JP3758464B2 - 積層電子部品 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、積層電子部品に関するもので、特に、複数の積層された磁性体層を一体焼結させて得られた積層体を備え、積層体の内部には、複数のインダクタンス素子、またはインダクタンス素子およびキャパシタンス素子が構成されている、積層電子部品に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
各種フェライト材料は、優れた電気的特性を有しているため、各種磁芯材料として、あるいは積層インダクタ等の積層電子部品を構成するための材料として用いられている。
【0003】
特に、積層インダクタ等の積層電子部品においては、内部導体の材料として銀または銀を主成分とするものが一般に用いられているので、積層電子部品に備える積層体を構成する磁性体層は、内部導体に含まれるAgとの同時焼成が可能であることが求められ、そのため、磁性体層を構成するフェライト材料としては、Agの融点(960℃)以下の温度で焼結し得るNi−Cu−Zn系フェライト材料が一般に用いられている。
【0004】
このNi−Cu−Zn系フェライト材料をもって構成した複数の積層された磁性体層とAgを含む内部導体とを同時焼成して得られた積層インダクタ等の積層電子部品は、内部導体が磁性体で覆われていることから、漏れ磁束がなく、かつクロストークが抑制され、そのため、高密度実装に適していること、堅牢性が高いこと、等の長所を有していて、したがって、多岐にわたる分野で使用されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
近年、各種電子機器の小型軽量化、高性能化、多機能化に伴い、これら電子機器において用いられる電子部品においても、小型化、高性能化が要求されるとともに、その性能を保証するための高い信頼性が必要とされる。
【0006】
特に、信頼性に関しては、各種電子機器が様々な環境下で使用されることを想定して、たとえば、高温、高湿中においても、その特性を維持できることが重要となってきている。
【0007】
しかしながら、高密度実装を可能とするため、たとえば、複数のインダクタンス素子、またはインダクタンス素子およびキャパシタンス素子の双方を構成している積層電子部品のように、電位差が生じ得る構造を有する積層電子部品において、従来のフェライト材料を用いたとき、上述のような高温、高湿といった過酷な環境下で使用した場合に、内部導体のマイグレーションが生じやすくなったり、絶縁抵抗の低下がもたらされやすくなったりするといった問題に遭遇することがある。
【0008】
そこで、この発明の目的は、上述のような問題を解決し得る積層電子部品を提供しようとすることである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
この発明は、複数の積層された磁性体層を一体焼結させて得られた積層体を備え、この積層体の内部には、Agを含む内部導体が形成され、これら内部導体および磁性体層によって、複数のインダクタンス素子、またはインダクタンス素子およびキャパシタンス素子が構成されている、積層電子部品に向けられるものであって、上述した技術的課題を解決するため、簡単に言えば、磁性体層の組成の主成分となるNi−Cu−Zn系フェライトに対して特定量のMnを含有させたことを特徴とするものである。
【0010】
より詳細には、磁性体層は、45〜50モル%のFe2O3、0〜33モル%のZnOおよび6〜20モル%のCuOを含むとともに、残部をNiOとする、主成分と、Mnとを含む組成を有し、この組成中において、Mnは、MnOに換算して0.01〜2.0重量%含有する(ただし、前記組成中において、Liは含まない。)ことを特徴としている。
【0012】
この発明に係る積層電子部品の具体的構造については種々の形態があり得るが、たとえば、内部導体が、複数のインダクタンス導体を備え、積層体の外表面上には、複数のインダクタンス導体の各々の両端部にそれぞれ電気的に接続される、複数の外部端子電極が設けられている、積層電子部品に適用されたり、あるいは、内部導体が、インダクタンス導体および互いに対向する少なくとも1対のコンデンサ電極を備える、積層電子部品に適用されたりすることができる。
【0013】
【発明の実施の形態】
図1は、この発明の一実施形態による積層電子部品としてのインダクタアレイ1の外観を示す斜視図である。インダクタアレイ1は、積層体2を備えている。図2は、図1に示した積層体2の内部構造を示す平面図であり、積層体2を構成する複数の磁性体層3の間の特定の界面に沿う断面を表わしている。
【0014】
積層体2は、図2に示すような複数の磁性体層3を積層し、これらを一体焼結させて得られたものである。
【0015】
インダクタアレイ1は、複数のインダクタンス素子を構成するもので、その積層体2の内部には、内部導体としてのインダクタンス導体4、5、6および7が形成されている。これらインダクタンス導体4〜7は、積層体2の内部において、磁性体層3の間の界面に沿って、略直線状にかつ互いに平行に延びている。
【0016】
また、積層体2の外表面上には、上述したインダクタンス導体4〜7の各々の両端部にそれぞれ電気的に接続されるように、外部端子電極8、9、10、11、12、13、14および15が設けられている。
【0017】
図3は、この発明の他の実施形態による積層電子部品としてのLCフィルタ21の外観を示す斜視図である。図4は、図3に示したLCフィルタ21の等価回路図である。図3に示すように、LCフィルタ21は、積層体22を備えている。図5は、積層体22の断面図である。
【0018】
図4に示すように、このLCフィルタ21は、インダクタンス素子23ならびに2つのキャパシタンス素子24および25を構成するものである。
【0019】
積層体22は、図5に示すように、複数の積層された磁性体層26を一体焼結させて得られたものである。
【0020】
積層体22の内部には、内部導体としてのインダクタンス導体27が形成される。インダクタンス導体27は、図5に示すように、複数の磁性体層26にわたって延びるように形成され、図示した導体膜と図示しないビアホール導体とが連なることによって、全体としてコイル状の形態をなしている。このインダクタンス導体27およびこれに関連する磁性体層26によって、前述したインダクタンス素子23が与えられる。
【0021】
また、積層体22の内部には、内部導体としての少なくとも1対のコンデンサ電極28、29、30および31が形成される。これらコンデンサ電極28〜31ならびに関連の磁性体層26によって、前述したキャパシタンス素子24および25が与えられる。
【0022】
より詳細には、コンデンサ電極29および30の双方に共通してコンデンサ電極28および31がそれぞれ対向しており、一方のキャパシタンス素子24は、コンデンサ電極29とコンデンサ電極28および31との対向によって与えられ、他方のキャパシタンス素子25は、コンデンサ電極30とコンデンサ電極28および31との対向によって与えられる。
【0023】
また、図3に示すように、積層体22の外表面上であって、互いに対向する端部上には、それぞれ、外部端子電極32および33が設けられる。また、積層体22の外表面上であって、互いに対向する側面の少なくとも一方の一部上には、外部端子電極34が設けられる。この実施形態では、外部端子電極34は、互いに対向する2つの側面上にそれぞれ設けられている。
【0024】
前述したインダクタンス導体27の一方端およびコンデンサ電極29は、外部端子電極32に電気的に接続される。また、インダクタンス導体27の他方端およびコンデンサ電極30は、外部端子電極33に電気的に接続される。また、コンデンサ電極28および31は、ともに、外部端子電極34に電気的に接続される。
【0025】
このようにして、図4に示す等価回路が、LCフィルタ21によって与えられる。
【0026】
以上のように説明したインダクタアレイ1およびLCフィルタ21にそれぞれ備える積層体2および22を構成する磁性体層3および26において、次のような組成が採用される。
【0027】
すなわち、磁性体層3および26の組成は、まず、主成分として、Fe2 O3 、CuOおよびNiOを含み、必要に応じて、ZnOを含んでいる。より詳細には、主成分は、45〜50モル%のFe2 O3 、0〜33モル%(0モル%を含む。)のZnOおよび6〜20モル%のCuOを含むとともに、残部をNiOとしている。
【0028】
Fe2 O3 の含有率が、45モル%未満であると、透磁率が小さくなり、逆に、50モル%を超えると、焼結不足を招く。なお、Fe2 O3 の含有率は、47.5〜49.8モル%であることがより好ましい。
【0029】
ZnOの含有率が、33モル%を超えると、キュリー温度が100℃以下となり、実使用温度範囲において磁気特性の低下を引き起こす。なお、ZnOの含有率は、0〜31.0モル%であることがより好ましい。
【0030】
CuOの含有率が6モル%未満であると、焼結不足となり、逆に、20モル%を超えると、品質係数Qが小さくなる。なお、CuOの含有率は、6.0〜16.0モル%であることがより好ましい。
【0031】
また、磁性体層3および26の組成には、上述した主成分に加えて、Mnが添加されていることを特徴としている。このMnは、組成中において、MnOに換算して0.01〜2.0重量%含有するようにされる。Mnの含有率がこの範囲を外れると、初期の絶縁抵抗および所定時間経過後の絶縁抵抗の低下を招いてしまう。
【0032】
上述したインダクタアレイ1およびLCフィルタ21において、内部導体としてのインダクタンス導体4〜7および27ならびにコンデンサ電極28〜31のための導電成分としては、AgまたはAgを主成分とするものが有利に用いられる。
【0033】
このように、インダクタンス導体4〜7および27ならびにコンデンサ電極28〜31においてAgを用いる場合、これらとの同時焼成を可能とするため、積層体2および22を得るための焼成工程において、その温度は、通常、850〜950℃程度に設定される。そのため、磁性体層3および26は、このような焼成温度において、十分な焼結性が得られる組成でなければ、所望の磁気特性が得られず、また、信頼性を低下させてしまう。
【0034】
これに関して、磁性体層3および26の組成を前述のように選ぶことにより、たとえば850〜950℃といった焼成温度であっても、良好な焼結性が得られ、また、インダクタンス導体4〜7および27ならびにコンデンサ電極28〜31に含まれるAgのマイグレーションを生じにくくすることができる。
【0035】
そのため、初期および所定の時間の経過後において、図1および図2に示したインダクタアレイ1にあっては、複数のインダクタンス導体4〜7間での絶縁抵抗、図3ないし図5に示したLCフィルタ21にあっては、インダクタンス導体27とコンデンサ電極28〜31との間ならびにコンデンサ電極28〜31相互間での絶縁抵抗を高く保つことができ、インダクタアレイ1およびLCフィルタ21の信頼性を高めることができる。
【0036】
なお、この発明は、図示したインダクタアレイ1またはLCフィルタ21のような積層電子部品に限らず、複数の積層された磁性体層を一体焼結させて得られた積層体を備え、この積層体の内部に、内部導体が形成され、内部導体および磁性体層によって、複数のインダクタンス素子、またはインダクタンス素子およびキャパシタンス素子が構成されている、積層電子部品であれば、どのような構造の積層電子部品に対しても適用することができる。
【0037】
以下に、この発明による効果を確認するために実施した実験例について説明する。
【0038】
【実験例】
1.試料の作製
主成分としてのFe2 O3 、ZnO、CuOおよびNiOの各酸化物原料粉末を秤量したものに、MnO粉末を添加し、ボールミルにて20時間の湿式混合を行ない、乾燥後、750℃で仮焼成を行なった。次いで、この仮焼材をボールミルにて24時間湿式粉砕し、バインダを加えてスラリー化し、ドクターブレード法によりフェライトグリーンシートを作製した。
【0039】
次に、このフェライトグリーンシートを用いて、図1および図2に示すインダクタアレイ1と実質的に同様の構造を有するインダクタアレイ、および通常の積層コンデンサをそれぞれ作製した。
【0040】
すなわち、インダクタアレイにあっては、Agを導電成分とする複数のインダクタンス導体を、フェライトグリーンシート上に印刷により形成し、このフェライトグリーンシート上に、インダクタンス導体を形成していないフェライトグリーンシートを積層し、圧着することによって、生の積層体を作製した。次いで、この生の積層体を、所定の大きさにカットした後、920℃で2時間焼成し、それによって焼結後の積層体を得た。次いで、この積層体の外表面上に外部端子電極を形成し、それによって複数のインダクタンス素子を有するインダクタアレイを作製した。
【0041】
他方、積層コンデンサにあっては、複数のフェライトグリーンシートの各々上に、Agを導電成分とするコンデンサ電極を印刷により形成し、これらを積層するとともに、その上下に、コンデンサ電極を形成していないフェライトグリーンシートを積層し、これらを圧着することによって、生の成形体を作製した。次いで、この生の積層体を所定の大きさにカットし、920℃で2時間焼成することによって、焼結後の積層体を得た。次いで、この積層体の外表面上に、外部端子電極を形成し、試料となる積層コンデンサを作製した。
【0042】
2.信頼性試験
上述した各試料に係るインダクタアレイおよび積層コンデンサの各々について、耐湿負荷試験(温度85℃;相対湿度85%;印加電界強度2kV/mm)、および高温負荷試験(温度125℃;印加電界強度2kV/mm)を実施し、0〜2000時間の間のいくつかの時点での絶縁抵抗を求めた。
【0043】
なお、インダクタアレイについては、隣り合う2つのインダクタンス導体の間に上述した電界を印加し、また、積層コンデンサについては、対向するコンデンサ電極間に上述した電界を印加した。また、絶縁抵抗については、上述のように電界が印加されたインダクタンス導体間またはコンデンサ電極間についての絶縁抵抗を、同一の電界を印加しながら測定した。
【0044】
3.実験例1
前述したフェライトグリーンシートに含まれる磁性体材料として、主成分が、49.0モル%のFe2 O3 と29.0モル%のZnOと9.0モル%のCuOと13モル%のNiOとからなり、かつMnOを0.005〜3.0重量%の範囲の含有率をもって含有させた種々の組成のものを用いた。
【0045】
(実施例1〜6ならびに比較例1および2)
インダクタアレイに係る各試料について、耐湿負荷試験による絶縁抵抗の評価結果を表1に、高温負荷試験による絶縁抵抗の評価結果を表2にそれぞれ示している。
【0046】
【表1】
【0047】
【表2】
【0048】
表1および表2からわかるように、MnOの含有率が0.01〜2.0重量%の範囲内にある実施例1〜6によれば、高温多湿下での絶縁抵抗の低下が抑制され、そのため、絶縁信頼性に優れたインダクタアレイを得ることができる。
【0049】
(実施例7〜12ならびに比較例3および4)
積層コンデンサに係る各試料について、耐湿負荷試験による絶縁抵抗の評価結果を表3に、高温負荷試験による絶縁抵抗の評価結果を表4にそれぞれ示している。
【0050】
【表3】
【0051】
【表4】
【0052】
表3および表4からわかるように、MnOの含有率が0.01〜2.0重量%の範囲内にある実施例7〜12によれば、高温多湿下での絶縁抵抗の低下が抑制され、そのため、絶縁信頼性に優れた積層コンデンサを得ることができる。
【0053】
4.実験例2
前述したフェライトグリーンシートに含まれる磁性体材料として、主成分が、47.0モル%のFe2 O3 と12.0モル%のZnOと12.0モル%のCuOと29モル%のNiOとからなり、かつMnOを0.005〜3.0重量%の範囲の含有率をもって含有させた種々の組成のものを用いた。
【0054】
(実施例13〜18ならびに比較例5および6)
インダクタアレイに係る各試料について、耐湿負荷試験による絶縁抵抗の評価結果を表5に、高温負荷試験による絶縁抵抗の評価結果を表6にそれぞれ示している。
【0055】
【表5】
【0056】
【表6】
【0057】
表5および表6からわかるように、MnOの含有率が0.01〜2.0重量%の範囲内にある実施例13〜18によれば、高温多湿下での絶縁抵抗の低下が抑制され、そのため、絶縁信頼性に優れたインダクタアレイを得ることができる。
【0058】
(実施例19〜24ならびに比較例7および8)
積層コンデンサに係る各試料について、耐湿負荷試験による絶縁抵抗の評価結果を表7に、高温負荷試験による絶縁抵抗の評価結果を表8にそれぞれ示している。
【0059】
【表7】
【0060】
【表8】
【0061】
表7および表8からわかるように、MnOの含有率が0.01〜2.0重量%の範囲内にある実施例19〜24によれば、高温多湿下での絶縁抵抗の低下が抑制され、そのため、絶縁信頼性に優れた積層コンデンサを得ることができる。
【0062】
なお、上述した実験例では、インダクタンス素子とキャパシタンス素子との間での絶縁抵抗の低下については評価しなかったが、この実験例における複数のインダクタンス導体の間での絶縁抵抗または複数のコンデンサ電極の間での絶縁抵抗の場合と実質的に同様の評価結果が得られることは容易に理解できるところである。
【0063】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、磁性体層の組成において、Mnを、MnOに換算して0.01〜2.0重量%含有させているので、内部導体においてAgが用いられても、そのマイグレーションが生じにくく、また、Agを含む内部導体との同時焼成を可能とする焼成温度によっても、良好な焼結状態が得られ、その結果、高温かつ高湿下での信頼性に優れた、積層電子部品を得ることができる。
【0064】
したがって、この発明は、複数のインダクタンス素子を備える積層電子部品、たとえば、内部導体が、複数のインダクタンス導体を備え、積層体の外表面上に、複数のインダクタンス導体の各々の両端部にそれぞれ電気的に接続される複数の外部端子電極が設けられている、積層電子部品に対して、あるいは、インダクタンス素子およびキャパシタンス素子が構成されている積層電子部品、たとえば、内部導体がインダクタンス導体および互いに対向する少なくとも1対のコンデンサ電極を備える、積層電子部品に対して、有利に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施形態による積層電子部品としてのインダクタアレイ1の外観を示す斜視図である。
【図2】図1に示したインダクタアレイ1に備える積層体2の内部構造を示す平面図であり、積層体2を構成する複数の磁性体層3の間の特定の界面に沿う断面を表わしている。
【図3】この発明の他の実施形態による積層電子部品としてのLCフィルタ21の外観を示す斜視図である。
【図4】図3に示したLCフィルタ21の等価回路図である。
【図5】図3に示したLCフィルタ21に備える積層体22の断面図である。
【符号の説明】
1 インダクタアレイ
2,22 積層体
3,26 磁性体層
4〜7,27 インダクタンス導体
8〜15,32〜34 外部端子電極
21 LCフィルタ
23 インダクタンス素子
24,25 キャパシタンス素子
28〜31 コンデンサ電極
Claims (3)
- 複数の積層された磁性体層を一体焼結させて得られた積層体を備え、前記積層体の内部には、Agを含む内部導体が形成され、前記内部導体および前記磁性体層によって、複数のインダクタンス素子、またはインダクタンス素子およびキャパシタンス素子が構成されている、積層電子部品であって、
前記磁性体層は、45〜50モル%のFe2O3、0〜33モル%のZnOおよび6〜20モル%のCuOを含むとともに、残部をNiOとする、主成分と、Mnとを含む組成を有し、前記組成中において、前記Mnは、MnOに換算して0.01〜2.0重量%含有する(ただし、前記組成中において、Liは含まない。)、積層電子部品。 - 前記内部導体は、複数のインダクタンス導体を備え、前記積層体の外表面上には、複数の前記インダクタンス導体の各々の両端部にそれぞれ電気的に接続される、複数の外部端子電極が設けられている、請求項1に記載の積層電子部品。
- 前記内部導体は、インダクタンス導体および互いに対向する少なくとも1対のコンデンサ電極を備える、請求項1または2に記載の積層電子部品。
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