巻線型インダクタ及びその製造方法
【課題】既存の製造プロセスの大幅な変更を伴うことなく、所望のインダクタ特性及び高い信頼性を有しつつ、回路基板上への良好な高密度実装や低背実装が可能な小型の巻線型インダクタ及びその製造方法を提供する。
【解決手段】鉄（Ｆｅ）とケイ素（Ｓｉ）と２〜１５ｗｔ％のクロム（Ｃｒ）を含有する軟磁性合金粒子群の集合体からなるドラム型のコア部材１１と、該コア部材１１に巻回されたコイル導線１２と、コイル導線１２の端部１３Ａ、１３Ｂが接続される銀（Ａｇ）−白金（Ｐｔ）の合金からなる導電層１６ａを含む一対の端子電極１６Ａ、１６Ｂと、上記巻回されたコイル導線１２を被覆する、磁性粉含有樹脂からなる外装部材１８と、を有している。
【解決手段】鉄（Ｆｅ）とケイ素（Ｓｉ）と２〜１５ｗｔ％のクロム（Ｃｒ）を含有する軟磁性合金粒子群の集合体からなるドラム型のコア部材１１と、該コア部材１１に巻回されたコイル導線１２と、コイル導線１２の端部１３Ａ、１３Ｂが接続される銀（Ａｇ）−白金（Ｐｔ）の合金からなる導電層１６ａを含む一対の端子電極１６Ａ、１６Ｂと、上記巻回されたコイル導線１２を被覆する、磁性粉含有樹脂からなる外装部材１８と、を有している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、巻線型インダクタ及びその製造方法に関し、特に、磁気コアを有し、回路基板上への面実装が可能な小型化された巻線型インダクタ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、携帯型の電子機器における電源の昇降圧回路用コイルや高周波回路で用いられるチョークコイル等として巻線型インダクタが知られている。巻線型インダクタとしては、例えば特許文献１に記載されているように、フェライトコアにコイル導線を巻回し、該コイル導線の両端をフェライトコアの該表面に設けられた一対の端子電極に半田接続した構造のものが知られている。ここで、フェライトコアは、巻芯部と該巻芯部の上端及び下端に設けられた一対の鍔部とを有する、いわゆるドラム型の形状を有している。フェライトコアを適用した巻線型インダクタは、一般に外形寸法（特に高さ寸法）の小型化が可能であることから、回路基板上への高密度実装や低背実装に適しているという特長を有している。
【０００３】
一方、巻線型インダクタの他の構造としては、例えば、コイルを鉄又は鉄を含む合金と樹脂により埋め込むように圧粉したメタルコンポジット構造のものも知られている。メタルコンポジット構造のインダクタは、一般にインダクタ特性（特にエネルギー特性）に優れていることから、例えば電源回路等におけるパワーインダクタとして適しているという特長を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−００９６４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、電子機器の小型薄型化や高機能化に伴って、インダクタ特性及び信頼性を向上させつつ、さらなる高密度実装や低背実装が可能な巻線型インダクタが求められている。
本発明は、既存の製造プロセスの大幅な変更を伴うことなく、所望のインダクタ特性及び高い信頼性を有しつつ、回路基板上への良好な高密度実装や低背実装が可能な小型の巻線型インダクタ及びその製造方法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】
請求項１記載の発明に係る巻線型インダクタは、
柱状の巻芯部及びその両端に設けられた一対の鍔部を有するコア部材と、該コア部材の前記巻芯部に巻回されたコイル導線と、前記鍔部の外表面に設けられ、前記コイル導線の両端部が接続された一対の端子電極と、前記コイル導線部の外周を被覆する外装部材と、を備え、
前記コア部材は、鉄とケイ素とクロムを含有する軟磁性合金の粒子群から構成され、各軟磁性合金粒子の表面には当該軟磁性合金粒子の酸化層があり、当該酸化層は当該軟磁性合金粒子に比較して前記クロムを多く含み、粒子同士は前記酸化層を介して結合され、
前記軟磁性合金は、前記クロムが２〜１５ｗｔ％含有され、
前記端子電極は、銀と白金を含む合金及びガラスフリットから構成されていることを特徴とする。
【０００７】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の巻線型インダクタにおいて、
前記合金は、含有金属に占める前記白金の比率が概ね１０％以下であることを特徴とする。
【０００８】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の巻線型インダクタにおいて、
前記端子電極は、少なくとも、前記銀と前記白金を含む合金層と、該合金層と前記コア部材との間に介在する前記コア部材と前記ガラスフリットの反応層と、ガラス層と、から構成されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項４記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の巻線型インダクタにおいて、
前記外装部材は、磁性粉を含む樹脂材料から構成され、所定の透磁率を有することを特徴とする。
【００１０】
請求項５記載の発明は、請求項４記載の巻線型インダクタにおいて、
前記外装部材に含まれる磁性粉は、前記コア部材の原料と同一であることを特徴とする。
【００１１】
請求項６記載の発明は、請求項４記載の巻線型インダクタにおいて、
前記外装部材に含まれる磁性粉は、Ｎｉ−ＺｎフェライトもしくはＭｎ−Ｚｎフェライトからなることを特徴とする。
【００１２】
請求項７記載の発明は、請求項４乃至６のいずれかに記載の巻線型インダクタにおいて、
前記外装部材は、透磁率が１〜２５であることを特徴とする。
【００１３】
請求項８記載の発明に係る巻線型インダクタの製造方法は、
柱状の巻芯部及びその両端に設けられた一対の鍔部を有するコア部材と、該コア部材の前記巻芯部に巻回されたコイル導線と、前記鍔部の外表面に設けられ、前記コイル導線の両端部が接続された一対の端子電極と、前記コイル導線部の外周を被覆する外装部材と、を備えた巻線型インダクタの製造方法において、
鉄とケイ素とクロムを含有する軟磁性合金の粒子群の、各軟磁性合金粒子の表面に当該軟磁性合金粒子を酸化して、当該軟磁性合金粒子に比較して前記クロムを多く含む酸化層を生成し、前記粒子同士が前記酸化層を介して結合された前記コア部材を製造する工程と、
前記コア部材の外表面に、銀と白金を含む金属粉末、及び、ガラスフリットを含む電極ペーストを塗布する工程と、
前記コア部材を熱処理して、少なくとも、前記銀と前記白金を含む合金層と、該合金層と前記コア部材との間に介在する前記コア部材と前記ガラスフリットの反応層と、ガラス層と、から構成される前記端子電極を形成する工程と、
を含み、
前記コア部材を構成する前記軟磁性合金は、前記クロムを２〜１５ｗｔ％含有し、
前記端子電極を構成する前記金属粉末は、前記白金の比率が概ね１０％以下であることを特徴とする。
【００１４】
請求項９記載の発明は、請求項８記載の巻線型インダクタの製造方法において、
前記端子電極が形成された前記コア部材の前記巻芯部に、前記コイル導線を巻回する工程と、
磁性粉を含む樹脂材料から構成され、所定の透磁率を有する前記外装部材により前記コイル導線部の外周を被覆する工程と、
前記コイル導線の前記両端部にレーザー光を照射して、前記コイル導線の被膜を剥離する工程と、
前記被膜が剥離された前記コイル導線を前記端子電極に半田接合する工程と、
をさらに含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、既存の製造プロセスの大幅な変更を伴うことなく、所望のインダクタ特性及び高い信頼性を有しつつ、回路基板上への良好な高密度実装や低背実装が可能な小型の巻線型インダクタ及びその製造方法を提供することができ、当該巻線型インダクタを搭載する電子機器の小型薄型化や高機能化に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る巻線型インダクタの一実施形態を示す概略斜視図である。
【図２】本実施形態に係る巻線型インダクタの内部構造を示す概略断面図である。
【図３】本実施形態に係る巻線型インダクタに適用される、端子電極が形成されたコア部材を示す概略斜視図である。
【図４】本実施形態に係る巻線型インダクタの製造方法を示すフローチャートである。
【図５】本実施形態に係る巻線型インダクタのコア部材と端子電極との境界部（電極接着部）の断面を示す模式図である。
【図６】本実施形態に係る巻線型インダクタにおけるインダクタ特性の優位性を説明するための図である。
【図７】巻線型インダクタの回路基板への実装状態、及び、剥離強度試験（実装強度試験）の方法を説明するための図である。
【図８】本実施形態に係る巻線型インダクタにおける実装強度の優位性を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係る巻線型インダクタ及びその製造方法について、実施形態を示して詳しく説明する。
（巻線型インダクタ）
まず、本発明に係る巻線型インダクタの概略構成について説明する。
【００１８】
図１は、本発明に係る巻線型インダクタの一実施形態を示す概略斜視図である。図２は、本実施形態に係る巻線型インダクタの内部構造を示す概略断面図である。ここで、図２（ａ）は、図１に示したＡ−Ａ線に沿った巻線型インダクタの断面を示す図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）に示したＢ部を拡大した要部断面図である。図３は、本実施形態に係る巻線型インダクタに適用される、端子電極が形成されたコア部材を示す概略斜視図である。なお、図１、図３は、説明の都合上、コア部材の下鍔部１１ｃの底面側から見た斜視図である。
【００１９】
図１、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施形態に係る巻線型インダクタ１０は、概略、ドラム型のコア部材１１と、該コア部材１１に巻回されたコイル導線１２と、コイル導線１２の端部１３Ａ、１３Ｂが接続される銀（Ａｇ）−白金（Ｐｔ）の合金からなる導電層１６ａを含む一対の端子電極１６Ａ、１６Ｂと、上記巻回されたコイル導線１２を被覆する、磁性粉含有樹脂からなる外装部材１８と、を有している。
【００２０】
具体的には、ドラム型のコア部材１１は、図２（ａ）に示すように、柱状の巻芯部１１ａと、該巻芯部１１ａの図面上端に設けられた上鍔部１１ｂと、巻芯部１１ａの図面下端に設けられた下鍔部１１ｃとを備え、その外観はドラム型の形状を有している。
【００２１】
ここで、図１、図３に示すように、上記コア部材１１の巻芯部１１ａは、所定の巻回数を得るために必要なコイル導線１２の長さをより短くできるように、断面が略円形もしくは円形であることが好ましいが、これに限定されるものではない。コア部材１１の下鍔部１１ｃの外形は、高密度実装に対応して小型化を図るために、平面視形状が略四角形もしくは四角形であることが好ましいが、これに限定されるものではなく、多角形や略円形等であってもよい。また、上記コア部材１１の上鍔部１１ｂの外形は、高密度実装に対応して小型化を図るために、下鍔部１１ｃに対応して類似の形状であることが好ましく、さらに、下鍔部１１ｃと同サイズもしくは下鍔部１１ｃよりやや小さめのサイズであることが好ましい。
【００２２】
このように、巻芯部１１ａの上端及び下端に上鍔部１１ｂ及び下鍔部１１ｃを設けることにより、巻芯部１１ａに対するコイル導線１２の巻回位置を制御しやすくなり、インダクタの特性を安定させることができる。また、上鍔部１１ｂの四隅に適宜面取り等を施すことにより、上鍔部１１ｂ及び下鍔部１１ｃ間に、後述する外装部材１８を構成する磁性粉含有樹脂を容易に充填することができる。なお、上鍔部１１ｂ及び下鍔部１１ｃの厚さは、その下限値が上記コア部材１１における巻芯部１１ａからの上鍔部１１ｂ及び下鍔部１１ｃのそれぞれの張り出し寸法を考慮して、所定の強度を満足するように適宜設定される。
【００２３】
そして、図２（ａ）に示すように、コア部材１１の下鍔部１１ｃにおいて、巻芯部１１ａの中心軸ＣＬと直交する底面（外表面）１１Ｂには、巻芯部１１ａの中心軸ＣＬの延長線を挟んで一対の溝１５Ａ、１５Ｂが形成されている。溝１５Ａ、１５Ｂは、例えば図２（ｂ）、図３に示すように、底部１５ａと、該底部１５ａの幅方向の両脇に、該底部１５ａに対し傾斜して設けられた側壁１５ｃ、１５ｃと、底部１５ａと側壁１５ｃ、１５ｃとの間に設けられた緩斜面１５ｂ、１５ｂと、を備えた構成を適用することができる。
【００２４】
ここで、上記溝１５Ａ、１５Ｂの深さは、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、溝１５Ａ、１５Ｂの底部１５ａに端子電極１６Ａ、１６Ｂが形成された状態で、コイル導線１２の端部１３Ａ、１３Ｂの直径１３Ｄの一部が溝１５Ａ、１５Ｂから底面１１Ｂの平坦面の高さ位置を越えて突出するように形成されることが好ましい。また、溝１５Ａ、１５Ｂに設けられた緩斜面１５ｂを直角三角形の斜辺と仮定し、これを直角三角形の底辺の長さと垂直の高さ（直高）とで規定すると、該緩斜面１５ｂの底辺の長さが該緩斜面１５ｂの直高より大きくなるように設定されていることが好ましい。加えて、図２（ｂ）に示すように、上記側壁１５ｃ、１５ｃの高さｈ１は、後述する端子電極１６Ａ、１６Ｂの厚み寸法より大きくなるように設定されていることが好ましく、また、側壁１５ｃ、１５ｃの底辺の長さｗ１は、後述するコイル導線１２の端部１３Ａ、１３Ｂの直径１３Ｄより小さくなるように設定されていることが好ましい。また、上記溝１５Ａ、１５Ｂの長さ方向の両端は、図１、図３に示すように、下鍔部１１ｃの互いに対向する一対の外側面に達するように形成されていることが好ましい。なお、ここで示した溝１５Ａ、１５Ｂの形状は、本発明に係る巻線型インダクタに適用可能な一例を示したものに過ぎず、これに限定されるものではない。
【００２５】
また、図１〜図３に示すように、一対の端子電極１６Ａ、１６Ｂは、幅方向の一端側から他端側に亘るすべての領域が上記溝１５Ａ、１５Ｂ内に収容されている。そして、図２（ｂ）に示すように、上記端子電極１６Ａ、１６Ｂの幅方向の縁部１６Ｅは、上記溝１５Ａ、１５Ｂの側壁１５ｃ、１５ｃにより規制されている。ここで、端子電極１６Ａ、１６Ｂの厚み寸法１６ｔは、上記溝１５Ａ、１５Ｂの側壁１５ｃの直高ｈ１より小さくなるように設定されていることが好ましい。
【００２６】
コイル導線１２は、図２（ａ）に示すように、銅（Ｃｕ）や銀（Ａｇ）等からなる金属線１３の外周に、ポリウレタン樹脂やポリエステル樹脂等からなる絶縁被覆１４が形成された被覆導線が適用される。そして、コイル導線１２は、上記コア部材１１の柱状の巻芯部１１ａの周囲に巻回されるとともに、図１、図２（ａ）に示すように、一方及び他方の端部１３Ａ、１３Ｂが、絶縁被覆１４が除去された状態で、上記端子電極１６Ａ、１６Ｂにそれぞれ半田１７Ａ、１７Ｂにより導電接続されている。
【００２７】
ここで、コイル導線１２は、例えば直径０．１〜０．２ｍｍの被覆導線が、コア部材１１の巻芯部１１ａの周囲に３．５〜１５．５回巻回されている。コイル導線１２に適用される金属線１３は、単線に限定されるものではなく２本以上の線や、撚り線であってもよい。また、該コイル導線１２の金属線１３は、円形の断面形状を有するものに限定されるものではなく、例えば長方形の断面形状を有する平角線や、正方形の断面形状を有する四角線等を用いることもできる。また、コイル導線１２の端部１３Ａ、１３Ｂの直径１３Ｄは、上記端子電極１６Ａ、１６Ｂが収容される溝１５Ａ、１５Ｂの側壁１５ｃの底辺の長さｗ１より大きくなるように設定されていることが好ましい。
【００２８】
また、上記半田による導電接続とは、上記端子電極１６Ａ、１６Ｂと上記コイル導線１２の端部１３Ａ、１３Ｂとが、半田を介して導電接続されている箇所を有しているものであればばよく、半田のみで導電接続されているものに限らない。例えば、端子電極１６Ａ、１６Ｂと上記コイル導線１２の端部１３Ａ、１３Ｂとが熱圧着により金属間結合で接合された箇所を有するとともに、該接合箇所を覆うように半田で被覆された構造を有しているものであってもよい。
【００２９】
外装部材１８は、磁性粉含有樹脂が、巻線型インダクタ１０の使用温度範囲において粘弾性を有していることが好ましい。より具体的には、硬化時の物性として温度に対する剛性率の変化において、ガラス状態からゴム状態に移行する過程におけるガラス転移温度が１００〜１５０℃の磁性粉含有樹脂を良好に適用することができる。上記磁性粉含有樹脂に用いる樹脂としては、シリコン樹脂を良好に適用することができ、コア部材１１の上鍔部１１ｂ、下鍔部１１ｃ間に磁性粉含有樹脂を装入する工程におけるリードタイムを短縮するためには、例えばエポキシ樹脂とカルボキシル基変性プロピレングリコールとの混合樹脂を適用することがより好ましい。
【００３０】
また、外装部材１８は、透磁率が１〜２５に設定されていることが好ましい。ここで、外装部材１８を構成する磁性粉含有樹脂に含有される磁性粉としては、種々の磁性粉を用いることができるが、上記のような透磁率を実現するための磁性粉として、例えばコア部材１１を構成する軟磁性合金粒子と同一の組成及び構造を有する磁性粉末や、当該磁性粉末を含有するもの、あるいは、Ｎｉ−ＺｎフェライトもしくはＭｎ−Ｚｎフェライトからなるものを用いることが好ましい。なお、磁性粉として、コア部材１１を構成する軟磁性合金粒子と同一の組成を有する磁性粉末や、当該磁性粉末を含有するものを用いる場合には、当該磁性粉の平均粒径は、概ね５〜３０μｍ程度であることが好ましい。また、磁性粉含有樹脂における当該磁性粉の含有量は、概ね０〜９４ｗｔ％程度であることが好ましい。
【００３１】
そして、本実施形態に係る巻線型インダクタ１０は、上述したような構成に加え、次のような構成を有していることを特徴としている。
すなわち、本実施形態に係る巻線型インダクタ１０においては、上記コア部材１１が、鉄（Ｆｅ）と、ケイ素（Ｓｉ）と、鉄よりも酸化しやすい元素を含有する軟磁性合金の粒子群から構成され、各軟磁性合金粒子の表面には、当該軟磁性合金粒子が酸化した酸化層が形成され、当該酸化層は当該軟磁性合金粒子に比較して、上記鉄よりも酸化しやすい元素を多く含み、粒子同士が当該酸化層を介して結合されていることを特徴としている。特に、本実施形態においては、上記鉄よりも酸化しやすい元素として、クロム（Ｃｒ）を適用する。すなわち、コア部材１１は、鉄とケイ素とクロムを含有する軟磁性合金粒子の集合体により構成されている。ここで、軟磁性合金粒子は、少なくともクロムが２〜１５ｗｔ％含有されている。また、軟磁性合金粒子の平均粒径は、概ね５〜３０μｍ程度であることがより望ましい。
【００３２】
このように、コア部材１１を構成する軟磁性合金粒子におけるクロムの含有率や、当該軟磁性合金粒子の平均粒径を上記の範囲内に設定することにより、高い飽和磁束密度Ｂｓ（１．２Ｔ以上）と高い透磁率μ（３７以上）を実現することができるとともに、１００ｋＨｚ以上の周波数においても、粒子内で渦電流損失が生じることを抑制することができる。
【００３３】
また、本実施形態に係る巻線型インダクタ１０においては、上記端子電極１６Ａ、１６Ｂが、銀（Ａｇ）粉末と、白金（Ｐｔ）粉末と、ガラスフリットと、を含む電極ペーストを上記コア部材１１の下鍔部１１ｃの底面１１Ｂに塗布した後、コア部材１１を熱処理することにより形成されたものであることを特徴としている。特に、本実施形態においては、コア部材１１と銀−白金の合金からなる導電層１６ａとの界面に、後述するように、コア部材１１の一部と電極ペースト中に含まれるガラスフリットとの反応層１６ｄと、電極ペースト中に含まれるガラスフリットによるガラス層１６ｅとを有している。ここで、反応層１６ｄは、ガラスフリットとコア部材１１の一部が化学反応を起こし、互いに交じり合って存在する層であり、主として軟磁性合金粒子とガラスフリットとで構成されている。これらの反応層１６ｄ及びガラス層１６ｅは、上記コア部材１１と、銀−白金の合金からなる導電層１６ａとを相互に結合する領域を有している。本実施形態においては、導電層１６ａを構成する銀−白金の合金に占める白金の比率は概ね１０％以下に設定されている。
【００３４】
このように、コア部材１１が上述したように、酸化膜が形成された軟磁性合金の粒子群の集合体により構成され、該コア部材１１の下鍔部１１ｃの底面１１Ｂに設けられる端子電極が、銀−白金を含む合金により構成されていることにより、コア部材１１と端子電極間の接着強度、及び、コイル導線と端子電極間の接着強度を向上させることができるとともに、コイル導線と端子電極間の良好な電気的接続を実現することができる。
【００３５】
（巻線型インダクタの製造方法）
次に、上述した巻線型インダクタの製造方法について説明する。
図４は、本実施形態に係る巻線型インダクタの製造方法を示すフローチャートである。また、図５は、本実施形態に係る巻線型インダクタのコア部材と端子電極との境界部（電極接着部）の断面を示す模式図である。
【００３６】
上述した巻線型インダクタは、図４に示すように、概略、コア部材製造工程Ｓ１０１と、端子電極形成工程Ｓ１０２と、コイル導線巻回工程Ｓ１０３と、外装工程Ｓ１０４と、レーザー被膜剥離工程Ｓ１０５、コイル導線接合工程Ｓ１０６と、を経て製造される。
【００３７】
（ａ）コア部材製造工程Ｓ１０１
コア部材製造工程Ｓ１０１においては、まず、鉄（Ｆｅ）と、ケイ素（Ｓｉ）と、クロム（Ｃｒ）とを所定の比率で含有する軟磁性合金の粒子群を原料粒子として、所定の結合剤を混合して所定の形状の成形体を形成する。具体的には、クロム２〜１５ｗｔ％、ケイ素０．５〜７ｗｔ％、残部に鉄を含有する原料粒子に、例えば熱可塑性樹脂などの結合剤（バインダ）を添加し、攪拌混合させて造粒物を得る。次いで、この造粒物を粉末成形プレスを用いて圧縮成形して成形体を形成し、例えば研削ディスクを用いてセンターレス研摩により上鍔部１１ｂ及び下鍔部１１ｃ間に、柱状の巻芯部１１ａが形成されるように凹部を形成してドラム形の成形体を得る。
【００３８】
次いで、得られた成形体を焼成する。具体的には、上記成形体を大気中で４００〜９００℃で熱処理する。このように、大気中で熱処理を行うことで、混合した熱可塑性樹脂を脱脂（脱バインダ処理）するとともに、もともと粒子中に存在し熱処理により表面に移動してきたクロムと、粒子の主成分である鉄を酸素と結合させながら、金属酸化物からなる酸化層を粒子表面に生成させ、かつ、隣接する粒子の表面の酸化層同士を結合させる。生成された酸化層（金属酸化物層）は、主に鉄とクロムからなる酸化物であり、粒子間の絶縁を確保しつつ、軟磁性合金粒子の集合体からなるコア部材１１を提供することができる。
【００３９】
ここで、上記原料粒子の例としては、水アトマイズ法で製造した粒子を適用することができ、原料粒子の形状の例として、球状、扁平状があげられる。また、上記熱処理において、酸素雰囲気下での熱処理温度を上昇させると、結合剤が分解し、軟磁性合金の粒子が酸化される。このため、成形体の熱処理条件として、大気中、４００〜９００℃で、１分以上保持することが好ましい。この温度範囲内で熱処理を行うことにより、優れた酸化層を形成することができる。より好ましくは、６００〜８００℃である。大気中以外の条件、例えば、酸素分圧が大気と同程度の雰囲気中で熱処理してもよい。還元雰囲気又は非酸化雰囲気では、熱処理により金属酸化物からなる酸化層の生成が行われないため、粒子同士が焼結し体積抵抗率が著しく低下する。また、雰囲気中の酸素濃度、水蒸気量については特に限定されないが、生産面から考慮すると、大気あるいは乾燥空気であることが望ましい。
【００４０】
上記熱処理において、４００℃を越える温度に設定することにより、優れた強度と優れた体積抵抗率を得ることができる。一方、熱処理温度が９００℃を超えると、強度は増加するものの、体積抵抗率の低下が発生する。また、上記熱処理温度での保持時間は、１分以上とすることにより鉄とクロムを含む金属酸化物からなる酸化層が生成されやすい。ここで、酸化層厚は一定値で飽和するため保持時間の上限はあえて設定しないが、生産性を考慮し２時間以下とすることが妥当である。
【００４１】
このように、熱処理温度、熱処理時間、熱処理雰囲気中の酸素量等により、酸化層の形成を制御することができるので、熱処理条件を上記範囲とすることにより、優れた強度と優れた体積抵抗率を同時に満たし、酸化層を有する軟磁性合金粒子の集合体からなるコア部材１１を製造することができる。
【００４２】
なお、上記ドラム形の成形体は、原料粒子を含む造粒物により形成された成形体の周側面に、センターレス研摩により凹部を形成して得る方法に限定するものではなく、例えば、上記の造粒物を粉末成形プレスを用いて乾式一体成形することによりドラム形の成形体を得ることもできる。また、コア部材１１のさらに他の製造方法としては、上述したように、予めドラム形の成形体を準備して焼成する方法に限定するものではなく、例えば、上記の造粒物により形成された成形体（周側面に凹部が形成されていない成形体）を準備した後、脱バインダ処理を行い、所定の温度で焼成した後に、当該焼結体の周側面にダイヤモンドホイール等を用いて凹部を切削加工により形成するものであってもよい。
【００４３】
また、コア部材１１の底面１１Ｂへの溝１５Ａ、１５Ｂの形成方法は、上記コア部材１１の製造工程において、原料粒子を含む造粒物により成形体を形成する際に、押型の表面に予め一対の突条を設けておき、該成形体の成形と同時に形成する方法のほか、例えば、得られた成形体の表面に切削加工を施して一対の溝を形成するものであってもよい。
【００４４】
（ｂ）端子電極形成工程Ｓ１０２
次いで、端子電極形成工程Ｓ１０２においては、上記コア部材１１の下鍔部１１ｃの底面１１Ｂに形成された溝１５Ａ、１５Ｂに、銀（Ａｇ）粉末と、白金（Ｐｔ）粉末と、ガラスフリットとを含む電極ペーストを塗布した後、コア部材１１を熱処理することにより、端子電極１６Ａ、１６Ｂを形成する。
【００４５】
ここで、電極ペーストの塗布方法としては、例えばローラー転写法やパッド転写法等の転写法、スクリーン印刷法や孔版印刷法等の印刷法のほか、スプレー法やインクジェット法等を適用することができる。なお、端子電極１６Ａ、１６Ｂの幅方向の縁部１６Ｅが、上記溝１５Ａ、１５Ｂの側壁１５ｃに規制されて、安定した幅寸法１６Ｗを有する端子電極１６Ａ、１６Ｂを形成するためには、転写法を用いる方がより好ましい。
【００４６】
また、電極ペーストにおける銀と白金の比率は、例えば９９：１に設定され、電極ペーストにおける銀−白金の金属含有量は、例えば概ね７８％に設定され、さらに、電極ペーストにおけるガラスの含有量は、概ね２〜３％に設定されている。電極ペーストにおけるガラスは、例えばケイ素（Ｓｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、カルシウム（Ｃａ）等からなるガラス及び金属酸化物を含む組成を有している。また、下鍔部１１ｃの底面１１Ｂに電極ペーストを塗布した後のコア部材１１の熱処理（電極焼き付け処理）は、例えば、大気雰囲気中で、７５０〜９００℃の温度条件で実行される。
【００４７】
このような端子電極１６Ａ、１６Ｂの形成方法により、コア部材１１と銀−白金の合金からなる導電層１６ａとの界面に、図５に示すように、コア部材１１の表面から順に、ガラス層１６ｅ、及び、コア部材１１の一部と白金との反応層１６ｄが形成され、コア部材１１と端子電極１６Ａ、１６Ｂの接着強度を向上させることができる。
【００４８】
（ｃ）コイル導線巻回工程Ｓ１０３
次いで、コイル導線巻回工程Ｓ１０３においては、上記コア部材１１の巻芯部１１ａに、被覆導線を所定回数巻回する。具体的には、上記コア部材１１の巻芯部１１ａが露出するように、コア部材１１の上鍔部１１ｂを巻線装置のチャックに固定する。次いで、例えば直径０．１〜０．２ｍｍの被覆導線を下鍔部１１ｃの底面１１Ｂに形成された端子電極１６Ａ、１６Ｂ（又は、溝１５Ａ、１５Ｂ）のいずれか一方側に仮固定した状態で切断してコイル導線１２の一端側とする。その後、上記チャックを回転させて被覆導線を巻芯部１１ａに、例えば３．５〜１５．５回巻回する。次いで、被覆導線を上記端子電極１６Ａ、１６Ｂ（又は、溝１５Ａ、１５Ｂ）の他方側に仮固定した状態で切断してコイル導線１２の他端側とすることにより、巻芯部１１ａにコイル導線１２が巻回されたコア部材１１が形成される。コイル導線１２の一端側及び他端側は、上述した端部１３Ａ、１３Ｂに対応する。
【００４９】
（ｄ）外装工程Ｓ１０４
次いで、外装工程Ｓ１０４においては、上記コア部材１１の上鍔部１１ｂと下鍔部１１ｃとの間であって、巻芯部１１ａの周囲に巻回されたコイル導線１２の外周に、磁性粉含有樹脂からなる外装部材１８が被覆形成される。具体的には、例えばコア部材１１を構成する軟磁性合金粒子と同一の組成を有する磁性粉が含有された磁性粉含有樹脂のペーストをディスペンサーにより、コア部材１１の上鍔部１１ｂ及び下鍔部１１ｃ間の領域に吐出して、コイル導線１２の外周に被覆させる。次いで、例えば１５０℃で１時間加熱して、磁性粉含有樹脂のペーストを硬化させることにより、コイル導線１２を被覆する外装部材１８が形成される。
【００５０】
（ｅ）レーザー被膜剥離工程Ｓ１０５
次いで、レーザー被膜剥離工程Ｓ１０５においては、コア部材１１に巻回されたコイル導線１２の両端部１３Ａ、１３Ｂの絶縁被覆１４を剥離、除去する。具体的には、コア部材１１に巻回されたコイル導線１２の両端部１３Ａ、１３Ｂに所定のエネルギーのレーザー光を照射することにより、コイル導線１２の両端部１３Ａ、１３Ｂ近傍の絶縁被覆１４を形成する樹脂材料を蒸発させて、完全に剥離、除去する。
【００５１】
（ｆ）コイル導線接合工程Ｓ１０６
次いで、コイル導線接合工程Ｓ１０６においては、絶縁被覆１４が剥離されたコイル導線１２の両端部１３Ａ、１３Ｂを、各端子電極１６Ａ、１６Ｂに半田接合して、導電接続する。具体的には、絶縁被覆１４が剥離されたコイル導線１２の両端部１３Ａ、１３Ｂを含む各端子電極１６Ａ、１６Ｂ上に、フラックスを含有する半田ペーストを、例えば孔版印刷法により塗布した後、２４０℃に加熱されたホットプレートにより加熱押圧して、半田を溶融、固着させることにより、コイル導線１２の両端部１３Ａ、１３Ｂが各端子電極１６Ａ、１６Ｂに半田１７Ａ、１７Ｂにより接合される。端子電極１６Ａ、１６Ｂへのコイル導線１２の半田接合後、フラックス残渣を除去する洗浄処理が行われる。
【００５２】
このように、コイル導線１２を端子電極１６Ａ、１６Ｂに半田接合する工程に先立って、コイル導線１２の両端部１３Ａ、１３Ｂの絶縁被覆１４をレーザー剥離することにより、コイル導線１２に対する半田の濡れ性が向上するので、コイル導線１２を端子電極１６Ａ、１６Ｂに良好に導電接続することができるとともに、強固に接合することができる。
【００５３】
（作用効果の検証）
次に、本実施形態に係る巻線型インダクタ及びその製造方法における作用効果について説明する。
ここでは、本実施形態に係る巻線型インダクタにおける作用効果を検証するために、次のようなパラメータ及び組成を有する巻線型インダクタを試料として用いた。
【００５４】
図１に示した巻線型インダクタ１０において、コア部材１１は、表面に酸化膜が形成された、鉄（Ｆｅ）とケイ素（Ｓｉ）と２〜１５ｗｔ％のクロム（Ｃｒ）を含有する軟磁性合金粒子群の集合体により形成した。また、図３に示したコア部材１１の主要な外形寸法として、長さＬ＝３〜５ｍｍ、幅Ｗ＝３〜５ｍｍ、高さＨ＝１．５ｍｍ以下の範囲で設定し、また、コア部材１１の巻芯部１１ａに巻回されるコイル導線１２として、直径０．１〜０．２ｍｍの被覆導線を用い、３．５〜１５．５回の範囲で巻回した。また、端子電極１６Ａ、１６Ｂは、銀に１％の白金を含有する導電層からなり、当該導電層とコア部材との界面には、図５に示したように、コア部材１１の表面から順に、ガラス層１６ｅ、及び、コア部材１１と白金との反応層１６ｄが形成されていることを確認した。さらに、外装部材１８は、コア部材１１を構成する軟磁性合金粒子と同一の組成を有する磁性粉末を含有する磁性粉含有樹脂により形成した。
【００５５】
まず、本実施形態に係る巻線型インダクタにおけるインダクタ特性の優位性について説明する。
図６は、本実施形態に係る巻線型インダクタにおけるインダクタ特性の優位性を説明するための図である。ここで、図６は、本実施形態に係る巻線型インダクタと、メタルコンポジット構造の巻線型インダクタにおける、インダクタンス−直流重畳特性（Ｌ−Ｉdc特性）を示すグラフである。ここで、インダクタンス−直流重畳特性は、インダクタンス値（Ｌ値）に対する直流重畳値（Ｉdc）を示すものであって、当該直流重畳値（Ｉdc）は、インダクタに直流バイアスを流したときに、直流が重畳されて、インダクタンス値が２０％低下した（すなわち−２０％になった）ときの電流値を示すものである。
【００５６】
本実施形態に係るコア部材１１においては、鉄（Ｆｅ）とケイ素（Ｓｉ）と２〜１５ｗｔ％のクロム（Ｃｒ）を含有する軟磁性合金粒子群の集合体を用いることにより、高い透磁率μ（３７以上）、及び、高い飽和磁束密度Ｂｓ（１．２Ｔ以上）を実現することができる。
【００５７】
そして、この高い透磁率μ、及び、高い飽和磁束密度Ｂｓにより、本実施形態に係る巻線型インダクタ１０は、図６に示すように、優れたインダクタ特性（Ｌ−Ｉdc特性）を得ることができる。ここで、図６には、比較対象としてメタルコンポジット構造の巻線型インダクタにおけるインダクタ特性も併記した。なお、メタルコンポジット構造の巻線型インダクタは、既に一般に市販されて種々の電子機器に搭載されているものであって、例えば電源回路等におけるパワーインダクタとして優れたインダクタ特性を有することが、市場において高く評価されているものである。
【００５８】
図６に示すように、本実施形態に係る巻線型インダクタとメタルコンポジット構造の巻線型インダクタにおけるＬ−Ｉdc特性とを比較すると、両者の挙動が近似するとともに、インダクタンス値（Ｌ値）に対する直流重畳値（Ｉdc）が本実施形態に係る巻線型インダクタの方が概ね大きくなるという結果が得られた。このことから、本実施形態に係る巻線型インダクタによれば、比較対象であるメタルコンポジット構造の巻線型インダクタと同等、もしくは、同等以上の優れたインダクタ特性（Ｌ−Ｉdc特性）を有していることが確認された。
【００５９】
したがって、本実施形態によれば、より大きい電流を流すことができる優れた特性を有する巻線型インダクタや、小型の外形寸法を有するコア部材で同等の電流値の電流を流すことができる低背実装が可能な巻線型インダクタを実現することができる。このような巻線型インダクタは、パワーインダクタ等に適用して極めて有効である。また、この場合、軟磁性合金の粒子を樹脂又はガラスで結合させたメタルコンポジット構造の巻線型インダクタとは異なり、樹脂もガラスも使用することなく、また、大きな圧力をかけて成形する必要もないので、既存の製造プロセスの大幅な変更を伴うことなく、簡易かつ低コストな製造方法により上記の特性を有する巻線型インダクタを製造することができる。加えて、本実施形態に係る巻線型インダクタのコア部材においては、高い飽和磁束密度を維持しつつ、大気中での熱処理後においても、コア部材表面へのガラス成分等の浮き出しが防止されるので、メタルコンポジット構造に比較して、高い寸法安定性を有する小型の巻線型インダクタを実現することができる。
【００６０】
次に、本実施形態に係る巻線型インダクタにおける実装強度の優位性について説明する。ここでは、比較対象として、上述したコア部材１１が周知のフェライトコアからなり、また、端子電極１６Ａ、１６Ｂが銀を含有する導電層からなる場合の実装強度を示して、比較検証する。
【００６１】
図７は、巻線型インダクタの回路基板への実装状態、及び、剥離強度試験（実装強度試験）の方法を説明するための図であり、図８は、本実施形態に係る巻線型インダクタにおける実装強度の優位性を説明するための図である。ここで、図８は、本実施形態に係る巻線型インダクタと、フェライトコアを用いた巻線型インダクタにおける剥離強度試験の実測データの分布範囲と平均値を示すグラフである。
【００６２】
まず、上述したようなパラメータ及び組成を有する巻線型インダクタ１０を、図７に示すように、例えばガラス−エポキシ樹脂基板２１上に銅箔からなる実装ランド２２が形成された回路基板２０上に、半田接合して実装する。ここで、実装ランド２２への巻線型インダクタ１０の実装方法は、回路基板２０上にクリーム半田を印刷した後、実装ランド２２上に巻線型インダクタ１０を搭載し、２４５℃に加熱してリフロー半田付け処理して実装した。
【００６３】
そして、巻線型インダクタ１０が実装された回路基板２０に対して、図７に示すように、巻線型インダクタ１０をその側面（図面左方）から回路基板２０の上面と平行に矢印方向に剥離強度試験装置の治具で加圧して、巻線型インダクタ１０の剥離強度試験（実装強度試験）を行った。その実験結果を図８に示す。ここで、図８には、比較対象としてフェライトコアを用いた巻線型インダクタにおける剥離強度試験の実測データも併記した。なお、銀からなる端子電極を有するフェライトコアを用いた巻線型インダクタは、既に一般に市販されて種々の電子機器に搭載されているものであって、実装強度をはじめ、様々な信頼性試験において、市場の高い評価を受けているものである。
【００６４】
図８に示すように、上述した剥離強度試験によれば、本実施形態に係る巻線型インダクタ（図中、「（Fe-Cr-Siコア−銀・白金電極）」と表記）においては、剥離強度（実装強度）の最小値が１４７．０Ｎ、最大値が２１９．７Ｎであり、その平均値は約１９１．８Ｎであった。一方、比較対象であるフェライトコアを用いた巻線型インダクタ（図中、「フェライトコア−銀電極」と表記）においては、剥離強度（実装強度）の最小値が１３０．３Ｎ、最大値が２２２．４Ｎであり、その平均値は約１７１．３Ｎであった。このことから、本実施形態に係る巻線型インダクタが実装された回路基板２０によれば、平均値比較で、比較対象であるフェライトコアを用いた巻線型インダクタと同等、もしくは、同等以上の剥離強度（実装強度）を有していることが確認された。
【００６５】
したがって、本実施形態によれば、軟磁性合金粒子群の集合体により構成されたコア部材に対して、銀に１％の白金を含有する導電層からなる端子電極を適用することにより、回路基板への実装時に、製造歩留まり及び信頼性の高い巻線型インダクタを実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明は、回路基板上への面実装が可能な小型化された巻線型インダクタに好適である。特に、大電流を流すパワーインダクタ等に適用した場合、特性及び信頼性の向上と低背実装を両立させることができ極めて有効である。
【符号の説明】
【００６７】
１０ 巻線型インダクタ
１１ コア部材
１１ａ 巻芯部
１１ｂ 上鍔部
１１ｃ 下鍔部
１２ コイル導線
１３ 金属線
１４ 絶縁被覆
１５Ａ、１５Ｂ 溝
１６Ａ、１６Ｂ 端子電極
１６ｄ 反応層
１６ｅ ガラス層
１７Ａ、１７Ｂ 半田
１８ 外装部材
２０ 回路基板
２２ 実装ランド
Ｓ１０１ コア部材製造工程
Ｓ１０２ 端子電極形成工程
Ｓ１０３ コイル導線巻回工程
Ｓ１０４ 外装工程
Ｓ１０５ レーザー被膜剥離工程
Ｓ１０６ コイル導線接合工程
【技術分野】
【０００１】
本発明は、巻線型インダクタ及びその製造方法に関し、特に、磁気コアを有し、回路基板上への面実装が可能な小型化された巻線型インダクタ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、携帯型の電子機器における電源の昇降圧回路用コイルや高周波回路で用いられるチョークコイル等として巻線型インダクタが知られている。巻線型インダクタとしては、例えば特許文献１に記載されているように、フェライトコアにコイル導線を巻回し、該コイル導線の両端をフェライトコアの該表面に設けられた一対の端子電極に半田接続した構造のものが知られている。ここで、フェライトコアは、巻芯部と該巻芯部の上端及び下端に設けられた一対の鍔部とを有する、いわゆるドラム型の形状を有している。フェライトコアを適用した巻線型インダクタは、一般に外形寸法（特に高さ寸法）の小型化が可能であることから、回路基板上への高密度実装や低背実装に適しているという特長を有している。
【０００３】
一方、巻線型インダクタの他の構造としては、例えば、コイルを鉄又は鉄を含む合金と樹脂により埋め込むように圧粉したメタルコンポジット構造のものも知られている。メタルコンポジット構造のインダクタは、一般にインダクタ特性（特にエネルギー特性）に優れていることから、例えば電源回路等におけるパワーインダクタとして適しているという特長を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−００９６４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、電子機器の小型薄型化や高機能化に伴って、インダクタ特性及び信頼性を向上させつつ、さらなる高密度実装や低背実装が可能な巻線型インダクタが求められている。
本発明は、既存の製造プロセスの大幅な変更を伴うことなく、所望のインダクタ特性及び高い信頼性を有しつつ、回路基板上への良好な高密度実装や低背実装が可能な小型の巻線型インダクタ及びその製造方法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】
請求項１記載の発明に係る巻線型インダクタは、
柱状の巻芯部及びその両端に設けられた一対の鍔部を有するコア部材と、該コア部材の前記巻芯部に巻回されたコイル導線と、前記鍔部の外表面に設けられ、前記コイル導線の両端部が接続された一対の端子電極と、前記コイル導線部の外周を被覆する外装部材と、を備え、
前記コア部材は、鉄とケイ素とクロムを含有する軟磁性合金の粒子群から構成され、各軟磁性合金粒子の表面には当該軟磁性合金粒子の酸化層があり、当該酸化層は当該軟磁性合金粒子に比較して前記クロムを多く含み、粒子同士は前記酸化層を介して結合され、
前記軟磁性合金は、前記クロムが２〜１５ｗｔ％含有され、
前記端子電極は、銀と白金を含む合金及びガラスフリットから構成されていることを特徴とする。
【０００７】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の巻線型インダクタにおいて、
前記合金は、含有金属に占める前記白金の比率が概ね１０％以下であることを特徴とする。
【０００８】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の巻線型インダクタにおいて、
前記端子電極は、少なくとも、前記銀と前記白金を含む合金層と、該合金層と前記コア部材との間に介在する前記コア部材と前記ガラスフリットの反応層と、ガラス層と、から構成されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項４記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の巻線型インダクタにおいて、
前記外装部材は、磁性粉を含む樹脂材料から構成され、所定の透磁率を有することを特徴とする。
【００１０】
請求項５記載の発明は、請求項４記載の巻線型インダクタにおいて、
前記外装部材に含まれる磁性粉は、前記コア部材の原料と同一であることを特徴とする。
【００１１】
請求項６記載の発明は、請求項４記載の巻線型インダクタにおいて、
前記外装部材に含まれる磁性粉は、Ｎｉ−ＺｎフェライトもしくはＭｎ−Ｚｎフェライトからなることを特徴とする。
【００１２】
請求項７記載の発明は、請求項４乃至６のいずれかに記載の巻線型インダクタにおいて、
前記外装部材は、透磁率が１〜２５であることを特徴とする。
【００１３】
請求項８記載の発明に係る巻線型インダクタの製造方法は、
柱状の巻芯部及びその両端に設けられた一対の鍔部を有するコア部材と、該コア部材の前記巻芯部に巻回されたコイル導線と、前記鍔部の外表面に設けられ、前記コイル導線の両端部が接続された一対の端子電極と、前記コイル導線部の外周を被覆する外装部材と、を備えた巻線型インダクタの製造方法において、
鉄とケイ素とクロムを含有する軟磁性合金の粒子群の、各軟磁性合金粒子の表面に当該軟磁性合金粒子を酸化して、当該軟磁性合金粒子に比較して前記クロムを多く含む酸化層を生成し、前記粒子同士が前記酸化層を介して結合された前記コア部材を製造する工程と、
前記コア部材の外表面に、銀と白金を含む金属粉末、及び、ガラスフリットを含む電極ペーストを塗布する工程と、
前記コア部材を熱処理して、少なくとも、前記銀と前記白金を含む合金層と、該合金層と前記コア部材との間に介在する前記コア部材と前記ガラスフリットの反応層と、ガラス層と、から構成される前記端子電極を形成する工程と、
を含み、
前記コア部材を構成する前記軟磁性合金は、前記クロムを２〜１５ｗｔ％含有し、
前記端子電極を構成する前記金属粉末は、前記白金の比率が概ね１０％以下であることを特徴とする。
【００１４】
請求項９記載の発明は、請求項８記載の巻線型インダクタの製造方法において、
前記端子電極が形成された前記コア部材の前記巻芯部に、前記コイル導線を巻回する工程と、
磁性粉を含む樹脂材料から構成され、所定の透磁率を有する前記外装部材により前記コイル導線部の外周を被覆する工程と、
前記コイル導線の前記両端部にレーザー光を照射して、前記コイル導線の被膜を剥離する工程と、
前記被膜が剥離された前記コイル導線を前記端子電極に半田接合する工程と、
をさらに含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、既存の製造プロセスの大幅な変更を伴うことなく、所望のインダクタ特性及び高い信頼性を有しつつ、回路基板上への良好な高密度実装や低背実装が可能な小型の巻線型インダクタ及びその製造方法を提供することができ、当該巻線型インダクタを搭載する電子機器の小型薄型化や高機能化に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る巻線型インダクタの一実施形態を示す概略斜視図である。
【図２】本実施形態に係る巻線型インダクタの内部構造を示す概略断面図である。
【図３】本実施形態に係る巻線型インダクタに適用される、端子電極が形成されたコア部材を示す概略斜視図である。
【図４】本実施形態に係る巻線型インダクタの製造方法を示すフローチャートである。
【図５】本実施形態に係る巻線型インダクタのコア部材と端子電極との境界部（電極接着部）の断面を示す模式図である。
【図６】本実施形態に係る巻線型インダクタにおけるインダクタ特性の優位性を説明するための図である。
【図７】巻線型インダクタの回路基板への実装状態、及び、剥離強度試験（実装強度試験）の方法を説明するための図である。
【図８】本実施形態に係る巻線型インダクタにおける実装強度の優位性を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係る巻線型インダクタ及びその製造方法について、実施形態を示して詳しく説明する。
（巻線型インダクタ）
まず、本発明に係る巻線型インダクタの概略構成について説明する。
【００１８】
図１は、本発明に係る巻線型インダクタの一実施形態を示す概略斜視図である。図２は、本実施形態に係る巻線型インダクタの内部構造を示す概略断面図である。ここで、図２（ａ）は、図１に示したＡ−Ａ線に沿った巻線型インダクタの断面を示す図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）に示したＢ部を拡大した要部断面図である。図３は、本実施形態に係る巻線型インダクタに適用される、端子電極が形成されたコア部材を示す概略斜視図である。なお、図１、図３は、説明の都合上、コア部材の下鍔部１１ｃの底面側から見た斜視図である。
【００１９】
図１、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施形態に係る巻線型インダクタ１０は、概略、ドラム型のコア部材１１と、該コア部材１１に巻回されたコイル導線１２と、コイル導線１２の端部１３Ａ、１３Ｂが接続される銀（Ａｇ）−白金（Ｐｔ）の合金からなる導電層１６ａを含む一対の端子電極１６Ａ、１６Ｂと、上記巻回されたコイル導線１２を被覆する、磁性粉含有樹脂からなる外装部材１８と、を有している。
【００２０】
具体的には、ドラム型のコア部材１１は、図２（ａ）に示すように、柱状の巻芯部１１ａと、該巻芯部１１ａの図面上端に設けられた上鍔部１１ｂと、巻芯部１１ａの図面下端に設けられた下鍔部１１ｃとを備え、その外観はドラム型の形状を有している。
【００２１】
ここで、図１、図３に示すように、上記コア部材１１の巻芯部１１ａは、所定の巻回数を得るために必要なコイル導線１２の長さをより短くできるように、断面が略円形もしくは円形であることが好ましいが、これに限定されるものではない。コア部材１１の下鍔部１１ｃの外形は、高密度実装に対応して小型化を図るために、平面視形状が略四角形もしくは四角形であることが好ましいが、これに限定されるものではなく、多角形や略円形等であってもよい。また、上記コア部材１１の上鍔部１１ｂの外形は、高密度実装に対応して小型化を図るために、下鍔部１１ｃに対応して類似の形状であることが好ましく、さらに、下鍔部１１ｃと同サイズもしくは下鍔部１１ｃよりやや小さめのサイズであることが好ましい。
【００２２】
このように、巻芯部１１ａの上端及び下端に上鍔部１１ｂ及び下鍔部１１ｃを設けることにより、巻芯部１１ａに対するコイル導線１２の巻回位置を制御しやすくなり、インダクタの特性を安定させることができる。また、上鍔部１１ｂの四隅に適宜面取り等を施すことにより、上鍔部１１ｂ及び下鍔部１１ｃ間に、後述する外装部材１８を構成する磁性粉含有樹脂を容易に充填することができる。なお、上鍔部１１ｂ及び下鍔部１１ｃの厚さは、その下限値が上記コア部材１１における巻芯部１１ａからの上鍔部１１ｂ及び下鍔部１１ｃのそれぞれの張り出し寸法を考慮して、所定の強度を満足するように適宜設定される。
【００２３】
そして、図２（ａ）に示すように、コア部材１１の下鍔部１１ｃにおいて、巻芯部１１ａの中心軸ＣＬと直交する底面（外表面）１１Ｂには、巻芯部１１ａの中心軸ＣＬの延長線を挟んで一対の溝１５Ａ、１５Ｂが形成されている。溝１５Ａ、１５Ｂは、例えば図２（ｂ）、図３に示すように、底部１５ａと、該底部１５ａの幅方向の両脇に、該底部１５ａに対し傾斜して設けられた側壁１５ｃ、１５ｃと、底部１５ａと側壁１５ｃ、１５ｃとの間に設けられた緩斜面１５ｂ、１５ｂと、を備えた構成を適用することができる。
【００２４】
ここで、上記溝１５Ａ、１５Ｂの深さは、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、溝１５Ａ、１５Ｂの底部１５ａに端子電極１６Ａ、１６Ｂが形成された状態で、コイル導線１２の端部１３Ａ、１３Ｂの直径１３Ｄの一部が溝１５Ａ、１５Ｂから底面１１Ｂの平坦面の高さ位置を越えて突出するように形成されることが好ましい。また、溝１５Ａ、１５Ｂに設けられた緩斜面１５ｂを直角三角形の斜辺と仮定し、これを直角三角形の底辺の長さと垂直の高さ（直高）とで規定すると、該緩斜面１５ｂの底辺の長さが該緩斜面１５ｂの直高より大きくなるように設定されていることが好ましい。加えて、図２（ｂ）に示すように、上記側壁１５ｃ、１５ｃの高さｈ１は、後述する端子電極１６Ａ、１６Ｂの厚み寸法より大きくなるように設定されていることが好ましく、また、側壁１５ｃ、１５ｃの底辺の長さｗ１は、後述するコイル導線１２の端部１３Ａ、１３Ｂの直径１３Ｄより小さくなるように設定されていることが好ましい。また、上記溝１５Ａ、１５Ｂの長さ方向の両端は、図１、図３に示すように、下鍔部１１ｃの互いに対向する一対の外側面に達するように形成されていることが好ましい。なお、ここで示した溝１５Ａ、１５Ｂの形状は、本発明に係る巻線型インダクタに適用可能な一例を示したものに過ぎず、これに限定されるものではない。
【００２５】
また、図１〜図３に示すように、一対の端子電極１６Ａ、１６Ｂは、幅方向の一端側から他端側に亘るすべての領域が上記溝１５Ａ、１５Ｂ内に収容されている。そして、図２（ｂ）に示すように、上記端子電極１６Ａ、１６Ｂの幅方向の縁部１６Ｅは、上記溝１５Ａ、１５Ｂの側壁１５ｃ、１５ｃにより規制されている。ここで、端子電極１６Ａ、１６Ｂの厚み寸法１６ｔは、上記溝１５Ａ、１５Ｂの側壁１５ｃの直高ｈ１より小さくなるように設定されていることが好ましい。
【００２６】
コイル導線１２は、図２（ａ）に示すように、銅（Ｃｕ）や銀（Ａｇ）等からなる金属線１３の外周に、ポリウレタン樹脂やポリエステル樹脂等からなる絶縁被覆１４が形成された被覆導線が適用される。そして、コイル導線１２は、上記コア部材１１の柱状の巻芯部１１ａの周囲に巻回されるとともに、図１、図２（ａ）に示すように、一方及び他方の端部１３Ａ、１３Ｂが、絶縁被覆１４が除去された状態で、上記端子電極１６Ａ、１６Ｂにそれぞれ半田１７Ａ、１７Ｂにより導電接続されている。
【００２７】
ここで、コイル導線１２は、例えば直径０．１〜０．２ｍｍの被覆導線が、コア部材１１の巻芯部１１ａの周囲に３．５〜１５．５回巻回されている。コイル導線１２に適用される金属線１３は、単線に限定されるものではなく２本以上の線や、撚り線であってもよい。また、該コイル導線１２の金属線１３は、円形の断面形状を有するものに限定されるものではなく、例えば長方形の断面形状を有する平角線や、正方形の断面形状を有する四角線等を用いることもできる。また、コイル導線１２の端部１３Ａ、１３Ｂの直径１３Ｄは、上記端子電極１６Ａ、１６Ｂが収容される溝１５Ａ、１５Ｂの側壁１５ｃの底辺の長さｗ１より大きくなるように設定されていることが好ましい。
【００２８】
また、上記半田による導電接続とは、上記端子電極１６Ａ、１６Ｂと上記コイル導線１２の端部１３Ａ、１３Ｂとが、半田を介して導電接続されている箇所を有しているものであればばよく、半田のみで導電接続されているものに限らない。例えば、端子電極１６Ａ、１６Ｂと上記コイル導線１２の端部１３Ａ、１３Ｂとが熱圧着により金属間結合で接合された箇所を有するとともに、該接合箇所を覆うように半田で被覆された構造を有しているものであってもよい。
【００２９】
外装部材１８は、磁性粉含有樹脂が、巻線型インダクタ１０の使用温度範囲において粘弾性を有していることが好ましい。より具体的には、硬化時の物性として温度に対する剛性率の変化において、ガラス状態からゴム状態に移行する過程におけるガラス転移温度が１００〜１５０℃の磁性粉含有樹脂を良好に適用することができる。上記磁性粉含有樹脂に用いる樹脂としては、シリコン樹脂を良好に適用することができ、コア部材１１の上鍔部１１ｂ、下鍔部１１ｃ間に磁性粉含有樹脂を装入する工程におけるリードタイムを短縮するためには、例えばエポキシ樹脂とカルボキシル基変性プロピレングリコールとの混合樹脂を適用することがより好ましい。
【００３０】
また、外装部材１８は、透磁率が１〜２５に設定されていることが好ましい。ここで、外装部材１８を構成する磁性粉含有樹脂に含有される磁性粉としては、種々の磁性粉を用いることができるが、上記のような透磁率を実現するための磁性粉として、例えばコア部材１１を構成する軟磁性合金粒子と同一の組成及び構造を有する磁性粉末や、当該磁性粉末を含有するもの、あるいは、Ｎｉ−ＺｎフェライトもしくはＭｎ−Ｚｎフェライトからなるものを用いることが好ましい。なお、磁性粉として、コア部材１１を構成する軟磁性合金粒子と同一の組成を有する磁性粉末や、当該磁性粉末を含有するものを用いる場合には、当該磁性粉の平均粒径は、概ね５〜３０μｍ程度であることが好ましい。また、磁性粉含有樹脂における当該磁性粉の含有量は、概ね０〜９４ｗｔ％程度であることが好ましい。
【００３１】
そして、本実施形態に係る巻線型インダクタ１０は、上述したような構成に加え、次のような構成を有していることを特徴としている。
すなわち、本実施形態に係る巻線型インダクタ１０においては、上記コア部材１１が、鉄（Ｆｅ）と、ケイ素（Ｓｉ）と、鉄よりも酸化しやすい元素を含有する軟磁性合金の粒子群から構成され、各軟磁性合金粒子の表面には、当該軟磁性合金粒子が酸化した酸化層が形成され、当該酸化層は当該軟磁性合金粒子に比較して、上記鉄よりも酸化しやすい元素を多く含み、粒子同士が当該酸化層を介して結合されていることを特徴としている。特に、本実施形態においては、上記鉄よりも酸化しやすい元素として、クロム（Ｃｒ）を適用する。すなわち、コア部材１１は、鉄とケイ素とクロムを含有する軟磁性合金粒子の集合体により構成されている。ここで、軟磁性合金粒子は、少なくともクロムが２〜１５ｗｔ％含有されている。また、軟磁性合金粒子の平均粒径は、概ね５〜３０μｍ程度であることがより望ましい。
【００３２】
このように、コア部材１１を構成する軟磁性合金粒子におけるクロムの含有率や、当該軟磁性合金粒子の平均粒径を上記の範囲内に設定することにより、高い飽和磁束密度Ｂｓ（１．２Ｔ以上）と高い透磁率μ（３７以上）を実現することができるとともに、１００ｋＨｚ以上の周波数においても、粒子内で渦電流損失が生じることを抑制することができる。
【００３３】
また、本実施形態に係る巻線型インダクタ１０においては、上記端子電極１６Ａ、１６Ｂが、銀（Ａｇ）粉末と、白金（Ｐｔ）粉末と、ガラスフリットと、を含む電極ペーストを上記コア部材１１の下鍔部１１ｃの底面１１Ｂに塗布した後、コア部材１１を熱処理することにより形成されたものであることを特徴としている。特に、本実施形態においては、コア部材１１と銀−白金の合金からなる導電層１６ａとの界面に、後述するように、コア部材１１の一部と電極ペースト中に含まれるガラスフリットとの反応層１６ｄと、電極ペースト中に含まれるガラスフリットによるガラス層１６ｅとを有している。ここで、反応層１６ｄは、ガラスフリットとコア部材１１の一部が化学反応を起こし、互いに交じり合って存在する層であり、主として軟磁性合金粒子とガラスフリットとで構成されている。これらの反応層１６ｄ及びガラス層１６ｅは、上記コア部材１１と、銀−白金の合金からなる導電層１６ａとを相互に結合する領域を有している。本実施形態においては、導電層１６ａを構成する銀−白金の合金に占める白金の比率は概ね１０％以下に設定されている。
【００３４】
このように、コア部材１１が上述したように、酸化膜が形成された軟磁性合金の粒子群の集合体により構成され、該コア部材１１の下鍔部１１ｃの底面１１Ｂに設けられる端子電極が、銀−白金を含む合金により構成されていることにより、コア部材１１と端子電極間の接着強度、及び、コイル導線と端子電極間の接着強度を向上させることができるとともに、コイル導線と端子電極間の良好な電気的接続を実現することができる。
【００３５】
（巻線型インダクタの製造方法）
次に、上述した巻線型インダクタの製造方法について説明する。
図４は、本実施形態に係る巻線型インダクタの製造方法を示すフローチャートである。また、図５は、本実施形態に係る巻線型インダクタのコア部材と端子電極との境界部（電極接着部）の断面を示す模式図である。
【００３６】
上述した巻線型インダクタは、図４に示すように、概略、コア部材製造工程Ｓ１０１と、端子電極形成工程Ｓ１０２と、コイル導線巻回工程Ｓ１０３と、外装工程Ｓ１０４と、レーザー被膜剥離工程Ｓ１０５、コイル導線接合工程Ｓ１０６と、を経て製造される。
【００３７】
（ａ）コア部材製造工程Ｓ１０１
コア部材製造工程Ｓ１０１においては、まず、鉄（Ｆｅ）と、ケイ素（Ｓｉ）と、クロム（Ｃｒ）とを所定の比率で含有する軟磁性合金の粒子群を原料粒子として、所定の結合剤を混合して所定の形状の成形体を形成する。具体的には、クロム２〜１５ｗｔ％、ケイ素０．５〜７ｗｔ％、残部に鉄を含有する原料粒子に、例えば熱可塑性樹脂などの結合剤（バインダ）を添加し、攪拌混合させて造粒物を得る。次いで、この造粒物を粉末成形プレスを用いて圧縮成形して成形体を形成し、例えば研削ディスクを用いてセンターレス研摩により上鍔部１１ｂ及び下鍔部１１ｃ間に、柱状の巻芯部１１ａが形成されるように凹部を形成してドラム形の成形体を得る。
【００３８】
次いで、得られた成形体を焼成する。具体的には、上記成形体を大気中で４００〜９００℃で熱処理する。このように、大気中で熱処理を行うことで、混合した熱可塑性樹脂を脱脂（脱バインダ処理）するとともに、もともと粒子中に存在し熱処理により表面に移動してきたクロムと、粒子の主成分である鉄を酸素と結合させながら、金属酸化物からなる酸化層を粒子表面に生成させ、かつ、隣接する粒子の表面の酸化層同士を結合させる。生成された酸化層（金属酸化物層）は、主に鉄とクロムからなる酸化物であり、粒子間の絶縁を確保しつつ、軟磁性合金粒子の集合体からなるコア部材１１を提供することができる。
【００３９】
ここで、上記原料粒子の例としては、水アトマイズ法で製造した粒子を適用することができ、原料粒子の形状の例として、球状、扁平状があげられる。また、上記熱処理において、酸素雰囲気下での熱処理温度を上昇させると、結合剤が分解し、軟磁性合金の粒子が酸化される。このため、成形体の熱処理条件として、大気中、４００〜９００℃で、１分以上保持することが好ましい。この温度範囲内で熱処理を行うことにより、優れた酸化層を形成することができる。より好ましくは、６００〜８００℃である。大気中以外の条件、例えば、酸素分圧が大気と同程度の雰囲気中で熱処理してもよい。還元雰囲気又は非酸化雰囲気では、熱処理により金属酸化物からなる酸化層の生成が行われないため、粒子同士が焼結し体積抵抗率が著しく低下する。また、雰囲気中の酸素濃度、水蒸気量については特に限定されないが、生産面から考慮すると、大気あるいは乾燥空気であることが望ましい。
【００４０】
上記熱処理において、４００℃を越える温度に設定することにより、優れた強度と優れた体積抵抗率を得ることができる。一方、熱処理温度が９００℃を超えると、強度は増加するものの、体積抵抗率の低下が発生する。また、上記熱処理温度での保持時間は、１分以上とすることにより鉄とクロムを含む金属酸化物からなる酸化層が生成されやすい。ここで、酸化層厚は一定値で飽和するため保持時間の上限はあえて設定しないが、生産性を考慮し２時間以下とすることが妥当である。
【００４１】
このように、熱処理温度、熱処理時間、熱処理雰囲気中の酸素量等により、酸化層の形成を制御することができるので、熱処理条件を上記範囲とすることにより、優れた強度と優れた体積抵抗率を同時に満たし、酸化層を有する軟磁性合金粒子の集合体からなるコア部材１１を製造することができる。
【００４２】
なお、上記ドラム形の成形体は、原料粒子を含む造粒物により形成された成形体の周側面に、センターレス研摩により凹部を形成して得る方法に限定するものではなく、例えば、上記の造粒物を粉末成形プレスを用いて乾式一体成形することによりドラム形の成形体を得ることもできる。また、コア部材１１のさらに他の製造方法としては、上述したように、予めドラム形の成形体を準備して焼成する方法に限定するものではなく、例えば、上記の造粒物により形成された成形体（周側面に凹部が形成されていない成形体）を準備した後、脱バインダ処理を行い、所定の温度で焼成した後に、当該焼結体の周側面にダイヤモンドホイール等を用いて凹部を切削加工により形成するものであってもよい。
【００４３】
また、コア部材１１の底面１１Ｂへの溝１５Ａ、１５Ｂの形成方法は、上記コア部材１１の製造工程において、原料粒子を含む造粒物により成形体を形成する際に、押型の表面に予め一対の突条を設けておき、該成形体の成形と同時に形成する方法のほか、例えば、得られた成形体の表面に切削加工を施して一対の溝を形成するものであってもよい。
【００４４】
（ｂ）端子電極形成工程Ｓ１０２
次いで、端子電極形成工程Ｓ１０２においては、上記コア部材１１の下鍔部１１ｃの底面１１Ｂに形成された溝１５Ａ、１５Ｂに、銀（Ａｇ）粉末と、白金（Ｐｔ）粉末と、ガラスフリットとを含む電極ペーストを塗布した後、コア部材１１を熱処理することにより、端子電極１６Ａ、１６Ｂを形成する。
【００４５】
ここで、電極ペーストの塗布方法としては、例えばローラー転写法やパッド転写法等の転写法、スクリーン印刷法や孔版印刷法等の印刷法のほか、スプレー法やインクジェット法等を適用することができる。なお、端子電極１６Ａ、１６Ｂの幅方向の縁部１６Ｅが、上記溝１５Ａ、１５Ｂの側壁１５ｃに規制されて、安定した幅寸法１６Ｗを有する端子電極１６Ａ、１６Ｂを形成するためには、転写法を用いる方がより好ましい。
【００４６】
また、電極ペーストにおける銀と白金の比率は、例えば９９：１に設定され、電極ペーストにおける銀−白金の金属含有量は、例えば概ね７８％に設定され、さらに、電極ペーストにおけるガラスの含有量は、概ね２〜３％に設定されている。電極ペーストにおけるガラスは、例えばケイ素（Ｓｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、カルシウム（Ｃａ）等からなるガラス及び金属酸化物を含む組成を有している。また、下鍔部１１ｃの底面１１Ｂに電極ペーストを塗布した後のコア部材１１の熱処理（電極焼き付け処理）は、例えば、大気雰囲気中で、７５０〜９００℃の温度条件で実行される。
【００４７】
このような端子電極１６Ａ、１６Ｂの形成方法により、コア部材１１と銀−白金の合金からなる導電層１６ａとの界面に、図５に示すように、コア部材１１の表面から順に、ガラス層１６ｅ、及び、コア部材１１の一部と白金との反応層１６ｄが形成され、コア部材１１と端子電極１６Ａ、１６Ｂの接着強度を向上させることができる。
【００４８】
（ｃ）コイル導線巻回工程Ｓ１０３
次いで、コイル導線巻回工程Ｓ１０３においては、上記コア部材１１の巻芯部１１ａに、被覆導線を所定回数巻回する。具体的には、上記コア部材１１の巻芯部１１ａが露出するように、コア部材１１の上鍔部１１ｂを巻線装置のチャックに固定する。次いで、例えば直径０．１〜０．２ｍｍの被覆導線を下鍔部１１ｃの底面１１Ｂに形成された端子電極１６Ａ、１６Ｂ（又は、溝１５Ａ、１５Ｂ）のいずれか一方側に仮固定した状態で切断してコイル導線１２の一端側とする。その後、上記チャックを回転させて被覆導線を巻芯部１１ａに、例えば３．５〜１５．５回巻回する。次いで、被覆導線を上記端子電極１６Ａ、１６Ｂ（又は、溝１５Ａ、１５Ｂ）の他方側に仮固定した状態で切断してコイル導線１２の他端側とすることにより、巻芯部１１ａにコイル導線１２が巻回されたコア部材１１が形成される。コイル導線１２の一端側及び他端側は、上述した端部１３Ａ、１３Ｂに対応する。
【００４９】
（ｄ）外装工程Ｓ１０４
次いで、外装工程Ｓ１０４においては、上記コア部材１１の上鍔部１１ｂと下鍔部１１ｃとの間であって、巻芯部１１ａの周囲に巻回されたコイル導線１２の外周に、磁性粉含有樹脂からなる外装部材１８が被覆形成される。具体的には、例えばコア部材１１を構成する軟磁性合金粒子と同一の組成を有する磁性粉が含有された磁性粉含有樹脂のペーストをディスペンサーにより、コア部材１１の上鍔部１１ｂ及び下鍔部１１ｃ間の領域に吐出して、コイル導線１２の外周に被覆させる。次いで、例えば１５０℃で１時間加熱して、磁性粉含有樹脂のペーストを硬化させることにより、コイル導線１２を被覆する外装部材１８が形成される。
【００５０】
（ｅ）レーザー被膜剥離工程Ｓ１０５
次いで、レーザー被膜剥離工程Ｓ１０５においては、コア部材１１に巻回されたコイル導線１２の両端部１３Ａ、１３Ｂの絶縁被覆１４を剥離、除去する。具体的には、コア部材１１に巻回されたコイル導線１２の両端部１３Ａ、１３Ｂに所定のエネルギーのレーザー光を照射することにより、コイル導線１２の両端部１３Ａ、１３Ｂ近傍の絶縁被覆１４を形成する樹脂材料を蒸発させて、完全に剥離、除去する。
【００５１】
（ｆ）コイル導線接合工程Ｓ１０６
次いで、コイル導線接合工程Ｓ１０６においては、絶縁被覆１４が剥離されたコイル導線１２の両端部１３Ａ、１３Ｂを、各端子電極１６Ａ、１６Ｂに半田接合して、導電接続する。具体的には、絶縁被覆１４が剥離されたコイル導線１２の両端部１３Ａ、１３Ｂを含む各端子電極１６Ａ、１６Ｂ上に、フラックスを含有する半田ペーストを、例えば孔版印刷法により塗布した後、２４０℃に加熱されたホットプレートにより加熱押圧して、半田を溶融、固着させることにより、コイル導線１２の両端部１３Ａ、１３Ｂが各端子電極１６Ａ、１６Ｂに半田１７Ａ、１７Ｂにより接合される。端子電極１６Ａ、１６Ｂへのコイル導線１２の半田接合後、フラックス残渣を除去する洗浄処理が行われる。
【００５２】
このように、コイル導線１２を端子電極１６Ａ、１６Ｂに半田接合する工程に先立って、コイル導線１２の両端部１３Ａ、１３Ｂの絶縁被覆１４をレーザー剥離することにより、コイル導線１２に対する半田の濡れ性が向上するので、コイル導線１２を端子電極１６Ａ、１６Ｂに良好に導電接続することができるとともに、強固に接合することができる。
【００５３】
（作用効果の検証）
次に、本実施形態に係る巻線型インダクタ及びその製造方法における作用効果について説明する。
ここでは、本実施形態に係る巻線型インダクタにおける作用効果を検証するために、次のようなパラメータ及び組成を有する巻線型インダクタを試料として用いた。
【００５４】
図１に示した巻線型インダクタ１０において、コア部材１１は、表面に酸化膜が形成された、鉄（Ｆｅ）とケイ素（Ｓｉ）と２〜１５ｗｔ％のクロム（Ｃｒ）を含有する軟磁性合金粒子群の集合体により形成した。また、図３に示したコア部材１１の主要な外形寸法として、長さＬ＝３〜５ｍｍ、幅Ｗ＝３〜５ｍｍ、高さＨ＝１．５ｍｍ以下の範囲で設定し、また、コア部材１１の巻芯部１１ａに巻回されるコイル導線１２として、直径０．１〜０．２ｍｍの被覆導線を用い、３．５〜１５．５回の範囲で巻回した。また、端子電極１６Ａ、１６Ｂは、銀に１％の白金を含有する導電層からなり、当該導電層とコア部材との界面には、図５に示したように、コア部材１１の表面から順に、ガラス層１６ｅ、及び、コア部材１１と白金との反応層１６ｄが形成されていることを確認した。さらに、外装部材１８は、コア部材１１を構成する軟磁性合金粒子と同一の組成を有する磁性粉末を含有する磁性粉含有樹脂により形成した。
【００５５】
まず、本実施形態に係る巻線型インダクタにおけるインダクタ特性の優位性について説明する。
図６は、本実施形態に係る巻線型インダクタにおけるインダクタ特性の優位性を説明するための図である。ここで、図６は、本実施形態に係る巻線型インダクタと、メタルコンポジット構造の巻線型インダクタにおける、インダクタンス−直流重畳特性（Ｌ−Ｉdc特性）を示すグラフである。ここで、インダクタンス−直流重畳特性は、インダクタンス値（Ｌ値）に対する直流重畳値（Ｉdc）を示すものであって、当該直流重畳値（Ｉdc）は、インダクタに直流バイアスを流したときに、直流が重畳されて、インダクタンス値が２０％低下した（すなわち−２０％になった）ときの電流値を示すものである。
【００５６】
本実施形態に係るコア部材１１においては、鉄（Ｆｅ）とケイ素（Ｓｉ）と２〜１５ｗｔ％のクロム（Ｃｒ）を含有する軟磁性合金粒子群の集合体を用いることにより、高い透磁率μ（３７以上）、及び、高い飽和磁束密度Ｂｓ（１．２Ｔ以上）を実現することができる。
【００５７】
そして、この高い透磁率μ、及び、高い飽和磁束密度Ｂｓにより、本実施形態に係る巻線型インダクタ１０は、図６に示すように、優れたインダクタ特性（Ｌ−Ｉdc特性）を得ることができる。ここで、図６には、比較対象としてメタルコンポジット構造の巻線型インダクタにおけるインダクタ特性も併記した。なお、メタルコンポジット構造の巻線型インダクタは、既に一般に市販されて種々の電子機器に搭載されているものであって、例えば電源回路等におけるパワーインダクタとして優れたインダクタ特性を有することが、市場において高く評価されているものである。
【００５８】
図６に示すように、本実施形態に係る巻線型インダクタとメタルコンポジット構造の巻線型インダクタにおけるＬ−Ｉdc特性とを比較すると、両者の挙動が近似するとともに、インダクタンス値（Ｌ値）に対する直流重畳値（Ｉdc）が本実施形態に係る巻線型インダクタの方が概ね大きくなるという結果が得られた。このことから、本実施形態に係る巻線型インダクタによれば、比較対象であるメタルコンポジット構造の巻線型インダクタと同等、もしくは、同等以上の優れたインダクタ特性（Ｌ−Ｉdc特性）を有していることが確認された。
【００５９】
したがって、本実施形態によれば、より大きい電流を流すことができる優れた特性を有する巻線型インダクタや、小型の外形寸法を有するコア部材で同等の電流値の電流を流すことができる低背実装が可能な巻線型インダクタを実現することができる。このような巻線型インダクタは、パワーインダクタ等に適用して極めて有効である。また、この場合、軟磁性合金の粒子を樹脂又はガラスで結合させたメタルコンポジット構造の巻線型インダクタとは異なり、樹脂もガラスも使用することなく、また、大きな圧力をかけて成形する必要もないので、既存の製造プロセスの大幅な変更を伴うことなく、簡易かつ低コストな製造方法により上記の特性を有する巻線型インダクタを製造することができる。加えて、本実施形態に係る巻線型インダクタのコア部材においては、高い飽和磁束密度を維持しつつ、大気中での熱処理後においても、コア部材表面へのガラス成分等の浮き出しが防止されるので、メタルコンポジット構造に比較して、高い寸法安定性を有する小型の巻線型インダクタを実現することができる。
【００６０】
次に、本実施形態に係る巻線型インダクタにおける実装強度の優位性について説明する。ここでは、比較対象として、上述したコア部材１１が周知のフェライトコアからなり、また、端子電極１６Ａ、１６Ｂが銀を含有する導電層からなる場合の実装強度を示して、比較検証する。
【００６１】
図７は、巻線型インダクタの回路基板への実装状態、及び、剥離強度試験（実装強度試験）の方法を説明するための図であり、図８は、本実施形態に係る巻線型インダクタにおける実装強度の優位性を説明するための図である。ここで、図８は、本実施形態に係る巻線型インダクタと、フェライトコアを用いた巻線型インダクタにおける剥離強度試験の実測データの分布範囲と平均値を示すグラフである。
【００６２】
まず、上述したようなパラメータ及び組成を有する巻線型インダクタ１０を、図７に示すように、例えばガラス−エポキシ樹脂基板２１上に銅箔からなる実装ランド２２が形成された回路基板２０上に、半田接合して実装する。ここで、実装ランド２２への巻線型インダクタ１０の実装方法は、回路基板２０上にクリーム半田を印刷した後、実装ランド２２上に巻線型インダクタ１０を搭載し、２４５℃に加熱してリフロー半田付け処理して実装した。
【００６３】
そして、巻線型インダクタ１０が実装された回路基板２０に対して、図７に示すように、巻線型インダクタ１０をその側面（図面左方）から回路基板２０の上面と平行に矢印方向に剥離強度試験装置の治具で加圧して、巻線型インダクタ１０の剥離強度試験（実装強度試験）を行った。その実験結果を図８に示す。ここで、図８には、比較対象としてフェライトコアを用いた巻線型インダクタにおける剥離強度試験の実測データも併記した。なお、銀からなる端子電極を有するフェライトコアを用いた巻線型インダクタは、既に一般に市販されて種々の電子機器に搭載されているものであって、実装強度をはじめ、様々な信頼性試験において、市場の高い評価を受けているものである。
【００６４】
図８に示すように、上述した剥離強度試験によれば、本実施形態に係る巻線型インダクタ（図中、「（Fe-Cr-Siコア−銀・白金電極）」と表記）においては、剥離強度（実装強度）の最小値が１４７．０Ｎ、最大値が２１９．７Ｎであり、その平均値は約１９１．８Ｎであった。一方、比較対象であるフェライトコアを用いた巻線型インダクタ（図中、「フェライトコア−銀電極」と表記）においては、剥離強度（実装強度）の最小値が１３０．３Ｎ、最大値が２２２．４Ｎであり、その平均値は約１７１．３Ｎであった。このことから、本実施形態に係る巻線型インダクタが実装された回路基板２０によれば、平均値比較で、比較対象であるフェライトコアを用いた巻線型インダクタと同等、もしくは、同等以上の剥離強度（実装強度）を有していることが確認された。
【００６５】
したがって、本実施形態によれば、軟磁性合金粒子群の集合体により構成されたコア部材に対して、銀に１％の白金を含有する導電層からなる端子電極を適用することにより、回路基板への実装時に、製造歩留まり及び信頼性の高い巻線型インダクタを実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明は、回路基板上への面実装が可能な小型化された巻線型インダクタに好適である。特に、大電流を流すパワーインダクタ等に適用した場合、特性及び信頼性の向上と低背実装を両立させることができ極めて有効である。
【符号の説明】
【００６７】
１０ 巻線型インダクタ
１１ コア部材
１１ａ 巻芯部
１１ｂ 上鍔部
１１ｃ 下鍔部
１２ コイル導線
１３ 金属線
１４ 絶縁被覆
１５Ａ、１５Ｂ 溝
１６Ａ、１６Ｂ 端子電極
１６ｄ 反応層
１６ｅ ガラス層
１７Ａ、１７Ｂ 半田
１８ 外装部材
２０ 回路基板
２２ 実装ランド
Ｓ１０１ コア部材製造工程
Ｓ１０２ 端子電極形成工程
Ｓ１０３ コイル導線巻回工程
Ｓ１０４ 外装工程
Ｓ１０５ レーザー被膜剥離工程
Ｓ１０６ コイル導線接合工程
【特許請求の範囲】
【請求項１】
柱状の巻芯部及びその両端に設けられた一対の鍔部を有するコア部材と、該コア部材の前記巻芯部に巻回されたコイル導線と、前記鍔部の外表面に設けられ、前記コイル導線の両端部が接続された一対の端子電極と、前記コイル導線部の外周を被覆する外装部材と、を備え、
前記コア部材は、鉄とケイ素とクロムを含有する軟磁性合金の粒子群から構成され、各軟磁性合金粒子の表面には当該軟磁性合金粒子の酸化層があり、当該酸化層は当該軟磁性合金粒子に比較して前記クロムを多く含み、粒子同士は前記酸化層を介して結合され、
前記軟磁性合金は、前記クロムが２〜１５ｗｔ％含有され、
前記端子電極は、銀と白金を含む合金及びガラスフリットから構成されていることを特徴とする巻線型インダクタ。
【請求項２】
前記合金は、含有金属に占める前記白金の比率が概ね１０％以下であることを特徴とする請求項１記載の巻線型インダクタ。
【請求項３】
前記端子電極は、少なくとも、前記銀と前記白金を含む合金層と、該合金層と前記コア部材との間に介在する前記コア部材と前記ガラスフリットの反応層と、ガラス層と、から構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の巻線型インダクタ。
【請求項４】
前記外装部材は、磁性粉を含む樹脂材料から構成され、所定の透磁率を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の巻線型インダクタ。
【請求項５】
前記外装部材に含まれる磁性粉は、前記コア部材の原料と同一であることを特徴とする請求項４記載の巻線型インダクタ。
【請求項６】
前記外装部材に含まれる磁性粉は、Ｎｉ−ＺｎフェライトもしくはＭｎ−Ｚｎフェライトからなることを特徴とする請求項４に記載の巻線型インダクタ。
【請求項７】
前記外装部材は、透磁率が１〜２５であることを特徴とする請求項４乃至６のいずれかに記載の巻線型インダクタ。
【請求項８】
柱状の巻芯部及びその両端に設けられた一対の鍔部を有するコア部材と、該コア部材の前記巻芯部に巻回されたコイル導線と、前記鍔部の外表面に設けられ、前記コイル導線の両端部が接続された一対の端子電極と、前記コイル導線部の外周を被覆する外装部材と、を備えた巻線型インダクタの製造方法において、
鉄とケイ素とクロムを含有する軟磁性合金の粒子群の、各軟磁性合金粒子の表面に当該軟磁性合金粒子を酸化して、当該軟磁性合金粒子に比較して前記クロムを多く含む酸化層を生成し、前記粒子同士が前記酸化層を介して結合された前記コア部材を製造する工程と、
前記コア部材の外表面に、銀と白金を含む金属粉末、及び、ガラスフリットを含む電極ペーストを塗布する工程と、
前記コア部材を熱処理して、少なくとも、前記銀と前記白金を含む合金層と、該合金層と前記コア部材との間に介在する前記コア部材と前記ガラスフリットの反応層と、ガラス層と、から構成される前記端子電極を形成する工程と、
を含み、
前記コア部材を構成する前記軟磁性合金は、前記クロムを２〜１５ｗｔ％含有し、
前記端子電極を構成する前記金属粉末は、前記白金の比率が概ね１０％以下であることを特徴とする巻線型インダクタの製造方法。
【請求項９】
前記端子電極が形成された前記コア部材の前記巻芯部に、前記コイル導線を巻回する工程と、
磁性粉を含む樹脂材料から構成され、所定の透磁率を有する前記外装部材により前記コイル導線部の外周を被覆する工程と、
前記コイル導線の前記両端部にレーザー光を照射して、前記コイル導線の被膜を剥離する工程と、
前記被膜が剥離された前記コイル導線を前記端子電極に半田接合する工程と、
をさらに含むことを特徴とする請求項８記載の巻線型インダクタの製造方法。
【請求項１】
柱状の巻芯部及びその両端に設けられた一対の鍔部を有するコア部材と、該コア部材の前記巻芯部に巻回されたコイル導線と、前記鍔部の外表面に設けられ、前記コイル導線の両端部が接続された一対の端子電極と、前記コイル導線部の外周を被覆する外装部材と、を備え、
前記コア部材は、鉄とケイ素とクロムを含有する軟磁性合金の粒子群から構成され、各軟磁性合金粒子の表面には当該軟磁性合金粒子の酸化層があり、当該酸化層は当該軟磁性合金粒子に比較して前記クロムを多く含み、粒子同士は前記酸化層を介して結合され、
前記軟磁性合金は、前記クロムが２〜１５ｗｔ％含有され、
前記端子電極は、銀と白金を含む合金及びガラスフリットから構成されていることを特徴とする巻線型インダクタ。
【請求項２】
前記合金は、含有金属に占める前記白金の比率が概ね１０％以下であることを特徴とする請求項１記載の巻線型インダクタ。
【請求項３】
前記端子電極は、少なくとも、前記銀と前記白金を含む合金層と、該合金層と前記コア部材との間に介在する前記コア部材と前記ガラスフリットの反応層と、ガラス層と、から構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の巻線型インダクタ。
【請求項４】
前記外装部材は、磁性粉を含む樹脂材料から構成され、所定の透磁率を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の巻線型インダクタ。
【請求項５】
前記外装部材に含まれる磁性粉は、前記コア部材の原料と同一であることを特徴とする請求項４記載の巻線型インダクタ。
【請求項６】
前記外装部材に含まれる磁性粉は、Ｎｉ−ＺｎフェライトもしくはＭｎ−Ｚｎフェライトからなることを特徴とする請求項４に記載の巻線型インダクタ。
【請求項７】
前記外装部材は、透磁率が１〜２５であることを特徴とする請求項４乃至６のいずれかに記載の巻線型インダクタ。
【請求項８】
柱状の巻芯部及びその両端に設けられた一対の鍔部を有するコア部材と、該コア部材の前記巻芯部に巻回されたコイル導線と、前記鍔部の外表面に設けられ、前記コイル導線の両端部が接続された一対の端子電極と、前記コイル導線部の外周を被覆する外装部材と、を備えた巻線型インダクタの製造方法において、
鉄とケイ素とクロムを含有する軟磁性合金の粒子群の、各軟磁性合金粒子の表面に当該軟磁性合金粒子を酸化して、当該軟磁性合金粒子に比較して前記クロムを多く含む酸化層を生成し、前記粒子同士が前記酸化層を介して結合された前記コア部材を製造する工程と、
前記コア部材の外表面に、銀と白金を含む金属粉末、及び、ガラスフリットを含む電極ペーストを塗布する工程と、
前記コア部材を熱処理して、少なくとも、前記銀と前記白金を含む合金層と、該合金層と前記コア部材との間に介在する前記コア部材と前記ガラスフリットの反応層と、ガラス層と、から構成される前記端子電極を形成する工程と、
を含み、
前記コア部材を構成する前記軟磁性合金は、前記クロムを２〜１５ｗｔ％含有し、
前記端子電極を構成する前記金属粉末は、前記白金の比率が概ね１０％以下であることを特徴とする巻線型インダクタの製造方法。
【請求項９】
前記端子電極が形成された前記コア部材の前記巻芯部に、前記コイル導線を巻回する工程と、
磁性粉を含む樹脂材料から構成され、所定の透磁率を有する前記外装部材により前記コイル導線部の外周を被覆する工程と、
前記コイル導線の前記両端部にレーザー光を照射して、前記コイル導線の被膜を剥離する工程と、
前記被膜が剥離された前記コイル導線を前記端子電極に半田接合する工程と、
をさらに含むことを特徴とする請求項８記載の巻線型インダクタの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−４５９２８（Ｐ２０１３−４５９２８Ａ）
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８３４４４（Ｐ２０１１−１８３４４４）
【出願日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【出願人】（０００２０４２８４）太陽誘電株式会社 (964)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【出願人】（０００２０４２８４）太陽誘電株式会社 (964)
【Ｆターム（参考）】
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