JP2023552401A - 一体同時焼成のインダクタ及びその作製方法 - Google Patents

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Abstract

本明細書は、一体同時焼成のインダクタ及びその作製方法を公開し、前記作製方法は、金型キャビティに磁粉を充填し、磁粉に少なくとも１本の導線を埋め込み、導線の両端が金型キャビティから張り出してから、順次にプレス成形と熱処理を行って磁芯を得て、磁芯の外に張り出した導線を折り曲げて錫を塗布した後、前記同時焼成のインダクタを得ることを含む。本発明に係る作製方法は一体成形プロセスを採用してインダクタを作製し、余分なモジュールの組立工程を避け、一体成形後に熱処理を行い、応力を十分に放出し、材料のヒステリシスロスを低減し、軽負荷の際に、デバイスの損失を低減し、導線と磁芯との間に余分な空隙がなく、磁芯にエアギャップを均一に分布させ、渦電流損失による振動雑音を低減する。【選択図】図１

Description

本発明は、インダクタ製造の技術分野に属し、一体同時焼成のインダクタ及びその作製方法に関する。
近年、移動機器、家電、自動車、工業機器、データセンターサーバ、通信基地局サーバなどの機器の大規模な使用に伴って、エネルギー消費が重要な考慮事項となっている。モジュールの小型化、多機能、高機能化、省電力化が進み、搭載される電子素子には小型・薄型化、且つ高性能化がさらに要求されている。ＤＣ－ＤＣ変換器における効率を向上させ、発熱を低減させることは、電子素子の小型化の重要な条件である。特に、コア電源回路は、ＤＣ－ＤＣ変換器ＩＣの高速変換、及び使用されるインダクタの低抵抗化の更なる発展に伴い、小型・薄型化、低直流抵抗、大電流対応、高信頼性がますます要求されている。
現在、第３世代半導体をパワーデバイスに用いることが主流になりつつあり、特に窒化ガリウム（ＧａＮ）と炭化シリコン（ＳｉＣ）の技術はすでに比較的成熟しており、耐高温、耐高圧、耐大電流の高周波ハイパワーデバイスの製造に適している。ここで、パワー半導体はその主な応用分野となる。窒化ガリウムは高周波回路においては利点が顕著であり、現在のモバイル通信においては有力な競合相手となっている。現在、主な運用場合は主に基地局端電力増幅器、航空宇宙などの軍用分野に集中するとともに、民生電子分野にも徐々に進出している。ハイパワー、高効率特性を備えることにより、既定のパワーレベルでより小さな体積を実現させることができるため、電源急速充電製品では応用される。また、炭化シリコン材料の物理的性能はシリコンなどの材料より優れ、炭化シリコン単結晶の禁制帯幅はシリコン材料の禁制帯幅の約３倍、熱伝導率はシリコン材料の３．３倍、電子飽和速度はシリコンの２．５倍、破壊電界強度はシリコンの５倍であり、高温、高圧、高周波、ハイパワー電子デバイスにおいて、替えられえない利点がある。炭化シリコンのパワー半導体はテスラなどの高級車市場での応用が成功にするにつれて、未来の自動車分野は炭化シリコンの発展の主な原動力となる。
パワー半導体は、電子装置における電気エネルギーの変換や回路制御のコアであり、電子装置における電圧、周波数、直流交流変換などの機能を実現するコアパーツである。パワーＩＣ、ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ、ダイオードは、４種類の最も広く使われているパワー半導体製品である。パワー半導体と協調作用して電源の電気エネルギー変換効率が向上させるインダクタ・コンデンサなどの電子部品は、同様に第３世代半導体の発展傾向に合わせる必要がある。高周波、大電流、高飽和電流、高信頼性のインダクタも高効率電源の必要な構成部分である。
従来の耐大電流インダクタでは、一般的には軟磁性材料をディスクリートなモジュールにし、コイルを磁芯上に置き、エアギャップを設置することによりインダクタデバイスの高飽和重畳電流を実現する。この態様のインダクタは、エアギャップと組織の開設が必要で、サイズが比較的大きいことが多く、特に厚さ方向は３ｍｍを超え、さらに７ｍｍに達することが多い。これはソフトフェライト材料自体の特性によるものであり、透磁率は高いが、その飽和磁束密度が低いため、外電界で飽和しやすい、耐飽和電流能力を高めるために、エアギャップを開設して有効透磁率を低減する必要がある。増加したエアギャップはデバイスのサイズを増加させるとともに、製造プロセスで組立と公差整合が必要で、製品生産の歩留まりに一定の影響を与える。
金属磁性粉末芯材料は、その高い飽和磁束密度、高い温度安定性、耐衝撃、低騒音の特性から、ここ数年で急速に発展しており、特に一体成形インダクタ分野において、ＦｅＳｉＣｒ、カルボニル鉄、鉄ニッケルなどの金属軟磁材料での応用が飛躍的に進んでいる。一体成形インダクタは金属軟磁材料を採用し、コイルを金属粉芯に置いた後に一体成形される。
ＣＮ２０５２３０７７０Ｕはスタンド薄型大電流インダクタを開示し、当該インダクタは上磁芯と、下磁芯と、及び上磁芯と下磁芯との間に設置するインダクタコイルとを含み、前記インダクタコイルは、平角型金属銅線で巻かれた後、張り出された上下２つの平角型ピンが９０度に折り曲げられ向かい合う方向となって、前記上磁芯が直方体で、下磁芯にはインダクタコイルを収納する凹溝が設けられ、凹溝の中部にインダクタコイルを固定するための位置決め柱が１つ設けられる。このようなインダクタ素子は、巻線を理由に、コイルはエナメル線を採用する必要があり、成型圧力が過大になりにくく、それでなければコイルの絶縁層が破壊されて層間短絡を引き起こしやすくなる。また、成型圧力による応力のため、磁芯材料に応力異方性が生じて、材料のヒステリシスロスを増加させる。そこで、ＤＵＩ型インダクタ製品も開発され、すなわち、金属の粉芯をＵ片とＩ片にして、焼成して磁性粉芯にした後、その間に平角銅線を挟んで、インダクタに組み立てる。
ＣＮ１１０７１８３５９Ａは、表面に貼り付けて一体成形インダクタの製造構造及びその方法を開示し、当該構造は磁性粉末と熱硬化性樹脂との混合物を採用して２組の完全に同様なプラテン本体にプレ成型したプラテン本体を有し、そのプラテン本体は圧合面を有し、具体的には、圧合面は両側が高く、中間が低い。成型金型で、２組のプラテン本体をそれぞれ内蔵コイルの真上と真下に置き、プラテン本体の圧合面は内蔵コイルに向き、内蔵コイルの両極はそれぞれプラテン本体の両端部の範囲を超え、加圧及び/又は加熱を行い、２組のプラテン本体と内蔵コイルとを素材に一体成形する。成型後に内蔵コイルの両極が素材の外部に露出し、素材の両端に外部電極が形成される。
しかし、このようにインダクタを作るには、いくつかのモジュールを組み合わせる必要があり、コイルと磁芯との間にエアギャップが余分に導入されやすくなり、有效透磁率を低下させる。また、あるモジュールは薄いシートを作る必要があるので、製品の成型精度が十分でなく、磨き加工が必要で、プロセスのコストが高くなり、製品の歩留まりを低減する。
以下は、本明細書で詳細に説明する趣旨の概要である。この概要は、請求項の保護範囲を限定するためのものではない。
従来の技術の不足について、本発明は、一体同時焼成のインダクタ及びその作製方法を提供することを目的とし、本発明に係る作製方法は、一体成形プロセスによりインダクタを作製し、余分なモジュールの組立工程を避け、一体成形後に熱処理を行い、応力を十分に放出させ、材料のヒステリシスロスを低減させ、軽負荷の際にデバイスの損失を低減させ、導線と磁芯との間に余分な空隙がなく、磁芯にエアギャップを均一に分布させ、渦電流損失による振動雑音を低減する。
この目的を達成するために、本発明は以下の技術態様を採用する。
第一側面では、本発明は、金型キャビティに磁粉を充填し、磁粉に少なくとも１本の導線を埋め込み、導線の両端が金型キャビティから張り出してから、順次プレス成形と熱処理を行って磁芯を得て、磁芯の外に張り出す導線を折り曲げて錫を塗布した後、前記同時焼成のインダクタを得る、ことを含む、一体同時焼成のインダクタの作製方法を提供する。
本発明に係る作製方法は一体成形プロセスを採用してインダクタを作製し、余分なモジュールの組立工程を避け、一体成形後に熱処理を行い、応力を十分に放出し、材料のヒステリシスロスを低減し、軽負荷の際に、デバイスの損失を低減し、導線と磁芯との間に余分な空隙がなく、磁芯にエアギャップを均一に分布させ、渦電流損失による振動雑音を低減する。
本発明の好ましい技術態様として、前記導線は漆により被覆されない線となる裸線である。
好ましくは、前記導線は銅線である。
好ましくは、前記導線は長方形断面の平角導線である。
好ましくは、前記導線の形状は、直導線又は異形導線である。
好ましくは、前記異形導線の形状は、Ｓ形、Ｌ形、Ｕ形、Ｗ形又はＥ形を含む。
好ましくは、前記導線は、水平面で並んで間隔を隔てて磁粉内部に敷設される。
本発明により設計するインダクタは、低直流抵抗が要求され、且つ銅線が金属軟磁性材料とともに高温熱処理を行う必要があって、漆により被覆されない平角銅導線を採用し、高温熱処理を行うことにより、粉芯の損失をさらに低減することができ、必要に応じて銅線の形状を設計することもでき、Ｉ形、Ｓ形、Ｌ形、Ｕ形、Ｗ形及びＥ形などを含む。１つの金型で１個ずつの成型するプロセスをしてもよく、導線ラックで固定されるように連列式プレス成型をしてもよい。
本発明の好ましい技術態様として、前記プレス方式は熱圧又は冷圧である。
造粒粉の特性とインダクタの必要に応じて、熱圧成型の方式を採用してもよい。熱圧成型時に必要な圧力はより小さく、熱圧成型された後に磁芯と導線がより密接に接触され、且つ必要な圧力はより小さいが、熱圧はプレス効率の低下をもたらす。
好ましくは、前記熱圧圧力は８００ＭＰａ／ｃｍ２以上であり、例えば８００ＭＰａ／ｃｍ２、８１０ＭＰａ／ｃｍ２、８２０ＭＰａ／ｃｍ２、８３０ＭＰａ／ｃｍ２、８４０ＭＰａ／ｃｍ２、８５０ＭＰａ／ｃｍ２、８６０ＭＰａ／ｃｍ２、８７０ＭＰａ／ｃｍ２、８８０ＭＰａ／ｃｍ２、８９０ＭＰａ／ｃｍ２又は９００ＭＰａ／ｃｍ２であってもよいが、これらに限定されず、当該数値範囲内の他の未例示数値は同様に適用され、さらに好ましくは２０００ＭＰａ／ｃｍ２である。
本発明においては、エナメル線の制限がないため、磁粉の成型圧力を採用し、より高い密度の磁芯を得ることができ、好ましくは、圧力は８００ＭＰａ／ｃｍ２より大きく、２０００ＭＰａ／ｃｍ２までに達することができ、金型の寿命とプレス機の能力に応じて、インダクタに適す最適の圧力を選択する。
好ましくは、前記熱圧温度は９０～１８０℃であり、例えば９０℃、１００℃、１１０℃、１２０℃、１３０℃、１４０℃、１５０℃、１６０℃、１７０℃又は１８０℃であってもよいが、これらに限定されず、当該数値範囲内の他の未例示数値は同様に適用される。
好ましくは、前記熱圧時間は５～１００ｓであり、例えば、５ｓ、１０ｓ、２０ｓ、３０ｓ、４０ｓ、５０ｓ、６０ｓ、７０ｓ、８０ｓ、９０ｓ又は１００ｓであってもよいが、これらに限定されず、当該数値範囲内の他の未例示数値は同様に適用される。
好ましくは、前記熱処理はアニール処理である。
好ましくは、前記熱処理プロセスを保護性雰囲気で行う。
好ましくは、前記保護性雰囲気に採用されるガスは窒素ガス及び／又は不活性ガスである。
好ましくは、前記熱処理温度は６５０～８５０℃であり、例えば６５０℃、６６０℃、６７０℃、６８０℃、６９０℃、７００℃、７１０℃、７２０℃、７３０℃、７４０℃、７５０℃、７６０℃、７７０℃、７８０℃、７９０℃、８００℃、９１０℃、９２０℃、９３０℃、９４０℃又は９５０℃であってもよいが、これらに限定されず、当該数値範囲内の他の未例示数値は同様に適用される。
好ましくは、前記熱処理時間は３０ｍｉｎ～５０ｍｉｎであり、例えば、３０ｍｉｎ、３２ｍｉｎ、３４ｍｉｎ、３６ｍｉｎ、３８ｍｉｎ、４０ｍｉｎ、４２ｍｉｎ、４４ｍｉｎ、４６ｍｉｎ、４８ｍｉｎ又は５０ｍｉｎであってもよいが、これらに限定されず、当該数値範囲内の他の未例示数値は同様に適用される。
本発明は、プレスされた未焼素材インダクタを熱処理して磁芯を緻密化し、より高い飽和磁束密度、より高い透磁率及びより低い損失を得るとともに、インダクタ素子の強度を向上させる。異なる材料に対して異なる熱処理温度を選択する。例えば、ＦｅＳｉＢ、ＦｅＳｉＢＣｒ、ＦｅＮｉＳｉＢＰＣなどのアモルファス金属軟磁性粉については、熱処理温度が粉末の結晶化温度を超えることができない。ナノクリスタル金属軟磁性合金粉については、熱処理温度は結晶化温度より高いが、結晶粒成長温度を超えてはならず、具体的な熱処理温度は、示差走査熱量計により測定される曲線に従って熱処理プロセスを設定する。ガスアトマイズ法、水アトマイズ法、水ガスアトマイズ法又は多段アトマイズ法のＦｅＳｉＡｌ、ＦｅＮｉ、ＦｅＮｉＭｏ、ＦｅＳｉなどの軟磁性粉末については、粉末の配合に応じて高温熱処理を選択すべきであり、熱処理温度は６５０℃より高くて８５０℃より低い。熱処理する時には窒素ガス、アルゴンガスなどの不活性ガスで保護してもよく、水素ガス、水素・窒素混合ガスなどの還元性ガスで保護するように熱処理を行ってもよい。本発明は、エナメル線を有さない導線を採用し、且つ導線形状はＩ型、Ｓ型、Ｌ型、Ｕ型、Ｗ型及びＥ型などであるため、導線の相互接触がなく、導線間の短絡問題がない。
本発明の好ましい技術態様として、前記作製方法は、折り曲げて錫を塗布する前に、順次磁芯を含浸・スプレーすることをさらに含む。
好ましくは、前記含浸処理は、真空含浸である。
好ましくは、前記スプレーに採用されるスプレー塗液は、エポキシ樹脂、ペンキ、又はパリレンを含む。
本発明は、強度、耐食性、信頼性をさらに向上させるために、熱処理されたインダクタ素子を含浸・スプレーする。含浸・スプレーする時には、含浸・スプレーする時に導線を絶縁させないように磁芯の外に露出する導線を保護して守る。含浸は、真空含浸を採用してもよく、通常の含浸を採用してもよく、インダクタのインダクタ特性に影響がない。スプレーはエポキシ樹脂、ペンキ、又はパリレンなどの通常なスプレー系を採用することができる。特定の耐食性良い軟磁性粉末材料に対して、含浸スプレーを行わず、直接に導線を折り曲げて錫を塗布してもよい。
本発明の好ましい技術態様として、前記磁性粉末は、以下の方法により作製され、軟磁性粉末は、順次絶縁被覆、二次被覆及び造粒処理を経て前記磁性粉末を得る。
好ましくは、前記軟磁性粉末は、２種類の異なる粒径の粉材の調合により得られ、ここで、大粒径の粉材のＤ５０は６～５０μｍの間にあり、例えば、６μｍ、１０μｍ、１５μｍ、２０μｍ、２５μｍ、３０μｍ、３５μｍ、４０μｍ、４５μｍ又は５０μｍであってもよい。小粒径の粉材のＤ５０は１～６μｍの間にあり、例えば、１μｍ、２μｍ、３μｍ、４μｍ、５μｍ又は６μｍであってもよいが、前記例示の数に限定されず、当該数値範囲内の他の未例示数値も同様に適用される。
好ましくは、前記粉材はＦｅＳｉＣｒ、ＦｅＳｉ、ＦｅＮｉ、ＦｅＳｉＡｌ、カルボニル鉄粉、カルボニル鉄ニッケル粉、ＦｅＮｉＭｏ、Ｆｅベース非晶性ナノクリスタル材料、Ｃｏベース非晶性ナノクリスタル軟磁性材料又はＮｉベース非晶性ナノクリスタル軟磁性材料を含む。
本発明において、軟磁性粉末の調合では、主に透磁率、直流バイアス能力及び磁芯損失特性に対して最適設計を行い、インダクタ特性の需要を満たす。粉材の粒度、被覆、調合の組み合わせを制御することにより、磁気リングをプレスして複合磁粉の透磁率の特性、直流バイアス特性及び損失特性を評価し、設計に応じて適切な調合体系を選択する。好ましい態様として、一般的には粗粉と細粉を混ぜて組み合わせる方式を採用する。粉末の形状は、円球状であってもよく、楕円体状又は液滴状であってもよく、好ましい態様として、軟磁性粉末はアトマイズ法とすることができ、ガスアトマイズ法、水アトマイズ法及び水ガスアトマイズ法を含む任意プロセスから得られる。カルボニル鉄粉及びカルボニル鉄ニッケル粉末は、カルボニル及び鉄、又は鉄ニッケルの化合物、例えばＦｅ（ＣＯ）５、（ＦｅＮｉ）（ＣＯ）ｘにより熱分解されて調製する。細粉とは、レーザー粒度分析により、Ｄ５０が１～６μｍの間にある粉末であり、粗粉とは、レーザー粒度分析により、Ｄ５０が６～５０μｍの間にある粉末である。粉末の調合方法により、軟磁性複合材料の成型密度を向上させ、飽和磁束密度、直流バイアス特性及び損失特性を調整することができる。
本発明の好ましい技術態様として、前記絶縁被覆に採用される被覆プロセスは、リン化、酸性化、酸化又は窒化を含み、さらに好ましくは、リン化処理により軟磁性粉末を絶縁被覆する。
好ましくは、前記リン化処理は、軟磁性粉末と、希釈された後のリン酸とを混合して撹拌し、ベーキングした後にリン化処理された軟磁性粉末を得ることを含む。
好ましくは、アセトンでリン酸を希釈する。
好ましくは、前記リン酸とアセトンの質量比は１：（６０～７０）であり、例えば、１：６０、１：６１、１：６２、１：６３、１：６４、１：６５、１：６６、１：６７、１：６８、１：６９又は１：７０であってもよいが、これらに限定されず、当該数値範囲内の他の未例示数値も同様に適用される。
好ましくは、前記リン酸とアセトンとを１～６ｍｉｎ混合して撹拌し、例えば１ｍｉｎ、２ｍｉｎ、３ｍｉｎ、４ｍｉｎ、５ｍｉｎ又は６ｍｉｎであってもよく、その後、５～１０ｍｉｎ静置して予備され、例えば５ｍｉｎ、６ｍｉｎ、７ｍｉｎ、８ｍｉｎ、９ｍｉｎ又は１０ｍｉｎであってもよいが、これらに限定されず、当該数値範囲内の他の未列挙の数値も同様に適用される。
好ましくは、前記軟磁性粉末と、希釈されたリン酸とを３０～６０ｍｉｎ混合して撹拌し、例えば３０ｍｉｎ、３５ｍｉｎ、４０ｍｉｎ、４５ｍｉｎ、５０ｍｉｎ、５５ｍｉｎ又は６０ｍｉｎであってもよいが、これらに限定されず、当該数値範囲内の他の未例示数値も同様に適用される。
好ましくは、前記ベーキング温度は９０～１１０℃であり、例えば９０℃、９２℃、９４℃、９６℃、９８℃、１００℃、１０３℃、１０４℃、１０６℃、１０８℃又は１１０℃であってもよいが、これらに限定されず、当該数値範囲内の他の未例示数値も同様に適用される。
好ましくは、前記ベーキング時間は１～１．５ｈであり、例えば１．０ｈ、１．１ｈ、１．２ｈ、１．３ｈ、１．４ｈ又は１．５ｈであってもよいが、これらに限定されず、当該数値範囲内の他の未例示数値も同様に適用される。
本発明に係る絶縁被覆プロセスとは、リン化、酸性化、緩慢酸化、窒化などの表面処理を含む金属軟磁性粉末表面の絶縁性及び耐食性を向上させる金属軟磁性材料の被覆プロセスである。金属軟磁性粉末間の絶縁性を向上させるには、主に高抵抗率の粉末材料を加え、あるいは金属軟磁粒子の表面に１層の高抵抗率の被覆層を生長させ、二酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、高嶺土、ジルコニア、雲母粉などの材料を含む。異なる種類の金属軟磁性合金粉末は、最適な効果を達成するために、異なる被覆方法と被覆プロセスを採用する必要がある。
本発明の好ましい技術態様として、前記二次被覆は、被覆材と絶縁被覆された軟磁性粉末とを混合して撹拌することを含む。
好ましくは、前記被覆材は軟磁性粉末の２～１０ｗｔ％であり、例えば２ｗｔ％、３ｗｔ％、４ｗｔ％、５ｗｔ％、６ｗｔ％、７ｗｔ％、８ｗｔ％、９ｗｔ％又は１０ｗｔ％であってもよいが、これらに限定されず、当該数値範囲内の他の未例示数値も同様に適用される。
好ましくは、前記被覆材はフェノール樹脂、エポキシ樹脂、又はシリコン樹脂を含む。
好ましくは、前記被覆材と軟磁性粉末とを４０～６０ｍｉｎ混合して撹拌し、例えば４０ｍｉｎ、４２ｍｉｎ、４４ｍｉｎ、４６ｍｉｎ、４８ｍｉｎ、５０ｍｉｎ、５２ｍｉｎ、５４ｍｉｎ、５６ｍｉｎ、５８ｍｉｎ又は６０ｍｉｎであってもよいが、これらに限定されず、当該数値範囲内の他の未例示数値も同様に適用される。
本発明の好ましい技術態様として、前記造粒処理は、
二次被覆された軟磁性粉末に対して造粒を行い、造粒を完成した後に順次干し、乾燥し、冷却をして、前述磁粉を得る、ことを含む。
好ましくは、前記造粒プロセスは、４０～６０網目の造粒機で行われ、例えば、４０目、４２目、４４目、４６目、４８目、５０目、５２目、５４目、５６目、５８目又は６０目であってもよいが、これらに限定されず、当該数値範囲内の他の未例示数値は同様に適用される。
好ましくは、前記干す時間は３ｈ以下であり、例えば、０．５ｈ、１ｈ、１．５ｈ、２ｈ、２．５ｈ、又は３ｈであってもよいが、これらに限定されず、当該数値範囲内の他の未例示数値も同様に適用される。
好ましくは、干した軟磁性粉末は３０～５０目のふるいを通過し、その後、乾燥処理を行い、例えば３０目、３２目、３４目、３６目、３８目、４０目、４２目、４４目、４６目、４８目又は５０目であってもよいが、これらに限定されず、当該数値範囲内の他の未例示数値も同様に適用される。
好ましくは、前記乾燥温度は５０～７０℃であり、例えば５０℃、５２℃、５４℃、５６℃、５８℃、６０℃、６２℃、６４℃、６６℃、６８℃、７０℃であってもよいが、これらに限定されず、当該数値範囲内の他の未例示数値も同様に適用される。
好ましくは、前記乾燥時間は０．８ｈ～１．２ｈであり、例えば０．８ｈ、０．９ｈ、１．０ｈ、１．１ｈ又は１．２ｈであってもよいが、これらに限定されず、当該数値範囲内の他の未例示数値も同様に適用される。
好ましくは、前記冷却プロセスは自然冷却である。
好ましくは、冷却された軟磁性粉末は３０～５０目のふるいを通過し、その後、ふるいを通過した軟磁性粉末に補助材料を添加して、前記磁性粉末を得て、例えば、３０目、３２目、３４目、３６目、３８目、４０目、４２目、４４目、４６目、４８目又は５０目であってもよいが、これらに限定されず、当該数値範囲内の他の未例示数値も同様に適用される。
好ましくは、前記補助材料は、酸化マグネシウム、潤滑粉又は離形粉を含む。
第二側面では、本発明は、第一側面に記載される作製方法を採用して作製してなる同時焼成のインダクタを提供し、前記同時焼成のインダクタが磁芯と磁芯の内部に位置する少なくとも１つの導線とを含み、導線の両端が磁芯の外に張り出して、磁芯から張り出した導線の部分が折り曲げられた後、磁芯の外壁に密接する。
本発明の好ましい技術態様として、前記導線は漆により被覆されない線となる裸線である。
好ましくは、前記導線は銅線である。
好ましくは、前記導線は長方形断面の平角導線である。
好ましくは、前記導線の形状は、直導線又は異形導線である。
好ましくは、前記異形導線の形状は、Ｓ形、Ｌ形、Ｕ形、Ｗ形又はＥ形を含む。
本発明は、エナメル線を有さない導線を採用し、且つ導線形状はＳ形、Ｌ形、Ｕ形、Ｗ形及びＥ形などであって、導線が互いに接触しなく、導線間の短絡が発生する問題はない。
好ましくは、前記導線は、水平面で並んで間隔を隔てて磁粉内部に敷設される。
好ましくは、磁芯から張り出した導線部分と磁芯との長方形交差面のうちの１つ長辺は折曲線であり、磁芯から張り出した導線部分が折曲線に沿って折り曲げられた後、磁芯の外壁に密接する。
好ましくは、前記導線の幅は２～３ｍｍであり、例えば２．０ｍｍ、２．１ｍｍ、２．２ｍｍ、２．３ｍｍ、２．４ｍｍ、２．５ｍｍ、２．６ｍｍ、２．７ｍｍ、２．８ｍｍ、２．９ｍｍ、又は３．０ｍｍであってもよいが、これらに限定されず、当該数値範囲内の他の未例示数値も同様に適用される。
前記導線の長さは１０～２０ｍｍであり、例えば１０ｍｍ、１１ｍｍ、１２ｍｍ、１３ｍｍ、１４ｍｍ、１５ｍｍ、１６ｍｍ、１７ｍｍ、１８ｍｍ、１９ｍｍ又は２０ｍｍであってもよいが、これらに限定されず、当該数値範囲内の他の未例示数値も同様に適用される。
前記導線の厚さは０．２～０．４ｍｍであり、例えば０．２ｍｍ、０．２２ｍｍ、０．２４ｍｍ、０．２６ｍｍ、０．２８ｍｍ、０．３ｍｍ、０．３２ｍｍ、０．３４ｍｍ、０．３５ｍｍ、０．３８ｍｍ又は０．４ｍｍであってもよいが、これらに限定されず、当該数値範囲内の他の未例示数値も同様に適用される。
好ましくは、前記同時焼成のインダクタは、長方体形である。
好ましくは、前記同時焼成のインダクタの長さは７～１０ｍｍであり、例えば７．０ｍｍ、７．２ｍｍ、７．４ｍｍ、７．６ｍｍ、７．８ｍｍ、８．０ｍｍ、８．２ｍｍ、８．４ｍｍ、８．６ｍｍ、８．８ｍｍ又は９．０ｍｍであってもよいが、これらに限定されず、当該数値範囲内の他の未例示数値も同様に適用される。
前記同時焼成のインダクタの幅は５～７ｍｍであり、例えば５．０ｍｍ、５．２ｍｍ、５．４ｍｍ、５．６ｍｍ、５．８ｍｍ、６．０ｍｍ、６．２ｍｍ、６．４ｍｍ、６．６ｍｍ、６．８ｍｍ又は７．０ｍｍであってもよいが、これらに限定されず、当該数値範囲内の他の未例示数値も同様に適用される。
前記同時焼成のインダクタの高さは１．５～３ｍｍであり、例えば１．５ｍｍ、１．６ｍｍ、１．７ｍｍ、１．８ｍｍ、１．９ｍｍ、２．０ｍｍ、２．１ｍｍ、２．２ｍｍ、２．３ｍｍ、２．４ｍｍ、２．５ｍｍ、２．６ｍｍ、２．７ｍｍ、２．８ｍｍ、２．９ｍｍ又は３．０ｍｍであってもよいが、これらに限定されず、当該数値範囲内の他の未例示数値も同様に適用される。
従来の技術に比べて、本発明の有利な効果は以下の通りである。
本発明に係る作製方法は一体成形プロセスを採用してインダクタを作製し、余分なモジュールの組立工程を避け、一体成形後に熱処理を行い、応力を十分に放出し、材料のヒステリシスロスを低減し、軽負荷の際に、デバイスの損失を低減し、導線と磁芯との間に余分な空隙がなく、磁芯にエアギャップを均一に分布させ、渦電流損失による振動雑音を低減する。
本発明は、薄型、大電流及び高周波小インダクタンスの応用シーンについて、導線の直径、長さ及び形状を再設計し、大断面となるフラット銅線は直接にインダクタ素子のＤＣＲを低減し、漆により被覆されない線となる導線を採用して高温熱処理ができて、磁芯と導線との熱伝導性が良く、さらに粉芯の損失を低減し、電源設計をさらに高パワー密度に適応させる。
詳細な説明を閲読して理解することで、他の面も明らかにできる。
本発明の具体的な実施形態に係る同時焼成のインダクタの構成図である。 １：磁芯；２：導線。
以下、図面を参照して、本発明の技術態様をさらに説明する。
実施例１
本実施例は、一体同時焼成のインダクタの作製方法を提供し、前記作製方法は、以下のステップ（１）～（４）を含む。
（１）金型キャビティに磁粉を充填し、一本の長方形断面の平角銅導線２を、エナメル線を除去した後に磁粉に埋め込んで、導線２の両端が金型キャビティから張り出し、導線２の形状は直導線２であり、長さは１４ｍｍ、幅は２．２ｍｍ、厚さは０．３５ｍｍである。
（２）導線２を埋め込まれた磁粉をプレス成形し、プレス方式は熱圧であり、熱圧圧力は５００Ｍｐａ/ｃｍ２、熱圧温度は１８０℃、熱圧時間は２０ｓである。
（３）成型後、保護性雰囲気でアニール熱処理を行って磁芯１を得て、熱処理温度は７００℃、熱処理時間は３０ｍｉｎである。
（４）磁芯１の外に張り出す導線２を順次に含浸・スプレーし、折り曲げて錫を塗布した後に、１０．０ｍｍ×５．０ｍｍ×２．０ｍｍのサイズとなる同時焼成のインダクタ（図１に示すように）を得て、そのうち、含浸処理は真空含浸であり、スプレー過程で採用されるスプレー塗液はエポキシ樹脂である。
そのうち、ステップ（１）に記載された磁性粉末は、以下の方法（ａ）～（ｄ）により作製して得られる。
（ａ）粉の調合：Ｄ５０＝２０．２μｍのＦｅＳｉ粉とＤ５０＝３μｍのカルボニル鉄粉とを７：３の質量比で混合し、調合された軟磁性粉末を得る。
（ｂ）絶縁被覆：アセトンでリン酸を希釈し、リン酸とアセトンの質量比は１：６０であって、リン酸とアセトンとを１ｍｉｎ混合して撹拌し、その後、５ｍｉｎ静置して予備されて、ステップ（ａ）で得られた調合された軟磁性粉末と希釈されたリン酸とを３０ｍｉｎ混合して撹拌し、９０℃で１ｈベーキングした後にリン化処理された軟磁性粉末を得る。
（ｃ）二次被覆：被覆材とステップ（ｂ）で得られた軟磁性粉末を４０ｍｉｎ混合して撹拌し、被覆材は軟磁性粉末の２ｗｔ％であり、被覆材はフェノール樹脂である。
（ｄ）造粒処理：二次被覆された軟磁性粉末を４０網目の造粒機で造粒を行って、造粒を完成した後に干して、干す時間は２ｈであって、干した軟磁性粉末を３０目のふるいを通過し、その後５０℃で０．８ｈ乾燥処理させ、自然冷却後、３０目のふるいを通過し、その後ふるいを通過した軟磁性粉末に補助材料を添加して前記磁粉を得て、補助材料は酸化マグネシウムである。
作製された同時焼成のインダクタに対してインダクタ特性を測定したところ、初期インダクタンスＬ（０Ａ）＝１２０ｎＨ、飽和電流７０Ａ、温度上昇電流６５Ａであった。１２Ｖ－１Ｖの降圧回路を採用し、効率測定を行い、測定する時にスイッチング電源周波数は５００ｋＨｚであり、電子負荷は５Ａとなる時に効率は７９．５％に達し、電子負荷は１５Ａとなる時に効率は８８．３％に達した。
実施例２
本実施例は、一体同時焼成のインダクタの作製方法を提供し、前記作製方法は、以下のステップ（１）～（４）を含む。
（１）金型キャビティに磁粉を充填し、一本の長方形断面の平角銅導線２を、エナメル線を除去した後に磁粉に埋め込んで、導線２の両端が金型キャビティから張り出し、導線２の形状はＳ形、長さは１０ｍｍ、幅は２．６ｍｍ、厚さは０．３０ｍｍである。
（２）導線２を埋め込まれた磁粉をプレス成形し、プレス方式は熱圧であり、熱圧圧力は４００Ｍｐａ/ｃｍ２、熱圧温度は１７５℃、熱圧時間は２５ｓである。
（３）成型後、保護性雰囲気でアニール熱処理を行って磁芯１を得て、熱処理温度は６５０℃、熱処理時間は５０ｍｉｎである。
（４）磁芯１の外に張り出す導線２を順次に含浸・スプレーし、折り曲げて錫を塗布した後に、８．０ｍｍ×６．０ｍｍ×１．９ｍｍのサイズとなる同時焼成のインダクタ（図１に示すように）を得て、そのうち、含浸処理は真空含浸であり、スプレー過程で採用されるスプレー塗液はエポキシ樹脂である。
そのうち、ステップ（１）に記載された磁性粉末は、以下の方法（ａ）～（ｄ）により作製して得られる。
（ａ）粉の調合：Ｄ５０＝１８．３μｍのＦｅＳｉＡｌ粉とＤ５０＝２．８μｍのＦｅＮｉ粉とを７５：２５の質量比で混合し、調合された軟磁性粉末を得る。
（ｂ）絶縁被覆：アセトンでリン酸を希釈し、リン酸とアセトンの質量比は１：６３であって、リン酸とアセトンとを３ｍｉｎ混合して撹拌し、その後、６ｍｉｎ静置して予備し、ステップ（ａ）で得られた調合された軟磁性粉末と希釈されたリン酸とを４０ｍｉｎ混合して撹拌し、９５℃で１．２ｈベーキングした後にリン化処理された軟磁性粉末を得る。
（ｃ）二次被覆：被覆材とステップ（ｂ）により得られた軟磁性粉末を４５ｍｉｎ混合して撹拌し、被覆材は軟磁性粉末の５ｗｔ％であり、被覆材はエポキシ樹脂である。
（ｄ）造粒処理：二次被覆された軟磁性粉末を４３網目の造粒機で造粒を行って、造粒を完成した後に干して、干す時間は２．３ｈであって、干した軟磁性粉末を３５メッシュのふるい、その後５５で１ｈ乾燥処理、自然冷却後３５メッシュのふるい、その後ふるいを通過した軟磁性粉末に補助材料を添加して前記磁粉を得て、補助材料は潤滑粉である。
作製された同時焼成のインダクタに対してインダクタ特性を測定したところ、初期インダクタンスＬ（０Ａ）＝１００ｎＨ、飽和電流５０Ａ、温度上昇電流５０Ａであった。６Ｖ－０．８Ｖの降圧回路を採用し、効率測定を行い、測定する時にスイッチング電源周波数は１０００ｋＨｚであり、電子負荷は５Ａとなる時に効率は８１．５％に達し、電子負荷は２５Ａとなる時に効率は９０．３％に達した。
実施例３
本実施例は、一体同時焼成のインダクタの作製方法を提供し、前記作製方法は、以下のステップ（１）～（４）を含む。
（１）金型キャビティに磁粉を充填し、一本の長方形断面の平角銅導線２を、エナメル線を除去した後に磁粉に埋め込んで、導線２の両端が金型キャビティから張り出し、導線２の形状はＷ形であって、長さは１８ｍｍ、幅は２．８ｍｍ、厚さは０．２６ｍｍである。
（２）導線２を埋め込まれた磁粉をプレス成形し、プレス方式は冷圧であり、冷圧圧力は１６００Ｍｐａ/ｃｍ２である。
（３）成型後、保護性雰囲気でアニール熱処理を行って磁芯１を得て、熱処理温度は６９０℃、熱処理時間は４０ｍｉｎである。
（４）磁芯１の外に張り出す導線２を順次に含浸・スプレーし、折り曲げて錫を塗布した後に、７．５ｍｍ×６．５ｍｍ×１．８ｍｍのサイズとなる同時焼成のインダクタ（図１に示すように）を得て、そのうち、含浸処理は真空含浸であり、スプレー過程で採用されるスプレー塗液はエポキシ樹脂である。
そのうち、ステップ（１）に記載された磁性粉末は、以下の方法（ａ）～（ｄ）により作製して得られる。
（ａ）粉の調合：Ｄ５０＝１７．５μｍ的ＦｅＮｉ粉とＤ５０＝２．６μｍのＦｅＳｉ粉とを、８０：２０の質量比で混合し、調合された軟磁性粉末を得る。
（ｂ）絶縁被覆：アセトンでリン酸を希釈し、リン酸とアセトンの質量比は１：６５であって、リン酸とアセトンとを５ｍｉｎ混合して撹拌し、その後、８ｍｉｎ静置して予備し、ステップ（ａ）で得られた調合された軟磁性粉末と希釈されたリン酸とを５０ｍｉｎ混合して撹拌し、１００℃で１３ｈベーキングした後にリン化処理された軟磁性粉末を得る。
（ｃ）二次被覆：被覆材とステップ（ｂ）により得られた軟磁性粉末を５５ｍｉｎ混合して撹拌し、被覆材は軟磁性粉末の７ｗｔ％、被覆材はシリコン樹脂である。
（ｄ）造粒処理：二次被覆された軟磁性粉末を５０網目の造粒機で造粒を行い、造粒が完成した後に干し、干し時間は２．５ｈであり、干した軟磁性粉末を４０目のふるいを通過し、その後６３℃で１．１ｈ乾燥処理し、自然冷却後、４０目のふるいを通過し、その後ふるいを通過した軟磁性粉末に補助材料を添加して前記磁粉を得て、補助材料は脱模粉である。
作製された同時焼成のインダクタに対してインダクタ特性を測定したところ、初期インダクタンスＬ（０Ａ）＝１５０ｎＨ、飽和電流８０Ａ、温度上昇電流７５Ａであった。５Ｖ－１Ｖの降圧回路を採用し、効率測定を行い、測定する時にスイッチング電源周波数は７５０ｋＨｚであり、電子負荷は５Ａとなる時に効率は７８．２％に達し、電子負荷が４５Ａとなる時に効率は９２．５％に達した。
実施例４
実施例は、一体同時焼成のインダクタの作製方法を提供し、前記作製方法は、以下のステップ（１）～（４）を含む。
（１）金型キャビティに磁粉を充填し、一本の長方形断面の平角銅導線２を、エナメル線を除去した後に磁粉に埋め込んで、導線２の両端が金型キャビティから張り出し、導線２の形状は直導線２、長さは１０ｍｍ、幅は２．０ｍｍ、厚さは０．３６ｍｍである。
（２）導線２を埋め込まれた磁粉をプレス成形し、プレス方式は冷圧であり、冷圧圧力は１５００Ｍｐａ/ｃｍ２である。
（３）成型後、保護性雰囲気でアニール熱処理を行って磁芯１を得て、熱処理温度は８５０℃、熱処理時間は３０ｍｉｎである。
（４）磁芯１の外に張り出す導線２を順次に含浸・スプレーし、折り曲げて錫を塗布した後に、８．０ｍｍ×５．０ｍｍ×３．０ｍｍのサイズとなる同時焼成のインダクタ（図１に示すように）を得て、そのうち、含浸処理は真空含浸であり、スプレー過程で採用されるスプレー塗液はエポキシ樹脂である。
そのうち、ステップ（１）に記載された磁性粉末は、以下の方法（ａ）～（ｄ）により作製して得られる。
（ａ）粉の調合：Ｄ５０＝２３μｍのＦｅＳｉＢ非晶粉とＤ５０＝２μｍのカルボニル鉄ニッケル粉とを８０：２０の質量比で混合し、調合された軟磁性粉末を得る。
（ｂ）絶縁被覆：アセトンでリン酸を希釈し、リン酸とアセトンの質量比は１：７０であって、リン酸とアセトンとを６ｍｉｎ混合して撹拌し、その後、１０ｍｉｎ静置して予備し、ステップ（ａ）で得られた調合された軟磁性粉末と希釈されたリン酸とを６０ｍｉｎ混合して撹拌し、１１０℃で１．５ｈベーキングした後にリン化処理された軟磁性粉末を得る。
（ｃ）二次被覆：被覆材とステップ（ｂ）により得られた軟磁性粉末を６０ｍｉｎ混合して撹拌し、被覆材は軟磁性粉末の１０ｗｔ％で、被覆材はシリコン樹脂である。
（ｄ）造粒処理：二次被覆された軟磁性粉末を６０網目の造粒機で造粒を行って、造粒を完成した後に干し、干し時間は３ｈであり、干した軟磁性粉末を５０目のふるいを通過し、その後７０℃で１．２ｈ乾燥処理し、自然冷却後、５０目のふるいを通過し、その後ふるいを通過した軟磁性粉末に補助材料を添加して前記磁粉を得て、補助材料は酸化マグネシウムである。
作製された同時焼成のインダクタに対してインダクタ特性を測定したところ、初期インダクタンスＬ（０Ａ）＝６０ｎＨ、飽和電流１５Ａ、温度上昇電流１２Ａである。５Ｖ－１Ｖの降圧回路を採用し、効率測定を行い、測定する時にスイッチング電源周波数は１５００ｋＨｚであり、電子負荷は０．５Ａとなる時に効率は８９．５％に達し、電子負荷は５Ａとなる時に効率は９０．５％に達した。

Claims (12)

  1. 一体同時焼成のインダクタの作製方法であって、
    金型キャビティに磁粉を充填し、磁粉に少なくとも１本の導線を埋め込み、導線の両端が金型キャビティから張り出してから、順次にプレス成形と熱処理を行って磁芯を得て、磁芯の外に張り出す導線を折り曲げて錫を塗布した後、前記同時焼成のインダクタを得ることを含む、ことを特徴とする一体同時焼成のインダクタの作製方法。
  2. 前記導線は漆により被覆されない線となる裸線であることを特徴とする請求項１に記載の作製方法。
  3. 前記導線は銅線であることを特徴とする請求項１又は２に記載の作製方法。
  4. 前記導線は長方形断面の平角導線であり、
    好ましくは、前記導線の形状は、直導線又は異形導線であり、
    好ましくは、前記異形導線の形状は、Ｓ形、Ｌ形、Ｕ形、Ｗ形又はＥ形を含み、
    好ましくは、前記導線は、水平面で並んで間隔を隔てて磁粉内部に敷設されることを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の作製方法。
  5. 前記プレス方式は熱圧又は非熱圧であり、
    好ましくは、前記熱圧圧力は８００Ｍｐａ/ｃｍ２以上であり、さらに好ましくは２０００ＭＰａ/ｃｍ２であり、
    好ましくは、前記熱圧温度は９０～１８０℃であり、
    好ましくは、前記熱圧時間は５～１００ｓであり、
    好ましくは、前記熱処理はアニール処理であり、
    好ましくは、前記熱処理プロセスを保護性雰囲気で行って、
    好ましくは、前記保護性雰囲気に採用されるガスは、窒素ガス及び／又は不活性ガスであり、
    好ましくは、前記熱処理温度は６５０～８５０℃であり、
    好ましくは、前記熱処理時間は３０ｍｉｎ～５０ｍｉｎであることを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載の作製方法。
  6. 前記作製方法は、折り曲げて錫を塗布する前に、順次に磁芯を含浸・スプレーすることを含み、
    好ましくは、前記含浸処理は、真空含浸であり、
    好ましくは、前記スプレーに採用されるスプレー塗液は、エポキシ樹脂、ペンキ、又はパリレンを含むことを特徴とする請求項１～５のいずれかに記載の作製方法。
  7. 前記磁性粉末は、以下の方法により作製され、軟磁性粉末を順次に絶縁被覆、二次被覆及び造粒処して前記磁性粉末を得て、
    好ましくは、前記軟磁性粉末は、２種類の異なる粒径の粉材から調合されて、ここで、大粒径の粉材のＤ５０は６～５０μｍの間であり、小粒径の粉材のＤ５０は１～６μｍの間であってもよく、
    好ましくは、前記粉材はＦｅＳｉＣｒ、ＦｅＳｉ、ＦｅＮｉ、ＦｅＳｉＡｌ、カルボニル鉄粉、カルボニル鉄ニッケル粉、ＦｅＮｉＭｏ、Ｆｅベース非晶性ナノクリスタル材料、Ｃｏベース非晶性ナノクリスタル軟磁性材料又はＮｉベース非晶性ナノクリスタル軟磁性材料を含むことを特徴とする請求項１～６のいずれかに記載の作製方法。
  8. 前記絶縁被覆に採用される被覆プロセスは、リン化、酸性化、酸化又は窒化を含み、さらに好ましくは、リン化処理により軟磁性粉末を絶縁被覆し、
    好ましくは、前記リン化処理は、軟磁性粉末と希釈されたリン酸を混合して撹拌し、ベーキングした後にリン化処理された軟磁性粉末を得ることを含み、
    好ましくは、アセトンでリン酸を希釈し、
    好ましくは、前記リン酸とアセトンとの質量比は１：（６０～７０）であり、
    好ましくは、前記リン酸とアセトンとを１～６ｍｉｎ混合して撹拌し、その後、５～１０ｍｉｎ静置して予備され、
    好ましくは、前記軟磁性粉末と、希釈されたリン酸とを３０～６０ｍｉｎ混合して撹拌し、
    好ましくは、前記ベーキング温度は９０～１１０℃であり、
    好ましくは、前記ベーキング時間は１～１．５ｈであることを特徴とする請求項７に記載の作製方法。
  9. 前記二次被覆プロセスにおいて、被覆材と絶縁被覆された軟磁性粉末とを混合して撹拌することを含み、
    好ましくは、前記被覆材は軟磁性粉末の２～１０ｗｔ％であり、
    好ましくは、前記被覆材はフェノール樹脂、エポキシ樹脂、又はシリコン樹脂を含み、
    好ましくは、前記被覆材と軟磁性粉末とを４０～６０ｍｉｎ混合して撹拌することを特徴とする請求項７～８のいずれかに記載の作製方法。
  10. 前記造粒処理は、
    二次被覆された軟磁性粉末に対して造粒を行い、造粒を完成した後に順次に干し、乾燥し、冷却して、前述磁粉を得る、ことを含んで、
    好ましくは、前記造粒プロセスは、４０～６０網目の造粒機で行われ、
    好ましくは、前記干す時間は≦３ｈであり、
    好ましくは、干した軟磁性粉末は３０～５０目のふるいを通過し、その後、乾燥処理を行い、
    好ましくは、前記乾燥温度は５０～７０℃であり、
    好ましくは、前記乾燥時間は０．８ｈ～１．２ｈであり、
    好ましくは、前記冷却プロセスは自然冷却であり、
    好ましくは、冷却された軟磁性粉末は３０～５０目のふるいを通過し、その後、ふるいを通過した軟磁性粉末に補助材料を添加して、前記磁性粉末を得て、
    好ましくは、前記補助材料は、酸化マグネシウム、潤滑粉又は離形粉を含むことを特徴とする請求項７～９のいずれかに記載の作製方法。
  11. 請求項１～１０のいずれかに記載の作製方法により作製してなる同時焼成のインダクタであって、
    磁芯と磁芯の内部に位置する少なくとも１つの導線とを含み、導線の両端が磁芯の外に張り出して、磁芯から張り出した導線の部分が折り曲げられた後、磁芯の外壁に密接することを特徴とする同時焼成のインダクタ。
  12. 前記導線は漆により被覆されない線となる裸線であり、
    好ましくは、前記導線は銅線であり、
    好ましくは、前記導線は長方形断面の平角導線であり、
    好ましくは、前記導線の形状は、直導線又は異形導線であり、
    好ましくは、前記異形導線の形状は、Ｓ形、Ｌ形、Ｕ形、Ｗ形又はＥ形を含み、
    好ましくは、前記導線は、水平面で並んで間隔を隔てて磁粉内部に敷設されることを特徴とする請求項１１に記載の同時焼成のインダクタ。
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