JP7188258B2 - コイル部品及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明はコイル部品及びその製造方法に関し、特に、磁性素体にワイヤ状のコイル導体が埋め込まれてなるコイル部品及びその製造方法に関する。
磁性素体にワイヤ状のコイル導体が埋め込まれてなるコイル部品としては、特許文献１及び２に記載されたコイル部品が知られている。特許文献１及び２に記載されたコイル部品は、磁性素体に埋め込まれたコイル導体の端部を磁性素体から露出させ、その表面をメッキすることによって端子電極を形成している。
しかしながら、特許文献１に記載のコイル部品では、コイル導体の端部に端子電極を直接メッキしていることから、コイル導体が露出しない磁性素体の表面に端子電極を形成することは困難である。これに対し、特許文献２に記載されたコイル部品では、コイル導体の端部と接するよう磁性素体の表面にペースト状の導電性樹脂を塗布し、硬化させた後、導電性樹脂の表面にメッキ膜を形成していることから、コイル導体が露出しない磁性素体の表面にも容易に端子電極を形成することができる。
ここで、導電性樹脂とメッキ膜の接合強度を高めるためには、導電性粒子のサイズが大きい導電性樹脂を用いることが好ましい。しかしながら、導電性粒子のサイズが大きい導電性樹脂は、導電性粒子の比表面積が小さいため、コイル導体の端部に対する接続信頼性が不足することがあった。これは、導電性樹脂とメッキ膜は、導電性粒子とメッキ膜の金属接合によって導通が確保されるのに対し、導電性樹脂とコイル導体は、導電性粒子とコイル導体の物理的な接触によって導通が確保されることから、導電性粒子のサイズが大きいと、導電性粒子とコイル導体の物理的な接触面積が不十分となるからであると考えられる。
したがって、本発明は、磁性素体にワイヤ状のコイル導体が埋め込まれてなるコイル部品において、導電性樹脂とメッキ膜の接合強度を確保しつつ、コイル導体の端部に対する導電性樹脂の接続信頼性を高めることを目的とする。また、本発明は、このようなコイル部品の製造方法を提供することを目的とする。
本発明によるコイル部品は、磁性素体と、磁性素体に埋め込まれ、端部が磁性素体から露出するコイル導体と、コイル導体の端部に接続された端子電極とを備え、端子電極は、コイル導体の端部と接し、導電性粒子と樹脂材料を含む導電性樹脂と、導電性樹脂を覆う金属膜とを有し、導電性樹脂は、コイル導体の端部と接する第１の導電性樹脂と、コイル導体の端部と接することなく金属膜と接する第２の導電性樹脂を含み、第１の導電性樹脂に含まれる導電性粒子の比表面積は、第２の導電性樹脂に含まれる導電性粒子の比表面積よりも大きいことを特徴とする。
本発明によれば、導電性粒子の比表面積が異なる２種類の導電性樹脂を用いていることから、比表面積の大きい第１の導電性樹脂によって、コイル導体に対する接続信頼性を高めることができるとともに、比表面積の小さい、つまり粒子体積の大きい第２の導電性樹脂によって、金属膜に対する接続信頼性を高めることが可能となる。
本発明において、コイル導体の端部は、磁性素体から露出し、第１の導電性樹脂と接する露出面と、磁性素体に覆われる非露出面とを有し、露出面は、非露出面よりも表面粗さが大きくても構わない。これによれば、コイル導体の端部と導電性樹脂の接続信頼性をより高めることが可能となる。この場合、コイル導体の露出面は、磁性素体の外側に位置する外部露出面と、磁性素体と接することなく磁性素体に埋め込まれた内部露出面を有し、第１の導電性樹脂は、外部露出面及び内部露出面の両方と接していても構わない。これによれば、コイル導体の端部と導電性樹脂の接続信頼性をよりいっそう高めることが可能となる。
本発明において、磁性素体の表面は樹脂皮膜で覆われており、第２の導電性樹脂は、樹脂皮膜上に形成されていても構わない。これによれば、磁性素体の表面に導電性の磁性材料が露出している場合であっても、磁性素体の表面に露出する導電性の磁性材料と第２の導電性樹脂が接触することがない。
本発明において、導電性樹脂に含まれる導電性粒子は、焼結金属を介して接合されていても構わない。これによれば、導電性樹脂の抵抗値をより低くすることが可能となる。
本発明において、磁性素体は、コイル導体の内径領域に位置する下側磁性素体と、コイル導体の外側領域に位置する上側磁性素体とを含み、下側磁性素体は、上側磁性素体よりも密度が高くても構わない。このような構成は、下側磁性素体を単体でプレス加工する際の圧力よりも、下側磁性素体にコイル導体を装着した状態で上側磁性素体をプレス加工する際の圧力を低く設定し、これによりコイル導体の変形や断線を防止した場合に得られる。
本発明によるコイル導体の製造方法は、コイル導体の端部が露出するよう、コイル導体を磁性素体に埋め込む第１の工程と、導電性粒子の比表面積が相対的に大きい第１の導電性樹脂と導電性粒子の比表面積が相対的に小さい第２の導電性樹脂を用意する第２の工程と、コイル導体の端部と接するよう、磁性素体の表面に第１の導電性樹脂を形成する第３の工程と、コイル導体の端部と接することなく第１の導電性樹脂と接するよう、第２の導電性樹脂を形成する第４の工程と、少なくとも第２の導電性樹脂の表面に金属膜をメッキ形成する第５の工程とを備えることを特徴とする。
本発明によれば、導電性粒子の比表面積が大きい第１の導電性樹脂によって、コイル導体に対する接続信頼性を高めることができるとともに、導電性粒子の比表面積が小さい、つまり粒子体積の大きい第２の導電性樹脂によって、金属膜に対する接続信頼性を高めることが可能となる。
本発明によるコイル導体の製造方法は、第３の工程を行う前に、磁性素体の表面を樹脂皮膜で覆う工程と、コイル導体の端部が露出するよう、樹脂皮膜を部分的に剥離する工程とをさらに備えるものであっても構わない。これによれば、磁性素体の表面に導電性の磁性材料が露出している場合であっても、磁性素体の表面に露出する導電性材料と第２の導電性樹脂が接触することがない。
このように、本発明によれば、磁性素体にワイヤ状のコイル導体が埋め込まれてなるコイル部品において、導電性樹脂とメッキ膜の接合強度を確保しつつ、コイル導体の端部に対する導電性樹脂の接続信頼性を高めることが可能となる。
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。
図１及び図２は、本発明の好ましい実施形態によるコイル部品１の外観を示す略斜視図であり、図１は上面側から見た図、図２は実装面側から見た図である。また、図３はコイル部品１のｘｚ断面図であり、図４はコイル部品１のｙｚ断面図である。
図１～図４に示すように、本実施形態によるコイル部品１は、略直方体形状を有する磁性素体１０と、磁性素体１０に埋め込まれたコイル導体３０と、磁性素体１０の実装面及び側面に設けられ、コイル導体３０に接続された２つの端子電極２１，２２とを備えている。
磁性素体１０は、磁性材料及び結合材を含む複合磁性材料からなり、下側磁性素体１１と上側磁性素体１２によって構成される。複合磁性材料に含まれる磁性材料としては、透磁率が高い軟磁性金属粉を用いることが特に好ましい。具体例としては、Ｎｉ－Ｚｎ系、Ｍｎ－Ｚｎ、Ｎｉ－Ｃｕ－Ｚｎ系などのフェライト、パーマロイ（Ｆｅ－Ｎｉ合金）、スーパーパーマロイ（Ｆｅ－Ｎｉ－Ｍｏ合金）、センダスト（Ｆｅ－Ｓｉ－Ａｌ合金）、Ｆｅ－Ｓｉ合金、Ｆｅ－Ｃｏ合金、Ｆｅ－Ｃｒ合金、Ｆｅ－Ｃｒ－Ｓｉ合金、Ｆｅ、アモルファス（Ｆｅ基系）、ナノ結晶（ナノクリスタル）等を挙げることができる。また、結合材としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、ジアリルフタレート樹脂、ポリイミド樹脂、ウレタン樹脂等の熱硬化性樹脂材料を用いることができる。
図３及び図４に示すように、下側磁性素体１１は、平板部１１ａと凸部１１ｂを有しており、凸部１１ｂがコイル導体３０の内径部に挿入されるよう、平板部１１ａにコイル導体３０が載置される。したがって、下側磁性素体１１は、コイル導体３０の下側領域及び内径領域に位置する。また、上側磁性素体１２は、下側磁性素体１１に載置されたコイル導体３０を埋め込む部分である。したがって、上側磁性素体１２は、コイル導体３０の上側領域及び外側領域に位置する。特に限定されるものではないが、本実施形態においては凸部１１ｂがテーパー形状を有しており、これにより、金型を用いて下側磁性素体１１を成形する際に、金型から凸部１１ｂが抜けやすくなっている。
コイル導体３０は、銅（Ｃｕ）などからなる芯材に絶縁被覆が施されたワイヤ状の被覆導線であり、本実施形態においては１本のコイル導体３０が凸部１１ｂに複数回巻回されている。コイル導体３０の一端３１及び他端３２は磁性素体１０から露出し、それぞれ端子電極２１，２２に接続されている。コイル導体３０は、断面が円形である丸線ワイヤであっても構わないし、断面が四角形である平角ワイヤであっても構わない。
図５は、コイル導体３０の一端３１と端子電極２１の接続部分を拡大して示す模式的な断面図である。コイル導体３０の他端３２と端子電極２２の接続部分についても同様の構造を有していることから、重複する説明は省略する。
図５に示すように、コイル導体３０の一端３１は磁性素体１０に部分的に埋め込まれ、一部が露出している。より具体的に説明すると、コイル導体３０の一端３１は、絶縁被覆３３が除去され、磁性素体１０から露出する露出面Ａと、絶縁被覆３３を介して磁性素体１０に覆われる非露出面Ｂを有している。また、露出面Ａは、磁性素体１０の外側に位置する外部露出面Ａ１と、磁性素体１０と接することなく磁性素体１０に埋め込まれた内部露出面Ａ２を有している。内部露出面Ａ２は、磁性素体１０に埋め込まれているものの、絶縁被覆３３が除去されているために、絶縁被覆３３の厚さ分だけ磁性素体１０から離間している。露出面Ａは非露出面Ｂよりも表面粗さが大きく、これにより、端子電極２１との接触面積が拡大されている。
磁性素体１０の表面は、コイル導体３０の一端３１及び他端３２が露出する領域を除き、樹脂被膜５０で覆われている。本発明において、このような樹脂被膜５０を設けることは必須でないが、樹脂被膜５０を設ければ、磁性素体１０の表面に導電性の磁性材料が露出している場合であっても、これを被覆することが可能となる。
図５に示すように、端子電極２１は、第１の導電性樹脂４１、第２の導電性樹脂４２及び金属膜４３からなる。第１及び第２の導電性樹脂４１，４２はいずれも導電性粒子と樹脂材料を含む導電性樹脂であり、金属膜４３の下地である導電性樹脂層として機能する。本実施形態においては、第１の導電性樹脂４１に含まれる導電性粒子の比表面積が第２の導電性樹脂４２に含まれる導電性粒子の比表面積よりも大きい。換言すれば、第１の導電性樹脂４１に含まれる導電性粒子の平均粒子体積よりも、第２の導電性樹脂４２に含まれる導電性粒子の平均粒子体積の方が大きい。
第１の導電性樹脂４１は、コイル導体３０の露出面Ａと接するよう、磁性素体１０の表面に形成されている。したがって、第１の導電性樹脂４１は、コイル導体３０の露出面Ａと磁性素体１０の実装面１０ａの両方と接している。第１の導電性樹脂４１の一部は、樹脂被膜５０上に設けられていても構わない。第１の導電性樹脂４１は、コイル導体３０の露出面Ａのうち、外部露出面Ａ１及び内部露出面Ａ２の両方と接しており、これにより接続信頼性が高められている。
第２の導電性樹脂４２は、樹脂被膜５０を介して磁性素体１０の側面１０ｂを覆うとともに、一部が実装面１０ａ側に回り込むことにより、第１の導電性樹脂４１と接している。第２の導電性樹脂４２は、コイル導体３０の露出面Ａとは直接接しておらず、第１の導電性樹脂４１を介してコイル導体３０と電気的に接続される。図５に示す例では、第２の導電性樹脂４２が第１の導電性樹脂４１の一部分のみを覆っているが、第１の導電性樹脂４１の全面を第２の導電性樹脂４２で覆っても構わない。
そして、第１及び第２の導電性樹脂４１，４２の表面に金属膜４３がメッキによって形成される。金属膜４３は、ニッケル（Ｎｉ）とスズ（Ｓｎ）の積層膜であっても構わない。このように、金属膜４３は磁性素体１０に直接形成されるのではなく、第１の導電性樹脂４１又は第２の導電性樹脂４２を介して形成される。
このように、本実施形態によるコイル部品１は、導電性粒子の比表面積が異なる２種類の導電性樹脂を用いている。第１の導電性樹脂４１は、導電性粒子の比表面積が大きい（粒子体積が小さい）ことから、コイル導体３０の露出面Ａと導電性粒子との接触面積を十分に確保することが可能となる。また、樹脂材料の含有比率を高めることにより、コイル導体３０の露出面Ａや磁性素体１０の表面に対する密着性も向上する。一方、第２の導電性樹脂４２は、導電性粒子の比表面積が小さい（粒子体積が大きい）ことから、導電性粒子とメッキによって形成される金属膜４３の接合強度が高められる。
次に、本実施形態によるコイル部品１の製造方法について説明する。
図６は、本実施形態によるコイル部品１の製造工程を説明するためのフローチャートである。
まず、磁性材料及び結合材を含む第１の複合磁性材料を用意し、プレス加工することによって下側磁性素体１１を成型する（ステップＳ１）。第１の複合磁性材料の形態については特に限定されず、粉体状であっても構わないし、液状又はペースト状であっても構わない。成型された下側磁性素体１１の形状は図７に示す通りであり、平板部１１ａと凸部１１ｂを有している。平板部１１ａには、開口部１１ｃが設けられている。尚、図７に示す下側磁性素体１１は１個のコイル部品１に対応しているが、アレイ状に配置された多数の下側磁性素体１１を同時に成型することによって、多数個取りすることも可能である。
次に、図８に示す形状に巻回された空芯状のコイル導体３０を用意し、その内径領域が凸部１１ｂに挿入されるよう、下側磁性素体１１に装着する（ステップＳ２）。この時、コイル導体３０の一端３１及び他端３２が開口部１１ｃを介して下側磁性素体１１の裏面側に位置するよう、装着を行う。
次に、磁性材料及び結合材を含む第２の複合磁性材料を用意し、これをコイル導体３０が装着された下側磁性素体１１とともにプレス加工することによって上側磁性素体１２を成型する（ステップＳ３）。第２の複合磁性材料の形態については特に限定されず、粉体状であっても構わないし、液状又はペースト状であっても構わない。また、第２の複合磁性材料の組成は、第１の複合磁性材料の組成と同じであっても構わないし、異なっていても構わない。これにより、下側磁性素体１１及び上側磁性素体１２からなる磁性素体１０にコイル導体３０が埋め込まれ、コイル導体３０の一端３１及び他端３２が磁性素体１０から露出した状態が得られる。
ここで、上側磁性素体１２をプレス成型する際のプレス圧力は、下側磁性素体１１をプレス成型する際のプレス圧力よりも低くても構わない。これは、下側磁性素体１１をプレス成型する際にはコイル導体３０が存在しないため、高い圧力でプレスすることができるのに対し、上側磁性素体１２はコイル導体３０とともにプレス成型されるため、過度に高い圧力でプレスを行うと、コイル導体３０の変形や断線が生じるおそれがあるからである。特に、複合磁性材料として粉体状の材料を用いる場合、液状又はペースト状の複合磁性材料を用いる場合と比べ、より高い圧力でプレスを行う必要があるため、コイル導体３０に変形や断線が生じやすい。このようなコイル導体３０の変形や断線を防止するためには、下側磁性素体１１をプレス成型する際のプレス圧力と比べて、上側磁性素体１２をプレス成型する際のプレス圧力を低くすることが好ましい。この場合、同じ複合磁性材料を用いた場合であっても、下側磁性素体１１は上側磁性素体１２よりも密度が高くなり、両者の界面を確認することが可能となる。
次に、磁性素体１０の全面に樹脂被膜５０を形成した後（ステップＳ４）、レーザービームを照射することによって、コイル導体３０の一端３１及び他端３２を覆う部分の樹脂被膜５０を部分的に剥離する（ステップＳ５）。これにより、図９に示すように、コイル導体３０の一端３１及び他端３２が露出するとともに、露出部分における絶縁被覆３３が除去され、コイル導体３０に露出面Ａが形成される。この時、レーザービームの照射時間や出力を調整することにより、絶縁被覆３３のうち磁性素体１０に埋め込まれた部分についても除去することによって、内部露出面Ａ２を形成することが好ましい。また、レーザービームの照射時間や出力を調整することにより、コイル導体３０の露出面Ａを粗面化することも好ましい。
次に、コイル導体３０の一端３１及び他端３２と接するよう、磁性素体１０の露出面に第１の導電性樹脂４１を形成し（ステップＳ６）、さらに、第１の導電性樹脂４１及び樹脂被膜５０を覆う第２の導電性樹脂４２を形成する（ステップＳ７）。第１及び第２の導電性樹脂４１，４２の形成は、ペースト状の導電性樹脂材料を塗布した後、硬化させることによって行うことができる。上述の通り、第１の導電性樹脂４１に含まれる導電性粒子の比表面積は、第２の導電性樹脂４２に含まれる導電性粒子の比表面積よりも大きい。これにより、コイル導体３０の一端３１及び他端３２と直接接する第１の導電性樹脂４１については、コイル導体３０の一端３１及び他端３２に対する接続信頼性が高められる。これに対し、第２の導電性樹脂４２はコイル導体３０の一端３１及び他端３２と直接接しないため、比表面積が小さく粒子体積の大きい導電性粒子を用いることができる。
第１及び第２の導電性樹脂４１，４２は、焼結金属を含んでいることが好ましい。焼結金属としては、ナノサイズの銀（Ａｇ）を用いることができる。焼結金属を含む導電性樹脂４１，４２を用いれば、焼成時に導電性粒子が単に接触するだけでなく、焼結金属を介して接合されることから、導電性樹脂４１，４２の抵抗値をより低くすることが可能となる。特に、第１の導電性樹脂４１に焼結金属を添加すれば、コイル導体３０の表面に合金層が形成されるため、コイル導体３０と第１の導電性樹脂４１の接続信頼性をより高めることが可能となる。一例として、コイル導体３０の芯材が銅（Ｃｕ）からなり、焼結金属がナノサイズの銀（Ａｇ）からなる場合、コイル導体３０の一端３１及び他端３２の表面には、銅（Ｃｕ）と銀（Ａｇ）の合金層が形成される。
そして、電解メッキによって第１及び第２の導電性樹脂４１，４２の表面に金属膜４３を形成すれば、本実施形態によるコイル部品１が完成する。ここで、金属膜４３を電解メッキによって形成すると、第１及び第２の導電性樹脂４１，４２に含まれる導電性粒子と金属膜４３は、金属接合する。このため、導電性粒子の粒子体積が大きい方が高い接合強度が得られる。そして、本実施形態においては、金属膜４３の大部分が第２の導電性樹脂４２と接することから、金属膜４３の接合強度を高めることが可能となる。また、磁性素体１０の表面に導電性の磁性材料が露出している場合、電解メッキによって金属膜４３を形成する際、磁性素体１０の表面にも金属膜４３が意図せず形成されるおそれがある。しかしながら、あらかじめ磁性素体１０の表面を樹脂被膜５０によって覆っておけば、意図しない部分に金属膜４３が形成されることもない。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
１ コイル部品
１０ 磁性素体
１０ａ 実装面
１０ｂ 側面
１１ 下側磁性素体
１１ａ 平板部
１１ｂ 凸部
１１ｃ 開口部
１２ 上側磁性素体
２１，２２ 端子電極
３０ コイル導体
３１ コイル導体の一端
３２ コイル導体の他端
３３ 絶縁被覆
４１ 第１の導電性樹脂
４２ 第２の導電性樹脂
４３ 金属膜
５０ 樹脂被膜
Ａ 露出面
Ａ１ 外部露出面
Ａ２ 内部露出面
Ｂ 非露出面
１０ 磁性素体
１０ａ 実装面
１０ｂ 側面
１１ 下側磁性素体
１１ａ 平板部
１１ｂ 凸部
１１ｃ 開口部
１２ 上側磁性素体
２１，２２ 端子電極
３０ コイル導体
３１ コイル導体の一端
３２ コイル導体の他端
３３ 絶縁被覆
４１ 第１の導電性樹脂
４２ 第２の導電性樹脂
４３ 金属膜
５０ 樹脂被膜
Ａ 露出面
Ａ１ 外部露出面
Ａ２ 内部露出面
Ｂ 非露出面
Claims (8)
- 磁性素体と、
前記磁性素体に埋め込まれ、端部が前記磁性素体から露出するコイル導体と、
前記コイル導体の前記端部に接続された端子電極と、を備え、
前記端子電極は、前記コイル導体の前記端部と接し、導電性粒子と樹脂材料を含む導電性樹脂と、前記導電性樹脂を覆う金属膜とを有し、
前記導電性樹脂は、前記コイル導体の前記端部と接する第１の導電性樹脂と、前記コイル導体の前記端部と接することなく前記金属膜と接する第２の導電性樹脂を含み、
前記第１の導電性樹脂に含まれる導電性粒子の比表面積は、前記第２の導電性樹脂に含まれる導電性粒子の比表面積よりも大きいことを特徴とするコイル部品。 - 前記コイル導体の前記端部は、前記磁性素体から露出し、前記第１の導電性樹脂と接する露出面と、前記磁性素体に覆われる非露出面とを有し、
前記露出面は、前記非露出面よりも表面粗さが大きいことを特徴とする請求項１に記載のコイル部品。 - 前記コイル導体の前記露出面は、前記磁性素体の外側に位置する外部露出面と、前記磁性素体と接することなく前記磁性素体に埋め込まれた内部露出面を有し、
前記第１の導電性樹脂は、前記外部露出面及び内部露出面の両方と接していることを特徴とする請求項２に記載のコイル部品。 - 前記磁性素体の表面は樹脂皮膜で覆われており、前記第２の導電性樹脂は、前記樹脂皮膜上に形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のコイル部品。
- 前記導電性樹脂に含まれる前記導電性粒子は、焼結金属を介して接合されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のコイル部品。
- 前記磁性素体は、前記コイル導体の内径領域に位置する下側磁性素体と、前記コイル導体の外側領域に位置する上側磁性素体とを含み、
前記下側磁性素体は、前記上側磁性素体よりも密度が高いことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のコイル部品。 - コイル導体の端部が露出するよう、前記コイル導体を磁性素体に埋め込む第１の工程と、
導電性粒子の比表面積が相対的に大きい第１の導電性樹脂と導電性粒子の比表面積が相対的に小さい第２の導電性樹脂を用意する第２の工程と、
前記コイル導体の前記端部と接するよう、前記磁性素体の表面に前記第１の導電性樹脂を形成する第３の工程と、
前記コイル導体の前記端部と接することなく前記第１の導電性樹脂と接するよう、前記第２の導電性樹脂を形成する第４の工程と、
少なくとも前記第２の導電性樹脂の表面に金属膜をメッキ形成する第５の工程と、を備えることを特徴とするコイル部品の製造方法。 - 前記第３の工程を行う前に、前記磁性素体の表面を樹脂皮膜で覆う工程と、前記コイル導体の前記端部が露出するよう、前記樹脂皮膜を部分的に剥離する工程とをさらに備えることを特徴とする請求項７に記載のコイル部品の製造方法。
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