JP2015081200A

JP2015081200A - 焼結体及びインダクタ

Info

Publication number: JP2015081200A
Application number: JP2013218313A
Authority: JP
Inventors: 充小田原; Mitsuru Odawara; 由紀恵清水; Yukie Shimizu
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2013-10-21
Filing date: 2013-10-21
Publication date: 2015-04-27
Also published as: US20150108393A1

Abstract

【課題】温度依存性の低いＬ値やＱ値を示す、Ｚ型六方晶フェライトの焼結体及びこれを用いたインダクタを提供する。
【解決手段】積層体２０は、Ｚ型六方晶フェライト、Ｂｉ₂Ｏ₃及びガラス系材料を出発原料とする。前記出発原料の中のＺ型六方晶フェライト１００重量部に対して、Ｂｉ₂Ｏ₃は５重量部以上７重量部以下である。また、積層体２０は、前記出発原料を焼成することによって得られる、Ｚ型六方晶フェライトを主相とする焼結体である。前記ガラス系材料が、シリカガラス又はホウケイ酸ガラス若しくは前記２種のガラスの混合材料のいずれかから選択されたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、焼結体及びインダクタ、特に、Ｚ型六方晶フェライトを用いた焼結体及びインダクタに関する。

近年の電子部品の高周波化に伴って、インダクタに用いられる焼結体の材料として、例えば、特許文献１に記載のＺ型六方晶フェライトが注目されている。Ｚ型六方晶フェライトを用いたインダクタは、高周波領域において、Ｌ値やＱ特性が良好であるという特徴を持つ。

しかし、Ｚ型六方晶フェライトを用いたインダクタにおけるＬ値やＱ特性は、温度による変化率が大きい、すなわち温度依存性が高いという問題があった。

特開２００５−５７１５６号公報

そこで、本発明の目的は、温度依存性の低いＬ値やＱ特性を示す、Ｚ型六方晶フェライトの焼結体及びこれを用いたインダクタを提供することである。

本発明の第１の形態に係る焼結体は、
Ｚ型六方晶フェライトと、
Ｂｉ₂Ｏ₃と、
ガラス系材料と、
を出発原料とし、
前記出発原料中の前記Ｚ型六方晶フェライト１００重量部に対して、前記Ｂｉ₂Ｏ₃は５重量部以上７重量部以下であり、
前記出発原料を焼成することによって得られ、前記Ｚ型六方晶フェライトを主相とすること、
を特徴とする。

本発明の第２の形態に係るインダクタは、
前記焼結体を備えること、
を特徴とする。

本発明の第１の形態に係る焼結体では、Ｚ型六方晶フェライトに適量のＢｉ₂Ｏ₃を添加するとともに、これにガラス系の材料を加えることで、低温焼結を可能とし、かつ、該焼結体及びこれを用いたインダクタのＱ値及びＬ値の温度依存性を抑制することができる。

本発明によれば、Ｚ型六方晶フェライトを主相とする焼結体及びこれを用いたインダクタのＬ値及びＱ値の温度依存性を抑制することができる。

一実施形態に係るインダクタの外観斜視図である。一実施形態に係るインダクタの分解斜視図である。ガラス系材料の添加量と、各温度におけるインダクタンスの温度依存性との関係を表す図である。

以下に、一実施形態に係るインダクタ及び該インダクタの製造方法について説明する。

（インダクタの構成図１，図２参照）
以下に、一実施形態に係るインダクタの構成について、図面を参照しながら説明する。なお、インダクタ１は、積層コイルであり、その積層方向をｚ軸方向と定義し、ｚ軸方向から平面視したときに、インダクタの長辺に沿った方向をｘ軸方向と定義し、短辺に沿った方向をｙ軸方向と定義する。なお、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸は互いに直交している。

インダクタ１は、積層体（焼結体）２０、コイル３０及び外部電極４０ａ，４０ｂを備えている。また、インダクタ１の形状は、図１に示すように、直方体である。

積層体２０は、Ｚ型六方晶フェライトを主相とする絶縁体層２２ａ〜２２ｄを積層・焼結することによって得られる焼結体である。また、絶縁体層２２ａ〜２２ｄは、図２に示すように、ｚ軸方向の正方向側からこの順に並ぶように積層され、ｚ軸方向から平面視したときに、長方形状を成している。なお、以下で、各絶縁体層２２ａ〜２２ｄのｚ軸方向の正方向側の面を上面と称す。

外部電極４０ａは、図１に示すように、積層体２０のｘ軸方向の正方向側の表面及びその周囲の面の一部を覆うように設けられている。また、外部電極４０ｂは、積層体２０のｘ軸方向の負方向側の表面及びその周囲の面の一部を覆うように設けられている。なお、外部電極４０ａ，４０ｂの材料は、Ａｕ，Ａｇ，Ｐｄ，Ｃｕ，Ｎｉ等の導電性材料である。

コイル３０は、図２に示すように、積層体２０の内部に位置し、コイル導体３２ａ，３２ｂ及びビア導体３４ａにより構成されている。また、コイル３０は螺旋状を成しており、該螺旋の中心軸はｚ軸と平行である。つまり、コイル３０は、積層方向に進行しながら周回する螺旋状を成している。なお、コイル３０の材料は、Ａｕ，Ａｇ，Ｐｄ，Ｃｕ，Ｎｉ等の導電性材料である。

コイル導体３２ａは、絶縁体層２２ｂの上面に設けられている線状の導体である。また、コイル導体３２ａは、絶縁体層２２ｂのｘ軸方向の正負両側の外縁及びｙ軸方向の正負両側の外縁に沿って設けられており、積層方向から見たときロの字状を成している。そして、コイル導体３２ａの一端は、絶縁体層２２ｂのｘ軸方向の正方向側の外縁から積層体２０の表面に露出し、外部電極４０ａと接続されている。さらに、コイル導体３２ａの他端は、絶縁体層２２ｂのｘ軸方向の正方向側の外縁とｙ軸方向の正方向側の外縁とが成す角の近傍で、絶縁体層２２ｂをｚ軸方向に貫通するビア導体３４ａと接続されている。

コイル導体３２ｂは、絶縁体層２２ｃの上面に設けられている線状の導体であり、絶縁体層２２ｃのｘ軸方向の正負両側の外縁及びｙ軸方向の負方向側の外縁に沿って設けられており、積層方向から見たとき略コの字状を成している。そして、コイル導体３２ｂの一端は、絶縁体層２２ｃのｘ軸方向の正方向側の外縁とｙ軸方向の正方向側の外縁とが成す角の近傍でビア導体３４ａと接続されている。さらに、コイル導体３２ｂの他端は、絶縁体層２２ｃのｘ軸方向の負方向側の外縁から積層体２０の表面に露出し、外部電極４０ｂと接続されている。

（製造方法）
一実施形態に係るインダクタの製造方法について以下に説明する。

まず、絶縁体層２２ａ〜２２ｄとなるべきフェライトグリーンシートを準備する。具体的には、比表面積が２〜２０ｍ²／ｇであるＢａＣＯ₃、Ｃｏ₃Ｏ₄、Ｆｅ₂Ｏ₃それぞれの粉末を準備し、主成分が、Ｂａ₃Ｃｏ₂Ｆｅ₂₄Ｏ₄₁（Ｚ型六方晶フェライト）となるように秤量する。秤量した粉末を純水、分散剤及びＰＳＺボールとともに、ボールミルに入れ、湿式にて約８時間の混合粉砕を行う。さらに、これを蒸発乾燥させた後に、１２５０℃で約５時間仮焼する。

得られた仮焼粉末に、Ｂｉ₂Ｏ₃、ホウケイ酸ガラス（ＳｉＯ₂・Ｂ₂Ｏ₃・Ｒ₂Ｏ）及びシリカガラス（ＳｉＯ₂）を添加する。このとき、Ｚ型六方晶フェライトの仮焼粉末１００重量部に対して、Ｂｉ₂Ｏ₃が６重量部、ホウケイ酸ガラスが２重量部及びシリカガラスが２重量部となるように、これらを添加する。Ｂｉ₂Ｏ₃等が添加されたＺ型六方晶フェライトの仮焼粉末を分散剤及びＰＳＺボールとともに、ボールミルに入れ、湿式にて約２０時間の混合粉砕を行う。混合粉砕後、乾燥してから解砕して、フェライトセラミック粉末を得る。

このフェライトセラミック粉末に対して結合剤（酢酸ビニル、水溶性アクリル等）と可塑剤、湿潤剤、分散剤及び消泡材を加えてボールミルで約３０分混合を行い、その後、減圧により脱泡を行う。こうして得られたセラミックスラリーをドクターブレード法により、キャリアフィルム上にシート状に形成して乾燥させ、絶縁体層２２ａ〜２２ｄとなるべきグリーンシートを作製する。

次に、絶縁体層２２ａ〜２２ｄとなるべきグリーンシートにレーザービームを照射し、ビアホールを形成する。更に、Ａｕ，Ａｇ，Ｐｄ，Ｃｕ，Ｎｉ等を主成分とする導電性ペーストをビアホールに対して充填することにより、ビアホール導体３４ａを形成する。なお、ビアホールに導電性ペーストを充填する工程は、後述するコイル導体３２ａ，３２ｂを形成する工程と同時に行われてもよい。

ビアホール形成後又はビアホール導体形成後に、絶縁体層２２ａ〜２２ｄとなるべきグリーンシートの表面上に、Ａｕ，Ａｇ，Ｐｄ，Ｃｕ，Ｎｉ等を主成分とする導電性ペーストを、スクリーン印刷により塗布し、コイル導体３２ａ，３２ｂを形成する。

次に、絶縁体層２２ａ〜２２ｄとなるべきグリーンシートをこの順に並ぶように積層・圧着して、未焼成のマザー積層体を得る。得られた未焼成のマザー積層体を静水圧プレスなどにより加圧して本圧着を行う。

本圧着後、マザー積層体をカット刃により所定寸法の積層体２０にカットする。そして、未焼成の積層体２０に、脱バインダー処理及び焼成を施す。脱バインダー処理は、例えば、低酸素雰囲気中において５００℃で２時間の条件で行う。焼成は、例えば、８００℃〜９００℃で２．５時間の条件で行う。

焼成後に、バレル加工により積層体２０の面取りを行う。

次に、面取りが行われた積層体２０に対して、外部電極４０ａ，４０ｂを形成する。まず、Ａｇを主成分とする導電性材料からなる電極ペーストを積層体２０の表面に塗布する。次に、塗布した電極ペーストを約８００℃の温度で１時間の条件で焼き付ける。これにより、外部電極４０ａ，４０ｂの下地電極が形成される。

最後に、下地電極の表面にＮｉ／Ｓｎめっきを施す。これにより、外部電極４０ａ，４０ｂが形成される。以上の工程により、インダクタ１が完成する。

（効果）
積層体（焼結体）２０では、その製造段階において、Ｚ型六方晶フェライトの仮焼粉末に、Ｂｉ₂Ｏ₃、ホウケイ酸ガラス及びシリカガラスを添加する。このとき、Ｚ型六方晶フェライトの仮焼粉末１００重量部に対して、Ｂｉ₂Ｏ₃が６重量部、ホウケイ酸ガラスが２重量部及びシリカガラスが２重量部となるように、これらを添加する。これにより、積層体２０の低温焼結を可能とし、かつ、該積層体２０及びこれを用いたインダクタ１のＬ値及びＱ値の温度依存性を抑制することができる。

本願発明者は、積層体（焼結体）２０におけるＢｉ₂Ｏ₃の添加量と、インダクタンスの温度依存性との関係を調べるため第１の実験を行った。第１の実験では、まず、インダクタ１に相当する第１のサンプル、インダクタ１におけるＢｉ₂Ｏ₃の添加量を４重量部とした第２のサンプル、インダクタ１におけるＢｉ₂Ｏ₃の添加量を５重量部とした第３のサンプル、インダクタ１におけるＢｉ₂Ｏ₃の添加量を７重量部とした第４のサンプル、インダクタ１におけるＢｉ₂Ｏ₃の添加量を８重量部とした第５のサンプルを作製した。

次に、各サンプルに交流電流を流し、−４０℃、２０℃、１２５℃におけるインダクタンス値Ｌ_(-40)、Ｌ₍₂₀₎、Ｌ₍₁₂₅₎を測定した。これらのインダクタンス値をもとに、各サンプルのインダクタンスの温度変化率、すなわち、温度依存性を調べた。具体的には、各サンプルにおける、−４０℃から２０℃までのインダクタンスの温度変化率ΔＬ／Ｌ_(-40〜20)を下式（１）より算出した。
ΔＬ／Ｌ_(-40〜20)＝（Ｌ_(-40)−Ｌ₍₂₀₎）／Ｌ₍₂₀₎×１００ …（１）
また、各サンプルにおける、２０℃から１２５℃までのインダクタンスの温度変化率ΔＬ／Ｌ_(125〜20)を下式（２）より算出した。
ΔＬ／Ｌ_(125〜20)＝（Ｌ₍₁₂₅₎−Ｌ₍₂₀₎）／Ｌ₍₂₀₎×１００ …（２）

これと併せて、各サンプルの焼結が完了しているか否かを確認するために、アルキメデス法により、各サンプルの焼結密度を測定した。このとき、焼結密度が４．７０ｇ／ｃｍ³以上であれば、焼結が完了していると判定した。そして、各サンプルにおけるインダクタンスの温度変化率及び焼結密度を表１にまとめた。

表１に示すように、Ｂｉ₂Ｏ₃の添加量が５重量部以上７重量部以下である、第１のサンプル、第３のサンプル、第４のサンプルにおいて、インダクタンスの温度変化率が±５％以内であり、温度依存性が低いことが確認された。一方、Ｂｉ₂Ｏ₃の添加量が４重量部である第２のサンプル、及びＢｉ₂Ｏ₃の添加量が８重量部である第５のサンプルでは、２０℃〜１２５℃の範囲で、インダクタンスの温度変化率が５％を上回り、温度依存性が高いことが確認された。

また、第２のサンプルの焼結密度は３．２４ｇ／ｃｍ³であり、焼結が完了していない。これは、第２のサンプルにおけるＢｉ₂Ｏ₃の添加量が、他のサンプルよりも少ないため、第２のサンプルにおける焼結温度が、他のサンプルにおける焼結温度よりも高くなったことを意味する。

本願発明者は、さらに、ガラス系材料の添加量とインダクタンスの温度依存性との関係を調べるため第２の実験を行った。第２の実験では、まず、インダクタ１からホウケイ酸ガラスを除いた第６のサンプル、インダクタ１におけるホウケイ酸ガラスの添加量を３重量部とした第７のサンプル、インダクタ１におけるホウケイ酸ガラスの添加量を４重量部とした第８のサンプル、インダクタ１からシリカガラスを除いた第９のサンプル、インダクタ１におけるシリカガラスの添加量を３重量部とした第１０のサンプル、インダクタ１におけるシリカガラスの添加量を４重量部とした第１１のサンプルを作製した。

次に、各サンプルに交流電流を流し、−４０℃、２０℃、１２５℃におけるインダクタンス値Ｌ_(-40)、Ｌ₍₂₀₎、Ｌ₍₁₂₅₎を測定し、上式（１）、（２）を用いて、各サンプルの温度変化率を算出した。これに加え、第２の実験においても、各サンプルの焼結密度を測定した。そして、各サンプルにおけるインダクタンスの温度変化率及び焼結密度を表２及び表３にまとめた。表２は、第６〜第８のサンプルのインダクタンスの温度変化率及び焼結密度を表し、表３は、第９〜第１１のサンプルのインダクタンスの温度変化率及び焼結密度を表している。なお、比較のため、表２及び表３に第１のサンプルの結果も記載する。

表２及び表３からわかるように、ホウケイ酸ガラス及びシリカガラスの合計の添加量が２重量部以上５重量部以下の、第１のサンプル、第６のサンプル、第７のサンプル、第９のサンプル、第１０のサンプルにおいて、インダクタンスの温度変化率が±５％以内に収まっている。一方、ホウケイ酸ガラス及びシリカガラスの合計の添加量が６重量部の第８のサンプル及び第１１のサンプルでは、インダクタンスの温度変化率の絶対値が５％を超える。従って、ホウケイ酸ガラス及びシリカガラスの合計の添加量は、２重量部以上５重量部以下が好ましい

さらに、本願発明者は、表１、表２及び表３に示された、第１のサンプル、第６のサンプル、及び第１０のサンプルそれぞれのインダクタンスの温度変化率を用いて、各温度におけるインダクタンスの温度変化率を図３で示されるグラフにまとめた。なお、図３において、実線は第１のサンプルにおけるインダクタンスの温度変化率を示し、破線は第６のサンプルにおけるインダクタンスの温度変化率を示し、一点鎖線は第１０のサンプルにおけるインダクタンスの温度変化率を示す。

図３からわかるように、ガラス系材料の添加量が２重量部の第６のサンプルは、温度が上昇するにしたがって、インダクタンスの温度変化率も上昇する。また、ガラス系材料の合計の添加量が４重量部の第１のサンプルは、温度が上昇しても、インダクタンスの温度変化率は、わずかに上昇するのみである。第１のサンプルに対して、ガラス系材料の添加量がさらに１重量部多い第１０のサンプルでは、温度が上昇するにしたがって、インダクタンスの温度変化率が下降する。従って、図３から、ガラス系材料の添加量が増加すると、インダクタンスの温度変化率の温度に対する傾きが負に向かう傾向が読み取れる。

ところで、積層体２０では、ホウケイ酸ガラスとシリカガラスとを含んでいる。これは、シリカガラスを加えることによって、積層体２０の誘電率を低減させ高周波用部品に対応させると共に、ホウケイ酸ガラスの低い軟化点を利用して、積層体（焼結体）２０の焼結温度を低温に保つためである。つまり、積層体２０では、ホウケイ酸ガラスとシリカガラスとを両方含んでいることによって、誘電率と焼結温度とのバランスを適度に保つことを可能としている。

（その他の実施形態）
本発明に係る焼結体及びインダクタは、前記実施形態に係る焼結体及びインダクタに限らずその要旨の範囲内において変更可能である。例えば、Ｚ型六方晶フェライトの仮焼粉末に添加するガラス系材料は、ホウケイ酸ガラス及びシリカガラスの混合材料だけでなく、例えば、ホウケイ酸ガラス又はシリカガラスいずれか一方だけでもよい。

以上のように、本発明は、Ｚ型六方晶フェライトを主相とする焼結体及びこれを用いたインダクタに対して有用であり、Ｌ値及びＱ値の温度依存性を抑制することができる点において優れている。

１インダクタ
２０積層体（焼結体）

Claims

Ｚ型六方晶フェライトと、
Ｂｉ₂Ｏ₃と、
ガラス系材料と、
を出発原料とし、
前記出発原料中の前記Ｚ型六方晶フェライト１００重量部に対して、前記Ｂｉ₂Ｏ₃は５重量部以上７重量部以下であり、
前記出発原料を焼成することによって得られ、前記Ｚ型六方晶フェライトを主相とすること、
を特徴とする焼結体。
前記ガラス系材料は、ホウケイ酸ガラスであること、
を特徴とする請求項１に記載の焼結体。
前記ガラス系材料は、シリカガラスであること、
を特徴とする請求項１に記載の焼結体。
前記ガラス系材料は、ホウケイ酸ガラスとシリカガラスとの混合材料であること、
を特徴とする請求項１に記載の焼結体。
前記出発原料の中のＺ型六方晶フェライト１００重量部に対して、前記ガラス系材料は２重量部以上５重量部以下であること、
を特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の焼結体。
前記請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の焼結体を備えること、
を特徴とするインダクタ。