JP5944374B2 - 電子部品の製造方法、電子部品 - Google Patents

Description

本発明は、電源回路のパワーインダクタ等に用いられる電子部品の製造方法、電子部品に関するものである。

電源回路で使用されるパワーインダクタは、小型化、低損失化、大電流対応化が要求されている。これらの要求に対応すべく、その磁性材料に飽和磁束密度の高い金属磁性粉等の複合磁性材料を使用するインダクタが開発されている（例えば、特許文献１）。複合磁性材料を使用するインダクタは、直流重畳許容電流が大きいというメリットがある。しかし、自己インダクタンスＬを維持したまま小型化するためには、複合磁性材料により形成されている部分を薄く形成する必要がある。この場合、巻線を複合磁性材料で埋め込む構造のパワーインダクタは、１つ１つ成形するため、特に素子の側面部の複合磁性材料の厚みが薄い箇所で複合磁性材料の剥離が発生し、歩留まりが悪くなり、小型化しにくいという問題があった。

この複合磁性材料の厚みが薄い箇所で複合磁性材料の剥離が発生するという問題の回避方法として、大きな圧力で成形することが挙げられる。しかし、従来の巻線構造では、高圧成形時に巻線形状が変形するという問題が発生していた。

さらに、コア形状やボビン形状、又は、特許文献１に開示されているタブレットのような仮成形体を事前に作製し、これと導体とを組み合わせて成形する方法があるが、小型インダクタでは、これら複雑な形状のコア形状やボビン形状、又は、仮成形体等を作製することが困難であった。

特許第４７１４７７９号公報

本発明の課題は、自己インダクタンスＬ及び許容電流が大きく、歩留まりがよく小型化が容易な電子部品の製造方法、電子部品を提供することである。

本発明は、以下のような解決手段により、前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために、本発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、これに限定されるものではない。

請求項１の発明は、線状の導体によりコイル（１）を形成するコイル形成工程と、前記コイルを絶縁樹脂（２）により固定するコイル固定体（１２）を形成するコイル固定工程と、磁性体粒子と樹脂とを混合した複合磁性材料（１１１）により前記コイル固定体の全体を覆うように磁性体部（１１）を形成する磁性体部付着工程と、全体を加圧して成形する加圧工程と、前記磁性体部を硬化させる硬化工程と、を備える電子部品の製造方法である。

請求項２の発明は、請求項１に記載の電子部品の製造方法において、前記磁性体部付着工程は、板状に形成された前記複合磁性材料である板状複合磁性材料（１１１）を軟化させた状態で前記コイル固定体（１２）を前記板状複合磁性材料に埋め込む圧入工程と、前記圧入工程では覆いきれない前記コイル固定体を、軟化させた他の板状複合磁性材料（１１１）によりさらに覆うカバー工程と、を備えること、を特徴とする電子部品の製造方法である。

請求項３の発明は、請求項２に記載の電子部品の製造方法において、少なくとも前記圧入工程以降の工程は、複数のコイル固定体（１２）を並べて配置可能な大きさの前記板状複合磁性材料（１１１）を用いて、複数のコイル固定体に対して同時に行われること、を特徴とする電子部品の製造方法である。

請求項４の発明は、請求項１に記載の電子部品の製造方法において、前記加圧工程と前記硬化工程が同時に行われること、を特徴とする電子部品の製造方法である。

請求項５の発明は、線状の導体により形成されているコイル（１）を絶縁樹脂（２）により固定したコイル固定体（１２）と、端子部（１３）を除いて前記コイル固定体を覆うように磁性体粒子と樹脂とを混合して硬化させた複合磁性材料により形成された磁性体部（１１）と、を備える電子部品（１０）である。

請求項６の発明は、請求項５に記載の電子部品において、前記磁性体部（１１）は、板状に形成された前記複合磁性材料である板状複合磁性材料（１１１）を軟化させた状態で前記コイル固定体（１２）を前記板状複合磁性材料に埋め込んだ後に前記板状複合磁性材料を硬化させることにより形成されていること、を特徴とする電子部品（１０）である。

請求項７の発明は、請求項５又は請求項６に記載の電子部品において、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の電子部品の製造方法により製造されていること、を特徴とする電子部品（１０）である。

本発明によれば、以下の効果を奏することができる。

（１）本発明の電子部品の製造方法は、線状の導体によりコイルを形成するコイル形成工程と、コイルを絶縁樹脂により固定するコイル固定体を形成するコイル固定工程と、磁性体粒子と樹脂とを混合した複合磁性材料によりコイル固定体の全体を覆うように磁性体部を形成する磁性体部付着工程と、全体を加圧して成形する加圧工程と、磁性体部を硬化させる硬化工程とを備える。よって、本発明の電子部品の製造方法によれば、コイル固定体が形状を維持することができるので、加圧工程及び硬化工程によって磁性体部を強固に固めることができる。したがって、本発明の電子部品の製造方法によれば、従来方法に比べ自己インダクタンスＬ及び許容電流を犠牲にすることなく小型化が可能で歩留まりのよい電子部品を製造できる。

（２）本発明の電子部品の製造方法の磁性体部付着工程は、板状に形成された複合磁性材料である板状複合磁性材料を軟化させた状態でコイル固定体を板状複合磁性材料に埋め込む圧入工程と、圧入工程では覆いきれないコイル固定体を、軟化させた他の板状複合磁性材料によりさらに覆うカバー工程とを備える。よって、本発明の電子部品の製造方法によれば、板状の単純な形状の複合磁性材料を用いて簡単に磁性体部付着工程を行うことができる。また、板状の複合磁性材料を利用することから、複数の電子部品の製造を並べて同時に行うことが可能となる。

（３）本発明の電子部品の製造方法では、少なくとも圧入工程以降の工程は、複数のコイル固定体を並べて配置可能な大きさの板状複合磁性材料を用いて、複数のコイル固定体に対して同時に行われる。よって、本発明の電子部品の製造方法によれば、効率よく電子部品の製造を行うことができる。

（４）本発明の電子部品の製造方法では、加圧工程と硬化工程が同時に行われる。よって、本発明の電子部品の製造方法によれば、効率よく電子部品の製造を行うことができるとともに、磁性体部をより強固に形成することができる。

（５）本発明の電子部品は、線状の導体により形成されているコイルを絶縁樹脂により固定したコイル固定体と、端子部を除いて前記コイル固定体を覆うように磁性体粒子と樹脂とを混合して硬化させた複合磁性材料により形成された磁性体部とを備える。よって、本発明の電子部品は、自己インダクタンスＬ及び許容電流を犠牲にすることなく小型化が容易にでき、歩留まりも改善できる。

（６）本発明の電子部品の磁性体部は、板状に形成された複合磁性材料である板状複合磁性材料を軟化させた状態でコイル固定体を板状複合磁性材料に埋め込んだ後に板状複合磁性材料を硬化させることにより形成されている。よって、本発明の電子部品は、板状の単純な形状の複合磁性材料を用いて簡単に磁性体部が形成可能である。

本発明による電子部品１０の第１実施形態を示す斜視図である。 電子部品１０を図１中のＺ−Ｚ線に沿って切断した縦断面図である。 コイル固定体１２の構成を説明するための斜視図である。 第１実施形態の電子部品１０の製造工程を示す図である。 第１実施形態の電子部品１０の製造工程を示す図である。 第２実施形態の電子部品１０の製造工程を示す図である。 第２実施形態の電子部品１０の製造工程を示す図である。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面等を参照して説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明による電子部品１０の第１実施形態を示す斜視図である。
図２は、電子部品１０を図１中のＺ−Ｚ線に沿って切断した縦断面図である。
なお、以下の説明において、理解を容易にするために上下等の文言を用いるが、この上下とは、図中における上下方向を指すものであり、本発明の構成を限定するものではない。
また、図１を含め、以下に示す各図は、模式的に示した図であり、各部の大きさ、形状は、理解を容易にするために、適宜誇張して示している。
さらに、以下の説明では、具体的な数値、形状、材料等を示して説明を行うが、これらは、適宜変更することができる。

電子部品１０は、磁性体部１１と、コイル固定体１２と、外部端子１３とを備えたインダクタである。

磁性体部１１は、磁性体粒子と樹脂とを混合した複合磁性材料を硬化して形成されている。複合磁性材料としては、例えば、鉄系金属磁性粉末とエポキシ樹脂とを混合したものを用いることができる。磁性体部１１は、コイル固定体１２が存在していない部分を隙間なく埋めるように設けられている。

コイル固定体１２は、巻線コイル１を絶縁樹脂部２により固定して形成されている。
図３は、コイル固定体１２の構成を説明するための斜視図である。図３（ａ）は、絶縁樹脂部２により固定する前の巻線コイル１を示し、図３（ｂ）は、絶縁樹脂部２により巻線コイル１を固定したコイル固定体１２を示している。

巻線コイル１は、例えば、断面が平角の導線を２段のα巻き（外外巻き）に巻回して形成されている。また、巻線コイル１の両端部１ａは、巻線コイル１の同じ側の側面から電子部品１０の両端へそれぞれ延在している。

絶縁樹脂部２は、例えば、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂等の絶縁性を有する樹脂により形成されており、巻線コイル１の一部を除く全面を覆っており、絶縁機能の他、巻線コイル１を固定してコイル固定体１２としての形状を保つ機能を有している。図３（ｂ）では、微小なドットを付した部分が、絶縁樹脂部１２が付着している部分を示している。絶縁樹脂部２は、例えば、巻線コイル１を液状の樹脂の槽にディップする等の手法により形成される。なお、巻線コイル１の両端部１ａの先端面１ｂは、外部端子１３との導通をとるために絶縁樹脂部２が形成されていない。

外部端子１３は、電子部品１０の両端において、巻線コイル１の２箇所の先端面１ｂとそれぞれ導通するように、銀、銅等の導電材料により形成されている端子部である。

次に、本実施形態の電子部品１０の製造方法について説明する。
図４及び図５は、第１実施形態の電子部品１０の製造工程を示す図である。

（第１工程：コイル形成工程、コイル固定工程）
先ず、図３（ａ）に示すように、巻線コイル１を平角線から形成し（コイル形成工程）、形成された巻線コイル１に絶縁樹脂部２を付着させて固定して、コイル固定体１２を作製する（コイル固定工程）。

（第２工程：磁性体部付着工程−１（圧入工程））
次に、磁性体部１１の素材である板状複合磁性材料１１１を用意して、所定の位置にコイル固定体１２をセットする（図４（ａ））。
この状態で、板状複合磁性材料１１１を７０℃から１２０℃に加温して、板状複合磁性材料１１１が軟化した状態で、図４（ｂ）に示すように、コイル固定体１２を板状複合磁性材料１１１に対してプレス金型Ｐによりプレスして、コイル固定体１２を板状複合磁性材料１１１に埋め込む。

（第３工程：磁性体部付着工程−２（カバー工程））
次に、図５（ｃ）に示すように、第２工程では覆いきれずに突出して残ったコイル固定体１２を、軟化させた他の板状複合磁性材料１１１によりさらに覆うようにして配置する。そして、これをプレス金型Ｐによりプレスする。これにより、コイル固定体１２の上面も板状複合磁性材料１１１により覆うことができ、図５（ｄ）に示す形態となる。

（第４工程：加圧工程及び硬化工程）
次に、図５（ｄ）に示した状態のまま、１５０℃から２００℃に保ちながら全体を加圧（プレス）して成形し（加圧工程）、磁性体部１１（複合磁性材料）を硬化させる（硬化工程）。この加圧工程及び硬化工程により磁性体部１１が強固に形成されることから、コイル固定体１２から外径形状までの距離を、例えば、１００μｍから２００μｍ程度に薄く形成しても、剥離等が生じず、歩留まりよく製造が可能である。よって、本実施形態の製造方法によれば、電子部品１０は、小型化が可能である。なお、加圧と硬化は、別々に行ってもよいし、１５０℃から２００℃に保ちながら全体を加圧して形成する際に、同時に磁性体部１１を硬化させてもよい。

（第５工程：外部電極形成工程）
最後に、図５（ｅ）に示すように、銀や銅などの導電ペーストをディップしたり、銀や銅などの導電材料をスパッタ、めっきなどで施したりして外部端子１３を両端に形成して、電子部品１０が完成する。なお、第４工程と第５工程との間に、所定の外径形状に切断する切断工程等を適宜設けることができる。外部端子１３は、磁性体部１１の底面と端面に渡ってＬ字状に形成したり、磁性体部１１の底面にのみ形成したり様々な形状に形成することができる。

なお、上述した各工程のうち、少なくとも圧入工程以降の工程は、複数のコイル固定体１２を並べて配置可能な大きさの板状複合磁性材料１１１を用いて、複数のコイル固定体１２に対して同時に行われる。これにより、効率よく電子部品１０の製造が可能である。

以上説明したように、第１実施形態によれば、先ずコイル固定体１２を形成し、これを板状複合磁性材料１１１に圧入して複合磁性材料を加圧及び硬化させて電子部品１０を製造した。コイル固定体１２は、巻線コイル１を絶縁樹脂部２により固定して形成されているので、加圧によって巻線コイル１の１段目と２段目の間で折れ曲がったり、巻線コイル１を構成する導線が潰れたりするなどして巻線コイル１が変形することがない。よって、第１実施形態の電子部品１０は、巻線コイルを絶縁樹脂部で固定しない場合よりも高い圧力で加圧した状態で成形されることが可能である。また、この様に高い圧力で加圧した状態で成形されることにより、磁性体部１１を薄く形成しても、歩留まりよく製造が可能である。すなわち、第１実施形態によれば、コイル自体の形状を小型化することなく、磁性体部１１を薄くすることによって、全体の小型化が可能である。

したがって、第１実施形態によれば、電子部品１０の自己インダクタンスＬ及び許容電流を大きく保ったままであっても、歩留まりがよく製造が可能であり、かつ、小型化を容易に行える。
また、第１実施形態によれば、板状複合磁性材料１１１に対して複数のコイル固定体１２を整列配置して同時に複数の電子部品１０を製造可能であり、効率よく電子部品１０の製造を行うことができる。

（第２実施形態）
第２実施形態の電子部品１０は、製造方法が部分的に異なる他は、第１実施形態の電子部品１０と同様な形態をしている。よって、前述した第１実施形態と同様の機能を果たす部分には、同一の符号を付して、重複する説明を適宜省略する。

以下、第２実施形態の電子部品１０の製造方法について説明する。
図６及び図７は、第２実施形態の電子部品１０の製造工程を示す図である。

（第１工程：コイル形成工程、コイル固定工程）
先ず、第１実施形態と同様にして、図６（ａ）に示すように、巻線コイル１を平角線から形成し（コイル形成工程）、形成された巻線コイル１に絶縁樹脂部２を付着させて固定して、コイル固定体１２を作製する（コイル固定工程）。
また、磁性体部１１の素材である板状複合磁性材料１１１を用意する。ここで準備する板状複合磁性材料１１１の厚さは、コイル固定体１２の高さと略一致した厚さとしている。

（第２工程：磁性体部付着工程−１（圧入工程））
次に、板状複合磁性材料１１１を７０℃から１２０℃に加温して、板状複合磁性材料１１１が軟化した状態で、図６（ｂ）に示すように、コイル固定体１２を板状複合磁性材料１１１に対してプレス金型Ｐによりプレスして、コイル固定体１２を板状複合磁性材料１１１に埋め込む。
埋め込みが完了すると、図６（ｃ）に示すように、コイル固定体１２の上下端部は、複合磁性材料の付着量が僅かであるか、一部露出する状態である。

（第３工程：磁性体部付着工程−２（カバー工程））
次に、図７（ｄ）に示すように、第２工程では覆いきれていないコイル固定体１２の上下それぞれに、軟化させた他の２枚の板状複合磁性材料１１１を配置する。そして、コイル固定体１２の上下をこれら２枚の板状複合磁性材料１１１によりさらに覆うことができるように、これをプレス金型Ｐによりプレスする。これにより、コイル固定体１２の上面も下面も、板状複合磁性材料１１１により覆うことができ、図７（ｅ）に示す形態となる。第２実施形態では、上下両側に板状複合磁性材料１１１を配置することにより、コイル固定体１２の上下に形成される磁性体部１１（複合磁性材料）の厚さをより正確に制御可能である。

（第４工程：加圧工程及び硬化工程）
次に、図７（ｅ）に示した状態のまま、１５０℃から２００℃に保ちながら全体を加圧（プレス）して成形し（加圧工程）、磁性体部１１（複合磁性材料）を硬化させる（硬化工程）。この加圧工程及び硬化工程により磁性体部１１が強固に形成されることから、コイル固定体１２から外径形状までの距離を、例えば、１００μｍから２００μｍ程度に薄く形成しても、剥離等が生じず、歩留まりよく製造が可能である。また、第２実施形態では、上下両面の磁性体部１１の厚さも正確に制御できることから、この上下面についても、製造バラツキが減ることから、より限界に近い薄さまで形成が可能である。よって、本実施形態の製造方法によれば、電子部品１０は、小型化が可能である。なお、加圧と硬化は、別々に行ってもよいし、同時に行ってもよい。

（第５工程：外部電極形成工程）
最後に、図７（ｆ）に示すように、銀や銅などの導電ペーストをディップしたり、銀や銅などの導電材料をスパッタ、めっきなどで施したりして外部端子１３を両端に形成して、電子部品１０が完成する。なお、第４工程と第５工程との間に、所定の外径形状に切断する切断工程等を適宜設けることができる。外部端子１３は、磁性体部１１の底面と端面に渡ってＬ字状に形成したり、磁性体部１１の底面にのみ形成したり様々な形状に形成することができる。

なお、第１実施形態と同様に、上述した各工程のうち、少なくとも圧入工程以降の工程は、複数のコイル固定体１２を並べて配置可能な大きさの板状複合磁性材料１１１を用いて、複数のコイル固定体１２に対して同時に行われる。これにより、効率よく電子部品１０の製造が可能である。

以上説明したように、第２実施形態によれば、カバー工程において、２枚の板状複合磁性材料１１１によりコイル固定体１２を両側から挟んで覆うようにした。よって、上下方向の寸法管理をより正確に行うことができ、電子部品１０をより歩留まりよく、かつ、より小型に製造可能である。

（変形形態）
以上説明した実施形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の範囲内である。

（１）各実施形態において、巻線コイル１は、α巻きされたものである例を挙げて説明した。これに限らず、例えば、巻線コイルは、外周側と内周側のそれぞれから端部が引き出される通常の巻き方であってもよい。

（２）各実施形態において、巻線コイル１は、２段構成である例を挙げて説明した。これに限らず、例えば、巻線コイルは、４段であってもよいし、どのような構成であってもよい。

（３）各実施形態において、巻線コイル１は、断面が丸い導線を巻回して形成してもよい。

（４）各実施形態において、絶縁樹脂部は巻線コイルに樹脂を吹き付けたり、巻線コイルにスパッタにより樹脂を付着させたりして形成してもよい。

なお、各実施形態及び変形形態は、適宜組み合わせて用いることもできるが、詳細な説明は省略する。また、本発明は以上説明した各実施形態によって限定されることはない。

１ 巻線コイル
１ａ 両端部
１ｂ 先端面
２ 絶縁樹脂部
１０ 電子部品
１１ 磁性体部
１２ コイル固定体
１３ 外部端子
１１１ 板状複合磁性材料
Ｐ プレス金型

Claims (4)

1. 断面が平角の導線を２段のα巻きに巻回することによりコイルを形成し、該コイルを絶縁樹脂により固定するコイル固定体を形成するコイル固定工程と、
   磁性体粒子と樹脂とを混合した複合磁性材料が板状に形成され、その厚みが該コイルを前記複合磁性材料に埋め込んだときに、前記コイルの上下端部の複合磁性材料の付着量が僅かであるか、前記コイルの上下端部が一部露出する状態の厚みであり、板状複合磁性材料を軟化させた状態で該コイル固定体を該板状複合磁性材料に埋め込んだ後、該板状複合磁性材料で覆いきれなかった該コイル固定体を覆う様に、該板状複合磁性材料の上下に、軟化させた他の板状複合磁性体材料を配置する磁性体部付着工程と、
   全体を加圧して成形する加圧工程と、
   前記磁性体部を硬化させる硬化工程と、
   を備える電子部品の製造方法。
2. 請求項１に記載の電子部品の製造方法において、
   前記磁性体部付着工程は、
   板状に形成された前記複合磁性材料である板状複合磁性材料を軟化させた状態で前記コイル固定体を前記板状複合磁性材料に埋め込む圧入工程と、
   前記圧入工程では覆いきれない前記コイル固定体を、軟化させた他の板状複合磁性材料によりさらに覆うカバー工程と、
   を備えること、
   を特徴とする電子部品の製造方法。
3. 請求項２に記載の電子部品の製造方法において、
   少なくとも前記圧入工程以降の工程は、複数のコイル固定体を並べて配置可能な大きさの前記板状複合磁性材料を用いて、複数のコイル固定体に対して同時に行われること、
   を特徴とする電子部品の製造方法。
4. 請求項１に記載の電子部品の製造方法において、
   前記加圧工程と前記硬化工程が同時に行われること、
   を特徴とする電子部品の製造方法。

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