JP2004288942A

JP2004288942A - 電子部品およびその製造方法

Info

Publication number: JP2004288942A
Application number: JP2003080145A
Authority: JP
Inventors: Yoichiro Ito; 陽一郎伊藤
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2003-03-24
Filing date: 2003-03-24
Publication date: 2004-10-14

Abstract

【課題】インダクタンスのばらつきを抑えることができるとともに、低コストの電子部品およびその製造方法を提供する。
【解決手段】インダクタ２１は、フェライト等からなる直方体形状の磁性セラミック焼結体２２内に、コイル導体２４を配置したものである。磁性セラミック焼結体２２は、いわゆる湿式プレス工法により形成されてなるものである。コイル導体２４の両端部２４ａ，２４ｂは、磁性焼結体２２の互いに対向する端面にそれぞれ形成された入力外部電極２７ａ及び出力外部電極２７ｂにそれぞれ電気的に接続されている。さらに、磁性セラミック焼結体２２の内部において、コイル導体２４の軸を略中心軸とする円筒状空隙２５がコイル導体２４の内側に形成されている。コイル導体２４の内側（内径側）部分３１は空隙２５内に露出し、コイル導体２４の外側（外径側）部分３２は磁性セラミック焼結体２２に接触している。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品、特に、コイル導体をセラミック焼結体の内部に配設したインダクタ、ノイズＬＣフィルタ、トランス、コモンモードチョークコイルなどの電子部品およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のインダクタとして、特許文献１に記載のものが知られている。図１０に示すように、このインダクタ１は、セラミック焼結体２の内部にコイル導体４を配設するとともに、セラミック焼結体２の両端部にコイル導体４と導通する外部電極７ａ，７ｂを配設している。さらに、セラミック焼結体２の内部において、コイル導体４を取り囲むように略円筒状の空隙５が形成されている。
【０００３】
この空隙５は、以下のようにして形成される。つまり、コイル導体４に樹脂を被覆した後、このコイル導体４とセラミック原料を成形型に入れて成形する。得られた未焼成セラミック成形体を焼成して、コイル導体４に被覆された樹脂を分解、燃焼させて除去することにより、樹脂が除去された部分に空隙５が形成される。
【０００４】
こうしてコイル導体４の周囲に空隙５を設けることにより、焼成の際、セラミック焼結体２とコイル導体４の間にかかる応力を緩和して、特性の劣化やセラミック焼結体２の割れなどを防止して信頼性を向上させることが可能になる。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−１３５３２８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来のインダクタ１は、被覆樹脂を燃焼させた後、コイル導体４が空隙５中に浮いた状態となる。このため、焼成の際、コイル導体４の軸方向に収縮応力がかかると、コイル導体の線間ピッチが不均一に縮み、インダクタンスがばらつくというおそれがあった。
【０００７】
また、コイル導体４に樹脂を被覆しなければならないため、その分だけ製造工程数が増え、コスト高になるという問題もあった。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、インダクタンスのばらつきを抑えることができるとともに、低コストの電子部品およびその製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段および作用】
前記目的を達成するため、本発明に係る電子部品は、
（ａ）セラミック焼結体と、
（ｂ）セラミック焼結体の内部に配設された、コイル導体を構成する金属線と、
（ｃ）セラミック焼結体の表面に配設された、コイル導体と導通する外部電極とを備え、
（ｄ）セラミック焼結体の内部において、コイル導体の軸を略中心軸とする筒状空隙がコイル導体の内側に形成されており、コイル導体の内側部分が空隙内に露出し、コイル導体の外側部分がセラミック焼結体に接触していること、
を特徴とする。コイル導体を構成する金属線は例えば、Ａｇ，Ｃｕ，Ｎｉおよびこれらの合金のいずれか一つからなる。
【００１０】
筒状空隙がコイル導体の内側に形成されているため、焼成の際、セラミック焼結体とコイル導体の内側部分との間にかかる応力が緩和される。一方、コイル導体の外側部分はセラミック焼結体に接触しているため、焼成の際、コイル導体の軸方向に収縮応力がかかっても、コイル導体の外側部分を支持しているセラミック焼結体が、コイル導体の線間ピッチを均一に保つ。
【００１１】
また、本発明に係る電子部品の製造方法は、
（ｅ）未焼成セラミック成形体の内部に、コイル導体を構成する金属線を埋設する工程と、
（ｆ）未焼成セラミック成形体を所定の焼成温度で焼成して、コイル導体を内蔵したセラミック焼結体を形成する工程と、
（ｇ）セラミック焼結体の表面に、コイル導体と導通する外部電極を形成する工程とを備え、
（ｈ）コイル導体を構成する金属線が、焼成温度における未焼成セラミック成形体の収縮率より低いコイル径寸法変化率を有する金属線であり、
（ｉ）焼成により、セラミック焼結体においてコイル導体の内側に、コイル導体の内側部分が露出している空隙が形成されること、
を特徴とする。ここに、（コイル導体の径方向変化率／未焼成セラミック成形体の収縮率）≦０．７５であることが好ましい。
【００１２】
さらに、コイル導体を構成する金属線が、１＜（コイル導体の線間ピッチ／コイル導体の線径）≦３を満足している金属線であることが好ましい。
【００１３】
以上の方法により、未焼成セラミック成形体は、焼成される際、コイル導体の内側部分や線間部分と容易に分離する。従って、コイル導体の軸を略中心軸とする筒状空隙が、コイル導体の内側に安定して形成される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る電子部品およびその製造方法の実施の形態について添付の図面を参照して説明する。なお、各実施形態は、電子部品としてインダクタを例にして説明する。
【００１５】
図１および図２に示すように、インダクタ２１は、フェライト等からなる直方体形状の磁性セラミック焼結体２２内に、コイル導体２４を配置したものである。磁性セラミック焼結体２２は、後で詳細に説明する、いわゆる湿式プレス工法により形成されてなるものである。コイル導体２４の両端部２４ａ，２４ｂは、磁性焼結体２２の互いに対向する端面にそれぞれ形成された入力外部電極２７ａ及び出力外部電極２７ｂにそれぞれ電気的に接続されている。
【００１６】
さらに、磁性セラミック焼結体２２の内部において、コイル導体２４の軸を略中心軸とする円筒状空隙２５がコイル導体２４の内側に形成されている。コイル導体２４の内側（内径側）部分３１は空隙２５内に露出し、コイル導体２４の外側（外径側）部分３２は磁性セラミック焼結体２２に接触している。
【００１７】
この円筒状空隙２５は、未焼成の磁性セラミックを焼成して磁性セラミック焼結体２２を得る際に形成される。このように、焼成の際、コイル導体２４の内側に円筒状空隙２５が形成されるため、コイル導体２４の内側部分３１は磁性セラミック焼結体２２からの規制を受けず、磁性セラミック焼結体２２との間にかかる応力が緩和される。
【００１８】
一方、コイル導体２４の外側部分３２は、焼成の際、常に磁性セラミック焼結体２２に接触し、磁性セラミック焼結体２２からの規制を受けている。従って、焼成の際、コイル導体２４の軸方向に収縮応力がかかっても、コイル導体２４の外側部分３２を支持している磁性セラミック焼結体２２が、コイル導体２４の線間ピッチＰを均一に保つ。
【００１９】
こうして、インピーダンスのばらつきの小さいインダクタ２１が得られる。具体的には、１００ＭＨｚでのインピーダンスが１０００Ω（設計値）のインダクタを所定サンプル数試作し、評価した。その結果、本実施形態のインダクタ２１の特性ばらつき（３ＣＶ）は、８〜１０％と低かったのに対して、図１０に示した従来のインダクタ１の特性ばらつきは２０〜３０％と高かった。
【００２０】
次に、図３〜図８を参照して、湿式プレス工法を用いたインダクタ２１の製造方法の一例を説明する。
【００２１】
コイル導体２４として、焼成温度における未焼成セラミック成形体（具体的には後述の未焼成磁性セラミックマザー成形板２２Ｍ）の収縮率より低いコイル径寸法変化率を有する金属線、例えばＡｇ，Ｃｕ，Ｎｉおよびそれらの合金のいずれか一つからなる金属線を用意する。ここで、未焼成セラミック成形体の収縮率とコイル径寸法変化率は以下の式で定義される。
【００２２】
未焼成セラミック成形体の収縮率＝（焼結後のセラミック成形体の寸法−焼結前のセラミック成形体の寸法）／焼結前のセラミック成形体の寸法
コイル径寸法変化率＝（焼結後のコイル導体のコイル径寸法−焼結前のコイル導体のコイル径寸法）／焼結前のコイル導体のコイル径寸法
本実施形態では、コイル導体２４として線径Ｄが０．２ｍｍのＡｇ線を用意した。そして、コイル導体２４を、コイル部の径が２ｍｍで長さが３ｍｍとなるように、螺旋状に６ターン巻回し、図３に示すようなコイル導体を製作した。コイル部の両側には、直線状の両端部２４ａ，２４ｂが接続している。
【００２３】
湿式プレス用スラリーの調製には、原料粉末として粒径２μｍ、比表面積２．５ｍ^２／ｇのＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライトセラミックを用意した。次いで、原料粉末、水、分散剤（ポリオキシアルキレングリコール）、消泡剤（ポリエーテル系消泡剤）及び結合材（アクリル系バインダ）を、次の表１に示す重量部でポットに投入し、２０時間ボールミルで混合してスラリーを調製した。なお、結合材として、アクリル系バインダの他に、酢酸ビニル系バインダを用いても同様の効果を得ることができる。
【００２４】
【表１】

【００２５】
図４に示すように、このようにして調製した湿式プレス用スラリー２２ａを、成形型１００に流し込んだ。成形型１００は、枠部１０１と、押圧部１０２と、受部１０３とを有している。スラリー２２ａは、枠部１０１と押圧部１０２とで形成された凹部１０４に流し込まれる。スラリー２２ａの流し込み作業が終了すると、水分のみ透過するフィルタ１０５で凹部１０４の開口部に蓋をした後、スラリー２２ａが漏れないように受部１０３でパッキングする。次に、押圧部１０２を図４に矢印Ｐで示した方向に移動させて、スラリー２２ａに対して１００ｋｇｆ／ｃｍ^２のプレス圧力を５分間かけ、スラリー２２ａの水分をフィルタ１０５を介して受部１０３に設けた水抜き孔１０３ａを通して抜き、図５に示すような磁性セラミック成形板２２ｍを得た。
【００２６】
この未焼成磁性セラミック成形板２２ｍの上面に、コイル導体２４のコイル部の変形を防止するため、複数のコイル導体２４をコイル部の軸方向が水平になるように配設した。次に、コイル導体２４の位置ずれを防止するために接着剤又はスラリーでコイル導体２４を固定する。そして、コイル導体２４を固定した未焼成磁性セラミック成形板２２ｍを、図６に示すように、成形型１００に装填した後、前述の湿式プレス用スラリー２２ａを成形型１００に流し込んだ。スラリー２２ａの流し込み作業が終了すると、水分のみ透過するフィルタ１０５で成形型１００の開口部に蓋をした後、スラリー２２ａが漏れないように受部１０３でパッキングする。次に、押圧部１０２を図６に矢印Ｐで示した方向に移動させて、スラリー２２ａに対して１００ｋｇｆ／ｃｍ^２のプレス圧力を５分間かけ、スラリー２２ａの水分をフィルタ１０５を介して受部１０３に設けた水抜き孔１０３ａを通して抜き、図７に示すような複数のコイル導体２４を内蔵した未焼成磁性セラミックマザー成形板２２Ｍを得た。
【００２７】
次に、未焼成磁性セラミックマザー成形板２２Ｍを４０℃で５０時間乾燥した後、アルミナ製のさやに入れ、９００℃の温度で２時間焼成した。これにより、未焼成磁性セラミックマザー成形板２２Ｍとコイル導体２４との間の収縮率の差によって円筒状空隙２５が形成される。こうして得られた磁性セラミックマザー焼結板２２Ｍを所定のサイズ毎にカットし、図８に示すように、コイル導体２４を１個内蔵した磁性セラミック焼結体２２を切り出す。この磁性セラミック焼結体２２に外部電極２７ａ，２７ｂを、導電ペーストの塗布焼付け、あるいは、スパッタリング、蒸着、無電解メッキ等の手法により形成し、インダクタ２１を得た。
【００２８】
このようにしてインダクタ２１を製造すれば、コイル導体２４に樹脂を被覆する必要がないため、製造工程数を削減することができ、製造コストを低減することができる。
【００２９】
表２は、コイル径寸法変化率が異なる種々のコイル導体２４を用いてインダクタ２１を試作した後、磁性セラミック焼結体２２内の空隙２５の形成状況を調査した結果を示すものである。表２から、（コイル導体２４のコイル径寸法変化率／未焼成磁性セラミックマザー成形板２２Ｍの収縮率）が７５％以下であれば、所望の空隙２５が形成されることがわかる。
【００３０】
【表２】

【００３１】
ここで、コイル径寸法変化率は、コイル導体２４を構成する金属の材質、コイル導体２４の線径Ｄ、コイル部の巻数などによって異ならせることが可能であり、本実施形態ではそれぞれを表３のとおりに設定した。
【００３２】
【表３】

【００３３】
さらに、図９は、コイル導体２４として線径Ｄが０．２ｍｍのＡｇ線を用い、線間ピッチＴ（図１参照）を種々変えてそれぞれ前述の湿式プレス工法によりインダクタ２１を試作した後、セラミック焼結体２２内に発生したクラックの有無を調査した結果を示すグラフである。図９から、コイル導体２４の線間ピッチＴを線径Ｄの３倍以下に設定することにより、クラックの発生率がゼロになることがわかる。
【００３４】
なぜなら、コイル導体２４を埋設している未焼成セラミック成形体（具体的には、未焼成磁性セラミックマザー成型板２２Ｍ）が焼成により収縮する際、コイル導体２４の線間ピッチＴが線径Ｄの３倍以下であれば、未焼成セラミックがコイル導体２４の各線間部分Ａで容易に分離するからである。従って、コイル導体２４の軸を中心軸とする、隙間の均一な筒状空隙２５が、コイル導体２４の内側に安定して形成される。
【００３５】
ところが、コイル導体２４の線間ピッチＴが線径Ｄの３倍より大きい場合には、未焼成セラミックがコイル導体２４の各線間部分Ａで容易に分離できない。従って、筒状空隙２５は、隙間の不均一な筒状空隙となり、最悪の場合には、線間部分Ａに空隙が形成されない箇所も発生する。このため、セラミック焼結体２２内に不均一な収縮応力がかかってセラミック焼結体２２にクラックが発生するなどの不具合が生じ、このクラックを起点に、インピーダンス特性を劣化させるようなクラックに成長する場合がある。
【００３６】
また、コイル導体２４の線間ピッチＴが線径Ｄ以下の場合には、コイル導体２４を埋設している未焼成磁性セラミックマザー成型板２２Ｍが焼成により収縮する際、コイル導体２４のコイル部の隣り合う線同士が接触し、所望のインダクタンス特性が得られなくなる。従って、図９のグラフには、Ｔ／Ｄ＝１．０の場合のデータを記載していない。
【００３７】
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。例えば、コイル導体を螺旋状に巻回した場合、横断面円形である必要はなく、横断面矩形等であってもよい。
【００３８】
また、電子部品は、少なくとも一つのコイルを内蔵していればよく、インダクタやノイズＬＣフィルタやトランスやコモンモードチョークコイルのように複数のコイルが電磁気的に結合した状態で内蔵されているものや、インダクタアレイのように複数のコイルが相互に電磁気的に独立した状態で内蔵されているものも含まれる。
【００３９】
また、セラミック焼結体には、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライトセラミックの他に、チタン酸バリウムなどの誘電性セラミックや、ＭｇＯ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系、ＭｇＯ−ＳｉＯ_２系、Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系、ＭｇＯ−Ａｌ_２Ｏ_３系セラミックなどの種々のセラミックを用いることが可能である。
【００４０】
さらに、表２では、未焼成磁性セラミックマザー成形板２２Ｍの収縮率を一定にして、コイル導体２４のコイル径寸法変化率を異ならせているが、逆に、コイル導体２４のコイル径寸法変化率を一定にして、未焼成磁性セラミックマザー成形板２２Ｍの収縮率を異ならせてもよい。具体的には、湿式プレス用スラリー２２ａを調整する際の水や分散剤や結合材の材料や混合割合を変えることにより、未焼成磁性セラミックマザー成形板２２Ｍの収縮率を変えることができる。
【００４１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、焼成の際、コイル導体の内側に筒状空隙が形成されるため、コイル導体の内側部分はセラミック焼結体からの規制を受けず、セラミック焼結体との間にかかる応力が緩和される。一方、コイル導体の外側部分は、焼成の際、常にセラミック焼結体に接触し、セラミック焼結体からの規制を受けている。従って、焼成の際、コイル導体の軸方向に収縮応力がかかっても、コイル導体の外側部分を支持しているセラミック焼結体が、コイル導体の線間ピッチを均一に保つ。この結果、インダクタンスのばらつきの小さい電子部品が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電子部品を示す模式断面図。
【図２】図１に示したインダクタの横断面図。
【図３】図１に示したインダクタに用いられるコイル導体の斜視図。
【図４】図１に示したインダクタの製造手順を説明するための断面図。
【図５】図４に続く製造工程を示す斜視図。
【図６】図５に続く製造工程を示す断面図。
【図７】図６に続く製造工程を示す斜視図。
【図８】図７に続く製造工程を示す斜視図。
【図９】クラック発生率を示すグラフ。
【図１０】従来のインダクタを示す模式断面図。
【符号の説明】
２１…インダクタ
２２…磁性セラミック焼結体
２４…コイル導体
２５…空隙
２７ａ…入力外部電極
２７ｂ…出力外部電極
Ｔ…コイル導体の線間ピッチ
Ｄ…コイル導体の線径

Claims

セラミック焼結体と、
前記セラミック焼結体の内部に配設された、コイル導体を構成する金属線と、
前記セラミック焼結体の表面に配設された、前記コイル導体と導通する外部電極とを備え、
前記セラミック焼結体の内部において、前記コイル導体の軸を略中心軸とする筒状空隙がコイル導体の内側に形成されており、前記コイル導体の内側部分が前記空隙内に露出し、前記コイル導体の外側部分が前記セラミック焼結体に接触していること、
を特徴とする電子部品。
前記コイル導体を構成する金属線がＡｇ，Ｃｕ，Ｎｉおよびこれらの合金のいずれか一つからなることを特徴とする請求項１に記載の電子部品。
未焼成セラミック成形体の内部に、コイル導体を構成する金属線を埋設する工程と、
前記未焼成セラミック成形体を所定の焼成温度で焼成して、前記コイル導体を内蔵したセラミック焼結体を形成する工程と、
前記セラミック焼結体の表面に、前記コイル導体と導通する外部電極を形成する工程とを備え、
前記コイル導体を構成する金属線が、前記焼成温度における未焼成セラミック成形体の収縮率より低いコイル径寸法変化率を有する金属線であり、
前記焼成により、前記セラミック焼結体において前記コイル導体の内側に、コイル導体の内側部分が露出している空隙が形成されること、
を特徴とする電子部品の製造方法。
（前記コイル導体のコイル径寸法変化率／未焼成セラミック成形体の収縮率）≦０．７５であることを特徴とする請求項３に記載の電子部品の製造方法。
前記コイル導体を構成する金属線が、１＜（コイル導体の線間ピッチ／コイル導体の線径）≦３を満足している金属線であることを特徴とする請求項４に記載の電子部品の製造方法。
前記コイル導体を構成する金属線がＡｇ，Ｃｕ，Ｎｉおよびこれらの合金のいずれか一つからなることを特徴とする請求項３〜請求項５のいずれかに記載の電子部品の製造方法。