JP2010109281A - 積層インダクタの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】インダクタンス及び直流重畳特性の双方を確保できる積層インダクタを簡単な手法で製造できる積層インダクタの製造方法を提供する。
【解決手段】この積層インダクタ１の製造方法では、磁性体層１３のＮｉ成分と非磁性体シート１２のＺｎ成分とを相互拡散させ、非磁性体シート１２における導体パターン１０の内側の領域に相互拡散層８を形成している。この方法では、非磁性体シート１２に複雑な加工をせずに相互拡散層８を形成できる。また、磁性体層１３とその周囲の非磁性体シート１２との間に境界部分が形成されず、クラックの発生も抑制される。積層インダクタ１では、コイル状導体５，５間に非磁性体層７が位置することで直流重畳特性の低下を抑えられ、コイル状導体５の内側の領域に磁性体が貫通することで、コイル状導体５，５間に非磁性体層７を設けたことによるインダクタンス低下を抑えられる。
【選択図】図４
【解決手段】この積層インダクタ１の製造方法では、磁性体層１３のＮｉ成分と非磁性体シート１２のＺｎ成分とを相互拡散させ、非磁性体シート１２における導体パターン１０の内側の領域に相互拡散層８を形成している。この方法では、非磁性体シート１２に複雑な加工をせずに相互拡散層８を形成できる。また、磁性体層１３とその周囲の非磁性体シート１２との間に境界部分が形成されず、クラックの発生も抑制される。積層インダクタ１では、コイル状導体５，５間に非磁性体層７が位置することで直流重畳特性の低下を抑えられ、コイル状導体５の内側の領域に磁性体が貫通することで、コイル状導体５，５間に非磁性体層７を設けたことによるインダクタンス低下を抑えられる。
【選択図】図４
Description
本発明は、積層インダクタの製造方法に関する。
この種の分野に関連する技術として、例えば特許文献１に記載の積層インダクタがある。この従来の積層インダクタでは、コイルの内側の領域を除いてコイル間に２層以上の非磁性体層が形成されており、コイルの内側の領域は、磁性体が積層方向に延在した状態となっている。この積層インダクタでは、コイル間に非磁性体層を設けることで、磁性体の磁気飽和による急激なインダクタンスの低下（直流重畳特性の低下）を抑え、コイルの内側の領域を磁性体とすることで、コイル間に非磁性体層を設けたことによるインダクタンス自体の低下を抑えている。
特開２００６−３１８９４６号公報
上述したような積層インダクタの構成は、インダクタンス及び直流重畳特性の双方を確保できる点で有意であるが、磁性体及び非磁性体を所望の位置に配置するための方法を工夫する必要があった。例えば特許文献１の積層インダクタでは、非磁性体層の中央部分に矩形の磁性層を埋設しているため（図１Ｄ参照）、非磁性体層の加工による製造コストの上昇が懸念される。また、積層体を構成する層として見た場合に、コイル間の層が同層異材質となるので、非磁性体層と磁性層との境界部分での強度が弱くなり、クラックが発生するおそれもある。
本発明は、上記課題の解決のためになされたものであり、インダクタンス及び直流重畳特性の双方を確保できる積層インダクタを簡単な手法で製造できる積層インダクタの製造方法を提供することを目的とする。
上記課題の解決のため、本発明に係る積層インダクタの製造方法は、素体内にコイル状の内部導体を備えた積層インダクタの製造方法であって、内部導体の一部となる導体パターンが形成された磁性体シート及び非磁性体シートを準備する準備工程と、非磁性体シートにおける導体パターンの内側の領域に磁性体層を形成する磁性体層形成工程と、非磁性体シートの表面に磁性体シートを重ね合わせて積層体を形成する積層体形成工程と、積層体を焼成することにより、磁性体層の構成成分と非磁性体シートの構成成分とを相互拡散させ、非磁性体シートにおける導体パターンの内側の領域に、磁性体となる相互拡散層を形成する焼成工程と、を備えたことを特徴としている。
この積層インダクタの製造方法では、焼成工程で磁性体層の構成成分と非磁性体シートの構成成分とを相互拡散させることにより、非磁性体シートにおける導体パターンの内側の領域に磁性体となる相互拡散層を形成している。この方法では、非磁性体シートに複雑な加工を施すことなく導体パターンの内側の領域に相互拡散層を形成できるので、製造コストを抑えることができる。また、相互拡散層とその周囲の非磁性体層との間に境界部分が形成されないので、クラックの発生も抑制される。
また、磁性体形成工程において、Ｚｎ成分を含有する非磁性体シートにＮｉ成分を含有する磁性体層を形成し、焼成工程において、磁性体層のＮｉ成分と非磁性体シートのＺｎ成分とを相互拡散させることが好ましい。磁性体のキュリー点は、Ｚｎ成分の含有量によって調整することが可能である。また、相互拡散層のＺｎ含有量は、非磁性体シートのＺｎ含有量と磁性体層のＺｎ含有量との差によって調整することが可能である。したがって、上述した工程により、相互拡散層の特性を用意に所望の特性に近づけることができる。
積層体形成工程において、磁性体シートと非磁性体シートとを複数段に重ね合わせることが好ましい。この場合、コイル状の内部導体の巻数が多い積層インダクタについて上記効果を得ることができる。
また、磁性体形成工程において、非磁性体シートにおける導体パターンの外側の領域に磁性体層を形成し、焼成工程において、非磁性体シートにおける導体パターンの外側の領域に、相互拡散層を更に形成することが好ましい。この場合、積層インダクタの直流重畳特性を更に向上させることができる。
本発明によれば、インダクタンス及び直流重畳特性の双方を確保できる積層インダクタを簡単な手法で製造できる。
以下、図面を参照しながら、本発明に係る積層インダクタの製造方法の好適な実施形態について詳細に説明する。
図１は、本発明に係る積層インダクタの製造方法を用いて製造される積層インダクタの一実施形態を示す図である。また、図２は、図１におけるＩＩ−ＩＩ線断面図である。図１及び図２に示すように、積層インダクタ１は、直方体形状の素子２と、素子２の長手方向の両端部を覆うように形成された一対の端子電極３，３とを備えている。
素子２は、フェライト材料及び添加物成分から形成される磁性体層６及び非磁性体層７を含む積層部４と、積層部４内に配置され、コイル状に巻き回された内部導体（以下、コイル状導体５と記す）とによって構成されている。
コイル状導体５は、例えばＡｇなどの導電性材料によって形成されている。コイル状導体５の引出部５ａ，５ｂは、図２に示すように、素子２の長手方向の両端部まで引き出され、端子電極３，３にそれぞれ接続されている。このようなコイル状導体５は、導電ペーストを印刷積層した導体パターン１０（図３参照）が複数連続することによって構成されている。コイル状導体５のターン数は、得ようとするインピーダンスの周波数特性に応じて適宜決定されるが、本実施形態では４ターンとなっている。
積層部４の非磁性体層７は、例えば引出部５ａ側から見て、コイル状導体５の１巻目と２巻目との間に位置する層、及びコイル状導体の３巻目と４巻目との間に位置する層に形成されている。非磁性体層７は、図２に示すように、コイル状導体５の内側の領域を除いて、上下のコイル状導体５，５間とコイル状導体５の外側の領域とにわたって延在しており、非磁性体層７の外縁部は、素体２の端面まで到達している。
積層部４の磁性体層６は、上述した非磁性体層７を除く部分に位置している。また、コイル状導体５の内側の領域には、後述する磁性体層１３のＮｉ成分と非磁性体シート１２のＺｎ成分とを相互拡散させることによって形成された相互拡散層８が上下２層に形成されている。相互拡散層８は磁性体であり、磁性体層６及び相互拡散層８により、積層部４におけるコイル状導体５の内側の領域は、磁性体が積層方向に貫通した状態となっている。
なお、ここでいう磁性とは、例えば室温（２５℃）を含む−５５℃〜１２５℃の温度範囲にて磁性を示すことを指し、非磁性とは、同温度範囲にて磁性を示さないことを指す。
次に、上述した積層インダクタ１の製造方法について説明する。
まず、図３に示すように、コイル状導体５の一部となる導体パターン１０が形成された磁性体シート１１及び非磁性体シート１２を準備する。磁性体シート１１及び非磁性体シート１２の形成には、フェライトペースト及び導体ペーストを用いる。フェライトペーストは、フェライト粉末、添加物成分、及び有機ビヒクルを混練することによって作製する。
有機ビヒクルは、バインダと、有機溶剤とを含有する。バインダとしては、例えばポリビニルアセタール系樹脂、エチルセルロース、ニトロセルロース、アクリル、フェノール、ウレタン、ポリエステル、ロジン、マレイン酸、メラミン、尿素樹脂等の各種樹脂を用いることができる。有機溶剤としては、例えばアルコール系（エタノール、メタノール、プロパノール、ブタノール、テルピノール等）、ケトン系（アセトン等）、セロソルブ系（メチルセロソルブ、エチルセロソルブ等）、エステル系（酢酸メチル、酢酸エチル等）、エーテル系（エチルエーテル、ブチルカルビトール等）などを用いることができる。
また、導体ペーストは、導体粉末をバインダ及び有機溶剤と共に所定の比率で配合した後、混練することによって作製する。混練には、三本ロール、ホモジナイザーやサンドミル等を用いる。導体粉末としては、通常、Ａｇ、Ａｇ合金、Ｃｕ、Ｃｕ合金等を用いるが、好ましくは抵抗率の小さいＡｇを用いる。
次に、上述のフェライトペーストを、印刷法により所定の厚さになるまで積層してフェライトグリーン層を形成する。そして、このフェライトグリーン層を乾燥させることにより、素子２において磁性体層６となる磁性体シート１１と、素子２において非磁性体層７となる非磁性体シート１２を得る。
フェライトグリーン層及びその焼結体のキュリー点は、主にフェライトペーストに含まれるＺｎ成分の増減によって調整可能である。一例として、磁性体シート１１の形成には、Ｆｅ２Ｏ３、ＮｉＯ、ＣｕＯ、ＺｎＯを含み、Ｆｅ２Ｏ３の含有率が４８．７５ｍｏｌ％、ＮｉＯの含有率が１６．００ｍｏｌ％、ＣｕＯの含有率が８．３５ｍｏｌ％、ＺｎＯの含有率が２６．９ｍｏｌ％フェライトペーストを用いることができる。また、非磁性体シート１２の形成には、Ｆｅ２Ｏ３、ＣｕＯ、ＺｎＯを含み、Ｆｅ２Ｏ３の含有率が４８．５０ｍｏｌ％、ＣｕＯの含有率が１２．２０ｍｏｌ％、ＺｎＯの含有率が３９．３ｍｏｌ％となるフェライトペーストを用いることができる。
磁性体シート１１及び非磁性体シート１２を得た後、これらの表面に上述した導体ペーストを所定のパターンで印刷する。そして、導体ペーストを乾燥させることにより、コイル状導体５の一部となる導体パターン１０を磁性体シート１１及び非磁性体シート１２の表面に形成する。
次に、非磁性体シート１２における導体パターン１０の内側の領域に矩形の磁性体層１３を印刷する。この磁性体層１３の形成には、例えばＦｅ２Ｏ３、ＮｉＯ、ＣｕＯ、ＺｎＯ、ＣｏＯを含み、Ｆｅ２Ｏ３の含有率が４４．６５ｍｏｌ％、ＮｉＯの含有率が４７．４０ｍｏｌ％、ＣｕＯの含有率が６．９５ｍｏｌ％、ＺｎＯの含有率が１．００ｍｏｌ％、ＣｏＯの含有率が１．３６ｍｏｌ％となるフェライトペーストを用いることができる。
磁性体層１３を印刷した後、図４に示すように、非磁性体シート１２の表面に磁性体シート１１を複数段にわたって重ね合わせる。また、引出部５ａ，５ｂとなる導体パターン１０が形成された磁性体シート１１、及び導体パターン１０が形成されていない複数の磁性体シート１１を積層方向の上下にそれぞれ重ね合わせる。これにより、積層部４に相当する積層体１４が形成される。
次に、積層体１４を所定の寸法に切断する。積層体１４は、通常、複数個の素子ユニットが配列されたウェハ構造を有するため、ウェハ状の積層体１４を所定の寸法に切断することによって、一つの積層体素子を得る。このとき、引出部５ａ，５ｂに相当する導体パターン１０が積層体素子の端面からそれぞれ露出するように、ウェハ状の積層体１４を切断する。その後、得られた積層体素子に対して、例えば３５０〜５００℃で、酸素存在下で脱バインダ処理を施す。
脱バインダ処理の後、積層体素子を、例えば８５０〜９２０℃で１〜２時間、一体焼成する。これにより、積層体１４及び導体パターン１０が焼結し、図５に示すように、素子２が得られる。この焼成の際、非磁性体シート１２に含まれるＺｎ成分と、非磁性体シート１２における導体パターン１０の内側の領域に形成された磁性体層１３に含まれるＮｉ成分とが相互拡散する。
このＺｎ成分とＮｉ成分との相互拡散により、非磁性体シート１２における導体パターンの内側の領域では、例えばＺｎＯの含有量が３９．３ｍｏｌ％から２５ｍｏｌ％程度まで減少する。一方、磁性体層１３では、例えばＺｎＯの含有量が１．００ｍｏｌ％から１５ｍｏｌ％程度まで増加する。この相互拡散により、−５５℃〜１２５℃の温度範囲で磁性を示す相互拡散層８が形成される。
次に、焼成して得られた素子２において、コイル状導体５の引出部５ａ，５ｂの端面が露出している側面に、Ａｇを主成分とした導電性ペーストを塗布し、例えば６００℃程度で焼き付けて端子電極３，３を形成する。その後、端子電極３，３に対して電気めっきを施すと、図１及び図２に示した積層インダクタ１が完成する。電気めっきは、銅とニッケルと錫、ニッケルと錫、ニッケルと金、ニッケルと銀などを用いて行うのが好ましい。
以上説明したように、本実施形態に係る積層インダクタ１の製造方法では、焼成工程で磁性体層１３のＮｉ成分と非磁性体シートのＺｎ成分とを相互拡散させることにより、非磁性体シート１２における導体パターン１０の内側の領域に磁性体層１３を形成している。この方法では、非磁性体シート１２に複雑な加工を施すことなく、非磁性体層７のコイル状導体５の内側の領域に相互拡散層８を形成できるので、製造コストを抑えることができる。また、相互拡散層８とその周囲の非磁性体層７との間に境界部分が形成されないので、クラックの発生も抑制される。
得られた積層インダクタ１では、コイル状導体５，５間に非磁性体層７が位置することで、磁性体の磁気飽和による急激なインダクタンスの低下（直流重畳特性の低下）を抑えることができる。また、コイル状導体５の内側の領域に磁性体が素子２の積層方向に貫通することで、コイル状導体５，５間に非磁性体層７を設けたことによるインダクタンス自体の低下を抑えることができる。磁性体シート１１と非磁性体シート１２とを複数段に重ね合わせることで、積層インダクタ１のようにコイル状導体５の巻数が多い積層インダクタについて上記効果を得ることができる。
また、この積層インダクタの製造方法では、磁性体のキュリー点を主にＺｎ成分の含有量によって調整している。相互拡散層８におけるＺｎ成分の含有量は、非磁性体シート１２におけるＺｎ成分の含有量と磁性体層１３におけるＺｎ成分の含有量との差によって調整できる。これにより、相互拡散層８の特性を容易に所望の特性に近づけることができる。磁性体層１３は、印刷等によって任意の位置や大きさで非磁性体シート１２上に形成できるので、積層インダクタ１のインダクタンス及び直流重畳特性の容易な調整が可能である。
この非磁性体シート１２における磁性体層１３の形成に関し、例えば図６に示すように、導体パターン１０の内側の領域に加え、導体パターン１０の外側の領域にも磁性体層１３を形成してもよい。このような積層体２０を焼成して得られる積層部２４では、図７に示すように、非磁性体層７は、コイル状導体５の１巻目と２巻目との間に位置する層、及びコイル状導体の３巻目と４巻目との間に位置する層において、上下のコイル状導体５，５間にのみ形成される。
また、積層部２４では、コイル状導体５の内側の領域及び外側の領域の双方に、磁性体層１３のＮｉ成分と非磁性体シート１２のＺｎ成分とを相互拡散させることによって形成された相互拡散層８，８がそれぞれ上下２層に形成される。これにより、積層部２４では、コイル状導体５の内側の領域及び外側の領域で磁性体が積層方向に貫通した状態となっている。この場合、積層インダクタの直流重畳特性を更に向上させることができる。
最後に、Ｚｎ成分とＮｉ成分との相互拡散によって形成される相互拡散層に関する考察結果について説明する。
フェライトグリーン層及びその焼結体のキュリー点は、フェライトペーストに含まれるＺｎ成分の増減によって調整可能である。図８は、Ｚｎ成分の含有量の異なるフェライトグリーン層及びその焼結体について、透磁率と温度との関係を示した図である。
同図に示すように、Ｚｎ成分の含有量を例えば３８．３ｍｏｌ％以上とした場合、キュリー点が−５５℃未満となり、フェライトグリーン層及びその焼結体は、−５５℃〜１２５℃の温度範囲で非磁性体となる（グラフＡ）。Ｚｎ成分の含有量を３８．３ｍｏｌ％よりも減少させると、キュリー点が−５５℃以上に変化する。
Ｚｎ成分の含有量を例えば３２．１ｍｏｌ％以下にすると、キュリー点が１２５℃を超え、フェライトグリーン層及びその焼結体は、−５５℃〜１２５℃の温度範囲で磁性体となる（グラフＢ）。Ｚｎ成分の含有量を更に減少させると、キュリー点が更に高温となる。この場合も、フェライトグリーン層及びその焼結体は、−５５℃〜１２５℃の温度範囲で磁性体となるが、その透磁率μの値はグラフＢよりも減少する（グラフＣ）。
一方、焼成時にＺｎ成分とＮｉ成分とを相互拡散させて得られる相互拡散層のＺｎ成分の含有量は、隣接するフェライトグリーン層間のＺｎ成分の含有量の中間値に近づく傾向がある。したがって、図８に示したようなＺｎ成分の含有量が３７．５ｍｏｌ％のフェライトグリーン層（非磁性）と、例えばＺｎ成分の含有量が３０．１ｍｏｌ％のフェライトグリーン層（磁性）とを隣接させて焼成すると、焼結体におけるＺｎ成分の含有量は、およそ３３．８ｍｏｌ％（磁性）となる。
上述した実施形態では、非磁性体シート１２のＺｎ成分の含有量が３９．３ｍｏｌ％であり、非磁性体シート１２に設けた磁性体層１３のＺｎ成分の含有量が１．００ｍｏｌ％である。したがって、相互拡散層８のＺｎ成分の含有量は、およそ２０ｍｏｌ％となる。なお、相互拡散は、非磁性体シート１２と磁性体層１３の境界近傍で強く作用する。このため、相互拡散層８におけるＺｎ成分の含有量は必ずしも一様ではなく、境界部分からの距離に応じた分布を有することとなる。
図９は、焼成前から焼成後に至るまでの積層体１４のＺｎ成分の含有量の変化を、コイル状導体５の内側の領域で積層方向に設定した分析線Ｌ（図４参照）に沿って示した図である。焼成前の状態では、Ｚｎ成分の含有量が２６．９ｍｏｌ％の磁性体シート１１、Ｚｎ成分の含有量が１．００ｍｏｌ％の磁性体層１３、及びＺｎ成分の含有量が３９．３ｍｏｌ％の非磁性体シート１２が配置されているので、分析線Ｌに対するＺｎ成分の含有量の波形パターンは、図９（ａ）に示すように、ステップ状且つ周期的な波形パターンとなる。
焼成の過程では、磁性体層１３のＮｉ成分と非磁性体シート１２のＺｎ成分との相互拡散が進行し、磁性体層１３のＺｎ成分の含有量が徐々に増加し、対照的に非磁性体シート１２のＺｎ成分の含有量が徐々に減少する。焼成中の状態では、図９（ｂ）に示すように、分析線Ｌに対するＺｎ成分の含有量の波形パターンは、図９（ａ）の波形パターンの肩部が鈍り、非磁性体シート１２の位置に対応するピークと、磁性体層１３の位置に対応するボトムとを有する周期的な波形パターンとなる。
焼成後の状態では、磁性体層１３のＮｉ成分と非磁性体シート１２のＺｎ成分との相互拡散が一層進行し、相互拡散層８のＺｎ成分の含有量は、３７．５ｍｏｌ％を下回る。これにより、コイル状導体５の内側の領域に磁性体が積層方向に貫通することとなる。焼成後の状態では、分析線Ｌに対するＺｎ成分の含有量の波形パターンは、図９（ｃ）に示すように、ピークにおけるＺｎ成分の含有量とボトムにおけるＺｎ成分の含有量が図９（ｂ）の波形パターンよりも一層近づいた周期的な波形パターンとなる。
１…積層インダクタ、２…素体、５…コイル状導体（内部導体）、８…相互拡散層、１０…導体パターン、１１…磁性体シート、１２…非磁性体シート、１３…磁性体層、１４，２０…積層体。
Claims (4)
- 素体内にコイル状の内部導体を備えた積層インダクタの製造方法であって、
前記内部導体の一部となる導体パターンが形成された磁性体シート及び非磁性体シートを準備する準備工程と、
前記非磁性体シートにおける前記導体パターンの内側の領域に磁性体層を形成する磁性体層形成工程と、
前記非磁性体シートの表面に前記磁性体シートを重ね合わせて積層体を形成する積層体形成工程と、
前記積層体を焼成することにより、前記磁性体層の構成成分と前記非磁性体シートの構成成分とを相互拡散させ、前記非磁性体シートにおける前記導体パターンの内側の領域に、磁性体となる相互拡散層を形成する焼成工程と、を備えたことを特徴とする積層インダクタの製造方法。 - 前記磁性体形成工程において、Ｚｎ成分を含有する非磁性体シートにＮｉ成分を含有する磁性体層を形成し、
前記焼成工程において、前記磁性体層のＮｉ成分と前記非磁性体シートのＺｎ成分とを相互拡散させることを特徴とする請求項１記載の積層インダクタの製造方法。 - 前記積層体形成工程において、前記磁性体シートと前記非磁性体シートとを複数段に重ね合わせることを特徴とする請求項１又は２記載の積層インダクタの製造方法。
- 前記磁性体形成工程において、前記非磁性体シートにおける前記導体パターンの外側の領域に磁性体層を形成し、
前記焼成工程において、前記非磁性体シートにおける前記導体パターンの外側の領域に、前記相互拡散層を更に形成することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の積層インダクタの製造方法。
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