JP6167301B2

JP6167301B2 - コイル部品

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Publication number: JP6167301B2
Application number: JP2013550127A
Authority: JP
Inventors: 中田　俊之; 俊之中田; 智則澁谷; 伸哉松谷
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2011-12-22
Filing date: 2012-12-20
Publication date: 2017-07-26
Anticipated expiration: 2032-12-20
Also published as: WO2013094209A1; CN103999174B; US9478346B2; CN103999174A; US20140253274A1; JPWO2013094209A1

Description

本発明は各種電子機器に使用されるコイル部品に関するものである。

図９と図１０はそれぞれ特許文献１に記載されている従来のコイル部品５００の斜視図と分解斜視図である。図１０に示すように、巻線部１を巻回したボビン２の貫通孔３へ分割磁心４の中脚５が挿入されている。その状態で図９に示すように周囲を樹脂で覆うことによって外装体６を形成することで、コイル部品５００を構成する要素の位置関係の安定性を図る。

図１１Ａはコイル部品５００の底面図である。図１１Ｂはコイル部品５００の断面図である。コイル部品５００では外装体６によって封止することに伴い弊害となり得る熱的な特性劣化、つまりコイル部品の自己発熱に起因する磁気的、および電気的特性の劣化を抑制するために、分割磁心４の一部を外装体６の外側へと露出させる。これによって、巻線部１や分割磁心４に生じた熱をコイル部品の外部へと放出させやすくする。

特開平９−１１５７４４号公報

コイル部品は、磁心と、磁心に巻回された巻線部と、磁心と巻線部とを覆う樹脂からなる外装体とを備える。磁心は、中脚と、外脚と、中脚と外脚とを結合させる連接脚とを有して、圧粉磁性体からなり閉磁路を構成する。巻線部は磁心の中脚に巻回されている。磁心は実装面に当接するように構成された下面を有する。外装体は実装面に対向するように構成された下面を有する。磁心の下面は外装体から露出する磁心露出部を有する。磁心露出部と外装体の下面とは同一平面である。

コイル部品は、磁心の下面に設けられた支持層を備えてもよい。その場合には、磁心露出部と外装体の下面とは同一平面でなくてもよい。

このコイル部品は放熱性の効率を向上させる。

図１は実施の形態におけるコイル部品の断面図である。図２は実施の形態におけるコイル部品の分解斜視図である。図３は実施の形態におけるコイル部品の断面図である。図４Ａは図１に示すコイル部品の下面斜視図である。図４Ｂは実施の形態における他のコイル部品の下面斜視図である。図５は実施の形態におけるさらに他のコイル部品の断面図である。図６Ａは図５に示すコイル部品の下面斜視図である。図６Ｂは実施の形態におけるさらに他のコイル部品の下面斜視図である。図６Ｃは実施の形態におけるさらに他のコイル部品の下面斜視図である。図６Ｄは実施の形態におけるさらに他のコイル部品の下面斜視図である。図７は実施の形態におけるさらに他のコイル部品の断面図である。図８は実施の形態におけるさらに他のコイル部品の断面図である。図９は従来のコイル部品の斜視図である。図１０は図９に示すコイル部品の分解斜視図である。図１１Ａは図１０に示すコイル部品の底面図である。図１１Ｂは図１１Ａに示すコイル部品の断面図である。

図１と図２はそれぞれ実施の形態におけるコイル部品１００１の断面図と分解斜視図である。コイル部品１００１は、磁心１３と、磁心１３に巻回された巻線部１４と、磁心１３と巻線部１４とを封止する外装体１７とを備える。磁心１３は、中脚１０と、中脚１０の両側に設けられた外脚１１と、中脚１０と外脚１１とを結合させる連接脚１１２、２１２とを有する。磁心１３は、軟磁性材を加圧成形した圧粉磁性材からなる分割磁心１１３、２１３よりなる。分割磁心１１３は、分割中脚１１０と、分割中脚１１０の両側に設けられた分割外脚１１１と、分割中脚１１０と分割外脚１１１とを結合させる連接脚１１２とを有する。分割磁心２１３は、分割中脚２１０と、分割中脚２１０の両側に設けられた分割外脚２１１と、分割中脚２１０と分割外脚２１１とを結合させる連接脚２１２とを有する。分割中脚２１０の上面が分割中脚１１０の下面に合わされて中脚１０を構成する。分割外脚２１１の上面が分割外脚１１１の下面に合わされて外脚１１を構成する。巻線部１４は、空心部１５を中心に巻回された導電線１１４よりなり。導電線１１４の両端である外部接続部１６を有する。巻線部１４の空心部１５へ中脚１０を貫通させたうえで巻線部１４の両側から分割磁心１１３、２１３を突き合せることにより閉磁路を形成する。磁心１３の外脚１１が形成されていない側面から巻線部１４の外部接続部１６が方向Ｄ１４に引き出される。図１に示すように、磁心１３（分割磁心２１３）の下面４１３の一部を除いて、磁心１３と巻線部１４とは外装体１７によって磁心１３の外周面から巻線部１４の周囲に至る全面を封止される。このように、中脚１０（分割中脚２１０）と外脚１１（分割外脚２１１）は連接脚２１２から上方に延びている。

なお、分割磁心１１３、２１３は、分割中脚１１０、２１０と分割外脚１１１、２１１と連接脚１１２、２１２とよりそれぞれ形成されるＥ字形状を有する。磁心１３の中脚１０と外脚１１とは他の形態で分割されていてもよい。例えば、分割磁心１１３、２１３のうちの一方が中脚１０と外脚１１と連接脚１１２（２１２）より形成されるＥ字形状を有し、他方が連接脚１１２（２１２）により形成されるＩ字形状を有していてもよい。

外装体１７は、磁心１３（分割磁心２１３）の下面４１３に沿って延びる外装体底面部１７ａを有する。外装体底面部１７ａは、外脚１１の下方に位置する。外装体１７の外装体底面部１７ａの下面４１７ａは実装面１９に当接する。

実装基板１１９の実装面１９に磁心１３の下面４１３と外装体１７の外装体底面部１７ａの下面４１７とが当接するようにコイル部品１００１が実装面１９に実装されるよう構成されている。磁心１３の下面４１３は外装体１７には覆われずに露出して実装面１９に当接する磁心露出部１８を有する。磁心露出部１８と外装体１７の下面４１７とは同一平面である。磁心露出部１８と外装体１７の下面４１７は実装面１９に面接触することで、コイル部品１００１を実装基板１１９に対して安定に配置できる。

以上の構成により、巻線部１４に電流が流れた際に生じる熱が磁心１３を通じて実装面１９へ容易に放出することができる。また、磁心１３に磁束が通ることによって磁心１３に生じる熱も実装面１９へ容易に放出することができ、効率の良い放熱が可能となる。

図１０に示す従来のコイル部品５００では分割磁心４どうしを突き合せた状態で外装封止する際には、分割磁心４を互いに押圧する力を維持することが必要である。したがって、図１１Ａと図１１Ｂに示すように、ギャップを設けずに直接突き合せることが多い分割磁心４の外脚７を、互いに密着して対向する状態を維持させる必要がある。よって、分割磁心４を外装体６から露出させる部位は、外脚７が互いに対向した状態を維持するための押圧力を金型から加える位置となる。その部位は分割磁心４の両端付近に設けることが必然的となる。このように、放熱効率の良好な部位を優先して露出させる位置を決定するのではなく、生産の過程に依存してその位置を決定するので、露出する部位を設けることが可能な位置は限られる。

また、外部からの分割磁心４への機械的な衝撃が加わることなどによる分割磁心４の破損を防止するために、分割磁心４が露出する領域は、図１１Ｂに示すように、外装体底部８と分割磁心４の露出領域とは段差を設けることにより分割磁心４を保護する。または、外装体延伸部９を設けることで分割磁心４を衝撃から保護する。この場合、コイル部品５００の周囲を流れる大気に対する分割磁心４の露出する面積が小さく、放熱を行う部位における放熱の効率が小さい。

軟磁性材料の粉末を樹脂などの結合材によって覆った粒状磁性体を準備する。粒状磁性体を加圧成形して分割磁心１１３、２１３（磁心１３）である圧粉磁性体を得る。圧粉磁性体は機械的な強度において優れているので、磁心露出部１８を実装面１９に直接接触させても、実装面１９から受ける振動や衝撃による磁心１３の破損は起こり難く、また、コイル部品１００１としての高い信頼性の確保も可能となる。

磁心１３は圧粉磁性体であるので、互いに当接する分割中脚１１０の下面と分割中脚２１０の上面との間に磁気ギャップを形成する必要が無い。圧粉磁性体により閉磁路を形成する場合、圧粉磁性体を構成する個々の磁性粉間に微小な空隙が存在し、これらの空隙が磁気ギャップとして作用する。つまり、磁気ギャップを空間的なものとして一部に集中した形として形成しなくても、磁気ギャップを有する磁気特性を得ることができる。この点からも、実装面１９から中脚１０へ向かって衝撃が加わっても、分割中脚１１０、２１０間に幾何学的な空間が無いことから押圧力が中脚１０と外脚１１で平衡する。したがって磁心１３の一部に応力が集中せず、その結果、磁心１３の破損や亀裂による特性劣化などが起き難い。

磁心１３を構成する圧粉磁性体においては個々の磁性粉が磁束の通過に伴って渦電流による発熱を生じる。通過する磁束の量の多くなる部位が多く熱を発生する。磁心１３においては、巻線部１４の最も近くで巻線部１４を囲む部分５１３で磁束の流れる磁路が短く磁気抵抗が小さい。巻線部１４によって生じた磁束は磁心１３の部分５１３に集中し易いので、部分５１３が発熱量の多い部分となる。部分５１３では磁心１３での発熱と巻線部１４での発熱とが重畳しやすい。連接脚２１２のうちの中脚１０（分割中脚２１０）と外脚１１（分割外脚２１１）との間の部分５１２は、実装面１９と巻線部１４との間に位置し、かつ磁心１３の部分５１３と重なる。したがって、連接脚２１２の部分５１２を直接に実装面１９と接触させることで放熱性の効率を大きく向上させることができる。

図４Ａは図１に示すコイル部品１００１の下面斜視図である。図４Ａに示すように、磁心露出部１８は磁心１３の下面４１３の外周側よりも内周側に設けることが望ましい。上述したように発熱量の多い部分は外周側ではなく内周側に存在するので放熱効率を向上させることができる。さらに、磁心１３の下面４１３の外周に外装体１７（外装体底面部１７ａ）を設けることで外装体１７からの磁心１３の脱落を防止させることが可能となる。外装体底面部１７ａは、図１に示すように磁心１３の下面４１３にまで延びている。この構成により、磁心１３の外装体１７からの脱落の防止のみならず、外装体底面部１７ａにおいて分割外脚１１１、２１１を互いに近づく方向に安定して押圧することができる。これにより、分割磁心１１３、２１３によって形成する閉磁路の磁気的特性を安定させることができる。

図４Ａでは磁心１３における外部接続部１６の引き出される方向Ｄ１４では、外脚１１が位置しておらず、外装体１７は磁心１３の下面４１３まで延びていない。図４Ｂは実施の形態における他のコイル部品１００２の下面斜視図である。図４Ｂにおいて、図１〜図４Ａに示すコイル部品１００１と同じ部分には同じ参照番号を付す。図４Ｂに示すコイル部品１００２では、外部接続部１６の引き出されている方向Ｄ１４でも外装体底面部１７ａが設けられている。磁心１３の下面４１３では外周側よりも内周側の発熱量が多くなることから、この構成でも放熱性の劣化は小さく、かつ、外装体１７からの磁心１３の脱落を防止させる効果を大きくすることができる。

図５と図６Ａはそれぞれ実施の形態におけるさらに他のコイル部品１００３の断面図と底面図である。図５において、図１〜図４Ａに示すコイル部品１００１と同じ部分には同じ参照番号を付す。図５に示すコイル部品１００３では、磁心１３（分割磁心１１３）の上面３１３と磁心１３（分割磁心２１３）の下面４１３に溝部１２０、２２０がそれぞれ設けられている。溝部１２０、２２０には外装体１７の材料が入り込み、特に、外装体１７は、外装体１７から露出する下面４１３の溝部２２０に設けられた外装体横断部１７ｂを有する。外装体横断部１７ｂは、外装体１７のうち磁心１３の下面４１３を超えて互いに対向する２つの部分１７ｃに接続されてかつ中脚１０の下方を通り磁心１３の下面４１３に沿って延びる。図５に示すコイル部品１００３の外装体１７は、図１に示す外装体底面部１７ａを有していない。磁心１３（分割磁心２１３）の下面４１３は外装体１７の外装体横断部１７ｂから露出する磁心露出部１８を有する。これにより、磁心１３から実装面１９への放熱性の向上を図ると共に磁心１３を外装体１７に対して安定に位置させて外装体１７からの磁心１３の脱落を防止することができる。分割磁心１１３においては、溝部１２０に外装体１７が形成されるのみでなく、連接脚１１２の全体が外装体１７によって覆われている。

図５と図６Ａに示すように、溝部２２０は外脚１１間で中脚１０の下方に位置し、溝部１２０は外脚１１間で中脚１０の上方に位置する。外装体横断部１７ｂは、磁心１３の下面４１３を介して互いに対向する外装体１７の２つの部分１７ｃに繋がっている。すなわち部分１７ｃは外装体横断部１７ｂの両端である。外装体横断部１７ｂは外装体１７の形状を維持する梁の機能を有する。

図６Ａに示すように、磁心１３の下面４１３に外装体横断部１７ｂを設けることにより、発熱が大きくなり易い部位において磁心１３と実装面１９とを密着させ易くして磁心１３の放熱性を維持させるとともに、外装体１７からの磁心１３の脱落を防止する。分割磁心１１３、２１３は面３１３、４１３に溝部１２０、２２０を有するので、同一の形状を有することができ、磁心１３すなわちコイル部品１００３を薄型化させることができる。

図６Ｂは実施の形態におけるさらに他のコイル部品１００４の下面斜視図である。図６Ｂにおいて、図５と図６Ａに示すコイル部品１００２と同じ部分には同じ参照番号を付す。コイル部品１００４では、外装体１７は、外装体１７の２つの部分１７ｃにそれぞれ設けられた２つの取付部１７ｄをさらに有する。取付部１７ｄはねじや接着剤等の取付部材で実装面１９（図５）に固定されるように構成されており、外装体１７すなわちコイル部品１００３を実装面１９に固定する。

外装体１７が軟らかい樹脂よりなる場合には取付部１７ｄも軟らかいので、外装体１７での取付部１７ｄの位置が不安定になる傾向がある。コイル部品１００４では、梁の機能を有する外装体横断部１７ｂの両端である２つの部分１７ｃに取付部１７ｄがそれぞれ設けられることにより、外装体１７での取付部１７ｄの位置や取付部１７ｄの形状を安定化させることができる。

図３に示すように、中脚１０の下方の連接脚２１２の部分と中脚１０の上方の連接脚１１２の部分は、部分５１２に比べて磁束の通過量は少ない。これらの部分に図５に示すように溝部１２０、２２０が形成され、磁心露出部１８が溝部２２０について互いに対称に配置されている。したがって、この構成でも磁気的な劣化を抑えることができる。よって、図６Ａに示す外装体横断部１７ｂが磁心１３の下面４１３に埋め込まれるように設けられ、磁心１３の下面４１３以外の面は外装体１７で覆われることで、磁気特性を維持させた上でのコイル部品１００３全体としての薄型化が可能となる。

外装体横断部１７ｂは外部接続部１６が引き出されるＤ１４に延びて外装体１７の２つの部分に繋がるように磁心１３の下面４１３を横断する。外装体横断部１７ｂは磁心１３の下面４１３を横断していなくてもよい。図６Ｃは実施の形態におけるさらに他のコイル部品１００５の下面斜視図である。図６Ｃにおいて、図５と図６Ａに示すコイル部品１００３と同じ部分には同じ参照番号を付す。図６Ｃに示すコイル部品１００５では、外装体１７は外装体横断部１７ｂの代わりに部分１７ｃから磁心１３の下面４１３に突出する外装体突出部１７ｆを有する。外装体突出部１７ｆは外周から方向Ｄ１４と平行に中脚１０の下方に向かって突出するが、中脚１０の下方までには達しておらず、中脚１０の下方には設けられていない。磁心１３の体積を減らさないことによる磁気特性の劣化を抑制でき、外装体１７からの磁心１３の脱落を防止するとともに、磁心１３の実装面１９と接触する面積を大きくできるので、さらに放熱性を向上させることが可能である。

図６Ｄは実施の形態におけるさらに他のコイル部品１００６の下面斜視図である。図６Ｄにおいて、図６Ｂに示すコイル部品１００４と同じ部分には同じ参照番号を付す。図６Ｄに示すコイル部品１００６では、磁心１３の溝部２２０は下面４１３の対角に延びる。外装体１７の２つの部分１７ｃは磁心１３の下面４１３の対角に位置し、外装体横断部１７ｂは磁心１３の下面４１３の対角に延びる。外装体横断部１７ｂは局所的に幅が広くなっている幅広部１７ｇを有する。幅広部１７ｇは外装体横断部１７ｂの略中央に位置し、中脚１０の下方に位置する。取付部１７ｄは外装体１７の部分１７ｃに設けられている。外装体１７を形成する際には、外装体１７の樹脂材料は磁心の下面４１３に設けられた細く浅い溝部２２０の特に中央で流れにくくなる傾向がある。外装体横断部１７ｂすなわち溝部２２０の略中央に設けられた幅広部１７ｇにより、溝部２２０の中央で樹脂を円滑に流すことができる。

実施の形態におけるコイル部品１００１〜１００６では、磁心１３の下面４１３は常に露出しているので、長期にわたって放置された場合にその面が錆によって変質する可能性がある。これを抑制するために、磁心１３の一部、つまり外装体１７から露出している部分に樹脂を含浸させることが望ましい。

例えば、図５に示すように磁心１３における実装面１９と対向する部分が露出している場合に、磁心１３の全体にわたって樹脂を含浸させるのではなく、磁心１３の露出している下面４１３の近傍のみの浅い部分に樹脂を局所的に含浸させて含浸層２１を局所的に設ける。これにより、磁心１３の露出部分の変質や経時劣化を抑制できる。また、磁心１３のうち含浸層２１では磁気的特性が劣化する可能性はある。しかし、図３にも示すように、磁心１３の露出する部分は巻線部１４に近接した部分５１３に比べて通過する磁束の量が少ない。したがって、図５に示す含浸層２１が磁心１３の磁気特性に対する影響は小さい。

含浸層２１は磁心１３の表面に局所的に設けている。高温などの条件下で含浸層２１を形成する樹脂が分解して流動性を有しても、その樹脂は磁心１３の樹脂が含浸していない領域へ浸透し、磁心露出部１８からの樹脂の流れ出しは抑制される。

また、含浸層２１を構成する樹脂は磁心１３の全体に含浸してもよい。その場合には磁心１３の機械的強度を向上させることが可能である。

図７は実施の形態におけるさらに他のコイル部品１００７の断面図である。図７において、図１に示すコイル部品１００１と同じ部分には同じ参照番号を付す。コイル部品１００７は、磁心１３の下面４１３の磁心露出部１８に当接する上面３６１を有する支持層６１をさらに備える。支持層６１は、樹脂６１Ａと、樹脂６１Ａに分散する熱伝導性のフィラ６１Ｂとを含有する。支持層６１はグリース、接着剤、ポッティング剤、またはシートの形態を有する。フィラ６１Ｂは、金属材料、ＡｌＮ、ＢＮ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、ＳｉＯ_２、Ｍｇ（ＯＨ）_２、またはグラファイト等の高い熱伝導率を有する材料よりなる。金属としてはＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、またはＡｌが用いられる。樹脂６１Ａはエポキシ樹脂、シリコン樹脂、ポリイミド樹脂、または液晶ポリマーよりなる。コイル部品１００７が実装面１９に実装されている状態において支持層６１の下面４６１は実装面１９に当接するように構成されている。

支持層６１の熱伝導率は磁心１３の圧粉磁性体および外装体１７よりも高く、実施の形態では０．３Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上、より好ましくは、２Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上である。また、支持層６１の弾性率は磁心１３の圧粉磁性体および外装体１７より低く、実施の形態では１５０ＧＰａ以下、より好ましくは５０ＧＰａ以下である。圧粉磁性体よりなる磁心１３の下面４１３等の表面は個々の磁性粉により顕微鏡的に微小な凹凸を有する。したがって、低い弾性率を有することで、支持層６１の上面３６１は磁心１３の下面４１３の磁心露出部１８に隙間無く密着することができる。さらに、支持層６１の下面４６１は実装面１９に隙間無く密着することができる。したがって、支持層６１を介して磁心１３の熱を効率的に実装面１９に伝えることができ、効率的にコイル部品１００７を放熱することができる。また、支持層６１の耐電圧は磁心１３の圧粉磁性体および外装体１７より高い。支持層６１の耐電圧は、実施の形態では０．１ｋＶ／ｍｍ以上、より好ましくは１ｋＶ／ｍｍ以上である。

図８は実施の形態におけるさらに他のコイル部品１００８の断面図である。図８において、図７に示すコイル部品１００７と同じ部分には同じ参照番号を付す。コイル部品１００８では、磁心１３の下面４１３の磁心露出部１８は外装体１７の下面４１７（外装体底面部１７ａの下面４１７ａ）と同一平面上には無く凹んでいる。支持層６１は低い弾性率を有するので、磁心１３の下面４１３の磁心露出部１８は外装体１７の下面４１７（外装体底面部１７ａの下面４１７ａ）と同一平面上に無くても、下面４１３の磁心露出部１８に隙間無く密着することができる。したがって、図７に示すコイル部品１００７と同様に、支持層６１を介して磁心１３の熱を効率的に実装面１９に伝えることができ、効率的にコイル部品１００７を放熱することができる。

実施の形態におけるコイル部品１００１〜１００８では、単一の巻線部１４を有するが、複数の巻線部１４が磁心１３に巻回されてコイル部品はトランスとして機能してもよい。

実施の形態において、「上面」「下面」「下方」等の方向を示す用語は、磁心等のコイル部品の構成部品の相対的な位置関係にのみ依存する相対的な方向を示し、鉛直方向等の絶対的な方向を示すものではない。

本発明のコイル部品は、良好な放熱性を維持するとともに耐衝撃等の高信頼性が得られ、各種電子機器に有用である。

１０中脚
１１外脚
１３磁心
１４巻線部
１７外装体
１７ａ外装体底面部
１７ｂ外装体横断部
１８磁心露出部（第１の磁心露出部、第２の磁心露出部）
１９実装面
２１含浸層
６１支持層
２１２連接脚

Claims

実装面に実装されるように構成されたコイル部品であって、
中脚と、外脚と、前記中脚と前記外脚とを結合させる連接脚とを有して、圧粉磁性体からなり閉磁路を構成する磁心と、
前記磁心の前記中脚に巻回された巻線部と、
前記磁心と前記巻線部とを覆う樹脂からなる外装体と、
を備え、
前記コイル部品が前記実装面に実装されている状態において前記磁心は前記実装面に対向するように構成された下面を有し、
前記コイル部品が前記実装面に実装されている状態において前記外装体は前記実装面に対向するように構成された下面を有し、
前記磁心の前記下面は前記外装体から露出する第１の磁心露出部を有し、
前記第１の磁心露出部と前記外装体の前記下面とは同一平面であり、
前記外装体は、前記外装体のうち前記磁心の前記下面を超えて互いに対向する２つの部分に接続されてかつ前記中脚の下方を通り前記磁心の前記下面に沿って延びる外装体横断部を有し、
前記磁心の前記下面は、前記外装体から露出する第２の磁心露出部をさらに有し、
前記第１の磁心露出部と前記第２の磁心露出部とは、前記外装体横断部について互いに対称に配置されている、コイル部品。
前記外装体は、前記外装体の前記２つの部分にそれぞれ設けられて、前記外装体を前記実装面へ固定させるための複数の取付部を有する、請求項１に記載のコイル部品。
前記外装体横断部は局所的に幅が広くなっている幅広部を有する、請求項１に記載のコイル部品。
前記連接脚は前記磁心の前記下面を有し、
前記中脚と前記外脚は前記連接脚から上方に延びている、請求項１から３のいずれか一項に記載のコイル部品。