DE19725869C2

DE19725869C2 - Niedertemperatursinterungs-Radiofrequenz- Weichferrit-Material und Verfahren zur Herstellung einer Induktivität unter Verwendung dieses Materials

Info

Publication number: DE19725869C2
Application number: DE19725869A
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: 2002-07-11
Anticipated expiration: 2017-06-19
Also published as: US5853608A; KR100222756B1; JPH10163017A; DE19725869A1; KR19980041026A; JP2923268B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Radiofrequenz-Weichferrit-Material zur Herstel lung von Einrichtungen zur Abschirmung von Radiofrequenzen, wie Drahtspulen- Induktivitäten und Chip-Komponenten, die Chip-Induktivitäten und Chip-Perlen (-Rippen bzw. -Wülste) umfassen. Die vorliegende Erfindung bezieht sich außerdem auf ein Verfahren zur Herstellung einer Radiofrequenz-Induktivität unter Verwen dung des Ferrit-Materials. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf ein Ni-Cu- Zn-Weichferrit-Material und ein Verfahren zur Herstellung einer Induktivität vom Drahtspulen-Typ oder Chip-Typ unter Verwendung des Ferrit-Materials, bei dem eine Niedertemperatur-Sinterung möglich ist, bei dem die Schwankungen der elekt romagnetischen Eigenschaften gering sind bei Einwirkung einer äußeren Spannung (Belastung) und der verbesserte Radiofrequenz- bzw. Hochfrequenz-Eigenschaften aufweist.

Der enorme Fortschritt in jüngster Zeit auf dem Gebiet der Elektronik- und Kommu nikations-Vorrichtungen führte zur Entwicklung von miniaturisierten, dünnen und leicht installierbaren elektronischen Komponenten, wodurch eine neue Industrie struktur entstand. Dies führte zu neuen Problemen, beispielsweise zu Umweltver schmutzung und zu Kommunikationsstörungen, die früher unbeachtlich waren. We gen der Generalisierung der drahtlosen Kommunikations-Vorrichtungen und der Multitechnik-Umwelt hat sich insbesondere die elektromagnetische Umweltbelas tung verstärkt. Daher sind die Staaten der Welt übereingekommen, die Vorschriften zur Verhinderung einer elektromagnetischen Umweltbelastung (FCC, CISPR, VDE, MIL) zu verschärfen.

Deshalb entstand eine Nachfrage nach einer Vorrichtung zur Verhinderung einer Belastung durch elektromagnetische Wellen (EMI/EMC). Infolgedessen ist die Nachfrage nach elektronischen Komponenten gestiegen und der derzeitige techni sche Trend geht in Richtung einer Diversifikation der Funktionen, der Erhöhung der Dichte und hoher Wirkungsgrade. Außerdem wurde die Anwendung des Weichfer rit-Materials für die Verwendung zur Herstellung von elektronischen Komponenten, z. B. Vorrichtungen zur Eliminierung einer elektromagnetischen Belastung und E nergieübertragungs-Einrichtungen, fein unterteilt in Abhängigkeit von den Eigen schaften, den Frequenzbändern und dgl.

Auch bei dem Herstellungsverfahren ist eine Abkehr von dem konventionellen Pul vermetallurgie-Verfahren (Sinterverfahren) festzustellen und neuerdings werden Komponenten vom Stapel-Typ untersucht und in der Praxis angewendet. Dieses Verfahren hat sich bewährt auf dem technischen Gebiet der kleinen Chip- Komponenten, z. B. elektronischen 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 verwendet wird, eine hohe Induktanz (induktiver Widerstand). 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 eine nied rige Radiofrequenz(Hochfrequenz)-Charakteristik auf und kann deshalb nicht für ein Frequenzband über 1 MHz verwendet werden. Derzeit sind die magnetischen Kernmaterialien, die in dem Frequenzband von über 1 MHz verwendet werden, der Ni-Ferrit, der Ni-Zn-Ferrit und der Ni-Cu-Zn-Ferrit.

Das konventionelle Verfahren zur Herstellung eines Weichferrit-Materials (weich magnetischen Ferrit-Materials) wird wie folgt durchgeführt: es wird ein Sinterverfah ren bei einer Temperatur von 1000 bis 1400°C 1 bis 5 h lang durchgeführt. Die in neren Elektroden der elektronischen Komponenten, beispielsweise der Chip- Induktivität und der Chip-Perlenfilter, werden jedoch aus Silber (Ag) hergestellt. Die vorstehend angegebene Sinter-Temperatur übersteigt den Schmelzpunkt von Ag (960°C). Deshalb ist nicht nur die Sinter-Temperatur zu hoch, sondern die herge stellten Komponenten weisen auch hohe Verluste bei den Radiofrequenzen (Hoch frequenzen) auf. Deshalb kann die erforderliche Induktanz nicht erzielt werden. Um die Sinter-Temperatur für das Weichferrit-Material zu senken, wird daher die Teil chengröße des magnetischen Kernmaterials im allgemeinen 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, wodurch ein Niedertemperatur-Sintern durchgeführt wer den kann.

Das Herstellungsverfahren, bei dem auf die Feinzerkleinerung zurückgegriffen wird, erfordert jedoch teure Apparaturen und ein kompliziertes Verfahren, was zur Folge hat, daß die Herstellungskosten steigen. Außerdem tritt dabei ein Problem in bezug auf die praktische Anwendung auf.

Als ein weiteres Beispiel gibt es ein Verfahren, bei dem eine Komponente, z. B. B₂O₃, verwendet 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 Vergrößerung der O berfläche der Teilchen zu induzieren (JP-OS 60-210572).

Bei dem Verfahren, bei dem eine Verbindung mit niedrigem Schmelzpunkt zugege ben wird, ist das Verhalten der Co-Komponente in bezug auf die Verbesserung der Frequenz-Eigenschaften jedoch beschränkt, wodurch der Sintereffekt herabgesetzt wird. Außerdem liegen bei diesem Verfahren die Zusätze bei einer Temperatur un terhalb der Sinter-Temperatur des Weichferrit-Materials als Matrix in der flüssigen Phase vor. Deshalb werden die Zusätze an den Korngrenzen ausgebreitet (verteilt), um das Sintern zu fördern. Wegen 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. Infol gedessen sind die magnetischen Eigenschaften (die Induktanz, der Q-Faktor) des Chip-Induktivitäts beeinträchtigt, was zur Folge hat, daß die Produkt-Zuverlässigkeit schlechter ist.

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

In der US 5 120 266 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 Mischungsglaspulver auch nach der Reaktion mit dem Hauptbestandteil der Matrix eine minimale Beeinträchtigung der elektromagnetischen Eigenschaften ergeben und keine Wechselwirkung mit der inneren Ag-Elektrode aufweisen, so daß die Stabilität der inneren Elektrode bei ei ner niedrigen Sinter-Temperatur gewährleistet werden kann und verbesserte Eigen schaften bei einem Radiofrequenzband (Hochfrequenzband) von 10 bis 500 MHz sichergestellt werden können und ein Verfahren zur Herstellung einer Drahtspulen-Induktivität oder einer Chip-Induktivität bereitzustellen, bei dem das Ni-Cu-Zn-Weichferrit-Material verwendet wird und das unter Anwendung einer Niedertemperatur-Sinterung durchgeführt wird.

Um diese Aufgabe zu lösen, umfaßt das erfindungsgemäße Ni-Cu-Zn- Niedertem peratursinterungs-Radiofrequenz(Hochfrequenz)-Weichferrit-Material ein Aus gangsmaterial, das besteht (in Mol-%) aus:
40,0 bis 51,0% Fe₂O₃,
1,0 bis 10,0% CuO,
38,0 bis 48,0% NiO und
1,0 bis 10,0% ZnO,
wobei das Weichferrit-Material außerdem (in Gew.-%) enthält:
1 bis 25% B₂O₃-Bi₂O₃-ZnO-Glas.

Gemäß einem anderen Aspekt umfaßt das erfindungsgemäße Ni-Cu-Zn- Niedertemperatursinterungs-Radiofrequenz(Hochfrequenz)-Abschirmungs- Weichferrit-Material ein Ausgangsmaterial, das (in Mol-%) besteht aus:
40,0 bis 51,0% Fe₂O₃,
1,0 bis 10,0% CuO,
38,0 bis 48,0% NiO und
1,0 bis 10,0% ZnO
wobei das Weichferrit-Material außerdem (in Gew.-%) enthält:
eine oder mehr Verbindungen, ausgewählt aus der Gruppe, die besteht aus 2,0% oder weniger Co₂O₃, 3,0% oder weniger Co₃O₄ und 2,0% oder weniger SiO₂; und
1 bis 25 Gew.-% B₂O₃-Bi₂O₃-ZnO-Glas.

Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Drahtspulen-Induktivität, das die folgenden Stufen umfaßt:
die Zugabe von 1 bis 25 Gew.-% B₂O₃-Bi₂O₅-ZnO-Glas zu einem Ausgangsmaterial, das (in Mol-%) besteht aus 40,0 bis 51,0% Fe₂O₃, 1,0 bis 10,0% CuO, 38,0 bis 48,0% NiO und 1,0 bis 10,0% ZnO,
und das Zerkleinern und Trocknen derselben unter Bildung eines getrockneten Pul vers;
das Mischen des getrockneten Pulvers mit 5 bis 15 Gew.-% eines Bindemittels mit 5 bis 10 Gew.-% eines Hauptbestandteils und 5 bis 16 Gew.-% eines zugegebenen Reaktionsinhibitors, und die Herstellung grober Teilchen aus der Mischung; und
das Formen unter Verwendung der groben Teilchen und das Sintern bei einer Tem peratur von 860 bis 910°C.

Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Drahtspulen-Induktivität, das die folgenden Stufen umfaßt:
Mischen eines Ferrit-Pulvers, bestehend (in Mol-%) aus 40,0 bis 51,0% Fe₂O₃, 1,0 bis 10,0% CuO, 38,0 bis 48,0% NiO und 1,0 bis 10,0% ZnO, mit einer Verbindung, ausgewählt aus der Gruppe, die besteht (in Gew.-%) aus: 2,0% oder weniger Co₂O₃, 3,0% oder weniger Co₃O₄ und 2,0% oder weniger SiO₂; und 1 bis 25 Gew.- % B₂O₃-Bi₂O₃-ZnO-Glas und Zerkleinern und Trocknen der Mischung;
Mischen des getrockneten Pulvers mit 5 bis 15 Gew.-% eines Bindemittels mit 5 bis 10 Gew.-% eines Hauptbestandteils und 5 bis 16 Gew.-% eines darin enthaltenen Reaktionsinhibitors und Herstellung von groben Teilchen aus der Mischung; und
Durchführung einer Formgebung unter Verwendung der groben Teilchen und Durchführung einer Sinterung bei einer Temperatur von 860 bis 910°C.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt das Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Chip-Induktivität die folgenden Stufen:
Zugabe von 1 bis 25 Gew.-% B₂O₃-Bi₂O₃-ZnO-Glas zu einem Ausgangsmaterial, bestehend (in Mol-%) aus 40,0 bis 51,0% Fe₂O₃, 1,0 bis 10,0% CuO, 38,0 bis 48,0% NiO und 1,0 bis 10,0% 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 (-lagen) durch Anwendung eines Doctorverfahrens;
Aufeinanderstapeln einer Vielzahl der Grünplatten (-lagen), Aufdrucken einer inne ren Ag-Elektrode auf die gestapelten Platten, erneutes Aufeinanderstapeln einer Vielzahl der Grünplatten und Sintern der Struktur bei einer Temperatur von 860 bis 910°C; und
Formen einer äußeren Elektrode auf dem Sinterkörper.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt das Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Chip-Induktivität die folgenden Stufen:
Mischen eines Ausgangsmaterials, bestehend (in Mol-%) aus: 40,0 bis 51,0% Fe₂O₃, 1,0 bis 10,0% CuO, 38,0 bis 48,0% NiO und 1,0 bis 10,0% ZnO, mit einer Verbindung, ausgewählt aus der Gruppe, die besteht (in Gew.-%) aus: 2,0% oder weniger Co₂O₃, 3,0% oder weniger Co₃O₄ und 2,0% oder weniger SiO₂; und 1 bis 25 Gew.-% B₂O₃-Bi₂O₃-ZnO-Glas und Trocknen der Mischung;
Zugabe eines Bindemittels zu dem getrockneten Pulver in einem Verhältnis von 1 : 1 bis 1 : 4 und Gießen einer Vielzahl von Grünplatten (-lagen) durch Anwendung eines Doctor-Verfahrens;
Aufeinanderstapeln einer Vielzahl der Grünplatten (-lagen), Aufdrucken einer inne ren Ag-Elektrode auf die aufeinandergestapelten Platten (Lagen), erneutes Aufein anderstapeln einer Vielzahl der Grünplatten (-lagen) und Sintern der Struktur bei einer Temperatur von 860 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 magnetische Materialien in ihren Eigenschaften gegenüber Frequenzbändern in Abhängigkeit von ihrer Struktur und Zusammenset zung. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein weichmagnetischer Ni-Cu-Zn- Ferrit (Ni-Cu-Zn-Weichferrit), bei dem der Gehalt an ZnO-Bestandteil relativ niedrig ist und der Gehalt an NiO-Bestandteil relativ hoch ist, bezogen auf die relativen Werte bei dem erforderlichen Frequenzband (10 bis 500 MHz). Im Prinzip sollte die Zusammensetzung, welche diese Hochfrequenz (Radiofrequenz)-Charakteristik aufweist, vorzugsweise ein Ferrit-Pulver sein, das besteht (in Mol-%) aus 40,0 bis 51,0% Fe₂O₃, 1,0 bis 10,0% CuO, 38,0 bis 48,0% NiO und 1,0 bis 10,0% ZnO.

Zur Herstellung eines Chips mit niedrigen Verlusten für das Radiofre quenz(Hochfrequenz)-Band sollte besonders bevorzugt eine Verbindung, ausge wählt aus der Gruppe, die besteht aus 2,0% oder weniger Co₂O₃, 3,0% oder weni ger Co₃O₄ und 2,0% oder weniger SiO₂, dem vorstehend beschriebenen magneti schen Pulver zugesetzt werden.

Außerdem wird erfindungsgemäß ein B₂O₃-Bi₂O₃-ZnO-Glas in einer Menge von 1 bis 25 Gew.-% der vorstehend beschriebenen Mischung zugesetzt.

Die Zugabe des obengenannten Glases bringt den Vorteil mit sich, daß die Ver schlechterung der elektromagnetischen Eigenschaften auch nach der Reaktion mit der weichmagnetischen Matrix minimiert werden kann. Insbesondere tritt im Falle einer Chip-Induktivität keine Reaktion mit einer inneren Elektrode aus Ag auf und die Sinter-Temperatur wird herabgesetzt, was weitere Vorteile sind.

Wenn das Glas in einer Menge von 1 bis 25 Gew.-% zugegeben wird, kann die Sinter-Temperatur der Matrix von der konventionellen Temperatur von 1000 bis 1350°C (welche die Sinter-Temperatur für den Fall ist, daß eine konventionelle Ver bindung mit niedrigem Schmelzpunkt (Bi₂O₃ oder V₂O₅) verwendet wird) auf 860 bis 910°C herabgesetzt werden. Außerdem kann in diesem Fall die Spannung (Belas tung), die während der Schrumpfung der Matrix und der inneren Elektrode nach der Sinterung auftritt, vermindert werden, so daß die innere Elektrode stabilisiert wer den kann.

Das Verhalten des Glases innerhalb der Matrix erhöht insbesondere die Dichte der Matrix, so daß mit dem erfindungsgemäßen Material eine höhere Sinterdichte auf rechterhalten werden kann als diejenige des generellen Weichferrit-Materials (etwa 4,5 bis 4,8 g/cm³). Infolgedessen kann die mechanische Festigkeit verbessert wer den und aufgrund der hohen Oberflächendichte wird eine Haftung von Fremdmate rialien während der Elektroplattierung verhindert, wodurch die Herstellungsausbeute verbessert wird.

Das erfindungsgemäß verwendete Glas sollte vorzugsweise bestehen (in Gew.-%) aus 10 bis 40% B₂O₃, 20 bis 40% Bi₂O₃ und 20 bis 70% ZnO.

Im Falle der Induktivität, der hergestellt wird unter Verwendung des erfindungsge mäßen Weichferrit-Materials, sollte die Teilchengröße des zugegebenen Glases vorzugsweise 0,1 bis 10 µm betragen. Die Teilchengröße des Glases sollte insbe sondere 0,2 bis 5 µm betragen, um das Wachstum von großen Körnchen als Folge der abweichenden Verteilung der Matrix zu verhindern.

Außerdem kann das Glas zusätzlich 0,01 bis 10 Gew.-% SiO₂ enthalten. Wenn SiO₂ dem magnetischen Pulver zugegeben wird, kann ein hoher Qualitätsfaktor erzielt werden, obgleich die Induktanz niedrig werden kann.

Nachstehend wird das Verfahren zur Herstellung einer Drahtspulen-Induktivität un ter Verwendung des das Glas enthaltenden getrockneten Pulvers gemäß der vorlie genden Erfindung näher beschrieben.

Im Falle der Drahtspulen-Induktivität werden nach dem Trocknen des das Glas ent haltenden Pulvers sofort 5 bis 15 Gew.-% eines Bindemittels mit 5 bis 10 Gew.-% eines Hauptbestandteils und 5 bis 16 Gew.-% eines darin enthaltenen Reaktions inhibitors zugegeben. Der Hauptbestandteil kann irgendein übliches Material sein, wie es üblicherweise verwendet wird bei der Herstellung eines Sinterkerns. So kann beispielsweise Polyvinylalkohol (PVA) oder Methylcellulose verwendet werden. Der Reaktions-Inhibitor hat die Aufgabe, die Agglomeration der weichen magnetischen Teilchen zu verhindern und dieses Material kann Mannit oder Propylenglycol (PEG) sein.

Erfindungsgemäß kann das getrocknete Pulver auf übliche Weise calciniert werden, die gleichen Eigenschaften können jedoch auch ohne Durchführung einer Calcinie rung erhalten werden. Für den Fall, daß das getrocknete Pulver calciniert wird, sollte die Calcinierungs-Temperatur vorzugsweise 700 bis 900°C betragen.

Das Pulver wird dann zu groben Teilchen verarbeitet und es wird ein Formen durchgeführt, wodurch der gewünschte Formkörper erhalten wird. Der Formkörper wird bei einer Temperatur von 860 bis 910°C gesintert, bei der es sich um eine Temperatur handelt, die viel niedriger ist als diejenige in dem üblichen Fall, bei dem eine übliche Verbindung mit einem niedrigen 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 gebildet werden, die dazu führen, daß die Permeabilität abnimmt und daß der Qualitätsfaktor schlechter wird. Deshalb ist es bevorzugt, daß ein abrupter Temperaturanstieg ver mieden wird. So sollte beispielsweise in dem obengenannten Temperaturintervall der Temperaturanstieg vorzugsweise mit einer Geschwindigkeit von etwa 10°C/min erfolgen.

Nach dem Erreichen der Sinter-Temperatur wird ferner die Sinter-Temperatur vor zugsweise 5 h oder weniger und besonders bevorzugt 2 bis 3 h aufrechterhalten. Während des Intervalls bis herunter zu 700°C sollte dann ein abruptes Abkühlen vermieden werden. Wenn ein abruptes Abkühlen innerhalb dieses Intervalls durch geführt wird, fällt die CuO-Komponente aus der Matrix aus, was zur Folge hat, daß die elektromagnetischen Eigenschaften schlechter werden. Deshalb sollte vorsichtig gearbeitet werden und während dieses Abkühlungsintervalls sollte die Abkühlungs- Geschwindigkeit vorzugsweise etwa 5°C/min oder weniger betragen.

Erfindungsgemäß ist die Mikrostruktur sehr stark stabilisiert und es werden die fol genden Eigenschaften erhalten. Das heißt, der Qualitätsfaktor beträgt 200 oder mehr, der Peak-Bereich beträgt 25 MHz oder mehr und die Induktanz beträgt 1,5 µH oder mehr. Auf diese Weise kann ein Weichferrit-Material mit verbesserten Radio frequenz(Hochfrequenz)-Eigenschaften bei einer niedrigen Temperatur erhalten werden.

Nachstehend wird das Verfahren zur Herstellung einer Chip-Induktivität unter Ver wendung eines getrockneten Pulvers, dem das obengenannte Glas zugesetzt wor den ist, näher beschrieben.

Ein Bindemittel in Form einer organischen hochmolekularen Verbindung, wie PVB, Methylcellulose, Ölsäure, Propylenglycol, Toluol oder Mannit, wird dem getrockne ten Pulver in einem Verhältnis von 1 : 1 bis 1 : 4 zugesetzt. Dann werden Grünplatten (-lagen) gegossen unter Anwendung des Doctor-Verfahrens und anschließend wird eine Vielzahl der Grünplatten (-lagen) aufeinandergestapelt. Dann wird eine innere Ag-Elektrode aufgedruckt und danach wird eine Vielzahl der Grünplatten (-lagen) erneut aufeinandergestapelt. Dann wird diese Struktur bei einer Temperatur von 860 bis 910°C gesintert. Die Sinter-Temperatur von 860 bis 910°C ist ein viel nied rigerer Wert als der übliche Wert. Dann wird eine äußere Elektrode auf dem Sinter körper geformt, so daß man den erfindungsgemäßen Chip-Induktivität erhält.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines aktuellen Beispiels näher beschrie ben, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein.

Beispiel 1

Es wurden die Ausgangsmaterialien in den Zusammensetzungen der nachstehen den Tabelle I 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 von dem 1- bis 3-fachen der Menge der Ausgangsmaterialien und unter Verwendung von YTZ-Kugeln (Y₂O₃- Zirkioniumoxid-Kugeln), bis die durchschnittliche Teilchengröße 1 bis 1,5 µm be trug. Nach Beendigung des Mischens wurde die Calcinierung bei einer Temperatur von 700 bis 900°C 2 bis 3 h lang durchgeführt und dann wurde innerhalb des glei chen Kolbens erneut eine Zerkleinerung durchgeführt. Während des erneuten Zer kleinerns wurde dem calcinierten Pulver ein 10B₂O_3-65Bi₂O₃-25ZnO-Glaspulver zu gegeben und das erneute Zerkleinern wurde 24 bis 48 h durchgeführt. Wenn die Teilchengröße 0,1 bis 1,5 µm betrug, wurde ein Trocknen durchgeführt unter Verwendung einer Trocknungsvorrichtung, bis der Feuchtigkeitsgehalt 0,2 bis 0,7 Gew.-% pro Gewichtseinheit der Ausgangsmaterialien betrug.

Das getrocknete Pulver wurde klassiert zu einer einheitlichen Teilchengröße von 60 bis 80 mesh und dann wurden 5 bis 16 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 Teilchengröße 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 zu 420°C gesteigert und diese Temperatur wurde etwa 4 h aufrechter halten, wodurch eine Bindemittel-Entfernung durchgeführt wurde.

Dann wurde eine Temperatursteigerung bis zu einer Temperatur von 750°C mit ei ner Geschwindigkeit von etwa 3°C/min durchgeführt und danach wurde bis zu einer Temperatur von 900°C/min die Temperatursteigerung mit einer Geschwindigkeit von 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 Durchfüh rung des Abkühlens wurde mit einer Geschwindigkeit von 3°C/min bis herunter zu 700°C abgekühlt und dann wurde mit einer Geschwindigkeit von 10°C/min bis her unter zu 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 Induktanz und der Qualitätsfaktor (Q-Faktor) bei einem Frequenzband von 1 bis 500 MHz gemessen unter Verwendung eines HP4291A-Netzwerk-Analysators. Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle I angegeben.

In der folgenden Tabelle I wurde im Falle des erfindungsgemäßen Beispiels 13 kei ne Calcinierung nach dem Trocknen des magnetischen Ausgangsmaterial-Pulvers durchgeführt.

Tabelle I

Wie in der obigen Tabelle I angegeben, wurde im Falle der erfindungsgemäßen Beispiele 1 bis 12, in denen die erfindungsgemäßen Bedingungen erfüllt waren, bestätigt, daß nicht nur eine Niedertemperatur-Sinterung möglich war, sondern daß auch die Dichte des gesinterten Weichferrit-Materials mit 4,8 g/cm³ hoch war. Der Wert für die Induktanz betrug mehr als 1,5 µH und der Qualitäts-Faktor Q betrug etwa 250. Sie weisen somit verbesserte Hochfrequenz(Radiofrequenz)- Eigenschaften auf. Insbesondere für den Fall, daß SiO₂ wie in den erfindungsge mäßen Beispielen 8, 10 und 11 zugegeben wurde, lag das SiO₂ an den Korngren zen vor, wodurch das Kornwachstum inhibiert wurde. Deshalb wurden die Oberflä chengrößen der Korngrenzen erhöht, um einen hohen Qualitätsfaktor zu ermögli chen, die Induktanz fiel jedoch steil ab.

Außerdem kann wie im Falle des erfindungsgemäßen Beispiels 13 ein Weichferrit- Material mit den gleichen Radiofrequenz(Hochfrequenz)-Eigenschaften auch ohne Durchführung der Calcinierung erhalten werden.

Im Falle des Vergleichsbeispiels 1 wurde kein Glas zugegeben, sondern es wurde ein Bi₂O₃-Zusatz zugegeben. Deshalb wurde das Sintern nicht ausreichend durch geführt und man erhielt einen niedrigen Qualitätsfaktor. Der Grund dafür ist der, daß die Korngrenzendiffusion nicht auftreten kann, wenn nur die Bi₂O₃-Komponente vor liegt. Im Falle des Vergleichsbeispiels 2 wurde zu viel Glas in relativen Mengen zu gegeben. Deshalb war die Sinterdichte sehr hoch nach der Niedertemperatur- Sinterung, die Radiofrequenz(Hochfrequenz)-Eigenschaften waren jedoch ver schlechtert. Im Falle der Vergleichsbeispiele 3 und 4, in denen die Zusammenset zungen prinzipiell von der vorliegenden Erfindung abweichen, waren die Induktanz und der Qualitätsfaktor zu niedrig in dem Radiofrequenz(Hochfrequenz)-Band nach dem Niedertemperatur-Sintern und deshalb waren die Radiofrequenz-Eigenschaften verschlechtert.

Beispiel 2

Um die Radiofrequenz(Hochfrequenz)-Eigenschaften in Abhängigkeit von den Arten des Glases zu bestimmen, wurden Gläser mit unterschiedlichen physikalischen Ei genschaften, wie in der nachstehenden Tabelle II angegeben, den magnetischen Pulvern mit der gleichen Zusammensetzung wie in Beispiel 1 zugegeben. Dann wurden die jeweiligen Materialien zu einem ringförmigen Körper geformt und gesin tert. Danach wurden die elektromagnetischen Eigenschaften bestimmt und die Er gebnisse sind in der nachstehenden Tabelle III angegeben. 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 Eigen schaften des hergestellten Weichferrit-Materials stark variierten in Abhängigkeit von der Variation der Zusammensetzung des Glases, was dazu führt, daß die Verfor mungstemperatur und die Wärmeausdehnung des Glases verschieden gemacht werden sollen. Das heißt, im Falle der erfindungsgemäßen Beispiele 1 und 14 bis 18, 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 Bedingungen zu genügen, war erkennbar, daß der Wert für die Radiofrequenz(Hochfrequenz)-Induktanz 2,0 µH oder mehr betrug, der Qualitäts-Faktor 250 oder mehr betrug und das Qualitätsfaktor-Peak-Band (Q-Peak- Band) 25 MHz oder mehr bei allen Beispielen betrug.

Selbst wenn eine geringe Menge SiO₂ dem Glas zugesetzt wurde, das die erforder liche Zusammensetzung hatte, waren die Eigenschaften ähnlich denjenigen des erfindungsgemäßen Beispiels 1.

Andererseits war im Falle der Vergleichsbeispiele 5 bis 7, in denen B₂O₃-Si₂O₃- Gläser (Vergleichsmaterialien A-C) verwendet wurden, entweder der Wert für die Induktanz zu niedrig oder der Qualitäts-Faktor war zu gering, wodurch die Radiofre quenz(Hochfrequenz)-Eigenschaften verschlechtert wurden.

Beispiel 3

Es wurden Materialien mit den in der Tabelle I angegebenen Zusammensetzungen zu Pulvern verarbeitet unter Anwendung des Verfahrens des Beispiels 1. Dann wur de ein PVB-Mannit-Bindemittel in einem Verhältnis von 1 : 1 bis 1 : 4 zugegeben. Da nach 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 aufeinan dergelegt. Danach wurde ein Sintern durchgeführt. Die innere Elektrode des Sinter körpers bestand aus einer einzigen Windung und das Sintern wurde 1 bis 3 h lang bei einer Temperatur von 880 bis 910°C durchgeführt. Dann wurde eine äußere E lektrode 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 nach stehenden Tabelle IV angegeben.

Tabelle IV

Wie aus der obigen Tabelle IV hervorgeht, war im Falle der Beispiele 20 bis 25, die den erfindungsgemäßen Bedingungen genügen, ein Nie dertemperatursintern möglich. Außerdem betrug der Wert für die Induktanz des Weichferrit-Materials nach dem Sintern mehr als 15 nH und der Qualitäts-Faktor bei dem Radiofrequenz(Hochfrequenz)-Band betrug 35 oder mehr. Dadurch wurde bestätigt, daß sie verbesserte elektromagnetische Eigenschaften aufwiesen. Das heißt, der erfindungsgemäße Chip-Induktivität wies Vorteile auf gegenüber einem konventionellen Chip-Induktivität, dem das Glas und die Co-Zusätze überhaupt nicht zugegeben wurden. Das heißt, die Sinter-Temperatur betrug nur 880°C und die Verluste nach dem Sintern waren signifikant gering.

Das Sintern läuft, wie vorstehend beschrieben, selbst bei einer niedrigen Temperatur in befriedigendem Umfang ab, so daß ein Weichferrit-Material mit verbesserten Radiofrequenz(Hochfrequenz)-Eigenschaften erhalten werden kann. Außerdem können zur Herstellung dieses Materials die bereits vorhandenen Anlagen so wie sie sind verwendet werden. Deshalb ist eine Investition in teure An lagen nicht erforderlich und die Schwierigkeiten bei der Bedienung dieser Anlagen können vermieden werden. Daher kann ein Weichferrit-Material für Chip-Induktivitäten bei niedrigen Kosten hergestellt werden.

Claims

1. Ni-Cu-Zn-Niedertemperatursinterungs-Radiofrequenz/Hochfrequentz-Weichferrit- Material, das ein Ausgangsmaterial umfaßt, bestehend (in Mol-%) aus
40,0 bis 51,0% Fe₂O₃,
1,0 bis 10,0% CuO,
38,0 bis 48,0% NiO und
1,0 bis 10,0% ZnO,
wobei das Weichferrit-Material außerdem (in Gew.-%)
1 bis 25% B₂O₃-Bi₂O₃-ZnO-Glas enthält.

2. Ni-Cu-Zn-Niedertemperatursinterungs-Radiofrequenz/Hochfrequenz-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 Co₂O₃, 3,0% oder weniger Co₃O₄ und 2,0% oder weniger SiO₂, enthält.

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

4. Ni-Cu-Zn-Niedertemperatursinterungs-Radiofrequenz/Hochfrequenz-Weichferrit- Material nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Glas außerdem 0,01 bis 10 Gew.-% SiO₂ enthält.

5. Ni-Cu-Zn-Niedertemperatursinterungs-Radiofrequenz/Hochfrequenz-Weichferrit- Material nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Weichferrit- Material nach dem Sintern eine Dichte von 4,8 g/cm³ oder mehr hat.

6. Verfahren zur Herstellung einer Drahtspulen-Induktivität, das die folgenden Schritte umfaßt:
Zugabe von 1 bis 25 Gew.-% B₂O₃-Bi₂O₃-ZnO-Glas zu einem Ausgangsmaterial, das (in Mol-%) besteht aus: 40,0 bis 51,0% Fe₂O₃, 1,0 bis 10,0% CuO, 38,0 bis 48,0% NiO und 1,0 bis 10,0% ZnO, und Zerkleinern und Trocknen der selben unter Bildung eines getrockneten Pulvers;
Mischen des getrockneten Pulvers mit 5 bis 15 Gew.-% eines Bindemittels mit 5 bis 10 Gew.-% einer Hauptkomponente und 5 bis 16 Gew.-% eines darin enthalte nen Reaktionsinhibitors unter Bildung einer Mischung und Herstellung von groben Teilchen aus der Mischung; und
Durchführung einer Formgebung unter Verwendung der groben Teilchen und
Durchführung einer Sinterung bei einer Temperatur von 860 bis 910°C.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Ferrit-Pulver au ßerdem (in Gew.-%) eine oder mehr Verbindungen enthält, ausgewählt aus der Gruppe, die besteht aus 2,0% oder weniger Co₂O₃, 3,0% oder weniger Co₃O₄ und 2,0% oder weniger SiO₂.

8. Verfahren nach Anspruch 6 und/oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Glas (in Gew.-%) besteht aus 10 bis 40% B₂O₃, 20 bis 40% Bi₂O₃ und 20 bis 70% ZnO.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Glas außerdem 0,01 bis 10 Gew.-% SiO₂ enthält.

10. Verfahren nach Anspruch 8 und/oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Glas eine Teilchengröße in dem Bereich von 0,1 bis 10 µm hat.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Glas eine Teil chengröße in dem Bereich von 0,2 bis 5 µm hat.

12. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekenn zeichnet, daß das Pulver nach dem Trocknen desselben calciniert wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulver bei einer Temperatur von 700 bis 900°C calciniert wird.

14. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekenn zeichnet, daß der Hauptbestandteil Polyvinylalkohol oder Methylcellulose ist.

15. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekenn zeichnet, daß der Reaktions-Inhibitor Mannit oder Propylenglycol ist.

16. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 15, dadurch gekenn zeichnet, daß die Sintertemperatur 5 h lang oder weniger aufrechterhalten wird.

17. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 16, dadurch gekenn zeichnet, daß während des Sinterns die Temperatursteigerung von 750°C auf 900°C mit einer Geschwindigkeit von etwa 10°C/min oder weniger durchgeführt wird und daß die Abkühlung von 900°C auf 700°C mit einer Geschwindigkeit von etwa 5°C/min oder weniger durchgeführt wird.

18. Verfahren zur Herstellung einer Radiofrequenz/Hochfrequenz-Chip-Induktivität, das die folgenden Schritte umfaßt:
Zugabe von 1 bis 25 Gew.-% B₂O₃-Si₂O₃-ZnO-Glas zu einem Ausgangsmaterial, das (in Mol%) besteht aus 40,0 bis 51,0% Fe₂O₃, 1,0 bis 10,0% CuO, 38,0 bis 48,0% NiO und 1,0 bis 10,0% ZnO, und Zerkleinern und Trocknen derselben un teff Bildung eines getrockneten Pulvers;
Zugabe eines Bindemittels zu dem getrockenen Pulver in einem Verhältnis von 1 : 1 bis 1 : 4 und Gießen einer Vielzahl von Grünplatten durch Anwendung ei nes Doctor-Verfahrens;
Aufeinanderstapeln einer Vielzahl der Grünplatten und Aufdrucken einer inneren Ag-Elektrode auf die aufeinandergestapelten Platten , erneutes Aufeinanderstapeln einer Vielzahl der genannten Grünplatten und Durch führung einer Sinterung bei einer Temperatur von 860 bis 910°C; und
Formen einer äußeren Elektrode auf dem Sinterkörper.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Ferrit-Pulver außerdem (in Gew.-%) enthält eine oder mehr Verbindungen, ausgewählt aus der Gruppe, die besteht aus 2,0% oder weniger Co₂O₃, 3,0% oder weniger Co₃O₄ und 2,0% oder weniger SiO₂.

20. Verfahren nach Anspruch 18 und/oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Glas (in Gew.-%) besteht aus 10 bis 40% B₂O₃, 20 bis 40% Bi₂O₃ und 20 bis 70% ZnO.

21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Glas außerdem 0,01 bis 10 Gew.-% SiO₂ enthält.

22. Verfahren nach Anspruch 20 und/oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Glas eine Teilchengröße in dem Bereich von 0,1 bis 10 µm hat.

23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Glas eine Teil chengröße in dem Bereich von 0,2 bis 5 µm hat.

24. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 18 bis 23, dadurch gekenn zeichnet, daß das Pulver nach dem Trocknen desselben calciniert wird.

25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulver bei einer Temperatur von 700 bis 900°C calciniert wird.

26. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 18 bis 25, dadurch gekenn zeichnet, daß das Bindemittel eine Mischung von PVB und Mannit ist.

27. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 18 bis 26, dadurch gekenn zeichnet, daß die Sintertemperatur 5 h lang oder weniger aufrechterhalten wird.

28. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 27, dadurch gekenn zeichnet, daß während des Sinterns eine Temperatursteigerung von 750°C auf 900°C mit einer Geschwindigkeit von etwa 10°C/min oder weniger durchgeführt wird und daß eine Abkühlung von 900°C auf 700°C mit einer Geschwindigkeit von etwa 5°C/min oder weniger durchgeführt wird.