JP2005231922A

JP2005231922A - フェライト焼結体の製造方法及び積層セラミック電子部品の製造方法

Info

Publication number: JP2005231922A
Application number: JP2004040562A
Authority: JP
Inventors: Junji Sugihara; 淳司杉原; Masaharu Konoue; 正晴河野上; Hideo Ajichi; 英雄阿慈知
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2004-02-17
Filing date: 2004-02-17
Publication date: 2005-09-02
Anticipated expiration: 2024-02-17
Also published as: JP4830259B2

Abstract

【課題】特許文献１に記載されたフェライト焼結体の場合には、フェライト原料にＢ_４Ｃ粉末を添加することによって高い初透磁率μｉ及びＱ値を有するフェライト焼結体を得ることができるが、Ｂ_４Ｃ粉末の添加量が同一であってもＢ_４Ｃ粉末の管理状況によってフェライト焼結体の初透磁率μｉ等の特性にバラツキが生じ、品質が安定しない。
【解決手段】本発明のフェライト焼結体の製造方法は、フェライト原料を用意する工程と、炭化ホウ素をＸ線回折で分析して、不純物として含まれる酸化ホウ素及びホウ酸がＸ線回折強度で炭化ホウ素粉末の全てのピークの合計量に対して１０％以内の炭化ホウ素粉末を選別する工程と、上記フェライト原料に溶媒としてバインダと上記炭化ホウ素粉末を加えて混練してセラミックスラリーを調製し、成形して焼成する工程と、を備えたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、フェライト焼結体の製造方法及び積層セラミック電子部品の製造方法に関し、更に詳しくは、初透磁率μｉ及びＱ値が高く、チップ特性にバラツキのないフェライト焼結体及びこのフェライト焼結体を用いた積層セラミック電子部品を製造することができるフェライト焼結体の製造方法及び積層セラミック電子部品の製造方法に関する。

従来から、フェライト焼結体は、その優れた磁気的特性から磁心材料や積層チップインダクタ等の積層セラミック電子部品のインダクタ材料として用いられている。

積層チップインダクタの場合、一般に、フェライト層と導体パターンを順次積層して、積層連結された導体パターンからなるコイルがフェライト内に形成された積層体を形成し、焼成した後、この焼結体にコイルに繋がる外部端子をそれぞれ形成して製造されている。そして、積層チップインダクタのフェライト材料としては、通常、Ｎｉ‐Ｃｕ‐Ｚｎ系フェライト材料やＮｉ‐Ｚｎ系フェライト材料等が用いられ、導体材料としては電気伝導度の高いＡｇが用いられている。

また、電子機器の小型化、高性能化、高信頼性化、多機能化が進んでおり、それに用いるフェライト部品等について、小型化及び特性の更なる向上が求められている。これに対応して、例えば積層チップインダクタに用いるインダクタ材料の場合、フェライト原料にガラスを添加する等して、特性を向上させる試みがなされている。しかしながら、初透磁率μｉ及びＱ値等のフェライトの特性を十分に向上させるまでには至っていなかった。

そこで、本出願人は、特許文献１において、フェライト原料に炭化ホウ素（Ｂ_４Ｃ）粉末を添加することにより、高い初透磁率μｉ及びＱ値を有し、積層チップインダクタ等のインダクタ用として好適に用いられるフェライト焼結体の製造方法を提案した。

特開２０００‐２３３９６７号公報

しかしながら、特許文献１に記載されたフェライト焼結体の場合には、フェライト原料にＢ_４Ｃ粉末を添加することによって高い初透磁率μｉ及びＱ値を有するフェライト焼結体を得ることができるが、Ｂ_４Ｃ粉末の添加量が同一であってもＢ_４Ｃ粉末の保管状態によってフェライト焼結体の初透磁率μｉにバラツキが発生したり、劣化することが判った。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、初透磁率μｉ及びＱ値が高く、チップ特性のバラツキや劣化を抑制することができるフェライト焼結体の製造方法及び積層セラミック電子部品の製造方法を提供することを目的としている。

本発明者等は、保管中のＢ_４Ｃ粉末について種々検討した結果、保管中のＢ_４Ｃ粉末は、粒子表面に形成された酸化膜によって安定しているが、保管状態によって酸化の度合いが異なっていることが判った。Ｂ_４Ｃの酸化ではホウ酸及び酸化ホウ素を不純物として生成し、酸化の進行に伴ってこれらの不純物の生成量が増加するため、これらの不純物によってフェライト焼結体の透磁率やチップ特性が劣化することが判った。特に、本発明者等がＢ_４Ｃ粉末のＸ線回折分析を行ったところ、ホウ酸及び酸化ホウ素がＸ線回折強度でＢ_４Ｃ粉末の全てのピークの合計量に対して所定の比率を超えるとフェライト焼結体の透磁率が著しく劣化することを知見した。この原因としては、Ｂ_４Ｃの酸化度が増すと、Ｂ_４Ｃ粉末をフェライト原料に添加してスラリーを調製した場合に溶剤中の水酸基と反応してＢ_４Ｃ粉末が凝集し、スラリーがゲル化して均一なシートを形成できなくなることが考えられる。尚、本明細書では、ホウ酸及び酸化ホウ素等の不純物を含む炭化ホウ素の粉末を炭化ホウ素粉末（Ｂ_４Ｃ粉末）と定義し、不純物を含まない炭化ホウ素（Ｂ_４Ｃ）と区別する。

本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、請求項１に記載のフェライト焼結体の製造方法は、フェライト原料に炭化ホウ素粉末を添加して焼成するフェライト焼結体の製造方法であって、上記炭化ホウ素粉末に不純物として含まれる酸化ホウ素及びホウ酸の合計量は、Ｘ線回折強度で炭化ホウ素粉末の全てのピークの合計量に対して１０％以下であることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項２に記載のフェライト焼結体の製造方法は、フェライト原料を用意する工程と、炭化ホウ素粉末をＸ線回折で分析して、不純物として含まれる酸化ホウ素及びホウ酸がＸ線回折強度で炭化ホウ素粉末の全てのピークの合計量に対して１０％以内の炭化ホウ素粉末を選別する工程と、上記フェライト原料に溶媒としてバインダと上記炭化ホウ素粉末を加えて混練してセラミックスラリーを調製し、成形して焼成する工程と、を備えたことを特徴とするものである。

また、本発明の請求項３に記載の積層セラミック電子部品の製造方法は、フェライト原料を用意する工程と、炭化ホウ素粉末をＸ線回折で分析して、不純物として含まれる酸化ホウ素及びホウ酸がＸ線回折強度で炭化ホウ素粉末の全てのピークの合計量に対して１０％以内の炭化ホウ素粉末を選別する工程と、上記フェライト原料に溶媒としてバインダと上記炭化ホウ素粉末を加えて混練してセラミックスラリーを得る工程と、上記セラミックスラリーをシート上に形成してセラミックグリーンシートを得る工程と、上記セラミックグリーンシートを所定枚数積層して積層体を形成する工程と、上記積層体を焼成する工程と、を備えたことを特徴とするものである。

而して、本発明に用いられるフェライト原料は、特に制限されるものでなく、フェライト原料としては、例えば、Ｎｉ‐Ｃｕ‐Ｚｎ系フェライト、Ｎｉ‐Ｚｎ系フェライト等、Ｎｉ、Ｃｕ及びＺｎのうちの少なくとも二種以上の元素を含むフェライトが好ましく用いられる。また、これらのフェライト原料に、Ｍｎ、Ｓｎ等の添加剤を含むものであっても良い。

また、本発明では、炭化ホウ素粉末（Ｂ_４Ｃ粉末）の保管状態をＸ線回折分析によって管理し、不純物として含まれる酸化ホウ素及びホウ酸がＸ線回折強度で炭化ホウ素粉末の全てのピークの合計量に対して１０％以内のＢ_４Ｃ粉末を選別して用いる。Ｂ_４Ｃ粉末中に不純物として含まれる酸化ホウ素及びホウ酸がＸ線回折強度でＢ_４Ｃ粉末の全てのピークの合計量に対して１０％を超えると、フェライト焼結体のμｉ等の電磁気特性にバラツキが生じる虞がある。また、本発明には不純物として含まれる酸化ホウ素及びホウ酸がＸ線回折強度でＢ_４Ｃ粉末の全てのピークの合計量に対して０％のＢ_４Ｃも含まれるが、実際にはＢ_４Ｃの酸化を完全に防止することは難しい。Ｂ_４Ｃの酸化を抑制するためには、Ｂ_４Ｃ粉末を窒素ガス等の非酸化性雰囲気下で保管し、管理することが好ましい。

ここで、酸化ホウ素とは、Ｂ_２Ｏ_３、Ｂ_７Ｏ、Ｂ_１３Ｏ_２、Ｂ_６Ｏ、ＢＯ、Ｂ_４Ｏ_５の総称である。Ｂ_４Ｃ粉末の保管中に生成する酸化ホウ素の殆どはＢ_２Ｏ_３であるため、他の酸化ホウ素は極めて微量で殆ど無視できる量である。また、ホウ酸とは、オルトホウ酸、メタホウ酸、次ホウ酸等の総称である。Ｂ_４Ｃ粉末の保管中に生成するホウ酸の殆どはオルトホウ酸であるため、その他のホウ酸は殆ど含まれていないと考えられる。また、Ｘ線回折では酸化ホウ素とホウ酸のピーク位置が一致するため、Ｂ_４Ｃ粉末に対するＸ線回折強度が酸化ホウ素またはホウ酸いずれか単独のものか、これら両者の合計量によるものかは区別できない。また、Ｂ_４Ｃ粉末の結晶状態によってＸ線回折強度のピーク幅が異なるため、Ｘ線回折強度を求める際のピークの積分幅が異なる。

本発明の請求項１〜請求項３に記載の発明によれば、初透磁率μｉ及びＱ値が高く、チップ特性のバラツキや劣化を抑制することができるフェライト焼結体の製造方法及び積層セラミック電子部品の製造方法を提供することができる。

本実施形態では、まず、実施例１〜４及び比較例１、２のフェライト焼結体それぞれを、本発明のフェライト焼結体の製造方法を用いて下記要領で作製した。

（１）セラミック原料の調製
まず、フェライト原料として、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＺｎＯ、ＣｕＯ及びＮｉＯの粉末をそれぞれ用意した。その後、Ｆｅ_２Ｏ_３が４８．７モル％、ＺｎＯが２６．９モル％、ＣｕＯが１０．５モル％、残りがＮｉＯとなるようにそれぞれの粉末を秤量した。次いで、これらの粉末をボールミルによって湿式混合して乾燥させた後、７００℃で仮焼してフェライト原料を得た。その後、この仮焼済みフェライト原料をボールミルによって湿式粉砕した。この際、溶媒として、水系またはアルコール類等の水酸基を有する溶媒を含む有機溶剤を使用することができる。

（２）Ｂ_４Ｃ粉末の選別及びセラミックグリーンシートの作製
保管中のＢ_４Ｃ粉末についてＸ線回折分析を行った後、Ｂ_４Ｃ粉末の中から、不純物として含まれる酸化ホウ素及びホウ酸がＸ線回折強度でＢ_４Ｃ粉末の全てのピークの合計量に対して１０％以内のＢ_４Ｃ粉末を選別する。本実施例では表１に示すように、酸化ホウ素及びホウ酸がＸ線回折強度でＢ_４Ｃ粉末の全てのピークの合計量に対して１．０７％のＢ_４Ｃ粉末を選別し、このＢ_４Ｃ粉末を湿式粉砕後のフェライト原料に８０重量ｐｐｍ添加し、ボールミルで湿式混合を行い、バインダを加えてスラリー化し、次いで、ドクターブレード法によりセラミックグリーンシートを作製した。

（３）フェライト焼結体の作製
上記セラミックグリーンシートを積層、圧着し、外径２０ｍｍ、内径１０ｍｍ、厚み１ｍｍのトロイダルリングにカットした。その後、このトロイダルリングを９００℃で１５０分焼成してフェライト焼結体を得た。

（４）初透磁率μｉの測定
次いで、上記フェライト焼結体について、インピーダンスアナライザを用いて測定周波数１０ｋＨｚの条件で、μｉを測定し、この結果を表１に示した。

本実施例では表１に示すように、保管中のＢ_４Ｃ粉末の中から、不純物として含まれる酸化ホウ素及びホウ酸がＸ線回折強度でＢ_４Ｃ粉末の全てのピークの合計量に対して４．３２％のＢ_４Ｃ粉末を選別し、このＢ_４Ｃ粉末を用いた以外は実施例１と同一要領でフェライト焼結体を作製し、このフェライト焼結体のμｉを実施例１と同一条件で測定し、この結果を表１に示した。

本実施例では表１に示すように、保管中のＢ_４Ｃ粉末の中から、不純物として含まれる酸化ホウ素及びホウ酸がＸ線回折強度でＢ_４Ｃ粉末の全てのピークの合計量に対して７．７１％のＢ_４Ｃ粉末を選別し、このＢ_４Ｃ粉末を用いた以外は実施例１と同一要領でフェライト焼結体を作製し、このフェライト焼結体のμｉを実施例１と同一条件で測定し、この結果を表１に示した。

本実施例では表１に示すように、保管中のＢ_４Ｃ粉末の中から、不純物として含まれる酸化ホウ素及びホウ酸がＸ線回折強度でＢ_４Ｃ粉末の全てのピークの合計量に対して９．６８％のＢ_４Ｃ粉末を選別し、このＢ_４Ｃ粉末を用いた以外は実施例１と同一要領でフェライト焼結体を作製し、このフェライト焼結体のμｉを実施例１と同一条件で測定し、この結果を表１に示した。

また、保管中のＢ_４Ｃ粉末の中から、不純物として含まれる酸化ホウ素及びホウ酸がＸ線回折強度でＢ_４Ｃ粉末の全てのピークの合計量に対して１０％を超えるＢ_４Ｃ粉末を用いた比較例１、２のフェライト焼結体を作製した。表１に示すように、比較例１では不純物として含まれる酸化ホウ素及びホウ酸がＸ線回折強度でＢ_４Ｃ粉末の全てのピークの合計量に対して１０．８６％のＢ_４Ｃ粉末を用い、比較例２では不純物として含まれる酸化ホウ素及びホウ酸がＸ線回折強度でＢ_４Ｃ粉末の全てのピークの合計量に対して１２．１９％のＢ_４Ｃ粉末を用いた以外は実施例１と同一要領でフェライト焼結体を作製した。その後、比較例１、２の各フェライト焼結体のμｉを測定し、この結果を表１に示した。

表１に示す結果によれば、不純物として含まれる酸化ホウ素及びホウ酸がＸ線回折強度でＢ_４Ｃ粉末の全てのピークの合計量に対して１０％以内のＢ_４Ｃ粉末をフェライト原料に添加した実施例１〜４の場合には、高いμｉを有するフェライト焼結体が得られた。これに対して、不純物として含まれる酸化ホウ素及びホウ酸がＸ線回折強度でＢ_４Ｃ粉末の全てのピークの合計量に対して１０％以上のＢ_４Ｃ粉末をフェライト原料に添加した比較例１、２の場合には、フェライト終結体のμｉが著しく低下していることが判った。

次いで、本実施形態では、上記各実施例及び上記各比較例と同一の原料を用いて図１に示す積層インダクタを作製した。

本実施形態の積層セラミック電子部品１０は、例えば図１に示すように、フェライト焼結体１１と、このフェライト焼結体１１内に形成されたコイル１２と、このコイル１２の上下の電極部１２Ａ、１２Ｂに接続され且つ焼結体１１の両端面を被覆する左右一対の外部電極１３Ａ、１３Ｂとを備え、積層インダクタとして構成されている。コイル１２は、水平方向に上下複数段に渡って形成されたコイル導体１２１と、上下のコイル導体１２１を電気的に接続するビアホール導体１２２とからなり、上下方向に延びる矩形の螺旋状として形成されている。本実施形態では実施例７〜１０及び比較例１１、１２の積層インダクタをそれぞれ下記要領で作製した。

（１）積層インダクタの作製
本実施例では表２に示すように、実施例１で作製したセラミックグリーンシートの所定位置にビアホールを形成した後、スクリーン印刷法等を用いてこのセラミックグリーンシートの上面に所定のコイルパターンを形成した。所定のコイルパターンが形成されたセラミックグリーンシートを必要枚数積層すると共に、その上下の両面にコイルパターンが形成されていないセラミックグリーンシートを積層した後、これを１０００ｋｇｆ／ｃｍ^２の圧力で圧着して圧着ブロックを形成した。これにより、各層のコイルパターンがビアホールによって接続されて積層型のコイルを形成する。そして、この圧着ブロックを所定サイズにカットして積層体を得た。次いで、この積層体の脱脂処理を行った後、脱脂後の積層体を９００℃で焼成して焼結体を得、この焼結体の端面処理を行った後、その両端面に導電ペーストを塗布して７００℃で焼き付けて外部電極をそれぞれ形成した。これによりフェライト焼結体内にコイルを内蔵する実施例５の積層インダクタを得た。

（２）積層インダクタのインダクタンス及びインピーダンスの測定
次いで、上記積層インダクタについて、１ＭＨｚにおけるインダクタンスＬと、１００ＭＨｚにおけるインピーダンスＺを測定し、この結果を表２に示した。

本実施例では表２に示すように、実施例２で作製されたセラミックグリーンシートを用いた以外は実施例５と同一要領で積層インダクタを作製し、この積層インダクタのインダクタンスＬ及びインピーダンスＺを実施例５と同一条件で測定し、この結果を表２に示した。

本実施例では表２に示すように、実施例３で作製されたセラミックグリーンシートを用いた以外は実施例５と同一要領で積層インダクタを作製し、この積層インダクタのインダクタンスＬ及びインピーダンスＺを実施例５と同一条件で測定し、この結果を表２に示した。

本実施例では表２に示すように、実施例４で作製されたセラミックグリーンシートを用いた以外は実施例５と同一要領で積層インダクタを作製し、この積層インダクタのインダクタンスＬ及びインピーダンスＺを実施例５と同一条件で測定し、この結果を表２に示した。

また、表２に示すように、実施例５〜８の積層インダクタの比較用として比較例１、２で作製されたセラミックグリーンシートを用いて、実施例５と同一要領で比較例３、４の積層インダクタを作製した。そして、比較例３、４の積層インダクタのインダクタンスＬ及びインピーダンスＺを実施例５と同一条件で測定し、この結果を表２に示した。

表２に示す結果によれば、不純物として含まれる酸化ホウ素及びホウ酸がＸ線回折強度でＢ_４Ｃ粉末の全てのピークの合計量に対して１０％以内に管理したＢ_４Ｃ粉末をフェライト原料に添加した実施例５〜８の場合には、高いインピーダンスを有する積層インダクタが得られた。これに対して、不純物として含まれる酸化ホウ素及びホウ酸がＸ線回折強度でＢ_４Ｃ粉末の全てのピークの合計量に対して１０％以上のＢ_４Ｃ粉末をフェライト原料に添加した比較例３、４の場合には、積層インダクタのインピーダンスが著しく低下していることが判った。

尚、上記実施形態では、フェライト原料粉末の成分組成として、Ｆｅ_２Ｏ_３が４８．７モル％、ＺｎＯが２６．９モル％、ＣｕＯが１０．５モル％、残りがＮｉＯとなるものを用いた場合について説明したが、本発明は、この組成成分に制限されるものではなく、Ｎｉ‐Ｃｕ‐Ｚｎ系フェライトの他、Ｎｉ‐Ｚｎ系フェライト等、Ｎｉ、Ｃｕ及びＺｎのうちの少なくとも二種以上の元素を含むフェライトにおいても同様の作用効果を期することができる。また、フェライト原料に、Ｍｎ、Ｓｎ等の添加剤を含むフェライトにおいても同様の作用効果を期することができる。

本発明は、積層インダクタ、積層ＬＣ複合部品等に用いられるフェライト焼結体の製造方法や、フェライト焼結体を含む積層セラミック電子部品の製造方法に好適に利用することができる。

本発明の積層セラミック電子部品の一実施形態を透視して示す透視図である。

符号の説明

１０積層セラミック電子部品
１１フェライト焼結体
１２コイル（内部電極）

Claims

フェライト原料に炭化ホウ素粉末を添加して焼成するフェライト焼結体の製造方法であって、上記炭化ホウ素粉末に不純物として含まれる酸化ホウ素及びホウ酸の合計量は、Ｘ線回折強度で炭化ホウ素粉末の全てのピークの合計量に対して１０％以下であることを特徴とするフェライト焼結体の製造方法。
フェライト原料を用意する工程と、
炭化ホウ素粉末をＸ線回折で分析して、不純物として含まれる酸化ホウ素及びホウ酸がＸ線回折強度で炭化ホウ素粉末の全てのピークの合計量に対して１０％以内の炭化ホウ素粉末を選別する工程と、
上記フェライト原料に溶媒としてバインダと上記炭化ホウ素粉末を加えて混練してセラミックスラリーを調製し、成形して焼成する工程と、
を備えたことを特徴とするフェライト焼結体の製造方法。
フェライト原料を用意する工程と、
炭化ホウ素粉末をＸ線回折で分析して、不純物として含まれる酸化ホウ素及びホウ酸がＸ線回折強度で炭化ホウ素粉末の全てのピークの合計量に対して１０％以内の炭化ホウ素粉末を選別する工程と、
上記フェライト原料に溶媒としてバインダと上記炭化ホウ素粉末を加えて混練してセラミックスラリーを得る工程と、
上記セラミックスラリーをシート上に形成してセラミックグリーンシートを得る工程と、
上記セラミックグリーンシートを所定枚数積層して積層体を形成する工程と、
上記積層体を焼成する工程と、
を備えたことを特徴とする積層セラミック電子部品の製造方法。