电感器及其制造方法

文档序号:737226 发布日期:2021-04-20 浏览:23次 >En<

阅读说明:本技术 电感器及其制造方法 (Inductor and method for manufacturing the same ) 是由 土屋祐一 新井工 远山元气 植松龙太 于 2020-10-16 设计创作,主要内容包括:本发明提供一种高频特性优异的电感器。是具备单元体和外部端子的电感器,所述单元体含有含磁性粉的磁性部和埋设于磁性部内的线圈。磁性粉的基于体积基准的累积粒度分布中的累积50%粒径D50为5μm以下,累积90%粒径D90相对于累积10%粒径D10的比D90/D10为19以下,维氏硬度为1000(kgf/mm~2)以下。磁性部的磁性粉的体积基准的填充率为60%以上。(The invention provides an inductor with excellent high-frequency characteristics. The inductor is provided with a unit body and an external terminal, wherein the unit body comprises a magnetic part containing magnetic powder and a coil embedded in the magnetic part. The magnetic powder has a cumulative 50% particle diameter D50 of 5 μm or less, a cumulative 90% particle diameter D90/cumulative 10% particle diameter D10 ratio D90/D10 of 19 or less, and a Vickers hardness of 1000 (kgf/mm) 2 ) The following. The magnetic powder of the magnetic portion has a volume-based filling rate of 60% or more.)

电感器及其制造方法

技术领域

本发明涉及电感器及其制造方法。

背景技术

将由金属导体构成的线圈导体内包于将金属磁性粉和结合材料混合并进行加压成型而得到的磁性部中,并弯曲金属导体而形成了端子的电感器,用于各种电子设备中(例如参照专利文献1)。在使用这样的电感器的DC-DC转换器电路等中工作频率日趋高频化、大电流化。

专利文献1:国际公开第2009/075110号

发明内容

以往的电感器中,有时无法充分应对高频化、大电流化,应用于DC-DC转换器电路等时,有时电路特性降低。本发明的一个方式的目的在于提供一种高频特性优异的电感器。

第1方式所涉及的电感器具备单元体以及外部端子,所述单元体含有含磁性粉的磁性部和埋设在磁性部内的线圈。磁性粉的基于体积基准的累积粒度分布中的累积50%粒径D50为5μm以下,累积90%粒径D90相对于累积10%粒径D10的比D90/D10为19以下,维氏硬度为1000(kgf/mm2)以下。磁性部的磁性粉的体积基准的填充率为60%以上。

第二方式所涉及的电感器的制造方法包括如下步骤:在如下的磁性材料埋设线圈的步骤,其中,所述磁性材料包含:基于体积基准的累积粒度分布中的累积50%粒径D50为5μm以下且累积90%粒径D90相对于累积10%粒径D10的比D90/D10为19以下且维氏硬度为1000(kgf/mm2)以下的磁性粉和含有率为5质量%以下的树脂;以及,将埋设有线圈的磁性材料在5吨/cm2以上的压力进行加压而成型,得到磁性粉的填充率为60%以上的单元体的步骤。

根据本发明的一个方式,能够提供高频特性优异的电感器。

附图说明

图1是表示电感器的一个例子的立体图。

图2是图1的AA线的截面图。

图3是表示电感器的频率与电感的关系的坐标图。

图4是表示电感器的频率与Q值的关系的坐标图。

图5是表示电感器的频率与电阻值的关系的坐标图。

符号说明

100电感器,10单元体,12外部端子

具体实施方式

电感器具备单元体和外部端子,所述单元体包含含有磁性粉的磁性部和埋设在磁性部内的线圈。磁性粉的基于体积基准的累积粒度分布中的累积50%粒径D50为5μm以下,累积90%粒径D90相对于累积10%粒径D10的比D90/D10为19以下,维氏硬度为1000(kgf/mm2)以下。磁性部的磁性粉的体积基准的填充率为60%以上。

具备包含平均粒径小、粒度分布窄、硬度为规定值以下的磁性粉的磁性部的电感器在高频区域中,电感值的降低被抑制,可以显示优异的Q值。另外,能够抑制高频区域的电阻值的上升,能够充分地应对大电流化。

构成电感器的单元体可以具有对置的2个主面、与主面邻接地对置的端面和与主面和端面邻接地对置的侧面。2个主面中,一个可以为安装面,另一个为上表面。单元体可以具有大致长方体形状,也可以由安装面与上表面的距离的高度T、与端面间的距离即长度L的侧面间的距离即宽度W规定。单元体的大小的长度L例如为0.5mm~3.4mm,优选为1mm~3mm,宽度W例如为0.5mm~2.7mm,优选为0.5mm~2.5mm,高度T例如为0.5mm~2mm,优选为0.5mm~1.5mm。作为单元体的大小,具体而言,L×W×T例如可以是1mm×0.5mm×0.5mm、1.6mm×0.8mm×0.65mm、2mm×1.2mm×0.8mm、2.5mm×2mm×1.0mm。

线圈可以是直线状的金属板。若线圈为直线状的金属板,则分布容积的产生被抑制,能够充分应对大电流化。形成线圈的金属板可以是铜等导电性金属材料。形成线圈的金属板的厚度例如为0.05mm~0.2mm,优选为0.1mm~0.15mm,与长度方向和厚度方向直行的宽度例如为0.3mm~1.0mm,优选可以是0.45mm~0.75mm。

对于磁性粉而言,基于体积基准的累积粒度分布中的与从小粒径侧的体积累积50%所对应的累积50%粒径D50例如可以是5μm以下,优选为4μm以下,也可以是3.6μm以下或3μm以下。累积50%粒径D50例如可以是1μm以上或者2μm以上。累积50%粒径D50在前述范围时,能够容易实现所希望的电感。另外,有绝缘电阻进一步提高,耐电压进一步提高的趋势。磁性粉的累积粒度分布例如可以使用激光衍射式粒度分布测定装置而测定,累积50%粒径D50、累积10%粒径D10和累积90%粒径D90也根据相同装置测定。

磁性粉的与体积累积10%对应的累积10%粒径D10例如可以为3μm以下,优选可以为2.5μm以下或者2μ以下。累积10%粒径D10例如可以为0.5μm以上或者0.1μm以上。另外,磁性粉的与体积累积90%对应的累积90%粒径D90例如可以为10μm以下,优选可以为8μm以下或者7μ以下。累积90%粒径D90例如可以为2μm以上。并且,累积90%粒径D90相对于磁性粉的累积10%粒径D10的比D90/D10例如可以为19以下,优选可以为10以下或者7以下。D90/D10比例如可以为1以上或者2以上。D90/D10比为前述范围时能够容易实现所希望的电感。

磁性粉的累积10%粒径D10相对于累积50%粒径D50的比D10/D50例如可以为0.1以上,优选为0.3以上,可以为0.4以上或者0.5以上。D10/D50比例如可以为0.9以下。D10/D50比为前述范围时能够容易地实现所希望的电感。

磁性粉的累积90%粒径D90相对于累积50%粒径D50的D90/D50比例如可以为3以下,优选为可以为2.5以下或者2以下。D90/D50比例如可以为1以上。D90/D50比为前述范围时能够容易地实现所希望的电感。

磁性粉的维氏硬度例如可以为1000(kgf/mm2)以下,优选可以为600(kgf/mm2)以下或者500(kgf/mm2)以下。维氏硬度例如可以为100(kgf/mm2)以上。维氏硬度为前述范围时能够容易地实现所希望的电感。应予说明,磁性粉的维氏硬度可以使用市售的测定装置、例如纳米压痕仪ENT-2100(Elionix公司制),基于其操作说明书的记载进行测定。

构成单元体的磁性部的磁性粉的体积基准的填充率例如可以为60%以上,优选可以为65%以上或者70%以上。磁性粉的体积基准的填充率例如可以为95%以下。应予说明,磁性部的磁性粉的填充率可以通过扫描式电子显微镜(SEM)观察磁性部的截面,作为磁性粉的面积相对于观察视场(例如可以是1000倍率的矩形)的面积的比率进行计算。观察视场的磁性粉所占的面积可以使用图像处理软件,基于SEM图像的对比度进行计算。计算磁性粉的填充率的位置可以是磁性部,例如可以在从与安装面对置的上表面朝向安装面为单元体的高度的30%的位置测定。另外,SEM观察的截面例如可以与安装面大致平行。

构成单元体的磁性部由含有磁性粉和树脂等的粘结剂的复合材料形成。作为磁性粉,可使用Fe、Fe-Si、Fe-Ni、Fe-Si-Cr、Fe-Si-Al、Fe-Ni-Al、Fe-Ni-Mo、Fe-Cr-Al等铁系的金属磁性粉、其它的组成系的金属磁性粉、非晶体等的金属磁性粉、表面由玻璃等的绝缘体覆盖的金属磁性粉、将表面改质得到的金属磁性粉、纳米级别的微小的金属磁性粉。

磁性粉可以包含含有铁(Fe)和硅(Si)的软磁性材料,也可以包含Fe-Si-Cr系的软磁性材料。磁性粉包含含有铁、硅和铬(Cr)的软磁性材料的情况下,软磁性材料的硅的含有率例如可以为1质量%以上,优选为3质量%以上。另外,软磁性材料的硅的含有率例如可以为7质量%以下。并且,软磁性材料的铬的含有率例如可以为1质量%以上,优选为3质量%以上。另外,软磁性材料的铬的含有率例如可以为7质量%以下。并且,软磁性材料的铁的含有率例如为80质量%以上,优选为90质量%~98质量%。磁性粉为含有铁和硅的软磁性材料时磁晶各向异性常数下降,保证磁区内的均匀性、等方性,则可得到降低保持力,提高导磁率的效果。并且,通过在包含铁和硅的软磁性材料中进一步含有铬(Cr),从而形成钝化膜,不易生锈。并且,通过使磁性粉具有规定的构成,能够更为容易地实现所希望的特性。

磁性粉可以包含结晶质软磁性材料,也可以包含非晶的软磁性材料。并且,磁性粉可以包含结晶质金属磁性粉,也可以包含非晶的金属磁性粉。另外,磁性粉可以在其表面具有绝缘层。绝缘层可以由出自于磁性粉的成分的材料形成,也可以包含与构成磁性粉的材料不同的成分而形成。在磁性粉具有绝缘层的情况下,作为绝缘层的材料例如可以举出无机材料等。绝缘层的厚度例如可以为200nm以下,可以优选为100nm以下或者50nm以下。另外,绝缘层的厚度例如可以为10nm以上。绝缘层的厚度为规定的范围时,绝缘电阻值和耐电压有进一步提高的趋势。

作为构成磁性部的粘结剂的一个例子的树脂,可使用环氧树脂、聚酰亚胺树脂、酚醛树脂等热固化性树脂、聚乙烯树脂、聚酰胺树脂、液晶聚合物等热塑性树脂。磁性部的树脂的含有率例如可以为0.5质量%以上,优选为可以为1质量%以上或者2质量%以上。另外,磁性部的树脂的含有率例如可以为5质量%以下,优选可以为4质量%以下或者3质量%以下。

单元体的10MHz的导磁率(μ’)可以为10以上,优选可以为20以上或者25以上。单元体的导磁率为规定值以上时可得到高电感值的效果。应予说明,单元体的导磁率可以使用EDA软件而计算。

第1方式所涉及的电感器的高频特性优异,能够充分应对大电流化,由此能够优选地应用于DC-DC转换器。使用的频率例如可以为3MHz以上,优选为6MHz以上或者10MHz以上。并且,第1方式所涉及的电感器的单元体的绝缘电阻高,耐电压优异。电感器的绝缘电阻例如可以为1kΩ/mm以上。并且,耐电压例如可以为20V/mm以上。应予说明,绝缘电阻可以使用市售的测定装置、例如SM-8213(TOA DKK公司制),基于其操作的说明书的记载而测定。并且,耐电压可以使用市售的测定装置,例如TOS9201(KIKUSUI公司制),基于其操作的说明书的记载而测定。

电感器例如可以按照以下的制造方法制造。电感器的制造方法可以包括第1工序和第2工序,所述第1工序是在磁性材料埋设线圈,所述磁性材料包含:基于体积基准的累积粒度分布中的累积50%粒径D50为5μm以下且累积90%粒径D90相对于累积10%粒径D10的比D90/D10为19以下且维氏硬度为1000(kgf/mm2)以下的磁性粉和含有率为5质量%以下的树脂;第2工序是,将埋设有线圈的磁性材料在5吨/cm2以上的压力下进行加压而成型,得到磁性粉的填充率为60%以上的单元体。

通过将包含具有规定的特性的磁性粉的磁性材料在规定值以上的压力下进行成型,能够高效地制造高频特性优异的电感器。第2工序的压力优选可以为5吨/cm2以上或者10吨/cm2以上。

本说明书中“工序”这一术语不仅是独立的工序,如果无法与其它的工序明确区别的情况下也能够实现其工序的所期望的目的则也包含于本术语。并且,组合物中的各成分的含量在组合物中存在多个相当于各成分的物质的情况下,只要没有特别限定,是指存在于组合物中的该多个物质的合计量。以下,基于附图说明本发明的实施方式。但是,以下所示的实施方式例示了用于使本发明的技术思想具体化的电感器及其制造方法,本发明并不限于以下所示的电感器及其制造方法。应予说明,权利要求中所示的部件并不限于实施方式的部件。特别是记载于实施方式的构成部件的尺寸、材质、形状、其相对的配置等只要没有特别特定的记载,其主旨并不是将本发明的范围限定于此,只是单纯的说明例。应予说明,对于各附图所示的部件的大小、位置关系等,为了明确说明有时会夸大。并且,以下的说明中,同一名称、符号表示相同或相同材质的部件,适当地省略详细说明。并且,构成本发明的各要素可以是由同一部件构成多个要素并由一个部件兼用多个要素的方式,反之也可以由多个部件分担一个部件的功能而实现。并且,一部分的实施例中说明的内容也可以利用于其它的实施例中。

实施例

以下,利用实施例具体说明本发明,本发明并不限于这些实施例。以下的实施例等中,各测定值如下测定。

(粒度分布和维氏硬度)

磁性粉的累积10%粒径D10、累积50%粒径D50和累积90%粒径D90使用激光衍射式粒度分布测定装置MicroTrack MT3000-II(MicrotracBEL公司制)而测定。另外,磁性粉的维氏硬度使用纳米压痕仪ENT-2100(Elionix公司制)而测定。

(磁性粉填充率)

单元体的磁性粉的填充率在从电感器的上表面朝向安装面,高度T为30%的位置制作截面样品,使用扫描式电子显微镜(SEM;1000倍)而得到SEM图像,通过图像处理软件处理得到的SEM图像而算出。

(电·磁特性)

电感器的电感、Q值、电阻值使用Network Analyzer E5071C(Agilent公司制)而测定。电感器的导磁率使用材料分析仪E4991(Agilent公司制)而测定。

(实施例1)

参照图1和图2对实施例1的电感器100进行说明。图1是实施例1的电感器100的概略立体图。图2是通过图1的AA线而与安装面正交的面的概略截面图。

如图1和图2所示,实施例1的电感器100具备:含有含磁性粉的磁性部16和埋设于磁性部16的线圈14的单元体10;以及,从埋设在单元体10内的线圈14延伸而形成且配置于单元体的表面的外部端子12。单元体10具有相互对峙的2个主面22,24、与主面邻接地相互对置的端面26、以及与主面和端面邻接地相互对置的侧面28。主面中的一方为安装面22,另一方为上表面24。单元体10由安装面22与上表面24的距离即高度T、端面26间的距离即长度L以及侧面28间的距离即宽度W所规定。

线圈14由直线状的金属板形成,使磁性部16在侧面对置的方向上贯通而配置。在线圈14的两端部金属板延伸而形成有外部端子12。外部端子12分别从单元体10的侧面28引出,在每个单侧具有2处的弯曲部而沿着单元体10的侧面28配置,延伸到单元体10的安装面22。线圈14和外部端子12由铜等导电性金属形成。外部端子12以与单元体10的侧面28和安装面22接触的方式配置。在单元体10的安装面22设置有凹部,收容有外部端子12的一部分。

构成单元体10的磁性部16由含有磁性粉和树脂等粘结剂的复合材料形成。作为磁性粉,使用包括硅的含有率为3质量%、铬的含有率为5质量%、剩余部分为铁的结晶质Fe-Si-Cr系的软磁性材料的磁性粉。另外,磁性粉的累积10%粒径D10为1.43μm,累积50%粒径D50为2.90μm,累积90%粒径D90为5.45μm,维氏硬度为400±50。在磁性粉的基础上还包含作为树脂的环氧树脂2.5质量%的复合材料中埋设直线状的金属板即线圈,施加10吨/cm2的压力而形成单元体,得到实施例1的电感器100。

将对于得到的电感器的工作频率和电感的关系示于图3,将工作频率与Q值的关系示于图4,将工作频率与电阻值的关系示于图5。电感器的10MHz的电感为9.53nH,Q值为87.25。

(实施例2)

作为磁性粉,使用累积10%粒径D10为2.05μm、累积50%粒径D50为3.21μm、累积90%粒径D90为5.05μm的软磁性材料,除此之外,与实施例1同样地得到实施例2的电感器。

将得到的电感器的工作频率与电感的关系示于图3,将工作频率和Q值的关系示于图4,将工作频率和电阻值的关系示于图5。电感器的10MHz的电感为9.85nH,Q值为81.80。

(实施例3)

作为磁性粉,使用累积10%粒径D10为1.77μm、累积50%粒径D50为3.32μm、累积90%粒径D90为6.13μm的软磁性材料,除此之外,与实施例1同样地得到实施例3的电感器。

将得到的电感器的工作频率与电感的关系示于图3,将工作频率和Q值的关系示于图4,将工作频率与电阻值的关系示于图5。电感器的10MHz的电感为10.55nH,Q值为85.71。

(实施例4)

作为磁性粉,使用累积10%粒径D10为1.97μm、累积50%粒径D50为3.53μm、累积90%粒径D90为6.45μm的软磁性材料,除此之外,与实施例1同样地得到实施例4的电感器。

将对于得到的电感器的工作频率与电感的关系示于图3,将工作频率与Q值的关系示于图4,将工作频率与电阻值的关系示于图5。电感器的10MHz的电感为10.82nH,Q值为87.79。

(比较例1)

作为磁性粉,使用累积10%粒径D10为3.06μm、累积50%粒径D50为6.28μm、累积90%粒径D90为11.83μm的软磁性材料,除此之外,与实施例1同样地得到比较例1的电感器。

将得到的电感器的工作频率与电感的关系示于图3,将工作频率与Q值的关系示于图4,将工作频率与电阻值的关系示于图5。电感器的10MHz的电感为12.11nH,Q值为73.80。

(比较例2)

作为磁性粉,使用累积10%粒径D10为3.87μm、累积50%粒径D50为9.71μm、累积90%粒径D90为23.33μm的软磁性材料,除此之外,与实施例1同样地得到比较例2的电感器。

将得到的电感器的工作频率与电感的关系示于图3,将工作频率与Q值的关系示于图4,将工作频率与电阻值的关系示于图5。电感器的10MHz的电感为13.28nH,Q值为39.60。

(比较例3)

作为磁性粉,使用包含硅的含有率为6.7质量%、铬的含有率为2.5质量%、硼为2.5质量%、剩余部分为铁的非晶的Fe-Si-Cr系的软磁性材料且累积10%粒径D10为2.67m、累积50%粒径D50为4.28μm、累积90%粒径D90为5.95μm,维氏硬度为1000±100的软磁性材料,除此之外,与实施例1同样地得到比较例3的电感器。

将得到的电感器的工作频率和电感的关系示于图3,将工作频率和Q值的关系示于图4,将工作频率和电阻值的关系示于图5。电感器的10MHz的电感为4.10nH,Q值为50.00。

【表1】

实施例1~4的电感器均示出了10MHz的电感为10nH左右且80以上的优异的品质系数Q。另外,实施例1、3和4的电感器的品质系数Q的最高值的频率高于比较例1和2,能够高频化到3~10MHz左右。并且,即使磁性粉的平均粒径为5μm以下,也能够将L值保持在10nH左右,能够减少电阻值。因此,实施例的电感器能够在工作频率高频化、输入电流也大电流化的DC-DC转换器电路等中,对电路的特性改善有贡献。

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