JP3553530B2 - 表面実装型チップインダクターの製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インダクターの製造方法に係るもので、詳しくは、電子機器などに用いられる表面実装型のチップインダクターの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
通常、チップインダクターは、一般の生活用家電製品はもちろんで、電子産業機器などのような各種電子機器に広用されている部品で、電子機器の小型化及び軽量化に伴って内装される電子部品も漸次軽薄短小化されつつある。
【０００３】
一方、デジタル通信の発達により使用周波数が益々高周波領域に拡大されてあるため、それに相応して電磁気波の環境も一層劣化されつつある。
【０００４】
即ち、殆どの電子部品は製造工程の自動化を図るために印刷回路基板（ＰＣＢ）上に表面実装され、それら表面実装部品の殆どが断面長方形であることを勘案すると、従来の円柱状のインダクターは表面実装が困難且つ煩雑であった。
【０００５】
また、従来インダクターは、巻線型（wire wound type）及び積層型（stacked type）の二つに大別され、
（１）、前記巻線型インダクターは、磁性材料の母材にコイルが巻回されて形成され、前記コイル間に浮遊容量（stray capacitance）が発生して、高インダクタンスを得るために巻線数を増加させると、高周波特性が劣化されるという欠点があった。
（２）、前記積層型インダクターは、母材は前記巻線型インダクターと同様であるが、コイルの代わりに内部電極が螺旋状に印刷されたグリーンシート（green sheet）が積層形成され、加圧及び焼結を施した後、前記母材の両方側に外部電極を塗布して構成していた。そして、このような前記積層型インダクターは、印刷回路基板に表面実装されて回路からノイズの除去、または、インピーダンスのマッチングなどに利用されるチップ部品として、大量生産が可能であると同時に、内部電極として銀（Ａｇ）を使用するため高周波特性に優れるという長所があるが、その反面に、電極の積層数が制限されるためインダクタンスに制限があり、特に、内部電極の幅が制限されるため十分な電流を許容することができないという短所があった。従って、電源用としては使用することが困難で、主に、低電圧、低電流回路に使用が制限されていた。
【０００６】
このような前記巻線形インダクター及び積層型インダクターの問題点を解決するために、近来、円柱状の成形体の外周面に金属膜を形成した後、該金属膜をトリミング（trimming）してコイルパターンを形成したインダクターが提案されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
然るに、このような従来円柱状の成形体に金属膜を形成してトリミングしたインダクターにおいては、円柱状であるため印刷回路基板に表面実装することが困難で、また、表面実装有利な断面長方形のインダクターの場合は、成形体外周面の金属膜をレーザーを使用してトリミングするため、費用が増加し、加工時間が長くなって煩雑であると共に、レーザー受光量の変動が大きくて均一な溝を形成することができず、よって、電気的特性が低下するという不都合な点があった。
【０００８】
本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたもので、電気的特性に優れると共に、印刷回路基板上の表面実装が容易なチップインダクターを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するため、本発明に係る表面実装型チップインダクターの製造方法においては、円柱状のインダクター母材の外周面に螺旋状のコイルパターンを形成し、該コイルパターンの形成された円柱状インダクターを断面長方形に変形させて印刷回路基板上の表面実装を容易にして製造効率及び電気的特性を向上し得ることを特徴とするものである。
【００１０】
また、このような目的を達成するために本発明に係る表面実装型チップインダクターの製造方法においては、フェライトまたはセラミック粉末に熱可塑性有機バインダーを混合して円柱状の成型体を形成する段階と、前記成型体の外周面にコイルパターンを形成する段階と、該コイルパターンの形成された前記成型体を角型のモールドに挿合し、所定温度下で所定圧力を加えて断面長方形に変形させる段階と、を順次行うことを特徴とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態に対し、図面を用いて説明する。
【００１２】
本発明に係る表面実装型チップインダクターの製造方法においては、先ず、インダクターの母材としてフェライトまたはセラミックの粉末に熱可塑性の有機バインダーを混合した後、押出などの方法により円柱状の成形体を形成する。
【００１３】
次いで、前記円柱状成形体の外周面にコイルパターンを形成する。
【００１４】
ここで、前記コイルパターンの形成方法の第１実施形態においては、前記円柱状成形体の外周面に金属層を形成し、該金属層に螺旋状のコイルパターンを形成する。
【００１５】
そして、前記コイルパターンの形成方法の第２実施形態として、前記円柱状成形体の外周面に導電性ペーストを包含する糸状の可撓性材料を螺旋状に巻回した後、前記可撓性材料に含まれた導電性ペーストを硬化させることもできる。
【００１６】
且つ、前記コイルパターンの形成方法の第３実施形態として、前記円柱状成形体の外周面に所定厚さ及び所定幅のテープを、所定間隔を有するように螺旋状に巻回した後、前記テープ間に導電性ペーストを塗布して、硬化させることもできる。
【００１７】
また、前記コイルパターンの形成方法の第４実施形態として、前記円柱状成型体の外周面に導電性ペーストが染込まれない糸状の可撓性材料を所定間隔を有する螺旋状に巻回し、前記導電性ペーストが装入された容器内に前記可撓性材料が螺旋状に巻回された前記成型体を所定時間の間浸漬させて外周面に導電性ペーストを塗布させた後、所定時間の間、前記成型体に塗布された導電性ペーストを硬化させることもできる。
【００１８】
その後、コイルパターンの形成された前記成型体を角形モールドに挿合した後、所定温度及び所定圧力下で前記成型体を断面長方形に変形させることにより、電気的特性に優れると共に、表面実装が容易な本発明に係るチップインダクターの製造を終了する。
【００１９】
以下、詳しく説明する。
図１は、本発明に係る表面実装型チップインダクターの製造に用いられるインダクターの母材として、円柱状の成形体１０を示したもので、先ず、フェライトまたはセラミックの粉末に、熱可塑性有機バインダーを混合するが、前記フェライトは、高周波用に適合したＮｉ−Ｚｎ系、Ｃｕ−Ｚｎ系、または、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系を用いる。
【００２０】
また、前記有機バインダーは、前記セラミックまたはフェライトなどの原料が焼結されて固溶体を形成する前に、前記セラミックまたはフェライトの粉末を所定形状に成形するか、または、成形された形状を保持するために添加される。
【００２１】
即ち、本発明の表面実装型チップインダクターの製造に用いられる有機バインダーは、先ず、成形体１０を円柱形に成形し（１次成形）、該円柱形成形体１０の外周面に螺旋状のコイルを形成した後、前記円柱形成形体１０を角形に変形させる（２次成形）過程を経由するので、所定温度（例えば、３００℃）で角形に成形できるように、ＰＶＡ、ＰＶＢ、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリアミド及びポリ塩化ビニルなどの熱可塑性樹脂中何れか一つ、または、それらの混合物を使用することが好ましいが、以上の有機バインダーに限定されず、その他のものを使用することもできる。
【００２２】
このような有機バインダーは、成形後に成形体を焼結する過程で消失されるので、焼結体はセラミックまたはフェライト及び各種添加物だけの固溶体になる。
【００２３】
その後、円柱状に成形された前記成形体１０の外周面に螺旋状のコイルパターンを次のように形成する。
【００２４】
即ち、コイルパターンの形成方法の第１実施形態においては、図２（Ａ）に示したように、先ず、前記円柱状成形体１０の外周面に金属層１５を形成するが、前記金属層１５は、浸漬（dipping）、メッキまたはスパッタリングなどの表面処理を施して適当な厚さに形成する。
【００２５】
前記金属層１５の材料は、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｐｄ及びＳｎ中何れか一つ、または、それら元素を含有する合金を使用することができる。
【００２６】
その後、図２（Ｂ）に示したように、金属層１５の形成された円柱状成形体１０の外周面にレーザーを走査して螺旋状の溝２０を形成するが、該螺旋状の溝２０は、レーザーを走査しながら前記円柱状成形体１０を所定速度で回転させると同時に前後方に往復させることにより形成することができる。この場合、前記溝２０間の間隔は前記円柱状成形体１０の水平移動速度によって決定されるため、水平移動速度を調節して前記円柱状成形体１０の外周面上に形成されるコイルパターンの巻線数を決定することができる。なお、前記コイルパターンを形成するときには、レーザーに限定されず、他の微細な溝を螺旋状に加工し得る任意の装備を用いることができるが、本実施例のようにレーザーを使用すると、前記螺旋状の溝２０の深さ及び巻線数を、レーザーの走査電力、走査時間及び焦点距離を調整して容易に決定し得るという長所がある。即ち、溝の深さはレーザーの走査電力及び走査時間によって決定され、溝の幅はレーザーの焦点距離を調整して調節することができるため、前記溝２０の深さを、必要に応じて前記金属層１５よりも深く形成して、前記円柱状成形体１０の表面まで至るように切刻形成することができる。
【００２７】
そして、コイルパターンの形成方法の第２実施形態においては、図３（Ａ）に示したように、前記円柱状成形体１０の外周面に螺旋状の金属コイルパターンを形成するが、その金属コイルは、導電性ペーストを含有する糸状の可撓性（flexible）材料３０を用いて形成する。このとき、前記金属コイルはインダクターのコイルに該当され、その成分は、Ａｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｐｄ及びＳｎ中何れか１つ、または、それら元素を含有する合金から選択して用いる。この第２の実施形態は、前記第１実施形態の螺旋状のコイルパターンを形成する方法よりも一層簡便に螺旋状のコイルを円柱状成形体１０の表面に形成することができる。
【００２８】
且つ、前記可撓性材料３０に金属を含有させる方法においては、図３（Ｂ）に示したように、導電性ペースト３２が装入された容器３１の内部に糸状の可撓性材料３０を通過させることによって、該可撓性材料３０の内部及び外部に金属を含浸させる。このとき、前記可撓性材料３０は、後述する焼結過程で自然に消滅されるように可燃性材料を使用することが好ましい。
【００２９】
このような金属が含まれた前記可撓性材料３０を、前記円柱状成形体１０の外周面に螺旋状に巻回するときは、成形体１０を軸方向に所定速度で移動させながら軸の中心に回転させて前記金属が含浸された可撓性材料３０を前記成形体１０に巻回すると、該成形体１０の外周面に前記可撓性材料３０が所定間隔を有して巻回される。このとき、前記円柱状成形体１０を軸方向に移動させずに回転させ、前記可撓性材料３０を前記成型体１０の軸方向に移動させながら巻回しても所定間隔を有する螺旋状のコイルを形成することができる。その後、このように前記円柱状成形体１０の外周面にコイルを巻回して形成した後は、所定時間の間放置して前記可撓性材料３０を硬化させる。
【００３０】
また、コイルパターンの形成方法の第３実施形態においては、図４に示したように、前記円柱状成形体１０の外周面に所定厚さ及び所定幅を有するテープ４０を螺旋状に巻回して、前記成型体１０の外周面上の前記テープ４０が巻回された部分間に露出部分４５をそれぞれ形成し、該露出部分４５に導電性ペーストを塗布することで、該塗布された導電性ペーストを前記成形体１０の外周面上の螺旋状に巻回されたテープ４０間にそれぞれ螺旋状に形成する。
【００３１】
このとき、前記円柱状成形体１０の外周面に巻回される前記テープ４０の幅によって金属コイル間の間隔が決定され、前記金属コイルの厚さは、ほぼ前記テープ４０の厚さによって決定される。
【００３２】
その後、前記円柱状成形体１０の外周面の金属コイルを所定時間の間硬化させる。
【００３３】
また、コイルパターンの形成方法の第４実施形態においては、先ず、図５（Ａ）に示したように、前記円柱状成形体１０の外周面に糸状の可撓性材料５０を所定間隔を有して螺旋状に巻回する。このとき、前記可撓性材料５０は、ナイロンのように、導電性ペーストが染込まれない材料を選択する。次いで、図５（Ｂ）に示したように、前記可撓性材料５０が螺旋状に巻回された前記成型体１０を導電性ペースト５２が装入された容器５１の内部に所定時間の間浸漬させて、前記成形体１０の外周面上に導電性ペーストを塗布させた後、所定時間の間、前記導電性ペーストを硬化させる。
【００３４】
この場合、前記可撓性材料５０には前記導電性ペースト５２が染込まれないので、前記成形体１０の外周面上に塗布された前記導電性ペースト５２は螺旋状のコイルになる。その後、前記可撓性材料５０を前記成型体１０から除去させるが、このとき、前記導電性ペースト５２の塗布厚さは前記可撓性材料５０の直径の１／２以下にすることが好ましい。
【００３５】
以上、コイルパターンの形成方法の各実施形態について説明したが、前記第２〜第４実施形態に示したように、螺旋状のコイルを形成するために糸状またはテープ状の可燃性材料を用いたが、これに限定されず不導体の不燃性材料を使用することもできる。
【００３６】
以下、螺旋状のコイルパターンが形成された円柱状成形体１０を角型に挿合して長方形に変形させる方法に対し図面を用いて説明する。
【００３７】
図６（Ａ）〜（Ｄ）は、外周面に金属層の形成された前記円柱状成形体１０を角型を利用して断面長方形に変形させる一つの方法を示した工程図である。
【００３８】
先ず、図６（Ａ）に示したように、螺旋状のコイルが形成された前記円柱状成形体１０の外周面に外部コーティング層６０を形成するが、該外部コーティング層６０は、フェライトまたはセラミック粉末に熱可塑性有機バインダーが添加された混合物を塗布して所定厚さに形成する。
【００３９】
次いで、図６（Ｂ）に示したように、角形のモールドの内部に前記円柱状成形体１０を挿合した後、加熱及び加圧して、前記成型体１０を断面長方形の角形に変形させる。このとき、前記モールドは下部モールド６１と上部モールド６２とから構成され、前記下部モールド６１は凹状に形成されて、前記成形体１０が上方側から挿合された後、前記下部モールド６１に前記上部モールド６２を組合させるようになっている。
【００４０】
本明細書では、モールドの内側断面が四角形であるため、変形される成形体も断面四角形になるが、表面実装環境によって他の多様な形態の成形体に変形させることもできる。
【００４１】
次いで、図６（Ｃ）に示したように、前記円柱状成形体１０は、前記モールド内で所定温度（約３００℃）及び圧力を受けて前記モールドの形状通りに変形されるが、このとき、前記円柱状成形体１０には熱可撓性有機バインダーが添加されているため、加熱及び加圧により前記モールドの形状通りに変形される。
【００４２】
なお、本明細書には、コイルパターンが形成された前記円柱状成形体１０の外周面上に外部コーティング層を塗布した後断面四角形に変形させているが、その加工順位を変えて、前記円柱状成形体１０を先に角形に変形させた後、外部コーティング層を形成することもできる。
【００４３】
次いで、図６（Ｄ）に示したように、角形に変形された前記成型体を必要に応じて、所定長さに切断して単一インダクター６５を形成する。このとき、切断のサイズとしては、通常の表面実装型の大きさ、例えば、１６０８または２０１２などのサイズが挙げられる。このように切断してサイズを調節することによって既存の表面装着機を使用して他の積層型部品と同様に実装することができる。
【００４８】
このとき、角形モールドの代わりに角型を有する押出成型機を利用して前記成型体１０を角型から押出すこともできる。
【００４９】
図７は、切断された角形インダクター８０を焼結して焼結体を形成した後、該焼結体の両方側に外部電極８５を形成した表面実装型チップインダクターを示した斜視図で、有機バインダーは成形された成形体の焼結過程で消失されるため、結果的に、前記焼結体は、セラミックまたはフェライト及び各種添加物だけにより構成される。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る表面実装型チップインダクターの製造方法においては、円柱状成形体にコイルパターンを形成した後、断面角形に変形するようになっているため、電気的特性に優れると共に、工程を単純化して大量生産を可能にし、製造コストを低減させて、既存の表面実装型装着機を使用して簡単に実装することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る表面実装型チップインダクターの母材である円柱状成形体を示した模式図である。
【図２】図１の円柱状成形体の外周面にコイルパターンを形成する方法の第１実施形態を示した説明図で、（Ａ）は、表面に金属層が形成された円柱状成形体の斜視図、（Ｂ）は、螺旋状のコイルパターンが形成された円柱状成形体の斜視図である。
【図３】図１の円柱状成形体の外周面にコイルパターンを形成する方法の第２実施形態を示した説明図で、（Ａ）は、可撓性材料により外周面に螺旋状の金属コイルパターンが形成された円柱状成形体を示した斜視図、（Ｂ）は、（Ａ）の可撓性材料に金属を含浸させる方法を示した工程縦断面図、である。
【図４】図１の円柱状成形体の外周面にコイルパターンを形成する方法の第３実施形態を示した斜視図である。
【図５】図１の円柱状成形体の外周面にコイルパターンを形成する方法の第４実施形態を示した説明で、（Ａ）は、螺旋状のコイルパターンが形成された円柱状成形体を示した斜視図、（Ｂ）は、成形体の外周面上に導電性ペーストを塗布する方法を示した工程縦断面図、である。
【図６】図１の円柱状成形体を角型で角形に変形させる方法の第１実施形態を示した工程図で、（Ａ）は、外周面にコーティング層が形成された円柱状成形体を示した斜視図、（Ｂ）は、角形のモールドに挿合された円柱状成形体、（Ｃ）は、角形に変形された成形体を示した斜視図、（Ｄ）は、切断された単一インダクターの外観を示した斜視図である。
【図７】両方端部に外部電極が形成された本発明に係る表面実装型チップインダクターを示した斜視図である。
【符号の説明】
１０ 円柱状成形体
１５ 金属層
２０ 溝
３０、５０ 可撓性材料
３１、５１ 容器
３２、５２ 導電性ペースト
４０ テープ
４５ 露出部分
６０ 外部コーティング層
６１ 下部モールド
６２ 上部モールド
６５、８０ 単一インダクター
８５ 外部電極

Claims (20)

1. フェライトまたはセラミック粉末に熱可塑性有機バインダーを混合して円柱状の成型体を形成する段階と、
   前記円柱状成型体の外周面にコイルパターンを形成する段階と、
   前記コイルパターンの形成された円柱状成型体を角型のモールドに挿合した後、所定温度下で所定圧力を加えて前記円柱状成型体を角形に変形させる段階と、を順次行うことを特徴とする表面実装型チップインダクターの製造方法。
2. 前記コイルパターンを形成する段階は、
   前記円柱状成型体の外周面に金属層を形成する段階と、
   前記金属層に螺旋状のコイルパターンを形成する段階と、
   を順次行うことを特徴とする請求項１記載の表面実装型チップインダクターの製造方法。
3. 前記金属層の材質は、Ａｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｐｄ及びＳｎ中何れか１つ、または、それら元素を含有する合金が利用されることを特徴とする請求項２記載の表面実装型チップインダクターの製造方法。
4. 前記金属層は、浸漬（dipping）、メッキ及びスパッタリング中何れか一つの方法を用いて前記成型体の表面に所定厚さに被覆されることを特徴とする請求項２記載の表面実装型チップインダクターの製造方法。
5. 前記コイルパターンは、レーザー加工またはその他の機械的加工により形成されることを特徴とする請求項２記載の表面実装型チップインダクターの製造方法。
6. 前記コイルパターンを形成する段階は、
   前記円柱状成型体の外周面に導電性ペーストを包含する糸状の可撓性材料を螺旋状に巻回する段階と、
   前記可撓性材料に包含された導電性ペーストを硬化させる段階と、
   を順次行うことを特徴とする請求項１記載の表面実装型チップインダクターの製造方法。
7. 前記糸状の可撓性材料は、導電性ペーストが装入された容器内を通過することによって金属成分が包含されることを特徴とする請求項６記載の表面実装型チップインダクターの製造方法。
8. 前記糸状の可撓性材料は、焼結を施す過程で消失される可燃性材料であることを特徴とする請求項６記載の表面実装型チップインダクターの製造方法。
9. 前記コイルパターンを形成する段階は、
   前記円柱状成型体の外周面に所定厚さ及び所定幅を有するテープを所定間隔を有するように螺旋状に巻回する段階と、
   前記テープ間の間隔に導電性ペーストを塗布する段階と、
   前記塗布された導電性ペーストを硬化させる段階と、
   を順次行うことを特徴とする請求項１記載の表面実装型チップインダクターの製造方法。
10. 前記テープは、焼結を施す過程で消失される可燃性材料であることを特徴とする請求項９記載の表面実装型チップインダクターの製造方法。
11. 前記コイルパターンを形成する段階は、
    前記円柱状成型体の外周面に導電性ペーストが染込まれない糸状の可撓性材料を所定間隔を有して螺旋状に巻回する段階と、
    前記可撓性材料が螺旋状に巻回された前記成型体を導電性ペーストが装入された容器内に所定時間の間浸漬させて、前記成型体の外周面上に導電性ペーストを塗布させる段階と、
    所定時間の間、前記成型体に塗布された導電性ペーストを硬化させる段階と、
    を順次行うことを特徴とする請求項１記載の表面実装型チップインダクターの製造方法。
12. 前記可撓性材料を前記成型体から取除く段階を追加行うことを特徴とする請求項１１記載の表面実装型チップインダクターの製造方法。
13. 前記有機バインダーは、前記成型体の焼結過程で消失される材料であることを特徴とする請求項１記載の表面実装型チップインダクターの製造方法。
14. 前記有機バインダーは、ＰＶＡ（Poly Vinyl Alcohol；以下、ＰＶＡと略す）、ＰＶＢ（Poly Vinyl Butyral；以下、ＰＶＢと略す）、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリアミド及びポリ塩化ビニール中から選択される何れか１つまたは２つ以上の混合物であることを特徴とする請求項１３記載の表面実装型チップインダクターの製造方法。
15. 前記角形モールドの断面はほぼ四角形であることを特徴とする請求項１記載の表面実装型チップインダクターの製造方法。
16. 前記円柱状成型体の外周面に螺旋状のコイルパターンを形成した後、フェライトまたはセラミック粉末に熱可塑性有機バインダーを混合させた材料を用いて、前記コイルパターンの形成された円柱状成型体の外周面に外部コーティング層を形成し、この外部コーティング層の形成された前記円柱状成形体を角型のモールドに挿入し、外部コーティング層とともに前記円柱状成型体を角形に変形させることを特徴とする請求項１記載の表面実装型チップインダクターの製造方法。
17. 前記円柱状成型体を角形に変形させた後、フェライトまたはセラミック粉末に熱可塑性有機バインダーを混合させた材料を用いて、前記角形に変形させた成型体の外周面に外部コーティング層を形成することを特徴とする請求項１記載の表面実装型チップインダクターの製造方法。
18. 前記断面長方形の角形に変形された成型体を所定の長さに切断する段階を追加して行うことを特徴とする請求項１記載の表面実装型チップインダクターの製造方法。
19. 前記断面長方形の角形に変形された成型体を焼結して焼結体を形成し、該焼結体の両方側に外部電極を形成する段階を追加して行うことを特徴とする請求項１記載の表面実装型チップインダクターの製造方法。
20. フェライトまたはセラミック粉末に熱可塑性有機バインダーを混合して円柱状の成型体を形成する段階と、
    前記成型体の外周面にコイルパターンを形成する段階と、
    前記コイルパターンの形成された前記成型体を角型を有する押出成型機を利用して断面長方形の角形に変形させる段階と、
    を順次行うことを特徴とする表面実装型チップインダクターの製造方法。

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