JP4794929B2

JP4794929B2 - 大電流用積層型インダクタの製造方法

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Publication number: JP4794929B2
Application number: JP2005206541A
Authority: JP
Inventors: 光男坂倉; 小林　　清一; 邦昭渡辺; 誠山本; 健太梶原
Original assignee: Toko Inc
Current assignee: Toko Inc
Priority date: 2005-07-15
Filing date: 2005-07-15
Publication date: 2011-10-19
Anticipated expiration: 2025-07-15
Also published as: JP2007027354A

Description

本発明は、磁性体と導体パターンを積層して積層体内にコイルが形成された積層型電子部品及びその製造方法に関するものである。

大電流が流れる電源回路やＤＣ／ＤＣコンバータ回路用のインダクタやトランス等として使用される電子部品に、コイル状に巻回された巻線の周りが金属磁性体粉末を圧粉した金属磁性体で覆われるものがある（例えば、特許文献１を参照。）。
特開2004-153068号公報

近年、電子機器の小型化に伴い、この種の電子部品も小型化が望まれている。しかしながら、この様な電子部品は、巻線を巻回し、この巻線部分を金属磁性体で覆っているため、形状が大型化し、小型の電子機器に用いることができなかった。

一方、小型が進んだ電子部品としては、フェライトからなる磁性体層と導体パターンを積層し、積層体内にコイルが形成された積層型コイルや積層型トランスが知られている。

しかしながら、この様な積層型の電子部品は、磁性体層を構成しているフェライトの飽和磁束密度が低いため、直流重畳特性が悪く、大電流を流すことができなかった。

本発明は、小型・低背でありながら、直流重畳特性が良好で、大電流を流すことができる積層型電子部品及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の積層型電子部品は、磁性体層を構成する材質を工夫することにより前述の課題を解決するものである。すなわち、本発明は、金属磁性体層と導体パターンを積層し、積層体内にコイルが形成される。また、金属磁性体層の金属磁性体がガラスを含有する金属磁性材料によって構成される。
また、本発明の積層型電子部品の製造方法は、金属磁性体粒子を主成分とする金属磁性体と導体パターンを積層して積層体内にコイルが形成された後、積層体が４００℃以上の温度で焼成される。積層体を焼成する際の焼成雰囲気は真空又は、無酸素あるいは低酸素分圧の非酸化雰囲気であり、積層体が焼成された後積層体の空隙に熱硬化性樹脂が含浸される。

本発明の積層型電子部品は、金属磁性体層と導体パターンを積層し、積層体内にコイルが形成されるので、小型・低背でありながら、直流重畳特性が良好で、大電流を流すことができる。
また、本発明の積層型電子部品の製造方法は、金属磁性体粒子を主成分とする金属磁性体と導体パターンを積層して積層体内にコイルが形成された後、積層体が４００℃以上の温度で焼成されるので、導体パターンの抵抗を低下させることができ、小型・低背でありながら、直流重畳特性が良好で、大電流を流すことができる。

本発明の積層型電子部品は、金属磁性体粒子を主成分とし、ガラスを含有する金属磁性体ペーストを用いて形成される金属磁性体層と、銀等の金属を含有する導体ペーストを用いて形成される導体パターンを積層して、積層体内にコイルパターンが形成される。この積層体は、窒素雰囲気中において４００℃以上の温度で焼成される。焼成された積層体は、積層体内の空隙に熱硬化性樹脂が含浸される。また、導体パターンは、乾燥した金属磁性体層間において導体体積率が６５％以上有するように金属磁性体層表面に導体ペーストを印刷すると共に、金属磁性体と導体パターンが積層された積層体は１回以上加圧される。
従って、本発明の積層型電子部品は、金属磁性体内にコイルが形成されると共に、導体パターンを構成する導体ペーストが焼成されて充分に導体化させることができる。

以下、本発明の積層型電子部品及びその製造方法を図１乃至図４を参照して説明する。
図１は本発明の積層型電子部品の実施例の分解斜視図、図２は本発明の積層型電子部品の実施例の斜視図である。
図１において、１１Ａ〜１１Ｆは金属磁性体層、１２Ａ〜１２Ｅは導体パターンである。
金属磁性体層１１Ａ〜１１Ｆは、鉄、ステンレス、パーマロイ、アモルファス、Ｃｒを含有する金属磁性体等の金属磁性体粒子を主成分とし、硼珪酸ガラスや水ガラス等のガラスを含有し、ターピネオール、ブチルカルビトール、２−２−４トリメチルペンタンジオールモノイン酪酸エステル（ＭＩＢＥ）等の溶剤とバインダーを混合してペースト状にした金属磁性体ペーストを用いて形成される。また、導体パターン１２Ａ〜１２Ｅは、銀、銀系、金、金系、銅、銅系等の金属材料に、ターピネオール、ブチルカルビトール、２−２−４トリメチルペンタンジオールモノイン酪酸エステル（ＭＩＢＥ）等の溶剤とバインダーを混合してペースト状にした導体ペーストを用いて形成される。
金属磁性体層１１Ａの表面には、導体パターン１２Ａが形成される。この導体パターン１２Ａは、１ターン未満分が形成され、一端が金属磁性体層１１Ａの端面に引き出される。
金属磁性体層１１Ｂの表面には、導体パターン１２Ｂが形成される。この導体パターン１２Ｂは３／４ターン分が形成される。導体パターン１２Ｂの一端は金属磁性体層１１Ｂのスルーホール内の導体を介して導体パターン１２Ａの他端に接続される。
金属磁性体層１１Ｃの表面には、導体パターン１２Ｃが形成される。導体パターン１２Ｃは、３／４ターン分が形成され、その一端が金属磁性体層１１Ｃのスルーホール内の導体を介して導体パターン１２Ｂの他端に接続される。
金属磁性体層１１Ｄの表面には、３／４ターン分の導体パターン１２Ｄが形成される。この導体パターン１２Ｄの一端は金属磁性体層１１Ｄのスルーホール内の導体を介して導体パターン１２Ｃの他端に接続される。
金属磁性体層１１Ｅの表面には、１ターン未満の導体パターン１２Ｅが形成され、一端が金属磁性体層１１Ｅのスルーホール内の導体を介して導体パターン１２Ｃの他端に接続される。導体パターン１２Ｅの他端は、金属磁性体層１１Ｅの端面に引き出される。
この導体パターン１２Ｅが形成された金属磁性体層１１Ｅの上には、導体パターン１２Ｅを保護するための金属磁性体層１１Ｆが形成される。
この様にして導体パターン１２Ａ〜１２Ｅによって積層体内にコイルパターンが形成され、積層体の両端面に形成された外部端子２３、２４間に接続される。

この様な積層型電子部品は以下の様にして製造される。この積層型電子部品をシート積層法によって形成する場合には、金属磁性体粒子として例えばＦｅ−Ｃｒ−Ｓｉ合金を、ガラスとして例えば硼珪酸ガラスを、溶剤として例えばブチルカルビトールを、バインダーとしてセルロース系のものをそれぞれ用い、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｓｉ合金粉末が７９〜９０ｗｔ％、硼珪酸ガラス粉末が０．５〜１０ｗｔ％、ブチルカルビトールが１８ｗｔ％以下、エチルセルロースが１〜２．５ｗｔ％、分散剤が０．５ｗｔ％になる様に配合され、ペースト状にされた金属磁性体ペーストを用いて形成された金属磁性体シートの表面に、化学還元銀粉末が８７ｗｔ％、エチルセルロースが２ｗｔ％、分散剤が０．５ｗｔ％、ブチルカルビトールが１０．５ｗｔ％になる様に配合され、ペースト状にされた導体ペーストやアトマイズ銀粉末が９０ｗｔ％、エチルセルロースが１ｗｔ％、分散剤が０．５ｗｔ％、ＭＩＢＥが８．５ｗｔ％になる様に配合され、ペースト状にされた導体ペーストを印刷して導体パターンを形成し、この導体パターンが形成された金属磁性体シートを所定の順序で所定の枚数を積層して積層体を形成し、所定の形状に切断後、９００℃の高温で焼成される。焼成された積層体の端面には外部端子が形成される。また、この積層型電子部品を印刷積層法によって形成する場合には、金属磁性体粒子として例えばＦｅ−Ｃｒ−Ｓｉ合金を、ガラスとして例えば硼珪酸ガラスを、溶剤として例えばブチルカルビトールを、バインダーとしてセルロース系のものをそれぞれ用い、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｓｉ合金粉末が７９〜９０ｗｔ％、硼珪酸ガラス粉末が０．５〜１０ｗｔ％、ブチルカルビトールが１８ｗｔ％以下、エチルセルロースが１〜２．５ｗｔ％、分散剤が０．５ｗｔ％になる様に配合され、ペースト状にされた金属磁性体ペーストを用いて形成された金属磁性体層の表面に、化学還元銀粉末が８７ｗｔ％、エチルセルロースが２ｗｔ％、分散剤が０．５ｗｔ％、ブチルカルビトールが１０．５ｗｔ％に配合され、ペースト状にされた導体ペーストやアトマイズ銀粉末が９０ｗｔ％、エチルセルロースが１ｗｔ％、分散剤が０．５ｗｔ％、ＭＩＢＥが８．５ｗｔ％になる様に配合され、ペースト状にされた導体ペーストを印刷する導体パターンの形成と、この導体パターンが形成された金属磁性体層上への金属磁性体層の形成を所定回数繰り返して積層体を形成し、所定の形状に切断後、９００℃の高温で焼成される。焼成された積層体の端面には外部端子が形成される。

Ｆｅ−Ｃｒ−Ｓｉ合金粉末が７９ｗｔ％、硼珪酸ガラス粉末が５ｗｔ％、ブチルカルビトールが１８ｗｔ％、エチルセルロースが２．５ｗｔ％、分散剤が０．５ｗｔ％になる様に配合され、ペースト状にされた金属磁性体ペーストを用いて形成された金属磁性体層と、アトマイズ銀粉末が９０ｗｔ％、エチルセルロースが１ｗｔ％、分散剤が０．５ｗｔ％、ＭＩＢＥが８．５ｗｔ％になる様に配合され、ペースト状にされた導体ペーストを用いて形成された導体パターンが印刷積層法によって積層された積層体を４００℃で脱脂した後、９００℃の窒素雰囲気中で焼成したところ、積層体の透磁率は図３の様になった。図３は焼成温度と透磁率の変化率の関係を示すグラフであり、横軸が焼成温度、縦軸が透磁率の変化率を示している。図３に３１で示す様に、窒素雰囲気中で焼成した場合、大気中で焼成した場合の透磁率の変化３２に比較して、高温で焼成した時の透磁率の変化を小さくでき、これにより小型で高インダクタンス値が得られる積層型電子部品を製造できた。

また、金属磁性体層を、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｓｉ合金粉末が７８ｗｔ％、硼珪酸ガラス粉末が１ｗｔ％、ブチルカルビトールが１８ｗｔ％、エチルセルロースが２．５ｗｔ％、分散剤が０．５ｗｔ％になる様に配合され、ペースト状にされた金属磁性体ペーストを用いて形成し、金属磁性体層を形成するごとに上下から０．４ｔｏｎ／ｃｍ^２で加圧し、積層体を形成後この積層体を金型に入れて上下から５ｔｏｎ／ｃｍ^２で加圧して積層型電子部品を製造したところ、積層体中の金属磁性体粒子の体積率は、加圧する前が５８ｖｏｌ％だったのに比較して、加圧後は７１ｖｏｌ％に増加した。また、積層体の透磁率も１０から２０に増加し、インダクタンス値も約２倍に増加した。積層体に加える圧力、回数等について実験したところ、積層体を２００ｋｇ／ｃｍ^２以上で１回以上加圧することにより、絶縁抵抗を劣化させることなく、金属磁性体粒子の高密度化を図ることができた。

また、これらの金属磁性体層に含まれるガラスとして硼珪酸ガラスや、硼珪酸ガラスにＢｉ、Ｐｂ、Ｖ、Ｂａ、Ｃａ、Ｓｒのうちの少なくとも１種類以上添加したものを用いたり、これらの金属磁性体層を構成する金属磁性体粒子の表面を前述の様なガラスで被覆したりして、ガラスの金属磁性体に対する体積比を調整したところ、０．５〜１０％にすることにより、積層体を焼成する際に金属磁性体粒子同士の絶縁を保ったままこれらの粒子同士を接着することができ、積層体の絶縁抵抗と強度と密閉性を改善することができた。
さらに、焼成された積層体中の空隙に熱硬化型樹脂（例えば、エポキシ樹脂）を真空含浸したところ、積層型電子部品の強度を改善することができた。

またさらに、金属磁性体層に、アトマイズ銀粉末を含有し、銀の体積率が９０ｖｏｌ％の導体ペーストを印刷して導体パターンを形成したところ、乾燥後の導体パターンの銀の体積率を６８ｖｏｌ％以上にすることができた。これにより、積層体を脱脂し、９００℃で焼成したところ、従来の還元銀の線収縮率が２０％程度であったに対して、線収縮率を１３％以内に抑えることができ、積層型電子部品の導体パターンの有効断面積を大きくして導体抵抗を３１％低減することができた。また、アトマイズ銀粉末を含有する導体ペーストを印刷して導体パターンを形成した場合と、還元銀粉末を含有する導体ペーストを印刷して導体パターンを形成した場合とで焼成後の導体パターンの特性を比較したところ図４に示す様になった。なお、いずれの導体パターンも厚みが約２０μｍ、幅が約２２０μｍになるように印刷して比較した。

本発明の積層型電子部品の実施例の分解斜視図である。本発明の積層型電子部品の実施例の斜視図である。本発明の積層型電子部品の特性を示すグラフである。本発明の積層型電子部品の特性を示す表である。

符号の説明

１１Ａ〜１１Ｆ金属磁性体層
１２Ａ〜１２Ｅ導体パターン

Claims

Ｆｅ―Ｃｒ―Ｓｉ系金属磁性合金粉末を主成分とし、ガラスを含有する金属磁性体で形成された金属磁性体層と、アトマイズ銀粉末を含有する導体で形成された導体パターンを積層する工程、該金属磁性体層と該導体パターンの積層体を加圧する工程及び、内部にコイルが形成された積層体を真空又は、無酸素あるいは低酸素分圧の非酸化雰囲気中において４００℃以上の温度で焼成される工程を備えたことを特徴とする大電流用積層型インダクタの製造方法。
前記導体パターンを構成するアトマイズ銀の体積率が９０ｖｏｌ％である請求項１に記載の大電流用積層型インダクタの製造方法。
前記金属磁性体層と導体パターンが印刷により積層された請求項１に記載の大電流用積層型インダクタの製造方法。
前記積層体が焼成された後、該積層体の空隙に熱硬化性樹脂を含浸した請求項１乃至請求項３に記載の大電流用積層型インダクタの製造方法。