JP5382144B2 - 電子部品の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、電子部品の製造方法に関し、詳しくは、磁性体部と、磁性体部内に配設された内部導体部とを備えた電子部品の製造方法に関する。
磁性体部(フェライト)と、磁性体部内に配設された内部導体部とを備えた電子部品(フェライト素子)として、ニッケル−亜鉛系フェライト100重量部に対し、PbO成分を0.3重量部以上5.0重量部以下の割合で添加した磁性体(フェライト母体)の内部に、内部導体(銅導体)を配設して一体焼成することにより形成されるフェライト素子が開示されている(特許文献1の請求項1参照)。
また、PbO成分を0.3重量部以上5.0重量部以下、B23成分を0.03重量部以上1.5重量部以下、SiO2成分を0.03重量部以上1.5重量部以下の割合で添加した磁性体(フェライト母体)の内部に内部導体(銅導体)を配設して一体焼成することにより形成されるフェライト素子が開示されている(特許文献1の請求項2参照)。
そして、上記の各フェライト素子においては、フェライト母体の焼成温度を低下させるために、PbOやB23、SiO2などの低融点成分を添加し、窒素雰囲気中で、内部導体を構成するCuの融点より低い950〜1030℃の温度で焼成を行っている。
特公平7−97525号公報
しかしながら、上述の特許文献1の各フェライト素子の場合、いずれも、PbOやB23、SiO2などの低融点成分(ガラス成分)がフェライト中に存在しているため、焼成工程で異常粒成長を起こし、良好な電気特性が得られないという問題がある。
また、特許文献1では、窒素雰囲気中で、フェライト母体(フェライト磁器)と内部導体(Cu)を同時焼成するようにしているが、酸化物の平衡酸素分圧を示すエリンガム図(図示せず)によれば、Cu−Cu2Oの平衡酸素分圧とFe23−Fe34の平衡酸素分圧との関係から、800℃以上の高温ではCuとFe23とが共存する領域が存在しないことが知られている。すなわち、800℃以上の温度では、Fe23の状態を維持するような酸化性雰囲気に酸素分圧を設定して焼成を行った場合、Cuも酸化されてCu2Oを生成する。一方、Cu金属の状態を維持するような還元性雰囲気に酸素分圧を設定して焼成を行った場合は、Fe23が還元されてFe34を生成する。
すなわち、フェライト母体(フェライト磁器)と内部導体(Cu)を同時焼成する場合、フェライトが還元されないような酸素分圧下で焼成すれば、内部導体を構成するCuが酸化されて内部導体としての機能を十分に果たせなくなり、また、Cuが酸化されることなく金属状態を維持するような条件で焼成した場合、フェライトが還元されて磁性体としての機能を十分に果たせなくなるおそれがある。
従って、特許文献1では、窒素雰囲気中でフェライトとCuを同時焼成しているものの、CuとFe23とが共存する領域が存在しないことから、Cuが酸化しないような還元性雰囲気で焼成すると、フェライトが還元されるため比抵抗ρが低下するという問題があり、このため電子部品に要求される、高い特性や信頼性を実現できないおそれがある。
本発明は、上記課題を解決するものであり、焼成工程で、内部導体部を構成するCuの酸化を抑制、防止するとともに、焼成工程で、NiO、ZnO、Fe23などを含む磁性体部に還元(例えば、Fe23のFe34への還元など)が生じた場合にも、その後に磁性体部を酸化させて本来の特性を確保することにより、良好な特性を備えた信頼性の高い電子部品を効率よく製造することが可能な電子部品の製造方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の電子部品の製造方法は、
少なくともNiO、ZnO、Fe23を含む磁性体部と、前記磁性体部内に配設され、一部が前記磁性体部の表面に引き出された、Cuを主成分とする内部導体部とを具備する電子部品の製造方法であって、
焼成後に前記磁性体部となる未焼成磁性体材料中に、焼成後に前記内部導体部となる未焼成内部導体材料が配設された未焼成積層体を、Cu−Cu2Oの平衡酸素分圧以下、Cu−Cu 2 Oの平衡酸素分圧の1/100倍以上の酸素濃度雰囲気中で焼成する焼成工程と、
前記焼成工程で焼成された焼成済積層体を、その後の降温過程で、酸素濃度が0.01%以上の雰囲気中で熱処理する含酸素雰囲気熱処理工程と
を有することを特徴としている。
また、前記含酸素雰囲気熱処理工程が、前記降温過程における温度の降下を、所定の温度で停止させ、該温度を所定時間保持することにより行われることを特徴としている。
本発明の電子部品の製造方法においては、前記含酸素雰囲気熱処理工程における熱処理温度が、900℃以下の温度であることが好ましい。
また、本発明の電子部品の製造方法は、前記含酸素雰囲気熱処理工程を経て得られる焼成済積層体の表面を研磨して、前記磁性体部の表面に引き出された前記内部導体部の表面の酸化膜を除去する酸化膜除去工程をさらに備えていることを特徴としている。
本発明の電子部品の製造方法は、焼成後に磁性体部となる未焼成磁性体材料中に、焼成後に内部導体部となる未焼成内部導体材料が配設された未焼成積層体を、Cu−Cu2Oの平衡酸素分圧以下、Cu−Cu 2 Oの平衡酸素分圧の1/100倍以上の酸素濃度雰囲気中で焼成する焼成工程と、焼成工程で焼成された焼成済積層体を、その後の降温過程で、酸素濃度が0.01%以上の雰囲気中で熱処理する含酸素雰囲気熱処理工程とを備えているので、焼成工程で内部導体部を構成するCuが酸化されてしまうことを防止しつつ焼成を行うことが可能になるとともに、焼成工程で磁性体部に還元(Fe23のFe34への還元など)が生じて比抵抗の低下などの特性劣化を引き起こした場合にも、上記含酸素雰囲気熱処理工程で、磁性体部を酸化(Fe34のFe23への酸化など)させて所望の特性を持たせることが可能になる。
その結果、特性が良好で信頼性の高い電子部品を効率よく製造することが可能になる。
本発明においては、焼成工程(本焼成工程)における酸素濃度条件として、Cu−Cu 2 Oの平衡酸素濃度から、Cu−Cu2Oの平衡酸素濃度の1/100(10-2倍)の範囲の酸素濃度条件を適用することが望ましいが、これは、焼成工程(本焼成工程)における雰囲気中の酸素濃度が、Cu−Cu2Oの平衡酸素濃度を超えるとCuの酸化が起こり、その1/100を下回ると上記熱処理を行うことによる比抵抗の回復が十分ではなくなる傾向があることによる。
また、上述の含酸素雰囲気熱処理工程を、降温過程での温度の降下を所定の温度で停止させ、該温度を所定時間保持して行うようにした場合、還元された磁性体部を確実に酸化させて、磁性体部に本来の特性を持たせる(例えば、還元されて低下した比抵抗の値を所望の値にまで高める)ことが可能になる。
本発明の電子部品の製造方法においては、含酸素雰囲気熱処理工程における熱処理温度を、900℃以下の温度とすることにより、内部導体部を構成するCuが酸化されることを抑制しつつ、磁性体部を酸化させることが可能になり、本発明をさらに実効あらしめることができる。
なお、含酸素雰囲気熱処理の効果は、熱処理雰囲気中の酸素濃度や、熱処理を施す時間などに影響されるので、実際には、含酸素雰囲気熱処理工程における熱処理温度は、雰囲気中の酸素濃度や熱処理時間などを考慮して定めることが望ましい。
また、含酸素雰囲気熱処理工程を経て得られる焼成済積層体の表面を研磨して、磁性体部の表面に引き出された内部導体部の表面の酸化膜を除去する工程を備えることにより、内部導体部と外部電極を確実に導通させることが可能になり、より信頼性の高い電子部品を確実に製造することができて好ましい。
本発明の一実施例にかかる電子部品の製造方法の一工程において積層体を形成する方法を説明する分解斜視図である。 本発明の一実施例にかかる電子部品の製造方法により製造された電子部品(積層型コイル部品)を示す斜視図である。 本発明の一実施例にかかる電子部品の製造方法により製造された電子部品(積層型コイル部品)の正面断面図である。 本発明の要件を備えていない方法により製造された積層コイル部品のインピーダンスカーブを示す図である。 本発明の実施例にかかる方法により製造された積層コイル部品のインピーダンスカーブを示す図である。 本発明の実施例にかかる方法により製造された他の積層コイル部品のインピーダンスカーブを示す図である。
以下に本発明の実施の形態を示して、本発明の特徴とするところをさらに詳しく説明する。
この実施例では、本発明の実施例にかかる方法により、図2,3に示すような積層コイル部品を作製した。
この積層型コイル部品1は、図2,3に示すように、内部導体部5aが層間接続されてなる螺旋状のコイルLを内部に備えた積層体(磁性体部)11aの両端側に、コイルLの両端部L1,L2と導通するように配設された一対の外部電極21,22を備えた構造を有している。なお、本発明を適用することが可能な電子部品は、図2,3に示すような積層型コイル部品に限られるものではなく、本発明は、内部導体部と磁性体部とを備えた種々の電子部品を製造する場合に広く適用することが可能である。
以下、その製造方法について説明を行う。
(1)磁性体セラミックグリーンシートの作製
まず、Fe23粉末と、ZnO粉末と、NiO粉末と、CuO粉末とを用意した。
そして、Fe23粉末、ZnO粉末、NiO粉末、およびCuO粉末を
Fe23 49.0mol%
ZnO 30.0mol%
NiO 20.0mol%
CuO 1.0mol%
の割合で秤量し、配合磁性体原料を得た。
それから、この配合磁性体原料を、ジルコニア質のメディア(ジルコニアボール)を粉砕・混合メディアとして、ボールミルで20時間湿式混合し、スラリーを得た。
そして、このスラリーを乾燥機により乾操し、750℃で2時間仮焼して仮焼物を得た。この仮焼物をボールミルにて20時間湿式粉砕し、粉砕終了後にバインダーを所定量添加して混合することによりセラミックスラリーを得た。
このようにして得たセラミックスラリーをドクターブレード法によってシート状に成形して、例えば、厚み25μmのセラミックグリーンシート(磁性体セラミックグリーンシート)を得た。
次に、この磁性体セラミックグリーンシート(未焼成磁性体材料)の所定の位置にビアホールを形成した後、Cu粉末と、ワニスと、溶剤とからなるCuペースト(未焼成内部導体材料)を、磁性体セラミックグリーンシートの表面にスクリーン印刷して、所定のコイル用導体パターン(未焼成内部導体材料)と層間接続用ビアホール導体を形成した。
なお、外装部を形成するための外装部用磁性体セラミックグリーンシートとしては、上述のようにして作製した磁性体セラミックグリーンシートを、コイル用導体パターンや層間接続用ビアホール導体などを形成することなくそのまま用いた。
(2)積層コイル部品の作製
図1に示すように、コイル用導体(未焼成内部導体材料)5を有する磁性体セラミックグリーンシート(未焼成磁性体材料)2、コイル用導体を有しない外層用の磁性体セラミックグリーンシート(外装用の未焼成磁性体材料)2(2a)を、所定の順序で積層した。
そして、60℃の温度で100MPaの圧力で圧着することにより、複数のコイル用導体5が層間接続用ビアホール導体10を介して接続された螺旋状のコイルLを内蔵するコイル内蔵積層部6と、コイル内蔵積層部6の積層方向外側に配設された外装部7とを備える未焼成積層体11が複数形成された圧着ブロック(図示せず)を作製した。それから圧着ブロックを所定のサイズ(この実施例では、長さL=1.6mm、幅W=0.8mm)にカットして、個々の未焼成積層体11に分割した。なお、図1は、カットすることにより得られる1つの未焼成積層体11の分解斜視図である。
なお、この実施例では、コイルLのターン数は9.5ターンとした。
(3)比抵抗評価用の円板試料の作製
また、コイル用導体パターンを有しない磁性体セラミックグリーンシートを複数枚積層し、上記(2)の場合と同じく60℃の温度で100MPaの圧力で圧着することにより、コイル用導体パターンを全く有しない圧着ブロックを作製した。この圧着ブロックを円板状に打ち抜き、厚み1mm、直径10mmの円板試料を作製した。
(4)未焼成の積層体および円板試料の脱脂
上述のようにして作製した未焼成積層体、および未焼成の円板試料を、所定の酸素濃度雰囲気中において、所定の温度で熱処理し、十分に脱脂(脱バインダー)した。なお、脱脂時の酸素濃度は、内部導体であるCuが酸化しない雰囲気を選定した。
(5)脱脂後の積層体および円板試料の焼成
脱脂後の積層体、および円板試料を、N2−H2−H2Oの混合ガスを流動させ、酸素分圧を制御した焼成炉に入れ、3℃/分の昇温速度でトップ温度(1000℃)まで昇温し、2〜4時間保持して、積層体および円板試料を焼結させた。
酸素分圧は、前記のN2−H2−H2Oの混合ガスの混合比を調整することにより、H2Oの分解によって生じる酸素に由来する酸素分圧を制御し、酸素分圧がCu−Cu2O平衡酸素分圧(1000℃で6.6×10-2Pa)以下になるように設定して焼成した。具体的には、酸素分圧を6.6×10-2Pa〜6.6×10-3Paの範囲として、焼成を行った。
(6)積層体および円板試料の降温過程での含酸素雰囲気下での熱処理
次に、トップ温度での保持が終了した段階で、3℃/分の降温速度で温度を降下させた。
そして、表1に示すように、温度が900〜600℃になった段階で、焼成炉に投入するガスをN2−O2混合ガス、またはエアに変更し、室温まで降温速度3℃/分で温度を低下させ、焼成した積層体、および円板試料を取り出した(表1の条件2〜8)。
また、表1の条件9〜13の試料については、温度が500〜600℃になった段階で、焼成炉に投入するガスをN2−O2混合ガス、またはエアに変更し、酸素を含む雰囲気(含酸素雰囲気)下で1〜3時間保持した後、室温まで温度を降下させ、焼成済みの積層体、および円板試料を取りだした。
また、上記のような熱処理を行わない試料も作成した(表1の条件1)。
Figure 0005382144
(7)焼成済みの積層体のバレル研磨
次に、上記(6)の工程(含酸素雰囲気熱処理工程)を経て得られた焼成済みの積層体を、それぞれ500個ずつ、純水300mlを加えて、約φ1mmのジルコニア質のメディア(ジルコニアボール)とともに、バレル研磨機用のポット(容量1000ml)に入れ、該ポットを所定の回転数で所定時間回転させることにより、焼成済みの積層体をバレル研磨した。
なお、このバレル研磨は、上記(6)の含酸素雰囲気熱処理工程を経て得られる積層体(焼成済積層体)の表面を研磨して、積層体の表面に引き出されたコイル(内部導体部)Lの端部表面に形成された酸化膜を除去するために行われるものである。
(8)バレル研磨後の積層体への外部電極の形成
次に、バレル研磨を行った後の積層体(焼成済積層体)の両端部に、Ag粉と、ガラスフリットと、ワニスと、溶剤とからなる外部電極形成用の導電ペーストを塗布して乾燥させた後、所定の酸素分圧雰囲気中で、750℃の温度条件下に焼き付けを行い、外部電極本体となる焼付電極を形成した。それから、この焼付電極に周知の方法により電解めっきを施して、焼付電極の表面にニッケルめっき膜、スズめっき膜を順次形成することにより、図2,3に示すように、焼成済積層体(磁性体部)11aの両端側に、コイルLの両端部L1,L2と導通する一対の外部電極21,22を形成した。
このようにして、図2および3に示すように、焼成済積層体11aの内部に配設された、コイル用導体(内部導体部)5aが層間接続されて形成されるコイルLの両端部と導通する一対の外部電極21,22(図2参照)を備えた積層コイル部品1を作製した。
(9)特性の測定方法および評価
(a)インピーダンスカーブ
上述のようにして作製した積層コイル部品について、アジレント・テクノロジー社製のインピーダンスアナライザ(型番HP4291A)を用いて、インピーダンスカーブを測定した。表1の条件1,7および9の試料について測定したインピーダンスカーブを図4,5および6に示す。
図4に示すように、トップ温度での保持が終了した後の降温過程で酸素を含む雰囲気(含酸素雰囲気熱処理)で熱処理する工程を経ずに作製された、表1の条件1の試料(本発明の要件を備えていない比較例としての試料)の場合、インピーダンス値は低く、最大値は70MHz付近で300Ω程度であった。これは、磁性体部を構成するFe23が焼成工程でFe34に還元されてしまい、特性が低下したものである。
これに対し、トップ温度での保持が終了した後の降温過程で酸素を含む雰囲気で熱処理する工程(含酸素雰囲気熱処理工程)を経て製造された、表1の条件7の試料の場合、得られるインピーダンス値は、図5に示すように、100〜200MHzで最大値700Ω程度と高いことが確認された。
同じく、トップ温度での保持が終了した後の降温過程で、含酸素雰囲気中で熱処理する工程を経て製造された、表1の条件9の試料の場合も、得られるインピーダンス値は、図6に示すように、100〜200MHzで、最大値590Ω程度と高いことが確認された。
(b)めっき伸びの発生
また、積層体の表面に、一方の外部電極側から他方の外部電極側に向かってめっき膜に伸びが発生しているものを、めっき伸びが発生しているとして×と判定した。このようにして調べためっき伸びの発生の有無の判定結果を表1に合わせて示す。
表1に示すように、含酸素雰囲気熱処理工程を経ずに製造された条件1の試料の場合、めっき伸びの発生が認められた。
一方、含酸素雰囲気熱処理工程を経て製造された、表1の条件2〜13の試料では、めっき伸びの発生は認められなかった。
(c)比抵抗
また、磁性体部の比抵抗を測定するため、上述のようにして作製した円板試料の両主面に、Agからなる電極を形成して、比抵抗測定用の試料とした。
そして、この円板試料の両主面の電極間に50Vの直流電界を印加して、絶縁抵抗(IR)を測定し、試料寸法から比抵抗を算出した。算出した比抵抗の値を表1に合わせて示す。
表1に示すように、含酸素雰囲気熱処理工程を経ずに製造された表1の条件1の試料の場合、比抵抗(logρ(Ω・cm))が3.18と低いことが確認された。
一方、含酸素雰囲気熱処理工程を経て製造された、表1の条件2〜13の試料では、比抵抗(logρ(Ω・cm))が6.03〜7.25と高いことが確認された。
なお、上述のように、含酸素雰囲気熱処理工程を経ずに製造された条件1の試料の場合、めっき伸びの発生が認められているが、これは、磁性体部が焼成工程で還元され、比抵抗が低下するため、めっきが伸びやすくなったことによるものである。
また、他の条件(条件2〜13)の場合、めっき伸びの発生は認められていないが、これは、焼成工程で還元された磁性体部が、含酸素雰囲気熱処理工程で酸化されて比抵抗が高くなり、めっきが伸びにくくなったことによるものである。
以上の結果より、トップ温度での保持が終了した後の降温過程で、酸素を含む雰囲気中で熱処理を行う含酸素雰囲気熱処理工程を実施することにより、内部導体部が酸化されてしまうことを抑制、防止しつつ、磁性体部を酸化させて、良好な特性を備えた、信頼性の高い電子部品が得られることが確認された。
なお、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、トップ温度での保持が終了した後の降温過程で実施される含酸素雰囲気熱処理工程における含酸素雰囲気の具体的な条件や、その開始温度、一定温度に保持する場合の保持温度や保持時間などに関し、発明の範囲内において、種々の応用、変形を加えることが可能である。
なお、上記実施例では、含酸素雰囲気熱処理工程を経て得られる積層体(焼成済積層体)の表面を研磨して、積層体の表面に引き出されたコイルの端部表面の酸化膜を除去する方法としてバレル研磨の方法を用いているが、バレル研磨の具体的な方法や条件に特別の制約はない。また、バレル研磨以外の、サンドブラストなどの公知の方法を用いることも可能である。
1 積層型コイル部品
2 磁性体セラミックグリーンシート
2a 外層用の磁性体セラミックグリーンシート
5 コイル用導体(未焼成内部導体材料)
5a 内部導体部(焼成済内部導体材料)
6 コイル内蔵積層部
7 外層部
10 層間接続用ビアホール導体
11 未焼成積層体
11a 焼成済積層体
21,22 一対の外部電極
L コイル
L1,L2 コイルLの両端部

Claims (4)

  1. 少なくともNiO、ZnO、Fe23を含む磁性体部と、前記磁性体部内に配設され、一部が前記磁性体部の表面に引き出された、Cuを主成分とする内部導体部とを具備する電子部品の製造方法であって、
    焼成後に前記磁性体部となる未焼成磁性体材料中に、焼成後に前記内部導体部となる未焼成内部導体材料が配設された未焼成積層体を、Cu−Cu2Oの平衡酸素分圧以下、Cu−Cu 2 Oの平衡酸素分圧の1/100倍以上の酸素濃度雰囲気中で焼成する焼成工程と、
    前記焼成工程で焼成された焼成済積層体を、その後の降温過程で、酸素濃度が0.01%以上の雰囲気中で熱処理する含酸素雰囲気熱処理工程と
    を有することを特徴とする電子部品の製造方法。
  2. 前記含酸素雰囲気熱処理工程が、前記降温過程における温度の降下を、所定の温度で停止させ、該温度を所定時間保持することにより行われることを特徴とする請求項1記載の電子部品の製造方法。
  3. 前記含酸素雰囲気熱処理工程における熱処理温度が、900℃以下の温度であることを特徴とする請求項1または2記載の電子部品の製造方法。
  4. 前記含酸素雰囲気熱処理工程を経て得られる焼成済積層体の表面を研磨して、前記磁性体部の表面に引き出された前記内部導体部の表面の酸化膜を除去する酸化膜除去工程をさらに備えていることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の電子部品の製造方法。
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