JP4655571B2

JP4655571B2 - 積層コイル部品およびその製造方法

Info

Publication number: JP4655571B2
Application number: JP2004283233A
Authority: JP
Inventors: 充上田; 淳司黒部; 英雄阿慈知; 秀明松嶋
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2004-09-29
Filing date: 2004-09-29
Publication date: 2011-03-23
Anticipated expiration: 2024-09-29
Also published as: JP2006100469A

Description

本発明は、積層インダクタや積層インピーダンス素子などの積層コイル部品に関し、より詳しくは、セラミック基体と内部導体とを同時焼成してなる積層コイル部品に関する。

従来より、セラミックグリーンシートに導電性ペーストを印刷して内部導体を形成し、セラミック基体と内部導体とを同時焼成してなる積層コイルが知られている。このような積層コイル部品においては、小型で高いインダクタンスやインピーダンスを得るためにセラミック基体として透磁率の高い磁性体セラミックスが用いられることが多い。

しかしながら、同時焼成時の磁性体セラミックスと内部導体との収縮率の違いにより、セラミック基体と内部導体との界面で応力が生じ、磁歪効果によってセラミック基体の透磁率が低下してしまい、高いインダクタンスやインピーダンスを得られないという問題があった。

そこで、応力の発生を緩和して磁歪効果を低減させ、高い透磁率を得ようとする技術として、特許文献１に記載された発明がある。

この発明は、導電性粒子と樹脂粒子とを含み、積算ふるい上分布で樹脂粒子の５０％径Ｄ₅₀が導電性樹脂粒子の５０％径Ｄ₅₀に対し０．２５〜１．５である導電性ペーストを使用して内部導体を形成することにより、内部導体の収縮率を大きくして、図４に示すようにセラミック基体４１と内部導体４２との界面に空隙４３を形成することによって応力を低減するものである。
特開２００４−７９９９４号公報

内部導体４２の収縮率を大きくして空隙４３を形成したときの内部導体４２の断面形状は、図４に模式的に示したように、不定形状となり、部分的に断面積が小さな部分が形成されてしまう。これは、導電性ペーストに樹脂粒子を添加することによって内部導体４２の収縮や焼結の速度がばらつくことが原因であると考えられる。

このように特許文献１に記載された発明では、インピーダンスやインダクタンスは上昇するものの、直流抵抗が増大したり、サージ電圧に対する耐性が低下したりするといった新たな問題が発生していた。

本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、セラミック基体と内部導体との界面に発生する応力を緩和しつつ、直流抵抗の増大やサージ耐性の低下を招かない積層コイル部品およびその製造方法を提供することを目的とする。

上記の問題を解決するため、本発明に係る積層コイル部品は、磁性体セラミックスからなるセラミック基体と、該セラミック基体に内蔵された内部導体とを有する積層コイル部品であって、前記セラミック基体はニッケル、亜鉛および銅を含有すると共に、前記セラミック基体中の炭素の含有量が９０重量ｐｐｍ以上２９０重量ｐｐｍ以下であることを特徴とする。

これにより、内部導体とセラミック基体との界面で発生する応力が緩和され、セラミック基体の実効透磁率が上昇し、高いインダクタンスやインピーダンスを得ることができる。内部導体の収縮率を大きくするための樹脂粒子を添加する必要がないので、内部導体の収縮や焼結の速度がばらつくこともなく、直流抵抗の増大やサージ電圧に対する耐性が低下したりすることがない。

セラミック基体中の炭素の含有量を９０重量ｐｐｍ以上２９０重量ｐｐｍ以下にすることによって応力が緩和する詳細なメカニズムはわかっていないが、セラミック基体中に炭素が多く存在することにより、内部導体を構成する金属原子とセラミック基体を構成するフェライトとが酸素を介して結合することを抑制するためであると推定される。

セラミック基体を構成する磁性体は、ニッケル、亜鉛、銅を含むＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライトなどが好適に用いられる。

また、本発明に係る積層コイル部品の製造方法は、セラミックグリーンシートを準備する工程と、前記セラミックグリーンシート上に導電性ペーストで内部導体を形成する工程と、所定枚数の前記セラミックグリーンシートを積層して積層体を形成する工程と、前記積層体を焼成して、セラミック基体と該セラミック基体に内蔵された内部導体とからなる積層コイル部品を得る工程と、を有してなる積層コイル部品の製造方法であって、前記セラミック基体はニッケル、亜鉛および銅を含有する磁性体セラミックスからなり、前記セラミック基体中の炭素の含有量が９０重量ｐｐｍ以上２９０重量ｐｐｍ以下であることを特徴とする。

以上のように本発明は、セラミック基体中の炭素の含有量を９０重量ｐｐｍ以上２９０重量ｐｐｍ以下にすることによってセラミック基体と内部導体との間に発生する応力を緩和し、セラミック基体の実効透磁率が磁歪効果によって低下することを抑制することができるので、高いインダクタンスやインピーダンスを得ることができる。

また、内部導体の収縮率を大きくするための樹脂粒子を添加する必要がないので、内部導体の断面積が部分的に小さくなるようなことがなく、直流抵抗の増大やサージ電圧に対する耐性が低下することがない。

以下において、図面を参照しつつ本発明を実施するための最良の形態について説明する。

図１は本発明の積層コイル部品を示す分解斜視図であり、図２は外観の斜視図である。この積層コイル部品は、内部導体２１が印刷されるとともにビアホール２２が形成されたセラミックグリーンシート１１と無地のセラミックグリーンシート１２が図１に示す所定の順序に積層されたのちに焼成されてなり、セラミック基体１０と、セラミック基体１０に内蔵された内部導体２１と、セラミック基体１０の表面に形成され、内部導体２１と電気的に接続している外部電極３０とからなる。

セラミック基体１０はＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライトからなり、９０重量ｐｐｍ以上２９０重量ｐｐｍ以下の割合で炭素を含有している。

ここで、この積層コイルの製造方法について説明する。まず、出発原料である酸化鉄、酸化亜鉛、酸化銅および酸化ニッケルを用意し、モル比で、Ｆｅ：Ｚｎ：Ｃｕ：Ｎｉ＝４９：２９：８：１４となるように秤量して混合し、混合原料を得る。次に、混合原料に所定量のＰＶＡ（ポリビニルアルコール）を添加して造粒および乾燥を行った後に、大気中６５０℃で４時間焼成し、仮焼原料を得る。

次に、仮焼原料に水、分散剤、可塑剤、バインダーを添加して混練し、セラミックスラリーを得る。このセラミックスラリーを使用しドクターブレード法などの方法によって厚み２５μｍのセラミックグリーンシートを形成する。

次に、セラミックグリーンシートにレーザ加工などの方法によって貫通孔を形成し、Ａｇを主成分とする導電性ペーストを印刷することにより、貫通孔を充填してビアホール２２を形成するとともに内部導体２１を形成する。

内部導体２１が形成されたセラミックグリーンシート１１と無地のセラミックグリーンシート１２とを図１に示した所定の順序で積層して圧着し、積層体を形成する。この積層体を、脱脂処理後に大気中８７０℃で２．５時間焼成し、セラミック基体１０に内部導体２１を内蔵した焼結体を得る。

焼結体をバレル研磨し、Ａｇを主成分とする導電性ペーストを焼き付けてから、順にＮｉめっきおよびＳｎめっきを施して外部電極３０を形成して本発明の積層コイル部品が完成する。

ここで、混合原料に対するＰＶＡの添加量を変動させた７種類の積層コイル部品を上記の製造方法で各々１００個ずつ作製して、セラミック基体１０中の炭素含有量と１００ＭＨｚにおけるインピーダンスを測定した。また、吸水率の測定も行った。

チップサイズは１．６ｍｍ×０．８ｍｍ×０．８ｍｍで、内部導体のターン数は４．５ターンとした。

炭素含有量は、セラミック基体１０と同じ材料を用いて内部導体２１のないリング形状のセラミックスを作成し、乳鉢で粉砕してから堀場製作所製ＥＭＩＡ−８１０Ｗを用いて燃焼法によって測定した。また、吸水率はリング形状のセラミックスを水中で３時間煮沸し、以下の式（１）によって算出した。
吸水率＝（煮沸後の重量−煮沸前の重量）／煮沸前の重量・・・（１）
インピーダンスはアジレント社製ＨＰ４２９１Ａ（Ｆｉｘｔｕｒｅ：１６１９２）によって測定した。

測定結果を表１に示す。また、炭素含有量と１００ＭＨｚにおけるインピーダンスとの関係は図３にも示す。なお、表１中で試料番号＃３〜＃６は本発明の範囲内であり、＃１、＃２、＃７は本発明の範囲外の比較例である。

まず、表１から明らかなように、混合原料に対するＰＶＡ添加量を変化させることによってセラミック基体１０中の炭素含有量を変化させることができることがわかる。これは、添加されたＰＶＡの一部が仮焼後に黒鉛、グラファイト、炭酸塩などの形態で残留し、これらの形態で残留した炭素がさらに本焼成後もセラミック基体１０中に残留することによる。

そして、表１および図３に示すように、セラミック基体１０中の炭素含有量が９０重量ｐｐｍを超えるとインピーダンスの値が急激に上昇することから、セラミック基体１０中の炭素含有量は９０重量ｐｐｍ以上とすることが好ましい。

また、表１に示すように、炭素含有量が４９０重量ｐｐｍの場合には、インピーダンスは高い値が得られるものの、セラミック基体１０が吸水してしまうため好ましくない。よって、セラミック基体１０中の炭素含有量は２９０重量ｐｐｍ以下とすることが好ましい。

このように本発明によれば、セラミック基体１０中の炭素含有量を９０重量ｐｐｍ以上２９０重量ｐｐｍ以下とすることによって、セラミック基体１０と内部導体２１との界面に発生する応力を緩和し、高いインダクタンスやインピーダンスを得ることができる。

次に、本発明の第２の実施例について説明する。実施例１と同様の部分については適宜説明を省略する。

出発原料である酸化鉄、酸化亜鉛、酸化銅および酸化ニッケルを用意し、実施例１と同じ混合原料を得る。次に、混合原料に０．５重量％のＰＶＡ（ポリビニルアルコール）を添加して造粒および乾燥を行った後、大気中６５０℃で４時間焼成し（仮焼）、仮焼原料を得る。

次に、このセラミックグリーンシートを用いて実施例１と同じ方法で積層体を形成する。この積層体を、脱脂処理後に大気中、所定温度で２．５時間焼成し（本焼成）、セラミック基体に内部導体を内蔵した焼結体を得る。

焼結体をバレル研磨し、Ａｇを主成分とする導電性ペーストを焼き付けてから、順にＮｉめっきおよびＳｎめっきを施して外部電極を形成して本発明の積層コイル部品が完成する。

ここで、本焼成の温度を８５０℃〜９３０℃の範囲で変化させた積層コイル部品を各々１００個ずつとリング形状のセラミックスを作製して、実施例１と同じ方法で炭素含有量、１００ＭＨｚにおけるインピーダンス、吸水率を測定した。測定結果を表２に示す。なお、表２中で試料番号＃９，＃１０は本発明の範囲内であり、＃８，＃１１は本発明の範囲外の比較例である。

表２に示すように、炭素含有量が９０重量ｐｐｍ以上２９０重量ｐｐｍ以下である＃９〜＃１０では高いインピーダンスを得られるとともに、吸水も起こっていない。これに対して炭素含有量が４７０重量ｐｐｍである＃８では、高いインピーダンスを得られているものの吸水が発生しており好ましくない。また、炭素含有量が７０重量ｐｐｍである＃１１では高いインピーダンスを得られていない。

このように、焼成温度を選択することによってセラミック基体中の炭素含有量を調整した場合においても、実施例１と同様に本発明の効果を得ることができる。

次に、本発明の第３の実施例について説明する。実施例１と同様の部分については適宜説明を省略する。

次に、仮焼原料に、仮焼原料に対する比率で０．１５重量％の微粒化されたグラファイト、水、分散剤、可塑剤、バインダーを添加して混練し、セラミックスラリーを得る。このセラミックスラリーを使用しドクターブレード法などの方法によって厚み２５μｍのセラミックグリーンシートを形成する。

次に、このセラミックグリーンシートを用いて実施例１と同じ方法で積層体を形成する。この積層体を、脱脂処理後に大気中、８７０℃で２．５時間焼成し（本焼成）、セラミック基体に内部導体を内蔵した焼結体を得る。

ここでこの積層コイル部品（＃１２）と、グラファイトを添加していないこと以外は同条件で作製された積層コイル部品（＃２、数値の比較のために再掲）の炭素含有量、１００ＭＨｚにおけるインピーダンス、吸水率を実施例１と同じ方法で測定した。炭素含有量および吸水率は、リング形状のセラミックスを作製して測定した。測定結果を表３に示す。

表３に示すように、試料番号＃１２では仮焼原料にグラファイトを添加することによってセラミック基体中の炭素含有量が増加し、試料番号＃２と比較して高いインピーダンスをえられるようになっている。

このように、仮焼原料にグラファイトを添加することによってセラミック基体中の炭素含有量を調整した場合においても、実施例１，２と同様に本発明の効果を得ることができる。

次に、本発明の第４の実施例について説明する。実施例１と同様の部分については適宜説明を省略する。

出発原料として酸化鉄、酸化亜鉛、酸化銅および炭酸ニッケルを用意し、モル比で、Ｆｅ：Ｚｎ：Ｃｕ：Ｎｉ＝４９：２９：８：１４となるように秤量して混合し、混合原料を得る。次に、混合原料に０．５重量％のＰＶＡ（ポリビニルアルコール）を添加して造粒および乾燥を行った後、大気中６５０℃で４時間焼成し（仮焼）、仮焼原料を得る。

次に、このセラミックグリーンシートを用いて実施例１と同じ方法で積層体を形成する。この積層体を、脱脂処理後に空気中、８７０℃で２．５時間焼成し（本焼成）、セラミック基体に内部導体を内蔵した焼結体を得る。

ここでこの積層コイル部品（＃１３）と、出発原料として酸化ニッケルを用いたこと以外は同条件で作製された積層コイル部品（＃２、数値の比較のために再掲）の炭素含有量、１００ＭＨｚにおけるインピーダンス、吸水率を実施例１と同じ方法で測定した。炭素含有量および吸水率は、リング形状のセラミックスを作製して測定した。測定結果を表４に示す。

表４に示すように、試料番号＃１３では出発原料として炭酸ニッケルを用いることによってセラミック基体中の炭素含有量が増加し、試料番号＃２と比較して高いインピーダンスをえられるようになっている。

このように、出発原料として炭酸ニッケルを用いることによってセラミック基体中の炭素含有量を調整した場合においても、実施例１〜３と同様に本発明の効果を得ることができる。

なお、上記実施例１ないし４は本発明の一例であって、本発明がこれに限定されるものではない。上記実施例１ないし４では、（１）仮焼原料に対するＰＶＡの添加量を調整する、（２）本焼成の温度を調整する、（３）セラミックスラリーを作製する際にグラファイトを添加する、（４）出発原料として炭酸塩（炭酸ニッケル）を用いる、の方法によってセラミック基体中の炭素含有量を９０重量ｐｐｍ以上２９０重量ｐｐｍ以下としているが、セラミック基体中の炭素含有量を調整する方法はこれに限定されない。例えば、上記（１）〜（４）の２つ以上を組み合わせてもよいし、あるいは、焼成雰囲気を変化させることによっても炭素含有量を調整することができる。具体的には、酸素分圧が高いほど炭素含有量は少なくなり、酸素分圧が低いほど炭素含有量は多くなる。

また、実施例１ないし４のその他の部分についても、本発明の要旨の範囲内において適宜変更することが可能である。

本発明の積層コイルを示す分解斜視図である。本発明の積層コイルを示す外観斜視図である。本発明の実施例１の積層コイルの炭素含有量と１００ＭＨｚにおけるインピーダンスとの関係を示すグラフである。従来の積層コイルの一部を模式的に示す断面図である。

符号の説明

１０セラミック基体
１１，１２セラミックグリーンシート
２１内部導体
２２ビアホール
３０外部電極

Claims

磁性体セラミックスからなるセラミック基体と、該セラミック基体に内蔵された内部導体とを有する積層コイル部品であって、
前記セラミック基体はニッケル、亜鉛および銅を含有すると共に、前記セラミック基体中の炭素の含有量が９０重量ｐｐｍ以上２９０重量ｐｐｍ以下であることを特徴とする積層コイル部品。
セラミックグリーンシートを準備する工程と、
前記セラミックグリーンシート上に導電性ペーストで内部導体を形成する工程と、
所定枚数の前記セラミックグリーンシートを積層して積層体を形成する工程と、
前記積層体を焼成して、セラミック基体と該セラミック基体に内蔵された内部導体とからなる積層コイル部品を得る工程と、を有してなる積層コイル部品の製造方法であって、
前記セラミック基体はニッケル、亜鉛および銅を含有する磁性体セラミックスからなり、前記セラミック基体中の炭素の含有量が９０重量ｐｐｍ以上２９０重量ｐｐｍ以下であることを特徴とする積層コイル部品の製造方法。