JP2013120919A - Coil enclosed dust core and device having the same, manufacturing method of coil enclosed dust core, and manufacturing method of device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、インダクタやトランス、その他の電子部品に用いられるコイル封入圧粉コアの端子構造に関する。 The present invention relates to a terminal structure of a coil-embedded dust core used for inductors, transformers, and other electronic components.
電子部品等に適用されるコイル封入圧粉コアは、圧粉コアの内部にコイルを封入した構造である。コイルとは別部材として端子部が設けられ、コイルと端子部とが接合されている。端子部は外部接続用として圧粉コアから外部に露出している。 A coil-enclosed dust core applied to electronic components or the like has a structure in which a coil is enclosed inside a dust core. A terminal portion is provided as a separate member from the coil, and the coil and the terminal portion are joined. The terminal part is exposed to the outside from the dust core for external connection.
このため、コイルと端子部間が適切に接合される構成でなければならない。例えばコイル封入コアにおける端子部とコイル間は抵抗溶接される。このため端子部は、コイルと抵抗溶接可能な構成でなければならない。また特許文献1に示すようにFe基金属ガラス合金を圧粉コア材料として用いる場合には熱処理を必要とするため端子部は耐熱性に優れていることが必要である。
For this reason, it must be the structure which joins between a coil and a terminal part appropriately. For example, resistance welding is performed between the terminal portion and the coil in the coil-encapsulated core. For this reason, a terminal part must be the structure which can be resistance-welded with a coil. In addition, as shown in
例えば従来では、端子部の表面にAgめっき層が形成された構造であった。そしてAgめっき層の表面が実装基板との間で電気的に接続される実装面である。 For example, conventionally, an Ag plating layer is formed on the surface of the terminal portion. The surface of the Ag plating layer is a mounting surface that is electrically connected to the mounting substrate.
ところで上記の構成では端子部表面がAgめっき層であるためマイグレーションを起こしやすい問題があった。そのため実装基板上に搭載された電極部品間でショートする危険性があった。 By the way, in said structure, since the terminal part surface was an Ag plating layer, there existed a problem which raise | generates a migration easily. For this reason, there is a risk of short-circuiting between the electrode components mounted on the mounting substrate.
したがってAgめっき層に代えて例えば下記特許文献2〜4に示すように端子部表面にAuめっき層を用いることで上記したマイグレーションの問題を解決できる。しかしながら特許文献2〜4には、Auめっき層の形成範囲が不明で、またコイルと端子部との接合部の構成については何も記載されていない。
Therefore, the migration problem described above can be solved by using an Au plating layer on the surface of the terminal portion as shown in, for example,
よって特許文献2〜4に示すAuめっき層を用いた場合、材料コストの高い前記Auめっき層を広範囲に形成すれば、それだけ製造コストが高くなる問題があった。またコイルとは別部材として端子部が設けられた構成において、コイルと端子部間の接合構造を適正化し、簡便に接合できるようにするとともに、圧粉コアの端子部と実装基板との接合を安定化させることが重要であった。
Therefore, when the Au plating layer shown in
本発明は、上記の従来課題を解決するためのものであり、特に、製造コストを低く抑えるとともに、接合部にて適切に端子部とコイル間を接合可能なコイル封入圧粉コア及びその製造方法、ならびに、コイル封入圧粉コアと実装基板間を適切且つ安定して半田接合することが可能なコイル封入圧粉コアを有するデバイス及びその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention is for solving the above-described conventional problems, and in particular, a coil-filled dust core capable of suppressing the manufacturing cost to a low level and appropriately joining the terminal portion and the coil at the joint portion, and a method for producing the same. Another object of the present invention is to provide a device having a coil-embedded dust core capable of appropriately and stably soldering a coil-embedded dust core and a mounting substrate, and a method for manufacturing the same.
本発明におけるコイル封入圧粉コアは、
圧粉コアと、前記圧粉コアに覆われたコイルと、前記コイルに電気的に接続される外部接続用の端子部とを有し、
前記コイルは、少なくともCuを主成分とした表面層を備える線材を巻回して形成された構成であり、
前記端子部は、Cu基材と、前記Cu基材の表面に形成されたNiもしくはNi合金層とを有し、
前記端子部の前記圧粉コアから外部に露出した表面電極部の位置では、前記NiもしくはNi合金層の表面にAu層が形成されており、
前記端子部と前記コイルとの接合部では、前記NiもしくはNi合金層が前記端子部の表面に露出して前記コイルとの接合表面とされて前記コイルと接合されていることを特徴とするものである。
The coil-embedded dust core in the present invention is
Having a dust core, a coil covered with the dust core, and a terminal portion for external connection electrically connected to the coil;
The coil has a configuration formed by winding a wire having a surface layer containing at least Cu as a main component,
The terminal portion has a Cu base and a Ni or Ni alloy layer formed on the surface of the Cu base,
At the position of the surface electrode part exposed to the outside from the dust core of the terminal part, an Au layer is formed on the surface of the Ni or Ni alloy layer,
In the joint portion between the terminal portion and the coil, the Ni or Ni alloy layer is exposed on the surface of the terminal portion to be a joint surface with the coil and is joined to the coil. It is.
また本発明におけるコイル封入圧粉コアの製造方法は、
圧粉コアと、前記圧粉コアに覆われ、少なくともCuを主成分とした表面層を備える線材を巻回してなるコイルと、前記コイルに電気的に接続される外部接続用の端子部とを有し、
前記端子部を構成するCu基材の表面にNiもしくはNi合金層を形成する工程、
前記NiもしくはNi合金層の表面であって、前記圧粉コアを成形した際、前記圧粉コアから外部に露出する表面電極部の位置にAu層を形成する工程、
前記端子部と前記コイルとの接合部では、前記端子部の表面に露出した前記NiもしくはNi合金層を前記コイルとの接合表面とし、前記端子部と前記コイルとの間を接合する工程、
前記圧粉コアを成形し、前記圧粉コア内に前記端子部が接続された前記コイルを埋設するとともに、前記端子部の前記表面電極部が外部に露出するように、前記圧粉コアを成形する工程、
を有することを特徴とするものである。
Moreover, the manufacturing method of the coil inclusion powder core in this invention is
A dust core, a coil that is covered with the dust core and that is formed by winding a wire having a surface layer mainly composed of Cu, and a terminal portion for external connection that is electrically connected to the coil. Have
Forming a Ni or Ni alloy layer on the surface of the Cu base material constituting the terminal portion;
A step of forming an Au layer at the position of the surface electrode portion exposed to the outside from the dust core when the Ni or Ni alloy layer is formed and the dust core is formed;
In the joint part between the terminal part and the coil, the Ni or Ni alloy layer exposed on the surface of the terminal part is used as a joint surface with the coil, and the step of joining between the terminal part and the coil;
Molding the dust core, embedding the coil with the terminal portion connected in the dust core, and molding the dust core so that the surface electrode portion of the terminal portion is exposed to the outside The process of
It is characterized by having.
本発明では端子部をCu基材とNiもしくはNi合金層との積層構造とし、さらに表面電極部では、NiもしくはNi合金層の表面にAu層を形成した積層構造とした。このように、Au層をコイルとの接合部分に形成せず形成範囲を限定することで製造コストの低減を図ることができる。本発明ではNiもしくはNi合金層は、Au層の下地としての役割と接合部での接合表面との役割を担う。そして端子部とコイルとの接合部では、Cu基材/NiもしくはNi合金層/線材(コイル)の積層構造とする。このように接合部では、同種材料のCu材料間に異種材料のNiを挟んだ積層構造とすることで、端子部とコイル間の接合強度を安定したものにできる。 In the present invention, the terminal portion has a laminated structure of a Cu base material and a Ni or Ni alloy layer, and the surface electrode portion has a laminated structure in which an Au layer is formed on the surface of the Ni or Ni alloy layer. Thus, the manufacturing cost can be reduced by limiting the formation range without forming the Au layer at the joint portion with the coil. In the present invention, the Ni or Ni alloy layer plays a role as a base of the Au layer and a bonding surface at the bonding portion. And in the junction part of a terminal part and a coil, it is set as the laminated structure of Cu base material / Ni or Ni alloy layer / wire (coil). As described above, the joint portion has a laminated structure in which Ni of different materials are sandwiched between Cu materials of the same kind of material, so that the joint strength between the terminal portion and the coil can be stabilized.
また本発明では、前記接合部における前記コイルの接合表面は、溶融し固化していることが好ましい。これにより接合強度を高めることができる。また本発明では、前記接合部における前記NiもしくはNi合金層は、溶融し固化していることが好ましい。 Moreover, in this invention, it is preferable that the joining surface of the said coil in the said junction part is fuse | melted and solidified. Thereby, joining strength can be raised. In the present invention, the Ni or Ni alloy layer in the joint is preferably melted and solidified.
また本発明では、前記接合部では、前記端子部と前記コイル間が抵抗溶接されていることが好ましい。同種材料であるCu同士であると抵抗溶接により適切に接合できないが、Cu間に異種のNiもしくはNi合金を介在させることで抵抗溶接を適切に行うことができ、安定した接合強度(溶接強度)を得ることができる。 Moreover, in this invention, it is preferable that the said terminal part and the said coil are resistance-welded in the said junction part. If Cu is the same material, it cannot be properly joined by resistance welding, but resistance welding can be performed properly by interposing different kinds of Ni or Ni alloy between Cu, and stable joint strength (welding strength) Can be obtained.
また本発明では、前記圧粉コアは、Fe基金属ガラス合金を有して構成されることが好ましい。これにより軟磁気特性を向上させることができる。またFe基金属ガラスを用いることで熱処理を必要とするが、本発明の端子構造であれば、優れた耐熱性を備えている。 Moreover, in this invention, it is preferable that the said powder core has an Fe group metal glass alloy. Thereby, soft magnetic characteristics can be improved. Moreover, although heat processing is required by using Fe-based metallic glass, the terminal structure of the present invention has excellent heat resistance.
また本発明におけるコイル封入圧粉コアを有するデバイス及びその製造方法は、上記のいずれかに記載されたコイル封入圧粉コアと、実装基板とを有し、前記端子部の前記表面電極部に形成された前記Au層と前記実装基板の電極間を半田接合してなることを特徴とするものである。 A device having a coil-embedded dust core and a method for manufacturing the same according to the present invention include the coil-embedded dust core described above and a mounting substrate, and is formed on the surface electrode portion of the terminal portion. The Au layer and the electrodes of the mounting board are solder-bonded to each other.
本発明によれば、コイル封入圧粉コアの端子部と実装基板の電極間を適切且つ安定して半田接合することが出来る。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, between the terminal part of a coil enclosure dust core and the electrode of a mounting board | substrate can be soldered appropriately and stably.
本発明のコイル封入圧粉コア及びその製造方法によれば、製造コストを低減できるとともに、端子部とコイル間を適切に接合することができる。 According to the coil-embedded dust core and the manufacturing method thereof of the present invention, the manufacturing cost can be reduced and the terminal portion and the coil can be appropriately joined.
また本発明のコイル封入圧粉コアを有するデバイス及びその製造方法によれば、コイル封入圧粉コアの端子部と実装基板の電極間を適切且つ安定して半田接合することが出来る。 In addition, according to the device having the coil-enclosed dust core and the manufacturing method thereof of the present invention, the terminal portion of the coil-enclosed dust core and the electrode of the mounting substrate can be soldered appropriately and stably.
図1は、本発明を適用したコイル封入圧粉コアの実施形態を一部透視して示す斜視図、図2は、図1に示すコイル封入圧粉コアを実装基板上に実装した状態を示す部分正面図、図3は、図2のAで囲った部分の部分拡大縦断面図、である。なお図1に示すコイル封入圧粉コアは、実装面を上向きに示しており、図2,図3に示すコイル封入圧粉コアは図1に示すコイル封入圧粉コアを180°反転させた状態(実装面が下向き)を示している。 FIG. 1 is a perspective view showing a partially transparent embodiment of a coil-embedded dust core to which the present invention is applied, and FIG. 2 shows a state where the coil-embedded dust core shown in FIG. 1 is mounted on a mounting substrate. FIG. 3 is a partial front view of the portion surrounded by A in FIG. 2. The coil-enclosed dust core shown in FIG. 1 has the mounting surface facing upward, and the coil-enclosed dust core shown in FIGS. 2 and 3 is a state in which the coil-enclosed dust core shown in FIG. (Mounting surface is facing down).
図1に示すコイル封入圧粉コア1は、圧粉コア3と、圧粉コア3に覆われる空芯コイル2と、空芯コイル2に電気的に接続される端子部4とを備えて構成される。
A coil-embedded
空芯コイル2は、絶縁被膜された銅線(線材)を螺旋状に巻回して形成されたものである。なお線材は丸線でも平角線であってもどちらでもよい。また銅線でなく芯材の周囲にCuを主体とした表面層が形成された構造であってもよい。いずれにしても表面がCuあるいはCu合金からなる線材が用いられる。
The
空芯コイル2は、巻回部2aと巻回部2aから引き出された引出端部2b,2bとを有して構成される。空芯コイル2の巻き数は必要なインダクタンスに応じて適宜設定される。
The air-
圧粉コア3は、本実施形態におけるFe基金属ガラス合金(Fe基非晶質合金)の粉末が結着材により固化成形されたものである。
The
本実施形態におけるFe基金属ガラス合金(Fe基非晶質合金)は、例えば、組成式が、Fe100-a-b-c-x-y-z-tNiaSnbCrcPxCyBzSitで示され、0at%≦a≦10at%、0at%≦b≦3at%、0at%≦c≦6at%、6.8at%≦x≦10.8at%、2.2at%≦y≦9.8at%、0at%≦z≦4.2at%、0at%≦t≦3.9at%である。 Fe-based metallic glass alloy in the present embodiment (Fe-based amorphous alloy) is, for example, the composition formula is represented by Fe 100-abcxyzt Ni a Sn b Cr c P x C y B z Si t, 0at% ≦ a ≦ 10 at%, 0 at% ≦ b ≦ 3 at%, 0 at% ≦ c ≦ 6 at%, 6.8 at% ≦ x ≦ 10.8 at%, 2.2 at% ≦ y ≦ 9.8 at%, 0 at% ≦ z ≦ It is 4.2 at%, 0 at% ≦ t ≦ 3.9 at%.
上記のように、本実施形態のFe基金属ガラス合金は、主成分としてのFeと、Ni、Sn、Cr、P、C、B、Si(ただし、Ni、Sn、Cr、B、Siの添加は任意)とを添加してなる軟磁性合金である。 As described above, the Fe-based metallic glass alloy of the present embodiment includes Fe as a main component and addition of Ni, Sn, Cr, P, C, B, and Si (however, Ni, Sn, Cr, B, and Si are added). Is a soft magnetic alloy obtained by adding
上記のFe基金属ガラス合金は、優れた軟磁気特性を備え、Fe基金属ガラス合金を使用することで、高いインダクタンスとともに優れた直流重畳特性を有するコイル封入圧粉コアにできる。また上記のFe基金属ガラス合金のガラス遷移温度(Tg)を約740K(ケルビン)以下に設定できる。 The Fe-based metallic glass alloy has excellent soft magnetic properties, and by using the Fe-based metallic glass alloy, it can be made into a coil-enclosed dust core having high DC inductance and high inductance. Further, the glass transition temperature (Tg) of the Fe-based metallic glass alloy can be set to about 740 K (Kelvin) or less.
本実施形態のFe基金属ガラス合金は、組成式が、Fe100-c-x-y-z-tCrcPxCyBzSitで示され、1at%≦c≦2at%、8.8at%≦x≦10.8at%、5.8at%≦y≦8.8at%、1at%≦z≦2at%、0at%<t≦1at%であることがより好適である。 Fe-based metallic glass alloy of the present embodiment, the composition formula is represented by Fe 100-cxyzt Cr c P x C y B z Si t, 1at% ≦ c ≦ 2at%, 8.8at% ≦ x ≦ 10. It is more preferable that 8 at%, 5.8 at% ≦ y ≦ 8.8 at%, 1 at% ≦ z ≦ 2 at%, and 0 at% <t ≦ 1 at%.
これにより、ガラス遷移温度(Tg)を720K以下にでき、換算ガラス化温度(Tg/Tm)を0.57以上にでき、飽和磁化Isを1.25以上にでき、飽和質量磁化σsを175×10-6Wbm/kg以上にできる。 Thereby, the glass transition temperature (Tg) can be made 720K or less, the conversion vitrification temperature (Tg / Tm) can be made 0.57 or more, the saturation magnetization Is can be made 1.25 or more, and the saturation mass magnetization σs can be 175 ×. 10 −6 Wbm / kg or more.
また本実施形態のFe基金属ガラス合金は、組成式が、Fe100-a-c-x-y-z-tNiaCrcPxCyBzSitで示され、4at%≦a≦6at%、1at%≦c≦2at%、8.8at%≦x≦10.8at%、5.8at%≦y≦8.8at%、1at%≦z≦2at%、0at%<t≦1at%であることがより好適である。 The Fe-based metallic glass alloy of the present embodiment, the composition formula is represented by Fe 100-acxyzt Ni a Cr c P x C y B z Si t, 4at% ≦ a ≦ 6at%, 1at% ≦ c ≦ 2at %, 8.8 at% ≦ x ≦ 10.8 at%, 5.8 at% ≦ y ≦ 8.8 at%, 1 at% ≦ z ≦ 2 at%, and 0 at% <t ≦ 1 at% are more preferable.
これにより、ガラス遷移温度(Tg)を705K以下にでき、換算ガラス化温度(Tg/Tm)を0.56以上にでき、飽和磁化Isを1.25以上にでき、飽和質量磁化σsを170×10-6Wbm/kg以上にできる。 Thereby, the glass transition temperature (Tg) can be made 705 K or less, the conversion vitrification temperature (Tg / Tm) can be made 0.56 or more, the saturation magnetization Is can be made 1.25 or more, and the saturation mass magnetization σs can be set to 170 ×. 10 −6 Wbm / kg or more.
また本実施形態のFe基金属ガラス合金は、組成式が、Fe100-a-c-x-y-zNiaCrcPxCyBzで示され、4at%≦a≦6at%、1at%≦c≦2at%、8.8at%≦x≦10.8at%、5.8at%≦y≦8.8at%、1at%≦z≦2at%であることがより好適である。 The Fe-based metallic glass alloy of the present embodiment, the composition formula is represented by Fe 100-acxyz Ni a Cr c P x C y B z, 4at% ≦ a ≦ 6at%, 1at% ≦ c ≦ 2at%, It is more preferable that 8.8 at% ≦ x ≦ 10.8 at%, 5.8 at% ≦ y ≦ 8.8 at%, and 1 at% ≦ z ≦ 2 at%.
これにより、ガラス遷移温度(Tg)を705K以下にでき、換算ガラス化温度(Tg/Tm)を0.56以上にでき、飽和磁化Isを1.25以上にでき、飽和質量磁化σsを170×10-6Wbm/kg以上にできる。 Thereby, the glass transition temperature (Tg) can be made 705 K or less, the conversion vitrification temperature (Tg / Tm) can be made 0.56 or more, the saturation magnetization Is can be made 1.25 or more, and the saturation mass magnetization σs can be set to 170 ×. 10 −6 Wbm / kg or more.
本実施形態では、上記の組成式から成るFe基金属ガラス合金を例えば、アトマイズ法により粉末状に、あるいは液体急冷法により帯状(リボン状)に製造できる。 In the present embodiment, the Fe-based metallic glass alloy having the above composition formula can be manufactured, for example, in a powder form by an atomizing method or in a strip shape (ribbon shape) by a liquid quenching method.
Fe基金属ガラス合金粉末は、略球状あるいは楕円体状等からなる。前記Fe基金属ガラス合金粉末は、コア中に多数個存在し、各Fe基金属ガラス合金粉末間が結着材(バインダー樹脂)にて絶縁された状態となっている。 The Fe-based metallic glass alloy powder has a substantially spherical shape or an ellipsoidal shape. A large number of the Fe-based metal glass alloy powders exist in the core, and the Fe-based metal glass alloy powders are insulated from each other by a binder (binder resin).
また、前記結着材としては、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、シリコーンゴム、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、PVA(ポリビニルアルコール)、アクリル樹脂等の液状又は粉末状の樹脂あるいはゴムや、水ガラス(Na2O−SiO2)、酸化物ガラス粉末(Na2O−B2O3−SiO2、PbO−B2O3−SiO2、PbO−BaO−SiO2、Na2O−B2O3−ZnO、CaO−BaO−SiO2、Al2O3−B2O3−SiO2、B2O3−SiO2)、ゾルゲル法により生成するガラス状物質(SiO2、Al2O3、ZrO2、TiO2等を主成分とするもの)等を挙げることができる。 Examples of the binder include epoxy resins, silicone resins, silicone rubbers, phenol resins, urea resins, melamine resins, PVA (polyvinyl alcohol), acrylic resins, and other liquid or powder resins, rubbers, water glass ( Na 2 O—SiO 2 ), oxide glass powder (Na 2 O—B 2 O 3 —SiO 2 , PbO—B 2 O 3 —SiO 2 , PbO—BaO—SiO 2 , Na 2 O—B 2 O 3 —ZnO, CaO—BaO—SiO 2 , Al 2 O 3 —B 2 O 3 —SiO 2 , B 2 O 3 —SiO 2 ), glassy substances (SiO 2 , Al 2 O 3 , ZrO produced by the sol-gel method) 2 and TiO 2 as main components).
また潤滑剤として、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸アルミニウム等を添加してもよい。結着材の混合比は5質量%以下、潤滑剤の添加量は0.1質量%〜1質量%程度である。 Further, zinc stearate, aluminum stearate or the like may be added as a lubricant. The mixing ratio of the binder is 5% by mass or less, and the addition amount of the lubricant is about 0.1% by mass to 1% by mass.
なお本実施形態の圧粉コア3は、上記したFe基金属ガラス合金を有する構成に限定されない。
In addition, the compacting
図1に示すように、実装基板に対する実装面3aに、端子部4の一部を収納するための収納凹部30が形成されている。収納凹部30は、実装面3aの両側にて対向する圧粉コア3の側面3b,3cに露出して形成されている。図1に示すように端子部4が折り曲げられて、前記端子部4の一部が、収納凹部30内に収納される。
As shown in FIG. 1, a
端子部4は、後述する製造方法で示すように薄板状のフープ材を折り曲げ加工して形成されたものである。端子部4は圧粉コア3の内部に埋設されて空芯コイル2の延出端部2b,2bに電気的に接続される接続端部40と、圧粉コア3の外面に露出する表面電極部42とを有して構成される。表面電極部42は、前記圧粉コア3の側面3b,3cから実装面3aにかけて折り曲げ形成されており、第1曲折部42a及び第2曲折部42bとを有して構成される。
The
図2に示すように図1に示す本実施形態のコイル封入圧粉コア1が、実装基板10上に実装される。
As shown in FIG. 2, the coil-embedded
実装基板10には、表面に電極11が設けられている。電極11は、前記電極11と一体あるいは別体の配線部に接続されている。
An
図2に示すようにコイル封入圧粉コア1は、実装面3aが実装基板10側に向けられて、コイル封入圧粉コア1の外部に露出する端子部4の表面電極部42と実装基板10の電極11間が半田層12にて接合される。
As shown in FIG. 2, the coil-embedded
図2に示すように端子部4の表面電極部42と実装基板10の電極11との間にフィレット状の半田層12を形成することができる。
As shown in FIG. 2, a fillet-
図3に示すように、本実施形態の端子部4の表面電極部42は、Cu基材15と、Cu基材15の表面に形成されたNiもしくはNi合金層16と、NiもしくはNi合金層16の表面に形成されたAu層17との積層構造で構成される。図3に示すようにAu層17は表面電極部42の最表面に位置している。よってAu層17の表面が実装基板10の電極11との間の半田接合面となっている。
As shown in FIG. 3, the
Cu基材15の厚みは、200μm程度である。またCu基材15の材質は特に限定されるものでないが、銅損によるコイルの効率低下を避けるため無酸素銅が好ましく適用される。
The thickness of the
NiもしくはNi合金層16の厚みは、1〜5μm程度であることが好適である。NiもしくはNi合金層16は、Auをめっきする際に適切に析出させ、また、Cu基材15からの拡散をできる限り抑制等するためのものであり、Ni合金層とする場合はNi−Sn合金もしくはNi−Ag合金とするのが良い。
The thickness of the Ni or
Au層17は、NiもしくはNi合金層16の表面にNiもしくはNi合金層16よりも薄い膜厚で形成される。例えばAu層17の膜厚は、0.02μm〜0.07μm程度である。
NiもしくはNi合金層16及びAu層17を共にめっき形成することができる。
The
Both the Ni or
図4(a)は、図1のコイル封入圧粉コア1を180°反転させた状態にて図1に示すBの部分を図1に示すX1−X2方向に沿って高さ方向から切断した部分縦断面図である。
FIG. 4A shows a portion B shown in FIG. 1 cut from the height direction along the X1-X2 direction shown in FIG. 1 in a state where the coil-embedded
図4(a)に示すように端子部4のコイル2との接続端部40は、Cu基材15とNiもしくはNi合金層16との積層構造で構成され、NiもしくはNi合金層16が接合表面とされる。そして端子部4の接続端部40とコイル2の延出端部2bとが接合される。すなわち接合部44では、Cu基材15/NiもしくはNi合金層16/銅線43の積層構造とされている。本実施形態では、端子部4とコイル2間を抵抗溶接(スポット溶接)により接合することができる。
As shown in FIG. 4A, the
図4(b)は、Cu基材15の厚さ方向の両面にNiもしくはNi合金層16,18が形成された構成である。これにより圧粉コア3の外部に露出する端子部4のCu基材15の腐食を防止できる。ただし、後述の製造方法で説明するように、Cu基材15の裏面15b側のNiもしくはNi合金基材18は接合部44の位置に形成しないほうがよい。
FIG. 4B shows a configuration in which Ni or Ni alloy layers 16 and 18 are formed on both surfaces of the
以上のように本実施形態ではAu層17は表面電極部42に限定して形成されている。Au層17は半田濡れ性を確保するために必要であり、それほど厚い膜厚が必要でない。またAuは延性に富むため、Au層17の膜厚を非常に薄く形成できる。本実施形態では、Au層17をNiもしくはNi合金層16よりも薄く形成することが好ましい。このようにAuの使用を少なくでき、製造コストの低減を図ることができる。
As described above, in this embodiment, the
また本実施形態では、端子部4のCu基材15の表面にNiもしくはNi合金層16を形成し、このNiもしくはNi合金層16を表面電極部42ではAu層17の下地として用い、また端子部4とコイル2との接合部44では、端子部4の表面に露出させて、コイル2との接合表面としている。これにより接合部44では、Cu基材15/NiもしくはNi合金層16/銅線42(コイル2)との積層構造となる。本実施形態では、NiもしくはNi合金層16を、Cu基材15の表面全域に形成でき、接合部44でのNiもしくはNi合金層16と表面電極部42でのNiもしくはNi合金層16とを連続して形成できる。接合部44でのNiもしくはNi合金層16と表面電極部42でのNiもしくはNi合金層16との間に、NiもしくはNi合金層16が形成されない領域があってもよいが、Cu基材15の表面全域にNiもしくはNi合金層16を形成したほうが製造を容易化できまた製造コストを低減できる。
Further, in the present embodiment, the Ni or
このように本実施形態では、NiもしくはNi合金層16を空芯コイル2との接合表面とし、接合部44にて同種材料のCu材料間に異種材料のNiもしくはNi合金を挟んだ積層構造としたことで、端子部4とコイル2間の接合強度を安定したものにできる。
As described above, in the present embodiment, the Ni or
本実施形態では、接合部44におけるコイル2(延出端部2)の接合表面は、溶融し固化していることが好ましい。すなわち図4(a)(b)に示す銅線43のNiもしくはNi合金層16と接する表面付近が溶けて固化した状態であると、コイル2と端子部4間の接合強度を高めることができる。またこのとき、接合部44におけるNiもしくはNi合金層16は、溶融し固化した状態であることが、接合強度を高めるうえで好適である。
In this embodiment, it is preferable that the joining surface of the coil 2 (extension end part 2) in the joining
特に本実施形態では、空芯コイル2と端子部4間を抵抗溶接することが好ましい。抵抗溶接は、図4(a)(b)に示すように、Cu基材15と空芯コイル2の銅線43とをNiもしくはNi合金層16を介して圧着しつつ電流を流し、その抵抗熱(ジュール熱)により母材間を接合する。仮にNiもしくはNi合金層16がなくCu基材15と銅線43との抵抗溶接であると同種材料間での抵抗溶接になるため、適切にCu基材15と銅線43間を接合できない。これに対して本実施形態では、Cuよりも電気抵抗の高いNiもしくはNi合金層16を溶接表面としたことでCu間を適切に抵抗溶接により接合することが可能になっている。
In particular, in this embodiment, it is preferable that resistance welding be performed between the air-
以上により本実施形態では製造コストを抑えつつ、コイル2と端子部4間を適切に接合することができる。また端子部4の表面層としてAg層を用いた場合のようなマイグレーションも生じない。
As described above, in the present embodiment, the
また本実施形態では、圧粉コア3を、Fe基金属ガラス合金を用いて形成することができる。これにより、軟磁気特性を向上させることができ、高いインダクタンスとともに優れた直流重畳特性を有するコイル封入圧粉コアにできる。
In the present embodiment, the
Fe基金属ガラス合金を用いることで、アモルファス化に必要な熱処理を施す。本実施形態では、Fe基金属ガラス合金のガラス遷移温度(Tg)を低くでき、したがって圧粉コア3に対する最適熱処理温度を低くできる。ここで「最適熱処理温度」とは、Fe基金属ガラス合金に対して効果的に応力歪みを緩和でき、コアロスを最小限に小さくできる熱処理温度である。
By using an Fe-based metallic glass alloy, heat treatment necessary for amorphization is performed. In the present embodiment, the glass transition temperature (Tg) of the Fe-based metallic glass alloy can be lowered, and therefore the optimum heat treatment temperature for the
本実施形態の端子部4は、Cu基材15の表面にNiもしくはNi合金層16が形成されており、さらに表面電極部42では、NiもしくはNi合金層16の表面にAu層17が形成された積層構造となっている。これにより、熱処理が施されても、変質が起こるのを抑制でき、耐熱性を向上させることができる。
In the
図5は本実施形態のコイル封入圧粉コア1の製造方法を示す工程図である。各工程は部分平面図で示される。
FIG. 5 is a process diagram showing a method for manufacturing the coil-embedded
図5(a)の工程では、抜き加工した複数の端子部4が連なる薄板状のフープ材20(Cu基材15に相当)を形成する。
5A, a thin plate-like hoop material 20 (corresponding to the Cu base material 15) in which a plurality of punched
次に図5(b)の工程では、フープ材20の表面20aの全域にNiもしくはNi合金層16をめっき形成する。図5(b)では斜線でNiもしくはNi合金層16を示している。このときNiもしくはNi合金層16を1μm〜5μm程度の膜厚で形成する。NiもしくはNi合金層16は、接続端部40にて空芯コイル2との抵抗溶接用、及び表面電極部42にてAu層17の下地層として形成される。また図5(b)の工程では、フープ材20の表面20aのみならず裏面にもNiもしくはNi合金層16をめっき形成することができる。
Next, in the step of FIG. 5B, the Ni or
次に図5(c)の工程では、NiもしくはNi合金層16の表面に部分的にAu層17をめっき形成する。図5(c)ではAu層17の形成領域を異なるニ方向からの斜線で示している。本実施形態ではAu層17を、表面電極部42の位置に形成する。Au層17を、0.02μm〜0.07μm程度の非常に薄い膜厚で形成する。Au層17は表面電極部42にて半田濡れ性の確保のために形成される。よってAu層17は表面電極部42の位置のみに非常に薄く形成できる。
Next, in the step of FIG. 5C, an
続いて図6(a)の工程では、フープ材20の所定箇所を切断する。これにより端子部4に空芯コイル2との接続端部40を形成することができる。接続端部40の表面にはNiもしくはNi合金層16が露出している。なお図6(a)では、一つの端子部4のみを拡大して図示した。
Subsequently, in the step of FIG. 6A, a predetermined portion of the
次に図6(b)の工程では、空芯コイル2の延出端部2bと端子部4の接続端部40とを抵抗溶接する。接続端部40では、露出したNiもしくはNi合金層16が空芯コイル2との接合表面(溶接表面)とされている。
Next, in the process of FIG. 6B, resistance welding is performed on the
図7は溶接工程中の空芯コイル2の延出端部2bと端子部4の接続端部40との部分拡大縦断面図である。
FIG. 7 is a partially enlarged longitudinal sectional view of the
図7(a)に示すように、端子部4の接続端部40のNiもしくはNi合金層16と、空芯コイル2の延出端部2bとの間を端子部4及び空芯コイル2の両側に配置された抵抗溶接電極25,26により圧接する。図7(a)に示すようにCu基材15と銅線43との間にNiもしくはNi合金層16が介在した状態となる。図7(a)の状態にて抵抗溶接電極25,26間に電圧を印加して電流を流す。このとき抵抗の高いNiもしくはNi合金が優先してジュール熱を発生し、NiもしくはNi合金、Cu又は、NiもしくはNi合金及びCuが溶けて同種のCu基材15と銅線43間を適切に接合することができる。なお接合界面に位置するコイル2を構成する銅線43の表面、NiもしくはNi合金層16、又はNiもしくはNi合金層16及び銅線43の表面が溶けて固化することで、接合界面での接合強度(溶接強度)を安定して高い状態にできる。
7A, between the Ni or
図7(a)では、Cu基材15の両面にNiもしくはNi合金層16,18が形成されており、NiもしくはNi合金層18も抵抗溶接時にジュール熱を発生する。このため、抵抗溶接電極26と端子部4の接続端部40間がくっ付かないように、抵抗溶接電極26の材質を工夫したり、あるいは溶接条件を適正化する。
In FIG. 7A, Ni or Ni alloy layers 16 and 18 are formed on both surfaces of the
あるいは図7(b)に示すように、Cu基材15の表面側にだけNiもしくはNi合金層16を形成して裏面15bにNiもしくはNi合金層18を設けない構成とすることで、抵抗溶接電極26と端子部4の接続端部40間がくっ付くのを防止できる。また、Cu基材15の裏面15bにて抵抗溶接電極26が当接する領域を除いてNiもしくはNi合金層18を形成してもよい。
Alternatively, as shown in FIG. 7B, resistance welding is performed by forming the Ni or
次に図6(c)では、圧粉コア3をプレス成形して、空芯コイル2を圧粉コア3内に埋設し、さらにCu基材の不要部分を切断する。
Next, in FIG.6 (c), the
圧粉コア3を、Fe基金属ガラス合金(Fe基非晶質合金)の粉末と結着材とを有してなる構成とした場合には、圧粉コア3に対してアモルファス化に必要な熱処理を施す。
そして図6(c)に示す表面電極部42を図1に示すように折り曲げる。
When the
Then, the
本実施形態ではAuの使用量を極力少なくでき、製造コストを抑制できるとともに、空芯コイル2の延出端部2bと端子部4の表面電極部42との間を適切に接合(溶接)することができる。
In the present embodiment, the amount of Au used can be reduced as much as possible, the manufacturing cost can be reduced, and the
その後、図2,図3に示すように、表面電極部42と実装基板10の電極11間をリフロー工程により半田接合する。Pbフリー半田接合時の加熱温度は、245〜260℃程度である。
Thereafter, as shown in FIGS. 2 and 3, the
本実施形態では、上記した、組成式が、Fe100-a-b-c-x-y-z-tNiaSnbCrcPxCyBzSitで示されるFe基金属ガラス合金(Fe基非晶質合金)を用いることで、圧粉コア3に対する熱処理温度を350℃〜400℃程度に設定することが出来る。
In the present embodiment, the above composition formula, by using a Fe 100-abcxyzt Ni a Sn b Cr c P x C y B Fe based metallic glass alloy represented by z Si t (Fe-based amorphous alloy) The heat treatment temperature for the
本実施形態の端子部4の表面電極部42は、Cu基材15の表面にNiもしくはNi合金層16を介してAu層17が形成された積層構造となっている。これにより、350℃〜400℃程度の熱処理が施されても、Au層17が変質してしまうことはなく優れた耐熱性を得ることができる。
The
よって、図2,図3に示すように、コイル封入圧粉コア1を実装基板10上に半田接合するとき、Au層17が最表面に露出した表面電極部42の半田濡れ性は良好であり、端子部2と実装基板10の電極11間に適切にフィレット状の半田層12を形成することができ、適切且つ安定した半田接合を行うことが可能である。
Therefore, as shown in FIGS. 2 and 3, when the coil-embedded
インダクタンスが1.5μHのコイル(銅の線材(平角線):0、21mm×0.87mmと端子部とを抵抗溶接した。 A coil having an inductance of 1.5 μH (copper wire (flat wire): 0, 21 mm × 0.87 mm and a terminal portion were resistance-welded.
端子部をCu基材/Ni層(1μm、2μm、3μm)で形成した。括弧内の数値は膜厚を示している。 The terminal part was formed of a Cu base / Ni layer (1 μm, 2 μm, 3 μm). The numerical value in the parenthesis indicates the film thickness.
そしてNi層を溶接表面として端子部とコイル間を抵抗溶接した。その際の電圧を1.10V〜1.6V/3msとし、またエア圧を0.4MPaとした。 Then, resistance welding was performed between the terminal portion and the coil using the Ni layer as the welding surface. The voltage at that time was 1.10 V to 1.6 V / 3 ms, and the air pressure was 0.4 MPa.
実験では実施例として、Ni層の膜厚が1μmである10個の各端子部とコイルとを抵抗溶接し、直流抵抗Rdcを測定した。直流抵抗Rdcの測定はクリップタイプの接続端子を有するプローブを使用した。以下の表2においても同様である。なお、Ni層(1μm)の表面に膜厚が5μmのAg層を形成し、前記Ag層を溶接表面とした構成を比較例として実験した。その実験結果が以下の表1に示されている。 In the experiment, as an example, ten terminals each having a Ni layer thickness of 1 μm and a coil were resistance-welded, and the DC resistance Rdc was measured. The DC resistance Rdc was measured using a probe having a clip type connection terminal. The same applies to Table 2 below. An experiment was conducted as a comparative example in which an Ag layer having a thickness of 5 μm was formed on the surface of the Ni layer (1 μm), and the Ag layer was used as a welding surface. The experimental results are shown in Table 1 below.
表1に示すように、実施例と比較例の各直流抵抗Rdcはほぼ同じとなった。
次に、Ni層の膜厚を2μm、3μmとし、Ni層を溶接表面として端子部とコイル間を抵抗溶接した複数の実施例の直流抵抗Rdc及び引張強度を測定した。引張強度は万能試験機により測定した。その実験結果が以下の表2に示されている。
As shown in Table 1, the DC resistances Rdc of the example and the comparative example were almost the same.
Next, the direct current resistance Rdc and tensile strength of a plurality of examples in which the thickness of the Ni layer was set to 2 μm and 3 μm, and the resistance was welded between the terminal portion and the coil using the Ni layer as a welding surface were measured. Tensile strength was measured with a universal testing machine. The experimental results are shown in Table 2 below.
表2に示すように、直流抵抗Rdcを、8.2mΩ以上10.0mΩ以下、引張強度を5N以上にできることがわかった。 As shown in Table 2, it was found that the direct current resistance Rdc could be 8.2 mΩ or more and 10.0 mΩ or less, and the tensile strength could be 5 N or more.
Ni層の膜厚が厚くなることで、発熱量が増え、銅も溶けているものと思われる。直流抵抗RdcはNi層を厚くすることでやや高くなる傾向があるが溶接強度は安定していた。これは、銅(コイル側)が溶けて固化したことに起因するものと考えられる。 It seems that the heat generation amount is increased and copper is also melted by increasing the thickness of the Ni layer. The direct current resistance Rdc tended to increase slightly as the Ni layer was thickened, but the welding strength was stable. This is considered due to the fact that copper (coil side) melted and solidified.
1 コイル封入圧粉コア
2 空芯コイル
2b 引出端部
3 圧粉コア
4 端子部
10 実装基板
11 電極
12 半田層
15 Cu基板
16 NiもしくはNi合金層
17 Au層
20 フープ材
25、26 抵抗溶接電極
40 接続端部
42 表面電極部
43 銅線
44 接合部
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記コイルは、少なくともCuを主成分とした表面層を備える線材を巻回して形成された構成であり、
前記端子部は、Cu基材と、前記Cu基材の表面に形成されたNiもしくはNi合金層とを有し、
前記端子部の前記圧粉コアから外部に露出した表面電極部の位置では、前記NiもしくはNi合金層の表面にAu層が形成されており、
前記端子部と前記コイルとの接合部では、前記NiもしくはNi合金層が前記端子部の表面に露出して前記コイルとの接合表面とされて前記コイルと接合されていることを特徴とするコイル封入圧粉コア。 Having a dust core, a coil covered with the dust core, and a terminal portion for external connection electrically connected to the coil;
The coil has a configuration formed by winding a wire having a surface layer containing at least Cu as a main component,
The terminal portion has a Cu base and a Ni or Ni alloy layer formed on the surface of the Cu base,
At the position of the surface electrode part exposed to the outside from the dust core of the terminal part, an Au layer is formed on the surface of the Ni or Ni alloy layer,
In the joint portion between the terminal portion and the coil, the Ni or Ni alloy layer is exposed on the surface of the terminal portion to be a joint surface with the coil and is joined to the coil. Encapsulated powder core.
前記端子部を構成するCu基材の表面にNiもしくはNi合金層を形成する工程、
前記NiもしくはNi合金層の表面であって、前記圧粉コアを成形した際、前記圧粉コアから外部に露出する表面電極部の位置にAu層を形成する工程、
前記端子部と前記コイルとの接合部では、前記端子部の表面に露出した前記NiもしくはNi合金層を前記コイルとの接合表面とし、前記端子部と前記コイルとの間を接合する工程、
前記圧粉コアを成形し、前記圧粉コア内に前記端子部が接続された前記コイルを埋設するとともに、前記端子部の前記表面電極部が外部に露出するように、前記圧粉コアを成形する工程、
を有することを特徴とするコイル封入圧粉コアの製造方法。 A dust core, a coil that is covered with the dust core and that is formed by winding a wire having a surface layer mainly composed of Cu, and a terminal portion for external connection that is electrically connected to the coil. Have
Forming a Ni or Ni alloy layer on the surface of the Cu base material constituting the terminal portion;
A step of forming an Au layer at the position of the surface electrode portion exposed to the outside from the dust core when the Ni or Ni alloy layer is formed and the dust core is formed;
In the joint part between the terminal part and the coil, the Ni or Ni alloy layer exposed on the surface of the terminal part is used as a joint surface with the coil, and the step of joining between the terminal part and the coil;
Molding the dust core, embedding the coil with the terminal portion connected in the dust core, and molding the dust core so that the surface electrode portion of the terminal portion is exposed to the outside The process of
A method for producing a coil-embedded dust core, comprising:
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