JP3775715B2 - 磁性フェライト用粉末 - Google Patents
磁性フェライト用粉末 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3775715B2 JP3775715B2 JP35813999A JP35813999A JP3775715B2 JP 3775715 B2 JP3775715 B2 JP 3775715B2 JP 35813999 A JP35813999 A JP 35813999A JP 35813999 A JP35813999 A JP 35813999A JP 3775715 B2 JP3775715 B2 JP 3775715B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ferrite
- magnetic
- mol
- powder
- temperature
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
- H01F41/02—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets
- H01F41/0206—Manufacturing of magnetic cores by mechanical means
- H01F41/0246—Manufacturing of magnetic circuits by moulding or by pressing powder
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Soft Magnetic Materials (AREA)
- Coils Or Transformers For Communication (AREA)
- Compounds Of Iron (AREA)
- Magnetic Ceramics (AREA)
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は積層型チップビーズ、積層型インダクタなどの積層型チップフェライト部品、LC複合積層型部品を代表とする複合積層型部品に用いられる磁性フェライトおよび積層型フェライト部品に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
積層型チップフェライト部品および複合積層型部品(本明細書中では積層型フェライト部品と総称する。)は、体積が小さいこと、信頼性が高いことなどから、各種電気機器に用いられている。この積層型フェライト部品は、通常、磁性フェライトからなる磁性層用のシートまたはペーストと内部電極用のペーストとを厚膜積層技術によって積層一体化した後、焼成し、得られた焼成体表面に外部電極用ペーストを印刷または転写した後に焼き付けて製造される。なお、積層一体化した後に焼成することを同時焼成と呼んでいる。内部電極用の材料としてはその低抵抗率からAgまたはAg合金が用いられているため、磁性層を構成する磁性フェライト材料としては、同時焼成が可能、換言すればAgまたはAg合金の融点以下の温度で焼成ができることが絶対条件となる。したがって、高密度、高特性の積層型フェライト部品を得るためには、AgまたはAg合金の融点以下の温度で磁性フェライトを焼成できるかが鍵となる。
【0003】
AgまたはAg合金の融点以下の温度で焼成できる磁性フェライトとしてNiCuZnフェライトが知られている。つまり、微粉砕によって比表面積を6m2/g程度以上とした粉末を用いたNiCuZnフェライトは、Agの融点(960℃)以下の温度で焼成できるため、積層型フェライト部品に広く用いられている。ところが、NiCuZnフェライトは、磁気特性、特に透磁率μが外部応力、熱衝撃に対して敏感であるため(例えば、「粉体及び粉末冶金」vol.39,8号,612-617(1992年)参照)、積層型フェライト部品製造の際に以下のような問題を生ずる。つまり、製造過程で行われるバレル研磨およびメッキ作業による応力、磁性層と内部電極との線膨張係数の差異からくる応力、さらにはプリント基板への実装時に生ずる応力によって、透磁率μが劣化し、インダクタンスLが設計値からずれるという問題である。
この問題を解決するために、本発明者はすでに2つの提案を行っている。1つは、磁性層と内部電極とを空隙を介して対向させることを要旨とするものである(特開平4−65807号公報)。この提案は、磁性層と内部電極との線膨張係数の差異からくる応力を回避しようというものである。他の1つは、NiCuZnフェライトの結晶粒界にBiを存在させることにより、焼成後に結晶粒子に引張応力を生じさせ、外部応力に対する磁気特性の感受性を鈍感にしようというものである(特開平10−223424号公報)。以上の2つの提案は、NiCuZnフェライトの応力に対する磁気特性の劣化に対して有効な手法であった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、NiCuZnフェライトは、その原料であるNiOが高価であるため、自ずと高価な材料となってしまう。したがって、NiOよりも安価なMgO、Mg(OH)2またはMgCO3 を用いたMgCuZnフェライトが注目され、種々の改良がなされている。例えば、特開平10−324564号公報では、MgCuZnフェライトにおいて、含有されるB(硼素)の量を2〜70ppmとすることが提案されている。
ところが、特開平10−324564号公報のMgCuZnフェライトはその実施例によれば1200℃で焼成されているため、このMgCuZnフェライトを本発明が指向する積層型フェライト部品に適用することは困難である。電極材料であるAgまたはAg合金との同時焼成ができないからである。
また、特許第2747403号公報にもMgOを含有する磁性フェライトの開示があるが、焼成条件についての記載がなく、同時焼成を満足するものではないと判断される。
そこで本発明は、応力に対する磁気特性、特に透磁率μの劣化が少なく、かつ低温焼成、つまり電極材料として用いられているAgまたはAg合金の融点以下での焼成が可能な磁性フェライトを低コストで製造する技術の提供を課題とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するために、本発明は、Fe2O3:40〜51mol%、CuO:7〜30mol%、ZnO:0.5〜35mol%、MgO:5〜35mol%の組成を有し、粒度分布のピーク位置が0.5〜1.2μmの範囲にあることを特徴とする磁性フェライト用粉末を提供する。この磁性フェライト用粉末において、MgOの一部をNiOで置換することができる。具体的には、MgOおよびNiOの合計量を5〜35mol%とすればよい。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下本発明を詳細に説明する。
まず、本発明は、磁性フェライトとしてMgCuZnフェライトを採用する。これは、MgCuZnフェライトがNiCuZnフェライトに比べて透磁率μの応力による劣化の度合いが少ないことを知見したことによる。この事実は後述する実施例において示すこととして、ここではMgCuZnフェライトが透磁率μの応力による劣化の度合いが少なくなる原因について言及しておく。
初透磁率(μi)は以下の式で定義されることが知られている。
μi=AMs2/(aK1+bλsσ)
(Ms=飽和磁束密度、K1=異方性定数、λs=磁歪定数、σ=応力)
MgCuZnフェライトとNiCuZnフェライトの磁歪定数を比較すると、NiCuZnフェライトよりMgCuZnフェライトの方が磁歪定数が小さい。磁歪定数は組成により変動するものの、NiCuZnフェライトの磁歪定数は10×10-6を超えるのに対しMgCuZnフェライトは10×10-6以下の値を示す。このことがMgCuZnフェライトを用いると透磁率μの応力による劣化の度合いが少なくなる原因と推察される。
【0008】
従来は、前記特開平4−65807号公報に開示されるように、内部電極からの応力を緩和するために磁性層と内部電極とを空隙を介して対向させる、あるいは特開平10−223414号公報のように結晶粒界にBiを存在させることにより結晶粒界からの応力を緩和するという提案がなされている。つまり、従来の提案は、上記式中の応力項(σ)を小さくすることにより透磁率の劣化を防止しようというものであった。
以上に対して本発明は、磁歪定数(λs)の小さい材料を用いることにより透磁率の劣化を防止しようというものであるから、従来とは異なる思想に基づいているということができる。しかも、MgCuZnフェライトはNiCuZnフェライトに比べて低コストで製造することが可能であり、低コスト化が一段と進む電子機器部品にとって大きなメリットとなる。
【0009】
次に、本発明における組成の限定理由を説明する。
Fe2O3の量は透磁率に大きな影響を与える。Fe2O3が40mol%より少ないと透磁率が小さく、フェライトとしての化学量論組成に近づくにしたがって透磁率は上昇するが、化学量論組成をピークとして急激に低下する。したがって、上限を51mol%とする。望ましいFe2O3の量は、45.0〜49.8mol%である。
CuOは、本発明において焼成温度低減に寄与する化合物であり、7mol%未満では940℃以下の低温焼成を実現できなくなる。ただし、30mol%を超えるとフェライトの固有抵抗が低下して品質係数Qが劣化するので7〜30mol%とする。望ましいCuO量は、8〜25mol%である。
【0010】
ZnOは、その量の増加とともに透磁率μを向上させることができるが、多すぎるとキュリー温度が100℃以下となり、電子部品に要求される温度特性を満足することができなくなる。したがって、ZnO量は0.5〜35mol%とする。望ましいZnO量は15〜25mol%である。
MgOは、磁性フェライトの磁歪定数を下げる効果を有する。この効果を得るためには5mol%以上の量とすることが必要である。しかし、MgOの量が増加するにつれて透磁率μが低下する傾向にあるため35mol%以下とする。望ましいMgOの量は、7〜26mol%である。なお、本発明磁性フェライト用粉末および磁性フェライトにおいて、MgOの一部をNiOで置換することもできるが、その際の添加量はMgOと合計で5〜35mol%、望ましくは7〜26mol%とする。MgOの一部をNiOで置換する場合、NiOの量は前記合計量の70%以下とすることが望ましい。70%を超えると得られる磁性フェライトの磁歪定数が大きくなり、透磁率μの劣化防止効果を得にくくなるからである。さらに、MgOとともに、またはMgOに代えてMg(OH)2、MgCO3を用いることもできる。
磁性フェライトの磁気特性は組成依存性が非常に強く、上記組成範囲をはずれた領域では、透磁率μや品質係数Qが小さくなり、積層型フェライト部品として適さなくなる。
【0011】
本発明の磁性フェライト用粉末は、上記組成を有するとともに、粒度分布のピーク位置が0.3〜1.2μmの範囲にあることを特徴としている。これは、940℃以下の低温域における同時焼成を可能にするためである。つまり、本発明者はMgCuZnフェライトを低温焼成するための検討を行ったところ、従来には低温焼成が困難であったMgCuZnフェライトを、焼成前の粉末の粒度分布のピーク位置を1.2μm以下とすることにより低温焼成が可能となることを知見した。そして、このような粒度分布の粉末を得るためには、仮焼き温度を900℃以下、望ましくは850℃以下と低く抑えることが有効であることも知見した。以上の仮焼き温度および粉末の粒度分布の条件を備えることにより、低温、つまり940℃以下の温度でもMgCuZnフェライトを十分な特性を確保しつつ焼成できることが明らかとなった。
【0012】
本発明の磁性フェライト用粉末を得るにあたって、仮焼き温度は900℃以下とする。そうすることにより、低温焼成を可能とする。すなわち、仮焼き温度が900℃を超えてしまうと仮焼き体が硬くなり、低温焼成を可能とする粉末の粒度分布を得ることが困難となるからである。望ましい仮焼き温度は730〜850℃である。
仮焼き後に仮焼き体は粉砕され、その粉砕された粉末が焼成される。その粉末の粒度分布を、そのピーク位置が0.3〜1.2μmの範囲とすることが本発明にとって重要である。つまり、粒度分布のピーク位置が1.2μmを超えると低温焼成、より具体的には940℃以下の温度での焼成が困難となる。逆に粒度分布のピーク位置が1.2μm以下であると、940℃以下の温度での焼成における収縮率が10%以上を確保できるため、十分な特性を有する磁性フェライトを得ることができる。ただし、0.3μm未満になると比表面積が大きくなり、積層型フェライト部品を得るためのペーストやシートを得ることが困難となる。望ましい粒度分布のピーク位置は、0.5〜1.0μmである。なお、このような粒度分布の粉末を得るためには粉砕条件を制御すればよいが、特に条件を制御することなく粉砕した後の粉末からこのような粒度分布の粉末を採集することもできる。
【0013】
本発明の磁性フェライト用粉末は、MgO粉末、Fe2O3粉末、CuO粉末、ZnO粉末の混合粉末である。MgOの一部をNiOで置換する場合には、NiO粉末も混合される。また、MgOとともに、またはMgOに代えてMg(OH)2、MgCO3を用いる場合には、Mg(OH)2、MgCO3を混合すればよい。なお、本発明の低温焼成をより加速するために、ホウケイ酸ガラス等の各種ガラスや、V2O5、Bi2O3、B2O3、WO3、PbO等の低融点酸化物を添加することもできる。
【0014】
次に、積層型フェライト部品の一形態である積層型チップインダクタについて説明する。図1は積層型チップインダクタの概略断面図、図2は図1のII−II断面図である。図1に示すように、積層型チップインダクタ1は、磁性フェライト層2および内部電極3とが交互に積層された多層構造のチップ体4と、このチップ体4の両端部に内部電極3と電気的に導通するように配置した外部電極5とから構成される。
磁性フェライト層2に本発明による磁性フェライト材料を用いる。つまり、前記粒度分布のピーク位置が0.3〜1.2μmの粉末を、バインダおよび溶剤とともに混練して磁性フェライト層2形成用のペーストを得る。このペーストと内部電極3形成用のペーストとを交互に印刷、積層した後に焼成して一体のチップ体4を得る。
前記バインダとしては、エチルセルロース、アクリル樹脂、ブチラール樹脂等の公知のバインダを用いることができる。また、溶剤も、テルピネオール、ブチルカルビトール、ケロシン等の公知の溶剤を用いることができる。バインダおよび溶剤の添加量には制限はない。ただし、バインダについては1〜5質量部、溶剤については10〜50質量部の範囲とすることが推奨される。
バインダおよび溶剤の他に、分散剤、可塑剤、誘電体、絶縁体等を10質量部以下の範囲で添加することもできる。分散剤としては、ソルビタン脂肪酸エステル、グリセリン脂肪酸エステルを添加することができる。また、可塑剤としては、ジオクチルフタレート、ジブチルフタレート、ブチルフタリルグリコール酸ブチルを添加することができる。
【0015】
磁性フェライト層2は、磁性フェライト層2用シートを用いて形成することもできる。すなわち、前記粒度分布のピーク位置が0.3〜1.2μmの粉末を、ポリビニルブチラールを主成分とするバインダと、トルエン、キシレン等の溶媒とともにボールミル中で混練してスラリを得る。このスラリを、ポリエステルフィルム等のフィルム上に、例えばドクターブレード法により塗布、乾燥して磁性フェライト層2用シートを得ることができる。この磁性フェライト層2用シートを、内部電極3用のペーストと交互に積層した後に、焼成すれば多層構造のチップ体4を得ることができる。なお、バインダの量に制限はないが、1〜5質量部の範囲とすることが推奨される。また、分散剤、可塑剤、誘電体、絶縁体等を10質量部以下の範囲で添加することもできる。
【0016】
内部電極3は、インダクタとして実用的な品質係数Qを得るために抵抗率の小さいAgまたはAg合金、例えばAg−Pd合金を用いることが望ましい。しかし、これに限るものではなく、Cu、Pdまたはこれらの合金を用いることもできる。内部電極3を得るためのペーストは、AgまたはAg合金の粉末、若しくはこれらの酸化物粉末と、バインダおよび溶剤とを混合、混練して得ることができる。バインダおよび溶剤としては、前記磁性フェライト層2を形成するためのペーストに用いられていたものと同様のものを適用することができる。内部電極3は、各層が長円形状をなし、隣接する内部電極3の各層は図3に示されるように、スパイラル状になって導通が確保されているので、閉磁路コイル(巻線パターン)を構成する。
外部電極5の材質としては、Ag、Ni、Cu、Ag−Pd合金といった公知の材料を用いることができる。外部電極5は、これら材料を印刷法、メッキ法、蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタ法等の各種の方法により形成することができる。
【0017】
積層型チップインダクタ1のチップ体4の外径、寸法には特に制限はない。用途に応じて適宜設定することができる。一般的には、外形はほぼ直方体形状であり、寸法としては1.0〜4.5mm×0.5〜3.2mm×0.6〜1.9mmの範囲のものが多い。また、磁性フェライト層2の電極間厚さt1およびベース厚さt2にも特に制限はなく、電極間厚さt1としては10〜100μm、ベース厚さt2としては250〜500μm程度で設定できる。さらに内部電極3自体の厚さt3としては、通常、5〜30μmの範囲で設定でき、また、巻線パターンのピッチは10〜100μm、巻数は1.5〜20.5ターン程度とすることができる。
【0018】
磁性フェライト層2用のペーストまたはシートと内部電極3用のペーストとを交互に積層した後の焼成温度は、940℃以下とする。940℃を超えると、磁性フェライト層2中に内部電極3を構成する材料が拡散して、磁気特性を著しく低下させるおそれがあるからである。本発明の磁性フェライトが低温焼成に適しているとはいえ、800℃未満の温度では焼成が不十分となる。したがって、焼成は800℃以上とすることが望ましい。望ましい焼成温度は820〜930℃、さらに望ましくは875〜920℃である。なお、焼成時間は、0.05〜5時間、望ましくは0.1〜3時間の範囲で設定すればよい。
【0019】
次に、積層型LC複合部品の一実施形態であるLC複合部品について説明する。図3はLC複合部品の概略断面図である。図3に示すように、LC複合部品11は、チップコンデンサ部12とチップフェライト部13とを一体化したものである。
チップコンデンサ部12は、セラミックス誘電体層21と内部電極22とが交互に積層一体化された多層積層構造を有する。セラミックス誘電体層21の材質に制限はなく、従来公知の種々の誘電体材料を用いることができる。本発明においては、焼成温度の低い酸化チタン系誘電体が望ましいが、チタン酸系複合酸化物、ジルコン酸系複合酸化物、あるいはこれらの混合物を用いることができる。さらに焼成温度を下げるために、ホウケイ酸ガラス等の各種ガラスを添加してもよい。内部電極22としては、先に説明した積層型チップインダクタ1の内部電極3と同様の材料を用いることができる。各内部電極22は、交互に別の外部電極15に電気的に接続されている。
【0020】
チップフェライト部13は、磁性フェライト層32と電極層33とが交互に積層した積層型チップインダクタ1から構成されている。この構成は先に説明した積層型チップインダクタ1と同様である。したがって、ここでの詳細な説明は省略する。
LC複合部品11の外径、寸法に制限がないことは先に説明した積層型チップインダクタ1と同様である。したがって、用途に応じて適宜設定することができる。通常、ほぼ直方体の外形を有し、1.6〜10.0mm×0.8〜15.0mm×1.0〜5.0mm程度の寸法を有している。
【0021】
【実施例】
以下本発明を具体的実施例に基づき説明する。
(実施例1)
表1に示す配合組成および以下説明する製造条件により磁性フェライト材料を製造した。焼成前の粉末の粒度分布、および得られた磁性フェライトの透磁率μ、抗応力特性、磁歪定数、密度を以下の条件で測定した。透磁率μ、磁歪定数、密度の結果を表2に、抗応力特性を図4に示す。
<製造条件>
ステンレス製ポット、スチールボールメディアからなるボールミルを用いて表1に従って秤量された原料粉末を16時間湿式混合(分散媒は純水)した。混合終了後、スプレードライヤにより混合粉末を乾燥した。乾燥後760℃で10時間仮焼きを行った。仮焼き終了後、前記ボールミルにて66時間仮焼き体を粉砕し、粉砕された粉末を焼成してトロイダル形状の焼成体および直方体形状の焼成体を得た。焼成温度は900℃、保持時間は2時間である。
【0022】
また、各特性の測定方法は以下の通りである。
<磁歪定数>
5×5×20mmの試料を用い、成瀬科学機器(株)製の飽和磁歪測定装置を用いて測定した。
<粒度分布>
粒度分布を測定する粉末0.02gを100mlの水に分散させる。粒度分布計の測定経路を洗浄し、粒度分布計のリファレンスを測定後、粉末の粒度分布を測定した。なお、粉末の分散および粒度分布の測定には、シンパテック(SYMPATEC)社のへロス(HELOS)システムを用いた。粒度分布および頻度は、レーザ回折法を用い、粒度分布計のプログラムにより計算した。
<透磁率>
トロイダル形状の試料に銅製ワイヤ(線径0.35mm)を20ターン巻き、測定周波数100kHz、測定電流0.2mAでLCRメータ(ヒューレットパッカード(株)製)を用いてインダクタンスを測定し、下記の式を用いて透磁率を求めた。
透磁率μ=(le×L)/(μ0×Ae×N2)
le:磁路長 L:試料のインダクタンス
μ0:真空の透磁率=4π×10-7(H/m) Ae:試料の断面積
N:コイルの巻数
<抗応力特性>
角形トロイダル形状の試料に銅製ワイヤ(線径0.35mm)を20ターン巻き、LCRメータ(ヒューレットパッカード(株)製)に接続し、その状態で抗折強度試験器で加重を加えつつ、測定周波数100kHz、測定電流0.2mAの条件でのインダクタンスの減少率を測定した。なお、インダクタンスの減少率は透磁率μの減少率と比例するため、図4および図5においては透磁率μの減少率として示してある。
【0023】
【表1】
【0024】
【表2】
【0025】
表1及び表2より次のことが判明した。
まず、No.3とNo.1とは、No.3がMgOを14mol%、No.1がNiOを14mol%を添加する点で異なるが、他の組成は一致している。両者の磁歪定数(λs)を比べると、No.3は3×10-6、No.1は12×10-6である。つまり、MgCuZnフェライトはNiCuZnフェライトに比べて磁歪定数が著しく小さいことがわかる。このことは、MgOおよびNiOを除き組成が一致するNo.4とNo.2の磁歪定数からも理解できる。
また、No.1とNo.2とを比べると、NiO量が14mol%から21mol%に増えたことにより磁歪定数が12×10-6から18×10-6へと大きく変動している。これに対しNo.3とNo.4とを比べると、MgOが14mol%から21mol%に増えても、磁歪定数は3×10-6から3.2×10-6へ変動したにすぎない。つまり、MgOは量が増えても基本的には磁歪定数を大きくすることはないものと解される。
No.5はMgOとともにNiOを添加した例であるが、No.1および2に比べると磁歪定数が小さく、かつ透磁率μも良好な値を得ている。
【0026】
図4はNo.3およびNo.1の透磁率μの抗応力特性を、また図5はNo.4およびNo.2の透磁率μの抗応力特性を示している。図4、図5から、応力付与により透磁率μは劣化することが理解できる。しかし、図4から、磁歪定数の小さいNo.3(3×10-6)は磁歪定数の大きいNo.1(12×10-6)よりも、透磁率μの劣化の度合いが小さいことがわかる。図5からも同様のことが言える。したがって、応力による透磁率μの劣化の度合いを低減するためには、磁歪定数の小さいMgCuZn系フェライトを用いることが有効である。
【0027】
次に、表1の組成を有する各粉末100質量部に対して、エチルセルロース2.5質量部、テルピネオール40質量部を加え、3本ロールにて混練して磁性フェライト層用ペーストを調整した。一方、平均粒径0.8μmのAg100質量部に対して、エチルセルロース2.5質量部、テルピネオール40質量部を加え、3本ロールにて混練して内部電極用ペーストを調整した。前記磁性フェライト層用ペーストと前記内部電極用ペーストとを交互に印刷積層した後、900℃で2時間の焼成を行って図1及び図2に示す積層型チップインダクタ1を得た。この2012タイプの積層型チップインダクタ1の寸法は、2.0mm×1.2mm×1.1mmであり、コイルの巻数は4.5ターンとした。次いで、上記の積層型チップインダクタ1の端部にAgからなる外部電極5を600℃で焼き付けて形成した。
得られた積層型チップインダクタ1を測定周波数100kHz、測定電流0.2mAでLCRメータ(ヒューレットパッカード(株)製)を用いてインダクタンスLおよび品質係数Qを測定した。結果を表2に示す。MgCuZnフェライトおよびMgNiCuZnフェライトを用いても、従来のNiCuZnフェライトを用いた積層型チップインダクタと同等の特性を得ることができた。
【0028】
(実施例2)
実施例2はCuO量が及ぼす影響を確認することを目的として行われた。表3に示す配合組成で、実施例1と同様の製造条件で試料を作成して透磁率μおよび密度を測定した。透磁率μの測定条件は実施例1と同様である。結果を表4に示す。
【0029】
【表3】
【0030】
【表4】
【0031】
表3及び表4より、CuO量が増加するにつれて透磁率μは向上するが、24mol%を超えると大きく低下することがわかる。また、CuO量が4.0mol%では実用上十分な磁気特性が得られず、28.0mol%となるとやはり磁気特性が劣化する。したがって、磁気特性の観点からは、CuO量は5mol%以上25mol%以下とするのが望ましい。
表3のNo.6(CuO量:4.0mol%)、No.7(CuO量:8.0mol%)、No.8(CuO量:12.0mol%)、No.9(CuO量:16.0mol%)、No.11(CuO量:24.0mol%)の仮焼き後の粉砕粉末を用いて所定温度まで加熱した際の収縮率(△L/L)を測定した。この収縮率は、焼成のしやすさの目安となるもので、収縮率が大きいほど焼成しやすいとみなすことができる。結果を図6に示す。なお、図6中の線図を加熱収縮曲線と呼ぶ。図6からCuO量の増加に伴い収縮率は大きくなることがわかる。つまり、CuOの添加により焼成がしやすくなり、より低温での焼成が可能となることを示している。No.9(CuO量:16.0mol%)およびNo.11(CuO量:24.0mol%)を比較すると、各温度での収縮率がほぼ等しい。したがって、焼成のしやすさの観点からは、CuO量は20.0mol%程度の添加で足りるものと解される。一方、No.6(CuO量:4.0mol%)はNo.7(CuO量:8.0mol%)に比べて収縮率が小さいことから、低温焼成を十分に可能とするためには、CuO量は7mol%、より望ましくは10.0mol%以上の添加量とすべきである。
【0032】
また、実施例1と同様に積層チップインダクタを作成し、やはり実施例1と同様にインダクタンスLおよび品質係数Qを測定した。結果を表4に示す。積層チップインダクタにおいても、CuO量が8.0〜24.0mol%の例で良好なインダクタンスLおよび品質係数Qが得られることが確認された。
【0033】
(実施例3)
実施例3は仮焼き温度が及ぼす影響を確認することを目的として行われた。表5に示す配合組成で、種々の温度で仮焼きを行う以外は実施例1と同様の製造条件(焼成温度 900℃)で試料を作成して、実施例1と同様に透磁率μおよび密度を測定した。表6に、仮焼き温度毎の粒度分布のピーク位置、透磁率μおよび密度の測定結果を示す。
【0034】
【表5】
【0035】
【表6】
【0036】
全体的な傾向としては、仮焼き温度が850℃の範囲までは仮焼き温度が高くなると透磁率μおよび密度が高くなる。これは、仮焼き温度の向上とともに仮焼きの効果が発揮されることを意味している。また、仮焼き温度が900℃と高くなると、透磁率μおよび密度が低下してしまう。
また、表5に示す配合組成の原料粉末を850℃で仮焼きした後、粉砕条件を変えることにより図7に示す2種類の粉末を得た。この2種類の粉末を用いて、粒度分布のピーク位置が焼成に与える影響を観察するために、加熱収縮曲線を求めた。その結果を図8に示す。
粒度分布のピーク位置が1.38μmの粉末に比べて0.62μmの粉末の方が測定した750〜1000℃の範囲で収縮率が大きいことがわかる。収縮率が大きいほど焼成が進行しやすいといえるから、粒度分布のピーク位置が1.38μmの粉末に比べて0.62μmの粉末の方が焼成性に優れることがわかる。本発明においては内部電極を形成するAgまたはAg合金との同時焼成を可能にするために940℃以下の低温で焼成することが要求されていることは前述の通りである。これに対して、粒度分布のピーク位置が0.62μmの粉末は940℃以下の範囲での収縮率が1.38μmの粉末に比べ大きく、低温焼成に適しているといえる。
【0037】
また、表6のNo.15(仮焼き温度:760℃)、No.18(仮焼き温度:850℃)およびNo.19(仮焼き温度:900℃)の仮焼き後の粉砕粉末を用いて所定温度まで加熱した際の収縮率を測定した。結果を図9に示す。3つの仮焼き温度の中で850℃のNo.18が最も収縮率が大きく、低温焼成に適していることがわかる。仮焼き温度が900℃のNo.19は、仮焼き体が硬くなりすぎて粉砕が十分に行われなかったために収縮率がNo.18よりも小さくなったものと推測される。また、仮焼き温度が760℃のNo.15は、仮焼きによりスピネルの単相組織が得られていないために加熱による収縮率がNo.18よりも劣る結果となったものと推測される。なお、別途行った検討によれば、800℃以上の温度で仮焼きを行うことによりスピネルの単相組織を得ることができることを確認している。したがって、仮焼き温度の設定はこの点を考慮することも重要である。
【0038】
次に、実施例1と同様に積層チップインダクタを作成し、やはり実施例1と同様にインダクタンスLおよび品質係数Qを測定した。結果を表6に示す。仮焼き温度が850℃以下では良好なインダクタンスLおよび品質係数Qが得られるが、900℃となるとインダクタンスLおよび品質係数Qが急激に低下することが確認された。
【0039】
(実施例4)
実施例4は焼成温度が及ぼす影響を確認することを目的として行われた。表7に示す配合組成で、種々の温度で焼成を行う以外は実施例1と同様の製造条件(仮焼き温度760℃)で試料を作成して、実施例1と同様に透磁率μおよび密度を測定した。焼成温度毎の透磁率μおよび密度の測定結果を表8に示す。
また、実施例1と同様に積層チップインダクタを作成し、やはり実施例1と同様にインダクタンスLおよび品質係数Qを測定した。結果を表8に併せて示す。
【0040】
【表7】
【0041】
【表8】
【0042】
表8において、焼成体の透磁率μおよび密度は焼成温度が高くなるにつれて向上している。したがって、この結果だけを看れば高い焼成温度を選択することが望ましいと言うことができる。しかし、積層チップインダクタのインダクタンスL、品質係数Qは、焼成温度が950℃において急激に低下している。これは、内部電極を構成するAgが磁性フェライト層に拡散したためである。したがって、AgまたはAg合金を内部電極とする積層型フェライト部品を製造する場合には、950℃未満の温度で焼成することが必要である。
【0043】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、応力に対する透磁率μの劣化が少なく、かつ低温焼成、つまり電極材料として用いられているAgまたはAg合金の融点以下での焼成が可能な磁性フェライトおよびそれを用いた積層型フェライト部品を低コストで得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本実施の形態に係る積層型チップインダクタの概略断面図である。
【図2】 図1のII−II断面図である。
【図3】 本実施の形態に係るLC複合部品の断面図である。
【図4】 MgCuZnフェライトおよびNiCuZnフェライトにおける透磁率μの抗応力特性を示すグラフである。
【図5】 MgCuZnフェライトおよびNiCuZnフェライトにおける透磁率μの抗応力特性を示すグラフである。
【図6】 CuO量を変えた場合の熱収縮曲線を示すグラフである。
【図7】 実施例3で測定した粒度分布を示すグラフである。
【図8】 粒度分布のピーク位置を変えた場合の熱収縮曲線を示すグラフである。
【図9】 仮焼き温度を変えた場合の熱収縮曲線を示すグラフである。
【符号の説明】
1…積層型チップインダクタ、2…磁性フェライト層、3…内部電極、4…チップ体、5…外部電極、11…LC複合部品、12…チップコンデンサ部、13…チップフェライト部、15…外部電極、21…セラミックス誘電体層、22…内部電極、32…磁性フェライト層、33…電極層
【発明の属する技術分野】
本発明は積層型チップビーズ、積層型インダクタなどの積層型チップフェライト部品、LC複合積層型部品を代表とする複合積層型部品に用いられる磁性フェライトおよび積層型フェライト部品に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
積層型チップフェライト部品および複合積層型部品(本明細書中では積層型フェライト部品と総称する。)は、体積が小さいこと、信頼性が高いことなどから、各種電気機器に用いられている。この積層型フェライト部品は、通常、磁性フェライトからなる磁性層用のシートまたはペーストと内部電極用のペーストとを厚膜積層技術によって積層一体化した後、焼成し、得られた焼成体表面に外部電極用ペーストを印刷または転写した後に焼き付けて製造される。なお、積層一体化した後に焼成することを同時焼成と呼んでいる。内部電極用の材料としてはその低抵抗率からAgまたはAg合金が用いられているため、磁性層を構成する磁性フェライト材料としては、同時焼成が可能、換言すればAgまたはAg合金の融点以下の温度で焼成ができることが絶対条件となる。したがって、高密度、高特性の積層型フェライト部品を得るためには、AgまたはAg合金の融点以下の温度で磁性フェライトを焼成できるかが鍵となる。
【0003】
AgまたはAg合金の融点以下の温度で焼成できる磁性フェライトとしてNiCuZnフェライトが知られている。つまり、微粉砕によって比表面積を6m2/g程度以上とした粉末を用いたNiCuZnフェライトは、Agの融点(960℃)以下の温度で焼成できるため、積層型フェライト部品に広く用いられている。ところが、NiCuZnフェライトは、磁気特性、特に透磁率μが外部応力、熱衝撃に対して敏感であるため(例えば、「粉体及び粉末冶金」vol.39,8号,612-617(1992年)参照)、積層型フェライト部品製造の際に以下のような問題を生ずる。つまり、製造過程で行われるバレル研磨およびメッキ作業による応力、磁性層と内部電極との線膨張係数の差異からくる応力、さらにはプリント基板への実装時に生ずる応力によって、透磁率μが劣化し、インダクタンスLが設計値からずれるという問題である。
この問題を解決するために、本発明者はすでに2つの提案を行っている。1つは、磁性層と内部電極とを空隙を介して対向させることを要旨とするものである(特開平4−65807号公報)。この提案は、磁性層と内部電極との線膨張係数の差異からくる応力を回避しようというものである。他の1つは、NiCuZnフェライトの結晶粒界にBiを存在させることにより、焼成後に結晶粒子に引張応力を生じさせ、外部応力に対する磁気特性の感受性を鈍感にしようというものである(特開平10−223424号公報)。以上の2つの提案は、NiCuZnフェライトの応力に対する磁気特性の劣化に対して有効な手法であった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、NiCuZnフェライトは、その原料であるNiOが高価であるため、自ずと高価な材料となってしまう。したがって、NiOよりも安価なMgO、Mg(OH)2またはMgCO3 を用いたMgCuZnフェライトが注目され、種々の改良がなされている。例えば、特開平10−324564号公報では、MgCuZnフェライトにおいて、含有されるB(硼素)の量を2〜70ppmとすることが提案されている。
ところが、特開平10−324564号公報のMgCuZnフェライトはその実施例によれば1200℃で焼成されているため、このMgCuZnフェライトを本発明が指向する積層型フェライト部品に適用することは困難である。電極材料であるAgまたはAg合金との同時焼成ができないからである。
また、特許第2747403号公報にもMgOを含有する磁性フェライトの開示があるが、焼成条件についての記載がなく、同時焼成を満足するものではないと判断される。
そこで本発明は、応力に対する磁気特性、特に透磁率μの劣化が少なく、かつ低温焼成、つまり電極材料として用いられているAgまたはAg合金の融点以下での焼成が可能な磁性フェライトを低コストで製造する技術の提供を課題とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するために、本発明は、Fe2O3:40〜51mol%、CuO:7〜30mol%、ZnO:0.5〜35mol%、MgO:5〜35mol%の組成を有し、粒度分布のピーク位置が0.5〜1.2μmの範囲にあることを特徴とする磁性フェライト用粉末を提供する。この磁性フェライト用粉末において、MgOの一部をNiOで置換することができる。具体的には、MgOおよびNiOの合計量を5〜35mol%とすればよい。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下本発明を詳細に説明する。
まず、本発明は、磁性フェライトとしてMgCuZnフェライトを採用する。これは、MgCuZnフェライトがNiCuZnフェライトに比べて透磁率μの応力による劣化の度合いが少ないことを知見したことによる。この事実は後述する実施例において示すこととして、ここではMgCuZnフェライトが透磁率μの応力による劣化の度合いが少なくなる原因について言及しておく。
初透磁率(μi)は以下の式で定義されることが知られている。
μi=AMs2/(aK1+bλsσ)
(Ms=飽和磁束密度、K1=異方性定数、λs=磁歪定数、σ=応力)
MgCuZnフェライトとNiCuZnフェライトの磁歪定数を比較すると、NiCuZnフェライトよりMgCuZnフェライトの方が磁歪定数が小さい。磁歪定数は組成により変動するものの、NiCuZnフェライトの磁歪定数は10×10-6を超えるのに対しMgCuZnフェライトは10×10-6以下の値を示す。このことがMgCuZnフェライトを用いると透磁率μの応力による劣化の度合いが少なくなる原因と推察される。
【0008】
従来は、前記特開平4−65807号公報に開示されるように、内部電極からの応力を緩和するために磁性層と内部電極とを空隙を介して対向させる、あるいは特開平10−223414号公報のように結晶粒界にBiを存在させることにより結晶粒界からの応力を緩和するという提案がなされている。つまり、従来の提案は、上記式中の応力項(σ)を小さくすることにより透磁率の劣化を防止しようというものであった。
以上に対して本発明は、磁歪定数(λs)の小さい材料を用いることにより透磁率の劣化を防止しようというものであるから、従来とは異なる思想に基づいているということができる。しかも、MgCuZnフェライトはNiCuZnフェライトに比べて低コストで製造することが可能であり、低コスト化が一段と進む電子機器部品にとって大きなメリットとなる。
【0009】
次に、本発明における組成の限定理由を説明する。
Fe2O3の量は透磁率に大きな影響を与える。Fe2O3が40mol%より少ないと透磁率が小さく、フェライトとしての化学量論組成に近づくにしたがって透磁率は上昇するが、化学量論組成をピークとして急激に低下する。したがって、上限を51mol%とする。望ましいFe2O3の量は、45.0〜49.8mol%である。
CuOは、本発明において焼成温度低減に寄与する化合物であり、7mol%未満では940℃以下の低温焼成を実現できなくなる。ただし、30mol%を超えるとフェライトの固有抵抗が低下して品質係数Qが劣化するので7〜30mol%とする。望ましいCuO量は、8〜25mol%である。
【0010】
ZnOは、その量の増加とともに透磁率μを向上させることができるが、多すぎるとキュリー温度が100℃以下となり、電子部品に要求される温度特性を満足することができなくなる。したがって、ZnO量は0.5〜35mol%とする。望ましいZnO量は15〜25mol%である。
MgOは、磁性フェライトの磁歪定数を下げる効果を有する。この効果を得るためには5mol%以上の量とすることが必要である。しかし、MgOの量が増加するにつれて透磁率μが低下する傾向にあるため35mol%以下とする。望ましいMgOの量は、7〜26mol%である。なお、本発明磁性フェライト用粉末および磁性フェライトにおいて、MgOの一部をNiOで置換することもできるが、その際の添加量はMgOと合計で5〜35mol%、望ましくは7〜26mol%とする。MgOの一部をNiOで置換する場合、NiOの量は前記合計量の70%以下とすることが望ましい。70%を超えると得られる磁性フェライトの磁歪定数が大きくなり、透磁率μの劣化防止効果を得にくくなるからである。さらに、MgOとともに、またはMgOに代えてMg(OH)2、MgCO3を用いることもできる。
磁性フェライトの磁気特性は組成依存性が非常に強く、上記組成範囲をはずれた領域では、透磁率μや品質係数Qが小さくなり、積層型フェライト部品として適さなくなる。
【0011】
本発明の磁性フェライト用粉末は、上記組成を有するとともに、粒度分布のピーク位置が0.3〜1.2μmの範囲にあることを特徴としている。これは、940℃以下の低温域における同時焼成を可能にするためである。つまり、本発明者はMgCuZnフェライトを低温焼成するための検討を行ったところ、従来には低温焼成が困難であったMgCuZnフェライトを、焼成前の粉末の粒度分布のピーク位置を1.2μm以下とすることにより低温焼成が可能となることを知見した。そして、このような粒度分布の粉末を得るためには、仮焼き温度を900℃以下、望ましくは850℃以下と低く抑えることが有効であることも知見した。以上の仮焼き温度および粉末の粒度分布の条件を備えることにより、低温、つまり940℃以下の温度でもMgCuZnフェライトを十分な特性を確保しつつ焼成できることが明らかとなった。
【0012】
本発明の磁性フェライト用粉末を得るにあたって、仮焼き温度は900℃以下とする。そうすることにより、低温焼成を可能とする。すなわち、仮焼き温度が900℃を超えてしまうと仮焼き体が硬くなり、低温焼成を可能とする粉末の粒度分布を得ることが困難となるからである。望ましい仮焼き温度は730〜850℃である。
仮焼き後に仮焼き体は粉砕され、その粉砕された粉末が焼成される。その粉末の粒度分布を、そのピーク位置が0.3〜1.2μmの範囲とすることが本発明にとって重要である。つまり、粒度分布のピーク位置が1.2μmを超えると低温焼成、より具体的には940℃以下の温度での焼成が困難となる。逆に粒度分布のピーク位置が1.2μm以下であると、940℃以下の温度での焼成における収縮率が10%以上を確保できるため、十分な特性を有する磁性フェライトを得ることができる。ただし、0.3μm未満になると比表面積が大きくなり、積層型フェライト部品を得るためのペーストやシートを得ることが困難となる。望ましい粒度分布のピーク位置は、0.5〜1.0μmである。なお、このような粒度分布の粉末を得るためには粉砕条件を制御すればよいが、特に条件を制御することなく粉砕した後の粉末からこのような粒度分布の粉末を採集することもできる。
【0013】
本発明の磁性フェライト用粉末は、MgO粉末、Fe2O3粉末、CuO粉末、ZnO粉末の混合粉末である。MgOの一部をNiOで置換する場合には、NiO粉末も混合される。また、MgOとともに、またはMgOに代えてMg(OH)2、MgCO3を用いる場合には、Mg(OH)2、MgCO3を混合すればよい。なお、本発明の低温焼成をより加速するために、ホウケイ酸ガラス等の各種ガラスや、V2O5、Bi2O3、B2O3、WO3、PbO等の低融点酸化物を添加することもできる。
【0014】
次に、積層型フェライト部品の一形態である積層型チップインダクタについて説明する。図1は積層型チップインダクタの概略断面図、図2は図1のII−II断面図である。図1に示すように、積層型チップインダクタ1は、磁性フェライト層2および内部電極3とが交互に積層された多層構造のチップ体4と、このチップ体4の両端部に内部電極3と電気的に導通するように配置した外部電極5とから構成される。
磁性フェライト層2に本発明による磁性フェライト材料を用いる。つまり、前記粒度分布のピーク位置が0.3〜1.2μmの粉末を、バインダおよび溶剤とともに混練して磁性フェライト層2形成用のペーストを得る。このペーストと内部電極3形成用のペーストとを交互に印刷、積層した後に焼成して一体のチップ体4を得る。
前記バインダとしては、エチルセルロース、アクリル樹脂、ブチラール樹脂等の公知のバインダを用いることができる。また、溶剤も、テルピネオール、ブチルカルビトール、ケロシン等の公知の溶剤を用いることができる。バインダおよび溶剤の添加量には制限はない。ただし、バインダについては1〜5質量部、溶剤については10〜50質量部の範囲とすることが推奨される。
バインダおよび溶剤の他に、分散剤、可塑剤、誘電体、絶縁体等を10質量部以下の範囲で添加することもできる。分散剤としては、ソルビタン脂肪酸エステル、グリセリン脂肪酸エステルを添加することができる。また、可塑剤としては、ジオクチルフタレート、ジブチルフタレート、ブチルフタリルグリコール酸ブチルを添加することができる。
【0015】
磁性フェライト層2は、磁性フェライト層2用シートを用いて形成することもできる。すなわち、前記粒度分布のピーク位置が0.3〜1.2μmの粉末を、ポリビニルブチラールを主成分とするバインダと、トルエン、キシレン等の溶媒とともにボールミル中で混練してスラリを得る。このスラリを、ポリエステルフィルム等のフィルム上に、例えばドクターブレード法により塗布、乾燥して磁性フェライト層2用シートを得ることができる。この磁性フェライト層2用シートを、内部電極3用のペーストと交互に積層した後に、焼成すれば多層構造のチップ体4を得ることができる。なお、バインダの量に制限はないが、1〜5質量部の範囲とすることが推奨される。また、分散剤、可塑剤、誘電体、絶縁体等を10質量部以下の範囲で添加することもできる。
【0016】
内部電極3は、インダクタとして実用的な品質係数Qを得るために抵抗率の小さいAgまたはAg合金、例えばAg−Pd合金を用いることが望ましい。しかし、これに限るものではなく、Cu、Pdまたはこれらの合金を用いることもできる。内部電極3を得るためのペーストは、AgまたはAg合金の粉末、若しくはこれらの酸化物粉末と、バインダおよび溶剤とを混合、混練して得ることができる。バインダおよび溶剤としては、前記磁性フェライト層2を形成するためのペーストに用いられていたものと同様のものを適用することができる。内部電極3は、各層が長円形状をなし、隣接する内部電極3の各層は図3に示されるように、スパイラル状になって導通が確保されているので、閉磁路コイル(巻線パターン)を構成する。
外部電極5の材質としては、Ag、Ni、Cu、Ag−Pd合金といった公知の材料を用いることができる。外部電極5は、これら材料を印刷法、メッキ法、蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタ法等の各種の方法により形成することができる。
【0017】
積層型チップインダクタ1のチップ体4の外径、寸法には特に制限はない。用途に応じて適宜設定することができる。一般的には、外形はほぼ直方体形状であり、寸法としては1.0〜4.5mm×0.5〜3.2mm×0.6〜1.9mmの範囲のものが多い。また、磁性フェライト層2の電極間厚さt1およびベース厚さt2にも特に制限はなく、電極間厚さt1としては10〜100μm、ベース厚さt2としては250〜500μm程度で設定できる。さらに内部電極3自体の厚さt3としては、通常、5〜30μmの範囲で設定でき、また、巻線パターンのピッチは10〜100μm、巻数は1.5〜20.5ターン程度とすることができる。
【0018】
磁性フェライト層2用のペーストまたはシートと内部電極3用のペーストとを交互に積層した後の焼成温度は、940℃以下とする。940℃を超えると、磁性フェライト層2中に内部電極3を構成する材料が拡散して、磁気特性を著しく低下させるおそれがあるからである。本発明の磁性フェライトが低温焼成に適しているとはいえ、800℃未満の温度では焼成が不十分となる。したがって、焼成は800℃以上とすることが望ましい。望ましい焼成温度は820〜930℃、さらに望ましくは875〜920℃である。なお、焼成時間は、0.05〜5時間、望ましくは0.1〜3時間の範囲で設定すればよい。
【0019】
次に、積層型LC複合部品の一実施形態であるLC複合部品について説明する。図3はLC複合部品の概略断面図である。図3に示すように、LC複合部品11は、チップコンデンサ部12とチップフェライト部13とを一体化したものである。
チップコンデンサ部12は、セラミックス誘電体層21と内部電極22とが交互に積層一体化された多層積層構造を有する。セラミックス誘電体層21の材質に制限はなく、従来公知の種々の誘電体材料を用いることができる。本発明においては、焼成温度の低い酸化チタン系誘電体が望ましいが、チタン酸系複合酸化物、ジルコン酸系複合酸化物、あるいはこれらの混合物を用いることができる。さらに焼成温度を下げるために、ホウケイ酸ガラス等の各種ガラスを添加してもよい。内部電極22としては、先に説明した積層型チップインダクタ1の内部電極3と同様の材料を用いることができる。各内部電極22は、交互に別の外部電極15に電気的に接続されている。
【0020】
チップフェライト部13は、磁性フェライト層32と電極層33とが交互に積層した積層型チップインダクタ1から構成されている。この構成は先に説明した積層型チップインダクタ1と同様である。したがって、ここでの詳細な説明は省略する。
LC複合部品11の外径、寸法に制限がないことは先に説明した積層型チップインダクタ1と同様である。したがって、用途に応じて適宜設定することができる。通常、ほぼ直方体の外形を有し、1.6〜10.0mm×0.8〜15.0mm×1.0〜5.0mm程度の寸法を有している。
【0021】
【実施例】
以下本発明を具体的実施例に基づき説明する。
(実施例1)
表1に示す配合組成および以下説明する製造条件により磁性フェライト材料を製造した。焼成前の粉末の粒度分布、および得られた磁性フェライトの透磁率μ、抗応力特性、磁歪定数、密度を以下の条件で測定した。透磁率μ、磁歪定数、密度の結果を表2に、抗応力特性を図4に示す。
<製造条件>
ステンレス製ポット、スチールボールメディアからなるボールミルを用いて表1に従って秤量された原料粉末を16時間湿式混合(分散媒は純水)した。混合終了後、スプレードライヤにより混合粉末を乾燥した。乾燥後760℃で10時間仮焼きを行った。仮焼き終了後、前記ボールミルにて66時間仮焼き体を粉砕し、粉砕された粉末を焼成してトロイダル形状の焼成体および直方体形状の焼成体を得た。焼成温度は900℃、保持時間は2時間である。
【0022】
また、各特性の測定方法は以下の通りである。
<磁歪定数>
5×5×20mmの試料を用い、成瀬科学機器(株)製の飽和磁歪測定装置を用いて測定した。
<粒度分布>
粒度分布を測定する粉末0.02gを100mlの水に分散させる。粒度分布計の測定経路を洗浄し、粒度分布計のリファレンスを測定後、粉末の粒度分布を測定した。なお、粉末の分散および粒度分布の測定には、シンパテック(SYMPATEC)社のへロス(HELOS)システムを用いた。粒度分布および頻度は、レーザ回折法を用い、粒度分布計のプログラムにより計算した。
<透磁率>
トロイダル形状の試料に銅製ワイヤ(線径0.35mm)を20ターン巻き、測定周波数100kHz、測定電流0.2mAでLCRメータ(ヒューレットパッカード(株)製)を用いてインダクタンスを測定し、下記の式を用いて透磁率を求めた。
透磁率μ=(le×L)/(μ0×Ae×N2)
le:磁路長 L:試料のインダクタンス
μ0:真空の透磁率=4π×10-7(H/m) Ae:試料の断面積
N:コイルの巻数
<抗応力特性>
角形トロイダル形状の試料に銅製ワイヤ(線径0.35mm)を20ターン巻き、LCRメータ(ヒューレットパッカード(株)製)に接続し、その状態で抗折強度試験器で加重を加えつつ、測定周波数100kHz、測定電流0.2mAの条件でのインダクタンスの減少率を測定した。なお、インダクタンスの減少率は透磁率μの減少率と比例するため、図4および図5においては透磁率μの減少率として示してある。
【0023】
【表1】
【0024】
【表2】
【0025】
表1及び表2より次のことが判明した。
まず、No.3とNo.1とは、No.3がMgOを14mol%、No.1がNiOを14mol%を添加する点で異なるが、他の組成は一致している。両者の磁歪定数(λs)を比べると、No.3は3×10-6、No.1は12×10-6である。つまり、MgCuZnフェライトはNiCuZnフェライトに比べて磁歪定数が著しく小さいことがわかる。このことは、MgOおよびNiOを除き組成が一致するNo.4とNo.2の磁歪定数からも理解できる。
また、No.1とNo.2とを比べると、NiO量が14mol%から21mol%に増えたことにより磁歪定数が12×10-6から18×10-6へと大きく変動している。これに対しNo.3とNo.4とを比べると、MgOが14mol%から21mol%に増えても、磁歪定数は3×10-6から3.2×10-6へ変動したにすぎない。つまり、MgOは量が増えても基本的には磁歪定数を大きくすることはないものと解される。
No.5はMgOとともにNiOを添加した例であるが、No.1および2に比べると磁歪定数が小さく、かつ透磁率μも良好な値を得ている。
【0026】
図4はNo.3およびNo.1の透磁率μの抗応力特性を、また図5はNo.4およびNo.2の透磁率μの抗応力特性を示している。図4、図5から、応力付与により透磁率μは劣化することが理解できる。しかし、図4から、磁歪定数の小さいNo.3(3×10-6)は磁歪定数の大きいNo.1(12×10-6)よりも、透磁率μの劣化の度合いが小さいことがわかる。図5からも同様のことが言える。したがって、応力による透磁率μの劣化の度合いを低減するためには、磁歪定数の小さいMgCuZn系フェライトを用いることが有効である。
【0027】
次に、表1の組成を有する各粉末100質量部に対して、エチルセルロース2.5質量部、テルピネオール40質量部を加え、3本ロールにて混練して磁性フェライト層用ペーストを調整した。一方、平均粒径0.8μmのAg100質量部に対して、エチルセルロース2.5質量部、テルピネオール40質量部を加え、3本ロールにて混練して内部電極用ペーストを調整した。前記磁性フェライト層用ペーストと前記内部電極用ペーストとを交互に印刷積層した後、900℃で2時間の焼成を行って図1及び図2に示す積層型チップインダクタ1を得た。この2012タイプの積層型チップインダクタ1の寸法は、2.0mm×1.2mm×1.1mmであり、コイルの巻数は4.5ターンとした。次いで、上記の積層型チップインダクタ1の端部にAgからなる外部電極5を600℃で焼き付けて形成した。
得られた積層型チップインダクタ1を測定周波数100kHz、測定電流0.2mAでLCRメータ(ヒューレットパッカード(株)製)を用いてインダクタンスLおよび品質係数Qを測定した。結果を表2に示す。MgCuZnフェライトおよびMgNiCuZnフェライトを用いても、従来のNiCuZnフェライトを用いた積層型チップインダクタと同等の特性を得ることができた。
【0028】
(実施例2)
実施例2はCuO量が及ぼす影響を確認することを目的として行われた。表3に示す配合組成で、実施例1と同様の製造条件で試料を作成して透磁率μおよび密度を測定した。透磁率μの測定条件は実施例1と同様である。結果を表4に示す。
【0029】
【表3】
【0030】
【表4】
【0031】
表3及び表4より、CuO量が増加するにつれて透磁率μは向上するが、24mol%を超えると大きく低下することがわかる。また、CuO量が4.0mol%では実用上十分な磁気特性が得られず、28.0mol%となるとやはり磁気特性が劣化する。したがって、磁気特性の観点からは、CuO量は5mol%以上25mol%以下とするのが望ましい。
表3のNo.6(CuO量:4.0mol%)、No.7(CuO量:8.0mol%)、No.8(CuO量:12.0mol%)、No.9(CuO量:16.0mol%)、No.11(CuO量:24.0mol%)の仮焼き後の粉砕粉末を用いて所定温度まで加熱した際の収縮率(△L/L)を測定した。この収縮率は、焼成のしやすさの目安となるもので、収縮率が大きいほど焼成しやすいとみなすことができる。結果を図6に示す。なお、図6中の線図を加熱収縮曲線と呼ぶ。図6からCuO量の増加に伴い収縮率は大きくなることがわかる。つまり、CuOの添加により焼成がしやすくなり、より低温での焼成が可能となることを示している。No.9(CuO量:16.0mol%)およびNo.11(CuO量:24.0mol%)を比較すると、各温度での収縮率がほぼ等しい。したがって、焼成のしやすさの観点からは、CuO量は20.0mol%程度の添加で足りるものと解される。一方、No.6(CuO量:4.0mol%)はNo.7(CuO量:8.0mol%)に比べて収縮率が小さいことから、低温焼成を十分に可能とするためには、CuO量は7mol%、より望ましくは10.0mol%以上の添加量とすべきである。
【0032】
また、実施例1と同様に積層チップインダクタを作成し、やはり実施例1と同様にインダクタンスLおよび品質係数Qを測定した。結果を表4に示す。積層チップインダクタにおいても、CuO量が8.0〜24.0mol%の例で良好なインダクタンスLおよび品質係数Qが得られることが確認された。
【0033】
(実施例3)
実施例3は仮焼き温度が及ぼす影響を確認することを目的として行われた。表5に示す配合組成で、種々の温度で仮焼きを行う以外は実施例1と同様の製造条件(焼成温度 900℃)で試料を作成して、実施例1と同様に透磁率μおよび密度を測定した。表6に、仮焼き温度毎の粒度分布のピーク位置、透磁率μおよび密度の測定結果を示す。
【0034】
【表5】
【0035】
【表6】
【0036】
全体的な傾向としては、仮焼き温度が850℃の範囲までは仮焼き温度が高くなると透磁率μおよび密度が高くなる。これは、仮焼き温度の向上とともに仮焼きの効果が発揮されることを意味している。また、仮焼き温度が900℃と高くなると、透磁率μおよび密度が低下してしまう。
また、表5に示す配合組成の原料粉末を850℃で仮焼きした後、粉砕条件を変えることにより図7に示す2種類の粉末を得た。この2種類の粉末を用いて、粒度分布のピーク位置が焼成に与える影響を観察するために、加熱収縮曲線を求めた。その結果を図8に示す。
粒度分布のピーク位置が1.38μmの粉末に比べて0.62μmの粉末の方が測定した750〜1000℃の範囲で収縮率が大きいことがわかる。収縮率が大きいほど焼成が進行しやすいといえるから、粒度分布のピーク位置が1.38μmの粉末に比べて0.62μmの粉末の方が焼成性に優れることがわかる。本発明においては内部電極を形成するAgまたはAg合金との同時焼成を可能にするために940℃以下の低温で焼成することが要求されていることは前述の通りである。これに対して、粒度分布のピーク位置が0.62μmの粉末は940℃以下の範囲での収縮率が1.38μmの粉末に比べ大きく、低温焼成に適しているといえる。
【0037】
また、表6のNo.15(仮焼き温度:760℃)、No.18(仮焼き温度:850℃)およびNo.19(仮焼き温度:900℃)の仮焼き後の粉砕粉末を用いて所定温度まで加熱した際の収縮率を測定した。結果を図9に示す。3つの仮焼き温度の中で850℃のNo.18が最も収縮率が大きく、低温焼成に適していることがわかる。仮焼き温度が900℃のNo.19は、仮焼き体が硬くなりすぎて粉砕が十分に行われなかったために収縮率がNo.18よりも小さくなったものと推測される。また、仮焼き温度が760℃のNo.15は、仮焼きによりスピネルの単相組織が得られていないために加熱による収縮率がNo.18よりも劣る結果となったものと推測される。なお、別途行った検討によれば、800℃以上の温度で仮焼きを行うことによりスピネルの単相組織を得ることができることを確認している。したがって、仮焼き温度の設定はこの点を考慮することも重要である。
【0038】
次に、実施例1と同様に積層チップインダクタを作成し、やはり実施例1と同様にインダクタンスLおよび品質係数Qを測定した。結果を表6に示す。仮焼き温度が850℃以下では良好なインダクタンスLおよび品質係数Qが得られるが、900℃となるとインダクタンスLおよび品質係数Qが急激に低下することが確認された。
【0039】
(実施例4)
実施例4は焼成温度が及ぼす影響を確認することを目的として行われた。表7に示す配合組成で、種々の温度で焼成を行う以外は実施例1と同様の製造条件(仮焼き温度760℃)で試料を作成して、実施例1と同様に透磁率μおよび密度を測定した。焼成温度毎の透磁率μおよび密度の測定結果を表8に示す。
また、実施例1と同様に積層チップインダクタを作成し、やはり実施例1と同様にインダクタンスLおよび品質係数Qを測定した。結果を表8に併せて示す。
【0040】
【表7】
【0041】
【表8】
【0042】
表8において、焼成体の透磁率μおよび密度は焼成温度が高くなるにつれて向上している。したがって、この結果だけを看れば高い焼成温度を選択することが望ましいと言うことができる。しかし、積層チップインダクタのインダクタンスL、品質係数Qは、焼成温度が950℃において急激に低下している。これは、内部電極を構成するAgが磁性フェライト層に拡散したためである。したがって、AgまたはAg合金を内部電極とする積層型フェライト部品を製造する場合には、950℃未満の温度で焼成することが必要である。
【0043】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、応力に対する透磁率μの劣化が少なく、かつ低温焼成、つまり電極材料として用いられているAgまたはAg合金の融点以下での焼成が可能な磁性フェライトおよびそれを用いた積層型フェライト部品を低コストで得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本実施の形態に係る積層型チップインダクタの概略断面図である。
【図2】 図1のII−II断面図である。
【図3】 本実施の形態に係るLC複合部品の断面図である。
【図4】 MgCuZnフェライトおよびNiCuZnフェライトにおける透磁率μの抗応力特性を示すグラフである。
【図5】 MgCuZnフェライトおよびNiCuZnフェライトにおける透磁率μの抗応力特性を示すグラフである。
【図6】 CuO量を変えた場合の熱収縮曲線を示すグラフである。
【図7】 実施例3で測定した粒度分布を示すグラフである。
【図8】 粒度分布のピーク位置を変えた場合の熱収縮曲線を示すグラフである。
【図9】 仮焼き温度を変えた場合の熱収縮曲線を示すグラフである。
【符号の説明】
1…積層型チップインダクタ、2…磁性フェライト層、3…内部電極、4…チップ体、5…外部電極、11…LC複合部品、12…チップコンデンサ部、13…チップフェライト部、15…外部電極、21…セラミックス誘電体層、22…内部電極、32…磁性フェライト層、33…電極層
Claims (2)
- Fe2O3:40〜51mol%、CuO:7〜30mol%、ZnO:0.5〜35mol%、MgO:5〜35mol%の組成を有し、粒度分布のピーク位置が0.5〜1.2μmの範囲にあることを特徴とする磁性フェライト用粉末。
- MgOおよびNiOの合計量が5〜35mol%である請求項1に記載の磁性フェライト用粉末。
Priority Applications (8)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP35813999A JP3775715B2 (ja) | 1999-12-16 | 1999-12-16 | 磁性フェライト用粉末 |
US09/734,202 US6533956B2 (en) | 1999-12-16 | 2000-12-12 | Powder for magnetic ferrite, magnetic ferrite, multilayer ferrite components and production method thereof |
KR1020000076784A KR100576408B1 (ko) | 1999-12-16 | 2000-12-15 | 자성 페라이트용 분말, 자성 페라이트, 적층형 페라이트부품 및 이의 제법 |
TW089126870A TW581749B (en) | 1999-12-16 | 2000-12-15 | Powder for magnetic ferrite, magnetic ferrite, multilayer ferrite components and production method thereof |
CNB001206699A CN1161797C (zh) | 1999-12-16 | 2000-12-16 | 用于磁性铁氧体的粉末、磁性铁氧体、多层铁氧体元件及其制法 |
US10/329,530 US6628190B2 (en) | 1999-12-16 | 2002-12-27 | Powder for magnetic ferrite, magnetic ferrite, multilayer ferrite components and production method thereof |
US10/329,714 US6737012B2 (en) | 1999-12-16 | 2002-12-27 | Powder for magnetic ferrite, magnetic ferrite, multilayer ferrite components and production method thereof |
US10/329,715 US6658724B2 (en) | 1999-12-16 | 2002-12-27 | Powder for magnetic ferrite, magnetic ferrite, multilayer ferrite components and production method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP35813999A JP3775715B2 (ja) | 1999-12-16 | 1999-12-16 | 磁性フェライト用粉末 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001172075A JP2001172075A (ja) | 2001-06-26 |
JP3775715B2 true JP3775715B2 (ja) | 2006-05-17 |
Family
ID=18457752
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP35813999A Expired - Fee Related JP3775715B2 (ja) | 1999-12-16 | 1999-12-16 | 磁性フェライト用粉末 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3775715B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4835969B2 (ja) * | 2005-03-28 | 2011-12-14 | 日立金属株式会社 | 酸化物磁性材料及びそれを用いた積層型インダクタ |
JP6276107B2 (ja) * | 2014-04-30 | 2018-02-07 | Jfeケミカル株式会社 | マイクロ波吸収発熱体用MgCuZn系フェライト粉末を用いたマイクロ波吸収発熱体 |
-
1999
- 1999-12-16 JP JP35813999A patent/JP3775715B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2001172075A (ja) | 2001-06-26 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6628190B2 (en) | Powder for magnetic ferrite, magnetic ferrite, multilayer ferrite components and production method thereof | |
US9296659B2 (en) | Ferrite ceramic composition, ceramic electronic component, and method for manufacturing ceramic electronic component | |
KR102259183B1 (ko) | 페라이트 조성물 및 적층 전자 부품 | |
KR102232105B1 (ko) | 페라이트 조성물 및 적층 전자 부품 | |
JP4552679B2 (ja) | 酸化物磁性材料及び積層型インダクタ | |
JP5761610B2 (ja) | セラミック電子部品、及びセラミック電子部品の製造方法 | |
JP3975051B2 (ja) | 磁性フェライトの製造方法、積層型チップフェライト部品の製造方法及びlc複合積層部品の製造方法 | |
JP4069284B2 (ja) | 磁性フェライト材料および積層型フェライト部品 | |
KR102362501B1 (ko) | 페라이트 조성물 및 적층 전자 부품 | |
JP3775715B2 (ja) | 磁性フェライト用粉末 | |
JP3921348B2 (ja) | 積層型フェライト部品 | |
JP2001010820A (ja) | フェライト組成物、フェライト焼結体、積層型電子部品およびこれらの製造方法 | |
JPH0891919A (ja) | 酸化物磁性材料組成物とその製造方法、ならびにインダクタ、積層チップインダクタ、および複合積層部品 | |
JP3696016B2 (ja) | 磁性フェライトの製造方法および積層型フェライト部品の製造方法 | |
CN111484323B (zh) | 铁氧体组合物和层叠电子部件 | |
JP3392792B2 (ja) | 積層型フェライト部品 | |
JP4449091B2 (ja) | 磁性フェライト材料、積層型チップフェライト部品、複合積層型部品および磁心 | |
JP2005158895A (ja) | 粒界絶縁型半導体セラミックス及び積層半導体コンデンサ | |
US20220306541A1 (en) | Ferrite composition and electronic component | |
JP3769137B2 (ja) | インダクタンス素子及びその製造方法 | |
JP2002193623A (ja) | 磁性フェライト材料および積層型フェライト部品 | |
JP2002100508A (ja) | 耐電圧部品および積層型フェライト部品 | |
JPH06333721A (ja) | 磁性フェライト、積層型インダクタ部品、複合積層部品および磁心 | |
JPH10303012A (ja) | コイル用非磁性材料及びコイル部品 | |
JPH06333720A (ja) | 磁性フェライトの製造方法、磁性フェライト、積層型インダクタ部品、複合積層部品および磁心 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20021224 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20060217 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100303 Year of fee payment: 4 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |