JP3932933B2

JP3932933B2 - 磁性素子の製造方法

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Publication number: JP3932933B2
Application number: JP2002055611A
Authority: JP
Inventors: 伸哉松谷; 隆伊田; 修井上; 浩之半田
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-03-01
Filing date: 2002-03-01
Publication date: 2007-06-20
Anticipated expiration: 2022-03-01
Also published as: JP2003257744A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はインダクタンス部品、チョークコイル、トランスなどに用いられる超小型の磁性素子の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子機器の全般的な小型・薄型化に伴い、これらに用いられる電子部品や電源デバイスなども小型化、薄型化することが強く求められている。特に、携帯機器等では小型化以上に薄型化の要求が強くなってきている。一方、ＣＰＵなどのＬＳＩは高速・高集積化してきており、このようなＬＳＩに供給される電源回路には大電流が供給されることがある。従って、高速・高集積化されたＬＳＩに供給される電源回路に用いられるチョークコイル等のインダクタンス部品にはコイル導体を低抵抗化して低発熱を実現すること、及び直流重畳によるインダクタンス値の低下が少ないこと（直流重畳特性が良好であること）が必要とされている。又、使用周波数が高周波化しているので高周波域での損失の低いことが求められている。
【０００３】
更に、部品のコストを安くすることが強く求められているため、単純な形状の部品構成素子を簡単な工程で組み立てられることが必要となっている。
【０００４】
すなわち、大電流、高周波で使用可能であり、かつ小型・薄型化されたインダクタンス部品や電源を安価に供給することが求められている。電源回路に使用される電子部品の中で、最も厚さの大きいものはインダクタンス部品である。そのため、インダクタンス部品等の磁性素子の薄型化は電源自体の薄型化のためにも強く望まれている。
【０００５】
一般に、磁性素子を小型化すると磁路断面積が減少し、インダクタンス値が減少してしまう。このような小型の磁性素子の特性を向上させる（インダクタンス値を大きくする）手段として、例えば実開昭５３−１３６５３８号公報や特開昭６１−１３６２１３号公報にはフェライト等を用いた鍔付きのドラム形状のコア材に巻き線を施した後、鍔の内側を磁性体粉末と樹脂の混合物で埋めて閉磁路構造としたものが提案されている。
【０００６】
この構造では通常巻き線に用いられるボビンが不要となり、その分磁路断面積が大きく取れ、かつ閉磁路構造となるのでインダクタンス値が大きくなり、磁性素子の特性が向上する。
【０００７】
しかしながら、この構造は磁性素子の小型化を目的としたものであって、薄型化を目的としたものではなく、更に磁性体粉末と樹脂の混合物中の磁路長が長いために充分な特性が得られたとは云えず問題点があった。又、実際にこのような従来技術を用いて、例えばサイズが２×１×１ｍｍ程度のインダクタンス部品も市販されているが、このインダクタンス部品はコイルの直流抵抗が大きいものであった。
【０００８】
従って、低い直流抵抗と大きなインダクタンス値とを有する磁性素子を実現するためには太い導線を用いてコイルを作製し、ターン数も増やす必要がある。しかしながら、薄型化のためには同時に厚さを１ｍｍ程度以下と小さくする必要があるので、コイルは平面形に巻くことが望ましい。この平面形のコイルを収容するスペースを確保するためには、サイズを２〜１０ｍｍ角と大きくすることになる。ところが、このような面積／厚さ比の大きい薄型構造では漏洩磁束が大きくなって、大きなインダクタンス値が得られにくい。
【０００９】
このような薄型構造の磁性素子の特性向上（漏洩磁束の減少）を狙った技術として、特開平６−３４２７２５号公報には導線（平面形コイル）をフェライトと樹脂とのペーストに埋め込んだものの上下にフェライト板を貼り付けた構造が提案されている。又、特開平９−２７０３３４号公報には磁性体粉末を含んだ樹脂に平面形コイルが埋め込まれ、その上下に金属磁性板を貼り付けた構造が提案されている。これらの構造は透磁率の高い磁性体を外面に配することで薄型化しても漏洩磁束が比較的少なく、特性が充分発現されるように配慮したものである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平６−３４２７２５号公報や特開平９−２７０３３４号公報に開示されている磁性素子は、平面形コイル自体が磁性体粉末含有樹脂に完全に埋め込まれた構造となっているため、平面形コイルの導体間及び周りには磁性体粉末含有樹脂が存在する構造となっている。従って、平面形コイルの外周部分を通る本来の磁路よりもショートパスとなる磁路、つまり平面形コイルの導体を横切ったり、近接する導体間を横切ったりする磁路が生じやすい。このように平面形コイルの導体や導体間を通る磁束が増加すると、高周波域では磁気損失が増大するとともにインダクタンス値も低下するという問題が生じる。
【００１１】
又、薄いフェライト板等を最外部に用いた場合、基板実装時のチャッキングや実装後の基板の反り、落下等で磁性体の割れや欠け、歪等の問題で最終的にインダクタンス値が劣化し、所望の特性を得られないという問題が発生する。
【００１２】
本発明はこれらの問題を解決するために、高いインダクタンス値を示すとともに高周波域での磁気損失が少なく、機械強度に優れた超薄型の磁性素子を、生産性高く製造する製造方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、以下の工程を有するものである。
【００１４】
本発明の請求項１に記載の発明は、まず磁性体粉末と未硬化状態の樹脂とを混合して第１磁性部材及びこの第１の磁性部材と同様の材料からなる第２磁性部材を作製し、次にシート状コイルの中心部又は周辺部に前記第２磁性部材を配置するとともに、前記シート状コイルの上下面に第１磁性部材を配置し、その後前記第１磁性部材及び第２磁性部材を上から圧力をかけながら硬化させて一体化させる磁性素子の製造方法であり、薄型構造であっても漏洩磁束が少なく、かつ高周波域での磁気損失の小さい磁性素子を生産性高く製造する製造方法を実現することができる。
【００１５】
本発明の請求項２に記載の発明は、まず磁性体粉末と未硬化状態の樹脂とを混合して第１磁性部材及びこの第１の磁性部材と同様の材料からなる第２磁性部材を作製し、次にシート状コイルが複数設けられた大判シートを用意するとともに、前記大判シートにおける前記シート状コイルの中心部又は周辺部に複数の穴部を形成して前記穴部に未硬化の前記第２磁性部材を配置し、その後前記シート状コイルの上下面に第１磁性部材をそれぞれ配置し、次に前記第１磁性部材及び第２磁性部材を上から圧力をかけながら硬化させて一体化させ、その後前記大判シートを切断し個々の磁性素子の個片とする磁性素子の製造方法であり、請求項７と同じ作用を有する。
【００１６】
本発明の請求項３に記載の発明は、第１磁性部材はシート状である請求項１又は２に記載の磁性素子の製造方法であり、量産性に優れた製造法を実現することができる。
【００１７】
本発明の請求項４に記載の発明は、前記第２磁性部材はシート状である請求項１又は２に記載の磁性素子の製造方法であり、簡易な方法で磁性素子を製造することが可能となり、コストを削減することができる。
【００１８】
本発明の請求項５に記載の発明は、第２磁性部材はペースト状である請求項１又は２に記載の磁性素子の製造方法であり、印刷・塗布などの生産性に優れた工法で一括大量製造することが可能となる。
【００１９】
上述したように、本発明の製造方法により製造された磁性素子は高いインダクタンス値と低いコイル直流抵抗、更に良好な直流重畳特性を有する薄型の磁性素子である。従って、この磁性素子に配線基板や半導体チップやコンデンサ等の他の電子部品を実装して作製した電源モジュールも、上記特性に優れておりかつ薄型化を実現できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の磁性素子の製造方法について、図面を参照しながら説明する。
【００２１】
以下では、インダクタンス部品やチョークコイルに用いられる磁性素子の例について説明するが、本発明により製造される磁性素子はこれに限定されるものではなく、２次巻き線の必要なトランス等に用いてもその効果を発揮するものである。図１は本発明の実施の形態の一例である超薄型の磁性素子の断面図である。又、図２、３は図１に示すものとは別の実施の形態を示す超薄型の磁性素子の断面図である。以下にそれぞれの超薄型の磁性素子について説明する。
【００２２】
図１に示す超薄型の磁性素子はシート状コイル２が磁性体粉末を含有する樹脂からなる第１磁性部材（上側第１磁性部材１ａ、下側第１磁性部材１ｂ）１によって挟持されており、かつ上下第１磁性部材１ａ，１ｂそれぞれとシート状コイル２とが直接接触するような構造となっている。更に、上下第１磁性部材１ａ，１ｂ間であって、かつシート状コイル２の中心部及び周辺部には磁性体粉末を含有する樹脂からなる第２磁性部材５が配置されている。この第１磁性部材１及び第２磁性部材５の接着力で第１磁性部材１、シート状コイル２及び第２磁性部材５が磁性素子として一体化されている。
【００２３】
シート状コイル２は導体コイル３を絶縁部４によって平面状に固められた構造となっており、前記絶縁部４は第２磁性部材５よりも透磁率が小さくなるように構成されている。又、導体コイル３は導体が平面形に２段に巻かれた構造となっており、最内周部３ａで上下の導体がつながっている。導体コイル３の端子部３ｂは最外周より第２磁性部材５を通して取り出されている。なお、導体コイル３に予め端子を設けておき、端子部３ｂを避けた位置に第２磁性部材５を設ける構造としてもよい。又図１に示された薄型の磁性素子の場合、シート状コイル２の端子部３ｂは互いに異なる方向に取り出されているが、同じ方向に取り出される構造であってもよい。
【００２４】
図２に示す超薄型の磁性素子は図１に示された磁性素子とほぼ同様の構造であるが、シート状コイル２は中心部ぎりぎりまで導体コイル３が巻回されているので、中心部に穴が設けられていない構造となっている。従って、シート状コイル２の中心部には第２磁性部材５が設けられておらず、周辺部のみに第２磁性部材５が設けられた構造である。尚、第２磁性部材５はシート状コイル２の中心部と周辺部の両方に設けられることがより望ましいが、この場合のようにどちらか一方でも良い。
【００２５】
図３に示す超薄型の磁性素子は下側第１磁性部材１ｂの中央部、すなわちシート状コイル２の中心部に対応する位置に突起部７が設けられており、この突起部７と上側第１磁性部材１ａとが接触する構造となっている。このように、シート状コイル２の中心部に設けられる第２磁性部材５の代わりに、第１磁性部材１に設けた突起部７を用いてもよい。
【００２６】
又、突起部７はシート状コイル２の中心部に対応する位置ではなく、シート状コイル２の周辺部に対応する位置に設けられていてもかまわない。なお、ここでは、突起部７を下側第１磁性部材１ｂに設けたが、上側第１磁性部材１ａに設ける構造とすることも可能である。このような構造にすることによって、シート状コイル２と第１磁性部材１との位置合わせが突起部７を中心として嵌合されるために高い寸法精度を有する磁性素子を実現することができる。
【００２７】
図１〜図３に示した超薄型の磁性素子は２〜２０ｍｍ角前後で、厚さ０．２〜２ｍｍ程度の非常に薄い正方板状の磁性素子を想定しているが、円板状等の他の形状であってもかまわない。又図１〜図３に示した磁性素子は本発明の構造の一例を示したものであり、本発明はこれらの構造に限定されるものではない。
【００２８】
以上のように、本発明の磁性素子は少なくとも、(1)磁性体粉末を含有する樹脂からなる第１磁性部材１、(2)導体コイル３及び絶縁部４を含むシート状コイル２、(3)磁性体粉末を含有する樹脂からなる第２磁性部材５を備えた構造である。以下、(1)〜(3)の各構成について、詳しく説明する。
【００２９】
(1)第１磁性部材１
第１磁性部材１は、少なくとも磁性体粉末と樹脂の混合物よりなる。
【００３０】
磁性体粉末としては、フェライト粉末あるいはＦｅ、Ｎｉ、又はＣｏを主成分とする金属磁性体粉末を用いることができる。具体的には、ＭｎＺｎフェライト粉末、ＮｉＺｎフェライト粉末、ＭｇＺｎフェライト粉末、六方晶フェライト粉末、ガーネット型フェライト粉末、Ｆｅ粉末、Ｆｅ−Ｓｉ系合金粉末、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系合金粉末、Ｆｅ−Ｎｉ系合金粉末、Ｆｅ−Ｃｏ系合金粉末、Ｆｅ−Ｍｏ−Ｎｉ系合金粉末、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｓｉ系合金粉末、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ系合金粉末等、軟磁気特性を有する磁性体粉末であればどのようなものでも原則的には使用可能であるが、飽和磁束密度の高い磁性体粉末を用いることがより望ましい。磁性体粉末の粒子径としては、１００μｍ以下、より望ましくは３０μｍ以下であり、０．５μｍ以上、より望ましくは２μｍ以上がよい。特に金属磁性体粉末を用いる場合、粒径が大きすぎると高周波での渦電流損失が大きくなり、粒径が小さくなりすぎると必要とする樹脂の量が多くなるため第１磁性部材１及び第２磁性部材５の透磁率が低下してしまうためである。
【００３１】
第１磁性部材１に用いる樹脂としては結着性のあるものであればなんでも使用可能であるが、結着後の強度や使用時の耐熱性の面からエポキシ樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂が望ましい。
【００３２】
又、磁性体粉末との分散性、樹脂性能を改善するために、分散剤、可塑剤等を微量添加してもよい。更に、硬化前のペーストの粘性を調整したり、或いは金属磁性体粉末を用いた場合の絶縁性を向上させるために第３成分を添加してもよい。このような第３成分としてはシラン系カップリング材やチタン系カップリング材、チタンアルコキシド、水、ガラス、窒化硼素、タルク、雲母、硫酸バリウム、テトラフルオロエチレン等が挙げられる。
【００３３】
次に、第１磁性部材１は第２磁性部材５より透磁率が高い方が望ましい。そうすることで、漏洩磁束が比較的少ない薄型構造を実現することができる。又、第１磁性部材１を構成する上側第１磁性部材１ａ及び下側第１磁性部材１ｂが互いに異なる材質、厚みであっても同様な効果があることは言うまでも無い。
【００３４】
(2)シート状コイル２
シート状コイル２としては、丸線、平角線、箔状線などを必要なターン数巻いたコイルやメッキ、エッチング、打ち抜きで作製したコイルを導体コイル３として用い、これを絶縁部４を形成するための絶縁性物質（通常は絶縁性樹脂）で被覆して固め、シート状としたものであれば何でも利用可能である。但し、絶縁部４は第２磁性部材５よりも透磁率が小さいことが必要であるため、非磁性材料を用いることがより好ましい。絶縁部４を形成する絶縁性物質の具体例としては、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂等が挙げられる。
【００３５】
なお、第１磁性部材１が絶縁性物質であれば、シート状コイル２の上下面が絶縁性被覆されておらず、導体コイル３が露出していてもかまわない。又、低い抵抗値を有し、高いインダクタンス値を得るためには導体コイル３の占積率を高くする必要がある。そのためには、絶縁部４による導体コイル３の被覆は可能な限り薄い方がよい。又、高い占積率を実現するためには、巻き線あるいはメッキ法で作製したコイルがより好ましい。更に導体コイル３の材質は低抵抗であることが望ましいため、銀、銅を用いることが好ましい。
【００３６】
なお、平面形の導体コイル３が形成された段階では、導体の存在しない中心部や周辺部が絶縁部４で充填され、第２磁性部材５を配置する穴部が存在しない場合がある。
【００３７】
この場合には、ドリル、レーザー、パンチャー等で、第２磁性部材５を配置する部分の絶縁部４を除去すればよい。
【００３８】
(3)第２磁性部材５
第２磁性部材５は本質的には第１磁性部材１と同様の材料選定になる。すなわち、磁性体粉末としてはフェライト粉末及びＦｅ、Ｎｉ、又はＣｏを主成分とする金属磁性体粉末を用いることができる。
【００３９】
又、第２磁性部材５に用いる樹脂としてはエポキシ樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂が望ましい。又、分散剤、可塑剤及び性能改善のための第３成分を添加してもよい。
【００４０】
以上に説明したように、本実施の形態の磁性素子は導体コイル３が第２磁性部材５よりも透磁率の小さい絶縁部４に被覆されており、かつ第２磁性部材５が導体コイル３の導体間に設けられていないので、導体コイル３を横切る磁束を抑制することができる。
【００４１】
従って、上下第１磁性部材１ａ，１ｂ間では、磁束は導体コイル３の中心部及び周辺部に設けられた第２磁性部材５（図３の構造の場合は第１磁性部材の突起部７）を通ることとなる。この結果、高周波における磁気損失が少なく、高いインダクタンス値を有する磁性素子を得ることができる。
【００４２】
又、本実施の形態の磁性素子は磁性体粉末を含有する樹脂からなる第１磁性部材１及び第２磁性部材５から構成されることから、割れ・欠けなどの構造的欠陥が発生しにくく、生産性に関してもシートの形状で取り扱いができることから薄型の磁性素子を実現することが容易であり、得られた磁性素子の特性においても周波数特性を平坦化させることが可能となるなど、多くの特徴を持った磁性素子を実現することができる。
【００４３】
又、本実施の形態の磁性素子はシート状コイル２の中心部及び周辺部の少なくとも何れか一方に第２磁性部材５（第１磁性部材１の突起部７）が配置され、かつシート状コイル２及び第２磁性部材５の上下に透磁率の高い第１磁性部材１が配置されている構成が望ましい。そうすることで、漏洩磁束が少ない薄型構造を実現することができる。又、シート状コイル２の導体コイル３は平面形コイルであるため、薄型構造であっても太い導線を用いることにより、低い直流抵抗を有するコイルを実現することができる。
【００４４】
次に、本発明の磁性素子の具体的な製造方法について説明する。
【００４５】
本発明の磁性素子が図１に示す構造の場合、予めシート状に形成されたシート状コイル２を準備しておき、次にその中心部又は周辺部の少なくとも一方に未硬化の第２磁性部材５を配置し、次にその上下に第１磁性部材１ａ，１ｂを配置し、その後第２磁性部材５を硬化させて上下第１磁性部材１ａ，１ｂとシート状コイル２とを一体化する方法を用いて製造することができる。この方法では、巻き線技術は必ずしも必要ではなく、２枚の上下第１磁性部材１ａ，１ｂのわずかな間隙を第２磁性部材５で埋める必要もないので作製が容易である。
【００４６】
又、図４（ａ）〜（ｆ）に示すような方法で製造することも可能である。この方法では、まずシート状コイル２を複数形成した大判シート８を用意しておく（図４（ａ）参照）。次に、シート状コイル２の中心部９とシート状コイル２の周辺部の所定領域（以下、コイル周辺所定領域と記す。）１０との絶縁部４をパンチャー、レーザー加工機、ドリル等により除去する（図４（ｂ）参照）。次に、絶縁部４を除去した部分（中心部９、コイル周辺所定領域１０）に未硬化の第２磁性部材５を配置する（図４（ｃ）参照）。次に、第２磁性部材５が配置された大判シート８上のシート状コイル２のそれぞれに、上下第１磁性部材１ａ，１ｂ大判シートを配置する（図４（ｄ）参照）。その後、第２磁性部材５を硬化させてシート状の上下第１磁性部材１ａ，１ｂを接着することによって一体化させる（図４（ｅ）参照）。その後、大判シート８を切断し、レーザー等で端子部を露出、あるいは切断端面部に端面電極を形成して、個々の磁性素子を完成する（図４（ｆ）参照）。
【００４７】
従来の方法では、巻き線を施してコイルを作製する必要があったため、量産性に乏しく、高コストになるという問題があった。これに対し、本実施の形態の方法によれば多数の薄型の磁性素子を一括製造することができるので、安価に大量に製造することによって生産コストを抑えることが可能となる。
【００４８】
なお、第２磁性部材５を配置する方法としては、予め第２磁性部材５をシート状に成形しておき、シート状コイル２のコイル中心部９とコイル周辺所定領域１０とにシート状の第２磁性部材５を配置してもよいし、第２磁性部材５をペースト状としておき、必要箇所にディスペンサーや印刷等で塗布・充填して製造してもよい。
【００４９】
又、シート状の上下第１磁性部材１ａ，１ｂを配置する工程と、シート状コイル２の穴部に第２磁性部材５を配置する工程は、前後が逆になっても何ら問題はない。すなわち、まずシート状コイル２の穴部に第２磁性部材５を充填した後、上下にシート状の第１磁性部材１ａ，１ｂを配置してもよいし、まずシート状コイル２の片面にシート状の第１磁性部材を配置し、次にシート状コイル２の穴部に第２磁性部材５を充填し、その後、もう１枚のシート状第１磁性部材をシート状コイル２のもう片側に配置してもよい。
【００５０】
更に本発明の磁性素子は、シート状コイル２の導体コイル３を配線基板の配線層の一部に形成しておき、このコイルを有する基板層の必要な位置にパンチャーやレーザーで穿孔し、この部分に未硬化の第２磁性部材５を充填し、上下第１磁性部材１ａ，１ｂを配置して、未硬化の第２磁性部材５を硬化させれば容易に配線基板の内部又は表面に本発明の磁性素子を形成することも可能である。
【００５１】
以上のように、本発明の磁性素子の製造は、シート状の第１磁性部材１をシート状コイル２を挟んで第２磁性部材５を介して接着するだけの簡単な方法で生産することができる。
【００５２】
次に、本発明の磁性素子を用いた電源モジュールについて説明する。
【００５３】
図５には本発明の磁性素子を用いた電源モジュールの構成図が示されている。なお、ここで用いた磁性素子は、基本的には図１に示した薄型の磁性素子である。この電源モジュールは、配線基板１１上に薄型の磁性素子２０が配置され、配線基板１１と磁性素子２０の端子部３ｂとが接続ビア１２にて接続されている。接続ビア１２は樹脂層１３の中央部に設けられている。更に、配線基板１１の磁性素子２０の配置面と反対側の面には、半導体チップ１４や抵抗、チップコンデンサ等のチップ状の電子部品１５等が実装されている。本電源モジュールは本発明による超薄型の磁性素子２０を用いているため、高さ方向に他の部品（半導体チップ１４や電子部品１５等）を実装したにもかかわらず低背であり、かつ磁性素子２０の配置面内には他の部品がないので面積が小さくなる。
【００５４】
又、磁性素子２０の２個所の端子取り出し位置はコイルパターンによる周囲の任意の位置に設定できるので、本発明の電源モジュールは、図５に示された構成に限られず設計自由度も大きいという効果も得られる。
【００５５】
【実施例】
本発明の磁性素子及びその製造方法について、具体的に説明する。
【００５６】
（実施例１）
実施例１では、第１磁性部材１として平均粒径約１０μｍの９４．５ｗｔ％Ｆｅ−５．５ｗｔ％Ｓｉ金属磁性体粉末にシリコーン系熱硬化性樹脂１２ｗｔ％を混合してペースト状とした後、ドクターブレード法でシート状に成形し、９０℃で２時間加熱乾燥した約１００μｍ厚の第１磁性部材シートを用意した。又第２磁性部材５として上記第１磁性部材１で用いた金属磁性体粉末にエポキシ系熱硬化性樹脂１４ｗｔ％を混合してペースト状とした後、ドクターブレード法でシート状に成形し、９０℃で２時間加熱乾燥した約３００μｍ厚の第２磁性部材シートを用意した。
【００５７】
次に、シート状コイル２として、メッキ法により外径４．０ｍｍφ、内径０．４ｍｍφ、厚さ３００μｍ、導体径約１００μｍの２段積み１８ターンの導体コイル３が絶縁部４にて絶縁被覆されたシート状コイル２を用意した。このシート状コイル２は、第２磁性部材５として用いる前記第２磁性部材よりも透磁率の小さい絶縁部４にて導体コイルを被覆したものであり、本実施例１においてはこの絶縁部４の構成材料としてエポキシ樹脂を用いた。
【００５８】
次にこのシート状コイル２のコイル中心部９又はコイル周辺所定領域１０の第２磁性部材５を配置するための穴加工をパンチャー、レーザー加工などの方法によって穴開け加工を行った。
【００５９】
上記準備の後、まず一方の第１磁性部材シートの上に穴開け加工されたシート状コイル２を直接接触するように配置した。次に、穴開け加工によってくり抜かれた部分に前記第２磁性部材５がはめ込まれるように充填した後、更にもう一枚の第１磁性部材シートをその上に位置合わせを行いながら重ねて載せた。
【００６０】
そして次に、重ね合わせた上から軽く圧力をかけながら１５０℃に加熱し、それぞれ第１磁性部材シート及びペースト状態で充填された第２磁性部材５を熱硬化させて、第１磁性部材シート、シート状コイル２、第２磁性部材５を一体化し、図１に示す構造のサイズ４ｍｍ角、厚さ５００μｍの超薄型の磁性素子を作製した。
【００６１】
得られた磁性素子の特性を測定したところ、測定周波数；１ＭＨｚ、直流重畳電流；０．５Ａにおけるインダクタンス値は１．０μＨであった。このように、本実施例の磁性素子は超薄型でコイルの直流抵抗も１９０ｍΩと低いにもかかわらず、インダクタンス値が大きく、かつ直流重畳特性も良好であった。更に基板実装後、落差１．５ｍより落下試験を実施したが、前後で磁性素子の割れ・欠けがなく、インダクタンス値の変動は認められなかった。
【００６２】
（実施例２）
実施例２では、第１磁性部材１として平均粒径約３μｍのＮｉＺｎ系フェライト磁性体粉末にシリコーン系熱硬化性樹脂１２ｗｔ％を混合してペースト状とした後、ドクターブレード法でシート状に成形し、９０℃で２時間加熱乾燥した第１磁性部材を２種類用意した。一種類はシートを成形加工することによって、中央部に径４．０ｍｍ、高さ０．６ｍｍの突起部７を有する約５００μｍ厚のコンポジットシート、もう一種類は約５００μｍ厚の平坦なコンポジットシートとした。又、実施例２と同様の方法で、第２磁性部材５として、上記第１磁性部材１で用いた金属磁性体粉末にエポキシ系熱硬化性樹脂１４ｗｔ％を混合し、粘度を調整しながら第２磁性部材ペーストを作製した。又、シート状コイル２として、メッキ法により、外径７．５ｍｍφ、内径４．０ｍｍφ、厚さ６００μｍ、導体径約２５０μｍの２段積み１４ターンの導体コイル３を絶縁部４にて絶縁被覆されたシート状コイル２を用意した。このシート状コイル２は、第２磁性部材５として用いる前記第２磁性部材よりも透磁率の小さい絶縁部４にて導体コイル３を被覆したものであり、本実施例２においてはこの絶縁部４の絶縁性物質としてエポキシ樹脂を用いた。
【００６３】
次に、このシート状コイル２のコイル中心部９又はコイル周辺所定領域１０に第２磁性部材５を配置するための穴加工をパンチャー、レーザー加工などにより穴開け加工を行った。
【００６４】
以上の準備の後、まず中央部に突起部７を有するコンポジットシートの上に、シート状コイル２をコイル中心部９の穴がコンポジットシートの突起部７に嵌合するように配置した。その後シート状コイル２が配置された上から穴開け加工された部分に前記第２磁性部材ペーストを充填した後、もう一種類の平坦なコンポジットシートをその上に位置合わせを行いながら載せた。その後、軽く圧力をかけながら１５０℃に加熱し、２種類のコンポジットシート及び第２磁性部材５を硬化させて、第１磁性部材１、シート状コイル２、第２磁性部材５を一体化し、図４に示す構造のサイズ１０ｍｍ角、厚さ１．６ｍの超薄型の磁性素子を作製した。
【００６５】
得られた磁性素子の特性を測定したところ、測定周波数；１ＭＨｚ、直流重畳電流；１．０Ａにおけるインダクタンス値は３５μＨであった。このように、本実施例２の磁性素子は、超薄型でコイルの直流抵抗も９０ｍΩと低いにもかかわらず、インダクタンス値が大きく、かつ直流重畳特性も良好であった。又基板実装後、落差１．５ｍより落下試験を実施したが、前後で素子の割れ・欠けがなく、インダクタンス値の変動は認められなかった。
【００６６】
（実施例３）
実施例３では、第１磁性部材１として平均粒径約１３μｍの５０ｗｔ％Ｆｅ−５０ｗｔ％Ｎｉ金属磁性体粉末にシリコーン系熱硬化性樹脂１２ｗｔ％を混合してペースト状とした後、ドクターブレード法でシート状に成形し、９０℃で２時間加熱乾燥し、約２００μｍ厚の第１磁性部材シートを用意した。又、第２磁性部材５として上記第１磁性部材１で用いた金属磁性体粉末にシリコーン系熱硬化性樹脂１６ｗｔ％を混合して第２磁性部材ペーストを用意した。でき上がった磁性部材は、樹脂量の差も有り第１磁性部材１の方が第２磁性部材５より透磁率が高くなるように設計した。又、シート状コイル２として、メッキ法により、外径２．８ｍｍφ、内径０．６ｍｍφ、厚さ２５０μｍ、導体径約１００μｍの絶縁被覆付き２段積み１６ターンのシート状コイル２が複数形成された大判シート８を用意した。
【００６７】
このシート状コイル２は、第２磁性部材５として用いる前記ペーストよりも透磁率の小さい絶縁部４にて導体コイル３を被覆したものであり、本実施例３においてはこの絶縁部４の絶縁性物質としてエポキシ樹脂を用いた。この導体コイル３は、その端子部が同じ平面内に形成される構造であり、外形は３ｍｍ×４ｍｍに入るサイズとした。ここで第１磁性部材１は有機成分が多く絶縁性物質であるため、導体コイル３の上下面は導体が露出していてもよく、導体コイル３の上下面と端子部を除いた部分に絶縁部４を形成された構造とした。この大判シートに対し、コイル中心部９に１個とコイル周辺所定領域１０に４個の穴をレーザー加工機により形成した。
【００６８】
まず、第１磁性部材シート上に、前記の複数のシート状コイル２を有する大判シート８を直接接触するように配置した。
【００６９】
次に、メタル版を用いた印刷法により、大判シート８に設けた穴に第２磁性部材ペーストを塗布・充填し、更にその上より、第１磁性部材シートを重ねるように配置してコイル部を覆った。その後、軽く圧力をかけながら１５０℃に加熱し、それぞれ磁性部材を熱硬化させて、第１磁性部材１、シート状コイル２、第２磁性部材５を一体化した。
【００７０】
次に、ダイシングソーを用いて一体化した大判シートを切断し、個々の磁性素子とした。この方法により、３×４ｍｍサイズで厚さ０．７ｍｍの超薄型の磁性素子を一括作製することができた。
【００７１】
得られた磁性素子の特性を測定したところ、測定周波数；１ＭＨｚ、直流重畳電流；０．２Ａにおけるインダクタンス値は３．５μＨであった。このように本実施例３の磁性素子は超薄型で、コイルの直流抵抗も３４０ｍΩと低いにもかかわらず、インダクタンス値が大きく、かつ、直流重畳特性も良好であった。更に基板実装後、落差１．５ｍより落下試験を実施したが、前後で磁性素子の割れ・欠けがなく、インダクタンス値の変動は認められなかった。
【００７２】
【発明の効果】
以上説明してきたように本発明の磁性素子の製造方法によれば、個別に巻き線を施す工程が不要となることから、簡易な装置で大量に一括生産することができる。
【００７３】
さらに、この製造方法によれば、一度の圧縮工程により、第１磁性部材の透磁率を第２磁性部材の透磁率以上とすることができるため、生産性に優れ、薄型構造であっても漏洩磁束が少なく、かつ高周波域での磁気損失の小さい磁性素子の製造方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の製造方法により製造された磁性素子の一実施の形態の構造を示す断面図
【図２】同他の例を示す断面図
【図３】同更に他の例を示す断面図
【図４】（ａ）〜（ｆ）本発明の磁性素子の製造方法の一実施の形態を示す工程図
【図５】本発明の製造方法により製造された磁性素子を備える電源モジュールの構造を示す断面図
【符号の説明】
１第１磁性部材
１ａ上側第１磁性部材
１ｂ下側第１磁性部材
２シート状コイル
３導体コイル
４絶縁部
５第２磁性部材
７突起部
８大判シート
９中心部
１０周辺所定領域
１１配線基板
１２接続ビア
１３樹脂層
１４半導体チップ
１５電子部品
２０磁性素子

Claims

まず磁性体粉末と未硬化状態の樹脂とを混合して第１磁性部材及びこの第１の磁性部材と同様の材料からなる第２磁性部材を作製し、次にシート状コイルの中心部又は周辺部に前記第２磁性部材を配置するとともに、前記シート状コイルの上下面に第１磁性部材を配置し、その後前記第１磁性部材及び第２磁性部材を上から圧力をかけながら硬化させて一体化させる磁性素子の製造方法。
まず磁性体粉末と未硬化状態の樹脂とを混合して第１磁性部材及びこの第１の磁性部材と同様の材料からなる第２磁性部材を作製し、次にシート状コイルが複数設けられた大判シートを用意するとともに、前記大判シートにおける前記シート状コイルの中心部又は周辺部に複数の穴部を形成して前記穴部に未硬化の前記第２磁性部材を配置し、その後前記シート状コイルの上下面に第１磁性部材をそれぞれ配置し、次に前記第１磁性部材及び第２磁性部材を上から圧力をかけながら硬化させて一体化させ、その後前記大判シートを切断し個々の磁性素子の個片とする磁性素子の製造方法。
第１磁性部材はシート状である請求項１又は２に記載の磁性素子の製造方法。
第２磁性部材はシート状である請求項１又は２に記載の磁性素子の製造方法。
第２磁性部材はペースト状である請求項１又は２に記載の磁性素子の製造方法。