JP2021193716A - インダクタ - Google Patents

Abstract

【課題】大電流化に伴う接続信頼性の低下を抑制できるインダクタを提供する。【解決手段】インダクタは、導線を巻回してなる巻回部３２および引き出し部を含むコイル３０と、コイルを埋設した磁性部を含む素体１０と、素体の表面に配置され、導電性粒子および樹脂を含む導電性樹脂からなり、引き出し部に接続される外部電極とを備える。コイル３０の引き出し部の末端部３４は、素体１０の互いに対向する端面１６から露出して、導電性樹脂に被覆される。素体１０の端面１６には、引き出し部の末端部３４および磁性部で規定された凹部４２が形成され、凹部４２には導電性樹脂が充填される。【選択図】図１

Description

本発明は、インダクタに関する。

特許文献１には、コイルと、コイルを内蔵し、樹脂と磁性材料を含む封止材を用いて形成された成形体とを備える表面実装インダクタであって、コイルの引き出し端末を構成する導線の表面を成形体の表面に露出させ、導電ペーストによって形成された外部端子と接続してなる表面実装インダクタが記載されている。

特開２０１７−１２０８０９号公報

インダクタにおいては大電流化が求められている。大電流化に伴って、導電ペーストによって形成された外部端子を有するインダクタは、基板上に実装された際の接続信頼性が低下する場合があった。本発明は、大電流化に伴う接続信頼性の低下を抑制できるインダクタを提供することを目的とする。

第１態様は、導線を巻回してなる巻回部および引き出し部を含むコイルと、コイルを埋設し、磁性粉を含む磁性部を含む素体と、素体の表面に配置され、導電性粒子および樹脂を含む導電性樹脂からなり、引き出し部に接続される外部電極とを備えるインダクタである。インダクタでは、コイルの引き出し部の末端部は、素体の互いに対向する端面から露出して、導電性樹脂に被覆される。インダクタを構成する素体の端面には、引き出し部の末端部および磁性部に囲まれ、導電性樹脂が充填された凹部が設けられている。

本発明によれば、大電流化に伴う接続信頼性の低下を抑制できるインダクタを提供することができる。

実施例１のインダクタを構成する素体を上面側から見た部分透過斜視図である。 実施例１のインダクタを上面側から見た部分透過平面図である。 実施例１のインダクタを構成する素体を端面側から見た平面図である。 実施例２のインダクタを構成する素体を端面側から見た平面図である。

インダクタは、導線を巻回してなる巻回部および引き出し部を含むコイルと、コイルを埋設した磁性部を含む素体と、素体の表面に配置され、導電性粒子および樹脂を含む導電性樹脂からなり、引き出し部に接続される外部電極とを備える。コイルの引き出し部の末端部は、前記素体の互いに対向する端面から露出して、導電性樹脂に被覆される。素体の端面には、引き出し部の末端部および磁性部で規定された凹部が形成され、凹部には導電性樹脂が充填される。

インダクタでは、コイルの引き出し部の末端部が露出する素体の端面に、引き出し部の末端部を露出させる凹部が設けられ、凹部に導電性樹脂が充填されている。凹部が引き出し部の末端部の素体からの露出面積を広くすることで、コイルと外部電極との接触面積が大きくなり、電気的な接続信頼性が向上する。また、引き出し部の末端部における局所的な電流集中が緩和されて、大電流化に伴う接続信頼性の低下が抑制される。さらに、凹部に導電性樹脂が厚く充填されることで、引き出し部の末端部と外部電極との機械的な接続強度が向上し、実装後のインダクタの接続信頼性が向上する。

凹部は、コイルの巻軸方向に、前記素体の底面と上面の間に延在していてよい。凹部を簡便に形成することができ、インダクタの生産性が向上する。

凹部は、端面に直交する方向の最大深さの、端面中央部の外部電極の厚みに対する比が１以上であってよい。また、凹部は、端面に直交する方向の最大深さの端面間の距離に対する比が０．０１６以上であってもよい。凹部が所定の深さを有することで、引き出し部の末端部と外部電極との機械的な接続強度がより向上する。

素体の端面から露出する引き出し部の末端部の面積の、素体の端面の面積に対する比が０．０５以上であってよい。引き出し部の末端部の素体からの露出面積が所定の範囲であることで、引き出し部の末端部と外部電極との電気的な接続信頼性がより向上し、引き出し部の末端部における局所的な電流の集中がより緩和される。

本明細書において「工程」との語は、独立した工程だけではなく、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の所期の目的が達成されれば、本用語に含まれる。以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための、インダクタを例示するものであって、本発明は、以下に示すインダクタに限定されない。なお特許請求の範囲に示される部材を、実施形態の部材に限定するものでは決してない。特に実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図中には同一箇所に同一符号を付している。要点の説明または理解の容易性を考慮して、便宜上実施形態を分けて示すが、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能である。実施例２では実施例１と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については実施形態毎には逐次言及しない。

以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

実施例１
実施例１のインダクタを図１から図３を参照して説明する。図１はインダクタを構成する素体１０を上面側から見た部分透過斜視図である。図２はインダクタ１００を上面側から見た部分透過平面図である。図３はインダクタを構成する素体１０を端面側から見た平面図である。図１では、曲面を表すための補助線として破線を用いている部分がある。

図１および図２に示されるように、インダクタ１００は、コイル３０と、磁性粉および樹脂を含みコイル３０を埋設する磁性部とを含む素体１０と、素体１０の表面に配置されてコイル３０と電気的に接続される１対の外部電極４０とを備える。素体１０は略直方体形状を有し、実装面側の底面１２と、底面１２に対して高さ方向（Ｔ方向）で対向する上面１４と、底面１２に隣接して略直交し、互いに長さ方向（Ｌ方向）で対向する２つの端面１６と、底面１２および端面１６に隣接して略直交し、互いに幅方向（Ｗ方向）で対向する２つの側面１８とを有する。コイル３０は、導体が巻軸Ｎの周りに巻回されてなる巻回部３２および巻回部３２の最外周から引き出される一対の引き出し部を有する。コイル３０は、引き出し部の末端部３４を素体１０の端面１６に露出して素体１０に埋設される。図１に示すように素体１０の端面１６には、末端部３４の露出面積が大きくなるように末端部の巻回部側に凹部４２が設けられる。凹部４２は、導体および磁性部とで規定されている。端面１６に設けられる凹部４２の端面に直交する方向の最大深さｄは、端面間の距離Ｄに対する比（ｄ／Ｄ）として、例えば０．０１６以上であってよく、好ましくは０．０２４以上０．０３２以下である。素体１０の稜線部はそれぞれ面取りされて、素体のそれぞれの面は曲面で接続される。

インダクタ１００では、図２に示すように外部電極４０は、素体１０の底面１２、端面１６、側面１８および上面１４の５面に亘って配置され、端面１６において露出するコイル３０の引き出し部の末端部３４と接続される。また、端面１６に設けられる凹部には外部電極を形成する導電性樹脂が充填され、厚膜部４４が形成されている。外部電極４０は、銀粒子、銅粒子等の導電性粒子と結着樹脂とを含む導電性樹脂層であってよい。さらに、外部電極４０は、導電性樹脂層上に形成されるめっき層を含んでいてよい。めっき層は、例えば、ニッケルから形成される層と、その上に形成され、スズから形成される層とを含んでいてよい。外部電極が形成される領域は、素体の表面から素体を構成する樹脂の一部、磁性粉の表面を被覆する絶縁層の一部が除去された磁性粉露出領域であってもよい。磁性粉露出領域では、一部の磁性粉が連結してネットワーク構造を形成し、表面粗さが大きくなっているため、導電性樹脂層の素体への接着性が向上する。

コイル３０は、表面に被覆層を有し、導体の延伸方向（長さ方向）に直交する断面の形状が、厚みおよび幅で規定される略矩形状を有する導線を巻回して形成される。コイル３０の巻回部３２は、導体の両端が最外周部に位置し、導体の幅で規定される面の一方が外周側になり、他方の面が内周側になるようにし、導体の幅で規定される面を巻軸に対して平行にして、導体の幅で規定される面の少なくとも一部が重なるように渦巻状に巻回されるとともに、最内周部で繋り、導体の厚みで規定される面を互いに対向させた上下２段に巻回されてなる（いわゆるα巻き）。コイル３０は、巻回部３２の巻軸Ｎを素体１０の底面１２および上面１４に略直交させて素体１０に埋設される。

図３は、インダクタ１００を構成する素体１０を、巻回部３２の上段からの引き出し部の末端部３４が露出する端面側からみた平面図である。図３に示すように凹部４２は導体が端面から露出するように、導体の延伸方向に沿って設けられる。図３では凹部の素体１０の高さ方向（Ｔ）の幅は、導体の幅よりも大きくなっているが、略同一になっていてもよく、小さくなっていてもよい。素体１０の端面１６から露出する引き出し部の末端部３４の面積の、素体１０の端面１６の面積に対する比は、例えば、０．０５以上であってよく、好ましくは０．１以上０．２以下である。

素体１０の大きさは、長さＬが例えば１ｍｍ以上３．４ｍｍ以下、好ましくは１ｍｍ以上３ｍｍ以下であり、幅Ｗが例えば０．５ｍｍ以上２．７ｍｍ以下、好ましくは０．５ｍｍ以上２．５ｍｍ以下であり、高さＴが例えば０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下、好ましくは０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下である。素体の大きさとして具体的には、Ｌ×Ｗ×Ｔが例えば、１ｍｍ×０．５ｍｍ×０．５ｍｍ、１．６ｍｍ×０．８ｍｍ×０．８ｍｍ、２ｍｍ×１．２ｍｍ×１ｍｍ、２．５ｍｍ×２ｍｍ×１．２ｍｍであってよい。また、凹部の最大深さｄは、例えば、５０μｍ以上１００μｍ以下であってよい。

素体１０を構成する磁性部は、磁性粉と樹脂を含有する複合材料から形成される。磁性粉としては、Ｆｅ、Ｆｅ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｎｉ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ、Ｆｅ−Ｎｉ−Ａｌ、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｍｏ、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ、等の鉄系の金属磁性粉、他の組成系の金属磁性粉、アモルファス等の金属磁性粉、表面がガラス等の絶縁層で被覆された金属磁性粉、表面を改質した金属磁性粉、ナノレベルの微小な金属磁性粉末が用いられる。また、樹脂としては、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリアミド樹脂、液晶ポリマー等の熱可塑性樹脂が用いられる。磁性部における磁性粉の面積比率は、例えば５０％以上８５％以下、好ましくは６０％以上８５％以下または７０％以上８５％以下である。面積比率は、インダクタの中心を通り長手方向の断面の中央部の所定領域に存在する磁性粉の合計面積を、所定領域の面積で除して求めることができる。

コイルを形成する導体の厚みは例えば０．０１ｍｍ以上１ｍｍ以下であってよい。導体の幅は例えば０．１ｍｍ以上２ｍｍ以下であってよい。導体断面のアスペクト比（幅／厚み）は例えば１／１以上、または１／１以上３０／１以下であってよい。また、導体を被覆する被覆層は、厚みが、例えば２μｍ以上２０μｍ以下のポリイミド、ポリアミドイミド等の絶縁性樹脂で形成される。被覆層の表面には、熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂等の自己融着成分を含む融着層が更に設けられていてもよく、その厚みが１μｍ以上８μｍ以下に形成されていてもよい。融着層が設けられることで、巻回部の巻き解けをより効果的に抑制することができる。

素体１０の表面には、保護層が配置されていてよい。保護層は外部電極が配置される領域以外の素体の表面に配置されてよいし、引き出し部の末端部が露出する領域以外の素体の表面に配置されてもよい。保護層は例えば、樹脂を含んで構成されてよい。保護層を構成する樹脂としては、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂、アクリル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリアミド樹脂等の熱可塑性樹脂が用いられる。保護層はフィラーを含んでいてもよい。フィラーとしては酸化ケイ素、酸化チタン等の非導電性フィラーが用いられる。保護層は例えば、樹脂とフィラーを含む樹脂組成物を、素体の表面に塗布、ディップ等の手段により付与し、必要に応じて、付与された樹脂を硬化することにより形成される。保護層は、水ガラス等の無機材料から形成されてもよい。また、保護層は、磁性粉露出領域以外の領域に形成されていてもよい。

素体にはマーカー（図示せず）が付与されていてもよい。マーカーは例えば、素体の上面の、巻回部の下段から引き出し部が引き出される側に付与され、インダクタの極性を示してよい。マーカーは例えば、印刷、レーザー刻印等で付与される。

インダクタの製造方法
次にインダクタの製造方法について説明する。インダクタは、例えば、導体を巻回してコイルを形成するコイル形成工程と、形成されたコイルを、引き出し部の末端部を露出させて金属磁性粉と樹脂を含む複合材料に埋設し、金型等で加圧することにより、コイルとコイルを埋設する磁性部とからなる素体を成形する素体形成工程と、素体の表面に露出した引き出し部の末端部と接続する外部電極を形成する外部電極形成工程とを含む製造方法で製造することができる。

素体形成工程に用いられる金型には、素体の端面に設けられる凹部に対応する凸部が設けられていてよい。外部電極形成工程は、例えば、銀粒子、銅粒子等の導電性粒子と結着樹脂とを含む導電性樹脂ペーストを素体の端面に付与して樹脂を硬化することにより導電性樹脂層を形成することを含んでいてよい。このとき、導電性樹脂ペーストは素体の端面に設けられる凹部に充填されて、導電性樹脂からなる膜厚部を形成する。外部電極形成工程は、導電性樹脂層にさらにめっき処理して、導電性樹脂層上にめっき層を形成することを含んでいてもよい。形成されるめっき層は、例えば、ニッケルから形成される層と、その上に形成され、スズから形成される層とを含んでいてよい。外部電極形成工程は、外部電極の形成に先立って、外部電極が形成される領域に磁性粉露出領域を形成することをさらに含んでいてもよい。磁性粉露出領域は、例えば、素体表面へのレーザー光照射、サンドブラスト等により、素体の表面から素体を構成する樹脂の一部、磁性粉の表面を被覆する絶縁層の一部等が除去されて形成される。

実施例２
実施例２のインダクタを、図４を参照して説明する。図４はインダクタを構成する素体１１０を端面側から見た平面図である。実施例２のインダクタでは、素体の端面に設けられる凹部がコイルの巻軸方向に、素体の底面と上面の間に延在すること以外は実施例１のインダクタと同様に構成される。

実施例２のインダクタを構成する素体１１０では、引き出し部の末端部を端面から露出する凹部４６が、コイルの巻軸方向に延在し、素体の上面１４と底面１２にそれぞれ開口部を有している。凹部４６が溝状に形成されることで、凹部４６を容易に形成することができる。

上述したインダクタでは、外部電極は、素体の底面の一部、上面の一部、側面の一部および端面の５面に亘って配置されている場合を説明したが、素体の底面および端面に亘って形成されていてよい。導体の延伸方向の端面は素体の側面に露出していてもよい。導体の延伸方向に直交する断面は矩形状としたが、矩形状にかぎらず、角部が面取りされていてもよく、辺が半円、半楕円等の曲線で構成されてもよい。コイルの巻回部を巻軸方向から見た形状は、長円形以外の形状、例えば、円形状、楕円形状、面取りされた多角形状等であってもよい。素体の底面の外部電極が配置されていない領域には凹部（スタンドオフ）が形成されていてよい。素体底面に設けられる凹部は、幅Ｗ方向から見て高さＴ方向の形状が、半円形状であってもよい。

１０、１１０ 素体
３０ コイル
４０ 外部電極
１００ インダクタ

Claims (4)

1. 導線を巻回してなる巻回部および引き出し部を含むコイルと、
   前記コイルを埋設した磁性部を含む素体と、
   前記素体の表面に配置され、導電性粒子および樹脂を含む導電性樹脂からなり、前記引き出し部に接続される外部電極と、を備え、
   前記引き出し部の末端部は、前記素体の互いに対向する端面から露出して、前記導電性樹脂に被覆され、
   前記素体の端面には、前記引き出し部の末端部および磁性部で規定された凹部が形成され、前記凹部には前記導電性樹脂が充填されたインダクタ。
2. 前記凹部は、前記コイルの巻軸方向に、延在する請求項１に記載のインダクタ。
3. 前記凹部は、前記端面に直交する方向の最大深さの前記端面間の距離に対する比が０．０１６以上である請求項１又は２に記載のインダクタ。
4. 前記素体の端面から露出する前記引き出し部の末端部の面積の、前記素体の端面の面積に対する比が０．０５以上である請求項１から３のいずれかに記載のインダクタ。

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