JP5900501B2 - 積層コイル部品およびその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、積層コイル部品に関し、より詳細には、磁性体層が積層されて成る磁性体部と、磁性体層間に配置された複数の導体パターン層が磁性体層を貫通してコイル状に相互接続され、磁性体部に埋設されて成る導体部とを有する積層コイル部品に関する。また、本発明は、かかる積層コイル部品の製造方法にも関する。
一般的に、積層コイル部品は、小型で軽量であるものの、大きな直流電流が通電されると、磁性体が磁気飽和し、インダクタンスが低下するため、巻線型コイル部品に比較して定格電流が小さいという難点がある。よって、積層コイル部品に対して、飽和磁束密度を高めること、換言すれば、直流重畳特性を向上させること（安定したインダクタンスをより大きな直流電流域に亘って得ること）が求められている。
従来、積層コイル部品は、フェライト材料のグリーンシートと、銀を含む導体ペーストとを空気中で同時に焼成することによって、磁性体層および導体パターン層を焼結形成して製造されている。このような製造方法によって得られる積層コイル部品は、フェライト材料と銀の熱膨張係数の相違により、磁性体内に残留応力が発生し、磁性体の磁気特性が劣化するという問題もある。
かかる状況下、特許文献１には、焼結調整剤として、銀粉末を被覆するＳｉＯ２を混入した導体ペーストを使用することが提案されている。この焼結調整剤は、磁性体中に適度に拡散し、磁性体の導体パターン近傍における焼結状態をそれ以外の部分よりも遅らせて、磁気的に不活性な層を傾斜的に形成でき、これにより、大電流域まで直流重畳特性を向上させ得る、とされている。また、導体パターンと磁性体の熱膨張係数の差によって磁性体内に残留応力が発生して磁気特性が劣化することを防止できる、ともされている。
しかしながら、特許文献１に記載の方法では、導体ペーストに焼結調整剤（具体的には、銀粉末を被覆するＳｉＯ２）を混入させているので、導体ペーストを焼結して得られる導体部の抵抗が必然的に大きくなり、直流抵抗（Ｒｄｃ）が大きくなるという別の問題が生じ得る。
本発明の目的は、直流抵抗の増大を招くことなく、直流重畳特性が向上し、かつ、磁性体内に発生し得る内部応力を低減できる積層コイル部品を提供することにある。また、本発明の更なる目的は、かかる積層コイル部品の製造方法を提供することにある。
本発明の１つの要旨によれば、磁性体層が積層されて成る磁性体部と、磁性体層間に配置された複数の導体パターン層が磁性体層を貫通してコイル状に相互接続され、磁性体部に埋設されて成る導体部とを有する積層コイル部品であって、
導体部が銀を含む導体から成り、
磁性体部がＦｅ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｃｕを含む焼結フェライト材料から成り、
磁性体部の中央領域におけるＣｕ含有量（ＣｕＯ換算）（重量％）に対する、磁性体部の導体部近傍領域におけるＣｕ含有量（ＣｕＯ換算）（重量％）の比が、０．２〜０．５である、積層コイル部品が提供される。
導体部が銀を含む導体から成り、
磁性体部がＦｅ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｃｕを含む焼結フェライト材料から成り、
磁性体部の中央領域におけるＣｕ含有量（ＣｕＯ換算）（重量％）に対する、磁性体部の導体部近傍領域におけるＣｕ含有量（ＣｕＯ換算）（重量％）の比が、０．２〜０．５である、積層コイル部品が提供される。
上述した従来の積層コイル部品の製造方法においては、Ｆｅ２Ｏ３、ＮｉＯ、ＺｎＯ、ＣｕＯを含むＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライト材料であって、ＣｕＯ含有量が８ｍｏｌ％以上のものが通常使用されている。ＣｕＯはＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライト材料の他の成分に比べて融点が低く、ＣｕＯ含有量を低くした場合、焼結性が低下するので、十分焼結させるために焼成温度を銀の融点より高い温度まで上げる必要が生じ、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライト材料のグリーンシートと、銀を含む導体ペーストとを同時焼成できなくなる。よって、これらを空気中で同時に焼成するために、ＣｕＯ含有量は８ｍｏｌ％以上とされている。
これに対して、本発明者らの鋭意研究の結果、ＣｕＯ含有量を低くしつつも、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライト材料のグリーンシートと、銀を含む導体ペーストとを同時焼成できる熱処理条件を見出し（これについては後述する）、更に、これによって得られた積層コイル部品において、磁性体部の中央領域におけるＣｕ含有量（ＣｕＯ換算）（以下、本明細書において「ｘ」（重量％）とする）に対する、磁性体部の導体部近傍領域におけるＣｕ含有量（ＣｕＯ換算）（以下、本明細書において「ｙ」（重量％）とする）の比ｙ／ｘが、０．５以下になっていることを見出した。本発明の積層コイル部品によれば、この比ｙ／ｘが０．２〜０．５となっているので、導体部近傍領域にＣｕＯ由来のＣｕ成分を存在させつつ、導体部近傍領域の焼結密度および透磁率を中央領域よりも小さくすることができる。導体部近傍領域の透磁率がより小さいことによって、積層コイル部品の直流重畳特性を向上させることができる。更に、導体部近傍領域の焼結密度がより小さいことによって、導体部近傍において内部応力を緩和することができ、積層コイル部品を熱衝撃試験に付した場合の磁気特性（例えばインダクタンス）の変化を低減することができる。加えて、かかる本発明の積層コイル部品においては、銀を含む導体により導体部を形成しており、ＳｉＯ２などの焼結調整剤を使用していないので、焼結調整剤により直流抵抗の増大を招く恐れがない。
なお、本発明において、「磁性体部の中央領域」とは、磁性体部のうち、導体パターン層が形成するコイルの内側に位置し、コイルの中心軸上およびその近傍に位置する領域を意味し、具体的には、コイルの中心軸から１０μｍ以内の領域（例えば、図４（ａ）に示す領域Ｘ）で代表される。「磁性体部の導体部近傍領域」とは、磁性体部のうち、磁性体部と導体部との界面に近接した領域を意味し、磁性体部と導体部との界面から磁性体の内部へ１μｍ以上離れ、１０μｍ以内にある領域（例えば、図４（ａ）に示す領域Ｙ）で代表される。磁性体部のＣｕ含有量（ＣｕＯ換算）（重量％）は、磁性体部の所定の領域を波長分散型Ｘ線分析法（ＷＤＸ法）を用いてＣｕ含有量を測定し、これにより得られたＣｕ含有量をＣｕＯに換算することにより求められる。測定面積は、使用する分析機器によって異なり得、例えば、測定ビーム径で数十ｎｍ〜１μｍであるが、これに限定されない。測定箇所は、測定対象とする領域内において適宜設定でき、Ｃｕ含有量（ＣｕＯ換算）（重量％）は、該領域内のいくつかの箇所で測定した測定値の平均値として求められる。
本発明の上記積層コイル部品において、磁性体部の中央領域におけるＣｕ含有量（ＣｕＯ換算）ｘに対する、磁性体部の導体部近傍領域におけるＣｕ含有量（ＣｕＯ換算）ｙの比ｙ／ｘが、０．２〜０．３であることがより好ましい。かかる態様によれば、積層コイル部品を熱衝撃試験に付した場合の磁気特性の変化を一層低減することができる。
本発明の１つの態様において、磁性体部の中央領域におけるＣｕ含有量（ＣｕＯ換算）は、０．２〜３重量％である。磁性体部の中央領域のＣｕ含有量（ＣｕＯ換算）が高いほど上記の比ｙ／ｘが高くなる傾向にあるが、中央領域のＣｕ含有量（ＣｕＯ換算）が３重量％以下である場合、比ｙ／ｘは０．５以下とすることが可能となる。磁性体部の中央領域のＣｕ含有量（ＣｕＯ換算）がこのように小さいと、磁性体部の飽和磁束密度（Ｂｓ）が高くなり、直流重畳特性の向上に寄与する。しかし、磁性体部の中央領域のＣｕ含有量（ＣｕＯ換算）が０．２重量％未満になると、磁性体部の中央領域におけるＣｕ含有量（ＣｕＯ換算）と導体部近傍領域におけるＣｕ（ＣｕＯ換算）含有量との間の差が小さくなって上記の比ｙ／ｘが適切な範囲外となり、中央領域と導体部近傍領域の透磁率や結晶粒径の差が小さくなるので、０．２重量％以上とすることが好ましい。
本発明のもう１つの要旨によれば、磁性体層が積層されて成る磁性体部と、磁性体層間に配置された複数の導体パターン層が磁性体層を貫通してコイル状に相互接続され、磁性体部に埋設されて成る導体部とを有する積層コイル部品の製造方法であって、
Ｆｅ２Ｏ３、ＮｉＯ、ＺｎＯ、ＣｕＯを含み、かつＣｕＯ含有量が０．３〜４ｍｏｌ％であるフェライト材料のグリーンシートを、銀を含む導体ペースト層を介して積層し、導体ペースト層がフェライト材料のグリーンシートを貫通してコイル状に相互接続されている積層体を得ること、および
積層体を酸素濃度０．１体積％以下の雰囲気で熱処理することにより、フェライト材料のグリーンシートおよび銀を含む導体ペースト層を焼成して、それぞれ磁性体層および導体パターン層とし、これにより、それぞれ前記磁性体部および前記導体部を形成すること
を含む製造方法もまた提供される。
Ｆｅ２Ｏ３、ＮｉＯ、ＺｎＯ、ＣｕＯを含み、かつＣｕＯ含有量が０．３〜４ｍｏｌ％であるフェライト材料のグリーンシートを、銀を含む導体ペースト層を介して積層し、導体ペースト層がフェライト材料のグリーンシートを貫通してコイル状に相互接続されている積層体を得ること、および
積層体を酸素濃度０．１体積％以下の雰囲気で熱処理することにより、フェライト材料のグリーンシートおよび銀を含む導体ペースト層を焼成して、それぞれ磁性体層および導体パターン層とし、これにより、それぞれ前記磁性体部および前記導体部を形成すること
を含む製造方法もまた提供される。
上述したように、本発明者らは、ＣｕＯ含有量を低くしつつも、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライト材料のグリーンシートと、銀を含む導体ペーストとを同時焼成できる熱処理条件を見出した。具体的には、Ｆｅ２Ｏ３、ＮｉＯ、ＺｎＯ、ＣｕＯを含み、かつＣｕＯの含有量が０．３〜４ｍｏｌ％であるフェライト材料を用いて、このフェライト材料を酸素濃度０．１体積％以下の雰囲気で焼成することにより、高い比抵抗（具体的には、１０６Ω・ｃｍ以上の比抵抗）を確保しつつ、フェライト材料を空気中で焼成する場合よりも低温で（銀の融点より低い温度で）焼結できるという知見を得た。これにより得られる焼結フェライト材料は、Ｃｕ含有量（ＣｕＯ換算）の低下により、高い飽和磁束密度（Ｂｓ）を有する軟磁性材料である。本発明の上記製造方法によれば、Ｆｅ２Ｏ３、ＮｉＯ、ＺｎＯ、ＣｕＯを含み、かつＣｕＯ含有量が０．３〜４ｍｏｌ％であるフェライト材料のグリーンシートおよび銀を含む導体ペースト層を含んで成る積層体を、酸素濃度０．１体積％以下の雰囲気で熱処理しているので、フェライト材料のグリーンシートおよび銀を含む導体ペースト層を同時焼成することができ、これにより得られる磁性体部は高い比抵抗を有し、中央領域において高い焼結密度を有する。本発明の上記製造方法を実施することにより、磁性体部の導体近傍領域におけるＣｕ含有量（ＣｕＯ換算）を中央領域におけるＣｕ含有量（ＣｕＯ換算）に対して０．２〜０．５にすることができ、本発明の上記積層コイル部品が実現される。
本発明によれば、磁性体部の導体近傍領域におけるＣｕ含有量（ＣｕＯ換算）を中央領域におけるＣｕ含有量（ＣｕＯ換算）に対して０．２〜０．５とすることにより、直流重畳特性が向上し、かつ、磁性体内に発生し得る内部応力を低減できる積層コイル部品が提供される。かかる本発明の積層コイル部品は、特許文献１のように導体部に焼結調整剤を使用していないので、焼結調整剤により直流抵抗の増大を招く恐れがない。また、本発明によれば、上記積層コイル部品の製造方法も提供される。
本発明の積層コイル部品およびその製造方法について、以下、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１および図３に示すように、本実施形態の積層コイル部品１１は、概略的には、磁性体部２と、磁性体部２に埋設されて成るコイル状の導体部３とを有する積層体１を含んで成り、外部電極５ａおよび５ｂが積層体１の外周両端面を覆うように設けられ得、導体部３の両端に位置する引出し部４ａおよび４ｂは外部電極５ａおよび５ｂにそれぞれ接続され得る。
より詳細には、図２を参照して、磁性体部２は、磁性体層８ａ〜８ｈが積層されて成る。また、導体部３は、磁性体層８ａ〜８ｈ間にそれぞれ配置された複数の導体パターン層９ａ〜９ｆが、磁性体層８ｂ〜８ｆに貫通して設けられたビアホール１０ａ〜１０ｅを通ってコイル状に相互接続されている。但し、本実施形態の磁性体部２および導体部３の構成、形状、巻回数および配置等は、図示する例に限定されないことに留意されたい。
磁性体部２は、Ｆｅ２Ｏ３、ＮｉＯ、ＺｎＯ、ＣｕＯを含む焼結フェライト材料から成る。この磁性体部２のＣｕ含有量（ＣｕＯ換算）については後述するものとする。導体部３は、銀を含む導体から成るものであればよいが、銀を主成分として含む導体から成ることが好ましい。外部電極５ａ、５ｂは、特に限定されないが、通常、銀を主成分として含む導体から成り、必要に応じてニッケルおよび／またはスズなどがメッキされ得る。
かかる本実施形態の積層コイル部品１１は、以下のようにして製造される。
まず、Ｆｅ２Ｏ３、ＮｉＯ、ＺｎＯ、ＣｕＯを含み、かつＣｕＯ含有量が０．３〜４ｍｏｌ％であるフェライト材料のグリーンシートを準備する。
フェライト材料は、Ｆｅ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＮｉＯおよびＣｕＯを主成分として含み、必要に応じてＢｉ２Ｏ３などの添加成分を更に含んでいてよい。通常、フェライト材料は、素原料として、これら成分の粉末を所望の割合で混合および仮焼して調製され得るが、これに限定されるものではない。
本実施形態において、フェライト材料におけるＣｕＯ含有量は、０．３〜４ｍｏｌ％（主成分合計基準）とする。ＣｕＯ含有量を０．３〜４ｍｏｌ％として、後述する熱処理により積層体を焼成することによって、直流重畳特性を向上させ、熱衝撃試験に付した場合の磁気特性の変化を小さくすることができる。
フェライト材料におけるＦｅ２Ｏ３含有量は、４４〜４９．８ｍｏｌ％（主成分合計基準）とすることが好ましい。Ｆｅ２Ｏ３含有量を４４ｍｏｌ％以上とすることによって、磁性体部の中央領域において高い透磁率を得ることができ、大きなインダクタンスを取得できる。また、Ｆｅ２Ｏ３含有量を４９．８ｍｏｌ以下とすることによって、高い焼結性を得ることができる。
フェライト材料におけるＺｎＯ含有量は、６〜３３ｍｏｌ％（主成分合計基準）とすることが好ましい。ＺｎＯ含有量を６ｍｏｌ％以上とすることによって、高い透磁率を得ることができ、大きなインダクタンスを取得できる。また、ＺｎＯ含有量を３３ｍｏｌ％以下とすることによって、キュリー点の低下を回避でき、積層コイル部品の動作温度の低下を回避できる。
フェライト材料におけるＮｉＯ含有量は、特に限定されず、上述した他の主成分であるＣｕＯ、Ｆｅ２Ｏ３、ＺｎＯの残部とし得る。
また、フェライト材料におけるＢｉ２Ｏ３含有量（添加量）は、主成分（Ｆｅ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＮｉＯ、ＣｕＯ）の合計１００重量部に対して、０．１〜１重量部とすることが好ましい。Ｂｉ２Ｏ３含有量を０．１〜１重量部とすることによって、低温焼成がより促進されると共に、異常粒成長を回避することができる。Ｂｉ２Ｏ３含有量が高すぎると、異常粒成長が起こり易く、異常粒成長部位にて比抵抗が低下し、外部電極形成時のめっき処理の際に、異常粒成長部位にめっきが付着するので好ましくない。
上記のようにして調製したフェライト材料を用いてグリーンシートを準備する。例えば、フェライト材料を、バインダ樹脂および有機溶剤を含む有機ビヒクルと混合／混練し、シート状に成形することによりグリーンシートを得てよいが、これに限定されるものではない。
別途、銀を含む導体ペーストを準備する。市販で入手可能な、銀を粉末の形態で含む一般的な銀ペーストを使用できるが、これに限定されない。
そして、上記フェライト材料のグリーンシート（磁性体層８ａ〜８ｈに対応する）を、銀を含む導体ペースト層（導体パターン層９ａ〜９ｆに対応する）を介して積層し、導体ペースト層がフェライト材料のグリーンシートに貫通して設けられたビアホール（ビアホール１０ａ〜１０ｅに対応する）を通ってコイル状に相互接続されている積層体（未焼成積層体であり、積層体１に対応する）を得る。
積層体の形成方法は、特に限定されず、シート積層法および印刷積層法などを利用して積層体を形成してよい。シート積層法による場合、フェライト材料のグリーンシートに、適宜ビアホールを設けて、導体ペーストを所定のパターンで（ビアホールが設けられている場合には、ビアホールに充填しつつ）印刷して導体ペースト層を形成し、導体ペースト層が適宜形成されたグリーンシートを積層および圧着し、所定の寸法に切断して、積層体を得ることができる。印刷積層法による場合、フェライト材料からなる磁性体ペーストを印刷して磁性体層を形成する工程、導体ペーストを所定のパターンで印刷して導体ペースト層を形成する工程を繰り返すことで積層体を作製する。磁性体層を形成する工程では所定の箇所にビアホールを設け、上下の導体ペースト層が導通するようにし、最後に磁性体ペーストを印刷して磁性体層（磁性体層８ａに対応）を形成し、これを所定の寸法に切断して、積層体を得ることができる。この積層体は、複数個をマトリクス状に一度に作製した後に、ダイシング等により個々に切断して（素子分離して）個片化したものであってよいが、予め個々に作製したものであってもよい。
次に、上記で得られた積層体を、酸素濃度０．１体積％以下の雰囲気で熱処理することにより、フェライト材料のグリーンシートおよび銀を含む導体ペースト層を焼成して、それぞれ磁性体層８ａ〜８ｈおよび導体パターン層９ａ〜９ｆとする。これにより得られた積層体１において、磁性体層８ａ〜８ｈは磁性体部２を形成し、導体パターン層９ａ〜９ｆは導体部３を形成する。
酸素濃度０．１体積％以下の雰囲気で熱処理することにより、フェライト材料を空気中で熱処理する場合よりも低温で焼結でき、例えば、焼成温度を８５０〜９３０℃とし得る。本発明はいかなる理論によっても拘束されないが、低酸素濃度雰囲気で焼成した場合、結晶構造中に酸素欠陥が形成され、結晶中に存在するＦｅ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎの相互拡散が促進され、低温焼結性を高めることができるものと考えられる。
加えて、ＣｕＯの含有量が４ｍｏｌ％以下であるＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト材料を使用することにより、酸素濃度０．１体積％以下の雰囲気で焼成しても、磁性体部２において高い比抵抗を確保することができる。本発明はいかなる理論によっても拘束されないが、低酸素濃度雰囲気で焼成した場合、熱処理雰囲気の還元作用によりＣｕＯがＣｕ２Ｏに還元されて磁性体部２の比抵抗が低下する（インピーダンスが低下する）と考えられ、ＣｕＯの含有量を小さくすることによりＣｕＯの還元によるＣｕ２Ｏの生成を抑制でき、これにより比抵抗の低下が抑制されるものと考えられる。但し、焼成雰囲気の酸素濃度は０．１体積％以下であればよいが、磁性体部２の比抵抗を確保するには０．００１体積％以上であることが好ましい。本発明はいかなる理論によっても拘束されないが、酸素濃度があまり低すぎると、酸素欠陥が必要以上に生成されて磁性体部２の比抵抗が低下するおそれがあり、酸素をある程度存在させることにより、酸素欠陥の生成が過剰となるのを回避でき、これにより高い比抵抗を確保できるものと考えられる。
次に、上記で得られた積層体１の両端面を覆うように、外部電極５ａおよび５ｂを形成する。外部電極５ａ、５ｂの形成は、例えば、銀の粉末をガラスなどと一緒にペースト状にしたものを所定の領域に塗布し、得られた構造体を、例えば８００〜８５０℃で熱処理して銀を焼き付けることによって実施し得る。
以上のようにして、本実施形態の積層コイル部品１１が製造される。積層コイル部品１１において、図４（ａ）に示すように、磁性体部２の中央領域Ｘを、導体部３が形成するコイルの中心軸（点線にて示す）から１０μｍ以内の領域として規定し、磁性体部２の導体部近傍領域Ｙを、磁性体部２と導体部３との界面から磁性体２の内部方向へ１〜１０μｍ以内の領域として規定する。なお、図４（ａ）においては、導体部近傍領域Ｙが導体パターン層間で離間した例を示しているが、本実施形態はこれに限定されず、導体パターン層間で重なり合っていてもよい。
磁性体部２のうち導体部近傍領域ＹにおけるＣｕ含有量（ＣｕＯ換算）ｙは、磁性体部２の中央領域ＸにおけるＣｕ含有量（ＣｕＯ換算）ｘよりも低くなる。本発明はいかなる理論によっても拘束されないが、ＣｕＯ含有量が０．３〜４ｍｏｌ％であるフェライト材料と、銀を含む導体ペーストとを、酸素濃度０．１体積％以下の雰囲気で同時焼成すると、この焼成過程において、導体ペーストに由来する導体部が、フェライト材料からＣｕＯを吸収し、このため、導体部近傍領域ＹにおけるＣｕ含有量（ＣｕＯ換算）が低下するものと考えられる。すなわち、図４（ｂ）に例示的に示すように、磁性体部２において、導体部３の周囲に低Ｃｕ含有量（ＣｕＯ換算）領域Ｙ’（導体部近傍領域Ｙを含む）が形成され、これにより、その他のバルク領域（積層体１の外表面に隣接した領域を除く）は、相対的にＣｕ含有量（ＣｕＯ換算）が高くなって、高Ｃｕ含有量（ＣｕＯ換算）領域Ｘ’となる。磁性体部２の中央領域ＸにおけるＣｕ含有量（ＣｕＯ換算）は、高Ｃｕ含有量（ＣｕＯ換算）領域Ｘ’におけるＣｕ含有量（ＣｕＯ換算）を代表するものとして理解され得、磁性体部２の導体部近傍領域ＹにおけるＣｕ含有量（ＣｕＯ換算）は、低Ｃｕ含有量（ＣｕＯ換算）領域Ｙ’におけるＣｕ含有量（ＣｕＯ換算）を代表するものとして理解され得る。なお、図４（ｂ）に示すように、低Ｃｕ含有量（ＣｕＯ換算）領域Ｙ’は、導体パターン層間に隙間なく形成されることが好ましいが、本発明はこれに限定されない。
積層コイル部品１１において、Ｃｕ含有量（ＣｕＯ換算）の比ｙ／ｘは、０．２〜０．５となり、好ましくは０．２〜０．３である。基準となるＣｕ含有量（ＣｕＯ換算）ｘは、使用するフェライト材料のＣｕＯ含有量に依存するが、例えば０．２〜３重量％となる。このように、磁性体部２の導体部近傍領域ＹにおいてＣｕ含有量（ＣｕＯ換算）が低くなることにより、導体部近傍領域Ｙの焼結性が低下し、粒子成長が抑制されて、焼結密度が低くなり、この結果、透磁率も低くなる。これに対して、磁性体部２の中央領域Ｘでは、Ｃｕ含有量（ＣｕＯ換算）が相対的に高いため、焼結性が高く、粒子成長が十分促進されて、焼結密度が高くなり、この結果、透磁率も高くなる。換言すれば、本実施形態の積層コイル部品１１においては、磁性体部２のうち導体部近傍領域Ｙにおいて、低透磁率化と低焼結密度とを同時に達成することができる。
かかる積層コイル部品１１を使用して、導体部３に電流を流した場合、導体部３の周囲に形成される磁束は、透磁率がより高い領域を通り易いので、低Ｃｕ含有量（ＣｕＯ換算）領域Ｙ’（透磁率の低い領域であって、導体部近傍領域Ｙを含む）よりも、その外に位置する高Ｃｕ含有量（ＣｕＯ換算）領域Ｘ’（透磁率の高い領域であって、中央領域Ｘを含む）を通り易くなり、磁性体部２の全体が高透磁率である場合に比べて磁路が長くなる。磁路が長くなるにつれて、より大きな直流電流域に亘って安定したインダクタンスを得ることが可能となる。よって、本実施形態の積層コイル部品１１は、向上した直流重畳特性を有するものとなる。
また、かかる積層コイル部品１１は、焼結フェライト材料からなる磁性体部２と、銀を含む導体から成る導体部３とで熱膨張係数（特に線膨張係数）が異なるものの、磁性体部２のうち、導体部近傍領域Ｙにおける焼結密度が低いので、熱処理（焼成）後の冷却過程などにより磁性体部２内に発生し得る内部応力（または応力歪み）を緩和または低減することができる。よって、積層コイル部品１１を熱衝撃試験に付した場合、または積層コイル部品１１の用途（基板実装する際のリフロー処理や、ユーザーによる実使用）において、急激な温度変化に曝されたり、外部応力が負荷されたりした場合に、導体部近傍領域Ｙ（焼結密度の低い領域）において内部応力の変動を小さくすることができ、よって、インダクタンスやインピーダンス等の磁気特性の変化を低減することができる。
以上、本発明の１つの実施形態について説明したが、本実施形態は種々の改変が可能である。例えば、図５に示すように、磁路を横切るように非磁性体層１２を設け、開磁路型としてよい。非磁性体層１２としては、磁性体部２（磁性体層８ａ〜８ｈ）と熱膨張係数が類似する材料、例えば、磁性体部２のＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライト材料のＮｉをＺｎで全量置換したＺｎ−Ｃｕ系フェライト材料を使用することができる。このような開磁路型の積層コイル部品によれば、より一層の直流重畳特性の向上を図ることができる。
フェライト材料の素原料として、Ｆｅ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＮｉＯ、ＣｕＯおよびＢｉ２Ｏ３の各粉末を用意した。主成分であるＦｅ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＮｉＯ、ＣｕＯの組成が表１のＮｏ．１〜１４に示す割合となるように、これらの粉末を秤量し、これら主成分の合計１００重量部に対して、Ｂｉ２Ｏ３を０．２５重量部で秤量添加した。なお、試料Ｎｏ．４〜１０が本発明の実施例であり、試料Ｎｏ．１〜３および１１〜１４（表中、記号「*」を付して示す）は比較例である。
次いで、試料Ｎｏ．１〜１４の各秤量物を、純水およびＰＳＺ（Partial Stabilized Zirconia; 部分安定化ジルコニア）ボールと共に、塩化ビニル製のポットミルに入れ、湿式で十分に混合粉砕した。粉砕処理物を蒸発乾燥させた後、７５０℃の温度で２時間仮焼した。これにより得られた仮焼物を、エタノールおよびＰＳＺボールと共に、再び塩化ビニル製のポットミルに入れ、十分に混合粉砕し、更にポリビニルブチラール系バインダ（有機バインダ）を加えて混合し、フェライト材料を含むスラリー（セラミックスラリー）を得た。
次に、ドクターブレード法を使用して、上記で得たフェライト材料のスラリーを、厚さ２５μｍのシート状に成形した。得られた成形体を縦５０ｍｍ、横５０ｍｍの大きさに打ち抜いて、フェライト材料のグリーンシートを作製した。
別途、銀粉末、ワニスおよび有機溶剤を含む導体ペーストを用意した。レーザ加工機を使用して、上記で作製したグリーンシートの所定の位置にビアホールを形成した後、この導体ペーストを、グリーンシートに形成したビアホールに充填しつつ、グリーンシートの表面にスクリーン印刷して、導体ペースト層を形成した。
次いで、導体ペースト層を所定のパターンで形成したフェライト材料のグリーンシートを適切に積層した後、これらを、導体ペースト層の形成されていないフェライト材料のグリーンシートで挟持し、６０℃の温度で１００ＭＰａの圧力で圧着し、圧着ブロックを作製した。そして、この圧着ブロックを所定のサイズに切断して積層体を作製した。
上記で得られた積層体を、大気中で４００℃に加熱して十分に脱脂した。次いで、Ｎ２−Ｏ２の混合ガスにより酸素分圧が０．１体積％に制御された焼成炉に積層体を投入し、９００℃に昇温し、２時間保持することにより熱処理（焼成）した。
その後、銀粉末、ガラスフリット、ワニスおよび有機溶剤を含有した外部電極用導電ペーストを用意し、この外部電極用導電ペーストを、上記で熱処理した積層体の両端部に塗布して乾燥させた後、７５０℃で焼き付け、更に、電解めっきによりＮｉ、Ｓｎめっきを順に施して、外部電極を形成した。
以上により、積層コイル部品を、試料Ｎｏ．１〜１４について作製した。なお、積層コイル部品の外径寸法は、長さ２．０ｍｍ、幅１．２ｍｍ、厚さ１．０ｍｍとし、導体部（コイル）のターン数は所定のインダクタンス値（１ＭＨｚで約１μＨ）が取得できるように調整した。
（評価）
試料Ｎｏ．１〜１４について得られた積層コイル部品を、Ｃｕ含有量（ＣｕＯ換算）、平均結晶粒径、直流重畳特性および熱衝撃試験により評価した。
試料Ｎｏ．１〜１４について得られた積層コイル部品を、Ｃｕ含有量（ＣｕＯ換算）、平均結晶粒径、直流重畳特性および熱衝撃試験により評価した。
・Ｃｕ含有量（ＣｕＯ換算）
試料Ｎｏ．１〜１４につき各１０個の積層コイル部品を用いて、樹脂固めを行い、厚み方向の約１／２の位置（図１のＡ−Ａ線の位置）まで研磨し、洗浄した後、図４（ａ）に示す積層体１の露出面において、磁性体部２の中央領域Ｘおよび導体部近傍領域Ｙに対して、波長分散型Ｘ線分析法（ＷＤＸ法）を用いて組成を定量分析し（測定ビーム径 １μｍとし、中央領域Ｘの測定はコイル内側のほぼ中央にて行い、導体部近傍領域Ｙの測定は、磁性体部２と導体部３の界面から磁性体部２の内部へｔ＝約５μｍの位置に測定ビーム中心を設定して行った）、領域ＸおよびＹにおける磁性体部２のＣｕ含有量（ＣｕＯ換算）を求め、１０個の積層コイル部品での平均値を算出した。結果を表１に併せて示す。
試料Ｎｏ．１〜１４につき各１０個の積層コイル部品を用いて、樹脂固めを行い、厚み方向の約１／２の位置（図１のＡ−Ａ線の位置）まで研磨し、洗浄した後、図４（ａ）に示す積層体１の露出面において、磁性体部２の中央領域Ｘおよび導体部近傍領域Ｙに対して、波長分散型Ｘ線分析法（ＷＤＸ法）を用いて組成を定量分析し（測定ビーム径 １μｍとし、中央領域Ｘの測定はコイル内側のほぼ中央にて行い、導体部近傍領域Ｙの測定は、磁性体部２と導体部３の界面から磁性体部２の内部へｔ＝約５μｍの位置に測定ビーム中心を設定して行った）、領域ＸおよびＹにおける磁性体部２のＣｕ含有量（ＣｕＯ換算）を求め、１０個の積層コイル部品での平均値を算出した。結果を表１に併せて示す。
・平均結晶粒径
試料Ｎｏ．１〜１４につき各１０個の積層コイル部品を用いて、樹脂固めを行い、厚み方向の約１／２の位置（図１のＡ−Ａ線の位置）まで研磨し、更に化学エッチングを行って、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて、磁性体部２の中央領域Ｘおよび導体部近傍領域Ｙ（領域ＸおよびＹは上記と同じ）においてＳＥＭ写真を撮影し、このＳＥＭ写真から、ＪＩＳ規格（Ｒ１６７０）に準拠し、旭化成エンジニアリング製の画像解析ソフト「Ａ像くん」（登録商標）を用いて、円相当径に換算して平均結晶粒径を測定し、１０個の積層コイル部品での平均値を算出し、平均結晶粒径とした。結果を表１に併せて示す。
試料Ｎｏ．１〜１４につき各１０個の積層コイル部品を用いて、樹脂固めを行い、厚み方向の約１／２の位置（図１のＡ−Ａ線の位置）まで研磨し、更に化学エッチングを行って、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて、磁性体部２の中央領域Ｘおよび導体部近傍領域Ｙ（領域ＸおよびＹは上記と同じ）においてＳＥＭ写真を撮影し、このＳＥＭ写真から、ＪＩＳ規格（Ｒ１６７０）に準拠し、旭化成エンジニアリング製の画像解析ソフト「Ａ像くん」（登録商標）を用いて、円相当径に換算して平均結晶粒径を測定し、１０個の積層コイル部品での平均値を算出し、平均結晶粒径とした。結果を表１に併せて示す。
・直流重畳特性
試料Ｎｏ．１〜１４につき各５０個の積層コイル部品を用いて、ＪＩＳ規格（Ｃ２５６０−２）に準拠し、１Ａの直流電流を積層コイル部品に重畳した。その前後で、積層コイル部品のインダクタンスＬを周波数１ＭＨｚで測定し、直流重畳試験前後でのインダクタンス変化率を求め、５０個の積層コイル部品での平均値を算出した。結果を表２に示す。
試料Ｎｏ．１〜１４につき各５０個の積層コイル部品を用いて、ＪＩＳ規格（Ｃ２５６０−２）に準拠し、１Ａの直流電流を積層コイル部品に重畳した。その前後で、積層コイル部品のインダクタンスＬを周波数１ＭＨｚで測定し、直流重畳試験前後でのインダクタンス変化率を求め、５０個の積層コイル部品での平均値を算出した。結果を表２に示す。
・ヒートサイクル試験（熱衝撃試験）
試料Ｎｏ．１〜１４につき各５０個の積層コイル部品を用いて、−５５℃〜＋１２５℃の範囲で所定の温度プロファイルで２０００サイクル繰り返した。その前後で、積層コイル部品のインダクタンスＬを周波数１ＭＨｚで測定し、ヒートサイクル試験前後でのインダクタンス変化率を求め、５０個の積層コイル部品での平均値を算出した。結果を表２に示す。
試料Ｎｏ．１〜１４につき各５０個の積層コイル部品を用いて、−５５℃〜＋１２５℃の範囲で所定の温度プロファイルで２０００サイクル繰り返した。その前後で、積層コイル部品のインダクタンスＬを周波数１ＭＨｚで測定し、ヒートサイクル試験前後でのインダクタンス変化率を求め、５０個の積層コイル部品での平均値を算出した。結果を表２に示す。
表１から理解されるように、ＣｕＯ含有量が０．３〜４．０ｍｏｌ％のＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライト材料を使用して得た、試料Ｎｏ．４〜１０の積層コイル部品では、磁性体部の中央領域ＸでのＣｕ含有量（ＣｕＯ換算）が０．２〜３重量％の範囲以内となり、中央領域Ｘに対する導体部近傍領域ＹのＣｕ含有量（ＣｕＯ換算）比が０．２〜０．５の範囲以内となった。また、試料Ｎｏ．４〜１０の積層コイル部品では、磁性体部の中央領域Ｘに対する導体部近傍領域Ｙの結晶粒径比は、０．８０以下となった。このことは、磁性体部の導体部近傍領域においてＣｕＯが吸収され、焼結性が低下して、粒子成長が抑制されたことを示している。
これに対して、ＣｕＯ含有量が０．２ｍｏｌ％以下または５．０ｍｏｌ％以上のＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライト材料を使用して得た、試料Ｎｏ．１〜３および１１〜１４の積層コイル部品では、磁性体部の導体部近傍領域ＹでのＣｕ含有量（ＣｕＯ換算）がゼロ重量％（測定下限未満）となり、中央領域Ｘに対する導体部近傍領域ＹのＣｕ含有量（ＣｕＯ換算）比がゼロまたは算出不能となるか、０．５を超えた。また、試料Ｎｏ．１〜３および１１〜１４の積層コイル部品では、中央領域Ｘに対する導体部近傍領域Ｙの結晶粒径比は、０．８０を超えた。
更に、表２から理解されるように、試料Ｎｏ．４〜１０の積層コイル部品では、試料Ｎｏ．１〜３および１１〜１４の積層コイル部品に比べて、直流重畳特性におけるインダクタンス変化が低減され、直流重畳特性の向上が確認された。また、試料Ｎｏ．４〜１０の積層コイル部品では、試料Ｎｏ．１〜３および１１〜１４の積層コイル部品に比べて、ヒートサイクル試験におけるインダクタンス変化が低減されることが確認された。特に、試料Ｎｏ．４〜１０の積層コイル部品（中央領域Ｘに対する導体部近傍領域ＹのＣｕ含有量（ＣｕＯ換算）比が０．２〜０．３の範囲以内）において優れた効果が得られることが確認された。
本発明によって得られる積層コイル部品は、例えば高周波回路および電源回路のインダクタやトランスなどとして、幅広く様々な用途に使用され得る。
１ 積層体
２ 磁性体部
３ 導体部
４ａ、４ｂ 引出し部
５ａ、５ｂ 外部電極
８ａ〜８ｈ 磁性体層
９ａ〜９ｆ 導体パターン層
９ａ’、９ｆ’ 引出し部
１０ａ〜１０ｅ ビア
１１ 積層コイル部品
１２ 非磁性体層
Ｘ 中央領域
Ｙ 導体部近傍領域
Ｘ’ 高Ｃｕ含有量領域（ＣｕＯ換算）
Ｙ’ 低Ｃｕ含有量領域（ＣｕＯ換算）
２ 磁性体部
３ 導体部
４ａ、４ｂ 引出し部
５ａ、５ｂ 外部電極
８ａ〜８ｈ 磁性体層
９ａ〜９ｆ 導体パターン層
９ａ’、９ｆ’ 引出し部
１０ａ〜１０ｅ ビア
１１ 積層コイル部品
１２ 非磁性体層
Ｘ 中央領域
Ｙ 導体部近傍領域
Ｘ’ 高Ｃｕ含有量領域（ＣｕＯ換算）
Ｙ’ 低Ｃｕ含有量領域（ＣｕＯ換算）
Claims (4)
- 磁性体層が積層されて成る磁性体部と、磁性体層間に配置された複数の導体パターン層が磁性体層を貫通してコイル状に相互接続され、磁性体部に埋設されて成る導体部とを有する積層コイル部品であって、
導体部が銀を含む導体から成り、
磁性体部がＦｅ２Ｏ３、ＮｉＯ、ＺｎＯ、ＣｕＯを含む焼結フェライト材料から成り、
磁性体部の中央領域におけるＣｕＯ含有量に対する、磁性体部の導体部近傍領域におけるＣｕＯ含有量の比が、０．２〜０．５である、積層コイル部品。 - 磁性体部の中央領域におけるＣｕＯ含有量に対する、磁性体部の導体部近傍領域におけるＣｕＯ含有量の比が、０．２〜０．３である、請求項１に記載の積層コイル部品。
- 磁性体部の中央領域におけるＣｕＯ含有量が、０．２〜３重量％である、請求項１または２に記載の積層コイル部品。
- 磁性体層が積層されて成る磁性体部と、磁性体層間に配置された複数の導体パターン層が磁性体層を貫通してコイル状に相互接続され、磁性体部に埋設されて成る導体部とを有する積層コイル部品であって、磁性体部の中央領域におけるＣｕＯ含有量に対する、磁性体部の導体部近傍領域におけるＣｕＯ含有量の比が、０．２〜０．５である積層コイル部品の製造方法であって、
Ｆｅ２Ｏ３、ＮｉＯ、ＺｎＯ、ＣｕＯを含み、かつＣｕＯ含有量が０．３〜４ｍｏｌ％であるフェライト材料のグリーンシートを、銀を含む導体ペースト層を介して積層し、導体ペースト層がフェライト材料のグリーンシートを貫通してコイル状に相互接続されている積層体を得ること、および
積層体を酸素濃度０．１体積％以下の雰囲気で熱処理することにより、フェライト材料のグリーンシートおよび銀を含む導体ペースト層を焼成して、それぞれ磁性体層および導体パターン層とし、これにより、それぞれ前記磁性体部および前記導体部を形成すること
を含む製造方法。
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