JPWO2018235454A1 - コイルモジュールの製造方法およびコイルモジュール - Google Patents

Abstract

安価で特性が優れたコイルモジュールと、その製造方法を提供する。コイルモジュール１は、一対の脚部６ａ１と、一対の脚部６ａ１の一端同士を繋ぐ橋絡部６ａ２とを有し、コイルコア１３を跨いで配置される複数のコイル素体６ａと、配線基板２に形成された複数の配線電極６ｂとを有するコイル導体６を備えるコイルモジュール１の製造方法は、複数のコイル素体６ａを樹脂で一体化して素体集合体３を形成する集合体形成工程と、素体集合体３を配線基板２に実装することにより、コイルコア１３の周囲を巻回するコイル導体６を完成させる導体形成工程とを備え、導体形成工程は、複数のコイル素体６ａを金型内に配列した状態で、当該金型内に樹脂を導入してブロック体９を成形し、素体集合体３を形成する。

Description

本発明は、コイルコアの周囲を巻回するコイル導体を備えたコイルモジュールの製造方法およびこの製造方法で製造されたコイルモジュールに関する。

従来、図５に示すような配線基板とコイルとを備えるコイルモジュールが知られている。このコイルモジュール１００は、配線基板１０１と、配線基板１０１の上面１０１ａに載置された環状のコイルコア１０２と、該コイルコア１０２の周囲を螺旋状に巻回するコイル導体１０３とを備える。コイル導体１０３は、コイルコア１０２を跨いで配置される略Ｕ字状の複数のコイルピン１０３ａと、配線基板１０１の下面１０１ｂに形成された複数の配線電極（図示省略）とで構成される。また、コイルピン１０３ａがコイルコア１０２を跨ぐ位置にはサポート体１０４が配設される。サポート体１０４には、コイルコア１０２の嵌合用の凹部１０４ａが形成されるとともに、各コイルピン１０３ａの位置決め用の複数の挿通孔１０４ｂが形成される。配線基板１０１には各コイルピン１０３ａの脚部の先端を挿入可能な貫通孔１０５が形成される。このようなコイルモジュール１００では、各コイルピン１０３ａの先端を対応する貫通孔１０５に挿入して、配線基板１０１の下面１０１ｂから突出させ、各コイルピン１０３ａの先端と、対応する配線電極の端部とを半田で接合して、コイルコア１０２の周囲を螺旋状に巻回するコイル導体１０３が形成される。

特開平１−３０２８０９号公報

しかしながら、上記した従来のコイルモジュール１００では、サポート体１０４に挿通孔１０４ｂを形成したり、配線基板１０１に貫通孔１０５を形成したりする必要があるため、コイルモジュールの製造コストが増加する。また、挿通孔１０４ｂへのコイルピン１０３ａの挿入も、コイルピン１０３ａの整列等に多くの工数がかかるため製造コストの増加の要因となる。

また、挿通孔１０４ｂは一般的にレーザ加工やドリル加工で形成されるが、独立した挿通孔１０４ｂを形成するためには、隣接する挿通孔１０４ｂ間のピッチを一定値以上確保する必要がある。そのため、コイルピン１０３ａを狭ピッチで配置したり、コイルモジュール１００の小型化を図ったりするのが困難である。また、コイルピン１０３ａを挿通孔１０４ｂに安定的に挿入するためには、コイルピン１０３ａの径に対して、挿通孔１０４ｂの穴径を大きくする、いわゆるあそびが必要となる。この場合、コイルピン１０３ａが傾くなど、コイルピン１０３ａの位置精度が悪く、周波数特性等のコイル特性が低下するおそれがある。さらに、コイルピン１０３ａの位置精度が悪いと配線基板１０１への半田実装時の歩留まりが低下するおそれもある。

本発明は、上記した課題に鑑みてなされたものであり、安価で特性が優れたコイルモジュールと、その製造方法を提供することを目的とする。

上記した目的を達成するために、本発明のコイルモジュールの製造方法は、一対の脚部と、前記一対の脚部の一端同士を繋ぐ橋絡部とを有し、コイルコアを跨いで配置される複数のコイル素体と、配線基板に形成された複数の配線電極とを有するコイル導体を備えるコイルモジュールの製造方法において、複数のコイル素体を樹脂で一体化してコイル素体集合体を形成する集合体形成工程と、前記コイル素体集合体を前記配線基板に実装することにより、前記コイルコアの周囲を巻回する前記コイル導体を完成させる導体形成工程とを備え、前記集合体形成工程は、前記複数のコイル素体を金型内に配列した状態で、当該金型内に樹脂を導入してブロック体を成形し、前記コイル素体集合体を形成することを特徴としている。

この構成によると、コイル導体の一部をなすコイル素体の集合体（コイル素体集合体）を形成する際、複数のコイル素体を金型内に配列した状態で、当該金型内に樹脂を導入してブロック体を成形することにより形成する。このようにすると、従来のように、コイル素体を配列・固定するためにブロック体に挿通孔を形成する必要がないため、コイルモジュールを安価に製造することができる。また、ブロック体に挿通孔を形成しないため、各コイル素体を狭ピッチで配置することができる。また、挿通孔のあそびでコイル素体が傾く等の位置精度の低下が生じないため、コイル特性の優れたコイルモジュールを製造することができる。また、コイル素体が傾かないことで、コイル素体集合体の実装歩留まりが向上する。

また、前記複数のコイル素体を前記金型内に配列するときには、隣接するコイル素体同士が接続部で繋がれており、前記集合体形成工程では、前記ブロック体の前記接続部が露出する位置に貫通孔を形成し、前記コイル素体集合体を形成した後に、前記貫通孔を介して前記接続部を切断するようにしてもよい。

この構成によると、コイル素体集合体の形成時に、コイル素体の位置がずれて他のコイル素体に接触するのを防止することができる。また、ブロック体には隣接するコイル素体を繋ぐ接続部が露出する位置に貫通孔が形成されるため、コイル素体集合体の形成後に、容易に接続部を切断することができる。

また、上記した目的を達成するために、本発明のコイルモジュールは、配線基板と、前記配線基板の主面に載置されたコイルコアと、前記コイルコアの周囲を巻回するコイル導体とを備え、前記コイル導体は、一対の脚部と、前記一対の脚部の一端同士を繋ぐ橋絡部とを有し、前記コイルコアを跨いで配置されるコイル素体と、前記配線基板に形成された複数の配線電極とを有し、前記複数のコイル素体は、樹脂製のブロック体で固定されてコイル素体集合体をなし、前記コイルコアが前記ブロック体に収まるように配置されていることを特徴としている。

この構成によると、コイル導体の一部をなす複数のコイル素体は、ブロック体で固定されているため、コイル素体同士が短絡するのを防止することができる。また、コイルコアがブロック体に収まるように配置されるため、コイルコアがブロック体からはみ出て配置され得る従来のコイルモジュールと比較して周波数特性などのコイル特性が向上する。

また、前記ブロック体には、前記コイルコアを固定する位置決めガイドが形成されていてもよい。

この構成によると、コイル導体とコイルコアとの位置関係が変動するのを確実に防止できるため、コイル特性がさらに向上する。

また、前記複数のコイル素体それぞれは、前記一対の脚部の他端が、前記配線基板の前記主面と平行な方向に屈曲していてもよい。

この構成によると、コイル素体集合体を配線基板に実装する際に、各コイル素体と配線基板との接続面積を容易に増やすことができるため、コイル素体集合体の接続信頼性の向上並びにコイル素体集合体の実装歩留りの向上を図ることができる。

また、前記ブロック体は貫通孔を有し、該貫通孔から前記複数のコイル素体それぞれの一部が露出していてもよい。

この構成によると、コイル素体集合体における各コイル素体の配列状態の検査を容易に行うことができる。

また、前記複数のコイル素体それぞれは、少なくとも２つの異なる幅を有していてもよい。

この構成によると、コイル素体の太いところを利用してピックアップするなど、コイル素体の取り扱いが容易になる。

本発明によれば、コイル導体の一部をなすコイル素体の集合体（コイル素体集合体）を形成する際、複数のコイル素体を金型内に配列した状態で、当該金型内に樹脂を導入してブロック体を成形することにより形成する。このようにすると、従来のように、コイル素体を配列・固定するためにブロック体に挿通孔を形成する必要がないため、コイルモジュールを安価に製造することができる。また、ブロック体に挿通孔を形成しないため、各コイル素体を狭ピッチで配置することができる。また、挿通孔のあそびでコイル素体が傾く等の位置精度の低下が生じないため、コイル特性の優れたコイルモジュールを製造することができる。また、コイル素体が傾かないことで、コイル素体集合体の実装歩留まりが向上する。

本発明の一実施形態にかかるコイルモジュールの部分断面図である。 図１の素体集合体の斜視図である。 図１のコイル素体を説明するための図である。 図１のブロック体の変形例を示すである。 従来のコイルモジュールの分解斜視図である。

＜実施形態＞
本発明の一実施形態にかかるコイルモジュール１について、図１〜図３を参照して説明する。なお、図１はコイルモジュール１の部分断面図、図２（ａ）は素体集合体３の基板接続部６ａ３を下にした状態の斜視図、図２（ｂ）は素体集合体３の基板接続部６ａ３を上にした状態の斜視図、図３はコイル素体６ａを説明するための図で、（ａ）は隣接するコイル素体６ａの切断前の図、（ｂ）は切断後の図、（ｃ）は折り曲げ加工後の図である。

図１に示すように、この実施形態にかかるコイルモジュール１は、配線基板２と、該配線基板２の上面２ａに実装された素体集合体３（本発明の「コイル素体集合体」に相当）と、配線基板２の下面２ｂに実装された複数の部品４と、これらの部品４を封止する封止樹脂層５とを備える。なお、この実施形態のコイルモジュール１は、複数のコイル素体６ａと、複数の配線電極６ｂとによりコイルコア１３の周囲を巻回するコイル導体６が形成される。そして、このコイル導体６がアンテナとして機能することにより、ＲＦ−ＩＤ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ−Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）用のアンテナモジュールとして使用される。

配線基板２は、例えば、ガラスエポキシ基板やセラミック基板（例えば、低温同時焼成セラミック基板：ＬＴＣＣ基板）などであり、上面２ａにはコイル導体６の一部をなす複数の配線電極６ｂが形成される。また、配線基板２の下面２ｂには、各部品４の実装電極を含む複数の配線電極７が形成される。また、配線基板２には、上面２ａに形成された配線電極６ｂと下面２ｂに形成された配線電極７とを接続するビア導体８が形成される。なお、配線基板２に形成される各種配線電極６ｂ，７およびビア導体８は、いずれも、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ等、一般的に配線電極に使用される材料で形成される。

部品４は、ＳｉやＧａＡｓ等の半導体で形成された半導体素子や、チップインダクタ、チップコンデンサ、チップ抵抗等のチップ部品で構成され、半田接合などの一般的な表面実装技術により配線基板２に実装される。なお、この実施形態では、各部品４が配線基板２の下面２ｂに実装されているが、素体集合体３とともに配線基板２の上面２ａに実装されていてもよい。

コイルコア１３は、例えば、Ｎｉ−Ｚｎフェライト、Ｍｎ−Ｚｎフェライト等の一般的なコイルコアとして採用される磁性材料で形成される。

コイル導体６は、配線基板２に形成された複数の配線電極６ｂと、素体集合体３の一部を構成する複数のコイル素体６ａとを有し、コイルコア１３の周囲を螺旋状に巻回する。素体集合体３は、複数のコイル素体６ａが樹脂製のブロック体９で一体化されてなる。

各コイル素体６ａは、同じ形状で形成されている。具体的には、図３（ｃ）に示すように、各コイル素体６ａは、いずれも略平行に配置された一対の脚部６ａ１と、両脚部６ａ１の一端同士を繋ぐ橋絡部６ａ２とを有するとともに、両脚部６ａ１の他端の先端が略９０°に屈曲してなる基板接続部６ａ３が形成されている。

ブロック体９は、各コイル素体６ａが配列された状態で固定するための媒体として機能しており、コイルコア１３を収容する箇所が切欠かれている（切欠部９ａ：図２（ａ）参照）。切欠部９ａは、直方体のコイルコア１３の一の面が当接する第１内壁９ａ１と、コイルコア１３の前記一の面に対して垂直な４つの面のうち、平行な一対の面に当接する第２内壁９ａ２、第３内壁９ａ３とを有する（図２（ｂ）等参照）。また、ブロック体９には、第２内壁９ａ２、第３内壁９ａ３に対して垂直な方向に張り出した板状の複数の位置決め片９ｂ（本発明の「位置決めガイド」に相当）が設けられる。各位置決め片９ｂは、コイルコア１３の前記一の面に対して垂直な４つの面のうち、前記平行な一対の面とは異なる、残りの平行な一対の面に当接してコイルコア１３を挟む。このような構成により、各位置決め片９ｂにより、コイル導体６の巻回軸ａと平行な方向へのコイルコア１３の移動が規制される。また、ブロック体９の第２内壁９ａ２、第３内壁９ａ３により、コイルコア１３がコイル導体６の巻回軸ａと垂直な方向への移動が規制される。なお、ブロック体９は、例えば、液晶ポリマーなどの熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂で形成することができる。

各コイル素体６ａそれぞれは、ブロック体９の切欠部９ａにコイルコア１３が配設されたときに、両脚部６ａ１と橋絡部６ａ２とによりコイルコア１３を跨ぐ位置でブロック体９に固定される。すなわち、素体集合体３が配線基板２に実装された状態において、各コイル素体６ａは、一方の脚部６ａ１それぞれがコイル導体６の巻回軸ａに対して一方側（コイルコア１３の一方側）に配置されるとともに、他方の脚部６ａ１それぞれが当該巻回軸ａに対して他方側（コイルコア１３の他方側）に配置された状態で、巻回軸ａと平行な方向に配列・固定される（図１および図２（ｂ）参照）。なお、各コイル素体６ａの基板接続部６ａ３は、ブロック体９に被覆されておらず、各基板接続部６ａ３が素体集合体３を配線基板２に実装するときの接続部となる。

配線基板２の上面２ａに形成された各配線電極６ｂはそれぞれ、各コイル素体６ａそれぞれと対をなして設けられる。そして、各配線電極６ｂそれぞれは、対を成すコイル素体６ａの一方の脚部６ａ１に繋がる基板接続部６ａ３と、該対を成すコイル素体６ａに隣接するコイル素体６ａの他方の脚部６ａ１に繋がる基板接続部６ａ３とを接続する。このようなコイル素体６ａと配線電極６ｂとの接続構成により、コイルコア１３の周囲を巻回するコイル導体６が形成される。

封止樹脂層５は、各部品４を封止するものであり、配線基板２の下面２ｂに積層される。封止樹脂層５は、例えば、エポキシ樹脂などの一般的な封止樹脂で形成されている。

（コイルモジュールの製造方法）
次に、コイルモジュール１の製造方法について説明する。各コイル素体６ａは、１枚の金属板（例えば、Ｃｕ板）の切断加工後に折り曲げ加工を施すことより形成される。具体的には、図３（ａ）に示すように、各コイル素体６ａ（折り曲げ加工前）が平行かつ等間隔で配列された形状となるように１枚の金属板の切断加工を行う。このとき、折り曲げ加工後に各コイル素体６ａの橋絡部６ａ２を成す位置において、隣接するコイル素体６ａを繋ぐ素体接続部１０（本発明の「接続部」に相当）を残した状態とし、コイル素体結合体１１を形成する。

次に、コイル素体結合体１１を折り曲げ加工して、各コイル素体６ａそれぞれに、一対の脚部６ａ１、橋絡部６ａ２および基板接続部６ａ３を形成する。このとき、各コイル素体６ａは素体接続部１０で繋がれているため、折り曲げ加工後も配列したままの状態を維持する（図３（ｃ）参照）。

次に、ブロック体９の形状に合わせた金型内に、折り曲げ加工後のコイル素体結合体１１を配列した状態で、当該金型内に樹脂を導入してブロック体９を成形することにより、素体集合体３を形成する。このとき、ブロック体９から各コイル素体６ａの橋絡部６ａ２の一部および各コイル素体６ａの基板接続部６ａ３が露出するようにする（図２参照）。さらに、ブロック体９における、コイル素体結合体１１の素体接続部１０が位置するところに、貫通孔１２が形成されるようにブロック体９を成形する。

次に、ブロック体９の貫通孔１２に切断部材を挿入したり、レーザ光を照射したりするなどして素体接続部１０を切断し、各コイル素体６ａを分離する。このような切断方法によると、各コイル素体６ａそれぞれは、図３（ｂ）に示すように、素体接続部１０を切断したところが、他の箇所よりも太くなる。

次に、ブロック体９の切欠部９ａにコイルコア１３をセットした上で、配線基板２の上面２ａに素体集合体３を実装し、コイルモジュール１が完成する。このとき、各コイル素体６ａの基板接続部６ａ３を対応する配線電極６ｂの端部に半田で接続し、コイルコア１３の周囲を螺旋状に巻回するコイル導体６を形成する。なお、配線基板２は、一般的な配線基板の形成方法で形成することができる。また、素体集合体３および各部品４の配線基板２への実装順序は、各部品４を実装した後に素体集合体３を実装してもよいし、素体集合体３を実装した後に各部品４を実装してもよい。

したがって、上記の実施形態によれば、コイル導体６の一部をなすコイル素体６ａの集合体（素体集合体３）を形成する際、複数のコイル素体６ａを金型内に配列した状態で、当該金型内に樹脂を導入してブロック体９を成形することにより形成する。このようにすると、従来のように、コイル素体を配列・固定するためにブロック体に挿通孔を形成する必要がないため、コイルモジュール１を安価に製造することができる。また、従来のコイルモジュール１００のように、サポート体１０４の挿通孔１０４ｂを形成する構成の場合、隣接する挿通孔１０４ｂが繋がらないようにするために、一定値以上の間隔が必要となる。したがって、挿通孔１０４ｂ間のピッチを狭くするのに限界があるが、この実施形態のコイルモジュール１では、ブロック体９（従来技術の「サポート体１０４」に相当）に挿通孔を形成しないため、各コイル素体６ａを狭ピッチで配置することができる。また、従来のコイルモジュール１００（図５参照）のように、挿通孔１０４ｂのあそびにより、コイル素体６ａが傾く等の位置精度の低下が生じないため、コイル特性の優れたコイルモジュール１を製造することができる。また、コイル素体６ａが傾かないことで、素体集合体３の実装歩留まりが向上する。

また、素体集合体３を形成する際、各コイル素体６ａが素体接続部１０で繋がれたままの状態で、樹脂成形を行うため、金型に樹脂を導入する際の圧力などにより、各コイル素体６ａの配列状態が変化するのを防止できる。特に、コイルコア１３を大きくしたい場合は、コイル素体６ａも大型化（例えば、脚部６ａ１が３ｍｍ以上）するため、このような場合に各コイル素体６ａが素体接続部１０で繋がれたままの状態で樹脂成形を行うと、コイル素体６ａの配列状態の変化の防止効果がさらに高まる。

また、ブロック体９には、素体接続部１０の位置に貫通孔１２が形成されるため、ブロック体９の樹脂成形後に素体接続部１０を容易に切断することができる。また、素体集合体３の完成後は、各コイル素体６ａの橋絡部６ａ２の一部がブロック体９の表面から露出するため、素体集合体３が完成した後に、コイル素体６ａの配列状態の検査（例えばショート不良の検査）を容易に行うことができる。

また、ブロック体９には、コイルコア１３を収容する切欠部９ａを有するとともに、コイルコア１３の移動を規制する位置決め片９ｂが形成されるため、コイルコア１３はブロック体９からはみ出さずに収まった状態で固定される。そのため、コイル導体６に対するコイルコア１３の位置のばらつきを低減でき、コイル導体６の周波数特性などのコイル特性が安定する。

また、各コイル素体６ａそれぞれは、両脚部６ａ１の他端の先端が９０°に屈曲して基板接続部６ａ３が形成される。この場合、コイル素体６ａの脚部６ａ１の他端の先端を屈曲させずに、そのままの状態で配線基板２と接続させる構成と比較して、配線基板２との接続面積が増加するため、素体集合体３と配線基板２との接続信頼性の向上および素体集合体３の実装歩留りの向上を図ることができる。

また、各コイル素体６ａは、素体接続部１０の切断箇所は他の箇所よりも幅が太く形成されるが、このような太い幅を有する部分を利用することにより、各コイル素体６ａの当該他の箇所を細くしても、各コイル素体６ａのピックアップ性などの取り扱い性が低下するのを防止できる。

（ブロック体９の変形例）
上記の実施形態では、ブロック体９に切欠部９ａと位置決め片９ｂとを設けてコイルコア１３の位置決めを行うように構成したが、例えば、図４に示すように、ブロック体９にコイルコア１３を収容するための凹部９ｃ（ポケット）を形成し、該凹部の開口に突出片９ｄを設けるようにしてもよい。この場合、ブロック体９を熱可塑性樹脂で形成しておけば、コイルコア１３を凹部９ｃに収納した後、突出片９ｄに熱を与えて折り曲げれば、コイルコア１３の位置固定がより確実になる。

なお、本発明は上記の各実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、上記したもの以外に種々の変更を行なうことが可能である。例えば、上記した実施形態では、各コイル素体６ａを素体接続部１０で繋いだ状態で樹脂成形を行ったが、例えば、コイル素体のサイズが小さい場合（例えば、脚部６ａ１の長さが１ｍｍ以下）は、コイル素体６ａの配列状態が変化しにくいため、このような場合は、素体接続部１０を設けないようにしてもよい。

また、コイル素体６ａの形状は、Ｕ字状など、コイルコア１３を跨ぐ形状であれば
よい。

また、本発明は、一部が配線基板の配線電極で形成されたコイル導体を備える種々のコイルモジュールに広く適用することができる。

１ コイルモジュール
２ 配線基板
３ 素体集合体（コイル素体集合体）
６ コイル導体
６ａ コイル素体
６ａ１ 脚部
６ａ２ 橋絡部
６ｂ 配線電極
９ ブロック体
９ｂ 位置決め片（位置決めガイド）
１０ 素体接続部（接続部）
１２ 貫通孔

Claims (7)

1. 一対の脚部と、前記一対の脚部の一端同士を繋ぐ橋絡部とを有し、コイルコアを跨いで配置される複数のコイル素体と、配線基板に形成された複数の配線電極とを有するコイル導体を備えるコイルモジュールの製造方法において、
   複数のコイル素体を樹脂で一体化してコイル素体集合体を形成する集合体形成工程と、
   前記コイル素体集合体を前記配線基板に実装することにより、前記コイルコアの周囲を巻回する前記コイル導体を完成させる導体形成工程とを備え、
   前記集合体形成工程は、
   前記複数のコイル素体を金型内に配列した状態で、当該金型内に樹脂を導入してブロック体を成形し、前記コイル素体集合体を形成する
   ことを特徴とするコイルモジュールの製造方法。
2. 前記複数のコイル素体を前記金型内に配列するときには、隣接するコイル素体同士が接続部で繋がれており、
   前記集合体形成工程では、前記ブロック体の前記接続部が露出する位置に貫通孔を形成し、前記コイル素体集合体を形成した後に、前記貫通孔を介して前記接続部を切断することを特徴とする請求項１に記載のコイルモジュールの製造方法。
3. 配線基板と、
   前記配線基板の主面に載置されたコイルコアと、
   前記コイルコアの周囲を巻回するコイル導体とを備え、
   前記コイル導体は、
   一対の脚部と、前記一対の脚部の一端同士を繋ぐ橋絡部とを有し、前記コイルコアを跨いで配置されるコイル素体と、
   前記配線基板に形成された複数の配線電極とを有し、
   前記複数のコイル素体は、樹脂製のブロック体で固定されてコイル素体集合体をなし、
   前記コイルコアが前記ブロック体に収まるように配置されている
   ことを特徴とするコイルモジュール。
4. 前記ブロック体には、前記コイルコアを固定する位置決めガイドが形成されていることを特徴とする請求項３に記載のコイルモジュール。
5. 前記複数のコイル素体それぞれは、前記一対の脚部の他端が、前記配線基板の前記主面と平行な方向に屈曲していることを特徴とする請求項３または４に記載のコイルモジュール。
6. 前記ブロック体は貫通孔を有し、該貫通孔から前記複数のコイル素体それぞれの一部が露出していることを特徴とする請求項３ないし５のいずれか１項に記載のコイルモジュール。
7. 前記複数のコイル素体それぞれは、少なくとも２つの異なる幅を有することを特徴とする請求項３ないし６のいずれか１項に記載のコイルモジュール。
   
   
   

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