JP5855671B2 - 金属粉末及び電子部品 - Google Patents
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Description
本発明は、金属粉末及び電子部品に関し、より特定的には、金属粒子の表面に絶縁処理が施された複合粒子からなる金属粉末及び電子部品に関する。
従来の金属粉末としては、例えば、特許文献１に記載の複合磁性粒子が知られている。該複合磁性粒子では、金属磁性粒子の表面がＮｉＺｎフェライトにより被覆されている。これにより、複合磁性粒子では、金属磁性粒子の表面に絶縁処理が施されている。
しかしながら、本願発明者は、特許文献１に記載の複合磁性粒子では、金属磁性粒子がＮｉＺｎフェライトによって十分に被覆されていないことを発見した。
そこで、本発明の目的は、金属粒子に対する被膜の被覆性を向上させることができる金属粉末及び電子部品を提供することである。
本発明の一形態に係る金属粉末は、金属粒子がＮｉを含有していないＺｎ系フェライト膜により被覆された複合粒子からなり、前記Ｚｎ系フェライト膜がＮｉ−Ｚｎ系フェライト膜により被覆されていること、を特徴とする。
本発明の一形態に係る電子部品は、前記金属粉末を含有している本体と、前記本体に設けられているコイルと、を備えていること、を特徴とする。
本発明によれば、金属粒子に対する被膜の被覆性を向上させることができる。
以下に本発明の実施形態に係る金属粉末及び電子部品について図面を参照しながら説明する。
（第１の実施形態）
以下に、本発明の第１の実施形態に係る金属粉末について図面を参照しながら説明する。図１は、第１の実施形態に係る金属粉末を構成している複合粒子１の断面構造図である。
以下に、本発明の第１の実施形態に係る金属粉末について図面を参照しながら説明する。図１は、第１の実施形態に係る金属粉末を構成している複合粒子１の断面構造図である。
金属粉末は、図１に示すように、Ａｇ粒子２がＺｎ系フェライト膜３により被覆された複合粒子１により構成されている。Ａｇ粒子２の直径は、例えば、１０μｍ程度である。また、Ｚｎ系フェライト膜３は、例えば、ＺｎxＦｅ3-xＯ4の組成を有する絶縁性を有するフェライトであって、Ｎｉを含有していないフェライトである。ただし、ｘは、０．１５以上１未満である。
以上のように構成された金属粉末は、以下の手順により作製される。
まず、直径１０μｍのＡｇ粒子２からなる金属粉末を準備する。
次に、フェライトめっき法によりＡｇ粒子２の表面にＺｎ系フェライト膜３を形成する。より詳細には、ＦｅＣｌ2・４Ｈ2Ｏの水溶液とＺｎＣｌ2の水溶液を所定の比率で混合し、Ｆｅ2+及びＺｎ2+を含む反応溶液を作製する。この際、反応溶液において酸化が生じないように、Ｎ2ガスによるバブリングを行う。
次に、Ａｇ粒子２からなる金属粉末及びｐＨ調整剤（例えば、ＫＯＨ）をめっき槽に投入した後、一定の速度で反応溶液を滴下する。フェライトめっき法の条件の一例を以下に示す。以下の条件により、厚さ０．３μｍのＺｎ系フェライト膜３が形成される。
ｐＨ：８．５
液温：６０℃
滴下速度：５ｍＬ／ｍｉｎ
めっき時間：６０分
液温：６０℃
滴下速度：５ｍＬ／ｍｉｎ
めっき時間：６０分
以上の工程を経て、本実施形態に係る金属粉末が作製される。
以上のように構成された金属粉末では、Ｚｎ系フェライト膜３によりＡｇ粒子２が被覆されているので、特許文献１に記載の複合磁性粒子よりも、フェライト膜の被覆性が向上する。より詳細には、フェライトめっき法では、Ｆｅ2+、Ｚｎ2+等を含む反応溶液が用いられる。ここで、反応溶液にＦｅ2+以外の金属イオンが多量に含まれていると、Ａｇ粒子２へのＦｅ2+の吸着・析出が阻害される。そこで、本実施形態では、Ｎｉを含まないＺｎ系フェライト膜３によりＡｇ粒子２を被膜している。これにより、反応溶液にＮｉ2+が含まれなくなる。その結果、Ａｇ粒子２へのＦｅ2+の吸着・析出が生じやすくなる。よって、本実施形態に係る金属粉末では、特許文献１に記載の複合磁性粒子よりも、フェライト膜の被覆性が向上する。
本願発明者は、本実施形態に係る金属粉末が奏する効果をより明確にするために、以下に説明する実験を行った。具体的には、反応溶液内のＦｅ2+、Ｚｎ2+及びＮｉ2+の割合を表１に示すように変化させ、第１のサンプルないし第４のサンプルを作製した。表１は、第１のサンプルないし第４のサンプルの作製に用いた反応溶液のＦｅ2+、Ｚｎ2+及びＮｉ2+の割合を示した表である。
そして、第１のサンプルないし第４のサンプルの組成をＦＥ−ＷＤＸ（装置名：ＪＸＡ−８５００ 日本電子社製）により分析した。分析条件は、加速電圧を１５ｋＶ、照射電流を５０ｎＡ、プローブ径をｆｏｃｕｓｅｄとした。以下に、分析結果を示す。
第１のサンプル：測定不可
第２のサンプル：Ｚｎ0.33Ｆｅ2.67Ｏ4
第３のサンプル：Ｚｎ0.15Ｆｅ2.85Ｏ4
第４のサンプル：Ｚｎ0.17Ｎｉ0.53Ｆｅ2.31Ｏ4
第２のサンプル：Ｚｎ0.33Ｆｅ2.67Ｏ4
第３のサンプル：Ｚｎ0.15Ｆｅ2.85Ｏ4
第４のサンプル：Ｚｎ0.17Ｎｉ0.53Ｆｅ2.31Ｏ4
更に、ＦＥＩ社製のＦＩＢ(集束イオンビーム：ＦＩＢ２００ＴＥＭ)装置によりＦＩＢ加工した第１のサンプルないし第４のサンプルの断面をＳＩＭ（走査型イオン顕微鏡）により観察した。図２ないし図４は、第２のサンプルないし第４のサンプルの断面構造の写真である。なお、第１のサンプルでは、Ｚｎ2+が反応溶液に含まれていないので、フェライト膜が殆ど形成されなかったため、写真を掲載していない。
図４によれば、Ｎｉ2+が含まれている反応溶液により作製された第４のサンプルでは、フェライト膜により被覆されていない部分がＡｇ粒子の表面に発生した。一方、図２及び図３によれば、Ｎｉ2+が含まれていない反応溶液により作製された第２のサンプル及び第３のサンプルでは、Ａｇ粒子の表面の全体がフェライト膜により被覆された。よって、本実験によれば、Ｎｉ2+が含まれない反応溶液を用いて形成されたＺｎ系フェライト膜３は、Ｎｉ2+が含まれる反応溶液を用いて形成されたＮｉＺｎ系フェライト膜よりも高い被覆性を有していることが分かる。
（第２の実施形態）
以下に第２の実施形態に係る金属粉末について図面を参照しながら説明する。図５は、第２の実施形態に係る金属粉末を構成している複合粒子１ａの断面構造図である。
以下に第２の実施形態に係る金属粉末について図面を参照しながら説明する。図５は、第２の実施形態に係る金属粉末を構成している複合粒子１ａの断面構造図である。
複合粒子１ａは、複合粒子１においてＡｇ粒子２がパーマロイ粒子２ａに置き換えられている。パーマロイ粒子２ａは、Ｆｅ−Ｎｉ合金からなる粒子であり、金属磁性粒子である。なお、複合粒子１ａのその他の構成は、複合粒子２と同じであるので説明を省略する。また、第２の実施形態に係る金属粉末の製造方法は、第１の実施形態に係る金属粉末の製造方法と同じであるので、説明を省略する。
第２の実施形態に係る金属粉末によれば、第１の実施形態に係る金属粉末と同様に、特許文献１に記載の複合磁性粒子よりも、フェライト膜の被覆性が向上する。図６は、第２の実施形態に係る金属粉末のＳＥＭ写真である。図６によれば、パーマロイ粒子２ａの表面がＺｎ系フェライト膜３によって良好に被覆されていることが分かる。
また、第２の実施形態に係る金属粉末によれば、高いインダクタンス値を有し、直流重畳特性に優れたコイルを備えた電子部品を得ることができる。より詳細には、パーマロイ等の金属磁性材料は、高い透磁率を有し、かつ、磁気飽和が発生しにくいという性質を有している。
しかしながら、金属磁性材料は、導電性を有しているため、例えば、コイルの本体に用いることができない。
そこで、第２の実施形態に係る金属粉末では、パーマロイ粒子２ａをＺｎ系フェライト膜３により被覆している。これにより、複合粒子１ａに対して絶縁処理が施されている。その結果、第２の実施形態に係る金属粉末をコイルの本体の材料として用いることが可能となる。よって、第２の実施形態に係る金属粉末によれば、高いインダクタンス値を有し、直流重畳特性に優れたコイルを備えた電子部品を得ることができる。
なお、第２の実施形態に係る金属粉末において、Ｚｎ系フェライト膜３がＮｉ−Ｚｎ系フェライト層により被覆されていてもよい。パーマロイ粒子２ａの表面に対して高い被覆性でＮｉ−Ｚｎ系フェライトを形成することは困難であるのに対して、Ｚｎ系フェライトに対して高い被覆性でＮｉ―Ｚｎ系フェライトを形成することは比較的に容易である。これにより、第２の実施形態に係る金属粉末において、より高い絶縁性を得ることが可能となる。
次に、第２の実施形態に係る金属粉末が用いられた電子部品について図面を参照しながら説明する。図７は、本発明の一実施形態に係る電子部品１０の外観斜視図である。図８は、一実施形態に係る電子部品１０の積層体１２の分解斜視図である。図９は、電子部品１０の積層体１２を構成している絶縁体層１６の拡大図である。
以下、電子部品１０の積層方向をｚ軸方向と定義し、電子部品１０のｚ軸方向の正方向側の上面の２辺に沿った方向をｘ軸方向及びｙ軸方向と定義する。ｘ軸方向とｙ軸方向とｚ軸方向とは直交している。
電子部品１０は、図７及び図８に示すように、積層体（本体）１２、外部電極１４（１４ａ，１４ｂ）及びコイルＬを備えている。
積層体１２は、図７に示すように、直方体状をなしており、コイルＬを内蔵している。以下では、積層体１２のｚ軸方向の正方向側の面を上面と定義し、積層体１２のｚ軸方向の負方向側の面を下面と定義する。また、積層体１２のその他の面を側面と定義する。
積層体１２は、図８に示すように、絶縁体層１６（１６ａ〜１６ｊ）がｚ軸方向の正方向側から負方向側へとこの順に並ぶように積層されることにより構成されている。絶縁体層１６（すなわち、積層体１２）は、図９に示すように、第２の実施形態に係る金属粉末及びフェライト磁性材料４との混合材料により作製されている。第２の実施形態に係る金属粉末は、焼結したフェライト磁性材料４内に分散している。以下では、絶縁体層１６のｚ軸方向の正方向側の面を表面と称し、絶縁体層１６のｚ軸方向の負方向側の面を裏面と称す。
外部電極１４ａは、図７に示すように、積層体１２のｘ軸方向の負方向側の側面を覆うように設けられている。外部電極１４ｂは、図７に示すように、積層体１２のｘ軸方向の正方向側の側面を覆うように設けられている。更に、外部電極１４ａ，１４ｂは、積層体１２の上面及び下面、並びに、ｙ軸方向の正方向側及び負方向側の積層体１２の側面に対して折り返されている。外部電極１４ａ，１４ｂは、電子部品１０外の回路とコイルＬとを電気的に接続する接続端子として機能する。
コイルＬは、積層体１２に内蔵され、図８に示すように、コイル導体１８（１８ａ〜１８ｇ）及びビアホール導体ｂ１〜ｂ６により構成されている。コイルＬは、コイル導体１８及びビアホール導体ｂ１〜ｂ６が接続されることにより螺旋状をなしている。
コイル導体１８ａ〜１８ｇは、図８に示すように、絶縁体層１６ｃ〜１６ｉの表面上に設けられており、ｚ軸方向の正方向側から平面視したときに、時計回りに旋回するコ字型の線状導体層である。コイル導体１８ａ〜１８ｇは、ｚ軸方向から平面視したときに、重なりあって長方形状の環状の軌道を形成している。より詳細には、コイル導体１８ａ〜１８ｇは、３／４ターンのターン数を有しており、絶縁体層１６ｃ〜１６ｉの三辺に沿っている。コイル導体１８ａは、絶縁体層１６ｃにおいて、ｘ軸方向の負方向側の短辺以外の三辺に沿って設けられている。また、コイル導体１８ａは、ｘ軸方向の負方向側の短辺に引き出されており、外部電極１４ａと接続されている。コイル導体１８ｂは、絶縁体層１６ｄにおいて、ｙ軸方向の負方向側の長辺以外の三辺に沿って設けられている。コイル導体１８ｃは、絶縁体層１６ｅにおいて、ｘ軸方向の正方向側の短辺以外の三辺に沿って設けられている。コイル導体１８ｄは、絶縁体層１６ｆにおいて、ｙ軸方向の正方向側の長辺以外の三辺に沿って設けられている。コイル導体１８ｅは、絶縁体層１６ｇにおいて、ｘ軸方向の負方向側の短辺以外の三辺に沿って設けられている。コイル導体１８ｆは、絶縁体層１６ｈにおいて、ｙ軸方向の負方向側の長辺以外の三辺に沿って設けられている。コイル導体１８ｇは、絶縁体層１６ｉにおいて、ｘ軸方向の正方向側の短辺以外の三辺に沿って設けられている。また、コイル導体１８ｇは、ｘ軸方向の正方向側の短辺に引き出されており、外部電極１４ｂと接続されている。
以下では、コイル導体１８において、ｚ軸方向の正方向側から平面視したときに、時計回りの上流側の端部を上流端とし、時計回りの下流側の端部を下流端とする。なお、コイル導体１８のターン数は、３／４ターンに限らない。よって、コイル導体１８のターン数は、例えば、７／８ターンであってもよい。
ビアホール導体ｂ１〜ｂ６は、図８に示すように、絶縁体層１６ｃ〜１６ｈをｚ軸方向に貫通するように設けられている。より詳細には、ビアホール導体ｂ１は、絶縁体層１６ｃをｚ軸方向に貫通し、コイル導体１８ａの下流端及びコイル導体１８ｂの上流端に接続されている。ビアホール導体ｂ２は、絶縁体層１６ｄをｚ軸方向に貫通し、コイル導体１８ｂの下流端及びコイル導体１８ｃの上流端に接続されている。ビアホール導体ｂ３は、絶縁体層１６ｅをｚ軸方向に貫通し、コイル導体１８ｃの下流端及びコイル導体１８ｄの上流端に接続されている。ビアホール導体ｂ４は、絶縁体層１６ｆをｚ軸方向に貫通し、コイル導体１８ｄの下流端及びコイル導体１８ｅの上流端に接続されている。ビアホール導体ｂ５は、絶縁体層１６ｇをｚ軸方向に貫通し、コイル導体１８ｅの下流端及びコイル導体１８ｆの上流端に接続されている。ビアホール導体ｂ６は、絶縁体層１６ｈをｚ軸方向に貫通し、コイル導体１８ｆの下流端及びコイル導体１８ｇの上流端に接続されている。
次に、電子部品１０の製造方法について図面を参照しながら説明する。なお、以下では、一つの電子部品１０の製造方法について説明を行うが、実際には、大判のマザーセラミックグリーンシートが積層されてマザー積層体が作製され、更に、マザー積層体がカットされることにより、複数の積層体が同時に作製される。
まず、絶縁体層１６となるべきセラミックグリーンシートを準備する。具体的には、酸化第二鉄（Ｆｅ2Ｏ3）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）及び酸化銅（ＣｕＯ）を所定の比率で秤量したそれぞれの材料を原材料としてボールミルに投入し、湿式調合を行う。得られた混合物を乾燥してから粉砕し、得られた粉末を８００℃で１時間仮焼する。得られた仮焼粉末をボールミルにて湿式粉砕した後、乾燥してから解砕して、フェライトセラミック粉末を得る。
また、第２の実施形態に係る金属粉末を作製する。第２の実施形態に係る金属粉末の製造方法については、既に説明を行ったのでこれ以上の説明を省略する。
次に、金属粉末及びフェライトセラミック粉末に対して、結合剤（酢酸ビニル、水溶性アクリル等）、可塑剤、湿潤材及び分散剤を加えてボールミルで混合を行い、その後、減圧により脱泡を行う。得られたセラミックスラリーをドクターブレード法により、キャリアシート上にシート状に形成して乾燥させ、絶縁体層１６となるべきセラミックグリーンシートを作製する。
次に、絶縁体層１６ｃ〜１６ｈとなるべきセラミックグリーンシートのそれぞれに、ビアホール導体ｂ１〜ｂ６を形成する。具体的には、絶縁体層１６ｃ〜１６ｈとなるべきセラミックグリーンシートにレーザビームを照射してビアホールを形成する。更に、ビアホールに対して、Ａｇ，Ｐｄ，Ｃｕ，Ａｕやこれらの合金などの導電性材料からなるペーストを印刷塗布などの方法により充填して、ビアホール導体ｂ１〜ｂ６を形成する。
次に、絶縁体層１６ｃ〜１６ｉとなるべきセラミックグリーンシート上に、導電性材料からなるペーストをスクリーン印刷法により塗布することにより、コイル導体１８ａ〜１８ｇを形成する。導電性材料からなるペーストは、例えば、Ａｇに、ワニス及び溶剤が加えられたものである。
なお、コイル導体１８を形成する工程とビアホールに対して導電性材料からなるペーストを充填する工程とは、同じ工程において行われてもよい。
次に、絶縁体層１６となるべきセラミックグリーンシートを一枚ずつ積層及び仮圧着して未焼成の積層体１２を得る。絶縁体層１６となるべきセラミックグリーンシートを１枚ずつ積層及び仮圧着する。この後、未焼成の積層体１２に対して、静水圧プレスにて本圧着を施す。
次に、未焼成の積層体１２に、脱バインダー処理及び焼成を施す。脱バインダー処理は、例えば、低酸素雰囲気中において５００℃で２時間の条件で行う。焼成は、例えば、８５０℃で２．５時間の条件で行う。この後、積層体１２の表面に、バレル研磨処理を施して、面取りを行う。
次に、Ａｇを主成分とする導電性材料からなる電極ペーストを、積層体１２のｘ軸方向の両端に位置する側面に塗布する。そして、塗布した電極ペーストを約８００℃の温度で１時間の条件で焼き付ける。これにより、外部電極１４となるべき銀電極を形成する。更に、外部電極１４となるべき銀電極の表面に、Ｎｉめっき／Ｓｎめっきを施すことにより、外部電極１４を形成する。以上の工程により、電子部品１０が完成する。
なお、電子部品１０の積層体１２は、金属粉末とフェライトセラミック粉末との混合材料により作製されているが、例えば、金属粉末とガラス又は樹脂との混合材料により作製されてもよい。図１０は、金属粉末とガラスとの混合材料により作製された絶縁体層１６の拡大図である。図１０に示すように、溶融した後、固化したガラス５内に金属粉末の複合粒子２ａが分散している。ここで、ガラス又は樹脂は絶縁性を有している。そのため、複合粒子１ａのＺｎ系フェライト膜３がパーマロイ粒子２ａからはがれたとしても、複合粒子１ａ間にガラス又は樹脂が存在するので、複合粒子１ａ間で短絡が発生しにくくなる。
なお、第２の実施形態に係る金属粉末は、モールドコイルにも適用可能である。モールドコイルとは、金属粉末と樹脂とを混練した磁性体モールド樹脂により空芯コイルを封止したコイルである。
以上のように、本発明は、金属粉末及び電子部品に有用であり、特に、金属粒子に対する被膜の被覆性を向上させることができる点において優れている。
Ｌ コイル
１，１ａ 複合粒子
２ Ａｇ粒子
２ａ パーマロイ粒子
３ Ｚｎ系フェライト膜
４ フェライト磁性材料
１０ 電子部品
１２ 積層体
１６ａ〜１６ｊ 絶縁体層
１，１ａ 複合粒子
２ Ａｇ粒子
２ａ パーマロイ粒子
３ Ｚｎ系フェライト膜
４ フェライト磁性材料
１０ 電子部品
１２ 積層体
１６ａ〜１６ｊ 絶縁体層
Claims (7)
- 金属粒子がＮｉを含有していないＺｎ系フェライト膜により被覆された複合粒子からなり、
前記Ｚｎ系フェライト膜がＮｉ−Ｚｎ系フェライト膜により被覆されていること、
を特徴とする金属粉末。 - 前記金属粒子は、金属磁性粒子であること、
を特徴とする請求項１に記載の金属粉末。 - 前記Ｚｎ系フェライト膜は、めっきにより前記金属粒子の表面に形成されていること、
を特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかに記載の金属粉末。 - 前記Ｚｎ系フェライト膜は、ＺｎxＦｅ3-xＯ4の組成を有する絶縁性を有するフェライトであり、
ｘは、０．１５以上１未満であること、
を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の金属粉末。 - 請求項２に記載の金属粉末を含有している本体と、
前記本体に設けられているコイルと、
を備えていること、
を特徴とする電子部品。 - 前記本体は、前記金属粉末とフェライト磁性材料との混合材料により作製されていること、
を特徴とする請求項５に記載の電子部品。 - 前記本体は、前記金属粉末とガラス又は樹脂との混合材料により作製されていること、
を特徴とする請求項５に記載の電子部品。
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