JP2016127040A - 表面実装インダクタ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】磁性体を有する素体内にコイルを内蔵させた表面実装インダクタにおいて、コイルへの熱ストレス・機械的ストレスを低減し、コイルと外部端子との間に発生する接触抵抗を無くし、極性を持たない表面実装インダクタ及びその製造方法の提供する。
【解決手段】表面実装インダクタは、コイル２と、コイル２を２つ内蔵した素体を備える。コイル２は、断面が平角形状の導線を巻回した第１の巻回部２ｃと、巻軸に沿って第１の巻回部２ｃと隣接する位置にずらして巻回した第２の巻回部２ｄと、第２の巻回部上２ｄに一部が重なる様に、巻軸に沿って第１の巻回部２ｃと反対方向に位置をずらして巻回した第３の巻回部２ｅと、を備える。第１の巻回部２ｃと第３の巻回部２ｅとの外周から導線の端部を引き出して引き出し端部２ｂとし、素体に内蔵された２つのコイル２は、巻軸が素体の実装面と平行かつ、引き出し端部の表面を素体の実装面の表面に延在する。
【選択図】図１

Description

本発明は、表面実装インダクタ及びその製造方法に関する。

従来から、磁性体を含有する素体内にコイルを内蔵させた表面実装インダクタが広く利用されている。例えば、特許文献１において、金属片を外部端子として使用した表面実装インダクタの製造方法が開示されている。この方法は、金属片にコイルの引き出し端部を溶接して接合し、コイルを磁性粉と樹脂を含有する封止材で封止して素体を得る。その素体から露出する金属片を加工して、外部端子を形成していた。

特許文献２においては、リードフレームを使用せず、コイルの引き出し端部を加工して外部端子とする表面実装インダクタの製造方法が開示されている。この方法は、断面が平角形状の導線（以下、平角線という）を巻回して形成したコイルを、封止材で封止して素体を得る。

特開２００３−２９０９９２ 特開２００４−１９３２１５

特許文献１の表面実装インダクタは、コイルと外部端子とを溶接して接合しているため、コイルと外部端子との接合部に、機械的ストレスや熱ストレスがかかっていた。また、コイルと外部端子との接合部には、接触抵抗が発生していた。

特許文献２の表面実装インダクタは、コイルの巻軸方向と平角線の幅広面とが垂直なので、コイルを巻回する際、コイルの内径部・外径部に機械的ストレスがかかっていた。
また、特許文献２の表面実装インダクタは、２つあるコイルの引き出し端部のうち、片方の引き出し端部が表面実装インダクタの底面付近から素体の底面に向かって引き出され、もう片方の引き出し端部が表面実装インダクタの上面付近から素体の底面に向かって引き出されているため、引き出し端部の長さが異なる。このようなコイルを内蔵した表面実装インダクタは、一方の外部端子に入力した場合の電気的特性と、他方の外部端子に入力した場合の電気的特性が異なるので、表面に極性を示すマーキングを印字する場合が多い。

そこで、本発明は、コイルへの熱ストレス・機械的ストレスを低減し、コイルと外部端子との間に発生する接触抵抗を無くし、さらに、どの外部端子に入力した場合であっても電気的特性が変わることのない、表面実装インダクタ及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の表面実装インダクタは、導線を巻回して形成したコイルと、コイルを２つ内蔵した素体を備え、コイルは、断面が平角形状の導線を巻回した第１の巻回部と、巻軸に沿って第１の巻回部と隣接する位置にずらして巻回した第２の巻回部と、第２の巻回部上に一部が重なる様に、巻軸に沿って第１の巻回部と反対方向に位置をずらして巻回した第３の巻回部と、を備え、第１の巻回部と第３の巻回部との外周から導線の端部を引き出して引き出し端部とし、素体に内蔵された２つのコイルは、巻軸が素体の実装面と平行かつ、引き出し端部の表面を素体の実装面の表面に延在させたことを特徴とした。

本発明の表面実装インダクタ及びその製造方法によれば、コイルの引き出し端部を外部端子として使用することにより、コイルへの熱ストレス・機械的ストレスを低減し、さらにコイルと外部端子との間に発生する接触抵抗を無くすことができる。また、コイルの巻軸方向とコイルの幅広面とが平行なので、巻回時に内径部と外径部とにかかる機械的ストレスを低減することができる。さらに、内蔵しているコイルの引き出し端部の引き出し位置から外部端子までの距離が左右で同じなので、どちらの外部端子に入力した場合であっても、電気的特性は変わらない。
以上より、コイルへの熱ストレス・機械的ストレスを低減し、抵抗値を抑え、極性を持たない表面実装インダクタの製造方法および表面実装インダクタを提供することができる。

本発明の第１の実施例で使用するコイルの斜視図である。 本発明の第１の実施例で使用するコイルの巻回方法を示す図である。 本発明の第１の実施例で使用するタブレットの斜視図である。 本発明の第１の実施例で使用するタブレットの実装面の平面図である。 本発明の第１の実施例の表面実装インダクタの製造方法を説明するための断面図である。 本発明の第１の実施例の表面実装インダクタ製造方法を説明するための別の断面図である。 本発明の第２の実施例で使用する磁性体コアの斜視図である。 本発明の第２の実施例の表面実装インダクタを示す斜視図である。

以下、本発明の第１の実施例を図を参照して説明する。

図１に示すように、第１の実施例の表面実装インダクタに使用するコイル２は、絶縁被覆を有する平角線で１段に巻回された第１の巻回部２ｃと、巻軸に沿って第１の巻回部２ｃと隣接する位置にずらして１段に巻回した第２の巻回部２ｄと、第２の巻回部２ｄ上に一部が重なる様に、巻軸に沿って第１の巻回部２ｃと反対方向に位置をずらして１段に巻回した第３の巻回部２ｅとを有している。第１の巻回部２ｄと第３の巻回部２ｅとの外周からは、引き出し端部２ｂが引き出され、引き出し端部２ｂはそれぞれ、コイル２の巻軸と垂直で、かつ、互いに反対方向に引き出され、末端が折り曲げられている。この様に形成されたコイル２は、巻軸方向と、平角線の幅広面２ａとが平行なので、巻回時に内径部・外径部に機械的なストレスがかからない。

コイル２の巻回方法について図２を用いて説明する。コイル２の巻回には、円柱状の巻回部分３ａと、巻回部分３ａと同軸で隣接した、巻回部分３ａよりも半径が大きい円柱状の壁部３ｂと、巻回部分３ａの、壁部３ｂと反対側の底面である先端３ｃとを有するスピンドル３と、先端にＣ字形状の開口部を有した治具３ｄとを備えた巻線機を使用し、絶縁被覆を有する平角線を巻回して形成される。
図２（ａ）に示すように、一対のスピンドル３を、先端部３ｃが向かい合って接触した状態で配置する。次に、図２（ｂ）に示すように、平角線の途中の幅広面を、巻回部分３ａに接触させ、図２（ｃ）に示すように、平角線の一方の端部を巻回部分３ａに１段に巻回した第１の巻回部２ｃを形成する。次に、図２（ｄ）に示すように、平角線の他方の端部を巻軸に沿って第１の巻回部２ｃと隣接する位置にずらして平角線を１段に巻回し、第２の巻回部２ｄを形成する。次に、図２（ｅ）に示すように、第２の巻回部２ｄ上の、第１の巻回部２ｃ側の端に、Ｃ字形状の開口部を有する治具３ｄを配置する。この状態で、第２の巻回部２ｄ上に一部が重なる様に、治具３ｄの、第１の巻回部２ｃと反対側に位置をずらして巻回し、第３の巻回部２ｅを形成する。そして、第１の巻回部２ｃと第３の巻回部２ｅとの外周から引き出し端部２ｂを引き出す。引き出し端部２ｂはそれぞれ、コイル２の巻軸と垂直で、かつ、互いに反対方向に引き出され、末端が折り曲げられている。この状態でコイル２を加熱し、図２（ｆ）に示すように、先端３ｃ同士を接触させたスピンドル３を引き離すことにより、コイル２を作製することができる。
コイル２は、第１の巻回部→第２の巻回部→第３の巻回部の順に巻回して形成したが、これに限定されるものではない。第２の巻回部→第３の巻回部→第１の巻回部の順に巻回しても良いし、第１の巻回部を途中まで巻回してから第２の巻回部を巻回し、その後に第１の巻回部と第３の巻回部とを巻回するなど、順番が前後しても構わない。

第１の実施例で使用する素体について説明する。素体は、図３に示す様に、タブレット４ａを２つ、組み合わせて形成される。タブレット４ａは、金属磁性粉を有した充填材とエポキシ樹脂とを含んだ封止材から形成される。
タブレット４ａは、一つの側面に開口端を備えた立方体であり、内部にコイル２を収納するためのスペース４ｂを有している。開口端を有する面と向かい合う面の内壁の中央部からは、コイル２の巻軸に挿入するための軸４ｃが、開口端を有する面に向かって突出している。コイル２の巻軸に挿入される軸４ｃは円柱状に形成される。
タブレット４ａの上面もしくは底面が実装面４ｅとなる。図４に示す様に、実装面４ｅの形状はそれぞれ長方形であり、この長方形を構成する４辺のうち、開口端に一番近い辺を含む、向かい合う一対の辺を短辺とし、他方の向かい合う一対の辺を長辺とする。実装面４ｅの短辺方向の両端部にはそれぞれ、コイル２の引き出し端部２ｂを引き出すための細長いスリット４ｄが設けられている。

次に、図５（ａ）〜（ｃ）を用いて、コイルを封止する方法について説明する。
図５（ａ）、（ｂ）は図４のＡ−Ａ断面図であり、図５（ｃ）は実装面４ｅの平面図である。
図５（ａ）に示すように、第１の巻回部２ｃ同士が向き合って、同心軸となるように、コイル２を２つ配置し、さらに、２つのコイル２の両側にタブレット４ａを、開口端が向き合うようにして配置する。この時、一方のタブレット４ａの軸４ｃに一方のコイル２の巻軸を挿入し、実装面４ｅのスリット４ｄからコイル２の引き出し端部２ｂを、あらかじめ引き出しておく。次に、図５（ｂ）に示すように、コイル２の巻軸方向の残りの端から、タブレットの軸４ｃがコイル２の空芯部に挿入されるように、他方のタブレット４ａを嵌め合わせる。タブレット４ａの内部には、コイル２を収納するためのスペース４ｂが内部に設けられており、２つのタブレット４ａの内部に２つのコイル２が収納される。そして、２つのコイル２の引き出し端部２ｂはそれぞれ、一方のスリット４ｄから、実装面の短辺と平行に引き出され、もう片方のスリット４ｄに入れ込まれる。さらに、この状態で、これらを成形金型を用いて加熱・圧縮することにより、図５（ｃ）に示すように、コイル２の引き出し端部２ｂは、その表面が実装面４ｅの表面に露出する様に埋め込まれた状態で固定され、また２つタブレット４ａは押し固められて、２つのコイル２が封止された素体４となる。

次に、図６を用いて、引き出し端部２ｂを外部端子に加工する方法について説明する。図６は図５（ｃ）のＢ−Ｂ断面図である。
実装面４ｅに表面が露出・延在している引き出し端部２ｂはそれぞれ、幅広面２ａにレーザーがあてられて、絶縁被覆が剥離される。平角線を用いているので、レーザー剥離の条件設定が容易であり、外部端子は全て同一の面に形成されているので、１回の工程で済ませることができる。次に、それぞれの引き出し端部２ｂにＮｉとＣｒとを所定の割合で同時にスパッタリングしてＮｉ−Ｃｕ層を形成し、続いてＳｎをスパッタリングしてＳｎ層を形成する。平角線を用いているので、丸線に比べて固着強度が強く、端子平坦度も高い。さらにこの状態から、２つのコイル２の第１の巻回部から引き出された引き出し端部２ｂを両方含む領域にＳｎをスパッタリングすることによって、第１の巻回部同士が電気的に接続される。スパッタリングされたそれぞれの引き出し端部２ｂは、このまま外部端子として使用しても良いし、もしくは、さらに金属体を取り付けて、外部端子としても良い。

このようにして製造された表面実装インダクタは、内蔵されたコイルの引き出し端部から外部端子までの距離が左右で同じなので、使用時にいずれの外部端子から入力しても、電気的特性は同じであり、極性を持たない。従って、極性を示すマーキングを印字する必要が無くなり、製造工程をひとつ省くことが出来るので、製造コストを抑えることができる。
治具の幅を短くすると、第１の巻回部と第３の巻回部との間の距離も短くなるので、表面実装インダクタを小型化することができる。
また、２つのコイルを電気的に直列に接続することにより、高いＬ値をもつ面実装インダクタを製造することができる。
尚、２つのコイルの並べ方は実施例１に限定されるものではなく、第３の巻回部同士が隣接しても良いし、第１の巻回部と第３の巻回部とが隣接しても良い。さらに、２つのコイルは、第１の巻回部同士、又は、第３の巻回部同士を隣接して配置し、直列に接続した場合、素体内に内蔵するコイルの巻回部の形状を左右対称にすることができ、磁気的にも左右対称とすることができる。
コイルは、第１の巻回部、第２の巻回部、第３の巻回部の順に巻回し、その後引き出し端部同士を接続したが、これに限定されるものではない。各巻回部を個別に巻回した後、それぞれの引き出し端部を電気的に接続しても良い。

図７と図８を参照して、第２の実施例の表面実装インダクタ及びその製造方法について説明する。実施例２は、コイルを、磁性体コアと封止材からなる素体に内蔵させた表面実装インダクタである。
まず、第１の実施例と同じ方法で、コイル２が形成される。その後、図７に示す様な、コイル２の巻軸に挿入する凸部Ｔと、実装面に引き出し端部２ｂを引き出すためのスリットＳと、実装面と対向する面の開口端側に設けられた孔Ｈと、実装面に隣接する面に形成された凹みＭを備えた１対の有底の磁性体コア６ａ、６ｂがコイル２に取り付けられる。この１対の有底の磁性体コア６ａ、６ｂは、コイルの巻軸方向の両側からコイル２の巻軸に凸部Ｔを挿入し、引き出し端部２ｂをスリットＳに挿入することにより、コイル２に取り付けられる。
さらに、１対の有底の磁性体コア６ａ、６ｂ内に収納されたコイル２の引き出し端部２ｂが、図８に示す様に、１対の有底の磁性体コア６ａ、６ｂの実装面とこの実装面に隣接する面に延在する様に、磁性体コア６ａ、６ｂに沿って折り曲げ加工がされる。引き出し端部２ｂの磁性体コア６ａ、６ｂの実装面に隣接する面に延在する部分は、磁性体コア６ａ、６ｂの実装面から上方に折り曲げられ、磁性体コア６ａ、６ｂの実装面に隣接する面に形成された凹みＭ内に配置される。
続いて、この磁性体コア６ａ、６ｂの実装面に隣接する面に形成された凹みＭ内に配置されたコイル２の引き出し端部の端は、図８に示す様に、接着剤Ｂにより、固定される。
またさらに、このコイル２を内蔵させた磁性体コア６ａ、６ｂを、磁性体コア６ａ、６ｂの実装面を上に向けた状態で、成形金型内に配置し、成形金型内にモールド樹脂が充填される。モールド樹脂は、磁性体コア６ａ、６ｂの実装面が露出する様に、成形金型内に充填される。この時、磁性体コア６ａ、６ｂがスリットＳや孔Ｈを有しているため、磁性体コア６ａ、６ｂ内にもモールド樹脂を充分に充填することができ、磁性体コア６ａ、６ｂのスリットＳにおける磁性体コア６ａ、６ｂの実装面と同じ平面までモールド樹脂が充填される。
次に、モールド樹脂を硬化させ、成形金型から取り出すことにより、巻軸が実装面と平行になる様にコイル２が内蔵され、コイル２の引き出し端部が磁性体コアの実装面と実装面と隣接する面に延在し、磁性体コアの実装面が露出する様に全体がモールド樹脂により封止され、かつ、実装面と隣接する面に延在するコイルの引き出し端がモールド樹脂により封止された素体が形成される。
そして、磁性体コアの実装面により構成される素体の実装面に延在している部分の絶縁体被覆が除去されて外部端子として利用される。この時、コイル２の引き出し端部の素体の実装面に延在している部分を覆う様に電極を形成して外部端子を構成する。

以上、本発明の表面実装インダクタ及びその製造方法の実施例を述べたが、本発明はこの実施例に限られるものではない。タブレットの一部分を磁性体コアに置き換えても良いし、磁性体コアの一部分をタブレットに置き換えても良い。磁性体コアの実装面が、コイルの引き出し端部の表面が露出する様にモールド樹脂で被覆されていても良い。またさらに、モールド樹脂にフェライト粉が混合されても良い。
また、素体には、１対の金属体を取り付けても良い。１対の金属体は、素体の上面と、端面と、その両方に隣接する側面を覆い、下端が素体の実装面に形成された外部端子の表面と同一面まで到達する様に形成される。この１対の金属体が、素体の両端面に、金属体と外部端子の表面との間に隙間を有する様に取り付けられる。この時、金属体と金属体は、互いに接触しない様に離間して取り付けられる。この様に形成された表面実装インダクタは、基板に実装し、配線パターンにはんだで接続する際に、金属体と外部端子との間に形成された隙間にはんだのフィレットを侵入させることができ、表面実装インダクタを基板に強固に固定できる。また、外部からのノイズを遮断することもできる。
さらに、第２の実施例において、磁性体コアの実装面がコイルの引き出し端部の表面が露出する様にモールド樹脂で被覆されても良い。

１ 表面実装インダクタ
２ コイル
２ａ 幅広面
２ｂ 引き出し端部
２ｃ 第１の巻回部
２ｄ 第２の巻回部
２ｅ 第３の巻回部
３ スピンドル
３ａ 巻回部分
３ｂ 壁部
３ｃ 先端
３ｄ 治具
４ 素体
４ａ タブレット
４ｂ スペース
４ｃ 軸
４ｄ スリット
４ｅ 実装面
５ 外部端子
６ａ、６ｂ 磁性体コア
Ｔ 凸部
Ｓ スリット
Ｈ 孔
Ｍ 凹み
Ｂ 接着剤

Claims (3)

1. 導線を巻回して形成したコイルと、該コイルを２つ内蔵した素体を備えた表面実装インダクタにおいて、該コイルは、断面が平角形状の導線を巻回した第１の巻回部と、巻軸に沿って該第１の巻回部と隣接する位置にずらして巻回した第２の巻回部と、該第２の巻回部上に一部が重なる様に、巻軸に沿って該第１の巻回部と反対方向に位置をずらして巻回した第３の巻回部と、を備え、該第１の巻回部の外周と該第３の巻回部の外周からそれぞれ該導線の端部を引き出して引き出し端部とし、該素体に内蔵された該２つのコイルは、巻軸が該素体の実装面と平行かつ、該引き出し端部の表面が該素体の実装面の表面に延在していることを特徴とする表面実装インダクタ。
2. 導線を巻回して形成したコイルと、該コイルを２つ内蔵した素体を備えた表面実装インダクタの製造方法について、断面が平角形状の導線の途中を巻線機のスピンドルに接触させて巻回した第１の巻回部を形成した後に、巻軸に沿って該第１の巻回部と隣接する位置にずらして巻回した第２の巻回部を形成し、さらに、該第２の巻回部上の、第１の巻回部側に治具を配置し、該第２の巻回部上に、その一部が重なる様に第１の巻回部と反対方向に位置をずらして該治具の、第１の巻回部とは反対側に巻回して第３の巻回部を形成し、該第１の巻回部と該第３の巻回部との外周からそれぞれ該導線の端部を引き出して引き出し端部としたコイルを２つ作成する工程と、該コイルを２つ、該素体内に内蔵させる工程を備え、該素体内に、該２つのコイルが、巻軸が該素体の実装面と平行かつ、該引き出し端部の表面が該素体の実装面の表面に延在する様に形成されたことを特徴とする表面実装インダクタの製造方法。
3. 導線を巻回して形成したコイルと、該コイルを２つ内蔵した素体を備えた表面実装インダクタの製造方法において、断面が平角形状の導線の途中を巻線機のスピンドルに接触させて巻回した第１の巻回部と、巻軸に沿って該第１の巻回部と隣接する位置にずらして巻回した第２の巻回部を形成した後に、該第２の巻回部上の第１の巻回部側に治具を配置し、該治具の第１の巻回部と反対側の該第２の巻回部上に重ねて巻回して第３の巻回部を形成し、第１の巻回部と第３の巻回部との外周から該導線の端部を引き出して引き出し端部としたコイルを形成する工程と、該コイルをふたつ、第１の巻回部が対向するように配置した状態で、該素体内に内蔵させる工程を備え、該素体内に該コイルが、巻軸が該素体の実装面と平行かつ、該引き出し端部の表面が該素体の実装面の表面に延在する様に形成されたことを特徴とする表面実装インダクタの製造方法。

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