DE19725849C2

DE19725849C2 - Weichferrit-Material für die Verwendung zur Herstellung von Induktivitäten und Verfahren zur Herstellung von Induktivitäten unter Verwendung dieses Materials

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Publication number: DE19725849C2
Application number: DE19725849A
Authority: DE
Inventors: Chang Sik Kim
Original assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Priority date: 1996-11-30
Filing date: 1997-06-18
Publication date: 2002-06-20
Anticipated expiration: 2017-06-19
Also published as: KR19980041027A; DE19725849A1; KR100222757B1; JPH10163018A; JP2837150B2; US5855810A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Weichferrit-Material (weichmagnetisches Ferritmateri al) für die Herstellung von Vorrichtungen zur Abschirmung von elektromagnetischen Frequenzen, beispielsweise Drahtspulen-Induktivitäten und Chip-Komponenten, die Chip-Induktivitäten und Chip-Perlen (-Rippen bzw. -Wülste) umfassen. Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zur Herstellung einer Induktivität unter Verwendung des Ferrit-Materials. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf ein Ni-Cu-Zn- Weichferrit-Material und auf ein Verfahren zur Herstellung einer Induktivität vom Drahtspulen-Typ oder Chip-Typ unter Verwendung des Ferrit-Materials, bei dem eine Niedertemperatur-Sinterung möglich ist, die Schwankungen der elektromagnetischen Eigenschaften gering sind bei Einwirkung einer äußeren Spannung (Belastung) und der verbesserte elektromagnetische Eigenschaften aufweist.

Der enorme Fortschritt in jüngster Zeit auf dem Gebiet der Elektronik- und Kommunika tions-Vorrichtungen führte zur Entwicklung von miniaturisierten, dünnen und leicht in stallierbaren elektronischen Komponenten, wodurch eine neue Industriestruktur ent stand. Dies führte zu neuen Problemen, beispielsweise einer Umweltpollution und Kommunikationsstörungen, die früher unbeachtlich waren. Wegen der Generalisierung der drahtlosen Kommunikations-Vorrichtungen und der Multitechnik-Umwelt hat sich insbesondere die elektromagnetische Umweltbelastung erhöht. Daher sind die Staaten der Welt übereingekommen, die Vorschriften zur Verhinderung einer elektromagneti schen Umweltbelastung (FCC, CISPR, VDE, MIL) zu verschärfen.

Es entstand deshalb eine Nachfrage nach einer Vorrichtung zur Verhinderung einer Belastung durch elektromagnetische Wellen (EMI/EMC). Infolgedessen ist die Nachfra ge nach elektronischen Komponenten gestiegen und der derzeitige technische Trend geht in Richtung einer Diversifikation der Funktionen, der Erhöhung der Dichte und der Erzielung hoher Wirkungsgrade.

Außerdem wurde die Anwendung des Weichferrit-Materials für die Verwendung zur Herstellung von elektronischen Komponenten wie Vorrichtungen zur Verhinderung einer elektromagnetischen Belastung und Energieübertragungs-Einrichtungen fein unterteilt in Abhängigkeit von den Eigenschaften, den Frequenzbändern und dgl.

Auch bei dem Herstellungsverfahren ist eine Abkehr von dem konventionellen Pulver metallurgie-Verfahren festzustellen und neuerdings werden Komponenten vom überein andergestapelten Typ untersucht und in der Praxis angewendet. Dieses Verfahren hat sich bewährt auf dem technischen Gebiet der kleinen Chip-Komponenten, z. B. der elekt ronischen Keramik-Komponenten als einem Hauptgebiet.

Im allgemeinen erfordert das Weichferrit-Material, das zur Herstellung von kleinen Chip- Komponenten, beispielsweise Chip-Induktivitäten, Chip-Perlen (-Rippen bzw. -Wülsten), Chip-Anordnungen, Chip-LC-Filtern und Chip-Trans, verwen det wird, eine hohe Induktanz. Dieses Weichferrit-Material umfaßt Mn-Zn-Ferrit, Ni-Ferrit, Ni-Zn-Ferrit und Ni-Cu-Zn-Ferrit.

Der Mn-Zn-Ferrit weist eine hohe Permeabilität und niedrige Energieverluste auf. Er wird deshalb als magnetischer Kern für Stromversorgungsnetz-Transformatoren und Hochspannungsleitungs-Filter und dgl. verwendet. Der Mn-Zn-Ferrit weist jedoch eine niedrige Radiofrequenz(Hochfrequenz)-Charakteristik auf und kann deshalb nicht für ein Frequenzband von über 1 MHz verwendet werden. Derzeit sind die magnetischen Kernmaterialien, die in dem Frequenzband von über 1 MHz verwendbar sind, der Ni- Ferrit, der Ni-Zn-Ferrit und der Ni-Cu-Zn-Ferrit.

Das konventionelle Verfahren zur Herstellung eines Weichferrit-Materials wird wie folgt durchgeführt: es wird ein Sinterverfahren bei einer Temperatur von 1000 bis 1400°C 1 bis 5 h lang durchgeführt. Die inneren Elektroden der elektronischen Komponenten, beispielsweise der Chip-Induktivität und des Chip-Perlenfilters, werden jedoch aus Silber (Ag) hergestellt. Die vorstehend angegebene Sintertemperatur übersteigt den Schmelzpunkt von Ag (960°C). Deshalb ist nicht nur die Sintertemperatur zu hoch, sondern die hergestellten Komponenten weisen auch hohe Verluste in dem generellen Frequenz band von 500 KHz bis 20 MHz auf. Daher kann die erforderliche Induktanz nicht erzielt werden. Um die Sintertemperatur für das Weichferrit-Material zu senken, wird daher im allgemeinen die Teilchengröße des magnetischen Kernmaterials fein zerkleinert bis auf 0,01 bis 1 µm. Auf diese Weise wird erreicht, daß das Energieniveau der Teilchen den Grundzustand (metastabilen Zustand) erreicht und das Material, das sich in dem Raum zwischen den Teilchen bewegt, wird während der Sinterung erhöht, um so das Sintern zu fördern, so daß eine Niedertemperatur-Sinterung durchgeführt werden kann.

Das Herstellungsverfahren, bei dem man auf die Feinzerkleinerung zurückgreift, erfor dert jedoch teure Apparaturen und ein kompliziertes Verfahren, was dazu führt, daß die Herstellungskosten steigen. Außerdem tritt dabei ein Problem in bezug auf die prakti sche Anwendung auf.

Als ein weiteres Beispiel gibt es ein Verfahren, bei dem ein Bestandteil wie B₂O₃ ver wendet wird (JP-OS 64-45771). Es gibt noch ein weiteres Verfahren, bei dem das Sintern durchgeführt wird durch Zugabe eines Flußmittels wie ZnO oder V₂O₅, um eine Oberflächenvergrößerung der Teilchen zu be wirken (JP-OS 60-210572).

Bei dem Verfahren, bei dem eine Verbindung mit niedrigem Schmelzpunkt zugegeben wird, ist das Verhalten der Co-Komponente in bezug auf die Verbesserung der Fre quenz-Eigenschaften jedoch gehemmt, wodurch der Sintereffekt herabgesetzt wird. Au ßerdem liegen bei diesem Verfahren die Zusätze bei einer Temperatur unterhalb der Sintertemperatur des Weichferrit-Materials als Matrix in der flüssigen Phase vor. Des halb werden die Zusätze auf die Korngrenzen verteilt, um das Sintern zu fördern. We gen der Segregation der Zusätze treten daher häufig ein Induktanz-Abfall und Verluste auf. Außerdem treten sie in Wechselwirkung mit der inneren Elektrode aus Ag oder sie breiten sich auf die Ag-Elektrode aus. Infolgedessen sind die magnetischen Eigen schaften (die Induktanz, der Q-Faktor) der Chip-Induktivität beeinträchtigt, was zur Folge hat, daß die Produkt-Zuverlässigkeit schlechter ist.

Aus der DE-AS 10 64 867 ist eine ferrithaltige Glasmischung mit hohen Verarbeitungs temperaturen bekannt.

In der US 5 120 366 ist ein weiteres gängiges Ferrit-Glas-Gemisch beschrieben.

In der US 5 206 620 ist eine Ferrit-Glas-Zubereitung beschrieben, bei der das Glas auch diverse Metalloxide enthalten kann.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Ni-Cu-Zn-Weichferrit-Material bereitzustellen, bei dem die zugegebenen zusammengesetzten Glaspulver (Mischungs glaspulver) auch nach der Reaktion mit dem Hauptbestandteil der Matrix eine minimale Beeinträchtigung der elektromagnetischen Eigenschaften ergeben und keine Wechsel wirkung mit der inneren Ag-Elektrode aufweisen, so daß die Stabilität der inneren Elekt rode bei einer niedrigen Sintertemperatur gewährleistet werden kann, und verbesserte Eigenschaften bei einem Frequenzband von 500 KHz bis 20 MHz sichergestellt werden können, sowie ein Verfahren zur Herstellung von Drahtspulen-Induktivitäten und Chip-Induktivitäten bei einer niedrigen Sintertemperatur durch Verwendung des Ni-Cu-Zn-Weichferrit-Materials zu schaffen.

Um diese Aufgabe zu lösen, umfaßt das erfindungsgemäße Ni-Cu-Zn-Weichferrit- Material zur Herstellung von Induktivitäten ein Ausgangsmaterial, das (in Mol%) besteht aus 49,0 bis 50,0% Fe₂O₃, 5 bis 13% CuO, 7,5 bis 25% NiO und 12 bis 38,5% ZnO, wobei das Weichferrit-Material außerdem (in Gew.-%) 0,05 bis 15,0% B₂O₃-Bi₂O₃-ZnO- Glas enthält.

Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung umfaßt das Ni-Cu-Zn-Weichferrit-Material zur Herstellung von Induktivitäten gemäß der vorliegenden Erfindung ein Ausgangsma terial, das (in Mol-%) besteht aus 49,0 bis 50,0% Fe₂O₃, 5 bis 13% CuO, 7,5 bis 25% NiO und 12 bis 38,5% ZnO, wobei das Weichferrit-Material außerdem (in Gew.-%) eine oder mehr Verbindungen, ausgewählt aus der Gruppe, die besteht aus 2,0% oder weniger CoO, 2,0% oder weniger Co₂O₃ und 2,0% oder weniger Co₃O₄; sowie 0,05 bis 15,0% B₂O₃-Bi₂O₃-ZnO-Glas enthält.

Gemäß einem anderen Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Her stellung eines Drahtspulen-Induktivität gemäß der Erfindung, das die folgenden Stufen umfaßt:
Zugabe von 0,05 bis 15,0 Gew.-% B₂O₃-Bi₂O₃-ZnO-Glas zu einem Ausgangsmaterial, das (in Mol-%) besteht aus 49,0 bis 50,0% Fe₂O₃, 5 bis 13% CuO, 7,5 bis 25% NiO und 12 bis 38,5% ZnO,
und Zerkleinern und Trocknen derselben unter Bildung eines getrockneten Pulvers; Mischen des getrockneten Pulvers mit 5 bis 15 Gew.-% eines Bindemittels, das 5 bis 10 Gew.-% eines Hauptbestandteils und 5 bis 16 Gew.-% eines Reaktionsinhibitors darin enthält, und Herstellung grober Teilchen aus der Mischung; und
Formen unter Verwendung der groben Teilchen und Sintern bei einer Temperatur von 860 bis 910°C.

Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Her stellung einer Drahtspulen-Induktivität gemäß der Erfindung, das die folgenden Stufen umfaßt:
Zugabe von 0,05 bis 15,0 B₂O₃-Bi₂O₃-ZnO-Glas zu einem Ferrit-Pulver, das (in Mol-%) besteht aus 49,0 bis 50,0% Fe₂O₃, 5 bis 13% CuO, 7,5 bis 25% NiO und 12 bis 38,5 % ZnO und Zerkleinern und Trocknen derselben unter Bildung eines getrockneten Pul vers;
Mischen des getrockneten Pulvers mit einer oder mehr Verbindungen, ausgewählt aus der Gruppe, die besteht (in Gew.-%) aus 2,0% oder weniger CoO, 2,0% oder weniger Co₂O₃ und 2,0% oder weniger Co₃O₄ und Calcinieren der Mischung;
Mischen des calcinierten Pulvers mit 5 bis 15 Gew.-% eines Bindemittels, das 5 bis 10 Gew.-% eines Hauptbestandteils und 5 bis 16 Gew.-% eines Reaktionsinhibitors darin enthält, und Herstellung von groben Teilchen aus der Mischung; und
Formen unter Verwendung der groben Teilchen und Sintern bei einer Temperatur von 860 bis 910°C.

Gemäß einem noch weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Chip-Induktivität gemäß der vorliegenden Erfindung, das die folgen den Stufen umfaßt:
Zugabe von 0,05 bis 15,0% B₂O₃-Bi₂O₃-ZnO-Glas zu einem Ferrit-Pulver, das (in Mol- %) besteht aus 49,0 bis 50,0% Fe₂O₃, 5 bis 13% CuO, 7,5 bis 25% NiO und 12 bis 38,5% ZnO und Zerkleinern und Trocknen derselben unter Bildung eines getrockneten Pulvers;
Zugabe eines Bindemittels zu dem getrockneten Pulver in einem Verhältnis von 1 : 1 bis 1 : 4 und Gießen einer Vielzahl von Grünplatten (-lagen) unter Anwendung eines Doctor- Verfahrens;
Aufeinanderstapeln einer Vielzahl der Grünplatten (-lagen), Aufdrucken einer inneren Ag-Elektrode auf die aufeinandergestapelten Platten (Lagen), erneutes Aufeinandersta peln einer Vielzahl der Grünplatten (-lagen) und Sintern und Formen einer äußeren Elektrode auf dem Sinterkörper.

Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Her stellung einer Chip-Induktivität gemäß der Erfindung, das die folgenden Stufen umfaßt:
Mischen eines Ausgangsmaterials, bestehend (in Mol-%) aus 49,0 bis 50,0% Fe₂O₃, 5 bis 13% CuO, 7,5 bis 25% NiO und 12 bis 38,5% ZnO, mit einer oder mehr Verbin dungen, ausgewählt aus der Gruppe, die besteht (in Gew.-%) aus 2,0% oder weniger CoO, 2,0% oder weniger Co₂O₃ und 2,0% oder weniger Co₃O₄; sowie mit 0,05 bis 15,0 % B₂O₃-Bi₂O₃-ZnO-Glas und Zerkleinern und Trocknen derselben unter Bildung eines getrockneten Pulvers;
Zugabe eines Bindemittels zu dem getrockneten Pulver in einem Verhältnis von 1 : 1 bis 1 : 4 und Gießen einer Vielzahl von Grünplatten (-lagen) unter Anwendung eines Doctor- Verfahrens;
Aufeinanderstapeln einer Vielzahl der Grünplatten (-lagen), Aufdrucken einer inneren Ag-Elektrode auf die aufeinandergestapelten Platten (Lagen), erneutes Aufeinandersta peln einer Vielzahl der Grünplatten (-lagen) und Sintern bei einer Temperatur von 880 bis 910°C; und
Formen einer äußeren Elektrode auf dem Sinterkörper.

Die Erfindung wird nachstehend anhand bevorzugter Ausführungsformen näher be schrieben.

Im allgemeinen unterscheiden sich Weichferrit-Materialien (weichmagnetische Ferrit- Materialien) in ihren Eigenschaften gegenüber Frequenzbändern in Abhängigkeit von ihrer Struktur und ihrer Zusammensetzung. Die vorliegende Erfindung betrifft einen weichmagnetischen Ni-Cu-Zn-Ferrit, in dem der ZnO-Bestandteil relativ hoch ist und der NiO-Bestandteil relativ niedrig ist, der geeignet ist für ein Frequenzband von 500 KHz bis 20 MHz. Die Grundzusammensetzung ist vorzugsweise ein Ausgangsmaterial, das (in Mol-%) besteht aus 49,0 bis 50,0% Fe₂O₃, 5 bis 13% CuO, 7,5 bis 25% NiO und 12 bis 38,5% ZnO. Die Zusammensetzung enthält besonders bevorzugt außerdem eine Verbindung, ausgewählt aus der Gruppe, die besteht aus jeweils 2,0% CoO, Co₂O₃ und CO₃O₄.

Außerdem wird erfindungsgemäß ein B₂O₃-Bi₂O₃-ZnO-Glas in einer Menge von 0,05 bis 15,0 Gew.-% der vorstehend beschriebenen Mischung zugesetzt.

Die Zugabe des obengenannten Glases bringt den Vorteil mit sich, daß die Verschlech terung der elektromagnetischen Eigenschaften auch nach der Reaktion mit der weich magnetischen Matrix minimiert werden kann. Insbesondere tritt im Falle einer Chip- Induktivität keine Reaktion mit einer inneren Elektrode aus Ag auf und die Sintertempe ratur wird herabgesetzt, wobei dies weitere Vorteile sind.

Wenn das Glas in einer Menge von 0,05 bis 15,0 Gew.-% zugegeben wird, kann die Sintertemperatur der Matrix von der konventionellen Temperatur von 1000 bis 1350°C (welche die Sintertemperatur für den Fall ist, daß eine konventionelle Verbindung mit niedrigem Schmelzpunkt (Bi₂O₃ oder V₂O₅) verwendet wird) auf 860 bis 910°C herabge setzt werden. Außerdem kann in diesem Fall die Spannung (Belastung), die während der Schrumpfung der Matrix und der inneren Elektrode nach der Sinterung auftritt, ver mindert werden, so daß die innere Elektrode stabilisiert werden kann.

Das Glas sollte vorzugsweise enthalten sein in Mengen von 10 bis 40 Gew.-% B₂O₃, 20 bis 40 Gew.-% Bi₂O₃ und 20 bis 70 Gew.-% ZnO.

Insbesondere im Falle der Drahtspulen-Induktivität, der unter Verwendung des erfin dungsgemäßen Weichferrit-Materials hergestellt wird, wird durch das Verhalten des Glases innerhalb der Matrix die Sinterdichte der Matrix erhöht. Infolgedessen kann die mechanische Festigkeit verbessert werden und aufgrund der hohen Oberflächendichte wird eine Haftung von Fremdmaterialien während der Elektroplattierung verhindert, wo durch die Herstellungsausbeute verbessert wird.

Im Falle der Induktivität, der unter Verwendung des erfindungsgemäßen Weichferrit- Materials hergestellt wird, sollte die Teilchengröße des zugegebenen Glases vorzugs weise 0,1 bis 10 µm betragen. Insbesondere sollte die Teilchengröße des Glases 0,2 bis 5 µm betragen, um ein Wachstum von großen Körnern als Folge der abweichenden Verteilung der Matrix zu verhindern.

Nachstehend wird das Verfahren zur Herstellung einer Drahtspulen-Induktivität unter Verwendung des das Glas enthaltenden getrockneten Pulvers gemäß der vorliegenden Erfindung näher beschrieben.

Im Falle der Drahtspulen-Induktivität werden unmittelbar nach dem Trocknen des das Glas enthaltenden Pulvers 5 bis 15 Gew.-% eines Bindemittels mit 5 bis 10 Gew.-% ei nes Hauptbestandteils und 5 bis 16 Gew.-% eines darin enthaltenen Reaktionsinhibitors zugegeben und dann werden grobe Teilchen gebildet. Der Hauptbestandteil kann ir gendein übliches Material sein, wie es üblicherweise verwendet wird bei der Herstellung eines Sinterkerns. Beispielsweise kann Polyvinylalkohol (PVA) oder Methylcellulose verwendet werden. Der Reaktionsinhibitor hat die Aufgabe, die Agglomeration der wei chen magnetischen Teilchen zu verhindern und dieses Material kann Mannit oder Pro pylenglycol (PEG) sein.

Das getrocknete Pulver kann wie im üblichen Fall calciniert werden und die Calcinie rungs-Temperatur sollte vorzugsweise 650 bis 880°C betragen. Insbesondere sollte die Calcinierungs-Temperatur 700 bis 850°C betragen.

Dann wird das calcinierte Pulver zu groben Teilchen verarbeitet und es wird ein Formen durchgeführt, wobei der gewünschte Formkörper erhalten wird. Der Formkörper wird bei einer Temperatur von 860 bis 910°C gesintert, bei der es sich um eine Temperatur han delt, die viel niedriger ist als diejenige, wie sie üblicherweise angewendet wird, wenn eine übliche Verbindung mit niedrigem Schmelzpunkt darin enthalten ist. Während des Sinterns ist das Temperaturintervall von 750 bis 900°C dasjenige, bei dem die Körnchen ausgerichtet und dichter gemacht werden. Deshalb können dann, wenn die Temperatur abrupt erhöht wird, Poren oder Hohlräume entstehen, die dazu führen, daß die Permea bilität abnimmt und daß der Qualitäts-Faktor schlechter wird. Vorzugsweise sollte des halb ein abrupter Temperatur-Anstieg vermieden werden. So sollte beispielsweise in dem obengenannten Temperaturintervall der Temperatur-Anstieg vorzugsweise mit ei ner Geschwindigkeit von etwa 10°C/min durchgeführt werden.

Nach dem Erreichen der Sintertemperatur wird ferner die Sintertemperatur vorzugswei se 2 bis 3 h lang aufrechterhalten. Dann wird während des Intervalls bis herab zu 700°C ein abruptes Abkühlen vermieden. Wenn ein abruptes Abkühlen während dieses Inter valls durchgeführt wird, fällt die CuO-Komponente aus der Matrix aus, was zur Folge hat, daß die elektromagnetischen Eigenschaften schlechter werden. Deshalb sollte vor sichtig gearbeitet werden und während dieses Abkühlungsintervalls sollte die Abküh lungs-Geschwindigkeit vorzugsweise etwa 5°C/min oder weniger betragen.

Erfindungsgemäß ist die Mikrostruktur sehr stark stabilisiert und es werden die folgen den Eigenschaften erhalten: das heißt, der Qualitätsfaktor beträgt 150 oder mehr, der Peak-Bereich beträgt 100 KHz bis 20 MHz und die Induktanz beträgt 10 µH oder mehr. Auf diese Weise kann ein Weichferrit-Material mit verbesserten elektromagnetischen Eigenschaften bei einer niedrigen Temperatur erhalten werden, verglichen mit dem kon ventionellen Verfahren. Nachstehend wird das Verfahren zur Herstellung einer Chip- Induktivität unter Verwendung eines getrockneten Pulvers mit dem zugesetzten oben genannten Glas näher beschrieben.

Ein Bindemittel in Form einer hochmolekularen organischen Verbindung, wie PVB, Me thylcellulose (MC), Ölsäure, Propylenglycol, Toluol oder Mannit, wird dem getrockneten Pulver in einem Verhältnis von 1 : 1 bis 1 : 4 zugesetzt. Dann werden Grünplatten (-lagen) gegossen unter Anwendung des Doctor-Verfahrens und danach wird eine Vielzahl der Grünplatten (-lagen) aufeinandergestapelt. Dann wird eine innere Ag-Elektrode aufge druckt und danach wird eine Vielzahl der Grünplatten (-lagen) erneut aufeinandergesta pelt. Dann wird diese Struktur bei einer Temperatur von 880 bis 910°C gesintert. Die Sintertemperatur von 880 bis 910°C ist ein viel niedrigerer Wert als der übliche Wert. Dann wird eine äußere Elektrode auf dem Sinterkörper geformt, wodurch der erfin dungsgemäße Chip-Induktivität erhalten wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Beispiel 1

Es wurden die Ausgangsmaterialien in den Zusammensetzungen der nachstehenden Tabelle 1 abgewogen. Diese Ausgangsmaterialien wurden in einen Polyurethan-Kolben gegeben und dann zerkleinert und das Mischen wurde durchgeführt nach der Zugabe von destilliertem Wasser in einer Menge, die dem 1- bis 3-fachen der Menge der Aus gangsmaterialien entsprach, unter Verwendung von YTZ-Kugeln (Y₂O₃-Zirkioniumoxid- Kugeln), bis die durchschnittliche Teilchengröße 1 bis 1,5 µm betrug. Nach Beendigung des Mischens wurde die Calcinierung bei einer Temperatur von 700 bis 850°C 2 bis 3 h lang durchgeführt. Dann wurde innerhalb des gleichen Kolbens erneut eine Zerkleine rung durchgeführt. Während des erneuten Zerkleinerns wurde dem calcinierten Pulver ein 10B₂O₃-65Bi₂O₃-25ZnO-Glaspulver zugegeben und das erneute Zerkleinern wurde 24 bis 48 h lang durchgeführt. Wenn die Teilchengröße auf 0,1 bis 1,5 µm herabgesetzt war, wurde ein Trocknen durchgeführt unter Verwendung einer Trocknungsvorrichtung, bis der Feuchtigkeitsgehalt 0,2 bis 0,7 Gew.-% pro Gewichtseinheit der Ausgangsmate rialien betrug.

Das getrocknete Pulver wurde klassiert zu einer einheitlichen Teilchengröße von 60 bis 80 mesh und dann wurden 5 bis 15 Gew.-% eines Bindemittels zugegeben, in dem 5 bis 10 Gew.-% Polyvinylalkohol (PVA) und 5 bis 16 Gew.-% Mannit gelöst waren. Dann wurde das Pulver unter Verwendung eines 50 mesh-Siebes zu einer einheitlichen Teil chengröße klassiert und es wurde ein ringförmiger Kern mit einem Außendurchmesser von 25 mm, einem Innendurchmesser von 18 mm und einer Höhe von 4,5 mm daraus hergestellt. Dann wurde die hergestellte Struktur gesintert. Während des Sinterns wurde die Temperatur mit einer Geschwindigkeit von etwa 2°C/min bis auf 420°C erhöht und diese Temperatur wurde etwa 4 h lang aufrechterhalten, wodurch eine Bindemittel- Entfernung durchgeführt wurde.

Dann wurde eine Temperatursteigerung bis auf 750°C mit einer Geschwindigkeit von etwa 3°C/min durchgeführt und danach wurde bis zu einer Temperatur von 900°C die Temperatursteigerung mit einer Geschwindigkeit von etwa 1°C/min durchgeführt. Als die Temperatur 900°C erreicht hatte, wurde sie 2 bis 3 h lang aufrechterhalten und dann wurde ein Abkühlen durchgeführt. Bei der Durchführung des Abkühlens wurde mit einer Geschwindigkeit von 3°C/min bis herunter auf 700°C abgekühlt und dann wurde mit ei ner Geschwindigkeit von 10°C/min bis herunter auf Raumtemperatur weiter abgekühlt.

Dann wurde auf die gesinterte Struktur ein emaillierter (glasierter) Kupferdraht mit einem Durchmesser von 0,55 mm in 20 Wicklungen aufgewickelt. Danach wurden die Induk tanz und der Qualitätsfaktor (Q-Faktor) bei einem Frequenzband von 10 KHz bis 40 MHz gemessen unter Verwendung eines HP4291A-Netzwerk-Analysators. Die Ergeb nisse sind in der folgenden Tabelle I angegeben.

In der folgenden Tabelle I wurde bei dem konventionellen Beispiel eine Sinterung bei etwa 950°C durchgeführt.

Tabelle I

Wie in der obigen Tabelle I angegeben, wurde im Falle der erfindungsgemäßen Bei spiele 1 bis 9, in denen die erfindungsgemäßen Bedingungen erfüllt waren, bestätigt, daß eine Niedertemperatur-Sinterung möglich war. Außerdem betrug der Induktanz- Wert mehr als 10 µH und der Qualitäts-Faktor Q betrug etwa 150. Sie wiesen somit ver besserte elektromagnetische Eigenschaften auf. Das heißt, durch diese Eigenschaften des erfindungsgemäßen Materials war es möglich, die Sinterung bei einer viel niedrige ren Temperatur, die um 50 bis 100°C niedriger ist, durchzuführen. Außerdem waren die Verluste nach der Sinterung viel geringer.

Im Falle der Vergleichsbeispiele 2 bis 6 wurde kein Glas zugegeben, es wurde jedoch ein Bi₂O₃-Zusatz oder V₂O₅-Zusatz zugegeben. Die Sinterung konnte daher bei der tie fen Temperatur nicht in ausreichendem Maße durchgeführt werden und deshalb erga ben sich ein niedriger Qualitätsfaktor und eine niedrige Induktanz. Der Grund dafür ist der, daß eine Korngrenzendiffusion nicht auftreten kann, wenn nur die Bi₂O₃- oder V₂O₅- Komponente vorhanden ist. Im Falle des Vergleichsbeispiels 1, bei dem die Zusammen setzungen von der vorliegenden Erfindung grundlegend abweichen, war der Qualitäts- Faktor zu niedrig als Folge der Niedertemperatur-Sinterung und deshalb waren die e lektromagnetischen Eigenschaften schlechter.

Beispiel 2

Um die elektromagnetischen Eigenschaften in Abhängigkeit von den Arten des Glases zu bestimmen, wurden Gläser mit unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften, wie in der folgenden Tabelle II angegeben, Ausgangsmaterialien mit der gleichen Zusam mensetzung wie in Beispiel 1 zugesetzt. Dann wurden die jeweiligen Materialien zu ringförmigen Körpern geformt und gesintert. Danach wurden die elektromagnetischen Eigenschaften bestimmt und die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle III an gegeben. Vor den Messungen wurde ein emaillierter (glasierter) Kupferdraht mit einem Durchmesser von 0,55 mm in 20 Windungen auf den ringförmigen Körper aufgewickelt und danach wurde die Messung unter Verwendung eines HP4194A-Impedanz- Analysators durchgeführt.

Tabelle II

Tabelle III

Aus den Tabellen II und III ist zu ersehen, daß die elektromagnetischen Eigenschaften des hergestellten Weichferrit-Materials stark variierten in Abhängigkeit von der Variation der Zusammensetzung des Glases, was dazu führt, daß die Verformungstemperatur und die Wärmeausdehnung des Glases verschieden gemacht werden sollen. Das heißt, im Falle der erfindungsgemäßen Beispiele 8 und 10 bis 15, in denen erfindungsgemäße Materialien a bis d verwendet wurden und in denen das Glas bestand aus 10 bis 40% B₂O₃, 20 bis 70% Bi₂O₃ und 20 bis 40% ZnO, um den erfindungsgemäßen Bedingun gen zu genügen, war erkennbar, daß der Wert für die Induktanz bei der kommerziellen Frequenz 15 µH oder mehr betrug, der Qualitäts-Faktor 150 oder mehr betrug und das Qualitätsfaktor-Peak-Band (Q-Peak-Band) betrug bei allen Beispielen 100 KHz bis 20 MHz.

Andererseits war in den Fällen der Vergleichsbeispiele 7 bis 9, in denen B₂O₃-SiO₂- Gläser (Vergleichsmaterialien A-C) verwendet wurden, entweder der Induktanz-Wert zu niedrig oder der Qualitäts-Faktor zu gering war, so daß die elektromagnetischen Eigen schaften schlechter waren.

Beispiel 3

Es wurden Materialien mit den in der Tabelle 1 angegebenen Zusammensetzungen zu Pulvern verarbeitet unter Anwendung des Verfahrens des Beispiels 1. Dann wurde ein PVB-Mannit-Bindemittel in einem Verhältnis von 1 : 1 bis 1 : 4 zugegeben. Dann wurde die Mischung klassiert zu Teilchen mit einer einheitlichen Größe unter Verwendung eines 200-325 mesh-Siebes. Dann wurden Grünplatten (-lagen) mit einer Dicke von 10 bis 200 µm gegossen unter Anwendung des Doctor-Verfahrens.

Eine Vielzahl der gegossenen Grünplatten (-lagen) wurden aufeinandergelegt, es wurde eine innere Ag-Elektrode auf die aufeinanderliegenden Platten (Lagen) aufgedruckt und dann wurde eine Vielzahl der Grünplatten (-lagen) erneut aufeinandergelegt. Danach wurde ein Sintern bei einer Temperatur von 880 bis 910°C für 1 bis 3 h durchgeführt. Dann wurde eine äußere Elektrode auf dem Sinterkörper geformt, wodurch ein Chip- Induktivität vervollständigt wurde. Bei einer Vielzahl von auf diese Weise hergestellten Chip-Induktivitäten wurden die elektromagnetischen Eigenschaften bestimmt unter Verwendung eines HP4192A-Netzwerk-Analysators und die gemessenen Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle IV angegeben.

Tabelle IV

Wie aus der obigen Tabelle IV hervorgeht, war in den Fällen der erfindungsgemäßen Beispiele 16 bis 22, die den erfindungsgemäßen Bedingungen genügen, eine Nieder temperatur-Sinterung möglich. Außerdem betrug der Wert für die Induktanz des Weichferrit-Materials nach dem Sintern mehr als 140 nH und der Qualitäts-Faktor Q be trug 34 oder mehr. Dadurch wurde bestätigt, daß sie verbesserte elektromagnetische Eigenschaften aufwiesen. Das heißt, der erfindungsgemäße Chip-induktivität wies Vor teile auf gegenüber einem konventionellen Chip-Induktivität, dem das Glas und die Co- Zusätze überhaupt nicht zugegeben wurden. Das heißt, erfindungsgemäß wurde die Sintertemperatur um 50 bis 100°C herabgesetzt und die Verluste nach dem Sintern wa ren signifikant gering.

Nach der vorstehend beschriebenen Erfindung läuft das Sintern in zufriedenstellendem Ausmaß auch bei einer niedrigen Temperatur ab, so daß ein Weichferrit-Material mit verbesserten elektromagnetischen Eigenschaften erhalten werden kann. Außerdem können zur Herstellung dieses Materials die bereits vorhandenen Anlagen so wie sie sind verwendet werden. Eine Investition in teure Anlagen ist daher nicht erforderlich und die Schwierigkeiten bei der Bedienung solcher Anlagen können vermieden werden. Da her kann erfindungsgemäß ein Weichferrit-Material für Chip-Induktivitäten bei niedrigen Kosten hergestellt werden.

Claims

1. Ni-Cu-Zn-Weichferrit-Material zur Herstellung von Induktivitäten, wobei das Mate rial ein Ausgangsmaterial umfaßt, bestehend (in Mol-%) aus
49,0 bis 50,0% Fe₂O₃,
5 bis 13% CuO,
7,5 bis 25% NiO und
12 bis 38,5% ZnO,
wobei das Weichferrit-Material außerdem (in Gew.-%) 0,05 bis 15,0% B₂O₃-Bi₂O₃- ZnO-Glas enthält.

2. Ni-Cu-Zn-Weichferrit-Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es außerdem (in Gew.-%) eine oder mehr Verbindungen, ausgewählt aus der Gruppe, die besteht aus 2,0% oder weniger CoO, 2,0% oder weniger Co₂O₃, und 2,0% oder weniger Co₃O₄, enthält.

3. Ni-Cu-Zn-Weichferrit-Material nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß das Glas (in Gew.-%) besteht aus 10 bis 40% B₂O₃, 20 bis 40% Bi₂O₃ und 20 bis 70% ZnO.

4. Verfahren zur Herstellung einer Drahtspulen-Induktivität mit den folgenden Schrit ten:
Zugabe von 0,05 bis 15,0 Gew.-% B₂O₃-Bi₂O₃-ZnO-Glas zu einem Ausgangsmate rial, bestehend (in Mol-%) aus 49,0 bis 50,0% Fe₂O₃, 5 bis 13% CuO, 7,5 bis 25 % NiO und 12 bis 38,5% ZnO, und Zerkleinern und Trocknen derselben unter Bil dung eines getrockneten Pulvers;
Mischen des getrockneten Pulvers mit 5 bis 15 Gew.-% eines Bindemittels, das 5 bis 10 Gew.-% einer Hauptkomponente und 5 bis 16 Gew.-% eines Reaktionsinhi bitors darin enthält, unter Bildung einer Mischung und Herstellung von groben Teil chen aus der Mischung; und
Durchführung einer Formgebung unter Verwendung der groben Teilchen und Durchführung einer Sinterung bei einer Temperatur von 860 bis 910°C.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ferrit-Pulver au ßerdem (in Gew.-%) enthält: eine oder mehr Verbindungen, ausgewählt aus der Gruppe, die besteht aus 2,0% oder weniger CoO, 2,0% oder weniger Co₂O₃ und 2,0% oder weniger Co₃O₄.

6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 4 und/oder 5, dadurch gekenn zeichnet, daß das Glas (in Gew.-%) besteht aus 10 bis 40% B₂O₃, 20 bis 40% Bi₂O₃ und 20 bis 70% ZnO.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Glas eine Teil chengröße in dem Bereich von 0,1 bis 10 µm hat.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Glas eine Teil chengröße in dem Bereich von 0,2 bis 5 µm hat.

9. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeich net, daß das Pulver bei einer Temperatur von 650 bis 880°C calciniert wird.

10. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeich net, daß das die Sintertemperatur weniger als 5 h lang aufrechterhalten wird.

11. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekenn zeichnet, daß während des Sinterns eine Temperatursteigerung über ein Tempe raturintervall von 750 bis 900°C mit einer Geschwindigkeit von etwa 10°C/min oder weniger durchgeführt wird und eine Abkühlung von 900 auf 700°C mit einer Ge schwindigkeit von etwa 5°C/min oder weniger durchgeführt wird.

12. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekenn zeichnet, daß der genannte Hauptbestandteil Polyvinylalkohol oder Methylcellulo se ist.

13. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekenn zeichnet, daß der genannte Reaktions-Inhibitor Mannit oder Propylenglycol ist.

14. Verfahren zur Herstellung einer Chip-Induktivität mit den folgenden Schritten:
Zugabe von 0,05 bis 15,0 Gew.-% B₂O₃-Bi₂O₃-ZnO-Glas zu einem Ausgangsmate rial, das (in Mol-%) besteht aus 49,0 bis 50,0% Fe₂O₃, 5 bis 13% CuO, 7,5 bis 25 % NiO und 12 bis 38,5% ZnO, und Zerkleinern und Trocknen derselben unter Bil dung eines getrockneten Pulvers;
Zugabe eines Bindemittels zu dem getrockneten Pulver in einem Verhältnis von 1 : 1 bis 1 : 4 und Gießen einer Vielzahl von Grünplatten unter Anwendung eines Doctor-Verfahrens;
Aufeinanderstapeln einer Vielzahl der genannten Grünplatten, Aufdrucken einer inneren Ag-Elektrode auf die aufeinandergestapelten Platten, er neutes Aufeinanderlegen einer Vielzahl von Grünplatten und Durchfüh rung einer Sinterung; und
Formen einer äußeren Elektrode auf dem Sinterkörper.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Ferrit- Pulver außerdem (in Gew.-%) enthält: eine oder mehr Verbindungen, ausgewählt aus der Gruppe, die besteht aus 2,0% oder weniger CoO, 2,0% oder weniger Co₂O₃ und 2,0% oder weniger Co₃O₄.

16. Verfahren nach Anspruch 14 und/oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Glas (in Gew.-%) besteht aus 10 bis 40% B₂O₃, 20 bis 40% Bi₂O₃ und 20 bis 70% ZnO.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Glas eine Teil chengröße in dem Bereich von 0,1 bis 10 µm hat.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Glas eine Teil chengröße in dem Bereich von 0,2 bis 5 µm hat.

19. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekenn zeichnet, daß das Pulver bei einer Temperatur von 650 bis 880°C calciniert wird.

20. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekenn zeichnet, daß die Sintertemperatur für weniger als 5 h aufrechterhalten wird.

21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Sintertemperatur 1 bis 3 h lang aufrechterhalten wird.

22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß während der Sinte rung eine Temperatursteigerung über ein Temperaturintervall von 750 bis 900°C mit einer Geschwindigkeit von etwa 10°C/min oder weniger durchgeführt wird und eine Abkühlung von 900 auf 700°C mit einer Geschwindigkeit von etwa 5°C/min o der weniger durchgeführt wird.

23. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 14 bis 22, dadurch gekenn zeichnet, daß als Bindemittel eine Mischung von PVB und Mannit verwendet wird.