JP2015023275A - フェライト及びこれを適用したインダクタ - Google Patents
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Abstract
【課題】還元雰囲気において焼成可能で、絶縁抵抗が向上したフェライト及びこれを適用したインダクタを提供する。【解決手段】フェライトを含む複数の磁性体層が積層された積層本体１１０と、前記積層本体内部に配置される複数の導体パターンを含むコイル部１２０と、前記コイル部と電気的に接続される外部電極１３０と、を含み、前記フェライトは、鉄（Ｆｅ）、マンガン（Ｍｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、亜鉛（Ｚｎ）及びバナジウム（Ｖ）を含み、前記フェライトにおいて前記鉄（Ｆｅ）は酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）に換算して４０〜５５ｍｏｌ％、前記ニッケル（Ｎｉ）は酸化ニッケル（ＮｉＯ）に換算して５〜２０ｍｏｌ％、前記亜鉛（Ｚｎ）は酸化亜鉛（ＺｎＯ）に換算して１５〜２５ｍｏｌ％、前記マンガン（Ｍｎ）は酸化マンガン（ＭｎＯ）に換算して１５〜３０ｍｏｌ％、及び前記バナジウム（Ｖ）は酸化バナジウム（Ｖ２Ｏ５）に換算して１〜４ｍｏｌ％含まれる。【選択図】図１
Description
本発明は、フェライト及びこれを適用したインダクタに関する。
セラミック材料を用いる電子部品として、キャパシタやインダクタ、圧電素子、バリスタ、サーミスタなどがある。
上記セラミック電子部品のうちインダクタは、抵抗及びキャパシタとともに、電子回路をなす重要な受動素子の一つとして、主にノイズ（ｎｏｉｓｅ）を除去したり、ＬＣ共振回路をなす部品に用いられる。
このようなインダクタは、フェライト（ｆｅｒｒｉｔｅ）コアにコイルを巻線または印刷し、両端に電極を形成して製造されたり、磁性体または誘電体に内部電極を印刷してから積層して製造されることができる。
上記インダクタは、その構造によって積層型や巻線型、薄膜型など、多様に分類されることができるが、それぞれのインダクタは適用される範囲のみならず、その製造方法においても差異がある。
このうち、巻線型インダクタは、例えば、フェライト（ｆｅｒｒｉｔｅ）コアにコイルを巻いて形成することができるが、高容量のインダクタンスを得るために巻線数を増加させると、コイル間に浮遊容量、即ち、導線間の静電容量が発生して製品の高周波特性が劣化するという問題点があった。
一方、積層型インダクタは、複数のフェライトまたは低誘電率の誘電体からなるセラミックシートが積層された積層体の形態で製造されることができる。
このとき、上記セラミックシート上にはコイル状の金属パターンが形成されているが、上記それぞれのセラミックシート上に形成されたコイル状の金属パターンは、各セラミックシートに形成された導電性ビアによって順に接続され、シートが積層される上下方向に沿って重畳される構造をなすことができる。
従来では、一般に、このような積層型インダクタを構成するインダクタ本体がフェライト材料を用いて構成されていた。
しかし、上記フェライト材料には、還元焼成雰囲気において焼成するとき、還元されて電気的特性が低下するという問題があった。
本発明の目的は、還元雰囲気において焼成することができ、絶縁抵抗が向上したフェライト及びこれを適用したインダクタを提供することにある。
本発明の一実施形態は、フェライトを含む複数の磁性体層が積層された積層本体と、上記積層本体内部に配置される複数の導体パターンを含むコイル部と、上記コイル部と電気的に接続される外部電極と、を含み、上記フェライトは、鉄（Ｆｅ）、マンガン（Ｍｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、亜鉛（Ｚｎ）及びバナジウム（Ｖ）を含み、上記フェライトにおいて上記鉄（Ｆｅ）は酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）に換算して４０〜５５ｍｏｌ％、上記ニッケル（Ｎｉ）は酸化ニッケル（ＮｉＯ）に換算して５〜２０ｍｏｌ％、上記亜鉛（Ｚｎ）は酸化亜鉛（ＺｎＯ）に換算して１５〜２５ｍｏｌ％、上記マンガン（Ｍｎ）は酸化マンガン（ＭｎＯ）に換算して１５〜３０ｍｏｌ％、及び上記バナジウム（Ｖ）は酸化バナジウム（Ｖ２Ｏ５）に換算して１〜４ｍｏｌ％含まれるインダクタを提供することができる。
上記コイル部は、銅及び銅−ニッケル合金のうち少なくとも一つ以上を含むことができる。
上記フェライトは、上記コイル部と同時焼成することができる。
上記フェライトは、Ｃｕ−Ｃｕ２Ｏの平衡酸素分圧以下の雰囲気において焼成することができる。
上記フェライトの結晶粒（ｇｒａｉｎ）に存在するバナジウム（Ｖ）の含量をａ、上記フェライトの粒界（ｇｒａｉｎ ｂｏｕｎｄａｒｙ）に存在するバナジウム（Ｖ）の含量をｂとするとき、ａ／ｂ≦０．８を満たすことができる。
上記フェライトは、結晶粒（ｇｒａｉｎ）より粒界（ｇｒａｉｎ ｂｏｕｎｄａｒｙ）の絶縁抵抗が大きいことができる。
上記フェライトは、絶縁抵抗が１００００Ωｃｍ以上であることができる。
本発明の一実施形態は、フェライトを含む複数の磁性体層が積層された積層本体と、上記積層本体内部に配置される複数の導体パターンを含むコイル部と、
上記コイル部と電気的に接続される外部電極と、を含み、上記フェライトは、鉄（Ｆｅ）、マンガン（Ｍｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、亜鉛（Ｚｎ）及びバナジウム（Ｖ）を含み、上記フェライトにおいて酸化バナジウムに換算した上記バナジウムは、酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）に換算した上記鉄（Ｆｅ）１００モル部に対して１．８２〜１０モル部含まれるインダクタを提供することができる。
上記コイル部と電気的に接続される外部電極と、を含み、上記フェライトは、鉄（Ｆｅ）、マンガン（Ｍｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、亜鉛（Ｚｎ）及びバナジウム（Ｖ）を含み、上記フェライトにおいて酸化バナジウムに換算した上記バナジウムは、酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）に換算した上記鉄（Ｆｅ）１００モル部に対して１．８２〜１０モル部含まれるインダクタを提供することができる。
本発明の一実施形態は、フェライトを含む複数の磁性体層を積層した積層本体と、上記積層本体内部に配置され、銅（Ｃｕ）を含むコイル部と、を含み、上記フェライトは、還元雰囲気において上記コイル部と同時焼成することができる。
上記フェライトは、鉄（Ｆｅ）、マンガン（Ｍｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、亜鉛（Ｚｎ）及びバナジウム（Ｖ）を含み、上記フェライトにおいて上記鉄（Ｆｅ）は酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）に換算して４０〜５５ｍｏｌ％、上記ニッケル（Ｎｉ）は酸化ニッケル（ＮｉＯ）に換算して５〜２０ｍｏｌ％、上記亜鉛（Ｚｎ）は酸化亜鉛（ＺｎＯ）に換算して１５〜２５ｍｏｌ％、上記マンガン（Ｍｎ）は酸化マンガン（ＭｎＯ）に換算して１５〜３０ｍｏｌ％、及び上記バナジウム（Ｖ）は酸化バナジウム（Ｖ２Ｏ５）に換算して１〜４ｍｏｌ％含まれることができる。
上記フェライトの結晶粒（ｇｒａｉｎ）に存在するバナジウム（Ｖ）の含量をａ、上記フェライトの粒界（ｇｒａｉｎ ｂｏｕｎｄａｒｙ）に存在するバナジウム（Ｖ）の含量をｂとするとき、ａ／ｂ≦０．８を満たすことができる。
本発明の一実施形態は、鉄（Ｆｅ）、マンガン（Ｍｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、亜鉛（Ｚｎ）及びバナジウム（Ｖ）を含み、上記鉄（Ｆｅ）は酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）に換算して４０〜５５ｍｏｌ％、上記ニッケル（Ｎｉ）は酸化ニッケル（ＮｉＯ）に換算して５〜２０ｍｏｌ％、上記亜鉛（Ｚｎ）は酸化亜鉛（ＺｎＯ）に換算して１５〜２５ｍｏｌ％、上記マンガン（Ｍｎ）は酸化マンガン（ＭｎＯ）に換算して１５〜３０ｍｏｌ％、及び上記バナジウム（Ｖ）は酸化バナジウム（Ｖ２Ｏ５）に換算して１〜４ｍｏｌ％含まれるフェライトを提供することができる。
上記フェライトは、Ｃｕ−Ｃｕ２Ｏの平衡酸素分圧以下の雰囲気において焼成することができる。
上記フェライトの結晶粒（ｇｒａｉｎ）に存在するバナジウム（Ｖ）の含量をａ、上記フェライトの粒界（ｇｒａｉｎ ｂｏｕｎｄａｒｙ）に存在するバナジウム（Ｖ）の含量をｂとするとき、ａ／ｂ≦０．８を満たすことができる。
本発明の一実施形態は、対向する第１側面及び第２側面を有するフェライト本体と、上記フェライト本体内部に配置される導電性コイルと、上記フェライト本体の第１側面に配置され、上記導電性コイルと電気的に連結される第１外部電極と、上記フェライト本体の第２側面に配置され、上記導電性コイルと電気的に連結される第２外部電極と、を含み、上記フェライト本体に含まれたフェライトは鉄（Ｆｅ）、マンガン（Ｍｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、亜鉛（Ｚｎ）及びバナジウム（Ｖ）を含み、上記導電性コイルは銅、銅−ニッケル合金またはこれらの混合物を含むインダクタを提供することができる。
上記フェライトにおいて、上記鉄（Ｆｅ）は酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）に換算して４０〜５５ｍｏｌ％、上記ニッケル（Ｎｉ）は酸化ニッケル（ＮｉＯ）に換算して５〜２０ｍｏｌ％、上記亜鉛（Ｚｎ）は酸化亜鉛（ＺｎＯ）に換算して１５〜２５ｍｏｌ％、上記マンガン（Ｍｎ）は酸化マンガン（ＭｎＯ）に換算して１５〜３０ｍｏｌ％、及び上記バナジウム（Ｖ）は酸化バナジウム（Ｖ２Ｏ５）に換算して１〜４ｍｏｌ％含むことができる。
上記フェライトの結晶粒（ｇｒａｉｎ）に存在するバナジウム（Ｖ）の含量をａ、上記フェライトの粒界（ｇｒａｉｎ ｂｏｕｎｄａｒｙ）に存在するバナジウム（Ｖ）の含量をｂとするとき、ａ／ｂ≦０．８を満たすことができる。
上記フェライトは、結晶粒（ｇｒａｉｎ）より粒界（ｇｒａｉｎ ｂｏｕｎｄａｒｙ）の絶縁抵抗が大きいことができる。
上記フェライトは、絶縁抵抗が１００００Ωｃｍ以上であることができる。
本発明によると、還元焼成雰囲気において焼成することができ、絶縁抵抗が向上したフェライト及びこれを適用したインダクタを提供することができる。
以下では、添付の図面を参照し、本発明の好ましい実施形態について説明する。しかし、本発明の実施形態は様々な他の形態に変形されることができ、本発明の範囲は以下で説明する実施形態に限定されない。また、本発明の実施形態は、当該技術分野で平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。したがって、図面における要素の形状及び大きさなどはより明確な説明のために誇張されることがある。
また、明細書全体において、ある構成要素を「含む」というのは、特に反対される記載がない限り、他の構成要素を除外するのではなく、他の構成要素をさらに含むことができることを意味する。
図１は本発明の一実施形態によるインダクタを示す斜視図であり、図２は本発明の一実施形態によるインダクタの磁性体層及び導体パターンが形成された構造を示す分解斜視図であり、図３は本発明の実施形態によるインダクタを概略的に示す断面図である。
図１から図３を参照すると、本発明の一実施形態による積層型インダクタ１００は、積層本体１１０と、コイル部１２０と、外部電極１３０と、を含む。
積層本体１１０は、複数の磁性体層１１１を厚さ方向に積層してから焼成したもので、このような積層本体１１０の形状、寸法及び磁性体層１１１の積層数は本実施形態に示されたものに限定されない。
上記積層本体１１０の形状は、特に制限されないが、例えば、六面体状を有することができる。本実施形態では、説明の便宜のために、積層本体１１０の厚さ方向に対向する両面を上下面、上記上下面を連結し、長さ方向に対向する両面を両端面、これと垂直に交差し、幅方向に対向する両面を両側面と定義すする。
上記磁性体層１１１は、本発明が提供するフェライトを含むことができ、上記フェライトは、鉄（Ｆｅ）、マンガン（Ｍｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、亜鉛（Ｚｎ）及びバナジウム（Ｖ）を含み、上記フェライトにおいて上記鉄（Ｆｅ）は酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）に換算して４０〜５５ｍｏｌ％、上記ニッケル（Ｎｉ）は酸化ニッケル（ＮｉＯ）に換算して５〜２０ｍｏｌ％、上記亜鉛（Ｚｎ）は酸化亜鉛（ＺｎＯ）に換算して１５〜２５ｍｏｌ％、上記マンガン（Ｍｎ）は酸化マンガン（ＭｎＯ）に換算して１５〜３０ｍｏｌ％、及び上記バナジウム（Ｖ）は酸化バナジウム（Ｖ２Ｏ５）に換算して１〜４ｍｏｌ％含まれることができる。
鉄、マンガン、ニッケル、亜鉛及びバナジウムを含む上記フェライトは、バナジウムを酸化バナジウムに換算して１〜４ｍｏｌ％含むことで、耐還元性が増加し、上記コイル部が酸化されない還元条件において焼成することができる。これにより、上記フェライトを含む上記磁性体層は、上記コイル部と同時焼成することができる。
特に、コイル部が反応性の大きい銅を含む場合、磁性体層とコイル部の同時焼成のためには、コイル部に含まれる銅が酸化されないＣｕ−Ｃｕ２Ｏの平衡酸素分圧以下の雰囲気において焼成される必要がある。上記フェライトは、耐還元性の増加によってＣｕ−Ｃｕ２Ｏの平衡酸素分圧以下の雰囲気における焼成が可能になり、上記磁性体層が上記フェライトを含む場合、銅を含むコイル部と同時焼成することができる。
また、上記バナジウム（Ｖ）は、上記フェライトの結晶粒（ｇｒａｉｎ）より粒界（ｇｒａｉｎ ｂｏｕｎｄａｒｙ）に多く存在することができる。また、上記フェライトの結晶粒（ｇｒａｉｎ）に存在するバナジウム（Ｖ）の含量をａ、上記フェライトの粒界（ｇｒａｉｎ ｂｏｕｎｄａｒｙ）に存在するバナジウム（Ｖ）の含量をｂとするとき、ａ／ｂ≦０．８を満たすことができる。
上記ａ／ｂが０．８を超過すると、結晶粒及び粒界のバナジウム含量が同一水準で、粒界抵抗の増加効果が減少するという問題がある。即ち、ａ／ｂが０．８を超過すると、バナジウムの添加によるフェライトの絶縁抵抗の増加効果が大きく現れない可能性がある。
粒界に存在するバナジウムは、粒界の絶縁抵抗を増加させるため、上記フェライトでは結晶粒（ｇｒａｉｎ）より粒界（ｇｒａｉｎ ｂｏｕｎｄａｒｙ）の絶縁抵抗が大きくなる。
上記フェライトは、絶縁抵抗が１００００Ωｃｍ以上であることができる。磁性体層に含まれる上記フェライトの絶縁抵抗が低いと、内部電極を多層に構成するとき、電極層間に配置された磁性体層の絶縁性が低下するため、並列抵抗がさらに発生して製品の容量特性が低下する可能性があるが、フェライトの絶縁抵抗が１００００Ωｃｍ以上であると、多層の内部電極が適用されても十分な絶縁性を確保することができる。
上記複数の磁性体層の一面にはコイル部１２０を形成するための導体パターン１２０ａが形成され、上記磁性体層の厚さ方向の上下に位置する導体パターンを電気的に接続させるための導電性ビア１２０ｂが貫通形成されることができる。
これにより、各磁性体層に形成された導体パターンの一端は、隣接する磁性体層に形成された導電性ビアによって電気的に連結されてコイル部１２０を形成する。
また、上記コイル部１２０の両端は、積層本体１１０の外部に引出されることで、積層本体１１０に形成された一対の外部電極１３０と接触し、それぞれ電気的に連結されることができる。
特に、上記コイル部１２０の両端は積層本体１１０の両端に引出されることができ、上記一対の外部電極はコイル部１２０が引出されている積層本体１１０の両端に形成されることができる。
上記導体パターンは、上記磁性体層を形成するためのシートに導体パターンを形成するための導電性ペーストを厚膜印刷、塗布、蒸着、スパッタリングなどの方法によって形成することができるが、本発明はこれに限定されない。
上記導電性ビアは、それぞれのシートに厚さ方向に貫通孔を形成した後、この貫通孔に導電性ペーストなどを充填して形成することができるが、本発明はこれに限定されない。
また、導体パターンを形成するための導電性ペーストに含まれる導電性金属は、銀（Ａｇ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）及び銅（Ｃｕ）のうち一つまたはこれらの合金などからなるものを用いることができるが、本発明はこれに限定されない。
一般に、銅またはニッケルは、銀、パラジウム、白金のような貴金属に比べて材料の価格が安価であるという長所があるが、反応性が大きいため、コイル部が銅またはニッケルを含む場合、磁性体層とコイル部を同時焼成することが困難であるという問題がある。
ただし、本発明の一実施形態によると、コイル部が上述した金属のうち安価である銅（Ｃｕ）またはニッケル（Ｎｉ）を含み、複数の層で構成された導体パターンを含むように形成されても、コイル部と磁性体層の同時焼成が可能なフェライトを提供することができる。
一般に、従来用いられたＮｉＺｎ系フェライトまたはＮｉＣｕＺｎ系フェライトの場合、大気雰囲気において焼成されなければならないが、金属材料としてニッケルや銅などの反応性が大きい金属材料を大気雰囲気において上記フェライトと同時焼成すると、金属材料が酸化されるおそれがある。
したがって、銀（Ａｇ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）に比べて反応性が大きいニッケル及び銅のような金属を積層型インダクタの内部導体パターンに適用し、磁性体層に含まれたフェライトと同時焼成するためには、ニッケルまたは銅を含む導電性ペーストを磁性体層に塗布した後、これが酸化されない雰囲気（還元雰囲気）において焼成しなければならない。
一方、上記金属材料の酸化を避けるために、還元雰囲気において焼成すると、ＮｉＺｎ系フェライトまたはＮｉＣｕＺｎ系フェライトの場合、フェライト材料のうちＦｅ２Ｏ３がＦｅ３Ｏ４に還元されて比抵抗ρの低下をもたらすおそれがある。即ち、比抵抗の低下により、インピーダンスなどの電気的特性が劣化するおそれがあるため、反応性が高い金属材料と同時焼成しても、絶縁性及び電気的特性を確保することができるフェライトを提供する必要がある。
本発明の一実施形態によると、コイル部が銅を含む場合にも、本発明の一実施形態が提供するフェライトを含む磁性体層はコイル部と同時焼成することができる点を説明するために、以下では、積層型インダクタのコイル部が銅（Ｃｕ）を含む場合を実施例に挙げて説明する。
しかし、本発明の一実施形態が提供するフェライトを磁性体層に適用する場合、銅より反応性が小さい金属（例えば、銀、パラジウム、白金など）を適用しても同時焼成できることは明白である。
ここで、積層型インダクタのコイル部が銅（Ｃｕ）を含む場合における還元雰囲気とは、Ｃｕ−Ｃｕ２Ｏの平衡酸素分圧以下の雰囲気を意味する。
特許文献１には、Ｃｕを主成分とする金属材料と同時焼成しても絶縁性を確保できるＮｉＭｎＺｎ系フェライト磁器組成物及びフェライト磁器組成物を用いたセラミック電子部品について開示されている。
特許文献１のＮｉＭｎＺｎ系フェライト磁器組成物の場合、単層の銅（Ｃｕ）導体パターンが含まれる製品に適用すると、単層の銀（Ａｇ）導体パターンが含まれる製品に適用した場合と同一水準の電気的特性を具現できることが確認された。しかし、特許文献１のＮｉＭｎＺｎ系フェライトを含む電子部品は、導体パターンとして銅（Ｃｕ）を適用し、導体パターンを単層ではなく多層に形成する場合、容量が低下し、フェライトの電気的特性が具現できないという問題が発生した。
具体的には、図４は導体パターンとして銀（Ａｇ）及び銅（Ｃｕ）を用いた場合において、特許文献１で提供する範囲のフェライト組成物を含む積層インダクタのインピーダンス特性を周波数に応じて示すグラフである。図４に示されるインピーダンス特性は、Ｆｅ２Ｏ３ ４６ｍｏｌ％、ＮｉＯ １１ｍｏｌ％、ＭｎＯ ２３ｍｏｌ％及びＺｎＯ ２０ｍｏｌ％を含むフェライト組成物（特許文献１で提供する範囲を満たす）を用いて磁性体層を形成し、導体パターンを５層積層した積層インダクタを用いて測定された。また、銀（Ａｇ）を導体パターンとして用いた場合は、約９００℃において焼成した積層インダクタを用いて電気的特性を測定しており、銅（Ｃｕ）を導体パターンとして用いた場合は、９０６℃、９１７℃及び９４２℃において焼成した３種類の積層インダクタの特性を測定した。それぞれの焼成雰囲気は、導体パターンが酸化されない雰囲気に設定された。
図４に示されているように、特許文献１で提供する範囲のフェライト組成物を磁性体層に適用し、銅（Ｃｕ）を導体パターンとして用いた場合、導体パターンが多層積層されたインダクタでは銀（Ａｇ）を導体パターンとして適用した場合に比べてインピーダンス特性が顕著に低下した。
銅（Ｃｕ）を導体パターンとして用いた場合におけるインピーダンス特性の低下は、多層の導体パターン及びフェライトが適用された磁性体層間の絶縁性の低下によるものと確認された。一般に、チップ焼成時に導体パターンの形成のためのペーストに含まれるバインダーもともに焼成される。このとき、周りの酸素が消耗され、電極の周りには相対的により強い還元雰囲気が形成される。単層の導体パターンを有するチップでは、導体パターンの影響が小さいが、導体パターンの層数の増加に伴い、導体パターン間に適用される強い還元雰囲気によって導体パターン間の磁性体層に含まれたフェライトが分解されて絶縁性が低下する。即ち、導体パターン間のフェライトの絶縁性の低下によって並列抵抗がさらに生じるため、製品の容量特性が低下すると言える。
これに対し、本発明が提供するフェライトには、上記のような多層の導体パターン間に適用される場合にも、絶縁性の低下（製品の容量低下）問題が発生しない。
具体的には、本発明のフェライトは、鉄（Ｆｅ）、マンガン（Ｍｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、亜鉛（Ｚｎ）及びバナジウム（Ｖ）を含み、上記フェライトにおいて上記鉄（Ｆｅ）は酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）に換算して４０〜５５ｍｏｌ％、上記ニッケル（Ｎｉ）は酸化ニッケル（ＮｉＯ）に換算して５〜２０ｍｏｌ％、上記亜鉛（Ｚｎ）は酸化亜鉛（ＺｎＯ）に換算して１５〜２５ｍｏｌ％、上記マンガン（Ｍｎ）は酸化マンガン（ＭｎＯ）に換算して１５〜３０ｍｏｌ％、及び上記バナジウム（Ｖ）は酸化バナジウム（Ｖ２Ｏ５）に換算して１〜４ｍｏｌ％含まれることができる。
特許文献２には、フェライトが酸化バナジウム（Ｖ２Ｏ５）を０．０１〜０．１重量％含む点、特許文献３には、フェライトが酸化バナジウム（Ｖ２Ｏ５）を０．００１〜０．０５ｍａｓｓ％含む点が開示されている。
しかし、上記特許文献２及び３の場合、フェライトに含まれる酸化バナジウム（Ｖ２Ｏ５）の含量が本発明の数値と異なり、電子部品の内部に含まれる導体パターンが多層で積層される場合、即ち、単層で導体パターンを適用した場合より強い還元雰囲気において焼成する場合、フェライトの電気的特性を向上させる点については具体的に開示されていない。
また、特許文献３には、酸化バナジウム（Ｖ２Ｏ５）を添加することで粒界抵抗を高める点が開示されているが、特許文献３はフェライトの粒成長を抑制して粒界抵抗を高める点において本発明と差異がある。
即ち、特許文献２及び３では酸化バナジウムを極微量添加して粒成長を制御するが、本発明では特許文献２及び３での開示より多量の酸化バナジウムを添加する。特許文献２及び３のように酸化バナジウムを微量添加する場合、粒成長を抑制することができるため、粒界の数が増加する。フェライトは、結晶粒より粒界抵抗が大きいため、粒界の比率が増えると抵抗が大きくなるが、特許文献２及び３のように酸化バナジウムを極微量添加すると、フェライト内の粒界比率を増加させてフェライトの抵抗を増やすだけで、粒界自体の固有抵抗値を増加させる効果は殆ど発生しない。
即ち、特許文献２及び３のように結晶粒成長の抑制による粒界抵抗の増加効果は、酸化バナジウムではない他の添加物によっても可能であり、酸化バナジウムを含む複数の酸化物を羅列し、そのうち一つ以上を添加できると開示した点（Ｔａ２Ｏ５：０．００５〜０．１ｍａｓｓ％、ＺｒＯ２：０．０１〜０．１５ｍａｓｓ％、Ｎｂ２Ｏ５：０．００５〜０．０５ｍａｓｓ％、Ｖ２Ｏ５：０．００１〜０．０５ｍａｓｓ％、ＨｆＯ２：０．００５〜０．０５ｍａｓｓ％、Ｂｉ２Ｏ３：０．００３〜０．０３ｍａｓｓ％、ＭｏＯ３：０．００３〜０．０３ｍａｓｓ％、ＴｉＯ２：０．０１〜０．３ｍａｓｓ％及びＳｎＯ２：０．０１〜２．０ｍａｓｓ％から選択される１種または２種以上を含むことができると開示された点）よりさらに明確になる。また、上記のような結晶粒成長を抑制して抵抗を増加させる効果は焼結温度または時間のような焼結条件の調節によっても具現できる。
これに対し、本発明は、結晶粒の成長とは関係なく酸化バナジウムが粒界に均一に存在し、粒界固有の抵抗を増加させることができる酸化バナジウムの組成範囲を提案することで、特許文献１から３に比べて比抵抗が顕著に向上したフェライトを提供することができる。即ち、特許文献２及び３のように酸化バナジウムを極微量添加する場合、粒界にバナジウムが均一に分布することが困難であるため、粒界固有の抵抗が増加する効果が現れないが、本発明のようにバナジウムが酸化バナジウムに換算して１ｍｏｌ％以上含まれる場合、酸化バナジウムが粒界に均一に存在するようになって粒界固有の抵抗を増加させることができる。
換言すると、特許文献２及び３のように酸化バナジウムを極微量添加する場合、バナジウムが点状（ｓｐｏｔ）に局部的に存在するようになって比抵抗を増加させる効果が発生しないが、本発明のようにバナジウムが酸化バナジウムに換算して１ｍｏｌ％以上含まれる場合は、フェライトの粒界（ｂｏｕｎｄａｒｙ）に連続して均一に分布することができる。
後述する実験例に示されているように、特許文献２及び３の範囲に従って酸化バナジウムを添加した場合、フェライトの抵抗を増加させる効果はわずかであったが、本発明の数値範囲に従って酸化バナジウムを添加したフェライトの場合は、数値範囲の下限と上限で比抵抗値が上昇する臨界的意味が明白であることが分かる。
よって、酸化バナジウム（Ｖ２Ｏ５）は１ｍｏｌ％〜４ｍｏｌ％の範囲で含まれることが好ましい。
本発明のフェライトにおいて、鉄（Ｆｅ）は酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）に換算して４０〜５５ｍｏｌ％含まれることができる。上記酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）の含量が４０ｍｏｌ％未満の場合は、比抵抗の低下をもたらし、５５ｍｏｌ％を超過する場合は、Ｆｅ２Ｏ３の含量が過剰になり、Ｆｅ２Ｏ３がＦｅ３Ｏ４に還元されやすくなって比抵抗値が低下する。
本発明のフェライトにおいて、マンガン（Ｍｎ）は酸化マンガン（ＭｎＯ）に換算して１５〜３０ｍｏｌ％含まれることができる。上記酸化マンガン（ＭｎＯ）は高温において酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）より優先的に還元されるため、Ｆｅ２Ｏ３がＦｅ３Ｏ４に還元される前にフェライトの焼成を完了させる。しかし、酸化マンガン（ＭｎＯ）の含量が１５ｍｏｌ％未満の場合は、Ｆｅ２Ｏ３がＦｅ３Ｏ４に還元されやすくて比抵抗が低下し、酸化マンガン（ＭｎＯ）の含量が３０ｍｏｌ％を超過する場合も、比抵抗値が減少して絶縁性を確保することが困難になる。
また、亜鉛（Ｚｎ）は酸化亜鉛（ＺｎＯ）に換算して１５〜２５ｍｏｌ％含まれることができる。ＺｎＯの含量が２５ｍｏｌ％を超過すると、キュリー温度（Ｔｃ）が低下し、フェライトの電子部品への適用時に高温信頼性が減少する可能性がある。なお、ＺｎＯが１５ｍｏｌ％未満添加される場合は、透磁率の向上効果を奏することが困難である。
一方、上記ニッケルの含量は、上記鉄、マンガン、亜鉛及びバナジウムの含量に応じて適宜設定することができるが、酸化ニッケル（ＮｉＯ）に換算して５〜２０ｍｏｌ％含まれることが好ましい。
本発明によるフェライトは、銅（Ｃｕ）を含むコイル部との同時焼成が可能で、Ｃｕ−Ｃｕ２Ｏの平衡酸素分圧以下の雰囲気において焼成することができる。また、銅を含むコイル部が複数の導体パターンを含む多層構造を有するため、焼成時に強い還元雰囲気が形成されても比抵抗値を十分に確保してインピーダンス特性を向上させることができる。
具体的には、図５に示されているように、本発明のフェライトを磁性体層に適用したインダクタ（実施例）の場合、Ｃｕ−Ｃｕ２Ｏの平衡酸素分圧以下の雰囲気において銅を含むコイル部と同時焼成しても、銀（Ａｇ）を含むコイル部を適用したインダクタ（比較例）と同一水準のインピーダンス特性が確保されることが分かる。
また、上記バナジウム（Ｖ）は、上記フェライトの結晶粒（ｇｒａｉｎ）より粒界（ｇｒａｉｎ ｂｏｕｎｄａｒｙ）に多く存在することができ、上記フェライトの結晶粒（ｇｒａｉｎ）に存在するバナジウム（Ｖ）の含量をａ、上記フェライトの粒界（ｇｒａｉｎ ｂｏｕｎｄａｒｙ）に存在するバナジウム（Ｖ）の含量をｂとするとき、ａ／ｂ≦０．８を満たすことができる。なお、本発明の一実施形態によるフェライトにおける上記バナジウム（Ｖ）の含量を上記鉄（Ｆｅ）の含量を基準に示すと、酸化バナジウムに換算した上記バナジウム（Ｖ）は、酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）に換算した上記鉄（Ｆｅ）１００モル部に対して１．８２〜１０モル部含まれることができる。
上記フェライトは絶縁抵抗が１００００Ωｃｍ以上であることができ、上記フェライトは結晶粒（ｇｒａｉｎ）より粒界（ｇｒａｉｎ ｂｏｕｎｄａｒｙ）の絶縁抵抗が大きいことができる。
本発明による磁性体層１１１は、上述した本発明の実施形態によるフェライトを含むことができ、焼成によって形成されることができる。また、これに限定されず、本発明のフェライトを含むセラミック磁性材料粉末をバインダーなどとともに溶媒に混合した後、ボールミルなどによって上記溶媒内に均一に分散させ、ドクターブレードなどの方法によって薄い磁性体シートを製造し、これを焼成して形成されることができる。
一方、積層本体１１０の上下面に少なくとも一つ以上のカバー層１１１ｃがそれぞれ形成されることができる。
カバー層１１１ｃは、コイル部の導体パターンを含まない点を除いては、磁性体層１１１と同一材質及び構成を有することができる。
このようなカバー層１１１ｃは、基本的に物理的または化学的ストレスによるコイル部１２０の損傷を防止する役割をすることができる。
上記外部電極１３０は、積層本体１１０に露出するコイル部１２０の両端とそれぞれ接触して電気的に連結されることができる。
このような外部電極１３０は、導電性ペーストに積層本体１１０を浸漬したり、印刷、蒸着、スパッタリングなどの多様な方法によって積層本体１１０に形成されることができる。
上記導電性ペーストは、例えば、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）及び銅（Ｃｕ）合金のうち一つを含む材料からなることができるが、本発明はこれに限定されない。
また、外部電極１３０の外側面には、必要に応じて、ニッケル（Ｎｉ）めっき層（図示せず）及びすず（Ｓｎ）めっき層（図示せず）がさらに形成されることができる。
実験例
下記表１は、ＮｉＺｎＭｎ系フェライトの酸化バナジウム（Ｖ２Ｏ５）の含量による比抵抗特性を評価し、その実験結果を示すデータである。
酸化バナジウムの含量を変化させたフェライトを適用して磁性体シートを形成した後、上記磁性体シート上に銅導体パターンを形成して５層積層した。次に、積層された磁性体シートを酸素濃度２５ｐｐｍ以下の雰囲気において焼成して磁性体シートと導体パターンをともに焼成し、磁性体シートが焼成されて形成された磁性体層の比抵抗値を測定した。
上記表１に示されているように、酸化バナジウム（Ｖ２Ｏ５）の含量が１ｍｏｌ％以上の場合は、フェライトの比抵抗値が顕著に上昇し、４ｍｏｌ％を超過して添加される場合は、比抵抗値が次第に減少した。
したがって、酸化バナジウム（Ｖ２Ｏ５）は、１ｍｏｌ％〜４ｍｏｌ％の範囲で含まれることが好ましい。
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されず、特許請求の範囲に記載された本発明の技術的思想から外れない範囲内で多様な修正及び変形が可能であるということは、当技術分野の通常の知識を有するものには明らかである。
１００ インダクタ
１１０ 積層本体
１２０ コイル部
１３０ 外部電極
１１０ 積層本体
１２０ コイル部
１３０ 外部電極
Claims (19)
- フェライトを含む複数の磁性体層が積層された積層本体と、
前記積層本体内部に配置される複数の導体パターンを含むコイル部と、
前記コイル部と電気的に接続される外部電極と、を含み、
前記フェライトは、鉄（Ｆｅ）、マンガン（Ｍｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、亜鉛（Ｚｎ）及びバナジウム（Ｖ）を含み、前記フェライトにおいて前記鉄（Ｆｅ）は酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）に換算して４０〜５５ｍｏｌ％、前記ニッケル（Ｎｉ）は酸化ニッケル（ＮｉＯ）に換算して５〜２０ｍｏｌ％、前記亜鉛（Ｚｎ）は酸化亜鉛（ＺｎＯ）に換算して１５〜２５ｍｏｌ％、前記マンガン（Ｍｎ）は酸化マンガン（ＭｎＯ）に換算して１５〜３０ｍｏｌ％、及び前記バナジウム（Ｖ）は酸化バナジウム（Ｖ２Ｏ５）に換算して１〜４ｍｏｌ％含まれる、インダクタ。 - 前記コイル部は、銅及び銅−ニッケル合金のうち少なくとも一つ以上を含む、請求項１に記載のインダクタ。
- 前記フェライトは、前記コイル部と同時焼成することができる、請求項１または２に記載のインダクタ。
- 前記フェライトは、Ｃｕ−Ｃｕ２Ｏの平衡酸素分圧以下の雰囲気において焼成することができる、請求項１から３の何れか１項に記載のインダクタ。
- 前記フェライトの結晶粒（ｇｒａｉｎ）に存在するバナジウム（Ｖ）の含量をａ、前記フェライトの粒界（ｇｒａｉｎ ｂｏｕｎｄａｒｙ）に存在するバナジウム（Ｖ）の含量をｂとするとき、ａ／ｂ≦０．８を満たす、請求項１から４の何れか１項に記載のインダクタ。
- 前記フェライトは、結晶粒（ｇｒａｉｎ）より粒界（ｇｒａｉｎ ｂｏｕｎｄａｒｙ）の絶縁抵抗が大きい、請求項１から５の何れか１項に記載のインダクタ。
- 前記フェライトは、絶縁抵抗が１００００Ωｃｍ以上である、請求項１から６の何れか１項に記載のインダクタ。
- フェライトを含む複数の磁性体層が積層された積層本体と、
前記積層本体内部に配置される複数の導体パターンを含むコイル部と、
前記コイル部と電気的に接続される外部電極と、を含み、
前記フェライトは、鉄（Ｆｅ）、マンガン（Ｍｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、亜鉛（Ｚｎ）及びバナジウム（Ｖ）を含み、
前記フェライトにおいて酸化バナジウムに換算した前記バナジウムは、酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）に換算した前記鉄（Ｆｅ）１００モル部に対して１．８２〜１０モル部含まれる、インダクタ。 - フェライトを含む複数の磁性体層を積層した積層本体と、
前記積層本体内部に配置され、銅（Ｃｕ）を含むコイル部と、を含み、
前記フェライトは、還元雰囲気において前記コイル部と同時焼成することができる、インダクタ。 - 前記フェライトは、鉄（Ｆｅ）、マンガン（Ｍｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、亜鉛（Ｚｎ）及びバナジウム（Ｖ）を含み、前記フェライトにおいて前記鉄（Ｆｅ）は酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）に換算して４０〜５５ｍｏｌ％、前記ニッケル（Ｎｉ）は酸化ニッケル（ＮｉＯ）に換算して５〜２０ｍｏｌ％、前記亜鉛（Ｚｎ）は酸化亜鉛（ＺｎＯ）に換算して１５〜２５ｍｏｌ％、前記マンガン（Ｍｎ）は酸化マンガン（ＭｎＯ）に換算して１５〜３０ｍｏｌ％、及び前記バナジウム（Ｖ）は酸化バナジウム（Ｖ２Ｏ５）に換算して１〜４ｍｏｌ％含まれる、請求項９に記載のインダクタ。
- 前記フェライトの結晶粒（ｇｒａｉｎ）に存在するバナジウム（Ｖ）の含量をａ、前記フェライトの粒界（ｇｒａｉｎ ｂｏｕｎｄａｒｙ）に存在するバナジウム（Ｖ）の含量をｂとするとき、ａ／ｂ≦０．８を満たす、請求項９または１０に記載のインダクタ。
- 鉄（Ｆｅ）、マンガン（Ｍｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、亜鉛（Ｚｎ）及びバナジウム（Ｖ）を含み、前記鉄（Ｆｅ）は酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）に換算して４０〜５５ｍｏｌ％、前記ニッケル（Ｎｉ）は酸化ニッケル（ＮｉＯ）に換算して５〜２０ｍｏｌ％、前記亜鉛（Ｚｎ）は酸化亜鉛（ＺｎＯ）に換算して１５〜２５ｍｏｌ％、前記マンガン（Ｍｎ）は酸化マンガン（ＭｎＯ）に換算して１５〜３０ｍｏｌ％、及び前記バナジウム（Ｖ）は酸化バナジウム（Ｖ２Ｏ５）に換算して１〜４ｍｏｌ％含まれる、フェライト。
- 前記フェライトは、Ｃｕ−Ｃｕ２Ｏの平衡酸素分圧以下の雰囲気において焼成することができる、請求項１２に記載のフェライト。
- 前記フェライトの結晶粒（ｇｒａｉｎ）に存在するバナジウム（Ｖ）の含量をａ、前記フェライトの粒界（ｇｒａｉｎ ｂｏｕｎｄａｒｙ）に存在するバナジウム（Ｖ）の含量をｂとするとき、ａ／ｂ≦０．８を満たす、請求項１２または１３に記載のフェライト。
- 対向する第１側面及び第２側面を有するフェライト本体と、
前記フェライト本体内部に配置される導電性コイルと、
前記フェライト本体の前記第１側面に配置され、前記導電性コイルと電気的に連結される第１外部電極と、
前記フェライト本体の前記第２側面に配置され、前記導電性コイルと電気的に連結される第２外部電極と、を含み、
前記フェライト本体に含まれたフェライトは鉄（Ｆｅ）、マンガン（Ｍｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、亜鉛（Ｚｎ）及びバナジウム（Ｖ）を含み、前記導電性コイルは銅、銅−ニッケル合金またはこれらの混合物を含む、インダクタ。 - 前記フェライトにおいて、前記鉄（Ｆｅ）は酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）に換算して４０〜５５ｍｏｌ％、前記ニッケル（Ｎｉ）は酸化ニッケル（ＮｉＯ）に換算して５〜２０ｍｏｌ％、前記亜鉛（Ｚｎ）は酸化亜鉛（ＺｎＯ）に換算して１５〜２５ｍｏｌ％、前記マンガン（Ｍｎ）は酸化マンガン（ＭｎＯ）に換算して１５〜３０ｍｏｌ％、及び前記バナジウム（Ｖ）は酸化バナジウム（Ｖ２Ｏ５）に換算して１〜４ｍｏｌ％含む、請求項１５に記載のインダクタ。
- 前記フェライトの結晶粒（ｇｒａｉｎ）に存在するバナジウム（Ｖ）の含量をａ、前記フェライトの粒界（ｇｒａｉｎ ｂｏｕｎｄａｒｙ）に存在するバナジウム（Ｖ）の含量をｂとするとき、ａ／ｂ≦０．８を満たす、請求項１５または１６に記載のインダクタ。
- 前記フェライトは、結晶粒（ｇｒａｉｎ）より粒界（ｇｒａｉｎ ｂｏｕｎｄａｒｙ）の絶縁抵抗が大きい、請求項１５から１７の何れか１項に記載のインダクタ。
- 前記フェライトは、絶縁抵抗が１００００Ωｃｍ以上である、請求項１５から１８の何れか１項に記載のインダクタ。
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