JP2013236050A

JP2013236050A - 積層型電子部品

Info

Publication number: JP2013236050A
Application number: JP2012262071A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Noguchi; 野口　　裕; Makoto Yamamoto; 山本　　誠; Satoru Maeda; 悟前田
Original assignee: Toko Inc
Current assignee: Toko Inc
Priority date: 2012-04-13
Filing date: 2012-11-30
Publication date: 2013-11-21
Anticipated expiration: 2032-11-30
Also published as: KR101866439B1; CN103377817A; CN103377817B; US8890646B2; US20130271254A1; JP6149386B2; KR20130116024A

Abstract

【課題】磁性体層にＮｉ系フェライトを用い、磁気ギャップにＺｎ系又は、Ｃｕ−Ｚｎ系のフェライトを用いた場合、積層体を焼成する際に、磁気ギャップ側に磁性体層からＮｉフェライトが拡散し、Ｚｎフェライトに微量のＮｉフェライトが混合した組成が形成される。この様な組成は、室温（２５℃）付近にキュリー点を持っており、室温より温度が上昇すると急激に磁性を失う。そのため、積層型電子部品として負の温度特性を持つことになり、コイルの温度特性を劣化させ、温度が上昇するとインダクタンス値が低下する。
【解決手段】磁性体層と導体パターンが積層され、磁性体層間の導体パターンを接続して積層体内にコイルが形成されると共に、積層体内に磁気ギャップが形成される。磁気ギャップは、ＮｉとＣｕの化合物で形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁性体層と導体パターンが積層され、磁性体層間の導体パターンを接続して積層体内にコイルが形成されると共に、積層体内に磁気ギャップが形成された積層型電子部品に関するものである。

従来の積層型電子部品に、磁性体層と導体パターンを積層し、磁性体層間の導体パターンを螺旋状に接続して積層体内にコイルが形成されたものがある。
近年、この種の積層型電子部品は、大電流が流れる電源回路やＤＣ／ＤＣコンバータ回路用のインダクタやトランス等に用いられるようになってきている。大電流が流れる電源回路やＤＣ／ＤＣコンバータ回路に用いられる積層型電子部品は、小型で、大きな直流重畳許容電流値を有することが望まれている。直流重畳許容電流値を大きくするためには、導体パターンの線幅を大きくしてコイルの直流抵抗を小さくしたり、図６に示す様に、磁性体層と導体パターン６１Ａ〜６１Ｅを積層して積層体を形成し、積層体に使用される磁性体の磁気飽和を回避するために積層体内に磁気ギャップ６２を形成したりする手法が取られている（例えば、特許文献１を参照。）。

特開平2-165607号公報

この様な従来の積層型電子部品は、磁性体層にＮｉ系フェライトを用いた場合、磁性体層と磁気ギャップの接合性を良くするために、磁気ギャップにＺｎ系又は、Ｃｕ−Ｚｎ系のフェライトが用いられている。この様に磁性体層にＮｉ系フェライトを用い、磁気ギャップにＺｎ系又は、Ｃｕ−Ｚｎ系のフェライトを用いた積層型電子部品では、積層体を焼成する際に、磁性体層の成分と磁気ギャップの成分が相互に拡散し、磁性体層と磁気ギャップの接合部分に相互の成分に傾斜した組成を持ったフェライト層が形成されることになる。このフェライト層は、組成が不均一で、その磁気特性も一定ではないという問題がある。特に、磁気ギャップ側には磁性体層からＮｉフェライトが拡散し、Ｚｎフェライトに微量のＮｉフェライトが混合した組成が形成されることになる。この様な組成は、室温（２５℃）付近にキュリー点を持つことが知られており、室温より温度が上昇すると急激に磁性を失う。従って、従来の積層型電子部品は、磁性体層と磁気ギャップの界面がキュリー点以上の温度では磁性を失うことから、積層型電子部品として負の温度特性を持つことになり、コイルの温度特性を劣化させるという問題があった。
この様な状況の中、電源回路やＤＣ／ＤＣコンバータ回路に用いられる積層型電子部品は、使用環境が高温であったり、コイルに流れる電流が大きく、コイルが発熱したりするため、積層型電子部品の動作時の温度変動が大きい状態にある。また、温度上昇時にインダクタンス値が急激に低下した場合、回路の破壊に繋がる可能性が非常に高くなる。
この様な問題を解決するために、磁気ギャップをＳｉＯ_２と酸化物の混合材料で形成することが検討されているが、磁気ギャップに使用しているＳｉＯ_２が磁性体層に拡散し、磁性体層を形成しているフェライトの透磁率が低下するという問題がある。
また、負の温度特性を磁性体層のフェライトの正の温度特性で相殺する手法も考えられている。しかしながら、インダクタンス値の変動幅は磁性体層と磁気ギャップの界面の面積に依存するので、構造設計上の自由度が低くなったり、構造に合わせて温度特性の異なるフェライトを準備する必要があったりする。

本発明は、温度特性を劣化させることなく、小型で、大きな直流重畳許容電流値を得ることができる積層型電子部品を提供することを目的とする。

本発明は、磁性体層と導体パターンが積層され、磁性体層間の導体パターンを接続して積層体内にコイルが形成されると共に、積層体内に磁気ギャップが形成された積層型電子部品において、磁気ギャップはＮｉとＣｕの化合物で形成される。

本発明の積層型電子部品は、磁性体層と導体パターンが積層され、磁性体層間の導体パターンを接続して積層体内にコイルが形成されると共に、積層体内に磁気ギャップが形成され、磁気ギャップがＮｉとＣｕの化合物で形成されるので、温度特性を劣化させることなく、小型で、直流重畳許容電流値を大きくできる。

本発明の積層型電子部品の第１の実施例を示す断面図である。本発明の積層型電子部品の第１の実施例の特性図である。本発明の積層型電子部品の第２の実施例を示す断面図である。本発明の積層型電子部品の第３の実施例を示す断面図である。本発明の積層型電子部品の第３の実施例の特性図である。従来の積層型電子部品の断面図である。

本発明の積層型電子部品は、Ｎｉを含有するフェライトで形成された磁性体層と導電体で形成された導体パターンを積層し、磁性体層間の導体パターンを接続して積層体内にコイルが形成される。また、積層体内にはＺｎを含有しないＮｉとＣｕの化合物で形成された磁気ギャップが形成される。
従って、本発明の積層型電子部品は、磁気ギャップにＺｎを用いないので、磁性体層と磁気ギャップの界面に、室温付近にキュリー点を持つ組成が形成されることがなく、温度特性を改善させることができる。また、積層体内に温度によって磁気特性が大きく異なる部分がないため、製品の構造設計と製品の特性の相関が良くなり、設計の精度が向上する。

以下、本発明の積層型電子部品の実施例を図１乃至図５を参照して説明する。
図１は本発明の積層型電子部品の第１の実施例を示す断面図である。
図１において、１１Ａ〜１１Ｅは導体パターン、１２Ａ、１２Ｂは磁気ギャップである。
磁性体層は、Ｎｉ―Ｚｎ―Ｃｕ系フェライトを用いて形成される。また、導体パターンは、銀、銀系、金、金系、白金等の金属材料をペースト状にした導体ペーストを用いて形成される。
導体パターン１１Ａは、磁性体層上に形成された、磁気ギャップを構成する非磁性体層１２Ａの表面に形成される。導体パターン１１Ａの一端は磁性体層の端面まで引き出される。また、磁気ギャップを構成する非磁性体層１２Ａは、ＮｉとＣｕの化合物で磁性体層よりも小さく形成される。
導体パターン１１Ｂは、導体パターン１１Ａ上に積層された磁性体層の表面に形成される。導体パターン１１Ｂの一端は導体パターン１１Ａの他端に接続される。
導体パターン１１Ｃは、導体パターン１１Ｂ上に積層された磁性体層の表面に形成される。導体パターン１１Ｃの一端は導体パターン１１Ｂの他端に接続される。
導体パターン１１Ｄは、導体パターン１１Ｃ上に積層された磁性体層の表面に形成される。導体パターン１１Ｄの一端は導体パターン１１Ｃの他端に接続される。
導体パターン１１Ｅは、導体パターン１１Ｄ上に積層された磁性体層の表面に形成される。導体パターン１１Ｅの一端は導体パターン１１Ｄの他端に接続される。また、導体パターン１１Ｅの他端は磁性体層の端面まで引き出される。さらに、導体パターン１１Ｅ上には、磁気ギャップを構成する非磁性体層１２Ｂを介して磁性体層が積層される。磁気ギャップを構成する非磁性体１２Ｂは、ＮｉとＣｕの化合物で磁性体層よりも小さく形成される。
この様に磁性体層と導体パターン１１Ａ〜１１Ｅを積層し、磁性体層間の導体パターン１１Ａ〜１１Ｅを螺旋状に接続して積層体内にコイルが形成されると共に、積層体内に磁気ギャップが形成される。この積層体の端面には外部端子が形成され、積層体の端面に引き出された導体パターンが外部端子に接続される。

この様に形成された本発明の積層型電子部品は、磁性体層にＮｉＯ：１９ｍｏｌ％、ＺｎＯ：２５ｍｏｌ％、ＣｕＯ：９ｍｏｌ％、Ｆｅ_２Ｏ_３：４７ｍｏｌ％のＮｉ―Ｚｎ―Ｃｕ系フェライトを用い、磁気ギャップにＮｉとＣｕの比率を８：２にしたＮｉとＣｕの化合物を用いたところ、図２に実線で示す様に温度によるインダクタンス値の変化率がほぼ０となった。これは、図２に点線で示す磁性体層にＮｉＯ：１９ｍｏｌ％、ＺｎＯ：２５ｍｏｌ％、ＣｕＯ：９ｍｏｌ％、Ｆｅ_２Ｏ_３：４７ｍｏｌ％のＮｉ―Ｚｎ―Ｃｕ系フェライトを用い、磁気ギャップにＣｕ―Ｚｎ系フェライトを用いた従来の積層型電子部品の温度によるインダクタンス値の変化率が最大で８％あったのに比較して温度特性を大きく改善することができた。
また、この様に形成された本発明の積層型電子部品において、磁気ギャップに用いるＮｉとＣｕの比率を変えたところ、Ｎｉの比率が１以下であると磁気ギャップに接触している導体パターンに断線が発生し、Ｎｉの比率が９以上であると９００℃で焼成しても磁気ギャップが焼結しなかった。また、ＮｉとＣｕの比率を２：８、５：５、８：２と変えた時の積層体の１ＭＨｚにおける透磁率はそれぞれ１１８、１１９、１２０となり、Ｎｉの比率を増加させることにより積層体の透磁率を大きくでき、積層体内に形成されたコイルのインダクタンス値を大きくすることができた。

図３は本発明の積層型電子部品の第２の実施例を示す断面図である。
磁性体層は、Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライトを用いて形成される。また、導体パターンは、銀、銀系、金、金系、白金等の金属材料をペースト状にした導体ペーストを用いて形成される。
導体パターン３１Ａは、磁性体層の表面に形成され、一端が磁性体層の端面まで引き出される。
導体パターン３１Ｂは、導体パターン３１Ａ上に積層された磁性体層の表面に形成される。導体パターン３１Ｂの一端は導体パターン３１Ａの他端に接続される。
導体パターン３１Ｃは、導体パターン３１Ｂ上に積層された磁性体層の表面に形成される。導体パターン３１Ｃの内周には磁気ギャップを構成する非磁性体層３２が形成される。この磁気ギャップを構成する非磁性体層３２はＮｉとＣｕの化合物で形成される。導体パターン３１Ｃの一端は導体パターン３１Ｂの他端に接続される。
導体パターン３１Ｄは、導体パターン３１Ｃ上に積層された磁性体層の表面に形成される。導体パターン３１Ｄの一端は導体パターン３１Ｃの他端に接続される。
導体パターン３１Ｅは、導体パターン３１Ｄ上に積層された磁性体層の表面に形成される。導体パターン３１Ｅの一端は導体パターン３１Ｄの他端に接続される。また、導体パターン３１Ｅの他端は磁性体層の端面まで引き出される。
この様に磁性体層と導体パターン３１Ａ〜３１Ｅを積層し、磁性体層間の導体パターン３１Ａ〜３１Ｅを螺旋状に接続して積層体内にコイルが形成されると共に、積層体内に磁気ギャップが形成される。この積層体の端面には外部端子が形成され、積層体の端面に引き出された導体パターンが外部端子に接続される。

図４は本発明の積層型電子部品の第３の実施例を示す断面図である。
磁性体層は、Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライトを用いて形成される。また、導体パターンは、銀、銀系、金、金系、白金等の金属材料をペースト状にした導体ペーストを用いて形成される。
導体パターン４１Ａは、磁性体層上に形成された、磁気ギャップを構成する非磁性体層４２Ａの表面に形成される。導体パターン４１Ａの一端は磁性体層の端面まで引き出される。また、磁気ギャップを構成する非磁性体層４２Ａは、ＮｉとＣｕの化合物で磁性体層よりも小さく形成される。
導体パターン４１Ｂは、導体パターン４１Ａ上に積層された磁性体層を上下に貫通し、磁気ギャップを構成する非磁性体部４３Ａの表面に形成される。導体パターン４１Ｂの一端は導体パターン４１Ａの他端に接続される。
導体パターン４１Ｃは、導体パターン４１Ｂ上に積層された磁性体層を上下に貫通し、磁気ギャップを構成する非磁性体部４３Ｂの表面に形成される。導体パターン４１Ｃの一端は導体パターン４１Ｂの他端に接続される。
導体パターン４１Ｄは、導体パターン４１Ｃ上に積層された磁性体層を上下に貫通し、磁気ギャップを構成する非磁性体部４３Ｃの表面に形成される。導体パターン４１Ｄの一端は導体パターン４１Ｃの他端に接続される。
導体パターン４１Ｅは、導体パターン４１Ｄ上に積層された磁性体層を上下に貫通して磁気ギャップを構成する非磁性体部４３Ｄの表面に形成される。導体パターン４１Ｅの一端は導体パターン４１Ｄの他端に接続される。また、導体パターン４１Ｅの他端は磁性体層の端面まで引き出される。さらに、導体パターン４１Ｅ上には、磁気ギャップを構成する非磁性体層４２Ｂを介して磁性体層が積層される。磁気ギャップを構成する非磁性体４２Ｂは、ＮｉとＣｕの化合物で磁性体層よりも小さく形成される。
この様に磁性体層と導体パターン４１Ａ〜４１Ｅを積層し、磁性体層間の導体パターン４１Ａ〜４１Ｅを螺旋状に接続して積層体内にコイルが形成されると共に、積層体内に磁気ギャップが形成される。この積層体の端面には外部端子が形成され、積層体の端面に引き出された導体パターンが外部端子に接続される。

この様に形成された本発明の積層型電子部品は、磁性体層に、ＮｉＯ：１９〜４５ｍｏｌ％、ＺｎＯ：１〜２５ｍｏｌ％、ＣｕＯ：６〜１０ｍｏｌ％、Ｆｅ_２Ｏ_３：４７〜４９ｍｏｌ％からなるフェライト材に、ＳｎＯ_２を０．６〜１．５ｗｔ％添加したＮｉ―Ｚｎ―Ｃｕ系フェライトを用い、磁気ギャップにＮｉとＣｕの比率を０：１０〜１０：０にしたＮｉとＣｕの化合物を用いたところ、インダクタンス値の変動率が図５の様になった。なお、試料Ｎｏの＊印は本発明の範囲外のものであることを示している。
本発明の積層型電子部品は、いずれの組成のものも磁気ギャップにＣｕ―Ｚｎ系フェライトを用いた従来の積層型電子部品よりインダクタンス値の変動が小さくなった。
また、磁性体層に、ＮｉＯ：１９ｍｏｌ％、ＺｎＯ：２５ｍｏｌ％、ＣｕＯ：９ｍｏｌ％、Ｆｅ_２Ｏ_３：４７ｍｏｌ％からなるフェライト材に、ＳｎＯ_２を１．５ｗｔ％添加したＮｉ―Ｚｎ―Ｃｕ系フェライトを用いた場合、磁気ギャップのＮｉとＣｕの比率を２：８〜８：２以外にするとクラックが発生したり、磁気ギャップに接触している導体パターンに断線が発生したりした。
さらに、磁性体層に、ＮｉＯ：２７ｍｏｌ％、ＺｎＯ：１４ｍｏｌ％、ＣｕＯ：１０ｍｏｌ％、Ｆｅ_２Ｏ_３：４９ｍｏｌ％からなるフェライト材に、ＳｎＯ_２を１．５ｗｔ％添加したＮｉ―Ｚｎ―Ｃｕ系フェライトを用い、磁気ギャップにＮｉとＣｕの比率を８：２にしたＮｉとＣｕの化合物を用いた場合、磁性体層にＳｎＯ_２を添加しないＮｉ―Ｚｎ―Ｃｕ系フェライトを用い、磁気ギャップを形成しない従来の積層型電子部品よりもインダクタンス値の変動率を小さくできると共に、磁性体層に、ＮｉＯ：２７ｍｏｌ％、ＺｎＯ：１４ｍｏｌ％、ＣｕＯ：１０ｍｏｌ％、Ｆｅ_２Ｏ_３：４９ｍｏｌ％からなるフェライト材に、ＳｎＯ_２を１．５ｗｔ％添加したＮｉ―Ｚｎ―Ｃｕ系フェライトを用い、磁気ギャップを形成しない従来の積層型電子部品と同等のインダクタンス値の変動率にすることができた。

以上、本発明の積層型電子部品の実施例を述べたが、本発明はこれらの実施例に限られるものではない。例えば、磁性体層はＮｉ−Ｚｎ系フェライトやＮｉフェライトで形成されても良い。また、磁性体層を構成するフェライトは、ＭｎＯ_２やＳｉＯ_２等の原料由来の微量成分を含んでいてもよい。さらに、磁気ギャップを構成するＮｉとＣｕの化合物は、原料由来の微量成分を含んでいたり、磁性体層を構成するフェライトに添加されているＳｎＯ_２の拡散を防止するためにＳｎＯ_２を含有させたりしてもよい。またさらに、磁気ギャップを構成する非磁性体層は磁性体層と同じ大きさに形成されても良い。また、導体パターンは金属の箔等を用いても良い。さらに、磁気ギャップを構成する非磁性体層は３層以上形成されても良い。またさらに、第２の実施例において導体パターン間に磁気ギャップを構成する非磁性体部を形成しても良い。

１１Ａ〜１１Ｅ導体パターン
１２Ａ、１２Ｂ磁気ギャップ

Claims

磁性体層と導体パターンが積層され、該磁性体層間の導体パターンを接続して積層体内にコイルが形成されると共に、該積層体内に磁気ギャップが形成された積層型電子部品において、
該磁気ギャップは、ＮｉとＣｕの化合物で形成されたことを特徴とする積層型電子部品。
前記磁性体層がＮｉを含有するフェライトで形成された請求項１に記載の積層型電子部品。
前記磁性体層は、NiO：19〜45mol％、ZnO：1〜25mol％、CuO：6〜10mol％、Fe₂0₃:47〜49mol％からなるフェライト材に、SnO₂を0.6〜1.5wt％添加したNi−Cu−Zn系フェライトで形成された請求項１又は請求項２に記載の積層型電子部品。
前記ＮｉとＣｕの比率が２：８〜８：２である請求項１乃至請求項３に記載の積層型電子部品。
前記磁気ギャップは前記積層体内に複数設けられた請求項１乃至請求項４に記載の積層型電子部品。