JP6015689B2

JP6015689B2 - コイル部品及びこれに用いる端子部品

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Publication number: JP6015689B2
Application number: JP2014029448A
Authority: JP
Inventors: 信雄 ▲高▼木; せつ土田; 宏二志村
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2014-02-19
Filing date: 2014-02-19
Publication date: 2016-10-26
Anticipated expiration: 2034-02-19
Also published as: US9543071B2; US20170069420A1; CN104851569B; US10186368B2; CN104851569A; JP2015154041A; US20150235758A1

Description

本発明はコイル部品に関し、特に、銅（Ｃｕ）を含む金属ワイヤと、ニッケル（Ｎｉ）及びスズ（Ｓｎ）を含む端子電極と有するコイル部品に関する。また、本発明は、このようなコイル部品の端子電極として用いる端子部品に関する。

近年、表面実装が可能な小型のコイル部品は、様々な電子機器に数多く使用されている。この種のコイル部品は、基体に巻回された金属ワイヤを有し、金属ワイヤの端部が端子電極に継線された構造を有している。

端子電極としては、特許文献１に記載されているように、ニッケルメッキ上にスズメッキが施されてなる端子金具が用いられることがある。ニッケルメッキは、端子金具の母材である銅がスズメッキと接触するのを防止する役割を果たし、スズメッキは、実装時においてハンダの濡れ性を確保する役割を果たす。

金属ワイヤを端子金具に形成する方法としては、特許文献２に記載されているように、熱圧着法が広く用いられている。熱圧着法を用いると、金属ワイヤが銅からなる場合、継線部分にＣｕＮｉ合金が形成され、これにより端子金具と金属ワイヤが強固に接合される。

特開２００９−１５８７７７号公報特開２００３−２２９１６号公報

しかしながら、端子金具の継線部分にスズが多く含まれていると、Ｃｕ−Ｓｎ合金が形成されやすく、その構成比率によっては、例えばリフロー時等の熱で溶解し、場合によっては金属ワイヤが継線部分から剥離してしまうおそれがあった。

このような問題は、端子金具を用いた場合に限らず、母材が樹脂などからなる端子部品であっても、同様に生じる問題である。さらに、端子部品を用いる場合に限らず、コイル部品の基体表面にメッキ形成された端子電極を用いる場合にも同様に生じる問題である。

したがって、本発明の目的は、金属ワイヤと端子電極との接合強度が改善されたコイル部品を提供することである。

また、本発明の他の目的は、コイル部品用の端子部品であって、金属ワイヤを強固に接合可能な端子部品を提供することである。

本発明によるコイル部品は、基体と、基体に巻回された銅を含む金属ワイヤと、基体に設けられ、ニッケル及びスズを含む端子電極と、を備え、端子電極は、金属ワイヤの端部が継線され、ＣｕＮｉ合金又はＣｕＮｉＳｎ合金を有する継線領域と、継線領域とは異なる実装領域とを含み、継線領域は、実装領域よりもスズの含有量が少ない部分を有することを特徴とする。継線領域全体の平均スズ含有量、すなわち継線領域における単位面積当たりのスズの含有量は、実装領域全体の平均スズ含有量、すなわち実装領域における単位面積当たりのスズの含有量よりも少ない。

また、本発明による端子部品は、ニッケル及びスズを含み、コイル部品に含まれる金属ワイヤの端部が継線される端子部品であって、金属ワイヤの端部が継線される継線領域と、コイル部品の実装時にハンダ付けされる実装領域と、を備え、継線領域におけるスズの厚みは、実装領域におけるスズの厚みよりも薄い部分があることを特徴とする。

本発明によれば、継線領域におけるスズの含有量が実装領域よりも少ないことから、金属ワイヤの熱圧着によって形成されるＣｕＮｉ合金へのスズの混入量を減らすことができる。これにより、リフロー時においても十分な接合強度が確保することができる。しかも、実装領域にはより多くのスズが含まれていることから、実装時においてハンダの濡れ性を確保することもできる。

本発明において、実装領域はニッケル層の表面がスズ層で覆われた構成を有していることが好ましい。これによれば、実装時においてハンダの濡れ性が確保されるとともに、ニッケル層の下地が銅であっても、いわゆる銅食われを防止することができる。

本発明において、継線領域は、ニッケル層の表面がスズ層で覆われた構成を有しており、継線領域におけるスズ層の厚みは、実装領域におけるスズ層の厚みよりも薄いことが好ましい。これによれば、スズ層の厚み制御によってスズの含有量を制御することが可能となる。

この場合、継線領域におけるスズ層の厚みは１．２μｍ未満であり、実装領域におけるスズ層の厚みは１．２μｍ超であることが好ましい。これは、スズ層の厚みが約１．２μｍである場合に接合強度が最低となることが実験により明らかとなったからである。

本発明においては、継線領域に実質的にスズが含まれていないこともまた好ましい。これによれば、ＣｕＮｉ合金に含まれるスズがほぼゼロとなることから、高い接合強度を確保することが可能となる。

本発明において、継線領域は基体の第１の表面を覆い、実装領域は基体の第１の表面と直交する第２の表面を覆っていることが好ましい。これによれば、端子電極が基体から突出しない構造となることから、コイル部品を小型化することが可能となる。

本発明において、端子電極は、母材と、母材の表面に設けられたニッケル層と、ニッケル層を覆うスズ層を有し、コイル部品の基体に固定された端子部品であることが好ましい。これによれば、コイル部品の基体にメッキ加工する必要がないことから、製造コストを削減することが可能となる。

このように、本発明によれば、金属ワイヤと端子電極との接合強度が改善されたコイル部品を提供することが可能となる。また、本発明によれば、コイル部品用の端子部品であって、金属ワイヤを強固に接合可能な端子部品を提供することが可能となる。

図１は、本発明の好ましい実施形態によるコイル部品１０の構成を説明するための斜視図である。図２は、コイル部品１０の分解斜視図である。図３は、端子部品１５，１６の断面構造を示す図であり、（ａ）は第１の実装領域２１における断面、（ｂ）は第２の実装領域２２における断面、（ｃ）は継線領域２３における断面をそれぞれ示している。図４は、継線領域２３に金属ワイヤ１４が継線された状態を示す断面図である。図５は、スズ層３３の厚さと熱圧着後の接合強度との関係を説明するためのグラフである。図６は、スズ層３３の厚さと熱圧着後の接合強度との関係の実測値を示すグラフである。図７は、端子部品１５，１６の製造方法を説明するための図である。図８は、変形例による端子部品１５，１６の断面構造を示す図であり、（ａ）は第１の実装領域２１における断面、（ｂ）は第２の実装領域２２における断面、（ｃ）は継線領域２３における断面をそれぞれ示している。図９は、変形例による端子部品の形状を示す斜視図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の好ましい実施形態によるコイル部品１０の構成を説明するための斜視図である。また、図２は、コイル部品１０の分解斜視図である。

図１及び図２に示すように、本実施形態によるコイル部品１０は、上コア１１及び下コア１２からなる２つのコアと、上コア１１及び下コア１２に収容された外装樹脂１３と、外装樹脂１３に巻回された金属ワイヤ１４と、金属ワイヤ１４が継線される一対の端子部品１５，１６とを備えている。

上コア１１及び下コア１２は、例えばＮｉ−Ｚｎ系フェライトなどの磁性材料からなり、内面に形成された凹部に外装樹脂１３が塗布される。外装樹脂１３は、フェライトなどの磁性材料が添加された樹脂を用いることが好ましい。本実施形態においては、上コア１１、下コア１２及び外装樹脂１３がコイル部品１０の基体を構成する。外装樹脂１３に巻回された金属ワイヤ１４は、銅（Ｃｕ）を芯材とする被覆導線であり、その一端が一方の端子部品１５に継線され、他端が他方の端子部品１６に継線されている。

端子部品１５，１６は、銅を母材とする金属板を折り曲げ加工することによって作製された金具であり、下コア１２に接着固定されている。より具体的に説明すると、図２に示すように、端子部品１５，１６は、第１の実装領域２１、第２の実装領域２２及び継線領域２３によって構成されている。

第１の実装領域２１はｘｙ平面を構成する領域であり、下コア１２の底面１２ｂを覆うように配置される。また、第２の実装領域２２はｙｚ平面を構成する領域であり、下コア１２の側面１２ｓ_１を覆うように配置される。さらに、継線領域２３はｘｚ平面を構成する領域であり、下コア１２の側面１２ｓ_２を覆うように配置される。このように、端子部品１５，１６は、互いに直交する３つの面を有し、これら３つの面が下コア１２の互いに直交する３つの面を覆っている。このため、端子部品１５，１６が基体から大きく突出することがなく、コイル部品１０のサイズを小型化することが可能となる。

図３は端子部品１５，１６の断面構造を示す図であり、（ａ）は第１の実装領域２１における断面、（ｂ）は第２の実装領域２２における断面、（ｃ）は継線領域２３における断面をそれぞれ示している。

図３（ａ），図３（ｂ）に示すように、端子部品１５，１６の実装領域２１，２２は、銅からなる母材３１の表面に設けられたニッケル層３２と、ニッケル層３２を覆うスズ層３３を有している。スズ層３３は外面に露出しており、実装時においてハンダの濡れ性を確保する役割を果たす。一方、ニッケル層３２は、銅からなる母材３１とスズ層３３との接触を防止することによって、いわゆる銅食われを防止する役割を果たす。

これに対し、図３（ｃ）に示すように、端子部品１５，１６の継線領域２３にはスズ層３３が設けられていない。つまり、ニッケル層３２が外面に露出した状態となっている。これは、継線領域２３からスズ層３３を排除することにより、金属ワイヤ１４を熱圧着する際にＣｕＮｉ合金にスズが混入することを防止するためである。

金属ワイヤ１４の継線を熱圧着により行うと、図４に示すように、金属ワイヤ１４の芯材である銅と継線領域２３に露出するニッケルがＣｕＮｉ合金４０を形成する。ＣｕＮｉ合金４０は融点が高いため、リフロー時においても金属ワイヤ１４の接合強度を十分に確保することができる。ここで、ＣｕＮｉ合金４０にスズが混入すると接合強度が低下してしまうが、本実施形態においては継線領域２３にスズ層３３が設けられていないことから、ＣｕＮｉ合金４０にはスズがほとんど混入しない。これにより、十分な接合強度を確保することが可能となる。

図５は、スズ層３３の厚さと熱圧着後の接合強度との関係を説明するためのグラフである。

図５に示すように、スズ層３３がゼロである場合（符号Ａ）には高い接合強度を得ることができるが、スズ層３３の厚みが増すにつれて接合強度が低下する。これは、スズ層３３の厚みが増すにつれて単位面積当たりのスズの含有量が増加するため、ＣｕＮｉ合金に混入するスズが多くなり、ＣｕＮｉＳｎ合金が形成されるためである。

この傾向は符号Ｂで示す厚みまで続くが、スズ層３３の厚みがこれよりも厚くなると、今度はスズ層３３の厚みが増すにつれて接合強度が高くなる。これは、スズが一定量以上となると、金属ワイヤ１４の周囲がスズで覆われ、これにより金属ワイヤ１４がスズによって支持される状態となるからである。このため、符号Ｂの厚みを超えると、スズが多くなるほど接合強度が増大する。

但し、スズ層３３の厚みを厚くすると、スズメッキに要する時間がその分長くなるため、生産性が低下してしまう。実際には、実装領域２１，２２におけるスズ層３３の最適な厚みは、図５に示す符号Ｃの範囲であることが多く、継線領域２３におけるスズ層３３の厚みをこの範囲に設定すると、金属ワイヤ１４の接合強度が不足してしまう。接合強度を上げる方法としては、継線領域２３におけるスズ層３３の厚みを符号Ｃの範囲よりも厚く設定すればよいが、この場合、上述の通り生産性が低下する。

これに対し、本実施形態においては、継線領域２３にスズ層３３が設けられていないことから、接合強度は図５に示す符号Ａの強度となるため、メッキを長時間行うことなく、高い接合強度を確保することが可能となる。しかも、実装領域２１，２２においてはスズ層３３が存在していることから、実装時においてハンダの濡れ性を確保することが可能となる。

図６は、スズ層３３の厚さと熱圧着後の接合強度との関係の実測値を示すグラフである。

図６に示すデータは、ニッケル層３２の表面に形成したスズ層３３の厚みを０μｍ、１．２μｍ、４μｍ、６μｍ、９μｍとした複数のサンプルを作製し、各サンプルに対して銅からなる金属ワイヤ１４を２０Ｎの荷重で熱圧着した後における接合強度を示している。実測値については●印でプロットし、各厚みにおける接合強度の平均値については▲印でプロットしている。接合強度の測定は、熱圧着後の金属ワイヤ１４に対して剥離する方向に荷重をかけ、実際に剥離した際の荷重を接合強度とした。

図６に示すように、実測値によればスズ層３３の厚みが１．２μｍである場合に接合強度が最低となった。したがって、この実測値を参照すれば、継線領域２３におけるスズ層３３の厚みについて１．２μｍ未満とすることが好ましい。一方、実装領域２１，２２については、ハンダの濡れ性を十分に確保すべく、スズ層３３の厚みを３〜５μｍ程度に設定すればよい。

図７は、端子部品１５，１６の製造方法を説明するための図である。

図７に示すように、端子部品１５，１６の作製には銅からなるリードフレーム５０を用いる。図７に示す例では、１つのリードフレーム５０から２つの端子部品１５，１６が作製される。リードフレーム５０は、枠状領域５１と２つの端子領域５２からなり、製造段階においてはこれらが一体化されている。そして、リードフレーム５０の一方の表面に対して、ニッケルメッキ及びスズメッキをこの順に施す。ここで、ニッケルメッキについてはリードフレーム５０の一方の表面の全面に対して行うが、スズメッキについては一部をマスクした状態で行う。図７において符号Ｄで示す領域がスズメッキの施される領域であり、符号Ｅで示す領域がマスクによりスズメッキが施されない領域である。

そして、２つの端子領域５２を枠状領域５１から切り離した後、折り曲げ加工を施す。これにより、２つの端子部品１５，１６が完成する。このようにして、端子部品１５，１６を作製することができる。

以上説明した実施形態では、継線領域２３にスズ層３３が設けられておらず、したがって、継線領域には実質的にスズが含まれていない。ここで、「実質的にスズが含まれていない」とは、意図しない微量のスズについては許容する意である。実質的にスズが含まれていない場合、銅からなる金属ワイヤ１４に対して高い接合強度を得ることができるが、ニッケル層３２が露出した状態であることから、長時間放置するとニッケル層３２が酸化するおそれが生じる。ニッケル層３２の酸化を防止するためには、ニッケル層３２の表面を別の金属で覆えばよい。ニッケル層３２の表面を覆う金属としては、薄いスズであっても構わない。但しこの場合、継線領域２３に設けられたスズ層３３の厚みは、実装領域２１，２２におけるスズ層３３の厚みよりも薄い必要がある。

図８は変形例による端子部品１５，１６の断面構造を示す図であり、（ａ）は第１の実装領域２１における断面、（ｂ）は第２の実装領域２２における断面、（ｃ）は継線領域２３における断面をそれぞれ示している。

図８に示す変形例では、実装領域２１，２２の断面については図３に示した例と同じであるが、継線領域２３の表面に薄いスズ層３３ａが設けられている。このため、金属ワイヤ１４を継線すると、継線領域２３にはＣｕＮｉ合金もしくはＣｕＮｉＳｎ合金或いはその両方が形成される。スズ層３３ａの厚みＴ１は、実装領域２１，２２におけるスズ層３３の厚みＴ２未満である（Ｔ１＜Ｔ２）。そして、厚みＴ１は図５の符号Ｂで示した厚みよりも薄く、厚みＴ２は図５の符号Ｂで示す厚みよりも厚い。これにより、継線領域２３においては、ＣｕＮｉ合金へのスズの混入並びにＣｕＮｉＳｎ合金の生成による接合強度の低下を最小限に抑えることができ、実装領域２１，２２においてはハンダの濡れ性を十分に確保することができる。

尚、図８に示す変形例のように継線領域２３に薄いスズ層３３ａが設けられている場合、金属ワイヤ１４を熱圧着すると、継線された金属ワイヤ１４の周囲が溶融したスズで覆われるため、スズ層３３ａが局所的に厚くなることがある。この場合であっても、継線領域２３の他の部分については、実装領域２１，２２よりもスズの含有量は少なくなることから、継線前におけるはスズ層３３ａの厚みが薄かったことが十分に確認できる。このように、継線前においては、継線領域２３のどの部分におけるスズ層３３ａの厚みも、実装領域２１，２２のどの部分におけるスズ層３３の厚みよりも薄いものの、継線後においてはスズの厚みが変動する。したがって、継線領域２３においてスズ層３３ａの厚みが局所的に厚い部分が存在する場合であっても、継線前におけるスズ層３３ａの厚みがスズ層３３の厚みよりも薄いことが明らかである場合は、本発明の範囲に含まれる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。

例えば、端子部品の形状が上記実施形態において説明した形状に限定されるものではなく、図９に示すように同一平面上に実装領域２１，２２と継線領域２３が存在していても構わない。つまり、折り曲げ部分の有無にかかわらず、実装領域２１，２２と継線領域２３が連続面に存在すれば足りる。

また、端子部品の母材が金属であることは必須でなく、樹脂製の母材を用いても構わない。

さらに、端子部品のようにコイル部品の基体に後付けされた部品を用いることも必須でなく、端子部品の代わりに、コイル部品の基体にメッキ形成された端子電極を用いても構わない。

さらに、本発明によるコイル部品は、上記実施形態で示した形状を有するコイル部品に限定されるものではない。したがって、ドラム型のコアを用いたコイル部品など、他の形状を有するコイル部品であっても構わない。また、金属ワイヤの本数についても限定されず、２本以上の金属ワイヤを有していても構わない。

１０コイル部品
１１上コア
１２下コア
１２ｂ下コアの底面
１２ｓ_１，１２ｓ_２下コアの側面
１３外装樹脂
１４金属ワイヤ
１５，１６端子部品
１６端子部品
２１，２２実装領域
２３継線領域
３１母材
３２ニッケル層
３３，３３ａスズ層
４０ＣｕＮｉ合金
５０リードフレーム
５１枠状領域
５２端子領域

Claims

第１の表面及び前記第１の表面と直交する第２の表面を有する基体と、
前記基体に巻回されるとともに端部が前記基体から引き出され、銅（Ｃｕ）を含む金属ワイヤと、
前記基体に接着固定され、ニッケル（Ｎｉ）及びスズ（Ｓｎ）を含む端子電極と、を備え、
前記端子電極は、前記基体の前記第１の表面を覆いＣｕＮｉ合金又はＣｕＮｉＳｎ合金を有する継線領域と、前記基体の前記第２の表面を覆う第１の実装領域とを含み、
前記継線領域には前記金属ワイヤの前記端部が継線され、
前記継線領域は、前記第１の実装領域よりもスズの含有量が少ない部分を有することを特徴とするコイル部品。
前記第１の実装領域は、ニッケル層の表面がスズ層で覆われた構成を有していることを特徴とする請求項１に記載のコイル部品。
前記継線領域は、ニッケル層の表面がスズ層で覆われた構成を有しており、
前記継線領域におけるスズ層の厚みは、前記第１の実装領域におけるスズ層の厚みよりも薄いことを特徴とする請求項２に記載のコイル部品。
前記継線領域におけるスズ層の厚みは１．２μｍ未満であり、前記第１の実装領域におけるスズ層の厚みは１．２μｍ超であることを特徴とする請求項３に記載のコイル部品。
前記継線領域には実質的にスズが含まれていないことを特徴とする請求項１又は２に記載のコイル部品。
前記基体は、前記第１及び第２の表面と直交する第３の表面をさらに有し、
前記端子電極は、前記基体の前記第３の表面を覆う第２の実装領域をさらに含み、
前記継線領域は、前記第２の実装領域よりもスズの含有量が少ない部分を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のコイル部品。
前記端子電極は、母材と、前記母材の表面に設けられた前記ニッケル層と、前記ニッケル層を覆う前記スズ層を有し、前記コイル部品の前記基体に固定された端子部品であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載のコイル部品。
ニッケル（Ｎｉ）及びスズ（Ｓｎ）を含み、第１の表面及び前記第１の表面と直交する第２の表面を有する基体を備えるコイル部品の前記基体に接着固定され、前記基体から引き出された金属ワイヤの端部が継線される端子部品であって、
前記基体の前記第１の表面を覆い、前記金属ワイヤの端部が継線される継線領域と、
前記基体の前記第２の表面を覆い、前記コイル部品の実装時にハンダ付けされる実装領域と、を備え、
前記継線領域におけるスズの含有量は、前記実装領域におけるスズの含有量よりも少ないことを特徴とする端子部品。