JP2022151167A - インダクタ - Google Patents

Abstract

【課題】コア内の導線部の変形を抑えることができるインダクタを提供すること。【解決手段】磁性粉を含むコア３０に導体２０が埋設されたインダクタ１であって、前記コア３０は、実装時に実装基板の側に向けられる実装面１０と、前記実装面１０に直交する一対の端面１４と、を備え、前記コア３０の内部を前記一対の端面１４に亘って延びる導線部２２と、前記一対の端面１４のそれぞれから導出され、当該端面１４及び前記実装面１０に沿って延びる電極部２４と、を備え、前記導線部２２は、補強部６０を有する。【選択図】図５

Description

本発明は、インダクタに関する。

特許文献１は、「磁性体粉を含有する複合材料からなる成型体と、成型体に埋設される第１金属板部および第１金属板部の端部から成型体外に延伸する第２金属板部を含む金属板と、を備え、第２金属板部は、成型体の側面または実装面側から引き出され、屈曲部を有して成型体に沿って配置され、少なくとも成型体の実装面側に配置される外部端子を形成する表面実装インダクタ」を開示する。

特開２０１９－１５３６４２号公報

特許文献１のように、線状に延びる導線部をコアに埋設した構成のインダクタにおいて、コアの成型時などに導線部に変形が生じると、インダクタンス値や直流重畳電流などの特性の劣化を招く。

本発明は、コア内の導線部の変形を抑えることができるインダクタを提供することを目的とする。

本発明の一態様は、磁性粉を含むコアに導体が埋設されたインダクタであって、前記コアは、実装時に実装基板の側に向けられる実装面と、前記実装面に直交する一対の端面と、を備え、前記コアの内部を前記一対の端面に亘って延びる導線部と、前記一対の端面のそれぞれから導出され、当該端面及び前記実装面に沿って延びる電極部と、を備え、前記導線部は、補強部を備えることを特徴とする。

本発明によれば、コア内の導線部の変形を抑えることができる。

本発明の実施形態に係るインダクタを上面の側から視た斜視図である。 インダクタの側面を視た平面図である。 インダクタの端面を視た平面図である。 インダクタの実装面を視た平面図である。 インダクタの内部構成を示す透視斜視図である。 インダクタの製造工程の概要図である。 インダクタのＬＴ断面図である。 ＬＴ断面における導線部の高さ位置と、インダクタンス値との関係を示す図である。 インダクタのＷＴ断面図である。 インダクタを側面（ＬＴ面）から撮影したＸ線写真である。 インダクタンス値の測定結果を示す図である。 本発明の変形例に係るインダクタの内部構成を示す透視斜視図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は本実施形態に係るインダクタ１を上面１２の側から視た斜視図である。図２はインダクタ１の側面１６を視た平面図、図３はインダクタ１の端面１４を視た平面図、図４はインダクタ１の実装面１０を視た平面図である。
本実施形態のインダクタ１は、表面実装型の電子部品として構成されており、略直方体形状の素体２と、当該素体２の表面に設けられた一対の外部電極４とを備えている。
以下、素体２において、実装時に図示しない実装基板に向けられる面を実装面１０（図４）と定義し、実装面１０に対向する面を上面１２と言い、実装面１０に直交する一対の面を端面１４と言い、これら実装面１０、及び一対の端面１４に直交する一対の面を側面１６と言う。
また、図１に示すように、実装面１０から上面１２までの距離を素体２の厚みＴと定義し、一対の側面１６の間の距離を素体２の幅Ｗと定義し、一対の端面１４の間の距離を素体２の長さＬと定義する。

図５はインダクタ１の内部構成を示す透視斜視図である。
素体２は、導体２０と、当該導体２０が埋設された略直方形状のコア３０と、を備え、かかる導体２０をコア３０に封入した導体封入型磁性部品として構成されている。

コア３０は、磁性粉と樹脂を混合した混合粉を、導体２０を内包した状態で加圧及び加熱することで略直方体形状に圧縮成型された成型体である。コア３０の表面には、コア３０の内部よりも酸化された酸化絶縁膜がある。また本実施形態の混合粉には、磁性粉及び樹脂以外に硫酸バリウムが滑剤として混合されている。

本実施形態の混合粉は、磁性粉に対する樹脂量が約３．１ｗｔ％となっている。
また本実施形態の磁性粉は、平均粒径が比較的大きな大粒子の第１磁性粒子と、平均粒径が比較的小さな小粒子の第２磁性粒子との２種の粒度の粒子を含み、圧縮成型時において、大粒子の第１磁性粒子の間に、小粒子である第２磁性粒子が樹脂とともに入り込むことでコア３０の充填率を大きくし、また透磁率も高めることができる。

ここで、第１磁性粒子と第２磁性粒子との配合比（重量比）は、７０:３０から８５:１５、好ましくは７０:３０から８０:２０であり、本実施形態では７５：２５となっている。
また、第１磁性粒子と第２磁性粒子の平均粒径の比は５．０以上であることが好ましい。
なお、磁性粉が第１磁性粒子と第２磁性粒子の間の平均粒径の粒子を含むことで、３種以上の粒度の粒子を含んでもよい。

本実施形態において、第１磁性粒子及び第２磁性粒子はいずれも、金属粒子と、その表面を覆う絶縁膜とを有した粒子であり、金属粒子にはＦｅ－Ｓｉ系アモルファス合金粉が用いられ、絶縁膜にはリン酸亜鉛が用いられている。金属粒子が絶縁膜で覆われることで、絶縁抵抗と耐電圧とが高められる。

なお、第１磁性粒子において、金属粒子には、ＣｒレスのＦｅ－Ｃ－Ｓｉ合金粉、Ｆｅ－Ｎｉ－Ａｌ合金粉、Ｆｅ－Ｃｒ－Ａｌ合金粉、Ｆｅ－Ｓｉ－Ａｌ合金粉、Ｆｅ－Ｎｉ合金粉、Ｆｅ－Ｎｉ－Ｍｏ合金粉を用いてもよい。

また、第１磁性粒子及び第２磁性粒子において、絶縁膜には、他のリン酸塩（リン酸マグネシウム、リン酸カルシウム、リン酸マンガン、リン酸カドミウムなど）、又は、樹脂材料（シリコーン系樹脂、エポキシ系樹脂、フェノール系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリフェニレンサルファイド系樹脂など）を用いてもよい。

本実施形態の混合粉において、樹脂の材料には、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂を主剤としたエポキシ樹脂が用いられている。
なお、エポキシ樹脂は、フェノールノボラック型エポキシ樹脂であってもよい。
また、樹脂の材料は、エポキシ樹脂以外であってもよく、また、１種ではなく２種以上であってもよい。例えば、樹脂の材料には、エポキシ樹脂の他にも、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などの熱硬化性樹脂を用いることができる。

導体２０は、図５に示すように、コア３０の内部を一対の端面１４に亘って延びる導線部２２と、当該導線部２２の両端に一体形成された電極部２４と、を備えている。
電極部２４は、その表面２４Ａがコア３０の端面１４及び実装面１０のそれぞれから露出し、実装性を確保するために、それらの表面２４Ａにニッケル（Ｎｉ）めっき、及びスズ（Ｓｎ）めっきが順に施されことで上記外部電極４が構成されている。そして、実装面１０に構成された外部電極４が回路基板の配線に、はんだなどの適宜の実装手段によって電気的に接続される。

本実施形態において、図１から図５に示すように、導体２０の電極部２４は、実装面１０及び端面１４において、概ね表面２４Ａのみを露出させた状態でコア３０に埋もれ、コア３０からの突出量が抑えられるように構成されている。これにより、電極部２４の突出を殆ど考慮する必要がないため、コア３０をインダクタ１の規定サイズと同程度まで大きくすることができ、小型かつ低背でありながらも高性能なインダクタ１を実現できる。

コア３０の幅Ｗの方向における導線部２２の長さを導線部幅ＷＡと定義し、電極部２４の長さを電極幅ＷＢと定義すると、本実施形態の電極部２４の電極幅ＷＢは、図５に示すように、導線部幅ＷＡよりも広くなっており、直流抵抗の低抵抗化が図られている。

かかる電極部２４は、コア３０の長さＬ及び厚みＴのそれぞれの方向を含むＬＴ面でのＬＴ切断面において略Ｌ字状に形成されている。
詳細には、電極部２４は、導線部２２の端部２２Ａで略垂直に折れ曲がって延びる第１電極部２６と、当該第１電極部２６の下端部２６Ａで略垂直に折れ曲がって延びる第２電極部２７とを有し、これら第１電極部２６及び第２電極部２７がＬ字形状を構成している。そして、これら第１電極部２６及び第２電極部２７の表面２４Ａがコア３０の端面１４及び実装面１０から露出し、外部電極４を構成している。
かかる電極部２４によれば、導線部２２と電極部２４（外部電極４）とを別体で構成した場合に比べ、外部電極４のうち、主に電流が流れる低電気抵抗な領域である導線部２２と電極部２４（外部電極４）との間に接合面が存在しないため抵抗値を抑えることができ、大きな電流を流すことができる。
さらに本実施形態の導体２０はタフピッチ銅から形成されており、より大きな電流を流すことを可能にしている。

本実施形態のインダクタ１は、上記の構成を基本として、長さＬが約２．５ｍｍ、幅Ｗが約２．０ｍｍ、厚みＴが約１．０ｍｍのサイズにおいて、インダクタンス値が約１０ｎＨ以上であり、直流抵抗が約０．８５ｍΩ以下、温度上昇定格電流が１５Ａ以上（ただし４０度の温度上昇時）、直流重畳電流が１５Ａ以上（ただし周波数が１ＭＨｚ）の性能を実現可能となっている。

かかるインダクタ１は、コンデンサとスイッチとによって電圧を昇圧するチャージポンプ方式のＤＣＤＣコンバータ及びＬＣフィルタを有した電源回路や、高周波回路のインピーダンス整合用コイル（マッチングコイル）として用いられ、パソコン、ＤＶＤプレーヤー、デジカメ、ＴＶ、携帯電話、スマートフォン、カーエレクトロニクス、医療用・産業用機械などの電子機器に用いられる。ただし、インダクタ１の用途はこれに限られず、例えば、同調回路、フィルタ回路や整流平滑回路などにも用いることもできる。

なお、インダクタ１において、外部電極４の範囲を除く素体２の表面全体に、素体保護層を形成してもよい。素体保護層の材料には、例えばエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂、又は、ポリエチレン樹脂、ポリアミド樹脂等の熱可塑性樹脂を用いることができる。なお、これらの樹脂は酸化ケイ素、酸化チタン等を含むフィラーを更に含んでいても良い。

図６は、インダクタ１の製造工程の概要図である。
同図に示すように、インダクタ１の製造工程は、導体部材成型工程、素体用タブレット成型工程、第１タブレット挿入工程、第２タブレット配置工程、熱成型・硬化工程、バレル研磨工程、前処理工程、及び、めっき工程を含んでいる。

導体部材成型工程は、上記導体２０を成型する工程である。
本実施形態では、先ず、所定厚みの銅板の打抜加工によって所定形状の銅片が形成され、次いで、この銅片の折曲加工によって上記導体２０が形成される。このとき、電極部２４の第１電極部２６及び第２電極部２７も折曲加工される。すなわち、この導体部材成型工程により、上記導線部２２及び電極部２４を一体に有し、なおかつ、コア３０に埋設される前に、電極部２４の第１電極部２６及び第２電極部２７も予め成型された（すなわちプリフォーミングされた）導体２０が形成される。

タブレット成型工程は、第１タブレット４０及び第２タブレット４２の２つの予備成型体を成型する工程である。
予備成型体は、素体２の材料である上記混合粉を加圧することで、取り扱いが容易な固形状に成型したものである。第１タブレット４０及び第２タブレット４２はそれぞれ、導体２０の導線部２２の下側及び上側に配置される予備成型体であり、いずれも略板状に成型されている。

第１タブレット挿入工程は、成型金型に導体２０をセットした後、当該導体２０の導線部２２の下側であって、一対の電極部２４の間に第１タブレット４０を挿入する工程である。より詳細には、導体２０は、導線部２２の両側の端部２２Ａに、ＬＴ断面においてＬの字状を成す電極部２４が設けられることで、このＬＴ断面の形状が略Ｃの字状を成しており、これら導線部２２及び一対の電極部２４で包囲される空間内に、第１タブレット４０が挿入される。
第２タブレット配置工程は、導体２０の導線部２２の上に第２タブレット４２を載せる工程である。

熱成型・硬化工程は、成型金型にセットした第１タブレット４０及び第２タブレット４２に熱を加えながら、第１タブレット４０と第２タブレット４２の重なり方向に加圧し、これらを硬化させることとで、第１タブレット４０、導体２０、及び第２タブレット４２を一体化する。これにより、導体２０を内包した成型体が成型される。
上述の通り、導線部２２及び一対の電極部２４で包囲される空間内に第１タブレット４０を収めた状態で成型されるため、導線部２２が成型体に埋設され、第１電極部２６及び第２電極部２７からなる電極部２４の表面がコア３０と概ね面一に露出した成型体が得られる。また、電極部２４の第１電極部２６及び第２電極部２７は、事前の上記導体部材成型工程で形成されているため、成型後の成型体に対し、これら第１電極部２６及び第２電極部２７を形成するための加工が不要となる。

バレル研磨工程は、この成型体をバレル研磨する工程であり、当該工程により、成型体の角部へのＲ付けが行われる。

前処理工程は、電極部２４の表面２４Ａに、めっきを施すために行われる前処理であり、加熱工程と洗浄工程とを含んでいる。
加熱工程は、バレル研磨後の成型体を加熱して、成型体の表面を酸化させる工程である。
洗浄工程は、電極部２４（導体２０）の部材のみを溶解する液剤に成型体を浸すことで（すなわちウエットエッチングすることで）、電極部２４の表面２４Ａを洗浄する工程である。
また、めっき工程は、バレルめっきによって、電極部２４の表面２４Ａにニッケル（Ｎｉ）めっき、及びスズ（Ｓｎ）めっきを順に施す工程である。ここで、成型体の表面が上記加熱工程において酸化さることで、めっき工程において、電極部２４の表面２４Ａから成型体の表面にまで、めっきが伸びる、いわゆる「めっき伸び」の発生が抑えられる。

次いで、インダクタ１の内部構成について詳述する。

図７は、インダクタ１のＬＴ断面図である。
インダクタ１（コア３０）のＬＴ断面形状は、上記厚みＴを短辺とし、上記長さＬを長辺とした略矩形状である。
また導体２０は、実装時の底面に相当する実装面１０に略平行に、長さＬの方向に向かって直線状に延びる導線部２２と、当該導線部２２の両側の端部２２Ａに繋がる電極部２４とを備え、当該電極部２４が端面１４及び実装面１０に沿って延在することで、導体２０は、ＬＴ断面において、実装面１０の側で開放した略Ｃの字状形状を成している。

図８は、ＬＴ断面における導線部２２の高さ位置と、インダクタンス値との関係を示す図である。
図８はシミュレーション解析の結果であり、横軸は導線部２２の高さ位置を第１寸法Ｓ１と第２寸法Ｓ２との比によって示したものである。第１寸法Ｓ１は、図７に示すように、実装面１０から導線部２２の底面２２Ｂまでの距離であり、第２寸法Ｓ２は、上面１２から導線部２２の底面２２Ｂまでの距離である。
また図８の縦軸において、「ΔＬ値」は、最大インダクタンス値からの減少値を意味し、「Ｌ値ｍａｘ」は最大インダクタンス値を意味している。

図８に示されるように、インダクタンス値は、導線部２２の高さ位置を変数として上に凸な二次関数的に変化し、所定高さ位置Ｋで最大インダクタンス値が得られることが分かる。そして本実施形態では、この所定高さ位置Ｋに導線部２２が配置されるようにコア３０及び導体２０の各寸法が設計されている。

しかしながら、コア３０の成型時に導線部２２が図７に仮想線で示すように弓形に変形することで、導線部２２が所定高さ位置Ｋからずれてしまい、インダクタンス値が減少し、また直流重畳電流も減少する場合がある。

詳述すると、本実施形態のインダクタ１の成型は、次のように行われる。すなわち、前掲図６に示したように、先ず、第１タブレット挿入工程、及び第２タブレット配置工程において、電極部２４がプリフォーミングされた導体２０の上下に第１タブレット４０及び第２タブレット４２が配置され、その後の熱成型・硬化工程において、第１タブレット４０及び第２タブレット４２の重なり方向に圧力が加えられる。この加圧によって第１タブレット４０及び第２タブレット４２が崩れ、それぞれを構成する混合粉が成型金型のキャビティ内の空隙を埋めるように流動する。

一方、本実施形態において、導体２０の下側に配置される第２タブレット４２は、導線部２２と一対の電極部２４とで包囲される空間内に確実に挿入可能にするため、当該空間との間に若干の空隙が生じるサイズに予め形成されている。このため、導線部２２の上側よりも下側に比較的多くの空隙が存在しており、加圧時には、導線部２２の上側から下側に向かう混合粉の流動が発生する。かかる流動が導線部２２に作用することで、図７に仮想線で示すように、導線部２２が下方の実装面１０の側に向けて弓形に変形することとなる。

なお、電極部２４がプリフォーミングされていない導体２０、すなわち、導線部２２の端部２２Ａが折り曲げられていない状態の導体２０が成型の際に用いられる場合、第２タブレット４２のサイズを小さくする必要がない。したがって、この場合、本実施形態に比べて第２タブレット４２のサイズを適宜に大きくすることで、導線部２２の上側、及び下側の空隙の差を無くし、導線部２２に弓形変形が生じるほどの流動を生じさせないようにできる。ただし、プリフォーミングされていない導体２０を成型に用いる場合には、コア３０の成型後に導体２０の電極部２４を折曲加工して第１電極部２６及び第２電極部２７を形成することになるため、第１電極部２６及び第２電極部２７がコア３０の表面から突出し、第１電極部２６及び第２電極部２７の厚み（導体２０の板厚）の分だけインダクタ１が大型化し、小型化が困難になる。

そこで、本実施形態の導体２０は、電極部２４が形成された状態であっても、加圧時の混合粉の流動に対して導線部２２が弓形に変形し難くするために、単なる板形状よりも高い剛性が得られるように構成されている。

図９は、インダクタ１のＷＴ断面図である。
ＷＴ断面は、コア３０の幅Ｗ及び厚みＴのそれぞれの方向を含むＷＴ面での切断面であり、導線部２２のＷＴ断面は、当該導線部２２の延在方向（本実施形態では、インダクタ１の長さＬの方向に同じ）に直交する面で切断した断面（すなわち横断面）である。
導線部２２は、補強部６０を有する。補強部６０は、素体の上下方向への導線部２２の撓みを小さくするためのものであり、導線部２２の延在方向に沿って延びている。
図９に示すように、かかる補強部６０は、曲げ加工によりＶ字状に形成されている。これにより、単なる矩形状である場合に比べ、高い剛性が得られるようになっている。
なお、導線部２２は、上面１２から視た平面視において、補強部６０の形成後の導線部幅ＷＡが所定値になるように、補強部６０の形成前の状態では当該所定値よりも幅が広くなっている。
また、図６においては、図面が煩雑になるのを防止するために、導線部２２の補強部６０の図示を省略している。

かかる補強部６０は、ＷＴ断面において、コア３０の上面１２の側に凸形状を成している。補強部６０がコア３０の上面１２の側に凸形状となることで、導体２０の上側から下側への混合粉の流動に対して変形し難くなる。加えて、補強部６０が実装面１０の側に凸の構成に比べ、第１タブレット挿入工程において補強部６０が第１タブレット４０に干渉してしまい、当該第１タブレット４０が挿入し難くなったり、第１タブレット４０のサイズの更なる縮小化を余儀なくされる、といったこともない。
なお、補強部６０のＷＴ断面形状は、頂点６０Ｔが弧状のＵの字状でもよい。

かかる補強部６０は、前掲図５に示すように、導線部２２の全長の略全部に亘って形成されており、混合粉の流動に対して十分な剛性が得られている。なお、十分な剛性が得られる限りにおいて、導線部２２の全長の一部に補強部６０を設けてもよい。

図１０はインダクタ１を側面１６（ＬＴ面）から撮影したＸ線写真であり、図１１はインダクタンス値の測定結果を示す図である。
図１０に示すように、導線部２２が補強部６０を有していない場合、製造後のインダクタ１は導線部２２が弓形に顕著に変形しているのに対して、導線部２２が補強部６０を有している場合、導線部２２の弓形変形が抑えられている。また図１１に示すように、導線部２２が補強部６０を有する場合、導線部２２の弓形変形が抑えられることで、導線部２２が補強部６０を有していない場合に比べ、インダクタンス値が高い値に維持されている。

本実施形態によれば次の効果を奏する。

本実施形態のインダクタ１は、磁性粉を含むコア３０に導体２０が埋設されたインダクタ１であって、導体２０は、コア３０の内部を一対の端面１４に亘って延びる導線部２２と、端面１４のそれぞれから導出され、当該端面１４及び実装面１０に沿って延びる電極部２４と、を備え、導線部２２はＷＴ断面（横断面）内に補強部６０を有している。
この構成によれば、導線部２２のＷＴ断面形状が単なる矩形状である場合に比べ、剛性が高められ、成型時の弓形変形を抑えることができる。

本実施形態のインダクタ１において、上記補強部６０は、ＷＴ断面においてコア３０の上面１２の側に凸の形状を成している。
これにより、導体２０の上側から下側への混合粉（磁性粉）の流動に対して変形し難くなる。
また、補強部６０が実装面１０の側に凸の構成に比べ、第１タブレット挿入工程において補強部６０が第１タブレット４０に干渉してしまい、当該第１タブレット４０が挿入し難くなったり、第１タブレット４０のサイズの更なる縮小化を余儀なくされる、といったこともない。

本実施形態のインダクタ１において、上記補強部６０のＷＴ面形状が逆Ｖの字状、または逆Ｕの字状であるため、導体２０をプリフォーミングする導体部材成型工程（図６）において、導線部２２への曲げ加工によって簡単に補強部６０を形成できる。

なお、上述した実施形態は、あくまでも本発明の一態様の例示であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲において任意に変形、及び応用が可能である。

上述した実施形態のインダクタ１において、実装面１０から導線部２２までの距離が所定高さ位置Ｋに対応する第１寸法Ｓ１（図７）となる限りにおいて、実装面の補強部６０がＷＴ断面において実装面１０の側に凸の形状であってもよく、具体的には、補強部６０はＷＴ断面形状がＶの字状またはＵの字状であってもよい。
また、図１２に示すように、導線部２２の補強部６０は、導線部２２の幅方向の両側の縁の両方又は一方（図示例では両方）から延出した延出部２２Ｃを備え、当該延出部２２Ｃによって導線部２２の撓みを抑えてもよい。

上述した実施形態における水平、及び垂直等の方向や各種の数値、形状、材料は、特段の断りがない限り、それら方向や数値、形状、材料と同じ作用効果を奏する範囲（いわゆる均等の範囲）を含む。

１ インダクタ
２ 素体
４ 外部電極
１０ 実装面
１２ 上面
１４ 端面
１６ 側面
２０ 導体
２２ 導線部
２４ 電極部
３０ コア
４０ 第１タブレット
４２ 第２タブレット
６０ 補強部

Claims (4)

1. 磁性粉を含むコアに導体が埋設されたインダクタであって、
   前記コアは、
   実装時に実装基板の側に向けられる実装面と、前記実装面に直交する一対の端面と、を備え、
   前記コアの内部を前記一対の端面に亘って延びる導線部と、
   前記一対の端面のそれぞれから導出され、当該端面及び実装面に沿って延びる電極部と、
   を備え、
   前記導線部は、補強部を備える
   ことを特徴とするインダクタ。
2. 前記コアは、
   前記実装面に対向する上面を備え、
   前記補強部は、
   前記導線部の横断面において前記コアの前記上面の側に凸の形状を含む
   ことを特徴とする請求項１に記載のインダクタ。
3. 前記補強部は、
   前記導線部の横断面においてＶの字状、またはＵの字状の形状を含む
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のインダクタ。
4. 前記補強部は、
   前記導線部の幅方向の縁から延出した延出部を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載のインダクタ。

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