JP2008306147A - 巻線型インダクタ及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】電極面積の縮小によってQ特性と基板実装時の効率を向上させるとともに、電気的接合と基板実装時の電極強度の改善を図る。
【解決手段】巻線型インダクタ10の巻芯部14に巻回された巻線28は、引出部28A,28Bが、鍔16A,16Bの第1電極24A,24Bに接合されており、該第1電極24A,24Bは、第2電極32A,32Bにより覆われる。前記鍔16A,16B間はモールド樹脂30により成形されている。前記第1電極24A,24Bは、実装時に底面側になる側面18Aの両端に形成された分離電極26A,26Bが、端面電極26Cによって端面20上でつながっている。このため、電極面積の削減によりQ特性及び基板実装時の効率が向上するとともに、第1電極24A,24Bと第2電極32A,32Bとの接触面積が増大して電気的接合が容易になり、電極強度も向上する。
【選択図】図1

Description

本発明は、巻線型インダクタに関し、更に具体的には、面実装型インダクタのQ特性及び基板実装時の効率向上と、電気的接合及び電極強度の改善に関するものである。
従来、面実装型コイル(インダクタ)は、フェライトコアにて磁気シールドを行っていたが、小型化,低背化の動きが加速するにつれ、デッドスペース削減のために、シールド部材をフェライトコアからフェライト添加樹脂に移行してきている。しかしながら、フェライト添加樹脂では、フェライトコアに比べてシールド効果が低く、コイル外部への漏れ磁束が発生する。また、実装する上で必要となる電極が形成されるが、主に使用される材料としては、比抵抗の低い金属(Agなど)が多い。そのため、前記電極を磁束が通過する際に、電極表面で渦電流損失が発生し、結果として、Q特性の低下及び基板実装時の効率低下を引き起こしてしまう。
このような渦電流損失を低減するために、面積を縮小した電極を鍔部の底面のみに形成した構造が提案されている。以下の特許文献1には、柱状コアの両端部近傍の少なくとも底面と該底面から端面及び両側面の一部に至る回りこみ部分に亘って直付けの内部電極を設けた面実装コイル部品が開示されている。
特開2006−100748公報
上述したように、Q特性の向上には電極面積の縮小が有効であるが、このような手段をとると、巻線材端部を電極に接合する上で熱圧着を行ったときに、加わる熱の影響で前記巻線材の被覆(ウレタン被膜など)が電極表面に飛び散り、その後に形成する第2電極(Ag添加樹脂など)との間に絶縁物が挟まり、導通を確保し難くなるという不都合がある。また、電極を縮小することは、電極強度の低下を招く要因となる。このため、高いQ値と実装時の効率を維持しながら、良好な電気的接合と電極強度の向上を実現することが課題となっている。
本発明は、以上の点に着目したもので、その目的は、電極面積の縮小によってQ特性と基板実装時の効率を向上させるとともに、電気的接合と基板実装時の電極強度の改善を図ることができる巻線型インダクタ及びその製造方法を提供することである。
前記目的を達成するため、本発明の巻線型インダクタは、巻芯部と、その両端に設けられており前記巻芯部の軸と略直交する断面が略方形状の鍔とを有するコア,前記巻芯部に巻回された巻線,前記鍔に形成されており前記巻線の引出部が接続される第1電極,該第1電極及び前記巻線の引出部を覆う第2電極を備えた巻線型インダクタであって、前記第1電極は、前記鍔の4つの側面のうち、実装時に底面となる面の両端側に分離形成された分離電極,前記鍔の端面の底面側に形成されており、前記分離電極をつなぐ端面電極,前記分離電極が形成された面と隣り合う2つの側面の底面側に形成されており、前記分離電極及び端面電極とつながった側面電極,を含むことを特徴とする。
主要な形態の一つは、前記側面電極は、前記端面電極と略同一高さに形成されていることを特徴とする。他の形態は、前記分離電極が形成された面の略中央部に、凹部を設けたことを特徴とする。
本発明の巻線型インダクタの製造方法は、巻芯用素体を加工して、巻芯部と該巻芯部の軸と略直交する断面が略方形状の鍔を有するコアを形成し、前記巻芯部に巻線を巻回するとともに、前記鍔に電極を形成し、前記巻線の引出部を前記電極に接続する巻線型インダクタの製造方法であって、前記鍔の4つの側面のうち、実装時に底面側となる面の両端側に位置する分離電極と、前記鍔の端面の底面側に位置するとともに、前記分離電極をつなげる端面電極と、前記分離電極が形成された面と隣り合う2つの側面の底面側に位置し、前記分離電極及び端面電極とつながる側面電極と、を転写によって形成することによって、前記電極を形成したことを特徴とする。本発明の前記及び他の目的,特徴,利点は、以下の詳細な説明及び添付図面から明瞭になろう。
本発明は、巻芯部の両端に設けられた断面略方形状の鍔の4つの側面のうち、実装時に底面側となる面の両端に分離形成された分離電極を、前記鍔の端面に設けた端面電極によってつなげることとした。このため、磁束が通過する鍔側面の略中央部分の電極削減によって渦電流損失を低減し、Q特性と基板実装時の効率を向上させるとともに、電気的接合と電極強度の改善が可能になるという効果が得られる。
以下、本発明を実施するための最良の形態を、実施例に基づいて詳細に説明する。図1(A)は本実施例の巻線型インダクタの完成品の外観斜視図,図1(B)は、前記図1(A)を#A−#A線に沿って切断し矢印方向に見た図に相当し、本実施例の実装状態を示す断面図,図1(C)は本実施例の巻線後の状態を示す外観斜視図である。図2は、本実施例の製造工程を示す図,図3は、電極面積とQ特性の関係を示す図,図4は、抵抗成分と基板実装時の回路効率の関係を示す図である。
図1に示すように、本実施例の巻線型インダクタ10は、コア12の巻芯部14に巻線28を巻回し、該巻線28の引出部28A及び28Bを、前記巻芯部14の両端の鍔16A,16Bに形成された第1電極24A,24Bにそれぞれ接続した構造となっている。また、前記鍔16A及び16B間は、モールド樹脂30により全体が略4角柱状になるように成形されており、前記第1電極24A,24Bと前記引出部28A,28Bが、第2電極32A,32Bにより覆われている。
前記鍔16A,16Bは、前記巻芯部14の軸と略直交する断面が略方形状となっており、それぞれ、4つの側面18A〜18Dと端面20及び内面21を有している。また、本実施例では、前記側面18A〜18Dの略中央部に、凹部(ないし溝部)22が形成されている。前記凹部22は、実装時に半田38が流れ出して、鍔16A,16Bの下面の電極間でショートするのを防止するとともに、外装樹脂を塗布したときに余剰分が流れ込むためのスペースとなるものである。前記第1電極24A,24Bは、前記4つの側面18A〜18Dのうち、巻線型インダクタ10を基板34に実装するときに底面側(ないし下面側)となる面に形成されている。なお、以下の説明では、側面18Aを実装時の底面側として説明しているが、実装前の状態である図1(A)及び図1(C)と、図2においては、前記側面18Aは図面の上側に位置している。
前記第1電極24Aについて詳述すると、側面18Aの凹部22の両側に形成された分離電極26A,26Bと、前記端面20の側面18A側に形成された端面電極26Cと、前記側面18Aと隣り合う2つの側面18B及び18Cの上端側に形成された側面電極26D,26Eにより形成されている。前記端面電極26Cは、前記分離電極26A,26Bを端面20上でつないでいる。また、前記側面電極26D,26Eは、前記端面電極26Cと略同一の高さに設定されるとともに、前記分離電極26A,26B及び端面電極26Cとつながっている。すなわち、鍔16A,16Bの底面側では、分離電極26A,26Bが形成されており、該分離電極26A,26Bと端面電極26Cがつながって、側面電極26D,26Eを形成している。他方の第1電極24Bについても同様の構成となっている。
ところで、磁束は、磁気抵抗の高い部分を通過する性質を有しているため、図1(C)のようなコア12を用いた巻線型インダクタ10においては、巻芯部14から鍔16A,16Bを経由して外部へ漏れる。このため、本実施例では、Q特性向上ため、磁束の通過ポイントである側面18Aの略中央部の電極を削減する,すなわち、通過する磁束の主要部を遮らないように分離電極26A,26Bを形成することとしている。以上のような構成の巻線型インダクタ10は、図1(B)に示すように、基板34に設けられた電極パターン36A,36B上に、前記第2電極32A,32Bを半田38によって接合することによって実装される。
次に、図2を参照して、前記巻線型インダクタ10の製造方法を説明する。まず、略四角柱状のコア素体(図示せず)を用意する。該コア素体は、例えば、フェライト材を乾式成形することで得られる。そして、コア素体の内側を円柱状に切削加工し、図2(A)に示すように、前記巻芯部14と鍔16A,16Bを形成するとともに、該鍔16A,16Bの側面18A〜18Dの略中央に凹部22を形成する。これを焼成するとコア12が得られる。次に、前記鍔16A,16Bの一つの側面18Aの両端に、図2(B)に示すように、前記凹部22の両側に分離した分離電極26A,26Bを形成する。また、端面20の上端側には端面電極26Cを形成し、前記側面18Aと隣り合う2つの側面18B,18Cの上端側には、側面電極26D,26Eを形成する。前記分離電極26A,26Bは、前記端面電極26Cにより端面20でつながっており、前記側面電極26D,26Eは、前記分離電極26A,26Bと端面電極26Cにそれぞれつながっている。このような分離電極26A,26B,端面電極26C,側面電極26D,26Eからなる第1電極24A,24Bは、例えば、Agを利用して、転写方式によって形成される。具体的に説明すると、図示しない基板に、所望の電極形状となるようにAgペーストを塗布し、該基板に、前記コア12の鍔16A,16Bを押し付けることによって、第1電極24A,24Bを形成する。なお、電極材料は、前記Ag以外に、Cuなどを用いてもよく、Ag及びCuの双方を使用するようにしてもよい。また、前記転写方式に限定されるものではなく、他の公知の各種の手法を用いて電極を形成するようにしてもよい。
そして、図2(C)に示すように、コア12の巻芯部14に巻線28を巻回するとともに、該巻線28の一方の引出部28Aを、鍔16Aの分離電極26Bに接合し、他方の引出部28Bを、鍔16Bの分離電極26Aに接合する。接合は、例えば、熱圧着などの方法で行われる。通常、前記巻線28は、ウレタン樹脂などによって被覆されており、接合時に熱が加わることによって、分離電極26A,26B上に被覆が飛び散るが、本実施例では、前記分離電極26A,26Bを端面20上でつなげているため、飛び散った被覆による導通の不具合を防止することができる。また、後述する第2電極32A,32Bとの接触面積を増大させて電極強度の向上を図ることもできる。
次に、図2(D)に示すように、鍔16A,16Bに挟まれた素子の凹部に、モールド樹脂30を塗布し、素子全体が略4角柱状になるように成形する。前記モールド樹脂30としては、公知の各種の樹脂を用いることができる。この状態のままでは、前記引出部28A,28Bが剥き出しになっており、信頼性面で不具合が生じてしまうため、図2(E)に示すように、第1電極24A,24B上に、第2電極32A,32Bを形成してコーティングする。前記第2電極32A,32Bは、例えば、Ag添加樹脂を用い、上述した転写方式もしくは他の公知の各種の手法により形成される。このようにして形成された巻線型インダクタ10は、図1(B)に示すように、前記第2電極32A,32Bが底面側になるようにして、前記基板34上の電極パターン36A,36B上に、半田38によって接合される。このとき、前記第2電極32A,32Bの略中央部には、前記溝22によって凹みが設けられているため、接合時に半田38が流れ出して、鍔16A,16Bの下面の電極間でショートするのを防止することができる。
<実験例>・・・次に、本実施例の実験例を説明する。まず、図3を参照して、電極面積とQ特性の関係について説明する。図3は、電極面積とQ特性の関係を示す図であり、横軸は周波数[MHz]を表し、縦軸はQ値を示している。実験に用いた巻線型インダクタは、鍔16A,16Bに電極を形成しなかったものと、分離電極構造(本実施例)を形成したものに加え、1面電極構造(例えば、背景技術の特許文献1記載の構造)、2面電極構造,3面電極構造,4面電極構造,5面電極構造(4つの側面全てと端面に電極を形成した構造)の7種類とした。図3に示すように、電極面積の縮小に伴ってQ特性が向上しており、本実施例の分離電極構造では、1面〜3面電極構造よりも明らかにQ値が大きく、電極なし構造に近づくという特性が確認できた。すなわち、本実施例の分離電極構造とすることで、電極損失のない状態とほぼ同等のQ特性の実現が可能であることが分かる。
これは、本実施例の巻線型インダクタ10においては、磁束が通過する箇所(鍔16A,16Bの側面18Aの中央部分)の電極を削減しているため、電極部(第1電極24A,24B及び第2電極32A,32B)における渦電流損失が低減し、Q特性が向上したためと考えられる。また、Q特性の基本式は、Q=X/Rで表され、X=2πfL,すなわち、Xはインダクタンス成分を表していることから、同等のインダクタンスのものでQ特性が改善するということは、単純にR成分(交流損失)を下げることを意味している。従って、コイルの損失を下げるということは、基板実装時の損失低減にもつながり、その結果、基板実装時の効率を改善することが可能となる。
図4には、抵抗成分と基板実装時の回路効率の関係が示されており、横軸は電流[mA],縦軸は効率η[%]を表している。上述したように、Q=X/R(X=2πfL)であるため、インダクタンス成分が同じもので評価した場合には、R成分(抵抗成分)が低いものほどQ特性が良好(回路効率良好)となる。図4には、サンプルSA(抵抗成分1.320Ω)と、サンプルSB(抵抗成分1.120Ω)について、インダクタンス2.2μHで固定した場合の測定結果が示されている。同図に示すように、抵抗成分が低いサンプルSBの方が高い効率を得ており、この結果から、インダクタ製品のQ特性を改善することによって、基板実装時の回路効率が改善することが実測値として確認されていることが分かる。従って、電極面積の削減は、回路効率改善にも効果があることが分かる。
このように、実施例1によれば、次のような効果がある。
(1)鍔16A,16Bの一つの側面18Aの両端側に、前記側面18Aの略中央部で分離する分離電極16A,16Bを形成するとともに、前記鍔16A,16Bの端面20に設けられた端面電極26Cによって、前記分離電極16A,16Bをつなぐこととした。このため、磁束の通過する鍔16A,16Bの側面略中央部の電極を削減することで、渦電流損失を低減し、Q特性の向上と実装時の回路効率の向上を図ることができる。
(2)前記分離電極26A,26Bを、前記端面電極26Cにより端面20でつなげているため、第1電極24A,24Bと第2電極32A,32Bの接触面積を増大させて、電気的接合を容易にするとともに、実装時の電極強度の向上を図ることができる。
(3)前記側面18Aの略中央部に凹部22を設けることとしたので、実装時に半田38が流れ出して底面側で電極がショートするのを防止することが可能となる。
なお、本発明は、上述した実施例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内において種々変更を加え得ることができる。例えば、以下のものも含まれる。
(1)前記実施例で示した形状,寸法は一例であり、同様の効果を奏するように適宜変更してよい。例えば、インダクタ形状を上下や左右で対称にせずに、電極形成側の側面を他の側面よりも大きくして磁束が鍔内を通りやすいようにしてもよいし、巻芯部14の断面を略楕円状に形成するようにしてもよい。
(2)前記実施例で示した材料は一例であり、公知の各種の材料を用いてよい。
(3)前記コア12,第1電極24A,24B及び第2電極32A,32Bの形成方法,引出部28A,28Bの接合方法も一例であり、同様の効果を奏するものであれば、公知の各種の手法を用いてよい。
本発明によれば、巻芯部の両端に設けられた断面略方形状の鍔の4つの側面のうち、実装時に底面側となる面の両端側に分離形成した分離電極を、前記鍔の端面の一部に設けた端面電極によってつなぎ、Q特性と基板実装時の効率の向上と、電気的接合及び基板実装時の電極強度の改善を図ることとしたので、巻線型インダクタの用途に適用できる。
本発明の実施例1を示す図であり、(A)は本実施例の完成品の外観斜視図,(B)は本実施例の実装状態を示す断面図,(C)は本実施例の巻線後の状態を示す外観斜視図である。 前記実施例1の製造工程を示す図である。 電極面積とQ特性の関係を示す図である。 抵抗成分と基板実装時の回路効率の関係を示す図である。
符号の説明
10:巻線型インダクタ
12:コア
14:巻芯部
16A,16B:鍔
18A〜18D:側面
20:端面
21:内面
22:凹部
24A,24B:第1電極
26A,26B:分離電極
26C:端面電極
26D,26E:側面電極
28:巻線
28A,28B:引出部
30:モールド樹脂
32A,32B:第2電極
34:基板
36A,36B:電極パターン
38:半田

Claims (4)

  1. 巻芯部と、その両端に設けられており前記巻芯部の軸と略直交する断面が略方形状の鍔とを有するコア,前記巻芯部に巻回された巻線,前記鍔に形成されており前記巻線の引出部が接続される第1電極,該第1電極及び前記巻線の引出部を覆う第2電極を備えた巻線型インダクタであって、
    前記第1電極は、
    前記鍔の4つの側面のうち、実装時に底面となる面の両端側に分離形成された分離電極,
    前記鍔の端面の底面側に形成されており、前記分離電極をつなぐ端面電極,
    前記分離電極が形成された面と隣り合う2つの側面の底面側に形成されており、前記分離電極及び端面電極とつながった側面電極,
    を含むことを特徴とする巻線型インダクタ。
  2. 前記側面電極は、前記端面電極と略同一高さに形成されていることを特徴とする請求項1記載の巻線型インダクタ。
  3. 前記分離電極が形成された面の略中央部に、凹部を設けたことを特徴とする請求項1又は2記載の巻線型インダクタ。
  4. 巻芯用素体を加工して、巻芯部と該巻芯部の軸と略直交する断面が略方形状の鍔を有するコアを形成し、前記巻芯部に巻線を巻回するとともに、前記鍔に電極を形成し、前記巻線の引出部を前記電極に接続する巻線型インダクタの製造方法であって、
    前記鍔の4つの側面のうち、実装時に底面側となる面の両端側に位置する分離電極と、
    前記鍔の端面の底面側に位置するとともに、前記分離電極をつなげる端面電極と、
    前記分離電極が形成された面と隣り合う2つの側面の底面側に位置し、前記分離電極及び端面電極とつながる側面電極と、
    を転写によって形成することによって、前記電極を形成したことを特徴とする巻線型インダクタの製造方法。
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