WO2023042634A1 - インダクタ - Google Patents

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magnetic core
flat conductor
inductor
thickness
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潔 高木
祐介 中村
正博 榎本
浩史 冨田
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パナソニックIpマネジメント株式会社
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F17/00Fixed inductances of the signal type 
    • H01F17/04Fixed inductances of the signal type  with magnetic core
    • H01F17/06Fixed inductances of the signal type  with magnetic core with core substantially closed in itself, e.g. toroid
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/24Magnetic cores
    • H01F27/255Magnetic cores made from particles
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28Coils; Windings; Conductive connections
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F37/00Fixed inductances not covered by group H01F17/00

Definitions

  • the present disclosure relates to inductors used in various electronic devices.
  • an inductor is obtained by burying a flat conductor wire in a magnetic core formed by mixing a powdery magnetic material and a binder under pressure.
  • Patent Document 1 is known as prior art document information related to the above inductor.
  • the thickness of the flat conductor wire becomes thicker than the thickness of the magnetic core, there will be a difference in magnetic powder density between the part where the flat conductor wire is present and the part where the flat conductor wire is not present when viewed from the top during pressure molding of the magnetic core. occurred, and sufficient electrical characteristics could not be obtained.
  • An object of the present disclosure is to provide an inductor with low inductance that can withstand a larger current.
  • the inductor of the present disclosure includes a magnetic core obtained by mixing a powdered magnetic material and a binder and pressure-molding it, a flat plate conductive wire embedded in the magnetic core and extending linearly with the end portion protruding from the end surface of the magnetic core, Prepare.
  • the magnetic core consists of a central portion that covers the flat conductor, side portions provided on both sides of the central portion, and tapered portions provided between the central portion and the side portions. It is made thinner than the thickness of the central part.
  • the tapered portion causes the magnetic powder to flow toward the flat conductor wire, so that the magnetic powder density around the flat conductor wire is made uniform, and the electrical characteristics are improved. can be improved.
  • FIG. 1 is a transparent perspective view of an inductor according to an embodiment of the present disclosure
  • FIG. 1 is an external view of an inductor viewed from above according to an embodiment of the present disclosure
  • FIG. 1 is an external view of an inductor viewed from a side in an embodiment of the present disclosure
  • FIG. 2 is an external view of an inductor viewed from an end surface according to an embodiment of the present disclosure
  • Sectional view of an inductor according to an embodiment of the present disclosure Sectional view of an inductor according to an embodiment of the present disclosure
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of a mold used in a manufacturing process of an inductor according to an embodiment of the present disclosure
  • FIG. 1 is a see-through perspective view of an inductor 10 according to an embodiment of the present disclosure
  • FIGS. 2A to 2C are external views of the inductor 10
  • FIGS. 3 and 4 are cross-sectional views of the inductor 10.
  • FIG. 2A is an external view seen from the top
  • FIG. 2B is an external view seen from the side
  • FIG. 2C is an external view seen from the end face.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view (a cross-sectional view taken along line III--III in FIG. 2) taken along a plane perpendicular to the extending direction of the flat conductor wire 12. As shown in FIG. FIG. FIG.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view (a cross-sectional view taken along line IV--IV in FIG. 2) taken along a plane including the extending direction of the flat conductor wire 12.
  • the extending direction of the flat conductor 12 is the x-axis
  • the direction from the central portion 11a of the magnetic core 11 to the side portion 11c is the y-axis
  • the direction perpendicular to the x-axis and the y-axis is the z-axis.
  • An xyz orthogonal coordinate system is provided.
  • the inductor 10 consists of a magnetic core 11 formed by mixing a powder magnetic material made of Fe--Si--Cr and a binder made of silicone resin and pressure-molded, and a flat conductor wire 12 embedded in this magnetic core 11.
  • the magnetic core 11 has a width of about 4.3 mm, a length of about 7 mm, and a height of about 1.2 mm.
  • the flat conductor wire 12 is formed by punching a copper plate with a thickness of about 0.5 mm into a width of about 1.2 mm, and is embedded in the magnetic core 11 so as to extend linearly from one end face of the magnetic core 11 to the other end face. ing. Plate conductors 12 protrude from both end surfaces of the magnetic core 11 and are bent from the end surfaces toward the bottom surface to form external electrodes 13 .
  • the thickness of the flat plate conductor 12 is reduced to about 0.25 mm from the vicinity of the portion protruding from the magnetic core 11 toward the outside. At this time, the thickness is reduced by pressing the side of the flat conductor wire 12 facing the bottom surface of the magnetic core 11 with a press die. By doing so, it becomes easy to bend the portion of the plate conductor 12 protruding from the end surface of the magnetic core 11 toward the bottom surface of the magnetic core 11 .
  • the magnetic core 11 has the thickest thickness of about 1.2 mm at the central portion 11a that covers the flat conductor wire 12 along its extending direction when viewed from above.
  • a tapered portion 11b is provided, and side portions 11c having a thickness of about 0.8 mm are provided on both sides of the tapered portion 11b. That is, the side portions 11c are thinner than the central portion 11a.
  • the width of the central portion 11a is about 1.9 mm
  • the width of the side portion 11c is about 1.0 mm.
  • Covering the flat conductor wire 12 along its extending direction means that the width of the central part 11a is made larger than the width perpendicular to the extending direction of the flat conductor wire 12, and the central part 11a is formed on both sides of the flat conductor wire 12 in the width direction. is protruding.
  • the angle between the central portion 11a and the tapered portion 11b is about 135°. If the thickness of the flat conductor wire becomes thicker than the thickness of the magnetic core, there will be a difference in magnetic powder density between the part where the flat conductor wire is present and the part where the flat conductor wire is not present when viewed from the top during pressure molding of the magnetic core. becomes more likely to occur, and the density becomes smaller in the part where the flat conductor wire does not exist. In contrast, in an embodiment of the present disclosure, a tapered portion 11b is provided between the central portion 11a and the side portion 11c so that the side portion 11c is thinner than the central portion 11a.
  • the angle between the tapered portion 11b and the central portion 11a By setting the angle between the tapered portion 11b and the central portion 11a to about 135°, the density of the magnetic powder on the side portion 11c is increased, and the tapered portion 11b causes the magnetic powder to flow more in the vicinity of the flat conductor wire 12. Magnetic powder density in the vicinity of the flat conductor wire 12 can be improved. In this way, the magnetic powder density can be made uniform, and the electrical characteristics can be improved.
  • the angle between the central portion 11a and the tapered portion 11b is preferably 110° or more and 160° or less. If this angle is smaller than 110° or larger than 160°, the tapered portion makes it difficult for the magnetic powder to flow in the vicinity of the flat conductor wire, making it difficult to achieve a uniform magnetic powder density. Furthermore, it is more preferable to set the angle between the central portion 11a and the tapered portion 11b to 120° or more and 150° or less.
  • the thickness of the flat conductor wire 12 is 20% or more and 70% or less of the thickness of the central portion 11a. If the thickness of the flat conductor wire 12 is less than 20% of the thickness of the central portion 11a, the effect of the technology of the present disclosure will be difficult to obtain, and if it is thicker than 70%, the amount of magnetic material above and below the flat conductor wire 12 will be small. Therefore, the electrical characteristics deteriorate.
  • a method for manufacturing an inductor according to an embodiment of the present disclosure will be described.
  • a copper plate is prepared, and the copper plate is punched out to form flat conductor wires 12 and external electrodes 13 .
  • the thickness of the portion to be the external electrode 13 may be reduced by partially pressing.
  • FIG. 5 shows a sectional view of the mold 14 used at this time. That is, FIG. 5 is a cross-sectional view of mold 14 used in the manufacturing process of inductor 10 according to an embodiment of the present disclosure. Note that an xyz orthogonal coordinate system is provided for FIG. The x-axis, y-axis, and z-axis are the same as in FIGS.
  • the upper punch 14a and the lower punch 14b of the mold 14 have a central portion 11a that covers the flat conductor wire 12 along its extending direction when the shape of the magnetic core 11 is viewed from the top, and a flat conductor wire 12 on both sides of the central portion 11a.
  • a tapered portion 11b is provided along the extending direction, and side portions 11c are formed on both sides of the tapered portion 11b.
  • the portions of the upper punch 14a and the lower punch 14b forming the tapered portion 11b are obliquely crossed with the portion forming the central portion 11a.
  • both the upper punch 14a and the lower punch 14b are provided with a region for forming the tapered portion 11b, but either one of them may be used.
  • the molded product is taken out from the mold 14 and the magnetic core 11 is hardened. After that, solder dipping is performed on the portion to be the external electrode, and this portion is bent toward the bottom surface of the magnetic core 11 to form the external electrode 13 and obtain the inductor 10 .
  • the inductor according to the present disclosure is industrially useful because it has a low inductance and can withstand a larger current.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Coils Or Transformers For Communication (AREA)

Abstract

低インダクタンスで、大電流に耐えられるインダクタを得ることを目的とする。インダクタ(10)は、粉末の磁性材料と結合剤とを混合して加圧成形した磁心(11)と、磁心(11)に埋設し、かつ、端部が磁心(11)の端面から突出する直線状に延伸する平板導線(12)と、を備える。磁心(11)は上面視したときに平板導線(12)を覆う中央部(11a)と中央部(11a)の両側に設けられた側面部(11c)と、中央部(11a)と側面部(11c)との間に設けられたテーパ部(11b)とからなり、側面部(11c)の厚さを中央部(11a)の厚さよりも薄くしたものである。

Description

インダクタ
 本開示は、各種電子機器に用いられるインダクタに関するものである。
 電源用として用いられるインダクタは、電源回路のスイッチング周波数が高周波化することにより、低インダクタンスで大電流に耐えられるものが要望されている。そのため平板導線を粉末の磁性材料と結合剤とを混合して加圧成形した磁心に埋設することによりインダクタを得ることも行われている。
 なお、上記インダクタに関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献1が知られている。
国際公開第2006/070544号
 しかしながらさらに大電流化が進むと、平板導線の断面積を大きくする必要があり、厚みが大きくなってくる。磁心の厚さに対して平板導線の厚さが厚くなってくると、磁心を加圧成形する際に上面視したときに、平板導線が存在する部分と存在しない部分とで磁性粉密度に差が生じ、十分な電気的特性を得ることができなかった。
 本開示は、低インダクタンスで、より大電流に耐えられるインダクタを提供することを目的としている。
 本開示のインダクタは、粉末の磁性材料と結合剤とを混合して加圧成形した磁心と、磁心に埋設し、かつ、端部が磁心の端面から突出する直線状に延伸する平板導線と、を備える。磁心は上面視したときに平板導線を覆う中央部と中央部の両側に設けられた側面部と、中央部と側面部との間に設けられたテーパ部とからなり、側面部の厚さを中央部の厚さよりも薄くしている。
 上記構成により、上下方向から圧力を加えて加圧成形するときに、テーパ部が磁性粉を平板導線の方に向けて流動させるため、平板導線周辺の磁性粉密度が均一化され、電気的特性を向上させることができる。
本開示の一実施の形態におけるインダクタの透視斜視図 本開示の一実施の形態におけるインダクタの上面からみた外観図 本開示の一実施の形態におけるインダクタの側面からみた外観図 本開示の一実施の形態におけるインダクタの端面からみた外観図 本開示の一実施の形態におけるインダクタの断面図 本開示の一実施の形態におけるインダクタの断面図 本開示の一実施の形態におけるインダクタの製造工程に用いられる金型の断面図
 以下、本開示の一実施の形態におけるインダクタ10について、図面を参照しながら説明する。図1は本開示の一実施の形態におけるインダクタ10の透視斜視図、図2A~図2Cはインダクタ10の外観図、図3および図4はインダクタ10の断面図である。図2Aは上面から見た外観図、図2Bは側面から見た外観図、図2Cは端面から見た外観図である。また図3は平板導線12の延伸方向に対して垂直な面で切断したときの断面図(図2におけるIII-III線の断面図)である。図4は平板導線12の延伸方向を含む面で切断したときの断面図(図2におけるIV-IV線の断面図)である。なお、図1~図4において、平板導線12の延伸方向をx軸とし、磁心11の中央部11aから側面部11cへ向かう方向をy軸、x軸およびy軸に垂直な方向をz軸としてxyz直交座標系を設けることとする。
 インダクタ10は、Fe-Si-Crからなる粉末の磁性材料とシリコーン樹脂からなる結合剤とを混合して加圧成形した磁心11と、この磁心11に埋設された平板導線12と、からなる。磁心11の外形は、幅約4.3mm、長さ約7mm、高さ約1.2mmとなっている。平板導線12は、厚さ約0.5mmの銅板を幅約1.2mmに打ち抜いて形成したもので、磁心11の一方の端面から他方の端面に直線状に延伸する形で磁心11に埋設されている。磁心11の両方の端面からは平板導線12が突出し、端面から底面に向かって曲げられることにより、外部電極13を構成している。
 平板導線12は磁心11から突出する部分の近くから外側に向かって厚さが約0.25mmと薄くなっている。このとき平板導線12の磁心11の底面と対向する側をプレス金型でプレスすることによって、厚さを薄くしている。このようにすることにより、平板導線12の磁心11の端面から突出した部分を磁心11の底面に向かって曲げることが容易となっている。
 磁心11は、上面視したときに平板導線12をその延伸方向に沿って覆う中央部11aが厚さ約1.2mmと最も厚く、中央部11aの両側には平板導線12の延伸方向に沿ってテーパ部11bが設けられ、その両側には厚さ約0.8mmの側面部11cが設けられて形成されている。すなわち側面部11cは中央部11aよりも薄くなっている。ここで中央部11aの幅を約1.9mm、側面部11cの幅を約1.0mmとしている。なお平板導線12をその延伸方向に沿って覆うとは、平板導線12の延伸方向に対して垂直な幅よりも中央部11aの幅を大きくし、平板導線12の幅方向の両側に中央部11aがはみ出していることをいう。
 中央部11aとテーパ部11bとのなす角度(図3のA)を、約135°としている。磁心の厚さに対して平板導線の厚さが厚くなってくると、磁心を加圧成形する際に上面視したときに、平板導線が存在する部分と存在しない部分とで磁性粉密度に差が生じやすくなり、平板導線が存在しない部分の方がより密度が小さくなる。これに対して本開示の一実施の形態では、中央部11aと側面部11cとの間にテーパ部11bを設け、側面部11cの方が中央部11aよりも薄くなるようにしている。このテーパ部11bの中央部11aとのなす角度を約135°とすることによって、側面部11cの磁性粉密度を上げるとともに、テーパ部11bにより平板導線12付近に磁性粉をより流動させることにより、平板導線12付近の磁性粉密度を向上させることができる。このようにして磁性粉密度を均一化することができ、電気的特性の向上を実現することができる。
 中央部11aとテーパ部11bとのなす角度を、110°以上、160°以下とすることが望ましい。この角度が110°よりも小さくなる、あるいは160°よりも大きくなるとテーパ部により平板導線付近に磁性粉を流動させにくくなり、磁性粉密度が均一化しにくくなる。さらに中央部11aとテーパ部11bとのなす角度を、120°以上、150°以下とすることがより好ましい。
 また平板導線12の厚さを、中央部11aの厚さの20%以上、70%以下とすることが望ましい。平板導線12の厚さが、中央部11aの厚さの20%よりも薄くなると本開示の技術の効果が出にくくなり、70%よりも厚くなると平板導線12の上下の磁性体の量が少なくなってしまうため、電気的特性が悪くなる。
 次に本開示の一実施形態におけるインダクタの製造方法について説明する。まず銅板を準備し、この銅板を打ち抜いて平板導線12および外部電極13となる形状のものを形成する。このとき部分的にプレスすることにより外部電極13となる部分の厚さを薄くしておいても良い。
 次に粉末の磁性材料と結合剤とを混合した磁性粉と平板導線を金型の中に入れて加圧成形する。このときに用いられる金型14の断面図を図5に示す。すなわち、図5は、本開示の一実施の形態におけるインダクタ10の製造工程に用いられる金型14の断面図である。なお、図5について、xyz直交座標系を設けている。x軸、y軸、z軸については、図1~図4と同様である。金型14の上パンチ14aおよび下パンチ14bは、磁心11の形状を上面視したときに平板導線12をその延伸方向に沿って覆う中央部11aと、中央部11aの両側には平板導線12の延伸方向に沿ってテーパ部11bが設けられ、その両側には側面部11cを形成する形状となっている。上パンチ14aおよび下パンチ14bのテーパ部11bを形成する部分は、中央部11aを形成する部分と斜交するような形状となっている。このようにすることにより、上パンチ14aおよび下パンチ14bにより加圧成形するときに、テーパ部11bを形成する領域は上下方向とは斜交する方向に力が働き、平板導線12付近の磁性粉密度を向上させることができる。なお上記実施の形態では上パンチ14aおよび下パンチ14bの両方にテーパ部11bを形成するための領域を設けているが、どちらか一方でも構わない。
 次に成形したものを金型14から取り出し、磁心11を硬化させる。その後、外部電極となる部分にはんだディップを行い、この部分を磁心11の底面に向かって曲げることにより外部電極13を形成してインダクタ10を得る。
 本開示に係るインダクタは、低インダクタンスで、より大電流に耐えられるインダクタを得ることができ、産業上有用である。
 10 インダクタ
 11 磁心
 11a 中央部
 11b テーパ部
 11c 側面部
 12 平板導線
 13 外部電極
 14 金型
 14a 上パンチ
 14b 下パンチ

Claims (4)

  1.  粉末の磁性材料と結合剤とを混合して加圧成形した磁心と、
     前記磁心に埋設し、かつ、端部が前記磁心の端面から突出する直線状に延伸する平板導線と、を備え、
     前記磁心は上面視したときに前記平板導線を覆う中央部と前記中央部の両側に設けられた側面部と、前記中央部と前記側面部との間に設けられたテーパ部とからなり、前記側面部の厚さを前記中央部の厚さよりも薄くしたインダクタ。
  2.  前記中央部と前記テーパ部とのなす角度を、110°以上、160°以下とした、請求項1記載のインダクタ。
  3.  前記中央部と前記テーパ部とのなす角度を、120°以上、150°以下とした、請求項2記載のインダクタ。
  4.  前記平板導線の厚さを、前記中央部の厚さの20%以上、70%以下とした請求項1記載のインダクタ。
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