JP2016219781A - コイル電子部品及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】磁性体の充填率を極大化し、高透磁率を具現することができるコイル電子部品およびその製造方法を提供する。【解決手段】コア部２０とコア部に巻線されたコイル４０を含む磁性体本体５０を含む。コア部は金属フレークと樹脂を含み、射出成形して形成される。金属フレークは、コイルの巻線方向に平行に配置され、形状異方性金属粉末状である。また、磁性体本体は、コア部の第２の充填率に比べてより低い第１の充填率を有する。【選択図】図２
Description
本発明は、コイル電子部品及びその製造方法に関する。
コイル電子部品の一つであるインダクタ（ｉｎｄｕｃｔｏｒ）は、抵抗、キャパシタと共に電子回路をなしてノイズ（Ｎｏｉｓｅ）を除去する代表的な受動素子である。
インダクタは、コイルを形成した後、磁性粉末及び樹脂を混合させた磁性粉末−樹脂複合体を硬化してコイルを囲む磁性体を製造し、磁性体の外側に外部電極を形成して製造されることができる。
従来のインダクタを製作する方法としては、金型を用いてコイルの端部を外部に露出させ、露出したコイルと外部電極を連結する方法を用いた。
しかしながら、従来のインダクタ製作方法では、コイルを囲む磁性体及びコイルの内部のコア部に充填される磁性体の充填率を高めるのに限界があった。
本発明の目的は、磁性体の充填率を極大化し、高透磁率を具現することができるコイル電子部品を提供することである。
本発明の一実施形態によれば、コア部と上記コア部に巻線されたコイルを含む磁性体本体を含み、上記コア部は金属フレークと樹脂を含み、上記コア部は射出成形して形成されるコイル電子部品が提供される。
本発明の他の実施形態によれば、金属フレークと樹脂を射出成形して円筒状構造体を製造する段階と、上記円筒状構造体を切断して形成されたコア部を基板にローディングする段階と、上記コア部にコイルをローディングする段階と、上記コイルがローディングされたコア部を金属粉末を含む磁性体で囲む段階と、を含むコイル電子部品の製造方法が提供される。
本発明のさらに他の実施形態によれば、金属フレークと樹脂を射出成形して円筒状構造体を製造する段階と、上記円筒状構造体にコイルを挿入する段階と、上記コイルが挿入された円筒状構造体を切断して形成されたコア部を基板にローディングする段階と、上記コイルが巻線されたコア部を金属粉末を含む磁性体で囲む段階と、を含むコイル電子部品の製造方法が提供される。
本発明の一実施形態によれば、インダクタの磁性体の充填率を極大化することができ、磁束方向と形状異方性材料の透磁率方向とを一致させて高透磁率を具現することができる。
以下では、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。しかし、本発明の実施形態は様々な他の形態に変形されることができ、本発明の範囲は以下で説明する実施形態に限定されない。また、本発明の実施形態は、当該技術分野で平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。したがって、図面における要素の形状及び大きさなどはより明確な説明のために誇張されることがある。
コイル電子部品
以下、本発明の一実施形態によるコイル電子部品を説明するにあたり、特に、パワーインダクタを例に挙げて説明するが、必ずしもこれに制限されるものではない。
以下、本発明の一実施形態によるコイル電子部品を説明するにあたり、特に、パワーインダクタを例に挙げて説明するが、必ずしもこれに制限されるものではない。
図１は、本発明の一実施形態によるコイル電子部品のコイルを示す斜視図である。
図１を参照すると、コイル電子部品の一例として、電源供給回路の電源ラインに用いられるパワーインダクタが開示される。
本発明の一実施形態によるコイル電子部品１００は、コア部２０と上記コア部２０に巻線されたコイル４０を含む磁性体本体５０と、上記磁性体本体５０の外側に配置されて上記コイル４０と接続する第１及び第２の外部電極３１、３２と、を含む。
本発明の一実施形態によるコイル電子部品１００において、「長さ」方向は図１の「Ｌ」方向、「幅」方向は「Ｗ」方向、「厚さ」方向は「Ｔ」方向と定義する。
上記コイル４０は、巻線状に巻かれた状態で上記コア部２０に挿入されて形成されることができるが、必ずしもこれに制限されるものではない。
例えば、上記コイル４０は、平角線熱融着によって巻線及び形状成形（Ｆｏｒｍｉｎｇ）工程で形態を維持することができる。
上記コイル４０は、ソレノイド（ｓｏｌｅｎｏｉｄ）状に形成されることができる。
上記コイル４０は、電気伝導性に優れた金属を含んで形成され、例えば、銀（Ａｇ）、パラジウム（Ｐｄ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、白金（Ｐｔ）又はこれらの合金などで形成されることができる。
上記コイル４０は、絶縁膜（図示せず）で被覆されて、磁性体本体５０をなす磁性材料と直接接触しない。
上記コイル４０を囲む磁性体本体５０は、磁気特性を示す磁性材料であればいずれのものでも制限なく含み、例えば、フェライト又は金属磁性粉末を含むことができる。
上記磁性体本体５０に含まれた磁性材料の透磁率が高いほど、磁束が通る磁性体本体５０の面積が大きいほど、インダクタンス（Ｌ）が向上することができる。
上記コイル４０の一端部は伸びて上記磁性体本体５０の長さ方向の一端面に露出し、上記コイル４０の他端部は伸びて上記磁性体本体５０の長さ方向の他端面に露出する。
しかしながら、必ずしもこれに制限されるものではなく、上記コイル４０は、上記磁性体本体５０の少なくとも一面に露出してもよい。
上記磁性体本体５０の長さ方向の端面に露出する上記コイル４０とそれぞれ接続するように、上記磁性体本体５０の外側に第１及び第２の外部電極３１、３２が形成される。
上記第１及び第２の外部電極３１、３２は、電気伝導性に優れた金属を含んで形成され、例えば、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、ニッケル（Ｎｉ）又はスズ（Ｓｎ）などの単独又はこれらの合金などで形成されることができる。
図２は、図１のＩ−Ｉ'線に沿う断面図である。
図２を参照すると、上記コア部２０は金属フレークと樹脂を含み、上記コア部２０は射出成形して形成される。
上記コア部２０が磁性材料で充填されることにより、磁束が通る磁性体の面積が増加してインダクタンス（Ｌ）を向上させることができる。
即ち、コイル電子部品においてコア部に充填される磁性材料の充填率はインダクタンス（Ｌ）と相関関係を有する。
従来のインダクタ製作方法では、コイルの内部のコア部とコイルを囲む磁性体の充填率を高めるのに限界があり、コイル電子部品のインダクタンスを高めるのに限界があった。
しかしながら、本発明の一実施形態によれば、上記コア部２０が金属フレークと樹脂を含み且つ射出成形して形成されることにより、コア部２０の磁性材料の充填率が極大化することができる。
即ち、高透磁率材料である金属フレーク材料と結晶性エポキシ樹脂を射出成形機に投入した後、射出成形によって円筒状構造体を製作する。
次に、上記円筒状構造体をコイル電子部品のコア部のサイズに合わせて切断することにより、磁性材料の充填率が極大化したコア部２０を形成することができる。
従来のインダクタ製作方法により磁性材料を含むスラリーが投入された金型内にコイルを埋設し常温圧着及び高温圧着などを行う場合に比べ、本発明の一実施形態により射出成形して形成したコア部２０内の磁性材料の充填率が非常に高いため、コイル電子部品の高インダクタンスを具現することができる。
上記コア部２０は、金属フレークと樹脂を含む。
上記樹脂は、特に制限されるものではなく、例えば、結晶性エポキシ樹脂であればよい。
上記金属フレークは、高透磁率材料であり、形状異方性金属粉末状を示すことができる。
上記形状異方性金属粉末状の金属フレークは、鉄（Ｆｅ）、ケイ素（Ｓｉ）、ホウ素（Ｂ）、クロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、ニオビウム（Ｎｂ）及びニッケル（Ｎｉ）からなる群から選択されたいずれか一つ以上を含む金属又は合金からなり、結晶質又は非晶質金属であればよい。
例えば、上記形状異方性金属粉末状の金属フレークは、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系非晶質金属であればよいが、必ずしもこれに制限されるものではない。
上記形状異方性金属粉末状の金属フレークは、熱硬化性樹脂に分散された形で含まれる。
上記熱硬化性樹脂は、例えば、エポキシ（ｅｐｏｘｙ）樹脂又はポリイミド（ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）などであればよく、特に、結晶性エポキシ樹脂であればよい。
上記形状異方性金属粉末状及び形状等方性金属粉末状の特徴について、以下により詳細に説明する。
形状等方性金属粉末は球形を示すことができる。このように、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸方向に全て同一の特性を示すことを形状等方性という。
形状等方性金属粉末は、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸方向に全て同一の透磁率を示す。
これに対し、形状異方性金属粉末状の上記金属フレークは、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸方向にそれぞれ異なる特性を示す。
形状異方性金属粉末としては、例えば、板状の金属粉末、即ち、金属フレークなどがある。
一般に、形状異方性金属粉末は、形状等方性金属粉末に比べて高い透磁率を示す。よって、インダクタンス（Ｌ）の向上のために、形状等方性金属粉末に比べて透磁率が高い形状異方性金属粉末を含むシートを用いてコイル電子部品を製造していた。
しかしながら、形状異方性金属粉末は方向別に透磁率が異なるため、全体の透磁率は形状等方性金属粉末に比べて高いとしても、特定方向への透磁率は非常に低く、コイルに印加された電流によって生成される磁束の流れを阻害する可能性がある。
例えば、形状異方性金属粉末状の金属フレークは、板状面上のｘ軸、ｙ軸方向への透磁率は高いが、板状面と垂直なｚ軸方向への透磁率は非常に低い。したがって、このような形状異方性金属粉末状の金属フレークはｚ軸方向に流れる磁束の流れを阻害し、結果的には、インダクタンス（Ｌ）が減少するという問題をもたらす。
よって、本発明の一実施形態では、図２に示されているように、形状異方性金属粉末状の金属フレークにおいて板状面の一軸が磁束の流れ方向に向かうように配列する。
上記のように、金属フレークにおいて板状面の一軸が磁束の流れ方向に向かうように配列する場合、上記金属フレークは、上記コイルの巻線方向に平行に配置されることができる。
また、上記金属フレークは、形状異方性金属粉末状の板状面の一軸が磁束方向に平行に配置されることができる。
これにより、上記金属フレークの透磁率方向が磁束方向と一致するように調節することができる。
上記形状異方性金属粉末状の金属フレークが板状面の一軸方向に高い透磁率を示すため、上記金属フレークを、板状面の一軸が磁束の流れ方向に向かうように配列することにより、磁束の流れを円滑にし、高い透磁率によってインダクタンス（Ｌ）を向上させることができる。また、形状異方性金属粉末の高い飽和磁化値（Ｍｓ）によって優れたＱ特性及びＤＣ−Ｂｉａｓ特性などを具現することができる。
上記のように、金属フレークにおいて板状面の一軸が磁束の流れ方向に向かうように配列する方法は、上記コア部２０を射出成形して形成することにより具現されることができる。
一方、図２に示されている本発明の一実施形態によるコイル電子部品１００において、コア部２０と上記コア部に巻線されたコイルを囲む磁性材料充填領域は、形状等方性金属粉末７１を含むことができるが、必ずしもこれに制限されるものではなく、磁束の流れに合わせて形状異方性粉末で充填されることもできる。
本発明の一実施形態によれば、コア部が金属フレークと樹脂を含み且つ射出成形して形成されることにより、インダクタの磁性体の充填率を極大化することができ、磁束方向と形状異方性材料の透磁率方向とを一致させて高透磁率を具現することができる。
コイル電子部品の製造方法
図３ａ〜図３ｃは、本発明の他の実施形態によるコイル電子部品の製造工程を順次説明する図である。
図３ａ〜図３ｃは、本発明の他の実施形態によるコイル電子部品の製造工程を順次説明する図である。
本発明の他の実施形態によれば、金属フレークと樹脂を射出成形して円筒状構造体を製造する段階と、上記円筒状構造体を切断して形成されたコア部を基板にローディングする段階と、上記コア部にコイルをローディングする段階と、上記コイルがローディングされたコア部を金属粉末を含む磁性体で囲む段階と、を含むコイル電子部品の製造方法が提供される。
図３ａを参照すると、まず、高透磁率材料である金属フレーク材料と結晶性エポキシ樹脂を射出成形機に投入した後、射出成形によって円筒状構造体２１を製造する。
次に、上記円筒状構造体２１をコイル電子部品のコア部のサイズに合わせて切断することにより、磁性材料の充填率が極大化したコア部２０を形成する。
図３ｂを参照すると、上記円筒状構造体２１を切断して形成されたコア部２０を基板１０にローディングする段階を行う。
上記基板１０としては、例えば、ポリプロピレングリコール（ＰＰＧ）基板、フェライト基板又は金属系軟磁性基板などを用いることができる。
図３ｃを参照すると、基板１０にローディングされた状態でコア部２０にコイル４０をローディングする段階を行う。
上記コイル４０は、電気伝導性に優れた導電性金属で形成され、例えば、銀（Ａｇ）、パラジウム（Ｐｄ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、白金（Ｐｔ）又はこれらの合金などで形成されることができる。
コイル４０のローディング方法は、コイル４０を平角線熱融着によって巻線及びソレノイド（ｓｏｌｅｎｏｉｄ）状に成形（ｆｏｒｍｉｎｇ）する工程を行った後、基板にローディングされたコア部に挿入する方法で行われることができるが、必ずしもこれに制限されるものではない。
図３ｄを参照すると、基板にローディングされたコア部２０とこれに巻線されるコイル４０の周囲に磁性材料を充填するために、基板の一面及び他面に形状等方性金属粉末７１を含むシート７０を配置し、これを積層、圧着及び硬化して、コア部２０とコイル４０を囲む磁性体本体５０を形成する。
上記シート７０は、形状等方性金属粉末７１と、熱硬化性樹脂、バインダー及び溶剤などの有機物を混合してスラリーを製造し、上記スラリーをドクターブレード法でキャリアフィルム（ｃａｒｒｉｅｒ ｆｉｌｍ）上に塗布した後に乾燥してシート（ｓｈｅｅｔ）状に製造されることができる。
上記シート７０は、形状等方性金属粉末７１がエポキシ（ｅｐｏｘｙ）樹脂又はポリイミド（ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）などの熱硬化性樹脂に分散された形で製造される。
次に、上記磁性体本体５０の外側に上記コイル４０と接続するように第１及び第２の外部電極３１、３２を形成する。
なお、上記の説明を除き、上述した本発明の一実施形態によるコイル電子部品の特徴と重複する説明は省略する。
図４ａ〜図４ｄは、本発明のさらに他の実施形態によるコイル電子部品の製造工程を順次説明する図である。
本発明のさらに他の実施形態によれば、金属フレークと樹脂を射出成形して円筒状構造体を製造する段階と、上記円筒状構造体にコイルを挿入する段階と、上記コイルが挿入された円筒状構造体を切断して形成されたコア部を基板にローディングする段階と、上記コイルが巻線されたコア部を金属粉末を含む磁性体で囲む段階と、を含むコイル電子部品の製造方法が提供される。
図４ａを参照すると、まず、高透磁率材料である金属フレーク材料と結晶性エポキシ樹脂を射出成形機に投入した後、射出成形によって円筒状構造体２１を製造する。
図４ｂを参照すると、上記円筒状構造体２１に、コイル電子部品のサイズに合わせて予め形成したコイル４０をローディングする段階を行う。
次に、上記コイル４０がローディングされた円筒状構造体２１をコイル電子部品のコア部のサイズに合わせて切断することにより、磁性材料の充填率が極大化したコア部２０を形成する。
図４ｃを参照すると、上記コイル４０がローディングされたコア部２０を基板１０にローディングする段階を行う。
図４ｄを参照すると、基板にローディングされたコア部２０とこれに巻線されるコイル４０の周囲に磁性材料を充填するために、基板の一面及び他面に形状等方性金属粉末７１を含むシート７０を配置し、これを積層、圧着及び硬化して、コア部２０とコイル４０を囲む磁性体本体５０を形成する。
なお、上記の説明を除き、上述した本発明の他の実施形態によるコイル電子部品の製造方法の特徴と重複する説明は省略する。
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されず、特許請求の範囲に記載された本発明の技術的思想から外れない範囲内で多様な修正及び変形が可能であるということは、当技術分野の通常の知識を有する者には明らかである。
１００ コイル電子部品
１０ 基板
２０ コア部
２１ 円筒状構造体
３１、３２ 第１及び第２の外部電極
４０ コイル
５０ 磁性体本体
７０ シート
７１ 形状等方性金属粉末
１０ 基板
２０ コア部
２１ 円筒状構造体
３１、３２ 第１及び第２の外部電極
４０ コイル
５０ 磁性体本体
７０ シート
７１ 形状等方性金属粉末
Claims (20)
- コア部と前記コア部に巻線されたコイルとを含む磁性体本体を含み、
前記コア部は金属フレークと樹脂を含み、前記コア部は射出成形して形成される、コイル電子部品。 - 前記金属フレークは、前記コイルの巻線方向に平行に配置される、請求項１に記載のコイル電子部品。
- 前記金属フレークは形状異方性金属粉末状である、請求項１または２に記載のコイル電子部品。
- 前記金属フレークは、形状異方性金属粉末の板状面の一軸が磁束方向に平行に配置される、請求項３に記載のコイル電子部品。
- 前記金属フレークの透磁率方向は磁束方向と一致する、請求項１から４のいずれか１項に記載のコイル電子部品。
- 前記樹脂は結晶性エポキシ樹脂である、請求項１から５のいずれか１項に記載のコイル電子部品。
- 前記金属フレークは、鉄（Ｆｅ）、ケイ素（Ｓｉ）、ホウ素（Ｂ）、クロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、ニオビウム（Ｎｂ）及びニッケル（Ｎｉ）からなる群から選択されたいずれか一つ以上を含む金属又は合金からなる、請求項１から６のいずれか１項に記載のコイル電子部品。
- 前記磁性体本体は、前記コア部の第２の充填率に比べてより低い第１の充填率を有する、請求項１から７のいずれか１項に記載のコイル電子部品。
- 前記金属フレークは、前記コア部内に互いに平行に配置される、請求項１から８のいずれか１項に記載のコイル電子部品。
- 前記コア部の金属フレークは形状異方性金属粉末を含み、磁性体本体は形状等方性金属粉末を含む、請求項１から９のいずれか１項に記載のコイル電子部品。
- 金属フレークと樹脂を射出成形して円筒状構造体を製造する段階と、
前記円筒状構造体を切断して形成されたコア部を基板にローディングする段階と、
前記コア部にコイルをローディングする段階と、
前記コイルがローディングされたコア部を金属粉末を含む磁性体で囲む段階と、
を含む、コイル電子部品の製造方法。 - 前記コイルはソレノイド型である、請求項１１に記載のコイル電子部品の製造方法。
- 前記金属フレークは、前記コイルの巻線方向に平行に配置される、請求項１１または１２に記載のコイル電子部品の製造方法。
- 前記金属フレークは形状異方性金属粉末状である、請求項１１から１３のいずれか１項に記載のコイル電子部品の製造方法。
- 前記金属フレークは、形状異方性金属粉末の板状面の一軸が磁束方向に平行に配置される、請求項１４に記載のコイル電子部品の製造方法。
- 前記金属フレークの透磁率方向は磁束方向と一致する、請求項１１から１５のいずれか１項に記載のコイル電子部品の製造方法。
- 射出成形して金属フレークと樹脂を含むコア部を製造する段階と、
前記コア部の周囲にコイルを配置する段階と、
金属粉末を含む磁性体を形成し、前記コア部の周囲に配置されたコイルを有するコイル部を囲む段階と、
を含む、コイル電子部品の製造方法。 - 前記コア部を製造する段階は、
金属フレークと樹脂を含む円筒状構造体を射出成形して形成する段階と、
前記円筒状構造体を複数のコア部に切断する段階と、
を含み、
前記複数のコア部のうち一つのコア部の周囲にコイルを配置する段階を含む、請求項１７に記載のコイル電子部品の製造方法。 - 前記コア部を製造する段階は、金属フレークと樹脂を含む円筒状構造体を射出成形して形成する段階を含み、
前記コア部の周囲にコイルを配置する段階は、円筒状構造体の周囲にコイルを配置する段階を含み、
前記円筒状構造体を複数のコア部に切断する段階をさらに含み、
前記磁性体を形成する段階は、周囲に配置されたコイルを有する複数のコア部のうち一つのコア部を囲むように形成する、請求項１７に記載のコイル電子部品の製造方法。 - 前記コア部を製造する段階は、射出成形して第１の充填率を有するようにコア部を形成し、磁性体を形成する段階は、前記コア部の第１の充填率より低い第２の充填率を有するように磁性体を形成する、請求項１７から１９のいずれか１項に記載のコイル電子部品の製造方法。
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