JP2016171115A - 磁性素子および磁性素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高温環境下でも、内部に入り込んだ水分を容易に放出させることが可能な磁性素子および磁性素子の製造方法を提供する。【解決手段】磁性素子１０は、全体積に対して６０体積％〜８０体積％の範囲内の体積占有率の磁性粉末を含み、全体積に対して１２体積％以上の体積占有率のバインダー樹脂を含み、さらに全体積に対して８体積％以上の体積占有率の空孔を含むコア２０と、導線を巻回することにより形成されると共にコア２０に埋設されるコイルと、を有している。【選択図】図１

Description

本発明は、磁性素子および磁性素子の製造方法に関する。

たとえばインダクタ等の磁性素子には、特許文献１に示すようなタイプが存在している。特許文献１に示すタイプの磁性素子は、空芯コイルと、この空芯コイルを内包するコアを備えていて、コアは磁性体粉末と樹脂の混合物から構成されている。また、空芯コイルの端末は、端子電極に電気的に接続されている。

特開２００７−０８１３０５号公報

ところで、上述した特許文献１に開示のような磁性素子には吸湿性がある。そのため、吸湿性に対して対策を施さないと、たとえば２６０度といった高温の半田リフローの際に、磁性素子の内部に入り込んだ水分が気化し、それによってコアに体積膨張が生じたり、コアに割れが生じる等の不具合がある。特に、コイルを形成するために、融着層を備える導線を用いる場合があるが、融着層を備える導線は吸湿性に富むため、かかる問題が顕著となる。そして、上述のようなコアの体積膨張や、コアの割れが生じてしまうと、磁性素子のインダクタンスが低下してしまう等の不具合が発生する。

そこで、特に半田リフローによって実装される磁性素子では、ＭＳＬ（モイスチャレベル；Moisture Sensitivity Level）試験により、製品外観や製品インダクタンス変化率を計測することが求められている。

一方で、近年、磁性素子に対しては、ＭＳＬに対する要求も厳しくなっており、たとえばＭＳＬ試験において、レベル１といった、外部環境に時間制限なしで放置しても良いものが要求されている。しかしながら、特許文献１に開示の磁性素子では、このような磁性素子を実現するのは困難である。すなわち、高温の半田リフロー時に、内部に入り込んでいる水分が、磁性素子から容易に放出される磁性素子を実現することは、特許文献１に基づいては実現できない。

本発明は、かかる問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、高温環境下でも、内部に入り込んだ水分を容易に放出させることが可能な磁性素子および磁性素子の製造方法を提供しよう、とするものである。

上記課題を解決するために、本発明の第１の観点は、全体積に対して６０体積％〜８０体積％の範囲内の体積占有率の磁性粉末を含み、全体積に対して１２体積％以上の体積占有率のバインダー樹脂を含み、さらに全体積に対して８体積％以上の体積占有率の空孔を含むコアと、導線を巻回することにより形成されると共に、コアに埋設されるコイルと、を有することを特徴とする磁性素子が提供される。

また、本発明の磁性素子の他の側面は、上述の発明に加えて更に、磁性粉末と、バインダー樹脂と、空孔の体積占有率の合計を１００体積％としたときに、バインダー樹脂の体積占有率は、全体積に対して１２体積％〜３２体積％の範囲内であり、空孔の体積占有率は、全体積に対して８体積％〜２８体積％の範囲内である、ことが好ましい。

さらに、本発明の磁性素子の他の側面は、上述の発明に加えて更に、バインダー樹脂は、シリコン樹脂、エポキシ樹脂のうちのいずれかである、ことが好ましい。

また、本発明の磁性素子の他の側面は、上述の発明に加えて更に、ガス透過係数が６００cm³ ・mm／（m² ・sec・atm）以上である、ことが好ましい。

さらに、本発明の磁性素子の他の側面は、上述の発明に加えて更に、磁性粉末の体積占有率は、６５体積％〜７５体積％の範囲内である、ことが好ましい。

さらに、本発明の磁性素子の他の側面は、上述の発明に加えて更に、コイルの端末に電気的に接続され、コアの外周面に取り付けられると共に、外部の実装基板に対して電気的に接続される状態で取り付けられる端子部を備える、ことが好ましい。

また、本発明の第２の観点によると、磁性素子の製造方法であって、磁性粉末を分母、バインダー樹脂を分子としたときの体積占有率の比率が、３／２０〜８／１５の範囲内で磁性粉末とバインダー樹脂とを添加して混合物を形成する混合工程と、金型の筒状部の内部にコイルをセットし、さらにコイルに対して電気的に接続される端子部が成形後のコアから露出する状態でセットすると共に、金型の筒状部の内部に混合物を充填する充填工程と、充填工程で充填された混合物を圧縮してコアを成形する圧縮成形工程と、を備え、圧縮成形工程では、混合物を圧縮する圧力の調整によって、コアに対する空孔の体積占有率が８体積％〜２８体積％の範囲内に収まるようにコアを成形する、ことを特徴とする磁性素子の製造方法が提供される。

本発明によると、磁性素子において、高温環境下でも、内部に入り込んだ水分を容易に放出させることが可能となる。

本発明の一実施の形態の磁性素子の構成を示す斜視図である。 図１の磁性素子の内部構成を透過的に示す斜視図である。 図１の磁性素子の構成を示す側断面図である。 本実施の形態のコアにおいて、磁性粉末、バインダー樹脂および空孔の体積占有率を示す三元図である。 本実施の形態の磁性素子のコアを形成するための金型である。 ガス透過係数を測定する測定装置の構成の概略を示す図であり、その一部を断面で示す側面図である。

以下、本発明の一実施の形態に係る磁性素子１０について、図面に基づいて説明する。なお、以下の説明では、ＸＹＺ直交座標系を用いて説明することがあるものとし、Ｘ方向は図３における端子部４０を結ぶ方向とし、図３における右側をＸ１側、左側をＸ２側とする。また、図１における端子部４０の幅方向をＹ方向とし、図１における左手前側をＹ１側、右奥側をＹ２側とする。また、図１における磁性素子１０の厚み方向をＺ方向とし、上側をＺ１側、下側をＺ２側とする。

＜１．磁性素子１０の構成について＞
図１は、本実施の形態の磁性素子１０の構成を示す斜視図である。図２は、本実施の形態の磁性素子１０の内部構成を透過的に示す斜視図である。図３は、本実施の形態の磁性素子１０の構成を示す側断面図である。

図１から図３に示すように、磁性素子１０は、コア２０と、コイル３０と、端子部４０とを有している。本実施の形態における磁性素子１０は、コア２０の内部にコイル３０が埋め込まれた、コイル封入型の磁性素子である。そのため、コア２０を成型する際には、金型１００（図５参照）の上側ダイ１０１と下側ダイ１０２とによって形成される筒状部Ｐにコイル３０を設置し、さらに上側ダイ１０１と下側ダイとの間に端子部４０またはコイル３０の端末を挟み込む状態とした後に、筒状部に磁性粉末とバインダー樹脂との混合物を充填することで、コア２０が加圧成形される。

コイル３０は、導線３１を巻回することにより構成される。図１〜図３に示す構成では、導線３１は丸線であり、その導線３１の端末３１ａが、コア２０の内部から外部に突出している。

このコイル３０を構成する導線３１は、銅のような金属導体部と、その金属導体部を覆うエナメル等のような絶縁層と、絶縁層を覆う融着層とを備えている。融着層は、巻回により導線３１が重ねられた状態で、隣り合う導線３１同士を融解させる部分である。それにより、隣り合う導線３１同士が固着され、コイル３０が解けようとするのが防止される。

なお、融着層は、加熱することにより導線３１同士を融着させるタイプ（例として融着層がポリアミド系樹脂から構成されているもの）、アルコール等のような溶剤を付着させることによって導線３１同士を融着させるタイプ（例として融着層が可溶ポリアミド系樹脂から構成されているもの）等があるが、導線３１同士が融着するものであれば、いずれのタイプを用いても良い。かかる融着層を備える導線３１を用いたコイル３０は、融着層を備えるため、融着層を備えない導線を用いたコイルと比較して、吸湿性が高い状態となっている。

端子部４０は、コア２０の外面に取り付けられる部分であり、外部の実装基板に対して電気的に接続される部分である。そのため、端子部４０には、コア２０の側面に位置する側面取付部４１と、コア２０の底面に位置する底面実装部４２とを有している。また、端子部４０には、端子用切欠部４３も設けられている。端子用切欠部４３は、端末３１ａが位置するように、端子部４０を切り欠いた部分である。この端子用切欠部４３に端末３１ａを位置させた状態で、端子部４０は、端末３１ａに対して電気的に接続される。図１から図３に示す構成では、端子部４０はコア２０の外面において、たとえば半田付けやレーザ溶接等の手法によって、端末３１ａに対して電気的に接続されている。

なお、図２に示すように、端子部４０の一部は、コア２０の内部に入り込んだ埋込部４４を有しているが、そのような埋込部４４を有する構成を採用しなくても良い。

なお、以上は、磁性素子１０の構成の一例であるが、そのような図１〜図３に示す構成を採用しなくても良い。たとえば、融着層を備えない導線においても、絶縁層が吸湿性を備えるため、同様の問題が生じる場合がある。また、コア２０も吸湿性を備えている。そのため、融着層が存在しない導線を用いたコイルが、コアの内部に埋め込まれた構成を用いた場合や、コアの内部にコイルを埋め込んでいない非埋め込みタイプのコアを用いた場合でも、本発明を適用することは勿論可能である。

＜２．コア２０の組成について＞
次に、コア２０の組成について、以下に説明する。本実施の形態のコア２０は、磁性粉末とバインダー樹脂とを混合した混合物である。

磁性粉末は、具体的には軟磁性金属粉末であり、たとえば磁気特性や入手し易さ等の観点からＦｅ系金属粉末が好ましいが、その中でも、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系粉末（センダスト）、Ｆｅ−Ｎｉ系粉末（パーマロイ）、Ｆｅ−Ｃｏ系粉末（パーメンジュール）、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系粉末、Ｆｅ−Ｓｉ系のケイ素鋼、Ｆｅ系アモルファス粉末等が挙げられる。また、２種類以上の上記の磁性粉末による混合物でも良い。

これらの中でも、必要な磁気的特性を得るためには、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系粉末を用いることが好ましい。なお、磁性粉末の粒径は、５μｍ〜３０μｍであることが好ましい。また、磁性粉末の粒子形状は特に限定されず、略球状、扁平形状など、使用目的に応じて選定すればよい。

また、バインダー樹脂としては、シリコン樹脂、エポキシ樹脂、ＰＥＳ（ポリエーテルサルフォン）樹脂、ＰＡＩ（ポリアミドイミド）樹脂、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）樹脂、フェノール樹脂等が挙げられるが、これら以外の樹脂をバインダー樹脂として用いても良い。この中でも、入手のし易さや耐熱性等の観点から、シリコン樹脂やエポキシ樹脂が好適である。

また、コア２０を形成した場合、磁性粉末がコア２０に占める体積占有率は、磁性粉末とバインダー樹脂と空孔との合計を１００体積％とした場合において、次の（１）から（３）の条件を満たすことが好ましい。

（１）磁性粉末の体積占有率は、６０体積％〜８０体積％の範囲内であることが好ましい。コア２０に占める磁性粉末の割合（体積占有率）が６０体積％よりも小さい場合、製品インダクタンス（Ｌｓ）も判定基準値より低くなり、好ましくない。

また、コア２０に占める磁性粉末の割合が８０体積％よりも大きくなる場合、後述する（２）および（３）の条件から、バインダー樹脂の割合が１２体積％よりも小さくなるか、または空孔の割合が８体積％よりも小さくなる。この場合において、コア２０に占める磁性粉末の割合が８０体積％よりも大きく、かつバインダー樹脂の割合が１２体積％よりも小さくなる場合には、成形体であるコア２０のハンドリングが不能な程に、強度が低下してしまい、好ましくない。

また、コア２０に占める磁性粉末の割合が８０体積％よりも大きく、かつ空孔の割合が８体積％よりも小さくなる場合には、コア２０の外観にクラックを発生させてしまい、好ましくない。かかるクラックの発生は、融着層やコア２０によって吸湿された水分が、ＭＳＬ試験での約２６０度への加熱時には体積の大きな蒸気となるが、その蒸気が外部に放出され難くなるためである。

以上から、磁性粉末の割合は、６０体積％〜８０体積％の範囲内であることが好ましい。

なお、磁性粉末の割合が、６５体積％〜７５体積％の範囲内であると、一層好ましい。この場合には、磁性粉末の割合が６０体積％の場合よりも製品インダクタンス（Ｌｓ）の値を約１．５倍程度に大きくすることができる。また、バインダー樹脂と空孔のうち少なくとも一方の体積占有率については、それぞれの許容範囲内の下限より大きな値とすることができ、それによってガス透過性およびコア２０の成形体の強度の内の少なくとも一方を、一層良好なものとすることができる。

（２）上記の（１）を満たす状態において、バインダー樹脂がコア２０に占める割合は、１２体積％〜３２体積％の範囲内であることが好ましい。コア２０に占めるバインダー樹脂の割合が３２体積％を超えると、必然的に、磁性粉末の割合が６０体積％よりも小さくなるか、または空孔の割合が８体積％よりも小さくなる。ここで、バインダー樹脂の割合が３２体積％を超え、かつ磁性粉末の割合が６０体積％よりも小さくなる場合には、上述のように製品インダクタンス（Ｌｓ）も判定基準値より低くなり、好ましくない。また、バインダー樹脂の割合が３２体積％を超え、かつ空孔の割合が８体積％よりも小さくなる場合には、上述のように成形体のコア２０の外観にクラックを発生させてしまい、好ましくない。さらに加えて、クラックの発生により、インダクタンス値（Ｌ）の変化率が許容値よりも大きくなってしまう、という問題も生じる。

また、コア２０に占めるバインダー樹脂の割合が１２体積％よりも小さくなる場合には、上述のように成形体であるコア２０のハンドリングが不能な程に、強度が低下してしまい、好ましくない。これは、上記で述べた、コア２０に占める磁性粉末の割合が８０体積％よりも大きく、かつバインダー樹脂の割合が１２体積％よりも小さくなる場合の他に、コア２０に占める磁性粉末の割合が６０体積％〜８０体積％の範囲内であっても、同様に強度が低下してしまい、好ましくない状態となっている。

以上から、バインダー樹脂の割合は、１２体積％〜３２体積％の範囲内であることが好ましい。

（３）上記の（１）と（２）を満たす状態において、コア２０の空孔率は、８体積％〜２８体積％の範囲内であることが好ましい。空孔の割合が８体積％よりも小さければ、上記と同様に成形体のコア２０の外観にクラックを発生させてしまい、好ましくない。また、クラックが成形体のコア２０に生じることにより、インダクタンス値（Ｌ）の変化率が、許容値よりも大きくなってしまう。これは、上記で述べた、コア２０に占める磁性粉末の割合が８０体積％よりも大きく、かつ空孔の割合が８体積％よりも小さくなる場合の他に、コア２０に占める磁性粉末の割合が６０体積％〜８０体積％の場合であっても、同様に強度が低下してしまい、好ましくない状態となっている。

なお、空孔の割合が８体積％よりも小さい場合には、コア２０をガスが透過するガス透過係数が低下するので、上述のようにコア２０の内部で蒸気が発生しても、その蒸気を外部に逃がし難くなっている。

なお、空孔の割合が２８体積％を超えると、磁性粉末の割合が６０体積％よりも小さくなってしまうか、またはバインダー樹脂の割合が１２体積％よりも小さくなってしまう。そのため、空孔の割合が２８体積％を超えないことが好ましい。

以上のような状態を纏めると、図４に示す状態となる。図４は、コア２０において、磁性粉末、バインダー樹脂および空孔の体積占有率を示す三元図である。この図４において、ハッチングした領域の内部であれば、コア２０は、製品インダクタンス（Ｌｓ）が判定基準値よりも高くなる。またガス透過係数も基準値よりも高くなり、コア２０の外観におけるクラックの発生が抑えられる。さらに、コア２０の外観におけるクラックの発生を抑えることにより、インダクタンス値（Ｌ）の変化率も許容値よりも小さくなる。また、成形後のコア２０について、ハンドリングが可能な程度の強度が得られる。

次に、本実施の形態のコア２０の製造方法について説明する。まず、磁性粉末と、バインダー樹脂とを混合してバインダー樹脂を磁性粉末にコーティングする（混合工程に対応）。このとき、上述した磁性粉末とバインダー樹脂の体積占有率に基づいて、磁性粉末を分母、バインダー樹脂を分子としたときの体積占有率の比率が、３／２０〜８／１５の範囲内で磁性粉末とバインダー樹脂とを添加して混合物を形成する。

かかる磁性粉末とバインダー樹脂とを混合する場合、プラネタリーミキサー等を用いて、均一に混合されるように分散するようにすることが好ましい。

また、予め導線３１を巻回することで形成されたコイル３０と、金属板を打ち抜いて形成された端子部４０とをそれぞれ別途作成する。その後、コイル３０の端末と、端子部４０とを電気的に導通する状態で接合させて半製品を作る。そのために、たとえばコイル３０の端末と端子部４０とを半田付けにて接合しても良く、レーザ溶接等の溶接によって接合しても良い。次に、金型の筒状部Ｐに、上記半製品をセットする。金型は、たとえば図５に示す構成のものが挙げられる。図５は、本実施の形態の磁性素子１０のコア２０を形成するための金型１００である。図５に示す金型１００は、上側ダイ１０１と、下側ダイ１０２と、上側パンチ１０３と、下側パンチ１０４とを備えている。上側ダイ１０１と下側ダイ１０２とは、貫通孔が形成されている。

このセットの後に、端子部４０またはコイル３０の端末を挟むように、下側ダイ１０２に対して上側ダイ１０１を降下させて、端子部４０を挟み込む状態とする。その後に、下側パンチ１０４が上側ダイ１０１と下側ダイ１０２とで囲まれた筒状部Ｐの下方側に位置する状態とする。その後に、磁性粉末とバインダー樹脂との混合物を充填する（充填工程に対応）。

続いて、筒状部Ｐの上方側から、上側パンチ１０３を挿入して、磁性粉末を加圧成形する（圧縮成形工程に対応）。このときの加圧力を調整することにより、混合物の内部に存在する空孔の体積占有率を調整することができる。本実施の形態では、混合物を圧縮する圧力の調整によって、コア２０に対する空孔の体積占有率が８体積％〜２８体積％の範囲内に収まるように成形する。また、別の手法としては、どのぐらいの質量の混合物を筒状部Ｐに充填するのかは予め判明しているので、その混合物に対して、上側パンチ１０３と下側パンチ１０４とが筒状部Ｐ内部の目標位置まで移動させることによっても、空孔の体積占有率を調整することができる。

このようにして、加圧成形によってハンドリングが可能な程度に成形したコア２０が形成される。なお、この加圧成形工程の後に、成形後のコア２０を加熱する熱硬化工程を行う。

また、加圧成形工程の後（熱硬化工程を行う場合には熱硬化工程の後）に、端子部４０を、場合によってはコイル３０の端末と一緒に、コア２０の底面側に向かうように折り曲げる。さらに、端子部４０が底面に対して面的に位置するように折り曲げる。それにより、ＳＭＤ（Surface Mount device）タイプの磁性素子１０が形成される。

次に、本実施の形態のコア２０における、実施例について説明する。

（実施例Ａ）
実施例Ａでは、磁性粉末として、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系粉末とＦｅ系アモルファス粉末の混合粉末を用い、さらにバインダー樹脂としてシリコン樹脂である信越化学社製のＫＲ−２５１（商品名）を用い、これらをプラネタリーミキサーによって混合することにより混合物を得た。その後に、金型を用いて、混合物を加圧成形することで、コア２０を有する磁性素子１０を得た。このとき、コイル３０は、絶縁層がポリアミドイミド、融着層がエポキシ系樹脂を材質とする住友電気工業株式会社製の融着銅線を用いており、そのコイルを内径４．５ｍｍ、外径８．０ｍｍとなる状態で１６．５回巻回して形成した。なお、このときのコア２０は、縦が１０ｍｍ、横が１０ｍｍ、厚みが５ｍｍとなっている。

このとき、磁性粉末の体積占有率と、シリコン樹脂の体積占有率と、空孔の体積占有率とを種々変更して、測定を行った。このとき、コア２０の密度、ガス透過係数、製品インダクタンス（Ｌｓ）の各項目を測定した。製品インダクタンス（Ｌｓ）の判定基準値は７であり、製品インダクタンス（Ｌｓ）が７以上の場合には合格（表１の丸印）、製品インダクタンス（Ｌｓ）が７より小さい場合には不合格（表１のバツ印）とした。なお、成形体のコア２０の体積は、その寸法をノギスで測定して算出している。また、成形体のコア２０の重量は、電子天秤を用いて測定している。同じくバインダー樹脂の重量も電子天秤を用いて測定している。

また、ガス透過係数は、図６に示すような測定装置２００を用いて測定した。図６は、ガス透過係数を測定する測定装置２００の構成の概略を示す図であり、その一部を断面で示す側面図である。図６に示すように、測定装置２００は、たとえば２つの型２０１，２０２を突き合わせることで、内部空間Ｓが形成される構成となっている。そのうちの一方の型２０１には、導入路２０１ａと、その導入路２０１ａよりも断面積の広い膨張空間２０１ｂとが設けられている。また、導入路２０１ａの開口側には、加圧手段２１０を構成する加圧シリンジ２１１が連結されている。加圧手段２１０は加圧シリンジ２１１の他に、加圧シリンジ２１１に挿入されるピストン２１２も備えていて、ピストン２１２を押し込むことで加圧シリンジ２１１の内部の空気を、導入路２０１ａを経て内部空間Ｓに導入可能としている。

また、他方の型２０２には、試験対象のコア（コア２０Ｓとする。）が保持される保持空間２０２ａが設けられ、さらに排気路２０２ｂも設けられている。保持空間２０２ａは、膨張空間２０１ｂよりも広く設けられている。保持空間２０２ａには、たとえばＯリングのような一対のシール部材２０３が配置され、それら一対のシール部材２０３の間に、試験対象のコア２０Ｓが挟持される。また、排気路２０２ｂの開口側には、気体補足手段２２０を構成する導入シリンダ２２１が連結されている。気体補足手段２２０は、導入シリンダ２２１の他に、導入シリンダ２２１に挿入されるピストン２２２も備えていて、導入シリンダ２２１内でピストン２２２が移動した量に基づいて、試験対象のコア２０Ｓを透過した気体を計量可能となっている。

なお、ガス透過係数の計測においては、室内環境にて、行っている。

ここで、実施例Ａでは、ガス透過係数の試験対象のコア２０Ｓと、製品インダクタンス（Ｌｓ）の測定用のコアと、その他の試験（ＭＳＬ試験および成形体強度に関する試験）を行ったコア２０とでは、形状が異なっている。すなわち、ガス透過係数の測定のためには、測定装置２００のような専用の測定装置での計測となるため、試験対象のコア２０Ｓの直径は１２ｍｍであり、厚みは５ｍｍとして測定を行った。しかしながら、ＭＳＬ試験および成形体強度に関する試験では、本実施の形態のコア２０と同一形状での試験が好ましいので、かかる本実施の形態のコアと同一形状のコア２０にて、試験を行った。なお、製品インダクタンス（Ｌｓ）については、周知の測定方法にて測定を行った。

この実施例Ａでは、気体として、大気を用いて計量を行った。また、測定圧力（大気圧との差圧）を０．５atm とし、その測定圧力を維持したままで１０秒間の間に、導入シリンダ２２１に導入された気体を計量した。ガス透過係数は、cm³ ・mm／（m² ・sec・atm）にて表される。

また、コア２０に対してＭＳＬ試験も行った。ＭＳＬ試験条件は、１２５℃試験槽に２４Ｈｒ保存（水分除去）した後に、８５℃‐８５％試験槽に１６８Ｈｒ保存（吸水）して、Ｐｅａｋ温度２６０度のリフロー炉に通過させる、というものである。具体的には、コア２０の外観にクラックが発生した割合（クラック発生率）を測定し、さらにインダクタンス値（Ｌ）の変化率も測定した。なお、表１では、クラック発生率が０の場合には合格（表１の丸印）とし、クラック発生率が０よりも大きい場合には不合格（表１のバツ印）とした。また、インダクタンス値（Ｌ）の変化率については、−５％以内に収まっている場合には合格（表１の丸印）とし、インダクタンス値（Ｌ）の変化率が−５％以内に収まらない場合には不合格（表１のバツ印）とした。

また、コア２０の成形体の強度も判定した。このコア２０の成形体の強度は、コア２０の成形体をハンドリング可能か否かにより判定した。すなわち、コア２０をハンドリング可能な場合には合格（表１の丸印）とし、コア２０をハンドリングするのが難しい場合には不合格（表１のバツ印）とした。

そして、上述の各項目に基づいて、まとめた結果が表１である。なお、表１においては、実施例Ａ１〜Ａ１５については、上述したような、（１）磁性粉末の体積占有率が６０体積％〜８０体積％の範囲内であり、（２）バインダー樹脂であるシリコン樹脂の体積占有率が１２体積％〜３２体積％の範囲内であり、（３）空孔の体積占有率が８体積％〜２８体積％の範囲内となっており、これらの体積占有率は、図４のハッチングで示す領域内に存在している。一方、比較例Ｃ１〜Ｃ９は、磁性粉末の体積占有率、シリコン樹脂の体積占有率、および空孔の体積占有率の少なくとも１つが、図４のハッチングで示す領域外に存在している。また、表１では、比較例Ｃ１〜Ｃ５以外にも、従来例ＰＡについても掲載している。従来例ＰＡも、図４のハッチングで示す領域外に存在している。

なお、上記の表１においては、コア２０，２０Ｓの成形体に対して、磁性粉末の体積占有率Ａ１は、次のように算出している。すなわち、仮にコア２０，２０Ｓの成形体のうち、磁性粉末の重量Ａ２を磁性粉末の比重Ａ３で除算することにより、磁性粉末の重量Ａ２から、磁性粉末の体積Ａ４を算出することができる。この磁性粉末の体積Ａ４をコア２０，２０Ｓの体積Ｄで除算することにより、磁性粉末の体積占有率Ａ１を算出することができる。

また、バインダー樹脂の体積占有率Ｂ１は、次のように算出している。バインダー樹脂を磁性粉末に添加する場合、上記の磁性粉末の重量Ａ２に対してのバインダー樹脂の添加量の重量パーセントＢ２を乗算することで、バインダー樹脂の重量Ｂ３を算出することができる。その後に、バインダー樹脂の重量Ｂ３をバインダー樹脂の比重Ｂ４で除算することにより、バインダー樹脂の体積Ｂ５を算出することができる。また、バインダー樹脂の体積Ｂ５をコア２０，２０Ｓの体積Ｄで除算することにより、バインダー樹脂の体積占有率Ｂ１を算出することができる。

また、空孔の体積占有率Ｃ１は、次のようにして求められる。すなわち、コア２０，２０Ｓの体積Ｄから、磁性粉末の体積Ａ４とバインダー樹脂の体積Ｂ５を差し引くことで、空孔の体積Ｃ２が求められる。そして、空孔の体積Ｃ２をコア２０，２０Ｓの体積Ｄで除算することにより、空孔の体積占有率Ｃ１を算出することができる。

表１から明らかなように、実施例Ａ１〜Ａ１５においては、上述した（１）〜（３）の全ての条件を満たしているが、これらの製品インダクタンス（Ｌｓ）、クラック発生率、インダクタンス値（Ｌ）の変化率、成形体強度については、その全てが合格（表１の丸印）となっている。

また、ガス透過係数は、クラック発生率と密接に関連しているが、実施例Ａ１〜Ａ１５においては、ガス透過係数は最低でも６８１cm³ ・mm／（m² ・sec・atm）となっており（実施例Ａ１５の場合）、６００cm³ ・mm／（m² ・sec・atm）を超えている。一方で、空孔の体積占有率が６体積％の場合（比較例ＣＡ４、ＣＡ６、ＣＡ８の場合）には、ガス透過係数は最大でも３５４cm³ ・mm／（m² ・sec・atm）となっている（比較例ＣＡ４の場合）。そのため、空孔の体積占有率が８体積％以上である実施例Ａ１〜Ａ１５と、空孔の体積占有率が８体積％より小さい比較例ＣＡ４、ＣＡ６、ＣＡ８の間には、顕著なガス透過係数の差があり、その差がクラック発生率に影響している、と考えられる。

なお、従来例ＰＡにおいては、空孔の体積占有率は５体積％であり、最小となっている。そのため、ガス透過係数は、表１の中では最低の２０６cm³ ・mm／（m² ・sec・atm）となっている。

ここで、表１においては、比較例ＣＡ５、ＣＡ７、ＣＡ９は、コア２０の成形体強度が不合格（表１のバツ印）となっているが、その他の項目は、合格（表１の丸印）となっている。そのため、ＭＳＬ試験でのクラック発生率を０とすることや、インダクタンス値（Ｌ）の変化率が許容値（表１では−５％）以下とすることを満たし、コア２０の成形体強度は、その他の手法で担保する（たとえば補強材を付加する等）のであれば、これら比較例ＣＡ５、ＣＡ７、ＣＡ９も、好適なものとなる。

また、表１においては、比較例ＣＡ１〜ＣＡ３は、製品インダクタンス（Ｌｓ）が判定基準値（表１では７）よりも小さくなっており、この製品インダクタンス（Ｌｓ）が不合格となっている。しかし、その他の項目は合格（表１の丸印）となっている。そのため、ＭＳＬ試験でのクラック発生率を０とすることや、インダクタンス値（Ｌ）の変化率が許容値（表１では−５％）以下とすることを満たし、製品インダクタンス（Ｌｓ）は低くても構わない場合には、これら比較例ＣＡ１〜ＣＡ３も、好適なものとなる。

（実施例Ｂ）
実施例Ｂでは、磁性粉末として、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系合金とＦｅ系アモルファス粉末を混合した粉末を用い、さらにバインダー樹脂としてエポキシ樹脂である日本ペルノックス社製の製品をベースとしたものを用い、これらをプラネタリーミキサーによって混合することにより混合物を得た。その後に、金型を用いて、混合物を加圧成形することで、コア２０を有する磁性素子１０を得た。このとき、磁性粉末の体積占有率と、エポキシ樹脂の体積占有率と、空孔の体積占有率とを種々変更して、測定を行った。なお、かかる実施例Ｂでの測定項目および判定基準は、上述した実施例Ａと同様となっている。また、実施例Ｂでは、バインダー樹脂をエポキシ樹脂とした以外の条件は、表１の場合と同様となっている。表２に、その結果を示す。

表２から明らかなように、実施例Ｂ１〜Ｂ１５においては、上述した（１）〜（３）の全ての条件を満たしているが、これらの製品インダクタンス（Ｌｓ）、クラック発生率、インダクタンス値（Ｌ）の変化率、成形体強度については、その全てが合格（表２の丸印）となっている。

また、ガス透過係数は、実施例Ｂ１〜Ｂ１５においては、ガス透過係数は最低でも６５４cm³ ・mm／（m² ・sec・atm）となっており（実施例Ｂ１３の場合）、６００cm³ ・mm／（m² ・sec・atm）を超えている。一方で、空孔の体積占有率が６体積％の場合（比較例ＣＢ４、ＣＢ６、ＣＢ８の場合）には、ガス透過係数は最大でも３４７cm³ ・mm／（m² ・sec・atm）となっている（比較例ＣＢ６の場合）。そのため、空孔の体積占有率が８体積％以上である実施例Ｂ１〜Ｂ１５と、空孔の体積占有率が８体積％より小さい比較例ＣＢ４、ＣＢ６、ＣＢ８の間には、顕著なガス透過係数の差があり、その差がクラック発生率に影響している、と考えられる。

なお、従来例ＰＢにおいては、空孔の体積占有率は５体積％であり、最小となっている。そのため、ガス透過係数は、表２の中では最低の２１５cm³ ・mm／（m² ・sec・atm）となっている。

以上より、表２の実験結果からは、表１と同様の結果が得られたことが判明した。

なお、表２においても表１と同様に、比較例ＣＢ５、ＣＢ７、ＣＢ９は、コア２０の成形体強度が不合格（表２のバツ印）となっているが、その他の項目は、合格（表２の丸印）となっている。そのため、ＭＳＬ試験でのクラック発生率を０とすることや、インダクタンス値（Ｌ）の変化率が許容値（表２では−５％）以下とすることを満たし、コア２０の成形体強度は、その他の手法で担保する（たとえば補強材を付加する等）のであれば、これら比較例ＣＢ５、ＣＢ７、ＣＢ９も、好適なものとなる。

また、表２においては、比較例ＣＢ１〜ＣＢ３は、製品インダクタンス（Ｌｓ）が判定基準値（表２では７）よりも小さくなっており、この製品インダクタンス（Ｌｓ）が不合格となっている。しかし、その他の項目は合格（表２の丸印）となっている。そのため、ＭＳＬ試験でのクラック発生率を０とすることや、インダクタンス値（Ｌ）の変化率が許容値（表２では−５％）以下とすることを満たし、製品インダクタンス（Ｌｓ）は低くても構わない場合には、これら比較例ＣＢ１〜ＣＢ３も、好適なものとなる。

なお、上記の表１、表２の結果からすると、実施例Ａ１〜Ａ１５、実施例Ｂ１〜Ｂ１５におけるガス透過係数は、上記の測定条件において、５００cm³ ・mm／（m² ・sec・atm）以上となっており、比較例ＣＡ１〜ＣＡ９、比較例ＣＢ１〜ＣＢ９よりも格段にガス透過係数が高くなっている。なお、実施例Ａ１〜Ａ１５、実施例Ｂ１〜Ｂ１５におけるガス透過係数は、いずれも６００cm³ ・mm／（m² ・sec・atm）以上という条件を満たしており、さらに６５０cm³ ・mm／（m² ・sec・atm）以上という条件も満たしている。また、実施例Ａ１〜Ａ１５においては、ガス透過係数の最低値は６８１cm³ ・mm／（m² ・sec・atm）となっており、いずれの実施例Ａ１〜Ａ１５も、その最低値以上のガス透過係数となっている。また、実施例Ｂ１〜Ｂ１５においては、ガス透過係数の最低値は６５４cm³ ・mm／（m² ・sec・atm）となっており、いずれの実施例Ｂ１〜Ｂ１５も、その最低値以上のガス透過係数となっている。

以上のような構成の磁性素子１０によると、コア２０は、当該コア２０の全体積に対して６０体積％〜８０体積％の範囲内の体積占有率の磁性粉末を含み、コア２０の全体積に対して１２体積％以上の体積占有率のバインダー樹脂を含み、さらにコア２０の全体積に対して８体積％以上の体積占有率の空孔を含んでいる。そして、このコア２０には、導線３１を巻回することにより形成されるコイル３０が埋設されている。

そのため、たとえば半田リフローを行う場合のような高温環境下でも、コア２０の内部に入り込んだ水分を容易に放出させることが可能となる。それにより、コア２０に体積膨張が生じたり、コアにクラックが生じる等の不具合を防止することができる。特に、コイル３０が融着層を備える導線３１によって形成されている場合には、その融着層は吸湿性に富み、コア２０やクラック等が生じやすいが、そのようなクラック等が生じるのを良好に防止可能となる。

したがって、本実施の形態の磁性素子１０においては、ＭＳＬ試験のレベル１のような、外部環境に時間制限なしで放置しても問題なく半田リフローを行える、という要求もクリアすることが可能な磁性素子を実現することが可能となる。

また、コア２０においてクラック等の発生が防止されるので、磁性素子１０のインダクタンスが低下してしまう等の不具合を防止可能となる。

また、本実施の形態では、コア２０は、磁性粉末と、バインダー樹脂と、空孔の体積占有率の合計を１００体積％としたときに、バインダー樹脂の体積占有率は、全体積に対して１２体積％〜３２体積％の範囲内であり、空孔の体積占有率は、全体積に対して８体積％〜２８体積％の範囲内となっている。このため、実施例Ａおよび実施例Ｂで述べたように、製品インダクタンス（Ｌｓ）は判定基準値よりも高くすることができ、またコア２０のクラックの発生を抑えることができる。さらに、インダクタンス値（Ｌ）の変化率も低減でき、また成形体であるコア２０の強度を確保することができる。

さらに、本実施の形態では、バインダー樹脂は、シリコン樹脂またはエポキシ樹脂となっている。このため、成形後のコア２０の強度を確保することが可能となると共に、耐熱性も確保することができる。特に、シリコン樹脂は、エポキシ樹脂よりも耐熱性に優れているので、たとえば耐熱性が要求される車載用の電子部品等に用いられる場合には、一層好ましい。

また、本実施の形態では、実施例Ａおよび実施例Ｂのいずれの磁性素子１０も、ガス透過係数が６００cm³ ・mm／（m² ・sec・atm）以上となっている。このため、導線３１の融着層やコア２０等が水分を吸湿し、そのままの状態で半田リフローを何ら対策を施さなく行っても、コア２０にクラック等が生じるのを防止可能となる。

さらに、本実施の形態では、磁性粉末の体積占有率は、６５体積％〜７５体積％の範囲内とするのが好ましい。この範囲とする場合には、実施例Ａおよび実施例Ｂから明らかなように、磁性粉末の割合が６０体積％の場合よりも製品インダクタンス（Ｌｓ）の値を約１．５倍程度に大きくすることができる。また、バインダー樹脂と空孔のうち少なくとも一方の体積占有率については、それぞれの許容範囲内の下限より大きな値とすることができ、それによってガス透過性およびコア２０の成形体の強度の内の少なくとも一方を、一層良好なものとすることができる。

さらに、本発明の磁性素子の発明は、磁性素子１０は、端子部４０を更に備えている。すなわち、端子部４０は、端末３１ａに電気的に接続され、コア２０の外周面に取り付けられると共に、外部の実装基板に対して電気的に接続される状態で取り付けられる。このため、磁性素子１０をＳＭＤ（表面実装）タイプとすることができ、半田リフロー等を行うと、磁性素子１０を実装基板に実装可能となる。

＜変形例＞
以上、本発明の一実施の形態について説明したが、本発明はこれ以外にも種々変形可能となっている。以下、それについて述べる。

上述の実施の形態では、磁性粉末と、バインダー樹脂と、空孔の３つの要素の体積占有率の合計は、コア２０の体積の１００体積％（全体積）となっている。しかしながら、上記の条件（１）〜（３）を満たすのであれば、これら３つの要素の体積占有率の合計は、１００体積％よりも小さくても良い。すなわち、コア２０は、上記の３つの要素以外の要素を有する構成であっても良い。

また、上述の実施の形態では、磁性粉末とバインダー樹脂の混合物を圧縮成形することによって、所望の空孔率を備えるコア２０を形成している。しかしながら、コア２０は、圧縮成形以外の製作方法によって形成しても良い。たとえば、耐熱性を備えつつも溶媒に可溶な溶媒可溶型ポリイミドを混合してコア２０を加圧成形した後に、有機溶剤にて、溶媒可溶型ポリイミドを溶解させることにより、コア２０に空孔を形成するようにしても良い。

また、上述の実施の形態では、磁性素子として、インダクタを例に挙げて説明している。しかしながら、磁性素子としては、トランス等に本発明を適用するようにしても良い。

１０…磁性素子、２０…コア、３０…コイル、３１…導線、３１ａ…端末、４０…端子部、４１…側面取付部、４２…底面実装部、４３…端子用切欠部、４４…埋込部、１００…金型、１０１…上側ダイ、１０２…下側ダイ、１０３…上側パンチ、１０４…下側パンチ、２００…測定装置、２０１…一方の型、２０１ａ…導入路、２０１ｂ…膨張空間、２０２…他方の型、２０２ａ…保持空間、２０２ｂ…排気路、２０３…シール部材、２１０…加圧手段、２１１…加圧シリンジ、２１２…ピストン、２２０…気体補足手段、２２１…導入シリンダ、２２２…ピストン、Ｐ…筒状部、Ｓ…内部空間

Claims (7)

1. 全体積に対して６０体積％〜８０体積％の範囲内の体積占有率の磁性粉末を含み、全体積に対して１２体積％以上の体積占有率のバインダー樹脂を含み、さらに全体積に対して８体積％以上の体積占有率の空孔を含むコアと、
   導線を巻回することにより形成されると共に、前記コアに埋設されるコイルと、
   を有することを特徴とする磁性素子。
2. 請求項１記載の磁性素子であって、
   前記磁性粉末と、前記バインダー樹脂と、前記空孔の体積占有率の合計を１００体積％としたときに、
   前記バインダー樹脂の体積占有率は、全体積に対して１２体積％〜３２体積％の範囲内であり、
   前記空孔の体積占有率は、全体積に対して８体積％〜２８体積％の範囲内である、
   ことを特徴とする磁性素子。
3. 請求項１または２記載の磁性素子であって、
   前記バインダー樹脂は、シリコン樹脂、エポキシ樹脂のうちのいずれかである、
   ことを特徴とする磁性素子。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の磁性素子であって、
   ガス透過係数が６００cm³ ・mm／（m² ・sec・atm）以上である、
   ことを特徴とする磁性素子。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の磁性素子であって、
   前記磁性粉末の体積占有率は、６５体積％〜７５体積％の範囲内である、
   ことを特徴とする磁性素子。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の磁性素子であって、
   前記コイルの端末に電気的に接続され、前記コアの外周面に取り付けられると共に、外部の実装基板に対して電気的に接続される状態で取り付けられる端子部を備える、
   ことを特徴とする磁性素子。
7. 磁性素子の製造方法であって、
   磁性粉末を分母、バインダー樹脂を分子としたときの体積占有率の比率が、３／２０〜８／１５の範囲内で磁性粉末とバインダー樹脂とを添加して混合物を形成する混合工程と、
   金型の筒状部の内部にコイルをセットし、さらに前記コイルに対して電気的に接続される端子部が成形後のコアから露出する状態でセットすると共に、前記金型の筒状部の内部に前記混合物を充填する充填工程と、
   前記充填工程で充填された前記混合物を圧縮してコアを成形する圧縮成形工程と、
   を備え、
   前記圧縮成形工程では、前記混合物を圧縮する圧力の調整によって、前記コアに対する空孔の体積占有率が８体積％〜２８体積％の範囲内に収まるように前記コアを成形する、
   ことを特徴とする磁性素子の製造方法。
   
   
   

Images