TWI510524B - Inductance element - Google Patents

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TWI510524B
TWI510524B TW103136897A TW103136897A TWI510524B TW I510524 B TWI510524 B TW I510524B TW 103136897 A TW103136897 A TW 103136897A TW 103136897 A TW103136897 A TW 103136897A TW I510524 B TWI510524 B TW I510524B
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Kyoichi Kawase
Kazuhiko Matsui
Masao Matsui
Satoshi Maruyama
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Alps Green Devices Co Ltd
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Description

電感元件
本發明係關於一種於磁性芯之內部埋入有線圈之電感元件。
對於於磁性芯埋入有線圈之電感元件，自線圈延伸之金屬板端子露出於磁性芯之外表面，金屬板端子通常利用焊接並安裝於形成於配線基板之外部電路之焊盤部上。
於小型之電感元件中，由於線圈之尺寸小，因此，向磁性芯之外部伸出之金屬板端子亦小，無法充分確保用於與外部電路焊接之連接面積，產生無法確保導通可靠性、並且基板上之晶片零件之固定強度亦降低之課題。
對於以下之專利文獻1所記載之晶片零件，將覆蓋導線捲繞於筒芯之捲槽上，而設置線圈，利用絕緣樹脂材料來覆蓋筒芯以及線圈。線圈電接合於金屬板端子，該金屬板端子自由絕緣樹脂材料構成之外裝樹脂之側面向外部伸出，前端被外裝樹脂之側面端切斷。於外裝樹脂之側面整體以及附近塗覆導電膏，於該導電膏與金屬板端子之間電結合。
即，對於專利文獻1所記載之晶片部，於外裝樹脂之側面整體塗覆與上述金屬端子導通之導電膏，將該導電膏用作實質之連接用端子部，藉此想較大地確保與外部電路焊接所需之連接面積。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開平2-235305號公報
對於專利文獻1所記載之晶片零件，由於使用環氧系樹脂或二烯丙基系樹脂作為構成外裝樹脂之絕緣樹脂材料，因此，於出於該材料之硬化之外之其他目的進行加熱之情形時或晶片零件之使用環境達到高溫之情形時，存在如下問題：因熱所導致之絕緣樹脂材料之變形而使得應力施加於被外裝樹脂覆蓋之筒芯，產生變形，由此於磁特性方面產生變化。
因此，作為外裝樹脂，亦考慮使用熱所導致之變形較少之絕緣樹脂材料，但於該情形時，因與形成上述連接用端子部之導電膏之黏合劑不同而無法確保導電膏與外裝樹脂之密接性，導電膏容易剝離，無法確保與外部電路之導通之可靠性，並且存在配線基板上之晶片零件之固定強度亦降低之虞。
因此，本發明之目的在於提供一種電感元件，其於磁性芯之內部埋入有線圈，藉由選擇覆蓋樹脂層之材料以便避免較大之應力自覆蓋樹脂層作用於芯本體，而具有穩定之磁特性。進而，本發明之目的在於提供一種確保了形成於芯本體之表面之端子導電層與芯本體之密接性之電感元件。
為了解決上述問題，本發明之第一態樣之電感元件於磁性芯之內部埋入有線圈，該電感元件之特徵在於，磁性芯具有包含磁性粉末且進行加壓成形而成之芯本體、以及覆蓋芯本體之外表面之覆蓋樹脂層，與線圈導通之金屬製之端子部之至少一部分於芯本體之外表面不被覆蓋樹脂層覆蓋、而是露出，於磁性芯之表面形成由導電材料與黏合劑樹脂構成之端子導電層，端子導電層與覆蓋樹脂層及端子部接 合，覆蓋樹脂層由環氧改性矽酮樹脂形成。
藉由利用環氧改性矽酮樹脂來形成覆蓋磁性芯之芯本體之外表面之覆蓋樹脂層，即便產生溫度變化，亦不會對磁性芯施加較大之應力，能夠獲得穩定之磁特性，進而，能夠確保與形成於芯本體之表面之端子導電層之間之密接性。
本發明之第二態樣之電感元件於磁性芯之內部埋入有線圈，該電感元件之特徵在於，磁性芯具有包含磁性粉末且進行加壓成形而成之芯本體、以及覆蓋芯本體之外表面之覆蓋樹脂層，與線圈導通之金屬製之端子部之至少一部分於芯本體之外表面不被覆蓋樹脂層覆蓋、而是露出，於磁性芯之表面形成由導電材料與黏合劑樹脂構成之端子導電層，端子導電層與覆蓋樹脂層及端子部接合，覆蓋樹脂層由耐熱聚酯樹脂形成。
藉由利用耐熱聚酯樹脂來形成覆蓋磁性芯之芯本體之外表面之覆蓋樹脂層，即便產生溫度變化，亦不會對磁性芯施加較大之應力，能夠獲得穩定之磁特性，進而，能夠確保與形成於芯本體之表面之端子導電層之間之密接性。
於上述第一態樣之電感元件中，較佳為環氧改性矽酮樹脂包含矽酮環氧清漆。
於上述第二態樣之電感元件中，較佳為耐熱聚酯樹脂包含苯酚改性醇酸樹脂或者聚酯矽酮。
於本發明之電感元件中，較佳為端子導電層之黏合劑樹脂為環氧系樹脂。
藉由使用環氧系樹脂，能夠提高與覆蓋樹脂層之間之密接性。
於本發明之電感元件中，較佳為端子部為帶狀體，其帶表面顯露於芯本體之外表面，與端子導電層面接合。藉由進行面接合，能夠增大端子與端子導電層之接合面積，能夠減少接合電阻。
根據本發明，可提供一種電感元件，於磁性芯之內部埋入有線圈之電感元件中，利用環氧改性矽酮樹脂或者耐熱聚酯樹脂來形成覆蓋磁性芯之芯本體之外表面之覆蓋樹脂層，藉此，即便產生溫度變化，覆蓋樹脂層亦不會對磁性芯賦予較大之應力，而具有穩定之磁特性。進而，根據本發明，藉由利用環氧改性矽酮樹脂或者耐熱聚酯樹脂來形成覆蓋樹脂層，能夠確保與形成於芯本體之表面之端子導電層之間之密接性。
1‧‧‧電感元件
10‧‧‧線圈
12‧‧‧線圈絕緣層
15、18‧‧‧端子部
15a、18a‧‧‧帶表面
15b、18b‧‧‧前端面
20‧‧‧磁性芯
21‧‧‧芯本體
21a‧‧‧下表面
21b‧‧‧側面
21c‧‧‧階差部
22‧‧‧覆蓋樹脂層
22b‧‧‧凹部
25‧‧‧間隙
42‧‧‧端子導電層
43‧‧‧孔部
101‧‧‧帶狀體
101a‧‧‧兩端部分
O‧‧‧中心軸
圖1係表示本發明之實施形態之電感元件之構成之立體圖。
圖2係表示圖1之電感元件之構成之仰視圖。
圖3係表示圖1之電感元件之構成之、圖1之III-III線之剖面圖。
圖4是將圖3之一部分放大之局部放大剖面圖。
圖5係表示實施例以及比較例中之、覆蓋樹脂層之材料與接著強度之關係之圖表。
以下，參照附圖對本發明之實施形態之電感元件進行詳細說明。
以下，對線圈與端子部成為一體之例子進行說明，但本發明亦能夠應用於線圈與端子部獨立且相互導通之形態。
如圖1所示，本實施形態之電感元件1於磁性芯20中埋入有線圈10。圖1表示電感元件1之構成，且係使磁性芯20之下表面22朝向上側之立體圖。於圖1中，利用實線表示埋設於磁性芯20內之線圈10，利用虛線表示磁性芯20之外表面。
如圖1所示，線圈10係將剖面為長方形之導電性之帶狀體101繞中心線O捲成橢圓形而形成。再者，線圈10之形狀不限於橢圓形，亦 可為真圓形，業者能夠適當地選擇。
形成線圈10之帶狀體101之兩端部分101a、101a沿著與中心軸O平行之面彎折，進而，各個兩端部分101a、101a之前端部以沿著磁性芯20之下表面22延伸之方式彎折，形成一對端子部15、18。於本實施形態中，線圈10與一對端子部15、18一體形成。捲成線圈10之帶狀體101例如由銅形成。
如圖4所示，於帶狀體101之表面形成有線圈絕緣層12。線圈絕緣層12例如為於絕緣性之樹脂層之表面上重疊有尼龍等融合層而成之雙層構造。於圖4中，雖表示於第一端子部15之表面形成有線圈絕緣層12，但帶狀體101之其他部分亦可為與第一端子部15相同之剖面構造，即於表面形成有線圈絕緣層12。
如圖1所示，磁性芯20形成為大致立方體形狀。如圖3所示，磁性芯20包括將磁性粉末與黏合劑樹脂加壓成形而得到之壓粉成形體即芯本體21、以及覆蓋芯本體21之外表面從而加強芯本體21之覆蓋樹脂層22。
如圖1、圖2、圖3所示，第一端子部15與第二端子部18之帶表面15a、18a於芯本體21之下表面21a(磁性芯20之下表面)露出，並且位於與芯本體21之下表面21a大致相同之面。又，自線圈10至第一端子部15與第二端子部18之帶狀體101之兩端部分101a亦位於與芯本體21之側面21b大致相同之面。
如圖3、圖4所示，各端子部15、18配置於凹部22b內，該凹部22b由與形成於芯本體21之下表面21a之端子部形狀大致相同之形狀構成。例如於壓粉成形步驟中，於空腔(未圖示)之內部配置有線圈10以及各端子部15、18之狀態下，以固定之加壓力對供給至上述空腔之內部之磁性芯材料(磁性粉末與黏合劑樹脂)加壓且加熱時形成該凹部22b。
如圖4所示，線圈絕緣層12未形成於各端子部15、18之前端面15b、18b。其原因在於，前端面15b、18b相當於切斷覆蓋導線時之切斷面。
如圖4所示，於各端子部15、18之前端面15b、18b與芯本體21之階差部21c之間形成有間隙25。間隙25因於壓粉成形步驟中對各端子部15、18加壓後之彈回等而形成。
如圖3、圖4所示，利用覆蓋樹脂層22對芯本體21之全部外表面進行塗層。如圖4所示，覆蓋樹脂層22之一部分亦填充至上述間隙25中。由於第一端子部15與第二端子部18之帶表面15a、18a露出於芯本體21之下表面21a，因此，第一端子部15以及第二端子部18與覆蓋樹脂層22面接合。
如圖2所示，於磁性芯20之下表面，於圖示左右方向上隔開間隔地形成有一對端子導電層42。端子導電層42呈帶狀形成於覆蓋磁性芯20之下表面之上述覆蓋樹脂層22之外表面。如圖2、圖3、圖4所示，於覆蓋樹脂層22之與端子部15、18重疊之部分，形成有將該覆蓋樹脂層22之一部分除去而得到之孔部43，覆蓋端子部15、18之線圈絕緣層12亦於與孔部43對應之部分被去除。端子導電層42於孔部43與端子部15、18之帶表面15a、18a接合並導通。由於端子部15、18與端子導電層42面接合，因此接合電阻較小，又，端子部15、18與端子導電層42亦牢固地接合。
端子導電層42呈帶狀形成於圖2之左右兩側部之全長(圖示上下方向之全長)範圍內，與位於磁性芯20之下表面之端子部15、18之面積相比，端子導電層42之面積形成為足夠大。端子導電層42之絕大部分與覆蓋樹脂層22之表面接合，僅其中一部分於孔部43與端子部15、18之帶表面15a、18a接合。
端子導電層42由導電材料與黏合劑樹脂構成。端子導電層42之 黏合劑樹脂例如為環氧系樹脂，導電材料例如由銀構成，具體而言使用銀漿等形成。
此處，藉由不形成由銀漿等製作之端子導電層42、而是將自線圈10延長出之端子部15、18形成得較長，亦能夠確保焊接所需之面積，但是若增大端子部15、18，則於將端子部15、18於磁性芯20之外表面彎折時，自端子部15、18作用於磁性芯20之力過度增大，容易於磁性芯20產生龜裂等破損。於磁性芯20為由磁性粉末與黏合劑樹脂形成之壓粉成形芯之情形時，若對磁性芯20施加較大之力則容易造成損傷，進而，於形成各邊之尺寸為1~2mm左右之小型磁芯之情形時，尤其容易對磁性芯20造成破損。
如圖3與圖4所示，必須於磁性芯20之外表面形成用於配置端子部15、18之凹部22b，但是若端子部15、18增長，則需要較大地確保凹部22b之面積。由於凹部22b中不存在磁性粉末，因此，若擴大凹部22b，則磁性芯20之磁性粉末所佔之體積減小，產生無法增大電感之問題。
於本實施形態中，藉由利用銀漿等形成端子導電層42，即使自線圈10延長之端子部15、18之長度及面積較小，亦能夠較大地確保與外部電路進行焊接之面積。由於能夠減小端子部15、18，因此於形成端子部15、18時，能夠減小向磁性芯20施加之力，不易對磁性芯20造成損傷。又，由於能夠減小凹部22b，因此能夠防止磁性芯20之電感降低。
又，即使端子部15、18之面積較小，如圖2所示，由於能夠遍及磁性芯20之下表面之兩側部之全長而形成大面積之端子導電層42，因此，能夠提高與外部電路之導通之可靠性，能夠提高配線基板上之電感元件1之固定強度。因此，於採用各邊之尺寸為1~2mm左右之小型壓粉成形芯之情形時最適用。
芯本體21為於成型模具之空腔內設置有線圈10之狀態下於空腔內對磁性粉末與黏合劑樹脂加壓而形成之壓粉成形芯。磁性粉末為磁性合金粉末，例如為以Fe作為主體且含有Ni、Sn、Cr、P、C、B、Si等各種金屬之Fe基非晶合金之粉末，藉由水霧化法進行粉末化。黏合劑樹脂為丙烯酸樹脂、矽酮樹脂、環氧樹脂等。
覆蓋樹脂層22為電絕緣性之樹脂層，利用環氧改性矽酮樹脂或耐熱聚酯樹脂來形成。環氧改性矽酮樹脂例如使用矽酮環氧清漆。耐熱聚酯樹脂例如使用苯酚改性醇酸樹脂或聚酯矽酮。又，覆蓋樹脂層22適合具有能夠浸入磁性芯20之外表面之黏度。藉由使覆蓋樹脂層22自芯本體21外表面浸入至特定之深度，能夠利用硬化後之覆蓋樹脂層22來加強壓粉成形體之芯本體21之表面之機械強度。
作為磁性粉末，較佳為使用Fe基非晶合金。於該情形時，較佳為於成形有芯本體21之後，以數百℃之溫度進行退火，去除磁致伸縮，但於退火步驟中，由於黏合劑樹脂因熱進行熱分解等，使得芯本體21容易變脆。因此，對於需要進行退火之壓粉成形芯，尤其需要覆蓋樹脂層22。
若利用環氧改性矽酮或者耐熱聚酯樹脂來形成覆蓋芯本體21之外表面之覆蓋樹脂層22，則即使產生溫度變化，亦不會自覆蓋樹脂層22對芯本體21施加過量之應力與變形，能夠使芯本體21之磁特性穩定。
進而，藉由利用環氧改性矽酮或者耐熱聚酯樹脂來形成覆蓋樹脂層22，以環氧系樹脂作為於端子導電層42中使用之黏合劑樹脂，能夠提高覆蓋樹脂層22與端子導電層42之密接性。
以下，對實施例進行說明。
(實施例1)
覆蓋樹脂層：矽酮環氧清漆(改性矽酮樹脂)ES-1001N(信越化學 工業社製)
添加溶劑(二甲苯、丁醇、二丙酮醇)而稀釋至黏度10mPa．s。
硬化條件：於70℃下乾燥30分鐘後，以200℃加熱45分鐘而使其硬化。
(實施例2)
覆蓋樹脂層：矽酮環氧清漆(改性矽酮樹脂)ES-1023(信越化學工業社製)
添加溶劑(二甲苯、二丙酮醇)而稀釋至黏度200mPa．s。
硬化條件：於70℃下加熱30分鐘而使其乾燥後，以200℃加熱45分鐘而使其硬化。
(實施例3)
覆蓋樹脂層：矽酮聚酯清漆(聚酯矽酮)KR-5230(信越化學工業社製)
添加溶劑(丙二醇單甲醚乙酸脂：PGMAC)而稀釋至黏度300mPa．s。
硬化條件：於70℃下加熱20~30分鐘而使其乾燥後，以200℃加熱45分鐘而使其硬化。
(實施例4)
覆蓋樹脂層：耐熱聚酯樹脂(苯酚改性醇酸樹脂)H550(MEIDEN CHEMICAL社製)
添加溶劑(二甲苯)而稀釋至黏度350mPa．s。
硬化條件：於135℃下加熱60分鐘而使其乾燥後，以180℃加熱150鐘而使其硬化。
(實施例5)
覆蓋樹脂層：矽酮改性環氧清漆TSR194(MOMENTIVE PERFORMANCE MATERIALS JAPAN社製)
添加溶劑(二甲苯與乙苯)而稀釋至黏度180mPa．s。
硬化條件：於70℃下加熱20~30分鐘而使其乾燥後，以150℃加熱30分鐘而使其硬化。
(比較例1)
覆蓋樹脂層：甲基苯基系矽酮樹脂(直鏈矽酮樹脂(straight silicone resin))KR-271(信越化學工業社製)
添加溶劑(二甲苯)而稀釋至黏度180mPa．s。
硬化條件：於70℃下加熱30分鐘而使其乾燥後，以250℃加熱60分鐘而使其硬化。
(比較例2)
覆蓋樹脂層：甲基系矽酮樹脂(直鏈矽酮樹脂)KR-242A(信越化學工業社製)
添加溶劑(甲苯、異丙醇)而稀釋至黏度12mPa．s。
硬化條件：於70℃下加熱30分鐘而使溶劑乾燥後，以200℃加熱35分鐘而使其硬化。
(比較例3)
覆蓋樹脂層：二液型環氧接著劑AZ15(主劑)：HZ15(硬化劑)=100：30(NAGASE CHEMTEX社製)
硬化條件：於70℃下加熱20~30分鐘而使溶劑乾燥後，以180℃加熱60分鐘而使其硬化。
針對以上之試樣而測定接著強度以及電感變化率(L變化率)。
<接著強度>
利用筆於與上述端子部15、18對應之銅板(厚度0.1mm×寬度25mm×長度100mm)之上表面整體塗覆與上述覆蓋樹脂層22對應之覆蓋樹脂層，於此基礎上，準備兩個利用筆以寬度25mm×長度12.5mm之尺寸塗覆有與上述端子導電層42對應之端子導電層之試料，使兩個試 料之端子導電層彼此相互接觸、硬化，藉此製成於試驗中使用之試樣。
此處，作為端子導電層，使用銀漿H9108(黏合劑：環氧樹脂)(NAMICS社製)，以175℃加熱1小時而使其硬化。
對於接著強度，使用拉伸試驗器(型號3365(INSTRON社製))以條件No.15(拉伸剪切)進行。
圖5係表示實施例以及比較例中之、覆蓋樹脂層之材料與接著強度之關係之圖表。此處所言之接著強度係利用上述拉伸試驗器測定到之拉伸強度(剪切斷裂時之最大負載)(單位MPa)。進行三次測定，於圖5中表示以下所示之平均值(單位MPa)。
實施例1：0.825
實施例2：0.961
實施例3：1.194
實施例4：1.359
比較例1：0.324
比較例2：0.784
根據該結果，於實施例1~4中，接著強度為0.8Mpa，能夠確認到覆蓋樹脂層與端子導電層間之足夠之密接性。與此相對，於比較例1~2中可知，接著強度未達0.8，於覆蓋樹脂層中使用直鏈矽酮樹脂、且於端子導電層之黏合劑樹脂中使用環氧樹脂之情形時，則無法確保密接性。
又，於目視觀察之檢查中，於比較例1中，於覆蓋樹脂層與端子導電層之間產生界面剝離，於比較例2中，成為覆蓋樹脂層容易自銅板剝離之狀態。
<電感變化率>
試樣之製成：使用由具有Fe71.4 Ni6 P10.8 C7.8 B2 Cr2 之組成之Fe基非 晶合金構成之磁性粉末與黏合劑樹脂(丙烯酸樹脂)，製作埋設有線圈之芯本體。尺寸為，與端子導電層之長邊方向對應之寬度尺寸為0.6mm，與其正交之寬度尺寸為2mm，厚度尺寸為0.04mm。端子導電層之寬度尺寸為0.6mm，端子導電層與端子部之接觸面積為0.12mm2 以上。
對於線圈，帶狀之導線之寬度尺寸為0.28mm，厚度尺寸為0.03~0.1mm，圈數為3.5~14.5圈。
測定方法：向由線圈與芯本體構成之電感元件之線圈接通0.5mA之電流，將利用電感電容電阻測試儀(LCR meter)測定到之初始電感設為L0，將於剛利用各個覆蓋樹脂層覆蓋上述芯本體之後測定到之電感設為L1，將被覆蓋樹脂層覆蓋之電感元件於60℃且相對濕度為95%之環境下放置300小時後測定到之電感設為L2。
以L1/L0×100(%)作為塗層劣化，以L2/L1×100(%)作為耐濕劣化。
(1)塗層劣化
實施例1：-4%
實施例5：-3%
比較例3：-16%
(2)耐濕劣化
實施例1：-2%
實施例5：-6%
比較例3：-8%
根據以上結果可知，於實施例1、5之塗層劣化試驗以及耐濕劣化試驗中，電感之變化足夠小，能夠確保磁特性。
參照上述實施形態對本發明進行了說明，但本發明不限定於上述實施形態，出於改進之目的或於本發明之構思之範圍內，能夠進行 改進或者變更。
[產業上之可利用性]
如上所述，本發明之電感元件之磁特性穩定，並且於實現端子導電層之密接性高之元件方面有用。

Claims (4)

  1. 一種電感元件，其於磁性芯之內部埋入有線圈；該電感元件之特徵在於：上述磁性芯具有包含磁性粉末且進行加壓成形而成之芯本體、以及覆蓋上述芯本體之外表面之覆蓋樹脂層，與上述線圈導通之金屬製之端子部之至少一部分於上述芯本體之外表面不被上述覆蓋樹脂層覆蓋而是露出；於上述磁性芯之表面形成由導電材料與黏合劑樹脂構成之端子導電層，上述端子導電層與上述覆蓋樹脂層及上述端子部接合；上述覆蓋樹脂層由環氧改性矽酮樹脂形成；且上述環氧改性矽酮樹脂包含矽酮環氧清漆。
  2. 一種電感元件，其於磁性芯之內部埋入有線圈；該電感元件之特徵在於：上述磁性芯具有包含磁性粉末且進行加壓成形而成之芯本體、以及覆蓋上述芯本體之外表面之覆蓋樹脂層，與上述線圈導通之金屬製之端子部之至少一部分於上述芯本體之外表面不被上述覆蓋樹脂層覆蓋而是露出；於上述磁性芯之表面形成由導電材料與黏合劑樹脂構成之端子導電層，上述端子導電層與上述覆蓋樹脂層及上述端子部接合；上述覆蓋樹脂層由耐熱聚酯樹脂形成；且上述耐熱聚酯樹脂包含苯酚改性醇酸樹脂或者聚酯矽酮。
  3. 如請求項1或2之電感元件，其中上述端子導電層之上述黏合劑樹脂為環氧系樹脂。
  4. 如請求項1或2之電感元件，其中上述端子部為帶狀體，其帶表面顯露於上述芯本體之外表面，與上述端子導電層面接合。
TW103136897A 2013-11-29 2014-10-24 Inductance element TWI510524B (zh)

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