JP2009295774A - チップインダクタ - Google Patents

Abstract

【課題】インダクタ素子の磁気損失を低減し、高いＱ値等の良好な電気的特性が得られると共に、車載用途等で要求される高い信頼性が得られるチップインダクタを提供する。
【解決手段】軸部１２と、その両端に配設した鍔部１３とを備えたフェライトコア１４と、軸部に巻回し、鍔部の上面に設けた内部電極１５に両端を固定した巻線１６と、鍔部と、軸部に巻回した巻線の一部または全部を被覆するゴム状樹脂２３と、フェライトコアと、巻線と、ゴム状樹脂とを封止したモールド樹脂体１１と、内部電極に接続し、モールド樹脂体の側面の上部から延出し、モールド樹脂体の側面および底面に沿って折り曲げて配置した金属板２１からなる外部電極と、を備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、フェライトコアに巻線を施した比較的大きなインダクタンス値を有する巻線型のインダクタ素子に係り、特に面実装が可能なチップインダクタに関する。

従来から、フェライトコアに巻線を施した比較的大きなインダクタンス値を有する巻線型のインダクタ素子が知られている。これらの素子は、円柱状または角柱状の軸部と、その両端に配設した鍔部とを備えたフェライトコアを準備し、フェライトコアの軸部に巻線を巻回し、鍔部に設けた電極に巻線の両端部を固定して面実装可能な電極としたものである（特許文献１参照）。また、フェライトコアの軸部に巻線を巻回し、鍔部に設けた内部電極に巻線の両端を固定し、全体を外装樹脂（モールド樹脂体）で封止し、内部電極に接続した外部電極をモールド樹脂体の底面に配置し、面実装可能とするとともに、外部電極をコア胴部の側方へ突出するように引き回す構造とすることで、インダクタ素子の磁気損失を低減し、特性劣化やＱ値の低下を防止するようにしたものである（特許文献２参照）。
特開平９−２１３１９８号公報 特開２００５−２２３１４７号公報

しかしながら、例えばこれらの素子が車載用途の場合には、極寒から高温の状態に曝される場合があり、また激しい振動・衝撃状態に曝される場合があり、これらの環境に耐えて所要の動作をする高い安定性・信頼性が要求される。

本発明は、上述の事情に基づいてなされたもので、インダクタ素子の磁気損失を低減し、高いＱ値等の良好な電気的特性が得られると共に、車載用途等で要求される高い信頼性が得られるチップインダクタを提供することを目的とする。

本発明のチップインダクタは、軸部と、その両端に配設した鍔部とを備えたフェライトコアと、軸部に巻回し、鍔部の上面に設けた内部電極に両端を固定した巻線と、鍔部と、軸部に巻回した巻線の一部または全部を被覆するゴム状樹脂と、フェライトコアと、巻線と、ゴム状樹脂とを封止したモールド樹脂体と、内部電極に接続し、モールド樹脂体の側面の上部から延出し、モールド樹脂体の側面および底面に沿って折り曲げて配置した金属板からなる外部電極と、を備えたことを特徴とするものである。

また、本発明のチップインダクタの製造方法は、軸部と、その両端に配設した鍔部とを備えたフェライトコアを準備し、鍔部の上面に内部電極を固定し、フェライトコアの軸部に巻線を巻回し、鍔部に設けた内部電極に巻線の両端を固定し、リードフレームを準備し、該リードフレームの一端部を内部電極の上面に固定して、該リードフレームを巻線の上方に配置し、フェライトコアの鍔部の全部と、フェライトコアの軸部に巻回した巻線の一部または全部と、リードフレームの一部をゴム状樹脂で被覆し、ゴム状樹脂で被覆した部分と、さらにリードフレームの一部とをモールド樹脂体に封止し、モールド樹脂体の側面上部からリードフレームの外部電極端子部分が延出し、リードフレームをリードカットし、リード端子となる金属板のモールド樹脂体から延出した外部電極端子部分を、モールド樹脂体の側面および底面に沿って折り曲げる、ことを特徴とするものである。

本発明のチップインダクタによれば、内部に柔らかい樹脂により被覆された巻線コア部分を備えることで、外部から印加される振動・衝撃或いは温度変化に伴う応力を柔らかい樹脂により吸収することができ、巻線コア部分への応力の印加を低減でき、且つ、モールド樹脂体の側面に沿ってその上部（巻線コア部の上方位置）まで延びる外部電極端子部分（サイド電極）がバネ材・クッション材としての役割を果たし、実装基板に印加される振動・衝撃・膨張・収縮に伴う応力を吸収し、巻線コア部分への応力の印加を低減できる。これにより、車載用途等で要求される高い信頼性が得られる。

以下、本発明のチップインダクタの実施形態について、添付図面を参照して説明する。なお、各図中、同一または相当する部材または要素には、同一の符号を付して説明する。

図１は、本発明の第１実施形態のチップインダクタを示す。このチップインダクタは、外装樹脂（モールド樹脂体）１１の内部に、円柱状または角柱状の軸部１２と、その両端に配設した鍔部１３，１３とを備えたフェライトコア１４と、軸部１２に巻回し、鍔部１３の上面に設けた内部電極１５に両端を固定した巻線１６とを備えている。内部電極１５は銅板に錫メッキ等を施したもので、鍔部１３の上面に接着剤により固定され、巻線１６の両端が圧接等により接合されている。

内部電極１５には、Ｔ字型の銅等の金属板（外部電極）２１の導通部２１ａの一端が固定され、導通部２１ａの他端は金属板２１の端子部２１ｂの略中央部に垂直方向から接続されている。端子部２１ｂは、巻線１６の上方で内部電極１５の上面と同一面で、且つモールド樹脂体１１の内部に埋め込まれた上面部Ａと、巻線１６の側方のモールド樹脂体１１の側面に沿って配置された側面部Ｂと、巻線１６の下方のモールド樹脂体１１の底面に沿って配置された底面部Ｃとから形成されている。金属板２１の端子部２１ｂの側面部Ｂと底面部Ｃの表面には必要に応じてハンダまたは錫メッキが施され、面実装用の電極端子部分となっている。従って、面実装用の電極端子部分Ｂは、モールド樹脂体１１の側面上部から延出し、モールド樹脂体１１の側面に沿って底面まで延伸した金属板からなる比較的長いサイド電極となっている。

フェライトコア１４の内部電極１５を含む鍔部１３の全体と、軸部１２に巻回した巻線１６の全体と、金属板２１の導通部２１ａの全体と端子部２１ｂの一部は柔らかいシリコン樹脂からなるゴム状樹脂２３により被覆されている。ゴム状樹脂２３の硬度は柔らかい程クッション効果が高く、ゴム状樹脂の硬さは、ショアＡ硬度で２５以下であることが好ましく、特にショアＡ硬度で１０程度が好ましい。モールド樹脂体１１は、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂または液晶ポリマー等の熱可塑性樹脂からなる硬い外装樹脂であり、Ｔ字型の金属板２１の上面部Ａを封止するとともに、鍔部１３、フェライトコア１４、巻線１６、およびこれらを被覆するゴム状樹脂２３の全体を封止する。従って、硬い外装樹脂により外部電極端子部分を安定に保持することができ、内部に柔らかい樹脂により被覆された巻線コア部分を備えることで、外部から印加される振動・衝撃或いは温度変化に伴う応力を柔らかい樹脂により吸収することができ、巻線コア部分への応力の印加を低減できる。

従って、温度サイクル試験等において、フェライトコア１４およびモールド樹脂体１１が熱膨張・収縮しても、フェライトコア１３および巻線１６に加わるストレスをゴム状樹脂２３のクッション性により吸収することができ、温度サイクルによる巻線コア部分の疲労を低減できる。また、外装のモールド樹脂体１１に強い衝撃が加わっても、フェライトコア１３および巻線１６に加わるストレスをゴム状樹脂２３のクッション性により吸収することができる。これにより、インダクタンス温度係数を低減でき、また、衝撃試験等におけるインダクタンス変化量を低減することができ、チップインダクタの安定性・信頼性を向上できる。

図２は、本発明の第２実施形態のチップインダクタを示す。この実施形態では、フェライトコア１４の内部電極を配置した鍔部１３の全体と、巻線１６を施した軸部１２の一部と、金属板２１の導通部２１ａの一部とが柔らかいシリコン樹脂からなるゴム状樹脂２３により被覆されている。これによっても、巻線１６の接続部分がゴム状樹脂２３により被覆されているので、ゴム状樹脂２３のクッション性により、各種試験において巻線コア部分に印加される応力を低減することができる。なお、その他の構成は第１実施形態のチップインダクタと同様である。

図３は、第１実施形態のチップインダクタ（図中、●で示す）、第２実施形態のチップインダクタ（図中、▲で示す）、比較例としてゴム状樹脂を用いず、直接外装樹脂で封止したチップインダクタ（図中、◆で示す）について、落下衝撃試験を行った結果を示す。試験は、１ｍの高さから試料を落下させ、衝撃印加後のインダクタンス値の変化量を測定したものである。横軸は落下回数を示し、縦軸は初期値からのインダクタンス変化量を示している。なお、試料は８．８mm×３．５mm×２．９mmのチップインダクタであり、初期インダクタンス値は１２ｍＨ（１２５ｋＨｚ）である。

試験結果に示すように、ゴム状樹脂を用いず、直接外装樹脂で封止したチップインダクタは、落下衝撃試験において−１．６％程度インダクタンス値が変化するのに対し、第１実施形態のチップインダクタ（図中、●で示す）および第２実施形態のチップインダクタ（図中、▲で示す）では、インダクタンス値変化量が−０．４％程度と極めて小さいことが分かる。

図４は、第１実施形態のチップインダクタ（図中、●で示す）、第２実施形態のチップインダクタ（図中、▲で示す）、比較例としてゴム状樹脂を用いず、直接外装樹脂で封止したチップインダクタ（図中、◆で示す）について、Ｌ値温度特性試験を行った結果を示す。試験は、試料周囲の温度を変化させ、インダクタンス（Ｌ）値の変化量を測定したものである。横軸は温度を示し、縦軸は初期値からのインダクタンス値の変化量を示している。なお、試料は上記試験と同様に８．８mm×３．５mm×２．９mmのチップインダクタであり、初期インダクタンス値は１２ｍＨ（１２５ｋＨｚ）である。

図４の試験結果に示すように、ゴム状樹脂を用いず、直接外装樹脂で封止したチップインダクタは、温度特性試験において−１．１〜＋０．６％程度インダクタンス値が変化するのに対し、第１実施形態のチップインダクタ（図中、●で示す）では、−０．７〜０％程度のインダクタンス値の変化に留まり、第２実施形態のチップインダクタ（図中、▲で示す）では、−０．９〜＋０．５％程度と変化量が低減していることが分かる。

第１および第２実施形態のチップインダクタの構造によれば、フェライトコア１４の鍔部１３，１３間に配置し、内部電極１５に接続し、モールド樹脂体１１の側面上部から延出し、モールド樹脂体１１の側面および底面に沿って折り曲げて配置した金属板からなる外部電極端子部分Ｂ，Ｃを備えるので、広い電極幅の四端子で、チップインダクタを実装基板に面実装することができる。この際、モールド樹脂体１１の底面の外部電極端子部分Ｃがハンダ接合により実装基板面に固定され、モールド樹脂体１１の側面に沿ってその上部（巻線コア部の上方位置）まで延びる外部電極端子部分Ｂ（サイド電極）がバネ材・クッション材としての役割を果たす。このため、実装基板に振動・衝撃或いは温度変化に伴う膨張・収縮が印加されても、四端子で支えるので外部からの応力を分散することができ、外部電極端子部分Ｂがバネ材としての役割を果たすので、振動・衝撃・膨張・収縮に伴う応力を吸収し、巻線コア部分への応力の印加を低減できる。これにより、巻線コア部分での疲労を軽減し、長時間過酷な環境下で使用しても安定に動作し続ける高信頼性のチップインダクタを提供することができる。

なお、内部電極１５に接続し、モールド樹脂体１１の側面上部から延出し、モールド樹脂体１１の側面および底面に沿って折り曲げて配置した金属板からなる外部電極端子部分Ａ，Ｂ，Ｃを備えることで、小型・コンパクト化した構造で、チップインダクタとして良好な電気的特性が得られる。すなわち、外部電極端子部分Ａ，Ｂ，Ｃは、フェライトコア１４の鍔部１３，１３間の鍔部よりも僅かに大径な位置に配置されるので、フェライトコア１４から生じる磁束の影響を最小限とすることができる。例えば、上記特許文献１に示す外部電極を鍔部間の外側に配置する構造では、外部電極に渦電流損が生じ、Ｑ値が低くなるが、本実施形態の外部電極端子部分Ａ，Ｂ，Ｃの配置では、渦電流損を最小限とし、良好なＱ値等の特性が得られる。

また、外部電極端子部分Ａ，Ｂ，Ｃは、フェライトコア１４の巻線１６の周囲に配置されるので、巻線１６で発生する熱を外部電極端子部分Ａ，Ｂで吸収し、外部電極端子部分Ｃから実装基板側に放熱することができる。これにより、小型・コンパクト化した構造で、電力容量を増加することができる。

次に、上記チップインダクタの製造方法について、図５を参照して説明する。まず、（ａ）に示すように、円柱状または角柱状の軸部１２と、その両端に配設した鍔部１３，１３とを備えたフェライトコア１４を準備する。そして、（ｂ）に示すように、鍔部１３，１３の上面に内部電極１５を接着材により固定する。内部電極１５は、この実施形態ではＣｕ板にＳｎメッキを施したものである。そして、フェライトコア１４の軸部１２に巻線１６を巻回し、鍔部１３に設けた内部電極１５に巻線の両端を固定する。

次に、（ｃ）に示すように、リードフレーム（金属板）２１を準備し、該リードフレーム（金属板）２１の一端部を内部電極１５の上面にハンダ接合等により固定して、該リードフレーム（金属板）２１を巻線１６の上方位置に配置する。リードフレーム（金属板）２１は、一端が内部電極と接続する導通部２１ａと、導通部２１ａの他端がＴ字型に中央に接続する端子部２１ｂとを備える。なお、端子部２１ｂの中央部の導通部２１ａとのＴ字型接合部近傍に設けられた円弧状切り欠きＳは、実質的に端子部２１ｂの幅を狭くしてハンダ接合に際して、熱の逃げを防止するためのものである。

次に、（ｄ）に示すように、フェライトコア１４の鍔部１３，１３の全部と、フェライトコアの軸部１２に巻回した巻線１６の全部と、リードフレーム（金属板）２１の一部分をゴム状樹脂２３で被覆する。この被覆は、液体状の柔らかいシリコン樹脂（ショアＡ硬度で２５以下、１０程度が好ましい）を塗布し、加温硬化することで形成することが好ましい。

次に、（ｅ）に示すように、ゴム状樹脂で被覆した部分２３と、さらにリードフレーム（金属板）２１の一部分とをモールド樹脂体１１にインサート成形等により封止する。モールド樹脂体１１は、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂または液晶ポリマー等の熱可塑性樹脂により形成する。この状態で、モールド樹脂体１１の側面上部からリードフレーム（金属板）２１の封止されていない部分が延出する。そして、リードフレームの不要部をリードカットし、リード端子となる金属板２１の端子部２１ｂのモールド樹脂体から露出した部分を、モールド樹脂体１１の側面および底面に沿って折り曲げて、さらにハンダまたはＳｎメッキ等を施すことで、（ｆ）に示すように、外部電極Ｂ，Ｃを形成する。

以上の説明は、鍔部１３と巻線１６の全部をゴム状樹脂で被覆する本発明の第１実施形態のチップインダクタについてのものであるが、鍔部１３と巻線１６の一部をゴム状樹脂で被覆する本発明の第２実施形態のチップインダクタについても、ゴム状樹脂の被覆の範囲を変えるだけで同様に製造可能である。

なお、ゴム状樹脂の例として、ショアＡ硬度２５以下のシリコン樹脂を用いる例について説明したが、同等の柔らかさの樹脂を用いることで、同等の作用効果が得られることは勿論である。

これまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。

本発明の第１実施形態のチップインダクタの、（ａ）は内部を透過した斜視図であり、（ｂ）は外観を示す斜視図である。 本発明の第２実施形態のチップインダクタの内部を透過した斜視図である。 本発明と従来例のチップインダクタについて、落下衝撃試験を行った結果を示すグラフである。 本発明と従来例のチップインダクタについて、Ｌ値温度特性試験を行った結果を示すグラフである。 本発明のチップインダクタの製造工程を示す図である。

符号の説明

１１ モールド樹脂体
１２ 軸部
１３ 鍔部
１４ フェライトコア
１５ 内部電極
１６ 巻線
２１ 金属板（リードフレーム）
２１ａ 金属板の導通部
２１ｂ 金属板の端子部
２３ ゴム状樹脂
Ａ 外部電極端子部分（上面部）
Ｂ 外部電極端子部分（側面部、サイド電極）
Ｃ 外部電極端子部分（底面部）

Claims (4)

1. 軸部と、その両端に配設した鍔部とを備えたフェライトコアと、
   前記軸部に巻回し、前記鍔部の上面に設けた内部電極に両端を固定した巻線と、
   前記鍔部と、前記軸部に巻回した巻線の一部または全部を被覆するゴム状樹脂と、
   前記フェライトコアと、前記巻線と、前記ゴム状樹脂とを封止したモールド樹脂体と、
   前記内部電極に接続し、前記モールド樹脂体の側面の上部から延出し、前記モールド樹脂体の側面および底面に沿って折り曲げて配置した金属板からなる外部電極と、を備えたことを特徴とするチップインダクタ。
2. 前記ゴム状樹脂の硬さは、ショアＡ硬度で２５以下であることを特徴とする請求項１記載のチップインダクタ。
3. 前記ゴム状樹脂は、シリコン樹脂であることを特徴とする請求項１記載のチップインダクタ。
4. 軸部と、その両端に配設した鍔部とを備えたフェライトコアを準備し、
   前記鍔部の上面に内部電極を固定し、
   前記フェライトコアの軸部に巻線を巻回し、前記鍔部に設けた内部電極に巻線の両端を固定し、
   リードフレームを準備し、該リードフレームの一端部を前記内部電極の上面に固定して、該リードフレームを前記巻線の上方に配置し、
   前記フェライトコアの鍔部の全部と、前記フェライトコアの軸部に巻回した巻線の一部または全部と、前記リードフレームの一部をゴム状樹脂で被覆し、
   前記ゴム状樹脂で被覆した部分と、さらに前記リードフレームの一部とをモールド樹脂体に封止し、前記モールド樹脂体の側面上部から前記リードフレームの外部電極端子部分が延出し、
   前記リードフレームをリードカットし、リード端子となる金属板のモールド樹脂体から延出した外部電極端子部分を、前記モールド樹脂体の側面および底面に沿って折り曲げることを特徴とするチップインダクタの製造方法。

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