阅读说明：本技术 线圈部件及其制造方法 (Coil component and method for manufacturing same ) 是由 森长哲也 于 2018-10-23 设计创作，主要内容包括：本发明提供一体构造的绕线型的线圈部件,其无论对于螺旋状导线和端子电极这样的电气元件,还是对于环状的芯体,都不存在担心可靠性的接合部分。线圈部件(1)具备：一体构造的芯体(2),将至少一部分设为卷芯部(5),为具有贯通孔(10)的环状,由非导电性材料构成；以及一体构造的线圈导体(3),具有配置为绕卷芯部(5)呈螺旋状延伸的螺旋状导线(11)、和分别形成于螺旋状导线(11)的两端部的第一和第二端子电极(12、13)。经过如下工序制造线圈部件(1)：使用3D打印机对芯体(2)、线圈导体(3)以及形状保持部件(4)进行三维造型,形状保持部件(4)是用于保持芯体(2)的规定上述贯通孔(10)的壁面的形状是部件。(The invention provides a winding type coil component with an integrated structure, which has no joint part with reliability worry for electric elements such as a spiral lead and a terminal electrode and a ring-shaped core body. A coil component (1) is provided with: a core (2) of an integral structure, at least a part of which is a winding core (5), which is annular with a through hole (10), and which is made of a non-conductive material; and an integrally structured coil conductor (3) having a helical lead wire (11) disposed to extend in a helical manner around the winding core (5), and first and second terminal electrodes (12, 13) formed on both ends of the helical lead wire (11), respectively. A coil component (1) is produced by the following steps: a core (2), a coil conductor (3), and a shape-retaining member (4) are three-dimensionally molded using a 3D printer, and the shape-retaining member (4) is a member that defines a wall surface of the through-hole (10) for retaining the core (2).)

线圈部件及其制造方法

技术领域

本发明涉及线圈部件及其制造方法，特别是涉及具备卷绕于芯体的线圈导体的线圈部件及其制造方法。

背景技术

例如，在将导线螺旋状地卷绕于由磁性体构成的环状的芯体的构造的环形线圈中，环状的芯体和螺旋状的导线形成交链构造。在环形线圈中，磁通被封闭在环状的芯体内，同时经过芯体中，从而形成闭合磁路。因此，芯体内的磁通不受芯体外的状态的变化的影响，另外，在芯体外，几乎不存在磁通。

这样的环形线圈，由于磁路的磁阻较小，因此以相同的导线匝数、相同的芯体剖面积、相同的磁路长度进行比较时，与空芯型、开放磁路型的线圈相比，能够产生更多的磁通，另外，能够实现更大的电感值。

另一方面，为了制造环形线圈，必须实施将环状的芯体的至少一部分作为卷芯部，在其周围螺旋状地卷绕导线的工序。此时，卷芯部由环状的芯体的至少一部分提供，因此必须重复进行使导线每1匝通过芯体的贯通孔的过程。但是，使该工序机械化是困难的，通常必须依靠复杂的手工作业。

作为能够避免上述那样的复杂的手工作业的方法，例如，存在日本特开2001-68364号公报(专利文献1)所记载的技术、或者日本特开平8-203762号公报(专利文献2)所记载的技术。

在专利文献1中记载了如下方法：准备将环状的芯体分割而成的分割体，使预先将导线卷绕成螺旋状的形态的筒状线圈弯曲成环状，并且，将被分割的上述芯体***该筒状线圈的空芯部，然后，通过用粘着剂来接合芯体的分割面彼此，从而制造环形线圈。

在专利文献2中记载了环形线圈的制造方法如下：通过交替连接倒U字状的多个导体和布线基板上的多个导体膜来实现螺旋状的导线，在布线基板上以与导体膜对位的状态配置环状的芯体，然后，为了实现螺旋状的导线，以跨过芯体的方式配置倒U字状的多个导体，并且通过焊接将倒U字状的多个导体和布线基板上的多个导体膜接合。

专利文献1：日本特开2001-68364号公报

专利文献2：日本特开平8-203762号公报

然而，上述的专利文献1中记载的技术和专利文献2中记载的技术均存在应解决的课题。

首先，专利文献1中记载的技术和专利文献2中记载的技术均存在如下课题：与将导线每1匝穿过芯体的贯通孔的手工作业相比，用于制造环形线圈的工序数更多。在专利文献1所记载的技术中，至少必须追加粘着芯体的分割面彼此的工序。在专利文献2所记载的技术中，至少必须追加将倒U字状的多个导体和布线基板上的多个导体膜焊接的工序。

另外，在专利文献1所记载的技术和专利文献2所记载的技术中，为了得到环形线圈，均不能避免粘着或者焊接这样的接合工序。因此，与一体物相比，担心在接合部分的可靠性。特别是，在专利文献1所记载的技术中，若作为线圈部件的主要部分的芯体本身破裂，则存在本来作为部件被破坏的大的问题。另外，即使芯体本身不破裂，由于在芯体的接合部分磁通泄漏，也存在电感取得效率降低的问题。另一方面，在专利文献2所记载的技术中，不能忽略由倒U字状的多个导体和布线基板上的多个导体膜构成的螺旋状的导线的断线这样的致命的问题。

另外，一般在表面安装型的线圈部件中，沿着芯体的表面设置有端子电极，螺旋状导线的各端部与端子电极接合。在这种情况下，螺旋状导线和端子电极是分体的，担心在接合部分的可靠性。

并且，随着线圈部件的小型化发展，市场要求例如长度尺寸达到1mm以下。但是，目前，在这样的尺寸的环形线圈中，必须对环状的芯体实施绕线，但不得不说对环状的芯体实施绕线几乎是不可能的。在手工作业中，绕线根本不可能，即使采用自动绕线机，也不存在那样的小型用的自动绕线机。这是因为，虽然也存在机械方面的小型化的界限，但主要原因在于卷绕的导线的强度不足(没有韧性)。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种绕线型的线圈部件，无论对于螺旋状导线和端子电极这样的电气元件，还是对于环状的芯体，都不存在担心可靠性的接合部分。

本发明的其他目的在于提供一种能够容易地制造线圈部件的方法，该线圈部件不存在担心可靠性的接合部分，能够实现长度尺寸为例如1mm以下这样的小型化。

本发明首先面向具备环状的芯体的绕线型的线圈部件。

本发明所涉及的线圈部件的特征在于，具备：

一体构造的芯体，将至少一部分设为卷芯部，为具有贯通孔的环状，由非导电性材料构成；以及

一体构造的线圈导体，具有配置为绕卷芯部呈螺旋状延伸的螺旋状导线、和分别形成于螺旋状导线的两端部的第一和第二端子电极。

根据本发明，芯体、以及具有螺旋状导线和端子电极的线圈导体为交链构造，并且均为一体构造，因此不存在担心特性降低、可靠性的接合部分。

优选上述芯体由磁性体构成，形成完全闭合磁路。根据该结构，在线圈部件中，能够得到高的电感值。

在本发明中，优选芯体除了卷芯部之外，还具有：鼓状部分，具有分别设置于卷芯部的相互相反侧的第一端和第二端的第一凸缘部和第二凸缘部；以及板状部分，与鼓状部分一体化，并且在形成上述贯通孔的同时以与卷芯部对置的状态跨设于第一凸缘部与第二凸缘部之间。而且，螺旋状导线与卷芯部一体化，并且，第一端子电极和第二端子电极分别与第一凸缘部和第二凸缘部一体化。根据该结构，能够形成将线圈部件适于表面安装的形态。

在上述优选的实施方式中，更优选还具备形状保持部件，上述形状保持部件由至少在卷芯部与板状部分之间填充的电绝缘性材料构成，螺旋状导线的至少位于卷芯部与板状部分之间的部分被埋入形状保持部件中。在该结构中，形状保持部件起到保持芯体的规定上述贯通孔的壁面的形状的功能。因此，卷芯部与板状部分之间的空间被形状保持部件填埋，因此能够增加线圈部件的强度。

优选上述的形状保持部件由玻璃构成。玻璃比较廉价，并且，由玻璃构成的形状保持部件不会对线圈部件的电气特性产生不良影响。

另外，形状保持部件也可以设置为覆盖螺旋状导线、卷芯部、以及第一端子电极和第二端子电极的各一部分。根据该结构，形状保持部件覆盖包括螺旋状导线的线圈部件的主要部分，因此能够使线圈部件的耐环境性提高。

在本发明中，优选螺旋状导线为圆形截面。根据该结构，能够减少在螺旋状导线的相邻的匝之间产生的寄生电容。

在本发明中，优选第一和第二端子电极分别具有不能通过芯体的贯通孔的形状。根据该结构，能够提高在线圈部件的安装状态下的与安装基板的电连接和机械固定的可靠性。该优选的结构是通过采用以下的制造方法才能够实现的特征结构。

本发明也面向制造线圈部件的方法，即上述的线圈部件具备：一体构造的芯体，将至少一部分设为卷芯部，为具有贯通孔的环状，由非导电性材料构成；以及一体构造的线圈导体，具有配置为绕卷芯部呈螺旋状延伸的螺旋状导线、和分别形成于螺旋状导线的两端部的第一端子电极和第二端子电极。

本发明所涉及的线圈部件的制造方法的特征在于，具备如下工序：使用3D打印机对芯体、线圈导体、形状保持部件进行三维造型，上述形状保持部件用于保持芯体的规定上述贯通孔的壁面的形状。使用3D打印机进行三维造型，从而能够对芯体和线圈导体，更特定而言，对交链构造的卷芯部和螺旋状导线进行一体地造型。另外，形状保持部件能够在保持贯通孔的形状的同时进行芯体和线圈导体的三维造型。

在上述的三维造型的工序中，优选使用喷墨吐出型3D打印机来作为3D打印机，实施以下三维造型工序：利用含有非导电性材料粉末的溶液对芯体进行造型；利用含有导电性金属粉末的溶液对线圈导体进行造型；以及利用含有电绝缘性材料粉末的溶液对形状保持部件进行造型。而且，该制造方法还具备如下工序：对由3D打印机进行造型的芯体、线圈导体以及形状保持部件进行烧制。

除了上述优选的实施方式之外，也可以构成为，在三维造型工序中，使用喷墨吐出型3D打印机来作为3D打印机，实施如下工序：利用含有非导电性材料粉末的溶液对芯体进行造型；利用含有导电性金属粉末的溶液对线圈导体进行造型；以及利用含有树脂的溶液对形状保持部件进行造型。而且，该制造方法还具备如下烧制工序：对由3D打印机进行造型的芯体、线圈导体以及形状保持部件进行烧制，也可以构成为，在该烧制工序中，烧掉形状保持部件。

在上述优选的各个实施方式中，更优选为，作为含有非导电性材料粉末的溶液而使用含有磁性体粉末的溶液，作为含有导电性金属粉末的溶液而使用含有铜粉末的溶液或者含有银粉末的溶液，作为含有电绝缘性材料粉末的溶液而使用低介电常数的含有玻璃粉末的溶液、含有氧化铝粉末的溶液或者含有氧化锆粉末的溶液。

根据本发明所涉及的线圈部件，无论对于环状的芯体，还是对于具有螺旋状导线和端子电极的线圈导体，均是一体构造，因此不存在担心可靠性的接合部分。因此，在电气上和机械上均能够得到可靠性高的线圈部件。

根据本发明所涉及的线圈部件的制造方法，使用3D打印机经过三维造型的工序来制造线圈部件，上述线圈部件构成为，环状的芯体、以及具有螺旋状导线和端子电极的线圈导体为交链构造，并且均为一体构造。因此，能够容易地制造线圈部件，该线圈部件形成为不存在担心可靠性的接合部分，长度尺寸例如为1mm以下的小型化。

附图说明

图1是表示基于本发明的一个实施方式的线圈部件1的外观的立体图。

图2是图1所示的线圈部件1的主视图。

图3是图1所示的线圈部件1的仰视图。

图4是图1所示的线圈部件1的右视图。

图5是用于说明图1所示的线圈部件1的制造方法的图，是表示使用3D打印机刚开始三维造型后的造型物16a的主视图。

图6是表示从图5所示的状态继续三维造型而得到的造型物16b的主视图。

图7是表示从图6所示的状态进一步继续三维造型而得到的造型物16c的主视图。

图8是将图7所示的造型物16c的一部分放大而表示的剖视图。

图9是表示从图7所示的状态进一步继续三维造型而得到的造型物16d的主视图。

图10是表示从图9所示的状态进一步继续三维造型而得到的造型物16e的主视图。

图11是表示从图10所示的状态进一步继续三维造型而得到的造型物16f的主视图。

图12是表示从图11所示的状态进一步继续三维造型，完成造型而得到的造型物16g的主视图。

图13的(A)表示本发明的实施例所涉及的线圈部件的电感特性，(B)表示本发明的范围外的比较例所涉及的线圈部件的电感特性。

具体实施方式

参照图1～图4，对基于本发明的一个实施方式的线圈部件1的构造进行说明。图示的线圈部件1为例如构成单一的线圈的部件。

线圈部件1具备芯体2、线圈导体3以及形状保持部件4。此外，在图1～图4中，形状保持部件4作为透明的部件，用点划线表示。

芯体2由非导电性材料构成，但优选由铁氧体或者金属磁性体这样的磁性体构成。但是，芯体2也可以由氧化铝等非磁性体构成。芯体2具备鼓状部分8，该鼓状部分8具有剖面矩形的卷芯部5、和分别设置于卷芯部5的相互相反侧的第一端和第二端的第一和第二凸缘部6、7，并且具备跨设于第一与第二凸缘部6、7之间的板状部分9。板状部分9与卷芯部5对置。

芯体2由磁性体构成时，形成完全闭合磁路，是一体构造物。即，鼓状部分8和板状部分9一体化。芯体2在相互对置的卷芯部5与板状部分9之间形成贯通孔10，作为整体而形成环状。

线圈导体3具有配置为绕卷芯部5呈螺旋状延伸的螺旋状导线11、和分别形成于螺旋状导线11的两端部的第一和第二端子电极12、13。更详细而言，第一和第二端子电极12、13分别形成向贯通孔10内伸出的连接片14和15，在这些连接片14和15分别连接有螺旋状导线11的两端部。线圈导体3是一体构造物。因此，螺旋状导线11和第一及第二端子电极12、13一体化。

螺旋状导线11优选剖面为圆形(参照图8)。根据该结构，能够减少在螺旋状导线11的相邻的匝之间产生的寄生电容。另外，为了提高在线圈部件1的安装状态下的与安装基板的电连接和机械固定的可靠性，第一和第二端子电极12、13需要规定以上的尺寸。在该实施方式中，第一和第二端子电极12、13分别具有不能通过芯体2的贯通孔10的形状，例如，第一和第二端子电极12、13分别具有比贯通孔10大的尺寸。该结构是通过采用后述的制造方法才能够实现的特征结构。

形状保持部件4用于保持芯体2的规定贯通孔10的壁面的形状，至少填充在卷芯部5与板状部分9之间。因此，螺旋状导线11的至少位于卷芯部5与板状部分9之间的部分埋入于形状保持部件4中。这样，若卷芯部5与板状部分9之间的空间被形状保持部件4填埋，则能够增加线圈部件1的强度。此外，形状保持部件4具有在后述的制造方法中实施的能够使用3D打印机进行三维造型的重要的功能。

形状保持部件4由玻璃、氧化铝或者氧化锆等电绝缘性材料构成。其中，优选形状保持部件4由玻璃构成。这是因为，玻璃比较廉价，并且，由玻璃构成的形状保持部件4不会对线圈部件1的电气特性产生不良影响。

在该实施方式中，形状保持部件4设置为覆盖螺旋状导线11、卷芯部5、以及第一和第二端子电极12、13的各一部分。根据该结构，形状保持部件4覆盖包括螺旋状导线11的线圈部件1的主要部分，因此能够使线圈部件1的耐环境性提高。

接下来，参照图5～图12，对线圈部件1的有利的制造方法进行说明。

这里说明的制造方法的特征在于，使用3D打印机对芯体2、线圈导体3以及形状保持部件4进行三维造型。通过使用3D打印机进行三维造型，能够将交链构造的芯体2和线圈导体3进行一体地造型。

图12表示将图2所示的线圈部件1上下颠倒的造型物16g。通过依次实施以下说明的工序，能够得到图12所示的造型物16g。

首先，如图5所示，准备造型台17，在该造型台17上开始进行使用3D打印机的三维造型。在开始三维造型后不久，在造型台17上得到应成为形状保持部件4的一部分的造型物16a。

然后，继续三维造型。而且，随着继续三维造型的时间的经过，依次生成图6、图7、图9、图10、图11以及图12中分别所示的造型物16b、16c、16d、16e、16f以及16g。

在图6中，随着应成为形状保持部件4的部分的高度增加，生成造型物16b，该造型物16b具有应成为线圈导体3中的螺旋状导线11的一部分的部分。

接下来，在图7中，随着应成为形状保持部件4和螺旋状导线11的各部分的高度增加，生成造型物16c，该造型物16c具有应成为芯体2中的卷芯部5的一部分以及第一和第二凸缘部6、7的各一部分的部分。

在这里，若参照将造型物16c的一部分放大并用剖视图表示的图8，则可知螺旋状导线11的剖面为圆形，埋入于形状保持部件4中，并且与卷芯部5相接。另外，图8中还示出了在螺旋状导线11的相邻的匝之间设置有规定的间隔，这些间隔部分被形状保持部件4填充。此外，根据所使用的3D打印机的分辨率，螺旋状导线11的剖面形状有时也不描绘出图8所示那样的清晰的圆的轮廓，而成为锯齿状的轮廓。

接下来，在图9中，随着应成为形状保持部件4、螺旋状导线11以及第一和第二凸缘部6、7的各一部分的各部分的高度进一步增加，生成造型物16d，该造型物16d具有应成为线圈导体3中的第一和第二端子电极12、13的各一部分的部分。在该造型物16d中，完成卷芯部5的造型。另外，第一和第二端子电极12、13分别与第一和第二凸缘部6、7一起被造型，因此与第一和第二凸缘部6、7一体化。

接下来，在图10中，得到造型物16e，该造型物16e进一步增加了应成为第一和第二凸缘部6、7以及第一和第二端子电极12、13的各一部分的部分的高度。在造型物16e中，完成形状保持部件4和螺旋状导线11的造型。

接下来，在图11中，随着应成为第一和第二凸缘部6、7以及第一和第二端子电极12、13的各一部分的部分的高度进一步增加，生成开始进行芯体2中的板状部分9的造型的造型物16f。这里，在卷芯部5与板状部分9之间形成贯通孔10，但贯通孔10被形状保持部件4填埋，因此应注意能够进行板状部分9基于3D打印机的造型。

接下来，在图12中，第一和第二凸缘部6、7、第一和第二端子电极12、13以及板状部分9的造型完成，生成具备图2所示的线圈部件1所具备的全部要素的造型物16g。

如以上那样，基于3D打印机的三维造型完成。

在上述的三维造型工序中，优选使用喷墨吐出型3D打印机作为3D打印机。在喷墨吐出型3D打印机中，利用含有非导电性材料粉末的溶液对芯体2进行造型，利用含有导电性金属粉末的溶液对线圈导体3进行造型，利用含有电绝缘性材料粉末的溶液对形状保持部件4进行造型。而且，由喷墨吐出型3D打印机进行造型的芯体2、线圈导体3以及形状保持部件4被进一步烧制。由此，完成线圈部件1。

在上述的造型工序中，更具体而言，使用含有磁性体粉末的溶液、更优选使用含有铁氧体粉末的溶液或者含有金属磁性体粉末的溶液，作为含有非导电性材料粉末的溶液，使用含有铜粉末的溶液或者含有银粉末的溶液，作为含有导电性金属粉末的溶液，使用低介电常数的含有玻璃粉末的溶液、含有氧化铝粉末的溶液或者含有氧化锆粉末的溶液，作为含有电绝缘性材料粉末的溶液。在使用含有铜粉末的溶液作为含有导电性金属粉末的溶液的情况下，优选上述的烧制工序在还原性气体下实施。

此外，烧制芯体2、线圈导体3以及形状保持部件4的工序通常在完成芯体2、线圈导体3以及形状保持部件4的造型后实施，但也可以代替此，例如应用利用激光的烧制，与芯体2、线圈导体3以及形状保持部件4的造型同时进行烧制。该后者的烧制方法特别适合于使用含有铜粉末的溶液作为含有导电性金属粉末的溶液的情况。

在上述的实施方式中，作为产品的线圈部件1具备形状保持部件4，但形状保持部件4也可以不存在于作为产品的线圈部件中。

即，在三维造型的工序中，利用含有非导电性材料粉末的溶液对芯体2进行造型，利用含有导电性金属粉末的溶液对线圈导体3进行造型，但利用含有树脂的溶液对形状保持部件4进行造型。而且，对由3D打印机进行造型的芯体2、线圈导体3以及形状保持部件4进行烧制，在该烧制工序中，烧掉形状保持部件4，因此能够不残留在作为产品的线圈部件中。

根据以上说明的使用了3D打印机的三维造型，仅通过改变程序，如以下那样，就能够容易地进行作为产品的线圈部件的设计变更。

例如，在图示的实施方式中，螺旋状导线11形成为单层卷绕，但螺旋状导线也可以形成为两层以上的多层卷绕。另外，在该多层卷绕中，螺旋状导线可以是一根，也可以是多根。因此，作为线圈部件，除了构成单一的线圈之外，也可以是共模扼流线圈、变压器等。另外，也可以在板状部分9侧卷绕有螺旋状导线11

另外，在图示的实施方式中，线圈部件1具备两个端子电极12和13，但也可以具备四个端子电极，或者具备六个端子电极，进而非对称地配置端子电极。另外，端子电极的形状、大小、配置也能够自由地变更。

另外，芯体的形状也能够自由地变更。例如，将卷芯部形成为圆锥形状也是容易的。

另外，线圈部件的尺寸、或者线圈部件所具备的各要素的尺寸也能够自由地变更。

并且，能够同时对多个线圈部件进行造型。该情况下，被同时进行造型的线圈部件可以全部是相同类型，也可以是不同种类。

在图13中，对于本发明的实施例所涉及的线圈部件和本发明的范围外的比较例所涉及的线圈部件，比较了电感特性。在图13中，(A)表示实施例所涉及的线圈部件的电感特性，(B)表示比较例所涉及的线圈部件的电感特性。

实施例所涉及的线圈部件和比较例所涉及的线圈部件均将平面尺寸设为0.4mm×0.2mm。另外，实施例所涉及的线圈部件具有与图1～图4所示的线圈部件1相同的构造，比较例所涉及的线圈部件是不具有板状部分9的开放磁路构造，设为与实施例所涉及的线圈部件相同的卷芯部剖面积和相同的磁路长度。

在图13的(A)和(B)中，横轴表示螺旋状导线在卷芯部上的匝数，纵轴表示电感值。另外，在芯体的导磁率为60的情况和为340的情况这两种情况下表示电感值。

首先，在图13的(B)所示的比较例中，在芯体的导磁率为60的情况和为340的情况下，电感值均大致相同，即使将导线匝数增加到20，电感值也低于500nH。

另一方面，在图13的(A)所示的实施例中，在芯体的导磁率为60的情况下，导线匝数为20时，电感值超过500nH，上升至接近1000nH。另外，在芯体的导磁率为340的情况下，即使导线匝数为10，电感值也达到接近1000nH，随着匝数增加到15、20，电感值上升，在匝数为20时，表示超过3500nH的电感值。

以上，对几个不同的实施方式进行了说明，但在实施本发明时，在不同的实施方式之间，也可以进行结构的部分置换或者组合。

附图标记说明

1…线圈部件；2…芯体；3…线圈导体；4…形状保持部件；5…卷芯部；6、7…凸缘部；8…鼓状部分；9…板状部分；10…贯通孔；11…螺旋状导线；12、13…端子电极；14、15…连接片；16a、16b、16c、16d、16e、16f、16g…造型物；17…造型台。