JP2010080517A - チップインダクタおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】巻線端部を内部電極に固定する際の熱によって巻線に発生するレアショートを防ぐことができ、且つ安定した特性と高い信頼性が得られるチップインダクタを提供する。
【解決手段】軸部１１ａとその両端に配設した鍔部１１ｂとを備えたフェライトコア１１と、軸部に巻回し鍔部の上面に設けた内部電極に両端を固定した巻線１２と、フェライトコアと巻線とを封止したモールド樹脂体２５と、内部電極に接続した外部電極２１とを備え、フェライトコアの鍔部の上面には、軸部の方向へ向けて開放した凹部１１ｃを設け、鍔部の上面に内部電極１３が接着剤により固定され、該内部電極の軸部側には湾曲形状の切欠部１３ａを備え、巻線の端部１２ａが、凹部の軸部に面する辺Ｅに接触し、内部電極の切欠部の湾曲形状の弧Ｆに接触し、内部電極１３の上面に固定されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、フェライトコア軸部に巻線を施した比較的大きなインダクタンス値を有する巻線型のインダクタ素子に係り、特に面実装が可能なチップインダクタに関する。

従来から、フェライトコアに巻線を施した比較的大きなインダクタンス値を有する巻線型のインダクタ素子が知られている。これらの素子は、円柱状または角柱状の軸部とその両端に配設した鍔部とを備えたフェライトコアを準備し、フェライトコアの軸部に巻線を施し、両鍔部に設けた電極に巻線の両端部を固定して面実装可能な電極としたものである（特許文献１参照）。また、フェライトコアの軸部に巻線を施し、両鍔部に設けた内部電極に巻線の両端部を固定し、全体を外装樹脂（モールド樹脂体）で封止し、内部電極に接続した外部電極をモールド樹脂体の側面下部から延出し、底面に沿って折り曲げて配置し、面実装可能としたインダクタ素子が知られている（特許文献２参照）。
特開平９−２１３１９８号公報 特開２００５−２２３１４７号公報

これらのインダクタ素子では、フェライトコア鍔部への電極形成は、フェライトコア鍔部へ直接メタライズ又は金属板の電極を接着剤により貼り付けることにより行われ、フェライトコア鍔部に設けた内部電極に、巻線の端部を熱圧着にて固定している。巻線の端部をフェライトコア鍔部上に設けた内部電極へ熱圧着により接合する際、４５０℃前後の熱が印加される。しかしながら、巻線端部を内部電極に接合する際に、熱源からフェライトコア軸部に施した巻線との距離が近い為、巻線の絶縁皮膜が溶けショートしてしまうレアショートの現象が発生してしまうという問題がある。

また、これらのインダクタ素子が例えば車載用途の場合等には、極寒から高温の状態に曝される場合があり、また激しい振動・衝撃状態に曝される場合があり、これらの環境に耐えて所要の動作をする高い安定性・信頼性が要求される。

本発明は、上述の事情に基づいてなされたもので、巻線端部を内部電極に固定する際の熱によって巻線に発生するレアショートを防ぐことができ、且つ安定した特性と高い信頼性が得られるチップインダクタを提供することを目的とする。

本発明のチップインダクタは、軸部と、その両端に配設した鍔部と、鍔部の少なくとも一面に軸部の方向へ向けて開放した凹部とを備えたフェライトコアと、凹部を備えた鍔部の上面に接着剤により接合した、軸部側に湾曲形状の切欠部を備えた金属板からなる内部電極と、フェライトコア軸部に巻回した巻線を備え、巻線の端部が、凹部の軸部に面する辺に接触し、内部電極の切欠部の湾曲形状の弧に接触し、内部電極の上面に固定されていることを特徴とする。

また、本発明のチップインダクタの製造方法は、軸部とその両端に配設した鍔部と該鍔部の少なくとも一面に軸部の方向へ向けて開放した凹部とを備えたフェライトコアを準備し、鍔部の上面に接着剤を介して、軸部側に湾曲形状の切欠部を備えた金属板からなる内部電極を固定し、フェライトコアの軸部に巻線を施し、巻線端部のワイヤが、凹部の軸部に面する辺に接触し、内部電極の切欠部の湾曲形状の弧に接触し、内部電極の上面に前記ワイヤの端部を熱圧着により固定することを特徴とする。

本発明のチップインダクタによれば、フェライトコア鍔部における軸部方向に開放された凹部と、フェライトコア鍔部の上面に接合された内部電極の軸部側に湾曲形状の切欠部を備えるため、巻線のワイヤ端部を上面電極に接合する際に熱源であるヒータチップからフェライトコア軸部の巻線まで十分な離間距離が得られる。このため、ワイヤを内部電極に熱圧着により接合する際に発生する４５０℃前後の熱がフェライトコア軸部に巻回されている巻線にまで伝達されず、レアショートが発生し難くなる。また、内部電極の軸部側に湾曲形状の切欠部を備えるため、ワイヤの入射角度を緩やかにし、そして入線位置を切欠部円弧の頂部付近の一定位置に定めることによってワイヤの熱圧着のバラツキを無くすことができる。従って、車載用途等で要求される高い安定性・信頼性を有するチップインダクタが得られる。

以下、本発明のチップインダクタの実施形態について、図１乃至図３を参照して説明する。なお、各図中、同一または相当する部材または要素には、同一の符号を付して説明する。

図１（ａ）は、本発明の一実施形態のチップインダクタの全体的な構成例を示す。このチップインダクタは、外装樹脂（モールド樹脂体）２５の内部に、円柱状または角柱状の軸部１１ａとその両端に配設した鍔部１１ｂ，１１ｂとを備えたフェライトコア１１と、軸部１１ａに巻回し鍔部１１ｂの上面に設けた内部電極１３に両端を固定した巻線１２とを備えている。内部電極１３は銅板に錫メッキ等を施したもので、鍔部１１ｂの上面に接着剤により固定され、巻線１２の両端が熱圧着により接合されている。

内部電極１３には、Ｔ字型の銅等の金属板（外部電極）２１の一端が固定され、金属板２１の両他端はモールド樹脂体２５の側面の上部から延出し、モールド樹脂体の側面および底面に沿って折り曲げて配置した端子部２１ｂとなっている。金属板（外部電極）２１はＴ字の辺の交差部近傍に湾曲形状の切欠部Ｓを備える。端子部２１ｂの表面には必要に応じてハンダまたは錫メッキが施され、面実装用の電極端子部分となっている。この電極端子部分は、モールド樹脂体の側面に沿ってその上部（巻線コア部の上方位置）まで延びるので、バネ材・クッション材としての役割を果たし、実装基板に印加される振動・衝撃・膨張・収縮に伴う応力を吸収し、巻線コア部分への応力の印加を低減できる。

フェライトコア１１と、フェライトコア軸部１１ａに巻回した巻線１２と、金属板２１の一部は柔らかいシリコン樹脂からなるゴム状樹脂２３により被覆されている。モールド樹脂体２５は、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂または液晶ポリマー等の熱可塑性樹脂からなる硬い外装樹脂であり、Ｔ字型の金属板２１の一部を封止するとともに、フェライトコア１１、巻線１２、およびこれらを被覆するゴム状樹脂２３の全体を封止する。従って、硬い外装樹脂により外部電極端子部２１ｂを安定に保持することができ、内部に柔らかい樹脂２３により被覆された巻線コア部分を備えることで、外部から印加される振動・衝撃或いは温度変化に伴う応力を柔らかい樹脂２３により吸収することができ、巻線コア部分への応力の印加を低減できる。

図１（ｂ）はフェライトコア鍔部上面とその周辺部分の拡大上面図であり、図１（ｃ）はフェライトコアの鍔部周辺の拡大斜視図である。このインダクタ素子においては、フェライトコア鍔部１１ｂの上面に、軸部１１ａの方向へ向けて開放された凹部１１ｃを設け、鍔部１１ｂの上面に金属板からなる内部電極１３が接着剤により固定されている。内部電極１３は、フェライトコア軸部１１ａ側に湾曲形状の切欠部１３ａを備え、切欠部１３ａの湾曲形状が円弧をなしている。

フェライトコアの鍔部１１ｂの上面のサイズは幅１．８ｍｍ×軸方向長さ０．８ｍｍ程度であり、ここに幅０．８５ｍｍ×軸方向長さ０．６ｍｍ×深さ０．２ｍｍ程度の凹部１１ｃが設けられ、鍔部上面と略同一サイズの厚さ０．１ｍｍ程度の錫めっきが施された銅板からなる内部電極１３が接着剤により固定されている。巻線１２のワイヤは直径が４０μｍ程度の銅線であり表面に絶縁被覆が施されている。

巻線端部（ワイヤ）１２ａが、凹部１１ｃの軸部１１ａに面する辺Ｅの角部Ｈの近傍に接触し、さらに内部電極１３の湾曲形状の切欠部１３ａの円弧Ｆの頂部Ｇ付近に接触し、さらに内部電極１３の上面に固定されている。湾曲形状の切欠部１３ａが円弧状の切欠部であり、巻線端部（ワイヤ）１２ａが上記経路で内部電極１３に固定されるので、巻線１２の巻き終わり部Ｉから緩やかな角度で、ワイヤ１２ａを内部電極１３上の固定位置に導くことができる。

図２（ａ）（ｂ）は、巻線端部の従来の構造による固定方法と本発明の構造による固定方法とを対比して説明する図である。図２（ａ）に示すように、従来の構造では、巻線１２の巻き終わり部Ｉからワイヤ１２ａが立ち上がり、略９０°の急角度で折れ曲がり、引張り治具３１に引張られた状態で、ヒータチップ３２により圧力とパルス状の熱が加えられ、ワイヤ１２ａが内部電極１３に熱圧着により固定され、且つ切断される。この際、熱圧着のため、ヒータチップ３２からは４５０℃前後の熱が印加され、内部電極１３の先端部Ｊと巻線１２の巻き終わり部Ｉとの距離が短く、巻線１２の絶縁皮膜が溶けショートしてしまうレアショートの現象が発生してしまうという問題があることは前述のとおりである。

これに対して、図２（ｂ）に示す本発明の構造では、フェライトコア鍔部１１ｂに軸部１１ａ方向に開放された凹部１１ｃと、フェライトコア鍔部１１ｂの上面に接合された内部電極１３の軸部１１ａ側に湾曲形状の切欠部１３ａを備えるため、ワイヤ１２ａを接合する際に高温となる内部電極１３の部分からフェライトコア軸部の巻線まで十分な離間距離が得られる。このため、ワイヤ１２ａを内部電極に熱圧着により接合する際に発生する４５０℃前後の熱がフェライトコア軸部に巻回されている巻線にまで伝達されず、絶縁被覆が溶けて生じるレアショートが発生し難くなる。また、内部電極の軸部側に湾曲形状の切欠部１３ａを備えるため、ワイヤ１２ａの入射角度を緩やかにし、そして入線位置を円弧Ｆの頂部Ｇ付近の一定位置に定めることによってワイヤの熱圧着のバラツキを無くすことができる。

また、凹部１１ｃには、接着剤１４の一部が充填され、鍔部１１ｂの上面は接着剤１４により金属板からなる内部電極１３と接合されているので、内部電極１３は接着剤の薄い面と厚い面を介して鍔部１１ｂの上面に固定されている。接着剤１４の厚い箇所と薄い箇所を設け、熱伝導性の良い場所と悪い場所を設けることで、巻線端部１２ａの接合時の熱による接着剤の強度劣化を低減し、外部電極となる金属板搭載後でも十分な接合強度を保持することが可能になる。

次に、上記チップインダクタの製造方法について、図３を参照して説明する。まず、（ａ）に示すように、円柱状または角柱状の軸部１１ａと、その両端に配設した鍔部１１ｂ，１１ｂと、鍔部の少なくとも一面に軸部１１ａの方向へ向けて開放された凹部１１ｃを設けたフェライトコア１１を準備する。図示のフェライトコア１１には、鍔部１１ｂ，１１ｂの上下両面に軸部１１ａの方向へ向けて開放された凹部１１ｃ，１１ｃを設けているので、製造段階で鍔部の上面となる面に内部電極１３を配置することができる。

次に、（ｂ）に示すように、鍔部１１ｂ，１１ｂのそれぞれの上面に内部電極１３を接着剤により固定する。内部電極１３は、この実施形態では銅板に錫メッキを施したものである。接着剤は高耐熱性のエポキシ樹脂を用い、凹部１１ｃに充填すると共に、鍔部の上面に塗布し、金属板からなる内部電極１３を固定し、加温・乾燥することで内部電極１３を鍔部１１ｂの上面に接合する。これにより、金属板からなる内部電極１３が、鍔部上面の接着剤の薄い面と凹部上面の接着剤の厚い面を介して鍔部１１ｂの上面に固定される。

次に、フェライトコア１１の軸部１１ａに巻線１２を施し、巻線端部のワイヤ１２ａが、凹部１１ｃの軸部１１ａに面する辺Ｅの角部Ｈ付近に接触し、さらに内部電極の切欠部１３ａの湾曲形状の弧Ｆの頂部Ｇ付近に接触し、内部電極１３の上面にワイヤ１２ａを熱圧着により固定する。巻線端部の固定は、（ｃ）に示すように、ワイヤ引張り治具３１を用い、ワイヤ１２ａを引っ張りつつ、ヒーターチップ（熱源）３２により圧力を加えつつ、４５０℃前後の熱を０．３秒程度パルス状に加えることで行われる。この際、（ｄ）に示すように、内部電極１３は湾曲形状の切欠部１３ａを有するので、ワイヤ１２ａが円弧Ｆの頂部Ｇを通るように容易に位置決めすることができ、これによりバラツキのない巻線端部の固定が行える。

ワイヤ１２ａの熱圧着による内部電極１３への接合は４５０℃前後の熱を印加して行われるが、上述のように、フェライトコア鍔部の凹部１１ｃには接着剤１４の一部が充填され、金属板からなる内部電極１３が、接着剤の薄い面と厚い面を介して鍔部１１ｂに固定されているので、熱による接着剤の強度劣化を低減できることは上述したとおりである。また、フェライトコア鍔部１１ｂにおける凹部１１ｃと、内部電極１３の軸部１１ａ側に湾曲形状の切欠部１３ａを備えるため、内部電極１３の円弧頂部Ｇから軸部の巻線１２までの離間距離が得られ、このため、ワイヤ１２ａを内部電極に熱圧着により接合する際に発生する４５０℃前後の熱がフェライトコア軸部に巻回されている巻線１２にまで伝達されず、絶縁被覆が溶けて生じるレアショートが発生し難くなることも上述のとおりである。

次に、（ｅ）に示すように、外部電極となるリードフレーム（金属板）２１を準備し、該リードフレーム（金属板）２１の一端部を内部電極１３の上面にハンダ接合等により固定して、該リードフレーム（金属板）の棒状部２１ａを巻線１２の上方位置に配置する。この時にも、３５０℃程度の熱が内部電極１３に印加されるが、内部電極１３を鍔部１１ｂに固定する接着剤１４の劣化は生じない。リードフレーム（金属板）２１は、Ｔ字型を成し、Ｔ字の辺の交差部近傍に湾曲形状の切欠部Ｓを備える。すなわち、棒状部２１ａと交差接続する端子部２１ｂを備え、端子部２１ｂの中央部の棒状部２１ａとのＴ字型交差部近傍に円弧状切り欠きＳを設けることで、実質的に外部電極の幅を狭くしてハンダ接合に際して、熱の逃げを防止することができる。

次に、（ｆ）に示すように、フェライトコア１１と、フェライトコアに巻回した巻線１２と、リードフレーム（金属板）２１の一部分をゴム状樹脂で被覆する。そして、ゴム状樹脂で被覆した部分２３と、さらにリードフレーム（金属板）２１の一部分とをインサート成形等によりモールド樹脂体２５に封止する。この状態で、モールド樹脂体２５の側面上部からリードフレーム（金属板）２１の封止されていない端子部分２１ｂが延出する。そして、リードフレームの不要部をリードカットし、リード端子となる金属板２１のモールド樹脂体２５から延出した端子部分２１ｂを、モールド樹脂体２５の側面および底面に沿って折り曲げて、さらにハンダまたは錫メッキ等を施すことで、図１（ａ）に示すインダクタ素子が完成する。

なお、上記実施形態では、内部電極１３をフェライトコア鍔部１１ｂに固定後、巻線１２を形成する例について説明したが、巻線１２を形成した後で、内部電極１３をフェライトコア鍔部１１ｂに固定し、巻線１２の端部１２ａを内部電極１３に固定するようにしてもよい。

これまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。

図１（ａ）は本発明の一実施形態のチップインダクタの全体的な構成例を示す内部を透視した斜視図であり、図１（ｂ）はフェライトコア鍔部上面とその周辺部分の拡大上面図であり、図１（ｃ）はフェライトコアの鍔部周辺の拡大斜視図である。 図２（ａ）（ｂ）は、巻線端部の従来の構造による固定方法と本発明の構造による固定方法とを対比して説明する断面図である。 本発明のチップインダクタの製造工程を示す図である。

符号の説明

１１ フェライトコア
１１ａ 軸部
１１ｂ 鍔部
１１ｃ 凹部
１２ 巻線
１２ａ 巻線端部（ワイヤ）
１３ 内部電極
１３ａ 湾曲形状の切欠部
１４ 接着剤
２１ 外部電極となるリードフレーム（金属板）
２１ａ 金属板の棒状部
２１ｂ 金属板の端子部
２３ ゴム状樹脂
２５ モールド樹脂体（外装樹脂）

Claims (6)

1. 軸部と、その両端に配設した鍔部と、前記鍔部の少なくとも一面に前記軸部の方向へ向けて開放した凹部とを備えたフェライトコアと、
   前記凹部を備えた鍔部の上面に接着剤により接合した、軸部側に湾曲形状の切欠部を備えた金属板からなる内部電極と、
   前記フェライトコア軸部に巻回した巻線を備え、前記巻線の端部が、前記凹部の前記軸部に面する辺に接触し、前記内部電極の切欠部の湾曲形状の弧に接触し、前記内部電極の上面に固定されていることを特徴とするチップインダクタ。
2. さらに、前記フェライトコアと前記巻線とを封止したモールド樹脂体と、
   前記内部電極に接続し、前記巻線の上方位置に配置した棒状部と、前記モールド樹脂体の側面の上部から延出し、前記モールド樹脂体の側面および底面に沿って折り曲げて配置した端子部とからなる外部電極とを備えたことを特徴とする請求項１記載のチップインダクタ。
3. 前記切欠部の湾曲形状が円弧であり、前記巻線の端部が円弧の頂部に接触していることを特徴とする請求項１記載のチップインダクタ。
4. 前記外部電極はＴ字型を成し、Ｔ字の辺の交差部近傍に湾曲形状の切欠部を備えたことを特徴とする請求項１記載のチップインダクタ。
5. 軸部とその両端に配設した鍔部と前記鍔部の少なくとも一面に前記軸部の方向へ向けて開放した凹部とを備えたフェライトコアを準備し、
   前記鍔部の上面に接着剤を介して、前記軸部側に湾曲形状の切欠部を備えた金属板からなる内部電極を固定し、
   前記フェライトコアの軸部に巻線を施し、巻線端部のワイヤが、前記凹部の前記軸部に面する辺に接触し、前記内部電極の切欠部の湾曲形状の弧に接触し、前記内部電極の上面に前記ワイヤの端部を熱圧着により固定することを特徴とするチップインダクタの製造方法。
6. さらに、リードフレームを準備し、該リードフレームの一端部を前記内部電極の上面に固定して、該リードフレームを前記巻線の上方に配置し、
   前記フェライトコアと、該フェライトコアの軸部に巻回した巻線と、前記リードフレームの一部とをモールド樹脂体に封止し、前記モールド樹脂体の側面上部から前記リードフレームの端子部分が延出し、
   前記リードフレームをリードカットし、前記モールド樹脂体から延出した端子部分を、前記モールド樹脂体の側面および底面に沿って折り曲げることを特徴とする請求項５記載のチップインダクタの製造方法。

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