(57)【要約】【課題】複数のコイル埋設型磁性素子を一度の成形で多数個取りできるとともに、巻き線コイルの位置ずれを抑制することができる。【解決手段】本発明のコイル埋設型磁性素子の製造方法は、第一の磁性材料と第一の樹脂を含む板状成形体上面に凸方向に従ってその断面積が小さくなる複数の凸部を有する一次成形体を作製する第１のステップと、複数の凸部の各々に、巻き線コイルの空芯を挿入して、巻き線コイルを凸部に固定する第２のステップと、凸部に巻き線コイルが固定された一次成形体の上面に、第二の磁性材料と第二の樹脂を含む二次成形体を設けて、巻き線コイルが埋設されたモールドコイル成形体を作製する第３のステップと、モールドコイル成形体を巻き線コイル毎に分離して、個片にする第４のステップと、個片に巻き線コイルと電気的に接続する端子電極を設ける第５のステップとを少なくとも備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の磁性材料と第一の樹脂を含む板状成形体上面に凸方向に従ってその断面積が小さくなる複数の凸部を有する一次成形体を作製する第１のステップと、
前記複数の凸部の各々に、巻き線コイルの空芯を挿入して、前記巻き線コイルを前記凸部に固定する第２のステップと、
前記凸部に前記巻き線コイルが固定された前記一次成形体の上面に、第二の磁性材料と第二の樹脂を含む二次成形体を設けて、前記巻き線コイルが埋設されたモールドコイル成形体を作製する第３のステップと、
前記モールドコイル成形体を前記巻き線コイル毎に分離して、個片にする第４のステップと、
前記個片に前記巻き線コイルと電気的に接続する端子電極を設ける第５のステップと、を少なくとも備えたコイル埋設型磁性素子の製造方法。
【請求項２】
前記凸部の断面および前記巻き線コイルの前記空芯の形状は略円形状である請求項１に記載のコイル埋設型磁性素子の製造方法。
【請求項３】
前記凸部の先端における断面積をＳ、前記凸部の末端の断面積をＰ、前記空芯の面積をＤとしたとき、Ｓ＜Ｄ≦Ｐの関係を満たす請求項２に記載のコイル埋設型磁性素子の製造方法。
【請求項４】
前記凸部の先端を曲面とする請求項１に記載のコイル埋設型磁性素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インダクタ、チョークコイル、トランス等のインダクタンス部品のうち、磁性体にコイルが埋設されてなるコイル埋設型磁性素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の電子機器の小型化、高機能化に伴い、電子部品としても小型、低背化、実装面積の極小化等の要求が高まっている。インダクタ部品としても、これら要求を実現すべく、様々な製品および製造方法が提案されている。
【０００３】
このようなインダクタ部品の一例として、金属磁性粉末と樹脂との混合体にコイルが埋設されたコイル埋設型インダクタンス部品が提案されている。このようなインダクタ部品の製造方法としては、例えば特許文献１があげられる。
【０００４】
特許文献１には、多数個取りが可能な巻き線一体型モールドコイルの製造方法において、成型体を２つに分け、一方の成形体の上面に巻き線コイルを配置し、この成形体の一部を溶融させて、巻き線コイルを加圧埋設した後に、もう一方の成形体も同様に一部を溶融させてコイルを略埋設させることで巻き線コイルを配置する際の位置ずれを防止する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−３７６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら上記特許文献１の製造方法では成形体の一部を溶融させる工程が必須であるため製造工程における工数が増加し、製品のコストアップに繋がってしまう。
【０００７】
さらに溶融状態の成形体に巻き線コイルを埋め込むことで巻き線コイルを配置するため、特に上下位置における巻き線コイルの位置ずれが問題となる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために本発明のコイル埋設型磁性素子の製造方法は、第一の磁性材料と第一の樹脂を含む板状成形体上面に凸方向に従ってその断面積が小さくなる複数の凸部を有する一次成形体を作製する第１のステップと、前記複数の凸部の各々に、巻き線コイルの空芯を挿入して、前記巻き線コイルを前記凸部に固定する第２のステップと、前記凸部に前記巻き線コイルが固定された前記一次成形体の上面に、第二の磁性材料と第二の樹脂を含む二次成形体を設けて、前記巻き線コイルが埋設されたモールドコイル成形体を作製する第３のステップと、前記モールドコイル成形体を前記巻き線コイル毎に分離して、個片にする第４のステップと、前記個片に前記巻き線コイルと電気的に接続する端子電極を設ける第５のステップとを少なくとも備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は複数の巻き線コイルを成形体に埋設させたモールドコイル成形体を前記コイル毎に個片化することで、コイル埋設型磁性素子を効率的に製造することができるとともに、特に複数の巻き線コイルを配置する際の位置ずれを簡便な方法で解決することができるため不良が少なく、かつ磁気特性に優れたコイル埋設型磁性素子を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施例におけるコイル埋設型磁性素子の斜視図
【図２】本発明の一実施例におけるコイル埋設型磁性素子の断面図
【図３】本発明の一実施例におけるコイル埋設型磁性素子の製造工程を示す模式図
【図４】本発明の一実施例における巻き線コイル搭載工程後の一次成形体の上面図と側面図
【図５】本発明の一実施例における巻き線コイル搭載工程後の一次成形体の側面図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明におけるコイル埋設型磁性素子４について説明する。
【００１２】
図１は本発明におけるコイル埋設型磁性素子４の斜視図であり、図２はその断面図である。
【００１３】
本発明のコイル埋設型磁性素子４は、磁性粉末と樹脂を含む複合磁性材料１と、複合磁性材料１内に埋設された巻き線コイル３と、この巻き線コイル３と電気的に接続する端子電極２とを少なくとも備える。
【００１４】
本発明のコイル埋設型磁性素子４に用いられる磁性材料としては、結晶系材料であるＦｅ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系、Ｆｅ−Ｓｉ系、Ｆｅ−Ｎｉ系、若しくは非晶質材料である、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ−Ｂ系、Ｆｅ−Ｓｉ−ＮＢ−Ｂ系、ナノ微結晶合金、あるいは、Ｆｅ−（Ａｌ、Ｇａ）−Ｐ−Ｃ−Ｂ系、Ｆｅ−（Ｚｒ、Ｈｆ、ＮＢ、Ｔａ）−Ｂ系、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｌｎ−Ｂ系金属ガラス等を用いる事ができる。これらの磁性材料は１種類または２種類以上の磁性材料を複合させて使用する事もできる。上記磁性材料のうちＦｅ系金属磁性粉末は、飽和磁束密度が高いため、大電流での使用において有用である。
【００１５】
上記結晶系材料のうちＦｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系を使用する場合は、Ｓｉの比率が１重量％以上８重量％以下、Ｃｒの比率が２重量％以上８重量％以下であり、残りがＦｅ及び不可避な不純物からなる事が望ましい。不可避な不純物の一例として、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｐ、Ｓ、Ｃ等が挙げられる。
【００１６】
Ｓｉを含有させることにより、磁気異方性、磁歪定数を小さくし、また電気抵抗を高め、渦電流損失を低減させる効果がある。１重量％以上とすることで、軟磁気特性の改善効果を得ることができ、８重量％以下とすることにより、飽和磁化の低下を抑制し、直流重畳特性の低下を抑制する事が出来る。
【００１７】
また、Ｃｒを含有させることにより、耐候性を向上させる効果がある。２重量％以上とすることで、耐候性改善効果を得る事ができ、８重量％以下とすることにより、軟磁気特性の劣化を抑制することができる。
【００１８】
Ｆｅ系金属磁性粉を用いる場合は、主成分の元素であるＦｅと不可避な不純物からなることが望ましい。不可避な不純物の一例として、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｐ、Ｓ、Ｃ等が挙げられる。Ｆｅの純度を高めることで、高い飽和磁束密度を得ることができる。
【００１９】
Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系の金属磁性粉末を用いる場合は、その比率は、Ｓｉが８重量％以上１２重量％以下、Ａｌの含有量が４重量％以上６重量％以下であり、残りがＦｅ及び不可避な不純物からなることが望ましい。不可避な不純物の一例として、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｐ、Ｓ、Ｃ等が挙げられる。各構成元素の含有量を前記組成範囲とすることで高い透磁率と低い保持力が得られるためである。
【００２０】
Ｆｅ−Ｓｉ系金属磁性粉末を用いる場合は、その比率は、Ｓｉが１重量％以上８重量％以下であり、残部がＦｅ及び不可避な不純物からなることが望ましい。不可避な不純物の一例として、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｐ、Ｓ、Ｃ等が挙げられる。Ｓｉを含有させることにより、磁気異方性、磁歪定数を小さくし、また電気抵抗を高め、渦電流損失を低減させる効果がある。１重量％以上とすることで、軟磁気特性の改善効果を得ることができ、８重量％以下とすることにより、飽和磁化の低下を抑制し、直流重畳特性の低下を抑制することができる。
【００２１】
Ｆｅ−Ｎｉ系金属磁性粉末を用いる場合は、その比率は、Ｎｉの含有量が４０重量％以上９０重量％以下であり、残りがＦｅ及び不可避な不純物からなることが望ましい。不可避な不純物の一例として、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｐ、Ｓ、Ｃ等が挙げられる。本発明におけるＮｉの役割は、Ｎｉの含有量が、４０重量％より少ないと、軟磁気特性の改善効果に乏しく、９０重量％より多いと飽和磁化の低下が大きく、直流重畳特性が低下する。さらに透磁率を改善させるために１〜６重量％のＭｏを含有させることも可能である。
【００２２】
また、本発明のコイル埋設型磁性素子４に用いられる金属磁性粉末の平均粒子径は１〜１００μｍであることが望ましい。平均粒子径を１.０μｍ以上とすることにより、高い充填率を得ることができ、透磁率の低下を抑制することができる。また、平均粒子径を１００μｍ以下とすることにより、高周波領域において渦電流損失が大きくなるのを抑制することができる。より好ましくは、５〜３０μｍの範囲である。
【００２３】
本発明のコイル埋設型磁性素子４に用いられる樹脂としては、熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂があげられる。また、磁性材料と樹脂の混合体である複合磁性材料１において、金属磁性粉末を用いる場合は金属磁性粉末と樹脂との接着性を考慮し、添加剤としてカップリング剤を微量添加しても良い。また、複合磁性材料１において、成形時に熱を加えて溶融させた時の流動性を向上させること、また成形材料と金型との離型性を持たせる事を目的として、離型剤を微量添加しても良い。
【００２４】
本発明のコイル埋設型磁性素子４に熱硬化性樹脂を用いる場合は、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、シリコーン樹脂等が挙げられる。
【００２５】
熱硬化性樹脂として、エポキシ樹脂を用いる場合は、例えば、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＳ型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、アルキルフェノールノボラック型エポキシ樹脂、ビフェノール型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂等が挙げられる。これらの樹脂を１種単独で用いてもよいし、２種類以上の材料を組み合わせて使用する事も出来る。
【００２６】
熱硬化性樹脂として、エポキシ樹脂を用いる場合に必要な硬化剤としては、例えば、ノボラック型フェノール樹脂、ジシアンジアミド、酸無水物等を挙げる事が出来る。これらについて１種単独で用いてもよいし、２種類以上の材料を組み合わせて使用する事も出来る。熱硬化性樹脂として、エポキシ樹脂を用いる場合に必要な硬化触媒としては、例えば、２−メチルイミダゾール、２−フェニルイミダゾール等のイミダゾール類、トリフェニルホスフィン、トリブチルホスフィン、トリメチルホスフィン等の有機ホスフィン類、トリエタノールアミン、ベンジルメチルアミン等の第三級アミン類等を用いる事が出来る。
【００２７】
本発明のコイル埋設型磁性素子４に熱可塑性樹脂を用いる場合は、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリプロピレン樹脂、液晶ポリマー等が挙げられる。
【００２８】
本発明のコイル埋設型磁性素子４に用いられるカップリング剤としては、シラン系カップリング剤またはチタネート系カップリング剤等が挙げられる。
【００２９】
本発明のコイル埋設型磁性素子４に用いられる離型剤としては、高級脂肪酸またはその脂肪酸エステルか脂肪酸アミドからなる物質である、カルナバワックス、カルボキシル基含有ポリオフィレン等が挙げられる。これらについて１種単独で用いてもよいし、２種類以上の材料を組み合わせて使用する事も出来る。この高級脂肪酸は、炭素数１２以上の飽和脂肪酸、又は不飽和脂肪酸である。飽和脂肪酸としては、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、サラギン酸、ベヘン酸、リグノセリン酸、モンタン酸等を挙げる事が出来る。不飽和脂肪酸としては、α−リノレン酸、ステアリドン酸、エイコサペンタエン酸、ドコサヘキサエン酸、リノール酸、γ−リノレン酸、ジホモーγ−リノレン酸、アラキドン酸、オレイン酸、エライジン酸、エルカ酸、ネルボン酸等を挙げる事が出来る。
【００３０】
以下に、本発明のコイル埋設型磁性素子４の製造方法を磁性粉末として金属磁性粉末、樹脂として熱硬化性樹脂を用いた場合について説明する。
【００３１】
なお、熱硬化性樹脂としては常温付近では固形であり、加熱することで軟化点温度に達し溶融、さら加熱することで架橋反応を生じ熱硬化するものを用いた。
【００３２】
まず、金属磁性粉末と、熱硬化性樹脂とをミキサーまたはブレンダー等を用いて均一になるように混合し、熱硬化性樹脂の軟化点よりも高い温度をかけながら、ニーダー、プラネタリーミキサー、ミキシングロール等を用いて溶融混練して混練物を得る。
【００３３】
ここで熱硬化性樹脂としては、後の硬化工程を考慮し、架橋反応（熱硬化）が生じない温度で溶融させる必要がある。
【００３４】
前記混練物を成形して金属磁性粉末と熱硬化性樹脂とからなる一次成形体５および二次成形体６の成形方法としては、例えば、射出成形、トランスファー成形、圧縮成形といった、造粒粉末の樹脂成分を加熱溶融して金型に射出することで成形するプラスチック成形法、または造粒粉末を金型に直接供給して加圧成形する圧粉成形法があげられるがいずれの方法を採用しても良い。
【００３５】
図３は本発明のコイル埋設型磁性素子４の製造方法における成形工程からモールドコイル成形体９の分離工程までを示す製造工程の模式図である。
【００３６】
以下、一次成形体５および二次成形体６の成形を射出成形法を例として詳細に説明する。
【００３７】
まず、一次成形体５の成形工程から巻き線コイル３の搭載工程までを図３（ａ）（ｂ）を用いて説明する。図３（ａ）に示すように一次成形体５を射出成形（二次成形体６も同様）する場合、軟化点温度よりも高い溶融状態の熱硬化性樹脂と金属磁性粉末からなる混練物を射出し金型内に充填させ、金型とともに内部の樹脂成分に熱を加えることで熱硬化性樹脂の硬化を行う。ここで熱硬化性樹脂を完全に架橋反応させず、半硬化状態でとどめておくことで、二次成形体６との密着性が向上し、コイル埋設型磁性素子４の機械的強度を高めることができる。
【００３８】
また、前記硬化後の一次成形体５を金型内で一定時間、圧力を加えることで金属磁性粉末の充填率を高めることができる。
【００３９】
なお、一次成形体５の成形工法を圧粉成形法とすることにより、高圧力で加圧成形することができるため、プラスチック成形法よりも金属磁性粉末の充填率を高める事ができ、高い比透磁率を得る事ができる。
【００４０】
次に一次成形体５の上面に形成する凸部７について詳細に説明する。
【００４１】
図３（ｂ）に示すように、一次成形体５の上面に凸部７を形成し、この凸部７の形状を凸方向に従ってその断面積が小さくなる形状とすることで、巻き線コイル３の搭載工程において、凸部７に巻き線コイル３の空芯部をはめ込みやすくすることができる。これは後工程で第２の成形体をプラスチック成形法で形成する場合に、効果的であり上記混練物を射出する圧力で発生する巻き線コイル３の位置ずれを防止することができる。
【００４２】
なお、その断面積とは一次成形体５の平面方向に平行な面における断面を指す。
【００４３】
また、図４（ａ）（ｂ）に示すように、巻き線コイル３と電気的に接続する端子電極２との接続を考慮し、予め巻き線コイル３の引き出し位置を固定させておく必要がある場合には、さらに効果的であり、巻き線コイル３が凸部７を中心に回転して発生する巻き線コイル３の位置ずれを防止することができる。
【００４４】
また、凸部７の断面形状を巻き線コイル３の空芯形状と同形状とすることで、より巻き線コイル３を搭載しやすくなり、複数の巻き線コイル３の位置ばらつきを抑制することができる。例えば略円形状の空芯形状を有する巻き線コイル３に対しては、その断面が略円形状の凸部７とすることが好ましい。
【００４５】
さらに上述したように、凸部７の断面形状と巻き線コイル３の空芯形状を同形状とし、かつこの凸部７の先端における断面積をＳ、前記凸部７の末端の断面積をＰ、前記空芯の面積をＤとしたときＳ＜Ｄ≦Ｐなる関係を満たすことで、一次成形体５に巻き線コイル３が配置された際に、凸部７の一定の高さで巻き線コイル３が固定されるため、複数の巻き線コイル３における上下位置のばらつきを防止することができる。
【００４６】
なお、上記Ｄ＝Ｐを満足するものとしたが、巻き線コイル３の空芯の直径と凸部７の末端の直径にばらつきを有していたとしても、巻き線コイル３の空芯の直径に対して凸部７の末端の直径が１０％以内の差異であれば製品設計上磁気特性に影響を及ぼすものではない。
【００４７】
また、図５に示すように凸部７の先端部を曲面とすることで、凸部７に巻き線コイル３をより挿入しやすくなる。
【００４８】
以上のように、凸部７を形成することにより巻き線コイル３の配置および固定が容易となる。
【００４９】
次に、図３（ｃ）に示すように、二次成形体６の成形工程について説明する。二次成形体６の成形は、上述した一次成形体５の成形工程と同様に、金属磁性粉末と溶融状態の熱硬化性樹脂からなる混練物を金型内に充填し金型内で熱硬化を行うことで、一次成形体５および二次成形体６が一体となり複合磁性材料１となるとともに、複数の巻き線コイル３が埋設されたモールドコイル成形体９を作製する。
【００５０】
なお、２０１６サイズ以下のコイル埋設型磁性素子４を作製する場合、一次成形体５とコイル間の狭スペースに、磁性材料を充填させる必要があるため、例えば、射出成形、トランスファー成形、圧縮成形といった、磁性材料と樹脂からなる混合物の樹脂成分を加熱溶融して成形を行うプラスチック成形法によって成形を行うことで前記狭スペースに磁性材料が入り込みやすくなり好ましい。
【００５１】
なお、図４（ａ）は巻き線コイル３の対となる引き出し位置を各々反対方向としているが、この引き出し位置は特に限定されるものではなく、側面もしくは上面から引き出すこともできる。
【００５２】
次に、図３（ｄ）に示すように、モールドコイル成形体９を金型から取り外しコイル毎に所定寸法にて分割を行い個片８を得る。分割する手法としては、ダイシングによる手法、分割溝を形成後にブレーキングを行う手法、レーザーを用いて切断する手法等があげられる。前記分割溝については、金型形状によってモールドコイル成形体９に溝が入るように成形しても良い。
【００５３】
次に分割した個片８に対して、巻き線コイル３と電気的に接続するように端子電極２を形成する。端子電極２の形成手法としては、例えば導電性接着剤を塗布後、ニッケル−スズめっきを行う手法を挙げる事が出来るが、巻き線コイル３との導通が確保さえ出来れば、他の手法で形成しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明によれば小型で量産性に優れた信頼性の高いコイル埋設型磁性素子を製造することが可能となる。
【符号の説明】
【００５５】
１  複合磁性材料
２  端子電極
３  巻き線コイル
４  コイル埋設型磁性素子
５  一次成形体
６  二次成形体
７  凸部
８  個片
９  モールドコイル成形体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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