JPH01321607A - インダクタンス素子ならびにその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は各種電子機器に利用されるインダクタンス素子
およびその製造方法に関するものである。

従来の技術 従来のインダクタンス素子は、第５図に示すように、磁
芯又は空芯ボビン１に絶縁被覆を有する銅線２を巻線し
端子３に接続してコイルを形成し、これらを樹脂４で封
止成形した巻線型が主流を占めている。

近年、電子機器の軽薄短小化に伴い、電子部品の高密度
実装が進みそれに使われる電子部品の小型化、薄型化が
強く要求されている。

こうした中で、上述の巻線型インダクタンス素子は開磁
路型であるため、特性を示すインダクタンス値りおよび
Ｑ値をそのままの大きさで形状を小型化薄型化するのは
難しかったが、成形樹脂の中に軟磁性体であるフェライ
ト粉末を混入して閉磁路型にすることにより、小型化薄
型化が図られ実用化さｎている。また、この閉磁路型は
、磁気遮蔽効果があり周辺部品への磁束の漏わが少なく
、高密度実装が可能であり、今後の発展が期待さルてい
る。

この閉磁路型に用いられているフェライト粉末は平均粒
径で１〜１１μｍと細かい（Ｗ開昭６４−１２９３５７
号、特開昭５４−１６３３５４号参照）。こうした細か
い粒径の粉末が用いられている理由は、フェライトの仮
焼ベレットを粉砕機にかけるとちょうどこの大きさの粒
子になり易いためと、樹脂中に混入分散しやすいためと
考えられる。

尚、フェライト粉末の混入率は、磁気特性の観点から多
いほど好ましいが、成型のやり易さや成型硬化後の機械
的強度の点から、現状では体積チで３０〜７５％の範囲
になっている。

発明が解決しようとする課題 既に述べたように、電子部品の高密度面実装化に伴い、
抵抗、コンデンサの小型化薄型化が進むなかで、インダ
クタンス素子は閉磁路型にすることにより小型化薄型化
されたとは言えまだまだ体積は大きく、高さも高いため
小型化薄型化が強く望まれている。

巻線型インダクタンス素子において、この要望に応じる
ためには、閉磁路型インダクタンス素子の樹脂とフェラ
イト粉本とからなる対土成形部分を高特性化することが
必要で、本発明はこの部分を高透磁率化した高特性のイ
ンダクタンス素子または現状の閉磁路型を更に小型化薄
型化したインダクタンス素子を提供することを目的とし
ている。

課題を解決するための手段 上記課題を解決するために１本発明のインダクタンス素
子は、樹脂中に混入するフェライト粉本を、主として２
０μｍ〜２１０μｍの粒径の粉末で構成し、このフェラ
イト粉末を混入した樹脂で対土成形されている構成とし
たものである。

また、この２０〜２１０μｍのフェライト粉末が主とし
て０．５〜１０μｍの微粒子の集合焼結体で構成したも
のである。

さらに、その製造方法は、主として２０〜２１０μｍの
粒径の粉末からなるフェライト粉本を合成樹脂と混合混
練し、この混合混練物で空芯コイルあるいは磁芯入クコ
イルを対土成形し、必要に応じて固化する製造方法とし
たものである。

作用 フェライト粉末は、主に仮焼ベレットを粉砕して作られ
ており、その磁気特性、特に保磁力は、焼結体が０．１
０ａ程度と小さいのに対して、粉末では１０００程度と
略２桁はども大きくなり、このために、軟磁性材料とし
ての詳細な検討はなされていない。本発明者らは、そこ
で粉末の粒径と保磁力との関係について調べたところ、
粒径が大きくなるに従って保磁力が下がっており、粒径
の大きな粉末が、小さな粒径の粉末に比べて、軟磁性材
料として優れていることが判明した。本発明はこの事実
に基づいてなされたものである。磁性体の透磁率μはそ
の保磁力Ｈａと反比例の関係にあり、また、インダクタ
ンスＬは、磁芯材料のμと比例関係にあるのでｌ、　Ｑ
ＣＨｅ−’の関係にある。

以上を踏まえてなされた実験結果から、特に２０〜２１
０μｍの粒径の粉末を用いることにより、従来のおおよ
そ１０μｍ以下の粉末を用いた場合と比べると、インダ
クタンスＬは、少なくとも１０チ以上、適切な粒径の場
合には７０％以上大きくなる。

従って、Ｌを同じ大きさにして、インダクタンス素子の
大きさを上述のＬの増加分だけ小さくすることができる
。すなわち現状の素子より高さを１０％以上又、条件を
選べば７０チ以上低くすることができる。

実施例 以下、本発明について、実験例および実施例にて、詳細
に説明する。

実験例 Ｆｅ２Ｏ３，ＮｉＯ、ＺｎＯがそれぞＡ４９，１８゜３
ａ　ｍｏ１％と表わさｎる組成でそれに少量の添加物を
含んでいるＮｉ　−Ｚｎ系フェライトの仮焼ベレットを
粉砕機にかけて粉砕した後、分級機にて、５μｍ未満、
５μｍ〜１０μｍ　、１０μｍ〜２０μｍ。

２０μｍ以上の粉末に分けた。２ａμｍ１以上について
は、ふるいにて２０μｍ〜４６μｍ　、　４５１ｔｍ〜
１０５μｍ、１０５μｍ〜１５０μｍ、１５０μｍ〜２
１０μｍ　、２１０μｍ〜３００μｍ１３００μｍ以上
の粉末に分けた。

これら分類した粉末を少量のバインダーを入れて棒状に
固め、試料振動磁気測定装置（ＶＳＭ　）にて保磁力Ｈ
ａ　を測定した。加えた磁場は反磁界を考慮して６ｏ○
Ｏｅとした。測定結果を第３図に示す。保磁力は粒径が
小さいと犬きぐ、５μｍ未満では１４００もあり、粒径
が太きくなるに従って低下し、特に２０μｍ以上ではｓ
ｏｅ前後となり、これ以上粒径を犬きくしてもＨａ　の
低下は少なかった。

この結果から、現在インダクタンス素子の成型樹脂に混
入されているフェライト粉末がおおよそ１〜１０μｍで
あることから、現在使用されているフェライト粉末のＨ
ａは１０〜１４０ｅと大きいことが明らかとなった。こ
の粉末の粒径を大きくすれば、たとえば２０μｍ以上に
すれば、ＨＣを４〜５０ｅ　程度に下げることができ、
インダクタンスＬを上げることができる。

これらの粉末の状態を走査型電子顕微鏡で観察したとこ
ろ、第４図ａ、ｂに示すように、１ｏμｍ以下の粉末の
多くは、１個のきれいな再結晶粒子であったが、２０μ
ｍ以上の大きな粒径の粉末は、主として０．５〜１０μ
ｍの微粒子の集合焼結体であった。特に微粒子は２〜３
μｍの大きさの粒子が大部分を占めており、このことは
、２０μｍ以上の粒径の粉末のＨｃ　が、粒径が増して
いるにもかかわらずＨａがそれ程下らないことと合致し
ているように思われる。すなわち、仮焼により粉末は約
１０μｍ粒子まで再結晶成長する。これ以上の粉末は再
結晶粒子の集合体でそれぞれは一部分または大部分がぐ
っついて焼結している。集合焼結体としての粉末の大き
さは、粉砕によって自在の大きさにでき、粉砕を十分に
行えば現在使用のフェライト粉末の大きさ、すなわち１
〜１０μｍの粉末に比較的容易になるものと思われる。

こ几までの焼結体の経験から言えば、焼結体では保磁力
は結晶粒の大きさ、すなわちこ“こての再結晶粒子の大
きさによって決まってしまうものであるが、粉末の場合
には本実験の結果から再結晶粒子の集合焼結体の形態に
すると、保磁力を下げることができる。しかしながら、
その大きさは２０μｍ以上であれば、保磁力は下るもの
の、更に集合焼結体の粒径を太きくしていっても大きな
低下はなく、わずかな低下にとどまり、それは集合焼結
体を構成する再結晶粒子の大きさによるものと思われる
。

以上の結果から、これらの粉末のうちの大きな粉末を使
えば、インダクタンス素子の特性を向上させることが予
想されたので、第１図に示すようにこれらの粉末にエポ
キシ樹脂６重量％を混ぜて混練し、これらで空芯コイル
５を対土成形してその特性り、Ｑｅ測測定ることにした
。用いた空芯コイル５は銅線直径３０μｍの絶縁支援銅
線を内径０．８ｍｍ１高さ０．６ｍｍの形状で８０タ一
ン巻いたもので外径はおおよそ１．４ｍｍであった。こ
の空芯コイル５の両端に端子６を接続したものを金型内
に置き、フェライト粉末とエポキシ樹脂７の混練物をつ
めて成形し固化させて、長、さ３．２ｍｍ、幅２．５ｍ
ｍ、高さ２．２　ｍｍの大きさのインダクタンス素子に
仕上げた。測定結果を第２Ｎに示す。インダクタンスＬ
については０．１〜１０Ｍ）ｈ帯域ではおおよそ一定で
あるのでＩ　Ｍ比の値で代表させ空芯コイルのままの値
Ｌｏ　　との比で表わした。第２図から明らかなように
現行の１０μｍ以下の粉末ではＬ／Ｌｏは３．８以下で
あるのに対して、２０／ｊｍ〜２１０μｍの粒径で明ら
かな向上が認められる。

特に１０６μｍ〜１６０μｍの粒径の粉末ではＬ／ＩＪ
。

は６．６に達し１０μｍ以下に対して７３チの向上とな
る。２１０Ｉ１ｍ以上になると急激にＬ　／　Ｌ　ｏが
低下するのは、空芯コイル５の内径が０．８ｍｍと小さ
いため、粉本形状が犬きくなると空芯コイルの内側に十
分につまらなくなって充填率が低くなるためと考えられ
る。Ｑについては２．６〜３ＭＨ，で最大となり、その
値Ｑｍａｘを第２図に記載したが、インダクタンス素子
としては４０以上あれば使用上さしつかえなく、特に２
０μｍ〜２１０μｍではほぼ６０に達し良好であった。

以上からフェライト粉末の粒径を２０μｍ〜２１０μｍ
にすることにより、インダクタンス素子の特性を向上さ
せることができ、Ｌで１８％〜７３％増すことができる
ことが明らかとなった。

以上はＮｉ　−Ｚｎ系フェライトを用いて行った実験の
代表例であるが、勘−Ｚｎ系、Ｎ１−Ｇｕ−Ｚｎ系及ヒ
Ｍｇ　−Ｃｕ　−Ｚｎ系について行なった実験において
も粒径については同様の傾向の結果を得た。

また、分級機やふるいにて分類した粉末について、粒度
分布計にかけてその分布を調べたところ、略粒径の小さ
な粒子側の量が多く、また、制限した粒径より小さな粒
子が混入しており、その量は２〜Ｓ　ｗｔ％あり、大き
い粒子のものもわずかであるが混入していた。小さな粒
径の粒子は大きな粉末に吸着していて分級の際に混ざっ
たものや１分級後の処理で大きな粒径の粉末が割ｎたも
のもあるものと思われる。いずれにしても、制限外の粉
末の量が数多混入していても大勢には影響を及ぼさない
。

さらに、コイルとしては上述の空芯コイル５の代りにド
ラムコアに巻線を施したものを用いてもよい。

次に実施例を示す。

〔実施例１〕 Ｎｉ　−Ｚｎ系の仮焼ベレットｔ”軽く粉砕して１μｍ
〜１０μｍの粒径の粉末と４５μｍ〜１０５／１ｍの粉
末とを得た。これらの粉末にエポキシ樹脂のベースレジ
ン、硬化剤、硬化促進剤及び離型剤等を配合してフェラ
イト粉末が７８　ｗｔ％になるようにし、十分に混合し
てから加熱したロールで混練し急冷し粉砕した。この粉
末を成型機にて直径ｓｍｍ長さ１０ｍｍのタブレットに
した。次にＮｉ−Ｚｎ系焼結体のドラムコアに銅線直径
３０μｍの絶縁反覆銅線Ｋ１−５０ターン巻いてコイル
とし、そのコイルの端部を端子に接着したものを複数個
用意し、金型内に設置し、１７０℃に昇温した後、前述
のフェライト粉末入りのエポキシ樹脂タブレット４を用
いてトランスファー成型機で封止成形し、そのあと１０
０℃で固化処理し長さ３．２ｍｍ、幅１．６ｍｍ　、高
さ１．Ｉｎ＋ｍのインダクタンス素子を作成した。

これらのインダクタンス素子をＬＣＲメータでＬおよび
Ｑｅ測測定た結果、フェライト粉末の粒径が４５μｍ〜
１０５μｍの場合、１　Ｍｌ−１，のインダクタンスＬ
は６８μＨで、比較用として作成した１μｍ〜１０μｍ
の粉末の場合の３８μＨよりも５２チ大きく、フェライ
ト粉末の粒径を大きくした効果が認められた。Ｑ値につ
いては共に２．６ＭＨｚで最高値を示し、その値Ｑｍａ
ｘは４５７ｚｍ〜１０５μｍで５５であり、１μｍ〜１
０μｍの場合の５１よりわずかに向上していた。

〔実施例２〕 Ｍｎ　＝　Ｚｎ系の仮焼ベレソｌ−軽く粉砕して２０μ
ｍ〜１０５μｍの粒径と、１μｍ〜１０μｍの粒径の粉
末を得た。これらの粉末を実施例１と同様のやり方でフ
ェライト粉末の混合比率８５　ｗｔ％に配合してエポキ
シ樹脂と混合混練し、急冷して粉砕し粉末にした。次に
銅線直径３０μｍの絶縁支援銅線を内径ｏ、ｅｍｍ、高
さｏ、２ｍｍの形状で２８タ一ン巻いて空心コイルとし
、その空心コイルの端部を端子に接着したものを複数個
作成した。その−部は横３．２ｍｍ縦１．６ｍｍの孔の
あいた金型の底部に設置し、１μｍ〜１０μｍのフェラ
イト粉末を混入したエポキシ樹脂粉末を入れて高さ１．
１ｍｍに圧縮成型した。他のものは同じ金型を同様に用
いて２０μｍ〜１０５μｍのフェライト粉末を混入した
エポキシ樹脂粉末を入れて高さ０．６　ｍｍに圧縮成型
した。金型から取り出したあと、２種類とも１６０℃で
６時間固化した。そのあと端子部分を折り曲げて成型し
それぞれインダクタンス素子にして、ＬＣＲメータでイ
ンダクタンス値り及びＱ値を測定した。高さが１．１ｍ
ｍ　の素子は１ＭＩ−ＩｚでのＬは１．８μＨであった
が、高さをほぼ半分にした０、６ｍｍ　の゛インダクタ
ンス素子は１．９μＨあった。

Ｑ値は２種類とも２．０Ｍ）ｈで最高となり、その値Ｑ
ｍａｘは１．１ｍｍ素子が３８で０．６ｍｍ素子が４１
であった。磁芯のない空芯コイルを用いることにより素
子の高さを低くすることができ、フェライト粉末を混入
したエポキシ樹脂でコイルの内外を封止成形する際に従
来よシ大きな粒径のフェライト粉末を用いることにより
、高さの高い素子と同等のインダクタンス値を得ること
ができた。

〔実施例３〕 Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎ　　系の仮焼ベレットを軽く粉砕して
、１　μｍ　〜１０　Ｊ！１ｍの粉末と４５μｍ　〜２
１０μｍの粉末を得た。それぞれの一部分について、走
査型電子顕微鏡で観察したところ、１μｍ〜１０μｍの
粉末は、大部分が再結晶化した１個の粒子であったが、
４５μｍ〜２１０１１ｍの粉末は１μｍ〜１０μｍの再
結晶化粒子が集まって部分的に焼結してくっつきあった
形態をなしていた。それぞれの粉末を実施例１と同様の
やり方でフェライト粉末の混合比率’１７２ｗｔ％に配
合してエポキシ樹脂と混合混練して急冷し粉砕した後成
型機で直径８ｆｆ１ｍ長さ１０ｍのタブレットに成型し
た。次にＮｉ−Ｚｎ系焼結体のドラムコアに銅線直径が
３０μｍの絶縁支援銅線で４０タ一ン巻線し、銅線の端
部を端子に接着したものを複数個用意した。これらを金
型に設置してトランスファー成型機に据え、１７０℃に
昇温し前述のフェライト粉末入りエポキシ樹脂タブレッ
トにて封止成型し、金型から取り出したあと、１６０℃
で６時間固化した。その後端子部を折り曲げて長さ３．
２　ｍｍ　、幅１．６ｍｎｎ、高さ１．１ｍｍのインダ
クタンス素子を作成し、ＬＣＲメータにてインダクタン
ス値りおよびＱ値を測定した。

その結果、１μｍ〜１０μｍ粉末を用いた素子では、１
Ｍ１シでのＬば２５μＨであったが４５μｍ〜２１０μ
ｍの粉末では４０μＨで６０％向上していた。Ｑ値は３
．０Ｍ−で最高値を示し、その値Ｑｍａｘは１μｍ〜１
０μｍ粉末では５３．４５　μｍ〜２１０μｍ粉末では
６８であった。

以上のようにエポキシ樹脂を用いた実験例および実施例
を示したが、合成樹脂としては、この外に熱硬化性樹脂
として、不飽和ポリエステル樹脂。

フェノール樹脂など又、熱可塑性樹脂としてナイロン、
ｐｐｓ　、液晶ポリマーなどが使えることは言うまでも
ない。

また、フェライト粉末の混入率については、本発明の粉
末粒径は大きいので、粉末の表面積が小さくなり、粉末
表面に同じ厚さだけ樹脂が付くものとすれば樹脂量は少
なくてすみ、その分だけフェライト粉末の成型樹脂中に
おける比率を上げることができる。実験例ではフェライ
ト粉末の混入率は９６重量％であり、比重を使っての計
算によれば８２体積チとなり、現状の上限の７６体積チ
を越えている。磁気特性を上げるにはフェライト粉末の
混入率をできるだけ上げるのが好ましく、本発明はこの
方向に合致し、樹脂自体の強度の改善および封止成型方
法の改良改革によって更に混入率を上げることのできる
可能性がある。

発明の効果 以上のように、巻線型インダクタンス素子において、フ
ェライト粉末を混入した合成樹脂で空芯コイル又は伍芯
入コイルを封止成形する閉磁路型素子で、フェライト粉
末を２０μｍ〜２１０μｍ＋７）粒径の粉末にすること
により、従来のフェライト粉末を用いた場合に比べて、
インダクタンスＬｉ１ｏ％以上、条件を選べば７０％以
上向上させることができる。また、インダクタンスＬｉ
同じにする場合、素子の大きさヲ、特に高さを、１０％
以上、条件を選べば７０％以上小さくすることができる
。本発明は、高性能化、薄型化、軽量化が望まれている
面実装用インダクタンス素子を提供するものとして工業
的価値の高いものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のインダクタンス素子の一実施例を示す
断面図、第２図はフェライト粉末入りの樹脂で封止成形
されたインダクタンス素子において、１Ｍ１ｌｚでのイ
ンダクタンスＬと空芯コイルのインダクタンスＬ、との
比Ｌ／Ｌｏ及びＱ値の最高値Ｑｍａｘのフェライト粉末
の粒径との関係を示す図、第３図はフェライト粉末の保
磁力と粒径との関係を示す図、第４図ａ、ｂはフェライ
ト粉末の走査型電子顕微鏡写真、第５図は従来のインダ
クタンス素子の代表的な構造を示す模式図である。 ６・・・・・・コイル、６・・・・・・端子、７・・・
・・・樹脂。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名Ｗ＆
１　　図 第２１ＪＡ 敷　Ａ晃　Ｃ２りｍ） 第３図 ！Ｌ程（戸ジ 第４図 （Ｄ−ニア１２．、ｊｌ、ｆ）”−Ｊ＋＝（下、δｔす
大面　契μ・？７Ｌ鍬ト、め粉Ｋ 、喫ｍ 第５図 手続補正書働式） 昭和６３年１０月１３Ｄ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）空芯コイルあるいは磁芯入クコイルがフェライト
   粉末を含有する合成樹脂にて封止成形され、前記フェラ
   イト粉末の粒径が主として２０〜２１０μｍであるイン
   ダクタンス素子。
2. （２）フェライト粉末が、主として０．５〜１０μｍの
   粒径の粒子の集合焼結体からなっている請求項１記載の
   インダクタンス素子。
3. （３）主として２０〜２１０μｍの粒径の粉末からなる
   フェライト粉末を合成樹脂と混合混練し、この混合混練
   物で、空芯コイルあるいは磁芯入クコイルを封止成形し
   、必要に応じて固化することを特徴とするインダクタン
   ス素子の製造方法。