JP6287762B2 - 表面実装インダクタの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、表面実装インダクタの製造方法に関する。

従来から、磁性粉と樹脂とを有する封止材でコイルを封止した表面実装インダクタが広く利用されている。例えば、特許文献１において、金属片を外部端子として使用した表面実装インダクタの製造方法が開示されている。この方法は、金属片にコイルの引き出し端部を溶接して接合し、コイルを封止材で封止して成形体を得る。その成形体から露出する金属片を加工して、外部端子を形成していた。

特許文献２においては、リードフレームを使用せず、コイルの引き出し端部を加工して外部端子とする表面実装インダクタの製造方法が開示されている。この方法は、断面が平角形状の導線（以下、平角線という）を巻回して形成したコイルを、封止材で封止して成形体を得る。

特開２００３−２９０９９２ 特開２００４−１９３２１５

特許文献１の表面実装インダクタは、コイルと外部端子とを溶接して接合しているため、コイルと外部端子との接合部に、機械的ストレスや熱ストレスがかかっていた。また、コイルと外部端子との接合部には、接触抵抗が発生していた。

特許文献２の表面実装インダクタは、コイルの巻軸方向と平角線の幅広面とが垂直なので、コイルを巻回する際、コイルの内径部・外径部に機械的ストレスがかかっていた。
また、特許文献２の表面実装インダクタは、２つあるコイルの引き出し端部のうち、片方の引き出し端部が表面実装インダクタの底面付近から底面に向かって引き出され、もう片方の引き出し端部が表面実装インダクタの上面付近から底面に向かって引き出されているため、引き出し端部の長さが異なる。このため、コイルの形状は左右非対称となる。左右非対称なコイルを内蔵した表面実装インダクタは、一方の外部端子に入力した場合の電気的特性と、他方の外部端子に入力した場合の電気的特性が異なっていた。このような表面実装インダクタは、電気的特性の極性を示すマーキングを印字することが多い。

そこで、本発明は、コイルへの熱ストレス・機械的ストレスを低減し、コイルと外部端子との間に発生する接触抵抗を無くし、さらに、内蔵するコイルの形状が左右対称である表面実装インダクタの製造方法の提供を目的とする。

本発明は、導線を巻回して形成したコイルと、樹脂と充填材を含む封止材でコイルを封止した成形体を備えた表面実装インダクタの製造方法において、導線を巻回するための１対の巻軸を有し、それぞれの巻軸にそれぞれ外径が異なるすくなくとも２つの巻回部分を設けた巻線機を用い、巻線機の１対の巻軸の先端を接触させた状態で、断面が平角形状の導線の途中を巻線機のスピンドルに接触させ、導線の両端部が外周に位置する様に２段に巻回した第１の巻回部と、その内径が第１の巻回部の外径以上となる様にコイルの巻軸に沿って互いに反対方向に位置をずらして巻回した第２の巻回部を備え、それぞれの第２の巻回部の外周から導線の端部を引き出して引き出し端部としたコイルを形成する工程と、コイルの両端から、１対のタブレットを嵌め合わせ、加熱圧縮してコイルを内蔵した成形体を形成する工程を備え、成形体内に、コイルが、巻軸が成形体の実装面と平行かつ、引き出し端部の表面が成形体の実装面の表面に露出する様に形成される。

本発明によって製造された表面実装インダクタによれば、コイルの引き出し端部を端子として使用することにより、コイルへの熱ストレス・機械的ストレスを低減し、さらにコイルと外部端子との間に発生する接触抵抗を無くすことができる。また、コイルの巻き軸方向とコイルの幅広面とが平行なので、巻回時に内径部と外径部とにかかる機械的ストレスを低減することができる。さらに、巻軸にそれぞれ外径が異なる少なくとも２つの巻回部分を設けた巻線機を用い、第２の巻回部を、その内径が第１の巻回部の外径となる様にコイルの巻軸に沿って互いに反対方向に位置をずらして巻回して形成するので、導線にかかる機械的ストレスを低減できる。
表面実装インダクタの実装面とコイルの巻き軸方向とが平行になるようにコイルを巻回することにより、コイルの形状を左右対称にすることができる。
以上より、コイルへの熱ストレス・機械的ストレスを低減し、抵抗値を抑え、さらに電気的特性の極性が無い表面実装インダクタの製造方法を提供することができる。

本発明の表面実装インダクタの製造方法の実施例で使用するコイルの斜視図である。 本発明の表面実装インダクタの製造方法の実施例で使用するコイルの巻回方法を示す図である。 本発明の表面実装インダクタの製造方法の実施例で使用するタブレットの斜視図である。 本発明の表面実装インダクタの製造方法の実施例で使用するタブレットの実装面の平面図である。 本発明の表面実装インダクタの製造方法の実施例を説明するための断面図である。 本発明の表面実装インダクタの製造方法の実施例を説明するための別の断面図である。 本発明の表面実装インダクタの製造方法の実施例で使用する別のコイルの斜視図である。

以下、本発明の表面実装インダクタの製造方法の実施例を図を参照しながら説明する。

図１に示すように、表面実装インダクタに使用するコイル２は、絶縁被覆を有する平角線をその両端部が外周に位置する様に巻回して形成された、左右対称な形状の空芯コイルである。コイル２は、平角線の両端部が外周に位置する様に２段に巻回した第１の巻回部２ｃと、その内径が第１の巻回部２ｃの外径以上となる様にコイルの巻軸に沿って互いに反対方向に位置をずらして巻回した第２の巻回部２ｄとを備え、それぞれの第２の巻回部２ｄの外周から平角線の端部である引き出し端部２ｂが引き出されている。引き出し端部２ｂはそれぞれ、コイル２の巻軸と垂直で、かつ、互いに反対方向に引き出され、末端が折り曲げられている。この様に形成されたコイル２は、巻軸方向と、平角線の幅広面２ａとが平行なので、巻回時にコイル２の内径部・外径部に機械的なストレスがかからない。

コイル２の巻回方法について説明する。コイル２は、外径の異なる２つの巻回部分３ａ、３ｂを有する１対のスピンドル３を備えた巻線機を使用して、絶縁被覆を有する平角線を巻回して形成される。
１対のスピンドル３は、円柱形状の第１の巻回部分３ａと、第１の巻回部分３ａと中心軸が一致して隣接し、第１の巻回部分３ａの外径より大きい外径を有する円柱状の第２の巻回部分３ｂと、第２の巻回部分３ｂと中心軸が一致して隣接する、第２の巻回部分３ｂの外径より大きい外径を有する円柱状の壁部とをそれぞれ有している。各巻回部分の巻軸方向の長さは、コイルに用いる平角線の幅の長さより長く、スピンドル３の先端３ｃは、第２の巻回部分３ｂとは反対方向にある、第１の巻回部分３ａの端面部である。図２（ａ）に示すように、２つのスピンドル３は、先端３ｃが向かい合った状態になるよう配置される。

次に、図２（ｂ）に示すように、平角線の途中の幅広面２ａを、第１の巻回部分３ａに接触させ、巻線の外径が第２の巻回部分３ｂの外径より大きくならないように、第１の巻回部分３ａに、巻軸方向に２段に巻回する。これにより第１の巻回部分３ａにそれぞれ第１の巻回部２ｃが形成される。次に、平角線の両端を第１の巻回部分３ａからスピンドル３の巻回部分の巻軸に沿って、互いに反対方向に位置をずらし、第２の巻回部分３ｂに巻回して、図２（ｃ）に示すように、第２の巻回部分３ｂにそれぞれ第２の巻回部２ｄが形成される。この第２の巻回部２ｂの外周から平角線を引き出して、これを加工して引き出し端部が形成される。引き出し端部２ｂはそれぞれ、コイル２の巻軸と垂直で、かつ、互いに反対方向に引き出され、末端が折り曲げられている。この状態でコイル２を加熱し、図２（ｄ）に示すように、先端３ｃ同士を接触させたスピンドルを引き離すことにより、左右対称な形状のコイル２を作製することができる。

成形体４について説明する。成形体４は、タブレット４ａを２つ、組み合わせることによって形成される。タブレット４ａは、金属磁性粉を有した充填材とエポキシ樹脂とを含んだ封止材から形成される。
図３に示すように、タブレット４ａは、一つの側面に開口端を備えた立方体であり、内部にコイル２を収納するためのスペース４ｂを有している。開口端を有する面と向かい合う面の内壁の中央部からは、コイル２の巻軸に挿入するための軸４ｃが、開口端を有する面に向かって突出している。コイル２の巻軸に挿入される軸４ｃは円柱状に形成される。
タブレット４ａの上面もしくは底面が実装面４ｅとなる。図４に示す様に、実装面４ｅの形状はそれぞれ長方形であり、この長方形を構成する４辺のうち、開口端に一番近い辺を含む、向かい合う一対の辺を短辺とし、他方の向かい合う一対の辺を長辺とする。実装面４ｅの短辺方向の両端部にはそれぞれ、コイル２の引き出し端部２ｂを引き出すための細長いスリット４ｄが設けられている。

次に、図５（ａ）〜（ｃ）を用いて、コイルを封止する方法について説明する。
図５（ａ）、（ｂ）は図４のＡ−Ａ断面図であり、図５（ｃ）は、実装面４ｅの平面図である。
図５（ａ）に示すように、コイル２の両側にタブレット４ａを、開口端が向き合うようにして配置する。この時、一方のタブレット４ａにコイル２の巻軸にタブレットの軸４ｃを挿入し、実装面４ｅのスリット４ｄからコイルの引き出し端部２ｂを、あらかじめ引き出しておく。次に、図５（ｂ）に示すように、コイル２の巻軸方向の残りの端から、タブレットの軸４ｃがコイル２の空芯部に挿入されるように、他方の２つのタブレット４ａを嵌め合わせる。タブレット４ａの内部には、コイル２を収納するためのスペース４ｂが内部に設けられており、コイル２が２つのタブレット４ａの内部に収納される。そして、コイル２の引き出し端部２ｂは、一方のスリット４ｄから、実装面の短辺と平行に引き出され、もう片方のスリット４ｄに入れ込まれる。さらに、この状態で、これらを成形金型を用いて加熱・圧縮することにより、図５（ｃ）に示すように、コイル２の引き出し端部２ｂは、実装面４ｅに表面が露出するように埋め込まれた状態で固定され、また２つタブレット４ａは押し固められて、コイル２が封止された成形体４となる。

次に、図６を用いて、引き出し端部を外部端子に加工する方法について説明する。図６は図５（ｃ）のＢ−Ｂ断面図である。
実装面４ｅに表面が露出するように埋め込まれている引き出し端部２ｂは、幅広面２ａにレーザーをあてられて、絶縁被覆が剥離される。平角線を用いているので、レーザー剥離の条件設定が容易であり、外部端子は全て同一の面に形成されているので、１回の工程で済ませることができる。次に、引き出し端部２ｂにＳｎをスパッタリングしてＳｎ層を形成し、続いてＮｉとＣｒとを所定の割合で同時にスパッタリングし、Ｎｉ−Ｃｕ層を形成する。このようにスパッタリングをすることによって、引き出し端部２ｂを外部端子５へと加工することができる。平角線を用いているので、丸線に比べて固着強度が強く、端子平坦度も高い。

このようにして製造された表面実装インダクタ１は、内蔵されたコイル２の形状が左右対称なので、使用時にいずれの端子から入力しても、電気的特性は同じであり、極性を持たない。従って、極性を示すマーキングを印字する必要が無くなり、製造工程をひとつ省くことが出来るので、製造コストを抑えることができる。

以上、本発明の表面実装インダクタ及びその製造方法の実施例を述べたが、本発明はこの実施例に限られるものではない。例えば、実施例のタブレットの形状は、開口端に一番近い辺を含む、向かい合う一対の辺を短辺とし、他方の向かい合う一対の辺を長辺としたが、短辺と長辺が逆になっても良い。また、コイルは、内径が同じである１つの層で構成されていても良いし、図７に示すように内径の異なる３つ以上の層で構成されていても良い。
コイルが、内径の異なる２層以上で構成されている場合は、内径の異なる層ごとに、最も内側にある層から、第１の巻回部、第２の巻回部…として巻回部の番号をつける。ある番号Ｘのつけられた巻回部（第Ｘの巻回部）の外径よりも、ある番号Ｘに１を足した巻回部（第Ｘ＋１の巻回部）の内径が大きい。例えば、図７に示すように、内径の異なる３層で構成されたコイル１２は、１番内側にある巻回部の外径より、２番目に内側にある巻回部の内径が大きく、２番目に内側にある巻回部の外径より、３番目に内側にある巻回部の内径が大きい。コイルの一番内側の巻回部の外径・内径が一番小さく、外側の巻回部になるにつれて、外径・内径が大きくなる。
図１に示すコイルの各巻回部は、それぞれ２段であったが、これに限定されるものではなく、４段以上に巻回しても良い。
また、３つ巻回部がある場合の第２の巻回部は、コイルの巻軸に沿って、斜めに傾斜しても良い。

スピンドルは、コイルの巻回部の数だけ巻回部分が必要となる。スピンドルが、複数の外径の異なる巻回部分を有する場合、最も外径の小さい巻回部分から順に第１の巻回部分、第２の巻回部分…として巻回部分の番号をつける。全ての巻回部分は円柱状で、中心軸が一致するように隣接し、ある番号Ｘのつけられた巻回部分（第Ｘの巻回部分）の外径より、ある番号Ｘから１を足した巻回部分（第Ｘ＋１の巻回部分）の外径の方が大きい。また、巻回部分は、コイルの巻回部より１つ多く用意され、一番外径の大きい巻回部分は、コイルの巻回には使用せず、ストッパーとして扱う。
例えば、内径の異なる３つの巻回部を備えたコイルの巻回に用いるスピンドルは、円柱形状の第１の巻回部分と、第１の巻回部分に隣接して中心軸が一致し、第１の巻回部分の外径より大きい外径を有する、円柱状の第２の巻回部分と、第２の巻回部分に隣接して中心軸が一致し、第２の巻回部分の外径より大きい外径を有する、円柱状の第３の巻回部分と、第３の巻回部分に隣接して中心軸が一致し、第３の巻回部分の外径より大きい外径を有する、円柱状の壁部と、を有している。
また、第２の巻回部分はそれぞれ複数有していても良い。
さらに、スピンドルの形状は、左右対称でかつ、巻回を阻害しなければ、異なる形でも良い。例えば、各巻回部分がコイルの巻軸に沿って斜めに傾斜していても良いし、各巻回部分の間が段差ではなく、コイルの巻軸に沿って斜めに傾斜していても良い。

１ 表面実装インダクタ
２、１２ コイル
２ａ 幅広面
２ｂ 引き出し端部
２ｃ 第１の巻回部
２ｄ 第２の巻回部
３ スピンドル
３ａ 第１の巻回部分
３ｂ 第２の巻回部分
３ｃ 先端
４ 成形体
４ａ タブレット
４ｂ スペース
４ｃ 軸
４ｄ スリット
４ｅ 実装面
５ 外部端子

Claims (3)

1. 導線を巻回して形成したコイルと、樹脂と充填材を含む封止材で該コイルを封止した成形体を備えた表面実装インダクタの製造方法において、
   導線を巻回するための１対の巻軸を有し、それぞれの巻軸にそれぞれ外径が異なる少なくとも２つの巻回部分を設けた巻線機を用い、該巻線機の１対の巻軸の先端を接触させた状態で、断面が平角形状の導線の途中を巻線機のスピンドルに接触させ、導線の両端部が外周に位置する様に２段に巻回した第１の巻回部と、その内径が該第１の巻回部の外径以上となる様に該コイルの巻軸に沿って互いに反対方向に位置をずらして巻回した第２の巻回部を備え、それぞれの第２の巻回部の外周から該導線の端部を引き出して引き出し端部としたコイルを形成する工程と、
   該コイルの両端から、１対のタブレットを嵌め合わせ、加熱圧縮して該コイルを内蔵した成形体を形成する工程を備え、
   該成形体内に、該コイルが、巻軸が該成形体の実装面と平行かつ、該引き出し端部の表面が該成形体の実装面の表面に露出する様に形成されたことを特徴とする表面実装インダクタの製造方法。
2. 前記巻線機の１対の巻軸は、それぞれ先端から離れるに従って外径が大きく形成された請求項１に記載の表面実装インダクタの製造方法。
3. 前記第２の巻回部を複数備える請求項１又は請求項２に記載の表面実装インダクタの製造方法。

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