JP6543593B2 - 印字付きの電子部品及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は印字付きの電子部品及びその製造方法に関する。

省エネルギー、環境エコの社会トレンドから、自動車においても電子化が進み、駆動系周辺により多くの電子部品が搭載され、より高温環境下での耐久性、安定性が求められている。この為、インダクタにおいても高温環境下で安定した飽和磁束密度を有する磁性材料であるところのメタル材料を主とした商品が開発されてきている。更にメタル磁性材料のインダクタは、高温環境性能のみならず、とりわけ従来のフェライト磁性材料のインダクタ同様に安定した耐湿性能、耐腐食性能など、高い信頼性性能を備えたものが要求されている。よって、その製品印字プロセスもこれらを害しないものである事が望まれている。特に電子部品で最近使われているレーザー印字は量産プロセス上、多くの利点を有するが、メタル材料に対しては金属表面に形成されている絶縁被膜を破壊するため、使用が避けられてきた。

ガラスコーティングが施された電子部品を含め、とりわけインダクタ（メタル材料）へのレーザーによる印字は、特許文献１に示されるように、ガラス表面及びその素地自体の表面を凹状態に削る事で光散乱や屈折率の差を利用するものであり、これによって視認性を得ている。

特開平８−３１６８２号公報

特許文献１に開示される技術では、ガラス表面及びその素地自体の表面を凹状態に削るため、防錆のためガラスコーティングしたメタルコアの印字部分はガラス膜厚が薄くなる。よって、本来の機能、とりわけ耐湿性能が低下し、錆び易くなるという課題が生じる。また、ガラスコーティングを行っていないメタルコアではメタル材料表面に形成された薄い絶縁被膜層が破壊され、錆や絶縁性能の劣化の問題が生じる。また、製造する際にガラスまたはメタル材料素地の粉塵が発生しその回収において新たに工程を追加する必要がありコストの高い印字工法である。

これらのことを鑑みて、本発明は、耐湿性能と印字の視認性とが両立し得る印字付き電子部品及びその製造方法の提供を課題とする。

本発明者らが鋭意検討した結果、以下の内容の本発明を完成した。
本発明製造方法では、表面に遷移金属を含有する合金磁性材料からなる磁性素体と、前記磁性素体の少なくとも一部分を被覆するＢｉを含みかつ遷移金属を含まないガラス層と、を備える印字前の電子部品を調製し、前記印字前の電子部品に対して波長１０６４ｎｍのレーザーを前記ガラス層を透過せしめて照射することにより、前記磁性素体と前記ガラス層の界面付近の一部ガラス部分に印字部分を形成する。このようにして、印字付きの電子部品を得る。

本発明によれば、ガラス層や磁性素体表面に傷をつけることなく視認性の高い印字を施すことができる。

電子部品の一例の模式断面図である。 電子部品への印字例を示す。 印字生成の推定メカニズムの模式図である。 レーザー照射による印字結果の例のランク分け説明図である。 レーザー照射後の磁性素体及びガラス層との界面付近の断面模式図である。 レーザー照射による印字結果の例を示す。

以下、図面を適宜参照しながら本発明を詳述する。但し、本発明は図示された態様に限定されるわけでなく、また、図面においては発明の特徴的な部分を強調して表現することがあるので、図面各部において縮尺の正確性は必ずしも担保されていない。

図１は電子部品の一例の模式断面図である。本発明の電子部品は磁性素体とガラス層とを少なくとも備える。図１の態様では、スパイラル状などに形成された導体からなるコイル１０２とその周囲の磁性素体１０１、１０３とが描写されている。

磁性素体は合金磁性材料からなる。磁性素体は、全体としては、もともとは独立していた多数の合金磁性粒子どうしが結合してなる集合体として把握される。磁性素体は、多数の合金磁性粒子からなる圧粉体であるということもできる。少なくとも一部の合金磁性粒子にはその周囲の少なくとも一部、好ましくは概ね全体にわたって酸化膜が形成されていて、この酸化膜により磁性素体の絶縁性が確保される。合金磁性粒子は、少なくとも一種の遷移金属を含有し、前記遷移金属として典型的には鉄（Ｆｅ）が挙げられる。本明細書では遷移金属を代表してＦｅとして記載する場合があるが、遷移金属はＦｅに限定されない。合金磁性粒子は、好ましくはＦｅ以外の元素も含む。Ｆｅ以外の元素として、好ましくは、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｎｉの一つ又は二つ以上が挙げられる。

個々の合金磁性粒子の少なくとも一部には、その周囲の少なくとも一部に酸化膜が形成されている。酸化膜は磁性素体を形成する前の原料粒子の段階で形成されていてもよいし、原料粒子の段階では酸化膜が存在しないか極めて少なく存在していて、磁性素体の成形過程において酸化膜を生成させてもよい。好ましくは、酸化膜は合金磁性粒子それ自体が酸化したものからなる。酸化膜の存在により磁性素体全体としての絶縁性が担保される。

磁性素体の態様や製造方法は従来技術を適宜参照することができる。例えば、スパイラル状の絶縁導線を合金磁性粒子で埋め込んだ後に加熱加圧することによって磁性素体を得てもよい。別の態様によれば、合金磁性粒子を含むグリーンシート上に導体粒子を含むペーストを所定パターンにて印刷して、印刷済みのグリーンシートを積層、加圧、加熱することにより積層インダクタを構成してもよく、その場合は、合金磁性粒子に由来して生成した絶縁体部分が磁性素体であると解釈することができる。

本発明によれば、磁性素体の表面の少なくとも一部には遷移金属が含まれ、磁性素体はガラス層によって被覆される。ガラス層による被覆は磁性素体の少なくとも一部で足り、好ましくは、磁性素体の全部が被覆される。ガラス層による被覆は後述の印字に先立って行われる。言い換えると、印字前の電子部品には既にガラス層が磁性素体の表面を被覆している。ガラス層の被覆手段は特に限定は無く、従来公知の方法を適宜取り入れることができる。

本発明によれば、ガラス層を構成するガラス材料はＢｉを含む。ガラス層にＢｉが含まれることにより、後述する印字の結果として視認性が向上する。磁性素体中のＦｅなどといった遷移金属元素が、印字のためのレーザー照射によって拡散し、前記拡散に起因して近傍のガラス層に含まれるＢｉを含む化合物が偏析することが、視認性の向上に寄与していると推察される。ガラス層におけるＢｉの濃度は好ましくはＢｉ_２Ｏ_３として５０〜９０ｗｔ％である。本発明では、印字のためのレーザー照射に先立つ段階では、ガラス層を構成するガラス材料には遷移金属が含まれない。ここで、遷移金属が含まれないということは、レーザーに反応しないと言うことであり、ガラス材料内の遷移金属濃度は、使用されるレーザーの強度によるが、例えば１％以下である。そのような遷移金属の存在はガラスの透過性を劣化せしめ、部品素体の表面の遷移金属を含む層へレーザーが届きにくくなる。同一出力レーザーでは到達エネルギーが減少してしまうが、レーザーエネルギーを増加するとガラスの加工が起こってしまうため不適である。

ガラス層の厚みは好ましくは３０μｍ以上である。３０μｍ以上のガラス層の存在により、レーザ加工に伴う熱による膨張などによるガラス及び磁性素体表面層のわれの発生などの悪影響が著しく低減され、結果的に、視認性の高い印字が得られる。ガラス層の厚みの上限は特に限定は無く、１００μｍ程度の一般的なガラスコートの厚さであっても良い。好ましくは、ガラス層の厚みの上限は生産上のコストと最小ガラス量の観点から３０μｍよりやや厚い４０μｍ程度である。

上述のような、ガラス層による被覆を有する印字前の電子部品に対して、レーザー照射によって印字を施す。印字のためのレーザーは波長１０６４ｎｍである。図２は印字の例であり、印字は製品記号等の文字や図形や文字と図形との組合せなどであってもよい。レーザー照射は上述のガラス層を透過させて磁性素体の表面に達するようにすることにより、磁性素体とガラス層の界面付近の一部ガラス部分に印字が生成する。

図３は印字生成の推定メカニズムの模式図である。図３（Ａ）に表現されるように、合金磁性粒子３０１が集積してなる磁性素体とガラス層３０２とが存在して、印字前の電子部品が構成される。波長１０６４ｎｍのレーザー３０３は初期状態においては遷移金属を含まぬガラス層３０２を透過し、レーザー光は合金磁性粒子３０１におけるＦｅ等の遷移金属には比較的高い吸収率を示す。よって、磁性素体とガラス層との界面付近３０４においてＦｅ等の遷移金属がレーザーによって局所加熱されるとともに、この加熱された遷移金属に接するガラス層が局所加熱され、磁性素体から遷移金属元素のガラス層への拡散が発生し進行する。さらに、この拡散したガラス層部分のレーザーの吸収率が増大することで、磁性素体表面に加えてこの遷移金属が拡散したガラス層部分がレーザーにより局所発熱するようになる。この発熱と拡散した遷移金属により、ガラス層の磁性素体界面付近に状態変化したＢｉを含む化合物が析出する。このような磁性素体とガラス層との界面付近おけるＦｅ等の遷移金属のガラス層への拡散部とＢｉを含む化合物の存在により、印字の視認性が向上する。

図３（Ｂ）は印字後の磁性素体とガラス層との界面付近を拡大した断面の顕微鏡観察像をトレースした模式図である。磁性素体からのＦｅ拡散３１１と、ガラス層からのＢｉ偏析３１２とが観察され、これらはＥＤＸ分析などによって容易に検出し同定できる。Ｆｅは非印字部分の、例えば、磁性素体の別の表面のガラス層や、磁性素体の同一表面のガラス層であっても明らかに印字による変色部分から離れた部分には、レーザーに反応する濃度が含まれないので、印字部分の磁性素体界面付近のガラス部においてＦｅの拡散を容易に検出できる。Ｂｉの偏析は、非印字部分のガラス層部分のＢｉ量に比べて、印字部分の磁性素体界面のガラス部のＢｉ量は１０％以上多いので、容易に検出できる。

レーザー照射の条件等は特に限定は無く、従来技術を適宜参照することができる。すなわち、レーザー出力が弱すぎる場合は加工が起こらず、レーザー出力が強すぎる場合は、加工物を貫通したり、加工物にダメージが発生するので、適宜レーザー出力を最適化することは、従来技術の範疇である。また、レーザー照射を複数回繰り返すことにより、照射１回当たりのレーザー出力を抑え、加工物へのダメージを軽減することも、従来技術の範疇である。本発明においても、レーザー出力が弱すぎると印字が出来ず、レーザー出力が強すぎれば磁性素体の加工が発生して、ダメージが生じてしまうので、適宜レーザー出力を最適化し、また、複数回のレーザー照射とすることで、磁性素体の加工やダメージが発生せずに、適切な印字が行なわれれるレーザー照射の条件を得ることが出来る。例えば、７〜８．５Ｗのピーク出力にて３〜４回のレーザー照射を繰り返すことによって印字の視認性をさらに向上させることも可能である。このようにして、印字付きの電子部品を得ることができる。このようにして得た印字付きの電子部品もまた本発明の実施の一形態である。

本発明の製造方法によれば、ガラス被覆を備えた磁性素体の表面に傷をつける事なく印字がされ、視認出来る状態で且つ画像処理における認識が可能であり、また耐溶剤性において高い耐性が確保可能である。製造工程における粉塵発生が生じないという効果も期待出来る。また、本印字手法で形成したものはガラス被覆内部に印字部分が保護されており、直接大気に印字部分が露出していないため、大気中の酸素や湿度の影響を受けにくく、特に高温下においてその効果は顕著になるため耐熱性が高く、５５０℃においても視認性が劣化しにくい特徴がある。

図４はレーザー照射による印字結果の例を示す。図４の各図は、ガラス層を備えた印字前の電子部品に対してレーザー照射による印字を施したものを撮影したものをトレースした図である。図４（Ａ）は、印字エリアの面積の１００％に印字欠陥が無いランクＡの良品である。ランクＡは、通常の文字の認識が可能であり、バーコードの認識についても可能なレベルであり非常に良好なレベルである。図４（Ｂ）は印字エリアの面積の９０％が印字欠陥が無いランクＢの良品である。ランクＢは印字欠陥のない面積が全体の９０％以上１００％未満であるものが分類され、通常の文字の識別が可能であり、バーコードについても、２次元バーコードについては認識困難になるが、より簡略な線状のバーコードについては認識可能であるレベルであり、通常の印字については、問題の無いレベルである。図４（Ｃ）は印字エリアの面積の７０％に印字欠陥がないランクＣの実施品である。ランクＣには、印字欠陥のない面積が全体の７０〜９０％であるものが分類される。通常の文字の認識は可能であるが、線状のもの、２次元のものを問わずバーコードの認識に支障をきたすレベルであり、バーコード印字用途を除けば使用可能なレベルである。印字欠陥は、印字エリア内の未発色で磁性素体が見えている部分、ガラス層や磁性素体表面にダメージが発生している部分をいい、目視等で容易に区別されるが、ランク分け時においては、カメラにて撮像した画像において、通常印字部分に対して、輝度が１５％以上高い部分と定義して、その面積によって分類される。

図５はレーザー照射後の磁性素体及びガラス層との界面付近の断面観察像である。図５（Ａ）はピーク出力が７．１５Ｗの条件で４回レーザー照射をした後の観察像であり、磁性素体５０１、ガラス層５０２が観察された。図５（Ｂ）はピーク出力が８．３５Ｗの条件で４回レーザー照射をした後の観察像であり、磁性素体５１１、ガラス層５１２及び磁性素体のダメージ部分５１３が観察された。

図６はレーザー照射による印字結果の例を示す。種々のガラス層の厚さとレーザー照射条件にて印字を行った結果を表示している。（１）から（４）の行はそれぞれガラス層の厚さ１０μｍ、２０μｍ、２５μｍ、３０μｍの場合の印字結果である。（Ａ）から（Ｅ）の列はそれぞれレーザー照射の条件として、ピーク出力７．１５Ｗ（４回照射）、ピーク出力７．７５Ｗ（３回照射）、ピーク出力８．３５Ｗ（３回照射）、ピーク出力８．３５Ｗ（２回照射）、ピーク出力９．０５Ｗ（２回照射）の場合の印字結果である。

これらの印字については、ガラス層の厚さが３０μｍの場合はどのようなレーザー照射条件であっても視認性がランクＡのみと著しく良好であり、ガラス層の厚さが２０μｍ及び２５μｍの場合はピーク出力７．１５Ｗ（４回照射）、ピーク出力７．７５Ｗ（３回照射）、ピーク出力８．３５Ｗ（３回照射）の場合にのみ視認性がランクＡ及びランクＢと良好であった。それら以外の場合は視認可能ではあるが画像認識上は好ましいとはいい難いランクＣを含み、著しく良好とまではいえない程度の品質だった。

１０１…磁性素体、１０２…コイル、１０３…磁性素体、
３０１…合金磁性粒子、３０２…ガラス層、３０３…レーザー照射、３１１…Ｆｅ拡散、３１２…Ｂｉ偏析、
５０１…磁性素体、５０２…ガラス層、５１１…磁性素体、５１２…ガラス層、５１３…ダメージ部分

Claims (5)

1. 表面に遷移金属を含有する合金磁性材料からなる磁性素体と、前記磁性素体の少なくとも一部分を被覆するＢｉを含みかつ遷移金属を含まないガラス層と、を備える印字前の電子部品を調製し、
   前記印字前の電子部品に対して波長１０６４ｎｍのレーザーを前記ガラス層を透過せしめて照射することにより、前記磁性素体と前記ガラス層との界面付近の一部ガラス部分に前記磁性素体からガラス層へ拡散した遷移金属と、Ｂｉを含む化合物とが存在する印字部分を形成する、
   印字付きの電子部品の製造方法。
2. 前記ガラス層が３０μｍ以上の厚さである請求項１記載の製造方法。
3. 表面に遷移金属を含有する合金磁性材料からなる磁性素体と、前記磁性素体の少なくとも一部分を被覆するＢｉを含むガラス層とを備え、前記ガラス層は非印字部分において遷移金属を含まず、前記磁性素体表面と前記ガラス層との界面付近の一部ガラス部分に印字部分として、遷移金属とＢｉを含む化合物とが存在する、印字付きの電子部品。
4. 前記磁性素体表面と前記ガラス層の界面付近の一部ガラス部分には、Ｂｉが前記ガラス層の非印字部分より１０％以上多く存在する請求項３記載の電子部品。
5. 前記ガラス層が３０μｍ以上の厚さである請求項３又は４記載の電子部品。