JP2006261580A - コイル部品 - Google Patents

Abstract

【課題】 クラックや剥がれの発生を抑制できるコイル部品を提供すること。
【解決手段】 このコイル部品１は、一平面に沿って形成されるコイル３４と、コイル３４に沿って設けられるコアとを備えるコイル部品であって、コアは、コイル３４をその間に挟んで配置される一対の上部フェライトコア１１及び下部フェライトコア１２を有し、コイル３４と上部フェライトコア１１及び下部フェライトコア１２との間に樹脂が介在しており、当該樹脂が介在している樹脂部分は、無機物が混入された接着樹脂層４０を有すると共に、接着樹脂層４０における無機物の含有率は５０重量％以上９０重量％以下であり、無機物の平均粒径は２０μｍ以下である。
【選択図】 図５

Description

本発明は、コイル部品に関する。

張り合わせ構造の薄型コイル部品において、異種材料間の接合性を改善したものが提案されている（例えば、下記特許文献１参照）。下記特許文献１に記載のコイル部品は、磁性体板と平面コイルとを接着性樹脂層を介して貼り合わせたものであって、接着性樹脂層を構成する接着性樹脂の特性（ガラス転移温度、線膨張係数、ヤング率）をある範囲内に収めることで接合性を向上させようとしている（下記特許文献の段落番号００１６等参照）。
特開２００４−１４６６５５号公報

上記特許文献１では、コイル部品の接合性をリフローサイクル試験によって評価している。上記特許文献１に記載のリフローサイクル試験は、最高温度２３０℃，４分で１０回のサイクルを行っている。しかしながら、より厳しい熱環境でクラック等が発生しないコイル部品が求められる場合があり、その場合には、上記特許文献１に記載のコイル部品では対応することができない。

そこで本発明では、クラックや剥がれの発生を抑制できるコイル部品を提供することを目的とする。

本発明のコイル部品は、一平面に沿って形成されるコイルと、コイルに沿って設けられるコアとを備えるコイル部品であって、コアは、コイルをその間に挟んで配置される一対の第１のコア部分及び第２のコア部分を有し、コイルと第１のコア部分及び第２のコア部分との間に樹脂が介在しており、当該樹脂が介在している樹脂部分は、無機物が混入された混入部分を有すると共に、混入部分における無機物の含有率は５０重量％以上９０重量％以下であり、無機物の平均粒径は２０μｍ以下である、ことを特徴とする。

本発明によれば、コイルとコアとの間の樹脂部分が混入部分を有するので、無機物を含む樹脂をコイルとコアとの間に介在させることができる。無機物が混入された樹脂は収縮率を低減することができるので、コイル及びコアと樹脂とが剥がれることを抑制できると共に、コアにクラックが入ることを抑制できる。更に、無機物の平均粒径及び含有率を制御しているので、剥がれやクラックの発生をより効果的に抑制できる。

また本発明のコイル部品は、無機物がシリカを含むことも好ましい。無機物がシリカを含むとより効果的に樹脂の収縮を抑制できる。

また本発明のコイル部品は、無機物が球状であることも好ましい。無機物を球状にするとエアの抱き込みを抑制できる。

本発明によれば、樹脂の収縮率を低減することができるので、コイル及びコアと樹脂とが剥がれることを抑制できると共に、コアにクラックが入ることを抑制できる。従って、クラックや剥がれの発生を抑制できるコイル部品を提供することができる。

本発明の知見は、例示のみのために示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解することができる。引き続いて、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。

本発明の実施形態であるコイル部品について図１を参照しながら説明する。図１は、本実施形態におけるコイル部品１の斜視図である。コイル部品１は表面実装型のコイル部品である。コイル部品１は、平板状のコア構造体１０（コア）と、他の基板と電気的に接続される外部端子２０とを備えている。コア構造体１０は、主に平板状の上部フェライトコア１１（第１のコア部分）及び主に平板状の下部フェライトコア１２（第２のコア部分）から構成されており、上部フェライトコア１１と下部フェライトコア１２が組み合わされることで全体として平板状の形状をなしている。

コイル構造体１０の分解斜視図を図２に示す。上部フェライトコア１１は、矩形平板状の平板部１１１と、その平板部１１１に対して垂直に延びる外脚部１１２とを有している。外脚部１１２は一対設けられており、一方の外脚部１１２は平板部１１１の一辺から、他方の外脚部１１２はその一辺と平行な辺から、それぞれ同じ方向に延びている。従って、外脚部１１２が下部フェライトコア１２に立脚するように上部フェライトコア１１を配置すると、上部フェライトコア１１の平板部１１１と下部フェライトコア１２との間に空隙が形成される。

下部フェライトコア１２は、矩形平板状の平板部１２１と、その平板部１２１の中央部分から突出する突起部１２２を有している。突起部１２２は、角柱形状をなしている凸部である。下部フェライトコア１２の平板部１２１に上部フェライトコア１１の脚部１１２の先端面を突き合わせてコア構造体１０を構成すると、実質的に閉磁路となった外殻部が構成されると共に、外殻部の内側に突起部１２２が配されることになる。

図１の状態から外部端子２０を取り除いた状態の斜視図を図３に示す。図３に示すように、コア構造体１０を構成する上部フェライトコア１１と下部フェライトコア１２との間における空隙部分にコイル基板３０が納められている。

コイル基板３０は保護樹脂層３３（樹脂部分）によって覆われている。保護樹脂層３３の周囲には接着樹脂層４０（樹脂部分、混入部分）が設けられている。従って、コイル基板３０とコア構造体１０との間には保護樹脂層３３及び接着樹脂層４０が介在している。保護樹脂層３３はコイル基板３０を保護するために設けられている樹脂層である。

接着樹脂層４０は、保護樹脂層３３で覆われたコイル基板３０をコア構造体１０に対して固定するための樹脂層である。接着樹脂層４０は、エポキシ樹脂に無機物を混入した樹脂で形成されている。接着樹脂層４０に用いられる樹脂は、エポキシ、フェノール、アクリルといった樹脂及びそれらの混合樹脂である。エポキシ樹脂に混入されている無機物は球状であることが好ましく、シリカ、アルミナ、フェライト、炭酸カルシウム、タルク、グラファイトといった無機物が好適に用いられる。本実施形態では球状のシリカを用いている。エポキシ樹脂に対する無機物の含有率は、５０重量％以上９０重量％以下であることが好ましい。また、無機物の平均粒径は２０μｍ以下であることが好ましい。

コア構造体１０の空隙が臨む端面からは、コイル基板３０の一端面が露出している。この一端面においては、絶縁板３１、導出端電極３２、及び保護樹脂層３３が露出している。絶縁板３１はコイル基板３０を構成する基幹部分となる基板である。導出端電極３２は後述するコイルに電気的に接続されており、図１に示した外部端子２０とも電気的に接続される部分である。

コイル基板３０について図４を参照しながら説明する。図４はコイル基板３０の平面図である。コイル基板３０の中央部分には穴３５が形成されている。導体材料によって形成されたコイル３４が、穴３５を囲むように配置されている。コイル３４は、穴３５に望む部分から外側に向かって、穴３５を囲むように渦巻き状に形成されている。コイル３４はコイル基板３０の両面に形成されていて、それぞれ導出端電極３２に電気的に接続されている。

コイル基板３０の一方の面に形成されているコイル３４が接続されている導出端電極３２と、他方の面に形成されているコイル３４が接続されている導出端電極３２とは、それぞれコイル基板３０の対向する辺に設けられている。また、コイル基板３０の両面に設けられているコイル３４は、穴３５の周縁部に形成された表裏コンタクト部３６によって互いに電気的に接続されている。従って、コイル基板３０の一方の辺に設けられている導出端電極３２と、他方の辺に設けられている導出端電極３２との間に電圧を印加すると、コイル基板３０の一方の面に形成されているコイル３４から、他方の面に形成されているコイル３４へと流れる電流が生じる。

コイル基板３０の穴３５には下部フェライトコア１２の突起部１２２が挿入される。この様子を説明するために、図３における下部フェライトコア１２の突起部１２２近傍での断面図を図５に示す。図５に示すように、下部フェライトコア１２の突起部１２２はコイル基板３０の穴３５に挿入されている。上部フェライトコア１１の外脚部１１２と、下部フェライトコア１２の突起部１２２とはほぼ同じ長さとなるように形成されている。従って、上部フェライトコア１１と下部フェライトコア１２とを所定間隔をあけて配置すると、突起部１２２の先端と上部フェライトコア１１との間には空隙が生じ、微小ギャップ４１を形成できる。同様に、外脚部１１２の先端と下部フェライトコア１２との間にも空隙が生じ、微小ギャップ４２を形成できる。

本実施形態の場合、下部フェライトコア１２の突起部１２２が形成されている面と、上部フェライトコア１１の外脚部１１２が形成されている面とのそれぞれに沿って接着樹脂層４０が形成され、コイル基板３０を挟み込むように固定している。従って、微小ギャップ４１及び４２にはそれぞれ接着樹脂層４０が充填形成されている。

この微小ギャップ４１及び４２は、コイル基板３０のコイル３４に流れる電流で、上部フェライトコア１１及び下部フェライトコア１２が磁気飽和するのを緩和するために設けられている。コア構造体１０は、その一辺が数ｍｍ以下の超小型形状をしていることから、微小ギャップ４１及び４２の寸法（突起部１２２の先端と上部フェライトコア１１との間の距離、外脚部１１２の先端と下部フェライトコア１２との間の距離）は好ましくは０．１〜１００μｍ、更に好ましくは０．１〜５０μｍに設定される。

コイル３４及び表裏コンタクト部３６の表面には酸化膜３４ａが形成されている。酸化膜３４ａはコイル３４及び表裏コンタクト部３６の表面に一様に形成されている。従って、コイル基板３０の周囲に配置される保護樹脂層３３は、コイル３４の各巻き線の間に一様に入り込む。この結果、コイル３４と保護樹脂層３３との間に微小空洞が形成されにくくなり、コイル３４と保護樹脂層３３との密着性がより向上する。

引き続いて、コイル基板３０の製造方法について説明する。まず、絶縁板３１を準備する。この絶縁板３１は板厚が６０μｍのものであって、ガラスクロスにＢＴレジンが含浸されており、既に穴３５が形成されているものとする。

続いて、絶縁板３１の全面に下地層を無電解めっきにてそれぞれ同時に形成する。この絶縁板３１の全面に同時に形成した下地層それぞれの上にフォトレジスト層をそれぞれ同時に電着成膜する。この表面及び裏面に形成したフォトレジスト層において、コイル３４を形成しようとするパターンに沿ってフォトリソグラフィ法で表面及び裏面の片面毎に露光を行い、その後表面及び裏面同時に現像し、除去部を形成する。

このようにパターン形成したフォトレジスト層をめっきマスクとして、除去部に相当する部分に選択的に電解めっき法により、表面及び裏面の両面同時にコイル用めっき層を形成する。このコイル導体用めっき層を形成した後、めっきマスクとしてのフォトレジスト層を表面及び裏面の両面同時に剥離除去する。

この状態から、コイル用めっき層が形成されている部分以外の下地層をエッチングして除去し、下地部６０をコイル用メッキ層と絶縁板３１との間に残す。

その後、選択めっきマスク無しで、電解めっき法によりコイル用めっき層を電着により更に成長形成させる。これにより、コイル３４としての十分な肉厚の導体部が得られる。隣り合うコイル間の間隔が１５μｍ以下になるまで高密度にコイル３４を成長形成させることができる。

コイル用めっき層の形成完了によりコイル３４を絶縁板３１の両面に形成し終えた後、コイル３４の表面に酸化膜３４ａを形成する。その後、保護樹脂層３３を絶縁板３１の両面に印刷し、保護樹脂層３３でコイル３４を被覆して保護することでコイル基板３０が完成する。

このように作製したコイル基板３０と、上部フェライトコア１１と、下部フェライトコア１２と、のそれぞれに接着樹脂層４０となる樹脂を塗布する。その後、上部フェライトコア１１と下部フェライトコア１２との間にコイル基板３０を挟んで接着し、コイル部品１を得る。

本実施形態の実施例について説明する。実施例１〜４及び比較例１〜７を図６に示す。実施例１〜４及び比較例１〜７は、それぞれ接着樹脂層４０を形成する樹脂又は無機物が混入された樹脂を変更している例である。

比較例１は、組み込み硬化収縮量が１６．５μｍとなるエポキシ樹脂Ａを用いている。比較例２は、組み込み硬化収縮量が１３．３μｍとなるエポキシ樹脂Ｂを用いている。比較例３は、組み込み硬化収縮量が１３．０となるエポキシ樹脂Ｃを用いている。この組み込み硬化収縮量とは、次のように測定された凹み量をいうものとする。

まず、上部フェライトコア１１（下部フェライトコア１２）に用いるフェライト基板を厚み２ｍｍ、縦７０ｍｍ、横７０ｍｍの板状に加工する。その加工された板に、深さ０．２ｍｍ、幅５．０ｍｍの溝を２０ｍｍピッチで３本形成する。この溝の形成は、スライサーによる研磨加工で行う。形成した各溝に、接着樹脂層４０を形成する樹脂を塗り、溢れ出した樹脂分をスキージによって除去する。

樹脂を満たした溝と垂直に交わる方向に沿って、３本の溝全てにまたがるように、フェライトスティックを２０ｍｍピッチで載置する。フェライトスティックは、幅５ｍｍ、厚み０．３ｍｍ、長さ８０ｍｍの角柱状部材である。フェライトスティックを載置した後に、フェライト基板に向けて加圧しながら、フェライト基板の上面とフェライトスティックとの間に介在している樹脂を押し流す。

その後、接着樹脂層４０を形成する樹脂を硬化させる条件で硬化させる。硬化後、３本の溝の中央の溝における、フェライトスティック上部の凹み量を段差計によって測定する。この凹み量を組み込み収縮量とする。

比較例１〜３の組み込み収縮量を比較検討すると、樹脂組成を変更しても組み込み収縮量に有意な変動をもたらすことができないことが分かる。

また、比較例１〜３においては、クラックが発生している。このクラックは、各樹脂を用いてコイル部品１を作製した場合に、その完成後における上部フェライトコア１１又は下部フェライトコア１２へ発生するクラックである。

また、比較例１〜３においては、剥離は発生していない。剥離は、コイル部品１を用い、加速試験としてプレッシャクッカ試験（ＰＣＴ）及びリフロー試験を行って、その発生の有無を判定している。プレッシャクッカ試験は、温度条件を１２１±３℃、相対湿度条件を９５％ＲＨ、１６８ｈｒで行っている。リフロー試験は、２６０℃をピークとしてイン〜アウトを７分づつ行っている。

また、比較例１〜３においては、コイル部品１の特性変動率がそれぞれ、−３９．３％、−３５．８％、−３５．１％と比較的大きくなっている。特性変動率は、リフロー試験（上述した条件と同一）を２回行った後のコイル部品１のインダクタンスの変化率を示している。

続いて、比較例４〜７は、比較例３のエポキシ樹脂Ｃにシリカを混入させた樹脂を用いている。比較例４〜７に混入されているシリカは、それぞれ球状であって、含有率及び平均粒径は図６に示す通りである。

続いて、実施例１〜４について説明する。比較例３のエポキシ樹脂Ｃに球状のシリカを混入させた樹脂を用いている。実施例１〜４は、組み込み硬化収縮量は効果的に低減されており、クラック、剥離はいずれも発生していない。また、特性変動率も良好な値となっている。

実施例１〜４と、比較例１〜３とを比較すると、エポキシ樹脂に対して球状のシリカを混入させることが、組み込み硬化収縮量の低減に効果的に寄与していることが分かる。

また、実施例１〜４と、比較例４〜７とを比較すると、エポキシ樹脂に含有させる球状のシリカは、含有率は５０重量％以上９０％以下であることが好ましく、平均粒径は２０μｍ以下であることが好ましいことが分かる。

このように、コイル部品１を形成する際の接着樹脂層４０に用いる樹脂として、実施例１〜４のように、エポキシ樹脂に球状のシリカを混入させたものが好ましい理由は次のように考えられる。無機物をエポキシ樹脂に混入させると、樹脂の収縮率を低減させることができるのが一つの理由である。また、無機物を混入すると放熱効果が上がるのが一つの理由である。特にシリカを混入すると、収縮率の低減に効果がある。また、フェライト粉を混入するとコイル部品１のインダクタンスが向上する。

無機物であるシリカの含有率を５０重量％以上とすることが好ましい理由は、組み込み硬化収縮量を４μｍ以下にするためである。組み込み硬化収縮量を４μｍ以下にすると、クラックや剥がれを効果的に抑制できる。また、無機物であるシリカの含有率を９０重量％以下とすることが好ましい理由は、これよりも含有率を上げると、上部フェライトコア１１及び下部フェライトコア１２との密着強度が低下するためである。

上述した本実施形態によれば、コイル３４と上部フェライトコア１１及び下部フェライトコア１２との間の樹脂部分が球状のシリカを混入している接着樹脂層４０を有するので、球状のシリカを含む樹脂を、コイル３４と上部フェライトコア１１及び下部フェライトコア１２との間に介在させることができる。シリカといった無機物が混入された樹脂は収縮率を低減することができるので、コイル３４並びに上部フェライトコア１１及び下部フェライトコア１２と接着樹脂層４０とが剥がれることを抑制できると共に、上部フェライトコア１１及び下部フェライトコア１２にクラックが入ることを抑制できる。更に、無機物であるシリカの平均粒径及び含有率を制御しているので、剥がれやクラックの発生をより効果的に抑制できる。また、無機物であるシリカが球状なので、エアの抱き込みを抑制できる。

また、本実施形態における球状のシリカにシリコーンゴムをコーティングすることも好ましい。シリコーンゴムをコーティングすると樹脂収縮時の応力緩和が可能となる。

本発明の実施形態であるコイル部品の外観を示す図である。 図１のコア構造体を示す図である。 図１のコイル部品から外部端子を取った様子を示す図である。 図３のコイル基板の平面図である。 図３のコイル部品の中央付近における断面図である。 本実施形態の実施例及び比較例を示す図である。

符号の説明

１…コイル部品、１０…コア構造体、１１…上部フェライトコア、１２…下部フェライトコア、２０…外部端子、３０…コイル基板、３１…絶縁板、３２…導出端電極、３３…保護樹脂層、３４…コイル、３６…表裏コンタクト部、４０…接着樹脂層。

Claims (3)

1. 一平面に沿って形成されるコイルと、前記コイルに沿って設けられるコアとを備えるコイル部品であって、
   前記コアは、前記コイルをその間に挟んで配置される一対の第１のコア部分及び第２のコア部分を有し、
   前記コイルと前記第１のコア部分及び前記第２のコア部分との間に樹脂が介在しており、当該樹脂が介在している樹脂部分は、無機物が混入された混入部分を有すると共に、
   前記混入部分における前記無機物の含有率は５０重量％以上９０重量％以下であり、前記無機物の平均粒径は２０μｍ以下である、ことを特徴とするコイル部品。
2. 前記無機物はシリカを含むことを特徴とする、請求項１に記載のコイル部品。
3. 前記無機物は球状であることを特徴とする、請求項１又は２に記載のコイル部品。
   
   

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