JP2018022867A - コイル電子部品 - Google Patents

Abstract

【課題】金属磁性粉末を高圧で成形する際に、金属磁性粉末粒子間の結合力を高めて、製品に充分な強度を付与可能にする磁性粉末を含むコイル電子部品を提供する。【解決手段】磁性コア粉末１１１は、金属系磁性粉末であり、酸化物１１２は、磁性コア粉末間に配置され、これらを結合させる役割を果たす材料である。磁性コア粉末とその表面上に配置される酸化物は、別途のバインダーなどの介在なしに互いに直接的に接触している配列を形成し、磁性粉末の粒子間の結合力を高める。【選択図】図１

Description

本発明は、磁性物質内のコアの強度が維持可能な磁性粉末を含むコイル電子部品、詳しくは、中大型サイズ以上のパワーインダクタに関する。

最近、電子機器の高性能化及び小型化により、小型でかつ高性能なコイル電子部品が求められている。また、最近は、大電流化の傾向もある。通常、低コストの磁性材料としてフェライトが多用されてきたが、フェライトは、飽和磁束密度が低いという欠点があり、高電流に対応し難い。一方、メタル材料として、特に軟磁性金属材料は、フェライトに比べて飽和磁束密度が高く、高電流に対応可能であるが、電気抵抗が低く、渦電流損失は大きくて、耐酸化性が弱いという欠点がある。このような欠点を解消するために、下記の特許文献１は、軟磁性金属粉末にエポキシなどの絶縁性有機材料を塗布した複合型磁性粉末を開示しているが、このような複合型磁性粉末の場合、絶縁性有機材料のコーティング層の厚さを十分に厚くしなければ適切な耐酸化性が与えられないという問題がある。

特開２００３−３１８０１５号公報

本発明の一目的は、金属磁性粉末を高圧で成形する際に、金属磁性粉末粒子間の結合力を高めて、製品に充分な強度を付与可能にする磁性粉末を含むコイル電子部品を提供することにある。

本発明は、コイルを含む本体と、本体の外部面上に配置される外部電極とを含むコイル電子部品に関する。上記本体内には、磁性特性（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ）を有する磁性粉末が互いに結合している。上記磁性粉末は、磁性コア粉末とその表面の少なくとも一部に配置される酸化物とからなる。磁性コア粉末は、金属系磁性粉末であり、酸化物は、磁性コア粉末間に配置され、これらを結合させる役割を果たす材料である。上記磁性コア粉末とその表面上に配置される酸化物は、別途のバインダーなどの介在なしに互いに直接的に接触している配列を形成する。

本発明は、従来、アクリル系やエポキシ系のバインダーなどを使用して磁性粉末の粒子間の結合力を高めることから発生する複数の短所を解消しながらも、磁性粉末の粒子間の結合力を高めて、最終製品に充分な強度を付与する磁性粉末を含むコイル電子部品を提供する。

本発明の一例に係るコイル電子部品内に含まれる磁性粉末の概略的な断面図である。 磁性粉末を利用したコイル部品の概略的な斜視図である。 図２のコイル電子部品を製造する方法に対する概略的なフローチャートである。

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拡大縮小表示（または強調表示や簡略化表示）が誇張されることがある。

なお、本発明を明確に説明すべく、図面において説明と関係ない部分は省略し、様々な層及び領域を明確に表現するために厚さを拡大して示し、同一思想の範囲内において機能が同一である構成要素に対しては同一の参照符号を用いて説明する。

さらに、明細書全体において、ある構成要素を「含む」というのは、特に異なる趣旨の説明がされていない限り、他の構成要素を除外する趣旨ではなく、他の構成要素をさらに含むことができるということを意味する。

以下では、本発明の一例に係るコイル電子部品を説明するが、必ずしもこれに制限されるものではない。

＜コイル電子部品＞
図１は、本発明の一例に係るコイル電子部品内に含まれる磁性粉末の概略的な断面図であり、図２は、磁性粉末を利用したコイル電子部品の概略的な斜視図である。

図１及び図２を参照すると、コイル電子部品１００は、本体１と、本体の外部に配置される外部電極２とを含む。

本体の外部に配置される外部電極２は、本体内に埋設するコイルと連結して、コイル電子部品が外部電子機器と電気的に連結されるようにする役割を行う。そこで、外部電極２は、電気伝導性に優れた材質を含むが、例えば、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、及び銀（Ａｇ）からなる群から選択されるいずれか一つ以上の導電性金属を含むことができるが、これに限定されるものではない。また、外部電極２は、導電性金属と共に熱硬化性樹脂を含んでもよく、単層ではなく多層で構成されてもよい。

一方、本体１は、コイル電子部品の外観を形成するが、本体は、厚さ方向に向かい合う上面および下面、幅方向に向かい合う第１面及び第２面、長さ方向に向かい合う第３面及び第４面を含み、実質的に六面体状を有することができるが、これは一例であり、その形状が限られるものではない。

上記本体１は、磁性コア粉末１１１と、その表面の少なくとも一部に配置される酸化物１１２とを含む。

磁性コア粉末１１１は、軟磁性金属粉末を含むことができる。このような軟磁性金属粉末と対比して、低コストの磁性材料としてフェライトを考慮することができるが、フェライトは、飽和磁束密度が低く、高電流には対応できないという短所があるので、本発明に含まれる磁性コア粉末１１１は、軟磁性金属粉末を使用するようにした。例えば、高透磁率のＦｅ−Ｎｉ系、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系の軟磁性金属粉末であることができるが、これに限定されるものではない。

上記磁性コア粉末１１１は、非晶質であるか、または結晶質である等、磁性コア粉末の具体的な微細組織構造を限定する必要がない。

上記磁性コア粉末１１１の粒度分布（ｐａｒｔｉｃｌｅ ｓｉｚｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）は、基準となる基準粒度より大きいかまたは小さい値を含むことができるが、これは、磁性コア粉末１１１の粒径（ｐａｒｔｉｃｌｅ ｓｉｚｅ）が不均一に分布する可能性があることを意味する。基準粒度は、本体内に含まれる磁性コア粉末の粒径のうち最も頻度が多く発生する粒径を意味するが、本発明の磁性コア粉末の粒径は、基準粒度より大きくても、小さくてもよく、特に限定されない。磁性コア粉末の粒径が均一な場合と対比して、磁性コア粉末の粒径が互いに異なる場合には透磁率を高めることができることから、より好ましくは、２種以上のサイズを有する磁性コア粉末を使用することができる。

磁性コア粉末１１１の表面の少なくとも一部の上には酸化物１１２が配置された構成とすることができるが、この酸化物１１２は、下記の材料特性を有するものであれば十分であり、特定の材料に限定される必要はない。

酸化物の具体的な材料特性をみると、
（１）先ず、酸化物を製造する工程において水を溶媒として使用可能なことが好ましい。通常、磁性コア粉末間の結合のためのバインダーを使用する時、主にアクリル系、エポキシ系樹脂を使用するが、このような樹脂を使用する際には溶媒としてメチルエチルケトンを使用することが一般的である。しかし、このようなメチルエチルケトンの溶媒は、有害なソルベントに該当して、環境基準に適合しない。従って、このような環境に有害な溶媒の代わりに、水を溶媒として使用するようにして、環境にやさしい材料の要求に応えることが好ましい。

（２）次に、熱に対して安定な材料であることが好ましい。通常、バインダーとして使用される樹脂は、熱変形が発生する可能性があるため、熱に対して安定であるとはいえないが、酸化物は、樹脂に比べて熱に対して安定した特性を有する。

（３）磁性コア粉末が軟磁性金属であるため、硬化工程を経るのに十分な融点を有する材料であればよい。磁性特性を有する本体内に軟磁性金属を含ませる場合は、本体内にフェライトを含ませる場合に比べて、相対的に低温度の工程条件を有するので、無駄に高い融点を有する材料選定を必要としない。

（４）付随的に、磁性コア粉末を結合するバインダーとして、通常使用される物質に比べて安価の物質を使用することが好ましい。

上記（１）〜（４）の要件を満たす酸化物の場合、本発明の磁性コア粉末の表面の少なくとも一部に配置させることが可能であるが、例えば、その酸化物は、酸化ホウ素（Ｂ_２Ｏ_３）であることができる。

酸化ホウ素（Ｂ_２Ｏ_３）は、水系溶媒が使用可能な材料であり、エポキシ系樹脂などの材料に比べて安価である。特に、酸化ホウ素は、約４５０℃の融点（ｍｅｌｔｉｎｇ ｐｏｉｎｔ）を有するので、金属系磁性コア粉末を使用する本発明の特定の工程（例えば、硬化工程）に適合することができる。

酸化ホウ素（Ｂ_２Ｏ_３）は、磁性コア粉末の全体重量に対して含有比が０．５ｗｔ％以上、１０ｗｔ％以下となるように含まれることが好ましい。磁性コア粉末の全体重量に対して酸化ホウ素の含有比が０．５ｗｔ％未満となる場合、隣接する磁性コア粉末間の結合力が十分に保障されない恐れがあり、１０ｗｔ％を超えて含まれる場合、優れた透磁率を確保するのに悪影響を及ぼす恐れがあるので、０．５ｗｔ％以上、１０ｗｔ％以下となるように含まれることが好ましい。

酸化ホウ素は、隣接する磁性コア粉末間の接触点（ｃｏｎｔａｃｔ ｐｏｉｎｔ）とその周辺部に配置されることができる。

酸化ホウ素は、隣接する磁性コア粉末が形成する閉空間（ｃｌｏｓｅｄ ｓｐａｃｅ）内に充填されるように配置されることができる。酸化ホウ素は、磁性コア粉末とその表面の少なくとも一部の上に配置されることができるが、隣接する磁性コア粉末間に閉空間を形成する場合は、上記酸化ホウ素が上記閉空間の全体を満たすように配置される。これは、酸化ホウ素の融点が相対的に低く、水系物質内で大きな溶解度を有するために発生する配列である。

または、隣接する酸化ホウ素間の閉空間の全体を満たさなくても、その下に配置される磁性コア粉末の表面の全体領域を囲むように配置されることができる。

一方、磁性コア粉末の表面のうち、上記酸化ホウ素が配置されない表面の少なくとも一部の領域上には、絶縁コーティング層がさらに配置されることができる。上記絶縁コーティング層は、絶縁特性を有する材料を含めればよく、特定の材料に限定されるものではないが、例えば、リン酸塩（ｐｈｏｓｐｈａｔｅ ｓａｌｔ）コーティング層であることができる。上記絶縁コーティング層は、磁性コア粉末の表面領域のうち、酸化ホウ素などの酸化物が配置されない磁性コア粉末の表面領域で絶縁特性を補完する役割を行うことができる。

本発明に係る酸化物１１２は、従来、バインダーとして使用される樹脂（ｒｅｓｉｎ）に代替する構成であり、熱的安定性に優れながらも、同一のインダクタ特性を実現可能にする。詳しくは、磁性コア粉末の少なくとも一部の表面上に上記酸化物１１２を配置させ、磁性コア粉末の含量を高くして電気的特性を維持しながらも、強度特性を改善可能にする。特に、中大型サイズ以上の巻線形パワーインダクタにおいて、コア工法を使用する際に、巻線コイルとコアを別途分離して製作するため、高圧・高温に耐えられるコアを導出することは重要な問題である。ここでは、本発明に係る本体材料を使用して、高圧・高温に耐えられる磁性コアを提供することができる。

一方、本発明の一例に係るコイル電子部品を製造する方法は、制限されず、コイル電子部品１００を製造する方法を図３を参考にして簡単にみると、以下の通りである。

先ず、銅で作られた銅ワイヤー（Ｃｕ ｗｉｒｅ）をコイル巻線機に投入して巻線コイルを作る（Ｓ１）。このような巻線コイルは、コイル間のショート（ｓｈｏｒｔ）を防止するための樹脂絶縁層、またはコイルがほどけることを防止するための樹脂融着層などを含むことができる。

次に、本体内に含まれる磁性物質を提供するために、顆粒粉末を準備する（Ｓ２）。適量の純水（ｐｕｒｅ ｗａｔｅｒ）に含ませる予定である磁性コア粉末の全体重量に対して、約１ｗｔ％水準のＢ_２Ｏ_３酸化物を入れ、約１００℃水準の温度で上記Ｂ_２Ｏ_３を溶解させる。この場合、付随的に、水とエタノールを共沸組成で混合した溶媒を使用することもできる。Ｂ_２Ｏ_３酸化物の溶解後は、溶解されたＢ_２Ｏ_３酸化物を磁性コア粉末と共に均一に混合および分散させる。磁性コア粉末が均一に分散された中間材を再度約１００℃水準の温度で加熱・乾燥して、本体内に含まれる磁性物質として提供される顆粒粉末を準備した。

このように準備された顆粒粉末は、コイル電子部品の形状を作ることができる金型に一定量投入され、Ｅ字及びＩ字コアとして製作される（Ｓ３）。コアを成形するためには、高圧成形が可能なプレス機が必要であり、成形圧力は、約１ｔｏｎｆ／ｃｍ^２以上の高圧で成形する。成形プレス機は、上下成形ピンを１個ずつ具備する単動プレス機を使用することができるが、成形密度を改善して製品の成形性を高めるためには、上下１個以上の成形ピンを具備することがより好ましい。

次に、制作されたＥ字コアに巻線コイルを挿入し、Ｉ字コアを結合して最終製品を製作することができる（Ｓ４）。Ｅ字コアとＩ字コアは、接着剤を通じて接合可能であるが、好ましくは、磁性物質が均一に分散されている磁性接着剤を使用することができる。

次いで、通常のチップ製作工程によって本体を硬化し、外部電極などを追加してコイル電子部品を提供する（Ｓ５）。

上記の説明を除外し、上述した本発明の一例に係る磁性粉末の特徴と重複する説明は、ここで省略する。

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。

本発明で用いられた「一例」という表現は、互いに同一の実施例を意味せず、それぞれ互いに異なる固有の特徴を強調して説明するために提供されるものである。しかし、上記提示された一例は、他の一例または変更例の特徴と結合して実現されることを排除しない。例えば、特定の一例で説明された事項が他の一例で説明されていなくても、他の一例でその事項と反対であるか矛盾する説明がない限り、他の一例に関連する説明であると理解されることができる。

本発明で用いられた用語は、一例を説明するために説明されたものであるだけで、本発明を限定しようとする意図ではない。このとき、単数の表現は文脈上明確に異なる意味でない限り、複数を含む。

１００ コイル電子部品
１ 本体
１１１ 磁性コア粉末
１１２ 酸化物
２ 外部電極

Claims (10)

1. 内部あるいは表面にコイルを含む本体と、
   前記本体の外部面上に配置される外部電極とを含み、
   前記本体は、磁性コア粉末とその表面の少なくとも一部に配置される酸化物とを含み、前記酸化物は、その下に配置される磁性コア粉末とバインダーの介在なしに直接的に接触する配列を形成する、
   コイル電子部品。
2. 前記磁性コア粉末は、Ｆｅ−Ｎｉ系、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系、およびＦｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系からなる群から選択されるいずれか一つ以上を含む、
   請求項１に記載のコイル電子部品。
3. 前記酸化物は、酸化ホウ素（Ｂ_２Ｏ_３）を含む、
   請求項１または請求項２に記載のコイル電子部品。
4. 前記酸化ホウ素（Ｂ_２Ｏ_３）は、前記磁性コア粉末の全体重量に対して０．５ｗｔ％以上、１０ｗｔ％以下で含まれる、
   請求項３に記載のコイル電子部品。
5. 前記酸化物は、隣接する前記磁性コア粉末が形成する閉空間（ｃｌｏｓｅｄ ｓｐａｃｅ）に充填されるように配置される、
   請求項１から請求項４の何れか一項に記載のコイル電子部品。
6. 前記酸化物は、その下に配置される磁性コア粉末の表面の全体領域を囲むように配置される、
   請求項１から請求項５の何れか一項に記載のコイル電子部品。
7. 前記磁性コア粉末の表面のうち前記酸化物が配置されない表面の少なくとも一部の領域上には、絶縁コーティング層が配置される、
   請求項１から請求項６の何れか一項に記載のコイル電子部品。
8. 前記絶縁コーティング層は、リン酸塩を含む、
   請求項７に記載のコイル電子部品。
9. 前記酸化物は、隣接する磁性コア粉末の接触点（ｃｏｎｔａｃｔ ｐｏｉｎｔ）に配置される、
   請求項１から請求項８の何れか一項に記載のコイル電子部品。
10. 前記磁性コア粉末の粒度分布（ｐａｒｔｉｃｌｅ ｓｉｚｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）は、基準となる基準粒度より大きいかまたは小さい値を含む、
    請求項１から請求項９の何れか一項に記載のコイル電子部品。

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