JP2021057477A - コイル部品の製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】金型を用いずにコイル導体を高い位置精度で保持しつつプレス加工を行えるコイル部品の製造方法を提供する。【解決手段】巻回軸方向に相対する第1の面及び第2の面30Bを有するコイル導体30を、第1の面が接するように粘着剤層70の表面に複数配置する、コイル導体配置工程と、第1の磁性シート23Aをコイル導体30の第2の面30B側に重ねてプレス加工を行い、コイル導体30の一部が第1の磁性シート23Aに埋設された加工体80を作製する、加工体作製工程と、加工体80を粘着剤層70から剥離した後、第2の磁性シートをコイル導体30の第1の面側に重ねてプレス加工を行い、コイル導体30の全体が第1の磁性シート23A及び第2の磁性シートを含む磁性体部に埋設された集合基体を作製する、集合基体作製工程と、集合基体を個片化し、コイル導体30の一部が表面に露出した素体を作製する、素体作製工程とを備える。【選択図】図6

Description

本発明は、コイル部品の製造方法に関する。
コイル導体が磁性体部に埋設されたコイル部品が知られている。このようなコイル部品は、例えば、パワーインダクタ、トランス等として用いられている。
例えば、特許文献1には、素体と、素体に埋設されたコイル導体とを含むコイル部品であって、素体は、素体の対向する第1の主面と第2の主面とをそれぞれ構成する第1磁性体層と第2磁性体層とを含み、第1磁性体層は、第2磁性体層より比透磁率が高く、コイル導体の巻回部の少なくとも一部は第1磁性体層に位置し、第1磁性体層は、金属磁性体粒子と、樹脂とを含み、第2磁性体層は、金属磁性体粒子と、樹脂と、酸化亜鉛粒子とを含み、かつ樹脂中に金属磁性体粒子及び酸化亜鉛粒子が分散して存在している、コイル部品が開示されている。
特開2019−106482号公報
特許文献1に記載のコイル部品の製造方法では、複数のコイル導体を金型の凹部で保持した状態で、コイル導体に対する第1磁性体層のシートの一次プレスを行っている。しかしながら、このような製造方法では下記のような問題がある。
(1)複数のコイル導体を高い位置精度で第1磁性体層のシートに埋設するためには、凹部の寸法精度と凹部間の位置精度とが高い金型が求められるので、金型の製作コストが高くなる。
(2)コイル導体を金型へ出し入れしやすくするためには、コイル導体と金型の凹部の側壁との間にある程度の隙間を設けたり、金型にコイル導体用の稼働機構を設けたりする必要がある。コイル導体と金型の凹部の側壁との間にある程度の隙間を設けるとコイル導体の位置精度が低下し、金型にコイル導体用の稼働機構を設けると金型が複雑化する。
(3)金型に配置可能なコイル導体の形状、サイズ、個数等に関する選択肢が少ない。
(4)一次プレス時の圧力が高かったり、第1磁性体層のシート中の樹脂の金型に対する濡れ性が高かったりすると、一次プレスで得られた部品を金型から取り外しにくくなり、その部品が取り外し時に破損する可能性が高まる。
(5)一次プレスを行う際に用いられる第1磁性体層のシートには金属磁性体粒子が含まれているため、金型が消耗しやすくなる。
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、金型を用いずにコイル導体を高い位置精度で保持しつつプレス加工を行えるコイル部品の製造方法を提供することを目的とするものである。
本発明のコイル部品の製造方法は、導線の巻回体であり、かつ、巻回軸方向において相対する第1の面及び第2の面を有するコイル導体を、上記第1の面が接するように粘着剤層の表面に複数配置する、コイル導体配置工程と、第1の金属磁性体粒子及び第1の樹脂を含有する第1の磁性シートを、上記粘着剤層の表面に配置された上記コイル導体の上記第2の面側に重ねてプレス加工を行い、上記コイル導体の一部が上記第1の磁性シートに埋設された加工体を作製する、加工体作製工程と、上記加工体を上記粘着剤層から剥離した後、第2の金属磁性体粒子及び第2の樹脂を含有する第2の磁性シートを上記コイル導体の上記第1の面側に重ねてプレス加工を行い、上記コイル導体の全体が上記第1の磁性シート及び上記第2の磁性シートを含む磁性体部に埋設された集合基体を作製する、集合基体作製工程と、上記集合基体を個片化し、上記コイル導体の一部が表面に露出した素体を作製する、素体作製工程と、を備える、ことを特徴とする。
本発明によれば、金型を用いずにコイル導体を高い位置精度で保持しつつプレス加工を行えるコイル部品の製造方法を提供できる。
コイル導体作製工程の一例を説明するための斜視模式図である。 磁性シート作製工程の一例を説明するための斜視模式図である。 磁性シート作製工程の一例を説明するための斜視模式図である。 粘着剤層配置工程の一例を説明するための斜視模式図である。 コイル導体配置工程の一例を説明するための斜視模式図である。 加工体作製工程の一例を説明するための斜視模式図である。 加工体剥離工程の一例を説明するための斜視模式図である。 集合基体作製工程の一例を説明するための斜視模式図である。 素体作製工程の一例を説明するための斜視模式図である。 外部電極形成工程の一例において用いられる、素体用の保持具を示す平面模式図である。 図10中の保持具の側面模式図である。 外部電極形成工程の一例を説明するための側面模式図である。 外部電極形成工程の一例を説明するための側面模式図である。 外部電極形成工程の一例を説明するための側面模式図である。 外部電極形成工程の一例を説明するための側面模式図である。 外部電極形成工程の一例を説明するための側面模式図である。
以下、本発明のコイル部品の製造方法について説明する。なお、本発明は、以下の構成に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更されてもよい。また、以下において記載する個々の好ましい構成を複数組み合わせたものもまた本発明である。
[コイル部品の製造方法]
本発明のコイル部品の製造方法の一例について、図面を参照しつつ各工程を説明する。
<コイル導体作製工程>
図1は、コイル導体作製工程の一例を説明するための斜視模式図である。
図1に示すように、平角帯状の導線31をα巻きする。これにより、導線31の巻回体であり、空芯状の、いわゆるα巻きのコイル導体30を作製する。
コイル導体30の巻回方法としては、α巻き以外に、エッジワイズ巻き、渦巻き、螺旋巻き等が挙げられる。
導線31の形状としては、平角帯状以外に、丸線状、角線状等が挙げられる。
導線31の材料としては、鉄よりも電気化学的に貴な材料が好ましく、例えば、銅等の金属が挙げられる。
導線31は、図1に示すように絶縁膜32で被覆されていてもよい。
絶縁膜32の材料としては、例えば、ポリイミド樹脂、ポリエステル樹脂等の絶縁性樹脂が挙げられる。
コイル導体30を作製する際には、導線31を融着剤を介して巻回してもよい。融着剤は、導線31の巻回状態を保持するための接着剤として機能する。
融着剤の材料としては、例えば、ポリアミド樹脂等を主剤とする熱可塑性樹脂が挙げられる。
コイル導体30は、巻回軸方向(図1では、上下方向)において相対する第1の面30A及び第2の面30Bと、巻回軸方向に平行な側面30Cとを有している。
コイル導体30の一方の端部30P及び他方の端部30Qは、側面30Cから逆向きに突出するように設けられる。コイル導体30の一方の端部30P及び他方の端部30Qでは、導線31が露出している。
<磁性シート作製工程>
図2及び図3は、磁性シート作製工程の一例を説明するための斜視模式図である。
まず、金属磁性体粒子及び樹脂を湿式で混合し、スラリーを調製する。そして、得られたスラリーを、ドクターブレード法等で成形加工した後、乾燥させる。これにより、図2に示すような、第1の金属磁性体粒子21Aが第1の樹脂22A中に分散された、第1の磁性シート23Aを作製する。同様に、図3に示すような、第2の金属磁性体粒子21Bが第2の樹脂22B中に分散された、第2の磁性シート23Bを作製する。
第1の金属磁性体粒子21A及び第2の金属磁性体粒子21Bとしては、各々、例えば、α鉄、鉄−ケイ素合金、鉄−ケイ素−クロム合金、鉄−ケイ素−アルミニウム合金、鉄−ニッケル合金、鉄−コバルト合金等の鉄系軟磁性粒子が挙げられる。
第1の金属磁性体粒子21A及び第2の金属磁性体粒子21Bの形態としては、各々、良好な軟磁性を有する非晶質が好ましいが、結晶質であってもよい。
第1の金属磁性体粒子21Aとしては、平均粒径D50が異なる複数種類の金属磁性体粒子を組み合わせて用いてもよい。これにより、後述する磁性体部20における第1の金属磁性体粒子21Aの充填効率が向上しやすくなり、結果的に、高いインダクタンスが得られやすくなる。このような金属磁性体粒子の組み合わせとしては、例えば、平均粒径D50の小さい方が1μm以上、20μm以下であり、平均粒径D50の大きい方が10μm以上、40μm以下である金属磁性体粒子の組み合わせ等が挙げられる。
第2の金属磁性体粒子21Bとしては、平均粒径D50が異なる複数種類の金属磁性体粒子を組み合わせて用いてもよい。これにより、後述する磁性体部20における第2の金属磁性体粒子21Bの充填効率が向上しやすくなり、結果的に、高いインダクタンスが得られやすくなる。このような金属磁性体粒子の組み合わせとしては、例えば、平均粒径D50の小さい方が1μm以上、20μm以下であり、平均粒径D50の大きい方が10μm以上、40μm以下である金属磁性体粒子の組み合わせ等が挙げられる。
金属磁性体粒子の平均粒径D50は、レーザー回折・散乱法で金属磁性体粒子の粒子径分布を測定し、それを粒子径スケールに対する積算%で表したものにおいて、積算値が50%となる粒径として定められる。
第1の磁性シート23A中の第1の金属磁性体粒子21Aの含有量は、好ましくは96重量%以上である。第1の磁性シート23A中の第1の金属磁性体粒子21Aの含有量が96重量%よりも少ない場合、後述する磁性体部20において、透磁率、磁束飽和密度等の磁気特性が低下することがある。また、第1の磁性シート23A中の第1の金属磁性体粒子21Aの含有量は、好ましくは98重量%以下である。第1の磁性シート23A中の第1の金属磁性体粒子21Aの含有量が98重量%よりも多い場合、第1の樹脂22Aの含有量が少なくなるため、後述する磁性体部20の形成時に第1の金属磁性体粒子21Aの流動性が低下し、後述する磁性体部20における第1の金属磁性体粒子21Aの充填密度が高まりにくくなる。その結果、後述する磁性体部20において、透磁率、インダクタンス等が低下することがある。
同様に、第2の磁性シート23B中の第2の金属磁性体粒子21Bの含有量は、好ましくは96重量%以上である。また、第2の磁性シート23B中の第2の金属磁性体粒子21Bの含有量は、好ましくは98重量%以下である。
第1の金属磁性体粒子21Aと第2の金属磁性体粒子21Bとは、種類が互いに異なっていてもよいし、種類が互いに同じであってもよい。
第1の樹脂22A及び第2の樹脂22Bとしては、各々、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリオレフィン樹脂等が挙げられる。
第1の樹脂22Aと第2の樹脂22Bとは、種類が互いに異なっていてもよいし、種類が互いに同じであってもよい。
磁性シート中の樹脂の種類については、磁性シートの断面を露出させた後、透過型電子顕微鏡−エネルギー分散型X線分析(TEM−EDX)で元素分析を行うことによって確認できる。
第1の磁性シート23A及び第2の磁性シート23Bの厚みは、各々、例えば、100μm以上、300μm以下である。
<粘着剤層配置工程>
図4は、粘着剤層配置工程の一例を説明するための斜視模式図である。
図4に示すように、粘着剤層としての粘着シート70を定盤60に貼り付けて配置する。
定盤60の材料としては、金属、ガラス等が挙げられる。
粘着シート70は、粘着剤がシート状に成形加工されたものである。つまり、粘着シート70の定盤60側の表面と、粘着シート70の定盤60とは反対側の表面とは、各々、粘着面である。粘着シート70の定盤60側の表面は、粘着以外の方法で定盤60に固定されてもよい。
粘着シート70中の粘着剤としては、例えば、アクリル系粘着剤、シリコーン系粘着剤、天然ゴム系粘着剤、ウレタン系粘着剤、ポリオレフィン系粘着剤等が挙げられる。
粘着剤の粘着力は、経時変化しないことが好ましいが、経時変化してもよい。
粘着剤層の配置方法としては、粘着シート70を定盤60に貼り付けることに代えて、例えば、粘着剤が基材シートに塗工されたものを定盤60に固定してもよいし、粘着剤を定盤60に直接塗工してもよい。また、基材シートを液状の熱硬化性接着剤に浸漬した後で硬化させたものを粘着剤層として用いてもよい。
<コイル導体配置工程>
図5は、コイル導体配置工程の一例を説明するための斜視模式図である。
図5に示すように、コイル導体30を、第1の面30Aが接するように粘着シート70の表面に複数配置する。
コイル導体30を粘着シート70の表面に複数配置することにより、コイル導体30が粘着シート70に接触した時点の位置で固定されるため、コイル導体30を高い位置精度で保持できる。また、コイル導体30を保持するために金型ではなく粘着シート70を用いるため、製造コストが抑えられ、汎用性が高まる。また、金型を必要としないため、配置可能なコイル導体30の形状、サイズ、個数等に関する選択肢が多くなる。
<加工体作製工程>
図6は、加工体作製工程の一例を説明するための斜視模式図である。
図6に示すように、第1の磁性シート23Aを、粘着シート70の表面に配置されたコイル導体30の第2の面30B側に重ねてプレス加工を行う。これにより、コイル導体30の一部、ここでは、コイル導体30の第2の面30Bを含む部分が第1の磁性シート23Aに埋設された加工体80を作製する。加工体80を作製する際、コイル導体30を第1の面30Aのみが第1の磁性シート23Aから露出するように埋設してもよい。
加工体80を作製する際には、プレス加工時の負荷等により粘着シート70の保持機能が低下することが懸念される。これに対しては、加工体80を作製する際に、プレス推力をコイル導体30の巻回軸方向に平行な方向に加えてプレス加工を行うことが好ましい。この場合、プレス推力は、コイル導体30の第1の面30Aに接する粘着シート70の粘着面に平行な上下プレス面に加えられることになる。このようにプレス推力を加えることにより、プレス加工時において、巻回軸方向に垂直な方向へのコイル導体30の位置ずれが顕著に抑制されるため、コイル導体30の位置精度を高く維持できる。
加工体80を作製する際には、上述したように、コイル導体30を保持するために粘着シート70を用いており、プレス加工時に消耗しやすい金型を用いる必要がない。
加工体80を作製する際には、上述したプレス加工として熱プレス加工を行ってもよい。これにより、第1の磁性シート23Aをある程度硬化させつつ加工体80を作製できる。熱プレス加工時の温度は、第1の磁性シート23A中の第1の樹脂22Aが流動する温度であることが好ましい。例えば、第1の樹脂22Aがエポキシ樹脂である場合、熱プレス加工時の温度は、好ましくは100℃以上である。
加工体80を作製する際には、上述したプレス加工としてプレス成形を行ってもよい。つまり、加工体80を作製する際には、上述した熱プレス加工として熱プレス成形を行ってもよい。
<加工体剥離工程>
図7は、加工体剥離工程の一例を説明するための斜視模式図である。
加工体80を粘着シート70から剥離し、図7に示すように反転させる。
加工体作製工程においてプレス加工時の圧力を高くしたり、プレス回数を多くしたりすると、加工体80と粘着シート70との間の接着力が高まり、加工体80を粘着シート70から剥離しにくくなることが懸念される。しかしながら、加工体80と粘着シート70との間の接着力については粘着シート70の物性で制御できるため、加工体作製工程においてプレス加工時の圧力を高くしたり、プレス回数を多くしたりしても、加工体80を粘着シート70から剥離しやすくすることができる。よって、粘着シート70を用いると、加工体80の剥離性の低下を懸念することなく、加工体作製工程においてプレス加工時の圧力を高くしたり、プレス回数を多くしたりすることができる。加工体作製工程においてプレス加工時の圧力を高くしたり、プレス回数を多くしたりすると、第1の磁性シート23A中の第1の金属磁性体粒子21Aが圧密化し、後述する磁性体部20において、透磁率、磁束飽和密度等の磁気特性が高まる。
<集合基体作製工程>
図8は、集合基体作製工程の一例を説明するための斜視模式図である。
図8に示すように、第2の磁性シート23Bをコイル導体30の第1の面30A側に重ねてプレス加工を行う。これにより、コイル導体30の第1の磁性シート23Aに埋設されていない部分、ここでは、コイル導体30の第1の面30Aを含む部分を第2の磁性シート23Bに埋設する。その結果、コイル導体30の全体が第1の磁性シート23A及び第2の磁性シート23Bの積層体である磁性体部20に埋設された集合基体90を作製する。
磁性体部20は、第1の磁性シート23Aに由来する第1の金属磁性体粒子21Aと、第2の磁性シート23Bに由来する第2の金属磁性体粒子21Bとを含有している。また、磁性体部20は、第1の磁性シート23Aに由来する第1の樹脂22Aと、第2の磁性シート23Bに由来する第2の樹脂22Bとを含有している。
磁性体部20は、単層構造であってもよいし、多層構造であってもよい。例えば、第1の磁性シート23Aに由来する第1の金属磁性体粒子21Aと第2の磁性シート23Bに由来する第2の金属磁性体粒子21Bとの種類が互いに異なったり、第1の磁性シート23Aに由来する第1の樹脂22Aと第2の磁性シート23Bに由来する第2の樹脂22Bとの種類が互いに異なったりする場合、磁性体部20は2層構造となる。
集合基体90を作製する際には、上述したプレス加工として熱プレス加工を行ってもよい。これにより、第2の磁性シート23Bをある程度硬化させつつ集合基体90を作製できる。熱プレス加工時の温度は、第2の磁性シート23B中の第2の樹脂22Bが流動する温度であることが好ましい。例えば、第2の樹脂22Bがエポキシ樹脂である場合、熱プレス加工時の温度は、好ましくは100℃以上である。
集合基体90を作製する際には、上述したプレス加工としてプレス成形を行ってもよい。つまり、集合基体90を作製する際には、上述した熱プレス加工として熱プレス成形を行ってもよい。
<素体作製工程>
図9は、素体作製工程の一例を説明するための斜視模式図である。
集合基体90を、ダイサー等の切断具を用いて個片化する。これにより、図9に示すような、コイル導体30の一部が表面に露出した、ここでは、コイル導体30の一方の端部30Pが一方の端面に露出し、かつ、コイル導体30の他方の端部30Qが他方の端面に露出した素体10を作製する。
素体10は、磁性体部20と、磁性体部20に埋設されたコイル導体30と、を有している。
<外部電極形成工程>
図10は、外部電極形成工程の一例において用いられる、素体用の保持具を示す平面模式図である。図11は、図10中の保持具の側面模式図である。図12、図13、図14、図15、及び、図16は、外部電極形成工程の一例を説明するための側面模式図である。
まず、図10及び図11に示すような、素体10を保持可能な複数の穴101が設けられた保持具100を準備する。
次に、素体10を水中又は大気中でバレル研磨して面取り加工を行う。その後、素体10を洗浄する。
次に、図12に示すように、素体10の一方の端部10Aが保持具100から突出するように、素体10を保持具100の穴101に保持させる。その後、素体10が保持された状態の保持具100を導電化溶液に浸漬することにより、図13に示すように、素体10の一方の端部10Aに第1の導電層53Aを形成する。ここで、素体10の一方の端部10Aの表面にはコイル導体30の一方の端部30Pが露出しているため、コイル導体30の一方の端部30Pは第1の導電層53Aに接続される。
次に、素体10を保持具100から取り出し、図14に示すように、素体10の他方の端部10Bが保持具100から突出するように、素体10を保持具100の穴101に保持させる。その後、素体10が保持された状態の保持具100を導電化溶液に浸漬することにより、図15に示すように、素体10の他方の端部10Bに第2の導電層53Bを形成する。ここで、素体10の他方の端部10Bの表面にはコイル導体30の他方の端部30Qが露出しているため、コイル導体30の他方の端部30Qは第2の導電層53Bに接続される。
導電化溶液に含有される導電性材料としては、後述する電解めっきでめっき被膜を形成可能なものであれば特に限定されず、例えば、パラジウム、スズ、銀、これらの合金等が挙げられる。
次に、素体10を保持具100から取り出した後、素体10に電解めっきを施し、第1の導電層53A及び第2の導電層53Bの各表面に、例えば、第1のめっき被膜、第2のめっき被膜、及び、第3のめっき被膜を順に積層する。これにより、図16に示すような、コイル導体30の一方の端部30Pに接続された第1の外部電極51と、コイル導体30の他方の端部30Qに接続された第2の外部電極52と、を素体10の表面に形成する。
第1の外部電極51は、素体10の表面に設けられるが、より具体的には、素体10の一方の端面とその端面に隣り合う4面の各一部とに延在して設けられる。また、第1の外部電極51は、コイル導体30の一方の端部30Pに接続されるが、より具体的には、コイル導体30の一方の端部30Pで露出した導線31に接続される。
第1の外部電極51は、単層構造であってもよいし、多層構造であってもよい。例えば、第1のめっき被膜が銅を主成分とし、第2のめっき被膜がニッケルを主成分とし、第3のめっき被膜がスズを主成分とする場合、第1の外部電極51は3層構造となる。
第2の外部電極52は、素体10の表面に設けられるが、より具体的には、素体10の他方の端面とその端面に隣り合う4面の各一部とに延在して設けられる。また、第2の外部電極52は、コイル導体30の他方の端部30Qに接続されるが、より具体的には、コイル導体30の他方の端部30Qで露出した導線31に接続される。
第2の外部電極52は、単層構造であってもよいし、多層構造であってもよい。例えば、第1のめっき被膜が銅を主成分とし、第2のめっき被膜がニッケルを主成分とし、第3のめっき被膜がスズを主成分とする場合、第2の外部電極52は3層構造となる。
第1の外部電極51と第2の外部電極52とは、材料の種類が互いに異なっていてもよいが、材料の種類が互いに同じであることが好ましい。
以上により、素体10と第1の外部電極51と第2の外部電極52とを有する、図16に示すようなコイル部品1が製造される。
1 コイル部品
10 素体
10A 素体の一方の端部
10B 素体の他方の端部
20 磁性体部
21A 第1の金属磁性体粒子
21B 第2の金属磁性体粒子
22A 第1の樹脂
22B 第2の樹脂
23A 第1の磁性シート
23B 第2の磁性シート
30 コイル導体
30A コイル導体の第1の面
30B コイル導体の第2の面
30C コイル導体の側面
30P コイル導体の一方の端部
30Q コイル導体の他方の端部
31 導線
32 絶縁膜
51 第1の外部電極
52 第2の外部電極
53A 第1の導電層
53B 第2の導電層
60 定盤
70 粘着シート
80 加工体
90 集合基体
100 保持具
101 保持具の穴

Claims (3)

  1. 導線の巻回体であり、かつ、巻回軸方向において相対する第1の面及び第2の面を有するコイル導体を、前記第1の面が接するように粘着剤層の表面に複数配置する、コイル導体配置工程と、
    第1の金属磁性体粒子及び第1の樹脂を含有する第1の磁性シートを、前記粘着剤層の表面に配置された前記コイル導体の前記第2の面側に重ねてプレス加工を行い、前記コイル導体の一部が前記第1の磁性シートに埋設された加工体を作製する、加工体作製工程と、
    前記加工体を前記粘着剤層から剥離した後、第2の金属磁性体粒子及び第2の樹脂を含有する第2の磁性シートを前記コイル導体の前記第1の面側に重ねてプレス加工を行い、前記コイル導体の全体が前記第1の磁性シート及び前記第2の磁性シートを含む磁性体部に埋設された集合基体を作製する、集合基体作製工程と、
    前記集合基体を個片化し、前記コイル導体の一部が表面に露出した素体を作製する、素体作製工程と、を備える、ことを特徴とするコイル部品の製造方法。
  2. 前記加工体作製工程では、プレス推力を前記コイル導体の巻回軸方向に平行な方向に加えてプレス加工を行う、請求項1に記載のコイル部品の製造方法。
  3. 前記加工体作製工程及び前記集合基体作製工程では、熱プレス加工を行う、請求項1又は2に記載のコイル部品の製造方法。
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