JP5740339B2 - 面実装マルチフェーズインダクタ及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は面実装マルチフェーズインダクタ及びその製造方法に関する。

近年、デジタル機器等の小型・薄型化に伴う高密度実装化が進んでおり、電子部品の小型化や低背化への要求が強まっている。そこで出願人は、先に出願した特許文献１や特許文献２において、平角導線をその端部の両方が外周に引き出されるように渦巻き状に巻回したコイルと予備成形されたタブレットを用いた小型の面実装インダクタとその製造方法を提案した。

特開２０１０−２４５４７３ 特願２０１１−０１７５８１ 特開２０００−０３６４１４

回路基板上に同特性のインダクタが複数個並列に実装できるような回路パターンになっている場合、単品を複数個実装するよりも複数個が１パッケージに内設される方が実装効率を高めることができる。そのため、複数個のインダクタが１パッケージ化された面実装マルチフェーズインダクタが求められている。

面実装マルチフェーズインダクタの従来の技術としては、たとえば特許文献３に示されるような磁性シート上に巻芯に導体を巻回したコイルを複数並べ、さらに湿式プレス用の磁性セラミックスラリーを金型に充填して成型して、複数のコイルを封止する技術などがある。この方法の場合、1つの磁性シート上に複数のコイルを並べ上に流動性の高い磁性セラミックスラリーを充填して封止するため、コイルの位置ズレや端部の位置ズレが懸念される。そしてこの方法の場合、コイルを同方向に並列させた配列構造でのみ実現が可能であり、コイルの数が増えれば増えるほど、特に４つ以上のコイルを用いて面実装マルチフェーズインダクタを作成すると、アスペクト比の大きいチップ部品となってしまう。チップ部品において、アスペクト比の大きい形状であると、回路基板上への実装スペースが問題となる可能性や、たわみ応力に対して製品強度が問題となる懸念がある。

そこで本発明では、実装性に優れた製品強度の高い面実装マルチフェーズインダクタとその製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の面実装マルチフェーズインダクタは、導線を巻回し、両端部が扁平な形状の複数のコイルを有する。そして、主として磁性粉末と結合材とからなる複数のコイルを内包するコアを有する。コアの１つの表面に形成された外部電極とを有する。コイルの導線の端部の両方がの最外周となるようにする。コイルの巻軸が外部電極の形成されるコアの表面に対して平行となるように複数のコイルをコアに内包することを特徴とする。

本発明の面実装マルチフェーズインダクタでは、外部電極をコアの１つの表面に形成するため、底面電極構造となり面実装マルチフェーズインダクタの低背化が可能となる。そして、複数のコイルを１パッケージ化しているので実装効率を高めることができる。

本発明の面実装マルチフェーズインダクタの製造方法では、タブレットを用いてそれぞれのコイルおよびその端部の位置だしが容易となる。そのため、コイルおよびその端部の位置ズレを防止する。そして、コイルとそれに対応するタブレットを複数用いることによって、コイルの個数、配置などの設計変更に柔軟に対応することができる。

本発明の面実装マルチフェーズインダクタの製造方法は、容易にコア部の１つの表面にコイルの端部を露出させることが出来るため、容易に底面電極構造を有する面実装マルチフェーズインダクタを作成することができる。コア部の１つの表面にコイルの端部が露出しているため、コイルを形成する導線の絶縁皮膜の除去作業や外部電極形成が煩雑化せずに製造コストの低減が見込める。

本発明の第１の実施例で用いるコイルとタブレットの斜視図。 本発明の第１の実施例のコイルとタブレットを組み合わせた状態を説明する斜視図。 本発明の第１の実施例で用いる成型金型を説明する斜視図。 本発明の第１の実施例のコイルとタブレットの成型金型での配置を示す上面図。 本発明の第１の実施例の面実装マルチフェーズインダクタの製造工程の一部を説明する図４のＡ−Ａ断面に対応する断面図。 本発明の第１の実施例の面実装マルチフェーズインダクタの製造工程の一部を説明する図４のＡ−Ａ断面に対応する断面図。 本発明の第１の実施例のコア部の斜視図。 本発明の第１の実施例の面実装マルチフェーズインダクタの斜視図。 本発明の第２の実施例で用いるコイルとタブレットの斜視図。 本発明の第２の実施例で用いる成型金型を説明する斜視図。 本発明の第２の実施例のコイルとタブレットの成型金型での配置を示す上面図。 本発明の第２の実施例の面実装マルチフェーズインダクタの製造工程の一部を説明する図１１のＡ−Ｂ−Ｃ−Ｄ組合せ断面に対応する断面図。 本発明の第２の実施例の面実装マルチフェーズインダクタの製造工程の一部を説明する図１１のＡ−Ｂ−Ｃ−Ｄ組合せ断面に対応する断面図。 本発明の第２の実施例のコア部の斜視図。 本発明の第２の実施例の面実装マルチフェーズインダクタの斜視図。

以下に、図面を参照しながら本発明の面実装マルチフェーズインダクタとその製造方法について説明する。

（第１の実施例）
図１〜図９を参照しながら、本発明の第１の実施例の面実装マルチフェーズインダクタの製造方法について説明する。まず、本発明の実施例で用いるコイルとタブレットについて説明する。図１に本発明の実施例で用いるコイルとタブレットの斜視図を示す。図１に示すように、断面が楕円の巻き芯を用いて平角線を両端部１ｂが最外周となるように２段の外外巻きに巻回して巻回部１ａを形成してコイル１を得る。このとき、コイル１の両端部１ｂが同じ側面側に引き出されるようにする。

次に、本発明の実施例で用いるタブレットについて説明する。本実施例では封止材として、鉄系金属磁性粉末とエポキシ樹脂とを混合して粉末状に造粒したものを用いる。本実施例では封止材の透磁率が２５となるように鉄系金属磁性粉末の充填量を調整した。この封止材を用いてタブレットを作成する。図１に示すようにタブレット２と板状タブレット３は加圧成型で作成する。本実施例ではタブレット２の強度を高めるために、さらに熱処理をして封止材を半硬化状態とした。図１に示すように、タブレット２はコイル１を囲うように平面部の周縁に２つの柱状凸部２ａとコイル１の空芯に対応する楕円状の位置だし用の凸部２ｂを有する形状に形成する。図２に示すように、コイル１をタブレット２と板状タブレット３に挟むように組み合わせる。このとき、コイル１の両端部１ｂは柱状凸部２ａの外側側面に沿うように配置する。

次に、第１の実施例で用いる成型金型と成型金型におけるコイルとタブレットの配置にについて説明する。図３に第１の実施例で用いる成型金型を説明する斜視図を示し、図４にコイルとタブレットの成型金型での配置を説明する上面図を示す。図３、図４に示すように、割型４ａと割型４ｂとからなる上型４と下型５とパンチ６を有する成型金型を用いる。上型４と下型５を組み合わせることによってキャビティ７が形成される。キャビティ７に図２に示したコイル１とタブレット２と板状タブレット３を組み合わせたものを６つ装填した。このとき、すべてのコイルの端部１ｂが成型金型の開口部側となるように配置する。

次に、コア部の形成について説明する。図５、図６に第１の実施例の面実装マルチフェーズインダクタの製造工程の一部を説明する図４のＡ−Ａ断面に対応する断面図を示す。図５に示すように、パンチ６をセットして成型金型を予熱する。このとき、コイル１の端部１ｂはタブレット２の柱状凸部２ａとパンチ６との間に挟まれる状態にする。本実施例では成型金型を封止材の軟化温度以上に予熱しており、タブレット２と板状タブレット３は軟化状態となるようにした。

図６に示すように、パンチ７を用いて加圧して６つのタブレット２と６つの板状タブレット３を一体化させ、封止材を硬化させる。このとき、タブレット２と板状タブレット３は軟化状態であり、容易に６つのコイル１を封止するように一体化する。そして、コイル１の両端部１ｂは位置ズレすることなく、少なくともその一部が封止材中に埋没した状態で封止される。そして封止材を硬化させて得たコア部７を成型金型から取り出す。図７に示すようにコア部８の１つの表面にコイル１のすべての端部１ｂの平面が露出した状態となる。

次に、サンドブラスト処理を行いバリ取りしと露出する両端部１ｂの表面の皮膜を除去し、コア部８のコイルの端部１ｂが露出する表面に導電性ペーストを印刷法で塗布し硬化させる。これにより導電性ペーストと内部のコイル１は導通する。最後に、めっき処理を行い導電性ペーストの表面上に外部電極９を形成し、図８に示すような面実装マルチフェーズインダクタを得る。なお、めっき処理によって形成される電極は、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｄなどから１つもしくは複数を適宜選択して形成すれば良い。

（第２の実施例）
図９〜図１５を参照しながら、本発明の面実装マルチフェーズインダクタの第２実施例を説明する。第２の実施例では、第１の実施例と同一組成の封止材と、同様の成形金型を用いてコイルを３つ内包した面実装マルチフェーズインダクタを作成する。なお、第１実施例と重複する部分の説明は割愛する。

まず、第２の実施例で用いるコイルとタブレットについて説明する。図９に本発明の実施例で用いるコイルとタブレットの斜視図を示す。図９に示すように、断面が楕円の巻き芯を用いて平角線を両端部１１ｂが最外周となるように２段の外外巻きに巻回して巻回部１１ａを形成してコイル１１を得る。このとき、コイル１１の両端部１１ｂは巻回部１２ａを挟んで対向するように１度引き出され、さらに同じ側面側に引き出されるように折り曲げ加工する。

次に、第１の実施例で用いた同一組成の封止材を用いてタブレットを作成する。第１のタブレット１２と第２のタブレット１３は加圧成型で作成する。本実施例では第１のタブレット１２と第２のタブレット１３の強度を高めるために、さらに熱処理をして封止材を半硬化状態とした。図９に示すように、第１のタブレット１２はコイル１１を囲うように平面部の周縁に２つの柱状凸部１２ａを有する形状に形成する。コイル１１の両端部１１ｂは柱状凸部２ａの外側側面に沿うように配置する。第２のタブレット１３はコイル１１の空芯に対応する楕円状の位置だし用の凸部１３ａを有する形状に形成する。コイル１１を第１のタブレット１２と第２のタブレット１３に挟むように組み合わせる。

次に、第２の実施例で用いる成型金型とコア部の形成について説明する。図１０に第２の実施例で用いる成型金型を説明する斜視図を示す。図１１にコイルとタブレットの成型金型での配置を説明する上面図を示す。図１２、図１３に第２の実施例の面実装マルチフェーズインダクタの製造工程の一部を説明する図１１のＡ−Ｂ−Ｃ−Ｄ断面に対応する断面図を示す。図１４は第２の実施例のコア部を説明する斜視図である。図１０、図１１に示すように、割型１４ａと割型１４ｂとからなる上型１４と下型１５とパンチ１６を有する成型金型を用いる。上型１４と下型１５を組み合わせることによってキャビティ１７が形成される。図１１、図１２に示すように、キャビティ１７にコイル１１と第１のタブレット１２と第２のタブレット１３を組み合わせたものを３つ装填した。このようにコイル１１と第１のタブレット１２と第２のタブレット１３を配置すれば、コイル１１の端部１１ｂは、第１のタブレット１２の柱状凸部１２ａと割型ダイ１４ｂの内壁面で挟まれた状態となり、コイル１１の両端部１１ｂが適正な位置で固定される。そして、図１３に示すように、パンチ１６を用いて圧粉成形法で第１のタブレットと第２のタブレットの界面がなくなるように加圧して一体化してコア部１８を形成する。このとき、第２のタブレット１３の位置だし用凸部１３ａがコイル１１の空芯にあるため、圧粉成形法のような大きな成形加圧をかけてもコイル１１が変形することなくコア部１８を成形することができる。そして、コア部１８を熱硬化して図１４に示すコア部１８を得た。

次に、サンドブラスト処理を行いバリ取りと露出する両端部１１ｂの表面の皮膜を除去し、コア部１８のコイルの端部１１ｂが露出する表面に導電性ペーストを印刷法で塗布し硬化させる。これにより導電性ペーストと内部のコイル１１は導通する。最後に、めっき処理を行い導電性ペーストの表面上に外部電極１９を形成し、図１５に示すような面実装マルチフェーズインダクタを得る。

上記実施例では、封止材として磁性粉末に鉄系金属磁性粉末、樹脂にエポキシ樹脂を混合し、透磁率が２５となるように調製したものを用いた。しかしながら、これに限らず例えば、磁性粉末としてフェライト系磁性粉末などや、絶縁皮膜形成や表面酸化などの表面改質を行った磁性粉末を用いても良い。また、ガラス粉末などの無機物を加えても良い。そして、樹脂としてポリイミド樹脂やフェノール樹脂などの熱硬化性樹脂やポリエチレン樹脂やポリアミド樹脂などの熱可塑性樹脂を用いても良い。

上記実施例では、コイルとして楕円形状に２段の渦巻き状に巻回したものを用いたが、これに限らず例えば、段数が多いものや、例えば円形、矩形、扇形、半円状、台形や多角形状、若しくはそれらを組み合わせた形状のコイルを用いてもよい。コイルの形状は、成形時におけるコイルの回転防止の観点でみれば定幅図形を除く形状が好ましい。

上記実施例では、外部電極形成法として導電性ペーストの塗布とめっき処理を用いたが、これに限らず例えば、はんだ等を用いても良い。導電性ペーストの塗布方法についても、ポッティング法などの方法でも良い。

上記実施例では、コイルの端部表面の皮膜を剥離する方法としてサンドブラスト処理を用いたが、これに限らず機械剥離等の剥離方法を用いても可能である。また、コア部を形成する前に予め端部の皮膜を剥離してもよい。

上記の実施例において、タブレットとしてＥ型コアと板状コアの組み合わせ、Ｕ型コアとＴ型コアの組み合わせを例示したが、これに限らず２つのＥ型コアを組み合わせるなどの組み合わせでも良い。また、未硬化状態ではなく半硬化状態でも良い。そして、その成形方法も加圧成形法やシート状成形物から切り出すなど用途に合わせて適宜選択すれば良い。

１：コイル（１ａ：巻回部、１ｂ：端部）
２：タブレット（２ａ：柱状凸部、２ｂ：位置だし用の凸部）
３：板状タブレット
４：上型（４ａ、４ｂ：割型）
５：下型
６：パンチ
７：キャビティ
８：コア部
９：外部電極
１１：コイル（１１ａ：巻回部、１１ｂ：端部）
１２：第１のタブレット（１２ａ：柱状凸部）
１３：第２のタブレット（１３ａ：位置だし用の凸部）
１４：上型（１４ａ、１４ｂ：割型）
１５：下型
１６：パンチ
１７：キャビティ
１８：コア部
１９：外部電極

Claims (3)

1. 成型金型を用いて主に樹脂と磁性粉末とからなる封止材で複数のコイルを封止した面実装マルチフェーズインダクタの製造方法において、
   両端部が扁平な形状の導線を該両端部が最外周に位置する様に巻回して定幅図形を除く形状に形成し、該両端部が交差して互いに反対方向に引き出された空芯コイルを、該封止材を平板形状の周縁部に柱状凸部を有する形状に予備成形して形成されたタブレットに載置し、該空芯コイルの引き出し端部を該タブレットの柱状凸部の同一側面に沿わせる工程と、
   該タブレットに該空芯コイルを載置し、該空芯コイルの引き出し端部を該タブレットの柱状凸部の同一側面に沿わせたものを該成型金型内の１つのキャビティに対して複数、該空芯コイルの引き出し端部が該成型金型のキャビティの開口部側に露出する様にそれぞれ配置する工程と、
   該空芯コイルの引き出し端部が該タブレットの柱状凸部と、該成型金型のパンチとの間に挟まれた状態で、複数の空芯コイルと該封止材を樹脂成形法もしくは圧粉成形法を用いて一体化させて複数の空芯コイルを内蔵するコアを形成する工程と、
   該コア部の表面に該空芯コイルの引き出し端部が露出する部分と接続する外部電極を形成する工程を有し、
   該複数の空芯コイルは、引き出し端部が該コアの同じ表面上に露出し、且つ、該引き出し端部が露出する該コアの表面に対して該空芯コイルの巻軸が平行となるように該コアに内包されることを特徴とする面実装マルチフェーズインダクタの製造方法。
2. 成型金型を用いて主に樹脂と磁性粉末とからなる封止材で複数のコイルを封止した面実装マルチフェーズインダクタの製造方法において、
   両端部が扁平な形状の導線を該両端部が最外周に位置する様に巻回して定幅図形を除く形状に形成し、該両端部が該巻回された部分を挟んで対向する様に１度引き出され、さらに同じ側面に引き出される様に折り曲げ加工された空芯コイルを、該封止材を平板形状の周縁部に柱状凸部を有する形状に予備成形して形成されたタブレットに載置し、該空芯コイルの引き出し端部を該タブレットの柱状凸部の外側側面に沿わせる工程と、
   該タブレットに該空芯コイルを載置し、該空芯コイルの引き出し端部を該タブレットの柱状凸部の外側側面に沿わせたものを該成型金型内の１つのキャビティに対して複数、該空芯コイルの両方の引き出し端部が位置している該タブレットの側面が該成型金型のキャビティの同じ内壁側に位置する様に配置する工程と、
   該空芯コイルの引き出し端部が該タブレットの柱状凸部と、該成型金型の内壁との間に挟まれた状態で、複数の空芯コイルと該封止材を樹脂成形法もしくは圧粉成形法を用いて一体化させて複数の空芯コイルを内蔵するコアを形成する工程と、
   該空芯コイルの両方の引き出し端部の少なくとも一部が露出する部分と接続する外部電極を該コア部の表面に形成する工程を有し、
   該複数の空芯コイルは、該コアの同じ表面上に両方の引き出し端部が露出し、且つ、該両方の引き出し端部が露出する該コアの表面に対して該空芯コイルの巻軸が平行となるように該コアに内包されることを特徴とする面実装マルチフェーズインダクタの製造方法。
3. 前記タブレットがさらに前記コイルの位置だし用の凸部を有する形状に成形された請求項１または請求項２に記載の面実装マルチフェーズインダクタの製造方法。

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