JP3550251B2 - 高周波領域用フェライト焼結体及びこれを用いた信号用チップインダクタ - Google Patents
高周波領域用フェライト焼結体及びこれを用いた信号用チップインダクタ Download PDFInfo
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は高周波領域での損失が低いフェライト材料、及びこれを用いた信号用チップインダクタに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
フェライト材料は、インダクター・変圧器・安定器・電磁石等のコア及びコネクターとして秘録使用されている。特にインダクター用途としては、マルチメディアの発展に伴い、高周波帯域で使える低損失フェライト材の必要性は増すばかりである。
【0003】
ところで、Ni−Zn系フェライト材料は、従来より高周波フェライトとして多用されているが、粒成長によって結晶が大きくなると30MHz以上の高周波領域における損失が増大することから、これを防止するために焼成温度を低くして粒成長を抑えることが行われている。
【0004】
【課題を解決するための手段】
ところが、従来のNi−Zn系フェライトにおいて、焼成温度を低くすると、焼結体の密度が5.0g/cm3 以下と理論密度に対して著しく低くなるため、機械的強度が低下して信頼性が悪くなるだけでなく、焼成時の収縮率の制御が難しくなって寸法制度が悪くなり、製造歩留りが低下するという問題があった。
【0005】
一方、Ni−Zn系フェライトに各種添加物を加えることによって、特性を高めることも提案されているが(特開昭49−2092号、49−2093号、特公昭52−27358号公報等参照)、いずれも上記問題を解決するものではなかった。
【0006】
そこで、本発明は、30MHz以上で使用される高周波用途のNi−Zn系フェライト材料において、焼結体の密度が5.0g/cm3 以上で、Q値が高く、損失が小さいフェライト材料を得ることを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は、45〜55重量%のFe2O3と、1〜15重量%のZnOと、5〜40重量%のNiOを主成分とし、上記主成分100重量部に対し、0.01〜5重量部のCoOと、0.01〜3重量部のBi2O3と、0.01〜3重量部のAl2O3を含有する低損失フェライト材料からなり、密度が5.0g/cm3以上であり、30MHz以上の周波数領域で用いることを特徴とする高周波領域用フェライト焼結体である。
【0008】
さらに、本発明は、上記に加えて0.05〜3重量部のSiO2 を含有することを特徴とする。
【0009】
即ち、本発明は、Ni−Zn系フェライトに対して、所定量のCoO、Bi2 O3 、Al2 O3 、さらに必要に応じてSiO2 を添加することによって、焼結体の密度が5.0g/cm3 以上で、焼成後の焼鈍を必要とせず、30MHz以上の高周波領域での損失特性を向上できるようにしたものである。
【0010】
また、上記添加成分の範囲を限定したのは、CoO、Bi2 O3 、またはAl2 O3 がそれぞれ0.01重量部未満では、30MHz以上の高周波領域でのQ値が低下してしまい、一方CoOが5重量部を超えると温度特性が劣化し、またBi2 O3 が3重量部を超えると粒成長が起こってQ値が著しく低下し、さらにAl2 O3 が3重量部を超えると焼結性が低下してしまうためである。
【0011】
また、SiO2 を添加することによって、透磁率μの温度変化率を小さくして温度特性を向上できるが、含有量が0.05重量部未満ではその効果が乏しく、一方3重量部を超えると温度特性が悪くなってしまうため、上記範囲が好ましい。
【0012】
さらにNi−Zn系フェライトの主成分の組成比を上記範囲としたのは、Fe2 O3 が45重量%未満では透磁率μが低下し、一方Fe2 O3 が55重量%を超えるとQ値が低下し、ZnOが15重量%を超えるとキュリー点が低下し、NiOが40重量%を超えると加圧安定性が悪くなるためである。
【0013】
また、主成分として、上記成分の他に5重量%以下の範囲でCuOを含有することもできる。CuOは焼結性を向上させる作用を有するが、5重量%を超えると磁気特性が劣化するため、5重量%以下の範囲が好ましい。
【0014】
なお、上述した添加成分であるBi2 O3 も同様に焼結性を向上させる作用を有しており、本発明ではBi2 O3 を必須成分として含有することから、上記CuOについては必ずしも含有していなくても良い。
【0015】
さらに、本発明のフェライト材料は、上記主成分、添加成分以外に、MnO、MgO、CaO、PbO、P2 O5 、Cr2 O3 等の成分を合計で5重量部以下の範囲で含んでいても良い。
【0016】
本発明の高周波領域用フェライト焼結体は、上記範囲となるように各原料を調合し、ボールミル等で粉砕混合した後スプレードライヤーで造粒し得られた粉体をプレス成形にて所定形状に成形し、900〜1300℃の範囲で焼成することによって得られる。
【0017】
また、本発明は、上記の高周波領域用フェライト焼結体からなるコアに巻き線を施して信号用チップインダクタを構成したことを特徴とする。ここで、信号用チップインダクタとは、高周波において高Q値の必要な通信機、携帯電話、コンピュータ等の機器における信号処理系に使用されるチップインダクタのことを言う。
【0018】
【実施例】
実施例1
52.20重量%のFe2 O3 と、10.82重量%のZnOと、36.92重量%のNiOと、0.06重量%のCuOから成るフェライトを調合した。
【0019】
得られた原料を振動ミルで混合した後、800〜900℃で仮焼し、この仮焼粉体をボールミルにて粉砕した。この時、同時にAl2 O3 、Bi2 O3 、CoOの添加剤を表1に示す割合で調合した。
【0020】
これに所定のバインダーを加えて造粒した後、圧縮成形してトロイダルコア状に成形し、この成形体を900〜1000℃で焼成した。
【0021】
得られた焼結体に、線径0.2mmの導線を巻き付け、HP社製4291Aインピーダンスアナライザーにて、周波数110MHzと230MHzにおいて、透磁率μと相対損失係数tanδ/μを測定した。また得られた焼結体の嵩比重も測定した。
【0022】
結果は表1に示す通りである。この結果より、Al2 O3 、Bi2 O3 、CoOの含有量が本発明の範囲外であるNo.1、30では、相対損失係数tanδ/μが、周波数110MHzで5000×10−6以上、周波数230MNzで20000×10−6以上と大きくなることが判った。
【0023】
これらに対し、本発明実施例であるNo.2〜29では、相対損失係数tanδ/μが、周波数110MHzで2000×10−6以下、周波数230MHzで9000×10−6以下となり、低損失でQ値の高いフェライト材料を得ることができた。しかも嵩比重が5.0g/cm3 以上と大きいことも確認された。
【0024】
【表1】
【0025】
実施例2
次に、Fe2 O3 、ZnO、NiO、CuOの量を表2のように変化させて各原料を調合した。添加剤は、上記主成分100重量部に対し、Al2 O3 を1.5重量部、Bi2 O3 を1.5重量部、CoOを1.0重量部とした。それぞれ実施例1と同様にしてフェライトコアを作製し、透磁率μ、相対損失係数tanδ/μを求めた。
【0026】
結果は表2に示す通りである。Fe2 O3 、ZnO、NiO、CuOの含有量が本発明の範囲外であるNo.39〜44では、相対損失係数tanδ/μが、周波数110MHzで1050×10−6以上、周波数230MHzで3500×10−6以上と大きくなることが判った。
【0027】
これらに対し、本発明実施例であるNo.31〜38では、相対損失係数tanδ/μが、周波数110MHzで1000×10−6以下、周波数230MHzで3000×10−6以下となり、低損失でQ値の高いフェライト材料を得ることができた。しかも嵩比重が5.0g/cm3 以上と大きいことも確認された。
【0028】
【表2】
【0029】
実施例3
次に、50.4重量%のFe2 O3 と、10.7重量%のZnOと、35.9重量%のNiOと、3重量%のCuOから成る主成分100重量部に対し、添加剤としてAl2 O3 を1.5重量部、Bi2 O3 を1.5重量部、CoOを1.0重量部添加したフェライト材料に対しSiO2 を添加した。上記主成分100重量部に対するSiO2 の含有量を表3のように変化させて、それぞれ得られたフェライト材料の温度特性を評価した。
【0030】
なお表3中の温度特性H、温度特性Lとは、それぞれ常温から高温側又は低温側に温度変化した時の透磁率μの変化率のことである。具体的には、温度特性Hは常温(20℃)での透磁率μ0 と高温(80℃)での透磁率μ1 を測定し、
温度特性H=(μ1 −μ0 )/μ0 2・ΔT
で求めた値である。また、温度特性Lは常温(20℃)での透磁率μ0 と低温(−25℃)での透磁率μ1 を測定し、
温度特性L=(μ0 −μ1 )/μ0 2・ΔT
で求めた値である。
【0031】
この結果より、SiO2 を含有しないか又は含有量が3重量部を超えるNo.45、49では温度特性H、Lが大きく、温度変化に伴う透磁率の変化が大きいことが判る。
【0032】
これらに対し、本発明の範囲内でSiO2 を含有したNo.46〜48では温度特性H、Lの値を小さくし、温度変化に伴う透磁率μの変化を小さくできることが判る。
【0033】
【表3】
【0034】
実施例4
次に、実施例1の表1中No.14の組成でフェライトコアを作製し、直径0.06mmの導線を10回巻いてチップインダクターを形成した。このチップインダクターについて、30MHz以上の各周波数でのインダクタンスL及びQ値を測定し、次に温度特性として温度変化に伴うインダクタンスLの変化率を測定した。
【0035】
結果は表4に示す通りである。本発明のチップインダクタは、30MHz以上の高周波領域において、周波数が異なってもほぼ同程度のインダクタンスLを有しており、Q値も低い値であった。また、温度変化に伴うインダクタンスLの変化率が小さく温度特性も優れていた。
【0036】
【表4】
【0037】
以上の結果から、Fe2 O3 が45〜55重量%、ZnOが1〜15重量%、NiOが5〜40重量%から成る主成分100重量部に対し、0.01〜5重量部のCoOと、0.01〜3重量部のBi2 O3 と、0.01〜3重量部のAl2 O3 を添加することによって、110MHzでの相対損失係数tanδ/μが1000×10−6以下、かつ230MHzでの相対損失係数tanδ/μが3000×10−6以下と低損失で、かつ焼結体の密度が5.0g/cm3 以上の、緻密で温度特性の優れた低損失フェライト材料を得られることが判った。
【0038】
なお、以上の実施例ではフェライトコアについて述べたが、本発明の低損失フェエライト材料は、移動体通信機器を中心に、コードレス電話、コンピューター、各種無線機器等、特に高周波(30MHz以上)領域に使用される信号用チップインダクターとして好適に用いることができる。また、その他のTV,VTR等の各種電子機器等にも使用することができる。
【0039】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、45〜55重量%のFe2 O3 と、1〜15重量%のZnOと、5〜40重量%のNiOを主成分とするフェライト材料において、上記主成分100重量部に対し、0.01〜5重量部のCoOと、0.01〜3重量部のBi2 O3 と、0.01〜3重量部のAl2 O3 を含有することによって、高周波領域における相対損失係数tanδ/μが小さく(Q値が大きく)、かつ緻密で温度特性の優れたフェライト材料を得ることができる。
【0040】
また本発明のフェライト材料は、緻密体であるため機械的強度が向上するだけでなく、焼成時の収縮率の制御が簡単になり、寸法精度が向上し、製品歩留りを上げることができ、特にマルチメディアの発展に伴う高周波帯域でのインダクター用途として使用することができる。
Claims (3)
- 45〜55重量%のFe2O3と、1〜15重量%のZnOと、5〜40重量%のNiOから成る主成分100重量部に対し、0.01〜5重量部のCoOと、0.01〜3重量部のBi2O3と、0.01〜3重量部のAl2O3を含有する低損失フェライト材料からなり、密度が5.0g/cm 3 以上であり、30MHz以上の周波数領域で用いることを特徴とする高周波領域用フェライト焼結体。
- さらに0.05〜3重量部のSiO2を含有することを特徴とする請求項1記載の高周波領域用フェライト焼結体。
- 請求項1又は2に記載した高周波領域用フェライト焼結体からなるコアに巻き線を施してなる信号用チップインダクタ。
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