JP2008028024A - コイル及びその製造方法並びにそれを用いたインダクタ - Google Patents

Abstract

【課題】 小型で、かつ薄型のコイルと、それを比較的簡便な方法で得る方法、並びに当該コイルを用いた小型薄型のインダクタを提供すること。
【解決手段】 ロール状に巻き回した帯状の金属箔からなる柱状体１を、前記柱状体１の中心軸に垂直な方向を切断面２としてスライスし、平板状で渦巻形状を有するコイル３を得る。帯状の金属箔の表面に予め絶縁層を配置しておくことで導体間の絶縁を確保できる。また、このコイル３の周囲に磁性体を配置することで薄型のインダクタが得られ、コイル３を複数個接続して１個の複層コイルとなし、インダクタとすることも可能である。また、複数の線状の導体を、フィルム表面に平行に貼り付けた帯状体を、前記導体の方向と巻軸が垂直となるようにロール状に巻き回したのち、導体の間を分離することでも前記と同様の平板状で渦巻構造を有するコイルを得ることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電気電子機器に用いられるコイルとその製造方法、並びにそのコイルを構成要素とするインダクタに関し、特に携帯電話などの小型機器に適した小型薄型のものに関する。

近年、電気機器、電子機器の小型化が一層進み、これらに用いられる部品に対する小型化の要求は留まるところがないのが実情である。このような背景から電気機器、電子機器に用いられる重要な部品であるインダクタについても、小型化、高効率化の要求が、ますます高まっている。

このような要求に対しては、従来のように磁芯に巻線を施す工程を含むインダクタの製造方法では、対応が非常に困難な状態となっていて、これに対処するために、様々な製造方法が開発されている。一例を挙げると、表面にスクリーン印刷によって導体パターンを印刷した磁性材のシートを積層してコイルを形成する、積層型のインダクタが開発され、実用化されている。

また、積層型のインダクタにおけるスクリーン印刷の代替として、スパッタリングや蒸着技術により、印刷よりも更に薄い金属膜でコイルを形成した、薄膜インダクタが開発されている。さらに、特許文献１、特許文献２には、フォトリソグラフィー技術と電気めっき技術の組み合わせにより、基板表面にコイルを形成した後、基板の周辺に磁芯を配置した構造の薄型インダクタが開示されている。

しかしながら、特許文献に開示されているインダクタはコイルの形成に複雑な工程を要し、ある程度の製造コスト増が避けられないものとなっている。また、これらの製造工程においては、エッチング液やめっき液を用いることから、環境への負荷についても無視できないものがある。

特開２００５−２１００１０号公報 特開２００５−２４４１０２号公報

従って、本発明の課題は、携帯電話などの機器のさらなる小型化、高機能化に資するための、小型でかつ薄型のコイルと、それを比較的簡便な方法で得る方法、並びに当該コイルを用いた小型薄型のインダクタを提供することにある。

本発明者らは、導体を巻き回してコイルを得る方法を検討した結果、導体からなる線材を巻き回すのは、線材の外径が一定以下になると急激に困難になるのに対し、厚みの薄い帯状の導体箔を、ロール状に巻き回すのは、比較的容易であることに着目し、本発明をなすに至ったものである。

即ち本発明は、ロール状に巻き回した帯状の金属箔からなる柱状体を、その中心軸に垂直な方向でスライスして得られることを特徴とするコイルであり、導体間の絶縁を確保するために、帯状の金属箔のいずれか一方の面に絶縁層を配することができる。

また、本発明は、複数の線状の導体が平行に貼り付けられた帯状体を、前記導体の方向と巻軸が垂直となるようにロール状に巻き回してなる柱状体の、前記線状の導体の間を分離してなることを特徴とするコイルであり、導体間の絶縁を確保するために、予め導体表面に絶縁層を形成しておくことができる。

また、本発明は、帯状の金属箔をロール状に巻き回して柱状体となし、前記柱状体をその中心軸に垂直な方向にスライスすることを特徴とする、コイルの製造方法であり、ロール状に巻き回す際に、帯状の金属箔のいずれか一方の面に、予め絶縁層を配することができる。

また、本発明は、複数の線状の導体を、フィルム表面に平行に貼り付けて帯状体となし、前記帯状体を前記導体の方向と巻軸が垂直となるようにロール状に巻き回して柱状体となし、前記柱状体における前記導体の間を分離することを特徴とするコイルの製造方法であり、前記導体の表面に予め絶縁層を形成しておくことも可能である。

また、本発明は、前記コイルの周囲の少なくとも一部に磁性体を配置したことを特徴とするインダクタであり、複数の前記コイルを接続して複層コイルとした後に、磁性体を配置してもよい。

また、本発明は、前記複層コイルを２個以上配置し、周囲の少なくとも一部に磁性体を配置したことを特徴とするインダクタである。

本発明のコイルは、前記のような方法で、複雑な工程を要しないことから、低コストで得られ、しかも従来の線材の巻線による方法よりも、格段に小型でかつ薄型である。従って、このコイルを組み込んだインダクタにも、従来よりも小型で、かつ薄型の形状と、高い信頼性を付与することができる。

また、本発明のコイルの製造方法によれば、前記のように帯状の金属箔を巻き回す場合においては、帯状の導体箔として、例えば、１００μｍ以下の厚みの銅箔を用いることにより、従来の方法では得ることが困難な、外径の小さな導体による、巻線型のコイルが得られる。

また、前記のように、線状の導体を貼り付けた帯状体を巻き回す場合においても、例えば１００μｍ以下の外径の導体を用いることにより、同様に小型薄型で巻線型のコイルが得られる。

また、従来の薄型コイルにおいては、形状の薄型化と電気抵抗低減のために、断面が長方形の導体、即ち平角導体を、断面の長辺が巻軸と垂直な方向となるように巻き回した、エッジワイズ巻という構造が採用されることが多い。このような構造では、巻き回しの径が小さくなると、外周側の変形が大きくなるために、外周側の導体厚が薄くなったり、絶縁層が剥離したりするなどの問題が生じ、巻き回しの径を小さくすることには自ずから限界がある。

しかし、本発明の金属箔を巻き回す場合においては、製法に起因する特長から、導体の断面は四角形になり、このような問題のないエッジワイズ巻のコイルが容易に得られる。また、線状の導体を貼り付けた帯状体を巻き回す場合においても、断面が四角形の導体を用いることにより、従来の巻線法に比較すると、容易に小型薄型のエッジワイズ巻のコイルが容易に得られる。

図１は、本発明のコイルの製造方法における、金属箔を巻き回す場合を、模式的に示した図で、図１（ａ）は、帯状の金属箔をロール状に巻き回して柱状体を得る工程図、図１（ｂ）は、柱状体を中心軸に垂直な方向にスライスして得たコイルを示す図である。図１において、１は柱状体、２は切断面、３はコイルである。

図１においては、巻芯を図示していないが、棒状の軟磁性材料を巻芯としてもよい。また、同じく図１においては、絶縁層を図示していないが、導体間の絶縁を確保するためには、巻き回しを終えてから絶縁ワニスを含浸してもよいが、金属箔の少なくとも一方の面に予め絶縁層を配置しておくことが望ましい。

絶縁層として、マイカのような無機材料や、高分子材料からなるフィルムなどを沿わせてもよいが、ホットメルト系接着剤や、エポキシ系接着剤を代表とする熱硬化性高分子を使用することもできる。ただし、柱状体とした後のスライス工程を考慮すると後者の方が望ましい。絶縁層に接着剤を用いることで、柱状体が強固に一体化され、スライス工程で柱状体を構成する金属箔や絶縁層が分離することがないからである。

ただし、絶縁層として接着剤を用いる場合は、液状の熱硬化性高分子の前駆体を金属箔に塗布するのが最も簡便な方法となるが、高分子フィルムなどを沿わせる場合に比較すると、絶縁層の厚さの均一性を確保するのが困難である。これに対処するには、繊維状物質からなる面状体に、液状の熱硬化性高分子の前駆体を含浸したプリプレグを用いるのが効果的である。

また、ここに示した柱状体のスライスには、回転刃、ワイヤーカットなどを用いることができる。スライスにより、金属箔が引き延ばされてバリが生じた場合は、切断面を適宜研磨すればよい。本件のスライスされたコイルの寸法は、概ね外径が３ｍｍ以下、厚さが０．３ｍｍ以下、導体径が０．３ｍｍ以下であることが望ましい。

図２は、本発明のコイルの製造方法における、複数の線状の導体をフィルム表面に貼り付けた帯状体を巻き回す場合を、模式的に示した図で、図２（ａ）は、線状の導体を平行に並べて貼り付けた状態、図２（ｂ）は、ロール状に巻き回す状態を示し、便宜的に線状の導体のみを示している。図２において、４は導体、５はベースフィルムである。ここでは導体４に、断面が正方形のものを使用した例を示しているが、断面が円または楕円、長方形の導体でも使用可能である。

また、図２においても、巻芯を図示していないが、棒状の軟磁性材料を巻芯に用いてもよいことは、図１の場合と同様であり、導体間の絶縁を確保するために、導体表面に絶縁層を設けてもよい。

なお、ロール状に巻き回した後に、導体を分離してコイル個片とするには、図１に示した場合と同様にスライスすることも可能であるが、ベースフィルム５として、適当な溶媒に可溶な高分子材料を用いれば、ベースフィルムの溶解によりコイル個片に分離することができる。

得られたコイルをインダクタとするには、種々の構成が考えられるが、例えば、図１（ｂ）に示したコイル３を一つのコイル素子として、複数のコイル素子の端末を接続することにより、一つの複層コイルとなし、この複層コイルを対を成すように分割したドラム型の磁芯に組み込んだ後、周囲を磁性体からなるスリーブで囲んだり、磁性粉末を混合分散した高分子材料で封止したりして、閉磁路を形成する構造が挙げられる。

さらに、２個の複層のコイルを同一のドラム型磁芯に組み込み、４端子構造として前記と同様にインダクタを構成することで、コモンモードチョークコイルとして使用することが可能となる。

次に、具体的な実施例に基づき、本発明の実施の形態を、さらに詳細に説明する。

（実施例１）
本実施例では、金属箔を巻き回した例を示す。厚さが８０μｍで、幅が２０ｍｍの銅箔に焼鈍を施して、巻き回し用の銅箔を準備した。この銅箔の片側に、ガラス繊維の不織布にエポキシ系の接着剤を含浸した、厚さが５０μｍのプリプレグを、絶縁層として配置した。

次に、外径が１ｍｍのアルミニウムからなる円柱を巻芯として、銅箔を６ターン、ロール状に巻き回し、外径が約２．５ｍｍの柱状体を得た。この柱状体を、恒温槽内に１５０℃で３０分間保持して、プリプレグに含浸されている接着剤を硬化させた後、巻芯の長手方向と垂直な面で、回転刃を用いて０．２ｍｍの厚さにスライスし、渦巻状の平板形状コイルを得た。次にショットブラスト法により、このコイルの切断面を研磨し、厚さを０．１ｍｍとした。

このようにして得られたコイルの巻芯を除き、一つのコイル素子として、厚さが２０μｍのポリイミドフィルムを介して、２個のコイル素子を重ね合わせ、巻き始め側の端末を接続して、２層コイルとした。図３は、２個のコイル素子を重ね合わせる状態を模式的に示す図である。図３において、６ａ、６ｂはコイル素子、７はポリイミドフィルムである。

図３に示したように、ここでは、ポリイミドフィルム７の中央に穴を開け、この穴を介してコイル素子６ａとコイル素子６ｂを接続している。なお、コイル素子６ａとコイル素子６ｂは、互いに向きを逆にしてポリイミドフィルム７の両面に配置しているので、複層コイルに電流を通電した際に、コイル素子６ａとコイル素子６ｂのそれぞれが形成する磁界が逆になることはない。

図４は、前記の２層コイルを組み込むための、ドラム型の磁芯の構成を示す図で、８ａは円盤型磁芯、８ｂは突起付磁芯である。これらはＮｉ−Ｚｎ系フェライトからなり、突起付磁芯８ｂにおける中央部の突起の外径が、前記の２層コイルの内周部に嵌合するように調製されている。

次に、前記の２層コイルを前記ドラム型の磁芯に嵌合させた後、ドラム型の磁芯と２層コイル全体を覆うように、軟磁性粉末を含む熱硬化性高分子材料で封止成形し、コイル素子６ａとコイル素子６ｂの端末を表面実装に適した形状に成形して、四角形の薄板状のインダクタを得た。具体的には、熱硬化性高分子材料として、ノボラック系エポキシ樹脂の主剤とフェノール樹脂系の硬化剤を用い、軟磁性粉末として、平均粒径が約１０μｍの鉄系非晶質合金粉末を用いた。軟磁性粉末の混合量は容量比で６０％である。

図５は、本実施例１のインダクタの断面図である。図５において、９は軟磁性粉末を含む熱硬化性高分子材料である。このようにして得られたインダクタの外寸は、縦横が２．８ｍｍで、厚さが０．６ｍｍであり、従来の線状の導体を巻き回した型のインダクタでは困難な薄型である。

（実施例２）
本実施例では複数の線状の導体をフィルム表面に貼り付けた帯状体を巻き回した例を示す。厚さが１００μｍのポリエチレンとエチレン−酢酸ビニル共重合体の２層フィルムの上に、１辺が１００μｍの正方形の断面を有する銅からなり、表面に厚さが１０μｍのポリアミドイミドの絶縁層を設けた線状の導体を、間隔が５０μｍとなるように平行に並べた後、加熱により圧着し、帯状体を得た。

帯状体を６ターン巻き回してロール状の柱状体とした後、この柱状体をキシレンに浸漬し、１２５℃に昇温して２層フィルムの部分を溶解した。このようにして内径が１．０ｍｍ、外径が２．６ｍｍの、渦巻状の平板形状コイルの個片を得た。

このコイルを図３に示した場合と同様にして、２層コイルを得た。さらに、このようにして得た２個の２層コイルを、巻き方向が互いに逆になるようにして、厚さが２０μｍのポリイミドフィルを介して重ね合わせ、４端子のコイルを得た。図６は、２個の２層コイルを重ね会わせた状態を模式的に示した図である。図６において１０ａ、１０ｂは２層コイル、１１はポリイミドフィルムである。

このようにして得られた４端子コイルを、図５に示した場合と同様にして、周囲に閉磁路を構成することで、縦横が２．８ｍｍで、厚さが０．６ｍｍという外寸のチョークコイルが得られた。ここに示した例も、従来の巻線法では製造が困難な薄型である。

以上に説明したように、本発明によれば、従来方法では困難な小型薄型のインダクタを低コストで得ることが可能となり、電気電子機器の小型化、高機能化に資するところには、極めて大きいものがある。

なお、本発明は、前記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更があっても、本発明に含まれる。即ち、当業者であればなし得るであろう各種変形、修正が本発明に含まれることは勿論である。

本発明のコイルの製造方法における金属箔を巻き回す場合を模式的に示す図、図１（ａ）は、帯状の金属箔をロール状に巻き回して柱状体を得る工程図、図１（ｂ）は、柱状体を中心軸に垂直な方向にスライスして得たコイルを示す図。 本発明のコイルの製造方法における複数の線状の導体を貼り付けた帯状体を巻き回す場合を模式的に示す図、図２（ａ）は、線状の導体を平行に並べて貼り付けた状態を示す図、図２（ｂ）は、ロール状に巻き回す状態を示す図。 ２個のコイル素子を重ね合わせる状態を模式的に示す図。 ２層コイルを組み込むためのドラム型の磁芯の構成を示す図。 本実施例１のインダクタの断面図。 ２個の２層コイルを重ね会わせた状態を模式的に示す図。

符号の説明

１ 柱状体
２ 切断面
３ コイル
４ 導体
５ ベースフィルム
６ａ、６ｂ コイル素子
７、１１ ポリイミドフィルム
８ａ 円盤型磁芯
８ｂ 突起付磁芯
９ 軟磁性粉末を含む熱硬化性高分子材料
１０ａ、１０ｂ ２層コイル

Claims (13)

1. ロール状に巻き回した帯状の金属箔からなる柱状体を、前記柱状体の中心軸に垂直な方向でスライスして得られることを特徴とするコイル。
2. 前記帯状の金属箔の少なくとも一方の面に絶縁層が配置されていることを特徴とする、請求項１に記載のコイル。
3. 前記絶縁層は、繊維状物質からなる面状体に熱硬化性高分子の前駆体を含浸したプリプレグであることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のコイル。
4. 複数の線状の導体が平行にフィルム表面に貼り付けられた帯状体を、前記導体の方向と巻軸が垂直となるようにロール状に巻き回してなる柱状体の、前記導体の間を分離してなることを特徴とするコイル。
5. 前記導体の表面に予め絶縁層が形成されていることを特徴とする、請求項４に記載のコイル。
6. 帯状の金属箔をロール状に巻き回して柱状体となし、前記柱状体を前記柱状体の中心軸に垂直な方向にスライスすることを特徴とする、コイルの製造方法。
7. 前記帯状の金属箔の少なくとも一方の面に、絶縁層を配置する工程を有することを特徴とする、請求項６に記載のコイルの製造方法。
8. 前記絶縁層は、繊維状物質からなる面状体に熱硬化性高分子の前駆体を含浸したプリプレグであることを特徴とする、請求項６または請求項７に記載のコイルの製造方法。
9. 複数の線状の導体を、フィルム表面に平行に貼り付けて帯状体となし、前記帯状体を前記導体の方向と巻軸が垂直となるようにロール状に巻き回して柱状体となし、前記柱状体における前記導体の間を分離することを特徴とするコイルの製造方法。
10. 前記導体の表面に予め絶縁層を形成することを特徴とする、請求項９に記載のコイルの製造方法。
11. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のコイルの、周囲の少なくとも一部に磁性体を配置したことを特徴とするインダクタ。
12. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のコイルを、複数個接続してなる複層コイルの、周囲の少なくとも一部に磁性体を配置したことを特徴とするインダクタ。
13. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のコイルを、複数個接続してなる複層コイルを２個以上配置し、周囲の少なくとも一部に磁性体を配置したことを特徴とするインダクタ。

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