JP4102673B2

JP4102673B2 - Ferrite

Info

Publication number: JP4102673B2
Application number: JP2003007417A
Authority: JP
Inventors: 秀幸唐澤; 克之堀江; 喜和沖野
Original assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Current assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Priority date: 2003-01-15
Filing date: 2003-01-15
Publication date: 2008-06-18
Anticipated expiration: 2023-01-15
Also published as: JP2004217477A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インダクタンス素子のコア材として使用され、特に樹脂モールドタイプのチップインダクタのコア材として使用されるフェライトと、このフェライトをコア材に用いたインダクタンス素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子機器に多数使用されているインダクタンス素子のコア材としては鉛を含むフェライトが多く使用されてきている。しかし、電子機器はいずれは廃棄物として環境中に廃棄されることになるので、インダクタンス素子のコア材中に含まれている鉛は環境中に拡散し、人間を含めた生物に悪影響を及ぼすおそれがある。従って、インダクタンス素子のコア材としては鉛を含まないフェライトを使用するのが望ましい。そこで、近年、鉛を含まないコア材及びインダクタンス素子が種々提案されている。
【０００３】
例えば、特開平１１−０８７１２６号公報には、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｕ及びＺｎの酸化物を主成分とし、これに第１副成分（酸化ビスマス、酸化バナジウム、酸化リンおよび酸化ホウ素の１種または２種以上と酸化シリコン）及び第２副成分（酸化マグネシウム、酸化カルシウムおよび酸化ストロンチウムの１種または２種以上）を添加したものが開示されている。
【０００４】
ここで、第１副成分は０．１〜１０．０ｗｔ％、第２副成分は０．１〜１０．０ｗｔ％、第１副成分＋第２副成分の添加物の比率は主成分の０．５〜１５ｗｔ％である。そして、このフェライトは、９８ＭＰａの圧力で加圧したときのインダクタンスの変化率は−５％〜＋５％以内となっている。
【０００５】
また、特開２００２−１３４３１２号公報には、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｍｇ及びＺｎの酸化物を主成分とし、Ｃｏ、Ｂｉ及びＳｉの酸化物を副成分として含むフェライトが開示されている。
【０００６】
ここで、主成分は、鉄の酸化物がＦｅ _２Ｏ _３換算で４５．０〜５１．０モル％、銅の酸化物がＣｕＯ換算で０．５〜１５．０モル％、亜鉛の酸化物がＺｎＯ換算で０〜３３．０モル％、マグネシウムの酸化物がＭｇＯ換算で０．１〜５．０モル％、及び残部酸化ニッケルとなっている。
【０００７】
また、副成分は、この主成分に対してコバルト酸化物がＣｏ _３Ｏ _４換算で０．０５〜１．０重量％の範囲、ビスマス酸化物がＢｉ _２Ｏ _３換算で０．５〜７．０重量％の範囲、ケイ素酸化物がＳｉＯ _２換算で０〜５．０重量％の範囲で添加されている。
【０００８】
そして、このフェライトは樹脂モールド型のインダクタンス素子に使用されるものであり、インダクタンスの加圧変化特性として４９ＭＰａの圧力で加圧したときのインダクタンスの変化率が種々記載されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年における技術の進歩はとどまるところがなく、フェライト及びインダクタンス素子についても、鉛を含まず、電気的特性が優れ、信頼性が高くかつ安価なものが望まれている。
【００１０】
また、一定形状・大きさのインダクタンス素子についてインダクタンス値を大きくするためには、コアの芯径を細くし、巻数を多くする必要がある。しかし、このようにすると、モールドした樹脂による外部応力が強くかかるため、安定したインダクタンス値を有するインダクタンス素子を作るために高圧下（１９６ＭＰａ）での応力特性が重要となってくる。
【００１１】
本発明は、鉛を含まず、初透磁率が高く、安価で、１９６ＭＰａの圧力で加圧したときのインダクタンスの抗応力特性に優れ、また、狭交差および高信頼性を備えたフェライト及びこのフェライトをコアとして使用したインス素子を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るフェライトは、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｍｇ及びＺｎの酸化物を主成分とし、Ｃｏ、Ｂｉ及びＳｉの酸化物を副成分として含み、含まれているＢｉ及びＳｉの酸化物の重量比がＢｉ_２Ｏ_３／ＳｉＯ_２として１．２９〜１．８２、Ｂｉ及びＳｉの酸化物の合計重量がＢｉ_２Ｏ_３＋ＳｉＯ_２として４．９９〜６．１３重量％である。
【００１３】
ここで、Ｂｉ及びＳｉの酸化物の重量比をＢｉ_２Ｏ_３／ＳｉＯ_２として１．２９〜１．８２、Ｂｉ及びＳｉの酸化物の合計重量をＢｉ_２Ｏ_３＋ＳｉＯ_２として４．９９〜６．１３重量％の範囲としたのは、Ｂｉ_２Ｏ_３／ＳｉＯ_２が１．８２を超えかつＢｉ_２Ｏ_３＋ＳｉＯ_２が６．１３を超えると９８ＭＰａの変化率ΔＬ_１／Ｌ、１９６ＭＰａの変化率ΔＬ_２／Ｌが悪くなり、Ｂｉ_２Ｏ_３／ＳｉＯ_２が１．２９未満かつＢｉ_２Ｏ_３＋ＳｉＯ_２が４．９９未満では９８ＭＰａの変化率ΔＬ_１／Ｌ、１９６ＭＰａの変化率ΔＬ_２／Ｌが悪くなり、Ｑ値が低くなるが、上記範囲であれば所望の特性のものが得られるからである。
【００１４】
また、この発明に係るフェライトは、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｍｇ及びＺｎの酸化物を主成分とし、Ｃｏ、Ｂｉ及びＳｉの酸化物を副成分として含み、Ｂｉ及びＳｉの酸化物を、Ｂｉ_２Ｏ_３及びＳｉＯ_２の重量％で示すグラフ（図１）において、Ｂｉ_２Ｏ_３が２．８１ｗｔ％、ＳｉＯ_２が２．１８ｗｔ％の組成を示す第１の点Ａと、Ｂｉ_２Ｏ_３が３．４５ｗｔ％、ＳｉＯ_２が２．６８ｗｔ％の組成を示す第２の点Ｂと、Ｂｉ_２Ｏ_３が３．９６ｗｔ％、ＳｉＯ_２が２．１７ｗｔ％の組成を示す第３の点Ｃと、Ｂｉ_２Ｏ_３が３．２２ｗｔ％、ＳｉＯ_２が１．７７ｗｔ％の組成を示す第４の点Ｄとをこの順に結ぶ４本の直線で囲まれた領域内にある。
【００１５】
ここで、Ｂｉ及びＳｉの酸化物を、Ｂｉ_２Ｏ_３及びＳｉＯ_２の重量％で示すグラフの第１〜第４の点Ａ〜点Ｄをこの順に結ぶ４本の直線で囲まれた領域内としたのは、Ｂｉ及びＳｉの酸化物をこの領域内とすれば、所望の特性を有するフェライトを得ることができるが、Ｂｉ及びＳｉの酸化物をこの範囲外とすれば所望の特性を有するフェライトを得ることができないからである。
【００１６】
また、この発明に係るフェライトは、９８ＭＰａの圧力で加圧したときのインダクタンスの変化率が−５％〜＋５％以内であり、１９６ＭＰａの圧力で加圧したときのインダクタンスの変化率が−１０％〜＋１０％以内である。
【００１７】
また、この発明に係るインダクタンス素子は、上記フェライトがコアとして使用され、このコアにコイルが巻回され、これらが合成樹脂でモールドされているものである。
【００１８】
【実施例】
主成分の原料粉末として、Ｆｅ_２Ｏ_３を４７．４モル％、ＮｉＯを３１．０モル％、ＺｎＯを１６．９モル％、ＭｇＯを３．１モル％、ＣｕＯを３．６モル％の割合で秤量した。また、副成分の原料粉末として、Ｃｏ_３Ｏ_４を主成分の重量の０．０８重量％、Ｂｉ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２を表１に示す割合（主成分に対する重量％）で秤量した。
【００１９】
【表１】

【００２０】
次に、これら主成分及び副成分の原料粉末をボールミルに入れ、２時間混合し、得られた混合物を空気中において９００℃で２時間仮焼した。
【００２１】
次に、この仮焼粉をボールミルに入れ、比表面積が３ｍ^２／ｇとなるように湿式で混合・粉砕し、磁性材料（試料１〜３、比較試料１〜２）を得た。ここで、比表面積は、株式会社島津製作所製の比表面積測定装置フローソーブＩＩ２３００形でＢＥＴ一点法により測定した。
【００２２】
次に、粉砕後の混合物を乾燥させ、ポリビニルアルコールを１．０ｗｔ％加えて混合し、１９６ＭＰａの圧力で加圧成形して、寸法が７ｍｍφ×１５ｍｍの円柱状の成形体を得、この成形体を、空気中において１０５０℃で２時間焼成し、フェライトからなる円柱状のコアサンプルを得た。
【００２３】
次に、コアサンプルの中央部にワイヤを２０回巻回し、このコアサンプルの両端面に一定圧力で一軸圧縮力を印加し、このときのインダクタンス値をＬＣＲメータにて連続的に測定し、得られた測定値からインダクタンス変化率を算出した。表２に、９８ＭＰａ、１９６ＭＰａの一軸圧縮力を印加したときのインダクタンス変化率ΔＬ／Ｌを示す。
【００２４】
【表２】

【００２５】
焼結密度（見かけ密度）は、焼結体の焼結性の良し悪しを判断するためのものである。焼結密度が低い場合は焼結体の内部の空孔が多くなり、素子化した場合、高い温湿度で使用するとこの空孔が原因となって、ショート不良等を生じ、信頼性に影響を及ぼしたり、物理的強度が脆弱となる。このような問題を生じさせない焼結密度は、一般に５ｇ／ｃｍ^３以上である。
【００２６】
Ｑ（２５ＭＨｚ）は上記コアサンプルをＪＩＳコイル６φ用に入れ、ＬＣＲメーター４２８５Ａ、４２８５１Ａで２５ＭＨｚのＱ値を測定した。
【００２７】
試料１〜３は、Ｂｉ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２含有量を本発明の規定範囲内で変化させ、比較試料１，２はＢｉ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２含有量が本発明から外れるものとした。
【００２８】
焼結密度は全て５ｇ／ｃｍ^３程度である。また試料１〜３、比較例１は、充分なＱ値をもつ。また、比較例１，２は外部応力に対するインダクタンスの変化率が９８ＭＰａで−５％〜＋５％の範囲を超え、１９６ＭＰａで−１０％〜＋１０％の範囲を超えるものであった。
【００２９】
表１、表２から、重量比Ｂｉ_２Ｏ_３／ＳｉＯ_２が１．８２を超えかつ合計重量Ｂｉ_２Ｏ_３＋ＳｉＯ_２が６．１３を超えると９８ＭＰａ、１９６ＭＰａの加圧変化率ΔＬ_１／Ｌ、ΔＬ_２／Ｌが悪くなることがわかる。
【００３０】
また、表１、表２から、重量比Ｂｉ_２Ｏ_３／ＳｉＯ_２が１．２９未満かつ合計重量Ｂｉ_２Ｏ_３＋ＳｉＯ_２が４．９９未満になると９８ＭＰａ、１９６ＭＰａの変化率ΔＬ_１／Ｌ、ΔＬ_２／Ｌが悪くなり、また、Ｑ値も低くなることがわかる。
【００３１】
【発明の効果】
この発明は、高周波領域におけるＱ値が充分に高く、かつ圧縮応力に対するインダクタンス変化率が小さいフェライトを得ることができ、その結果、高周波領域において高い信頼性と優れた性能を備えたインダクタンス素子を得ることができるという効果がある。
【００３２】
また、この発明は、圧縮応力に対するインダクタンス変化率が小さいフェライトを得ることができるので、インダクタンス素子の設計においてインダクタンス値のねらいが絞り易くなり、インダクタンス素子の設計がし易くなるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るフェライトに含まれるＳｉＯ_２とＢｉ_２Ｏ_３の範囲を示すグラフである。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a ferrite used as a core material of an inductance element, and particularly to a ferrite used as a core material of a resin mold type chip inductor, and an inductance element using the ferrite as a core material.
[0002]
[Prior art]
As a core material of an inductance element used in a large number of electronic devices, ferrite containing lead has been often used. However, since electronic devices will eventually be disposed of as waste in the environment, lead contained in the core material of the inductance element may diffuse into the environment and adversely affect living organisms including humans. There is. Therefore, it is desirable to use a lead-free ferrite as the core material of the inductance element. Therefore, in recent years, various core materials and inductance elements not containing lead have been proposed.
[0003]
For example, JP-A-11-087126 discloses an oxide of Fe, Ni, Cu and Zn as a main component, and a first subcomponent (one or two of bismuth oxide, vanadium oxide, phosphorus oxide and boron oxide). The thing which added the seed | species or more and silicon oxide) and the 2nd subcomponent (one sort or two sorts of magnesium oxide, calcium oxide, and strontium oxide) is indicated.
[0004]
Here, the first subcomponent is 0.1 to 10.0 wt%, the second subcomponent is 0.1 to 10.0 wt%, and the ratio of the additive of the first subcomponent and the second subcomponent is 0% of the main component. .5 to 15 wt%. And this ferrite has a rate of change of inductance within -5% to + 5% when pressed at a pressure of 98 MPa.
[0005]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-134312 discloses a ferrite containing an oxide of Fe, Ni, Cu, Mg and Zn as a main component and an oxide of Co, Bi and Si as subcomponents.
[0006]
Here, the main components are iron oxide 45.0 to 51.0 mol% in terms of Fe ₂ O ₃ , copper oxide 0.5 to 15.0 mol% in terms of CuO, zinc oxide Is 0 to 33.0 mol% in terms of ZnO, the oxide of magnesium is 0.1 to 5.0 mol% in terms of MgO, and the remaining nickel oxide.
[0007]
In addition, as for the subcomponent, cobalt oxide is in the range of 0.05 to 1.0% by weight in terms of Co ₃ O ₄ and bismuth oxide is 0.5 to _{7 in} terms of Bi ₂ O _{3 with} respect to this main component. Silicon oxide is added in the range of 0 to 5.0% by weight in terms of SiO _{2 in} the range of 0% by weight.
[0008]
This ferrite is used for a resin mold type inductance element, and various inductance change rates when pressure is applied at a pressure of 49 MPa are described as the inductance change characteristics.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in recent years, there has been no progress in technology, and there is a demand for ferrite and inductance elements that do not contain lead, have excellent electrical characteristics, have high reliability, and are inexpensive.
[0010]
In order to increase the inductance value of an inductance element having a fixed shape and size, it is necessary to reduce the core diameter and increase the number of turns. However, when this is done, external stress due to the molded resin is strongly applied, and stress characteristics under high pressure ( 196 MPa ) become important in order to produce an inductance element having a stable inductance value.
[0011]
The present invention does not contain lead, has a high initial permeability, is inexpensive, has excellent anti-stress characteristics of inductance when pressed at a pressure of 196 MPa, and has a narrow crossing and high reliability, and this ferrite It is to provide an ins element using as a core.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The ferrite according to the present invention contains Fe, Ni, Cu, Mg and Zn oxides as main components, Co, Bi and Si oxides as subcomponents, and the weight of the contained Bi and Si oxides. The ratio is 1.29 to 1.82 as Bi ₂ O ₃ / SiO ₂ and the total weight of Bi and Si oxides is 4.99 to 6.13 wt% as Bi ₂ O ₃ + SiO ₂ .
[0013]
Here, the weight ratio of Bi and Si oxide is 1.29 to 1.82 as Bi ₂ O ₃ / SiO ₂ , and the total weight of Bi and Si oxide is 4.99 to ₂ as Bi ₂ O ₃ + SiO ₂ . The range of 6.13% by weight is that when Bi ₂ O ₃ / SiO ₂ exceeds 1.82 and Bi ₂ O ₃ + SiO ₂ exceeds 6.13, the rate of change ΔL ₁ / L of 196 MPa is 98 MPa. When the rate of change ΔL ₂ / L becomes worse, Bi ₂ O ₃ / SiO ₂ is less than 1.29 and Bi ₂ O ₃ + SiO ₂ is less than 4.99, the rate of change ΔL ₁ / L of 98 MPa and the rate of change ΔL _{2 of} 196 MPa This is because / L becomes worse and the Q value becomes lower, but the desired characteristics can be obtained within the above range.
[0014]
In addition, the ferrite according to the present invention includes an oxide of Fe, Ni, Cu, Mg and Zn as a main component, an oxide of Co, Bi and Si as subcomponents, and an oxide of Bi and Si as Bi _2. In the graph (FIG. 1) represented by weight percent of O ₃ and SiO ₂ , Bi ₂ O ₃ is 2.81 wt%, SiO ₂ is 2.18 wt%, the first point A showing the composition, and Bi ₂ O ₃ is 3.45wt%, and B second point SiO ₂ shows a composition of 2.68wt%, _Bi 2 _{O 3} is 3.96wt%, and C a third point where SiO ₂ is the composition of 2.17Wt% , Bi ₂ O ₃ is 3.22 wt%, and SiO ₂ is 1.77 wt% in the region surrounded by the four straight lines connecting the fourth point D showing the composition in this order.
[0015]
Here, in a region surrounded by four straight lines connecting the first to fourth points A to D of the graph showing the oxides of Bi and Si in terms of weight percent of Bi ₂ O ₃ and SiO ₂ . The reason is that if Bi and Si oxides are included in this region, ferrite having desired characteristics can be obtained, but if Bi and Si oxides are out of this range, desired characteristics are obtained. This is because ferrite cannot be obtained.
[0016]
Also, the ferrite according to the invention is inductance change ratio within 5% ~ + 5% when pressed at a pressure of 98 MPa, the inductance change ratio when pressurized at a pressure of 196MPa -10% Within + 10%.
[0017]
In the inductance element according to the present invention, the ferrite is used as a core, a coil is wound around the core, and these are molded with a synthetic resin.
[0018]
【Example】
As the raw material powder of the main component, 47.4 mol% of Fe ₂ O ₃ , 31.0 mol% of NiO, 16.9 mol% of ZnO, 3.1 mol% of MgO, and 3.6 mol% of CuO Weighed in proportion. In addition, as raw material powders for the subcomponents, Co ₃ O ₄ was weighed in a ratio of 0.08% by weight of the main component, and Bi ₂ O ₃ and SiO ₂ in the proportions shown in Table 1 (% by weight with respect to the main component).
[0019]
[Table 1]

[0020]
Next, the raw material powders of these main components and subcomponents were placed in a ball mill and mixed for 2 hours, and the resulting mixture was calcined at 900 ° C. for 2 hours in air.
[0021]
Next, this calcined powder was put in a ball mill, and mixed and pulverized by a wet method so that the specific surface area was 3 m ² / g to obtain magnetic materials (Samples 1 to 3 and Comparative Samples 1 and 2). Here, the specific surface area was measured by a BET one-point method using a specific surface area measuring apparatus Flowsorb II 2300 manufactured by Shimadzu Corporation.
[0022]
Next, the pulverized mixture is dried, 1.0 wt% of polyvinyl alcohol is added and mixed, and pressure molding is performed at a pressure of 196 MPa to obtain a cylindrical molded body having a size of 7 mmφ × 15 mm. Was fired in air at 1050 ° C. for 2 hours to obtain a cylindrical core sample made of ferrite.
[0023]
Next, a wire is wound around the center of the core sample 20 times, a uniaxial compressive force is applied to both end faces of the core sample at a constant pressure, and the inductance value at this time is continuously measured with an LCR meter. The inductance change rate was calculated from the measured values. Table 2 shows the inductance change rate ΔL / L when a uniaxial compressive force of 98 MPa and 196 MPa is applied.
[0024]
[Table 2]

[0025]
The sintered density (apparent density) is for judging whether the sintered body is good or bad in sinterability. When the sintered density is low, the number of voids inside the sintered body increases, and when it is made into an element, if it is used at high temperature and humidity, this void causes a short circuit failure and affects reliability. Exerts a weak physical strength. The sintered density that does not cause such a problem is generally 5 g / cm ³ or more.
[0026]
For Q (25 MHz), the above core sample was put into a JIS coil 6φ, and the Q value at 25 MHz was measured with an LCR meter 4285A, 42851A.
[0027]
In Samples 1 to 3, the Bi ₂ O ₃ and SiO ₂ contents were changed within the specified range of the present invention, and in Comparative Samples 1 and 2, the Bi ₂ O ₃ and SiO ₂ contents were excluded from the present invention.
[0028]
The sintered density is about 5 g / cm ³ in all cases. Samples 1 to 3 and Comparative Example 1 have sufficient Q values. In Comparative Examples 1 and 2, the rate of change in inductance with respect to external stress was 98 MPa, exceeding the range of -5% to + 5%, and exceeding 196 MPa to + 10% at 196 MPa.
[0029]
From Table 1 and Table 2, when the weight ratio Bi ₂ O ₃ / SiO ₂ exceeds 1.82 and the total weight Bi ₂ O ₃ + SiO ₂ exceeds 6.13, the pressure change rate ΔL ₁ / L of 98 MPa and 196 MPa. It can be seen that ΔL ₂ / L is deteriorated.
[0030]
Further, from Tables 1 and 2, when the weight ratio Bi ₂ O ₃ / SiO ₂ is less than 1.29 and the total weight Bi ₂ O ₃ + SiO ₂ is less than 4.99, the change rate ΔL ₁ / L of 98 MPa and 196 MPa, It can be seen that ΔL ₂ / L is deteriorated and the Q value is also decreased.
[0031]
【The invention's effect】
According to the present invention, a ferrite having a sufficiently high Q value in a high frequency region and a small inductance change rate with respect to a compressive stress can be obtained. As a result, an inductance element having high reliability and excellent performance in a high frequency region is obtained. There is an effect that can be.
[0032]
In addition, since the present invention can provide a ferrite having a small inductance change rate with respect to compressive stress, it is easy to narrow down the aim of the inductance value in the design of the inductance element, and it is easy to design the inductance element.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a graph showing a range of SiO ₂ and Bi ₂ O ₃ contained in a ferrite according to the present invention.

Claims

The main component is an oxide of Fe, Ni, Cu, Mg, and Zn, and an oxide of Co, Bi, and Si is included as a minor component . The main component is an oxide of Fe of 45.0 in terms of Fe ₂ O _3. ~ 51.0 mol%, Cu oxide is 0.5 to 15.0 mol% in terms of CuO, Zn oxide is 0 to 33.0 mol% in terms of ZnO, and Mg oxide is 0 in terms of MgO 0.1 to 5.0 mol%, and the balance is nickel oxide, and the Co oxide is in the range of 0.05 to 1.0 wt% in terms of Co ₃ O _{4 with} respect to the main component , Bi and in graph oxide in weight percent Bi ₂ O ₃ and SiO ₂ of Si, _Bi 2 _{O 3} is 2.81Wt%, the first point a of SiO ₂ is the composition of 2.18wt%, Bi _{A second} point B showing a composition in which ₂ O ₃ is 3.45 wt% and SiO ₂ is 2.68 wt%; , Bi ₂ O ₃ is in a region surrounded by three straight lines connecting the third point C having a composition of 3.96 wt% and SiO ₂ of 2.17 wt% in this order. .

2. The ferrite according to claim 1, wherein a rate of change of inductance when the pressure is applied in a uniaxial direction at a pressure of 98 MPa is within −5% to + 5%.

2. The ferrite according to claim 1, wherein a rate of change in inductance when the pressure is applied in a uniaxial direction at a pressure of 196 MPa is within −10% to + 10%.