TWI496173B - Inductance element - Google Patents

Description

電感元件

本發明係關於一種電感(inductance)元件，其於壓縮磁性粉末而成形之磁芯之內部埋入有線圈體，並且於磁芯之底面形成有收納端子板之凹部。

於以下之專利文獻1至3中，揭示一種於磁芯之內部埋入有線圈體之電感元件。磁芯係壓縮磁性粉末而形成之所謂壓粉芯。磁性粉末係磁性合金粉末，對塗敷有絕緣樹脂之磁性粉末進行壓縮從而形成上述磁芯。

該電感元件之自線圈體延伸之端子板自磁芯之側面突出，進而朝向磁芯之底面折彎，端子板之表面與磁芯之底面大致平行地設置。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]　日本專利特開2002-324714號公報

[專利文獻2]　日本專利特開2004-296630號公報

[專利文獻3]　日本專利第4049246號公報

於專利文獻1至3中記載之電感元件，於磁芯之底面露出之端子板之表面被設置於配線基板之焊盤部並藉由焊接而固定。為了於穩定之狀態下於配線基板之表面設置電感元件，較佳為磁芯之底面與於該底面上出現之端子板之表面之間之階差小。

因此，專利文獻3記載之電感元件於磁芯之底面形成凹部，自磁芯突出之端子板被折彎並被收納於上述凹部內。於該構造中，端子板之表面與磁芯之底面之階差變小，可以穩定設置於配線基板上。

但是，當於磁芯之底部形成收納端子板之凹部時，於形成有凹部之區域，覆蓋線圈體之磁芯變薄，相應地存在電感下降之缺點。尤其，如專利文獻3記載般，於形成有凹部之部分之磁芯之密度被設定成與其他之區域均勻之情況下，形成凹部引起之電感之下降率變大。

為了抑制電感之下降，需要於線圈體與凹部之間較厚地設定磁芯，從而形成小型之電感元件變得困難。

此外，藉由減小凹部之面積，可以於某種程度上抑制電感之下降，但是於該情形時，不得不減小端子板，從而導致電感元件相對於配線基板之焊盤部之固定強度下降。進而，當減小端子板之面積時，當對線圈體通電時使於磁芯上產生之熱自端子板向配線基板側散熱之作用下降。其結果，磁芯之溫度變高，容易產生流通於線圈體之電流之容許值下降等問題。

本發明係為解決上述先前之問題而提出者，其目的在於提供一種電感元件，其可以抑制於磁芯上形成凹部所引起之電感之減少。

本發明係一種電感元件，其具有：由導電性金屬材料捲繞而成之線圈體、自上述線圈體延伸之一對端子板及至少於內部埋入有上述線圈體之磁芯，其特徵在於，於上述磁芯之底面形成一對凹部，向上述磁芯之外部突出之上述端子板以其表面與上述底面大致平行之指向被收納於上述凹部內，上述磁芯為磁性粉末之集合體，上述凹部與上述線圈體之間之磁性粉末之密度被設定成比未形成上述凹部之上述磁芯之底面處之上述密度高。

於本發明之電感元件中，上述凹部自上述磁芯之側面朝向中心形成，上述凹部之朝向中心之緣部與上述線圈體之內周端一致，或者位於比內周端更靠中心側之位置。

本發明較佳為上述凹部之上述緣部位於比上述線圈體之內周端更靠中心側之位置，於上述線圈體之內周端之內側且形成有上述凹部之部分之磁性粉末之密度被設定成比未形成上述凹部之上述磁芯之底面處之上述密度高。

本發明之電感元件於磁芯之底面形成凹部，於凹部收納有端子板。因此，可以減小磁芯之底面與端子板之表面之階差，可以於配線基板上穩定地設置磁芯並且對端子板與焊盤部進行焊接。

雖然於形成有上述凹部之部分覆蓋線圈體之磁芯變薄，但是由於於該部分磁性粉末之密度局部高，所以通過凹部與線圈體之間之區域之磁通密度變高。因此，可以抑制形成凹部所引起之電感之下降。

由於即使覆蓋線圈體之磁芯比較薄亦可使通過該部分之磁通密度高，所以不需要令磁芯比所需以上更大或者更厚地構成，從而容易構成小型之電感元件。

此外，亦可令凹部之端部延伸至比線圈體之內周端更內側。於該情形時，於比線圈體之內周端更內側之區域可以提高構成磁芯之磁性粉末之密度，從而可以提高電感。

由於可以增大磁性板之面積相對於磁芯之底面之面積之比，所以可以提高對配線基板之焊接強度。

圖1至圖3所示之電感元件1於磁芯10之內部埋設有線圈體20。於線圈體20上連結有一對端子板25、25，該端子板25、25向磁芯10之外部延伸出去。

磁芯10具有底面11與上表面12，底面11與上表面12互相平行。如圖2所示，自底面11側觀察之磁芯10之形狀為八邊形。上述端子板25、25自8個側面中之位於互相平行位置之側面13、13延伸出來。於圖1至圖3中，相對於磁芯10之底面11以及上表面12垂直延伸並且通過八邊形之中心之線以中心線O來表示。

再者，磁芯10之平面形狀亦可為正方形或長方形或者圓形等。

磁芯10係將磁性粉末加壓壓縮而形成之所謂壓粉芯。磁性粉末為磁性合金粉末，例如係以Fe為主體，並含有Ni、Sn、Cr、P、C、B、Si等各種金屬之Fe基金屬玻璃合金之粉末，利用水霧化(atomized)法來粉末化。

磁性粉末上塗敷有矽酮樹脂或環氧樹脂等絕緣材料。將該磁性粉末填充於腔內，由上模具與下模具加壓來形成磁芯10。或者，於混合有磁性粉末與絕緣材料之狀態下，將其填充於腔內，由上模具與下模具加壓來形成磁芯10。不管於哪個步驟中，絕緣材料之功能都係用於結合磁性粉末彼此之結合材料。

線圈體20由平板狀之導電材料21形成，該導電材料21由銅(Cu)或者銅合金形成。如圖3所示，平板狀之導電材料21之表面與磁芯10之底面11以及上表面12大致平行，平板狀之導電材料21以於上下方向重合之方式被多重捲繞。上下捲繞之導電材料21之間由樹脂材料等絕緣。如圖2所示，線圈體20具有朝向外側之外周端20a以及朝向中心線O之內周端20b。外周端20a與內周端20b係於中心線O上具有曲率中心之圓筒面形狀。

如圖3所示，一對端子板25、25自於線圈體20捲繞之導電材料21之兩端延伸。端子板25、25與線圈體20分開形成，並藉由焊接等連接於導電材料21之兩端。或者，端子板25、25亦可將構成線圈體20之導電材料21之兩端部進行破壞加工等來擴大面積，從而與導電材料21一體形成。於該情形時，考慮要向電路基板安裝電感元件1，而於端子板25、25上塗敷焊錫。

端子板25、25係於由銅或者銅合金形成之板材之表面隔著鎳(Ni)基底層形成金(Ag)或者金與鈀(Pd)之合金膜，或者塗敷有焊錫者。

如圖3所示，端子板25、25具有自磁芯10之側面13、13大致垂直突出之突出基部25a。突出基部25a之前部成為於第一折彎部25b處向下大致直角地折彎之垂直片25c、25c。端子板25、25之前部係垂直片25c、25c之下端於第二折彎部25d處大致直角地折彎，成為連接片25e、25e。連接片25e、25e之向下之表面25f、25f與磁芯10之底面11大致平行地延伸。

如圖3所示，於磁芯10之側面13、13與端子板25、25之垂直片25c、25c之間形成間隙δ。間隙δ於上下方向以大致相同之間隔延伸。

端子板25、25於第一折彎部25b、25b處被預先折彎之狀態下，於壓粉步驟中被埋設於磁芯10中。或者，端子板25、25於壓粉步驟中被埋設於磁芯10後，於第一折彎部25b、25b處被折彎。無論如何，藉由預先形成上述間隙δ，可以降低第一折彎部25b、25b之折彎後之殘餘應力對磁芯10之側面13、13帶來之影響，從而容易防止磁芯10之側面13、13之破損等。

尤其，於壓粉步驟後自磁芯10突出之端子板25、25被折彎之情形時，藉由自磁芯10之側面13、13於隔開上述間隙δ之位置處將第一折彎部25b、25b折彎，由此可以降低當折彎加工時對磁芯10帶來之應力，從而容易防止磁芯10之側面13、13之破損。

如圖2與圖3所示，於磁芯10之底面11上形成有一對凹部15、15。如圖3所示，凹部15、15之距離底面11之凹陷深度比端子板25、25之厚度尺寸稍淺。但是，考慮到端子板之起伏等，亦可使凹部15、15之距離底面11之凹陷深度比端子板25、25之厚度尺寸稍深。端子板25、25之連接片25e、25e被收納於凹部15、15之中，連接片25e、25e之表面25f、25f與磁芯10之底面11之階差被設定為最小。

如圖2所示，磁芯10之底面11中之凹部15、15之寬度尺寸W比連接片25e、25e之寬度尺寸稍大，寬度尺寸W具有磁芯10之寬度尺寸之1/3以上之寬度。

凹部15、15於自磁芯10之側面13、13朝向中心線O以深入尺寸L之範圍形成。凹部15、15之朝向中心線O之緣部15a、15a位於與線圈體20之內周端20b一致之位置，或者延伸至比其更靠近中心線O之位置。於圖2所示之實施形態中，緣部15a、15a延伸至比內周端20b更靠近中心線O之位置處。

因此，凹部15、15之大部分之範圍與線圈體20之底部相對向，凹部15、15之靠近中心線O之前部與比線圈體20之內周端20b更內側之中空部相對向。

磁芯10係磁性粉末之集合體被壓縮之結構，如圖3所示，於由線圈體20之底部與凹部15、15夾著之區域α中，磁性粉末之密度比未形成凹部15之區域處之底面11之磁性粉末之密度高。此外，凹部15、15之緣部15a、15a位於比線圈體20之內周端20b更靠中心線O之位置，但是，即使於線圈體20之中空部中凹部15、15所相對向之區域β中，磁性粉末之密度亦比未形成凹部15之區域處之底面11中之磁性粉末之密度高。

上述區域α係由圖3所示之線圈體20之深入尺寸A與線圈體20與凹部15之間之高度尺寸B夾著之範圍，並且為圖2所示之凹部15、15之寬度尺寸W之範圍之立體區域。上述區域β為圖3所示之自內周端20b至緣部15a之深入尺寸C之範圍，且為圖2所示之寬度尺寸W之範圍，圖3中之高度尺寸係最大且與磁芯10之厚度尺寸相等之立體區域。

於電感元件1之製造步驟中，於線圈體20以及端子板25、25之一部分被支承於成形模具之腔之內部之狀態下，於腔內填充塗敷有絕緣材料之磁性粉末，由上模具與下模具加壓而形成磁芯10。

於該成形操作時，利用於下模具中朝上形成之突部對磁芯10之一部分以比其他部分更強之加壓力進行壓縮，形成凹部15、15。或者，預先使形成凹部15、15之部分之磁性粉末之供給量比其他區域多，藉由下模具之突部對該部分進行加壓而形成凹部15、15。無論如何，凹部15、15之成形壓力比其他部分之成形壓力大，於上述區域α與區域β中，磁性粉末之密度被設定成高於其他之區域之密度。

由於磁芯10於形成有凹部15、15之區域α與區域β中磁性粉末之密度變高，所以當對線圈體20通電時，可以提高通過區域α與區域β之磁通之密度。因此，即使形成凹部15、15，亦可抑制整體之電感之下降。

因此，不需要將磁芯10增大至必要以上，從而容易構成小型之電感元件1。此外，由於即使凹部15、15之面積變寬亦可抑制電感之下降，所以可以增大位於磁芯10之底面11之連接片25e、25e之面積，可以將電感元件1穩定地焊接於配線基板之焊盤部上。此外，藉由擴大連接片25e、25e之面積，能夠使對線圈體20通電時於磁芯10上產生之熱容易自連接片25e、25e向配線基板側釋放，從而可以抑制磁芯10之溫度之上升。

進而，藉由擴大凹部15、15之面積，將凹部15、15之朝向中心線O之緣部15a、15a延伸至比線圈體20之內周端20b更內側，可以於比線圈體20之內周端20b更內側之區域β提高磁性粉末之密度。其結果，可以提高通過線圈體20之中空部之磁通密度，從而容易將電感保持為較高值。

[實施例]

對具有圖4(a)、(b)所示之尺寸之電感元件進行以下之模擬實驗。再者，圖4所示之數值之單位為mm。此外，線圈體使用0.76×2 mm之線圈線，令線圈包覆為0.02 mm，令線圈內徑為4.5 mm，令匝數為2.5匝。

於模擬實驗中，首先作為基準值，分別求出對圖4所示之電感元件之磁芯整體施加6 ton之成形壓力時之磁性粉末之密度以及電感。

接著，使施加至圖4(a)、(b)所示之、由線圈體之底部與凹部夾著之區域α(此處之區域α之定義與圖3說明之區域α相同)上之成形壓力上升至7 ton~15 ton，另一方面，於區域α以外之部分之成形壓力保持為6 ton，分別模擬於區域α之磁性粉末之密度以及電感元件之電感L。

該實驗結果如以下之表1所示。

說明表1所示之區域α中之磁性粉末之密度。首先，當對磁芯整體施加6 ton之成形壓力時，作為基準值之磁性粉末之密度為4.962(g/cm³ )。該基準值表示包含區域α在內之磁芯整體之密度。

接著，當將對區域α之成形壓力提高至7 ton以上時，區域α中之磁性粉末之密度逐漸上升。但是，於未形成凹部之磁芯底面，由於成形壓力保持為6 ton，所以於未形成凹部之磁芯底面處之磁性粉末之密度保持為4.962(g/cm³ )。

即，可知未形成凹部之磁芯底面處之成形壓力保持為6 ton，當使對區域α之成形壓力為7 ton以上時，區域α中之磁性粉末之密度比未形成凹部之磁芯底面處之磁性粉末之密度變高。

此外，圖5係表示表1所示之、對區域α之成形壓力與電感元件之電感變化率之關係之圖表。所謂電感變化率係指以對磁芯整體施加6 ton之成形壓力時之電感(=0.360 μH)為基準值時之電感之變化率，由[電感(7 ton時~15 ton時)/電感之基準值(6 ton時)]×100(%)表示。

如表1以及圖5所示，可知當提高對區域α之成形壓力時，電感元件之電感L以及電感變化率上升。

如此，可知藉由使區域α之磁性粉末之密度比未形成凹部之磁芯底面處之密度高，而電感及其變化率變大。

但是，雖然係施加至區域α上之成形壓力，但若係圖4所示之尺寸關係，則於有6 ton之成形壓力作用於未形成凹部之磁芯之底面上之情形時，預測為於區域α上大體施加8 ton之成形壓力。如表1或圖5所示，只要於區域α上作用更強之成形壓力，就可以實現電感之進一步之提高。例如，考慮當進一步增大凹部之凹陷尺寸時對區域α之成形壓力進一步變高，但是如果使凹陷尺寸過大，則作用於線圈體之成形壓力於與區域α相對向之位置處變高，從而會引起線圈體之變形，或認為引起絕緣不良等，由此，需要於考慮對於凹部尺寸所需之電感值與維持構造或特性方面之成形壓力之容許範圍之間之平衡的同時來適當決定。

1．．．電感元件

10．．．磁芯

11．．．底面

12．．．上表面

13．．．側面

15．．．凹部

15a．．．緣部

20．．．線圈體

20a．．．外周端

20b．．．內周端

21．．．導電部件

25．．．端子板

25a．．．突出基部

25b．．．第一折彎部

25c．．．垂直片

25d．．．第二折彎部

25e．．．連接片

25f．．．表面

A．．．深入尺寸

B．．．高度尺寸

C．．．深入尺寸

L．．．深入尺寸

O．．．中心線

W．．．寬度尺寸

α．．．區域

β．．．區域

δ．．．間隙

圖1係本發明之實施形態之電感元件之立體圖。

圖2係圖1所示之電感元件之仰視圖。

圖3係圖1所示之電感元件之剖面圖。

圖4(a)係於模擬實驗中使用之電感元件之側視圖，(b)係仰視圖，(a)與(b)均透視表示線圈體。

圖5係表示凹部與線圈體間(區域α)之成形壓力與電感變化率之關係之圖表。

1．．．電感元件

10．．．磁芯

11．．．底面

12．．．上表面

13．．．側面

15．．．凹部

15a．．．緣部

20．．．線圈體

20a．．．外周端

20b．．．內周端

21．．．導電部件

25．．．端子板

25a．．．突出基部

25b．．．第一折彎部

25c．．．垂直片

25d．．．第二折彎部

25e．．．連接片

25f．．．表面

A．．．深入尺寸

B．．．高度尺寸

C．．．深入尺寸

O．．．中心線

α．．．區域

β．．．區域

δ．．．間隙

Claims (3)

1. 一種電感元件，其具有：由導電性金屬材料捲繞而成之線圈體、自上述線圈體延伸之一對端子板、及至少於內部埋入有上述線圈體之磁芯，其特徵在於：於上述磁芯之底面形成有一對凹部，向上述磁芯之外部突出之上述端子板以其表面與上述底面大致平行之指向被收納於上述凹部內，上述磁芯為磁性粉末之集合體，上述凹部與上述線圈體之間之磁性粉末之密度被設定成比未形成上述凹部之上述磁芯之底面處之上述密度更高；上述端子板包含：自上述磁芯之側面垂直地突出之突出基部、及相較於上述突出基部，前部於第一折彎部處向下直角地折彎之垂直片；於上述磁芯之上述側面與上述端子板之上述垂直片之間，形成有於上下方向以相同之間隔延伸之間隙。
2. 如請求項1之電感元件，其中上述凹部係自上述磁芯之側面朝向中心形成，上述凹部之朝向中心之緣部係與上述線圈體之內周端一致，或者位於比內周端更靠中心側之位置。
3. 如請求項2之電感元件，其中上述凹部之上述緣部位於比上述線圈體之內周端更靠中心側之位置，於比上述線圈體之內周端更內側且形成有上述凹部之部分之磁性粉末之密度被設定成比未形成上述凹部之上述磁芯之底面處之上述密度更高。