TWI459413B - Inductance element and manufacturing method thereof - Google Patents

Description

電感元件及其製造方法

本發明係關於一種電感元件及其製造方法，該電感元件係於將磁性粉末與黏合劑劑樹脂加壓而成形之壓粉成形體之磁芯中埋入有線圈體。

以下之專利文獻1~3所記載之電感元件係於壓粉成形體之磁芯中埋入有線圈體。壓粉成形體之磁芯係將包含磁性粉末與黏合劑劑樹脂之芯體材料供給至模具內並被加熱加壓而成形為芯體形狀者，可提高磁性粉末之密度，可獲得較高之電感。

專利文獻1所記載之電感線圈使用如下之線圈，該線圈藉由使平角銅線於厚度方向朝向捲繞中心線之狀態下以沿著捲繞中心線重疊之方式捲繞而成。線圈埋入至壓粉成形體之內部而成形磁芯，但平角銅線之兩端部自磁芯向外部突出。於磁芯成形之後，平角銅線之兩端部朝向磁芯之背面彎折而形成端子部。

專利文獻1所記載之電感線圈係將自磁芯突出之平角銅線之端部彎折而形成端子部，因此容易於磁芯之背面與端子部之間產生間隙，而不利於電感線圈之薄型化與小型化。又，當將自磁芯突出之平角銅線之端部彎折時，自該端部之基部向磁芯作用有較大之應力，磁芯於平角銅線突出之部分處容易損傷、或於內部容易產生龜裂。

專利文獻2所記載之壓粉成形體之製造方法係由銅線捲繞成線圈，並且彎折銅線之端部以形成一對端子部。將線圈以及一對端子部 設置於壓製機，並且供給包含磁性粉末與黏合劑樹脂之芯體材料，將芯體材料與線圈以及端子一併壓縮且加壓而成形壓粉成形體之磁芯。成形後之電感元件成為線圈與端子部均埋入至磁芯之內部者，僅端子部之表面於磁芯之背面露出。

利用該製造方法成形之電感元件因線圈及端子部與芯體材料一併被加壓而形成磁芯，故可實現小型化與薄型化，又，由於無需於磁芯之成形後彎折端子部，故而不會因彎折作業對磁芯造成損傷、龜裂。

然而，由於形成專利文獻2所記載之線圈之銅線之剖面為正方形，因此彎折銅線後之一對端子部於沿著線圈之捲繞中心線之方向上之面積慣性矩(I)變大，於沿著線圈之捲繞中心線之朝向上之彎曲剛性(EI：E為縱彈性模數)變得非常大。因此，於線圈及端子部與芯體材料一併被向沿著捲繞中心線之方向加壓而成形磁芯後，較大地作用欲使端子部向上述捲繞中心線方向返回之回彈力。因此，於成型後之磁芯之內部作用有因回彈力而產生之較大應力，於磁芯之內部容易產生龜裂。

繼而，專利文獻3所記載之電感線圈之製造方法係使用預備成形有混合鐵系金屬磁性粉末與環氧樹脂而獲得之密封材料之兩個預備成形體。空心線圈與自空心線圈延伸出之兩端部收納於兩個預備成形體之間，預備成形體被加熱且壓縮成形而成形磁芯。

專利文獻3所記載之製造方法係將剖面為長方形之導電性帶體於其帶體之寬度方向朝向與線圈之捲繞中心線平行之方向之狀態下捲繞為圓筒狀而形成線圈體。而且，於成形磁芯時，加壓力於寬度方向上作用於形成線圈之導電性帶體。因此，導電性帶體容易向寬度方向屈曲變形，因其變形力而容易於磁芯產生龜裂等。進而，亦容易產生如下問題：容易於變形後之導電性帶體之面間形成間隙，磁性粉進入該 間隙內，而使線圈之絕緣性劣化。

絕緣性之劣化等問題於使磁芯小型化而使壓粉成形體之體積變小時變得尤為顯著。因此，專利文獻3所記載之製造方法不適於小型之磁芯。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開2006-13066號公報

[專利文獻2]日本專利特開2005-294461號公報

[專利文獻3]日本專利特開2012-160507號公報

本發明係為解決上述現有問題而完成，其目的在於提供一種減弱自線圈體延伸之端子部之回彈力而使作為壓粉成形體之磁芯之內部不易產生龜裂，進而可實現小型化與薄型化的電感元件及其製造方法。

本發明係一種電感元件，其於將磁性粉末與黏合劑樹脂加壓成形而成之壓粉成形體之磁芯之內部埋入有線圈體，其特徵在於：使用寬度方向之尺寸大於厚度方向之尺寸、剖面為長方形且長條狀之導電性帶體，上述導電性帶體係以厚度方向朝向與捲繞中心線平行之方向且於捲繞中心線方向重疊之方式捲繞而形成上述線圈體，自上述線圈體延伸之一對導電性帶體之端部係以厚度方向朝與上述捲繞中心線平行之朝向彎折而形成一對端子部，上述線圈體埋入至上述磁芯，上述端子部於上述磁芯之表面露出，形成上述線圈體之導電性帶體之厚度方向與構成上述端子部之導 電性帶體之厚度方向均朝向作為壓粉成形體之上述磁芯之加壓方向。

本發明之電感元件係一對上述端子部於上述磁芯之同一表面露出。

又，本發明之電感元件較佳為，形成上述端子部之導電性帶體之板面與形成上述線圈體之導電性帶體之板面對向，其對向面積為上述端子部之面積之50%以下。

又，於本發明係一種電感元件之製造方法，其係於將具有磁性粉末與黏合劑樹脂之芯體材料加壓而成形之壓粉成形體之磁芯之內部埋入線圈體，其特徵在於：使用寬度方向之尺寸大於厚度方向之尺寸、剖面為長方形且長條狀之導電性帶體，將上述導電性帶體以將厚度方向朝向與捲繞中心線平行之方向且於捲繞中心線方向重疊之方式捲繞而形成上述線圈體，將自上述線圈體延伸之一對導電性帶體之端部以厚度方向朝與上述捲繞中心線平行之朝向彎折而形成一對端子部，將上述線圈體埋入至上述芯體材料，將形成上述線圈體之導電性帶體之厚度方向與構成上述端子部之導電性帶體之厚度方向均朝向加壓方向而將上述芯體材料加壓，從而成形埋入有上述線圈體並且上述端子部於表面露出之壓粉成形體之磁芯。

於本發明之電感元件之製造方法中，可於形成上述磁芯後進行退火處理。

本發明之電感元件及其製造方法係將由金屬製帶體形成之端子部之厚度方向朝向將壓粉成形體進行加壓時之加壓方向。端子部朝向加壓方向故剛性變低，因此磁芯成形後之端子部之回彈力變弱，磁芯於與端子部鄰接之部分不易產生龜裂。

又，將端子部與線圈體之對向面積設為端子部之面積之50%以下，縮窄端子部與線圈體之對向面積，藉此可使端子部與線圈體之間之磁芯不易產生損傷。

又，由於線圈體亦為其金屬製帶狀體之厚度方向朝向與加壓方向平行之方向，故壓縮成形磁芯之後之構成線圈體之金屬製帶體之回彈力變弱，亦不易產生欲剝離構成線圈體之金屬製帶體之間之接著之力。因此，即便金屬製帶體之間之接著力因退火處理而降低，亦不易於金屬製帶體之面間產生間隙。

1‧‧‧電感元件

10‧‧‧線圈體

11‧‧‧金屬製帶體

11a‧‧‧板面

11b‧‧‧側端面

12‧‧‧被覆層

13‧‧‧第1端部

14a‧‧‧第1摺線

14b‧‧‧第2摺線

14c‧‧‧第3摺線

14d‧‧‧第4摺線

15‧‧‧第1端子部

16‧‧‧第2端部

17a‧‧‧第1摺線

17b‧‧‧第2摺線

17d‧‧‧第4摺線

18‧‧‧第2端子部

20‧‧‧磁芯

21‧‧‧上表面

22‧‧‧下表面

23‧‧‧側面

30‧‧‧壓製機

31‧‧‧模具本體

32‧‧‧下模

33‧‧‧上模

34‧‧‧空腔

41‧‧‧保護樹脂層

41a‧‧‧露出部

42‧‧‧端子導通部

A、B‧‧‧尺寸

D‧‧‧面對面區域

F1、F2‧‧‧加壓力

O‧‧‧捲繞中心線

δ‧‧‧間隙

圖1係表示本發明之實施形態之電感元件中使用之線圈體剛捲繞成形後之狀態之立體圖。

圖2係表示於線圈體彎曲成形有端子部之狀態之立體圖。

圖3係表示將磁芯進行粉末壓製成形之過程之側視圖。

圖4係電感元件之仰視圖。

圖5係電感元件之剖面圖，且係圖2之V-V線之剖面圖。

圖6係線圈體之剖面圖，且係圖2之VI-VI線之剖面圖。

本發明之實施形態之電感元件1於作為壓粉成形體之磁芯20埋入有線圈體10。

如圖1與圖2所示，線圈體10係捲繞金屬製帶體11而形成。如圖1與圖6所示，金屬製帶體11係具有對向之板面11a、11a與對向之側端面11b、11b且剖面為長方形之帶狀體。金屬製帶體11由板面11a、11a來決定寬度方向之尺寸A，由側端面11b、11b來決定厚度方向之尺寸B。

寬度方向之尺寸A充分大於厚度方向之尺寸B，尺寸A為尺寸B之2倍以上，較佳為4倍以上，進而較佳為6倍以上。

金屬製帶體11由銅形成，如圖6所示，於金屬製帶體11之表面形成有被覆層12。被覆層12係於絕緣樹脂層之表面重疊有尼龍等融合層而成之雙層構造。

於圖1~圖3中示出線圈體10之捲繞中心線O。線圈體10以如下方式捲繞，即，金屬製帶體11之板面11a與捲繞中心線O大致垂直，決定厚度方向之側端面11b為與捲繞中心線O平行之朝向，板面11a彼此沿著捲繞中心線O重疊。如圖1、圖2及圖4所示，線圈體10以金屬製帶體11成為橢圓形之方式捲繞。

如圖6所示，捲繞金屬製帶體11而形成之線圈體10被加熱且藉由與捲繞中心線O平行之朝向上之加壓力F1而被加壓。藉由該加熱加壓處理，被覆層12之表面之融合層熔融，金屬製帶體11之板面11a彼此以不分離之方式接著。

如圖1所示，於線圈體10捲繞成橢圓狀之狀態下，金屬製帶體11之第1端部13與第2端部16自線圈體10突出。此處，端部13、16係指金屬製帶體11中之未被捲繞為線圈體10之兩端部分。

如圖2所示，第1端部13沿第1摺線14a向谷折方向彎折成大致直角，沿第2摺線14b向山折方向彎折成大致直角，沿第3摺線14c與第4摺線14d之各摺線向谷折方向彎折成大致直角。第2端部16於第1摺線17a處向山折方向彎折成大致直角，於第2摺線17b、第3摺線17c及第4摺線17d處向谷折方向彎折成大致直角。

第1端部13之比第4摺線14d更靠端之部分為第1端子部15，第2端部16之比第4摺線17d更靠端之部分為第2端子部18。

如圖2與圖5所示，第1端子部15位於與捲繞為線圈體10之金屬製帶體11之板面11a略微分離之位置，形成第1端子部15之金屬製帶體11之板面11a與構成線圈體10之金屬製帶體11之板面11a大致平行地對向。

如圖2所示，第2端子部18亦位於與捲繞為線圈體10之金屬製帶體11之板面11a略微分離之位置，形成第2端子部18之金屬製帶體11之板面11a與構成線圈體10之金屬製帶體11之板面11a大致平行地對向。

而且，第1端子部15之於圖2中朝上之板面11a與第2端子部18之於圖2中朝上之板面11a位於大致同一面，該面係與捲繞中心線O垂直之面。

於圖3中示出將磁芯20成形為壓粉成形體之步驟。

圖3所示之壓製機30於模具本體31之內部設有下模32，並於其上方形成有空腔34。圖2所示之線圈體10插入至空腔34之內部，將第1端子部15之表面之板面11a與第2端子部18之表面之板面11a定位為與下模32之上表面抵接。

其後，將包含磁性粉末與黏合劑樹脂之芯體材料供給至空腔34之內部。磁性粉末為磁性合金粉末，例如以Fe為主體且含有Ni、Sn、Cr、P、C、B、Si等各種金屬之Fe基非晶金屬玻璃合金之粉末，藉由水霧化法而粉末化。黏合劑樹脂為聚矽氧樹脂或環氧樹脂等。

上述芯體材料係將上述磁性粉末以上述黏合劑樹脂塗佈而得之混合粉末。或者亦可為磁性粉末與粉末狀之黏合劑樹脂單純混合而成者。

當芯體材料填充至空腔34內時，自空腔34之上方插入上模33，利用下模32與上模33以加壓力F2將芯體材料進行加壓，從而形成壓粉成形體、即磁芯20。於該粉末壓製成形中，黏合劑樹脂作為用以結合磁性粉末彼此之結合劑而發揮功能。此時，亦可視需要以與下述退火處理時之溫度相同程度之溫度來加熱空腔34。

如圖2~圖4所示，作為壓粉成形體之磁芯20為具有上表面21與下表面22以及4個側面之立方體形狀。如圖2與圖4所示，由自線圈體10延伸之金屬製帶體11之端部13、16形成之第1端子部15與第2端子部18 之表面之板面11a於磁芯20之下表面22露出，各個端子部15、18之板面11a與磁芯20之下表面22成為大致同一面。

又，如圖2所示，金屬製帶體11之第1端部13之摺線14c與摺線14d之間之部分之板面11a顯露於磁芯20之1個側面23。又，第2端部16之摺線17c與摺線17d之間之部分之板面11a亦顯露於磁芯20之側面23。各個板面11a與側面23成為大致同一面。

如圖3所示，於空腔34內，於下模32與上模33之間，包含磁性粉末與黏合劑樹脂之芯體材料被以加壓力F2加壓，與此同時，線圈體10以及第1端子部15與第2端子部18亦受到加壓力F2而被加壓。

構成第1端子部15與第2端子部18之金屬製帶體11之板面11a成為與捲繞中心線O垂直之面，構成第1端子部15與第2端子部18之金屬製帶體11之厚度方向朝向加壓力F2所作用之方向。如圖6所示，金屬製帶體11之厚度方向之尺寸B充分小於寬度方向之尺寸A。因此，於金屬製帶體11之剖面中，加壓力F2所作用之方向上之面積慣性矩(I)變得極小，第1端子部15與第2端子部18於加壓力F2所作用之方向上之彎曲剛性(EI)變得極小。

因此，壓粉成形體之成形於圖3所示之空腔34之內部結束，於解除下模32與上模33之加壓力F2後，欲使第1端子部15與第2端子部18離開芯體10之朝向之回彈力變得極弱。第1端子部15與第2端子部18之回彈力施加至磁芯20之內部之應力變得最小，因此磁芯20於與端子部15、18面對面之部分產生內部龜裂之可能性變低。

如圖4所示，第1端子部15與第2端子部18具有一部分與形成線圈體10之金屬製帶體11之板面11a面對面之面對面區域D。如圖5所示，於面對面區域D中，端子部15、18與線圈體10之間隙δ變窄，於加壓成形後，因欲使端子部15、18離開線圈體10之回彈力而容易在位於間隙δ之狹窄區域之磁芯20產生內部應力。然而，由於端子部15、18之 厚度方向朝向與捲繞中心線O平行之方向而使回彈方向之彎曲剛性(EI)變低，故磁芯20不易於間隙δ之部分產生較大之龜裂等。

進而，如圖4所示，當端子部15、18與線圈體10之面對面區域D之面積成為各個端子部15、18之面積之50%以下時，間隙δ之狹窄區域儘可能地變窄，於該區域中更不易於磁芯20之部分產生龜裂等。

於磁芯20被壓粉成形後進行至退火處理。該退火處理藉由加熱至350℃~450℃左右之溫度來進行，該溫度係用以緩和磁芯20之內部變形並減少磁伸縮之高低程度。如圖6所示，形成線圈體10之金屬製帶體11於成形線圈體10時賦予加壓力F1而使之上下壓縮之狀態下，由絕緣層12之表面之尼龍等融合層進行接著。因此，利用退火處理，當上述融合層被加熱時接著力降低，作用欲將形成線圈體10之金屬製帶體11之板面11a彼此向捲繞中心線O方向剝離之回彈力。

然而，構成線圈體10之金屬製帶體11之剖面之厚度尺寸B朝向回彈方向、即與捲繞中心線O平行之方向，因此回彈方向之面積慣性矩(I)變得極小，回彈方向之剛性(EI)變得極小。因此，藉由回彈力，而容易抑制構成線圈體10之金屬製帶體11彼此剝離。因此，可抑制磁性粉末進入構成線圈體10之金屬製帶體11之板面11a之間，可保持金屬製帶體11彼此之絕緣。

線圈體10以及端子部15、18由剖面為長方形之金屬製帶體11形成，因此藉由增大寬度尺寸A，可確保截面面積足夠大。因此，可減小線圈體10之電阻值，可充分地賦予線圈體10所需之電流量。並且，金屬製帶體11之長方形之剖面之厚度尺寸B之方向朝向回彈力所作用之加壓方向以及與捲繞中心線O平行之方向，因此容易抑制因端子部15、18之回彈力導致之磁芯20之損傷、因構成線圈體10之金屬製帶體11之回彈力導致之層間之剝離。

如圖5所示，於退火處理之後，於磁芯20之外表面之全域塗佈有 保護樹脂層41。於存在有第1端子部15與第2端子部18之部分，去除上述保護樹脂層41以及於第1端子部15及第2端子部18之表面形成之被覆層12而形成有露出部41a。而且，藉由鍍敷處理於保護樹脂層41之表面形成由金等形成之低電阻金屬層，從而形成端子導通部42。端子導通部42形成有一對，各自獨立地與第1端子部15及第2端子部18導通。

1‧‧‧電感元件

10‧‧‧線圈體

11a‧‧‧板面

11b‧‧‧側端面

13‧‧‧第1端部

14a‧‧‧第1摺線

14b‧‧‧第2摺線

14c‧‧‧第3摺線

14d‧‧‧第4摺線

15‧‧‧第1端子部

16‧‧‧第2端部

17a‧‧‧第1摺線

17b‧‧‧第2摺線

17d‧‧‧第4摺線

18‧‧‧第2端子部

20‧‧‧磁芯

21‧‧‧上表面

22‧‧‧下表面

23‧‧‧側面

A‧‧‧尺寸

B‧‧‧尺寸

O‧‧‧捲繞中心線

Claims (5)

1. 一種電感元件，其係於將磁性粉末與黏合劑樹脂加壓成形而成之壓粉成形體之磁芯之內部埋入有線圈體，其特徵在於：使用寬度方向之尺寸大於厚度方向之尺寸、剖面為長方形且長條狀之導電性帶體，上述導電性帶體係以厚度方向朝向與捲繞中心線平行之方向且於捲繞中心線方向重疊之方式捲繞而形成上述線圈體，自上述線圈體延伸之一對導電性帶體之端部係以厚度方向朝與上述捲繞中心線平行之朝向彎折而形成一對端子部，上述線圈體埋入至上述磁芯，上述端子部於上述磁芯之表面露出，形成上述線圈體之導電性帶體之厚度方向與構成上述端子部之導電性帶體之厚度方向均朝向作為壓粉成形體之上述磁芯之加壓方向。
2. 如請求項1之電感元件，其中一對上述端子部於上述磁芯之同一表面露出。
3. 如請求項1或2之電感元件，其中形成上述端子部之導電性帶體之板面與形成上述線圈體之導電性帶體之板面對向，其對向面積為上述端子部之面積之50%以下。
4. 一種電感元件之製造方法，其係於將具有磁性粉末與黏合劑樹脂之芯體材料加壓而成形之壓粉成形體之磁芯之內部埋入線圈體，其特徵在於：使用寬度方向之尺寸大於厚度方向之尺寸、剖面為長方形且長條狀之導電性帶體，將上述導電性帶體以將厚度方向朝向與捲繞中心線平行之方向且於捲繞中心線方向重疊之方式捲繞而形成上述線圈體，將 自上述線圈體延伸之一對導電性帶體之端部以厚度方向朝與上述捲繞中心線平行之朝向彎折而形成一對端子部，將上述線圈體埋入至上述芯體材料，將形成上述線圈體之導電性帶體之厚度方向與構成上述端子部之導電性帶體之厚度方向均朝向加壓方向而將上述芯體材料加壓，從而成形埋入有上述線圈體並且上述端子部於表面露出之壓粉成形體之磁芯。
5. 如請求項4之電感元件之製造方法，其於形成上述磁芯後進行退火處理。