JP3796290B2

JP3796290B2 - 電子部品及びその製造方法

Info

Publication number: JP3796290B2
Application number: JP11994496A
Authority: JP
Inventors: 光晴佐藤; 栄▲吉▼ ▲吉▼田
Original assignee: NEC Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 1996-05-15
Filing date: 1996-05-15
Publication date: 2006-07-12
Anticipated expiration: 2016-05-15
Also published as: JPH09306715A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インダクタ及びインピーダなどの電子部品、及び電子部品の製造方法に属し、特にパワーライン用として、各種の電源用平滑チョークコイル、ＤＣ／ＤＣコンバータ用の電圧変換チョークコイル、及びそれらのノイズ防止用のコイル等として用いられる電子機器及びその製造方法に属する。
【０００２】
【従来の技術】
電子機器の市場ではパーソナル／ポータブル化に伴い、小型化と薄型化とが推進されている。これら市場の要求に伴いコンデンサ、抵抗素子とならび電子回路における３大受動素子であるインダクタ（またはインピーダ）も、ＳＭＤ（ＳｕｒｆａｃｅＭｏｕｎｔｉｎｇＤｅｖｉｃｅ；サーフェイスマウンテイングディバイス「表面実装装置」）化や、印刷方式による巻線（被覆銅線を用いた巻線）レス化、または、巻線用コアレス化等の工夫により小型化、薄型化がなされている。
【０００３】
しかし、パワーライン用ＳＭＤとして実用化されているインダクタ（またはインピーダ）は、巻線ボビンや組み合わせのクリアランス等のインダクタンス（またはインピーダンス）に寄与しない無駄な空間が小型化を妨げているため、低背丈化が進んだ部品でも６ｍｍ程度にとどまっている。その上、磁気回路が開磁路構成であるため、漏洩磁束が渦電流を誘発し不要の発熱が起こったり、電子回路の誤動作を招くことが少なからず生じている。
【０００４】
これらは、さらに市場要求により低背丈化が進められている。たとえば、上記課題の改善とともに低背丈化されたＳＭＤコイルがある。
【０００５】
図４は従来のＳＭＤコイルを示している。ＳＭＤコイルは、巻線１とＥＩ型コア８と、樹脂ケース３とを有している。巻線１及びＥＩ型コア８は、これらの周囲で樹脂ケース３によって封止されている。さらに樹脂ケース３の一対の外側面及び一対の外側面から底面には一対の電極４がそれぞれ設けられている。巻線１は、ドーナツ状を呈しており、この巻線１の内側を含む周囲をＥＩ型コア８が取り囲む様に配設されている。さらに、巻線１は電極４のそれぞれに接続されている。巻線１とＥＩ型コア８との間には、若干の隙間（クリアランス）９がある。これはＥＩ型コア８に被覆銅線で巻線されたコイルを挿入するため、組み合わせ用のクリアランスであり構造上必要とされている。
【０００６】
このようなＳＭＤコイルＥＩ型コア８は、金属磁性微粉末と被覆銅線とを用い、巻線ボビンレスで一体型閉磁路構造とし、さらに一般の圧粉ダストコアに使用される粉末と比較して粒径を細かくすることで渦電流を低減しなおかつ磁芯部の比透磁率の広帯域化をはかり、背丈が３ｍｍ以下で大インダクタンス、高電流、高飽和耐量を実現している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記金属磁性微粉末と被覆銅線を用いた巻線ボビンレスの形状を呈する一体型閉磁路構造であるＳＭＤコイルの磁芯は、例えばＥＩ型コア８の様な形状に形成されたコアに被覆銅線で巻線されたコイルを挿入する構造となっているため、組み合わせのクリアランスにより、インダクタンスに寄与しないスペースが残る。
【０００８】
また、ＥＩ型コア８は、これらの組み合わせ間による隙間に起因する磁気損失によって透磁率の減少も少なからず生じている。
【０００９】
さらに小型化、薄型化を実現する場合、磁芯部に用いる磁性体の改善がある。一般的に磁性体の比透磁率とインダクタンスとの関係は、式（１）で表される。
【００１０】
Ｌ＝４π・μ_e・Ｎ²・Ａｅ／ｌｅ・１０^-9（Ｈ） …式（１）
ここで、μ_eは実効比透磁率、Ｎは巻数、Ａｅは実効断面積（ｃｍ²）、ｌｅは実効平均磁路長（ｃｍ）である。
【００１１】
式（１）の関係式から、仮に同じ大きさでインダクタンスを大きくする場合、空いているスペースに磁性体を挿入し実効断面積を大きくする。または、磁性体の比透磁率を大きくすれば良い。
【００１２】
また、インピーダンスと磁性体の比透磁率との関係は、式（２）で表される通りで、本課題においてはインダクタンスと同様である。（但し、電気及び磁気特性や設計条件等における詳細な説明は省く）

ここで、μ₀は真空の透磁率、ｌｎは自然対数、ｌは磁芯長、ＯＤは磁芯の外径、ＩＤは磁芯の内径、Ｎは巻数、ωは角速度、μ_e（μ_e′−ｊμ_e″）は複素比透磁率である。
【００１３】
本発明の課題は、上記のクリアランスをゼロとした、つまり巻線と磁芯とを一体成形化する構成とすること、及び／または比透磁率の異なる磁性体を組み合わせ、見かけ上の比透磁率を大きくすることで、同じ外形寸法で大きいインダクタンス（またはインピーダンス）を得る電子部品及びその製造方法を提供することにある。
【００１４】
さらに、本発明の他の課題は、同じインダクタ（またはインピーダ）を更に小型化した電子部品及びその製造方法を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、少なくとも巻線と、磁芯と、電極とから成る電子部品において、該磁芯が表面に酸化被膜を有する偏平状及び／または針状の軟磁性体粉末と有機結合剤とからなる複合磁性体層と、表面に酸化被膜を有する球状の軟磁性体粉末と、有機結合剤とからなる複合磁性体層の２層からなることを特徴とする電子部品が得られる。
【００１６】
また、本発明によれば、前記複合磁性体と前記巻線との間に絶縁性高分子層からなるバッファ層を設けたことを特徴とする電子部品が得られる。
【００１７】
また、本発明によれば、少なくとも巻線と、磁芯と、電極とから成る電子部品の製造方法において、該磁芯が表面に酸化被膜を有する偏平状及び／または針状の軟磁性体粉末と有機結合剤とからなる複合磁性体層と、表面に酸化被膜を有する球状の軟磁性体粉末と、有機結合剤とからなる複合磁性体層の２層からなり、前記巻線と前記磁芯とを一体に成形して成形体を作ることを特徴とする電子部品の製造方法が得られる。
【００１８】
また、本発明によれば、前記複合磁性体と前記巻線との間に絶縁性高分子層からなるバッファ層を設け、前記巻線、前記磁芯及び前記バッファ層を一体に成形して成形体を作ることを特徴とする電子部品の製造方法が得られる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、本発明の電子部品およびその製造方法の各実施の形態例について説明する。
【００２８】
図１は、本発明の電子部品としてのインダクタ（又はインピーダ）の第１の実施の形態例を示している。図１を参照して、第１の実施の形態例のおけるインダクタは、ドーナツ状を呈している巻線（コイル）１と、磁芯２と、これらの周囲を封止している樹脂ケース３とを含む。さらに樹脂ケース３の一対の外側面及び一対の外側面から底面には一対の電極４が設けられている。なお、図１では、一対の外側面うち一方の外側面から底面に向けた１つの電極４のみを示している。
【００２９】
上記インダクタ（又はインピーダ）の構成はＳＭＤコイルであって、ドーナツ状の巻線１の内側を含む周囲を、磁芯２が取り囲む様に配設されている。
【００３０】
磁芯２は、図２（ａ）の説明で後述する第１の複合磁性体層Ａに相当するものである。この磁芯２は巻線１と隙間無く配設されている。さらに巻線１は、樹脂ケース３の両端に配設されている電極４に接続されている。
【００３１】
図２（ａ）は、図１に示したＳＭＤコイルを縦方向で断面した状態を示している。図１及び図２（ａ）を参照して、巻線１と樹脂ケース３の間には、表面に酸化被膜を有する偏平状の軟磁性体粉末５と有機結合剤６とからなる第１の複合磁性体層Ａが隙間無く配設されている。
【００３２】
図２（ｂ）は、図１の構成に基づく本発明の第２の実施の形態である電子部品としてのインダクタを示している。図２（ｂ）を参照して、磁芯２として巻線１の回りを覆うように表面に酸化被膜を有する球状の軟磁性体粉末７と有機結合剤６とからなる第２の複合磁性体層Ｂが図２（ｂ）に示した複合磁性体層Ａの内側に配設されている。即ち、、第２の複合磁性体Ｂと樹脂ケース３との間に表面に酸化被膜を有する偏平状の軟磁性体粉末５と有機結合剤６とからなる第１の複合磁性体層Ａが配設され磁芯２として２層構造となっている。
【００３３】
上述したように、本発明の第１及び第２の実施の形態例では、少なくとも巻線（コイル）１と磁芯２と電極４からインダクタ（又はインピーダ）が構成されている。以下に第１及び第２の実施の形態例で説明した磁芯２の各種の構成例について詳述する。
【００３４】
構成例１として、磁芯２は、表面に酸化被膜を有する偏平状及び／または針状の軟磁性体粉末５と有機結合剤６とからなる第１の複合磁性体層Ａによって構成されている。
【００３５】
構成例２として、磁芯２は、表面に酸化被膜を有する球状の軟磁性体粉末７と有機結合剤６とからなる第２の複合磁性体層Ｂによって構成されている。
【００３６】
構成例３として、磁芯２は、表面に酸化被膜を有する偏平状及び／または針状の軟磁性体粉末５と有機結合剤６とからなる第１の複合磁性体層Ａと、表面に酸化被膜を有する球状の軟磁性体粉末７と有機結合剤６とからなる第２の複合磁性体層Ｂとの２層から構成されている。
【００３７】
構成例１、２及び３で説明したインダクタ（又はインピーダ）においては、巻線１と磁芯２とが一体に成形されて成形体が作られる。
【００３８】
構成例４として、磁芯は、表面に酸化被膜を有する偏平状及び／または針状の軟磁性体粉末５と有機結合剤６からなる第１の複合磁性体層Ａであり、かつ第１の複合磁性体層Ａと巻線１との間に絶縁性高分子層からなるバッファ層が設けられている。
【００３９】
構成例５として、磁芯２は、表面に酸化被膜を有する球状の軟磁性体粉末７と有機結合剤６とからなる第２の複合磁性体層Ｂであり、かつ巻線１と第２の複合磁性体層Ｂの間に絶縁性高分子層からなるバッファ層が設けられている。
【００４０】
構成例６として、磁芯２は、表面に酸化被膜を有する偏平状及び／または針状の軟磁性体粉末５と有機結合剤６とからなる第１の複合磁性体層Ａと、表面に酸化被膜を有する球状の軟磁性体粉末７と有機結合剤６とからなる第２の複合磁性体層Ｂの２層からなり、かつ巻線１と第１の複合磁性体層Ａとの間に絶縁性高分子層からなるバッファ層が設けられている。
【００４１】
構成例４、５及び６で説明したインダクタ（又はインピーダ）においては、巻線１と磁芯２と、絶縁性高分子層とからなるバッファ層が一体に成形されて成形体が作られる。
【００４２】
第１及び第２の実施の形態例において、磁芯２に用いる偏平状及び／または針状及び／または球状の軟磁性体は、表面に酸化被膜を有する軟磁性体粉末５、７と有機結合剤６とからなる第１及び第２の複合磁性体Ａ及びＢである。この軟磁性体粉末５又は７は、本来、導電性物質である軟磁性金属を微細粉末化して、絶縁性の有機結合剤６と混練して、有機結合剤６中に軟磁性体粉末５又は７を分散させることによって絶縁膜を成している。
【００４３】
また、軟磁性体粉末５又は７の形状のうち偏平状及び針状のうち少なくとも一つの形状とすることによって、形状磁気異方性が出現し、高周波領域において磁気共鳴に基づく透磁率が増大している。
【００４４】
したがって、これら第１及び第２の複合磁性体Ａ及びＢを磁芯２として使用することによって、より大きなインダクタンスが得られる。さらに、軟磁性体は上述した通り有機結合剤６中に軟磁性体粉末５又は７を分散させた構造を有しているため、表面抵抗は１０⁶〜１０⁸Ωと高いので、巻線１と一体に成形することが可能である。
【００４５】
また、粉末の充填率が高い場合においても個々の粒子が電気的に隔離された状態で存在することになり、良導性のバルク体にみられるような渦電流損失による周波数特性の劣化は少ない。つまり巻線１とのクリアランスを無くし、実効断面積を大きくすることが可能である。
【００４６】
したがって、従来と同じ体積でより大きなインダクタンスを得ること、及び／または透磁率が大きい偏平状及び／または針状の軟磁性体粉末５、７と有機結合剤６とからなる第１及び第２の複合磁性体層Ａ及びＢを用いた磁芯２とすれば、従来と同じインダクタを小型化にしても実現可能である。
【００４７】
上述したように、第１及び第２の複合磁性体層Ａ及びＢは，表面に酸化被膜を有している構造をもっているため、接触による導通がないので巻線１とのクリアランスを設ける必要がない。つまり、一体成形が可能であるため、磁芯２部における実効断面積を大きくとれるのでインダクタンス値を大きくとれるとともに、閉磁路構成となるため磁気的な損失が低減される。
【００４８】
第１及び第２の複合磁性体層Ａ及びＢは、上述したように、表面に酸化被膜を有する軟磁性体粉末５又は７が有機結合剤６中に均一に分散されている。軟磁性体粉末５又は７は、高周波透磁率の大きな鉄アルミ珪素合金（センダスト）、鉄ニッケル合金（パーマロイ）を代表的素材としてあげることができる。
【００４９】
なお、偏平状及びまたは針状粉におけるアスペクト比は十分大きい（おおよそ５：１以上）ことが望ましい。有機結合剤６としては、ポリエステル系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリウレタン樹脂、セルロース系樹脂、ニトリル−ブタジエン系ゴム、スチレン−ブタジエン系ゴム等の熱可塑性樹脂あるいはそれらの共重合体、エポキン樹脂、フェノール樹脂、アミド系樹脂、イミド系樹脂等の熱硬化性樹脂等をあげることができる。
【００５０】
尚、第１及び第２の複合磁性体Ａ及びＢの構成材料等は、使用目的により磁芯２に用いる磁性体を構成する軟磁性体層の構造や、軟磁性材料の種類等を選択する。例えば、チョークコイルに使用する場合は、交流電流によるコアの発熱及び電力損失を抑えるため低損失特性を有する磁性体を選定する。また、ノイズ防止用コイルに使用する場合は、高鉄損特性を有する磁性体を選定すれば良い。
【００５１】
本発明の各実施形態による第１及び第２の複合磁性体層Ａ及びＢを磁芯２に用いた場合の効果を検証するために、予め準備した空芯コイルを樹脂ケース３に挿入した状態に、表面に酸化被膜を有する軟磁性体粉末５又は７として酸化処理を施した平均粒径１０μｍ、アスペクト比が５以上の偏平状Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ合金の微粉末を７０ｗｔ％、６ナイロン３０ｗｔ％を加熱混練し、シリンジにおいて注入し成形を行った。軟磁性体粉末は酸素分圧２０％の窒素−酸素混合ガス雰囲気中で気相酸化処理を施し、表面に酸化被膜が形成されていることを確認した。
【００５２】
これら第１及び第２の複合磁性体層Ａ及びＢに関する詳細な説明については本出願人が先に提案した特願平７−１８３９１１号の明細書中で述べている。
【００５３】
それら得られたインダクタのインダクタンスとインピーダンスをインピーダンスアナライザにおいて特性を確認した結果を図３（ａ）及び図３（ｂ）に示した。
【００５４】
図３（ａ）はインダクタンスの周波数特性を示している。図３（ｂ）はインピーダンスの周波数特性を示している。なお、比較用として、図６に示した球状圧粉体であるＥＩ型コア８を用いたインダクタ及び、球状圧粉体であるＥＩ型コア８を用いたインダクタのコアと巻線１との隙間９に複合磁性体を注入したインダクタの特性も測定した。図３（ａ）及び図３（ｂ）において、▲１▼は従来品（球状圧粉体）、▲２▼は球状圧粉体＋複合磁性体、▲３▼は複合磁性体を示している。
【００５５】
以下、表１をも参照して説明する。表１は、本検証に用いた磁性材料の比透磁率とその磁気共鳴周波数ｆｒ、およびインダクタのインダクタンス値Ｌｓと共振周波数ｆｏを示している。
【００５６】
【表１】

【００５７】
図３（ａ）から分かるように、インダクタンスは、巻線１とコア８の隙間に複合磁性体を注入した場合には、▲１▼従来品の球状圧粉体のインダクタンスＬｓ１２０（μＨ）に比べて約２０μＨの増加がみられた。また、複合磁性体を注入したインダクタは、２２０（μＨ）のインダクタンスが得られた。
【００５８】
図３（ｂ）に示したインピーダンスもインダクタンスの上昇とともに高い値が得られた。したがって、本検証の結果、共振周波数は多少低下するものの、同じ体積で従来品である圧粉体のＥＩ型コア８を用いたものに比べて約１００（μＨ）高いインダクタンスが得られた。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の複合磁性体を磁芯として用いることで、巻線と一体に成形が可能となり、従来品と同一体積において大きなインダクタンス及びインピーダンスを得ることが可能であり、さらに多層化が可能なため比透磁率の異なる磁性体を組み合わせることでより大きな値を得る事が可能である。
【００６０】
また、同じインダクタンスとインピーダンスを、より小型化したインダクタ及びインピーダにおいて実現可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態例を示すインダクタ（又はインピーダ）の一部を断面した斜視図である。
【図２】（ａ）は、図１に示したインダクタの縦断面図、（ｂ）は、第２の実施の形態例を示す断面図である。
【図３】（ａ）は、インダクタンスの周波数特性を示す特性図、（ｂ）は、インピーダンスの周波数特性を示す特性図である。
【図４】従来のインダクタとして磁芯にＥＩコアを使用した場合の例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１巻線
２磁芯
３樹脂ケース
４電極
５表面に酸化被膜を有する偏平状軟磁性体粉末
６有機結合剤
７表面に酸化被膜を有する球状軟磁性体粉末
８ＥＩ型コア
９巻線とＥＩ型コアと間の隙間
Ａ第１の複合磁性体層
Ｂ第２の複合磁性体層

Claims

少なくとも巻線と、磁芯と、電極とから成る電子部品において、該磁芯が表面に酸化被膜を有する偏平状及び／または針状の軟磁性体粉末と有機結合剤とからなる複合磁性体層と、表面に酸化被膜を有する球状の軟磁性体粉末と、有機結合剤とからなる複合磁性体層の２層からなることを特徴とする電子部品。
請求項１記載の電子部品において、前記複合磁性体と前記巻線との間に絶縁性高分子層からなるバッファ層を設けたことを特徴とする電子部品。
少なくとも巻線と、磁芯と、電極とから成る電子部品の製造方法において、該磁芯が表面に酸化被膜を有する偏平状及び／または針状の軟磁性体粉末と有機結合剤とからなる複合磁性体層と、表面に酸化被膜を有する球状の軟磁性体粉末と、有機結合剤とからなる複合磁性体層の２層からなり、前記巻線と前記磁芯とを一体に成形して成形体を作ることを特徴とする電子部品の製造方法。
請求項３記載の電子部品の製造方法において、前記複合磁性体と前記巻線との間に絶縁性高分子層からなるバッファ層を設け、前記巻線、前記磁芯及び前記バッファ層を一体に成形して成形体を作ることを特徴とする電子部品の製造方法。