JP2017143119A

JP2017143119A - コイル部品

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Publication number: JP2017143119A
Application number: JP2016022357A
Authority: JP
Inventors: 仁寛川崎; Hitohiro Kawasaki; 瞬芦澤; Shun Ashizawa; 裕文麻生; Hirofumi Aso; 信雄 ▲高▼木; Nobuo Takagi
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2016-02-09
Filing date: 2016-02-09
Publication date: 2017-08-17
Anticipated expiration: 2036-02-09
Also published as: US10014101B2; CN107045912A; US20170229228A1; JP6593211B2

Abstract

【課題】磁性天板の表裏が互いに異なる特性を有している場合において、目的に応じた好ましい特性を得ることが可能なコイル部品を提供する。【解決手段】巻芯部２１及びその両端に設けられた鍔部２２，２３を有するドラムコア２０と、巻芯部２１に巻回されたワイヤＷと、鍔部２２，２３にそれぞれ設けられワイヤＷの端部が継線される端子電極Ｅ１〜Ｅ４と、鍔部２２，２３に固定され、バインダ樹脂に磁性粉を混合してなる磁性粉含有樹脂からなる磁性天板３０とを備える。磁性天板３０は鍔部２２，２３側を向く下面３１と、その反対側に位置する上面３２とを有し、下面３１側の表層部３０Ａよりも上面３２側の表層部３０Ｂの方がバインダ樹脂３４の密度が高い。本発明によれば、磁性天板３０の上面３２が他の電子部品と接触することによるショート不良を防止することができる。【選択図】図１

Description

本発明はコイル部品に関し、特に、ドラムコアを用いたコイル部品に関する。

ドラムコアを用いたコイル部品は、トロイダルコアを用いたコイル部品とは異なり、プリント基板上に表面実装が可能であることから、スマートフォンなどの携帯型電子機器に広く使用されている。また、ドラムコアを用いたコイル部品は低背であることから、携帯型電子機器の薄型化にも寄与する。

しかしながら、近年においては、携帯型電子機器にさらなる薄型化が求められており、これを実現するためドラムコアを用いたコイル部品にもさらなる低背化が求められている。コイル部品を低背化する方法の一つとして、通常はドラムコアに接着される磁性天板を削除するという方法が考えられるが、この場合、磁束の漏れが多くなることから、アンテナなど他の回路に悪影響を与えるおそれがあった。一方、フェライトからなる磁性天板は脆いことから、その厚みを薄くすると強度が不足し、実装時や実使用時に破損するおそれがある。

このような問題を解決するためには、磁性天板の材料としてフェライトではなく可撓性を有する磁性粉含有樹脂を用いればよい。磁性粉含有樹脂は薄くしてもある程度の強度が保たれることから、磁性天板の材料として磁性粉含有樹脂を用いれば、低背化を実現しつつ、磁束の漏れを抑制することが可能となる。磁性天板の材料として磁性粉含有樹脂を用いた例としては、特許文献１及び２に記載されたコイル部品が挙げられる。

特開平９−２１９３１８号公報特開２００４−３６３１７８号公報

磁性粉含有樹脂は、バインダ樹脂に磁性粉を混合した混合溶液をベースフィルムなどの基材に塗布することによって作製することができる。しかしながら、ベースフィルムに塗布した混合溶液内においては、バインダ樹脂や磁性粉の分布が完全には均一ではなく、条件によってバインダ樹脂の密度が高い領域や磁性粉の密度が高い領域などが発生することがある。特に、ベースフィルム側の表層部とその反対側の表層部は、バインダ樹脂や磁性粉の密度が互いに異なることがあった。

このように、磁性粉含有樹脂からなる磁性天板の表裏は互いに異なる特性を有していることがあるため、ドラムコアに接着する際、磁性天板のいずれの表面をドラムコアに接着するかによって、得られる特性や機能が変化することが考えられる。

したがって、本発明は、磁性粉含有樹脂からなる磁性天板の表裏が互いに異なる特性を有している場合において、求められる機能を得ることが可能なコイル部品を提供することを目的とする。

本発明によるコイル部品は、巻芯部及び前記巻芯部の両端に設けられた第１及び第２の鍔部を有するドラムコアと、前記巻芯部に巻回されたワイヤと、前記第１及び第２の鍔部にそれぞれ設けられ、前記ワイヤの端部が継線される端子電極と、前記第１及び第２の鍔部に固定され、バインダ樹脂に磁性粉を混合してなる磁性粉含有樹脂からなる磁性天板とを備え、前記磁性天板は、前記第１及び第２の鍔部側を向く下面と、前記下面とは反対側に位置する上面とを有し、前記下面側の表層部よりも前記上面側の表層部の方が前記バインダ樹脂の密度が高いことを特徴とする。

本発明によれば、磁性天板の上面側の表層部においてバインダ樹脂の密度が高いことから、磁性天板の上面の絶縁性が高められる。これにより、磁性天板の上面が他の電子部品と接触することによるショート不良が防止されることから、信頼性の高いコイル部品を得ることが可能となる。しかも、磁性天板の下面側の表層部においてはバインダ樹脂の密度が低いことから、磁性天板を経由する磁路が短くなり、高い磁気特性を得ることも可能となる。

本発明において、前記第１及び第２の鍔部は、前記磁性天板に覆われる上面と、前記上面とは反対側に位置する実装面と、前記上面及び前記実装面に対して垂直な外側面とを有し、前記端子電極は、前記上面、前記実装面及び外側面に連続的に形成され、前記ワイヤの端部は、前記上面に形成された端子電極に継線されていることが好ましい。これによれば、平坦な実装面が得られることから、実装安定性が向上する。

この場合、前記ワイヤは、芯材の表面が絶縁膜で覆われた被覆導線であり、前記ワイヤの端部は、前記端子電極に継線された部分が押し潰されることにより、押し潰された部分と押し潰されていない部分との間に段差が形成されており、前記磁性天板の前記下面から突出する前記磁性粉の突出量は、前記段差の大きさよりも小さいことが好ましい。これによれば、ワイヤの押し潰された部分に絶縁被覆が存在しない場合であっても、ワイヤと磁性粉が接触することがない。また、前記第１及び第２の鍔部と前記磁性天板の前記下面を接着剤によって接着すれば、接着剤による絶縁効果も期待できる。

或いは、前記第１及び第２の鍔部は、前記磁性天板に覆われる上面と、前記上面とは反対側に位置する実装面と、前記上面及び前記実装面に対して垂直な外側面とを有し、前記端子電極は、前記実装面及び外側面に連続的に形成され、前記ワイヤの端部は、前記実装面に形成された端子電極に継線されていることもまた好ましい。これによれば、鍔部の上面が平坦となることから、鍔部と磁性天板との隙間を狭くすることが可能となる。

本発明において、前記磁性粉は金属軟磁性粉であることが好ましい。これによれば、高い磁気特性を得ることが可能となる。特に、金属軟磁性粉は扁平形状を有していることが好ましい。これによれば、より高い磁気特性を得ることが可能となる。

本発明によれば、磁性粉含有樹脂からなる磁性天板の表裏が互いに異なる特性を有している場合において、ショート不良の発生を防止しつつ、高い磁気特性が得られるコイル部品を提供することが可能となる。

図１は、本発明の好ましい実施形態によるコイル部品１０の上面を斜め方向から見た斜視図である。図２は、コイル部品１０を実装面から見た平面図である。図３は、磁性天板３０の構造を説明するための模式的な断面図である。図４は、磁性天板３０に含まれる磁性粉３５の形状を説明するための模式図である。図５は磁性天板３０の電子顕微鏡写真であり、（ａ）は下面３１を撮影した写真、（ｂ）は上面３２を撮影した写真である。図６は、ベースフィルムＦの表面に磁性粉含有樹脂Ｒが塗布されたシートＳを作製する方法を説明するための模式図である。図７は、コイル部品１０の製造方法を説明するための工程図である。図８は、ワイヤＷの継線部における形状を説明するための模式的な断面図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。

図１及び図２は、本発明の好ましい実施形態によるコイル部品１０の外観を示す図であり、図１は上面を斜め方向から見た斜視図、図２は実装面から見た平面図である。

図１及び図２に示すように、本実施形態によるコイル部品１０は、ドラムコア２０及び磁性天板３０を備えている。ドラムコア２０は、ｘ方向を軸方向とする巻芯部２１と、巻芯部２１のｘ方向における両端に設けられた第１及び第２の鍔部２２，２３とを有する。ドラムコア２０はフェライトなど透磁率の高いセラミック材料からなり、巻芯部２１と鍔部２２，２３が一体化された構成を有している。

巻芯部２１には２本のワイヤＷが巻回されており、これらワイヤＷの両端は鍔部２２，２３に設けられた端子電極Ｅ１〜Ｅ４に継線されている。本実施形態においては、一方の鍔部２２に端子電極Ｅ１，Ｅ２が形成され、他方の鍔部２３に端子電極Ｅ３，Ｅ４が形成されている。端子電極Ｅ１〜Ｅ４は、実装面を構成する鍔部２２，２３のｘｙ面と、実装面とは反対側に位置し上面を構成する鍔部２２，２３のｘｙ面と、外側面を構成する鍔部２２，２３のｙｚ面に連続的に形成されている。本実施形態においては、鍔部２２，２３の上面に設けられた端子電極Ｅ１〜Ｅ４にワイヤＷが継線されているが、鍔部２２，２３の実装面に設けられた端子電極Ｅ１〜Ｅ４にワイヤＷを継線しても構わない。この場合、鍔部２２，２３の上面に端子電極Ｅ１〜Ｅ４を設ける必要はない。

本実施形態によるコイル部品１０の用途については特に限定されず、インダクタンス用の汎用コイル部品であっても構わないし、特定の用途、例えば、コモンモードフィルタ用、パルストランス用、バルントランス用などのコイル部品であっても構わない。したがって、巻芯部２１に巻回されるワイヤＷの本数、巻回数、巻回方向、巻回方法などについては特に限定されるものではない。コイル部品１０のサイズについても特に限定されないが、ｘ方向における長さは１．６ｍｍ程度、ｙ方向における幅は１．０ｍｍ程度、ｚ方向における高さは０．５５ｍｍ〜０．６５ｍｍ程度である。

図１に示すように、鍔部２２，２３の上面を構成するｘｙ面には、接着剤４０を介して磁性天板３０が固定されている。磁性天板３０は、バインダ樹脂に磁性粉を混合してなる磁性粉含有樹脂からなり、通常の樹脂よりも高い透磁率を有している。そして、磁性天板３０は、巻芯部２１を跨ぐようにして鍔部２２，２３の上面に固定されていることから、ドラムコア２０及び磁性天板３０によって閉磁路が構成される。このため、樹脂のみからなる天板を用いた場合と比べて磁束の漏れが少なくなり、他の回路、例えばアンテナ回路などへの磁気的な影響を低減することが可能となる。また、磁性天板３０は、プリント基板への実装時において、ハンドリング用の吸着面としても利用される。

上記の通り、磁性天板３０を構成する磁性粉含有樹脂は、バインダ樹脂に磁性粉を混合してなるものである。このうち、バインダ樹脂は、アクリル酸エステル共重合体を主鎖とし、且つ、ウレタン結合による架橋構造を含むことが好ましい。一方、磁性粉は、扁平形状を有する金属軟磁性粉を用いることが好ましい。扁平形状を有する金属軟磁性粉を用いる場合、金属軟磁性粉の主平面がｘｙ面となるようバインダ樹脂に混合することが好ましい。これによれば、磁性天板３０を通る磁束の方向であるｘ方向における透磁率が高められるとともに、扁平形状を有する金属軟磁性粉が電磁シールドとしても機能する。

図３は、磁性天板３０の構造を説明するための模式的な断面図である。

図３に示すように、磁性天板３０は、鍔部２２，２３に接着される下面３１と、下面３１とは反対側に位置する上面３２とを有する。磁性天板３０は厚み方向（ｚ方向）におけるバインダ樹脂及び磁性粉の分布が完全には均一ではなく、特に、下面側の表層部３０Ａと上面側の表層部３０Ｂが異なる特性を有している。

具体的には、磁性天板３０の内層部３０Ｃにおいては、バインダ樹脂３４内に磁性粉３５がほぼ均一に分布している一方、上面側の表層部３０Ｂにおいては磁性粉３５の密度が内層部３０Ｃよりも低く、バインダ樹脂３４の密度が内層部３０Ｃよりも高い。その結果、上面３２に露出する磁性粉３５は少なくなり、典型的にはほとんど磁性粉３５が露出しない。この場合、上面３２のほぼ全面がバインダ樹脂３４によって覆われることになる。これに対し、下面３１側の表層部３０Ａについては内層部３０Ｃとほぼ同様である。つまり、下面側の表層部３０Ａにおいてはバインダ樹脂３４内における磁性粉３５の密度が内層部３０Ｃとほぼ同じである。このため、下面３１からは磁性粉がある程度露出することがある。

図４は、磁性天板３０に含まれる磁性粉３５の形状を説明するための模式図である。

図４に示す磁性粉３５は、扁平形状を有する金属軟磁性粉でありｘｙ方向に扁平した形状を有している。図４に示す磁性粉３５は、ｘ方向を長手方向とする形状を有しているが、磁性粉３５の形状がこれに限定されるものではない。このように、磁性粉３５としてｘｙ方向に扁平した金属軟磁性粉を用いれば、磁性天板３０を通る磁束の方向であるｘ方向に高い透磁率を得ることができる。

図５は実際に作製した磁性天板３０の電子顕微鏡写真であり、（ａ）は下面３１を撮影した写真、（ｂ）は上面３２を撮影した写真である。これらの写真において、黒く写っている部分はバインダ樹脂３４であり、白く写っている部分は磁性粉３５である。

図５（ａ）に示すように、下面３１側の表層部３０Ａは磁性粉３５の密度が高く、バインダ樹脂３４の密度が低いことから、電子顕微鏡で撮影すると多くの磁性粉３５が白く写ることが分かる。また、下面３１には多くの磁性粉３５が露出していることも分かる。これに対し、図５（ｂ）に示すように、上面３２側の表層部３０Ｂは磁性粉３５の密度が低く、バインダ樹脂３４の密度が高いことから、電子顕微鏡で撮影すると全体的に黒く写ることが分かる。特に、上面３２に露出する磁性粉３５がほとんど存在しない。

このように、磁性天板３０は、下面側の表層部３０Ａよりも上面側の表層部３０Ｂの方がバインダ樹脂３４の密度が高いという特徴を有している。表層部３０Ａ，３０Ｂにこのような差が生じるのは、後述する磁性天板３０の製造工程に起因するものである。

特に限定されるものではないが、磁性天板３０のｚ方向における厚さは１００μｍ以下であることが好ましく、７５μｍ以下であることがより好ましく、６０μｍ程度であることが特に好ましい。磁性天板３０の厚さを１００μｍ以下とすれば、コイル部品１０全体のｚ方向における高さを低背化することが可能となる。磁性天板の厚みを１００μｍ以下まで薄くした場合、フェライトを用いると強度不足によって破損が生じるおそれがあるが、バインダ樹脂３４に磁性粉３５を混合させた磁性天板３０を用いれば、厚みを１００μｍ以下まで薄くしても破損などが生じることがない。磁性天板３０の厚さの下限については特に限定されないが、３０μｍ以上であることが好ましい。これは、磁性天板３０の厚みを３０μｍ未満まで薄くすると、強度が不足するとともに、十分な磁気特性を確保することが困難となるからである。磁束の漏れを十分に抑制するためには、磁性天板３０の透磁率は３０以上であることが好ましい。

磁性天板３０に用いるバインダ樹脂には、所定の可撓性、耐熱性及び強度が求められる。可撓性及び強度が必要である理由は、磁性天板３０の厚さを例えば１００μｍ以下まで薄くした場合であっても破損を生じさせないためであり、耐熱性が必要である理由は、リフロー時に変形などを生じさせないためである。したがって、強度が高くても可撓性の低い材料や、可撓性が高くても耐熱性の低い材料は適切ではない。リフロー温度は２６０℃程度であることから、少なくとも、当該温度において変形が生じないバインダ樹脂を用いる必要がある。

これらの点を考慮し、本実施形態においては、アクリル酸エステル共重合体を主鎖とし、且つ、ウレタン結合による架橋構造を含むバインダ樹脂を用いている。組成については特に限定されないが、アクリル酸エステル共重合体は、少なくともアクリル酸エチルの共重合構造及びアクリル酸ブチルの共重合構造を含むことが好ましい。これは、アクリル酸エチルの共重合構造によって高い強度を確保しつつ、アクリル酸ブチルの共重合構造によって可撓性を付加するためである。また、アクリル酸エステル共重合体は、アクリロニトリルの共重合構造をさらに含むことが好ましい。これは、アクリロニトリルの共重合構造を含むことによって耐熱性及び強度が高められるからである。

磁性天板３０は、次の方法によって作製することが可能である。まず、官能基として水酸基またはカルボキシル基を有するアクリル酸エチル、アクリル酸ブチル及びアクリロニトリルを主モノマーとする溶質をメチルエチルケトンなどの有機溶媒に溶かしたバインダ溶液を用意し、このバインダ溶液に磁性粉及び硬化剤を混合して混合溶液を調製する。硬化剤としては、イソシアネートを使用することが好ましい。イソシアネートとしては、例えば芳香族イソシアネートやトリアジン環を構造中に含むイソシアネート等を用いることが好ましく、１分子中に複数のイソシアネート基を有していることがより好ましい。これにより、アクリル酸エステル共重合体が官能基として有する水酸基またはカルボキシル基とイソシアネートが反応して架橋構造が形成される。また、磁性粉以外のフィラー、例えばタルク、マイカ等をさらに混合させても構わない。

次に、図６に示すように、上記の混合溶液をベースフィルムＦに塗布し、加熱して混合溶液中の溶剤の乾燥及びバインダ樹脂の硬化を行いながらロールで巻き取る。混合溶液をベースフィルムＦに塗布する際に磁場を印加することによって磁性粉を所定方向に配向させてもよい。これにより、ベースフィルムＦの表面に磁性粉含有樹脂Ｒが塗布されたシートＳが得られる。ベースフィルムＦとしては、ＰＥＴフィルムを用いることができる。ここで、硬化後の磁性粉含有樹脂における磁性粉の含有比率は５０〜９０重量％であることが好ましい。磁性粉の含有比率が５０重量％未満であると十分な透磁率が得られず、９０重量％を超えると、磁性天板３０の切断面から磁性粉が脱落するおそれが高まるからである。

ベースフィルムＦの表面に磁性粉含有樹脂Ｒを塗布すると、磁性粉含有樹脂ＲはベースフィルムＦ側の表層部と、その反対側である露出側の表層部の特性が僅かに相違する。これは、未硬化であるバインダ樹脂の表面張力によるものであると考えられ、ベースフィルムＦ側の表層部においては磁性粉３５の密度が低くなる一方、露出側の表層部においては磁性粉３５の密度が高くなる。

次に、図７（ａ）に示すように金型によってシートＳを磁性天板３０の平面形状に型抜きする。次に、図７（ｂ）に示すように型抜きされた部分にエポキシ系の接着剤４０を塗布した後、図７（ｃ）に示すようにワイヤＷが巻回されたドラムコア２０を接着する。そして、磁性天板３０が接着されたドラムコア２０をシート本体から分離し、ベースフィルムＦを剥離すれば、本実施形態によるコイル部品１０が完成する。

このような方法によってコイル部品１０を作製すれば、塗布時においてベースフィルムＦ側を向いていた磁性粉含有樹脂Ｒの表面、つまり、磁性天板３０においてバインダ樹脂３４の密度が高い側の表面を上面３２として、ドラムコア２０に接着することができる。

これにより、磁性天板３０の上面３２の絶縁性が高められることから、磁性天板３０の上面３２が他の電子部品と接触することによるショート不良を防止することができる。しかも、磁性天板３０の下面３１側の表層部においてはバインダ樹脂３４の密度が低く、より多くの磁性粉３５が存在していることから、磁性天板３０を経由する磁路が短くなり、高い磁気特性を得ることも可能となる。

尚、図１に示したように鍔部２２，２３の上面にワイヤＷの端部を継線した場合、ワイヤＷと磁性天板３０が直接接触することがあり得る。しかしながら、芯材の表面が絶縁膜で覆われた被覆導線をワイヤＷとして用いれば、芯材と磁性天板３０は直接接触しないため、ショート不良が発生することはない。また、熱圧着法などを用いてワイヤＷの端部を継線する場合は、熱圧着された部分が押し潰され、押し潰された部分において絶縁被覆が失われることがある。このような場合であっても、図８に示すように、押し潰された部分と押し潰されていない部分との間に段差５０が形成されることから、芯材と磁性天板３０が直接接触することはない。また、磁性天板３０の下面３１から磁性粉３５がある程度突出していたとしても、その突出量は段差の大きさＬよりも十分に小さいことから、ショート不良が発生することはない。また、鍔部２２，２３と磁性天板３０の下面３１との間には接着剤４０が介在することから、接着剤４０によっても両者の絶縁がなされる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。

１０コイル部品
２０ドラムコア
２１巻芯部
２２，２３鍔部
３０磁性天板
３０Ａ，３０Ｂ表層部
３０Ｃ内層部
３１磁性天板の下面
３２磁性天板の上面
３４バインダ樹脂
３５磁性粉
４０接着剤
５０段差
Ｅ１〜Ｅ４端子電極
Ｆベースフィルム
Ｒ磁性粉含有樹脂
Ｓシート
Ｗワイヤ

Claims

巻芯部及び前記巻芯部の両端に設けられた第１及び第２の鍔部を有するドラムコアと、
前記巻芯部に巻回されたワイヤと、
前記第１及び第２の鍔部にそれぞれ設けられ、前記ワイヤの端部が継線される端子電極と、
前記第１及び第２の鍔部に固定され、バインダ樹脂に磁性粉を混合してなる磁性粉含有樹脂からなる磁性天板と、を備え、
前記磁性天板は、前記第１及び第２の鍔部側を向く下面と、前記下面とは反対側に位置する上面とを有し、前記下面側の表層部よりも前記上面側の表層部の方が前記バインダ樹脂の密度が高いことを特徴とするコイル部品。
前記第１及び第２の鍔部は、前記磁性天板に覆われる上面と、前記上面とは反対側に位置する実装面と、前記上面及び前記実装面に対して垂直な外側面とを有し、
前記端子電極は、前記上面、前記実装面及び外側面に連続的に形成され、
前記ワイヤの端部は、前記上面に形成された端子電極に継線されていることを特徴とする請求項１に記載のコイル部品。
前記ワイヤは、芯材の表面が絶縁膜で覆われた被覆導線であり、
前記ワイヤの端部は、前記端子電極に継線された部分が押し潰されることにより、押し潰された部分と押し潰されていない部分との間に段差が形成されており、
前記磁性天板の前記下面から突出する前記磁性粉の突出量は、前記段差の大きさよりも小さいことを特徴とする請求項２に記載のコイル部品。
前記第１及び第２の鍔部と前記磁性天板の前記下面を接着する接着剤をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のコイル部品。
前記第１及び第２の鍔部は、前記磁性天板に覆われる上面と、前記上面とは反対側に位置する実装面と、前記上面及び前記実装面に対して垂直な外側面とを有し、
前記端子電極は、前記実装面及び外側面に連続的に形成され、
前記ワイヤの端部は、前記実装面に形成された端子電極に継線されていることを特徴とする請求項１に記載のコイル部品。
前記磁性粉は、金属軟磁性粉であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のコイル部品。
前記金属軟磁性粉は、扁平形状を有していることを特徴とする請求項６に記載のコイル部品。