JP2960504B2

JP2960504B2 - ロータリートランス

Info

Publication number: JP2960504B2
Application number: JP2235838A
Authority: JP
Inventors: 英俊山下; 哲也橋本
Original assignee: Asahi Kasei Kogyo KK
Current assignee: Asahi Kasei Corp
Priority date: 1990-09-07
Filing date: 1990-09-07
Publication date: 1999-10-06
Anticipated expiration: 2014-10-06
Also published as: JPH04116908A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、例えばビデオテープレコーダやオーディオ
テープレコーダ等の回転磁気ヘッド装置に使用されるロ
ータリートランスに関するものである。

〔従来の技術〕

従来、この種のロータリートランスとしては、磁性体
のコアの一面にメッキ、エッチング、蒸着、スパッタリ
ング等によりコイルパターンを形成したのち、このコイ
ルの端子にワイヤーボンディングやはんだ付けによりワ
イヤリード線を直接接線し、そのワイヤリード線を、ス
ルーホールを通して磁性体コアの他面側へ引き回わすよ
うにして作製されたものが知られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上述のような従来のロータリートラン
スにあっては、磁性体コアの巻回されたワイヤーリード
線が磁性体コアのエッジ等に擦れ合うことで、ワイヤリ
ード線の断線事故が発生してしまうことがあり、信頼性
に欠ける面があった。

本発明の目的は、断線事故がなく、信頼性の高いロー
タリートランスを提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕本発明は、スルーホールを有する磁性体コアの両面に
該磁性体コアを挟んでコイルパターン導体と外部取り出
し導体とが配されたロータリートランスにおいて、前記
コイルパターン導体と外部取り出し導体とは、前記スル
ーホール内に配された固相と液相の共存可能なはんだ合
金により接続されていることを特徴とする。

ここで、コイルはロータリートランスの一構成要素で
あって、磁束の発生、授受を行うパターン（第６図
（Ａ）において符号イ）である。また、コイル端子はコ
イルの始終端に設けた接続用の電極（第６図（Ａ）にお
いて符号ロ）である。また、外部取り出し導体はコイル
と外部回路とを結ぶための導体（第６図（Ｂ））であ
る。これらの形状については第６図の形状に限定される
ものではなく任意である。

本発明に係るロータリートランスは、スルーホール内
で磁性体コアを挟むコイル端子と外部引き出し導体とを
はんだにより橋かけ接続したものであり、その態様を、
例えば第１図（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示す。第１図に
おいて１はコイル端子、２は外部引き出し導体、３は磁
性体コア、８は金属粒はんだ連続相であり、（Ａ）は単
純三層構造の状態で接続したもの、（Ｂ）は外部取り出
し導体の一部をスルーホール５内に折り曲げ接続したも
の、（Ｃ）はコイル端子と外部取り出し導体の一部をス
ルーホール内に折り曲げ接続したものをそれぞれ模式的
に示している。

コイル端子１および外部引き出し導体２の材料として
は、はんだの濡れ性のよいものであれば如何なる材料で
も使用可能であり、具体的には、例えば銅，銀，金，白
金，鉛，錫，鉄，ニッケル，インジウム，アルミニウ
ム，ステンレス等を好適に使用できる。通常、銅，銀，
金が好適に使用されるが、コスト及び回路抵抗の点から
は特に銅または銅合金が好ましく用いられ、さらに、は
んだ濡れ性を加味した場合には、はんだ錫，金，銀等を
メッキした銅または銅合金の使用が特に好ましい。

コイル及びコイル端子１は公知のどのような方法によ
って製造したものでもよく、メッキ，エッチング等で形
成したプリントコイルを磁性体コア３に転写して得る方
法に対して本発明は特に有効である。

また、外部取り出し導体も公知のどのような方法によ
っても製造可能である。例えば、エッチングによって作
製されたリードフレーム、導体パターンをフィルムに貼
り付けたフレキシブルプリント配線板、導体となるピン
を樹脂成型により固定したピンコネクター等を磁性体コ
アに貼り合わせたものも使用できる。また、ピン６の材
質としては、外部取り出し導体２に準じて、ほぼ同様に
ものを使用できる。

磁性体コア３の材質としては、絶縁体であれば特に限
定されるものではない。また、第１図（Ａ），（Ｂ）に
示す形状のものでは、コイル端子１及び外部取り出し導
体２の導体厚が小さすぎると、コイル端子１と該取り出
し導体２との間のはんだブリッジが起こりにくくなるの
で、いずれも５μｍ以上が好ましく、10μｍ以上、さら
には20μｍ以上とすることが好ましい。また第１図
（Ｃ）のようにコイル端子１又は外部取り出し導体２の
一部を折り曲げてスルーホール内に挿入する場合、折り
曲げ部がスルーホール内に入れば、その形状は任意であ
る。しかし、接続方向に直交する方向の電極寸法（以
下、電極幅という）はコイル端子１と外部取り出し導体
２との最短距離が大きくなるにつれ大きくなる。電極幅
がコイル端子１と外部取り出し導体２との最短距離の４
倍以下、さらには２倍以下、特に１倍以下であれば、本
発明の効果を顕著に発揮する。ここで、コイル端子１お
よび外部取り出し導体２の各電極幅は、はんだの偏りを
避けるために略等しい寸法とすることが好ましい。

また、外部取り出し導体２としてピンコネクタを使用
する場合（第２図）、導体となるピン６の形状は任意で
あるが、その太さはピン６と対になるコイル端子１の折
り曲げ部と略等しいことが好ましい。

コイル端子１と外部取り出し導体２又は６との間の距
離については、離れすぎると両導体間の導通が困難とな
るから、端子の形状や塗布はんだ量などにもよるが、そ
っらの最短距離は2mm以下、更には0.5mm以下、特に01mm
以下であることが好ましい。

磁性体コア３の厚みは通常5mm以下であるが、導体間
最短距離を小さくする為に3mm以下、さらには1mm以下で
あることが好ましい。

また、スルーホール５の形状は任意であるが、円形あ
るいは矩形でよい。円形のスルーホール５の径は充填さ
れるはんだの量に影響を与える。つまり穴が大きければ
多量に充填でき、小さければ少量のはんだしか供給でき
ない。接続すべきコイル端子１と外部取り出し導体２の
形状や距離にもよるが、導通の再現性を確実にする為に
スルーホールは大きい方が好ましく、スルーホール形状
が円形の場合は直径，矩形の場合は短辺が磁性体コア３
の合みの1/3以上、さらには1/2以上、特に2/3以上とす
るのが好ましい。

本発明で用いられるはんだは、固相と液相の共存が可
能なもので、ロータリートランスのコイル端子および外
部取り出し導体の導体金属と合金組織を形成できる金属
を含む合金を意味する。

はんだ４の材質としては、電極との濡れ性が良ければ
任意のもので良く、共晶性、非共晶系を問わず、いずれ
も使用できる。例えば、電極が銅の場合、錫を含む合
金、特にSn−Pb合金が接合力も高く好ましい。また、電
極が銀の場合にはSn−Pb−Ag合金も使用可能である。

また、良好な導通の再現性を確保するためには、固相
線温度と液相線温度の差を35℃以上、好ましくは50℃以
上とする。ここで、固相線温度ははんだ又はこのはんだ
に含まれる金属粒のうち、少なくとも一部が溶け始める
温度である、液相線温度ははんだ及びこのはんだに含ま
れる金属粒すべてが溶けてしまう温度である。

上記条件を満たすはんだとしたは、非共晶はんだ異種金属粒混合はんだがある。

異種金属粒混合はんだは、はんだ粒より高い固相線温
度を有する金属粒が混合されているはんだである。この
はんだに使用される金属粒には、Ag,Au,Pt,Ni,Fe,Al,C
d,Zn及びこれらの金属を少なくとも１種の金属を含む合
金などを好適に使用できる。また、錫あるいは上記のう
ちいずれかを含む金属で表面を覆った金属粒、ガラス
粒、セラミック粒および樹脂粒を使用しても良いし、２
種以上の材質の金属を同時に使用してもよい。以上のう
ちでは、Ag,Au,Pt,Ni及びAu基合金、Ag基合金、Ni基合
金、及びSnあるいは上記４種の金属のいずれかで表面を
覆った金属粒が好ましい。

また、金属粒７の量ははんだ４に対して［金属粒体
積］／［金属粒体積＋はんだ粒体積］×100で表される
体積比（％）で２〜20体積とする必要がある。ここで、
２体積％未満の場合、金属粒による流動性抑制効果が少
ないため、接続不良になり易く、逆に20体積％を超える
と、金属粒間にはんだを充満させることができず、この
ため、接続抵抗が上昇し信頼性が低下する。このような
異種金属粒混合はんだを使うと、リフロー工程の初期の
ある期間内で一部溶融したはんだが残りの金属粒同士を
合体させるから、通常の共晶はんだに比べ高い導通収率
が得られる。

ところで、これと同じ効果を得るのに上述したの非
共晶はんだを使用することも可能である。この場合、異
種金属粒混合はんだにおいて金属粒７が占めていた部分
は、はんだ構成材質と同一かまたはその一部を含む材質
で構成される。すなわち、のはんだペーストを固相線
温度以上でリフローすることにより、はんだ粒は固相線
と液相線に沿って分解する。この分解により、少なくと
も一部分が溶融し、残った部分のはんだ粒がはんだペー
スト２の金属粒の役割をすることにより、高い導通収率
が得られる。残ったはんだ粒は成分こそリフロー前と同
じであるが、組成比が異なり、その融点もリフロー前の
はんだ粒の固相線温度よりも高いものとなる。

以上の条件を満足する金属粒としては、はんだ８がSn
−Pb系合金の場合、はんだ粒4Aより融点の高いSn−Pb合
金、あるいは錫、鉛などの単体金属を使用できる。ま
た、この種のはんだの場合の金属粒７の量は、はんだ４
を含めた接合部全体の平均化した組成比が、異なる固相
線温度と液相線温度をもつように、かつ固相線温度にお
ける金属粒７の割合が所定以上となるように設定すれば
よい。良好な導通の再現性を確保するためには、固相線
温度における金属粒の割合が体積比で接合部全体の0.5
％以上、２％以上、更には５％以上となるような組成比
を設定することが特に好適である。

また、との組み合わせタイプとしては、非共晶は
んだ中に異種金属粒を混合したはんだを使用してもほぼ
同様の効果を得ることができる。

はんだ粒4Aや金属粒７の粒径ははんだペーストの印刷
・塗布性により１〜50μｍ、好ましくは１〜75μｍ、更
に好ましくは１〜50μｍ程度である。また粘度偏析を避
けるためには、均一の粒径のものを使用した方が好まし
い。また、金属粒７の形状は球状よりも不定形の方がは
んだとの界面面積を大きくとれ、リフロー性に好ましい
結果を与える。

次に、本発明のロータリートランスの製造方法を、磁
性体コアにコイルパターン導体が装着されている状態
（第５図（Ａ））をふり出しに第４図および第５図によ
り説明する。

第５図（Ａ）からは外部取り出し導体を設置するタイ
ミングにより２ルートに分かれる。すなわち、第５図
（Ａ）に示す状態において、まず外部取り出し導体２を
設置し（第４図（Ａ））、はんだペースト10を塗布し
（第４図（Ｂ））、リフローする流れ（第４図（Ｃ））
と、先にはんだペーストを塗布し（第５図（Ｂ））、次
に外部取り出し導体を設置し（第５図（Ｃ））、リフロ
ーする流れ（第５図（Ｄ））とに分かれる。

外部取り出し導体の設置とはんだペースト供給の順序
としては、第１図（Ａ）の断面となる接合部では、外部
取り出し導体設置からはんだ供給へ、第１図（Ｂ），
（Ｃ）では任意、第２図でははんだ供給から外部取り出
し導体の設置への順序となる。

流れる順序により若干の差は生じるが、各工程は共通
している部分が多いので工程別に説明する。

１）外部取り出し導体の設置工程磁性体コアのスルーホール部へ外部取り出し導体を設
置する工程である。貼り合わせる手段としては接着剤、
粘着剤等を使用できる。

２）はんだペースト塗布工程本工程では、はんだペーストを第４図（Ｂ）又は第５
図（Ｂ）に示すようにスルーホール５内に例えばディス
ペンサーあるいはスクリーン印刷法を用いて塗布する。
塗布するはんだペーストの量は既に設置してある接続用
導体（１と２、または１のみ）にはんだが付着していれ
ば、少量でもかまわないがより導通を確実にするには、
穴のすり切り一杯とすることが好ましい。

のはんだペーストは、上述の高融点金属粒を粒径15
0μｍ以下のはんだ粒に対して、容積比で２体積％以上
好ましくは５〜20体積％の割合で用いられ、これにフラ
ックスを混合することにより調製される。

また、のはんだペーストとしては、比共晶組成のは
んだ粒とフラックスとからなるはんだペーストを使用す
るか、あるいははんだ４の構成材質の一部または全部の
材質のみで構成された金属粒７とはんだ粒4Aとフラック
スから成るはんだペーストが使用できる。

フラックス量は、リフローしたはんだ粒間およびはん
だ粒−金属粒間の一体化混合のために、はんだ粒の5wt
％以上、好ましくは7wt％以上、さらには10wt％以上が
好ましい。なお、フラックス量は金属粒量の割合が増す
に従って、印刷・塗布性を妨げない範囲で調整される。

活性剤には、無機系および有機系フラックス、その中
でも、特にアミン塩酸基や有機酸系のフラックスが用い
られる。有機溶剤には、カルビトール系、エーテル系の
ものが用いられる。金属粒の種類によって無機系フラッ
クスの使用も可能である。

３）リフロー工程接合部を加熱することにより、はんだ粒4Aは溶融して
合体し、連続相を形成し、溶融していない金属粒７を分
散させ（第３図（Ａ））、スルーホール部の表面にはは
んだペースト中のフラックスから生成された残留物11が
残る（第３図（Ｂ））。次いで、リフローしたはんだ
は、冷却凝固して、コイル端子１と外部取り出し導体２
との間を電気的に導通させるはんだ４、金属粒７よりな
る橋かけ接続層８がスルーホール内に形成される（第３
図（Ｄ））。

リフロー温度は、用いたはんだ粒の固相線温度以上で
あることが必要である。リフロー温度は樹脂の耐熱性、
接合部の信頼性に応じて決定すればよいが、はんだ粒4A
の組成によっては設定温度が低すぎると、溶融はんだの
割合が少なく、金属粒間の合体が起こらない場合があ
る。

また、あまり高すぎるとフラックスが炭化して活性作
用がなくなるので注意が必要である。

の非共晶はんだペーストの場合、溶融はんだの割合
が体積比で元の全部のはんだ粒の10％以上さらには20％
以上となるような温度でリフローすることが好ましい。

のはんだペーストの場合、はんだの融点よりも５℃
以上高い温度とする。さらには接合強度の点から、20℃
以上高い温度とするのが好ましい。またリフロー時間は
数秒以上あればよい。

加熱方法としては、熱風加熱，赤外戦加熱，ペーパー
フェースソルダリング，レーザー加熱、ホットプレー
ト，抵抗加熱，はんだごて加熱などがあるが、より高い
導通の再現性を得るためには、はんだが溶融し始めてか
ら、リフローのピーク温度に達するまでの昇温速度は遅
い方が好ましく、熱風加熱や赤外線加熱が特に好まし
い。

塗布ペーストのリフローに先立って予備加熱を適用す
ることができる。予備加熱は、リフロー時の急激な温度
上昇による磁性体コアへの熱応力を緩和するためと同時
に、フラックス中の揮発成分を完全に放熱させてリフロ
ー時のガス発生を抑える効果があり、かかる予備加熱を
行うことが好ましい。予備加熱ははんだ融点よりも低い
温度、より好ましくははんだの融点よりも20℃〜60℃低
い温度とする。例えば、Sn:Pb＝63:37の組成のはんだ
（共晶はんだ）をベースにしたものの場合には、温度12
0℃〜160℃で予備加熱することが好ましい。これより高
すぎると、フラックスが硬化し、はんだ付着性が悪くな
る。逆に、低すぎると、フラックスの揮発成分の放熱が
不充分でガスの滞留を起こし、はんだ不濡れの原因とな
る。加熱時は、はんだペーストの量、フラックスの量や
種類、加熱方式などにより異なるが、基板の表面および
内面が規定の温度に達してから１〜３分間程度の間にわ
たって予備加熱することが好ましい。

リフローの後、冷却により形成された金属粒／はんだ
固体層のスルーホール接続体の近傍に付着したフラック
ス残留物除去のために、必要に応じて洗浄を行う（第３
図（Ｃ）または（Ｅ））。洗浄剤として、トリクロロト
リフルオロエタンに代表されるフロン系溶剤や1,1,1−
トリクロロエタンなどの塩素系溶剤を用いてシャワー洗
浄、超音波洗浄や蒸気洗浄などを行えばよい。

〔実施例１〕第４図（Ａ）に示すフェライトコア３の片面にコイル
端子１、別の面に外部取り出し導体２を有するロータリ
ートランスを用意した。コイル端子１及び外部取り出し
導体２はともに材質が銅で、両導体の厚みは40μｍ、折
り曲げ部の電極形状は矩形で電極幅は0.3mmであった。
また、フェライトコアの厚みは1.0mm、スルーホールは
0.7mmの角穴で電極間最短距離は0.1mmであった。

リード線設置面側からメタルマスク（0.15mmt）を用
いたスクリーン印刷法にてスルーホール内にはんだペー
ストを、穴内に折り曲げられている両導体にまたがるよ
うにし、しかも穴にほぼすり切りになるように第４図
（Ｂ）の如く充填した。使用したはんだペーストは下記
の２種類である。

非共晶はんだペースト千住金属工業（株）SPT−55−35,固相線温度183℃ 液相線温度248℃，フラックス10wt％異種金属粒混合はんだペーストはんだ粒材質 Sn/Pb＝63/37 はんだ粒径 300メッシュはんだ粒形状不定形金属粒材質銀金属粒径 350メッシュ金属粒形状不定形フラックス弱活性ロジン混合比（体積比）（はんだ粒）：（金属粒）：（フラックス）＝90:1
0:105 金属粒混合量 10体積％その後、120℃の熱風オーブン中で10分間予備加熱し
た後、215℃の熱風オーブン中で３分間リフローさせ
（第４図（Ｃ））、ついで1,1,1−トリクロロエタンで
超音波洗浄して周辺のフラックス残留分を除去して第４
図（Ｄ）に示すような電気的接合部を持つロータリート
ランスを得た。

なお、のはんだ固相線温度における金属粒量は57％
であった。いずれのはんだペーストにおいても得られた
接合部は、リフローしたはんだはほぼ100％の収率で第
４図（Ｄ）のように２導体間にまたがるように橋かけ接
続されており、接合強度も問題はなかった。

以上のようにして作製したロータリートランスを熱衝
撃試験（−30℃80℃各１時間、200タイクル）したと
ころ、問題なかった。

［実施例２］第５図（Ａ）に示すフェライトコア３の片面にコイル
端子１を取り付けたロータリートランスを用意した。コ
イル端子１は銅製で、厚みは40μｍ、折り曲げ部の形状
は矩形で電極幅は0.3mmであった。またフェライトコア
３の厚みは1.0mm、スルーホールは一辺0.7mmの角穴であ
った。

フェライトコアのコイル端子１がない側から、メタル
マスク（0.15mmt）を用いたスクリーン印刷法により、
スルーホールにはんだペースト10（千住金属工業（株）
SPT−55−35、固相線温度183℃、液相線温度248℃、フ
ラックス10wt％）をコイル端子に付着するように塗布し
た（第５図（Ｂ））。

次に、外部取り出し導体であるピンがスルーホール内
に挿入されるようにピンコネクター（ピン部は銅合金／
錫メッキ長さ0.5mm,太さφ0.3mmで支持体はエポキシ樹
脂である）を接着剤（セメダインEP001）で装着した
（第５図（Ｃ））（最短距離0.2mm）。

次に、120℃の熱風オーブン中で10分間予備加熱した
後、215℃の熱風オーブン中で３分間リフローさせ（第
５図（Ｄ））、次いで1,1,1−トリクロロエタンで超音
波洗浄して周辺のフラックス残留を除去して第５図
（Ｅ）に示すような電気的接合部を持つロータリートラ
ンスを得た。

得られた接合部では、リフローしたはんだはほぼ100
％の収率で第４図（Ｅ）のように２導体間にまたがるよ
うに橋かけ接続されており、接合強度も問題なかった。

〔発明の効果〕以上説明したように、本発明は、スルーホールを設け
た磁性体コアを挟んでその両面にコイルパターン導体と
外部取り出し導体が設置されたロータリートランスにお
いて、前記コイルパターン導体と外部取り出し導体を、
固相と液相の共存が可能なはんだ合金、例えば非共晶は
んだや金属粒入りはんだでスルーホール接続したもので
あるので、電気接合部の接続が確実で断線事故に至るこ
とがなく、極めて信頼性の高いものとなる。

また、本発明は、従来のようにワイヤーリード線を１
本ずつスルーホール内に引き回わす作製する必要のある
構成と異なり、外部取り出し導体の１コア分を一度に貼
り付けることができるとともに、一括スルーホール接続
も可能であるので、作製工程における作業製も格段に向
上し、製造容易にものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）〜（Ｃ）および第２図はそれぞれ本発明に
係るロータリートランスの実施態様の接合部を示す模式
的断面図、第３図（Ａ）〜（Ｅ）は本発明に係るロータリートラン
スの製造工程を説明するための模式的断面図、第４図（Ａ）〜（Ｄ）は本発明に係るロータリートラン
スの一実施例を示す模式的断面図、第５図（Ａ）〜（Ｅ）は本発明に係るロータリートラン
スの他の実施例を示す模式的断面図、および第６図は本発明を有効に適用し得るロータリートランス
を示すものであって、第６図（Ａ）は全体の構成を示す
概略平面図、第６図（Ｂ）は電極を示す要部拡大図、第
６図（Ｃ）はコイル面で断面視した断面図である。１……コイル端子、２……外部取り出し導体、３……磁性体コア、４……はんだ層、５……スルーホール、６……ピン、７……金属粒、８……金属粒／はんだ固体層、９……ピン支持樹脂、 10……はんだペースト、 11……フラックス残渣。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】スルーホールを有する磁性体コアの両面に
該磁性体コアを挟んでコイルパターン導体と外部取り出
し導体とが配されたロータリートランスにおいて、前記コイルパターン導体と前記外部取り出し導体とは、
前記スルーホール内に配された固相と液相の共存可能な
はんだ合金により接続されていることを特徴とするロー
タリートランス。