開平６−３４２７２５号公報には導
線（平面形コイル）をフェライトと樹脂とのペーストに
埋め込んだものの上下にフェライト板を貼り付けた構造
のものなどが提案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来、小型インダクタ
ンス部品の端子電極の形成法としては、リードフレーム
加工技術と樹脂モールド成型技術の組み合わせにて端子
電極を形成する方法、或いは端面に焼付銀、導電性接着
剤などの厚膜法やスパッタリング技術などの薄膜法によ
って端子電極用の下地電極を設け、さらにこの下地電極
上にバレルめっきと呼ばれる電気めっき法によってニッ
ケル膜及びはんだ膜を順次形成していく方法が広く知ら
れている。

【０００７】しかしながら、上記端子電極の形成法を薄
型の磁性素子の端子電極の形成に適用しようとすると、
樹脂モールド技術を用いてリードフレームを内蔵させて
薄型の磁性素子を形成することは成型条件、寸法精度な
ど樹脂モールド工法上の条件制御が非常に困難となって
いた。又、めっき法を用いて端子電極を形成する場合に
は、バレルめっき中にシート状の磁性部材に割れや欠け
等が発生するというだけでなく、めっき液によってシー
ト状コイルの上下面に配置した磁性部材が変質してしま
うため、磁性素子としての性能が著しく低下してしまう
という問題点を有していた。

【０００８】その為、薄型の磁性素子の端子電極の形成
にはリードフレームと樹脂モールド技術による端子電極
の形成法、或いは電気めっきを用いた端子電極の形成法
は適用できないという問題があった。

【０００９】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
であり、高寸法精度を有し、表面実装性に優れるととも
に電気的性能に優れた端子電極構造を有する薄型の磁性
素子を提供することを目的とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の磁性素子は以下の構成を有するものであ
る。

【００１１】本発明の請求項１に記載の発明は、両端に
引出電極部を設けた導体コイル及び絶縁性物質からなる
シート状コイルと、このシート状コイルの上下面に前記
シート状コイルを挟持するように配置された第１磁性部
材と、前記シート状コイルの中心部及び周辺部に配置さ
れ前記導体コイル及び前記第１磁性部材とで閉磁路を形
成する第２磁性部材と、前記引出電極部に嵌合され且つ
その実装面に対する厚みが磁性素子の中央部の厚みと同
一或いはそれ以上の厚みを有する端子電極を設けた磁性
素子であり、薄型で実装性に優れ、低直流抵抗を有する
磁性素子を実現することができる。

【００１２】請求項２に記載の発明は、引出電極部をシ
ート状コイルの両面にスルホールを介して形成した請求
項１に記載の磁性素子であり、引出電極部に嵌合させて
接続する端子電極との接触面積が大きくなり、導体コイ
ルと電極端子との電気的な接続性が向上する。

【００１３】請求項３に記載の発明は、引出電極部をシ
ート状コイルのいずれか一方の面に形成した請求項１に
記載の磁性素子であり、引出電極部がシート状コイルの
いずれか一方の面にのみ形成するようにしているので、
製造工程が簡素化できる。

【００１４】請求項４に記載の発明は、引出電極部がシ
ート状コイルの両面にスルホールを介して形成され、引
出電極部の端部にてスルホール部の断面が露出するよう
に形成した請求項１に記載の磁性素子であり、露出した
スルホール部の断面部も端子電極との間で接続すること
により、電気的接続性により優れた磁性素子を実現でき
ることになる。

【００１５】請求項５に記載の発明は、コの字状の溝を
有する端子電極をシート状コイルの両端に設けた引出電
極部と嵌合により接続した請求項１に記載の磁性素子で
あり、低い直流抵抗で上下面の方向性のない磁性素子と
することができる。

【００１６】請求項６に記載の発明は、中央部にロの字
状の開口部を有する端子電極をシート状コイルの両端に
設けた引出電極と嵌合により接続した請求項１に記載の
磁性素子であり、上下面の方向性のない部品とすること
ができ、且つ端子電極とシート状コイル部との位置合わ
せを高精度に組み込むことができる。

【００１７】請求項７に記載の発明は、中央部に凹形状
の挿入部を有する端子電極をシート状コイルの両端に設
けた引出電極部と嵌合により接続した請求項１に記載の
磁性素子であり、請求項６と同じ作用を有する。

【００１８】請求項８に記載の発明は、端子電極を低抵
抗な金属材料にて形成した請求項１に記載の磁性素子で
あり、直流抵抗値の低い磁性素子を実現できる。

【００１９】請求項９に記載の発明は、端子電極を銅、
スズ、ニッケルの卑金属材料或いはそれらの卑金属を含
む合金にて形成した請求項１に記載の磁性素子であり、
低抵抗で加工性に優れた端子電極を有する磁性素子を実
現できる。

【００２０】請求項１０に記載の発明は、端子電極と引
出電極部とをはんだ或いは導電性接着剤にて接合した請
求項１に記載の磁性素子であり、接続信頼性と生産性に
優れた磁性素子を実現することができる。

【００２１】請求項１１に記載の発明は、端子電極と引
出電極部とを溶接にて接合した請求項１に記載の磁性素
子であり、接続信頼性の良好な磁性素子を得ることがで
きる。

【００２２】請求項１２に記載の発明は、端子電極の表
面をはんだ付け可能な金属にて被覆した請求項１に記載
の磁性素子であり、端子電極のはんだ濡れ性を向上さ
せ、磁性素子と実装基板との電気的な接続信頼性が良好
になる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の磁性素子の実施の
形態について、図面を参照しながら説明する。以下で
は、インダクタやチョークコイルに用いられる磁性素子
の例について説明するが、本発明はこれに限定されるも
のではなく、２次巻き線の必要なトランス等に用いても
その効果を発揮するものである。

【００２４】（実施の形態１）本発明の実施の形態１及
び図１（ａ）（ｂ）、図２（ａ）（ｂ）、図３（ａ）
（ｂ）により本発明の請求項１，２，３，４，５，８，
９，１０，１１，１２に記載の発明について説明する。

【００２５】図１（ａ）（ｂ）〜図３（ａ）（ｂ）は本
発明の実施の形態１における磁性素子の断面図及び分解
斜視図である。

【００２６】図１（ａ）（ｂ）に示すように、本発明の
磁性素子はシート状コイル２が上下の第１磁性部材１に
よって挟持されており、且つ上下にある第１磁性部材１
とシート状コイル２とが直接接触するような構造となっ
ている。更に、上下の第１磁性部材１間であって、且つ
シート状コイル２の中心部及び周辺の一部には第２磁性
部材５が配置されている。この第１磁性部材１及び第２
磁性部材５の接着力で第１磁性部材１、シート状コイル
２及び第２磁性部材５が磁性素子として一体化されてい
る。

【００２７】又、シート状コイル２は導体コイル３を絶
縁性物質４によって平面状に固められた構造となってい
る。更に導体コイル３は導体が平面形に２段に巻かれた
構造となっており、最内周部３ａで上下の導体がつなが
っている。導体コイル３の引出電極部６はコイル最外周
よりシート状コイル２の両端に取り出されている。

【００２８】このシート状コイル２としては、丸線、平
角線、箔状線などを必要なターン数巻いたコイルやメッ
キ、エッチング、打ち抜きで作製したコイルを導体コイ
ル３として用い、これを絶縁性物質４で被覆して固め、
シート状としたものであれば何でも利用可能である。更
に絶縁性物質４は非磁性材料を用いることが好ましい。
その絶縁性物質４の具体例としてはエポキシ樹脂、シリ
コン樹脂、ポリイミド樹脂等の絶縁性有機樹脂材料が挙
げられる。

【００２９】なお、第１磁性部材１がＮｉＺｎフェライ
トなどのような絶縁性磁性材料であれば、シート状コイ
ル２の上下面が絶縁性被覆されておらず、導体コイル３
が露出していてもかまわない。又、低い抵抗値を有し、
高いインダクタンス値を得るためには導体コイル３の占
積率を高くする必要がある。そのためには、絶縁性物質
４による導体コイル３の被覆は可能な限り薄い方が良
い。又、高い占積率を実現するためには、巻き線あるい
はメッキ法で作製したコイルがより好ましい。更に導体
コイル３の材質は低抵抗であることが望ましいため、
銀、銅を用いることが好ましい。

【００３０】又、平面形の導体コイル３が形成された段
階では、導体の存在しない中心部や周辺部が絶縁性物質
４で充填され、第２磁性部材５を配置する穴部が存在し
ない場合がある。この場合には、ドリル、レーザー、パ
ンチャー等で、第２磁性部材５を配置する部分の絶縁性
物質４を除去すれば良い。

【００３１】次に、引出電極部６の構成は図１（ａ）に
示すように、シート状コイル２の両面にスルホール６ａ
を介して形成させることによって、シート状コイル２の
両面に引出電極部６を設けることができるため、引出電
極部６と端子電極７との接続の信頼性向上と接触抵抗の
低減に有効である。

【００３２】又、図２（ａ）（ｂ）に示すようにシート
状コイル２のいずれか一方の面にのみ引出電極部６を形
成させることによって、製造工程が簡略化された磁性素
子を実現することができる。

【００３３】更に、図３（ａ）（ｂ）に示す引出電極部
６の構成はシート状コイル２の両面にスルホール６ａを
介して形成されるとともに、引出電極部６の端部にてス
ルホール６ａの断面が露出するように構成することによ
って、シート状コイル２の両面及び端面の３方向に引出
電極部６を露出して設けることができる。この結果、よ
り優れた接続信頼性と接続箇所の増加により接続抵抗の
さらなる低減に有効である。

【００３４】次に、上記のように構成されたシート状コ
イル２両端部に設けた引出電極部６と、この引出電極部
６に嵌合され、且つその実装面に対する厚みが磁性素子
の中央部の厚みと同一或いはそれ以上の厚みを有する端
子電極７で構成されている。図１及び図２では、磁性素
子の中央部と同じ厚みを有する端子電極７の構成を図示
している。この場合、磁性素子の中央部は実装基板の表
面に近接するように実装されることになる。

【００３５】一方最近の高密度実装技術においては、実
装された磁性素子の下部に配線ラインを設けることが日
常的に行われており、この配線ラインに磁性素子の電気
的・磁気的悪影響が懸念される場合には、図３に示すよ
うに端子電極７の厚みを磁性素子の中央部より若干厚く
設計し、磁性素子が磁性素子の下部に敷設された配線ラ
インから浮いた状態を保持することになり電気的・磁気
的悪影響を大幅に軽減することができる。

【００３６】又、端子電極７の幅は磁性素子の幅と同じ
寸法に構成しているが磁性素子の用途によって端子電極
７の幅寸法を狭く設計したり、幅広く設計することも可
能である。

【００３７】更に、端子電極７は低抵抗な金属材料で構
成することによってコイルの直流抵抗を低減するととも
に放熱性にも優れるという効果も得られる。

【００３８】その低抵抗の金属材料として、銅、スズ、
ニッケルの卑金属材料或いはそれらの卑金属を含む合金
を用いることがより好ましい結果を得ることができる。
そして前記材料は比較的展性、延性に富むため加工性は
容易であり微細な形状も切削加工または成型加工によっ
て量産することが可能である。

【００３９】又、図２に示すように上記のように加工さ
れた端子電極７は、より接続の信頼性を高めるために端
子電極７と引出電極部６とが導電性接着剤８にて接合す
る構成とすることもできる。更に導電性接着剤８の代わ
りにはんだを用いて接合することによって、より低抵抗
で高耐熱性を有する接合を実現することができる。更に
又、溶接技術を用いて接合することによってより高信頼
性を有する構成とすることも可能であり、磁性素子の特
性によって、上記いずれか一つの最適な接合技術を用い
て所望の形状、磁気特性、信頼性を有する薄型の磁性素
子を実現することが可能となる。

【００４０】次に端子電極７の表面をはんだ濡れ性に優
れた金属、例えばはんだ、スズ、金、銀などの金属材料
をメッキ或いは薄膜技術を用いて端子電極７の表面に前
記金属膜を形成することによって、回路基板などへの実
装時のはんだ濡れ性を高めることができる。

【００４１】更に本発明の磁性素子は上下に対称の構造
を有しており、磁性素子として実装基板に実装する場
合、上下の方向性が無いために表裏を判定しながら実装
する必要性が無くなり、高い装着性の実現と実装コスト
の低減に寄与することができる。更に又、上下方向にお
いて一方の面の端子電極７の厚みが磁性素子の中央部の
厚みと同一であり、他方の面の端子電極厚みがそれ以上
の厚みを有する端子電極とすることも可能である。

【００４２】次に本発明の磁性素子を製造する方法につ
いて説明する。

【００４３】まず、銅のめっき技術を用いて所定パター
ンの導体コイル３を絶縁性物質４であるポリイミド樹脂
中に上下２層形成してシート状コイル２を作製した。こ
の導体コイル３は最内周部でスルホールを介して、上下
コイルがつながるように形成してある。

【００４４】次に、導体コイル３の最外周部に接続され
た引出電極６の一部にスルホール６ａを設け、このスル
ホール６ａを介してシート状コイルの両面に引出電極部
６を形成する。この引出電極部６はめっき技術を用いて
低抵抗な金属材料、例えばＣｕ層を形成したり、場合に
よっては表面にＮｉ層を形成しても良い。

【００４５】次に、引出電極部６を形成したシート状コ
イル２の両端に、表面をはんだで被覆したコの字状の溝
を有するように加工された銅の端子電極７の溝部分に導
電性接着剤８である樹脂銀ペーストを塗布してから、引
出電極部６と端子電極７をはめ込んで接合させた。

【００４６】次に、このシート状コイル２の中心部及び
周辺部にパンチャーで穴をあけ、その穴に第２磁性部材
５として、ＭｎＺｎフェライト粉末を混合したエポキシ
樹脂を充填し、更にシート状コイル２の上下面にシート
状に加工したＭｎＺｎフェライト焼結体を第１磁性部材
１として設置し、軽く圧力を加えながら１５０℃、１時
間の熱処理をしてエポキシ樹脂を硬化させることによっ
て、サイズ；３×４ｍｍ、厚さ０．７ｍｍの磁性素子が
得られた。

【００４７】このような構造とすることによって、端子
電極７と実装基板の実装ランドとの間で十分な量のはん
だフィレットを形成できるようになるとともに端子電極
７が導電性に優れた金属から構成されるために、低い直
流抵抗を有するコイル部が実現できるとともに、コイル
に電流を流すことによって発生する熱の放熱性が優れた
薄型の磁性素子を実現することができる。

【００４８】（実施の形態２）本発明の実施の形態２及
び図４（ａ）（ｂ）により請求項６，７に記載の発明に
ついて説明する。図４（ａ）（ｂ）は本発明の実施の形
態２における磁性素子の分解斜視図である。

【００４９】図４に示すように、本発明の磁性素子はシ
ート状コイル２が上下の第１磁性部材１によって挟持さ
れており、且つ上下にある第１磁性部材１とシート状コ
イル２とが直接接触するような構造となっている。更
に、上下の第１磁性部材１の間であって、且つシート状
コイル２の中心部及び周辺部には第２磁性部材５が配置
されている。この第１磁性部材１及び第２磁性部材５の
接着力で第１磁性部材１、シート状コイル２及び第２磁
性部材５が磁性素子として一体化されている。又シート
状コイル２は実施の形態１と同じ構造となっており、導
体コイル３の引出電極部６はコイル最外周よりシート状
コイルの両端に取り出されている。

【００５０】この引出電極部６の形状は図４に示すよう
に引出電極部６のみが凸形状を有して突き出た構造をし
ている。そして図４（ａ）において、端子電極７の形状
は中央部にロの字状の開口部７ａを有しており、この開
口部７ａに上記凸形状の引出電極部６を嵌合させて接合
させる構成としている。

【００５１】このときの接合方法は開口部７ａに導電性
接着剤を塗布した端子電極７をはめ込み、乾燥硬化させ
て引出電極部６と接合させても良いし、はんだあるいは
溶接による接合も可能である。更に磁性素子の強度を向
上するために嵌合して接合する開口部７ａ以外の部分に
導電性接着剤８を塗布して接合しても良いし、単に接着
剤を介して接合の強度を上げることも可能である。

【００５２】又、図４（ｂ）に示すように、端子電極７
の形状は中央部に凹形状の挿入部７ｂを有しており、こ
の挿入部７ｂに上記凸形状の引出電極部６を嵌合させて
接合させる構成としている。

【００５３】このときの接合方法は導電性接着剤、はん
だ、溶接などの方法を用いて接合することができる。上
記と同じように更に磁性素子の強度を向上するために接
合する挿入部７ｂ以外の部分に導電性接着剤を塗布して
接合しても良いし、単に接着剤を介して接合の強度を上
げることも可能である。

【００５４】以上のようにして作製した薄型磁性素子に
ついて、表面実装試験を実施したところ、端子電極７と
実装基板の実装ランドとの間で十分な量のはんだフィレ
ットを形成できており、それによって、導体コイル３と
基板との電気的な接続性が良好で、かつ、はんだ付け強
度も優れているということが確認された。

【００５５】なお、本実施の形態では、めっき技術を用
いてＣｕからなる２層の導体コイル３をつくり、絶縁性
物質４としてはポリイミド樹脂を用いてシート状コイル
を作製したが、シート状に形成できるものであれば、導
体コイル３の製造法、材料及び形状、或いは絶縁性物質
４の材料については特に限定しない。また、本実施の形
態では、導体コイル３の２つの端子電極７をシート状コ
イル２の対向する端面に形成しているが、２つの端子電
極７が電気的に接続しなければ同一方向或いは隣接する
端面に形成しても良い。

【００５６】また、本実施の形態では、第１磁性部材１
としてＭｎＺｎフェライト焼結体を用いたが、透磁率が
高く、飽和磁束密度が大きく、かつ、高周波特性に優れ
た磁性体材料であれば何でも良く、実際に使用可能な材
料としては、フェライト焼結体、ダストコア、及び金属
磁性導体の三種類が挙げられる。

【００５７】また、第２磁性部材５としては、エポキシ
樹脂にＭｎＺｎフェライト粉末を混合したものを用いた
が、軟磁気特性のある粉末と結着性のある有機樹脂の組
み合わせであれば何でも良いが、飽和磁束密度の高い金
属磁性体粉末と熱硬化樹脂との組み合わせがより望まし
い。

【００５８】

【発明の効果】以上のように本発明は、両端に引出電極
部を設けたシート状コイルと、前記シート状コイルの上
下面に配置された第１磁性部材と、前記導体コイル及び
前記第１磁性部材とで閉磁路を形成する第２磁性部材
と、引出電極に嵌合させ且つその実装面に対する厚みが
磁性素子の中央部の厚みと同一或いはそれ以上の厚みを
有する端子電極を備えることにより、低い直流抵抗値を
有するとともに小型・薄型化を実現し、表面実装時に基
板との電気的な接続性、放熱性及びはんだ付け性に優れ
た薄型の磁性素子を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）本発明の実施の形態１における磁性素子
の断面図 （ｂ）同分解斜視図

【図２】（ａ）同断面図 （ｂ）同分解斜視図

【図３】（ａ）同断面図 （ｂ）同分解斜視図

【図４】（ａ）本発明の実施の形態２における分解斜視
図 （ｂ）同分解斜視図

【符号の説明】

１ 第１磁性部材 ２ シート状コイル ３，３ａ 導体コイル ４ 絶縁性物質 ５ 第２磁性部材 ６ 引出電極部 ６ａ スルホール ７ 端子電極 ７ａ 端子電極開口部 ７ｂ 端子電極挿入部 ８ 導電性接着剤

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 守本 慎一 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 5E043 AA07 EA05 EB05

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 両端に引出電極部を設けた導体コイル及
   び絶縁性物質からなるシート状コイルと、このシート状
   コイルの上下面に前記シート状コイルを挟持するように
   配置された第１磁性部材と、前記シート状コイルの中心
   部及び周辺部に配置され前記導体コイル及び前記第１磁
   性部材とで閉磁路を形成する第２磁性部材と、前記引出
   電極部に嵌合され且つその実装面に対する厚みが磁性素
   子の中央部の厚みと同一或いはそれ以上の厚みを有する
   端子電極を設けた磁性素子。
2. 【請求項２】 引出電極部がシート状コイルの両面にス
   ルホールを介して形成された請求項１に記載の磁性素
   子。
3. 【請求項３】 引出電極部をシート状コイルのいずれか
   一方の面に形成された請求項１に記載の磁性素子。
4. 【請求項４】 引出電極部がシート状コイルの両面にス
   ルホールを介して形成され、引出電極部の端部にてスル
   ホール部の断面が露出するように形成された請求項１に
   記載の磁性素子。
5. 【請求項５】 コの字状の溝を有する端子電極をシート
   状コイルの両端に設けた引出電極部と嵌合により接続し
   た請求項１に記載の磁性素子。
6. 【請求項６】 中央部にロの字状の開口部を有する端子
   電極をシート状コイルの両端に設けた引出電極部と嵌合
   により接続した請求項１に記載の磁性素子。
7. 【請求項７】 中央部に凹形状の挿入部を有する端子電
   極がシート状コイルの両端に設けた引出電極部と嵌合に
   より接続した請求項１に記載の磁性素子。
8. 【請求項８】 端子電極を低抵抗な金属材料にて形成し
   た請求項１に記載の磁性素子。
9. 【請求項９】 端子電極を銅、スズ、ニッケルの卑金属
   材料或いはそれらの卑金属を含む合金にて形成した請求
   項１に記載の磁性素子。
10. 【請求項１０】 端子電極と引出電極部とをはんだ或い
    は導電性接着剤にて接合した請求項１に記載の磁性素
    子。
11. 【請求項１１】 端子電極と引出電極部とを溶接にて接
    合した請求項１に記載の磁性素子。
12. 【請求項１２】 端子電極の表面をはんだ付け可能な金
    属にて被覆した請求項１に記載の磁性素子。