JP2005005644A

JP2005005644A - 巻線型電子部品及び樹脂組成物

Info

Publication number: JP2005005644A
Application number: JP2003170450A
Authority: JP
Inventors: Koji Tanabe; 孝司田辺; Shinichi Tezuka; 信一手塚
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2003-06-16
Filing date: 2003-06-16
Publication date: 2005-01-06

Abstract

【課題】耐熱衝撃性が向上された巻線型電子部品の提供を課題とする。
【解決手段】フェライト材料から構成されるコア１と、コア１の所定領域に巻き回されたコイル導体２と、コイル導体２の周囲に配設されてコイル導体２を封止し、かつ磁性粉末、線膨張率が５．０×１０^−６以下の低熱膨張粉末及び熱硬化性樹脂を含む封止部４とを備えている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インダクタ、トランス、チョークコイルなどの巻線型電子部品に関し、詳しくは、巻線部分を封止する樹脂組成物に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
巻線型電子部品の一例を図１に示す。図１に示すように、巻線型電子部品１０は、両端部にフランジ１ａ、１ｂを有するコア１と、コア１の外周に巻き回されるコイル導体２とを有している。コア１はフェライトなどの磁性材料によって通常は一体として形成されており、コイル導体２とともに巻芯を構成している。コア１のフランジ１ａ、１ｂの外側の側面及び端面には、第１層目の電極３ａ、３ｂが形成されている。
コイル導体２の両端の引出線２ａ、２ｂが、フランジ１ａ、１ｂの側面部分で電極３ａ、３ｂにそれぞれ接合している。フランジ１ａ、１ｂ間に挟まれた凹部には、コイル導体２を被覆するように封止部４が配設されている。引出線２ａ、２ｂが接続された電極３ａ、３ｂの外周には、更に第２層目の電極５ａ、５ｂが施してある。
【０００３】
封止部４としては、例えばフェライト粉末が分散されているエポキシ樹脂が用いられている。フェライト粉末を樹脂中に分散させることにより、磁束が封止部４内を通過しやすくなって磁気シールド性が向上し、隣接部品に対する磁気的影響を低減し、又は巻線型電子部品１０自身のインダクタンス値の向上を図ることができる（例えば、特許文献１）。
【０００４】
【特許文献１】
特開昭６３−２３６３０５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
巻線型電子部品１０は、他の電子部品と電気的に接続する場合には、はんだ付けされている。近時、融点の低い鉛（Ｐｂ）フリーのはんだが用いられるようになってきており、巻線型電子部品１０は、はんだ付け時に従来よりも高い温度に加熱されるために、耐熱衝撃性が要求される。特に、コア１を構成しているフェライト材料と封止部４を構成しているエポキシ樹脂の線膨張率が相当程度異なるために、はんだ付け時に封止部４内部にクラックが発生し、又はコア１に熱衝撃が加わることによりインダクタンス値が低下するおそれがある。
そこで本発明は、耐熱衝撃性が向上された巻線型電子部品の提供を課題とする。また本発明は、そのような巻線型電子部品に好適な樹脂組成物の提供を課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述したようにコア１を構成しているフェライト材料と封止部４を構成しているエポキシ樹脂の線膨張率は相違する。具体的には、Ｎｉ−Ｍｎ−Ｃｕ−Ｚｎフェライトの線膨張率は１．１×１０^−５／℃、熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂は６．０×１０^−５／℃程度である。封止部４にはフェライト粉末が分散されているが、このフェライト粉末はコア１を構成しているフェライト材料と同一の材料で構成されているものとすると、線膨張率の差はエポキシ樹脂とコア１との間で生ずる。したがって、線膨張率がフェライトよりも低い粉末を封止部４に分散させると、封止部４の線膨張率がコア１の線膨張率に近づくことによって、巻線型電子部品の耐熱衝撃性を向上できる。
【０００７】
本発明はこの知見に基づくものであり、フェライト材料から構成されるコアと、前記コアの所定領域に巻き回されたコイル導体と、前記コイル導体の周囲に配設されて前記コイル導体を封止し、かつフェライト粉末、線膨張率が５．０×１０^−６／℃以下の低熱膨張粉末及び熱硬化性樹脂を含む封止部とを備えたことを特徴とする巻線型電子部品である。
本発明の巻線型電子部品は、封止部に線膨張率が５．０×１０^−６／℃以下の低熱膨張粉末を分散させることにより、封止部全体としての線膨張率をコアのそれに近づけることができる。そのために、耐熱衝撃性が向上する。なお、本発明における線膨張率は、２０〜４００℃の範囲の値で定義されるものとする。また、低熱膨張粉末の望ましい線膨張率は１．０×１０^−６／℃以下である。
【０００８】
線膨張率が５．０×１０^−６以下の物質としては、窒化珪素、炭化珪素、酸化珪素等のセラミックス、３６ｗｔ％Ｎｉ−Ｆｅ合金、３１ｗｔ％Ｎｉ−５ｗｔ％Ｃｏ−Ｆｅ合金等の金属材料を用いることができる。この中で、線膨張率が５．０×１０^−７／℃と極めて小さい溶融シリカを用いるのが最も望ましい。
本発明の巻線型電子部品において、磁性粉末は種々の材質を用いることができるが、コアを構成するフェライト材料と同一の材料から構成することができる。ここで、同一の材料とは、化学組成を基準に判断されるが、当該材料において同一の特性を得ることができると判断される程度の差異があるものを包含している。
封止部に占める熱硬化性樹脂の割合を減らすことにより、熱衝撃による影響を低減することができる。封止部に占める熱硬化性樹脂の割合を減らすためには、磁性粉末を封止部中に最密充填すればよい。そこで、本発明の巻線型電子部品に用いる磁性粉末としては、封止部における充填率を向上するために、少なくとも２つのピークを備えた粒度分布を有していることが望ましい。
【０００９】
本発明の巻線型電子部品において、封止部は、磁性粉末が６０〜８０ｗｔ％、低熱膨張粉末が１０〜３０ｗｔ％、残部が熱硬化性樹脂から構成することが望ましい。さらに、磁性粉末が７０〜８０ｗｔ％、低熱膨張粉末が１０〜２０ｗｔ％、残部が熱硬化性樹脂から構成することが望ましい。
本発明が対象とする巻線型電子部品は、フェライト材料から構成されるコアにコイル導体が巻き回され、かつ少なくとも巻き回されたコイル導体の周囲に封止部が配設された形態を有していればよいが、最も典型的には、コアの両端に一対のフランジが形成され、一対のフランジ間にコイル導体が巻き回された形態の電子部品に適用することができる。
【００１０】
本発明は、上記封止部を構成するための樹脂組成物を提供する。この樹脂組成物は、磁性粉末と、線膨張係数が５．０×１０^−６以下の低熱膨張粉末と、熱硬化性樹脂組成物とを含むことを特徴としている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
図１は、本実施の形態における巻線型電子部品１０を示す断面図である。
巻線型電子部品１０の構成は、先に説明しているので、以下では各構成部分の望ましい形態について説明する。
コア１は、フェライト材料から構成されている。フェライト材料としては、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライト、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライト、Ｍｎ−Ｍｇ−Ｚｎ系フェライト、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライト等の公知の物質を広く適用することができる。
コア１は、以上のフェライト粉末を例えば乾式成形、焼成することにより得ることができる。
【００１２】
コア１の形状は、両端部にフランジ１ａ、１ｂが形成されていれば特に限定されるものではなく、フランジ１ａ、１ｂを除く部分も円柱状、楕円状、角柱状など任意である。フランジ１ａ、１ｂも同様であるが、一般的には矩形断面を有する形状とする。
コア１を製造するためには、フェライト粉末を金型でコア１の形状に成形することもできるし、例えば角柱状のコア素材を得た後に機械加工を施すことによりコア１の形状に成形することもできる。
【００１３】
コイル導体２は、丸線、平角線、箔状線など、構造、用途、必要とされるインダクタンス値や抵抗値に応じて適宜選定すればよい。コイル導体２の材質は、低抵抗値であることが望ましいので、銅または銀、特に銅を用いるのが望ましい。その表面は絶縁性樹脂で被覆されていることが望ましい。
【００１４】
封止部４を構成する樹脂としては、その機械的な強度の観点から熱硬化性樹脂を用いる。熱硬化性樹脂としてはエポキシ樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂等、公知の材質を広く適用することができる。もちろん、これら樹脂を複合して用いることも可能である。添加される磁性粉末との分散性を改善するために、分散剤等を微量添加することができる。また、適宜、少量の可塑剤等を添加することもできる。
【００１５】
封止部４中に分散される磁性粉末としては、フェライト粉末のほかに、金属磁性粉末を用いることができる。この磁性粉末は、前述したように、磁束が封止部４内を通過しやすくなって磁気シールド性が向上することにより、隣接部品に対する磁気的影響を低減し、又は巻線型電子部品１０自身のインダクタンス値を向上させるために添加される。
【００１６】
フェライト粉末としては、コア１を構成するものと同様に、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライト、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライト、Ｍｎ−Ｍｇ−Ｚｎ系フェライト、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライト等の公知の物質を広く適用することができる。
また、金属磁性粉末としては、Ｆｅ、Ｎｉ及びＣｏの１種以上を主成分とする金属磁性粉末が使用できる。具体的には、純Ｆｅ粉、Ｆｅ−Ｓｉ系合金、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系合金、Ｆｅ−Ｎｉ系合金、Ｆｅ−Ｃｏ系合金、Ｆｅ−Ｍｏ−Ｎｉ系合金等が使用できる。金属磁性粉末としては、結晶質金属のほか、非晶質金属及び微結晶金属を用いることもできる。
なお、磁性粉末の粒径は特に限定されるものではないが、１〜１００μｍ程度、望ましくは１０〜５０μｍ程度の範囲から適宜選択すればよい。ただし、封止部４における磁性粉末の充填率を向上することによる耐熱衝撃性向上のために、その粒度分布は少なくとも２つのピーク値を持つことが望ましい。粒度分布の２つのピーク値は、ピークの比が１０：１〜１０：３の範囲にあることが望ましい。例えば、平均粒径２０μｍの磁性粉末の場合、２７μｍ及び３μｍに粒度分布のピーク値を有していることが望ましい。
【００１７】
封止部４内には、溶融シリカ粉末が分散されている。溶融シリカは、５．０×１０^−７／℃と工業材料の中で最も線膨張率が低い材料の一つである。したがって、封止部４内に溶融シリカ粉末を分散させると、封止部４の見かけ上の線膨張率が小さくなり、コア１を構成するフェライト材料の線膨張率に近づく。したがって、例えば、巻線型電子部品１０をはんだ付けする際の耐熱衝撃性を向上することができる。溶融シリカ粉末は、磁性粉末と同程度の粒径のものを用いればよい。なお、ここでは、低熱膨張材料として溶融シリカ粉末を例にしたが、５．０×１０^−６／℃以下の線膨張率を有する材料からなる粉末を用いることができる。
【００１８】
熱硬化性樹脂、磁性粉末及び溶融シリカ粉末の混合比（重量比）は、前記磁性粉末が６０〜８０ｗｔ％、前記低熱膨張粉末が１０〜３０ｗｔ％、残部が熱硬化性樹脂の範囲で、得たい特性に応じて定めることが望ましい。磁性粉末の量が不足すると磁気シールドとしての効果が不十分となる一方、樹脂の量が不足すると封止部４としての強度が不足する。また、溶融シリカ粉末の量が不足すると、封止部４の低熱膨張化が不十分となる。以上の点を考慮して樹脂、磁性粉末及び溶融シリカ粉末の混合比を決定するのが望ましい。
【００１９】
以下、図２及び図３に基づいて、巻線型電子部品１０の製造方法について説明する。なお、図２は巻線型電子部品１０の製造方法の主要工程を示すフローチャート、図３は図２の各工程における巻線型電子部品１０の状態を示す図である。
まず、図３（ａ）に示すように、四角柱状のコア素材２０を作成する（図２Ｓ１０１）。コア素材２０は、例えばフェライト材を乾式成形することで得ることができる。
次に、図３（ｂ）に示すように、コア素材２０の両端部を除いて円柱状、楕円状あるいは角柱状などに研削加工し、フランジ１ａ、１ｂを有するコア１の形態を有する成形体に加工する。この成形体を焼成することによりコア１が得られる（図２Ｓ１０３）。
次に、図３（ｃ）に示すように、フランジ１ａ、１ｂの側面及び端面に、浸漬法などによって第１層目の電極３ａ，３ｂを形成する（図２Ｓ１０５）。
電極３ａ、３ｂを形成した後に、図３（ｄ）のように、コア１にコイル導体２を巻き回すとともに、コイル導体２の引出線２ａ、２ｂをフランジ１ａ、１ｂにおいて電極３ａ，３ｂに熱圧着などの方法で接続する（図２Ｓ１０７）。
【００２０】
次に、図３（ｅ）に示すように、フランジ１ａ、１ｂに挟まれたコア１の凹部に封止部４を形成するための樹脂組成物を塗布し、コイル導体２からなる巻線部分を封止する（図２Ｓ１０９）。通常は、素子全体が四角柱状となるように成形する。
塗布する樹脂組成物は、熱硬化性樹脂組成物、磁性粉末、溶融シリカ粉末及び溶剤を含み塗料化されたものである。樹脂組成物を塗布した後に、溶剤を除去するために乾燥に供される（図２Ｓ１１１）。しかる後に、樹脂組成物の硬化処理を行う（図２Ｓ１１３）。乾燥及び硬化処理ともに、各々所定の温度に加熱することにより実行される。乾燥における加熱温度は５０〜１００℃の範囲で行うことが望ましい。また、硬化処理は、用いた樹脂組成物の種類に応じて定められるが、通常、１００〜２００℃の温度範囲で実行される。乾燥及び硬化には、例えばオーブンを用いた加熱、あるいは電磁誘導加熱を適用することができる。ここで、電磁誘導加熱にとっては、磁性体であってかつ電気抵抗の高い導電体が被加熱対象として望ましい。巻線型電子部品１０は、前述のように、コア１がフェライトから構成されており、また、封止部４中に磁性粉末が含まれている。したがって、乾燥工程において電磁誘導加熱を施すことにより、コア１及び封止部４に含まれる磁性粉末が発熱して乾燥が促進される。特にフェライトは抵抗が高いことから、効率的な電磁誘導加熱を行うことができる。
樹脂組成物を硬化した後に、さらに、図３（ｆ）に示すように第２層目の電極５ａ，５ｂを形成する（図２Ｓ１１５）。
【００２１】
樹脂の硬化処理を施した後に、図３（ｆ）に示すように、電極３ａ，３ｂ及び引出線２ａ，２ｂの接合部分に第２層目の電極５ａ，５ｂを形成する。電極５ａ，５ｂの周囲にメッキを施すこともできる。このようにして、巻線型電子部品１０が製造される。なお、図１に示した巻線型電子部品１０はあくまで一例であって、他の形態とすることを何ら否定するものではない。
【００２２】
（実験例）
Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕフェライトにより構成されたコア１（サイズ：２５１８）を作成した。
また、平均粒径が２０μｍで２７μｍ及び３μｍに２つの粒度分布のピークを持つＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕフェライト粉末、溶融シリカ粉末（株式会社龍森製ＲＤ−８）及び熱硬化性樹脂とを用意した。上記フェライト粉末を９０ｗｔ％、熱硬化性樹脂を１０ｗｔ％とを混合した樹脂組成物Ａ（比較例）、上記フェライト粉末７５ｗｔ％、熱硬化性樹脂１０ｗｔ％及び溶融シリカ粉末１５ｗｔ％とを混合した樹脂組成物Ｂ（本発明）を用意した。なお、熱硬化性樹脂は、エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン株式会社製エピコート１００９）を７０ｗｔ％、フェノール樹脂（群栄化学工業株式会社製ＰＬ−２４０７）を３０ｗｔ％混合したものを用いた。
さらに、アセトン、メチルエチルケトン及びメタノールをアセトン：メチルエチルケトン：メタノール＝６：２：２の比率で混合した溶剤を、樹脂組成物Ａ、樹脂組成物Ｂに対して各々１５ｗｔ％になるように添加して塗料を得た。
【００２３】
図２及び図３に示す手順で樹脂組成物を塗布した実験用サンプルに対して、電磁誘導加熱による乾燥を施した後に、オーブンによる硬化処理（１５０℃で６０分保持）を施した。なお、樹脂組成物Ａを塗布したサンプルをサンプルＡと、樹脂組成物Ｂを塗布したサンプルをサンプルＢと称する。なお、電磁誘導加熱には三菱電機株式会社製の加熱装置（ＣＳ−Ｋ２，周波数：２０ｋＨｚ）を用いた。また、乾燥の条件は以下のとおりである。なお、以下の条件中の温度は、電磁誘導加熱はサンプルの温度、オーブン加熱は加熱雰囲気の温度である。
電磁誘導加熱：５０〜５５℃×３０分＋５５〜５７℃×２０分
硬化処理後に封止部４内部の観察を行ったところ、サンプルＡ及びＢともに発泡が観察されなかった。なお、サンプルＡ及びサンプルＢの各構成要素の線膨張係数を表１に示しておく。
【００２４】
【表１】

【００２５】
硬化処理後のサンプルのインダクタンス値を測定するとともに、高温耐熱試験を行った後のインダクタンス値を測定した。その結果を表２に示す。なお、高温耐熱試験は、硬化処理後のサンプルについて、常温から２６０℃まで昇温するサイクルを繰り返す試験である。また、高温耐熱試験を行った後の封止部４にクラックが発生しているか否かの確認を行った。その結果もあわせて表２に示す。
表２に示すように、封止部４中に溶融シリカ粉末を含むサンプルＢの方が溶融シリカ粉末を含まないサンプルＡよりもインダクタンス値が低い。これは、封止部４中に含まれるフェライト粉末の量がサンプルＢの方が少ないためである。一方で、溶融シリカ粉末を含まないサンプルＡは、高温耐熱試験を行うとインダクタンス値が、高温耐熱試験前の値より低下することが確認された。これに対して溶融シリカ粉末を含むサンプルＢは、高温耐熱試験後にインダクタンス値が高くなっていることがわかる。これは、樹脂の収縮応力がコア１に影響を与えたためである。これに対して溶融シリカ粉末を含むサンプルＢは、高温耐熱試験後にインダクタンス値が高くなっていることがわかる。これは、溶融シリカ混入による、応力の低減と分散のためである。
また、表２に示すように、溶融シリカ粉末を含まないサンプルＡは、３サイクル目の高温耐熱試験後にクラックが観察されたが、溶融シリカ粉末を含むサンプルＢは１０サイクルの高温耐熱試験を行った後にもクラックは観察されなかった。
【００２６】
【表２】

【００２７】
以上本発明の実施の形態について説明したが、これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記の構成を取捨選択し、あるいは他の構成に適宜変更することが可能である。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、耐熱衝撃性が向上された巻線型電子部品が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態における巻線型電子部品の構成を示す断面図である。
【図２】本実施の形態における巻線型電子部品の製造方法の主要工程を示すフローチャートである。
【図３】図２の各工程における巻線型電子部品の状態を示す図である。
【符号の説明】
１…コア、１ａ，１ｂ…フランジ、２…コイル導体、２ａ，２ｂ…引出線、３ａ，３ｂ，５ａ，５ｂ…電極、４…封止部、１０…巻線型電子部品、２０…コア素材

Claims

フェライト材料から構成されるコアと、
前記コアの所定領域に巻き回されたコイル導体と、
前記コイル導体の周囲に配設されて前記コイル導体を封止し、かつ磁性粉末、線膨張率が５．０×１０^−６以下の低熱膨張粉末及び熱硬化性樹脂を含む封止部と、を備えたことを特徴とする巻線型電子部品。
前記低熱膨張粉末が溶融シリカ粉末であることを特徴とする請求項１に記載の巻線型電子部品。
前記磁性粉末がコアを構成する前記フェライト材料と実質的に同一の材料から構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の巻線型電子部品。
前記磁性粉末が少なくとも２つのピークを備えた粒度分布を有していることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の巻線型電子部品。
前記封止部は、前記磁性粉末が６０〜８０ｗｔ％、前記低熱膨張粉末が１０〜３０ｗｔ％、残部が実質的に熱硬化性樹脂から構成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の巻線型電子部品。
前記コアはその両端に一対のフランジを備え、前記コイル導体は一対の前記フランジ間に巻き回されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の巻線型電子部品。
磁性粉末と、線膨張係数が５．０×１０^−６以下の低熱膨張粉末と、熱硬化性樹脂組成物とを含むことを特徴とする樹脂組成物。