CN108063038A - 线圈部件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种不经由复杂的工序就可以制造且对机械强度的可靠性高的线圈部件。线圈部件(1)具备鼓状芯(2)和板状芯(6)，鼓状芯(2)具有卷芯部(3)以及分别设置于卷芯部(3)的各端部的第1和第2凸缘部(4)、(5)，板状芯(6)在第1和第2凸缘部(4)、(5)间跨接，其中，第1和第2凸缘部(4)、(5)各自具有与板状芯(6)的主面(9)相对的顶面(11)、(12)，在板状芯(6)的主面(9)与第1和第2凸缘部(4)、(5)的顶面(11)、(12)之间，存在分散有粒径为50nm～1000nm的磁性粉的树脂(16)。分散有磁性粉的树脂(16)作为粘接剂发挥功能，磁性粉作为骨料发挥功能且有助于提高添加有磁性粉的树脂(16)的导磁率。
Description
技术领域
本发明涉及线圈部件，特别涉及具备鼓状芯以及板状芯的线圈部件，其中，所述鼓状芯具有卷绕电线而成的卷芯部和分别设置于卷芯部的各端部的第1和第2凸缘部，所述板状芯在第1和第2凸缘部间跨接。
背景技术
作为对本发明有意义的技术，例如有日本特开2015－65272号公报(专利文献1)所记载的技术。专利文献1中记载了一种脉冲变压器，其目的在于提供一种即使是小尺寸也可实现大的电感值的、作为线圈部件的脉冲变压器，为了达成该目的，其具有以下的构成。
即，专利文献1所记载的脉冲变压器具备：鼓状芯和板状芯、分别卷绕于鼓芯的卷芯部而构成脉冲变压器的初级绕组的第1和第2电线、以及分别卷绕于卷芯部而构成脉冲变压器的次级绕组的第3和第4的电线。并且，为了达成上述目的，其特征在于，对鼓芯的第1凸缘部的顶面、鼓芯的第2凸缘部的顶面、以及板状芯的下表面中的与第1和第2凸缘部的各自的上述顶面分别相对的部分，分别进行研磨。
此外，专利文献1中记载了在上述第1至第4的电线各自中的卷绕于卷芯部的部分与板状芯之间配置粘接剂。根据该构成，可以不用特意将粘接剂填充用的槽设置于第1和第2凸缘部、板状芯，可以相应地程度提高上述电感值。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2015－65272号公报
发明内容
然而，专利文献1所记载的技术具有如以下的应该解决的课题。
首先，对鼓芯的第1凸缘部的上表面、鼓芯的第2凸缘部的上表面、以及板状芯的底面中的与第1和第2凸缘部的各自的上述上表面分别相对的部分，必须进行研磨，然而，在进行这种研磨时，必须经由研磨工序－清洗工序－干燥工序这样的复杂的多个工序，因此生产率非常低。
此外，由于固定板状芯的粘接剂仅涂布在电线上，因此，这样的构成中板状芯对鼓状芯的固着力低。此外，在这种情况下，若由于外力、热等而板状芯偏移，则有可能产生电线的卷绕紊乱、变形、断线。而且，由于板状芯相对于鼓状芯的位置精度低，有可能产生电感值的偏差、经时变化。
本发明的目的在于提供一种线圈部件，其不经由复杂的工序就可以制造且抑制了板状芯对于鼓状芯的固着力的下降。
本发明所涉及的线圈部件具备：
由磁性体构成的鼓状芯，其具有卷芯部以及分别设置于卷芯部的各端部的第1和第2凸缘部；
由磁性体构成的板状芯。其具有相互朝向相反方向的第1和第2主面且跨接第1和第2凸缘部间；
设置于第1凸缘部的至少一个第1端子电极；
设置于第2凸缘部的至少一个第2端子电极；以及
卷绕于卷芯部在且连接于第1端子电极与第2端子电极之间的至少1根电线。
为了解决上述技术课题，这种构成的线圈部件中，本发明的特征在于，上述第1和第2凸缘部各自具有与板状芯的第1主面相对的顶面，在板状芯的第1主面与第1和第2凸缘部的顶面之间存在分散有粒径为50nm～1000nm的磁性粉的树脂。
上述分散有磁性粉的树脂作为鼓状芯与板状芯的粘接剂发挥功能，磁性粉在粘接剂中作为骨料发挥功能，并且有助于凸缘部与板状芯之间的磁阻的减少。这里，将磁性粉的粒径的下限值设为50nm是因为在小于50nm时，磁性粉容易凝聚，在磁性粉凝聚时，添加有磁性粉的树脂变得无法作为粘接剂发挥功能。此外，将磁性粉的粒径的上限设为1000nm是因为若大于1000nm，则板状芯的第1主面与第1和第2凸缘部的顶面的间隔变得过宽，削弱磁阻减少效果。
本发明中，上述分散有磁性粉的树脂优选存在于板状芯的第1主面与第1和第2凸缘部的顶面所相对的全部区域。该构成更大地有助于凸缘部与板状芯之间的磁阻的减少。
为了提高作为粘接剂的功能，磁性粉的粒径优选为140nm以上，更优选为300nm～400nm。
此外，为了提高作为利用磁性粉的骨料的效果，相对于树脂和磁性粉的合计量的磁性粉的添加量优选为5体积％以上，另一方面，为了使磁性粉的凝聚不易产生，优选为40体积％以下。并且，磁性粉的添加量更优选为10.9体积％～36体积％。
本发明中，板状芯的第1主面与第1和第2凸缘部的顶面的间隔优选为2μm～50μm。若板状芯的第1主面与第1和第2凸缘部的顶面的间隔为50μm以下，则可确保所需的电感值。此外，若上述间隔为2μm以上，则无需用于强制地减小板状芯的第1主面与第1和第2凸缘部的顶面的间隔的加压工序等，并且可提高对规定该间隔的板状芯的第1主面以及第1和第2凸缘部的顶面的设计自由度和加工工序自由度。
本发明中，鼓状芯和板状芯由如铁氧体这样的烧结体构成时，至少在板状芯的第1主面与第1和第2凸缘部的顶面处存在微细的凹部。在这种情况下，优选磁性粉的一部分与树脂的一部分一起进入凹部内。磁性粉向凹部内的进入带来锚固效应，因此，可以提高对板状芯的鼓状芯的固着力。此外，磁性粉向凹部内的进入进一步减少鼓状芯的凸缘部与板状芯之间的磁阻。
根据本发明，可得到一种线圈部件，其不论是否研磨均可减少凸缘部与板状芯之间的磁阻，因此不经由包括研磨工序的复杂的多个工序就可以制造，而且，由于磁性粉作为骨料发挥功能，因此可抑制板状芯相对于鼓状芯的固着力的下降。
附图说明
图1是表示本发明的一实施方式的线圈部件1的图，(A)为正面图，(B)为左侧面图。
图2是表示拍摄图1所示的线圈部件1的试制品中的一个凸缘部4与板状芯6的接合部分而得的显微镜照片的图。
图3是表示为了对板状芯的凸缘部的固着力进行测定而使用的开口销17的正面图。
符号说明
1 线圈部件
2 鼓状芯
3 卷芯部
4、5 凸缘部
6 板状芯
7 第1主面
8 第2主面
11、12 顶面
13、14 端子电极
15 电线
16 添加有磁性粉的树脂
具体实施方式
参照图1对本发明的一个实施方式的线圈部件1进行说明。
如图1所示，线圈部件1具备例如由铁氧体等磁性体构成的鼓状芯2。鼓状芯2具有卷芯部3以及分别设置于卷芯部3的各端部的第1和第2凸缘部4和5。
线圈部件1还具备跨接上述第1和第2凸缘部4和5间的板状芯6。板状芯6具有相互朝向相反方向的第1和第2主面7和8。与鼓状芯2的情况同样地，板状芯6也例如由铁氧体等磁性体构成，由此，板状芯6与鼓状芯2协同而构成闭合磁路。
第1和第2凸缘部4和5分别具有安装时朝向安装基板(未图示)侧的底面9和10以及与底面9和10相反侧的顶面11和12。第1和第2凸缘部4和5的顶面11和12与板状芯6的第1主面7相对。
在第1凸缘部4的底面9侧设置有第1端子电极13，在第2凸缘部5的底面10侧设置有第2端子电极14。端子电极13和14通过印刷例如包含Ag粉末等导电性金属粉末的导电性膏，接下来，将其进行煅烧，进而，实施镀Ni和镀Sn而形成。或者，端子电极13和14例如也可以通过将由韧铜或磷青铜等铜系金属构成的导电性金属片贴附于凸缘部4和5而形成。
将电线15卷绕于卷芯部3。电线15例如由利用如聚氨酯、聚酯酰亚胺、聚酰胺酰亚胺的树脂进行绝缘被覆而成的Cu线构成。电线15的一端与第1端子电极13连接，相同地另一端与第2端子电极14连接。端子电极13和14与电线15的连接例如可应用热压接或超声波熔敷、激光熔敷等。
在板状芯6的第1主面7与第1和第2凸缘部4和5的顶面11和12之间存在分散有磁性粉的树脂16。该添加有磁性粉的树脂16作为粘接剂发挥功能，因此优选存在于板状芯6的第1主面7与第1和第2凸缘部4和5的顶面11和12所相对的全部区域。应予说明，图1中，添加有磁性粉的树脂16为了使其能够图示，将其厚度放大地进行图示。对于添加有磁性粉的树脂16的厚度，即，板状芯6的第1主面7与凸缘部4和5的顶面11和12的间隔的优选范围，在后面进行叙述。
作为添加有磁性粉的树脂16中的树脂，可使用固化性树脂、可塑性树脂、橡胶、弹性体等，从耐热性的观点出发，优选为热固性树脂、紫外线固化性树脂等固化性树脂，例如，可使用环氧系树脂、有机硅系树脂、酚系树脂、三聚氰胺系树脂等。此外，作为磁性粉，可使用磁性金属、磁性氧化物等，从使用环境的观点出发，优选为在常温下具有强磁性的金属、氧化物，例如，可使用镍粉、钴粉、铁粉、铁－镍系铁氧体粉、铁－锌系铁氧体粉等。
上述磁性粉的粒径为50nm～1000nm。这里，粒径由被称为中值径的D50表示。另外，粒径是通过对研磨线圈部件1而得的断面以SEM进行观察测定即可。具体而言，可以对于添加有磁性粉的树脂16的任意的相当于3μm×3μm的区域的SEM照片内的粒子，以SEM照片内的刻度为指标，测量粒子的长边方向长度而求出。添加有磁性粉的树脂16中的磁性粉作为骨料发挥功能，并且有助于提高添加有磁性粉的树脂16的导磁率。如上所述，将磁性粉的粒径的下限值设为50nm是因为在小于50nm时，磁性粉容易凝聚，在磁性粉凝聚时，添加有磁性粉的树脂变得无法作为粘接剂发挥功能。此外，将磁性粉的粒径的上限设为1000nm是因为若大于1000nm，则板状芯6的第1主面7与凸缘部4和5的顶面11和12的间隔变得过宽，削弱磁阻减少效果。这里，板状芯6的第1主面7与凸缘部4和5的顶面11和12的间隔变得过宽是因为该间隔的最小值被磁性粉的粒径支配。即，若磁性粉的粒径变大，则相应地该间隔变宽。
从本申请发明人的经验已发现为了提高磁性粉作为骨料的效果，相对于树脂和磁性粉的合计量的磁性粉的添加量需要最低为5体积％，另一方面，为了使磁性粉的凝聚难以产生，必须为40体积％以下。
这里，磁性粉的添加量可以对添加有磁性粉的树脂用SEM-EDAX定量测定金属成分而求出。应予说明，用上述SEM-EDAX无法判断时，可以对添加有磁性粉的树脂用ICP-AES定量测定金属成分。
如上所述，鼓状芯2和板状芯6由铁氧体这样的烧结体构成。在这种情况下，至少在板状芯6的第1主面7与第1和第2凸缘部4和5的顶面11和12处存在微细的凹部。图2表示对线圈部件1的试制品中的一个凸缘部4与板状芯6的接合部分进行拍摄而得的显微镜照片。图2中，添加有磁性粉的树脂16中分散的磁性粉显示为发白的粒子。
如图2所示，磁性粉的一部分优选与树脂的一部分一起进入凹部内。磁性粉向凹部内的进入带来锚固效应，因此，可以提高板状芯6对鼓状芯2的固着力。此外，磁性粉向凹部内的进入可进一步减少鼓状芯2的凸缘部4和5与板状芯6之间的磁阻。
以下，对为了求出本发明所涉及的添加有磁性粉的树脂16所含的磁性粉的粒径和添加量的优选范围而实施的线圈部件1的实验例进行说明。
[实验例1]
实验例1中，对磁性粉的粒径求出优选范围。
作为磁性粉，使用具有如后述的表1的“磁性粉粒径”一栏中示出的粒径的TOHOTITANIUM Co.,LTD.,制的镍粉。应予说明，表1的试样4中，使用以重量比计1：2的比例混合粒径140nm的镍粉与粒径400nm的镍粉而成的磁性粉。
试样1～4中，使上述镍粉以镍粉的添加量相对于树脂和镍粉的合计量为32.5体积％的方式分散在作为树脂的单液性固化型环氧树脂中，用作添加有磁性粉的树脂。试样5中，不含磁性粉，仅使用树脂。
实验例1中，对于鼓状芯与板状芯的接合，使用上述添加有磁性粉的树脂或树脂。这里，为了树脂的固化，应用温度160℃、7分钟的固化条件。此外，实验例1中，将鼓状芯的凸缘部的顶面与板状芯的第1主面的间隔设定为4μm。
对所得的试样1～5以表1所示的方式评价“固着力”和“L值”。
“固着力”以下述方式进行测定。在卷绕电线前的状态下，卷芯部与板状芯的间隙的间隔为0.5mm。另一方面，准备如图3所示的形状的开口销17。开口销17的前端具有0.2mm的直径，基部具有1mm的直径。在上述间隙以5mm/分钟的速度压入开口销17，将压力被释放的时刻即产生破坏的时刻的数值作为“固着力”读取，确认了该数值是否相对于规定车载部件的可靠性的AEC－Q200的强度下限值(17.7N)得到充分的余裕。应予说明，表1的“固着力”中所记载的括号内的数值是在试样1～4中为试样数10的平均值，在试样5中为试样数5的平均值。
“L值”是在频率：100kHz、重叠条件：DC8mA、使用设备：阻抗分析仪(AgilentTechnologies公司制，型号：4294A)的测定条件下测定的电感值。表1所示的“L值”是试样数5的平均值。
【表1】
如表1所示，可确认在“磁性粉粒径”为140nm以上时满足AEC－Q200标准。由此，可知若“磁性粉粒径”为140nm以上，则能够充分获得作为粘接剂的功能。
另外，可知若将“磁性粉粒径”如试样2～4那样设为300nm～400nm，则可实现大于不含磁性粉的、相当于以往例的试样5的“固着力”即82.4N的“固着力”。
对于“L值”，也示出与上述“固着力”同样的趋势。即，若将“磁性粉粒径”如试样2～4那样设为300nm～400nm，则可实现大于不含磁性粉的、相当于以往例的试样5的“L值”即182.1μH的“L值”。
应予说明，虽然表1中未示出，但在上述试样1～5中，为了测定“固着力”而产生的破坏，不是在添加有磁性粉的树脂的部分而是在全部的鼓状芯或板状芯的部分产生。由此也可知，试样1～5中，可得到强的“固着力”。
此外，对试样1～5实施可靠性确认试验。更具体而言，实施高温保存(150℃下2000小时和175℃下2000小时)、高温高湿保存(在85℃、85％下2000小时)以及热冲击(将－40℃/+125℃进行2000次循环并且将－55℃/+150℃进行2000次循环)的各试验。其结果，试样1～5中均得到良好的结果，未观察到因磁性粉的添加所致的可靠性下降。
[实验例2]
实验例2中，对磁性粉的添加量求出优选范围。
作为磁性粉，使用具有300nm的粒径的TOHO TITANIUM Co.,LTD.,制的镍粉。将其用后述的表2的“磁性粉添加量”一栏所示的添加量分散在作为树脂的单液性固化型环氧树脂中，制作添加有磁性粉的树脂。另外，试样10中，不含磁性粉，仅使用树脂。应予说明，“磁性粉添加量”是表示以体积％表示相对于树脂和磁性粉的合计量的磁性粉的添加量。
实验例2中，对于鼓状芯与板状芯的接合，使用上述添加有磁性粉的树脂或树脂。这里，树脂的固化条件与实验例1的情况相同。此外，实验例2中，将鼓状芯的凸缘部的顶面与板状芯的第1主面的间隔设定为4μm。
对于所得的试样6～10，如表2所示，评价“固着力”、“L值”和“破坏模式”。“固着力”和“L值”的各个测定条件与实验例1的情况相同。“破坏模式”的评价是对为了测定“固着力”而产生的破坏是在哪个部分产生进行的评价。将在鼓状芯或板状芯的部分产生的情况作为“A”，将在添加有磁性粉的树脂或树脂的部分产生的情况作为“B”，表2中，对于全部试样数10，将[A的试样数]/[B的试样数]的比率以“A/B”的形式表示。
【表2】
由表2可确认，如试样6～9那样“磁性粉添加量”为10.9体积％～36体积％时，可得到113.9N以上的“固着力”，可得到264.7μH以上的“L值”。
此外，由试样6～10间的比较可知，随着“磁性粉添加量”变多，“A/B”变大，破坏在鼓状芯或板状芯的部分产生的比例变高。
另外，表2所示的试样6～9中，由于所有的“磁性粉粒径”为300nm，因此表2的试样8的“磁性粉添加量”为32.5体积％，“磁性粉粒径”为300nm。另一方面，表1所示的试样1～4中，所有的“磁性粉添加量”为32.5体积％，因此表1的试样2与表2的试样8同样，“磁性粉添加量”为32.5体积％，“磁性粉粒径”为300nm。即，对于与添加有磁性粉的树脂相关的条件，表1的试样2与表2的试样8相同。
另一方面，对于表1的试样2和表2的试样8，若比较“固着力”、“L值”和“破坏模式”，则试样2与试样8间得到了不同的结果。
首先，对于“L值”，是因为在实验例1和实验例2中改变了线圈部件1的构成，具体而言，改变了向鼓状芯、板状芯、电线对卷芯部的卷绕形态。
其次，对于“固着力”，试样2与试样8间虽然得到了不同的结果，但差异较小，认为其在偏差的范围。反过来，这表明即使在如实验例1、实验例2那样线圈部件1的具体构成不同的情况下，也可以抑制板状芯对鼓状芯的固着力的下降，因此在本发明中，与线圈部件1的具体的构成无关地发挥效果。
[实验例3]
实验例3中，使用上述试样6～8和10所涉及的添加有磁性粉的树脂或树脂，对将板状芯的第1主面与第1和第2凸缘部的顶面的间隔分别设定为2μm和50μm时的共模扼流圈线圈的L值进行了研究。将其结果示于表3。
【表3】
[单位：μH]
由表3可知，间隔小至2μm时，磁性粉添加量的不同虽然对L值没有产生太大影响，但若间隔大至50μm，则磁性粉添加量的不同对L值产生较大的影响。
此外，若将表3中以虚线包围表示L值的数值的、试样8的间隔“50μm”与试样10的间隔“2μm”进行比较，则可知即使在如试样8那样间隔大至50μm的情况下，也可以通过添加磁性粉来确保超过无添加的试样10的L值。
在以上说明的实验例中虽然使用镍粉作为磁性粉且使用单液性固化型环氧树脂作为树脂，但对于用其它磁性粉和其它树脂也确认到了可得到同样的结果。
此外，本发明中，线圈部件可以构成单一的线圈，也可以由脉冲变压器、共模扼流圈线圈等多个线圈构成。因此，电线的数量也是任意的，与此相应地，设置于各凸缘部的端子电极的数量也是任意的。
Claims (8)
1.一种线圈部件，具备：
由磁性体构成的鼓状芯，其具有卷芯部以及分别设置于所述卷芯部的各端部的第1和第2凸缘部，
由磁性体构成的板状芯，其具有相互朝向相反方向的第1和第2主面且在所述第1和第2凸缘部间跨接，
设置于所述第1凸缘部的至少一个第1端子电极，
设置于所述第2凸缘部的至少一个第2端子电极，以及
卷绕于所述卷芯部且在所述第1端子电极与所述第2端子电极之间连接的至少1根电线，
其中，所述第1和第2凸缘部各自具有与所述板状芯的所述第1主面相对的顶面，
所述板状芯的所述第1主面与所述第1和第2凸缘部的所述顶面之间存在分散有粒径为50nm～1000nm的磁性粉的树脂。
2.根据权利要求1所述的线圈部件，其中，分散有所述磁性粉的树脂存在于所述板状芯的所述第1主面与所述第1和第2凸缘部的所述顶面所相对的全部区域。
3.根据权利要求1或2所述的线圈部件，其中，所述磁性粉的粒径为140nm以上。
4.根据权利要求3所述的线圈部件，其中，所述磁性粉的粒径为300nm～400nm。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的线圈部件，其中，相对于所述树脂和所述磁性粉的合计量的所述磁性粉的添加量为5体积％～40体积％。
6.根据权利要求5所述的线圈部件，其中，相对于所述树脂和所述磁性粉的合计量的所述磁性粉的添加量为10.9体积％～36体积％。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的线圈部件，其中，所述板状芯的所述第1主面与所述第1和第2凸缘部的所述顶面的间隔为2μm～50μm。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的线圈部件，其中，至少在所述板状芯的所述第1主面与所述第1和第2凸缘部的所述顶面处存在微细的凹部，所述磁性粉的一部分与所述树脂的一部分一起进入所述凹部内。
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