CN117716454A - 铁氧体烧结体和层叠线圈部件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种铁氧体烧结体，包含主成分和副成分，上述主成分含有以Fe2O3换算计为4mol％～13mol％的Fe、以ZnO换算计为47mol％～58mol％的Zn、以CuO换算计为1mol％～4mol％的Cu、以NiO换算计为2mol％～8mol％的Ni，以SiO2换算计为28mol％～36mol％的Si，副成分相对于主成分100重量份，含有以Bi2O3换算计为0.8重量份～3重量份的Bi、以ZrO2换算计为0.005重量份～0.1重量份的Zr。

Description

铁氧体烧结体和层叠线圈部件
技术领域
本发明涉及铁氧体烧结体和层叠线圈部件。
背景技术
专利文献1中公开了一种包含铁氧体组合物和硅酸锌的复合磁性材料，上述铁氧体组合物由尖晶石系铁氧体和存在于该尖晶石系铁氧体中的氧化铋构成，上述氧化铋的重量相对于上述复合磁性材料整体的重量的比例为0.025重量％～0.231重量％，上述硅酸锌的重量相对于上述硅酸锌的重量与上述尖晶石系铁氧体的重量的合计的比例为8重量％～76重量％。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2019－210204号公报
发明内容
根据专利文献1所述，若氧化铋的重量相对于复合磁性材料整体的重量的比例为0.025重量％～0.231重量％，则复合磁性材料的烧结性提高，并且可以确保高的电阻率。进而，如果硅酸锌的重量相对于硅酸锌的重量与尖晶石系铁氧体的重量的合计的比例为8重量％～76重量％，则可以兼得高的磁导率和良好的直流叠加特性。
然而，在专利文献1中记载的复合磁性材料中，如果为了直流叠加特性的提高而增加硅酸锌的含量，则烧结性可能会降低。另一方面，如果为了烧结性的改善而增加氧化铋的含量，由于构成层叠线圈部件等电子部件的外部电极的镀覆电极会产生相对于基底电极延伸的所谓的“镀层延伸”的不良，因此电子部件的可靠性可能会降低。
本发明是为了解决上述问题而完成的，目的在于提供一种直流叠加特性和烧结性良好且镀层延伸得到抑制的铁氧体烧结体。进而，本发明的目的在于提供一种由上述铁氧体烧结体构成的具有绝缘层的层叠线圈部件。
本发明的铁氧体烧结体包含主成分和副成分。上述主成分含有以Fe2O3换算计为4mol％～13mol％的Fe、以ZnO换算计为47mol％～58mol％的Zn、以CuO换算计为1mol％～4mol％的Cu，以NiO换算计为2mol％～8mol％的Ni、以SiO2换算计为28mol％～36mol％的Si。上述副成分相对于上述主成分100重量份，含有以Bi2O3换算计为0.8重量份～3重量份的Bi、以ZrO2换算计为0.005重量份～0.1重量份的Zr。
本发明的层叠线圈部件具备交替层叠由本发明的铁氧体烧结体构成的绝缘层与线圈导体而成的层叠体。
根据本发明，能够提供一种直流叠加特性和烧结性良好且镀层延伸得到抑制的铁氧体烧结体。进而，根据本发明，能够提供一种具备由上述铁氧体烧结体构成的绝缘层的层叠线圈部件。
附图说明
[图1]图1是示意性地表示本发明的层叠线圈部件的一个例子的立体图。
[图2]图2是示意性地表示构成图1所示的层叠线圈部件的层叠体的内部结构的一个例子的分解俯视图。
[图3]图3是示意性地表示具备图2所示的层叠体的层叠线圈部件的一个例子的截面图。
[图4]图4是图3中IV表示的部分的放大图
具体实施方式
以下，对本发明的铁氧体烧结体和层叠线圈部件进行说明。
然而，本发明不限于以下的构成，在不改变本发明的要旨的范围内可以进行适当地变更来应用。应予说明，将以下记载的本发明的各个优选构成组合两个以上的技术也是本发明。
[铁氧体烧结体]
本发明的铁氧体烧结体包含主成分和副成分。
主成分含有以Fe2O3换算计为4mol％～13mol％的Fe、以ZnO换算计为47mol％～58mol％的Zn、以CuO换算计为1mol％～4mol％的Cu、以NiO换算计为2mol％～8mol％的Ni、以SiO2换算计为28mol％～36mol％的Si。其中，Fe2O3、ZnO、CuO、NiO和SiO2的合计为100mol％。
副成分相对于主成分100重量份，含有以Bi2O3换算计为0.8重量份～3重量份的Bi、以ZrO2换算计为0.005重量份～0.1重量份的Zr。
通过将铁氧体烧结体的组成设为上述的范围，能够获得直流叠加特性和烧结性良好且镀层延伸得到抑制的陶瓷组合物。例如，可以获得如下陶瓷组合物：成为从初始的磁导率－10％的施加磁场为15000A/m以上，并且，即使在920℃下3小时的烧制中也能充分烧结且镀层延伸得到抑制。
各元素的含量可以使用电感耦合等离子发射光谱/质谱法(ICP－AES/MS)通过分析烧结体的组成来求出。
在本发明的铁氧体烧结体中，主成分优选含有以Fe2O3换算计为4mol％～9mol％的Fe、以ZnO换算计为52mol％～58mol％的Zn、以CuO换算计为1mol％～3mol％的Cu、以NiO换算计为2mol％～5mol％的Ni、以SiO2换算计为31mol％～36mol％的Si。其中，Fe2O3、ZnO、CuO、NiO和SiO2的合计为100mol％。
通过将Fe、Zn、Cu、Ni和Si的含量设为上述的范围，能够进一步提高直流叠加特性。例如，可以获得成为初始的磁导率－10％的施加磁场为18000A/m以上的陶瓷组合物。
在本发明的铁氧体烧结体中，副成分相对于所述主成分100重量份，进一步含有以Mn2O3换算计为0.003重量份～0.1重量份的Mn、以Cr2O3换算计为0.003重量份～0.1重量份的Cr。
通过使副成分在上述的范围内含有Mn和Cr，能够进一步提高直流叠加特性。
在本发明的铁氧体烧结体中，平均晶体粒径优选为0.2μm～0.8μm。
铁氧体烧结体的平均晶体粒径越小，晶界相对于晶粒的比例越大。例如，在铁氧体烧结体不含非磁性相的情况下，磁饱和容易受到抑制，因此可以提高直流叠加特性。因此，如果铁氧体烧结体的平均晶体粒径在上述的范围，则非磁性相容易进入晶界，因此可以进一步提高直流叠加特性。
在本说明书中，铁氧体烧结体的平均晶体粒径是指在晶粒的面积当量圆直径的累积分布中，以个数基准计累积为50％的面积当量圆直径(D50)。晶粒的面积当量圆直径可以通过使用扫描型电子显微镜(SEM)观察铁氧体烧结体的截面来测定。
本发明的铁氧体烧结体优选包含至少含有Fe、Ni、Zn和Cu的磁性相、以及至少含有Si和Zn的非磁性相。
如果铁氧体烧结体中含有非磁性相，则如上所述磁饱和容易受到抑制，因此可以提高直流叠加特性。
磁性相和非磁性相如下进行区分。首先，使用扫描型透射电子显微镜－能量分散型X射线分析(STEM-EDX)对铁氧体烧结体的截面进行元素映射。然后，以存在Fe的区域为磁性相，以存在Si的区域为非磁性相，能够区分两相。
[层叠线圈部件]
本发明的层叠线圈部件具备交替层叠由本发明的铁氧体烧结体构成的绝缘层与线圈导体而成的层叠体。
图1是示意性地表示本发明的层叠线圈部件的一个例子的立体图。
图1所示的层叠线圈部件1具备层叠体10。层叠线圈部件1进一步具备设置在层叠体10的外表面的外部电极21和22。根据层叠线圈部件的种类，可以适当变更外部电极的数量、外部电极设置的位置等。
层叠体10例如为长方体形状或大致长方体形状。图1示出了长度方向L、宽度方向W和高度方向T。长度方向L、宽度方向W和高度方向T相互正交。
图2是示意性地表示构成图1所示的层叠线圈部件的层叠体的内部结构的一个例子的分解俯视图。图3是示意性地表示具备图2所示的层叠体的层叠线圈部件的一个例子的截面图。应予说明，图3相当于图1所示的层叠线圈部件的沿III－III线的截面图。
在图2和图3所示的例子中，层叠体10的绝缘层11a、11b、11c、11d、11e、11f、11g和11h、与线圈导体12a、12b、12c、12d、12e、12f和12g交替层叠。线圈导体12a、12b、12c、12d、12e、12f和12g经由导通孔导体13a、13b、13c、13d、13e和13f电连接，由此形成线圈。在图2和图3所示的例子中，层叠线圈部件1具有线圈导体在高度方向T上层叠而成的纵绕结构，但也可以具有线圈导体在长度方向L或宽度方向W上层叠而成的横绕结构。
绝缘层11a、11b、11c、11d、11e、11f、11g和11h分别由本发明的铁氧体烧结体构成。
线圈导体12a、12b、12c、12d、12e、12f和12g分别例如由Ag等构成。同样地，导通孔导体13a、13b、13c、13d、13e和13f分别例如由Ag等构成。
在图3所示的例子中，外部电极21从层叠体10侧起依次包括基底电极21a和在基底电极21a上设置的镀覆电极21b。同样地，外部电极22从层叠体10侧起依次包括基底电极22a和在基底电极22a上设置的镀覆电极22b。
基底电极21a和22a分别优选包含Ag。
镀覆电极21b和22b可以分别为单层结构，也可以为多层结构。当镀覆电极21b为多层结构时，镀覆电极21b优选从基底电极21a侧起依次包括Ni镀覆电极和Sn镀覆电极。同样地，当镀覆电极22b为多层结构时，镀覆电极22b优选从基底电极22a侧起依次包括Ni镀覆电极和Sn镀覆电极。
图4是图3中IV表示的部分的放大图。
在外部电极21中，从基底电极21a的前端延伸的镀覆电极21b的长度(图4中a表示的尺寸)优选为30μm以下。从基底电极21a的前端延伸的镀覆电极21b的长度可以为0μm，也可以大于0μm。
同样地，在外部电极22中，从基底电极22a的前端延伸的镀覆电极22b的长度优选为30μm以下。从基底电极22a的前端延伸的镀覆电极22b的长度可以为0μm，也可以大于0μm。
具备由本发明的铁氧体烧结体构成的绝缘层的层叠线圈部件优选如下进行制造。
＜磁性材料制作工序＞
称量Fe2O3、ZnO、CuO和NiO以成为规定的组成。将该配合原料与纯水和PSZ(部分稳定化氧化锆)球一起放入球磨机，以湿式进行规定时间(例如4小时～8小时)的混合粉碎。使水分蒸发干燥后，在规定的温度(例如700℃～800℃)下进行规定时间(例如2小时～5小时)的预煅烧。由此制作磁性材料、具体而言Ni－Cu－Zn系铁氧体粉末。
优选再次对作为预煅烧物的磁性材料进行粉碎，以使平均粒径D50达到0.1μm～0.2μm左右。
预煅烧后得到的Ni－Cu－Zn系铁氧体粉末优选含有以Fe2O3换算计为40mol％～49.5mol％的Fe、以ZnO换算计为2mol％～35mol％的Zn、以CuO换算计为6mol％～13mol％的Cu、以NiO换算计为10mol％～45mol％的Ni。Ni－Cu－Zn系铁氧体粉末还可以含有Co、Bi、Sn、Mn等添加物、不可避免的杂质等。
＜非磁性材料制作工序＞
称量SiO2和ZnO以成为规定的组成。此时，优选以使ZnO与SiO2的摩尔比为1.8～2.2的方式进行配合。将该配合原料与纯水和PSZ球一起加入球磨机，以湿式进行规定时间(例如4小时～8小时)的混合粉碎。使水分蒸发干燥后，在规定的温度(例如1000℃～1300℃)下进行规定时间(例如2小时～5小时)的预煅烧。由此，制作非磁性材料、具体而言硅酸锌粉末。
优选再次对作为预煅烧物的非磁性材料进行粉碎，使平均粒径D50达到0.1μm～0.2μm左右。
另外，准备平均粒径D50为0.1μm～0.2μm左右的SiO2粉末作为非磁性材料。
上述的磁性材料和非磁性材料的平均粒径D50是使用激光衍射散射式粒度分布测定法得到的体积累积50％的当量直径。
＜生坯制作工序＞
配合上述工序中制作的磁性材料和非磁性材料，以成为规定的比例。进而，添加规定量的Bi2O3和ZrO2。根据需要添加规定量的Mn2O3和Cr2O3。将这些配合物与PSZ介质一起放入球磨机，进而，加入聚乙烯醇缩丁醛系树脂等有机粘合剂；乙醇、甲苯等有机溶剂；增塑剂等并混合，由此制作浆料。将得到的浆料通过刮刀法等进行成型加工成规定的厚度(例如20μm～30μm)的片状。然后，冲压成规定的形状(例如矩形)，由此制作生坯。
＜线圈导体图案形成工序＞
通过对制作的生坯进行激光照射，从而在规定的位置上形成导通孔。接着，通过丝网印刷法等将以Ag等为主成分的导电性膏填充于导通孔，并且涂布于生坯的表面。由此，在生坯上形成线圈导体图案。
＜层叠体块制作工序＞
将形成有线圈导体图案的生坯和未形成线圈导体图案的生坯按照规定的顺序(例如图2所示的顺序)进行层叠。将层叠得到的生坯进行热压，由此制作层叠体块。
＜单片化工序＞
根据需要使用切片机等将层叠体块切割成规定的大小，由此制作经单片化的芯片。
＜烧制工序＞
对经单片化的芯片在规定的温度(例如900℃～920℃)下进行规定时间(例如2小时～4小时)的烧制。
通过烧制，生坯成为由铁氧体烧结体构成的绝缘层，线圈导体图案成为线圈导体或导通孔导体。从而制作交替层叠绝缘层与线圈导体而成的层叠体。
＜研磨工序＞
可以对烧制后的层叠体实施例如滚筒研磨，由此在层叠体的角部和棱线部上倒圆。角部是层叠体的三个面相交的部分，棱线部是层叠体的两个面相交的部分。
＜外部电极形成工序＞
在层叠体的侧面中线圈导体被引出的端面上涂覆导电性膏。导电性膏例如包含Ag和玻璃。在规定的温度(例如800℃～820℃)下进行导电性膏的烘烤，由此形成外部电极的基底电极。基底电极的厚度例如为5μm左右。
然后，通过电镀等在基底电极上依次形成例如Ni镀覆电极和Sn镀覆电极。这样，形成外部电极。
通过以上来制造层叠线圈部件。层叠线圈部件的尺寸例如长度方向L的尺寸为0.6mm，宽度方向W的尺寸为0.3mm，高度方向T的尺寸为0.3mm。
实施例
以下，示出更具体地公开本发明的铁氧体烧结体和层叠线圈部件的实施例。应予说明，本发明并不仅限于这些实施例。
[实施例1]
(试样的制作)
以48mol％的Fe2O3、10mol％的ZnO、28mol％的NiO、14mol％的CuO的比例进行配合。将该配合物以湿式进行混合、粉碎后，通过干燥去除水分。将得到的干燥物在800℃的温度下进行2小时预煅烧。将得到的预煅烧物以湿式粉碎至平均粒径D50为0.2μm。这样，制作作为磁性材料的铁氧体粉末。
另外，以ZnO：SiO2的摩尔比为2：1的比例配合ZnO和SiO2。将该配合物以湿式进行混合、粉碎后，通过干燥去除水分。将得到的干燥物在1100℃的温度下进行2小时预煅烧。将得到的预煅烧物以湿式粉碎至平均粒径D50为0.2μm。这样，制作硅酸锌粉末。进而，准备平均粒径D50为0.2μm的SiO2粉末。将这些硅酸锌粉末和SiO2粉末作为非磁性材料。
称量上述的磁性材料和非磁性材料，使磁性材料：非磁性材料的体积比为35：65～5：95的比率，进而添加规定量的Bi2O3和ZrO2。将规定量的有机粘合剂、有机溶剂和可塑剂装入球磨机并混合，由此制作浆料。将得到的浆料通过刮刀法成型加工成厚度约25μm的片状，然后，冲压成矩形，由此制作生坯。
通过将多个制得的生坯重叠并进行压接来制作层叠体块。在将该层叠体块冲压成环状后，在920℃下进行3小时的烧制。由此制作外径为20mm、内径为12mm、厚度为1.5mm的环状试样。
使用同样制得的生坯，按照上述的＜线圈导体图案形成工序＞～＜外部电极形成工序＞中说明的方法制作层叠线圈部件。
(组成)
使用电感耦合等离子体发射光谱/质谱法(ICP-AES/MS)对环状试样进行组成分析。将结果示于表1。
(磁导率)
将环状试样设置在Agilent·Technologies公司制的磁性体测定夹具(型号16454A)上，使用Agilent·Technologies公司制的阻抗分析仪(型号E4991A)，测定10MHz下的磁导率μ’。将结果示于表1。
(直流叠加特性)
对环状试样实施60匝的绕线，使用Agilent公司制的LCR计4284A施加直流电流，测定算出的施加磁场和此时的磁导率，求出成为从初始的磁导率－10％的施加磁场。将结果示于表1。
(镀层延伸)
对于各试样，将5个层叠线圈部件固定在树脂中，通过研磨机在试样的宽度方向(W方向)进行研磨。在试样的大致中央部露出的深度处结束研磨。在其截面上进行聚焦离子束(FIB)加工，由此得到SEM观察用的截面。FIB加工使用SII·NanoTechnology公司制的FIB加工装置SMI3050R。拍摄基底电极的前端部的SEM照片，根据其SEM照片测定从基底电极的前端延伸的镀覆电极的长度(图4中a表示的尺寸)。将5个试样中有1个试样从基底电极的前端延伸的镀覆电极的长度超过30μm的情况评价为×(不良)，有0个的情况评价为○(良)。将结果示于表1。
(平均晶体粒径)
对于各试样，拍摄层叠线圈部件的大致中央部的SEM照片，测定铁氧体烧结体的平均晶体粒径D50。观察区域设为8μm×8μm。平均晶体粒径D50是在测得的晶粒的面积当量圆直径的累积分布中以个数基准计累积为50％的面积当量圆直径。将结果示于表1。
在表1中，带*的试样是本发明的范围外的比较例。
根据表1，在主成分含有以Fe2O3换算计为4mol％～13mol％的Fe、以ZnO换算计为47mol％～58mol％的Zn、以CuO换算计为1mol％～4mol％的Cu、以NiO换算计为2mol％～8mol％的Ni、以SiO2换算计为28mol％～36mol％的Si，副成分相对于主成分100重量份，含有以Bi2O3换算计为0.8重量份～3重量份的Bi、以ZrO2换算计为0.005重量份～0.1重量份的Zr的试样2～6、9～11和14～18中，磁导率μ’为1.2以上，直流叠加特性为15000A/m以上，可以得到即使在920℃下的3小时的烧制中也能充分烧结且镀层延伸得到抑制的铁氧体烧结体。
特别地，在主成分含有以Fe2O3换算计为4mol％～9mol％的Fe、以ZnO换算计为52mol％～58mol％的Zn、以CuO换算计为1mol％～3mol％的Cu、以NiO换算计为2mol％～5mol％的Ni、以SiO2换算计为31mol％～36mol％的Si的试样4～6、9～11和14～18中，可以得到直流叠加特性为18000A/m以上的铁氧体烧结体。
在试样1中，直流叠加特性为14000A/m，低于15000A/m。
在试样7、8和19中，烧结性差，在920℃下的3小时的烧制中未充分烧结。
在Bi2O3的添加量较多的试样12和未添加ZrO2的试样13中，产生了镀层延伸。
[实施例2]
制作在表1的试样5的组成中添加了Mn和Cr的试样21～27，并进行与实施例1同样的评价。将结果示于表2。
[表2]
根据表2，在副成分相对于主成分100重量份含有以Mn2O3换算计为0.003重量份～0.1重量份的Mn、以Cr2O3换算计为0.003重量份～0.1重量份的Cr的试样21～27中，可以得到与试样5同等以上的直流叠加特性。
符号说明
1 层叠线圈部件
10 层叠体
11a、11b、11c、11d、11e、11f、11g、11h 绝缘层
12a、12b、12c、12d、12e、12f、12g 线圈导体
13a、13b、13c、13d、13e、13f 导通孔导体
21、22 外部电极
21a、22a 基底电极
21b、22b 镀覆电极
a 从基底电极的前端延伸的镀覆电极的长度
L 长度方向
T 高度方向
W 宽度方向

Claims (6)

1.一种铁氧体烧结体，包含主成分和副成分，
所述主成分含有：
以Fe2O3换算计为4mol％～13mol％的Fe、
以ZnO换算计为47mol％～58mol％的Zn、
以CuO换算计为1mol％～4mol％的Cu、
以NiO换算计为2mol％～8mol％的Ni、
以SiO2换算计为28mol％～36mol％的Si；
所述副成分相对于所述主成分100重量份，含有：
以Bi2O3换算计为0.8重量份～3重量份的Bi、
以ZrO2换算计为0.005重量份～0.1重量份的Zr。
2.根据权利要求1所述的铁氧体烧结体，其中，所述主成分含有：
以Fe2O3换算计为4mol％～9mol％的Fe、
以ZnO换算计为52mol％～58mol％的Zn、
以CuO换算计为1mol％～3mol％的Cu、
以NiO换算计为2mol％～5mol％的Ni、
以SiO2换算计为31mol％～36mol％的Si。
3.根据权利要求1或2所述的铁氧体烧结体，其中，所述副成分相对于所述主成分100重量份，进一步含有：
以Mn2O3换算计为0.003重量份～0.1重量份的Mn、
以Cr2O3换算计为0.003重量份～0.1重量份的Cr。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的铁氧体烧结体，其中，平均晶体粒径为0.2μm～0.8μm。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的铁氧体烧结体，其中，包含至少含有Fe、Ni、Zn和Cu的磁性相以及至少含有Si和Zn的非磁性相。
6.一种层叠线圈部件，具备交替层叠由权利要求1～5中任一项所述的铁氧体烧结体构成的绝缘层与线圈导体而成的层叠体。
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