JP4576727B2

JP4576727B2 - 酸化物磁性体磁器組成物およびそれを用いたインダクタ部品

Info

Publication number: JP4576727B2
Application number: JP2001049082A
Authority: JP
Inventors: 義久増井; 悟中西
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2001-02-23
Filing date: 2001-02-23
Publication date: 2010-11-10
Anticipated expiration: 2021-02-23
Also published as: JP2002255637A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、温度特性に優れ、かつ比抵抗の高い、酸化物磁性体磁器組成物およびそれを用いたインダクタ部品に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、Ｎｉ−Ｚｎ系の酸化物磁性体磁器組成物は、その磁気特性から磁芯の材料として、また、積層チップインダクタなどのインダクタ部品の材料として用いられている。これら磁芯やインダクタ部品は種々の温度環境で使用されるが、温度変化に対する初透磁率μi やインダクタンスの変化が少ない方が望ましい。
【０００３】
このため、初透磁率μi の温度係数およびインダクタンスの温度変化といった温度特性を低減できる、安定した酸化物磁性体磁器組成物が望まれている。また、上記酸化物磁性体磁器組成物の比抵抗が低いと、渦電流損失が大きくなり、Ｑ特性が劣化する。そのため、比抵抗の大きな酸化物磁性体磁器組成物が望まれている。
【０００４】
特公昭５２−２７３５８号公報、特開平４−３３８１６６号公報では、温度特性改善のために、各種添加剤の添加された酸化物磁性体磁器組成物が提案されている。しかしながら、上記各公報に記載の酸化物磁性体磁器組成物は、初透磁率の温度係数が±５００ｐｐｍ／℃の範囲を超えるというように大きいものであった。
【０００５】
また、特開平５−１７５０３２号公報では、焼成雰囲気を変更することで比抵抗を高くすることに成功しているが、温度係数が±５００ｐｐｍ／℃の範囲を超えていた。
【０００６】
一方、Ｆｅ₂Ｏ₃成分比を化学量論的組成よりも大幅に小さく設定することで、初透磁率の温度係数が負となることが知られているが、比抵抗も小さくなるという問題があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従釆、用いられるＮｉ−Ｚｎ系フェライトは、インダクタンスの温度変化や初透磁率の温度係数が±５００ｐｐｍ／℃の範囲を超えており、温度変化に伴う特性値の変化が大きいものであるという問題を有している。
【０００８】
つまり、上記Ｎｉ−Ｚｎ系フェライトを備えたインダクタ部品は種々の環境で使用されるが、特に温度は季節、雰囲気等の環境によって大きく変化するため、温度変化に対してインダクタンス又は透磁率μi が安定した材料としての酸化物磁性体磁器組成物が望まれている。望ましくは、初透磁率の温度係数は±５００ｐｐｍ／℃以内である。
【０００９】
また、酸化物磁性体磁器組成物の比抵抗が低いと、渦電流損失が大きくなりＱ特性が劣化し、さらに、例えばインダクタアレイタイプのように並列素子を有する部品において、各素子を形成する内部導体間の絶縁性が確保されないという問題点がある。そこで、比抵抗の高い酸化物磁性体磁器組成物が望まれている。比抵抗としては、望ましくは１×１０⁸Ω・ｃｍ以上である。
【００１０】
積層チップインダクタは、例えば、銀を含む内部導体を内蔵する積層構造を有しており、この積層構造体の焼成を実施する場合、内部導体に含まれる銀成分の拡散を抑制する必要がある。そのため、材料として用いられる酸化物磁性体磁器組成物は、９００℃以下の低温で焼成可能であることが望まれる。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、９００℃以下の焼成温度において吸水率が０．０１％以下（つまり高密度）であり、初透磁率の温度係数が±５００ｐｐｍ／℃の範囲内、かつ比抵抗ρが、１×１０⁸Ω・ｃｍ以上（ｌｏｇρ≧８）である、焼成特性、温度特性、および比抵抗に優れた酸化物磁性体磁器組成物およびそれを用いたインダクタ部品を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の酸化物磁性体磁器組成物は、以上の課題を解決するために、Ｆｅ₂Ｏ₃を４５．０モル％〜４９．５モル％、ＺｎＯを１．０モル％〜３０．０モル％、ＣｕＯを８．０モル％〜１２．０モル％、ＮｉＯを残部として含有する主成分１００重量部に対し、Ｓｎ酸化物をＳｎＯ₂に換算して１．５重量部〜３．０重量部、Ｃｏ酸化物をＣｏ₃Ｏ₄に換算して０．０２重量部〜０．２０重量部、Ｂｉ酸化物をＢｉ₂Ｏ₃に換算して０．４５重量部以下、含有していることを特徴としている。
【００１３】
上記酸化物磁性体磁器組成物においては、−２５℃〜８５℃間における初透磁率の温度係数が±５００ｐｐｍ／℃以内であり、かつ、比抵抗が１×１０⁸Ω・ｃｍ以上であることが望ましい。
【００１４】
上記構成によれば、上記組成を有することにより、初透磁率の温度係数を低減でき、かつ、比抵抗も大きくできるので、上記構成を磁芯やインダクタ部品に用いた場合、温度変化に伴う特性値の変化を従来より小さくできることから、上記構成を用いた磁芯やインダクタ部品の特性を向上できる。
【００１５】
また、上記構成は、９００℃以下の焼成温度にて得られるので、例えば、銀等の内部導体を有するインダクタ部品においても、焼成時の上記内部導体の拡散を抑制できて、上記インダクタ部品に好適に用いることができる。
【００１６】
本発明のインダクタ部品は、以上の課題を解決するために、コイル状部が、上記の酸化物磁性体磁器組成物を用いた本体に設けられていることを特徴としている。
【００１７】
上記構成によれば、上記酸化物磁性体磁器組成物を用いた本体にコイル状部を設けたことにより、環境温度の変化に伴う、コイル状部によるインダクタンスの変化を小さくできて、特性値の変化が抑制されたものにできると共に、比抵抗が高くできるので、渦電流損失が小さくできてＱ特性を改善できる。また、上記構成を、例えば２以上の複数、素子として内蔵するインダクタアレイ部品においては、素子間の絶縁性が保たれ、高信頼性が得られる。
【００１８】
上記インダクタ部品では、コイル状部のための内部導体を表面に備えると共に酸化物磁性体磁器組成物を用いたシート体を、複数互いに積層した積層構造を有していることが好ましい。
【００１９】
上記構成によれば、積層構造により内部導体をコイル状部とすることができ、また、酸化物磁性体磁器組成物を用いたことにより、シート体の積層した積層構造を焼成する温度を９００℃以下に設定できるので、上記積層構造内の銀等の内部導体の拡散を抑制できて、コイル状部をより安定に作製できる。
【００２０】
また、上記構成では、シート体を積層することにより、酸化物磁性体磁器組成物からなる積層構造を作製するので、ブロック状の積層構造を切り出して多数のチップ状の積層構造を同時に作製するといった大量生産が可能となるので、積層構造の製造を簡便化できる。
【００２１】
このことから、上記構成では、酸化物磁性体磁器組成物を用いた積層構造によって、温度特性や信頼性を向上したものを、より安定に簡便に得ることができるものにできる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の各形態について図１ないし図３に基づいて説明すれば、以下の通りである。
（実施の第一形態）
まず、主成分のための出発原料として、Ｆｅ₂Ｏ₃、ＺｎＯ、ＮｉＯおよびＣｕＯを、添加成分（副成分）としてＳｎＯ₂、Ｃｏ₃Ｏ₄、Ｂｉ₂Ｏ₃をそれぞれ準備した。
【００２３】
次いで、これら出発原料を表１に示す組成比となるように配合し、部分安定化ジルコニアボールを玉石として、ポットミルにて２４時間湿式混合を行った。なお、主成分については主成分間の組成をモル％で、添加成分については主成分１００重量部に対する重量部にて示す。
【００２４】
【表１】

【００２５】
各混合粉末を乾燥後、６５０℃〜７５０℃で仮焼し、その後再びポットミルにて８時間粉砕を行った。次いで粉砕して得られた各粉末にバインダー溶液を混合してスラリーを得た後、そのスラリーからドクターブレード法によってグリーンシートを作製した。これらグリーンシートを積み重ねた後、プレスし、ブロック状のグリーンシート積層体を作成した。
【００２６】
このブロック状のグリーンシート積層体から外径２０ｍｍ、内径１０ｍｍおよび厚み１ｍｍのトロイダルコアの形態を得るように打ち抜いた後、このトロイダルコア状（チップ状）のグリーンシート積層体を大気中９００℃にて１５０分焼成を行い、トロイダルコア状の焼結体を得た。
【００２７】
このようにして得られた焼結体（酸化物磁性体磁器組成物）としてのトロイダルコアに軟銅線を４０ターン巻き、インダクタンスをインピーダンスアナライザーで測定することにより、上記焼結体（トロイダルコア）の初透磁率μi を算出した。
【００２８】
また、上記トロイダルコアを温度槽内に設置し、一２５℃から８５℃まで間のインダクタンスの温度変化を測定することで、初透磁率μi の温度係数を測定した。なお初透磁率μi の温度係数は以下の式によって求められる。
【００２９】
初透磁率μi の温度係数（ｐｐｍ／℃）＝（μ₈₅−μ_-25）×１０⁶／（μ₂₀×１１０）
μ₈₅、μ_-25、μ₂₀は、それぞれ、８５℃、−２５℃、２０℃における初透磁率μi の値である。
【００３０】
また、焼結体に一対の対向電極を形成し、この電極間に２５Ｖ（ＤＣ）を印加して、絶縁抵抗を求め、比抵抗ρを算出した。さらに、焼結体を煮沸水中に４時間放置し、その前後における重量変化より吸水率を求めた。
【００３１】
初透磁率μi 、μi の温度係数、比抵抗、および吸水率の測定結果を表２に合わせて示した。なお、比抵抗ρは表２では対数表記（ｌｏｇρ）してある。表１および表２において＊を付した試料は、本発明の範囲外のもの（つまり比較例）である。
【００３２】
【表２】

【００３３】
本発明に係る酸化物磁性体磁器組成物は、Ｆｅ₂Ｏ₃を４５．０モル％〜４９．５モル％、ＺｎＯを１．０モル％〜３０．０モル％、ＣｕＯを８．０モル％〜１２．０モル％、ＮｉＯを残部として含有する主成分１００重量部に対し、Ｓｎ酸化物をＳｎＯ₂に換算して１．５重量部〜３．０重量部、Ｃｏ酸化物をＣｏ₃Ｏ₄に換算して０．０２重量部〜０．２０重量部、Ｂｉ酸化物をＢｉ₂Ｏ₃に換算して０．００重量部〜０．４５重量部（ただし、０．００重量部を含まない）となるように含有していることを特徴としている。
【００３４】
これら数値限定の理由について以下に説明する。試料No. ２のようにＦｅ₂Ｏ₃が４９．５モル％を超えると著しく焼結性が劣化し、Ａｇ内部導体との同時焼成が困難となり、好ましくない。
【００３５】
試料No. ６のようにＦｅ₂Ｏ₃が４５．０モル％未満では比抵抗が低くなり、絶縁性の劣化、Ｑ特性の劣化につながり、好ましくない。
【００３６】
試料No. ７のようにＺｎＯが１．０モル％未満であると焼結性が劣化し、好ましくない。試料No. １１のようにＺｎＯが３０．０モル％を超えると、キュリー温度が８５℃より低くなり、かつ、著しく温度係数が負に大きくなるため好ましくない。
【００３７】
試料No. １３のようにＣｕＯが８．０モル％未満であると、比抵抗が低くなり、好ましくない。試料No. １７のようにＣｕＯが１２．０モル％を超えると、温度係数が大きくなり、好ましくない。試料No. １８のようにＳｎＯ₂量が１．５０重量部未満であると、温度係数が大きくなり、好ましくない。
【００３８】
試料No. ２２のようにＳｎＯ₂量が３．０重量部を超えると、焼結性が著しく劣化し、好ましくない。試料No. ２３のようにＣｏ₃Ｏ₄量が０．０２重量部未満であると、温度係数が負に大きくなり、好ましくない。試料No. ２６のようにＣｏ₃Ｏ₄量が０．２０重量部を超えると、温度係数が大きくなり、好ましくない。
【００３９】
試料No. ２７のようにＢｉ₂Ｏ₃量が０重量部であると、焼結性が悪く、吸水性があり、好ましくない。試料No. ３０のようにＢｉ₂Ｏ₃量が０．４５重量部を超えると、異常粒成長が生じ磁気特性の安定性が悪く、かつ比抵抗が低くなり、好ましくない。
【００４０】
以上のように好ましくないとされた試料以外の試料はこの発明に属するものである。これらの試料については、９００℃の焼成で良好な焼結性を示し、また初透磁率の温度係数が±５００ｐｐｍ／℃以内で、かつ比抵抗ρが１×１０⁸Ω・ｃｍ以上（ｌｏｇρ≧８）とすることができる。また、上記では、出発原料としてＣｏ₃Ｏ₄を用いた例を挙げたが、これに代えてＣｏＯやＣｏＣＯ₃を用いても同様の効果が得られることが確認されている。
【００４１】
（実施の第二形態）
次に、上記酸化物磁性体磁器組成物を用いた積層チップタイプのインダクタ部品としての積層チップインダクタの実施例について、図１に基づき説明する。
【００４２】
まず、積層チップインダクタ１は複数の磁性体層２を積層した積層構造を有するインダクタ本体３を備える。インダクタ本体３には、例えば銀を含む内部導体４が内蔵されている。
【００４３】
内部導体４は、厚さ方向に互いに積層された図示した磁性体層２の界面に沿って円弧状に伸びるコイル部分と磁性体層２を貫通して互いに隣り合う各コイル部分を導通するためのスルーホール部分５とを含み、全体として、例えば、磁性体層２の厚さ方向にコイル状に伸びるように形成される。
【００４４】
このようなインダクタ本体３は内部導体４を形成しながら、磁性体層２となるべきグリーンシートを積み重ねることによって、生のグリーンシート積層体とし、このグリーンシート積層体を焼成することによって得られるものである。
【００４５】
インダクタ本体３の外表面上であって、内部導体４の各端部がそれぞれ引き出されている各端面上には、それぞれ各外部端子電極６、７が形成され、内部導体４の各端部に電気的に接続された状態とされる。
【００４６】
本発明範囲内である試料No. １と本発明範囲外である試料No. １８および試料No. ２６の酸化物磁性体をそれぞれ磁性体層２とし、内部導体４に銀を用いて、１０．５ターンのコイルを有する積層チップインダクタ１を作製した。
【００４７】
それぞれの試料のインダクタンスＬの温度変化をインピーダンスアナライザーで測定したところ、図２のようになり、本発明の範囲内である試料No. １において優れた温度特性が確認できた。
【００４８】
また、同様に、本発明の範囲外である試料No. １３の酸化物磁性体を磁性層２とし、内部導体４に銀を用いて、１０．５ターンのコイルを有する積層チップインダクタ１を作製した。得られたインダクタについて、先に得られた試料No. １のインダクタとの比較でＱの周波数特性を測定した。結果を図３に示す。図３に示すように、比抵抗が低く本発明範囲外の試料No. １３に比べ、比抵抗の高い本発明範囲内の試料No. １においてＱ特性が優れていることが確認された。
【００４９】
また、２以上の複数のインダクタ素子を内蔵するインダクタアレイ部品を本発明の酸化物磁性体磁器組成物を用いて作製した場合、各インダクタアレイ素子間の絶縁性が保たれ、高信頼性が得られる。
【００５０】
【発明の効果】
本発明の酸化物磁性体磁器組成物は、以上のように、Ｆｅ₂Ｏ₃を４５．０モル％〜４９．５モル％、ＺｎＯを１．０モル％〜３０．０モル％、ＣｕＯを８．０モル％〜１２．０モル％、ＮｉＯを残部として含有する主成分１００重量部に対し、Ｓｎ酸化物をＳｎＯ₂に換算して１．５重量部〜３．０重量部、Ｃｏ酸化物をＣｏ₃Ｏ₄に換算して０．０２重量部〜０．２０重量部、Ｂｉ酸化物をＢｉ₂Ｏ₃に換算して０．４５重量部以下、含有している構成である。
【００５１】
それゆえ、上記構成は、初透磁率の温度係数やインダクタンスの温度変化といった温度特性に優れ、焼成温度を９００℃以下に設定でき、かつ、比抵抗を大きくできるので、優れた物性を備えたインダクタ部品を得ることができるという効果を奏する。
【００５２】
また、本発明のインダクタ部品は、以上のように、上記酸化物磁性体磁器組成物を用いた本体に、コイル状部が設けられている構成である。
【００５３】
それゆえ、本発明のインダクタ部品においては、温度変化による特性値の変化が極めて少なく、同時に比抵抗が高いので渦電流損失が小さくＱ特性が改善されて、高性能化のものが得られるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の酸化物磁性体磁器組成物を用いた、本発明に係るインダクタ部品の概略断面図である。
【図２】本発明の酸化物磁性体磁器組成物、各比較例の酸化物磁性体磁器組成物とを用いた各積層チップインダクタのインダクタンスの温度変化をそれぞれ示すグラフである。
【図３】本発明の酸化物磁性体磁器組成物と、比較例の酸化物磁性体磁器組成物とをそれぞれ用いた各積層チップインダクタのＱの周波数特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１積層チップインダクタ（インダクタ部品）
２磁性体層
３インダクタ本体
４内部導体（コイル状部）

Claims

Ｆｅ₂Ｏ₃を４５．０モル％〜４９．５モル％、ＺｎＯを１．０モル％〜３０．０モル％、ＣｕＯを８．０モル％〜１２．０モル％、ＮｉＯを残部として含有する主成分１００重量部に対し、
Ｓｎ酸化物をＳｎＯ₂に換算して１．５重量部〜３．０重量部、Ｃｏ酸化物をＣｏ₃Ｏ₄に換算して０．０２重量部〜０．２０重量部、Ｂｉ酸化物をＢｉ₂Ｏ₃に換算して０．４５重量部以下、含有していることを特徴とする酸化物磁性体磁器組成物。
−２５℃〜８５℃間における初透磁率の温度係数が±５００ｐｐｍ／℃以内であり、かつ、比抵抗が１×１０⁸Ω・ｃｍ以上であることを特徴とする請求項１記載の酸化物磁性体磁器組成物。
コイル状部が、請求項１または２記載の酸化物磁性体磁器組成物を用いた本体に設けられていることを特徴とするインダクタ部品。
コイル状部のための内部導体を表面に備えると共に酸化物磁性体磁器組成物を用いたシート体を、複数互いに積層した積層構造を有していることを特徴とする請求項３記載のインダクタ部品。