WO2024117197A1 - 絶縁被覆導線、コイルおよび磁性部品 - Google Patents
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Classifications
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B7/00—Insulated conductors or cables characterised by their form
- H01B7/02—Disposition of insulation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01F17/04—Fixed inductances of the signal type with magnetic core
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F5/00—Coils
- H01F5/06—Insulation of windings
Definitions
- the present disclosure relates to a conductor having an insulating coating, a coil, and a magnetic component including the coil.
- a conductor with an insulating coating is used as the coil material.
- the insulating coating of the conductor plays a role in ensuring insulation between the windings of the coil.
- Conventional electronic components generally use conductors with an insulating coating containing a resin such as polyamide-imide resin, polyimide resin, epoxy resin, or urethane resin.
- Patent Document 1 discloses a conductor with an insulating coating containing epoxy resin
- Patent Document 2 discloses a conductor with an insulating coating containing copolymer polyamide resin.
- Patent No. 2890280 Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-089414
- the present disclosure provides an insulated conductor wire with high heat resistance, a coil with high heat resistance, and a magnetic component including the coil.
- the insulating coated conductor according to the first aspect of the present disclosure comprises: A metal conductor portion including Cu and an insulating layer covering the metal conductor portion, the insulating layer includes Si, Ti and oxygen; The ratio of the Ti content to the total content of Si and Ti in the insulating layer is 2.5 at % or more and 50 at % or less.
- the insulating coated conductor according to the second aspect of the present disclosure comprises: A metal conductor portion containing Cu and an inorganic insulating layer covering the metal conductor portion, the inorganic insulating layer includes an oxide containing Si and Ti, The ratio of the Ti content to the total content of Si and Ti in the inorganic insulating layer is 2.5 at % or more and 50 at % or less.
- a coil according to a third aspect of the present disclosure includes: A conductor including a metal conductor portion including Cu and an insulating layer covering the metal conductor portion,
- the insulating layer contains an organic material containing one or more inorganic elements M selected from Si, Al, Zr, Zn, Ti, Nb, Ta, B, Ni, and Mg.
- a coil according to a fourth aspect of the present disclosure includes: A conductor including a metal conductor portion including Cu and an inorganic insulating layer covering the metal conductor portion,
- the inorganic insulating layer contains an oxide containing one or more inorganic elements M selected from Si, Al, Zr, Zn, Ti, Nb, Ta, B, Ni, and Mg.
- a magnetic component according to the present disclosure includes a coil according to the third or fourth aspect and a magnetic core including a soft magnetic material, The coil is embedded within the magnetic core.
- FIG. 1 is a cross-sectional view showing an insulated conductor according to an embodiment of the present disclosure.
- FIG. 2 is a cross-sectional view showing an insulation-covered conductor having an inorganic insulating layer after firing.
- FIG. 3 is a perspective view showing an example of a coil using the insulating coated conductor wire shown in FIGS. 1 and 2.
- FIG. Fig. 4 is a cross-sectional view showing an example of an electronic component including the coil shown in Fig. 3.
- Fig. 5 is a cross-sectional view showing a modified example of an insulating coated conductor.
- FIG. 5A is a cross-sectional view showing a modified example of an insulating coated conductor.
- FIG. 5B is a cross-sectional view showing another modified example of the insulation-coated conductor.
- FIG. 6 is a perspective view showing an example of a coil using the insulating coated conductor shown in FIG. 5A.
- the insulating coated conductor 2 of this embodiment is a wire having a metal conductor portion 6 and an insulating layer 8 covering the metal conductor portion 6.
- the cross-sectional shape of the insulating coated conductor 2 is not particularly limited, and the insulating coated conductor 2 may have a circular, elliptical, rectangular, square, or other polygonal cross-sectional shape.
- the metal conductor portion 6 has a circular cross-sectional shape.
- Figures 1 and 2 illustrate a cross section perpendicular to the longitudinal direction (Y-axis direction) of the insulating coated conductor 2, and the X-axis, Y-axis, and Z-axis in each figure are perpendicular to each other.
- the average diameter D of the metal conductor portion 6 can be measured in a cross section as shown in Figures 1 and 2.
- the average diameter D of the metal conductor portion 6 is 0.1 mm or more and 1.5 mm or less. Note that this range of the average diameter D is an example of a suitable dimensional range when the insulated conductor wire 2 is applied to a coil such as an inductor, and the dimensions of the metal conductor portion 6 are not necessarily limited to the above dimensional range regardless of the application.
- the metal conductor portion 6 is a portion through which current flows and plays a central role in the insulated conductor 2. Therefore, the metal conductor portion 6 is composed of metal components and contains at least Cu.
- the metal conductor portion 6 may be pure copper or a copper alloy.
- the detailed composition of the metal conductor portion 6 is not particularly limited, but it is preferable that Cu is the main component that occupies at least 50 wt% of the metal conductor portion 6, and it is more preferable that the content of Cu in the metal conductor portion 6 is 70 wt% or more.
- the metal conductor portion 6 is a copper alloy, in addition to Cu, the metal conductor portion 6 may contain one or more elements selected from Ag, Ni, Al, Zn, Be, Sn, Mn, etc.
- the composition of the metal conductor portion 6 can be analyzed, for example, by energy dispersive X-ray analysis (EDS) or wavelength dispersive X-ray analysis (WDS).
- EDS energy dispersive X-ray analysis
- WDS wavelength dis
- the insulating layer 8 is a coating made of an insulating material that covers the metal conductor portion 6.
- the coverage of the insulating layer 8 with respect to the surface of the metal conductor portion 6 is preferably 90% or more, and more preferably 100%.
- the coverage can be calculated by observing a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the insulated conductor 2 as shown in Figures 1 and 2.
- the insulating layer 8 is located on the outermost side of the insulated conductor 2, and the surface of the insulating layer 8 forms the outermost surface 2s of the insulated conductor 2.
- the average thickness T Ave of the insulating layer 8 is not particularly limited.
- the average thickness T Ave of the insulating layer 8 is preferably 1 ⁇ m or more and 220 ⁇ m or less, and more preferably 1 ⁇ m or more and 200 ⁇ m or less.
- the variation in the thickness t of the insulating layer 8 is preferably within a range of ⁇ 10% of the average thickness T Ave , and more preferably within a range of ⁇ 5% of the average thickness T Ave.
- the tolerance of the thickness t of the insulating layer 8 is preferably within a range of ⁇ 10%, and more preferably within a range of ⁇ 5%.
- the average thickness T Ave of the insulating layer 8 it is preferable to analyze at least 10 cross sections of the insulation-coated conductor 2, and it is preferable to measure the thickness t of the insulating layer 8 at 10 or more cross sections. Furthermore, the maximum thickness t MAX and minimum thickness t MIN of the insulating layer 8 are identified by the measurements, and the tolerance (%) of the thickness t of the insulating layer 8 can be calculated based on T Ave , t MAX and t MIN .
- /T Ave ) x 100" and "F2 (
- the insulating layer 8 contains at least Si, Ti, and oxygen. Furthermore, the ratio of the Ti content to the total content of Si and Ti in the insulating layer 8 (Ti/(Si+Ti)) is 2.5 at% or more and 50 at% or less, more preferably 5.0 at% or more and 40 at% or less, and even more preferably 7.5 at% or more and 25 at% or less. As described above, by setting the Ti/(Si+Ti) ratio in the insulating layer 8 to 2.5 at% or more and 50 at% or less, it is possible to reduce the variation in the thickness of the insulating layer 8 and obtain high heat resistance.
- the insulating layer 8 is preferably formed by a sol-gel method.
- the specifications (dimensions, material, etc.) of the metal conductor portion 6 do not change before and after firing, but the state of the insulating layer 8 changes.
- the insulating layer 8 before firing is called the "unfired insulating layer 8A”
- the insulating layer 8 after firing is called the "inorganic insulating layer 8B”.
- Both the unfired insulating layer 8A and the inorganic insulating layer 8B satisfy 2.5 at% ⁇ (Ti/(Si+Ti)) ⁇ 50 at%, but the unfired insulating layer 8A is a coating containing an organic substance, while the inorganic insulating layer 8B is an oxide coating that does not substantially contain an organic substance.
- the unfired insulating layer 8A is a coating containing an organic substance
- the inorganic insulating layer 8B is an oxide coating that does not substantially contain an organic substance.
- liquid Si source and Ti source are mixed together to prepare a coating liquid.
- the Si source used in the coating liquid is not particularly limited, but it is preferable to use, for example, an alkoxysilane.
- alkoxysilanes include monoalkoxysilanes, dialkoxysilanes, trialkoxysilanes, and tetraalkoxysilanes.
- monoalkoxysilanes include trimethylmethoxysilane, trimethylethoxysilane, and trimethyl(phenoxy)silane.
- dialkoxysilanes include dimethyldimethoxysilane, dimethyldiethoxysilane, diisopropyldimethoxysilane, diisobutyldimethoxysilane, t-butylmethyldimethoxysilane, and t-butylmethyldiethoxysilane.
- trialkoxysilanes include trimethoxysilane, ethyltrimethoxysilane, ethyltriethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, methyltrimethoxysilane, n-propyltriethoxysilane, decyltrimethoxysilane, decyltriethoxysilane, and phenyltrimethoxysilane.
- tetraalkoxysilanes include tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, tetrapropoxysilane, and tetraisopropoxysilane.
- the Si source one type of alkoxysilane may be used, or two or more types of alkoxysilanes may be used in combination.
- the Ti source used in the coating liquid is not particularly limited, but it is preferable to use, for example, titanium alkoxide or titanium chelate.
- titanium alkoxides include titanium tetramethoxide, titanium tetraethoxide, titanium tetra-n-propoxide, titanium tetraisopropoxide, titanium tetra-n-butoxide, etc.
- titanium chelates include titanium acetylacetonate, titanium tetraacetylacetonate, titanium ethylacetoacetate, titanium octylene glycolate, titanium lactate ammonium salt, titanium lactate, titanium triethanolamine, etc.
- the Ti source one type of titanium alkoxide or titanium chelate may be used, or two or more types of titanium alkoxides and/or titanium chelates may be used.
- the Ti/(Si+Ti) ratio in the insulating layer 8 may be controlled by the compounding ratio of the Si source and the Ti source in the coating liquid.
- an organic solvent may be added to the coating liquid as appropriate in addition to the Si source and the Ti source.
- the organic solvent used is not particularly limited. For example, ethanol, n-propyl alcohol, isopropyl alcohol, acetone, or methyl ethyl ketone may be used as the organic solvent.
- the unsintered insulating layer 8A is formed by a dip coating method using the above coating liquid. Specifically, in the dip coating method, a wire consisting of only the metal conductor portion 6 is immersed in the above coating liquid, and then the wire is removed from the coating liquid and dried. As the wire consisting of only the metal conductor portion 6 before being immersed in the coating liquid, a wire manufactured by a known method may be prepared. In addition, the process of immersing the wire in the coating liquid may be performed multiple times.
- the thickness tA of the unsintered insulating layer 8A can be controlled by the immersion time in the coating liquid and the number of immersions in the coating liquid. For example, the immersion time in the coating liquid each time may be 1 second to 300 seconds, and the number of immersions in the coating liquid may be 1 to 10 times.
- a drying process should be carried out after each immersion, and the conditions for the drying process are not particularly limited.
- the drying temperature for each process may be set to 50°C or higher and lower than 300°C, and the thermal drying time for each process may be set to 0.5 to 3 hours.
- an unsintered insulating layer 8A is formed on the surface of the metal conductor portion 6.
- the method for forming the unsintered insulating layer 8A is not limited to the dip coating method, and other forming methods such as spray coating may also be used.
- the unsintered insulating layer 8A ( Figure 1) after drying is a coating of dry gel that contains organic matter such as polymeric compounds derived from Si and Ti sources. It is believed that the molecular structure of the organic matter contained in the unsintered insulating layer 8A varies depending on the types of Si and Ti sources used in the coating liquid and the degree of drying. Structural analysis of the organic matter contained in the unsintered insulating layer 8A can be difficult, and the molecular structure is not particularly limited, but the organic matter of the unsintered insulating layer 8A contains at least Si and Ti. In addition, the organic matter of the unsintered insulating layer 8A contains C (carbon), H (hydrogen), and O (oxygen), which are common constituent elements of organic matter.
- organic material containing Si and Ti means an organic compound containing bonds via Si and bonds via Ti in the molecular chain.
- bonds via Si include Si-O, Si-H, Si-OH, and Si-OR (R is an organic functional group).
- bonds via Ti include Ti-O, Ti-H, Ti-OH, and Ti-OR.
- structural analysis of the organic material in the unsintered insulating layer 8A is not easy, so there are no particular limitations on the bonds via Si and the bonds via Ti, but it is believed that at least Si-O and Ti-O are contained in the organic material in the unsintered insulating layer 8A.
- the unsintered insulating layer 8A may contain oxides produced by the decomposition of a part of the organic material.
- the unsintered insulating layer 8A may be a composite material containing an organic material and an inorganic material.
- oxides produced by the decomposition of the organic material include SiO 2 , TiO 2 , and Si-Ti-O (complex oxide containing Si and Ti).
- Si and Ti are considered to be present in the skeleton of the polymer compound in the unsintered insulating layer 8A, and some of the Si and Ti may be present as oxides.
- the Ti/(Si+Ti) ratio in the unsintered insulating layer 8A is 2.5 at% or more and 50 at% or less, more preferably 5.0 at% or more and 40 at% or less, and even more preferably 7.5 at% or more and 25 at% or less.
- the Si content (at %), Ti content (at %), and Ti/(Si+Ti) ratio in the unsintered insulating layer 8A can be calculated, for example, by point analysis using EDS or WDS. It is preferable to perform EDS or WDS point analysis at least 10 points and calculate the average value. If the total of the elements detected by point analysis is 100 at%, the total content of Si and Ti in the unsintered insulating layer 8A is not necessarily limited, but is preferably, for example, 1 at% or more and 10 at% or less.
- the unsintered insulating layer 8A contains C and H, but these elements are lost during the firing process described below.
- the content ratio RO of the elements contained in the unsintered insulating layer 8A that are lost during firing is preferably 75 wt% or more and 90 wt% or less.
- the content ratio RO in the unsintered insulating layer 8A may be calculated using a simultaneous differential thermal and thermogravimetric analyzer (TG-DTA). Specifically, in analysis using TG-DTA, a measurement sample taken from the insulated conductor 2 having the unsintered insulating layer 8A is heated to 700°C at a constant heating rate. The content ratio RO of the elements that are lost during firing may be calculated from the change in weight of the measurement sample at this time.
- TG-DTA simultaneous differential thermal and thermogravimetric analyzer
- the unsintered insulating layer 8A may contain one or more elements selected from B, Al, Zn, P, Ta, Nb, Bi, Ba, Ca, V, Ge, and Te. These elements may be intentionally added to the coating liquid, or may be contained in the unsintered insulating layer 8A as impurities.
- the average thickness T1 Ave of the unsintered insulating layer 8A is not necessarily limited, but is preferably 1.5 ⁇ m or more and 220 ⁇ m or less.
- the variation in the thickness tA of the unsintered insulating layer 8A is preferably within ⁇ 10% of the average thickness T1 Ave , and more preferably within ⁇ 5% of the average thickness T1 Ave.
- the tolerance of the thickness tA of the unsintered insulating layer 8A is preferably within ⁇ 10%, and more preferably within ⁇ 5%.
- the insulated conductor 2 having the unsintered insulating layer 8A is heat-treated (sintered) under predetermined conditions to sinter the unsintered insulating layer 8A, thereby obtaining an insulated conductor 2 having an inorganic insulating layer 8B as shown in FIG. 2.
- the conditions for the heat treatment are not particularly limited, but for example, it is preferable to set the holding temperature to 300°C or higher and 900°C or lower (more preferably 500°C or higher and 900°C or lower), and the temperature holding time to 0.5 hours or higher and 10 hours or lower.
- the heat treatment may also be performed in an inert atmosphere such as nitrogen.
- the unfired insulating layer 8A contains organic matter containing Si and Ti, and the organic matter is decomposed and oxidized by the heat treatment, forming a coating of oxide containing Si and Ti. That is, the Si and Ti in the organic matter remain in the inorganic insulating layer 8B and become oxides.
- most of the elements derived from the organic matter, such as carbon and hydrogen, contained in the unfired insulating layer 8A are vaporized and disappear during the process of oxidation and/or phase change of the unfired insulating layer 8A.
- the carbon in the unfired insulating layer 8A becomes CO2 gas and disappears from the insulating layer.
- the hydrogen in the unfired insulating layer 8A becomes water vapor ( H2O ) and disappears from the insulating layer.
- the inorganic insulating layer 8B after firing contains at least an oxide containing Si and Ti, and is substantially free of organic matter.
- the content (residual amount) of organic matter in the inorganic insulating layer 8B can be analyzed using TG-DTA. Specifically, in the analysis using TG-DTA, a measurement sample taken from the insulated conductor 2 having the inorganic insulating layer 8B is heated to 700°C at a constant heating rate. The content of organic matter can then be calculated from the weight change of the measurement sample in the temperature range of 300°C to 700°C.
- the inorganic insulating layer 8B can be determined to be "substantially free of organic matter.”
- the Ti/(Si+Ti) ratio in the insulating layer 8 hardly changes before and after firing, so the Ti/(Si+Ti) ratio in the inorganic insulating layer 8B is 2.5 at% or more and 50 at% or less, more preferably 5.0 at% or more and 40 at% or less, and even more preferably 7.5 at% or more and 25 at% or less.
- the inorganic insulating layer 8B may also contain elements other than Si, Ti, and oxygen.
- the other elements include B, Al, Zn, P, Ta, Nb, Bi, Ba, Ca, V, Ge, and Te. If the total content of elements excluding oxygen contained in the inorganic insulating layer 8B is 100 at%, the total content of Si and Ti in the inorganic insulating layer 8B is preferably 70 at% or more, and more preferably 80 at% or more.
- the Si content (at %), Ti content (at %), and Ti/(Si+Ti) ratio in the inorganic insulating layer 8B can be calculated by point analysis using EDS or WDS, similar to the analysis of the unsintered insulating layer 8A. It is preferable to perform EDS or WDS point analysis at at least 10 points and calculate the average value.
- the inorganic insulating layer 8B is a coating having high density and homogeneity, rather than a state in which granular and/or fibrous substances are accumulated.
- Si and Ti are distributed uniformly without local uneven distribution, and it is preferable that the locations where Si exists overlap with the locations where Ti exists.
- the distribution of Si and Ti in the inorganic insulating layer 8B can be confirmed, for example, by mapping analysis using EDS or WDS.
- the concentration of the measurement target element (Si, Ti) is expressed as a brightness corresponding to the integrated intensity of the detection peak (the peak of the characteristic X-ray detected at each measurement point), and it can be visually confirmed whether the measurement target element is unevenly distributed or not.
- the brightness or integrated intensity data obtained by the mapping analysis is used as a population, and the distribution of the measurement target element can be quantitatively evaluated by calculating the average value, standard deviation, and coefficient of variation (standard deviation/average value) of the population.
- the coefficient of variation of the Si distribution and the coefficient of variation of the Ti distribution are both 0.5 or less.
- the oxide containing Si and Ti is the main phase, and the main phase is uniformly dispersed.
- the area ratio of the main phase in the inorganic insulating layer 8B is preferably 80% or more, more preferably 90% or more.
- the total area ratio of other phases other than the main phase is preferably 20% or less, more preferably 10% or less.
- the other phases include oxides having a composition different from that of the oxide containing Si and Ti, residual carbon, etc.
- the above-mentioned area ratios may be calculated by analyzing the cross section of the inorganic insulating layer 8B with a SEM, an optical microscope, etc., and the field of view during the cross section analysis may be, for example, 100 x 100 ⁇ m 2 to 500 x 500 ⁇ m 2 .
- the average thickness T2 Ave of the inorganic insulating layer 8B is not necessarily limited, but is preferably 1 ⁇ m or more and 200 ⁇ m or less.
- the tolerance of the thickness tB of the unsintered insulating layer 8A is preferably within a range of ⁇ 10%, and more preferably within a range of ⁇ 5%.
- FIG. 3 is a perspective view illustrating a coil 20 made of the insulated conductor wire 2.
- the coil 20 in FIG. 3 has a structure in which the insulating coated conductor wire 2 is wound in a spiral shape along the Z-axis.
- the coil 20 in FIG. 3 employs an aligned multi-layer winding method, but the winding method of the insulating coated conductor wire 2 is not particularly limited.
- a winding method such as one-layer aligned winding, uneven winding, diagonal winding, or space winding may be employed.
- the number of turns of the insulating coated conductor wire 2 in the coil 20 is not particularly limited and may be appropriately determined according to the desired coil characteristics.
- the number of turns of the insulating coated conductor wire 2 may be 0.5 turns to 100 turns.
- the number of layers of the winding is not particularly limited and may be, for example, 2 to 10 layers.
- the ends 2e1 and 2e2 of the insulated conductor 2 are each pulled out from the wound portion toward the outside in the X-axis direction.
- External terminals (not shown) can be connected to the ends 2e1 and 2e2, and the ends 2e1 and 2e2 may have an area where the insulating layer 8 has been partially removed to expose the metal conductor portion 6.
- the insulating layer 8 may be formed and then the insulating conductor 2 may be wound in a predetermined manner.
- a wire consisting of only the metal conductor portion 6 may be wound into a coil shape, and then an unfired insulating layer 8A may be formed on the surface of the metal conductor portion 6 by a dip coating method or the like.
- the insulating conductor 2 may be wound before the insulating layer 8 is fired, or the insulating conductor 2 may be wound after the insulating layer 8 is fired.
- the insulating conductor 2 having the unfired insulating layer 8A may be wound to form a coil shape
- the insulating conductor 2 having the fired inorganic insulating layer 8B may be wound to form a coil shape.
- the coil 20 as shown in FIG. 3 may be incorporated into a circuit as an air-core coil, or may be used in combination with a magnetic core.
- the coil 20 When the coil 20 is applied to an electronic component having a magnetic core, the coil 20 may be formed by winding the insulating coated conductor 2 around a bobbin made of a non-magnetic material, and the bobbin and the magnetic core may be combined.
- the magnetic core may be inserted into the inner peripheral wall of the coil 20, or the coil 20 may be formed by winding the insulating coated conductor 2 around the outer surface of the magnetic core.
- the coil 20 may be used by being embedded inside a powder magnetic core containing magnetic powder and resin.
- the coil 20 can be embedded inside a magnetic core made of a sintered body.
- FIG. 4 is a cross-sectional view showing an example of an electronic component including the coil 20.
- the electronic component 100 shown in FIG. 4 has a magnetic core 40, a coil 20 inside the magnetic core, and an external terminal (not shown).
- the magnetic core 40 is a sintered body of magnetic powder and does not contain a resin component such as epoxy resin, phenol resin, or silicone resin.
- the shape and dimensions of the magnetic core 40 are not particularly limited.
- the magnetic powder of the magnetic core 40 is also not particularly limited, and it is preferable to use, for example, soft magnetic metal powder. Examples of soft magnetic metal powder include Fe-Ni alloy powder, Fe-Si alloy powder, Fe-Si-Cr alloy powder, Fe-Co alloy powder, Fe-Si-Al alloy powder, Fe-based amorphous alloy powder, and Fe-based nanocrystalline alloy powder.
- the grain size of the magnetic powder is not particularly limited, and the average grain size of the magnetic powder may be, for example, 1 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less.
- each soft magnetic metal particle may be formed with an insulating coating, such as a coating formed by oxidation of the metal surface or a coating layer containing an inorganic compound.
- an insulating coating such as a coating formed by oxidation of the metal surface or a coating layer containing an inorganic compound.
- adjacent soft magnetic metal particles are in contact with each other via an insulating coating, or are joined via a grain boundary phase containing Si-based oxides.
- no organic components such as resins are present between the particles.
- the average thickness of the insulating coating formed on the surface of the soft magnetic metal particles is not particularly limited, and may be, for example, 5 nm or more and 200 nm or less.
- the magnetic powder of the magnetic core 40 may be a mixed powder containing two or more types of particle groups with different particle compositions and/or particle sizes.
- a magnetic powder may be used that is a mixture of Fe-Si alloy particles with a particle size of 25 ⁇ m or more and pure Fe particles with a particle size of less than 5 ⁇ m.
- the coil 20 is present inside the magnetic core 40 made of a sintered body, and the coil 20 is surrounded by sintered magnetic powder.
- the sintered magnetic powder may be present not only around the coil 20, but also between the windings of the coil 20.
- the insulating layer 8 in the insulated conductor 2 exists as an inorganic insulating layer 8B after sintering.
- the windings of the coil 20 are insulated by the inorganic insulating layer 8B.
- the ends 2e1, 2e2 of the insulated conductor 2 that constitutes the coil 20 are each drawn from inside the magnetic core 40 to the outer surface of the magnetic core 40 and are electrically connected to external terminals that are present on the outer surface of the magnetic core 40.
- the inorganic insulating layer 8B has been locally removed, and the metal conductor portion 6 and the external terminals are in direct contact.
- the manufacturing method of the electronic component 100 is not particularly limited.
- the magnetic core 40 may be manufactured by press molding. First, the coil 20 is placed in the cavity of a molding die. Then, a composite material made by mixing magnetic powder and a binder is filled into the cavity, and a predetermined pressure is applied to the cavity. The compact with the coil 20 embedded therein is then fired to obtain the magnetic core 40 as a sintered body including the coil 20.
- the firing conditions are not particularly limited as long as they are set to conditions under which the magnetic powder can be sintered. For example, the firing temperature may be set to 500°C or higher and 900°C or lower, and the firing time may be 0.5 to 10 hours. Note that a binder removal process may be performed before firing.
- the coil 20 having the inorganic insulating layer 8B may be embedded in the molded body.
- the coil 20 having the unsintered insulating layer 8A may be embedded in the molded body, and the unsintered insulating layer 8A may be sintered at the same time as the magnetic core 40 is sintered. From the viewpoint of production efficiency, it is preferable to sinter the insulating layer 8 when sintering the magnetic core 40, as in the latter case. In either case, inside the magnetic core 40 after sintering, the inorganic insulating layer 8B of the coil 20 does not substantially contain organic matter.
- magnetic cores made of sintered bodies generally have a higher density than powder cores that contain magnetic powder and resin. Therefore, magnetic cores made of sintered bodies almost always have a higher magnetic permeability than powder cores that contain magnetic powder and resin.
- a coil is formed from a conventional conductor having an insulating coating containing a resin (for example, polyamide-imide resin, polyimide resin, epoxy resin, or urethane resin), the insulating coating on the coil surface will be burned when the magnetic core is sintered as described above.
- the resin in the insulating coating on the coil surface will be carbonized, significantly reducing the electrical resistance of the insulating coating.
- the insulation between the conductors in the coil will be impaired.
- the windings of the coil will be short-circuited, and the number of windings in the coil will be reduced.
- the inductance will be reduced.
- the insulating layer 8 becomes an inorganic insulating layer 8B having high heat resistance during the sintering process of the magnetic core 40, so that the insulation between the windings in the coil 20 can be maintained even after the magnetic core 40 is sintered.
- the electronic component 100 has both a "magnetic core 40 made of a sintered body having high magnetic permeability" and a "coil 20 that maintains insulation between the windings.” In addition, contact between the magnetic powder around the coil 20 and between the windings and the metal conductor portion 6 of the conductor wire 2 can be suppressed.
- the magnetic core 40 can be sintered with the coil 20 embedded, and sintering the magnetic core 40 improves the filling rate of the magnetic powder in the magnetic core 40.
- the electronic component 100 can obtain a higher inductance than an electronic component made of a powder magnetic core containing magnetic powder and resin.
- the insulating coated conductor 2 of the present embodiment has a metal conductor portion 6 containing Cu, and an insulating layer 8 covering the metal conductor portion 6.
- the insulating layer 8 contains Si, Ti, and oxygen, and the ratio of the Ti content to the total content of Si and Ti in the insulating layer 8 (Ti/(Si+Ti)) is 2.5 at % or more and 50 at % or less.
- the insulating layer 8 is formed by the sol-gel method, and Ti/(Si+Ti) hardly changes before and after firing.
- the insulated conductor 2 after firing the insulating layer 8 has a metal conductor portion 6 containing Cu, and an inorganic insulating layer 8B covering the metal conductor portion 6.
- the inorganic insulating layer 8B contains an oxide containing Si and Ti, and the ratio of the Ti content to the total content of Si and Ti in the inorganic insulating layer 8B (Ti/(Si+Ti)) is 2.5 at% or more and 50 at% or less.
- the uniformity of the insulating layer 8 can be improved. Furthermore, by having the insulating layer 8 (8A, 8B) satisfy 2.5 at% ⁇ (Ti/(Si+Ti)) ⁇ 50 at%, the insulating layer 8 can obtain high insulation resistance even after being heated at high temperatures of 500°C or higher. In other words, by having the insulating coated conductor 2 have insulating layers 8 (8A, 8B) that satisfy a specified Ti/(Si+Ti), high heat resistance can be obtained.
- the average thickness T Ave of the insulation layer 8 is preferably 1 ⁇ m or more and 220 ⁇ m or less.
- the average thickness T2 Ave of the inorganic insulation layer 8B after firing is preferably 1 ⁇ m or more and 200 ⁇ m or less.
- the coil 20 of this embodiment has a conductor 2 that is wound in a spiral shape along the Z-axis, as shown in FIG. 3.
- the conductor 2 may be the insulated conductor 2 of the first embodiment.
- the configuration of a portion of the conductor 2 may be the same as the configuration of a portion of the insulated conductor 2 of the first embodiment.
- the conductor 2 constituting the coil 20 in FIG. 3 is a round wire, and has a circular cross-sectional shape as shown in FIG. 1 and FIG. 2.
- the shape of the conductor 2 is not particularly limited, and the conductor 2 may have an elliptical, rectangular, square, or other polygonal cross-sectional shape.
- the conductor 2 has a metal conductor portion 6 and an insulating coating (8A, 8B) that covers the metal conductor portion 6.
- the insulating coating (8A, 8B) may be the insulating layer 8 of the first embodiment.
- the configuration of a portion of the insulating coating (8A, 8B) may be the same as the configuration of a portion of the insulating layer 8 of the first embodiment.
- the insulating coating (8A, 8B) includes an insulating material containing a predetermined inorganic element M.
- the inorganic element M is one or more elements selected from Si, Al, Zr, Zn, Ti, Nb, Ta, B, Ni, and Mg.
- the number of types of inorganic elements M contained in the insulating material is not particularly limited, and may be, for example, one to three types.
- the inorganic element M of the insulating material is preferably one or more elements selected from Si, Al, Zr, Zn, Ti, Nb, Ta, and B, from the viewpoint of extremely low decomposition at room temperature after becoming an oxide, and high insulation.
- the insulating coating (8A, 8B) of the conductor 2 is formed by the sol-gel method.
- the specifications (dimensions, material, etc.) of the metal conductor portion 6 do not change before and after firing, but the state of the insulating coating changes.
- the insulating coating before firing is called the "unfired insulating layer 8A"
- the insulating coating after firing is called the "inorganic insulating layer 8B".
- the unfired insulating layer 8A the inorganic element M is contained in an organic matter, while the inorganic insulating layer 8B contains an oxide composed of the inorganic element M.
- a coating liquid is first prepared using a raw material containing the inorganic element M.
- a raw material containing the inorganic element M a liquid organic compound that becomes an oxide after a firing process may be used. Examples of such organic compounds include alkoxides and chelate compounds. Below, examples of organic compounds containing the inorganic element M are given.
- the Si source is the same as in the first embodiment.
- the Ti source is the same as in the first embodiment.
- examples of the Zr source include zirconium alkoxides such as zirconium tetramethoxide, zirconium tetraethoxide, zirconium tetra-n-propoxide, zirconium tetraisopropoxide, and zirconium tetra-n-butoxide.
- zirconium alkoxides such as zirconium tetramethoxide, zirconium tetraethoxide, zirconium tetra-n-propoxide, zirconium tetraisopropoxide, and zirconium tetra-n-butoxide.
- examples of the Al source include aluminum alkoxides such as aluminum ethoxide, aluminum isopropoxide, and aluminum sec-butoxide, and aluminum chelates such as aluminum trisacetylacetonate, aluminum trisethylacetoacetate, and aluminum monoacetylacetonate bis(ethylacetoacetate).
- aluminum alkoxides such as aluminum ethoxide, aluminum isopropoxide, and aluminum sec-butoxide
- aluminum chelates such as aluminum trisacetylacetonate, aluminum trisethylacetoacetate, and aluminum monoacetylacetonate bis(ethylacetoacetate).
- a zinc alkoxide such as zinc ethoxide may be used as the Zn source
- a niobium alkoxide such as pentaethoxyniobium
- a tantalum alkoxide such as pentaethoxytantalum
- a boric acid alkoxide such as tributoxyborane
- a nickel alkoxide such as nickel diethoxide
- a magnesium alkoxide such as magnesium diethoxide may be used as the Mg source.
- an organic solvent may be added to the coating liquid as appropriate in addition to the raw materials containing the inorganic element M described above.
- the composition of the inorganic insulating layer 8B that is ultimately produced and the content of the inorganic element M in the insulating coatings (8A, 8B) may be controlled by the compounding ratio of the raw materials (raw materials containing the inorganic element M) in the coating liquid.
- the unsintered insulating layer 8A is formed by, for example, a dip coating method using the above coating liquid.
- the wire consisting of only the metal conductor portion 6 before being immersed in the coating liquid may be manufactured by a known method, or may be prepared by purchasing a commercially available product.
- the conductor consisting of only the metal conductor portion 6 may be immersed in the coating liquid before being processed into a coil shape.
- the wire consisting of only the metal conductor portion 6 may be wound into a coil shape in advance, and then the coil-shaped wire may be immersed in the coating liquid.
- the thickness tA of the unsintered insulating layer 8A and the thickness tB of the inorganic insulating layer 8B can be controlled by the immersion time in the coating liquid and the number of immersions in the coating liquid.
- the unfired insulating layer 8A (FIG. 1) after drying is a coating of a dry gel that contains organic matter such as polymeric compounds derived from the organic compounds of the raw materials. It is believed that the molecular structure of the organic matter contained in the unfired insulating layer 8A varies depending on the type of raw material (organic compound) used in the coating liquid and the degree of drying. Structural analysis of the organic matter contained in the unfired insulating layer 8A can be difficult, and the molecular structure is not particularly limited, but the organic matter of the unfired insulating layer 8A contains at least an inorganic element M.
- the inorganic element M is one or more elements selected from Si, Al, Zr, Zn, Ti, Nb, Ta, B, Ni, and Mg, and preferably one or more elements selected from Si, Al, Zr, Zn, Ti, Nb, Ta, and B.
- the organic matter of the unfired insulating layer 8A contains C (carbon), H (hydrogen), and O (oxygen), which are general constituent elements of organic matter.
- organic material containing inorganic element M means an organic compound whose molecular chain contains a bond via inorganic element M.
- inorganic element M is present in the molecular skeleton of the organic compound, and examples of bonds via inorganic element M include M-O, M-H, M-OH, and M-OR (R is an organic functional group).
- bonds via inorganic element M include M-O, M-H, M-OH, and M-OR (R is an organic functional group).
- the unsintered insulating layer 8A may contain an oxide produced by the decomposition of a part of the organic substance.
- the oxide produced by the decomposition of the organic substance is an oxide (M-O x ) containing an inorganic element M.
- the unsintered insulating layer 8A may be a composite containing an organic substance and an inorganic compound.
- the inorganic element M is considered to be present in the skeleton of the polymer compound in the unsintered insulating layer 8A, and some of the inorganic element M may be present as an oxide.
- the inorganic element M contained in the unsintered insulating layer 8A can be identified by point analysis using EDS or WDS. It is preferable to perform the point analysis of EDS or WDS at least 10 points on the cross section of the unsintered insulating layer 8A and calculate the average value. If the total of the elements detected by the point analysis is 100 at%, the total content of the inorganic element M in the unsintered insulating layer 8A is not necessarily limited, but is preferably, for example, 1 at% to 10 at%.
- the average thickness T1 Ave of the unsintered insulating layer 8A is not necessarily limited, but is preferably 1.5 ⁇ m or more and 220 ⁇ m or less.
- the variation in the thickness tA of the unsintered insulating layer 8A is preferably within ⁇ 10% of the average thickness T1 Ave , and more preferably within ⁇ 5% of the average thickness T1 Ave.
- the tolerance of the thickness tA of the unsintered insulating layer 8A is preferably within ⁇ 10%, and more preferably within ⁇ 5%.
- the average thickness T1 Ave of the unsintered insulating layer 8A it is preferable to analyze at least 10 cross sections of the conductor 2, and it is preferable to measure the thickness tA of the unsintered insulating layer 8A at 10 or more cross sections. Furthermore, the maximum thickness t1 MAX and the minimum thickness t1 MIN of the unsintered insulating layer 8A are specified by the measurements, and the tolerance (%) of the thickness tA of the unsintered insulating layer 8A is calculated based on T1 Ave , t1 MAX , and t1 MIN .
- /T1 Ave ) x 100" and "F2 (
- the unsintered insulating layer 8A may be sintered by heat treatment before the conductor 2 is wound, or the unsintered insulating layer 8A may be sintered by heat treatment after the conductor 2 is wound.
- the unsintered insulating layer 8A contains organic matter containing the inorganic element M, but the organic matter is decomposed and oxidized by heat treatment, forming an oxide coating containing the inorganic element M.
- the inorganic element M in the organic matter remains in the inorganic insulating layer 8B and becomes an oxide.
- the inorganic insulating layer 8B after firing contains at least an oxide containing the inorganic element M and is substantially free of organic matter.
- the inorganic element M constituting the oxide of the inorganic insulating layer 8B is one or more elements selected from Si, Al, Zr, Zn, Ti, Nb, Ta, B, Ni, and Mg, and is preferably one or more elements selected from Si, Al, Zr, Zn, Ti, Nb, Ta, and B from the viewpoint of extremely low decomposition at room temperature and maintaining high insulation.
- the inorganic insulating layer 8B may contain carbides, nitrides, unavoidable impurities, etc., but the content of oxides in the inorganic insulating layer 8B is preferably 50 mol % or more, and more preferably 75 mol % or more.
- the oxide containing the inorganic element M is represented by the simplified formula "M-O x ". If the total content of elements excluding oxygen contained in the inorganic insulating layer 8B is 100 at%, the total content of the inorganic element M in the inorganic insulating layer 8B is preferably 50 at% or more, and more preferably 75 at% or more.
- the inorganic insulating layer 8B may contain one or more elements selected from P, Bi, Ba, Ca, V, Ge, and Te. These elements may be intentionally added to the inorganic insulating layer 8B, or may be contained in the inorganic insulating layer 8B as impurities.
- the oxide of the inorganic insulating layer 8B contains Si as the inorganic element M.
- the oxide of the inorganic insulating layer 8B may further contain one or two inorganic elements M in addition to Si.
- the inorganic element M added together with Si is preferably one or more selected from Ti, B, and Al, and for example, the oxide of the inorganic insulating layer 8B is preferably Si-Ti-O x , Si-B-O x , or Si-B-Al-O x .
- the ratio of the Ti content to the total content of Si and Ti in the inorganic insulating layer 8B is preferably 2.5 at% or more and 50 at% or less, more preferably 5.0 at% or more and 40 at% or less, and even more preferably 7.5 at% or more and 25 at% or less.
- the electrical resistance of the inorganic insulating layer 8B can be further improved.
- Ti can be efficiently incorporated into the Si-O skeleton.
- the ratio of the content of B to the total content of Si and B in the inorganic insulating layer 8B is preferably 1 at% or more and 20 at% or less, and more preferably 5 at% or more and 15 at% or less.
- the ratio of the content of B to the total content of Si, B, and Al in the inorganic insulating layer 8B is preferably 1 at% or more and 20 at% or less, more preferably 5 at% or more and 15 at% or less. Also, the ratio of the content of Al to the total content of Si, B, and Al in the inorganic insulating layer 8B is preferably 0.5 at% or more and 5 at% or less, more preferably 1 at% or more and 3 at% or less.
- the oxide composition in the inorganic insulating layer 8B and the content of the inorganic element M can be calculated, for example, by point analysis using EDS or WDS. It is preferable to perform EDS or WDS point analysis at at least 10 points on the cross section of the inorganic insulating layer 8B and calculate the average value.
- the oxide composition in the inorganic insulating layer 8B may be controlled based on the compounding ratio of the raw materials (organic compounds such as alkoxides and chelate compounds) in the coating liquid.
- the inorganic insulating layer 8B is not in a state of a deposition of granular and/or fibrous material, but is a coating with high density and homogeneity.
- the inorganic element M and oxygen constituting the oxide are distributed uniformly, without being locally unevenly distributed.
- the oxide of the inorganic insulating layer 8B contains two or more types of inorganic element M, it is preferable that the locations of the inorganic elements M overlap.
- the distribution of inorganic element M and oxygen in inorganic insulating layer 8B can be confirmed, for example, by mapping analysis using EDS or WDS.
- the concentration of the measurement target element (inorganic element M, oxygen) is expressed as a brightness corresponding to the integrated intensity of the detection peak (peak of characteristic X-rays detected at each measurement point), and it can be visually confirmed whether the measurement target element is unevenly distributed or not.
- the brightness or integrated intensity data obtained by mapping analysis is used as a population, and the distribution of the measurement target element can be quantitatively evaluated by calculating the average value, standard deviation, and coefficient of variation (standard deviation/average value) of the population.
- the coefficient of variation of the distribution for each inorganic element M and the coefficient of variation of the oxygen distribution are both 0.5 or less.
- the main phase is an oxide containing the inorganic element M, and that the main phase is uniformly dispersed.
- the average thickness T2 Ave of the inorganic insulating layer 8B is not necessarily limited, but is preferably 1 ⁇ m or more and 200 ⁇ m or less. By setting the average thickness T2 Ave of the inorganic insulating layer 8B to 1 ⁇ m or more, the insulating properties of the coating can be further improved. In addition, by setting the average thickness T2 Ave of the inorganic insulating layer 8B to 200 ⁇ m or less, the space factor of the metal conductor portion 6 in the cross section of the coil 20 can be sufficiently secured, and the decrease in inductance due to an increase in leakage magnetic flux can be suppressed.
- the variation in the thickness tB of the inorganic insulating layer 8B is preferably within ⁇ 10% of the average thickness T2Ave , and more preferably within ⁇ 5% of the average thickness T2Ave .
- the tolerance in the thickness tB of the inorganic insulating layer 8B is preferably within ⁇ 10%, and more preferably within ⁇ 5%.
- the average thickness T2Ave of the inorganic insulating layer 8B and the tolerance in the thickness tB of the inorganic insulating layer 8B may be calculated in the same manner as for the unsintered insulating layer 8A.
- the coil 20 of this embodiment may be embedded inside a dust core containing magnetic powder and resin.
- the coil 20 of this embodiment has high heat resistance, it is particularly preferable to embed the coil 20 inside a magnetic core made of a sintered body.
- FIG. 4 is a cross-sectional view showing an example of a magnetic part including the coil 20.
- the magnetic component 100 shown in FIG. 4 has a magnetic core 40, a coil 20 present inside the magnetic core 40, and an external terminal (not shown).
- the magnetic component 100 may be the electronic component 100 of the first embodiment. Also, a portion of the configuration of the magnetic component 100 may be similar to a portion of the configuration of the electronic component 100 of the first embodiment.
- the magnetic core 40 can be sintered with the coil 20 embedded, and sintering the magnetic core 40 improves the filling rate of the magnetic powder in the magnetic core 40.
- the magnetic permeability of the magnetic core 40 is significantly improved, and the magnetic component 100 can achieve a higher inductance than conventional magnetic components made of a powder core containing magnetic powder and resin.
- the magnetic component 100 shown in FIG. 4 can be used as an inductor in various circuits.
- the coil 20 of this embodiment has a wound conductor 2, and the conductor 2 has a metal conductor portion 6 containing Cu and an insulating coating covering the metal conductor portion.
- the insulating coating present on the surface of the coil 20 can be divided into an unsintered insulating layer 8A and an inorganic insulating layer 8B before and after sintering.
- the unsintered insulating layer 8A which is an insulating coating before firing, contains an organic material containing one or more inorganic elements M selected from Si, Al, Zr, Zn, Ti, Nb, Ta, B, Ni, and Mg.
- an oxide coating (inorganic insulating layer 8B) containing the inorganic element M is formed on the surface of the metal conductor portion 6.
- the coil 20 having the unsintered insulating layer 8A can maintain the insulation between the windings not only before firing but also after firing. As a result, the coil 20 having the unsintered insulating layer 8A can obtain a high inductance after firing.
- the organic matter of the unsintered insulating layer 8A preferably contains at least one inorganic element M selected from Si, Al, Zr, Zn, Ti, Nb, Ta, and B.
- the green insulating layer 8A preferably has an average thickness T1 Ave of 1.5 ⁇ m or more and 220 ⁇ m or less.
- T1 Ave average thickness of 1.5 ⁇ m or more and 220 ⁇ m or less.
- the inorganic insulating layer 8B which is the insulating coating after firing, contains an oxide containing one or more inorganic elements M selected from Si, Al, Zr, Zn, Ti, Nb, Ta, B, Ni, and Mg.
- the inorganic insulating layer 8B as described above has high electrical resistance and can prevent short circuits between the windings. In other words, the coil 20 having the inorganic insulating layer 8B has high heat resistance.
- the oxide of the inorganic insulating layer 8B preferably contains at least one inorganic element M selected from Si, Al, Zr, Zn, Ti, Nb, Ta, and B.
- the inorganic insulating layer 8B preferably has an average thickness T2 Ave of 1 ⁇ m or more and 200 ⁇ m or less.
- T2 Ave average thickness of 1 ⁇ m or more and 200 ⁇ m or less.
- the magnetic core 40 containing the coil 20 can be sintered.
- the coil 20 having the inorganic insulating layer 8B is present inside the sintered magnetic core 40.
- the filling rate of the magnetic powder can be improved compared to a powder core containing magnetic powder and resin while maintaining the insulation between the windings.
- the magnetic permeability of the magnetic core 40 is significantly improved, and the magnetic component 100 can obtain a higher inductance than before.
- the cross-sectional shape of the insulated conductor is not particularly limited, and may have a substantially rectangular cross-sectional shape, such as the rectangular insulated conductor 2 ⁇ shown in FIG. 5A.
- the width Wx (long width) in the X-axis direction of the metal conductor portion 6 is preferably, for example, 0.1 mm or more and 2.5 mm or less
- the width Wz (short width) in the Z-axis direction of the metal conductor portion 6 is preferably, for example, 0.1 mm or more and 1.0 mm or less.
- the above dimensions are within a suitable range when the insulated conductor 2 ⁇ is applied to a coil such as an inductor, and the dimensions of the metal conductor portion 6 in a rectangular wire are not particularly limited regardless of the application.
- the coil 20 ⁇ shown in FIG. 6 is an example of a coil using the rectangular insulating coated conductor wire 2 ⁇ shown in FIG. 5A.
- the coil 20 ⁇ uses an edgewise method, and the insulating coated conductor wire 2 ⁇ is wound along the Z axis so that the direction of the long width (Wx shown in FIG. 5A) intersects with the Z axis (winding axis).
- the winding method when using the rectangular insulating coated conductor wire 2 ⁇ is not limited to FIG. 6, and the flatwise method may be used.
- the insulating coated conductor wire 2 ⁇ is wound so that the direction of the long width (Wx shown in FIG. 5A) coincides with the Z axis (winding axis).
- the number of turns of the insulating coated conductor wire 2 ⁇ is not particularly limited and may be determined appropriately according to the desired coil characteristics.
- the metal conductor portion 6 may have two or more regions with different compositions.
- the metal conductor portion 6 may have a main body portion 6a and a metal coating layer 6b, as in the insulated conductor 2 ⁇ shown in FIG. 5B.
- the insulated conductor 2 ⁇ is a round wire having a circular cross-sectional shape, but even in the case of a rectangular wire as shown in FIG. 5A, the metal conductor portion 6 may have a main body portion 6a and a metal coating layer 6b.
- the metal coating layer 6b is a layer made of a metal component that covers the main body portion 6a, and may be formed by a plating method or a vapor deposition method.
- the metal coating layer 6b may have a structure in which two or more types of plating layers are laminated.
- the insulating layer 8 covers the surface of the metal coating layer 6b and is located on the outermost side of the insulated conductor 2 ⁇ .
- Cu may be contained in either the main body 6a or the metal coating layer 6b, or in both the main body 6a and the metal coating layer 6b.
- the main body 6a may be made of pure copper or a copper alloy (i.e., the main component of the main body 6a is Cu), and a metal coating layer 6b containing one or more selected from Ni, Cr, Al, Ag, and Zn may be formed on the surface of the main body 6a.
- the main body 6a may be made of pure Al or an Al alloy, and a metal coating layer 6b containing Cu may be formed on the surface of the main body 6a (so-called copper-coated aluminum wire).
- the average thickness of the metal coating layer 6b is not particularly limited and may be, for example, 10 ⁇ m or more and 150 ⁇ m or less. Furthermore, the main body portion 6a may have dimensions similar to the average diameter D in FIG. 1 or the widths Wx and Wz in FIG. 5A.
- Example 1 In experiment 1, the insulated conductors of samples A1 to A17 were manufactured by the following procedure. First, trimethoxysilane, which is a Si source, and titanium tetra-n-butoxide, which is a Ti source, were prepared, and a coating liquid was prepared using these raw materials. Specifically, for samples A2 to A16, the compounding ratio of the Si source and the Ti source was controlled so that the Ti/(Si+Ti) ratio in the insulating layer was the value shown in Table 1. In addition, only the Si source was added to the coating liquid of sample A1, and only the Ti source was added to the coating liquid of sample A17.
- trimethoxysilane which is a Si source
- titanium tetra-n-butoxide which is a Ti source
- a Cu wire having an average diameter D of 500 ⁇ m was prepared, and the Cu wire was immersed in the above coating liquid for 30 seconds and allowed to stand. The Cu wire was then removed from the coating liquid and dried. In the drying process, the holding temperature was set to 100°C, and the temperature holding time was set to 30 minutes. This immersion in the coating liquid and drying process were repeated three times to obtain an insulated conductor having an insulating layer (unsintered insulating layer). The following evaluations were carried out on the insulated conductor of each sample before sintering.
- the cross section of the insulating coated conductor was observed with a scanning electron microscope (SEM) to measure the thickness tA of the unsintered insulating layer present on the surface of the Cu wire.
- SEM scanning electron microscope
- Ten cross sections of the insulating coated conductor were analyzed for each sample, and the thickness tA of the unsintered insulating layer was measured at ten points on each cross section. From the data of the thickness tA obtained by the measurement, the average thickness T1 Ave , the maximum thickness t1 MAX , and the minimum thickness t1 MIN were calculated.
- samples with a thickness tolerance within ⁇ 10% were judged to be good, and samples with a thickness tolerance within ⁇ 5% were judged to be particularly good.
- Insulation layer component analysis During cross-sectional analysis by SEM, point analysis was performed by EDS to measure the Si content (at%) and Ti content (at%) contained in the unfired insulation layer. The point analysis was performed at least at 10 points, and the Si and Ti contents were calculated as average values. Based on the measurement results, the ratio of the Ti content to the total content of Si and Ti in the unfired insulation layer (Ti/(Si+Ti)) was calculated.
- the insulation resistance ( ⁇ ) of the insulating layer before firing was measured using a high resistance meter 4339B manufactured by HP. In this measurement, the unfired insulating layer equivalent to 1/2 of the surface was locally removed. Then, one of the measuring terminals was pressed against the part where the unfired insulating layer was removed (i.e., the part where Cu, which is the metal conductor part, is exposed), and the other terminal was pressed against the surface of the unfired insulating layer to measure the insulation resistance. The insulation resistance of the unfired insulating layer was judged to be 1 ⁇ 10 7 ⁇ or more as passing. Note that "ND" shown in the insulation resistance column of Table 1 means that the insulation resistance was less than 1 ⁇ 10 3 ⁇ and the insulation resistance could not be measured.
- the average thickness and thickness tolerance of the inorganic insulating layer were measured, the components of the inorganic insulating layer were analyzed, and the insulation resistance due to the inorganic insulating layer was measured using the same methods as before firing. In addition, the appearance of the inorganic insulating layer formed after firing was inspected to check for the presence or absence of cracks in the inorganic insulating layer.
- the heat resistance of the insulated conductor was evaluated based on the insulation resistance ( ⁇ ) of the inorganic insulating layer after firing and the results of an appearance inspection of the inorganic insulating layer. Specifically, if no cracks were present and the insulation resistance was 1 ⁇ 10 ⁇ or more, it was judged to have "good heat resistance,” and if no cracks were present and the insulation resistance was 1 ⁇ 10 ⁇ or more, it was judged to have "particularly good heat resistance.”
- samples A12 to A17 the tolerance in the thickness of the insulating layer was large, and uniformity could not be ensured.
- the thermal stress generated during firing became non-uniform, and cracks occurred in parts of the inorganic insulating layer.
- the insulating coated conductors of samples A12 to A17 did not provide sufficient heat resistance.
- Samples A5 to A11 the thickness tolerance was within ⁇ 5% of the average thickness both before and after firing, and it was confirmed that a highly uniform insulating layer was formed. Furthermore, Samples A5 to A11 were able to maintain high insulation resistance even after heat treatment at 700°C, and the occurrence of cracks was also suppressed. These results prove that high heat resistance can be obtained by having an insulating layer in which 2.5 at% ⁇ Ti/(Si+Ti) ⁇ 50 at% is satisfied for the insulated conductor.
- Example 2 In Experiment 2, ten types of insulation-coated conductors with different average thicknesses of the unsintered insulating layer were manufactured.
- Samples B1 to B9 in Experiment 2 the same coating liquid as for Sample A6 in Experiment 1 was used, and the Ti/(Si+Ti) ratio was controlled to 5.2 at %.
- the average thickness of the unsintered insulating layer in each sample was controlled based on the number of times the coating process was repeated so as to obtain the values shown in Table 2.
- the manufacturing conditions in Experiment 2 other than the above were the same as in Experiment 1, and each sample in Experiment 2 was evaluated in the same manner as in Experiment 1. The evaluation results of Experiment 2 are shown in Table 2.
- Table 2 show that by setting the average thickness of the unsintered insulating layer to 1 ⁇ m or more and 220 ⁇ m or less (in other words, by setting the average thickness of the inorganic insulating layer to 1 ⁇ m or more and 200 ⁇ m or less), an inorganic insulating layer with uniform and high insulating properties can be obtained.
- Example 3 In experiment 3, 15 types of air-core coils shown in Tables 3 and 4 (Examples 1 to 13 in Table 3 and Comparative Examples 1 and 2 in Table 4) were manufactured using the procedure described below.
- Examples 1 to 13 First, a rectangular Cu wire having a cross-sectional dimension of 0.65 mm ⁇ 0.180 mm was prepared as a conductor, and an unfired insulating layer was formed on the surface of the Cu wire by dip coating.
- Example 1 used trimethylethoxysilane (Si source),
- Example 2 used aluminum secondary-butoxide (Al source),
- Example 3 used zirconium tetra-n-propoxide (Zr source),
- Example 4 used zinc ethoxide (Zn source),
- Example 5 used titanium tetra-n-butoxide (Ti source),
- Example 6 used pentaethoxyniobium (Nb source),
- Example 7 used pentaethoxytantalum (Ta source),
- Example 8 used tributoxyborane (B source),
- Example 12 used nickel diethoxide (Ni source), and
- Example 13 used magnesium diethoxide (Mg source).
- Example 9 used a coating liquid containing trimethylethoxysilane and titanium tetra-n-butoxide
- Example 10 used a coating liquid containing trimethylethoxysilane and tributoxyborane
- Example 11 used a coating liquid containing trimethylethoxysilane, tributoxyborane, and aluminum sec-butoxide.
- the rectangular Cu wire was immersed in the above coating liquid for 30 seconds and left to stand.
- the coil was then removed from the coating liquid and heated at 100°C for 30 minutes to dry. This immersion in the coating liquid and drying process was repeated three times to produce a Cu wire with an unsintered insulating layer.
- the Cu wire with the unsintered insulating layer was wound in a spiral shape using the edgewise method to obtain an air-core coil with an unsintered insulating layer.
- the number of turns of the Cu wire was set to 6.5 turns, and the inner diameter of the coil after winding was set to 2.0 mm.
- the cross section of the conductor constituting the air-core coil was observed with a scanning electron microscope (SEM), and the thickness tA of the unfired insulating layer present on the surface of the Cu wire was measured.
- Ten cross sections of the conductor were analyzed for each sample, and the thickness tA was measured at ten points on each cross section, and the average thickness T1 Ave ( ⁇ m) of the unfired insulating layer was calculated from the measurement results.
- point analysis was performed using EDS during the cross section analysis using SEM, and the inorganic element M contained in the organic matter of the unfired insulating layer was identified. In each example, it was confirmed that the inorganic element M shown in Table 3 was contained in the organic matter as intended, depending on the components of the coating liquid.
- the inductance L1 ( ⁇ H) of the air-core coil before firing was measured using an LCR meter. At this time, the measurement frequency was set to 1 MHz.
- the air-core coil of each example was subjected to a heat treatment (sintering treatment).
- the holding temperature was set to 700° C.
- the temperature holding time was set to 1 hour.
- the heat treatment sintered the unsintered insulating layer, and an air-core coil having an inorganic insulating layer was obtained.
- the average thickness T2 Ave of the inorganic insulating layer in each example was measured in the same manner as the analysis of the unfired insulating layer before firing.
- point analysis by EDS was performed to identify the inorganic element M contained in the oxide of the inorganic insulating layer.
- the inorganic element M shown in Table 3 was contained in the oxide as intended depending on the components of the coating liquid.
- the inorganic insulating layer contained substantially no organic matter. Furthermore, when mapping analysis was performed using EDS, it was confirmed that in each example, the inorganic element M and oxygen were uniformly distributed in an overlapping manner in the inorganic insulating layer, and the area ratio of oxides containing the inorganic element M was 90% or more of the area of the inorganic insulating layer.
- Example 9 the inorganic insulating layer contained an oxide represented by Si-Ti- Ox , and the ratio of the Ti content to the total content of Si and Ti in the inorganic insulating layer was in the range of 2.5 at% or more and 50 at% or less.
- Example 10 the inorganic insulating layer contained an oxide represented by Si-B- Ox , and the ratio of the B content to the total content of Si and B in the inorganic insulating layer was in the range of 1 at% or more and 20 at% or less.
- Example 11 the inorganic insulating layer contained an oxide represented by Si-B-Al- Ox , and the ratio of the B content to the total content of Si, B, and Al in the inorganic insulating layer was in the range of 1 at% or more and 20 at% or less, and the ratio of the Al content was in the range of 0.5 at% or more and 5 at% or less.
- the heat resistance of the coil was evaluated based on the rate of change (%) of inductance after firing. Specifically, the rate of change of inductance was calculated by substituting the inductance L1 before firing and the inductance L2 after firing into the formula "((L2-L1)/L1) x 100". In Experiment 3, the heat resistance of the sample with the rate of change of inductance of -25% or more was judged to be "good", and the heat resistance of the sample with the rate of change of inductance of -15% or more was judged to be "particularly good”.
- Comparative Example 1 and Comparative Example 2 In Comparative Example 1, a rectangular Cu wire having an insulating coating made of polyamide-imide resin was prepared, and the Cu wire was wound in a spiral shape using an edgewise method to manufacture an air-core coil.
- the dimensions of the conductor part in the cross section of the Cu wire used were 0.65 mm x 0.180 mm.
- the number of turns of the Cu wire was set to 6.5 turns, and the inner diameter of the coil after winding was set to 2.0 mm.
- Comparative Example 2 a rectangular Cu wire with an insulating coating made of polyimide resin was prepared, and the Cu wire was wound in a spiral shape using the edgewise method to manufacture an air-core coil.
- the dimensions of the conductor portion in the cross section of the Cu wire used were 0.65 mm x 0.180 mm.
- the number of turns of the Cu wire was set to 6.5 turns, and the inner diameter of the coil after winding was set to 2.0 mm.
- the inductance of the air-core coil after manufacturing by the above method was designated as L1 and measured using an LCR meter. After measuring L1, the air-core coil was heat-treated at 700°C for 1 hour. In Comparative Examples 1 and 2, the inductance after the heat treatment was designated as L2 and measured using an LCR meter. Note that when measuring L1 and L2, the measurement frequency was set to 1 MHz. In Comparative Examples 1 and 2, as in the Example, the rate of change (%) in inductance after heat treatment was calculated based on the formula "((L2-L1)/L1) x 100" to evaluate the heat resistance of the coil.
- the unsintered insulating layer contained an organic material containing the specified inorganic element M, so that the insulation resistance between the windings could be maintained even after the firing process at 700°C, and high heat resistance was obtained.
- high heat resistance was obtained by forming an inorganic insulating layer composed of an oxide containing the specified inorganic element M on the surface of the air-core coil.
- the rate of change in inductance was smaller than in Examples 12 and 13. From these results, it was found that the heat resistance of the coil is further improved by the oxide of the inorganic insulating layer containing at least one inorganic element M selected from Si, Al, Zr, Zn, Ti, Nb, Ta, and B.
- Example 4 air core coils were manufactured having different average thicknesses of insulating coating as shown in Tables 5 to 15. Specifically, the average thickness of the insulating coating was controlled to the values shown in Tables 5 to 15 based on the number of times the dip coating process was repeated.
- Examples 1A to 1F used the same coating liquid as Example 1 in Experiment 3, in Table 6, Examples 2A to 2F used the same coating liquid as Example 2, in Table 7, Examples 3A to 3F used the same coating liquid as Example 3, in Table 8, Examples 4A to 4F used the same coating liquid as Example 4, in Table 9, Examples 5A to 5F used the same coating liquid as Example 5, in Table 10, Examples 6A to 6F used the same coating liquid as Example 6, in Table 11, Examples 7A to 7F used the same coating liquid as Example 7, in Table 12, Examples 8A to 8F used the same coating liquid as Example 8, in Table 13, Examples 9A to 9F used the same coating liquid as Example 9, in Table 14, Examples 10A to 10F used the same coating liquid as Example 10, and in Table 15, Examples 11A to 11F used the same coating liquid as Example 11.
- Experiment 4 For each example in Experiment 4, the same evaluation as in Experiment 3 was performed. In Experiment 4, samples with an inductance L1 of 0.0700 ⁇ H or more before firing and an inductance change rate of -7.5% or more were judged to be "particularly good.” The evaluation results of Experiment 4 are shown in Tables 5 to 15.
- the inductance L1 before sintering was 0.0700 ⁇ H or more
- the rate of change in inductance after sintering was -7.5%. From the results of Experiment 4, it was found that the average thickness of the unsintered insulating layer is preferably 1.5 ⁇ m or more and 220 ⁇ m or less, and the average thickness of the inorganic insulating layer is preferably 1 ⁇ m or more and 200 ⁇ m or less.
- Example 5 13 types of magnetic components (inductors) shown in Tables 16 and 17 (Examples M1 to M11 in Table 16, Comparative Examples M1 to M2 in Table 17) were manufactured using the coils manufactured in Experiment 3.
- the numbers attached to the sample numbers correspond to the sample numbers in Experiment 3. That is, in Comparative Example M1, a coil having an insulating coating of polyamideimide resin was used as in Comparative Example 1, and in Comparative Example M2, a coil having an insulating coating of polyimide resin was used as in Comparative Example 2.
- Examples M1 to M11 coils having an insulating coating containing the inorganic element M shown in Table 16 were used as in Examples 1 to 11.
- the wire diameter (average diameter of Cu wire) and the inner diameter of the coil used in each Example and Comparative Example were the same as in Experiment 3.
- Fe-Si alloy powder was used as the magnetic powder.
- the average particle size of the Fe-Si alloy powder used in Experiment 5 was 30 ⁇ m, and an insulating coating having an average thickness of 50 nm and made of a composite oxide of Si and Ti was formed on the surface of each particle.
- the above Fe-Si alloy powder was mixed with silicone resin as a binder to obtain a composite material.
- the inductance L4 ( ⁇ H) of the sintered magnetic part was measured using an LCR meter.
- the measurement frequency was set to 1 MHz.
- samples in which the inductance L4 after sintering was greater than the inductance L3 after compaction i.e., samples that satisfied L3 ⁇ L4 were judged to be "good.”
- the evaluation results of experiment 5 are shown in Tables 16 and 17.
- Examples M1 to M11 which used coils having an insulating coating (unsintered insulating layer, inorganic insulating layer) containing a specified inorganic element M, the insulation resistance between the windings due to the inorganic insulating layer was maintained even after sintering the magnetic core. Furthermore, in Examples M1 to M11, the filling rate of the magnetic powder was improved by sintering the magnetic core, so that an inductance L4 higher than the inductance L3 after molding could be obtained.
- the ratio of the Ti content to the total content of Si and Ti in the insulating layer is 2.5 at % or more and 50 at % or less.
- Insulated conductor (conductor) 2s Outermost surface 2e1, 2e2: Ends 6: Metal conductor portion 6a: Main body portion 6b: Metal coating layer 8: Insulating layer (insulating coating) 8A: Unsintered insulating layer 8B: Inorganic insulating layer 20, 20 ⁇ : Coil 100: Electronic component (magnetic component) 40 ... Magnetic core
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Abstract
Cuを含む金属導体部と、金属導体部を覆う絶縁層と、を有する絶縁被覆導線である。絶縁被覆導線における絶縁層は、Si、Ti、および酸素を含み、絶縁層におけるSiおよびTiの合計含有量に対するTi含有量の比率が、2.5at%以上50at%以下である。Cuを含む金属導体部と、金属導体部を覆う絶縁層または無機絶縁層と、を含む導線を有するコイルである。コイルにおける絶縁層は、Si、Al、Zr、Zn、Ti、Nb、Ta、B、Ni、および、Mgから選択される1種以上の無機元素Mを含有する有機物を含む。コイルにおける無機絶縁層は、無機元素Mを含有する酸化物を含む。
Description
本開示は、絶縁被覆を有する導線と、コイルと、当該コイルを含む磁性部品と、に関する。
インダクタ、トランス、チョークコイルなどの電子部品では、コイルの材料として、絶縁被覆を有する導線が用いられている。このような電子部品において、導線の絶縁被覆は、コイルにおける巻線間の絶縁性を確保する役割を有する。従来の電子部品では、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、もしくは、ウレタン樹脂などの樹脂を含む絶縁被覆を設けた導線を用いることが一般的である。たとえば、特許文献1は、エポキシ樹脂を含む絶縁被覆を形成した導線を開示しており、特許文献2では、共重合ポリアミド樹脂を含む絶縁被覆を形成した導線を開示している。
本開示は、高い耐熱性を有する絶縁被覆導線と、高い耐熱性を有するコイルと、当該コイルを含む磁性部品と、を提供する。
本開示の第1の観点に係る絶縁被覆導線は、
Cuを含む金属導体部と、前記金属導体部を覆う絶縁層と、を有し、
前記絶縁層が、Si、Tiおよび酸素を含み、
前記絶縁層におけるSiおよびTiの合計含有量に対するTi含有量の比率が、2.5at%以上50at%以下である。
Cuを含む金属導体部と、前記金属導体部を覆う絶縁層と、を有し、
前記絶縁層が、Si、Tiおよび酸素を含み、
前記絶縁層におけるSiおよびTiの合計含有量に対するTi含有量の比率が、2.5at%以上50at%以下である。
本開示の第2の観点に係る絶縁被覆導線は、
Cuを含む金属導体部と、前記金属導体部を覆う無機絶縁層と、を有し、
前記無機絶縁層が、SiおよびTiを含有する酸化物を含み、
前記無機絶縁層におけるSiおよびTiの合計含有量に対するTi含有量の比率が、2.5at%以上50at%以下である。
Cuを含む金属導体部と、前記金属導体部を覆う無機絶縁層と、を有し、
前記無機絶縁層が、SiおよびTiを含有する酸化物を含み、
前記無機絶縁層におけるSiおよびTiの合計含有量に対するTi含有量の比率が、2.5at%以上50at%以下である。
本開示の第3の観点に係るコイルは、
Cuを含む金属導体部と、前記金属導体部を覆う絶縁層と、を含む導線を有し、
前記絶縁層が、Si、Al、Zr、Zn、Ti、Nb、Ta、B、Ni、および、Mgから選択される1種以上の無機元素Mを含有する有機物を含む。
Cuを含む金属導体部と、前記金属導体部を覆う絶縁層と、を含む導線を有し、
前記絶縁層が、Si、Al、Zr、Zn、Ti、Nb、Ta、B、Ni、および、Mgから選択される1種以上の無機元素Mを含有する有機物を含む。
本開示の第4の観点に係るコイルは、
Cuを含む金属導体部と、前記金属導体部を覆う無機絶縁層と、を含む導線を有し、
前記無機絶縁層が、Si、Al、Zr、Zn、Ti、Nb、Ta、B、Ni、および、Mgから選択される1種以上の無機元素Mを含有する酸化物を含む。
Cuを含む金属導体部と、前記金属導体部を覆う無機絶縁層と、を含む導線を有し、
前記無機絶縁層が、Si、Al、Zr、Zn、Ti、Nb、Ta、B、Ni、および、Mgから選択される1種以上の無機元素Mを含有する酸化物を含む。
本開示に係る磁性部品は、第3の観点または第4の観点に係るコイルと、軟磁性材料を含む磁心と、を有し、
前記コイルが、前記磁心の内部に埋設してある。
前記コイルが、前記磁心の内部に埋設してある。
以下、本開示の一実施形態を、図面を参照しつつ説明する。以下に説明する本開示の実施形態は、本開示を説明するための例示である。本開示の実施形態に係る各種構成要素、例えば数値、形状、材料、製造工程などは、技術的に問題が生じない範囲内で改変したり変更したりすることができる。また、本開示の図面に表された形状等は、実際の形状等とは必ずしも一致しない。説明のために形状等を改変している場合があるためである。
(第1実施形態)
本実施形態の絶縁被覆導線2は、金属導体部6と、当該金属導体部6を覆う絶縁層8と、を有する線材である。絶縁被覆導線2の断面形状は、特に限定されず、絶縁被覆導線2は、円形、楕円形、矩形、正方形、もしくは、その他多角形の断面形状を有していてもよい。たとえば、図1および図2に示す丸線状の絶縁被覆導線2では、金属導体部6が、円状の断面形状を有する。なお、図1および図2は、いずれも、絶縁被覆導線2の長手方向(Y軸方向)と直交する断面を例示しており、各図におけるX軸、Y軸、およびZ軸は相互に垂直である。
本実施形態の絶縁被覆導線2は、金属導体部6と、当該金属導体部6を覆う絶縁層8と、を有する線材である。絶縁被覆導線2の断面形状は、特に限定されず、絶縁被覆導線2は、円形、楕円形、矩形、正方形、もしくは、その他多角形の断面形状を有していてもよい。たとえば、図1および図2に示す丸線状の絶縁被覆導線2では、金属導体部6が、円状の断面形状を有する。なお、図1および図2は、いずれも、絶縁被覆導線2の長手方向(Y軸方向)と直交する断面を例示しており、各図におけるX軸、Y軸、およびZ軸は相互に垂直である。
金属導体部6の平均直径Dは、図1および図2に示すような断面で計測することができる。図1および図2に示すような丸線状の絶縁被覆導線2の場合、たとえば、金属導体部6の平均直径Dは、0.1mm以上1.5mm以下であることが好ましい。なお、この平均直径Dの範囲は、絶縁被覆導線2をインダクタなどのコイルに適用する場合に好適な寸法範囲を例示したものであり、金属導体部6の寸法は、いずれの用途であっても、上記の寸法範囲に必ずしも限定されない。
金属導体部6は、電流が流れる部位であり、絶縁被覆導線2における中心的役割を担う。そのため、金属導体部6は、金属成分で構成してあり、少なくともCuを含む。たとえば、金属導体部6は、純銅、もしくは、銅合金であってもよい。金属導体部6の詳細な組成は、特に限定されないが、Cuが、金属導体部6の少なくとも50wt%を占める主成分であることが好ましく、金属導体部6におけるCuの含有率は、70wt%以上であることがより好ましい。金属導体部6が銅合金の場合、金属導体部6には、Cuに加えて、Ag、Ni、Al、Zn、Be、Sn、および、Mnなどから選択される1種以上の元素が含まれていてもよい。金属導体部6の組成は、たとえば、エネルギー分散型X線分析(EDS)、もしくは、波長分散型X線分析(WDS)により解析することができる。
絶縁層8は、金属導体部6を覆う絶縁材料からなる被覆である。金属導体部6の表面に対する絶縁層8の被覆率は、90%以上であることが好ましく、100%であることがより好ましい。当該被覆率は、図1および図2に示すような絶縁被覆導線2の長手方向と直交する断面を観察することで算出すればよい。絶縁層8は、絶縁被覆導線2の最も外側に位置し、絶縁層8の表面が、絶縁被覆導線2の最表面2sを成している。
絶縁層8の平均厚みTAveは、特に限定されない。絶縁被覆導線2をインダクタなどのコイルに適用する場合、絶縁層8の平均厚みTAveは、1μm以上220μm以下であることが好ましく、1μm以上200μm以下であることがより好ましい。インダクタなどのコイルでは、平均厚みTAveを上記の範囲に設定することで、巻線間の絶縁抵抗を高く維持しつつ、漏れ磁束の増加を抑制することができる。絶縁層8の厚みtのばらつきは、平均厚みTAveの±10%の範囲内であることが好ましく、平均厚みTAveの±5%の範囲内であることがより好ましい。換言すると、絶縁層8の厚みtの公差が、±10%の範囲内であることが好ましく、±5%の範囲内であることがより好ましい。
絶縁層8の平均厚みTAveを算出する際には、絶縁被覆導線2の断面を少なくとも10箇所、解析することが好ましく、各断面における絶縁層8の厚みtを、10箇所以上、計測することが好ましい。また、当該計測により絶縁層8の最大厚みtMAXおよび最小厚みtMINを特定し、TAve、tMAX、および、tMINに基づいて絶縁層8における厚みtの公差(%)を算出すればよい。具体的に、TAveに対するtMAXの偏差(tMAX-TAve)、および、TAveに対するtMINの偏差(tMIN-TAve)を算出し、絶対値が大きい方の偏差をTAveで割ることで、厚みの公差を算出する。つまり、「F1=(|tMAX-TAve|/TAve)×100」、および、「F2=(|tMIN-TAve|/TAve)×100」をそれぞれ算出し、F1およびF2のうち大きい方を、厚みtの公差(%)として採用する。
絶縁層8は、少なくともSi、Ti、および酸素を含む。また、絶縁層8におけるSiおよびTiの合計含有量に対するTi含有量の比率(Ti/(Si+Ti))が、2.5at%以上50at%以下であり、5.0at%以上40at%以下であることがより好ましく、7.5at%以上25at%以下であることがさらに好ましい。上記のように、絶縁層8におけるTi/(Si+Ti)比率を2.5at%以上50at%以下に設定することで、絶縁層8の厚みのばらつきを小さくすることができ、かつ、高い耐熱性が得られる。
絶縁層8は、ゾルゲル法にて形成することが好ましい。ゾルゲル法で絶縁層8を形成する場合、焼成前と、焼成後とで、金属導体部6の仕様(寸法および材質など)は変化しないが、絶縁層8の状態が変化する。本実施形態では、焼成前の絶縁層8を「未焼成絶縁層8A」と称し、焼成後の絶縁層8を「無機絶縁層8B」と称する。未焼成絶縁層8Aおよび無機絶縁層8Bは、いずれも、2.5at%≦(Ti/(Si+Ti))≦50at%を満たすが、未焼成絶縁層8Aは、有機物を含有する被覆であるのに対して、無機絶縁層8Bは、有機物を実質的に含まない酸化物の被膜である。以下、絶縁層8の形成方法の一例と共に、未焼成絶縁層8Aおよび無機絶縁層8Bの特徴について詳述する。
ゾルゲル法で絶縁層8を形成する際には、まず、液状のSi源とTi源とを混ぜ合わせて、コーティング液を調製する。
コーティング液で使用するSi源は、特に限定されないが、たとえば、アルコキシシランを用いることが好ましい。アルコキシシランとしては、モノアルコキシシラン、ジアルコキシシラン、トリアルコキシシラン、テトラアルコキシシランが例示される。モノアルコキシシランとしては、トリメチルメトキシシラン、トリメチルエトキシシラン、トリメチル(フェノキシ)シラン等が例示される。ジアルコキシシランとしては、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジイソプロピルジメトキシシラン、ジイソブチルジメトキシシラン、t-ブチルメチルジメトキシシラン、t-ブチルメチルジエトキシシラン等が例示される。トリアルコキシシランとしては、トリメトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、n-プロピルトリエトキシシラン、デシルトリメトキシシラン、デシルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン等が例示される。テトラアルコキシシランとしては、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラプロポキシシラン、テトライソプロポキシシラン等が例示される。Si源としては、1種類のアルコキシシランを用いてもよく、2種類以上のアルコキシシランを併用してもよい。
コーティング液で使用するTi源は、特に限定されないが、たとえば、チタンアルコキシド、もしくは、チタンキレートを用いることが好ましい。チタンアルコキシドとしては、チタンテトラメトキシド、チタンテトラエトキシド、チタンテトラ-n-プロポキシド、チタンテトライソプロポキシド、チタンテトラ-n-ブトキシド等が例示される。チタンキレートとしては、チタンアセチルアセトネート、チタンテトラアセチルアセトネート、チタンエチルアセトアセテート、チタンオクチレングリコレート、チタンラクテートアンモニウム塩、チタンラクテート、チタントリエタノールアミネート等が例示される。Ti源としては、1種類のチタンアルコキシドまたはチタンキレートを用いてもよく、2種類以上のチタンアルコキシドまたは/およびチタンキレートを用いてもよい。
絶縁層8におけるTi/(Si+Ti)比は、コーティング液におけるSi源とTi源の配合比により制御すればよい。なお、コーティング液の粘性を調整するために、コーティング液には、Si源およびTi源の他に、適宜、有機溶媒を添加してもよい。この場合、使用する有機溶媒は、特に限定されない。たとえば、有機溶媒として、エタノール、n-プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、アセトン、もしくは、メチルエチルケトンを用いてもよい。
次に、上記のコーティング液を用いて、ディップコーティング法により未焼成絶縁層8Aを形成する。具体的に、ディップコーティング法では、金属導体部6のみからなる線材を上記のコーティング液に浸し、その後、コーティング液から取り出した線材を乾燥させる。コーティング液に浸す前の金属導体部6のみからなる線材としては、公知の方法で製造した線材を準備すればよい。また、線材をコーティング液に浸漬する工程は、複数回、実施してもよい。未焼成絶縁層8Aの厚みtAは、コーティング液への浸漬時間、および、コーティング液への浸漬回数などによって制御できる。たとえば、コーティング液への1回あたりの浸漬時間は、1秒~300秒としてもよく、コーティング液への浸漬回数は、1回~10回としてもよい。
なお、浸漬工程を複数回実施する場合は、各浸漬の後に、乾燥処理を実施すればよく、乾燥処理の条件は、特に限定されない。たとえば、1回あたりの乾燥温度を50℃以上300℃未満に設定してもよく、1回あたりの熱乾燥時間を0.5時間~3時間に設定してもよい。
上記のディップコーティング法により、金属導体部6の表面に、未焼成絶縁層8Aが形成される。なお、未焼成絶縁層8Aの形成方法は、ディップコーティング法に限定されず、スプレーコーティング法などの他の形成方法を採用してもよい。
乾燥処理した後の未焼成絶縁層8A(図1)は、Si源およびTi源に由来する高分子化合物などの有機物を含む、乾燥ゲルの被覆である。未焼成絶縁層8Aに含まれる有機物の分子構造は、コーティング液で使用するSi源およびTi源の種類、および、乾燥の度合いなどによって変化すると考えられる。未焼成絶縁層8Aに含まれる有機物の構造解析は、困難な場合があり、分子構造は特に限定されないが、未焼成絶縁層8Aの有機物は、少なくともSiおよびTiを含む。その他に、未焼成絶縁層8Aの有機物は、有機物の一般的な構成元素であるC(炭素)、H(水素)、および、O(酸素)を含む。
ここで、「SiおよびTiを含む有機物」とは、分子鎖中に、Siを介する結合、および、Tiを介する結合が含まれる有機化合物を意味する。Siを介する結合としては、たとえば、Si-O、Si-H、Si-OH、Si-OR(Rは、有機官能基)などが挙げられる。同様に、Tiを介する結合としては、たとえば、Ti-O、Ti-H、Ti-OH、Ti-ORなどが挙げられる。前述のとおり、未焼成絶縁層8Aにおける有機物の構造解析は、容易ではないため、Siを介する結合、および、Tiを介する結合は、特に限定されないが、少なくともSi-OおよびTi-Oが、未焼成絶縁層8Aの有機物に含まれていると考えられる。
未焼成絶縁層8Aには、有機物の一部が分解することで生じる酸化物が含まれていてもよい。つまり、未焼成絶縁層8Aは、有機物と無機物とを含む複合体であってもよい。有機物の分解により生じる酸化物としては、たとえば、SiO2、TiO2、および、Si-Ti-O(SiおよびTiを含む複合酸化物)が挙げられる。
上述のとおり、SiおよびTiは、未焼成絶縁層8Aにおいて、高分子化合物の骨格中に存在していると考えられ、一部のSiおよびTiは、酸化物として存在していてもよい。未焼成絶縁層8AにおけるTi/(Si+Ti)比率は、2.5at%以上50at%以下であり、5.0at%以上40at%以下であることがより好ましく、7.5at%以上25at%以下であることがさらに好ましい。
未焼成絶縁層8AにおけるSiの含有量(at%)、Tiの含有量(at%)、および、Ti/(Si+Ti)比率は、たとえば、EDSまたはWDSを用いた点分析により算出することができる。EDSまたはWDSの点分析は、少なくとも10箇所で実施し、その平均値を算出することが好ましい。点分析で検出される元素の合計を100at%とすると、未焼成絶縁層8AにおけるSiおよびTiの合計含有量は、必ずしも限定されないが、たとえば、1at%以上10at%以下であることが好ましい。
未焼成絶縁層8Aは、CおよびHを含むが、これらの元素は、後述する焼成過程において消失する。未焼成絶縁層8Aに含まれる元素のうち、焼成で消失する元素の含有割合ROは、75wt%以上、90wt%以下であることが好ましい。未焼成絶縁層8Aにおける当該含有割合ROは、示差熱・熱重量同時測定装置(TG-DTA)を用いて算出すればよい。具体的に、TG-DTAによる解析では、未焼成絶縁層8Aを有する絶縁被覆導線2から採取した測定試料を、一定の昇温速度で、700℃まで加熱する。この際の測定試料の重量変化から、焼成で焼失する元素の含有割合ROを算出すればよい。
なお、未焼成絶縁層8Aには、B、Al、Zn、P、Ta、Nb、Bi、Ba、Ca、V、Ge、および、Teから選択される1種以上の元素が含まれていてもよい。これらの元素は、コーティング液中に意図的に添加してもよいし、不純物として未焼成絶縁層8Aに含まれていてもよい。
未焼成絶縁層8Aの平均厚みT1Aveは、必ずしも限定されないが、1.5μm以上220μm以下であることが好ましい。未焼成絶縁層8Aの厚みtAのばらつきは、平均厚みT1Aveの±10%の範囲内であることが好ましく、平均厚みT1Aveの±5%の範囲内であることがより好ましい。換言すると、未焼成絶縁層8Aの厚みtAの公差は、±10%の範囲内であることが好ましく、±5%の範囲内であることがより好ましい。
未焼成絶縁層8Aを有する絶縁被覆導線2を、所定の条件で熱処理(焼成処理)し、未焼成絶縁層8Aを焼結させることで、図2に示すような無機絶縁層8Bを有する絶縁被覆導線2が得られる。熱処理の条件は、特に限定されないが、たとえば、保持温度を300℃以上900℃以下に設定することが好ましく(より好ましくは500℃以上900℃以下)、温度保持時間を0.5時間以上10時間以下に設定することが好ましい。また、熱処理は窒素などの不活性雰囲気中で行ってもよい。
未焼成絶縁層8AにはSiおよびTiを含む有機物が存在するが、上記の熱処理により、当該有機物が分解および酸化し、SiおよびTiを含有する酸化物の被覆が形成される。つまり、有機物中のSiおよびTiは、無機絶縁層8Bに残存し、酸化物となる。その一方で、未焼成絶縁層8Aに含まれる炭素および水素などの有機物由来の元素の大半は、未焼成絶縁層8Aが酸化または/および相変化する過程で、気化し、消失する。たとえば、未焼成絶縁層8A中の炭素は、CO2ガスとなって、絶縁層中から消失する。また、未焼成絶縁層8A中の水素は、水蒸気(H2O)となって、絶縁層中から消失する。
上記のとおり、焼成後の無機絶縁層8Bは、少なくともSiおよびTiを含有する酸化物を含み、有機物を実質的に含まないことが好ましい。無機絶縁層8Bにおける有機物の含有量(残存量)は、TG-DTAを用いて解析することができる。具体的に、TG-DTAによる解析では、無機絶縁層8Bを有する絶縁被覆導線2から採取した測定試料を、一定の昇温速度で、700℃まで加熱する。そして、300℃~700℃の温度範囲における測定試料の重量変化から有機物の含有量を算出すればよい。たとえば、300℃での試料重量を基準として、300℃から700℃までの温度範囲における試料重量の変化率が、±3%の範囲内(つまり、-3%以上、+3%以下の範囲内)である場合は、無機絶縁層8Bが「有機物を実質的に含まない」と判断してよい。
絶縁層8におけるTi/(Si+Ti)比率は、焼成の前後で殆ど変化しないため、無機絶縁層8BにおけるTi/(Si+Ti)比率は、2.5at%以上50at%以下であり、5.0at%以上40at%以下であることがより好ましく、7.5at%以上25at%以下であることがさらに好ましい。
また、無機絶縁層8Bは、Si、Ti、および酸素以外のその他の元素が含まれていてもよい。その他の元素としては、たとえば、B、Al、Zn、P、Ta、Nb、Bi、Ba、Ca、V、Ge、および、Teなどが挙げられる。無機絶縁層8Bに含まれる酸素を除く元素の合計含有量を100at%とすると、無機絶縁層8BにおけるSiおよびTiの合計含有量は、70at%以上であることが好ましく、80at%以上であることがより好ましい。
無機絶縁層8BにおけるSiの含有量(at%)、Tiの含有量(at%)、および、Ti/(Si+Ti)比率は、未焼成絶縁層8Aの解析と同様に、EDSまたはWDSを用いた点分析により算出することができる。EDSまたはWDSの点分析は、少なくとも10箇所で実施し、その平均値を算出することが好ましい。
なお、無機絶縁層8Bは、粒状物または/および繊維状物質が堆積したような様態ではなく、緻密性や均質性の高い被膜であることが好ましい。たとえば、無機絶縁層8Bでは、SiおよびTiが、局所的に偏在することなく、一様に分布していることが好ましく、Siの存在箇所とTiの存在箇所とが重複していることが好ましい。無機絶縁層8BにおけるSiおよびTiの分布は、たとえば、EDSまたはWDSを用いたマッピング分析により確認することができる。当該分析で得られるマッピング像では、測定対象元素(Si,Ti)の濃度が、検出ピーク(各測定点で検出された特性X線のピーク)の積分強度に応じた輝度として表されており、測定対象元素が偏在しているか否かを目視で確認できる。また、マッピング分析で得られる輝度もしくは積分強度のデータを母集団として、その母集団の平均値、標準偏差、および変動係数(標準偏差/平均値)などを算出することで、測定対象元素の分布を定量的に評価することができる。たとえば、無機絶縁層8Bにおいては、Si分布の変動係数、および、Ti分布の変動係数が、いずれも、0.5以下であることが好ましい。
上記のとおり、無機絶縁層8Bでは、SiおよびTiを含む酸化物が主相であって、当該主相が均質に分散していることが好ましい。たとえば、無機絶縁層8Bにおける主相の面積割合は、80%以上であることが好ましく、90%以上であることがより好ましい。換言すると、無機絶縁層8Bの断面において、主相以外のその他の相の合計面積割合は、20%以下であることが好ましく、10%以下であることがより好ましい。その他の相とは、SiおよびTiを含む酸化物とは組成が異なる酸化物、残留炭素などが挙げられる。なお、上述した各面積割合は、SEMや光学顕微鏡等で無機絶縁層8Bの断面を解析することで算出すればよく、断面解析時の視野範囲は、たとえば、100×100μm2~500×500μm2としてもよい。
無機絶縁層8Bの平均厚みT2Aveは、必ずしも限定されないが、1μm以上200μm以下であることが好ましい。また、未焼成絶縁層8Aの厚みtBの公差は、±10%の範囲内であることが好ましく、±5%の範囲内であることがより好ましい。
絶縁被覆導線2の用途は、特に限定されないが、絶縁被覆導線2は、インダクタ、トランス、チョークコイルなどの電子部品用のコイルとして特に好適に用いることができる。たとえば、図3が、絶縁被覆導線2からなるコイル20を例示した斜視図である。
図3のコイル20は、絶縁被覆導線2が、Z軸に沿って螺旋状に巻回してある構造を有している。図3のコイル20では、整列多層巻きの巻回方式が採用されているが、絶縁被覆導線2の巻回方式は、特に限定されない。たとえば、一層整列巻き、不均等巻き、斜行巻き、または、スペース巻きなどの巻回方式を採用してもよい。コイル20における絶縁被覆導線2の巻き数は、特に限定されず、所望のコイル特性に応じて適宜決定すればよい。たとえば、絶縁被覆導線2の巻き数は、0.5ターン~100ターンとしてもよい。また、絶縁被覆導線2が多層巻きしてある場合、巻線の層数は、特に限定されず、たとえば、2~10層としてもよい。
コイル20では、絶縁被覆導線2の端部2e1,2e2が、それぞれ、巻回部分からX軸方向の外側に向かって引き出されている。この端部2e1,2e2には、それぞれ、図示しない外部端子が接続可能であり、端部2e1,2e2では、絶縁層8が部分的に除去されて金属導体部6が露出した領域が存在していてもよい。なお、端部2e1,2e2の形状や引出方向は、特に限定されない。
コイル20を製造する際には、絶縁層8を形成してから絶縁被覆導線2を所定の方式で巻回してもよい。もしくは、金属導体部6のみからなる線材をコイル状に巻回した後に、ディップコーティング法等により金属導体部6の表面に未焼成絶縁層8Aを形成してもよい。絶縁層8を形成してから絶縁被覆導線2を巻回する場合、絶縁層8を焼成する前に絶縁被覆導線2を巻回してもよいし、絶縁層8を焼成した後で絶縁被覆導線2を巻回してもよい。つまり、未焼成絶縁層8Aを有する絶縁被覆導線2を巻回してコイル形状を形成してもよいし、焼成後の無機絶縁層8Bを有する絶縁被覆導線2を巻回してコイル形状を形成してもよい。
図3に示すようなコイル20は、いずれも、空芯コイルとして回路に組み込んでもよいし、磁心と組み合わせて使用してもよい。コイル20を、磁心を擁する電子部品に適用する場合、非磁性材料からなるボビンに絶縁被覆導線2を巻回することでコイル20を構成し、ボビンと磁心とを組み合わせてもよい。また、コイル20の内周壁内に磁心を挿入してもよいし、磁心の外面に絶縁被覆導線2を巻回することでコイル20を構成してもよい。さらに、コイル20は、磁性粉末と樹脂とを含む圧粉磁心の内部に埋設して使用してもよい。特に、絶縁被覆導線2が高い耐熱性を有するため、コイル20は、焼結体からなる磁心の内部に埋設することができる。たとえば、図4が、コイル20を含む電子部品の一例を示す断面図である。
図4に示す電子部品100は、磁心40と、磁心の内部に存在するコイル20と、図示しない外部端子とを有する。磁心40は、磁性粉末の焼結体であり、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、もしくは、シリコーン樹脂のような樹脂成分を含まない。磁心40の形状および寸法は特に限定されない。また、磁心40の磁性粉末も、特に限定されず、たとえば、軟磁性金属粉末を用いることが好ましい。軟磁性金属粉末としては、たとえば、Fe-Ni合金粉、Fe-Si合金粉、Fe-Si-Cr合金粉、Fe-Co合金粉、Fe-Si-Al合金粉、Fe基アモルファス合金粉、および、Fe基ナノ結晶合金粉などが挙げられる。磁性粉末の粒度は特に限定されず、たとえば、磁性粉末の平均粒径は、1μm以上100μm以下としてもよい。
磁性粉末が上記のような軟磁性金属粒子で構成してある場合、各軟磁性金属粒子の表面には、金属表面の酸化による被膜や、無機化合物を含むコーティング層などの絶縁被膜が形成してあってもよい。この場合、隣接する軟磁性金属粒子が、絶縁被膜を介して互いに接しているか、Si系酸化物を含む粒界相を介して接合している。換言すれば、粒子間には樹脂などの有機物成分が介在しない。軟磁性金属粒子の表面に形成する絶縁被膜の平均厚みは、特に限定されず、たとえば、5nm以上200nm以下としてもよい。
なお、磁心40の磁性粉末は、粒子の組成、または/および、粒径が異なる2種以上の粒子群を含む混合粉であってもよい。たとえば、粒径が25μm以上であるFe-Si合金粒子と、粒径が5μm未満である純Fe粒子とを混ぜ合わせた磁性粉末を用いてもよい。
電子部品100では、コイル20が、焼結体よりなる磁心40の内部に存在しており、コイル20の周囲が焼結した磁性粉末で覆われている。なお、焼結した磁性粉末は、コイル20の周囲のみならず、コイル20の巻線間においても存在していてもよい。このように、コイル20が焼結体の内部に存在する場合、絶縁被覆導線2では、絶縁層8が、焼結後の無機絶縁層8Bとして存在する。つまり、磁心40の内部において、コイル20の巻線間(Z方向で隣接する金属導体部6の間)は、無機絶縁層8Bにより絶縁されている。
また、コイル20を構成している絶縁被覆導線2の端部2e1,2e2は、それぞれ、磁心40の内部から磁心40の外面に引き出されており、磁心40の外面に存在する外部端子に対して電気的に接続してある。端部2e1,2e2と外部端子の接続部分では、局所的に無機絶縁層8Bが除去してあり、金属導体部6と外部端子とが直に接触している。
電子部品100の製造方法は特に限定されない。たとえば、磁心40はプレス成形で製造してもよい。まず、成形用金型のキャビティ内にコイル20を設置する。そして、磁性粉末とバインダとを混ぜ合わせた複合材をキャビティ内に充填し、所定の圧力でキャビティ内を加圧する。その後、コイル20が埋設してある成形体を、焼成することで、コイル20を含む焼結体として磁心40が得られる。焼成の条件は、磁性粉末が焼結する条件に設定すればよく、特に限定されない。例えば、焼成温度を500℃以上900℃以下とし、焼成時間を0.5時間~10時間としてもよい。なお、焼成の前には、脱バインダ処理を実施してもよい。
なお、電子部品100の製造では、無機絶縁層8Bを有するコイル20を成形体中に埋設してもよい。もしくは、未焼成絶縁層8Aを有するコイル20を成形体中に埋設し、磁心40の焼成と同時に未焼成絶縁層8Aを焼成してもよい。生産効率の観点では、後者のように、磁心40の焼成時に絶縁層8を焼成させることが好ましい。いずれにせよ、焼結後の磁心40の内部では、コイル20の無機絶縁層8Bは、有機物を実質的に含まない。
ここで、一般に焼結体よりなる磁心は、磁性粉末と樹脂とを含む圧粉磁心よりも高密度である。そのため、磁性粉末と樹脂とを含む圧粉磁心よりも焼結体よりなる磁心の方が高透磁率であることがほとんどである。
しかし、樹脂(たとえば、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、もしくは、ウレタン樹脂など)を含む絶縁被膜を擁する従来の導線でコイルを形成した場合、上記のように磁心を焼結させると、コイル表面の絶縁被膜が焼失してしまう。もしくは、コイル表面の絶縁被膜中の樹脂が炭化することで、絶縁被膜の電気抵抗が著しく低下してしまう。その結果、コイルにおける導線間の絶縁性が損なわれてしまう。つまり、コイルの巻線間が短絡し、コイルにおける導線の巻き数が減少してしまう。その結果、磁心を焼結させても、インダクタンスが低下してしまう。これに対して、絶縁被覆導線2からなるコイル20を使用した場合、磁心40の焼成過程で絶縁層8が高い耐熱性を有する無機絶縁層8Bとなるため、磁心40を焼成した後においても、コイル20における巻線間の絶縁性を維持することができる。つまり、電子部品100においては、「高透磁率を有する焼結体よりなる磁心40」と「巻線間の絶縁性を維持したコイル20」とが両立している。また、コイル20の周囲および巻線間に存在する磁性粉末と、導線2の金属導体部6とが接触することを抑制できる。このように、コイル20が高い耐熱性を有するため、コイル20を埋設した状態で、磁心40を焼結させることができ、磁心40を焼結することで、磁心40における磁性粉末の充填率が向上する。その結果、電子部品100は、磁性粉末と樹脂とを含む圧粉磁心からなる電子部品よりも、高いインダクタンスを得ることができる。
(第1実施形態のまとめ)
本実施形態の絶縁被覆導線2は、Cuを含む金属導体部6と、金属導体部6を覆う絶縁層8と、を有する。絶縁層8は、Si、Ti、および酸素を含み、絶縁層8におけるSiおよびTiの合計含有量に対するTi含有量の比率(Ti/(Si+Ti))が、2.5at%以上50at%以下である。
本実施形態の絶縁被覆導線2は、Cuを含む金属導体部6と、金属導体部6を覆う絶縁層8と、を有する。絶縁層8は、Si、Ti、および酸素を含み、絶縁層8におけるSiおよびTiの合計含有量に対するTi含有量の比率(Ti/(Si+Ti))が、2.5at%以上50at%以下である。
絶縁層8は、ゾルゲル法により形成され、焼成の前後で、Ti/(Si+Ti)は、殆ど変動しない。つまり、絶縁層8を焼成させた後の状態の絶縁被覆導線2は、Cuを含む金属導体部6と、金属導体部6を覆う無機絶縁層8Bと、を有する。無機絶縁層8Bは、SiおよびTiを含有する酸化物を含み、無機絶縁層8BにおけるSiおよびTiの合計含有量に対するTi含有量の比率(Ti/(Si+Ti))が、2.5at%以上50at%以下である。
絶縁層8(8A,8B)が、2.5at%≦(Ti/(Si+Ti))≦50at%を満たすことで、絶縁層8の均一性を向上させることができる。また、絶縁層8(8A,8B)が、2.5at%≦(Ti/(Si+Ti))≦50at%を満たすことで、500℃以上の高温で加熱した後においても、絶縁層8により高い絶縁抵抗が得られる。つまり、絶縁被覆導線2が所定のTi/(Si+Ti)を満たす絶縁層8(8A,8B)有することで、高い耐熱性が得られる。
絶縁被覆導線2では、絶縁層8の平均厚みTAveが1μm以上220μm以下であることが好ましい。特に、焼成後の無機絶縁層8Bの平均厚みT2Aveが、1μm以上200μm以下であることが好ましい。上記の平均厚みを満たすことで、絶縁被覆導線2の耐熱性がさらに向上する。また、絶縁被覆導線2をインダクタなどのコイルに適用する場合、上記の平均厚みを満たすことで、コイル断面において、導体(金属導体部6)の占積率を十分に確保することができる。その結果、漏れ磁束の増加によるインダクタンスの低下を抑制できる。
(第2実施形態)
以下、本開示の一実施形態を、図面を参照しつつ説明する。特に記載のない事項については、第1実施形態と同様である。
以下、本開示の一実施形態を、図面を参照しつつ説明する。特に記載のない事項については、第1実施形態と同様である。
本実施形態のコイル20は、図3に示すように、Z軸に沿って螺旋状に巻回してある導線2を有する。導線2が第1実施形態の絶縁被膜導線2であってもよい。また、導線2の一部の構成が第1実施形態の絶縁被膜導線2の一部の構成と同様であってもよい。
図3のコイル20を構成する導線2は、丸線であり、図1および図2に示すように、円形の断面形状を有する。ただし、導線2の形状は特に限定されず、導線2は、楕円形、矩形、正方形、もしくは、その他多角形の断面形状を有していてもよい。
図1および図2に示すように、導線2は、金属導体部6と、当該金属導体部6を覆う絶縁被覆(8A,8B)と、を有する。絶縁被膜(8A、8B)が第1実施形態の絶縁層8であってもよい。また、絶縁被膜(8A、8B)の一部の構成が第1実施形態の絶縁層8の一部の構成と同様であってもよい。
絶縁被覆(8A,8B)は、所定の無機元素Mを含む絶縁材料を含む。具体的に、無機元素Mは、Si、Al、Zr、Zn、Ti、Nb、Ta、B、Ni、および、Mgから選択される1種以上の元素である。絶縁材料に含まれる無機元素Mの種類数は、特に限定されず、たとえば、1種~3種としてもよい。また、絶縁材料の無機元素Mは、酸化物と成った後の室温での分解性が極めて低いこと、および、高絶縁性の観点から、Si、Al、Zr、Zn、Ti、Nb、Ta、およびBから選択される1種以上の元素であることが好ましい。
導線2の絶縁被覆(8A,8B)は、ゾルゲル法にて形成される。ゾルゲル法で絶縁被覆を形成する場合、焼成前と、焼成後とで、金属導体部6の仕様(寸法および材質など)は変化しないが、絶縁被覆の状態が変化する。本実施形態では、焼成前の絶縁被覆を「未焼成絶縁層8A」と称し、焼成後の絶縁被覆を「無機絶縁層8B」と称する。未焼成絶縁層8Aでは、無機元素Mが有機物中に含有されているのに対して、無機絶縁層8Bは、無機元素Mで構成される酸化物を含む。以下、絶縁被覆の形成方法の一例と共に、未焼成絶縁層8Aおよび無機絶縁層8Bの特徴について詳述する。
ゾルゲル法で絶縁被覆を形成する際には、まず、無機元素Mを含む原料を用いて、コーティング液を調製する。無機元素Mを含む原料としては、焼成処理後に酸化物となる液状の有機化合物を使用してもよい。このような有機化合物としては、たとえば、アルコキシド、および、キレート化合物などが挙げられる。以下、無機元素Mを含む有機化合物について例示する。
無機元素MとしてSiを含む場合のSi源は第1実施形態と同様である。
無機元素MとしてTiを含む場合のTi源は第1実施形態と同様である。
無機元素MとしてZrを含む場合のZr源としては、ジルコニウムテトラメトキシド、ジルコニウムテトラエトキシド、ジルコニウムテトラ-n-プロポキシド、ジルコニウムテトライソプロポキシド、ジルコニウムテトラ-n-ブトキシド等のジルコニウムアルコキシドが例示される。コーティング液にZr源を添加する場合、1種類のジルコニウムアルコキシドを用いてもよく、2種類以上のジルコニウムアルコキシドを併用してもよい。
無機元素MとしてAlを含む場合のAl源としては、アルミニウムエトキシド、アルミニウムイソプロポキシド、アルミニウムセカンダリ-ブトキシドなどのアルミニウムアルコキシド、および、アルミニウムトリスアセチルアセトネート、アルミニウムトリスエチルアセトアセテート、アルミニウムモノアセチルアセトネートビス(エチルアセトアセテート)などのアルミニウムキレートが例示される。コーティング液にAl源を添加する場合、1種類のアルミニウムアルコキシドまたはアルミニウムキレートを用いてもよく、2種類以上のアルミニウムアルコキシドまたは/およびアルミニウムキレートを併用してもよい。
無機元素Mとして上記の元素以外の元素を含む場合について説明する。Zn源としてはジンクエトキシドなどのジンクアルコキシドを用いてもよく、Nb源としてはペンタエトキシニオブなどのニオブアルコキシドを用いてもよく、Ta源としてはペンタエトキシタンタルなどのタンタルアルコキシドを用いてもよく、B源としてはトリブトキシボランなどのホウ酸アルコキシドを用いてもよく、Ni源としてはニッケルジエトキシドなどのニッケルアルコキシドを用いてもよく、Mg源としてはマグネシウムジエトキシドなどのマグネシウムアルコキシドを用いてもよい。上記のような、Zn源、Nb源、Ta源、B源、Ni源、もしくはMg源をコーティング液に添加する場合においても、2種以上のアルコキシドまたは/およびキレート化合物を併用してもよい。
なお、コーティング液の粘性を調整するために、コーティング液には、上述した無機元素Mを含む原料の他に、適宜、有機溶媒を添加してもよい。最終的に生成する無機絶縁層8Bの組成、および、絶縁被覆(8A,8B)における無機元素Mの含有量は、コーティング液における原料(無機元素Mを含む原料)の配合比により制御すればよい。
次に、上記のコーティング液を用いて、たとえば、ディップコーティング法により未焼成絶縁層8Aを形成する。コーティング液に浸す前の金属導体部6のみからなる線材は、公知の方法で製造してもよいし、市販品を購入して準備してもよい。金属導体部6のみからなる導線は、コイル形状に加工する前にコーティング液に浸漬させてもよい。もしくは、金属導体部6のみからなる線材を予めコイル状に巻回した後で、コイル状の線材をコーティング液に浸漬してもよい。
未焼成絶縁層8Aの厚みtA、および、無機絶縁層8Bの厚みtBは、コーティング液への浸漬時間、および、コーティング液への浸漬回数などによって制御できる。
乾燥処理した後の未焼成絶縁層8A(図1)は、原料の有機化合物に由来する高分子化合物などの有機物を含む、乾燥ゲルの被覆である。未焼成絶縁層8Aに含まれる有機物の分子構造は、コーティング液で使用する原料(有機化合物)の種類、および、乾燥の度合いなどによって変化すると考えられる。未焼成絶縁層8Aに含まれる有機物の構造解析は、困難な場合があり、分子構造は特に限定されないが、未焼成絶縁層8Aの有機物は、少なくとも無機元素Mを含む。無機元素Mは、前述のとおり、Si、Al、Zr、Zn、Ti、Nb、Ta、B、Ni、および、Mgから選択される1種以上の元素であり、好ましくは、Si、Al、Zr、Zn、Ti、Nb、Ta、およびBから選択される1種以上の元素である。なお、未焼成絶縁層8Aの有機物は、無機元素Mの他に、有機物の一般的な構成元素であるC(炭素)、H(水素)、および、O(酸素)を含む。
ここで、「無機元素Mを含む有機物」とは、分子鎖中に、無機元素Mを介する結合が含まれる有機化合物を意味する。つまり、無機元素Mが、有機化合物中の分子骨格中に存在しており、無機元素Mを介する結合としては、たとえば、M-O、M-H、M-OH、M-OR(Rは、有機官能基)などが挙げられる。前述のとおり、未焼成絶縁層8Aにおける有機物の構造解析は、容易ではないため、無機元素Mを介する結合は、特に限定されないが、少なくともM-Oが、未焼成絶縁層8Aの有機物に含まれていると考えられる。
未焼成絶縁層8Aには、有機物の一部が分解することで生じる酸化物が含まれていてもよい。有機物の分解により生じる酸化物とは、無機元素Mを含む酸化物(M-OX)である。つまり、未焼成絶縁層8Aは、有機物と無機化合物とを含む複合体であってもよい。
上述のとおり、無機元素Mは、未焼成絶縁層8Aにおいて、高分子化合物の骨格中に存在していると考えられ、一部の無機元素Mは、酸化物として存在していてもよい。未焼成絶縁層8Aに含まれる無機元素Mは、EDSまたはWDSを用いた点分析により特定することができる。EDSまたはWDSの点分析は、未焼成絶縁層8Aの断面において、少なくとも10箇所で実施し、その平均値を算出することが好ましい。点分析で検出される元素の合計を100at%とすると、未焼成絶縁層8Aにおける無機元素Mの合計含有量は、必ずしも限定されないが、たとえば、1at%以上10at%以下であることが好ましい。
未焼成絶縁層8Aの平均厚みT1Aveは、必ずしも限定されないが、1.5μm以上220μm以下であることが好ましい。未焼成絶縁層8Aの厚みtAのばらつきは、平均厚みT1Aveの±10%の範囲内であることが好ましく、平均厚みT1Aveの±5%の範囲内であることがより好ましい。換言すると、未焼成絶縁層8Aの厚みtAの公差が、±10%の範囲内であることが好ましく、±5%の範囲内であることがより好ましい。
未焼成絶縁層8Aの平均厚みT1Aveを算出する際には、導線2の断面を少なくとも10箇所、解析することが好ましく、未焼成絶縁層8Aの厚みtAを、各断面において10箇所以上、計測することが好ましい。また、当該計測により未焼成絶縁層8Aの最大厚みt1MAXおよび最小厚みt1MINを特定し、T1Ave、t1MAX、および、t1MINに基づいて未焼成絶縁層8Aにおける厚みtAの公差(%)を算出すればよい。具体的に、T1Aveに対するt1MAXの偏差(t1MAX-T1Ave)、および、T1Aveに対するt1MINの偏差(t1MIN-T1Ave)を算出し、絶対値が大きい方の偏差をT1Aveで割ることで、厚みtAの公差を算出する。つまり、「F1=(|t1MAX-T1Ave|/T1Ave)×100」、および、「F2=(|t1MIN-T1Ave|/T1Ave)×100」をそれぞれ算出し、F1およびF2のうち大きい方を、厚みtAの公差(%)として採用する。
導線2をコイル状に加工する前(導線2を巻回する前)に未焼成絶縁層8Aを形成した場合には、未焼成絶縁層8Aを熱処理により焼結させてから導線2を巻回してもよいし、導線2を巻回した後で、熱処理により未焼成絶縁層8Aを焼結させてもよい。
未焼成絶縁層8Aには無機元素Mを含む有機物が存在するが、熱処理により、当該有機物が分解および酸化し、無機元素Mを含有する酸化物の被覆が形成される。つまり、有機物中の無機元素Mは、無機絶縁層8Bに残存し、酸化物となる。
上記のとおり、焼成後の無機絶縁層8Bは、少なくとも無機元素Mを含有する酸化物を含み、有機物を実質的に含まないことが好ましい。
無機絶縁層8Bの酸化物を構成する無機元素Mは、前述のとおり、Si、Al、Zr、Zn、Ti、Nb、Ta、B、Ni、および、Mgから選択される1種以上の元素であり、室温での分解性が極めて低いこと、および、高絶縁性を維持できるという観点から、Si、Al、Zr、Zn、Ti、Nb、Ta、およびBから選択される1種以上の元素であることが好ましい。無機絶縁層8Bには、上記の酸化物の他に、炭化物、窒化物、および、不可避不純物などが含まれていてもよいが、無機絶縁層8Bにおける酸化物の含有割合が50モル%以上であることが好ましく、75モル%以上であることがより好ましい。
無機絶縁層8Bにおいて、無機元素Mを含む酸化物は、簡易式「M-OX」で表すこととする。無機絶縁層8Bに含まれる酸素を除く元素の合計含有量を100at%とすると、無機絶縁層8Bにおける無機元素Mの合計含有量は、50at%以上であることが好ましく、75at%以上であることがより好ましい。
なお、無機絶縁層8Bには、P、Bi、Ba、Ca、V、Ge、および、Teから選択される1種以上の元素が含まれていてもよい。これらの元素は、無機絶縁層8Bに意図的に添加してあってもよいし、不純物として無機絶縁層8Bに含まれていてもよい。
無機絶縁層8Bの酸化物は、特に、無機元素MとしてSiを含むことがより好ましい。無機絶縁層8Bの酸化物がSiを含む場合、Siの他に、1種または2種の無機元素Mがさらに含まれていてもよい。Siと共に添加される無機元素Mとしては、Ti、B、およびAlから選択される1種以上であることが好ましく、たとえば、無機絶縁層8Bの酸化物が、Si-Ti-OX、Si-B-OX、もしくは、Si-B-Al-OXであることが好ましい。
無機絶縁層8Bの酸化物がSi-Ti-OXである場合、無機絶縁層8BにおけるSiおよびTiの合計含有量に対するTiの含有量の比が、2.5at%以上50at%以下であることが好ましく、5.0at%以上40at%以下であることがより好ましく、7.5at%以上25at%以下であることがさらに好ましい。SiおよびTiの合計含有量に対するTiの含有量の比を、2.5at%以上とすることで、無機絶縁層8Bの電気抵抗をより向上させることができる。また、SiおよびTiの合計含有量に対するTiの含有量の比を、50at%以下とすることで、Si-O骨格へTiを効率的に取り込むことができる。
無機絶縁層8Bの酸化物がSi-B-OXである場合、無機絶縁層8BにおけるSiおよびBの合計含有量に対するBの含有量の比が、1at%以上20at%以下であることが好ましく、5at%以上15at%以下であることがより好ましい。SiおよびBの合計含有量に対するBの含有量の比を上記範囲とすることで、導線2を300℃以上の高温環境に曝した際に、絶縁被覆において部分的に軟化する箇所が発生し、金属導体部6と絶縁被覆との間に生じる熱応力を緩和させることができる。
無機絶縁層8Bの酸化物がSi-B-Al-OXである場合、無機絶縁層8BにおけるSi、B、およびAlの合計含有量に対するBの含有量の比が、1at%以上20at%以下であることが好ましく、5at%以上15at%以下であることがより好ましい。また、無機絶縁層8BにおけるSi、B、およびAlの合計含有量に対するAlの含有量の比が、0.5at%以上5at%以下であることが好ましく、1at%以上3at%以下であることがより好ましい。Si-B-Al-OXにおけるBの含有量または/およびAlの含有量を上記の範囲に設定することで、導線2を300℃以上の高温環境に曝した際に、絶縁被覆において部分的に軟化する箇所が発生し、金属導体部6と絶縁被覆との間に生じる熱応力を緩和させることができる。
無機絶縁層8Bにおける酸化物の組成、および、無機元素Mの含有量は、たとえば、EDSまたはWDSを用いた点分析により算出することができる。EDSまたはWDSの点分析は、無機絶縁層8Bの断面において少なくとも10箇所で実施し、その平均値を算出することが好ましい。なお、無機絶縁層8Bにおける酸化物の組成は、コーティング液における原料(アルコキシドやキレート化合物などの有機化合物)の配合比に基づいて制御すればよい。
なお、無機絶縁層8Bは、粒状物または/および繊維状物質が堆積したような様態ではなく、緻密性や均質性の高い被膜であることが好ましい。たとえば、無機絶縁層8Bでは、酸化物を構成する無機元素Mおよび酸素が、局所的に偏在することなく、一様に分布していることが好ましい。また、無機絶縁層8Bの酸化物が、2種以上の無機元素Mを含む場合は、各無機元素Mの存在箇所が重複していることが好ましい。
無機絶縁層8Bにおける無機元素Mおよび酸素の分布は、たとえば、EDSまたはWDSを用いたマッピング分析により確認することができる。当該分析で得られるマッピング像では、測定対象元素(無機元素M、酸素)の濃度が、検出ピーク(各測定点で検出された特性X線のピーク)の積分強度に応じた輝度として表されており、測定対象元素が偏在しているか否かを目視で確認できる。また、マッピング分析で得られる輝度もしくは積分強度のデータを母集団として、その母集団の平均値、標準偏差、および変動係数(標準偏差/平均値)などを算出することで、測定対象元素の分布を定量的に評価することができる。たとえば、無機絶縁層8Bにおいては、各無機元素Mに関する分布の変動係数、および、酸素分布の変動係数が、いずれも、0.5以下であることが好ましい。
上記のとおり、無機絶縁層8Bでは、無機元素Mを含む酸化物が主相であって、当該主相が均質に分散していることが好ましい。
無機絶縁層8Bの平均厚みT2Aveは、必ずしも限定されないが、1μm以上200μm以下であることが好ましい。無機絶縁層8Bの平均厚みT2Aveを1μm以上に設定することで、被覆の絶縁性をより向上させることができる。また、無機絶縁層8Bの平均厚みT2Aveを200μm以下に設定することで、コイル20の断面における金属導体部6の占積率を十分に確保することができ、漏れ磁束増加に伴うインダクタンスの低下を抑制することができる。
また、無機絶縁層8Bの厚みtBのばらつきは、平均厚みT2Aveの±10%の範囲内であることが好ましく、平均厚みT2Aveの±5%の範囲内であることがより好ましい。換言すると、無機絶縁層8Bの厚みtBの公差が、±10%の範囲内であることが好ましく、±5%の範囲内であることがより好ましい。無機絶縁層8Bの平均厚みT2Ave、および、無機絶縁層8Bの厚みtBの公差は、未焼成絶縁層8Aと同様の方法で算出すればよい。
本実施形態のコイル20は、磁性粉末と樹脂とを含む圧粉磁心の内部に埋設して使用してもよい。ただし、本実施形態のコイル20は、高い耐熱性を有するため、コイル20は、特に、焼結体からなる磁心の内部に埋設して使用することが好ましい。たとえば、図4が、コイル20を含む磁性部品の一例を示す断面図である。
図4に示す磁性部品100は、磁心40と、磁心40の内部に存在するコイル20と、図示しない外部端子と、を有する。磁性部品100が第1実施形態の電子部品100であってもよい。また、磁性部品100の一部の構成が第1実施形態の電子部品100の一部の構成と同様であってもよい。
本実施形態のコイル20を使用する場合、コイル20を埋設した状態で、磁心40を焼結させることができ、磁心40を焼結することで、磁心40における磁性粉末の充填率が向上する。その結果、磁心40の透磁率が大幅に向上するため、磁性部品100では、磁性粉末と樹脂とを含む圧粉磁心からなる従来の磁性部品よりも、高いインダクタンスを得ることができる。なお、図4に示す磁性部品100は、インダクタとして様々な回路で使用することができる。
(第2実施形態のまとめ)
本実施形態のコイル20は、巻回された導線2を有し、当該導線2が、Cuを含む金属導体部6と、前記金属導体部を覆う絶縁被覆と、を有する。コイル20の表面に存在する絶縁被覆は、焼成の前後で、未焼成絶縁層8Aと、無機絶縁層8Bとに区別できる。
本実施形態のコイル20は、巻回された導線2を有し、当該導線2が、Cuを含む金属導体部6と、前記金属導体部を覆う絶縁被覆と、を有する。コイル20の表面に存在する絶縁被覆は、焼成の前後で、未焼成絶縁層8Aと、無機絶縁層8Bとに区別できる。
焼成前の絶縁被覆である未焼成絶縁層8Aは、Si、Al、Zr、Zn、Ti、Nb、Ta、B、Ni、および、Mgから選択される1種以上の無機元素Mを含有する有機物を含む。上記のような未焼成絶縁層8Aを有するコイル20を、300℃以上の温度で加熱すると、金属導体部6の表面に無機元素Mを含む酸化物の被覆(無機絶縁層8B)が形成される。つまり、未焼成絶縁層8Aを有するコイル20では、焼成前のみならず焼成後においても、巻線間の絶縁性を維持することができる。その結果、未焼成絶縁層8Aを有するコイル20では、焼成後において高いインダクタンスを得ることができる。
未焼成絶縁層8Aの有機物は、無機元素Mとして、Si、Al、Zr、Zn、Ti、Nb、Ta、およびBから選択される少なくとも1種を含むことが好ましい。コイル20が上記の要件を満たすことで、焼成後に、室温で分解が極めて発生しづらい安定的な酸化物の被覆が得られ、巻線間の絶縁性をより長期間維持できる。
未焼成絶縁層8Aの平均厚みT1Aveは、1.5μm以上220μm以下であることが好ましい。未焼成絶縁層8Aが上記の平均厚みT1Aveを有することで、コイル20の耐熱性をより向上させることができる。
焼成後の絶縁被覆である無機絶縁層8Bは、Si、Al、Zr、Zn、Ti、Nb、Ta、B、Ni、および、Mgから選択される1種以上の無機元素Mを含有する酸化物を含む。上記のような無機絶縁層8Bは、高い電気抵抗を有しており、巻線間が短絡することを防止できる。すなわち、無機絶縁層8Bを有するコイル20は、高い耐熱性を有する。
無機絶縁層8Bの酸化物は、無機元素Mとして、Si、Al、Zr、Zn、Ti、Nb、Ta、およびBから選択される少なくとも1種を含むことが好ましい。コイル20が上記の要件を満たすことで、室温において被覆中の酸化物が分解し難く、巻線間の絶縁性をより長期間維持できる。
無機絶縁層8Bの平均厚みT2Aveは、1μm以上200μm以下であることが好ましい。無機絶縁層8Bが上記の平均厚みT2Aveを有することで、コイル20の耐熱性をより向上させることができる。また、コイル20の断面における金属導体部6の占積率を十分に確保することができ、漏れ磁束増加に伴うインダクタンスの低下を抑制することができる。
上記のとおりコイル20が高い耐熱性を有するため、コイル20を磁性部品に適用する場合、コイル20を内包する磁心40を焼結させることができる。たとえば、図3に示す磁性部品100では、無機絶縁層8Bを有するコイル20が、焼結した磁心40の内部に存在する。磁性部品100では、巻線間の絶縁性を維持しつつ、磁性粉末の充填率を、磁性粉末と樹脂とを含む圧粉磁心よりも向上させることができる。その結果、磁心40の透磁率が大幅に向上するため、磁性部品100では、従来よりも高いインダクタンスを得ることができる。
以上、本開示の実施形態について説明してきたが、本開示は、上述した実施形態に何等限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲内において種々に改変することができる。また、以下の記載の「絶縁被膜導線」は「導線」に読み替えてもよく、「絶縁層8」は「絶縁被膜(8A,8B)」に読み替えてもよい。
たとえば、前述のとおり、絶縁被覆導線の断面形状は特に限定されず、図5Aに示す平角線状の絶縁被覆導線2αのように、略矩形の断面形状を有していてもよい。絶縁被覆導線2αのような平角線の場合、金属導体部6のX軸方向の幅Wx(長幅)は、たとえば、0.1mm以上2.5mm以下であることが好ましく、金属導体部6のZ軸方向の幅Wz(短幅)は、たとえば、0.1mm以上1.0mm以下であることが好ましい。上記の寸法は、絶縁被覆導線2αをインダクタなどのコイルに適用する場合に好適な範囲であって、平角線における金属導体部6の寸法は、用途に寄らず特に限定されない。
図6に示すコイル20αは、図5Aに示す平角線状の絶縁被覆導線2αを用いたコイルの一例である。図6に示すように、コイル20αでは、エッジワイズ方式が採用されており、長幅(図5Aに示すWx)の方向がZ軸(巻回軸)と交差するように、絶縁被覆導線2αがZ軸に沿って巻回されている。平角線状の絶縁被覆導線2αを用いる場合の巻回方式は、図6に限定されず、フラットワイズ方式を採用してもよい。フラットワイズ方式の場合は、長幅(図5Aに示すWx)の方向がZ軸(巻回軸)と一致するように、絶縁被覆導線2αを巻回する。平角線状の絶縁被覆導線2αを用いる場合においても、絶縁被覆導線2αの巻き数は、特に限定されず、所望のコイル特性に応じて適宜決定すればよい。
また、金属導体部6は、組成が異なる2以上の領域を有していてもよい。たとえば、金属導体部6は、図5Bに示す絶縁被覆導線2βのように、本体部6aと、金属被覆層6bと、を有していてもよい。図5Bでは、絶縁被覆導線2βが円状の断面形状を有する丸線であるが、図5Aに示すような平角線の場合でも、金属導体部6が、本体部6aと、金属被覆層6bと、を有していてもよい。金属被覆層6bは、本体部6aを覆う金属成分からなる層であり、メッキ法や蒸着法などで形成してもよい。また、金属被覆層6bは、2種以上のメッキ層を積層した構造を有していてもよい。なお、金属導体部6が金属被覆層6bを有する場合、絶縁層8は、金属被覆層6bの表面を覆い、絶縁被覆導線2βの最も外側に位置する。金属導体部6の本体部6aと、絶縁層8との間に金属被覆層6bを形成することで、絶縁被覆導線2βの可撓性が向上する可能性がある。
図5Bに示す絶縁被覆導線2βの場合、Cuは、本体部6aまたは金属被覆層6bのいずれか一方に含まれていてもよいし、本体部6aおよび金属被覆層6bの両方に含まれていてもよい。たとえば、本体部6aを純銅もしくは銅合金とし(すなわち本体部6aの主成分をCuとし)、当該本体部6aの表面に、Ni、Cr、Al、Ag、および、Znから選択される1種以上を含む金属被覆層6bを形成してもよい。もしくは、本体部6aを純AlもしくはAl合金とし、当該本体部6aの表面にCuを含む金属被覆層6bを形成してもよい(所謂、銅被覆アルミ線)。
金属被覆層6bの平均厚みは、特に限定されず、たとえば、10μm以上150μm以下としてもよい。また、本体部6aは、図1における平均直径D、もしくは、図5Aにおける幅Wx,Wzと同様の寸法を有していてもよい。
以下、本開示をさらに詳細な実施例に基づき説明するが、本開示はこれら実施例に限定されない。
(実験1)
実験1では、以下に示す手順で、試料A1~試料A17に係る絶縁被覆導線を製造した。まず、Si源であるトリメトキシシラン、および、Ti源であるチタンテトラ-n-ブトキシドを準備し、これら原料を用いてコーティング液を調製した。具体的に、試料A2~試料A16では、絶縁層におけるTi/(Si+Ti)比が表1に示す値となるように、Si源およびTi源の配合比を制御した。また、試料A1のコーティング液には、Si源のみを添加し、試料A17のコーティング液には、Ti源のみを添加した。
実験1では、以下に示す手順で、試料A1~試料A17に係る絶縁被覆導線を製造した。まず、Si源であるトリメトキシシラン、および、Ti源であるチタンテトラ-n-ブトキシドを準備し、これら原料を用いてコーティング液を調製した。具体的に、試料A2~試料A16では、絶縁層におけるTi/(Si+Ti)比が表1に示す値となるように、Si源およびTi源の配合比を制御した。また、試料A1のコーティング液には、Si源のみを添加し、試料A17のコーティング液には、Ti源のみを添加した。
次に、500μmの平均直径Dを有するCu線を準備し、当該Cu線を上記のコーティング液に30秒間浸し、静置した。その後、コーティング液から取り出したCu線を、乾燥させた。乾燥処理では、保持温度を100℃に設定し、温度保持時間を30分に設定した。このコーティング液への浸漬と乾燥処理とを、3回繰り返すことで、絶縁層(未焼成絶縁層)を有する絶縁被覆導線を得た。各試料における焼成前の絶縁被覆導線について、以下に示す評価を実施した。
絶縁層の平均厚みおよび厚み公差の計測
絶縁被覆導線の断面を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察し、Cu線の表面に存在する未焼成絶縁層の厚みtAを計測した。絶縁被覆導線の断面は、各試料につき、それぞれ10箇所解析し、各断面において未焼成絶縁層の厚みtAを10箇所計測した。当該測定で得られた厚みtAのデータから、平均厚みT1Ave、最大厚みt1MAX、および、最小厚みt1MINを算出した。また、「F1=(|t1MAX-T1Ave|/T1Ave)×100」、および、「F2=(|t1MIN-T1Ave|/T1Ave)×100」をそれぞれ算出し、F1およびF2のうち大きい方を、厚みtAの公差(%)として採用した。
絶縁被覆導線の断面を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察し、Cu線の表面に存在する未焼成絶縁層の厚みtAを計測した。絶縁被覆導線の断面は、各試料につき、それぞれ10箇所解析し、各断面において未焼成絶縁層の厚みtAを10箇所計測した。当該測定で得られた厚みtAのデータから、平均厚みT1Ave、最大厚みt1MAX、および、最小厚みt1MINを算出した。また、「F1=(|t1MAX-T1Ave|/T1Ave)×100」、および、「F2=(|t1MIN-T1Ave|/T1Ave)×100」をそれぞれ算出し、F1およびF2のうち大きい方を、厚みtAの公差(%)として採用した。
絶縁層の厚みの均一性については、厚み公差が±10%の範囲内である試料を良好と判定し、厚み公差が±5%の範囲内である試料を特に良好と判定した。
絶縁層の成分分析
SEMによる断面解析時に、EDSによる点分析を実施し、未焼成絶縁層に含まれるSiの含有量(at%)およびTiの含有量(at%)を測定した。なお、点分析は、少なくとも10箇所で実施し、平均値としてSiおよびTiの含有量を算出した。そして、当該測定結果に基づいて、未焼成絶縁層におけるSiおよびTiの合計含有量に対するTi含有量の比率(Ti/(Si+Ti))を算出した。
SEMによる断面解析時に、EDSによる点分析を実施し、未焼成絶縁層に含まれるSiの含有量(at%)およびTiの含有量(at%)を測定した。なお、点分析は、少なくとも10箇所で実施し、平均値としてSiおよびTiの含有量を算出した。そして、当該測定結果に基づいて、未焼成絶縁層におけるSiおよびTiの合計含有量に対するTi含有量の比率(Ti/(Si+Ti))を算出した。
絶縁層による絶縁抵抗の測定
コーティング後、焼成前の絶縁層(未焼成絶縁層)による絶縁抵抗(Ω)を、HP製ハイレジスタンスメータ4339Bを用いて測定した。当該測定に際しては、表面の1/2に相当する未焼成絶縁層を局所的に除去した。そして、測定用端子の一方を、未焼成絶縁層を除去した箇所(すなわち金属導体部であるCuが露出している箇所)に押し当て、かつ、測定用端子の他の一方を未焼成絶縁層の表面に押し当てて、絶縁抵抗を測定した。未焼成絶縁層の絶縁抵抗については、1×107Ω以上を合格と判定した。なお、表1の絶縁抵抗の欄に示す「ND」は、絶縁抵抗が1×103Ω未満であり、絶縁抵抗が測定できなかったことを意味する。
コーティング後、焼成前の絶縁層(未焼成絶縁層)による絶縁抵抗(Ω)を、HP製ハイレジスタンスメータ4339Bを用いて測定した。当該測定に際しては、表面の1/2に相当する未焼成絶縁層を局所的に除去した。そして、測定用端子の一方を、未焼成絶縁層を除去した箇所(すなわち金属導体部であるCuが露出している箇所)に押し当て、かつ、測定用端子の他の一方を未焼成絶縁層の表面に押し当てて、絶縁抵抗を測定した。未焼成絶縁層の絶縁抵抗については、1×107Ω以上を合格と判定した。なお、表1の絶縁抵抗の欄に示す「ND」は、絶縁抵抗が1×103Ω未満であり、絶縁抵抗が測定できなかったことを意味する。
<絶縁層の焼成>
上記の焼成前の評価において、絶縁抵抗を計測できた試料(試料A5~試料A17)では、絶縁層を焼結させるために、絶縁被覆導線に対して熱処理(焼成処理)を施した。熱処理では、保持温度を700℃に設定し、温度保持時間を1時間に設定した。当該熱処理により絶縁層が焼結し、無機絶縁層を有する絶縁被覆導線が得られた。
上記の焼成前の評価において、絶縁抵抗を計測できた試料(試料A5~試料A17)では、絶縁層を焼結させるために、絶縁被覆導線に対して熱処理(焼成処理)を施した。熱処理では、保持温度を700℃に設定し、温度保持時間を1時間に設定した。当該熱処理により絶縁層が焼結し、無機絶縁層を有する絶縁被覆導線が得られた。
各試料における焼成後の絶縁被覆導線について、焼成前と同様の方法で、無機絶縁層の平均厚みおよび厚み公差の計測、無機絶縁層の成分分析、および、無機絶縁層による絶縁抵抗の測定、を実施した。また、焼成後に形成された無機絶縁層の外観を検査し、無機絶縁層におけるクラックの有無を調査した。
耐熱性の評価
絶縁被覆導線の耐熱性は、焼成後の無機絶縁層による絶縁抵抗(Ω)、および、無機絶縁層の外観検査の結果に基づいて、評価した。具体的に、クラックが発生しておらず、かつ、絶縁抵抗が1×106Ω以上である場合、「耐熱性が良好」と判定し、クラックが発生しておらず、かつ、絶縁抵抗が1×1010Ω以上である場合、「耐熱性が特に良好」と判定した。
絶縁被覆導線の耐熱性は、焼成後の無機絶縁層による絶縁抵抗(Ω)、および、無機絶縁層の外観検査の結果に基づいて、評価した。具体的に、クラックが発生しておらず、かつ、絶縁抵抗が1×106Ω以上である場合、「耐熱性が良好」と判定し、クラックが発生しておらず、かつ、絶縁抵抗が1×1010Ω以上である場合、「耐熱性が特に良好」と判定した。
実験1の評価結果を、表1に示す。
比較例である試料A1~試料A4では、金属導体部であるCuの表面に、酸化物粒子が堆積していることが確認され、連続的な被膜は形成されていなかった。そのため、試料A1~試料A4については、被覆層の厚みを計測しなかった。試料A1~試料A4では、堆積物表面で計測した抵抗値が、金属導体部(Cu線)の抵抗値とほとんど変わらず、十分な抵抗値を有する被覆が形成されなかった。
また、比較例である試料A12~試料A17では、絶縁層の厚みの公差が大きく、均一性を確保できなかった。そのため、試料A12~試料A17では、焼成時に発生する熱応力が不均一化し、無機絶縁層の一部にクラックが発生した。つまり、試料A12~試料A17の絶縁被覆導線では、十分な耐熱性が得られなかった。
一方、実施例である試料A5~試料A11では、焼成前および焼成後の両方で、厚みの公差が、いずれも、平均厚みの±5%の範囲内であり、均一性の高い絶縁層が形成されていることが確認できた。また、試料A5~試料A11では、700℃の熱処理後においても、高い絶縁抵抗を維持することができ、かつ、クラックの発生も抑制することができた。この結果から、絶縁被覆導線が、2.5at%≦Ti/(Si+Ti)≦50at%を満たす絶縁層を有することで、高い耐熱性が得られることが立証できた。
(実験2)
実験2では、未焼成絶縁層の平均厚みが異なる10種類の絶縁被覆導線を製造した。実験2の試料B1~B9では、実験1の試料A6と同じコーティング液を使用し、Ti/(Si+Ti)比を5.2at%に制御した。また、各試料における未焼成絶縁層の平均厚みは、表2に示す値となるように、コーティング工程の繰り返し回数に基づいて、制御した。実験2における上記以外の製造条件は、実験1と同様とし、実験2の各試料について、実験1と同様の評価を実施した。実験2の評価結果を表2に示す。
実験2では、未焼成絶縁層の平均厚みが異なる10種類の絶縁被覆導線を製造した。実験2の試料B1~B9では、実験1の試料A6と同じコーティング液を使用し、Ti/(Si+Ti)比を5.2at%に制御した。また、各試料における未焼成絶縁層の平均厚みは、表2に示す値となるように、コーティング工程の繰り返し回数に基づいて、制御した。実験2における上記以外の製造条件は、実験1と同様とし、実験2の各試料について、実験1と同様の評価を実施した。実験2の評価結果を表2に示す。
表2の結果から、未焼成絶縁層の平均厚みを1μm以上220μm以下に設定することで(換言すると無機絶縁層の平均厚みを1μm以上200μm以下に設定することで)、均一で高い絶縁性を有する無機絶縁層が得られることがわかった。
(実験3)
実験3では、以下に示す手順で、表3および表4に示す15種類(表3の実施例1~13、表4の比較例1~2)の空芯コイルを製造した。
実験3では、以下に示す手順で、表3および表4に示す15種類(表3の実施例1~13、表4の比較例1~2)の空芯コイルを製造した。
実施例1~13
まず、導線として、0.65mm×0.180mmの断面寸法を有する平角線状のCu線を準備し、ディップコーティング法によりCu線の表面に未焼成絶縁層を形成した。
まず、導線として、0.65mm×0.180mmの断面寸法を有する平角線状のCu線を準備し、ディップコーティング法によりCu線の表面に未焼成絶縁層を形成した。
未焼成絶縁層を形成する際には、まず、無機元素Mを含有する原料を添加したコーティング液を調製した。具体的に、各実施例では、以下に示す原料を含むコーティング液を準備した。実施例1はトリメチルエトキシシラン(Si源)を使用し、実施例2はアルミニウムセカンダリ-ブトキシド(Al源)を使用し、実施例3はジルコニウムテトラ-n-プロポキシド(Zr源)を使用し、実施例4はジンクエトキシド(Zn源)を使用し、実施例5はチタンテトラ-n-ブトキシド(Ti源)を使用し、実施例6はペンタエトキシニオブ(Nb源)を使用し、実施例7はペンタエトキシタンタル(Ta源)を使用し、実施例8はトリブトキシボラン(B源)を使用し、実施例12はニッケルジエトキシド(Ni源)を使用し、実施例13はマグネシウムジエトキシド(Mg源)を使用した。また、実施例9は、トリメチルエトキシシランと、チタンテトラ-n-ブトキシドとを配合したコーティング液を使用し、実施例10は、トリメチルエトキシシランと、トリブトキシボランとを配合したコーティング液を使用し、実施例11は、トリメチルエトキシシランと、トリブトキシボランと、アルミニウムセカンダリ-ブトキシドとを配合したコーティング液を使用した。
次に、平角線状のCu線を、上記のコーティング液に30秒間浸し、静置した。その後、コーティング液から取り出したコイルを、100℃で、30分間、加熱して乾燥させた。このコーティング液への浸漬と乾燥処理とを、3回繰り返すことで、未焼成絶縁層を有するCu線を作製した。
次に、未焼成絶縁層を有するCu線を、エッジワイズ方式で、螺旋状に巻回することで、未焼成絶縁層を有する空芯コイルを得た。この際、Cu線の巻き数は、6.5ターンに設定し、巻回後のコイルの内径は、2.0mmに設定した。
焼成前の絶縁被覆の解析
空芯コイルを構成する導線の断面を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察し、Cu線の表面に存在する未焼成絶縁層の厚みtAを計測した。導線の断面は、各試料につき、それぞれ10箇所解析し、各断面において厚みtAを10箇所計測し、その計測結果から未焼成絶縁層の平均厚みT1Ave(μm)を算出した。また、各実施例においては、SEMによる断面解析時に、EDSによる点分析を実施し、未焼成絶縁層の有機物中に含まれる無機元素Mを同定した。各実施例では、コーティング液の成分に応じて、狙い通り、表3に示す無機元素Mが有機物中に含まれていることが確認できた。
空芯コイルを構成する導線の断面を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察し、Cu線の表面に存在する未焼成絶縁層の厚みtAを計測した。導線の断面は、各試料につき、それぞれ10箇所解析し、各断面において厚みtAを10箇所計測し、その計測結果から未焼成絶縁層の平均厚みT1Ave(μm)を算出した。また、各実施例においては、SEMによる断面解析時に、EDSによる点分析を実施し、未焼成絶縁層の有機物中に含まれる無機元素Mを同定した。各実施例では、コーティング液の成分に応じて、狙い通り、表3に示す無機元素Mが有機物中に含まれていることが確認できた。
焼成前のインダクタンスL1の測定
焼成前における空芯コイルのインダクタンスL1(μH)を、LCRメータを用いて測定した。この際、測定周波数は1MHzに設定した。
焼成前における空芯コイルのインダクタンスL1(μH)を、LCRメータを用いて測定した。この際、測定周波数は1MHzに設定した。
<絶縁被覆の焼成>
未焼成絶縁層を焼結させるために、各実施例の空芯コイルに対して、熱処理(焼成処理)を施した。熱処理では、保持温度を700℃に設定し、温度保持時間を1時間に設定した。各実施例では、当該熱処理により、未焼成絶縁層が焼結し、無機絶縁層を有する空芯コイルが得られた。
未焼成絶縁層を焼結させるために、各実施例の空芯コイルに対して、熱処理(焼成処理)を施した。熱処理では、保持温度を700℃に設定し、温度保持時間を1時間に設定した。各実施例では、当該熱処理により、未焼成絶縁層が焼結し、無機絶縁層を有する空芯コイルが得られた。
焼成後の絶縁被覆の解析
焼成前の未焼成絶縁層の解析と同様の方法で、各実施例における無機絶縁層の平均厚みT2Aveを測定した。また、SEMによる断面解析時に、EDSによる点分析を実施し、無機絶縁層の酸化物に含まれる無機元素Mを同定した。各実施例では、未焼成絶縁層と同様に、コーティング液の成分に応じて、狙い通り、表3に示す無機元素Mが酸化物中に含まれていることが確認できた。
焼成前の未焼成絶縁層の解析と同様の方法で、各実施例における無機絶縁層の平均厚みT2Aveを測定した。また、SEMによる断面解析時に、EDSによる点分析を実施し、無機絶縁層の酸化物に含まれる無機元素Mを同定した。各実施例では、未焼成絶縁層と同様に、コーティング液の成分に応じて、狙い通り、表3に示す無機元素Mが酸化物中に含まれていることが確認できた。
TG-DTAを用いて、無機絶縁層に残存する有機物量を測定したところ、全ての実施例において、無機絶縁層が有機物を実質的に含まないことが確認できた。また、EDSによるマッピング分析を実施したところ、各実施例では、無機元素Mおよび酸素が、無機絶縁層中で重複して一様に分布していることが確認でき、無機元素Mを含む酸化物の面積割合が、無機絶縁層の面積に対して、90%以上であった。
なお、実施例9では、無機絶縁層がSi-Ti-OXで表される酸化物を含んでおり、無機絶縁層におけるSiおよびTiの合計含有量に対するTiの含有量の比が、2.5at%以上50at%以下の範囲内であった。実施例10では、無機絶縁層がSi-B-OXで表される酸化物を含んでおり、無機絶縁層におけるSiおよびBの合計含有量に対するBの含有量の比が、1at%以上20at%以下の範囲内であった。また、実施例11では、無機絶縁層がSi-B-Al-OXで表される酸化物を含んでおり、無機絶縁層におけるSi、B、およびAlの合計含有量に対して、Bの含有量の比が、1at%以上20at%以下の範囲内であり、Alの含有量の比が、0.5at%以上5at%以下の範囲内であった。
焼成後のインダクタンスL1の測定
焼成前と同様に、焼成後における空芯コイルのインダクタンスL2(μH)を、LCRメータを用いて測定した。この際、測定周波数は1MHzに設定した。
焼成前と同様に、焼成後における空芯コイルのインダクタンスL2(μH)を、LCRメータを用いて測定した。この際、測定周波数は1MHzに設定した。
コイルの耐熱性評価
コイルの耐熱性は、焼成後のインダクタンスの変化率(%)に基づいて評価した。具体的に、インダクタンスの変化率は、焼成前のインダクタンスL1と、焼成後のインダクタンスL2とを、計算式「((L2-L1)/L1)×100」に代入することで算出した。実験3では、インダクタンスの変化率が-25%以上である試料の耐熱性を、「良好」と判定し、インダクタンスの変化率が-15%以上である試料の耐熱性を、「特に良好」と判定した。
コイルの耐熱性は、焼成後のインダクタンスの変化率(%)に基づいて評価した。具体的に、インダクタンスの変化率は、焼成前のインダクタンスL1と、焼成後のインダクタンスL2とを、計算式「((L2-L1)/L1)×100」に代入することで算出した。実験3では、インダクタンスの変化率が-25%以上である試料の耐熱性を、「良好」と判定し、インダクタンスの変化率が-15%以上である試料の耐熱性を、「特に良好」と判定した。
比較例1および比較例2
比較例1では、ポリアミドイミド樹脂からなる絶縁被覆を有する平角線状のCu線を準備し、当該Cu線を、エッジワイズ方式で、螺旋状に巻回することで空芯コイルを製造した。使用したCu線の断面における導体部分の寸法は0.65mm×0.180mmであった。また、Cu線の巻き数は、6.5ターンに設定し、巻回後のコイルの内径は、2.0mmに設定した。
比較例1では、ポリアミドイミド樹脂からなる絶縁被覆を有する平角線状のCu線を準備し、当該Cu線を、エッジワイズ方式で、螺旋状に巻回することで空芯コイルを製造した。使用したCu線の断面における導体部分の寸法は0.65mm×0.180mmであった。また、Cu線の巻き数は、6.5ターンに設定し、巻回後のコイルの内径は、2.0mmに設定した。
比較例2では、ポリイミド樹脂からなる絶縁被覆を有する平角線状のCu線を準備し、当該Cu線を、エッジワイズ方式で、螺旋状に巻回することで空芯コイルを製造した。使用したCu線の断面における導体部分の寸法は0.65mm×0.180mmであった。また、Cu線の巻き数は、6.5ターンに設定し、巻回後のコイルの内径は、2.0mmに設定した。
比較例1および比較例2では、上記の方法で製造した後の空芯コイルのインダクタンスをL1として、LCRメータを用いて測定した。L1を計測した後、空芯コイルを、700℃で1時間、熱処理した。比較例1および比較例2では、当該熱処理を実施した後のインダクタンスをL2として、LCRメータを用いて測定した。なお、L1およびL2を測定する際には、測定周波数を1MHzに設定した。比較例1および比較例2においても、実施例と同様に、計算式「((L2-L1)/L1)×100」に基づいて、熱処理後のインダクタンスの変化率(%)を算出し、コイルの耐熱性を評価した。
実験3の各実施例の評価結果を表3に示し、各比較例の評価結果を表4に示す。
表4に示すように、比較例1および比較例2では、いずれも、700℃での熱処理後に、樹脂を含む絶縁層が焼失し、巻線間が短絡してしまった。そのため、比較例1および比較例2では、熱処理後のインダクタンスL2が、熱処理前のL1よりも大幅に低下した。
一方、表3に示すように、実施例1~13の空芯コイルでは、未焼成絶縁層が所定の無機元素Mを含有する有機物を含むことで、700℃での焼成処理後においても、巻線間の絶縁抵抗が保つことができ、高い耐熱性が得られた。換言すると、所定の無機元素Mを含有する酸化物で構成される無機絶縁層を、空芯コイルの表面に形成することで、高い耐熱性が得られた。
特に、実施例1~11では、実施例12~13よりもインダクタンスの変化率を小さくすることができた。この結果から、無機絶縁層の酸化物が、Si、Al、Zr、Zn、Ti、Nb、Ta、およびBから選択される少なくとも1種の無機元素Mを含むことで、コイルの耐熱性がさらに向上することがわかった。
(実験4)
実験4では、絶縁被覆の平均厚みが異なる表5~表15に示す空芯コイルを製造した。具体的に、絶縁被覆の平均厚みは、ディップコーティング工程の繰り返し回数に基づいて、表5~表15に示す値に制御した。
実験4では、絶縁被覆の平均厚みが異なる表5~表15に示す空芯コイルを製造した。具体的に、絶縁被覆の平均厚みは、ディップコーティング工程の繰り返し回数に基づいて、表5~表15に示す値に制御した。
表5の実施例1A~1Fでは、実験3の実施例1と同じコーティング液を用い、表6の実施例2A~2Fでは、実施例2と同じコーティング液を用い、表7の実施例3A~3Fでは、実施例3と同じコーティング液を用い、表8の実施例4A~4Fでは、実施例4と同じコーティング液を用い、表9の実施例5A~5Fでは、実施例5と同じコーティング液を用い、表10の実施例6A~6Fでは、実施例6と同じコーティング液を用い、表11の実施例7A~7Fでは、実施例7と同じコーティング液を用い、表12の実施例8A~8Fでは、実施例8と同じコーティング液を用い、表13の実施例9A~9Fでは、実施例9と同じコーティング液を用い、表14の実施例10A~10Fでは、実施例10と同じコーティング液を用い、表15の実施例11A~11Fでは、実施例11と同じコーティング液を用いた。
実験4の各実施例においても、実験3と同様の評価を実施した。実験4では、焼成前のインダクタンスL1が0.0700μH以上で、かつ、インダクタンスの変化率が-7.5%以上の試料を、「特に良好」と判定した。実験4の評価結果を表5~表15に示す。
表5~表15に示すように、未焼成絶縁層の平均厚みが1.5μm以上220μm以下の試料で、焼成前のインダクタンスL1が0.0700μH以上となり、かつ、焼成後のインダクタンスの変化率が-7.5%となった。実験4の結果から、未焼成絶縁層の平均厚みは、1.5μm以上220μm以下であることが好ましく、無機絶縁層の平均厚みは、1μm以上200μm以下であることが好ましいことがわかった。
(実験5)
実験5では、実験3で製造したコイルを用いて、表16および表17に示す13種類(表16の実施例M1~実施例M11、表17の比較例M1~M2)の磁性部品(インダクタ)を製造した。実験5の各実施例および各比較例では、試料番号に付した数字が、実験3における試料番号に対応している。つまり、比較例M1では、比較例1と同様にポリアミドイミド樹脂の絶縁被覆を有するコイルを用い、比較例M2では、比較例2と同様にポリイミド樹脂の絶縁被覆を有するコイルを用いた。また、実施例M1~M11は、それぞれ、実施例1~11と同様に、表16に示す無機元素Mを含有する絶縁被覆を有するコイルを用いた。各実施例および各比較例で使用したコイルの線径(Cu線の平均直径)およびコイルの内径は、実験3と同様とした。
実験5では、実験3で製造したコイルを用いて、表16および表17に示す13種類(表16の実施例M1~実施例M11、表17の比較例M1~M2)の磁性部品(インダクタ)を製造した。実験5の各実施例および各比較例では、試料番号に付した数字が、実験3における試料番号に対応している。つまり、比較例M1では、比較例1と同様にポリアミドイミド樹脂の絶縁被覆を有するコイルを用い、比較例M2では、比較例2と同様にポリイミド樹脂の絶縁被覆を有するコイルを用いた。また、実施例M1~M11は、それぞれ、実施例1~11と同様に、表16に示す無機元素Mを含有する絶縁被覆を有するコイルを用いた。各実施例および各比較例で使用したコイルの線径(Cu線の平均直径)およびコイルの内径は、実験3と同様とした。
実験5の各実施例および各比較例では、いずれも、磁性粉末として、Fe-Si合金粉末を用いた。実験5で使用したFe-Si合金粉末の平均粒径は30μmであり、各粒子の表面には、50nmの平均厚みを有し、かつ、SiおよびTiの複合酸化物からなる絶縁被膜を形成した。実験5では、上記のFe-Si合金粉末を、バインダであるシリコーン樹脂と混ぜ合わせて複合材を得た。
各実施例では、成形用金型のキャビティ内に未焼成絶縁層を有するコイルを設置した後、キャビティ内に上記の複合材を充填し、加圧した。当該成形工程により、圧粉磁心の内部に未焼成絶縁層を有するコイルが埋設してある磁性部品を得た。実験3では、成形後の磁性部品のインダクタンスL3(μH)を、LCRメータを用いて測定した。この際、測定周波数は1MHzに設定した。
また、実験5では、インダクタンスL3を測定した後、磁性部品を、700℃で1時間、熱処理し、圧粉磁心を焼結させた。各実施例では、当該熱処理により、コイルの絶縁被覆が、有機物を実質的に含まない無機絶縁層となったことが確認でき、当該無機絶縁層の酸化物が、表16に示す無機元素Mを含んでいることが確認できた。
上記の方法で圧粉磁心を焼結させた後、焼結後の磁性部品のインダクタンスL4(μH)を、LCRメータを用いて測定した。この際、測定周波数は1MHzに設定した。実験3では、焼結後のインダクタンスL4が成形後のインダクタンスL3よりも大きくなった試料(すなわち、L3<L4を満たす試料)を、「良好」と判定した。実験5の評価結果を表16および表17に示す。
表17に示すように、比較例M1および比較例M2では、焼結により磁性粉末の充填率が向上したものの、コイル表面の絶縁被覆(樹脂を含む絶縁被覆)が熱処理中に消失し、コイルの巻線間が短絡してしまった。その結果、コイルの実質的な巻き数が磁心の焼結後に減少し、焼結後のインダクタンスL4が成形後のインダクタンスL3よりも大幅に減少してしまった。
一方、表16に示すように、所定の無機元素Mを含む絶縁被覆(未焼成絶縁層、無機絶縁層)を有するコイルを使用した実施例M1~実施例M11では、磁心の焼結後においても、無機絶縁層による巻線間の絶縁抵抗が保たれていた。そして、実施例M1~実施例M11では、磁心の焼結により磁性粉末の充填率が向上したことで、成形後のインダクタンスL3よりも高いインダクタンスL4を得ることができた。
[付記]
本開示による技術には以下の構成例が含まれるが、これに限定されるものではない。
本開示による技術には以下の構成例が含まれるが、これに限定されるものではない。
[付記1]
Cuを含む金属導体部と、前記金属導体部を覆う絶縁層と、を有し、
前記絶縁層が、Si、Tiおよび酸素を含み、
前記絶縁層におけるSiおよびTiの合計含有量に対するTi含有量の比率が、2.5at%以上50at%以下である絶縁被覆導線。
Cuを含む金属導体部と、前記金属導体部を覆う絶縁層と、を有し、
前記絶縁層が、Si、Tiおよび酸素を含み、
前記絶縁層におけるSiおよびTiの合計含有量に対するTi含有量の比率が、2.5at%以上50at%以下である絶縁被覆導線。
[付記2]
前記絶縁層の平均厚みが、1μm以上220μm以下である付記1に記載の絶縁被覆導線。
前記絶縁層の平均厚みが、1μm以上220μm以下である付記1に記載の絶縁被覆導線。
[付記3]
Cuを含む金属導体部と、前記金属導体部を覆う無機絶縁層と、を有し、
前記無機絶縁層が、SiおよびTiを含有する含む酸化物を含み、
前記無機絶縁層におけるSiおよびTiの合計含有量に対するTi含有量の比率が、2.5at%以上50at%以下である絶縁被覆導線。
Cuを含む金属導体部と、前記金属導体部を覆う無機絶縁層と、を有し、
前記無機絶縁層が、SiおよびTiを含有する含む酸化物を含み、
前記無機絶縁層におけるSiおよびTiの合計含有量に対するTi含有量の比率が、2.5at%以上50at%以下である絶縁被覆導線。
[付記4]
前記無機絶縁層の平均厚みが、1μm以上200μm以下である付記3に記載の絶縁被覆導線。
前記無機絶縁層の平均厚みが、1μm以上200μm以下である付記3に記載の絶縁被覆導線。
[付記5]
Cuを含む金属導体部と、前記金属導体部を覆う絶縁層と、を含む導線を有し、
前記絶縁層が、Si、Al、Zr、Zn、Ti、Nb、Ta、B、Ni、および、Mgから選択される1種以上の無機元素Mを含有する有機物を含むコイル。
Cuを含む金属導体部と、前記金属導体部を覆う絶縁層と、を含む導線を有し、
前記絶縁層が、Si、Al、Zr、Zn、Ti、Nb、Ta、B、Ni、および、Mgから選択される1種以上の無機元素Mを含有する有機物を含むコイル。
[付記6]
前記有機物が、前記無機元素Mとして、Si、Al、Zr、Zn、Ti、Nb、Ta、およびBから選択される1種以上を含む付記5に記載のコイル。
前記有機物が、前記無機元素Mとして、Si、Al、Zr、Zn、Ti、Nb、Ta、およびBから選択される1種以上を含む付記5に記載のコイル。
[付記7]
前記絶縁層の平均厚みが1.5μm以上220μm以下である付記5または6に記載のコイル。
前記絶縁層の平均厚みが1.5μm以上220μm以下である付記5または6に記載のコイル。
[付記8]
Cuを含む金属導体部と、前記金属導体部を覆う無機絶縁層と、を含む導線を有し、
前記無機絶縁層が、Si、Al、Zr、Zn、Ti、Nb、Ta、B、Ni、および、Mgから選択される1種以上の無機元素Mを含有する酸化物を含むコイル。
Cuを含む金属導体部と、前記金属導体部を覆う無機絶縁層と、を含む導線を有し、
前記無機絶縁層が、Si、Al、Zr、Zn、Ti、Nb、Ta、B、Ni、および、Mgから選択される1種以上の無機元素Mを含有する酸化物を含むコイル。
[付記9]
前記酸化物が、前記無機元素Mとして、Si、Al、Zr、Zn、Ti、Nb、Ta、およびBから選択される1種以上を含む付記8に記載のコイル。
前記酸化物が、前記無機元素Mとして、Si、Al、Zr、Zn、Ti、Nb、Ta、およびBから選択される1種以上を含む付記8に記載のコイル。
[付記10]
前記無機絶縁層の平均厚みが1μm以上200μm以下である付記8または9に記載のコイル。
前記無機絶縁層の平均厚みが1μm以上200μm以下である付記8または9に記載のコイル。
[付記11]
付記5~10のいずれかに記載のコイルと、軟磁性材料を含む磁心と、を有し、
前記コイルが、前記磁心の内部に埋設してある磁性部品。
付記5~10のいずれかに記載のコイルと、軟磁性材料を含む磁心と、を有し、
前記コイルが、前記磁心の内部に埋設してある磁性部品。
2,2α,2β … 絶縁被覆導線(導線)
2s … 最表面
2e1,2e2 … 端部
6 … 金属導体部
6a … 本体部
6b … 金属被覆層
8 … 絶縁層(絶縁被膜)
8A … 未焼成絶縁層
8B … 無機絶縁層
20,20α … コイル
100 … 電子部品(磁性部品)
40 … 磁心
2s … 最表面
2e1,2e2 … 端部
6 … 金属導体部
6a … 本体部
6b … 金属被覆層
8 … 絶縁層(絶縁被膜)
8A … 未焼成絶縁層
8B … 無機絶縁層
20,20α … コイル
100 … 電子部品(磁性部品)
40 … 磁心
Claims (11)
- Cuを含む金属導体部と、前記金属導体部を覆う絶縁層と、を有し、
前記絶縁層が、Si、Tiおよび酸素を含み、
前記絶縁層におけるSiおよびTiの合計含有量に対するTi含有量の比率が、2.5at%以上50at%以下である絶縁被覆導線。 - 前記絶縁層の平均厚みが、1μm以上220μm以下である請求項1に記載の絶縁被覆導線。
- Cuを含む金属導体部と、前記金属導体部を覆う無機絶縁層と、を有し、
前記無機絶縁層が、SiおよびTiを含有する含む酸化物を含み、
前記無機絶縁層におけるSiおよびTiの合計含有量に対するTi含有量の比率が、2.5at%以上50at%以下である絶縁被覆導線。 - 前記無機絶縁層の平均厚みが、1μm以上200μm以下である請求項3に記載の絶縁被覆導線。
- Cuを含む金属導体部と、前記金属導体部を覆う絶縁層と、を含む導線を有し、
前記絶縁層が、Si、Al、Zr、Zn、Ti、Nb、Ta、B、Ni、および、Mgから選択される1種以上の無機元素Mを含有する有機物を含むコイル。 - 前記有機物が、前記無機元素Mとして、Si、Al、Zr、Zn、Ti、Nb、Ta、およびBから選択される1種以上を含む請求項5に記載のコイル。
- 前記絶縁層の平均厚みが1.5μm以上220μm以下である請求項5または6に記載のコイル。
- Cuを含む金属導体部と、前記金属導体部を覆う無機絶縁層と、を含む導線を有し、
前記無機絶縁層が、Si、Al、Zr、Zn、Ti、Nb、Ta、B、Ni、および、Mgから選択される1種以上の無機元素Mを含有する酸化物を含むコイル。 - 前記酸化物が、前記無機元素Mとして、Si、Al、Zr、Zn、Ti、Nb、Ta、およびBから選択される1種以上を含む請求項8に記載のコイル。
- 前記無機絶縁層の平均厚みが1μm以上200μm以下である請求項8または9に記載のコイル。
- 請求項5~10のいずれかに記載のコイルと、軟磁性材料を含む磁心と、を有し、
前記コイルが、前記磁心の内部に埋設してある磁性部品。
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