JP5913246B2 - Metal magnetic materials, electronic components - Google Patents

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本発明は、電源回路に用いられるパワーインダクタ等に用いられる金属磁性材料、電子部品に関するものである。   The present invention relates to a metal magnetic material and an electronic component used for a power inductor used in a power supply circuit.

電源回路で使用されるパワーインダクタは、小型化、低損失化、大電流対応化が要求されており、これらの要求に対応すべく、その磁性材料に飽和磁束密度の高い金属磁性材料を使用することが検討されている。金属磁性材料は、飽和磁束密度が高いという利点があるが、その材料単体の絶縁抵抗は低く、電子部品の磁性体として使用するためには、材料粒子同士の絶縁を確保する必要がある。絶縁が確保できないと、部品本体が導通してしまったり、材料特性が劣化して、製品の損失が増加してしまったりする。   Power inductors used in power supply circuits are required to be small, low loss, and capable of handling large currents. To meet these demands, a metal magnetic material with a high saturation magnetic flux density is used as the magnetic material. It is being considered. The metal magnetic material has an advantage that the saturation magnetic flux density is high, but the insulation resistance of the material itself is low, and in order to use it as a magnetic body of an electronic component, it is necessary to ensure insulation between the material particles. If insulation cannot be ensured, the component body will become conductive, material properties will deteriorate, and product loss will increase.

従来は、金属磁性材料を電子部品に用いるときに、樹脂等でボンド化したり、粒子を絶縁膜でコートしたりして、材料粒子同士の絶縁を確保することが行われていた。
例えば、特許文献1には、Fe−Cr−Si合金の表面をZnO系ガラスで被覆した材料を真空、無酸素、低酸素分圧下で焼成する電子部品が記載されている。しかし、真空、無酸素、低酸素分圧下では、焼結を防ぐため、コーティングを確実にする必要があり、ガラスの添加量を多くする必要があったり、コーティングのためコストが上昇したりするといった問題がある。
このように、樹脂等でボンド化したり、粒子を絶縁膜でコートしたりする従来の手法では、絶縁性をより確実にするため、磁性材料以外の絶縁材料の量を多くすることが必要であり、磁性材料以外の体積を増加させることは磁気特性の劣化につながるという問題があった。
Conventionally, when a metal magnetic material is used for an electronic component, bonding between the resin particles or the like or coating the particles with an insulating film has ensured insulation between the material particles.
For example, Patent Document 1 describes an electronic component in which a material obtained by coating the surface of an Fe—Cr—Si alloy with ZnO-based glass is fired under vacuum, oxygen-free, and low oxygen partial pressure. However, under vacuum, oxygen-free, and low oxygen partial pressure, to prevent sintering, it is necessary to ensure the coating, it is necessary to increase the amount of glass added, and the cost increases due to the coating. There's a problem.
As described above, in the conventional method of bonding with resin or coating particles with an insulating film, it is necessary to increase the amount of insulating material other than the magnetic material in order to further ensure insulation. However, there is a problem that increasing the volume other than the magnetic material leads to deterioration of magnetic properties.

また、原料由来の酸化物の層を形成する技術が開示されている(特許文献2、特許文献3)。この手法では、原料由来の酸化物の絶縁膜を利用するので、磁気特性の劣化は小さい。しかし、この手法で用いる原料由来の酸化物の絶縁膜では、絶縁性が低かったり、十分な強度が得られなかったりする場合があった。   Moreover, the technique which forms the layer of the oxide derived from a raw material is disclosed (patent document 2, patent document 3). In this method, since the insulating film of the oxide derived from the raw material is used, the deterioration of the magnetic characteristics is small. However, the insulating film of oxide derived from the raw material used in this method may have low insulating properties or may not have sufficient strength.

そこで、原料由来の酸化物の層を形成し、これに樹脂含浸する等の手法も開示されている(特許文献4)。しかし、含浸等の手法は、コストが上昇するばかりか、製品の安定性を欠くため、実用性が低かった。   Therefore, a method of forming a raw material-derived oxide layer and impregnating it with a resin is also disclosed (Patent Document 4). However, methods such as impregnation have not been practical because they increase costs and lack product stability.

さらに、特許文献5には、鉄系化合物をコアとし、その周りに金属化合物のシェルを形成したコアシェル構造の金属磁性粉末と、ガラスとを含む磁性層材料が開示されている。しかし、この手法では、コアシェル構造を構成するために、コアを構成する材料に対してシェル形成材料をコーティングする必要があり、上述した粒子を絶縁膜でコートする従来の手法と同様に、コストの上昇や、コーティング材料(シェル形成材料)の量を多くするために磁気特性の劣化につながるという問題があった。   Further, Patent Document 5 discloses a magnetic layer material containing a core-structure metal magnetic powder in which an iron-based compound is a core and a metal compound shell is formed around the core, and glass. However, in this method, in order to construct the core-shell structure, it is necessary to coat the shell forming material on the material constituting the core, and as with the conventional method of coating the above-described particles with an insulating film, the cost is low. There is a problem that the magnetic properties are deteriorated due to an increase in the amount of coating material (shell forming material).

電子部品用の金属磁性材材料には、磁性粒子同士を、最小の絶縁層で絶縁して、高い絶縁性を確保する必要がある。また、絶縁膜は電気的、機械的にも強固である必要がある。しかし、上記いずれの従来技術であっても、上述したように何らかの未解決な問題点を有していた。   In a metal magnetic material for electronic parts, it is necessary to insulate magnetic particles with a minimum insulating layer to ensure high insulation. The insulating film needs to be strong electrically and mechanically. However, any of the above prior arts has some unsolved problems as described above.

特開2010−62424号公報JP 2010-62424 A 特許第4866971号公報Japanese Patent No. 4866971 特許第5082002号公報Japanese Patent No. 5082002 特開2012−238841号公報JP 2012-238841 A 特開2013−33966号公報JP 2013-33966 A

本発明の課題は、絶縁を確実に行え、かつ、飽和磁束密度の高い金属磁性材料と、この金属磁性材料を用いた低損失、かつ、直流重畳特性の良好な電子部品を提供することである。   An object of the present invention is to provide a metal magnetic material that can be reliably insulated and has a high saturation magnetic flux density, and an electronic component that uses this metal magnetic material and has low loss and good DC superimposition characteristics. .

本発明は、以下のような解決手段により、前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために、本発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、これに限定されるものではない。   The present invention solves the above problems by the following means. In addition, in order to make an understanding easy, although the code | symbol corresponding to embodiment of this invention is attached | subjected and demonstrated, it is not limited to this.

請求項の発明は、鉄と、ケイ素と、クロムとを含有する、その表面に金属酸化物を形成するための処理が行われていない金属磁性合金粉末と、亜鉛と、が混在した金属磁性材料を用いて素体(11,21)が形成され、前記素体を熱処理することにより、前記金属磁性合金粉末の表面には、亜鉛が析出され、前記素体中の金属磁性合金粉末同士が、前記亜鉛を介して結合され、前記素体中にコイル(12a,12b,12c,22)が形成されること、を特徴とする電子部品(10,20)の製造方法である。 The invention of claim 1 is a metal magnetism containing iron, silicon and chromium, a metal magnetic alloy powder not treated for forming a metal oxide on its surface, and zinc. An element body (11, 21) is formed using a material, and by heating the element body, zinc is deposited on the surface of the metal magnetic alloy powder, and the metal magnetic alloy powders in the element body , attached through the zinc coil in said body (12a, 12b, 12c, 22) that is formed, a method of manufacturing an electronic component (10, 20), characterized in.

請求項の発明は、鉄と、ケイ素と、クロムとを含有する、その表面に金属酸化物を形成するための処理が行われていない金属磁性合金粉末と、亜鉛と、が混在した金属磁性材料を用いて素体(11,21)が形成され、前記素体を熱処理することにより、前記金属磁性合金粉末の表面には、亜鉛系フェライトが析出され、前記素体中の金属磁性合金粉末同士が、前記亜鉛系フェライトを介して結合され、前記素体中にコイル(12a,12b,12c,22)が形成されること、を特徴とする電子部品(10,20)の製造方法である。 The invention according to claim 2 is a metal magnetism containing iron, silicon and chromium, a metal magnetic alloy powder not treated for forming a metal oxide on its surface, and zinc. An element body (11, 21) is formed using a material, and by heat-treating the element body, zinc-based ferrite is precipitated on the surface of the metal magnetic alloy powder, and the metal magnetic alloy powder in the element body A method for producing an electronic component (10, 20) , characterized in that the elements are bonded to each other via the zinc-based ferrite and coils (12a, 12b, 12c, 22) are formed in the element body. .

請求項の発明は、前記素体(11,21)の体積抵抗率が10Ω・cm以上である請求項1又は請求項2に記載の電子部品(10,20)の製造方法である。 Invention of Claim 3 is a manufacturing method of the electronic component (10,20) of Claim 1 or Claim 2 whose volume resistivity of the said element | base_body (11,21) is 10 < 7 > ohm * cm or more. .

請求項の発明は、前記素体(11,21)の抗折強度が30MPa以上である請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の電子部品(10,20)の製造方法である。 Invention of Claim 4 is a manufacturing method of the electronic component (10, 20) of any one of Claim 1 to Claim 3 whose bending strength of the said element | base_body (11,21) is 30 Mpa or more. It is.

請求項の発明は、前記素体(11,21)中の金属磁性合金粉末同士が、その表面に金属酸化物を介することなく前記素体を構成する他の材料を介して結合されている部分を有する請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の電子部品(10,20)の製造方法である。 According to a fifth aspect of the present invention, the metal magnetic alloy powders in the element body (11, 21) are bonded to the surface via another material constituting the element body without interposing a metal oxide. It is a manufacturing method of the electronic component (10, 20) of any one of Claim 1 to Claim 4 which has a part.

本発明によれば、金属磁性材料は、鉄と、ケイ素と、クロムとを含有する金属磁性合金粉末と、亜鉛とが混在している。よって、金属磁性材料は、絶縁を確実に行え、かつ、飽和磁束密度の高い材料とすることができる。また、この金属磁性材料を用いた電子部品は、低損失、かつ、直流重畳特性の良好なものとすることができる。   According to the present invention, the metal magnetic material is a mixture of iron, silicon, metal magnetic alloy powder containing chromium, and zinc. Accordingly, the metal magnetic material can be reliably insulated and can be a material having a high saturation magnetic flux density. In addition, an electronic component using this metal magnetic material can have low loss and good direct current superposition characteristics.

本発明による電子部品10の第1実施形態を示す斜視図である。1 is a perspective view showing a first embodiment of an electronic component 10 according to the present invention. 本発明による電子部品10の分解斜視図である。1 is an exploded perspective view of an electronic component 10 according to the present invention. 比較試験を行った実施例と比較例の組成と比較試験結果とをまとめて示した表である。It is the table | surface which put together and showed the composition of the Example and comparative example which performed the comparative test, and the comparative test result. 原料粉末を混合したもの、これを脱バインダ処理(ここでは400℃)したもの、さらにこれを800℃で熱処理したもののX線回折図である。FIG. 2 is an X-ray diffraction pattern of a mixture of raw material powder, a binder removal treatment (here, 400 ° C.), and a heat treatment performed at 800 ° C. 800℃で熱処理後の材料断面のZn分布を示す写真である。It is a photograph which shows Zn distribution of the material cross section after heat processing at 800 degreeC. 本発明による電子部品20の第2実施形態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows 2nd Embodiment of the electronic component 20 by this invention. 電子部品20の断面図である。2 is a cross-sectional view of an electronic component 20.

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面等を参照して説明する。   The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.

(第1実施形態)
図1は、本発明による電子部品10の第1実施形態を示す斜視図である。
図2は、本発明による電子部品10の分解斜視図である。図2では、外部端子13,14を省略している。
なお、図1を含め、以下に示す各図は、模式的に示した図であり、各部の大きさ、形状は、理解を容易にするために、適宜誇張して示している。
また、以下の説明では、具体的な数値、形状、材料等を示して説明を行うが、これらは、適宜変更することができる。
(First embodiment)
FIG. 1 is a perspective view showing a first embodiment of an electronic component 10 according to the present invention.
FIG. 2 is an exploded perspective view of the electronic component 10 according to the present invention. In FIG. 2, the external terminals 13 and 14 are omitted.
In addition, each figure shown below including FIG. 1 is the figure shown typically, and the magnitude | size and shape of each part are exaggerated suitably for easy understanding.
In the following description, specific numerical values, shapes, materials, and the like are shown and described, but these can be changed as appropriate.

電子部品10は、素体11と、外部端子13,14とを備えた積層型のインダクタである。
素体11は、図2に示すように、金属磁性体層11a,11b,11c,11dと、コイル用導体パターン12a,12b,12cとを有している。
The electronic component 10 is a multilayer inductor that includes an element body 11 and external terminals 13 and 14.
As shown in FIG. 2, the element body 11 has metal magnetic layers 11a, 11b, 11c, and 11d, and coil conductor patterns 12a, 12b, and 12c.

金属磁性体層11aから11dは、金属磁性合金粉末と、亜鉛と、が混在する金属磁性材料により形成されている。
金属磁性合金粉末は、金属磁性体として、鉄(Fe)と、ケイ素(Si)と、クロム(Cr)とを含有する金属磁性合金(いわゆる、Fe−Cr−Si系金属磁性合金)の粉末である。素体11(金属磁性体層11aから11d)中では、金属磁性合金粉末の表面には、亜鉛系フェライトが析出しており、素体11中の金属磁性合金粉末同士が、亜鉛系フェライトを介して結合されている。金属磁性体層11aから11dを形成する金属磁性材料の詳細については、後述する。
The metal magnetic layers 11a to 11d are formed of a metal magnetic material in which metal magnetic alloy powder and zinc are mixed.
The metal magnetic alloy powder is a powder of a metal magnetic alloy (so-called Fe—Cr—Si based metal magnetic alloy) containing iron (Fe), silicon (Si), and chromium (Cr) as a metal magnetic body. is there. In the element body 11 (the metal magnetic layers 11a to 11d), zinc-based ferrite is deposited on the surface of the metal magnetic alloy powder, and the metal magnetic alloy powders in the element body 11 pass through the zinc-based ferrite. Are combined. Details of the metal magnetic material forming the metal magnetic layers 11a to 11d will be described later.

コイル用導体パターン12aから12cは、銀、銀系、金、金系、銅、銅系等の金属材料をペースト状にした導体ペーストを用いて形成されている。   The coil conductor patterns 12a to 12c are formed by using a conductor paste in which a metal material such as silver, silver, gold, gold, copper, or copper is made into a paste.

金属磁性体層11aの表面には、コイル用導体パターン12aが形成されている。このコイル用導体パターン12aは、1ターン未満分が形成されている。コイル用導体パターン12aの一端は、金属磁性体層11aの端面に引き出されており、外部端子13に接続されている。
金属磁性体層11bの表面には、コイル用導体パターン12bが形成されている。このコイル用導体パターン12bは、1ターン未満分が形成されている。コイル用導体パターン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コイル用導体パターン12aの他端に接続されている。
金属磁性体層11cの表面には、コイル用導体パターン12cが形成されている。このコイル用導体パターン12cは、1ターン未満分が形成されている。コイル用導体パターン12cの一端は、金属磁性体層11cのスルーホール内の導体を介してコイル用導体パターン12bの他端に接続される。また、コイル用導体パターン12cの他端は、金属磁性体層11cの端面に引き出されており、外部端子14に接続されている。
このコイル用導体パターン12cが形成された金属磁性体層11cの上には、コイル用導体パターンを保護するための金属磁性体層11dが形成されている。
なお、ここでは、理解を容易にするために、金属磁性体層を4層としているが、この層の数を増加させて、コイルパターンの実質的な巻き数を増やしてもよい。
A coil conductor pattern 12a is formed on the surface of the metal magnetic layer 11a. The coil conductor pattern 12a is formed with less than one turn. One end of the coil conductor pattern 12 a is drawn to the end face of the metal magnetic layer 11 a and is connected to the external terminal 13.
A coil conductor pattern 12b is formed on the surface of the metal magnetic layer 11b. The coil conductor pattern 12b is formed for less than one turn. One end of the coil conductor pattern 12b is connected to the other end of the coil conductor pattern 12a via a conductor in the through hole of the metal magnetic layer 11b.
A coil conductor pattern 12c is formed on the surface of the metal magnetic layer 11c. The coil conductor pattern 12c is formed with less than one turn. One end of the coil conductor pattern 12c is connected to the other end of the coil conductor pattern 12b via a conductor in the through hole of the metal magnetic layer 11c. The other end of the coil conductor pattern 12 c is drawn to the end face of the metal magnetic layer 11 c and connected to the external terminal 14.
On the metal magnetic layer 11c on which the coil conductor pattern 12c is formed, a metal magnetic layer 11d for protecting the coil conductor pattern is formed.
Here, in order to facilitate understanding, four metal magnetic layers are used, but the number of turns of the coil pattern may be increased by increasing the number of layers.

このように、金属磁性体層間のコイル用導体パターン12aから12cによって素体11内にコイルパターンが形成されている。そして、コイル用導体パターン12aから12cは、図2に示すように素体(成形体)11の両端面に形成された外部端子13と外部端子14との間に接続されている。   Thus, the coil pattern is formed in the element body 11 by the coil conductor patterns 12a to 12c between the metal magnetic layers. The coil conductor patterns 12a to 12c are connected between the external terminal 13 and the external terminal 14 formed on both end faces of the element body (molded body) 11 as shown in FIG.

上述した構成を有する本実施形態の電子部品10は、以下のようにして製造される。先ず、所定組成のFe−Cr−Si合金の粉末に所定量のZnO(酸化亜鉛)添加物を加えた後、混合して、PVA(ポリビニルアルコール)等のバインダをさらに添加する。そして、これを混練してペースト状にして金属磁性材料ペーストを得る。また、コイル用導体パターン12aから12cを形成する導体ペーストを別途用意する。この金属磁性材料ペーストと導体ペーストとを交互に層状に印刷することにより、素体(成形体)11が得られる。得られた素体11は、所定温度で脱バインダ処理、及び、熱処理が行われて、電子部品10が得られる。なお、外部端子13,14については、例えば、熱処理後に形成することができる。この場合、例えば、熱処理後の素体11の両端に、外部端子用の導電ペーストを塗布した後、加熱処理を行い、外部端子13,14を設けることができる。   The electronic component 10 of the present embodiment having the above-described configuration is manufactured as follows. First, a predetermined amount of ZnO (zinc oxide) additive is added to an Fe—Cr—Si alloy powder having a predetermined composition, and then mixed, and a binder such as PVA (polyvinyl alcohol) is further added. And this is knead | mixed and it is made a paste and a metal magnetic material paste is obtained. Further, a conductor paste for forming the coil conductor patterns 12a to 12c is separately prepared. An element body (molded body) 11 is obtained by printing the metal magnetic material paste and the conductor paste alternately in layers. The obtained element body 11 is subjected to binder removal processing and heat treatment at a predetermined temperature, whereby the electronic component 10 is obtained. The external terminals 13 and 14 can be formed after heat treatment, for example. In this case, for example, the external terminals 13 and 14 can be provided by applying a conductive paste for external terminals to both ends of the heat-treated body 11 and then performing heat treatment.

本実施形態では、素体11を構成する金属磁性体層11aから11dに用いられる金属磁性材料に、上述したように、金属磁性合金粉末に対してZnO添加物を混合したものを用いることにより、磁気特性と絶縁特性との両立を図っている。以下、この金属磁性材料について、より具体的な実施例を、比較例を含めた比較試験結果を挙げて説明する。   In the present embodiment, as described above, the metal magnetic material used for the metal magnetic layers 11a to 11d constituting the element body 11 is a mixture of a metal magnetic alloy powder and a ZnO additive, Coexistence of magnetic characteristics and insulation characteristics is achieved. Hereinafter, more specific examples of this metal magnetic material will be described with reference to comparative test results including comparative examples.

図3は、比較試験を行った実施例と比較例の組成と比較試験結果とをまとめて示した表である。
比較試験には、本発明による実施例を2例用意し、比較例を5例用意した。
この比較実験では、所定組成のFe−Cr−Si合金の粉末に図3に示す所定量の添加物を加えた後、混合して、PVA等のバインダをさらに添加し、これを混練した金属磁性材料ペーストを用いて素体(成形体)を形成し、400℃〜600℃で脱バインダ(脱脂)処理を行った後、800℃で熱処理してインダクタを作製した。なお、Fe−Cr−Si合金の粉末は、その表面に金属酸化物を形成するための処理が行われていないものを用いている。すなわち、特別な処理が行われていない、Fe−Cr−Si合金の粉末そのものを用いている。
FIG. 3 is a table summarizing the compositions of Examples and Comparative Examples in which comparative tests were performed and the results of the comparative tests.
In the comparative test, two examples according to the present invention were prepared, and five comparative examples were prepared.
In this comparative experiment, a predetermined amount of additives shown in FIG. 3 was added to a powder of an Fe—Cr—Si alloy having a predetermined composition, and then mixed, and a binder such as PVA was further added, and this was kneaded. An element body (molded body) was formed using a material paste, a binder (degreasing) treatment was performed at 400 ° C. to 600 ° C., and then a heat treatment was performed at 800 ° C. to produce an inductor. Note that the Fe—Cr—Si alloy powder is not subjected to a treatment for forming a metal oxide on its surface. That is, the Fe—Cr—Si alloy powder itself, which has not been subjected to special treatment, is used.

実施例1及び実施例2の金属磁性材料は、ZnOを添加することにより、無添加の場合(比較例3,4,5)よりも、絶縁抵抗が上昇し、抗折強度も上昇している。   In the metal magnetic materials of Example 1 and Example 2, by adding ZnO, the insulation resistance is increased and the bending strength is also increased as compared with the case of no addition (Comparative Examples 3, 4, and 5). .

また、複素透磁率μ’等の磁気特性についても、実施例1及び実施例2の金属磁性材料は、ZnOを添加することにより、無添加の場合(比較例3,4,5)と同等の性能を確保できている。   Moreover, also about magnetic characteristics, such as complex permeability (micro | micron | mu) ', the metallic magnetic material of Example 1 and Example 2 is equivalent to the case where it does not add (Comparative Example 3, 4, 5) by adding ZnO. Performance is secured.

図3に示した比較試験結果において、無添加時に対する複素透磁率μ’の低下が20%以内であり、かつ、体積抵抗率が10Ω・cm以上であり、かつ、抗折強度が30Mpa以上のものを「可」、それ以外を「不可」として判定した結果を判定欄に示した。この条件は、インダクタとして利用可能な最低限の条件として設定してある。実施例1及び実施例2の金属磁性材料は、上記条件を満たして「可」となっている。この結果からすると、上記条件を満たすためには、ZnOは、1.0wt%以上、2.0wt%以下の添加量が必要との結果が得られている。
一方、比較例の未添加品や軟化点の高いホウケイ酸ガラス、又は、ZnO以外の酸化物であるNiOを添加した比較例3から比較例5では、上記条件を満たす特性は得られなかった。この理由としては、Znフェライトの生成温度が関連していると考えられる。
なお、比較例1及び比較例2については、実施例と同様にZnOを添加したが、添加量が1.0wt%以上、2.0wt%以下の範囲を外れており、このような添加量不足、又は、添加量過多の場合には、抗折強度が低下したので、不可の判定となり、比較例としてある。
In the comparative test results shown in FIG. 3, the decrease in complex permeability μ ′ with no addition is within 20%, the volume resistivity is 10 7 Ω · cm or more, and the bending strength is 30 Mpa. The determination results are shown in the determination column as “Yes” for the above and “No” for the others. This condition is set as a minimum condition that can be used as an inductor. The metal magnetic materials of Example 1 and Example 2 satisfy the above conditions and are “OK”. From this result, in order to satisfy the above conditions, it has been obtained that ZnO requires an addition amount of 1.0 wt% or more and 2.0 wt% or less.
On the other hand, in the comparative examples 3 to 5 to which the non-added product of the comparative example, the borosilicate glass having a high softening point, or NiO which is an oxide other than ZnO was added, characteristics satisfying the above conditions were not obtained. The reason for this is considered to be related to the formation temperature of Zn ferrite.
In Comparative Example 1 and Comparative Example 2, ZnO was added in the same manner as in Example, but the addition amount was out of the range of 1.0 wt% or more and 2.0 wt% or less, and such an addition amount is insufficient. Or, when the amount of addition is excessive, since the bending strength is lowered, it is judged as impossible and is used as a comparative example.

ZnOを添加したことにより、Fe−Cr−Si合金の表面にZnフェライトが生成したことは、X線回折やSEM−EDXにより確認できる。
図4は、実施例2の金属磁性材料を用いた場合における、原料粉末を混合したもの、これを脱バインダ処理(ここでは400℃)したもの、さらにこれを800℃で熱処理したもののX線回折図である。なお、図4では、3種類の線図が重ならないように、縦軸(強度)の基準位置をずらして示している。
原料を混合しただけのものと脱バインダ後のものとは、いずれも2θ=30から40にZnOのピークが確認される。しかし、800℃の熱処理を行ったものでは、ZnOのピークは消失し、代わりにスピネルフェライト(ZnFe)のピークが出現している。Zn添加の無いサンプルでは、この変化は確認されない。
It can be confirmed by X-ray diffraction or SEM-EDX that Zn ferrite is formed on the surface of the Fe—Cr—Si alloy by adding ZnO.
FIG. 4 shows an X-ray diffraction pattern of a mixture of raw material powder, a binder removal treatment (here, 400 ° C.), and a heat treatment at 800 ° C. when the metal magnetic material of Example 2 is used. FIG. In FIG. 4, the reference position of the vertical axis (intensity) is shifted so that the three types of diagrams do not overlap.
A ZnO peak is observed at 2θ = 30 to 40 in both the case where the raw materials are mixed and the case after the binder removal. However, when the heat treatment is performed at 800 ° C., the ZnO peak disappears, and the spinel ferrite (ZnFe 2 O 4 ) peak appears instead. This change is not confirmed in the sample without Zn addition.

コイル用導体パターン12aから12cには、例えば、銀(Ag)等の金属を用いることができるが、これらの金属は、800℃以上の温度で熱処理を行うことにより、焼結が進んで抵抗値を下げることができる。しかし、熱処理温度が800℃に満たないと、金属の焼結が進まず、抵抗値が高いままとなってしまう。熱処理は、コイル用導体パターン12aから12cによって成形体内にコイルパターンが形成されている状態で行われる。したがって、コイル用導体パターン12aから12cの金属の熱処理に必要な800℃まで温度を上げて熱処理を行っても、金属磁性体層11aから11dの透磁率が必要な値を維持していることが必要である。   For the coil conductor patterns 12a to 12c, for example, a metal such as silver (Ag) can be used. However, these metals are subjected to a heat treatment at a temperature of 800 ° C. or higher, so that the sintering proceeds and the resistance value is increased. Can be lowered. However, if the heat treatment temperature is less than 800 ° C., the metal does not sinter and the resistance value remains high. The heat treatment is performed in a state where the coil pattern is formed in the molded body by the coil conductor patterns 12a to 12c. Therefore, even if the heat treatment is performed by raising the temperature to 800 ° C. necessary for the heat treatment of the metal of the coil conductor patterns 12a to 12c, the magnetic permeability of the metal magnetic layers 11a to 11d is maintained at a necessary value. is necessary.

図5は、実施例2の金属磁性材料を用いた場合における、800℃で熱処理後の材料断面のZn分布を示す写真である。図5(a)は、SEMによる写真であり、図5(b)は、図5(a)と同じ部位のSEM−EDXによる写真である。図5(b)において白く表示されている部分が、Znの存在している部分である。
図5を見ると、Znは、粒子の表面と粒子間に偏析して析出おり、粒子の内部には存在していない。すなわち、Znフェライトが粒子表面に形成されていることが確認できる。
FIG. 5 is a photograph showing the Zn distribution of the material cross section after heat treatment at 800 ° C. when the metal magnetic material of Example 2 was used. Fig.5 (a) is a photograph by SEM, FIG.5 (b) is a photograph by SEM-EDX of the same site | part as Fig.5 (a). The portion displayed in white in FIG. 5B is a portion where Zn exists.
Referring to FIG. 5, Zn is segregated and precipitated between the surface of the particles and is not present inside the particles. That is, it can be confirmed that Zn ferrite is formed on the particle surface.

なお、比較例1及び比較例2のようにZnOを添加してもよい結果が得られない場合もある。したがって、本発明のZnOを含む金属磁性材料を使用するときには、金属材料の粒子径、熱処理を行う温度によって添加の最適量を設定すればよい。なお、金属磁性合金粉末の粒子径が大きくなれば必要なZnOの量は減少する(表面積が減る)。また、熱処理温度を上げる場合にも、添加量を調整するとよい。   In addition, as in Comparative Example 1 and Comparative Example 2, there may be a case where the result of adding ZnO cannot be obtained. Therefore, when using the metal magnetic material containing ZnO of the present invention, the optimum amount of addition may be set according to the particle diameter of the metal material and the temperature at which heat treatment is performed. As the particle size of the metal magnetic alloy powder increases, the amount of ZnO required decreases (surface area decreases). Also, the amount of addition should be adjusted when raising the heat treatment temperature.

以上説明したように、第1実施形態によれば、鉄と、ケイ素と、クロムとを含有する金属磁性合金粉末と、亜鉛とが混在する金属磁性材料を用いた。よって、第1実施形態の電子部品10は、導体の抵抗値を下げるために必要な熱処理温度で熱処理を行っても、十分な透磁率を確保でき、低損失、かつ、直流重畳特性の良好な高特性の積層インダクタとすることができる。また、第1実施形態では、金属磁性合金粉末に対してその表面に金属酸化物を形成するためのコーティング等の処理が不要であり、製造工程を簡素化できる。   As described above, according to the first embodiment, the metal magnetic material in which the metal magnetic alloy powder containing iron, silicon, and chromium and zinc are mixed is used. Therefore, even if the electronic component 10 of the first embodiment is heat-treated at a heat treatment temperature necessary for reducing the resistance value of the conductor, sufficient magnetic permeability can be secured, low loss, and good DC superposition characteristics. A high-performance multilayer inductor can be obtained. Moreover, in 1st Embodiment, the process of coating etc. for forming a metal oxide in the surface with respect to the metal magnetic alloy powder is unnecessary, and can simplify a manufacturing process.

(第2実施形態)
図6は、本発明による電子部品20の第2実施形態を示す斜視図である。
図7は、電子部品20の断面図である。
第2実施形態の電子部品20は、素体21と、コイル22とを備えた巻線型のインダクタである。第2実施形態の電子部品20は、その製造方法が異なることから、コイル22の形態及び材料が第1実施形態とは異なっている。一方、素体21を形成する金属磁性材料は、第1実施形態の金属磁性体層11aから11dを形成する金属磁性材料と同様なものを用いている。
よって、前述した第1実施形態と同様の機能を果たす部分には、同一の符号を付して、重複する説明を適宜省略する。
(Second Embodiment)
FIG. 6 is a perspective view showing a second embodiment of the electronic component 20 according to the present invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view of the electronic component 20.
The electronic component 20 of the second embodiment is a winding type inductor including an element body 21 and a coil 22. Since the electronic component 20 of the second embodiment differs in the manufacturing method, the form and material of the coil 22 are different from those of the first embodiment. On the other hand, the metal magnetic material forming the element body 21 is the same as the metal magnetic material forming the metal magnetic layers 11a to 11d of the first embodiment.
Therefore, the same reference numerals are given to the portions that perform the same functions as those in the first embodiment described above, and repeated descriptions are omitted as appropriate.

コイル22は、断面が矩形の平角導線をエッジワイズ巻で螺旋状に巻回して構成されている。コイル22は、被膜を有する導線を用いてもよいし、密着巻きにしなければ、素体21が絶縁性を有することから、被覆の無い導線を用いてもよい。
コイル22は、金属磁性合金粉末と、亜鉛と、が混在する金属磁性材料により形成されている素体21により、その周囲が覆われている。
また、コイル22の両端は、素体21の端面から引き出され、底面に折り曲げられている。
The coil 22 is configured by spirally winding a rectangular conducting wire having a rectangular cross section with edgewise winding. The coil 22 may be a conductive wire having a coating, or may be an uncoated conductive wire because the element body 21 has an insulating property if not tightly wound.
The periphery of the coil 22 is covered with an element body 21 formed of a metal magnetic material in which metal magnetic alloy powder and zinc are mixed.
Further, both ends of the coil 22 are drawn from the end face of the element body 21 and are bent to the bottom face.

上述した構成を有する本実施形態の電子部品20は、以下のようにして製造される。
先ず、所定組成のFe−Cr−Si合金の粉末に所定量の添加物(ZnO)を加えた後、混合して、PVA等のバインダをさらに添加する。そして、これを造粒して金属磁性材料を得る。また、コイル22を所定形状に形成する。
次に、コイル22が収納された金型内にこの樹脂のバインダに混合された金属磁性材料の粉を注入し、これに圧力を加えて素体21を形成する。
次に、この素体21は、大気中において400℃程度の温度で脱バインダ処理された後、例えば、800℃で熱処理が行われ、電子部品20が得られる。
The electronic component 20 of the present embodiment having the above-described configuration is manufactured as follows.
First, a predetermined amount of an additive (ZnO) is added to an Fe—Cr—Si alloy powder having a predetermined composition, and then mixed, and a binder such as PVA is further added. And this is granulated and a metal magnetic material is obtained. The coil 22 is formed in a predetermined shape.
Next, powder of a metal magnetic material mixed in the resin binder is injected into the mold in which the coil 22 is housed, and pressure is applied to the powder to form the element body 21.
Next, the element body 21 is subjected to binder removal processing at a temperature of about 400 ° C. in the atmosphere, and then heat-treated at, for example, 800 ° C. to obtain the electronic component 20.

以上説明したように、第2実施形態によれば、巻線型の電子部品20についても、第1実施形態と同様な効果を得ることができる。   As described above, according to the second embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained for the wound electronic component 20.

(変形形態)
以上説明した実施形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の範囲内である。
(Deformation)
The present invention is not limited to the embodiment described above, and various modifications and changes are possible, and these are also within the scope of the present invention.

(1)各実施形態において、金属磁性材料の具体的な組成の例を挙げて説明したが、これに限らず、各成分の分量(構成比率)は、磁性材料の粒子径や所望の磁気特性等に応じて適宜変更してもよい。 (1) In each embodiment, the specific example of the composition of the metal magnetic material has been described. However, the present invention is not limited to this, and the amount of each component (configuration ratio) depends on the particle diameter of the magnetic material and desired magnetic characteristics. You may change suitably according to etc.

(2)各実施形態において、熱処理を行う温度について、具体例を挙げて説明したが、これに限らず、熱処理を行う温度は、磁性材料の粒子径や所望の磁気特性等に応じて適宜変更してもよい。 (2) In each embodiment, the temperature at which the heat treatment is performed has been described with a specific example. However, the temperature is not limited to this, and the temperature at which the heat treatment is performed is appropriately changed according to the particle diameter of the magnetic material, desired magnetic characteristics, and the like. May be.

(3)各実施形態において、金属磁性材料に添加する添加物は、Znoである例を挙げて説明した。これに限らず、例えば、添加物はZnOを含む酸化物やZnの化合物、Zn系フェライト等を含むものでもよい。 (3) In each embodiment, the additive added to the metal magnetic material has been described with an example of being Zno. For example, the additive may include an oxide containing ZnO, a compound of Zn, Zn-based ferrite, and the like.

(4)各実施形態において、金属磁性材料に含まれている金属磁性合金粉末は、その表面に酸化物が形成されていないものとして説明を行った。これに限らず、例えば、金属磁性合金粉末の表面には、酸化物が形成されていてもよい。金属磁性合金粉末は、自然に酸化が進んだり、高温の熱処理において酸化が進んだりして、その表面に、金属磁性合金粉末に由来する金属酸化物が例えば部分的に、又は、全体的に、自然に形成されてしまうこともある。本発明では、この金属磁性合金粉末に由来する金属酸化物による絶縁性について期待するものではないが、この金属酸化物が金属磁性合金粉末の表面に形成されていても、何ら支障は無い。 (4) In each embodiment, the metal magnetic alloy powder contained in the metal magnetic material has been described as having no oxide formed on the surface thereof. For example, an oxide may be formed on the surface of the metal magnetic alloy powder. The metal magnetic alloy powder naturally oxidizes or oxidizes in a high-temperature heat treatment, and the metal oxide derived from the metal magnetic alloy powder is, for example, partially or entirely on the surface. It may form naturally. In the present invention, the insulation by the metal oxide derived from the metal magnetic alloy powder is not expected, but there is no problem even if the metal oxide is formed on the surface of the metal magnetic alloy powder.

(5)各実施形態において、金属磁性合金粉末の表面には、亜鉛が析出している例を挙げて説明を行った。これに限らず、例えば、金属磁性合金粉末の表面には、亜鉛の他に、金属磁性合金粉末を構成する元素の混合物がさらに析出していてもよい。また、これと関連して、素体中の金属磁性合金粉末同士が、亜鉛と金属磁性合金粉末を構成する元素との混合物を介して結合されていてもよい。 (5) In each embodiment, the example in which zinc is deposited on the surface of the metal magnetic alloy powder has been described. For example, in addition to zinc, a mixture of elements constituting the metal magnetic alloy powder may be further deposited on the surface of the metal magnetic alloy powder. In connection with this, the metal magnetic alloy powders in the element body may be bonded via a mixture of zinc and an element constituting the metal magnetic alloy powder.

なお、各及び変形形態は、適宜組み合わせて用いることもできるが、詳細な説明は省略する。また、本発明は以上説明した各実施形態によって限定されることはない。   Each and the modified embodiments can be used in appropriate combination, but detailed description is omitted. Further, the present invention is not limited by the embodiments described above.

10 電子部品
11 素体
11a,11b,11c,11d 金属磁性体層
12a,12b,12c コイル用導体パターン
13,14 外部端子
20 電子部品
21 素体
22 コイル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Electronic component 11 Element body 11a, 11b, 11c, 11d Metallic magnetic material layer 12a, 12b, 12c Conductor pattern 13, 14 for coil External terminal 20 Electronic component 21 Element body 22 Coil

Claims (5)

鉄と、ケイ素と、クロムとを含有する、その表面に金属酸化物を形成するための処理が行われていない金属磁性合金粉末と、
亜鉛と、
が混在した金属磁性材料を用いて素体が形成され、
前記素体を熱処理することにより、前記金属磁性合金粉末の表面には、亜鉛が析出され、
前記素体中の金属磁性合金粉末同士が、前記亜鉛を介して結合され、
前記素体中にコイルが形成されること、
を特徴とする電子部品の製造方法
A metal magnetic alloy powder containing iron, silicon, and chromium, which has not been treated to form a metal oxide on its surface ;
With zinc,
An element body is formed using a metal magnetic material mixed with
By heat-treating the element body, zinc is deposited on the surface of the metal magnetic alloy powder ,
Metal magnetic alloy powders in the element body are bonded via the zinc ,
A coil is formed in the element body ;
A method of manufacturing an electronic component characterized by the above.
鉄と、ケイ素と、クロムとを含有する、その表面に金属酸化物を形成するための処理が行われていない金属磁性合金粉末と、
亜鉛と、
が混在した金属磁性材料を用いて素体が形成され、
前記素体を熱処理することにより、前記金属磁性合金粉末の表面には、亜鉛系フェライトが析出され、
前記素体中の金属磁性合金粉末同士が、前記亜鉛系フェライトを介して結合され、
前記素体中にコイルが形成されること、
を特徴とする電子部品の製造方法
A metal magnetic alloy powder containing iron, silicon, and chromium, which has not been treated to form a metal oxide on its surface ;
With zinc,
An element body is formed using a metal magnetic material mixed with
By heat-treating the element body, zinc-based ferrite is precipitated on the surface of the metal magnetic alloy powder ,
Metal magnetic alloy powders in the element body are bonded via the zinc-based ferrite ,
A coil is formed in the element body ;
A method of manufacturing an electronic component characterized by the above.
前記素体の体積抵抗率が10Ω・cm以上である請求項1又は請求項2に記載の電子部品の製造方法The method for manufacturing an electronic component according to claim 1, wherein the volume resistivity of the element body is 10 7 Ω · cm or more. 前記素体の抗折強度が30MPa以上である請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の電子部品の製造方法The method for manufacturing an electronic component according to any one of claims 1 to 3, wherein the bending strength of the element body is 30 MPa or more. 前記素体中の金属磁性合金粉末同士が、その表面に金属酸化物を介することなく前記素体を構成する他の材料を介して結合されている部分を有する請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の電子部品の製造方法Magnetic metal alloy powder particles in the element body, of claims 1 to 4 having a portion which is connected via the other material constituting the body without passing through the metal oxide on the surface thereof The manufacturing method of the electronic component of any one of Claims 1 .
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