JP2016009859A

JP2016009859A - 積層電子部品

Info

Publication number: JP2016009859A
Application number: JP2014177818A
Authority: JP
Inventors: キム・ミョン・ギ; Myeong Gi Kim; キム・ホ・ヨン; Ho Yoon Kim; チェ・ユ・ジン; Yu Jin Choi; キム・イク・ソブ; Ic Seob Kim; チョン・ミン・キョン; Min Kyoung Cheon
Original assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Priority date: 2014-06-24
Filing date: 2014-09-02
Publication date: 2016-01-18
Anticipated expiration: 2034-09-02
Also published as: JP5980861B2; CN105280335A; CN105280335B; KR101558095B1

Abstract

【課題】優れた直流重畳特性及びＱ特性を有し、機械的強度が改善された積層電子部品を提供する。【解決手段】積層電子部品１００は、磁性体本体１１０の内部に内部コイル部１２０が配置される。磁性体本体は、厚さ方向に相対する第１、第２主面Ｓ１、Ｓ２、幅方向に相対する第１、第２側面Ｓ５、Ｓ６、及び長さ方向に相対する第１、第２端面Ｓ３、Ｓ４を有し、複数の金属磁性体層１０を含む。金属磁性体層は、金属磁性粒子、及び金属磁性粒子の表面に形成された金属酸化膜を含む。磁性体本体の第１、第２主面、第１、第２側面、及び第１、第２端面からそれぞれ内部方向に磁性体本体の厚さの２０％に該当する地点までを外郭部、外郭部の内部境界の内側を中央部とするとき、外郭部に含まれた金属磁性粒子の表面に形成された金属酸化膜の平均厚さは、中央部に含まれた金属磁性粒子の表面に形成された金属酸化膜の平均厚さより厚い。【選択図】図１

Description

本発明は、積層電子部品に関する。

電子部品の一つであるインダクタ（ｉｎｄｕｃｔｏｒ）は、抵抗、キャパシタとともに、電子回路を形成してノイズ（ｎｏｉｓｅ）を除去する代表的な手動素子である。

積層電子部品の積層インダクタは、フェライトなどの磁性体を主材料とする絶縁層上に導体パターンを形成し、これを積層して積層本体内部に内部コイル部を形成し、積層本体の外面に内部コイル部を外部回路と電気的に接続させるための外部電極を形成する。

高周波帯域における使用が可能で、エネルギー消費効率及び直流重畳特性が改善された積層インダクタ製品のニーズに伴い、フェライトを金属粉末に代替した積層インダクタが開発されている。

特開２００７−０２７３５４号公報

本発明は、優れた直流重畳特性及びＱ特性（ｑｕａｌｉｔｙｆａｃｔｏｒ）を有し、機械的強度が改善された積層電子部品に関するものである。

本発明の一形態は、磁性体本体の外郭部に含まれた金属磁性粒子の表面に形成された金属酸化膜の平均厚さが磁性体本体の中央部に含まれた金属磁性粒子の表面に形成された金属酸化膜の平均厚さより厚い積層電子部品を提供する。

上記外郭部に含まれた金属磁性粒子の表面に形成された金属酸化膜の平均厚さは２００ｎｍ〜３００ｎｍであり、上記中央部に含まれた金属磁性粒子の表面に形成された金属酸化膜の平均厚さは５０ｎｍ〜２００ｎｍであることができる。

上記表面に金属酸化膜が形成された金属磁性粒子間の空間には高分子樹脂が充填されることができる。

本発明の一形態による積層電子部品は、優れた直流重畳特性及びＱ特性（ｑｕａｌｉｔｙｆａｃｔｏｒ）を有し、機械的強度を改善させることができる。

本発明の一実施形態による積層電子部品の一部を切開して示した斜視図である。図１のＡ部分を拡大して示した概略図である。図１のＩ−Ｉ’線に沿った断面図である。図１のII−II’線に沿った断面図である。

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。

積層電子部品
以下では、本発明の一実施形態による積層電子部品を説明するにあたり、特に、積層インダクタ（ｉｎｄｕｃｔｏｒ）を例に挙げて説明するが、本発明はこれに制限されない。

図１は本発明の一実施形態による積層電子部品の一部を切開して示した斜視図である。

図１を参照すると、本発明の一実施形態による積層電子部品１００は、磁性体本体１１０、上記磁性体本体１１０の内部に配置された内部コイル部１２０、及び上記磁性体本体１１０の外側に配置されて上記内部コイル部１２０と電気的に連結された外部電極１３０を含む。

本発明の一実施形態による積層電子部品１００において、「長さ方向」は図１の「Ｌ」方向、「幅方向」は「Ｗ」方向、「厚さ方向」は「Ｔ」方向と定義する。

上記磁性体本体１１０は、厚さ（Ｔ）方向に相対する第１主面Ｓ１及び第２主面Ｓ２、幅（Ｗ）方向に相対する第１側面Ｓ５及び第２側面Ｓ６、及び長さ（Ｌ）方向に相対する第１端面Ｓ３及び第２端面Ｓ４を有する。

上記磁性体本体１１０は、複数の金属磁性体層１０が積層されて形成される。複数の金属磁性体層１０は、焼結された状態で、隣接する金属磁性体層１０同士の境界が走査電子顕微鏡（ＳＥＭ、ＳｃａｎｎｉｎｇＥｌｅｃｔｒｏｎＭｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）を利用せずには確認できないほど一体化されていることができる。

上記磁性体本体１１０の形状及び寸法は本実施形態に示されるものに限定されず、金属磁性体層１０の厚さは積層電子部品１００の容量設計に応じて任意に変更することができる。

図２は図１のＡ部分を拡大して示した概略図である。

図２を参照すると、上記金属磁性体層１０は金属磁性粒子１１を含み、上記金属磁性粒子１１の表面に金属酸化膜１２が形成される。

上記金属磁性粒子１１は、軟磁性合金、例えば、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ａｌ及びＮｉからなる群より選択されたいずれか一つ以上を含む合金であることができ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系合金であることがより好ましいが、これに制限されない。

上記金属磁性粒子１１としては、例えば、Ｆｅ８７ｗｔ％以上、Ｃｒ４〜６ｗｔ％及び残量のＳｉを含むＦｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系合金を用いることができる。

上記Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系合金を用いる場合、Ｆｅの含有率が８７ｗｔ％未満であると、磁気的特性が大きく下落した。

また、Ｃｒの含有率が４〜６ｗｔ％の場合、高い焼結温度におけるＦｅの酸化を防止する効果があった。これに対し、Ｃｒが４ｗｔ％未満含まれる場合、積層インダクタの製造過程時に高い焼結温度におけるＦｅの酸化を防止することが困難であるため磁気的特性を失う現象が観察でき、６ｗｔ％を超過すると、Ｃｒ酸化物が過剰に生成されてギャップ（ｇａｐ）効果が必要以上に増加するため磁気的特性が下落する可能性があった。

上記金属磁性粒子１１は、最大粒径が１５μｍ以下であることができる。

上記金属磁性粒子１１の最大粒径が１５μｍを超過すると、高周波における損失（ｃｏｒｅｌｏｓｓ）が大きく増加して高周波帯域におけるＱ特性が低下するという問題点がある。

上記金属磁性体層１０に含まれた金属磁性粒子１１は、粒度分布Ｄ_５０が３μｍ〜５μｍであることができる。

粒度分布Ｄ_５０とは、レーザー回折散乱式粒度分布測定法を用いることで得られる体積累積５０％における粒径のことである。

金属磁性粒子１１の粒度分布Ｄ_５０が３μｍ未満の場合は、透磁率が減少する可能性があり、粒度分布Ｄ_５０が５μｍを超過すると、分散性が低下し、空隙が多く発生して強度が減少し、高周波におけるコアロス（ｃｏｒｅｌｏｓｓ）が大きく増加してＱ特性が低下するおそれがある。

上記金属磁性体層１０に含まれた金属磁性粒子１１間の間隔は、５μｍ以下であることができる。

金属磁性粒子１１間の間隔が５μｍを超過すると、充填率が減少して透磁率が低下し、空隙が多く発生して強度が減少する可能性がある。

上記金属酸化膜１２は、上記金属磁性粒子１１の少なくとも一成分が酸化されて形成されることができ、例えば、Ｃｒ_２Ｏ_３を含むことができる。上記金属酸化膜１２により、金属磁性粒子１１の間、及び金属磁性粒子１１と内部コイル部１２０との間の絶縁性が確保されることができる。

金属磁性粒子の表面に形成された金属酸化膜１２は、上記金属磁性粒子に隣接する金属磁性粒子の表面に形成された金属酸化膜１２と結合し、金属磁性粒子１１は、金属酸化膜１２同士の結合によって結合する。金属酸化膜１２同士の結合によって機械的強度及び絶縁性の向上効果がある。

また、上記金属磁性粒子１１同士は、上記金属酸化膜１２によって結合する部分なく隔離される。

金属磁性粒子１１同士が結合する場合、うず電流損（Ｅｄｄｙｃｕｒｒｅｎｔｌｏｓｓ）が増加してＱ特性（ｑｕａｌｉｔｙｆａｃｔｏｒ）が低下する上で、金属磁性粒子間の接触面の増加でＡＣ増加によるＱ特性が大きく低下するおそれがある。これに対し、本発明の実施形態では、金属磁性粒子１１の金属酸化膜１２による結合のみ存在するためうず電流損（Ｅｄｄｙｃｕｒｒｅｎｔｌｏｓｓ）が減少し、金属磁性粒子１１間に直接的な接触面がないためＡＣ増加によるＱ特性の低下が少ないことから、パワーインダクタへの適用時に高電力効率に有利な効果がある。

本発明の一実施形態は、磁性体本体１１０の外郭部に含まれた金属磁性粒子１１の金属酸化膜１２の平均厚さを磁性体本体１１０の中央部に含まれた金属磁性粒子１１の金属酸化膜１２の平均厚さより厚く形成する。

このように、磁性体本体１１０の外郭部及び中央部における金属酸化膜１２の平均厚さを異なるように調節することにより、金属酸化膜による透磁率減少を防止し、インダクタンスを増加させるとともに、直流重畳特性及びＱ特性を向上させることができる。

金属酸化膜の平均厚さは、磁性体本体１１０を厚さ−幅（ＴＷ）方向の断面に切断した後、その断面を高倍率の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察して測定した。

図３は図１のＩ−Ｉ’線に沿った断面図であり、図４は図１のII−II’線に沿った断面図である。

図３及び図４を参照すると、本発明の一実施形態による積層電子部品１００において、上記磁性体本体１１０の上記第１、第２主面Ｓ１、Ｓ２、上記第１、第２端面Ｓ３、Ｓ４、及び上記第１、第２側面Ｓ５、Ｓ６からそれぞれ内部方向に上記磁性体本体１１０の厚さ（ｔ）の２０％に該当する地点までを外郭部１１１、上記外郭部１１１の内部境界の内側を中央部１１２と定義する。

このとき、上記外郭部１１１に含まれた金属磁性粒子１１の表面に形成された金属酸化膜１２の平均厚さは、上記中央部１１２に含まれた金属磁性粒子１１の表面に形成された金属酸化膜１２の平均厚さより４０ｎｍ〜２００ｎｍさらに厚くてもよい。

本発明の一実施形態は、上記外郭部１１１に含まれた金属磁性粒子の金属酸化膜１２の平均厚さが２００ｎｍ〜３００ｎｍで形成される。

外郭部１１１に含まれた金属磁性粒子の金属酸化膜１２の平均厚さが２００ｎｍ未満の場合は、高周波帯域におけるＱ特性及び直流重畳特性が低下する可能性がある。また、３００ｎｍを超過すると、金属酸化膜によって金属磁性粒子の磁気的特性が顕著に下落して透磁率が減少し、インダクタンスが減少し、低周波帯域におけるＱ特性が低下するおそれがある（表１参照）。

本発明の一実施形態は、上記中央部１１２に含まれた金属磁性粒子の表面に形成された金属酸化膜１２の平均厚さが５０ｎｍ〜２００ｎｍで形成される。

中央部１１２に含まれた金属磁性粒子の金属酸化膜１２の平均厚さが５０ｎｍ未満の場合は、高周波帯域におけるＱ特性及び直流重畳特性が低下する可能性がある。また、２００ｎｍを超過すると、金属酸化膜によって金属磁性粒子の磁気的特性が顕著に下落して透磁率が減少し、インダクタンスが減少し、低周波帯域におけるＱ特性が低下するおそれがある（表１参照）。

上記金属磁性体層１０は、表面に金属酸化膜１２が形成された金属磁性粒子１１間の空間に充填された高分子樹脂１３を含む。

焼結された磁性体本体１１０を高分子樹脂にディッピングし、減圧処理したり、高分子樹脂を焼結された磁性体本体１１０の表面に塗布してから吸収させることにより、金属磁性粒子１１間の空き空間に高分子樹脂１３を充填させることができる。

金属磁性粒子１１間の空間に高分子樹脂１３が充填されることにより、強度を向上させ、吸湿性を減少させることができる。

上記高分子樹脂１３は、シリコーン系樹脂、エポキシ系樹脂、フェノール系樹脂、シリケート系樹脂、ウレタン系樹脂、イミド系樹脂、アクリル系樹脂、ポリエステル系樹脂、及びポリエチレン系樹脂からなる群より選択されたいずれか一つ以上であることができる。

上記高分子樹脂１３は、上記金属磁性体層１０の断面面積の１０％〜３０％を占めることができる。

高分子樹脂１３の面積が１０％未満の場合は、強度が低下し、高湿条件下において水分が磁性体内部に吸収されるという問題点があり、３０％を超過すると、透磁率が減少する可能性がある。

下記表１は磁性体本体１１０の外郭部１１１及び中央部１１２に含まれた金属磁性粒子１１の金属酸化膜１２の厚さによるインダクタンス、Ｑ特性、及び直流重畳特性の結果を示したものである。

ここで、チップサイズ（Ｌ＊Ｗ）２．００ｘ１．２０［ｍｍ］、目標容量（Ｌｓ）１．０［ｕＨ］を条件にした。

上記表１を参照すると、外郭部の金属酸化膜の厚さが２００ｎｍ〜３００ｎｍ、中央部の金属酸化膜の厚さが５０ｎｍ〜２００ｎｍを満たすとき、低周波帯域及び高周波帯域におけるＱ特性及び直流重畳特性に優れていることが確認できた。

下記表２は金属磁性粒子（Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ合金）の粒度分布Ｄ_５０及び最大粒径による透磁率、Ｑ特性の結果を示したものである。

上記表２を参照すると、金属磁性粒子の粒度分布Ｄ_５０が３μｍ〜５μｍ、最大粒径が１５μｍ以下を満たすとき、低周波帯域及び高周波帯域におけるＱ特性に優れていることが確認できた。

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積層電子部品
１０金属磁性体層
１１金属磁性粒子
１２金属酸化膜
１３高分子樹脂
１１０磁性体本体
１１１外郭部
１１２中央部
１２０内部コイル部
１３０外部電極

Claims

磁性体本体の内部に内部コイル部が配置され、
前記磁性体本体は、厚さ方向に相対する第１、第２主面、幅方向に相対する第１、第２側面、及び長さ方向に相対する第１、第２端面を有し、複数の金属磁性体層を含み、
前記金属磁性体層は、金属磁性粒子、及び前記金属磁性粒子の表面に形成された金属酸化膜を含み、
前記磁性体本体の前記第１、第２主面、前記第１、第２側面、及び前記第１、第２端面からそれぞれ内部方向に前記磁性体本体の厚さの２０％に該当する地点までを外郭部、前記外郭部の内部境界の内側を中央部とするとき、
前記外郭部に含まれた金属磁性粒子の表面に形成された金属酸化膜の平均厚さは２００ｎｍ〜３００ｎｍであり、前記中央部に含まれた金属磁性粒子の表面に形成された金属酸化膜の平均厚さは５０ｎｍ〜２００ｎｍである、積層電子部品。
前記金属磁性体層は、表面に金属酸化膜が形成された金属磁性粒子間の空間に充填された高分子樹脂を含む、請求項１に記載の積層電子部品。
前記高分子樹脂は、前記金属磁性体層の断面面積の１０％〜３０％を占める、請求項１に記載の積層電子部品。
前記金属磁性粒子の表面に形成された金属酸化膜は、前記金属磁性粒子に隣接する金属磁性粒子の金属酸化膜と結合する、請求項１に記載の積層電子部品。
前記金属磁性粒子同士は前記金属酸化膜によって隔離される、請求項１に記載の積層電子部品。
前記金属磁性粒子は、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ａｌ及びＮｉからなる群より選択されたいずれか一つ以上を含む合金である、請求項１に記載の積層電子部品。
前記金属磁性粒子は最大粒径が１５μｍ以下である、請求項１に記載の積層電子部品。
前記金属磁性粒子は粒度分布Ｄ_５０が３μｍ〜５μｍである、請求項１に記載の積層電子部品。
前記金属磁性粒子間の間隔は５μｍ以下である、請求項１に記載の積層電子部品。
磁性体本体の内部に内部コイル部が配置され、
前記磁性体本体は、厚さ方向に相対する第１、第２主面、幅方向に相対する第１、第２側面、及び長さ方向に相対する第１、第２端面を有し、複数の金属磁性体層を含み、
前記金属磁性体層は、金属磁性粒子、及び前記金属磁性粒子の表面に形成された金属酸化膜を含み、
前記磁性体本体の前記第１、第２主面、前記第１、第２側面、及び前記第１、第２端面からそれぞれ内部方向に前記磁性体本体の厚さの２０％に該当する地点までを外郭部、前記外郭部の内部境界の内側を中央部とするとき、
前記外郭部に含まれた金属磁性粒子の表面に形成された金属酸化膜の平均厚さは、前記中央部に含まれた金属磁性粒子の表面に形成された金属酸化膜の平均厚さより厚い、積層電子部品。
前記外郭部に含まれた金属磁性粒子の表面に形成された金属酸化膜の平均厚さは、前記中央部に含まれた金属磁性粒子の表面に形成された金属酸化膜の平均厚さより４０ｎｍ〜２００ｎｍさらに厚い、請求項１０に記載の積層電子部品。
前記外郭部に含まれた金属磁性粒子の表面に形成された金属酸化膜の平均厚さは２００ｎｍ〜３００ｎｍである、請求項１０に記載の積層電子部品。
前記中央部に含まれた金属磁性粒子の表面に形成された金属酸化膜の平均厚さは５０ｎｍ〜２００ｎｍである、請求項１０に記載の積層電子部品。
前記金属磁性体層は、表面に金属酸化膜が形成された金属磁性粒子間の空間に充填された高分子樹脂を含む、請求項１０に記載の積層電子部品。
前記金属磁性粒子の表面に形成された金属酸化膜は、前記金属磁性粒子に隣接する金属磁性粒子の金属酸化膜と結合し、
前記金属磁性粒子同士は前記金属酸化膜によって隔離される、請求項１０に記載の積層電子部品。
前記金属磁性粒子は最大粒径が１５μｍ以下である、請求項１０に記載の積層電子部品。
前記金属磁性粒子は粒度分布Ｄ_５０が３μｍ〜５μｍである、請求項１０に記載の積層電子部品。