JP5232594B2 - モールド成形体 - Google Patents

Description

本発明は磁性体粉末が６５Ｖｏｌ％以上のモールド成形体に関し、特に磁性体モールド材料と外部電極との固着強度を高める技術に関する。

近年における電子機器の小型化や高速化の技術革新は著しく、それに伴いモールドコイルなどの電子部品に小型化や高性能化が求められている。モールドコイルを小型化や高性能化するに当たっては、特に高透磁率などの高性能且つ成形性に優れた磁性材料が要求されている。

従来から、高透磁率などの磁気特性に優れた磁性体モールド材料の研究が行われており、特許文献１にはアモルファス合金粉末を６０Ｖｏｌ％以上充填して磁気特性を高めた磁性体モールド材料が開示されている。
特開平５−３０４０１８号公報

ところで、モールドコイルなどに用いられるモールド成形体では、外部電極を一体成形する場合、外部電極は接着剤などを介さずに直接磁性体モールド材料と接触して固着させる。磁性体モールド材料は主に磁性体粉末と樹脂から成るが、磁性体粉末には接着性がなく、樹脂が接着性を有する。外部電極の表面は接着性を有する樹脂と接着性のない磁性体粉末の両方と接触する。

従来の一般的な磁性体モールド材料は、樹脂の比率が５０Ｖｏｌ％以上と高く、外部電極の表面は十分に樹脂と接触できた。そのため、外部電極を一体成形しても高い固着強度を得ることができた。しかし、磁気特性を高めるために磁性体モールド材料中の磁性体粉末の比率を高くすると、必然的に樹脂の比率を低くせざるを得ない。磁性体モールド材料中の樹脂の比率が低くなると、十分に外部電極の表面に樹脂が接触できずに固着強度が低下し、外部電極の脱落が生じることもあった。

表１に磁性体粉末の充填率の異なる磁性体モールド材料を用いて得たモールド成形体の外部電極の固着強度を示す。ここに挙げた試料１、試料２は、それぞれ外部電極に従来から通常用いられる圧延リン青銅板を用いて作成し、磁性体モールド材料には最大粒径が４５μｍの珪素鋼（Ｆｅ−Ｓｉ系）の粉末とノボラック系エポキシ樹脂を表１に示す混合比で調製したものを用いた。この外部電極と磁性体モールド材料をプレス成形にて２．８ｍｍ角のモールド成形体を得た。なお、試料１、試料２のモールド成形体は、後述する本発明のモールド成形体と同様の方法で形成され、同様な外観構造となっている。また、試料１、試料２の固着強度の測定も、発明を実施するための最良の形態で説明されている方法で行った。各々の詳細は発明を実施するための最良の形態を参照してもらうこととし、ここでの説明は省略する。

表１から明らかなように、磁性体粉末が５０Ｖｏｌ％程度の試料１では、固着強度が２．２ｋｇｆだった。通常、３ｍｍ角程度の電子部品では、１２Ｎ（１．２２ｋｇｆ）以上、好ましくは１５Ｎ（１．５３ｋｇｆ）以上の外部電極の固着強度を保持していなければならない。試料１の固着強度は２．２ｋｇｆ（２１．６Ｎ）で、１５Ｎ以上の十分な外部電極の固着強度を有している。

一方、磁性体粉末が６５Ｖｏｌ％以上の磁気特性の高い試料２では、固着強度が０．８ｋｇｆと著しく低下した。これは基準値の１２Ｎ以下の固着強度であり、試料２を用いてモールドコイルなどの部品を作ったとしても信頼性の高い部品を得ることは出来ない。

そこで、本発明では磁性体モールド材料と外部電極との固着強度を十分に保持した磁気特性の高いモールド成形体を提供することを目的とする。

本発明は上記の課題を解決するために、６５Ｖｏｌ％以上の磁性体粉末と３５Ｖｏｌ％以下の樹脂を含む磁性体モールド材料と、磁性体モールド材料と接触する表面に凹凸を有する外部電極を用い、モールド成形体の少なくとも一面に外部電極の少なくとも一部が露出するように、外部電極と磁性体モールド材料とを一体成型する。外部電極の凹凸の間隔が磁性体粉末の最大粒径よりも小さいことを特徴とする。

本発明のモールド成形体は、外部電極の磁性体モールド材料と接触する表面に磁性体モールド材料中の磁性体粉末の最大粒径よりも小さい間隔の凹凸を設ける。磁性体粉末は外部電極表面の凹部に侵入できずに樹脂が優先的に凹部に侵入する。そのため、外部電極と樹脂の接触面積が十分に得られ、外部電極と磁性体モールド材料との間に高い固着強度が得られる。本発明のようなモールド成形体を用いて電子部品を得れば、外部電極の脱落のない信頼性の高い電子部品が得られる。

以下、表と図面を参照しながら、本発明のモールド成形体の実施例を示す。まず、本実施例で用いる磁性体モールド材料について説明する。表２に本発明で使用する磁性体粉末の特徴を示し、表３に本発明の実施例で用いる磁性体モールド材料の配合比を示す。

本発明の実施例では、表２に示すような材料Ａ〜材料Ｃを磁性体粉末として用いる。材料Ａは、カルボニル鉄を熱分解して得た鉄粉（Ｆｅ系）である。材料Ｂは、水アトマイズ法を用いて造粒した珪素鋼（Ｆｅ−Ｓｉ系）の粉末である。材料Ｃは、ガスアトマイズ法を用いて造粒したアモルファス合金（Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ系）の粉末である。また、材料Ａ〜材料Ｃの最大粒径を篩い分け分級により求め、それぞれの最大粒径は材料Ａが１０μｍ、材料Ｂが４５μｍ、材料Ｃが７５μｍである。材料Ａ〜材料Ｃとノボラック系エポキシ樹脂を表３に示す配合で混練し、冷却後に粉砕して配合１〜配合６の磁性体モールド材料を得た。

次に、本発明の実施例で用いる外部電極について説明する。図１に本発明の実施例で用いる電解金属箔の表面のＳＥＭ画像を示し、図２に本発明の実施例の外部電極の形状を示す。本発明の実施例では、外部電極に厚さが３５μｍ程度の電解金属箔（電解Ｎｉ箔）を用いる。図１から明らかなように、電解金属箔の表面は凹凸を有しており電解金属箔の表面は凹凸を有する。凹凸の間隔は１０〜４０μｍで分布しており、平均間隔は１３．２μｍである。これは、材料Ａの最大粒径以上であるが、材料Ｂと材料Ｃの最大粒径より小さい。

なお、凹凸の平均間隔は、以下の方法を用いて簡易的に算出される。まず、ＳＥＭを用いて単位面積ｓあたりの凸部の頂点の個数ｎを目測する。このとき、単位面積ｓ中にその頂点が半分程度入っているものは０．５個というように、０．１個まで目測する。次に、単位面積ｓ中に凸部の頂点が格子状に配置されると仮定し、平均間隔を計算する。具体的に、最も近接する隣合う凸部の頂点同士の距離ａは、ａ＝（ｓ／ｎ）＾０．５で算出できる。また、格子の対角線上に位置する隣合う凸部の頂点同士の距離は√２ａで求められる。これらの値の算術平均を求め、測定対象の単位面積における凹凸の平均間隔を算出する。この方法を少なくとも電界金属箔表面の３箇所で行い、外部電極表面の凹凸の平均間隔を算出する。

この電解金属箔を図２に示す寸法に加工し、それを外部電極として用いる。また、本実施例では電解金属箔に電解Ｎｉ箔を用いるが、所望の間隔の凹凸を有するならば電解Ｃｕ箔などの電解金属箔でも良い。

次に、本発明のモールド成形体の製造方法について説明する。図３に本発明のモールド成形体の製造方法の一部を示し、図３（ａ）に外部電極セット時、図３（ｂ）に加圧・硬化時を示す。図４に本発明のモールド成形体を示す。図中の１は外部電極、２は磁性体モールド材料、３はパンチ、４はモールド成形体を示す。

図３（ａ）に示すように、成形金型内のキャビティの底面に外部電極１をセットする。本実施例のように外部電極の数が２であれば、図３（ａ）のように向い合うようにセットすればよい。次に、図３（ｂ）に示すように、外部電極１をセットした成形金型内のキャビティに所定量秤量した磁性体モールド材料２を充填し、更にパンチ３を用いて１００ｋｇｆで加圧しながら１８０℃にて磁性体モールド材料２を硬化させた。その後、成形金型から取り出して、図４に示すような構造のモールド成形体４を得た。また、比較例として、故意に表面を凹凸化する処理を行っていない圧延リン青銅板製の外部電極を用いたモールド成形体も、同様の寸法と方法で得た。

次に、作成した各モールド成形体の評価に用いるモールド成形体の外部電極の押し強度試験（ＪＩＳ Ｃ６００６８−２−２１準拠）について説明する。図５に本発明の実施例で使用する試験基板を示し、図５（ａ）は上面図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＡ−Ａ’断面図を示す。図中の５は試験基板（ガラス布基材エポキシ樹脂片面銅張積層板）であり、５ａは導体箔パターン、５ｂはカバー樹脂、５ｃは試験基板孔を示す。また、６は押しジグを示す。なお、図５中のａ〜ｄの各寸法は、ａが２．９ｍｍ、ｂが２．２ｍｍ、ｃが５．０ｍｍ、ｄが１．６ｍｍとする。また、押ジグ６は直径０．８ｍｍの円柱状の棒を用いた。

図５に示すように、モールド成形体４を試験基板５の表面上に形成されている導体箔パターンと接続すように半田付けをする。押しジグ６を試験基板５中の試験基板孔５ｃに通し、試験基板５の裏面側からモールド成形体４に当て押し、外部電極の固着強度を測定して表４にまとめた。比較例として各試料と外部電極に圧延リン青銅板を用いて得たモールド成形体の固着強度も表４に併記した。

表４から明らかなように、従来の圧延リン青銅板を外部電極１に用いた場合では、磁性体粉末の種類に関係なく充填率が５０Ｖｏｌ％程度（試料３、試料５、試料７）では、基準値の１２Ｎ以上の固着強度を有していた。しかし、磁性体粉末の充填率を６０Ｖｏｌ％以上（試料４、試料６、試料８）に高めると、基準値の１２Ｎ以下の固着強度となった。

外部電極１を圧延リン青銅板から電解金属箔にした場合では、全ての試料において固着強度が向上した。電解金属箔は圧延リン青銅板よりも表面に凹凸が多いため、外部電極の大きさが同じでも磁性体モールド材料２と外部電極１の接触面積が大きくなり、固着強度が向上したと推定される。

材料Ｂ、材料Ｃがそれぞれ６５Ｖｏｌ％以上充填されている試料６と試料８では、外部電極１を圧延リン青銅板から電解金属箔に変えると、１５Ｎ以上の非常に高い固着強度が得られた。これは、電解金属箔表面の凹凸の間隔よりも磁性体粉末（材料Ｂ、材料Ｃ）の最大粒径が大きいため、凹凸の凹部内に磁性体粉末が侵入しにくく、優先的に樹脂が侵入できるからだと推測される。従って、電解金属箔表面の凹凸の間隔よりも大きい最大粒径をもつ磁性体粉末を充填している磁性体モールド材料では、磁性体粉末が６５Ｖｏｌ％以上であっても電解金属箔の表面は樹脂が優先的に接触するので外部電極１と磁性体モールド材料２との固着強度を飛躍的に向上させることができる。

一方、試料４では外部電極１を圧延リン青銅板から電解金属箔へと変えても、０．９ｋｇｆから１．２ｋｇｆへとあまり固着強度が向上しなかった。これは、試料４で磁性体粉末として用いられている材料Ａの最大粒径よりも凹凸の間隔が大きく、磁性体粉末も凹部に容易に侵入したためだと推測される。磁性体粉末は接着性を有していないため、磁性体粉末が外部電極１に接触しても固着強度は得られない。従って、凹部に磁性体粉末が容易に侵入できる状態では、外部電極１に樹脂と磁性体粉末の両方が一様に接触するため固着強度はあまり向上しないのだと推定される。

以上より、磁性体粉末を６５Ｖｏｌ％以上充填した磁性体モールド材料と外部電極を一体成形してモールド成形体を得る場合、磁性体粉末の最大粒径以下の間隔の凹凸を表面に有する外部電極を用いることによって、外部電極の表面と樹脂が十分に接触して高い固着強度を得ることができる。

次に、外部電極（電解金属箔、圧延リン青銅板）と配合１、配合２、配合５、配合６の磁性体モールド材料を用いて、トランスファー成型にてモールド成形体を得た。モールド成形体や外部電極の形状や寸法は、プレス成型の場合と同じである。各試料から得たモールド成形体は押し強度試験を行い、表５にまとめた。

表５から明らかなように、トランスファー成形にて成形を行った場合でも、プレス成形と同様な結果が得られた。従って、本発明のモールド成形体はトランスファー成形を用いても成形可能である。

本発明の実施例で用いる電解金属箔の表面のＳＥＭ画像である。 本発明の実施例の外部電極の形状を説明する図である。 本発明のモールド成形体の製造方法の一部を示す図である。 本発明のモールド成形体の斜視図である。 押し強度試験の試験基板を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図を示す。

符号の説明

１：外部電極
２：磁性体モールド材料
３：パンチ
４：モールド成形体
５：押し強度試験基板（４ａ：導電箔パターン、４ｂ：カバー樹脂、４ｃ：試験基板孔）
６：押しジグ

Claims (3)

1. モールド成形体の少なくとも一面に外部電極の少なくとも一部が露出するように、該外部電極と磁性体モールド材料とを一体成型してなる該モールド成形体において、
   該磁性体モールド材料が６５Ｖｏｌ％以上の磁性体粉末と３５Ｖｏｌ％以下の樹脂を含み、
   該外部電極は、該磁性体モールド材料と接触する表面に、その間隔が該磁性体粉末の最大粒径よりも小さな凹凸が形成され、
   該磁性体粉末と該外部電極の凹部の間に該樹脂を侵入させたことを特徴とするモールド成形体。
2. 前記外部電極が電解金属箔であることを特徴とする請求項１に記載されているモールド成形体。
3. 前記外部電極が電解Ｃｕ箔または電解Ｎｉ箔からなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のモールド成形体。