JP2010109056A - 磁性体と誘電体との複合焼結体およびそれを用いたｌｃ複合電子部品 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、１００ＭＨｚ〜１Ｈｚにおける、比透磁率および比誘電率の高い磁性体と誘電体との複合焼結体、およびそれを用いたＬＣ複合電子部品を提供することを目的とする。
【解決手段】 ＣｕがＢａ、Ｆｅ、Ｃｏ、ＺｎおよびＣｕの合量に対し３．３〜７．５原子％占めるＹ型六方晶Ｂａフェライトを主結晶とし、ＣｕがＦｅ、Ｃｏ、ＺｎおよびＣｕの合量に対し８．７〜１６．３原子％占めるＺｎスピネル型フェライトおよびＳｒＴｉＯ_３を他の結晶として含む磁性体と誘電体との複合焼結体であって、該複合焼結体の結晶中の前記Ｙ型六方晶Ｂａフェライトおよび前記Ｚｎスピネル型フェライトの合量の割合が６３〜７７であり、前記Ｚｎスピネル型フェライトの割合が１５〜３１質量％であり、前記ＳｒＴｉＯ_３の割合が１０〜１７質量％である磁性体と誘電体との複合焼結体を用いる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子機器の高周波ノイズ対策用ＥＭＩフィルタ等に用いられる、磁性体の性質と誘電体の性質とを合わせ持つ磁性体と誘電体との複合焼結体およびＬＣ複合電子部品に関する。

従来、電子機器の高周波ノイズ対策用としては、ＥＭＩ（Electro Magnetic Interference）フィルタが多く用いられている。近年では、携帯電話、無線ＬＡＮ等の移動体通信機器の高周波化に伴い、ＥＭＩフィルタにも数百ＭＨｚ〜数ＧＨｚの高周波数帯域でも使用可能なフィルタ特性が求められている。

一般的に、このような電子機器のノイズ対策用として使用されているＥＭＩフィルタは、コンデンサとインダクタとを個々に組み合わせて構成されているものが多い。しかし、近年では電子機器の小型化に伴い、磁性体により形成されるインダクタ層と、誘電体により形成されるコンデンサ層とを積層して両者を一体化した複合積層体の中に、銀電極などでコイルを形成したものが提案されてきている。しかし、このようなフィルタの場合、その積層構造の制約により、大きな面積が必要になり、電子機器の小型化への要求を十分に満足できなかった。

この問題点を解決するために、磁性体と誘電体とが混合焼成された複合焼結体の内部に、銀あるいは銀−パラジウム電極などでコイルを形成したノイズフィルタが提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。

このような複合焼結体に用いられる磁性体材料としては、数ＭＨｚ〜数百ＭＨｚ帯領域で比透磁率が高いＭｎ−Ｚｎ系、Ｎｉ−Ｚｎ系、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系等のスピネル型フェライトが多く用いられてきた。しかし、このスピネル型フェライトは、磁気異方性が低いために数百ＭＨｚの周波数で自然共鳴を起こしてしまい、透磁率の周波数限界（スネークの限界）を超えることができず、数百ＭＨｚ〜数ＧＨｚ帯領域では十分な透磁率が得られないため、高い周波数帯域でのフィルタ材料には適用することができなかった。

そこで、最近では、スピネル型フェライトの周波数限界を超えた高い周波数領域まで比透磁率を維持する六方晶フェライトが、数百ＭＨｚ〜数ＧＨｚ帯領域での磁性体材料として提案されている。

この六方晶フェライトは、ｃ軸に対して垂直な面内に磁化容易軸を持ち、フェロックスプレーナ型フェライトとも呼ばれる磁性体材料である。フェロックスプレーナ型の代表的なフェライトとしては、Ｃｏ置換系Ｚ型六方晶Ｂａフェライト（３ＢａＯ・２ＣｏＯ・１２Ｆｅ_２Ｏ_３）、Ｃｏ置換系Ｙ型六方晶Ｂａフェライト（２ＢａＯ・２ＣｏＯ・６Ｆｅ_２Ｏ_３）、Ｃｏ置換系Ｗ型六方晶Ｂａフェライト（ＢａＯ・２ＣｏＯ・８Ｆｅ_２Ｏ_３）等が知られている。

これらのフェロックスプレーナ型フェライトの中でも、Ｙ型六方晶Ｂａフェライト単相の合成温度（約１０５０℃）は、Ｚ型六方晶Ｂａフェライト単相（１３００℃）およびＷ型六方晶Ｂａフェライト単相（１２００℃）それぞれの合成温度に比べて低く、また、Ｙ型六方晶Ｂａフェライトは、比透磁率の周波数限界が３ＧＨｚ以上まで向上しているため、数百ＭＨｚ〜数ＧＨｚ帯領域での磁性体材料として有望視されている。

例えば、Ｙ型またはＭ型六方晶フェライトを主相とする磁性体材料からなる高周波用磁性体材料が提案されている（例えば、特許文献２を参照。）。この高周波用磁性体材料は、数百ＭＨｚ〜数ＧＨｚ帯域で使用でき、１０００℃以下の温度で焼成可能で、焼結体密度が９０％以上のものである。１０００℃以下の温度で焼成できる材料であれば、同時焼成する内部電極として、銀を用いることができ、パラジウムを含む電極に対して、低抵抗であることによる特性向上と低コスト化が見込める。

さらに、高周波用磁性体材料として、例えば六方晶フェライトとＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎフェライト粉体の混合粉体に、焼結助剤としてＢｉ_２Ｏ３_を添加し、８８０から９５０℃で焼結させた材料が提案されている（例えば、特許文献３を参照）。

一方、複合焼結体に用いられる誘電体材料としては、ＣａＴｉＯ_３、ＳｒＴｉＯ_３やガラス等の常誘電体、ＢａＴｉＯ_３等の強誘電体が挙げられ、例えば、誘電体材料として比誘電率が高いＢａＴｉＯ_３を用い、高い比透磁率および比誘電率を両立した材料が提案されている（例えば、特許文献４を参照。）。

この特許文献３には、磁性体材料としてＮｉ―Ｚｎ系フェライトまたはＮｉ−Ｚｎ―Ｃｕ系フェライトから選択された１種を用い、誘電体材料として少なくともＢａＴｉＯ_３、ＴｉＯ_２、または、リラクサー系材料から選択される１種を用い、ガラス材料としてＳｉＯ_２とＡｌ_２Ｏ_３とＲＯまたはＲＯ_２（ただし、ＲはＣａ、Ｂａ、Ｐｂ、Ｚｎ、Ｔｉの群から選択された少なくとも１種）の３種の組成比が合計で１００重量％とされることが記載されている。
特開平２−２４９２９４号公報 特開２００３−１４６７３９号公報 特開２００３-２２１２３２号公報 特開２００３−２２６５７３号公報

しかしながら、特許文献４に記載された複合焼結体では、磁性体材料としてＮｉ―Ｚｎ系フェライトまたはＮｉ−Ｚｎ―Ｃｕ系フェライト、すなわち、スピネル型フェライトを用いているため、数百ＭＨｚ以上の高周波での比透磁率が低くなるという課題があった。

これに対して、Ｎｉ―Ｚｎ系フェライトまたはＮｉ−Ｚｎ―Ｃｕ系フェライトの替わりに、磁性体材料として六方晶Ｂａフェライトを用いることが考えられる。その場合、焼成時に六方晶Ｂａフェライトとガラスとが反応し、１００ＭＨｚにおける比透磁率が低くなってしまうという課題があった。

また、特許文献３に記載された複合焼結体では、高周波で透磁率が得られるが、比透磁率は２から４程度であり、低い比透磁率しか得られていない。
したがって、本発明は、１００ＭＨｚ〜１ＧＨｚにおける、比透磁率および比誘電率の高い磁性体と誘電体との複合焼結体、およびそれを用いたＬＣ複合電子部品を提供することを目的とする。

本発明の複合焼結体は、金属元素としてＢａ、Ｆｅ、Ｃｏ、ＺｎおよびＣｕを含み、ＣｕがＢａ、Ｆｅ、Ｃｏ、ＺｎおよびＣｕの合量に対し３．３〜７．５原子％占めるＹ型六方晶Ｂａフェライトを主結晶とし、金属元素としてＦｅ、Ｃｏ、ＺｎおよびＣｕを含み、ＣｕがＦｅ、Ｃｏ、ＺｎおよびＣｕの合量に対し８．７〜１６．３原子％占めるＺｎスピネル型フェライトおよびＳｒＴｉＯ_３を他の結晶として含む磁性体と誘電体との複合焼結体であって、該複合焼結体の結晶中の前記Ｙ型六方晶Ｂａフェライトおよび前記Ｚｎスピネル型フェライトの合量の割合が６３〜７７であり、前記Ｚｎスピネル型フェライトの割合が１５〜３１質量％であり、前記ＳｒＴｉＯ_３の割合が１０〜１７質量％であることを特徴とする
また、前記複合焼結体中にＢｉを含み、該Ｂｉの含有量がＢｉ_２Ｏ_３換算で１〜９質量％であることが好ましい。

さらに、前記磁性体と誘電体との複合焼結体は、１００ＭＨｚにおける比透磁率が５．０以上であり、１ＧＨｚにおける比透磁率が４．５以上であるとともに、１００ＭＨｚおよび１ＧＨｚにおける比誘電率が３５以上であることが好ましい。

本発明のＬＣ複合電子部品は、前記磁性体と誘電体との複合焼結体からなる絶縁基体の内部または表面に、コンデンサ回路およびインダクタ回路が形成されていることを特徴とする。

本発明の磁性体と誘電体との複合焼結体によれば、金属元素としてＢａ、Ｆｅ、Ｃｏ、ＺｎおよびＣｕを含み、ＣｕがＢａ、Ｆｅ、Ｃｏ、ＺｎおよびＣｕの合量に対し３．３〜７．５原子％占めるＹ型六方晶Ｂａフェライトを主結晶とし、金属元素としてＦｅ、Ｃｏ、ＺｎおよびＣｕを含み、ＣｕがＦｅ、Ｃｏ、ＺｎおよびＣｕの合量に対し８．７〜１６．３原子％占めるＺｎスピネル型フェライトおよびＳｒＴｉＯ_３を他の結晶として含む磁性体と誘電体との複合焼結体であって、該複合焼結体の結晶中の前記Ｙ型六方晶Ｂａフェライトおよび前記Ｚｎスピネル型フェライトの合量の割合が６３〜７７であり、前記Ｚｎスピネル型フェライトの割合が１５〜３１質量％であり、前記ＳｒＴｉＯ_３の割合が１０〜１７質量％であることにより、１００ＭＨｚ〜１ＧＨｚにおける、比透磁率および比誘電率を高くすることができる。

また、前記複合焼結体中にＢｉを含み、該Ｂｉの含有量がＢｉ_２Ｏ_３換算で１〜９質量％であることにより１０００℃以下で焼成することが可能となり、複合焼結体の吸水率を０．１％以下と低くできる。安価に製造できる。また、銀、銅および金などの含有比率の高い導体と同時焼成可能となるので、例えば、ＬＣ複合電子部品などは、導体の抵抗を低くでき、フィルタ特性などの電気特性を向上させるができる。

さらに、磁性体と誘電体との複合焼結体の１００ＭＨｚにおける比透磁率が５．０以上であり、１ＧＨｚにおける比透磁率が４．５以上であるとともに、１００ＭＨｚおよび１ＧＨｚにおける比誘電率が３５以上であることにより、例えば、ＬＣ複合電子部品の絶縁材料に用いることにより、ＬＣ複合電子部品を小型化することができる。

また、上述の磁性体と誘電体との複合焼結体からなる絶縁基体の内部または表面に、コンデンサ回路およびインダクタ回路が形成されているＬＣ複合電子部品によれば、数百ＭＨｚ〜数ＧＨｚの高周波帯域でも使用可能なＬＣフィルタ特性を得ることができる。

本発明の誘電体と磁性体との複合焼結体（以下、単に複合焼結体と呼ぶことがある）は、金属元素としてＢａ、Ｆｅ、Ｃｏ、ＺｎおよびＣｕを含み、ＣｕがＢａ、Ｆｅ、Ｃｏ、ＺｎおよびＣｕの合量に対し３．３〜７．５原子％占めるＹ型六方晶Ｂａフェライトを主結晶とし、金属元素としてＦｅ、Ｃｏ、ＺｎおよびＣｕを含み、ＣｕがＦｅ、Ｃｏ、ＺｎおよびＣｕの合量に対し８．７〜１６．３原子％占めるＺｎスピネル型フェライトおよびＳｒＴｉＯ_３を他の結晶として含む磁性体と誘電体との複合焼結体であって、該複合焼結体の結晶中の前記Ｙ型六方晶Ｂａフェライトおよび前記Ｚｎスピネル型フェライトの合量の割合が６３〜７７であり、前記Ｚｎスピネル型フェライトの割合が１５〜３１質量％であり、前記ＳｒＴｉＯ_３の割合が１０〜１７質量％である。なお、結晶の割合は、Ｘ線回折の結果をリートベルト解析したものである。リートベルト解析については後述する。

このような複合焼結体では、Ｃｕを含有するＹ型六方晶ＢａフェライトおよびＣｕを含有するＺｎスピネル型フェライトを含むことにより１００ＭＨｚにおける比透磁率だけでなく、１ＧＨｚにおける比透磁率も高くすることができる。なお、ＣｕはＹ型六方晶ＢａフェライトおよびＺｎスピネル型フェライトの一部元素を置換していると考えられる。また、ＳｒＴｉＯ_３、Ｃｕを含有するＹ型六方晶ＢａフェライトおよびＣｕを含有するＺｎスピネル型フェライト含有するために１００ＭＨｚおよび１ＧＨｚにおける比誘電率を高くすることができる。

また、複合焼結体がＢｉをＢｉ_２Ｏ_３換算で１〜９質量％含有していることにより、１０００℃以下の焼成温度でも焼成可能となり、複合焼結体の吸水率を０．１％以下と低くできる。

このような複合焼結体は、例えば、Ｙ型六方晶Ｂａフェライト粉末、ＳｒＴｉＯ_３粉末、ＣｕＯ粉末および必要に応じてＢｉ_２Ｏ_３粉末およびガラス粉末を混合し、焼成することにより作製できる。焼成過程でＹ型六方晶Ｂａフェライトの元素の一部がＣｕに置換されるなどしてＹ型六方晶Ｂａフェライトに含まれる金属元素Ｂａ、Ｆｅ、Ｃｏ、ＺｎおよびＣｕのうちＣｕが３．３〜７．５原子％占めるようになり、Ｃｕを含んだＺｎスピネル型フェライトが生成される。このＺｎスピネル型フェライトは、含まれる金属元素Ｆｅ、Ｃｏ、ＺｎおよびＣｕのうち８．７〜１６．３原子％占めるようになる。このように作製するのは、原料として最終的な焼結体に必要な割合で、Ｃｕ含有Ｙ型六方晶Ｂａフェライト粉末およびＣｕ含有Ｚｎスピネル型フェライト粉末を調合しても、焼成過程で結晶の割合が変わるために調合した結晶割合の複合焼結体ができないためである。なお、Ｃｕ含有Ｚｎスピネル型フェライトは全量を焼成過程で生成するようにはせず、一部は原料としてＣｕ含有Ｚｎスピネル型フェライト粉末を調合しても良い。

また、焼成過程でＭ型六方晶Ｂａフェライトが生成されることがあるが、Ｍ型六方晶Ｂａフェライトは１００ＭＨｚにおける比透磁率は比較的高いものの、１ＧＨｚでは比透磁率は低くなるため、生成量が少ないことが好ましい。さらに、焼成過程で他の副生成物が生成されることもあるがＢｉ_２Ｏ_３粉末およびガラス粉末の合量を原料粉末の１２質量％以下とすれば、その割合を少なくできる。またさらに、原料にＢｉ_２Ｏ_３が含まれる場合、焼成の過程でＢｉ_２Ｏ_３が溶解し、Ｙ型六方晶Ｂａフェライト粉末およびＳｒＴｉＯ_３粉末の焼結を促進し、さらにＢｉＦｅＯ_３が生成され、焼結が強固になる。

焼成後の複合焼結体の結晶中のＹ型六方晶ＢａフェライトおよびＺｎスピネル型フェライトの合量の割合が６３質量％以上であるとともに、Ｚｎスピネル型フェライトの割合が１５質量％以上であることにより、複合焼結体の１００ＭＨｚにおける比透磁率を５．０以上とするとともに、１ＧＨｚにおける比透磁率を４．５以上とすることができる。ただし、Ｙ型六方晶ＢａフェライトおよびＺｎスピネル型フェライトの合量の割合が７６質量％より多くなったり、Ｚｎスピネル型フェライトの割合が１５質量％より多くなるような条件では、焼成後の誘電体材料の割合が少なくなり、複合焼結体の比誘電率が低くなってしまう。Ｚｎスピネル型フェライトは１ＧＨｚにおける比透磁率を高くするのに特に必要である。

焼成後の複合焼結体の結晶中のＳｒＴｉＯ_３の割合が１０質量％以上であることにより、複合焼結体の１００ＭＨｚにおける比誘電率を３５以上とすることができる。ただし、ＳｒＴｉＯ_３の割合が１７質量％より多くなると、焼成後の磁性体材料の割合が少なくなり、複合焼結体の比透磁率が低くなってしまう。

なお、六方晶フェライトとは、六方晶系結晶構造を有しているとともに磁化容易軸を持っているもののことである。具体的には、六方晶フェライトは結晶方向により異なる異方性磁界を持つために回転磁化共鳴周波数（ｆｒ）が高くなるとともに、ｃ軸に垂直な結晶面（ｃ面）内のａ軸が磁界の方向に容易に磁化され、かつ外部磁界の方向の変化に容易に追従して磁化の向きが変化する。このため、高い周波数領域（数百Ｍ〜数ＧＨｚ）においても、比透磁率が高い状態を維持することが可能である。一方、スピネル型フェライトなどは、数ＭＨｚ程度では、数百といった高い比透磁率が得られるが、前記のような磁化容易軸を持たないため、１ＧＨｚ程度で比透磁率が急激に低下してしまう。

六方晶フェライトには、Ｍ型、Ｗ型、Ｙ型およびＺ型などがあるが、Ｙ型六方晶フェライトは数百Ｍ〜数ＧＨｚにおける比透磁率が高くできるため磁性体材料として好ましい。また、Ｂａを含む六方晶Ｂａフェライトは、酸化鉄や炭酸バリウム等の原料から仮焼合成する際の温度を低くすることができるので好ましい。

リートベルト解析とは、Ｘ線回折の結果から評価対象の試料中に含まれている結晶の種類およびその量を解析するものである。リートベルト法は、J.Am.Ceram.Soc.,81[11]2978-82(1998)に記載されている方法を用いた。具体的には、解析対象の試料をディフラクトメーター法で測定した２θ＝１０°以上８０°以下の範囲のＸ線回折パターンに対して、RIETAN-2000プログラムを使用することにより、評価対象の試料中に含まれている結晶の種類、および結晶の合計量に対するそれぞれの結晶の量（質量％）を評価した。

複合焼結体の原料となる磁性体材料のＹ型六方晶Ｂａフェライトの典型的な組成比はＢａ_２Ｍ_２Ｆｅ_１２Ｏ_２２（ただし、ＭはＣｏ、ＣｕおよびＺｎから選ばれる１種以上の元素）であるが、磁性体材料としては、主な結晶としてＹ型六方晶Ｂａフェライトが生じる範囲でこの組成からずれたものでもよい。例えば、Ｂａ_２．０５Ｚｎ_１．４Ｃｕ_０．５Ｃｏ_０．０５Ｆｅ_１２Ｏ_２２は１００ＭＨｚにおける比透磁率が高く、かつ合成温度を低くすることができるため、Ｙ型六方晶Ｂａフェライトの好ましい組成であり、本発明では、このような組成比のＹ型六方晶Ｂａフェライト粉末をＣｕＯ粉末と焼成して複合焼結体とすることにより、さらに比透磁率を高めている。詳細は不明であるが、このように複合焼結体を作製することにより、あらかじめＣｕ含有量の高いＹ型六方晶Ｂａフェライト粉末を用いる場合よりも比透磁率が高くなる。なお、Ｙ型六方晶Ｂａフェライトに含まれるＢａ、Ｆｅ、Ｃｏ、ＺｎおよびＣｕ以外の金属元素は、それらに合計１００質量部に対して２原子部以下、好ましくは１原子部％以下である。

Ｚｎスピネル型フェライトの典型的な組成はＺｎＦｅ_２Ｏ_４であるが、主な結晶としてＺｎスピネル型フェライトが生じる範囲で、この組成からずれたものでもよい。また、Ｚｎスピネル型フェライトについても、あらかじめＺｎスピネル型フェライト粉末あるいはＣＵ含有量の高いＺｎスピネル型フェライト粉末を用いて複合焼結体を作製するよりも、焼成過程で生成させる方が、比透磁率を高くすることができる。これにより複合焼結体の１ＧＨｚでの比透磁率を特に高くできる。なお、Ｚｎスピネル型フェライトに含まれるＦｅ、Ｃｏ、ＺｎおよびＣｕ以外の金属元素は、それらに合計１００質量部に対して２原子部以下、好ましくは１原子部％以下である。

Ｙ型六方晶Ｂａフェライト粉末を作製するには、原料の主成分として、それぞれ酸化物換算でＦｅ_２Ｏ_３を５７〜６３モル％、ＭＯを１８〜２２モル％（ただし、ＭはＣｏ、ＣｕおよびＺｎから選ばれる１種以上の金属元素）、ＢａＯを残部となるように調合する。この際、各原料はこれに限定されず、焼成により酸化物を生成する炭酸塩、硝酸塩等の金属塩を用いても良い。なお、Ｍは単独の元素でも、２種以上の元素が混在した形態であってもよい。Ｍとして２種以上を混合して用いる場合には、混合した総計モル％を１８〜２２モル％とすればよい。

このような配合比率で混合した粉末を、大気中で９００〜１０５０℃の温度範囲で、１〜１０時間仮焼した後、粉砕することによってＹ型六方晶Ｂａフェライト粉末を得ることができる。

Ｙ型六方晶Ｂａフェライトは、８５０℃付近からＢａＦｅ_１２Ｏ_１９結晶およびＢａＦｅ_２Ｏ_４結晶の分解が始まり、生成されてくる。この分解、生成を十分に行なうためには、９００〜１０５０℃の温度範囲で、１〜５時間仮焼することが好ましい。そうすることにより、仮焼合成時にＹ型六方晶Ｂａフェライトを８０質量％以上生成することが可能となる。なお、仮焼温度が１０２５℃以下であれば、合成と同時に進行する粉と粉との焼結が抑制されるため、粉砕が容易となって細かい粉砕粉を得やすく、誘電体材料などと組み合わせて焼成する際の焼結性を向上させることができる。

粉砕に際しては振動ミル、回転ミル、バレルミル等を用いて、磁性体材料を鋼鉄ボール、セラミックボール等のメディアと、水またはイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）、メタノール等の有機溶剤を用いて湿式で行なうことができる。

その際、Ｙ型六方晶Ｂａフェライトの素原料となる粉末は、平均粒子径が０．１〜５μｍ、より好ましくは０．１〜１μｍであることが仮焼時の焼結性を高める点で望ましい。なお、「平均粒子径」とは、粉体の集団の全体積を１００％として累積カーブを求めたとき、その累積カーブが５０％となる点の粒径ｄ５０を意味する。粉体の粒度分布は、例えばレーザ回折・散乱法によるマイクロトラック粒度分布測定装置Ｘ−１００（日機装株式会社製）を用いて測定できる。

かくして得られるＹ型六方晶Ｂａフェライトは、単独で焼結させれば、数ＭＨｚ〜数百ＭＨｚにおける比透磁率が６〜１７、数百ＭＨｚ〜２ＧＨｚにおける比透磁率が２〜１０と、高周波数帯域まで比透磁率が高い磁性体材料となる。

誘電体材料としては、１００ＭＨｚにおける比誘電率が比較的高く、１００ＭＨｚにおける誘電損失の小さいＳｒＴｉＯ_３を用いるのが好ましい。ＳｒＴｉＯ_３はＢａＴｉＯ_３より、１００ＭＨｚにおける誘電損失が小さいため好ましい。また、ＳｒＴｉＯ_３は、ＣａＴｉＯ_３およびＭｇＴｉＯ_３より、１００ＭＨｚにおける比誘電率が大きいため好ましい。ただし、ＢａＴｉＯ_３、ＣａＴｉＯ_３およびＭｇＴｉＯ_３が混合されていてもかまわない。誘電体材料中のＳｒＴｉＯ_３の比率は、９０質量％以上、好ましくは９５質量％以上であり、特に９９質量％以上（残部は不純物）が好ましい。

ＳｒＴｉＯ_３粉末の平均粒子径は、誘電体と磁性体との複合焼結体の透磁率、誘電率を高くするために、０．１〜３．０μｍ、さらには１．２〜２．２μｍであることが好ましい。

ＳｒＴｉＯ_３粉末の平均粒子径が細かすぎると、Ｙ型六方晶Ｂａフェライト粉末間の至るところにＳｒＴｉＯ_３粉末が分散配置され、Ｙ型六方晶Ｂａフェライトの焼結を阻害し、所望の透磁率を得られないことになる。また、高い比透磁率を得るためには誘電体材料の量をそれほど多くできず、後述するように焼結性を向上させるためには添加するＢｉ_２Ｏ_３粉末の量もそれほど多くできないことから、焼結時にＳｒＴｉＯ_３粉末を大幅に粒成長させることはあまり期待できない。そのような状態でも比誘電率を高くするため、ＳｒＴｉＯ_３粉末は、ある程度平均粒子径が大きい方が好ましい。すなわち、原料の混合時のＳｒＴｉＯ_３粉末の平均粒子径は１．２〜２．２μｍが好ましい。

ＣｕＯ粉末は、添加量が少ないと、焼成過程でＺｎスピネル型フェライトの生成が少なくなるとともに、Ｙ型六方晶ＢａフェライトおよびＺｎスピネル型フェライトに含まれるＣｕの量が少なくなるため、他の原料粉末１００質量部に対して３質量部以上であることが好ましい。また、添加量が多いと逆にＹ型六方晶Ｂａフェライトの比透磁率が低くなり、複合焼結体の比透磁率が低くなるため、他の原料粉末１００質量部に対して１５質量部以下であることが好ましい。

ＣｕＯ粉末の平均粒子径０．５〜５μｍであることが好ましい。５μｍ以下であることにより、焼成過程での反応性が高くなりＺｎスピネル型フェライトが生成されやすくなる。０．５μｍ以上であることにより、原料調合時の分散がよくなる。

Ｂｉ_２Ｏ_３は、比較的低温で融解する酸化物であり、上述した磁性体材料および誘電体材料の焼結を助ける。複合焼結体と同時焼成する導体として、パラジウムなどをほぼ含有しない銀を主体とする導体を用いる場合には、１０００℃以下でも焼結することが必要であり、そのためには、調合時のＢｉ_２Ｏ_３粉末の量は１．０質量％以上であることが好ましい。

調合時のＢｉ_２Ｏ_３粉末の量が増えると焼結性は向上するが、磁性体材料および誘電体材料の一部が分解するか、もしくは原料同士が反応して副生成物を生じる。調合時のＢｉ_２Ｏ_３粉末の量は１２質量％以下が好ましく、特に９質量％以下が良い。

Ｂｉ_２Ｏ_３粉末の平均粒子径は、焼結性を向上させるために、０．１〜５．０μm、さらには０．３〜１．０μmであることが好ましい。Ｂｉ_２Ｏ_３粉末の平均粒子径を０．１μｍ以上にすることにより、粉末の凝集が起こりにくくなり、Ｂｉ_２Ｏ_３粉末の分散が不均一となって、焼結状態にムラが生じることが抑制できる。Ｂｉ_２Ｏ_３粉末の平均粒子径が５．０μm以下であることにより、Ｂｉ_２Ｏ_３粉末溶解が遅くなって反応が進まなくなることが抑制できる。

ガラス粉末のガラス転移点は、より低温で焼結を助けるため、Ｂｉ_２Ｏ_３粉末とともに用いる場合はＢｉ_２Ｏ_３の融点以下、そうでなければ、６５０℃以下、特に６００℃以下であることが好ましい。ガラスのガラス転移点を下げることにより、上述した磁性体材料および誘電体材料の焼結をＢｉ_２Ｏ_３よりも低温の領域で助けるとともに、複合焼結体の体積固有抵抗を高くすることができる。Ｂｉ_２Ｏ_３より低温で磁性体材料および誘電体材料の一部を強固に接合させることにより、体積固有抵抗を高くすることができると考えられる。また、ガラス転移点を下げるためＬｉを含有するガラスであることが好ましい。

また、調合時のＢｉ_２Ｏ_３粉末とガラス粉末の合量は、焼結によりＺｎスピネル型フェライト以外の副生成物が増えすぎないように１０．０質量％以下とするのが好ましい。

調合時の磁性体材料であるＹ型六方晶Ｂａフェライト粉末の量としては、７０．０〜８６．７質量％であることが好ましい。７０．０質量％以上であることにより、複合焼結体の１００ＭＨｚにおける比透磁率を高くすることができる。８６．７質量％以下であることにより、原料組成に、焼結助剤のＢｉ_２Ｏ_３粉末および誘電体材料を十分に含めることができる。

調合時の誘電体材料であるＳｒＴｉＯ_３粉末の量としては、１２．０〜２０．０質量％であることが好ましい。１２．０質量％以上であることにより、複合焼結体の１００ＭＨｚにおける比誘電率を高くすることができる。２０．０質量％以下であることにより、原料組成に、焼結助剤のＢｉ_２Ｏ_３粉末および磁性体材料を十分に含めることができる。

なお、原料組成中にはＡｌを実質的に含まないことが好ましい。Ａｌは、磁性体材料や誘電体材料を作る際の仮焼合成後の粉砕などに、アルミナのメディアを用いることなどで、不純物として混じることがある。Ａｌは複合焼結体の焼成時に、ＺｎＡｌ_２Ｏ_４結晶などを生じさせることで、誘電損失などの誘電特性を劣化させることがある。原料組成のＡｌの量は、複合焼結体をＸ線回折で測定した際に、複合焼結体に含まれているＡｌを含む結晶のピーク強度が、複合焼結体に含まれている結晶のうち最も高いピーク強度を有する結晶のピーク強度に対して１００分の１以下であるようにするのが好ましい。

所定の比率で混合した磁性体材料、誘電体材料、ＣｕＯ粉末および必要に応じてＢｉ_２Ｏ_３粉末およびガラス粉末を、所望の形状に成形した後に９００〜１２００℃で焼成することにより、１００ＭＨｚおよび１ＧＨｚにおける、比透磁率および比誘電率の高い磁性体と誘電体との複合焼結体を得ることができる。

次に、本実施形態の磁性体と誘電体との複合焼結体からなる絶縁基体の内部または表面にコンデンサ回路およびインダクタ回路を形成したＬＣ複合電子部品について説明する。

ＬＣ複合電子部品の例であるＥＭＩフィルタ部品を、図１をもとに説明する。複数の絶縁層１が積層され、この絶縁層１の表面に配線層２が形成されている。また、絶縁層１によって隔てられた配線層２同士を電気的に接続するビアホール導体３が絶縁層１を貫通して形成されている。

さらに、これらの配線層２およびビアホール導体３により複数の絶縁層１からなる絶縁基体の内部には、回路的にインダクタ部４およびコンデンサ部５が形成され、フィルタ回路をなしている。

このインダクタ部４は、配線層２およびビアホール導体３により多層のコイル状に形成されているが、通常、回路のインダクタンスを増加させるためには、このコイルの巻き数を増加させる必要がある。しかし、本実施形態の複合磁性材料のような透磁率の高い磁性材料を用いた場合、コイルの巻き数を増やさずとも必要なインダクタンスを得ることが可能となる。これより、配線層２の積層数を減少することができることより、電子部品の小型、低背化が可能になる。

そして、このＬＣ複合電子部品において、絶縁層１は、実施形態の誘電体と磁性体との複合焼結体により形成されている。

また、配線層２およびビアホール導体３を形成する低抵抗金属が、金、銀、銅のいずれかを含む金属であることが望ましい。配線層２として金、銀、銅のいずれかの低抵抗金属を主成分として含有する場合には、配線層２を低抵抗化でき、特に高周波信号の信号損失、遅延を小さくできる。内部の配線層２およびビアホール導体３を、純度の高い金、銀、銅にする場合は、ＬＣ複合電子部品の焼成温度は１０００℃以下とする。

また、このようなＬＣ複合電子部品を製造するには、７０．０〜８６．７質量％のＹ型六方晶Ｂａフェライト粉末、１２．０〜２０．０質量％のＳｒＴｉＯ_３粉末、および必要に応じて０〜９．０質量％のＢｉ_２Ｏ_３粉末と０〜９．７質量％の粉末と、これら粉末の合量１００質量部に対して３．０〜１５．０質量部のＣｕＯ粉末を混合した原料に対して、適当な有機バインダ、分散剤、溶媒を添加、混合してスラリーを調製し、これを周知のドクターブレード法やカレンダーロール法、あるいは圧延法、プレス成形法により、シート状に成形する。

そして、このシート状成形体に所望によりスルーホールを形成した後、スルーホール内に、低抵抗金属を含有する導体ペーストを充填する。

そして、シート状成形体表面には、金属ペーストを用いてスクリーン印刷法、グラビア印刷法などの公知の印刷手法を用いて配線層の厚みが２〜１５μｍとなるように、配線パターンを印刷塗布するか、または金属箔を貼りつけ、パターン状に加工したものを貼りつける。

そして、複数のシート状成形体を位置合わせして積層圧着した後、電子部品の大きさに合わせて切断した後、酸化性雰囲気中、または低酸化性雰囲気中、２００〜５００℃で脱バインダ処理した後、酸化性雰囲気または非酸化性雰囲気で９００〜１２００℃の温度で焼成することにより、本実施形態の磁性体と誘電体との複合焼結体からなる絶縁基体の内部または表面にコンデンサ回路およびインダクタ回路が形成されたＬＣ複合電子部品を作製することができる。

なお、焼成雰囲気については、用いる低抵抗金属の種類に応じて適宜決定され、例えば、銅等の酸化性雰囲気中での焼成によって酸化する金属を用いる場合には非酸化性雰囲気中で焼成を行なう必要があるが、金、銀に関しては酸化雰囲気中での焼成を行なうことも可能である。

上述したような工程を経ることによって、前述したように高い透磁率、および誘電率を有するとともに、数百ＭＨｚ〜数ＧＨｚの高周波数帯域でもノイズの減衰特性が高い、ＬＣフィルタを再現性よく得ることができる。

以下、本発明の実施例について説明する。

まず、Ｆｅ_２Ｏ_３粉末、ＣｏＯ粉末、ＣｕＯ粉末、ＺｎＯ粉末およびＢａＣＯ_３粉末を出発原料とし、組成比がＢａ_２．０５Ｚｎ_１．４Ｃｕ_０．５Ｃｏ_０．０５Ｆｅ_１２Ｏ_２２となるように調合をした。調合した粉末に、有機溶媒としてＩＰＡ、メディアとして鋼鉄ボールを用いて湿式混合し、乾燥した後、大気中、９５０℃で仮焼し、さらに湿式で７２時間粉砕し、平均粒子径１μｍのＹ型六方晶Ｂａフェライトを主結晶とする磁性体材料（１００ＭＨｚにおける比誘電率：２５、１００ＭＨｚにおける比透磁率：１５）を得た。

次に、誘電体材料として、市販のＳｒＴｉＯ_３粉末（平均粒子径０．９μｍ、１００ＭＨｚにおける比誘電率：１８０、１００ＭＨｚにおける比透磁率：１．０）を準備した。

ＣｕＯ粉末としては、市販の平均粒子径１．０μｍのものを準備した。Ｂｉ_２Ｏ_３粉末としては、市販の平均粒子径３．０μｍのものを準備した。ガラス粉末としては、組成が、ＢａがＢａＯ換算で４１質量％であり、ＳｉがｉＯ_２換算で４０質量％であり、ＣａがＣａＯ換算で１５質量％であり、ＬｉがＬｉ_２Ｏ換算で４質量％であり、ガラス転移点が５４７℃で平均粒子径１．０μｍのガラス粉末を準備した。

以上の原料粉末を表１に示す混合比となるように混合し、さらに、有機溶媒としてＩＰＡ、メディアとして鋼鉄ボールを用いて湿式混合し、乾燥した後、比透磁率、比誘電率、誘電損失、嵩密度および吸水率を評価できるようにプレス成形し、大気中で表１記載の温度で２時間焼成し、誘電体と磁性体との複合焼結体を得た。なお、各焼成温度は焼成後の複合焼結体の吸水率が１．０％以上と大きくなり、焼結不足となる温度より約２０℃高い温度としてある。

かくして得られた誘電体と磁性体との複合焼結体について、比透磁率、比誘電率、嵩密度および吸水率を評価した。比透磁率、比誘電率については、１００ＭＨｚおよび１ＧＨｚでの値を測定し評価した。

比透磁率は、同軸管を用いたＳパラメータ法により測定し、比誘電率はインピーダンスアナライザ（ヒューレットパッカード社製 ＨＰ４２９１Ａ）を用いた平行平板法により測定することができる。なお、ＬＣ複合電子部品において、絶縁層の比誘電率、比誘電率および誘電損失を直接測定できない場合は、ＬＣ複合電子部品のフィルタ特性などの電気特性と、絶縁層や電極などの寸法を測定して、電磁界シミュレーションを行なった結果を比較して比誘電率、比誘電率および誘電損失を求めることができる。

また、Ｘ線回折を行ない、その結果をリートベルト解析し、複合焼結体中に含まれている結晶の種類と含まれている結晶全体に対するそれらの割合を求めた。解析結果から、Ｙ型六方晶Ｂａフェライト、Ｚｎスピネル型フェライト、Ｍ型六方晶Ｂａフェライト、ＳｒＴｉＯ_３およびＢｉＦｅＯ_３の割合を表１に示した。これらの合計が１００質量％になっていない試料は、これら以外の結晶が観測されたものである。

さらに、断面を鏡面研磨し、走査型電子顕微鏡で３０００倍を用いて観察し、結晶粒子の組成分析をＥＤＳ（エネルギー分散型Ｘ線分析）で行なった。結晶粒子に含まれる元素の比率により、結晶粒子がＹ型六方晶Ｂａフェライト、Ｚｎスピネル型フェライト、Ｍ型六方晶ＢａフェライトおよびＳｒＴｉＯ_３のいずれかであるか判定したのち、Ｙ型六方晶Ｂａフェライトと判定された結晶については、Ｂａ、Ｆｅ、Ｃｏ、ＺｎおよびＣｕの合量に対してＣｕが占める割合を測定し、Ｚｎスピネル型フェライトについてはＦｅ、Ｃｏ、ＺｎおよびＣｕの合量に対してＣｕが占める割合を測定した。表１にはそれぞれ１０個の結晶粒子を測定した結果の平均値を記載した。

金属元素としてＢａ、Ｆｅ、Ｃｏ、ＺｎおよびＣｕを含み、ＣｕがＢａ、Ｆｅ、Ｃｏ、ＺｎおよびＣｕの合量に対し３．３〜７．５原子％占めるＹ型六方晶Ｂａフェライトを主結晶とし、金属元素としてＦｅ、Ｃｏ、ＺｎおよびＣｕを含み、ＣｕがＦｅ、Ｃｏ、ＺｎおよびＣｕの合量に対し８．７〜１６．３原子％占めるＺｎスピネル型フェライトおよびＳｒＴｉＯ_３を他の結晶として含む磁性体と誘電体との複合焼結体であって、該複合焼結体の結晶中の前記Ｙ型六方晶Ｂａフェライトおよび前記Ｚｎスピネル型フェライトの合量の割合が６３〜７７であり、前記Ｚｎスピネル型フェライトの割合が１５〜３１質量％であり、前記ＳｒＴｉＯ_３の割合が１０〜１７質量％である本発明の実施の範囲の試料Ｎｏ．５〜８、１１〜１３、１８〜２０および２２〜２５の複合焼結体は、１００ＭＨｚにおける比透磁率が５．０以上であり、１ＧＭＨｚにおける比透磁率が４．０以上であり、１００ＭＨｚおよび１ＧＨｚにおける比誘電率が３５以上と、比透磁率および比誘電率が高いものとなった。

特に、Ｂｉの含有量がＢｉ_２Ｏ_３換算で１〜９質量％である試料Ｎｏ．５〜８、１１〜１３、１８、１９、２４および２５では１０００℃以下の焼成温度で、複合焼結体の吸水率が０．１以下となった。

これに対して、本発明の実施の範囲外の試料Ｎｏ．１〜４、９〜１０、１４〜１７、２１および２６では、含まれる結晶量あるいは結晶中のＣｕ量が上述の範囲外であるため、１００ＭＨｚにおける比透磁率が５．０より低くいか、１ＧＭＨｚにおける比透磁率が４．０より低いか、１００ＭＨｚおよび１ＧＨｚにおける比誘電率が３５より低くなった。

また、得られた本実施形態のＬＣ複合電子部品でＬＣ複合ＥＭＩフィルタチップ部品の周波数特性をネットワークアナライザーにより測定した結果、従来の誘電体を用いた場合と同等のコイルターン数で、減衰極の低周波化が実現しており、従来品の誘電体を用いたローパスフィルタと同等のサイズで、より低周波からの減衰特性を得ることが可能であることがわかった。

本発明の一実施例であるＬＣ複合電子部品の断面図である。

符号の説明

１・・・絶縁層（磁性体と誘電体との複合焼結体）
２・・・配線層
３・・・ビアホール導体
４・・・インダクタ部
５・・・コンデンサ部

Claims (4)

1. 金属元素としてＢａ、Ｆｅ、Ｃｏ、ＺｎおよびＣｕを含み、ＣｕがＢａ、Ｆｅ、Ｃｏ、ＺｎおよびＣｕの合量に対し３．３〜７．５原子％占めるＹ型六方晶Ｂａフェライトを主結晶とし、金属元素としてＦｅ、Ｃｏ、ＺｎおよびＣｕを含み、ＣｕがＦｅ、Ｃｏ、ＺｎおよびＣｕの合量に対し８．７〜１６．３原子％占めるＺｎスピネル型フェライトおよびＳｒＴｉＯ_３を他の結晶として含む磁性体と誘電体との複合焼結体であって、該複合焼結体の結晶中の前記Ｙ型六方晶Ｂａフェライトおよび前記Ｚｎスピネル型フェライトの合量の割合が６３〜７７であり、前記Ｚｎスピネル型フェライトの割合が１５〜３１質量％であり、前記ＳｒＴｉＯ_３の割合が１０〜１７質量％であることを特徴とする磁性体と誘電体との複合焼結体。
2. 前記複合焼結体中にＢｉを含み、該Ｂｉの含有量がＢｉ_２Ｏ_３換算で１〜９質量％であることを特徴とする請求項１記載の磁性体と誘電体との複合焼結体。
3. １００ＭＨｚにおける比透磁率が５．０以上であり、１ＧＨｚにおける比透磁率が４．５以上であるとともに、１００ＭＨｚおよび１ＧＨｚにおける比誘電率が３５以上であることを特徴とする請求項１または２記載の磁性体と誘電体との複合焼結体。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の磁性体と誘電体との複合焼結体からなる絶縁基体の内部または表面に、コンデンサ回路およびインダクタ回路が形成されていることを特徴とするＬＣ複合電子部品。

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