JP6702296B2 - 電子部品 - Google Patents

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Description

本開示は、電子部品に関する。
従来、コイル部品等の電子部品は、該電子部品を実装基板に接続する外部電極を有している(例えば、特許文献1参照)。外部電極は、例えばスパッタ法により形成されたクロム(Cr)等の金属層を含む。
特開2013−201374号公報
ところで、電子部品において、外部電極の密着性が十分ではない場合がある。この場合、実装基板に対する電子部品の接続強度(固着強度)が低く、接続安定性が低下する虞がある。
本開示の目的は、固着強度の高い電子部品を提供することにある。
本開示の一態様である電子部品は、樹脂を結着剤とした磁粉樹脂で構成される成形体と、前記成形体の表面の少なくとも一部を覆う酸化物被膜と、前記酸化物被膜の表面に形成された下地層として酸素と親和性の高い金属層を含む外部電極と、を有する。
この構成によれば、成形体と酸化物被膜との間、外部電極の下地層と成形体を覆う酸化物被膜との間で強い密着性が生じ、電子部品の実装基板に対する固着強度が向上する。
上記の電子部品は、Cr、Ti、V、Sc、Mn、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Hf、Ta、W、Reのうちの少なくとも1つを含むことが好ましい。
この構成によれば、特に酸素と親和性の高い金属層が得られる。
上記の電子部品において、前記酸化物被膜は、有機鎖が結合した金属酸化物を含むことが好ましい。
この構成によれば、実装基板に対する電子部品の固着強度をさらに向上できる。
上記の電子部品において、前記酸化物被膜は、有機鎖が結合した金属元素を、有機鎖が結合していない金属元素の0.5倍以上1.5倍以下含むことが好ましい。
この構成によれば、対熱衝撃性が確実に向上する。
上記の電子部品において、前記酸化物被膜は、TiO又はSiOを含むことが好ましい。
この構成によれば、量産性を向上できる。
上記の電子部品において、前記有機鎖は、エポキシ基、アミノ基、イソシアヌレート基、イミダゾール基、ビニル基、メルカプト基、フェノール基、メタクロイル基のうちいずれかを有することが好ましい。
この構成によれば、対熱衝撃性をより確実に向上できる。
上記の電子部品において、前記結着剤は、エポキシ樹脂であることが好ましい。
この構成によれば、固着強度及び絶縁性をより向上できる。
上記の電子部品において、前記成形体には巻線が巻回され、前記巻線の端部は前記外部電極に接続されていることが好ましい。
この構成によれば、実装固着強度が高い巻線型のコイル部品が得られる。
上記の電子部品において、前記酸化物被膜は、前記巻線と前記成形体との間とにも介在することが好ましい。
この構成によれば、巻線から成形体を介して漏れる電流経路の発生を抑制できる。
上記の電子部品において、前記酸化物被膜は、前記成形体の表面全体を覆うことが好ましい。
この構成によれば、高い絶縁性が得られる。
本開示の一態様によれば、実装基板に対する固着強度を向上した電子部品を提供できる。
巻線型コイル部品の概略断面図。
以下、本開示の一態様に係る実施形態を説明する。
なお、添付図面は、理解を容易にするために構成要素を拡大して示している場合がある。構成要素の寸法比率は実際のものと、または別の図面中のものと異なる場合がある。また、断面図では、理解を容易にするためハッチングを付しているが、一部の構成要素についてはハッチングを省略している場合がある。
図1に示す巻線型コイル部品1は、電子部品の一例である。この巻線型コイル部品1は、コア10と、コア10に巻回された巻線20と、巻線20に接続された外部電極30と、コア10に巻回された巻線20を封止する被覆樹脂40とを有している。
コア10は、成形体としてのコア本体11と、酸化物被膜12とを有している。
外部電極30は、下地層31とめっき層32とを含む。
コア本体11は、上下方向に延びる巻芯部13と、その巻芯部13の上下両端に形成された鍔部14,15とを有している。コア本体11の表面は、研削部を含む。研削部は、コア本体11の形成において、所定の研削処理により形成される面である。所定の研削処理は、例えば、バレル加工である。なお、本明細書における上下は、電子部品を実装する実装基板の主面に直交する方向を基準に、当該方向の実装基板側を下、反対側を上とする。
コア本体11は、例えば、樹脂と金属粉とを含む磁粉樹脂で構成される。詳しくは、コア本体11は、樹脂を結着剤として、金属磁性粉を含む、磁粉樹脂で構成される成形体である。樹脂は、エポキシ樹脂であることが好ましく、これによって固着強度及び絶縁性をより向上できる。なお、樹脂としては、上述のエポキシ樹脂の他、フェノール樹脂、シリコーン樹脂といった熱硬化性樹脂を用いることができる。コア本体11は、例えば、金属磁性粉を上記の結着材と混合し、金型を用いて成形した後、過熱して結着剤を硬化させることにより得られる。
金属磁性粉としては、例えば、純鉄(Fe)、Fe合金の金属粉を用いることができる。Fe合金としては、例えば、FeNi、FeCo、FeSi、FeSiCr、FeSiAl、FeSiBCr、FePCSiBNbC等を挙げることができる。また、これらの粉末を単独、または二種類以上組み合わせて使用することが可能である。また、上記の純鉄粉は、例えばペンタカルボニル鉄を熱分解することにより形成されるカルボニル鉄粉としてもよい。
コア本体11は、酸化物被膜12により被覆されている。本実施形態において、酸化物被膜12は、コア本体11の表面全体を覆うように形成されている。なお、酸化物被膜12は、必ずしもコア本体11の表面全体を覆う必要は無く、コア本体11の表面の一部を覆うように形成されてもよい。酸化物被膜12は、例えば、巻線20とコア本体11との間に介在するように、巻線20を巻回する巻芯部13の表面、巻線20が接触する鍔部14,15の内側側面14a,15a(巻芯部13の側の側面13a)と、鍔部15の端部と、を覆うように形成されてもよい。酸化物被膜12がコア本体11の表面全体を覆う場合、酸化物被膜12を形成する際にパターニングやマスクが不要となるため、酸化物被膜12を効率的に形成できる。
なお、酸化物被膜12は、少なくとも、後述する外部電極30とコア本体11との間に介在するように形成される。特に、酸化物被膜12は、外部電極30が形成される鍔部15の下面15bの全体を覆うように形成されることが好ましい。
酸化物被膜12は、金属酸化物を含む被膜である。金属酸化物は、例えば、酸化チタン(TiO),酸化シリコン(SiO),酸化アルミニウム(AlO),酸化ジルコニウム(ZrO)等である。特に、量産性の向上の観点において、酸化物被膜12は、チタン酸化物又はケイ酸化合物を含むことが好ましい。これらの金属酸化物は、強度と固有の比抵抗の観点で好適である。なお、本実施形態では、酸化物被膜12は、有機鎖が結合したこれらの金属酸化物(TiO,SiO,AlO,ZrO)、例えば、チタン系アルコキシド、シリコン系アルコキシド等を含み、具体的にはチタンアルコキシド,チタンアシレート,チタンキレート、等を含む。有機鎖は、エポキシ基、アミノ基、イソシアヌレート基、イミダゾール基、ビニル基、メルカプト基、フェノール基、メタクロイル基のうちいずれかを有することが好ましい。酸化物被膜12は、例えば、ゾルゲル法を用いて形成できる。本実施形態のように、酸化物被膜12を、有機鎖が結合した金属酸化物を含む構造(有機無機ハイブリッド構造)とするには、例えば、金属アルコキシドを含むゾルゲルコート剤と有機鎖含有シランカップリング剤とを混合し、混合液をコア本体11の表面に付着させ、加熱処理によって脱水結合させた後、所定の温度で乾燥させればよい。
外部電極30は、コア10の下面、つまり酸化物被膜12の下面(表面)の2箇所に形成されている。外部電極30は、下地層31と、めっき層32とを含む。下地層31とめっき層32は、この順番で酸化物被膜12の下面に形成されている。
下地層31は、酸素と親和性の高い金属層である。下地層31は、例えば、クロム(Cr),チタン(Ti),バナジウム(V),スカンジウム(Sc),マンガン(Mn),イットリウム(Y),ジルコニウム(Zr),ニオブ(Nb),モリブデン(Mo),テクネチウム(Tc),ハフニウム(Hf),タンタル(Ta),タングステン(W),レニウム(Re)のうちの少なくとも1つを含むことが好ましく、この場合、酸化物被膜12との密着性が向上する。特に、下地層31は、Cr,Ti,Vのいずれかが好ましく、酸化物被膜12との密着性をより向上できる。なお、下地層31は、上記金属の単体からなる金属層に限られず、上記金属の合金を含んでいてもよく、例えば、Ni−Ti,Ni−V,Ni−Cr等を含んでいてもよい。この下地層31は、例えばスパッタ法により形成される。なお、下地層31の形成方法はスパッタ法に限定されず、蒸着法、原子層堆積法、めっき法等の公知の金属層の形成方法を用いることができる。
めっき層32は、例えばニッケル(Ni),銅(Cu),銀(Ag),錫(Sn)等の金属、Ni−クロム(Cr),Ni−Cu等の合金、を用いることができる。めっき層32は、例えば、電解めっき法により形成される。なお、めっき層32を、複数の金属層(めっき層)から構成してもよい。
巻線20は、例えば、Cu等の線状の導体と、導体の表面を覆う樹脂等の絶縁被覆とを有するワイヤであり、コア10の巻芯部13に巻回されている。巻線20の両端部は、それぞれ外部電極30にめっきや熱圧着等により接続されている。これによって、積層型コイル部品等と比べて特性面で有利な巻線型コイル部品1を構成できる。巻線20は、外部電極30との接続部分へ延びる部分を除いて、コア10の鍔部14,15の間に配設された被覆樹脂40により封止されている。被覆樹脂40としては、例えばコア本体11の材料として列挙した磁性樹脂を用いることができる。本実施形態では、磁性樹脂は、例えば、金属磁性粉を含むエポキシ樹脂である。
(作用)
巻線型コイル部品1は、樹脂を結着剤とした磁粉樹脂で構成されるコア本体11(成形体)と、コア本体11の表面の少なくとも一部(下面)を覆う酸化物被膜12と、酸化物被膜12の表面に形成された下地層31として酸素と親和性の高い金属層を含む外部電極30と、を有する電子部品である。
上記のように、巻線型コイル部品1では、下地層31は、酸素と親和性の高い金属層であるため、下地層31は、酸化物被膜12の酸素と強く相互作用し、例えば共有結合を形成する。従って、外部電極30とコア10(酸化物被膜12)との密着性を向上できる。このため、巻線型コイル部品1の実装固着強度を向上できる。
また、酸化物被膜12は、有機鎖が結合した金属酸化物を含む。コア本体11は、樹脂を結着剤とした磁粉樹脂で構成されるため、酸化物被膜12が有機鎖を有すると、コア本体11の樹脂と強く相互作用し、例えば共有結合を形成する。従って、酸化物被膜12とコア本体11との密着性を向上できる。このため、実装基板に対する巻線型コイル部品1の固着強度をさらに向上できる。
例えば、コア本体11を覆う絶縁膜としてガラス被膜を用いた場合、熱衝撃によって絶縁膜にクラックが生じ、絶縁性が低下する虞がある。これに対し、本実施形態の酸化物被膜12は、有機鎖が結合した金属酸化物を含む。このため、酸化物被膜12は柔軟性を有し、熱衝撃によっても、酸化物被膜12にクラックが生じにくい。
上述したように、コア本体11は、樹脂を結着剤とした磁粉樹脂で構成される。コア本体11は、製造工程において、成形後に研削される場合がある。研削は、例えば、バレル加工である。この研削により、コア本体11の表面において、コア本体11に含まれる金属磁性粉の一部が露出する。このように露出する金属磁性粉は、巻線20の絶縁被覆に損傷があると、その損傷部分で巻線20の導体と接触し、巻線型コイル部品1の絶縁抵抗(IR)の値を低下させる虞がある。これに対し、巻線型コイル部品1のコア10は、コア本体11の表面全体を覆う酸化物被膜12を有している。したがって、酸化物被膜12は、巻線20とコア本体11との間に介在し、上記の研削によってコア本体11の表面に露出する金属磁性粉を覆うため、高い絶縁抵抗が得られる。
[実施例]
次に、実施例及び比較例を挙げて上記各実施形態をさらに具体的に説明する。
(実施例1)
(試験体作製)
本実施例では、結着剤としてエポキシ樹脂を用いてコア本体11を形成した。具体的には、金属磁性粉をエポキシ樹脂に混合し、金型を用いて混合物を成形する。その成形された混合物を所定温度で過熱してエポキシ樹脂を硬化させることにより、成形体としてコア本体11を形成した。その後、コア本体11をバレル研磨した後、コア本体11の表面にTiOを含む酸化物被膜12を形成した。この場合、有機鎖含有シランカップリング剤は用いられておらず、酸化物被膜12は有機鎖を含まない無機膜であるTiOを含む酸化物被膜である。その後、Cr含有合金からなる下地層31をスパッタリング法により形成し、めっき層32を形成して外部電極30とした。
(固着強度測定)
試験体を例えばはんだペーストを用いて実装基板に実装し、所定の測定方法(AEC−Q200準拠)により、試験体と実装基板との間の固着強度(N)について、初期の固着強度と、熱衝撃試験後の固着強度とを測定した。測定結果を表1に示す。表1には、本実施例1と後述する実施例2〜7及び比較例1,2について、結着剤、酸化物被膜、使用液(混合液の場合にはゾルゲルコート剤(単に「コート剤」と表記)と有機鎖含有カップリング剤(単に「カップリング剤」と表記)との割合)、端子電極、固着強度(N)、固着強度(N)(熱衝撃試験後)を示している。
(実施例2)
酸化物被膜12として、TiOを含むゾルゲルコート剤と有機鎖含有シランカップリング剤とを、「2:1」の割合で混合した混合液をコア本体11の表面に付着させて加熱処理し、TiO及び有機鎖が結合したSiを含む有機無機ハイブリッド構造の酸化物被膜を形成した。この場合、酸化物被膜12は、有機鎖が結合したSiを、有機鎖が結合していないTiの約0.5倍含む。結着剤と下地層31は実施例1の場合と同様に、エポキシ樹脂とCr含有合金とした。
(実施例3)
酸化物被膜12として、TiOを含むゾルゲルコート剤と有機鎖含有シランカップリング剤とを、「1:1」の割合で混合した混合液をコア本体11の表面に付着させて加熱処理し、TiO及び有機鎖が結合したSiを含む有機無機ハイブリッド構造の酸化物被膜を形成した。この場合、酸化物被膜12は、有機鎖が結合したSiを、有機鎖が結合していないTiの約1.0倍含む。結着剤と下地層31は実施例1の場合と同様に、エポキシ樹脂とCr含有合金とした。
(実施例4)
酸化物被膜12として、TiOを含むゾルゲルコート剤と有機鎖含有シランカップリング剤とを、「2:3」の割合で混合した混合液をコア本体11の表面に付着させて加熱処理し、TiO及び有機鎖が結合したSiを含む有機無機ハイブリッド構造の酸化物被膜を形成した。この場合、酸化物被膜12は、有機鎖が結合したSiを、有機鎖が結合していないTiの約1.5倍含む。結着剤と下地層31は実施例1の場合と同様に、エポキシ樹脂とCr含有合金とした。
(実施例5)
酸化物被膜12として、有機鎖含有シランカップリング剤のみをコア本体11の表面に付着させて加熱処理し、有機鎖が結合したSiのみを含む有機無機ハイブリッド構造の酸化物被膜を形成した。結着剤と下地層31は実施例1の場合と同様に、エポキシ樹脂とCr含有合金とした。
(実施例6)
酸化物被膜12として、SiOを含むゾルゲルコート剤と有機鎖含有シランカップリング剤とを、「1:1」の割合で混合した混合液をコア本体11の表面に付着させて加熱処理し、SiO及び有機鎖が結合したSiを含む有機無機ハイブリッド構造の酸化物被膜を形成した。この場合、酸化物被膜12は、有機鎖が結合したSiを、有機鎖が結合していないSiの約1.0倍含む。結着剤と下地層31は実施例1の場合と同様に、エポキシ樹脂とCr含有合金とした。
(実施例7)
酸化物被膜12として、TiOを含むゾルゲルコート剤と有機鎖含有シランカップリング剤とを、「1:1」の割合で混合した混合液をコア本体11の表面に付着させて加熱処理し、TiOと有機鎖が結合したSiを含む有機無機ハイブリッド構造の酸化物被膜を形成した。この場合、酸化物被膜12は、有機鎖が結合したSiを、有機鎖が結合していないTiの約1.0倍含む。本実施例7では、下地層31をTi含有合金とした。結着剤は実施例1の場合と同様に、エポキシ樹脂とした。
(比較例1)
酸化物被膜12を有していない(表1では「なし」と表記)構成とした。結着剤と下地層31は実施例1の場合と同様に、エポキシ樹脂とCr含有合金とした。
(比較例1)
結着剤をポリシロキサン樹脂とし、酸化物被膜12を有していない(表1では「なし」と表記)構成とした。下地層31をCr含有合金とした。
(結果)
表1に示すように、比較例1と比較例2は、実装基板に対する試験体の固着強度について、初期の固着強度と、熱衝撃試験後の固着強度とが、それぞれ40(N)と45(N)であった。これに対し、実施例1〜7では、初期の固着強度として、200(N)を越える実装固着強度が得られた。すなわち、酸化物被膜12と、酸素と親和性の高い金属層を下地層31として含む外部電極30とを有する場合、実装基板に対する試験体の固着強度が向上していることが分る。また、酸化物被膜12が、有機鎖が結合した金属酸化物を含む有機無機ハイブリッド構造の酸化物被膜である実施例2〜7では、初期の固着強度だけでなく、熱衝撃試験後でも200(N)を越える固着強度が得られた。すなわち、有機鎖が結合した金属酸化物を含む酸化物被膜12は、対熱衝撃性も向上することが分る。なお、実施例1〜7では、高い絶縁抵抗(IR:Insulation Resistance)が得られた。
以上記述したように、本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
(1)巻線型コイル部品1は、樹脂を結着剤とした磁粉樹脂で構成されるコア本体11(成形体)と、コア本体11の表面の少なくとも一部(下面)を覆う酸化物被膜12と、酸化物被膜12の表面に形成された下地層31として酸素と親和性の高い金属層を含む外部電極30と、を有する電子部品である。この下地層31は、酸化物被膜12の酸素と強く相互作用し、例えば共有結合を形成する。従って、外部電極30とコア10(酸化物被膜12)との密着性を向上できる。このため、巻線型コイル部品1の実装固着強度を向上できる。
(2)酸化物被膜12は、有機鎖が結合した金属酸化物を含む、すなわち有機無機ハイブリッド構造の酸化物被膜であることが好ましい。コア本体11は、樹脂を結着剤とした磁粉樹脂で構成されるため、酸化物被膜12の有機鎖は、コア本体11の樹脂と強く相互作用し、例えば共有結合を形成する。従って、酸化物被膜12とコア本体11との密着性を向上できる。このため、実装基板に対する巻線型コイル部品1の固着強度をさらに向上できる。
(3)酸化物被膜12は、有機鎖を含むことが好ましい。この場合、酸化物被膜12は柔軟性を有するため、熱衝撃によっても、巻線型コイル部品1の実装基板に対する固着強度は低下せず、対熱衝撃性を向上できる。
(4)コア本体11には巻線20が巻回され、酸化物被膜12は、コア本体11と巻線20との間に介在することが好ましい。この場合、コア本体11の表面に金属磁性粉が露出していても、酸化物被膜12により金属磁性粉が覆われるため、高い絶縁抵抗が得られる。
(5)酸化物被膜12は、有機鎖が結合したSiやTiなどの金属元素を、有機鎖が結合していないSiやTiなどの金属元素の0.5倍以上1.5倍以下含むことが好ましい。この場合、対熱衝撃性が確実に向上することが分っている。
尚、上記実施形態は、以下の変形例で実施してもよい。
・上記実施形態は、鍔部15に2つの外部電極30を有する巻線型コイル部品1とした。これに対し、2つの鍔部のそれぞれに外部電極を有し、実装基板に対して巻芯部を略平行に支持する、所謂横巻型の巻線型コイル部品としてもよい。また、外部電極30の数は2つより多くてもよい。
・上記実施形態では、巻芯部13の両端に鍔部14,15を有する巻線型コイル部品1としたが、鍔部14,15の大きさをそれぞれ適宜変更してもよい。また、巻芯部13の上端の鍔部14を省略してもよい。
・上記実施形態では、電子部品として巻線型コイル部品1を例示した。これに対し、電子部品は積層型コイル部品であってもよく、この場合は、成形体が素体となる。これ以外にも、成形体と外部電極を有する電子部品として、例えば、誘電体を使用したキャパシタ、圧電体を使用した圧電素子、半導体を使用したバリスタ等としてもよい。
・上記実施形態及び上記変形例は、適宜その一部を公知の構成で置き換えても良い。また、上記実施形態及び上記変形例は、適宜その一部又は全部を他の形態、例と組み合わせてもよい。
10…コア、11…コア本体、12…酸化物被膜、20…巻線、30…外部電極、31…下地層、32…めっき層、40…被覆樹脂。

Claims (9)

  1. 樹脂を結着剤とした磁粉樹脂で構成される成形体と、
    前記成形体の表面の少なくとも一部を覆う酸化物被膜と、
    前記酸化物被膜の表面に形成された下地層として酸素と親和性の高い金属層を含む外部電極と、を有し、
    前記酸化物被膜は、有機鎖が結合した金属酸化物を含む、電子部品。
  2. 前記下地層は、Cr、Ti、V、Sc、Mn、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Hf、Ta、W、Reのうちの少なくとも1つを含む、請求項1に記載の電子部品。
  3. 前記酸化物被膜は、有機鎖が結合した金属元素を、有機鎖が結合しない金属元素の0.5倍以上1.5倍以下含む、請求項1又は2に記載の電子部品。
  4. 前記酸化物被膜は、TiO又はSiOを含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載の電子部品。
  5. 前記有機鎖は、エポキシ基、アミノ基、イソシアヌレート基、イミダゾール基、ビニル基、メルカプト基、フェノール基、メタクロイル基のうちいずれかを有する、請求項1〜4のいずれか1項に記載の電子部品。
  6. 前記結着剤は、エポキシ樹脂である、請求項1〜5のいずれか1項に記載の電子部品。
  7. 前記成形体には巻線が巻回され、前記巻線の端部は前記外部電極に接続されている、請求項1〜6のいずれか1項に記載の電子部品。
  8. 前記酸化物被膜は、前記巻線と前記成形体との間とにも介在する、請求項7に記載の電子部品。
  9. 前記酸化物被膜は、前記成形体の表面全体を覆う、請求項7又は8に記載の電子部品。
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