JP2021111647A - インダクタ - Google Patents

Abstract

【課題】 十分な耐圧性能を有する表面実装型のインダクタを提供する。【解決手段】 棒状の第１のコア１４及び第１のコア１４に矩形の断面形状を有する導線が巻回されてなる巻線１２を有するコイル部１０と、巻線の巻軸Ｇと略平行な仮想平面Ｐでコイル部１０を実装面側領域Ｊ及び反実装面側領域Ｈに分けたとき、コイル部１０の実装面側領域Ｊを覆う絶縁性樹脂から形成された絶縁部２０と、コイル部１０の反実装面側領域Ｈを覆う磁性体から形成された第２のコア３０と、巻線１２の両端領域のそれぞれと電気的に接続され、実装面側領域Ｊに配置された２つの外部電極５０と、を備え、第１のコア１４は、巻軸Ｇの方向における両端部において絶縁部２０及び第２のコア３０から露出し、実装面側領域Ｊにおいて絶縁性樹脂１６が露出し、反実装面側領域Ｈにおいて磁性体１４’が露出しているインダクタ２を提供する。【選択図】図３

Description

本発明は、インダクタ、特に表面実装型のインダクタに関する。

コイル及びコイルを封止する磁性体を有する表面実装型のインダクタが、広く用いられている。その中には、絶縁層を有する磁性粉及び樹脂からなる磁性体に巻線が埋設され、磁性体の表面に外部電極が配置されたインダクタが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許開発２０１２−１９５３９９号

しかしながら、特許文献１に記載のインダクタでは、外部電極が磁性体の表面に接しているので、端子間の耐圧は、磁性体の磁性粉の絶縁層に担保されている。このため、製造時の磁性体の加熱圧縮工程における絶縁層の破損等を考慮すると、耐圧不足が生じる虞がある。

よって、本発明は、高い耐圧性能を有する表面実装型のインダクタを提供することを目的とする。

本発明の１つの態様に係るインダクタは、
棒状の第１のコア及び前記第１のコアに矩形の断面形状を有する導線が巻回されてなる巻線を有するコイル部と、
前記巻線の巻軸と略平行な仮想平面で前記コイル部を実装面側領域及び反実装面側領域に分けたとき、
前記コイル部の前記実装面側領域を覆う絶縁性樹脂から形成された絶縁部と、
前記コイル部の前記反実装面側領域を覆う磁性体から形成された第２のコアと、
前記巻線の両端領域のそれぞれと電気的に接続され、前記実装面側領域に配置された２つの外部電極と、
を備え、
前記第１のコアは、
巻軸方向における両端部において前記絶縁部及び前記第２のコアから露出し、
前記実装面側領域において絶縁性樹脂が露出し、
前記反実装面側領域において磁性体が露出している。

上記の態様によれば、高い耐圧性能を有する表面実装型のインダクタを提供することができる。

本発明の１つの実施形態に係るインダクタの外形を模式的に示す斜視図である。 インダクタの巻線の部分を模式的に示す斜視図である。 図１の断面Ａ−Ａを模式的に示す側面断面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための実施形態を説明する。なお、以下に説明するインダクタは、本発明の技術思想を具体化するためのものであって、特定的な記載がない限り、本発明を以下のものに限定しない。
各図面中、同一の機能を有する部材には、同一符号を付している場合がある。各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため、誇張して示している場合もある。

（１つの実施形態に係るインダクタ）
はじめに、図１から図３を参照しながら、本発明の１つの実施形態に係るインダクタの説明を行う。図１は、本発明の１つの実施形態に係るインダクタの外形を模式的に示す斜視図である。図２は、インダクタの巻線の部分を模式的に示す斜視図である。図３は、図１の断面Ａ−Ａを模式的に示す側面断面図である。なお、図１では、内部構造を示すため、絶縁部を想像線で示し、外部端子を省略して示してある。全図ともに、実装面を上側に示し、以下も記載では、図示された状態における上下を示す。

本実施形態に係るインダクタ２は、第１のコア１４に導線が巻回されたコイル部１０と、コイル部１０を封止する絶縁部２０及び第２のコア３０から構成される素体４と、コイル部１０と電気的に接続され、素体４の外面に配置された外部電極５０と、を備える。

＜コイル部＞
コイル部１０は、棒状の第１のコア１４及び第１のコア１４に導線が巻回されてなる巻線１２を有する。棒状の第１のコア１４は、円形または楕円形の断面形状を有する。
第１のコア１４は、後述する端部領域を除き、磁性粉及び樹脂からなる磁性体から形成されている。第１のコア１４の材質として、Ｎｉ−Ｚｎ系、Ｍｎ−Ｚｎ系をはじめとするフェライトからなるものを用いることもできる。フェライトは高い透磁率が得られるので、高いインダクタンス値を有するインダクタとすることができる。

巻線１２は、矩形の断面形状を有する導線である所謂平角線から形成されている。平角線を用いることにより、コイル部１０における導線の占有率を高めて電気抵抗を小さくできる。平角線の寸法として、幅方向の長さが１５０μｍ以上６００μｍ以下であり、厚さが、２０μｍ以上２００μｍ以下である場合を例示できるが、これに限られるものではない。
導線の材質として、銅、アルミ、銅クラッドアルミ、銅合金等の導電性材料を例示することができる。導線の被覆層を形成する樹脂として、ポリウレタン、ポリエステル、ポリエステルイミド、ポリアミドイミド、ポリイミド等を例示することができる。被覆層の厚みとして、３μｍ〜５０μｍを例示することができる。

本実施形態に係る巻線１２では、導線どうしが重ならず、導線が捻れないように螺旋状に巻回されている。導線が螺旋状に巻回されることにより、少ない巻数が可能になり、Ｌ値範囲を拡大させることができる。
ただし、これに限られるものではなく、導線が所謂α巻きで巻回され、巻線１２の巻軸方向の両側で導線が巻軸方向にずれて引き出されているように形成することもできる。α巻きの巻線１２は、平角線が最内周で繋がるように２段の渦巻状に巻回された巻回部と、巻回部の各段の最外周から平角線が引き出されて形成された１対の引き出し部とから構成される。導線が所謂α巻きで巻回されている場合には、大きなＬ値を得ることができる。

＜素体＞
本実施形態に係る素体４は、略直方体の外形を有し、実装面６と、実装面６と対向する上面７と、実装面６に垂直な対向する端面８と、実装面６及び端面８に垂直な対向する側面９を有する。ただし、素体４は、略直方体の外形を有する場合に限られるものではなく、コイル部１０を封止するとともに実装面を有する形状であれば、その他の任意の形状を採用することができる。
素体４の大きさとして、長手方向の長さが１．６ｍｍ以上３．２ｍｍ以下、短手方向の長さが０．８ｍｍ以上２．５ｍｍ以下、高さが０．５ｍｍ以上２．５ｍｍ以下である場合を例示できるが、これに限られるものではない。

ここで、図３に示すように、巻線１２の巻軸Ｇと略平行であり、外部電極５０が配置された実装面６と略平行な仮想平面Ｐを考える。本実施形態では、仮想平面Ｐが巻線１２の巻軸Ｇを含む位置である巻線１２の中心位置に配置されている。
コイル部１０を仮想平面Ｐで実装面側領域Ｊ及び反実装面側領域Ｈに分けたとき、素体４は、コイル部１０の実装面側領域Ｊを覆う絶縁性樹脂から形成された絶縁部２０と、コイル部１０の反実装面側領域Ｈを覆う磁性体から形成された第２のコア３０と、で構成される。

［絶縁部］
絶縁部２０の絶縁性樹脂として、ビニルベンジル樹脂、ポリビニルベンジルエーテル化合物樹脂、ビスマレイミドトリアジン樹脂、ポリフェニレエーテル樹脂、シアネートエステル樹脂、エポキシ＋活性エステル硬化樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリオレフィン樹脂、ベンゾシクロブテン樹脂、ポリイミド樹脂、芳香族ポリエステル樹脂、芳香族液晶ポリエステル樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリアクリレート樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、フッ素樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ベンゾオキサジン樹脂等を例示することができる。

［第２のコア］
第２のコア３０は、磁性粉及び樹脂の混合物を加圧成形して形成することができる。磁性粉は絶縁被覆された金属磁性体粉末からなり、異なる平均粒径の金属磁性粉末を混ぜても良く、異なる組成の金属磁性粉末を混ぜても良い。混合物における磁性粉充填率は、例えば、６０重量％以上であり、好ましくは８０重量％以上である。

磁性粉としては、Ｆｅ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ、Ｆｅ−Ｎｉ−Ａｌ、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ、Ｆｅ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ、Ｆｅ−Ｎｉ、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｍｏ等の鉄系の金属磁性粉、他の組成系の金属磁性粉、アモルファス等の金属磁性粉、表面がガラス等の絶縁体で被覆された金属磁性粉、表面を改質した金属磁性粉、ナノレベルの微小な金属磁性粉が用いられる。樹脂としては、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリアミド樹脂等の熱可塑性樹脂が用いられる。

＜外部電極＞
インダクタ２は、巻線１２の両端領域のそれぞれと電気的に接続され、素体４の外面に配置された２つの外部電極５０を備える。外部電極５０の材質として、銅、アルミ、銅クラッドアルミ、銅合金等の導電性材料を例示することができる。

＜第１のコアの詳細構造＞
コイル部１０を構成する第１のコア１４は、巻軸Ｇの方向における両端部において、素体４を構成する絶縁部２０及び第２のコア３０から露出している。そして、実装面側領域Ｊにおいて、絶縁性樹脂１６が露出し、反実装面側領域Ｈにおいて、磁性体１４’が露出している。
反実装面側領域Ｈでは、素体４の両端部となる素体４の端面８において、第１のコア１４がそのまま露出して、磁性体１４’が露出する状態になっている。

一方、実装面側領域Ｊでは、第１のコア１４の端部近傍において、第１のコア１４の磁性体が取り除かれ、代わりに絶縁性樹脂１６が配置されている。図３に示すように、素体４の端面８から距離Ｌ１の範囲に絶縁性樹脂１６が配置されている。絶縁性樹脂１６の材質としては、上記の絶縁部２０と同様な材質を採用することができる。距離Ｌ１は、後述するようにコーナー部を斜めにカットしても、絶縁性能を担保できる厚みを有するように定めることが好ましい。
以上のように、第１のコア１４は、実装面側領域Ｊの巻軸Ｇの方向における両端面８から所定の範囲を除き、全て磁性体で形成されている。このように、第１のコア１４の大半の部分が磁性体で形成されているので、高いインダクタンス値を有するインダクタ２を提供できる。

なお、図１、図３では、コイル部１０の第１のコア１４及び第２のコア３０の間に細い鎖線で境界を示してあるが、実際には、製造時の加熱圧縮により、磁性体が一体的に形成された構造体になっている。

＜巻線の詳細構造＞
巻線１２は、巻線本体１２Ａと、巻線本体１２Ａの巻軸Ｇの方向の両端部に配置され、実装面側領域Ｊで端面Ｔが絶縁部２０から露出し、巻線本体１２Ａと連続しない巻線片１２Ｂとから構成されている。巻線本体１２Ａ及び巻線片１２Ｂは互いに離間しているが、共に第１のコア１４に巻き付けられている。巻線本体１２Ａの外側は、絶縁部２０及び第２のコア３０で覆われている。巻線片１２Ｂの外側は、絶縁部２０で覆われている。

図２に示すように、巻線本体１２Ａでは、平角線が１巻半だけ巻回されており、その両側は、平角線が半巻分だけ取り除かれ、更にその両側に、半巻分の平角線からなる巻線片１２Ｂが配置されている。このとき、平角線が取り除かれた領域が反実装面側領域Ｈに配置され、巻線片１２Ｂが実装面側領域Ｊに配置されるようになっている。なお、図１、図３では、巻線片１２Ｂのコーナー部が斜めにカットされて示されているが、図２では、カットされる前の状態が示されている。

巻線本体１２Ａにおける平角線の巻数は１巻半の場合に限られるものではなく、２巻半、３巻半といった更に多い巻数の場合もあり得る。本実施形態では、巻線本体１２Ａの両側に巻線片１２Ｂが配置されているが、これに限られるものではなく、巻線本体１２Ａの片側にだけ巻線片１２Ｂが配置されている場合もあり得る。その場合には、一方の端部で巻線片１２Ｂの端面Ｔが露出し、他方の端部で巻線本体１２Ａの端部が露出していることを例示できる。

＜外部電極の接続構造＞
互いに離間した巻線本体１２Ａ及び巻線片１２Ｂは、実装面６から穿孔され、導電性ペーストが充填されて形成されたビア４０により、電気的に接続されている。ビア４０により、巻線本体１２Ａ及び巻線片１２Ｂが接続されるので、信頼性に優れる。

外部電極５０は、略Ｌ字形の断面形状を有し、実装面６及び端面８に跨がって配置されている。実装面６側の外部電極５０は、ビア４０に接続され、端面８側の外部電極５０は、巻線片１２Ｂの端面Ｔに接続されている。更に詳細に述べれば、実装面６及び端面８の間のコーナー部において、巻線片１２Ｂ及び絶縁性樹脂１６が斜めにカットされており、カットされた楔形の断面形状の空間に導電性ペースト等からなる半田４２が充填される。これにより、外部電極５０の内側面と巻線片１２Ｂの端面Ｔとが半田４２で接続されている。楔形の断面形状にカットされた空間により、十分な量の半田４２が隙間なく充填され、外部電極５０及び巻線片１２Ｂが強固に接続される

上記のように、ビア４０により、巻線本体１２Ａと巻線片１２Ｂとが接続されており、外部電極５０は、実装面６及び端面８に跨がって配置され、実装面６側の外部電極５０がビア４０に接続され、端面８側の外部電極５０が巻線片１２Ｂの端面Ｔに接続される。これにより、より高い機械強度を有するとともに、電気抵抗が少ない外部電極５０及び巻線１２の接続構造が得られる。更に、外部電極５０が略Ｌ字形の断面形状を有するので、プリント基板等へ実装する場合、半田との接触面積が増え、固着強度に優れた接合構造が得られる。
なお、巻線片１２Ｂが巻線本体１２Ａの片側にだけ配置されている場合には、一方の外部電極５０は、巻線片１２Ｂの端面Ｔに接続され、他方の外部電極５０は、巻線本体１２Ａの端面に接続されることを例示できる。

＜耐圧性能＞
以上のように、本実施形態に係るインダクタ２は、棒状の第１のコア１４及び第１のコア１４に矩形の断面形状を有する導線が巻回されてなる巻線１２を有するコイル部１０と、巻線の巻軸Ｇと略平行な仮想平面Ｐでコイル部１０を実装面側領域Ｊ及び反実装面側領域Ｈに分けたとき、コイル部１０の実装面側領域Ｊを覆う絶縁性樹脂から形成された絶縁部２０と、コイル部１０の反実装面側領域Ｈを覆う磁性体から形成された第２のコア３０と、巻線１２の両端領域のそれぞれと電気的に接続され、実装面側領域Ｊに配置された２つの外部電極５０と、を備え、第１のコア１４は、巻軸Ｇの方向における両端部において絶縁部２０及び第２のコア３０から露出し、実装面側領域Ｊにおいて絶縁性樹脂１６が露出し、反実装面側領域Ｈにおいて磁性体１４’が露出している。

これにより、外部電極５０は実装面側領域Ｊに配置されるので、絶縁部２０の外面または第１のコア１４の絶縁性樹脂１６の露出部には接する可能性はあるが、磁性体には接しないので、高い絶縁性を有する。よって、高い耐圧性能を有する表面実装型のインダクタを提供することができる。

特に、本実施形態では、外部電極５０が、仮想平面Ｐから所定の距離Ｌ２だけ離れて配置されている。このように、外部電極５０が磁性体から所定の距離Ｌ２だけ離れて配置されているので、確実に高い絶縁性を有することができる。なお、距離Ｌ２は、最大の製造公差を考慮しても、外部電極５０の下端部が第２のコア３０の上端部から離間して配置されるように定めるのが好ましい。

本実施形態では、仮想平面Ｐが巻軸Ｇを含むような位置にあるので、十分な大きさの外部電極５０を配置できるとともに、十分な磁性体の占有率も確保して、外部電極５０の接続信頼性と、良好なインダクタ特性とをバランス良く両立させることができる。

ただし、これに限られるものではなく、例えば、外部電極５０を実装面６の近傍にだけ配置すれば良い場合には、仮想平面Ｐを巻軸Ｇより実装面６側の位置にもっていくこともできる。その場合には、磁性体の占有率を更に拡大して、インダクタの特性を上げることができる。一方、より大きな外部電極５０を要する場合には、仮想平面Ｐを巻軸Ｇより上面７側の位置にもっていくこともできる。

（製造方法の一例）
上記のインダクタ２の製造方法の一例の概要を下記に示す。
（１）まず、磁性粉及び樹脂の混合物を圧縮して棒状の第１のコア１４を形成する
（２）次に、第１のコア１４の両端部から距離Ｌ２の領域において、実装面側領域Ｊに対応する半分の領域の磁性体を除去して、代わりに絶縁性樹脂１６を配置する。
（３）このように形成した第１のコア１４の外周に平角線を螺旋状に巻いて、巻線１２とする。この場合、巻線片１２Ｂとなる巻線１２の両端の半巻が、絶縁性樹脂１６が配置された領域に位置するように、平角線を巻き付ける。以上により、コイル部１０を形成される。
（４）次に、巻線片１２Ｂとなる巻線１２の両端の半巻を残し、それに続く半巻の平角線を内側の磁性体とともに除去する。
（５）そして、磁性粉及び樹脂からなる成形体にコイル部１０を組み込む。このとき、コイル部１０の平角線が除去された側の半分が、成形体で覆われるようにコイル部１０をセットする。成形体は、平角線及び磁性体が除去された部分に挿入される鍔部及び外枠を備える。
（６）成形体で覆われていないコイル部１０の約半分を覆うように、外枠内に絶縁性樹脂を充填して固化させ、外枠を除去することにより、略直方体の素体４を形成する。このとき、コイル部１０の両端部に絶縁性樹脂が接しないようにする。例えば、コイル部１０の両端部が外枠に接するように配置する。
（７）次に、形成された素体４の実装面６側から穿孔して、導電性ペーストを充填してビア４０を形成する。ビア４０により、巻線本体１２Ａ及び巻線片１２Ｂが接続される。
（８）素体４の端面８に露出した巻線片１２Ｂ及び絶縁性樹脂１６のコーナー部を斜めにカットして、導電性ペースト等からなる半田４２を充填する。
（９）略Ｌ字形の断面形状を有する外部電極５０を、ビア４０と接続させ、半田４２を介して巻線片１２Ｂと接続させる。以上により、インダクタ２が形成される。

上記では、絶縁性樹脂１６が素体４の端面８に露出するように、素体４の成形時に、コイル部１０の両端部に絶縁性樹脂が接しないようにしているが、これに限られるものではない。例えば、複数の素体４がマトリックス状に繋がった集合体を形成し、それを個片化することにより、多数のインダクタ２を効率的に製造することができる。その場合、個片化のため、複数の第１のコア１４が軸方向に繋がった集合体を、絶縁性樹脂が配置された領域で切断することにより、個片化された各素体４の端面８に絶縁性樹脂１６が露出するようにすることもできる。

本発明の実施の形態、実施の態様を説明したが、開示内容は構成の細部において変化してもよく、実施の形態、実施の態様における要素の組合せや順序の変化等は請求された本発明の範囲及び思想を逸脱することなく実現し得るものである。

２ インダクタ
４ 素体
６ 実装面
８ 端面
１０ コイル部
１２ 巻線
１２Ａ 巻線本体
１２Ｂ 巻線片
１４ 第１のコア
１４’ 磁性体
１６ 絶縁性樹脂
２０ 絶縁部
３０ 第２のコア
４０ ビア
４２ 半田
５０ 外部電極
Ｐ 仮想平面
Ｊ 実装面側
Ｈ 反実装面側
Ｔ 端面
Ｌ１ 所定の距離
Ｌ２ 所定の距離

Claims (8)

1. 棒状の第１のコア及び前記第１のコアに矩形の断面形状を有する導線が巻回されてなる巻線を有するコイル部と、
   前記巻線の巻軸と略平行な仮想平面で前記コイル部を実装面側領域及び反実装面側領域に分けたとき、
   前記コイル部の前記実装面側領域を覆う絶縁性樹脂から形成された絶縁部と、
   前記コイル部の前記反実装面側領域を覆う磁性体から形成された第２のコアと、
   前記巻線の両端領域のそれぞれと電気的に接続され、前記実装面側領域に配置された２つの外部電極と、
   を備え、
   前記第１のコアは、
   巻軸方向における両端部において前記絶縁部及び前記第２のコアから露出し、
   前記実装面側領域において絶縁性樹脂が露出し、
   前記反実装面側領域において磁性体が露出している
   ことを特徴とするインダクタ。
   
2. 前記巻線は、巻線本体と、前記巻線本体の前記巻軸方向の少なくとも一方の端部側に配置され、前記実装面側領域で端面が前記絶縁部から露出し、前記巻線本体と連続しない巻線片と、から構成され、
   前記巻線本体及び前記巻線片は、実装面から穿孔されたビアにより電気的に接続されることを特徴とする請求項１に記載のインダクタ。
   
3. 前記絶縁部及び前記第２のコアにより、前記仮想平面と略平行な実装面及び前記実装面の前記巻軸方向における両側に繋がる２つの端面を有する略直方体の外形が形成され、
   前記外部電極は、前記実装面及び前記端面に跨がって配置され、
   前記実装面側の前記外部電極は前記ビアに接続され、
   前記端面側の前記外部電極の少なくとも一方は前記巻線片の前記端面に接続されることを特徴とする請求項２に記載のインダクタ。
   
4. 前記第１のコアは、前記実装面側領域の前記巻軸方向における前記両端部から所定の範囲を除き、全て磁性体で形成されることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載のインダクタ。
   
5. 前記外部電極が、前記仮想平面から所定の距離離れて配置されていることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載のインダクタ。
   
6. 前記仮想平面が前記巻軸を含むことを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載のインダクタ。
   
7. 前記導線が、導線どうしが重ならず、導線が捻れないように螺旋状に巻回されていることを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載のインダクタ。
   
8. 前記導線が所謂α巻きで巻回され、前記巻線の前記巻軸方向の両側で前記導線が前記巻軸方向にずれて引き出されていることを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載のインダクタ。

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