JP5165415B2

JP5165415B2 - 面実装型コイル部材

Info

Publication number: JP5165415B2
Application number: JP2008043382A
Authority: JP
Inventors: 秀樹小川; 喜和沖野
Original assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Current assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Priority date: 2008-02-25
Filing date: 2008-02-25
Publication date: 2013-03-21
Anticipated expiration: 2028-02-25
Also published as: JP2009200435A

Description

本発明は、電気・電子・自動車関連で使用される面実装型コイル部材、特に携帯型電子機器に組み込まれるのに好適な小型の面実装型コイル部材、及びその製造方法に関する。

最近のノートパソコン、携帯電話などの携帯型電子機器においては、小型化、軽量化が進んできており、それらに搭載される面実装型のインダクタンス素子等の電子部品そのものの更なる小型化が要求されてきている。

例えば、フェライト等のセラミック成形体をドラム形状のコアに用い、それにコイル導体を巻回させたドラムタイプの巻き線インダクタンスにおいては、コアの高さ及びつばを薄く成形することで対応している（特許文献１参照）。しかしながら、ドラムコアの薄型化に伴い、特につば部の強度確保が困難となってきており、実装時の衝撃等の外力、歪に耐えることが難しくなってきている。この傾向は特に製品高さ寸法０．８ｍｍ以下の領域で特に顕著となっている。更に、ドラムコアの薄型に伴い、特にコアへの巻き線、外装形成などもつば部の薄型化（０．２ｍｍ以下）で急激な強度低下と共にコアの保持力、巻き線テンション等の外力、歪に耐えることが難しくなってきている。

また、磁性粉にバインダを加えて加工成形して得られる磁性体の内部に、コイル導体と、このコイル導体のリード部と金属電極（端子）の接合部を含む端子の一部とを埋設したタイプのものも知られており、種々の小型化の提案がなされている。
例えば、特許文献２では、２枚の、磁性粉体と熱硬化性樹脂とからなる未硬化のシート状のコンポジット磁性体の間に、リード端子に接続されたコイルとコンデンサーを挟んだ後、加熱硬化させて、コンポジット磁性体にコイルとコンデンサーとが埋設された成形体とすることにより、小型で簡易に使用できる実装型の素子を得ることが提案されている。
また、特許文献３では、磁性体内に埋設される端子の埋設部を２分化することにより、製品の小型化を可能とするとともに、成形体からの端子抜けが防止でき、且つ、端子曲げ加工時に懸念される成形体の割れ、ヒビの発生、或いは端子の傾きや曲がりを抑えることが提案されている。

さらに、特許文献４、５では、前記の巻き線型のコイル導体に代えて、絶縁基板の少なくとも１面に、コイル状に導電体のメッキを施すことにより平面コイルとすることも提案されている。
特開２００７−１６５６２３号公報特許第３３６５６２２号公報特開２００７−８１１２０号公報特開２００６−６６８３０号公報特開２００６−３１０７０５号公報

しかしながら、従来のものはいずれも、コイル導体と、該コイル導体のリード部と端子電極（リード端子）の接合部とが同じ平面内に配置されており、該接合部は端子抜けを防止するためにはある程度の大きさを必要とすることから、製品の小型化の妨げとなるという問題は、依然として解消していない。
また、特許文献２に記載されたものでは、端子の曲げ加工時の成形体の割れやヒビの発生を抑えてはいるものの、依然として端子の曲げ加工は必要であるために、成形体の割れやヒビの発生を完全になくすことは不可能である。
さらに、メッキを用いる方法は、その製造工程が複雑であって簡便ではない。

本発明は、以上のような事情に鑑みてなされたものであって、コイル導体のリード部と端子電極との接合部の強度を確保するとともに、製品の更なる小型化及び低背化を可能にした面実装型コイル部材を提供することを目的とするものである。

本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、未硬化な状態ではフレキシブルな樹脂シートを用いるとともに、コイル導体のリード部を折り曲げることにより、該シートの間にコイル導体のコイル本体を挟み込み、圧着加熱して樹脂を軟化させ、その後硬化させて外装部を形成することにより、小型化及び低背化を可能とした面実装型コイル部材を提供できることを見いだした。

本発明は、これらの知見に基づいて完成に至ったものであり、以下のとおりのものである。
（１）少なくともコイル導体と端子電極とが埋設された樹脂成形体を備えた面実装型コイル部材であって、コイル導体は樹脂成形体中に埋設され、樹脂成形体の裏面には、端子電極の表面が露出するとともに、端子電極の厚みの少なくとも一部が樹脂成形体に埋設され、前記コイル導体のリード部が前記樹脂成型体中で折り曲げられて樹脂内に埋め込まれていることを特徴とする面実装型コイル部材。
（２）前記樹脂成形体中には、コイル導体のリード部と端子電極との接合部が埋設されていることを特徴とする（１）の面実装型コイル部材。
（３）前記コイル導体が、端子電極と一体に形成されたＵ字状又は蛇行状のコイル導体であることを特徴とする（１）の面実装型コイル部材。
（４）前記樹脂成形体が、磁性粉を含有する樹脂成形体であることを特徴とする（１）〜（３）のいずれかの面実装型コイル部材。
（５）前記樹脂成形体が、非磁性樹脂成形体であることを特徴とする（１）〜（３）のいずれかの面実装型コイル部材。
（６）少なくとも、コイル導体のコイル本体から同方向に引き出された一対のリード部及び端子電極を金型上に配置し、該リード部及び端子電極上に第１のフレキシブルな未硬化の樹脂シートを積層し、次いで前記コイル導体を折返して前記未硬化の樹脂シート上にコイル本体を載せ、更に該コイル本体上に第２のフレキシブルな未硬化の樹脂シートを積層した後、加熱成形することを特徴とする面実装型コイル部材の製造方法。
（７）前記コイル導体が、端子電極と一体に形成されたＵ字状又は蛇行状のコイル導体であることを特徴とする（６）の面実装型コイル部材の製造方法。
（８）前記樹脂シートが、磁性粉を含有する複合樹脂シートであることを特徴とする（６）又は（７）の面実装型コイル部材の製造方法。
（９）前記樹脂シートが、非磁性の樹脂シートであることを特徴とする（６）又は（７）の面実装型コイル部材の製造方法。

本発明によれば、コイルと樹脂が密着された一体型のコイル部材を形成できるとともに、簡単に電極の固定と形成が行えるばかりでなく、端子電極となる金属板（リードフレーム等）の厚みの少なくとも一部をそのまま樹脂シートに埋め込むことで、前記リードフレームの厚みを電極として最大限生かすことができ、高さ寸法を大幅に抑えることが可能となる。また、本発明によれば、外装部が樹脂をバインダとした一体化の柔軟構造をとるため、従来のセラミックスよりも外力による歪に耐えることが可能であり、さらに、樹脂シートの厚み及び／又は枚数を制御することで簡単に製品厚みを制御でき薄型化が容易に達成できる。さらにまた、本発明によれば、コイル導体の折り曲げ部が樹脂内に埋め込まれることとなり、樹脂がコイル導体の保護を兼ねるため、断線、ショート、絶縁皮膜の経時劣化等を抑えることができ、信頼性が向上するとともに、従来のコイル導体の線材の絶縁被膜が軽減可能となり、生産性の向上を図ることが可能となる。

図１ないし１１は、本発明の面実装型コイル部材１０の製造工程を模式的に示す図であり、図１２は、こうして得られた本発明の面実装型コイル部材１０の断面図である。図中、１は、コイル導体、１ａは、コイル導体のコイル本体、１ｂは、コイル導体のリード部、２は、リードフレーム、３は、コイル導体とリードフレームの接合部、４は、金型、５は、未硬化の複合樹脂シート、６は、硬化後のカットされた複合樹脂シート、７は端子電極、をそれぞれ示している。

最初に、本発明の面実装型コイル部材１０の製造方法の一例を、図１ないし図１１を用いて説明する。
コイル導体１として、絶縁被覆導線を空芯状に巻回してなるコイル導体１を用い、該コイル導体１のコイル本体１ａから同じ方向に引き出された一対のリード部１ｂ，１ｂを、端子電極となるリードフレーム２等の金属板に接合する（図１、２参照）。この際の接合法は、特に限定されるものではなく、溶接、圧着、超音波など金属間での接合法等、いずれの方法でもよい。
また、前記コイル導体１及びリードフレーム２に代えて、Ｕ字型のリードフレーム又は蛇行状のリードフレームをそのまま使用してもよい。例えば、図１１に示すようなＵ字型リードフレームを用いた場合には、Ｕ字型部がコイル本体の代わりに、またフレームのストレート部がリード部及び端子電極となる。

次に、コイル導体１のリード部１ｂを接合したリードフレーム２又はＵ字型リードフレームのストレート部を金型４上にセットする（図３参照）。なお、この金型４には、リードフレームの形状に合わせて段差を設けてあり、段差を調整することにより、樹脂シートに埋め込まれるリードフレーム２又はＵ字型リードフレームのストレート部の厚みを調整することができる。また、図３に示すとおり、樹脂成形体中にコイル導体のリード部と端子電極との接合部が埋設されるように、接合部３の端部と金型４の外枠の間には隙間（図中、⇒で示す。）を設けて配置する。

次いで、リードフレーム２又はＵ字型フレームのストレート部の上に、テープ状の未硬化のフレキシブルな樹脂シート５を、前記金型４の外枠との間の隙間を残すようにして積層した後（図４参照）、コイル導体１のリード部１ｂ又はＵ字型フレームを内側に折り曲げて、コイル本体１ａを未硬化の樹脂シート５上に載せ（図５参照）、更にその上に、第２の未硬化の樹脂シート５を、前記隙間を残さずに積層する（図６参照）。
コイル本体１ａの上下に積層する樹脂シート５は、何枚でもよく、樹脂シート５の厚み及び／又は枚数を制御することにより、簡単に製品厚みを制御でき、コイル部材の薄型化が容易に達成できる。本発明の実施の形態では、平均粒径１０μｍのＦｅＳｉＣｒ組成粉を９２ｗｔ％添加した０．２ｍｍ厚の樹脂シートを用い、コイル本体１ａの両面に２枚ずつ積層させた場合、得られた製品の厚みは最大０．７ｍｍであった。

次に、重ねた第２の未硬化の樹脂シート５上に、上側金型４をセットし（図７参照）、圧着（例えば、２〜３ｋｇ／ｃｍ^２）させながら、仮キュアする。仮キュアは、用いる樹脂によるが、例えば、温度は１５０℃で、２０分程度である。このとき、樹脂シートが軟化することで、コイル軸芯部及び巻線間に樹脂が流れ込み、コイル導体と樹脂が密着された一体型のコイル部材１０を形成できるとともに、リードフレームの厚みの一部が樹脂内に埋め込まれることにより、簡単に端子電極の固定と形成が行われる。

仮キュア後、金型から、フレーム−樹脂シート一体成形品を取り出し製品形状にカットする。図９は、カットされた後の、フレーム−樹脂の一体成形品の表面を示し、図１０は、その裏面を示している。カットした製品個別で、例えば、温度１５０℃、３０〜６０分程度の、本キュアを行う。

次に、本発明の面実装型コイル部材１０について、図１２を用いて説明する。図中、１ａは、コイル導体１のコイル本体、７は、端子電極、８は、樹脂成形体、をそれぞれ示しており、上段に示す図は、コイル導体１の線材に丸線を用いたものであり、下段に示す図は、コイル導体１の線材に平角線を用いたものである。尚、上記図１２において、絶縁被覆は図示省略した。
図１２に示すとおり、本発明の面実装型コイル部材１０は、コイル導体１と端子電極７が樹脂成形体８に埋設されたものであって、該成形体８の裏面には、前記端子電極７の表面が露出するとともに、端子電極７の厚みの少なくとも一部が埋設されている。

すなわち、本発明の面実装型コイル部材１０は、簡単に電極の固定と形成が行えるばかりでなく、端子電極７となる金属板（リードフレーム等）の厚みの少なくとも一部を樹脂シート５に埋め込ませて硬化させることで、リードフレーム２の厚みを電極として最大限生かすことができ、高さ寸法を大幅に抑えることが可能となる。
また、本発明の面実装型コイル部材１０は、外装部が樹脂をバインダとした一体化の柔軟構造をとるため、従来のセラミックスよりも外力による歪に耐えることが可能である。また、製造の際に用いる樹脂シートの厚み及び／又は枚数を制御することで簡単に製品厚みを制御でき薄型化が容易に達成できる。

さらに、本発明によれば、コイル導体１の折り曲げ部が樹脂シート５内に埋め込まれることとなり、樹脂シート５がコイル導線１の線材の保護を兼ねるため、断線、ショート、絶縁皮膜の経時劣化等を抑えることができ、信頼性が向上するとともに、従来のコイル導線１の線材の絶縁被覆が軽減可能となり、生産性の向上も図れる。
また、本発明の面実装型コイル部材１０は、樹脂中に磁性粉を含有させることにより、コイル導体と樹脂が密着された一体型の閉磁路構造インダクタを形成でき、また、樹脂として非磁性樹脂を用いた場合には、開磁路構造のＧａｐ制御が容易となり、Ｌ値、電流特性の設計が容易となる。

また、本発明においては、樹脂シートの外側に異なる材質の、例えば高透磁率のフェライト焼結体板や磁性粉末成形体板、金属圧粉板、絶縁板などを張り合わせることも可能であり、前記磁性シートに比べて高い透磁率の磁性材や絶縁材との組み合わせでより高機能を付加させることも可能である。
図１３及び図１４は、その幾つかの例を示すものであり、図中、１ａは、コイル導体１のコイル本体、７は、端子電極、８は、樹脂成形体、９は、高透磁率の焼結磁性体板、をそれぞれ示している。

次に、本発明の面実装型コイル部材１０に用いる材料について説明する。
樹脂成形体にインサートするコイル導体は、丸線、平角線などの絶縁被覆導線で巻かれた空芯状のコイル導体を利用するが、低背化のためα巻き、エッジワイズ巻きなども有効である。またリードフレームと一体になったＵ字型のコイル導体やフレキシブル基板上にコイルパターンを形成したものも用いることができる。

リードフレーム、Ｕ字型若しくは蛇行状のコイル導体の材質は、折り曲げ可能なＣｕ、リン青銅などであり、両面もしくは外側片面のみに、ＮｉメッキやＳｎメッキ等を施し、そのまま端子電極（外部電極）として利用できるものとする。また、樹脂シートと接着する面は、密着性を高めるため、表面シボ加工もしくは突起を設け密着強度を高めてもよい。

本発明において用いる樹脂は、シート形状では、未硬化状態でかつフレキシブルな１８０°折り曲げ可能な状態であり、この樹脂シートの間にコイル導体及び端子電極となる金属板（リードフレーム）を挟み込み、加熱することにより軟化して流動化するとともに、圧力を加えることにより成形が可能なものであって、その後キュアすることで、硬化して外装部を形成するものである。
したがって、用いる樹脂は、物性として硬化前で、貯蔵剛性率１×１０^７Ｐａ〜２×１０^８Ｐａで、１８０°折り曲げで破損しないことが必要であり、硬化後で、Ｔｇ＝５０〜１００℃、Ｔｇ以下での貯蔵剛性率が２×１０^９Ｐａ以下となる樹脂が好ましい。

このような樹脂シートは、例えば、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂をベースに、硬化剤と、エラストマーもしくは熱可塑性樹脂などをブレンドしたものを、加熱プレスにてシート化したものであり、磁性樹脂シートの場合は、ブレンドした樹脂に、フェライト粉、Ｆｅ粉、ＦｅＣｒＳｉ粉、ＦｅＳｉ粉などの軟磁性を示す磁性粉を、練りこんで、加熱プレスにてシート化したものである。

以下、本発明について、実施例によってさらに具体的に説明するが、本発明は該実施例により何ら限定されるものではない。

（樹脂シートの準備）
まず、以下の材料を混合して、樹脂混合物を得た。
ＣＴＢＮ変性エポキシ樹脂：５７．５ｗｔ％
（もしくは変性エポキシ樹脂）
シラン変性エポキシ樹脂：３３．５ｗｔ％
フェノールノボラック樹脂：２０．９ｗｔ％
ジシアンジアミド：４．６ｗｔ％
イミダゾール：０．２ｗｔ％
カルボキシ変性ポリプロピレングリコール：１２．６ｗｔ％
ポリビニールブチラール：４．２ｗｔ％
得られた樹脂混合物８ｗｔ％と、９３．５Ｆｅ６．５Ｓｉ磁性粉９２ｗｔ％とを混合し、これを加熱プレスして、未硬化の磁性樹脂シート（複合樹脂シート）を準備した。

上記の未硬化の磁性樹脂シートと、裏にＮｉとＳｎのメッキを施した銅製リードフレーム及びコイル導体を用いて、前述の図１ないし１０に示した工程を経て、コイル導体と前記磁性樹脂とが一体化したコイル部材を得た。
その際の、金型内での圧着加熱条件は、圧力１０ｋｇｆ／ｃｍ^２、温度１５０℃で、１分間であり、本キュア条件は、温度１５０℃で、２０分間であった。

樹脂シートの物性の測定方法を以下に記載する。
測定装置：ティー・エイ・インスツルメント社製 ARES レオメータ
測定試料：硬化前及び硬化後の樹脂シート（複合樹脂シート）
短冊状（幅１０mm、長さ２５mm、厚み１mm）
測定方法：上記試料を上下から挟み、動的温度勾配テストモードにて測定
測定条件：印加周波数：１Hz
印加歪み：０．１％
昇温速度：１０℃/min

上記の方法で、測定試料（試験片）を測定した結果を以下に示す。
硬化前貯蔵剛性率：４×１０^７Ｐａ
硬化後Ｔｇ：８０℃
硬化後貯蔵剛性率：１．７×１０^９Ｐａ
図１５は、実施例における硬化後の複合樹脂シートの剛性率の温度依存性を示しており、図中、実線が貯蔵剛性率Ｇ（物質の弾性を示す物性）を表し、破線が損失剛性率Ｇ´（物質の粘性を示す物性）を表している。Ｇが変化する領域（もしくは極大となる領域）が、樹脂のガラス転移温度（Ｔｇ）となる。

リードフレーム上にコイル導体の端部を載置した状態を示す図リードフレームとコイル導体の端部を接合した状態を示す図接合後のリードフレームとコイル導体を、金型に挿入した状態を示す図リードフレーム上に樹脂シートを積層した状態を示す図樹脂シート上に、コイル導体を折り曲げた状態を示す図第２の複合樹脂シートを積層した状態を示す図上側の金型を載置した状態を示す図仮キュア後、金型からフレーム−複合樹脂シートの一体成形品を取り出した状態を示す図カットされた、フレーム−樹脂シートの一体成形品の表面を示す図カットされた、フレーム−樹脂シートの一体成形品の裏面を示す図Ｕ字型リードフレームを示す図本発明の面実装型コイル部材の一例を示す断面図本発明の面実装型コイル部材のその他の例を示す断面図面実装型コイル部材のその他の例を示す断面図本発明の面実装型コイル部材に用いられる樹脂シートの硬化後の剛性率の温度依存性を示す図である。

符号の説明

１：コイル導体
１ａ：コイル本体
１ｂ：リード部
２：リードフレーム
３：接合部
４：金型
５：未硬化の樹脂シート
６：カットされた、フレーム−樹脂シートの一体成形品
７：端子電極
８：樹脂成形体
９：高透磁率の焼結磁性体板
１０：面実装型コイル部材

Claims

少なくともコイル導体と端子電極とが埋設された樹脂成形体を備えた面実装型コイル部材であって、コイル導体は樹脂成形体中に埋設され、樹脂成形体の裏面には、端子電極の表面が露出するとともに、端子電極の厚みの少なくとも一部が樹脂成形体に埋設され、前記コイル導体のリード部が前記樹脂成型体中で折り曲げられて樹脂内に埋め込まれていることを特徴とする面実装型コイル部材。
前記樹脂成形体中には、コイル導体のリード部と端子電極との接合部が埋設されていることを特徴とする請求項１に記載の面実装型コイル部材。
前記コイル導体が、端子電極と一体に形成されたＵ字状又は蛇行状のコイル導体であることを特徴とする請求項１に記載の面実装型コイル部材。
前記樹脂成形体が、磁性粉を含有する樹脂成形体であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の面実装型コイル部材。
前記樹脂成形体が、非磁性樹脂成形体であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の面実装型コイル部材。
少なくとも、コイル導体のコイル本体から同方向に引き出された一対のリード部及び端子電極を金型上に配置し、該リード部及び端子電極上に第１のフレキシブルな未硬化の樹脂シートを積層し、次いで前記コイル導体を折返して前記未硬化の樹脂シート上にコイル本体を載せ、更に該コイル本体上に第２のフレキシブルな未硬化の樹脂シートを積層した後、加熱成形することを特徴とする面実装型コイル部材の製造方法。
前記コイル導体が、端子電極と一体に形成されたＵ字状又は蛇行状のコイル導体であることを特徴とする請求項６に記載の面実装型コイル部材の製造方法。
前記樹脂シートが、磁性粉を含有する複合樹脂シートであることを特徴とする請求項６又は７に記載の面実装型コイル部材の製造方法。
前記樹脂シートが、非磁性の樹脂シートであることを特徴とする請求項６又は７に記載の面実装型コイル部材の製造方法。