JP2010222218A

JP2010222218A - 低温焼成フェライト

Info

Publication number: JP2010222218A
Application number: JP2009073768A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Inagaki; 正幸稲垣; Kiyoto Ono; 清人小野
Original assignee: FDK Corp
Current assignee: FDK Corp
Priority date: 2009-03-25
Filing date: 2009-03-25
Publication date: 2010-10-07

Abstract

【課題】磁気特性が良好で、低温から高温まで透磁率の変動が少なく、コアロスも抑えられ、インダクタンスの応力特性が良好で、低温焼成が可能な積層磁性部品に好適なフェライト材料を得る。
【解決手段】Ｆｅ₂Ｏ₃を４５〜５０モル％、ＺｎＯを１０〜３２モル％、ＣｕＯを５〜１５モル％、ＮｉＯを残部として含有するＮｉ−Ｚｎ系フェライトにおいて、Ｎｉの一部がＳｎとＳｒとで同時置換され、その置換量がＳｎＯ₂換算で０．２〜０．６ｗｔ％、ＳｒＣＯ₃換算で０．２〜０．４ｗｔ％であり、９５０℃以下で焼成可能とした低温焼成フェライトである。
【選択図】なし

Description

本発明は、Ｎｉ−Ｚｎ系の低温焼成フェライトに関し、更に詳しく述べると、Ｎｉの一部を適量のＳｎとＳｒとで同時置換した低温焼成フェライトに関するものである。このフェライト材料（酸化物磁性材料）は、例えば積層インダクタや積層コモンモードチョーク等の積層磁性部品に好適である。

積層磁性部品は、内部に所望の導体パターンが埋設されるようにフェライト材料を積層し、その積層体を焼成することにより製造される。内部導体としては、特に電気抵抗面から銀ペーストを使用することが望ましい。そこで、内部導体として銀が使用できる（銀と反応しない）という条件から、積層体を構成するフェライト材料は９５０℃以下の低温で焼成可能であることが要請される。

この種の低温焼成可能なフェライト材料として、通常、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライトが用いられている。典型的な例としては、Ｆｅ₂Ｏ₃を４５〜５０モル％、ＺｎＯを１０〜３２モル％、ＣｕＯを５〜１５モル％、ＮｉＯを残部として含有する組成がある。そして、磁気特性や温度特性、焼成特性などを改善するため、そのような主成分に対して様々な副成分を添加することが行われている。例えば、特許文献１には、主成分１００重量部に対して、Ｓｎ酸化物をＳｎＯ₂に換算して１．５〜３．０重量部、Ｃｏ酸化物をＣｏ₃Ｏ₄に換算して０．０２〜０．２重量部、Ｂｉ酸化物をＢｉ₂Ｏ₃に換算して０．４５重量部以下含有させることが開示されている。その他、特許文献２には、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライトに、ＳｎＯ₂を０．４〜１．８ｗｔ％含有させることが開示されている。

しかし、これら従来の低温焼成可能なフェライト材料は、様々な副成分（添加物）を含有させることによって必要な磁気特性を発現させることができても、使用環境（温度や外部応力）の変動に対する磁気特性の変化が大きかったり、高周波電流供給時におけるコアロスが大きいなどの問題を有していた。そこで、使用環境が変動しても要求特性を確保できるようにするため、積層磁性部品の構造を工夫するなどの対策を施しており、小型化、高性能化が難しくなっている。

特開２００２−２５５６３７号公報特開２００２−１２４４０８号公報

本発明が解決しようとする課題は、磁気特性が良好で、低温から高温まで透磁率の変動が少なく、コアロスも抑えられ、インダクタンスの応力特性が良好で、低温焼成が可能な積層磁性部品に好適なフェライト材料を提供することである。

本発明は、一般的な低温焼成用Ｎｉ−Ｚｎ系フェライトの組成に対して、Ｎｉの一部を適量のＳｎとＳｒとで同時置換したものであり、その点に主要な特徴がある。Ｓｎの多量置換のみでは磁気特性が大きく悪化するが、Ｓｎの一部を更にＳｒにて置換することで、温度特性が改善され、応力特性も改善される。

本発明に係る低温焼成フェライトは、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライトのＮｉの一部を、適量のＳｎとＳｒとで同時置換したことによって、透磁率の温度特性に優れ、インダクタンスの応力特性が良好で、しかもコアロスも抑えることができ、９５０℃以下の低温焼成が可能なため、内部に銀の導体パターンが埋設され一体焼成される積層磁性部品に好適なフェライト材料が得られる。

本発明は、Ｆｅ₂Ｏ₃を４５〜５０モル％、ＺｎＯを１０〜３２モル％、ＣｕＯを５〜１５モル％、ＮｉＯを残部として含有するＮｉ−Ｚｎ系フェライトにおいて、Ｎｉの一部がＳｎとＳｒとで同時置換され、その置換量がＳｎＯ₂換算で０．２〜０．６ｗｔ％、ＳｒＣＯ₃換算で０．２〜０．４ｗｔ％であり、９５０℃以下で焼成可能とした低温焼成フェライトである。なお、ベースとなるＮｉ−Ｚｎ系フェライトの組成自体は、この種の磁性部品として一般的な範囲内のものである。

Ｎｉ−Ｚｎ系フェライトでは、Ｎｉの一部をＳｎで置換することで、透磁率の温度特性を改善でき、応力特性も良好となる。しかしながら、Ｓｎの多量置換では透磁率が著しく低下してしまい、インダクタとしての使用は困難となる。そこでＳｎの一部を更にＳｒにて置換すると、透磁率の低下が抑制され且つその温度特性が改善され、応力特性も良好となることが見出された。本発明は、かかる現象の知得に基づくものである。Ｓｒは、Ｓｒフェライトとしてハードフェライト材料に用いられるが、ソフトフェライト材に組み込まれることはあまりない。Ｓｒフェライトは結晶磁気異方性Ｋｕ１が正であることから、上記のような特性改善に効果があるものと考えられる。なお、従来技術として、特許文献１記載のようにＣｏ添加の例があるが、Ｃｏ添加は透磁率を下げる作用が大きく、それに対して本発明のようなＳｒ置換は透磁率を下げる作用が小さく、Ｓｒ置換の効果は非常に大きい。

本発明におけるＳｎとＳｒによる置換量は、特性改善上、特にＳｎＯ₂換算で０．２〜０．４ｗｔ％、ＳｒＣＯ₃換算で０．２〜０．４ｗｔ％とするのが好ましい。この置換範囲の場合は、必ずしも焼結助剤を添加する必要がないことから、その点でも好ましい。

なお、Ｓｎ及びＳｒの多量置換は、焼結性を悪化させる傾向があるが、この点については、必要に応じて、Ｌｉ，Ｍｏ，Ｂ，Ｖ，Ｂｉから選ばれる１種もしくは２種以上の酸化物からなる焼結助剤を０．２ｗｔ％以下添加することで解決できる。特に、ＳｎもしくはＳｒの置換量がＳｎＯ₂換算もしくはＳｒＣＯ₃換算で０．４ｗｔ％を超えるような場合には、焼結助剤を添加することで、焼結性を改善し、磁気特性などを改善できる。

ベースとなるＮｉ−Ｚｎ系フェライトとして、Ｆｅ₂Ｏ₃を４９．５モル％、ＺｎＯを２８モル％、ＣｕＯを９モル％、ＮｉＯを残部として含有するように各成文を秤量し、７００℃で仮焼成を行い、その仮焼品をボールミルにて粉砕した。その粉砕品に対して、Ｎｉの一部がＳｎとＳｒとで同時置換されるように、Ｓｎの置換量がＳｎＯ₂換算で０．０４〜０．６５ｗｔ％、Ｓｒの置換量がＳｒＣＯ₃換算で０．０４〜０．５５ｗｔ％となるように試料粉体を調整した。更に、必要に応じてＢｉ、Ｂ等の酸化物からなる焼結助剤を添加して、試料粉体を調整した。得られた試料粉体を、外径２５ｍｍ、内径１５ｍｍのリングに成形し、９５０℃にて焼成し、得られたリング試料について各種特性を評価した。

測定項目は、透磁率μ、最大磁束密度Ｂｍ、コアロス、及びインダクタンスＬの変化量である。透磁率μは、温度−３５℃、室温、＋８５℃、周波数１ＭＨｚで測定した値であり、それらに基づき−３５℃及び＋８５℃での透磁率μの室温での値に対する変化率も算出した。コアロスは、１ＭＨｚ、３０ｍＴ、８０℃での値である。インダクタンスＬの変化量は、２０ｋｇ荷重時の値である。測定結果を表１〜表４に分けて示す。なお、各表中において、試料ＳＴＤはＳｎ及びＳｒで置換していないＮｉ−Ｚｎ系フェライトの特性である。

表１は、Ｓｎの置換効果を示すものである。なお、試料１〜２は、ＳｒＣＯ₃を含まずにＳｎのみで置換した参考例である。試料３〜７では、Ｓｒ置換量を一定（ＳｒＣＯ₃：０．３ｗｔ％）にしている。Ｓｎ置換量が増えると、透磁率μが低下する傾向がある。ＳｒＣＯ₃を含有させた場合も同様である。Ｓｒを同時置換することで、ＳｎＯ₂量がある程度以上大きくなると、インダクタンスＬの変化量は急激に小さくなる。また、コアロスについては、Ｓｎ置換量が少なすぎても多すぎても大きくなる傾向がある。つまり、ある程度の量のＳｒＣＯ₃を含有させることを前提とした上で、Ｓｎの置換量には、ＳｎＯ₂換算で０．３ｗｔ％程度を中心として好ましい範囲（０．２〜０．６ｗｔ％）が存在することが分かる。

表２は、Ｓｒの置換効果を示すものである。試料８〜９，５，１０〜１１では、Ｓｎの置換量を一定（ＳｎＯ₂換算で０．３ｗｔ％）にしている。Ｓｒの置換量が増えると透磁率μが増加し、インダクタンスＬの変化量が減少するが、コアロスは増加する。それ故、ある程度の量のＳｎＯ₂を含有させることを前提とした上で、Ｓｒの置換量には、ＳｒＣＯ₃換算で０．３ｗｔ％程度を中心として好ましい範囲（０．２〜０．４ｗｔ％）が存在することが分かる。

表３は、試料５（ＳｎＯ₂：０．３ｗｔ％、ＳｒＣＯ₃：０．３ｗｔ％）を中心とし、それぞれ含有量を±０．１ｗｔ％変えた試料１２〜１５についての測定結果である。いずれの試料も、透磁率μ、コアロス、インダクタンスＬの変化量について、良好な値が得られている。これらの結果から、ＳｎＯ₂：０．２〜０．４ｗｔ％、ＳｒＣＯ₃：０．２〜０．４ｗｔ％が最適範囲であることが分かる。

表４は、焼結助剤の添加効果を示している。試料１６ではＢｉ₂Ｏ₃を、試料１７ではＢ₂Ｏ₃を、それぞれ０．１ｗｔ％添加している。これらではＳｎＯ₂量がやや多めであるが、焼結性が改善されるため、透磁率μの低下は抑えられ、コアロスは小さく、且つインダクタンスの変化率も小さくなり、良好な特性が得られることが判る。なお、表４にはＢｉ及びＢしか記載していないが、他の焼結助剤、例えばＬｉ，Ｍｏ，Ｖでも同様の効果が得られる。

Claims

Ｆｅ₂Ｏ₃を４５〜５０モル％、ＺｎＯを１０〜３２モル％、ＣｕＯを５〜１５モル％、ＮｉＯを残部として含有するＮｉ−Ｚｎ系フェライトにおいて、
Ｎｉの一部がＳｎとＳｒとで同時置換され、それらの置換量がＳｎＯ₂換算で０．２〜０．６ｗｔ％、ＳｒＣＯ₃換算で０．２〜０．４ｗｔ％であり、９５０℃以下で焼成可能とした低温焼成フェライト。
ＳｎとＳｒによる置換量が、ＳｎＯ₂換算で０．２〜０．４ｗｔ％、ＳｒＣＯ₃換算で０．２〜０．４ｗｔ％である請求項１記載の低温焼成フェライト。
Ｌｉ，Ｍｏ，Ｂ，Ｖ，Ｂｉから選ばれる１種もしくは２種以上の酸化物からなる焼結助剤が０．２ｗｔ％以下添加されている請求項１記載の低温焼成フェライト。