特許 6763295 表面実装インダクタ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6763295

(24)【登録日】2020年9月14日

(45)【発行日】2020年9月30日

(54)【発明の名称】表面実装インダクタ

(51)【国際特許分類】

   H01F 17/04 20060101AFI20200917BHJP

   H01F 27/29 20060101ALI20200917BHJP

【ＦＩ】

   H01F17/04 F

   H01F27/29 123

【請求項の数】2

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2016-249652(P2016-249652)

(22)【出願日】2016年12月22日

(65)【公開番号】特開2018-107199(P2018-107199A)

(43)【公開日】2018年7月5日

【審査請求日】2019年9月24日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006231

【氏名又は名称】株式会社村田製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100100158

【弁理士】

【氏名又は名称】鮫島 睦

(74)【代理人】

【識別番号】100131808

【弁理士】

【氏名又は名称】柳橋 泰雄

(72)【発明者】

【氏名】宗内 敬太

(72)【発明者】

【氏名】磯 英治

(72)【発明者】

【氏名】大井 秀朗

【審査官】 秋山 直人

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１６−００９８５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１３０９８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−０５８４１８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｆ １７／０４

Ｈ０１Ｆ ２７／２９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

断面が平角状の導体がその両端部が外周に位置する様にコイル軸の周りに２段に巻回されて形成される巻回部と、前記巻回部から引き出された引き出し端部とを有するコイルと、金属磁性材料と樹脂を含む封止材からなり、前記コイルを内包する成形体と、前記コイルの引き出し端部と接続される外部端子とを備える表面実装インダクタであって、
前記成形体は、前記コイルのコイル軸が実装面と垂直になる様にコイルが埋設され、コイルのコイル軸と垂直な面において、前記コイルの巻回部と対向する外部端子形成領域のみに、前記金属磁性材料の充填率が、前記成形体全体における前記金属磁性材料の平均充填率よりも低い第１の領域と、コイルの周辺部分に、前記第１の領域の前記金属磁性材料の充填率よりも、前記金属磁性材料の充填率が高い第２の領域とを有し、
前記外部端子は、前記第１の領域を少なくとも含む領域に配置される表面実装インダクタ。

【請求項2】

断面が平角状の導体がその両端部が外周に位置する様にコイル軸の周りに２段に巻回されて形成される巻回部と、前記巻回部から引き出された引き出し端部とを有するコイルと、金属磁性材料と樹脂を含む封止材からなり、前記コイルを内包する成形体と、前記コイルと接続される外部端子とを備える表面実装インダクタであって、
前記成形体は、前記コイルのコイル軸が実装面と垂直になる様にコイルが埋設され、コイルのコイル軸と垂直な面において、前記コイルの巻回部と対向する外部端子形成領域のみに、前記金属磁性材料の中心粒子径Ｄ５０が、前記成形体全体における前記金属磁性材料の中心粒子径Ｄ５０よりも小さい第３の領域と、コイルの周辺部分に、前記第３の領域の前記金属磁性材料の中心粒径Ｄ５０よりも、前記金属磁性材料の中心粒径Ｄ５０が大きい第４の領域とを有し、
前記外部端子は、前記第３の領域を少なくとも含む領域に配置される表面実装インダクタ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、表面実装インダクタに関する。

【背景技術】

【0002】

従来の表面実装インダクタに、導線を巻回してコイルを形成し、このコイルを樹脂と磁性粉末を含む封止材で形成された成形体内に埋設し、コイルの引き出し端部を成形体の表面に形成された外部端子に接続したものがある（例えば、特許文献１を参照。）。この表面実装インダクタでは、樹脂成形法もしくは圧粉成形法によりコイルを内蔵する成形体が形成され、この成形体に導電性ペーストを塗布して外部端子が形成される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００５−１１６７０８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載されるような従来の表面実装インダクタでは、性能を向上させるために、成形体の磁性粉の密度を高くすることにより成形体の透磁率を高くすることが行われる。成形体の透磁率を高くするために磁性体粉として金属磁性体粉を用いる場合、金属磁性体粉自体の絶縁性が低い上、成形体を形成する際に加える圧力を高くして金属磁性体粉の密度を高くしているため、図６に示す様に、成形体を形成する際に圧力加える方向Ｐにおいて、コイル６１の巻回部６１ａと外部端子６３の間に位置する金属磁性体粉を介して、コイル６１の巻回部６１ａと外部端子６３とが接触し、絶縁性が低下してＳで示す様にショートが発生しやすくなるという問題があった。

【0005】

本発明は、高い絶縁性を有する高性能な表面実装インダクタを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の第１の態様は、導体が巻回されて形成されるコイルと、金属磁性材料と樹脂を含む封止材からなり、該コイルを内包する成形体と、該コイルと接続される外部端子とを備える表面実装インダクタであって、該成形体は、該コイルのコイル軸と垂直な面に、該金属磁性材料の充填率が、該成形体全体における該金属磁性材料の平均充填率よりも低い第１の領域を有し、該外部端子は、該第１の領域を少なくとも含む領域に配置されることを特徴とする。

【0007】

本発明の第２の態様は、導体が巻回されて形成されるコイルと、金属磁性材料と樹脂を含む封止材からなり、該コイルを内包する成形体と、該コイルと接続される外部端子とを備える表面実装インダクタであって、該成形体は、該コイルのコイル軸と垂直な面に、該金属磁性材料の中心粒子径Ｄ５０が、該成形体全体における該金属磁性材料の中心粒子径Ｄ５０よりも小さい第３の領域を有し、該外部端子は、該第３の領域を少なくとも含む領域上に配置されることを特徴とする。

【発明の効果】

【0008】

本発明のインダクタでは、導体が巻回されて形成されるコイルと、金属磁性材料と樹脂を含む封止材からなり、該コイルを内包する成形体と、該コイルと接続される外部端子とを備える表面実装インダクタであって、該成形体は、該コイルのコイル軸と垂直な面に、該金属磁性材料の充填率が、該成形体全体における該金属磁性材料の平均充填率よりも低い第１の領域を有し、該外部端子は、該第１の領域を少なくとも含む領域に配置されるので、高い絶縁性を有しながら、インダクタとして高い性能を示すことができる。
また本発明のインダクタでは、導体が巻回されて形成されるコイルと、金属磁性材料と樹脂を含む封止材からなり、該コイルを内包する成形体と、該コイルと接続される外部端子とを備える表面実装インダクタであって、該成形体は、該コイルのコイル軸と垂直な面に、該金属磁性材料の中心粒子径Ｄ５０が、該成形体全体における該金属磁性材料の中心粒子径Ｄ５０よりも小さい第３の領域を有し、該外部端子は、該第３の領域を少なくとも含む領域上に配置されるので、高い絶縁性を有しながら、インダクタとして高い性能を示すことができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の表面実装インダクタの第１の実施例の部分断面図である。

【図2】本発明の表面実装インダクタにおける成形体の表面近傍の構造を模式的に示す概略断面図である。

【図3】本発明の表面実装インダクタの製造工程を説明するための斜視図である。

【図4】本発明の表面実装インダクタの第２の実施例における成形体の表面近傍の構造を模式的に示す概略断面図である。

【図5】本発明の表面実装インダクタの第３の実施例の部分断面図である。

【図6】従来の表面実装インダクタにおける成形体の表面近傍の構造を模式的に示す概略断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

本発明の表面実装インダクタは、導線を巻回して形成されたコイルと、主に金属磁性材料と樹脂とを含有する封止材でコイルを封止した成形体と、コイルに接続される外部端子とを備える。成形体は、内包するコイルのコイル軸と直交する２つの面を有し、その少なくとも１つの面側に、金属磁性材料の充填率が、成形体の他の部分における金属磁性材料の充填率よりも小さい第１の領域が形成される。すなわち、第１の領域の金属磁性材料の充填率は、成形体全体における金属磁性材料の充填率よりも小さくなっている。また成形体は、金属磁性材料として、その中心粒子径Ｄ５０が異なる複数の金属磁性材料が用いられ、内包するコイルのコイル軸と直交する２つの面の少なくとも１つの面側に、金属磁性材料の粒子径の大きいものの比率が、成形体の他の部分よりも小さい第３の領域が形成されて構成される。すなわち、第３の領域ではそこに含まれる金属磁性材料の中心粒子径Ｄ５０が、成形体全体における金属磁性材料の中心粒子径Ｄ５０よりも大きくなっている。外部端子は、少なくとも第１の領域又は第３の領域を含む領域に位置する様に成形体に形成され、コイルと接続される。

【0011】

成形体における第１の領域及び第３の領域は、成形体の他の領域に比べて絶縁抵抗が大きくなっている。すなわち、本発明の表面実装インダクタでは、成形体において、絶縁抵抗が高い部分と、絶縁抵抗が低い部分とが意識的に形成されている。すなわち、成形体の表面側における外部端子を形成する部分の絶縁抵抗を高くしつつ、成形体内部のコイルの周辺部分の絶縁抵抗を低く、すなわち透磁率を大きく形成することができ、インダクタとしての性能を向上させることができる。なお、絶縁抵抗が高い部分は、絶縁抵抗が低い部分に比べて、金属磁性材料の充填率が小さくなっている第１の領域であるか、そこに含まれる金属磁性材料の中心粒子径Ｄ５０が小さくなっている第３の領域である。金属磁性材料の充填率が低い領域は、例えば、そこに含まれる金属磁性材料の中心粒子径Ｄ５０が小さくなるようにして構成することができる。また金属磁性材料の中心粒子径Ｄ５０が小さい領域は、例えば、粒子径が小さい金属磁性材料の含有割合が、粒子径が大きい金属磁性材料の含有割合よりも多くなるようにして構成することができる。

【0012】

成形体は、内包するコイルの周辺部分に、第１の領域よりも金属磁性材料の充填率が高い第２の領域、又は第３の領域よりも中心粒子径Ｄ５０が大きい第４の領域を有していてもよい。コイルの周辺部に透磁率が高い領域を設けることで、表面実装インダクタとして、より優れた性能を示すことができる。

【0013】

第１の領域又は第３の領域が形成される成形体の面は、成形体が内包するコイルのコイル軸に直交する面である。これにより表面実装インダクタを、例えば、コイル軸に平行な方向に加圧成形で形成する際に、コイルの変形が抑制され、生産性がより向上する。

【0014】

外部端子は、成形体の第１の領域又は第３の領域における表面の樹脂の少なくとも一部が除去されて、成形体の表面に露出した金属磁性材料と外部端子を構成するメッキ層とが接合され、外部端子とコイルの引き出し端部とが接続されることにより形成されていてもよい。表面の樹脂の少なくとも一部が除去されて金属磁性材料が露出していることで、メッキ層の形成がより容易に進行し、生産性が向上する。またメッキ層の成形体への接着性が向上するため、成形体と外部電極との間の強度が向上する。

【0015】

第１の領域及び／又は第３の領域は、少なくとも表面実装インダクタの基板実装面側に設けられてもよい。基板実装面側に設けることで、より容易に第１の領域及び／又は第３の領域を形成することができ、生産性がより向上する。

【0016】

ここで成形体における金属磁性材料の充填率は、以下のようにして測定される。成形体の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて観察し、観察領域の面積に対する金属磁性材料の占有面積の割合と金属磁性材料の比重に基づいて算出される。

【0017】

金属磁性材料の中心粒子径Ｄ５０は、粒子径分布において小径側からの体積累積が５０％に対応する粒子径である。成形体における金属磁性材料の中心粒子径Ｄ５０は、以下のようにして測定することができる。成形体の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて観察し、観察される金属磁性材料の円相当径をそれぞれ算出する。得られた円相当径を金属磁性材料の粒子径として体積基準の粒子径分布を作成する。粒子径分布において、小径側からの体積累積が５０％となる粒子径を中心粒子径Ｄ５０とする。

【実施例】

【0018】

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための、表面実装インダクタを例示するものであって、本発明は、表面実装インダクタを以下のものに特定しない。なお特許請求の範囲に示される部材を、実施形態の部材に限定するものではない。特に実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
なお、各図中には同一箇所に同一符号を付している。要点の説明又は理解の容易性を考慮して、便宜上実施形態を分けて示すが、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換又は組み合わせが可能である。第２の実施例以降では第１の実施例と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については実施形態毎には逐次言及しない。

【0019】

図１は本発明の表面実装インダクタの第１の実施例の部分断面図である。図１において、１１はコイル、１２は成形体である。コイル１１は、導線をその両端部が外周に位置するように渦巻き状に２段の外外巻きに巻回した巻回部１１ａと、巻回部１１ａから成形体１２の長手方向に引き出された引き出し端部１１ｂを備えて形成される。導体には断面が平角状の平角線が用いられる。引き出し端部１１ｂは、導体の両端部が巻回部１１ａから巻回部１１ａを挟んで対向する様に引き出される。

【0020】

成形体１２は、樹脂と金属磁性材料を含む封止材を用いてコイル１１を内包する様に形成される。成形体１２はコイル軸に直交する２つの面（上面及び下面ともいう）と、コイル軸に平行で成形体１２の長手方向に直交する長手方向の側面と、コイル軸に平行で長手方向の側面に直交する短手方向の側面とを有する。封止材としては、金属磁性材料として例えば鉄系の金属磁性粉末を、樹脂として例えばエポキシ樹脂をそれぞれ用い、これらを混合したものが用いられる。この成形体１２は、コイル軸に平行な方向、すなわち、成形する際に圧縮する方向と垂直な面側（本実施例では上下両面）に、金属磁性材料の充填率が、成形体全体における金属磁性材料の平均充填率よりも低い第１の領域１２ａが形成されると共に、コイル１１の周辺部分に、第１の領域の金属磁性材料の充填率よりも金属磁性材料の充填率が高い第２の領域１２ｂが形成される。また、この成形体１２の長手方向の側面には、コイル１１の引き出し端部１１ｂの表面が露出する。
そして、この成形体１２の長手方向の側面とこの側面に隣接する４つの面に跨って外部端子１３が形成され、コイル１１の引き出し端部１１ｂと外部端子１３とが接続される。外部端子１３は、例えば、導電性ペーストによって形成される。
図１では、第１の領域１２ａは、コイル軸に垂直な２つの面の全面にそれぞれ形成されているが、外部端子１３が形成される領域に部分的に形成されていてもよい。

【0021】

本発明の表面実装インダクタは、図１に示す様に、成形体１２に第１の領域１２ａと第２の領域１２ｂとが形成され、外部端子１３が第１の領域１２ａ上と成形体の長手方向の側面上に形成されている。図２は、図１の断面部分の部分拡大図であって、第１の領域１２ａ、第２の領域１２ｂ、及び外部端子１３の関係を模式的に示す概略断面図である。図２では、第１の領域１２ａの金属磁性粉末Ｆ１の充填率が、第２の領域１２ｂの金属磁性粉末Ｆ２の充填率よりも低くなっている。そして、第１の領域１２ａが成形体１２の上下面全体に亘って所定の厚みで形成され、成形体１２のそれ以外の部分が第２の領域１２ｂとなっており、第２の領域１２ｂ内にコイル１１が内包される。成形体１２の上下面の絶縁性が高くなっているため、成形体１２を形成する際に加える圧力を高くしてコイル１１の巻回部１１ａの周辺部の金属磁性体粉の充填率を高くしているにも係わらず、コイル１１の巻回部１１ａと外部端子１３の間に位置する金属磁性粉を介して、コイル１１の巻回部１１ａと外部端子１３が接触する可能性を低減できる。

【0022】

この様な表面実装インダクタは以下の様にして製造される。まず、図３に示す様に断面が平角状の絶縁被覆が施された導体をその両端が外周に位置する様に渦巻き状に２段の外外巻きに巻回して巻回部１１ａを形成した後、導線の両端を巻回部１１ａの外周から引き出して引き出し端部１１ｂを形成してコイル１１を形成する。本実施例で用いる導体は絶縁被膜としてイミド変成ポリウレタン層を有するものを用いた。絶縁被膜は、ポリアミド系やポリエステル系などでもよく、耐熱温度が高いものの方が好ましい。また、本実施例では断面が平角形状のものを用いるが、丸線や断面が多角形状のものを用いてもよい。図３では、コイル１１はコイル軸方向から見ると長円状に形成されているが、コイル１１の形状は長円状に限られない。

【0023】

次に、金属磁性材料として例えば鉄系の金属磁性粉末を、樹脂として例えばエポキシ樹脂をそれぞれ用い、これらを混合して粉末状に造粒した封止材を用いて、圧縮成形法、シート工法、圧粉成形法などの成形方法にて、図３に示すようなコイル１１が埋設された成形体１２を成形する。このとき、成形体１２は、圧縮成形法の場合、コイル１１を保持する仮成形体の上下面に、仮成形体の金属磁性粉末の充填率よりも低い充填率の仮成形体を追加するか、成形金型内の下部と上部に仮成形体の金属磁性粉末の充填率よりも低い充填率の材料を充填するかして形成される、また成形体１２は、シート工法の場合、成形体を構成する金属磁性材料シートの最上層と最下層に、他の層の金属磁性粉末の充填率よりも低い充填率の金属磁性材料シートを追加して形成される。さらに成形体１２は、圧粉成形法の場合、成形金型内の下部と上部に他の部分の金属磁性粉末の充填率よりも低い充填率の材料を充填することにより形成される。また、コイル１１の引き出し端部１１ｂは、成形体１２の長手方向の側面の外部端子が形成される位置にその表面が露出するように引き出される。
この様にして空芯コイル１１を内蔵する成形体１２内において、図１に示す様に、成形する際に圧縮する方向、すなわちコイル軸と平行な方向と直交する面側に、金属磁性材料の充填率が、成形体の他の部分の金属磁性材料の充填率よりも低い第１の領域１２ａが形成されると共に、コイル１１の周辺部分に、第１の領域１２ａの金属磁性材料の充填率よりも金属磁性材料の充填率が高い第２の領域１２ｂが形成される。

【0024】

続いて、コイル１１の引き出し端部１１ｂの表面の絶縁被膜を機械剥離によって除去した後、成形体１２の長手方向の側面とその側面に隣接する４つの面に跨って導電性ペーストを塗布することにより外部端子１３が形成される。外部端子１３は成形体１２の長手方向の側面に露出していたコイル１１の引き出し端部１１ｂと接続される。

【0025】

図４は、本発明の表面実装インダクタの第２の実施例における成形体の外部電極４３が形成される部分における第３の領域４２ａ、第４の領域４２ｂ、外部端子４３の関係を模式的に示す概略断面図である。第２の実施例では、粒子径の小さい金属磁性材料の含有比率が成形体４２の他の部分よりも大きい第３の領域４２ａが、成形体４２のコイル軸に直交する面に形成されている。
本実施例では、前述の第１の実施例と同様に、導体をその両端部が外周に位置するように渦巻き状に２段の外外巻きに巻回した巻回部４１ａと、巻回部４１ａから引き出された引き出し端部４１ｂとを備えるコイルが成形体４２に内包される。そして、成形体４２は、樹脂に加えて金属磁性材料として、その中心粒子径Ｄ５０が異なる複数の金属磁性材料を用いて形成され、コイル軸と直交する面側に、粒子径の小さい金属磁性材料（例えば、粒子径１０μｍ未満）Ｆ３の比率が、成形体４２の他の部分、例えば成形体４２の内部よりも大きい第３の領域４２ａが形成されると共に、コイルの周辺部分に、粒子径の大きい金属磁性材料（例えば、粒子径１０μｍ以上）Ｆ４の比率が、成形体の第３の領域４２ａよりも大きい第４の領域４２ｂが形成される。すなわち、成形体４２は、コイル軸に直交する２つの面を有し、その少なくとも１つの面に、金属磁性材料の中心粒子径Ｄ５０が、成形体４２全体における金属磁性材料の中心粒子径Ｄ５０よりも小さい第３の領域４２ａを有する。また、この成形体４２の長手方向の側面には、コイルの引き出し端部４１ｂの表面が露出する。
そして、この成形体４２の長手方向の側面とその側面に隣接する４つの面に跨って、外部端子４３が形成され、コイルの引き出し端部４１ｂと外部端子４３とが接続される。

【0026】

この様に形成された表面実装インダクタは、前述の実施例と同様に、成形体４２の上下面全体の絶縁性が高くなり、成形体を形成する際に加える圧力を高くしてコイル４１の巻回部４１ａの周辺部の金属磁性体粉の密度を高くしているにも係わらず、コイル４１の巻回部４１ａと外部端子４３の間に位置する金属磁性粉を介して、コイル４１の巻回部４１ａと外部端子４３が接触する可能性を低減できる。

【0027】

図５は、本発明の表面実装インダクタの第３の実施例の部分断面図である。第３の実施例では、金属磁性材料の充填率が小さい第１の領域が、表面実装インダクタの基板実装面（底面ともいう）に形成され、コイルの引き出し端部が基板実装面に露出している。
コイル５１は、導体をその両端部が外周に位置するように渦巻き状に２段の外外巻きに巻回した巻回部５１ａと、巻回部５１ａから引き出された引き出し端部５１ｂを備えたコイルが形成される。導体は断面が平角状の平角線が用いられる。引き出し端部５１ｂは、導体の両端部が巻回部５１ａから引き出され、成形体５２の底面に位置させることができる様に屈曲加工される。

【0028】

成形体５２は、樹脂と金属磁性材料を含む封止材を用いてコイル５１を内包する様に形成される。封止材としては、金属磁性材料として例えば鉄系の金属磁性粉末を、樹脂として例えばエポキシ樹脂をそれぞれ用い、これらを混合したものが用いられる。この成形体５２は、底面側に、金属磁性材料の充填率が、成形体の他の部分における金属磁性材料の充填率よりも低い第１の領域５２ａが形成されると共に、コイル５１の周辺部分に、第１の領域５２ａの金属磁性材料の充填率よりも金属磁性材料の充填率が高い第２の領域５２ｂが形成される。また、この成形体５２の底面には、コイル５１の引き出し端部５１ｂの表面が露出する。
そして、この成形体５２の底面の第１の領域５２ａ上に外部端子５３が形成され、コイル５１の引き出し端部５１ｂと外部端子５３が接続される。外部端子５３は、成形体５２の外部端子が形成される部分の表面の樹脂成分を除去して金属磁性粉末を露出させ、ＮｉやＳｎ等の金属材料を用いたメッキを施すことにより形成されたメッキ層により形成される。

【0029】

以上、本発明の表面実装インダクタ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、外部端子はスパッタを用いて形成してもよい。また、実施例では成形する際に圧縮する方向と垂直な面全体に第１の領域を形成した場合を示したが、該当する面の一部分に形成しても良い。その場合、該当する面の外部端子が形成される部分に形成すると良い。

【符号の説明】

【0030】

１１ コイル
１２ 成形体

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】