JP6318537B2 - インダクタの製造方法及びインダクタ - Google Patents

Description

本発明は、インダクタの製造方法及びインダクタ、特に、Ｚ型六方晶フェライトを用いたインダクタの製造方法及びインダクタに関する。

近年の電子部品の高周波化に伴って、インダクタに用いられる焼結体の材料としてＺ型六方晶フェライトが注目されている。Ｚ型六方晶フェライトを用いたインダクタは、高周波領域において、Ｌ値やＱ特性が良好であるという特徴を持つ。

ところで、Ｚ型六方晶フェライトの焼結温度は高温であるため、特許文献１に記載のように、その焼結温度を下げるためにＢｉ₂Ｏ₃を添加することが知られている。しかし、Ｚ型六方晶フェライトに多量のＢｉ₂Ｏ₃を添加した焼結体に対してめっきを施すと、めっきが狙いの位置からはみ出す、すなわち、めっき伸びするという問題があった。その一例として、図８に示すように、インダクタの外部電極を形成すべきインダクタの端部からめっきがはみ出し、インダクタの中央部にむかってめっきが伸びる現象が挙げられる。

特許第４０６９２８４号公報

そこで、本発明の目的は、めっき伸びを抑制することができる、Ｚ型六方晶フェライトを用いたインダクタの製造方法及びインダクタを提供することである。

本発明の第１の形態に係るインダクタの製造方法は、
Ｚ型六方晶フェライトの粉末に、ホウケイ酸ガラス及びＢｉ_２Ｏ_３を添加し、焼結する焼結工程と、
前記焼結工程により作製された焼結体の表面に下地電極を形成する下地電極形成工程と、
前記下地電極が形成された焼結体に対して、めっきにより外部電極を形成するめっき工程と、
を備え、
前記めっき工程におけるめっき浴のｐＨは、３．５以上５．０以下であること、
を特徴とする。

本発明の第２の形態に係るインダクタは、
Ｚ型六方晶フェライトの粉末に、ホウケイ酸ガラス及びＢｉ₂Ｏ₃を添加し、焼結することによって得られる焼結体と、
前記焼結体内に設けられたコイルと、
前記焼結体の表面に設けられ、前記コイルと接続される外部電極と、
を備え、
前記外部電極に覆われていない前記焼結体の表面のうち、前記外部電極近傍の表面における前記Ｚ型六方晶フェライトの平均粒径は、他の表面における該Ｚ型六方晶フェライトの平均粒径よりも小さいこと、
を特徴とする。

本発明の第３の形態に係るインダクタは、
Ｚ型六方晶フェライトの粉末に、ホウケイ酸ガラス及びＢｉ₂Ｏ₃を添加し、焼結することによって得られる焼結体と、
前記焼結体内に設けられたコイルと、
前記焼結体の表面に設けられ、前記コイルと接続される外部電極と、
を備え、
前記外部電極に覆われていない前記焼結体の表面のうち、前記外部電極近傍の表面におけるＢａの元素の量は、他の表面におけるＢａの元素の量よりも多いこと、
を特徴とする。

本発明の第４の形態に係るインダクタは、
Ｚ型六方晶フェライトの粉末に、ホウケイ酸ガラス及びＢｉ₂Ｏ₃を添加し、焼結することによって得られる焼結体と、
前記焼結体内に設けられたコイルと、
前記焼結体の表面に設けられ、前記コイルと接続される外部電極と、
を備え、
前記外部電極に覆われていない前記焼結体の表面のうち、前記外部電極近傍の表面におけるＢｉの元素の量は、他の表面におけるＢｉの元素の量よりも多いこと、
を特徴とする。

本発明の第５の形態に係るインダクタは、
Ｚ型六方晶フェライトの粉末に、ホウケイ酸ガラス及びＢｉ₂Ｏ₃を添加し、焼結することによって得られる焼結体と、
前記焼結体内に設けられたコイルと、
前記焼結体の表面に設けられ、前記コイルと接続される外部電極と、
を備え、
前記外部電極に覆われていない前記焼結体の表面のうち、前記外部電極近傍の表面におけるＳｉの元素の量は、他の表面におけるＳｉの元素の量よりも多いこと、
を特徴とする。

本発明の第１の形態に係るインダクタの製造方法では、めっき工程におけるめっき浴のｐＨを３．５以上５．０以下とすることで、外部電極近傍の焼結体の表面を腐食し、めっき伸びを抑制することができる。

本発明によれば、Ｚ型六方晶フェライトを用いたインダクタの製造方法及びＺ型六方晶フェライトを用いたインダクタにおいて、めっき伸びを抑制することができる。

一実施形態に係るインダクタの外観斜視図である。 一実施形態に係るインダクタの分解斜視図である。 一実施形態に係るインダクタをＳＥＭにより撮影した写真である。 一実施形態に係るインダクタの積層体における外部電極近傍の表層部分をＳＥＭにより撮影した写真である。 一実施形態に係るインダクタの積層体における中央部の表層部分をＳＥＭにより撮影した写真である。 インダクタの外部電極と積層体との境界付近に存在する元素量を示す図である。 めっき伸びの判定基準を示すインダクタの外観図である。 多量のＢｉ₂Ｏ₃が添加されたインダクタをＳＥＭにより撮影した写真である。

以下に、一実施形態に係るインダクタ及び該インダクタの製造方法について説明する。

（インダクタの構成 図１，図２参照）
以下に、一実施形態に係るインダクタの構成について、図面を参照しながら説明する。なお、インダクタ１は、積層コイルであり、その積層方向をｚ軸方向と定義し、ｚ軸方向から平面視したときに、インダクタの長辺に沿った方向をｘ軸方向と定義し、短辺に沿った方向をｙ軸方向と定義する。なお、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸は互いに直交している。

インダクタ１は、積層体（焼結体）２０、コイル３０及び外部電極４０ａ，４０ｂを備えている。また、インダクタ１の形状は、図１に示すように、直方体である。

積層体２０は、Ｚ型六方晶フェライトを主相とする絶縁体層２２ａ〜２２ｄを積層・焼結することによって得られる焼結体である。また、絶縁体層２２ａ〜２２ｄは、図２に示すように、ｚ軸方向の正方向側からこの順に並ぶように積層され、ｚ軸方向から平面視したときに、長方形状を成している。なお、以下で、各絶縁体層２２ａ〜２２ｄのｚ軸方向の正方向側の面を上面と称す。

外部電極４０ａは、図１に示すように、積層体２０のｘ軸方向の正方向側の表面及びその周囲の面の一部を覆うように設けられている。また、外部電極４０ｂは、積層体２０のｘ軸方向の負方向側の表面及びその周囲の面の一部を覆うように設けられている。なお、外部電極４０ａ，４０ｂの材料は、Ａｕ，Ａｇ，Ｐｄ，Ｃｕ，Ｎｉ等の導電性材料である。

ここで、積層体２０の表面のうち、外部電極４０ａ，４０ｂ近傍の表面α（図１参照）におけるＺ型六方晶フェライトの結晶の平均粒径は、その他の表面におけるＺ型六方晶フェライトの平均粒径よりも小さい。Ｚ型六方晶フェライトの結晶の平均粒径とは、円相当径であり、例えば、ＳＥＭで取得した画像を画像解析することによって測定される。また、表面αにおけるＢａ元素の量は、ＷＤＸ（波長分散型Ｘ線分析）で測定すると、他の表面におけるＢａの元素量よりも多い。さらに、表面αにおけるＢｉの元素の量も、他の表面におけるＢｉの元素量よりも多い。これに加え、表面αにおけるＳｉの元素の量も、他の表面におけるＳｉの元素量よりも多い。

なお、外部電極４０ａ，４０ｂ近傍の表面αとは、例えば、外部電極４０ａ，４０ｂの外縁から５０μｍまでの範囲の領域である。また、本実施形態では、外部電極４０ａが積層体２０のｘ軸方向の正方向側の表面及びその周囲の面の一部を覆っている。そのため、一方の表面αは、積層体２０のｘ軸方向の中央よりも正方向側の位置において、積層体２０のｙ軸方向の両側の表面及び積層体２０のｚ軸方向の両側の表面を通過する環状の帯である。

同様に、外部電極４０ｂが積層体２０のｘ軸方向の負方向側の表面及びその周囲の面の一部を覆っている。そのため、他方の表面αは、積層体２０のｘ軸方向の中央よりも負方向側の位置において、積層体２０のｙ軸方向の両側の表面及び積層体２０のｚ軸方向の両側の表面を通過する環状の帯である。

コイル３０は、図２に示すように、積層体２０の内部に位置し、コイル導体３２ａ，３２ｂ及びビア導体３４ａにより構成されている。また、コイル３０は螺旋状を成しており、該螺旋の中心軸はｚ軸と平行である。つまり、コイル３０は、積層方向に進行しながら周回する螺旋状を成している。なお、コイル３０の材料は、Ａｕ，Ａｇ，Ｐｄ，Ｃｕ，Ｎｉ等の導電性材料である。

コイル導体３２ａは、絶縁体層２２ｂの上面に設けられている線状の導体である。また、コイル導体３２ａは、絶縁体層２２ｂのｘ軸方向の正負両側の外縁及びｙ軸方向の正負両側の外縁に沿って設けられており、積層方向から見たときロの字状を成している。そして、コイル導体３２ａの一端は、絶縁体層２２ｂのｘ軸方向の正方向側の外縁から積層体２０の表面に露出し、外部電極４０ａと接続されている。さらに、コイル導体３２ａの他端は、絶縁体層２２ｂのｘ軸方向の正方向側の外縁とｙ軸方向の正方向側の外縁とが成す角近傍で、絶縁体層２２ｂをｚ軸方向に貫通するビア導体３４ａと接続されている。

コイル導体３２ｂは、絶縁体層２２ｃの上面に設けられている線状の導体であり、絶縁体層２２ｃのｘ軸方向の正負両側の外縁及びｙ軸方向の負方向側の外縁に沿って設けられており、積層方向から見たとき略コの字状を成している。そして、コイル導体３２ｂの一端は、絶縁体層２２ｃのｘ軸方向の正方向側の外縁とｙ軸方向の正方向側の外縁とが成す角の近傍でビア導体３４ａと接続されている。さらに、コイル導体３２ｂの他端は、絶縁体層２２ｃのｘ軸方向の負方向側の外縁から積層体２０の表面に露出し、外部電極４０ｂと接続されている。

（製造方法）
一実施形態に係るインダクタの製造方法について以下に説明する。

まず、絶縁体層２２ａ〜２２ｄとなるべきフェライトグリーンシートを準備する。具体的には、比表面積が２〜２０ｍ²／ｇであるＢａＣＯ₃、Ｃｏ₃Ｏ₄、Ｆｅ₂Ｏ₃それぞれの粉末を準備し、主成分が、Ｂａ₃Ｃｏ₂Ｆｅ₂₄Ｏ₄₁（Ｚ型六方晶フェライト）となるように秤量する。秤量した粉末を純粋、分散剤及びＰＳＺボールとともに、ボールミルに入れ、湿式にて約８時間の混合粉砕を行う。さらに、これを蒸発乾燥させた後に、１２５０℃で約５時間仮焼する。

得られた仮焼粉末に、Ｂｉ₂Ｏ₃及びホウケイ酸ガラス（ＳｉＯ₂・Ｂ₂Ｏ₃・Ｒ₂Ｏ）を添加する。Ｂｉ₂Ｏ₃等が添加されたＺ型六方晶フェライトの仮焼粉末を分散剤及びＰＳＺボールとともに、ボールミルに入れ、湿式にて約２０時間の混合粉砕を行う。混合粉砕後、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。

この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）と可塑剤、湿潤剤、分散剤及び消泡材を加えてボールミルで約３０分混合を行い、その後、減圧により脱泡を行う。こうして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、キャリアフィルム上にシート状に形成して乾燥させ、絶縁体層２２ａ〜２２ｄとなるべきグリーンシートを作製する。

次に、絶縁体層２２ａ〜２２ｄとなるべきグリーンシートにレーザービームを照射し、ビアホールを形成する。更に、Ａｕ，Ａｇ，Ｐｄ，Ｃｕ，Ｎｉ等を主成分とする導電性ペーストをビアホールに対して充填することにより、ビアホール導体３４ａを形成する。なお、ビアホールに導電性ペーストを充填する工程は、後述するコイル導体３２ａ，３２ｂを形成する工程と同時に行われてもよい。

ビアホール形成後又はビアホール導体形成後に、絶縁体層２２ａ〜２２ｄとなるべきグリーンシートの表面上に、Ａｕ，Ａｇ，Ｐｄ，Ｃｕ，Ｎｉ等を主成分とする導電性ペーストを、スクリーン印刷により塗布し、コイル導体３２ａ，３２ｂを形成する。

次に、絶縁体層２２ａ〜２２ｄとなるべきグリーンシートをこの順に並ぶように積層・圧着して、未焼成のマザー積層体を得る。得られた未焼成のマザー積層体を静水圧プレスなどにより加圧して本圧着を行う。

本圧着後、マザー積層体をカット刃により所定寸法の積層体２０にカットする。そして、未焼成の積層体２０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、８００℃〜９００℃で２．５時間の条件で行う。

焼成後に、バレル加工により積層体２０の面取りを行う。

次に、面取りが行われた積層体２０に対して、外部電極４０ａ，４０ｂを形成する。まず、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２０の表面に塗布する。次に、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４０ａ，４０ｂの下地電極が形成される。

そして、下地電極の表面にＮｉ／Ｓｎめっきを施す。具体的には、Ｎｉめっきは、ｐＨ４．０のワット浴をめっき浴とする電解めっきにより行い、Ｓｎめっきは、ｐＨ４．０の硫酸浴をめっき浴とする電解めっきにより行う。最後に、外部電極４０ａ，４０ｂが形成された積層体２０を真空オーブン中で熱処理し、インダクタ１が完成する。

（効果）
インダクタ１の製造方法では、外部電極４０ａ，４０ｂをめっきにより形成する際に、そのめっき浴のｐＨを４．０にしている。これにより、インダクタ１の製造方法では、積層体２０の表面のうち、図３に示される外部電極４０ａ，４０ｂ近傍の表面αを腐食し、めっき伸びを抑制することがきる。

また、外部電極４０ａ，４０ｂ近傍の表面αが腐食されるため、外部電極４０ａ，４０ｂ近傍において表層部分の結晶の脱粒ないしセラミック成分の溶出が起こる。表層部分の結晶は、内部の結晶よりも焼結が進行しているので、大きな平均粒径を有する。そのため、インダクタ１では、図４で示される外部電極４０ａ，４０ｂ近傍の表層部分の結晶の平均粒径が、図５で示されるインダクタ１の中央部における表層部分の結晶の平均粒径よりも小さくなる。つまり、インダクタにおいて外部電極近傍の表層部分の平均粒径が小さくなっていれば、低いｐＨによりめっきされたと言え、めっき伸びが抑制されていると言える。

また、積層体２０において、外部電極４０ａ，４０ｂをめっきにより形成する前は、その表層より内部の方がＢａ，Ｂｉ，Ｓｉ量が多くなっている。そして、積層体２０にめっきを施したことで、外部電極４０ａ，４０ｂ近傍の表面αが腐食され、積層体２０の内部が露出し、内部のＢａ，Ｂｉ，Ｓｉが、積層体２０の表面に露出する。以上の理由から、インダクタ１において、表面αにおけるＢａ，Ｂｉ，Ｓｉいずれかの元素の量は、図６に示すように、他の表面におけるＢａ，Ｂｉ，Ｓｉいずれかの元素量よりも多い。

本願発明者は、めっき伸び抑制の効果を確認するため実験を行った。実験では、インダクタ１の製造方法において外部電極４０ａ，４０ｂをめっきする際のめっき浴のｐＨを３．０として作製した第１のサンプル、めっき浴のｐＨを３．５として作製した第２のサンプル、めっき浴のｐＨを４．０として作製した第３のサンプル、めっき浴のｐＨを４．５として作製した第４のサンプル、めっき浴のｐＨを５．０として作製した第５のサンプル、めっき浴のｐＨを５．５として作製した第６のサンプルを用いた。

そして、図７に示すように、第１〜第６のサンプルの下地電極の端部から外部電極４０ａ，４０ｂの端部までの距離Ｌを測定することにより、めっき伸び抑制の効果の有無を判定した。このとき、下地電極の端部から外部電極４０ａ，４０ｂの端部までの距離が１５μｍ以上である場合をめっき伸び有りと判定した。なお、めっきの伸びは、マイクロスコープＶＨＸ−５００（キーエンス製）により測定した。表１は、実験結果を示す。

表１からわかるように、めっき浴のｐＨが５．０以下において、めっき伸びの発生が抑制されたことがわかる。ただし、めっき浴がｐＨ３．０では、積層体２０における外部電極４０ａ，４０ｂ近傍の腐食が著しく、外観上好ましくない結果となった。

（その他の実施形態）
本発明に係るインダクタの製造方法及びインダクタは、前記実施形態に係る製造方法及びインダクタに限らずその要旨の範囲内において変更可能である。例えば、Ｎｉめっきの方法は、無電解めっきでもよい。

以上のように、本発明は、Ｚ型六方晶フェライトを用いたインダクタの製造方法及びインダクタに対して有用であり、めっき伸びを抑制することができる点において優れている。

１ インダクタ
２０ 積層体（焼結体）
３０ コイル
４０ａ，４０ｂ 外部電極

Claims (5)

1. Ｚ型六方晶フェライトの粉末に、ホウケイ酸ガラス及びＢｉ_２Ｏ_３を添加し、焼結する焼結工程と、
   前記焼結工程により作製された焼結体の表面に下地電極を形成する下地電極形成工程と、
   前記下地電極が形成された焼結体に対して、めっきにより外部電極を形成するめっき工程と、
   を備え、
   前記めっき工程におけるめっき浴のｐＨは、３．５以上５．０以下であること、
   を特徴とするインダクタの製造方法。
2. Ｚ型六方晶フェライトの粉末に、ホウケイ酸ガラス及びＢｉ_２Ｏ_３を添加し、焼結することによって得られる焼結体と、
   前記焼結体内に設けられたコイルと、
   前記焼結体の表面に設けられ、前記コイルと接続される外部電極と、
   を備え、
   前記外部電極に覆われていない前記焼結体の表面のうち、前記外部電極近傍の表面における前記Ｚ型六方晶フェライトの平均粒径は、他の表面における該Ｚ型六方晶フェライトの平均粒径よりも小さいこと、
   を特徴とするインダクタ。
3. Ｚ型六方晶フェライトの粉末に、ホウケイ酸ガラス及びＢｉ_２Ｏ_３を添加し、焼結することによって得られる焼結体と、
   前記焼結体内に設けられたコイルと、
   前記焼結体の表面に設けられ、前記コイルと接続される外部電極と、
   を備え、
   前記外部電極に覆われていない前記焼結体の表面のうち、前記外部電極近傍の表面におけるＢａの元素の量は、他の表面におけるＢａの元素の量よりも多いこと、
   を特徴とするインダクタ。
4. Ｚ型六方晶フェライトの粉末に、ホウケイ酸ガラス及びＢｉ_２Ｏ_３を添加し、焼結することによって得られる焼結体と、
   前記焼結体内に設けられたコイルと、
   前記焼結体の表面に設けられ、前記コイルと接続される外部電極と、
   を備え、
   前記外部電極に覆われていない前記焼結体の表面のうち、前記外部電極近傍の表面におけるＢｉの元素の量は、他の表面におけるＢｉの元素の量よりも多いこと、
   を特徴とするインダクタ。
5. Ｚ型六方晶フェライトの粉末に、ホウケイ酸ガラス及びＢｉ_２Ｏ_３を添加し、焼結することによって得られる焼結体と、
   前記焼結体内に設けられたコイルと、
   前記焼結体の表面に設けられ、前記コイルと接続される外部電極と、
   を備え、
   前記外部電極に覆われていない前記焼結体の表面のうち、前記外部電極近傍の表面におけるＳｉの元素の量は、他の表面におけるＳｉの元素の量よりも多いこと、
   を特徴とするインダクタ。