JP2005005607A

JP2005005607A - 巻線型電子部品の製造方法

Info

Publication number: JP2005005607A
Application number: JP2003169780A
Authority: JP
Inventors: Koji Tanabe; 孝司田辺
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2003-06-13
Filing date: 2003-06-13
Publication date: 2005-01-06

Abstract

【課題】コアと封止部の密着性が向上された巻線型電子部品を提供する。
【解決手段】フェライト材料から構成されるコア１をシランカップリング剤で表面処理する工程と、コア１にコイル導体２を巻き回す工程と、磁性粉末を含む樹脂組成物をコイル導体２の周囲に塗布する工程と、樹脂組成物を硬化する工程と、を備えた巻線型電子部品１０の製造方法である。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インダクタ、トランス、チョークコイルなどの巻線型電子部品の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
巻線型電子部品の一例を図１に示す。図１に示すように、巻線型電子部品１０は、両端部にフランジ１ａ、１ｂを有するコア１と、コア１の外周に巻き回されるコイル導体２とを有している。コア１はフェライトなどの磁性材料によって通常は一体として形成されており、コイル導体２とともに巻芯を構成している。コア１のフランジ１ａ、１ｂの外側の側面及び端面には、第１層目の電極３ａ、３ｂが形成されている。
コイル導体２の両端の引出線２ａ、２ｂが、フランジ１ａ、１ｂの側面部分で電極３ａ、３ｂにそれぞれ接合している。フランジ１ａ、１ｂ間に挟まれた凹部には、コイル導体２を被覆するように封止部４が配設されている。引出線２ａ、２ｂが接続された電極３ａ、３ｂの外周には、更に第２層目の電極５ａ、５ｂが施してある。
【０００３】
封止部４としては、例えばフェライト粉末が分散されているエポキシ樹脂が用いられている。フェライト粉末を樹脂中に分散させることにより、磁束が封止部４内を通過しやすくなって磁気シールド性が向上し、隣接部品に対する磁気的影響を低減し、又は巻線型電子部品１０自身のインダクタンス値の向上を図ることができる（例えば、特許文献１）。
【０００４】
【特許文献１】
特開昭６３−２３６３０５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
巻線型電子部品１０は、他の電子部品と電気的に接続する場合には、はんだ付けされている。近時、融点の低い鉛（Ｐｂ）フリーのはんだが用いられるようになってきており、巻線型電子部品１０は、はんだ付け時に従来よりも高い温度に加熱されるために、耐熱衝撃性が要求される。特に、コア１を構成しているフェライト材料と封止部４の線膨張率が相当程度異なるために、はんだ付け時にコア１と封止部４との界面に剥離が生ずるおそれがある。したがって、コア１と封止部４との界面の密着力が高いことが要求される。コア１と封止部４との界面の密着力が高ければ、当該界面への水分の侵入を阻止できるので、巻線型電子部品１０の特性を安定させる。
そこで本発明は、コア１と封止部４との界面の密着性を向上できる巻線型電子部品の製造方法を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、フェライト材料から構成されるコアをシランカップリング剤で表面処理する工程と、前記コアにコイル導体を巻き回す工程と、磁性粉末を含む樹脂組成物を前記コイル導体の周囲に塗布した後に前記樹脂組成物を硬化する工程と、を備えたことを特徴とする巻線型電子部品の製造方法により上記課題を解決した。
本発明によれば、コアをシランカップリング剤で表面処理するので、コアと封止部との接触界面における密着性が向上する。
【０００７】
本発明が対象とする巻線型電子部品は、フェライト材料から構成されるコアにコイル導体が巻き回され、かつ少なくとも巻き回されたコイル導体の周囲に封止部が配設された形態を有していればよいが、最も典型的には、コアの両端に一対のフランジが形成され、一対のフランジ間にコイル導体が巻き回された形態の電子部品に適用することができる。その場合、封止部とコアとはフランジ面において接触するので、少なくとも当該フランジ面をシランカップリング剤で表面処理する必要がある。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
図１は、本実施の形態における巻線型電子部品１０を示す断面図である。
巻線型電子部品１０の構成は、先に説明しているので、以下では各構成部分の望ましい形態について説明する。
コア１は、フェライト材料から構成されている。フェライト材料としては、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライト、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライト、Ｍｎ−Ｍｇ−Ｚｎ系フェライト、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライト等の公知の物質を広く適用することができる。
コア１は、以上のフェライト粉末を例えば乾式成形、焼成することにより得ることができる。
【０００９】
コア１の形状は、両端部にフランジ１ａ、１ｂが形成されていれば特に限定されるものではなく、フランジ１ａ、１ｂを除く部分も円柱状、楕円状、角柱状など任意である。フランジ１ａ、１ｂも同様であるが、一般的には矩形断面を有する形状とする。フランジ１ａ、１ｂのフランジ面は、シランカップリング剤により表面処理が施されている。封止部４を構成する熱硬化性樹脂とコア１との密着性を向上するためである。
コア１を製造するためには、フェライト粉末を金型でコア１の形状に成形することもできるし、例えば角柱状のコア素材を得た後に機械加工を施すことによりコア１の形状に成形することもできる。
【００１０】
コイル導体２は、丸線、平角線、箔状線など、構造、用途、必要とされるインダクタンス値や抵抗値に応じて適宜選定すればよい。コイル導体２の材質は、低抵抗値であることが望ましいので、銅または銀、特に銅を用いるのが望ましい。その表面は絶縁性樹脂で被覆されていることが望ましい。
【００１１】
封止部４を構成する樹脂としては、その機械的な強度の観点から熱硬化性樹脂を用いる。熱硬化性樹脂としてはエポキシ樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂等、公知の材質を広く適用することができる。もちろん、これら樹脂を複合して用いることも可能である。添加される磁性粉末との分散性を改善するために、分散剤等を微量添加することができる。また、適宜、少量の可塑剤等を添加することもできる。
【００１２】
封止部４中に分散される磁性粉末としては、フェライト粉末のほかに、金属磁性粉末を用いることができる。この磁性粉末は、前述したように、磁束が封止部４内を通過しやすくなって磁気シールド性が向上することにより、隣接部品に対する磁気的影響を低減し、又は巻線型電子部品１０自身のインダクタンス値を向上させるために添加される。
【００１３】
フェライト粉末としては、コア１を構成するものと同様に、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライト、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライト、Ｍｎ−Ｍｇ−Ｚｎ系フェライト、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライト等の公知の物質を広く適用することができる。
また、金属磁性粉末としては、Ｆｅ、Ｎｉ及びＣｏの１種以上を主成分とする金属磁性粉末が使用できる。具体的には、純Ｆｅ粉、Ｆｅ−Ｓｉ系合金、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系合金、Ｆｅ−Ｎｉ系合金、Ｆｅ−Ｃｏ系合金、Ｆｅ−Ｍｏ−Ｎｉ系合金等が使用できる。金属磁性粉末としては、結晶質金属のほか、非晶質金属及び微結晶金属を用いることもできる。
なお、磁性粉末の粒径は特に限定されるものではないが、１〜１００μｍ程度、望ましくは１０〜５０μｍ程度の範囲から適宜選択すればよい。ただし、封止部４における磁性粉末の充填率を向上することによる耐熱衝撃性向上のために、その粒度分布は少なくとも２つのピーク値を持つことが望ましい。粒度分布の２つのピーク値は、ピークの比が１０：１〜１０：３の範囲にあることが望ましい。例えば、平均粒径２０μｍの磁性粉末の場合、２７μｍ及び３μｍに粒度分布のピーク値を有していることが望ましい。
【００１４】
樹脂と磁性粉末の混合比（重量比）は、熱硬化性樹脂：磁性粉末＝１０〜９０：９０〜１０の範囲で、得たい特性に応じて適宜定めるとよい。磁性粉末の量が不足すると磁気シールドとしての効果及び電磁誘導加熱源としての効果が不十分となる一方、樹脂の量が不足すると封止部４としての強度が不足するので、この点をも考慮して樹脂と磁性粉末の混合比を決定するのが望ましい。
【００１５】
以下、図２及び図３に基づいて、巻線型電子部品１０の製造方法について説明する。なお、図２は巻線型電子部品１０の製造方法の主要工程を示すフローチャート、図３は図２の各工程における巻線型電子部品１０の状態を示す図である。
まず、図３（ａ）に示すように、四角柱状のコア素材２０を作成する（図２Ｓ１０１）。コア素材２０は、例えばフェライト材を乾式成形することで得ることができる。
次に、図３（ｂ）に示すように、コア素材２０の両端部を除いて円柱状、楕円状あるいは角柱状などに研削加工し、フランジ１ａ、１ｂを有するコア１の形態を有する成形体に加工する。この成形体を焼成することによりコア１が得られる（図２Ｓ１０３）。
【００１６】
得られたコア１をシランカップリング剤を含む液に浸漬した後に乾燥することにより、コア１の表面をシランカップリング剤で被覆する処理を行う（図２Ｓ１０５）。
シランカップリング剤は、１つの分子中に反応性の異なる２種類の官能基を持った物質である。この２種類の官能基の１つは有機質材料と化学結合し、他の１つは無機質材料と化学結合する。シランカップリング剤は、水により加水分解されてシラノールとなり、部分的に縮合してオリゴマー状態となる。次いで、無機質表面に水素結合的に吸着する。
本発明で用いるシランカップリング剤は、封止部４を構成する樹脂の材質に応じて、官能基がビニル基、エポキシ基、アミノ基等のいずれかのものを用いることができる。
【００１７】
次に、図３（ｃ）に示すように、フランジ１ａ、１ｂの側面及び端面に、浸漬法などによって第１層目の電極３ａ，３ｂを形成する（図２Ｓ１０７）。
電極３ａ、３ｂを形成した後に、図３（ｄ）のように、コア１にコイル導体２を巻き回すとともに、コイル導体２の引出線２ａ、２ｂをフランジ１ａ、１ｂにおいて電極３ａ，３ｂに熱圧着などの方法で接続する（図２Ｓ１０９）。
【００１８】
次に、図３（ｅ）に示すように、フランジ１ａ、１ｂに挟まれたコア１の凹部に封止部４を形成するための樹脂組成物を塗布し、コイル導体２からなる巻線部分を封止する（図２Ｓ１１１）。通常は、素子全体が四角柱状となるように成形する。
塗布する樹脂組成物は、熱硬化性樹脂組成物、磁性粉末、溶融シリカ粉末及び溶剤を含み塗料化されたものである。樹脂組成物を塗布した後に、溶剤を除去するために乾燥に供される（図２Ｓ１１３）。しかる後に、樹脂組成物の硬化処理を行う（図２Ｓ１１５）。乾燥及び硬化処理ともに、各々所定の温度に加熱することにより実行される。乾燥における加熱温度は５０〜１００℃の範囲で行うことが望ましい。また、硬化処理は、用いた樹脂組成物の種類に応じて定められるが、通常、１００〜２００℃の温度範囲で実行される。乾燥及び硬化には、例えばオーブンを用いた加熱、あるいは電磁誘導加熱を適用することができる。ここで、電磁誘導加熱にとっては、磁性体であってかつ電気抵抗の高い導電体が被加熱対象として望ましい。巻線型電子部品１０は、前述のように、コア１がフェライトから構成されており、また、封止部４中に磁性粉末が含まれている。したがって、乾燥工程において電磁誘導加熱を施すことにより、コア１及び封止部４に含まれる磁性粉末が発熱して乾燥が促進される。特にフェライトは抵抗が高いことから、効率的な電磁誘導加熱を行うことができる。
樹脂組成物を硬化した後に、さらに、図３（ｆ）に示すように第２層目の電極５ａ，５ｂを形成する（図２Ｓ１１７）。
【００１９】
樹脂の硬化処理を施した後に、図３（ｆ）に示すように、電極３ａ，３ｂ及び引出線２ａ，２ｂの接合部分に第２層目の電極５ａ，５ｂを形成する。電極５ａ，５ｂの周囲にメッキを施すこともできる。このようにして、巻線型電子部品１０が製造される。なお、図１に示した巻線型電子部品１０はあくまで一例であって、他の形態とすることを何ら否定するものではない。
【００２０】
（実験例）
Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕフェライトにより構成されたコア１（サイズ：２５１８）を作成した。このコア１を、シランカップリング剤を含む処理液の中に浸漬した。処理液からコア１を引き上げた後に、３０分間自然乾燥し、さらにオーブンにおいて１２０℃で２０分間維持する乾燥を施してサンプル（サンプルＡ）得た。なお、処理液は、水を５〜１０ｗｔ％含むアセトン溶液にシランカップリング剤（信越化学工業株式会社製：ＫＢＮ４０３）を０．５〜１．０ｗｔ％添加したものである。
また、平均粒径が２０μｍで２７μｍ及び３μｍに２つの粒度分布のピークを持つＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕフェライト粉末及び熱硬化性樹脂とを用意した。上記フェライト粉末を８２ｗｔ％、熱硬化性樹脂を１８ｗｔ％とを混合した樹脂組成物を作成した。なお、熱硬化性樹脂は、エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン株式会社製エピコート１００９）を７０ｗｔ％、フェノール樹脂（群栄化学工業株式会社製ＰＬ−２４０７）を３０ｗｔ％混合したものを用いた。
さらに、アセトン、メチルエチルケトン及びメタノールをアセトン：メチルエチルケトン：メタノール＝６：２：２の比率で混合した溶剤を、樹脂組成物Ａ、樹脂組成物Ｂに対して各々１５ｗｔ％になるように添加して塗料を得た。
【００２１】
図２及び図３に示す手順で樹脂組成物を塗布した実験用サンプルに対して、電磁誘導加熱による乾燥を施した後に、オーブンによる硬化処理（１５０℃で６０分保持）を施した。なお、シランカップリング剤で表面処理をしないサンプル（サンプルＢ）についても同様の手順で硬化処理まで行った。
サンプルＡ及びサンプルＢ（各々３０個）について、熱衝撃試験を行った。熱衝撃試験は、硬化処理後のサンプルについて、−５０℃で３０分保持後に１２５℃まで昇温して３０分保持するというサイクルを繰り返す試験である。熱衝撃試験の過程で、コア１と封止部４の界面の剥離、クラックの有無を観察した。その結果を表１に示す。
【００２２】
【表１】

【００２３】
表１に示すように、シランカップリング剤で表面処理を施したサンプルＡは、３５０サイクルの熱衝撃試験を経ても剥離、クラックは観察されなかった。これに対して、シランカップリング剤で表面処理を施していないサンプルＢは、２９０サイクルの熱衝撃試験を経た時点で５個のサンプルに剥離、クラックが観察された。
【００２４】
以上本発明の実施の形態について説明したが、これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記の構成を取捨選択し、あるいは他の構成に適宜変更することが可能である。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、コアと封止部の密着性が向上された巻線型電子部品が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態における巻線型電子部品の構成を示す断面図である。
【図２】本実施の形態における巻線型電子部品の製造方法の主要工程を示すフローチャートである。
【図３】図２の各工程における巻線型電子部品の状態を示す図である。
【符号の説明】
１…コア、１ａ，１ｂ…フランジ、２…コイル導体、２ａ，２ｂ…引出線、３ａ，３ｂ，５ａ，５ｂ…電極、４…封止部、１０…巻線型電子部品、２０…コア素材

Claims

フェライト材料から構成されるコアをシランカップリング剤で表面処理する工程と、
前記コアにコイル導体を巻き回す工程と、
磁性粉末を含む樹脂組成物を前記コイル導体の周囲に塗布した後に前記樹脂組成物を硬化する工程と、
を備えたことを特徴とする巻線型電子部品の製造方法。
前記巻線型電子部品は、前記コアの両端に形成された一対のフランジ間に前記コイル導体が巻き回されており、少なくとも前記フランジ面を前記シランカップリング剤で表面処理することを特徴とする請求項１に記載の巻線型電子部品の製造方法。