JPWO2008004465A1 - 積層コイル部品 - Google Patents

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Abstract

直流重畳特性の良好な積層コイル部品を得る。非磁性体層の両主面に磁性体層が配置された積層体内に螺旋状コイル(L)を設けた積層コイル部品。磁性体グリーンシート(3)は、組成比がFe2O3:45〜49mol%、ZnO:1〜32mol%、CuO:5〜15mol%、残部:NiOを主成分とし、さらに、主成分に対してSnO2を0.6〜4wt%添加している。非磁性体グリーンシート(4)は、組成比がFe2O3:45〜49mol%、CuO:5〜15mol%、残部:ZnOを主成分とし、さらに、主成分に対してSnO2を0.6〜4wt%添加している。

Description

本発明は、積層コイル部品、特に、開磁路型の積層コイル部品に関する。
特許文献1及び特許文献2には、直流重畳特性を向上させる目的で、Cu−Zn系の非磁性体材料からなる非磁性体層の両主面に、Ni−Zn−Cu系の磁性体材料からなる磁性体層が設けられた開磁路型の積層コイル部品が記載されている。しかしながら、この構造だけでは十分な直流重畳特性が得られなかった。
一方、特許文献3には、Ni−Zn−Cu系の磁性体材料に対してSnO2を0.2〜3wt%添加すると、直流重畳特性が改善されるという技術が記載されている。そこで、本発明者らは、特許文献1や特許文献2に記載の積層コイル部品において、Ni−Zn−Cu系の磁性体材料に対してSnO2を0.2〜3wt%添加したが、所望の直流重畳特性は得られなかった。
特開2005−259774号公報 国際公開2005/122192号パンフレット 特開2003−272912号公報
そこで、本発明の目的は、直流重畳特性の良好な積層コイル部品を提供することにある。
前記目的を達成するため、本発明に係る積層コイル部品は、
非磁性体層の両主面に磁性体層が配置された積層体と、
前記積層体内に設けられた螺旋状コイルと、
前記積層体の表面に設けられた、前記螺旋状コイルに電気的に接続する外部電極と、を備え、
前記磁性体層がNi−Zn−Cu系の磁性体材料からなり、組成比がFe2
3:45〜49mol%、ZnO:1〜32mol%、CuO:5〜15mol%、残部:NiOを主成分とし、さらに、主成分に対してSnO2を0.6〜4wt%添加してなり、
前記非磁性体層がCu−Zn系の非磁性体材料からなり、組成比がFe23:45〜49mol%、CuO:5〜15mol%、残部:ZnOを主成分とし、さらに、主成分に対してSnO2を0.6〜4wt%添加してなること、
を特徴とする。
以上の構成により、非磁性体層の組成を磁性体層の組成に近付けることで、磁性体層と非磁性体層との界面(共焼結界面)での成分拡散が適度となる。
本発明に係る積層コイル部品においては、前記非磁性体層のSnO2含有量が前記磁性体層のSnO2含有量以上であってもよい。磁性体層中のSn含有量と等量もしくはそれ以上のSnを非磁性体層中に含有することで、共焼結時に磁性体層中のSn成分が非磁性体層へ拡散しにくくなる。
また、本発明に係る積層コイル部品においては、
前記磁性体層の主成分組成を、
Fe23:amol%(但し、45≦a≦49)
ZnO :bmol%(但し、1≦b≦32)
CuO :cmol%(但し、5≦c≦15)
NiO :dmol%(但し、a+b+c+d=100)とし、
前記非磁性体層の主成分組成を、
Fe23:xmol%(但し、−0.5+a≦x≦0.5+a)
ZnO :ymol%(但し、−0.5+(b+d)≦y≦0.5+(b+d))
CuO :zmol%(但し、−0.5+c≦z≦0.5+c、x+y+z=100)とすること、が好ましい。
以上の構成により、焼結時における磁性体層と非磁性体層との間の収縮挙動差がより一層低減され、クラックの発生などが抑えられる。
前記非磁性体層を構成するグリーンシートの厚みは25〜50μmであることが好ましく、(焼成後のNiZnの相互拡散層の厚み/焼成後の非磁性体層の厚み)は0.2〜0.6の範囲であることが好ましい。インダクタンス値(L値)温度変化が絶対値で12%以下となり、温度変化に対してインダクタンス特性の安定したコイル部品となる。
また、前記非磁性体層を構成するグリーンシートの厚みは30〜50μmであることが好ましく、(焼成後のNiZnの相互拡散層の厚み/焼成後の非磁性体層の厚み)は0.2〜0.5の範囲であることが好ましい。L値温度変化が絶対値で9%以下となり、温度変化に対してインダクタンス特性の安定したコイル部品となる。
また、前記非磁性体層を構成するグリーンシートの厚みは6〜20μmであることが好ましく、(焼成後のNiZnの相互拡散層の厚み/焼成後の非磁性体層の厚み)は0.7〜5.0の範囲であってもよい。L値温度変化が絶対値で14〜35%となる。このコイル部品は、例えば、配線基板上の他の部品(コンデンサなど)の温度特性とマッチングさせることにより使用可能である。
また、前記非磁性体層を構成するグリーンシートの厚みは6〜10μmであることが好ましく、(焼成後のNiZnの相互拡散層の厚み/焼成後の非磁性体層の厚み)は1.5〜5.0の範囲であってもよい。L値温度変化が絶対値で25〜35%となる。このコイル部品は、ほぼ直線的にマイナスの傾きを有する負の温度係数を示し、例えば、配線基板上の他の部品(コンデンサなど)の温度特性とマッチングさせることにより使用可能である。
本発明によれば、非磁性体層の組成を磁性体層の組成に近付けることで、共焼結界面での成分拡散が適度となり、焼結時における磁性体層と非磁性体層との間の収縮挙動差が低減され、クラックを抑えることができる。この結果、直流重畳特性の良好な積層コイル部品を得ることができる。
本発明に係る積層コイル部品を示す分解斜視図である。 図1に示した積層コイル部品の外観斜視図である。 図2に示した積層コイル部品の垂直断面図である。 図3のA部分の拡大模式断面図である。 非磁性体グリーンシートの厚みを0,6,15μmとした場合の温度に対するL値を示すグラフである。 非磁性体グリーンシートの厚みを0,6,15μmとした場合の温度変化率を示すグラフである。
以下に、本発明に係る積層コイル部品の実施例について添付図面を参照して説明する。
図1は積層コイル部品1の分解構成図である。積層コイル部品1は、表面にコイル導体5をそれぞれ形成した磁性体グリーンシート3と、表面に導体が形成されていない磁性体グリーンシート2と、表面にコイル導体5を形成した非磁性体グリーンシート4とを積層したものである。
磁性体グリーンシート2,3は以下のようにして作製される。Fe23、ZnO、CuO、NiOを所定の比率(以下に示す表1参照)で秤量し、それぞれの材料を原材料としてボールミルに投入し、湿式混合する。得られた混合物を乾燥してから粉砕し、得られた粉末を750℃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、磁性体粉末を得る。
この磁性体粉末に対して結合剤、可塑剤、湿潤剤及び分散剤を加えてボールミルで混合した後、減圧により脱泡を行う。得られた磁性体スラリーをリップコータ、コンマコータ又はダイコータなどを用いてシート状に成形して乾燥させ、Ni−Zn−Cu系の磁性体材料からなる磁性体グリーンシート2,3を作製する。磁性体グリーンシート2,3の厚みは、例えば、25μmである。
Cu−Zn系の非磁性体材料からなる非磁性体グリーンシート4は、Fe23、ZnO、CuOを所定の比率(以下に示す表1参照)で秤量し、それぞれの材料を前記磁性体グリーンシート2,3と同様の方法で処理して作製する。非磁性体グリーンシート4の厚みは、例えば、20μmである。
さらに、シート3,4の所定の位置にレーザビームやパンチングにてビアホール導体用穴を形成する。その後、表面に導電ペーストをスクリーン印刷法によって塗布し、コイル導体5を形成すると同時に、ビアホール導体用穴に導電ペーストを充填して層間接続用ビアホール導体10を形成する。コイル導体5は、インダクタ素子として高いQ値を実現するため、抵抗値が低いことが好ましい。そのため、導電ペーストとして、Ag、Au、Ptなどを主成分とする貴金属やこれらの合金のほか、Cu、Niなどの卑金属やこれらの合金などが用いられる。低温で同時焼成するという観点からは、Ag又はAg合金を用いることが好ましい。
なお、コイル導体5とビアホール導体10とは別々に形成してもよい。また、コイル導体5は膜厚を大きくするためにスクリーン印刷を複数回重ねて行ってもよい。また、スクリーン印刷法の代わりにフォトリソグラフィ法や転写法などで形成してもよい。
こうして得られた複数のシート2,3,4を順次積み重ねて圧着して積層体を形成する。このとき、非磁性体グリーンシート4は、積層体の厚さ方向の略中央に位置するように積層される。それぞれのコイル導体5は層間接続用ビアホール導体10を介して電気的に直列に接続され、積層体内に螺旋状コイルLを形成する。螺旋状コイルLのコイル軸はシート2,3,4の積み重ね方向に対して平行である。螺旋状コイルLの引出し部6a,6bはそれぞれ磁性体グリーンシート3の右辺及び左辺に露出している。
この積層体を所定の製品サイズにカットして500℃で2時間の脱脂を行い、さらに、890℃で2時間の焼成を行い、図2に示すような直方体形状の焼結体20を得る。次に、焼結体20の両端部をそれぞれAg/Pd(80/20)ペースト浴に浸漬させて、780℃で2時間の焼付けによって外部電極21,22を形成する。外部電極21,22は、焼結体20内に形成された螺旋状コイルLの引出し部6a,6bと電気的に接続している。積層コイル部品1の寸法は、例えば、縦横3.2mm×1.6mm、厚さ0.85mmである。
こうして得られた開磁路型の積層コイル部品1は、図3に示すように、Cu−Zn系の非磁性体材料からなる非磁性体層4の両主面に、Ni−Zn−Cu系の磁性体材料からなる磁性体層3,2が形成されている。螺旋状コイルLによって発生した磁束φは、非磁性体層4が形成する開磁路を通る。
磁性体グリーンシート2,3及び非磁性体グリーンシート4の組成の詳細は以下の表1に示すとおりであり、本発明者らは表1に示したそれぞれの組成で積層コイル部品(実施例1〜26及び比較例1,2)を作製した。磁性体グリーンシート2,3の厚みは25μm、非磁性体グリーンシート4の厚みは20μmである。作製した実施例1〜26及び比較例1,2について、クラックなどの外観異常の有無を判別し、インダクタンス値(L値)温度変化率及び−30%電流値を測定した。その結果を表1に併せて示す。L値温度変化率とは、高温時(125℃)における試料のL値の常温時(25℃)に対するL値の変化率である。また、−30%電流値とは、電流印加時のL値が−30%になったときの電流値である。
また、前記磁性体材料及び非磁性体材料には、後添加で、Bi23を0.10〜0.30wt%(例えば、0.15wt%、0.25wt%)、MnOを0.002〜0.006wt%(例えば、0.005wt%)含有させてもよい。
Figure 2008004465
実施例1、実施例3〜12、実施例20〜23の場合、即ち、磁性体のSnO2量=非磁性体のSnO2量の場合、クラックの発生がなく、L値温度変化率も絶対値で10%以下と小さく、−30%電流値も500mAを上回る値であり、良好な特性を示した。
また、実施例2、実施例13〜19の場合、即ち、磁性体のSnO2量<非磁性体のSnO2量の場合、クラックの発生がなく、L値温度変化率も絶対値で6.5%以下と小さく(但し、実施例2は8.3%であるが)、−30%電流値も500mAを上回る値であり、良好な特性を示した。
これに対して、比較例1の場合、即ち、磁性体のSnO2量を0.8wt%、非磁性体のSnO2量を6.0wt%というように、非磁性体のSnO2量が4.0wt%超の場合には、焼結性の低下により、同時焼成時に積層体(チップ素体)の端部にクラックの発生が見られた。
なお、実施例24〜26のように、非磁性体のSnO2量<磁性体のSnO2量とした場合であるが、実施例24は、実施例21と比較して、非磁性体のSnO2量を磁性体のSnO2量よりも少なくした場合であり、磁性体層中のSn成分が非磁性体層へ拡散してしまうために、磁性体層中のSn成分が減少し、直流重畳特性が劣化してしまう。よって、−30%電流値も540mAから530mAへと低下する結果となった。
実施例25は、実施例22と比較して、非磁性体のSnO2量を磁性体のSnO2量よりも少なくした場合であり、磁性体層中のSn成分が非磁性体層へ拡散してしまうために、磁性体層中のSn成分が減少し、直流重畳特性が劣化してしまう。よって、−30%電流値も545mAから535mAへと低下する結果となった。
実施例26は、実施例23と比較して、非磁性体のSnO2量を磁性体のSnO2量よりも少なくした場合であり、磁性体層中のSn成分が非磁性体層へ拡散してしまうために、磁性体層中のSn成分が減少し、直流重畳特性が劣化してしまう。よって、−30%電流値も555mAから540mAへと低下する結果となった。
ここで、相互拡散の観点からすると、磁性体のSnO2以外の組成と非磁性体のSnO2以外の組成の含有量の差はできるだけ小さい方が好ましい。即ち、磁性体グリーンシートの主成分組成を、
Fe23:amol%(但し、45≦a≦49)
ZnO :bmol%(但し、1≦b≦32)
CuO :cmol%(但し、5≦c≦15)
NiO :dmol%(但し、a+b+c+d=100)
とし、
非磁性体グリーンシートの主成分組成を、
Fe23:xmol%(但し、−0.5+a≦x≦0.5+a)
ZnO :ymol%(但し、−0.5+(b+d)≦y≦0.5+(b+d))
CuO :zmol%(但し、−0.5+c≦z≦0.5+c、x+y+z=100)
とすることが好ましい。
表1に示した実施例1〜26においては、いずれも前記範囲を満たしている。参考までに、比較例2には、磁性体の組成比がFe23:48mol%、ZnO:20mol%、CuO:9mol%、NiO:23mol%で、非磁性体の組成比がFe23:47mol%、CuO:8mol%、ZnO:45mol%である場合を示している。この場合、L値温度変化率は絶対値で9.2%であったが、−30%電流値は465mAと500mAを大きく下回る値となった。
次に、表2は、表1に示した実施例3の組成からなる磁性体及び非磁性体を用いて、シート3,4の厚みを種々変えて積層コイル部品1を作製した場合の評価結果(L値温度変化率)を示す。図4には、焼成後の磁性体層3の厚みT1、焼成後の非磁性体層4の厚みT2、焼成後のNiとZn相互拡散層の厚みT3を示している。なお、T1’は焼成前の磁性体グリーンシート3の厚み、T2’は焼成前の非磁性体グリーンシート4の厚みである。
Figure 2008004465
試料1〜4は、非磁性体グリーンシートの厚みが6〜10μmの場合であり、それぞれL値温度変化率が絶対値で25〜35%の範囲となった。図5の曲線A1及び図6の曲線A2に、試料1で作製した積層コイル部品において、−40〜125℃の範囲で温度を変化させた場合のインダクタンス値と温度変化率(L値/L値(25℃))を示す。試料1ではほぼ直線的にマイナスの傾きを有しており、負の温度係数を有するものとなった。このように、試料1〜4による積層コイル部品は、例えば、配線基板上の他の電子部品(コンデンサなど)の温度特性とマッチングさせることにより使用可能である。
ちなみに、図5の曲線C1及び図6の曲線C2は、それぞれ、非磁性体グリーンシートを設けない場合の特性を示している。非磁性体グリーンシートの厚みが5μm未満であると、相互拡散により非磁性体層として残らなくなり、好ましくない。
試料5〜10は、非磁性体グリーンシートの厚みが15〜20μmの場合であり、それぞれL値温度変化率が絶対値で14〜20%の範囲となった。試料1〜4に比べて変化率は小さい。図5の曲線B1及び図6の曲線B2に、試料5で作製した積層コイル部品において、−40〜125℃の範囲で温度を変化させた場合のインダクタンス値と温度変化率(L値/L値(25℃))を示す。このように、試料5〜10による積層コイル部品は、例えば、配線基板上の他の電子部品(コンデンサなど)の温度特性とマッチングさせることにより使用可能である。
試料11〜13は、非磁性体グリーンシートの厚みが25μmの場合であり、それぞれL値温度変化率が絶対値で10〜12%の範囲となった。このように、試料11〜13による積層コイル部品は、温度変化に対してインダクタンス特性の安定した素子として様々な用途に使用可能である。
試料14〜22は、非磁性体グリーンシートの厚みが30〜50μmの場合であり、それぞれL値温度変化率が絶対値で9%以下となった。このように、試料14〜22による積層コイル部品は、温度変化に対してインダクタンス特性のより一層安定した素子として様々な用途に使用可能である。非磁性体グリーンシートの厚みが40〜50μmであれば、さらに好ましい。なお、非磁性体グリーンシートの厚みが50μmを超えた場合には、開磁路としてのインダクタンス特性が低下する傾向にあるが、要求されるL値によって調整すればよい。
なお、本発明に係る積層コイル部品は前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。
特に、前記実施例では、積層体の中央部に一つの非磁性体層を配置したものを示したが、このような配置以外に、非磁性体層を積層体の中央部とその上方及び下方に3層に分離して配置してもよい。あるいは、コイルが約3等分されるように非磁性体層を2層に配置してもよい。磁性体層をそれ以上の複数層に配置してもよい。
以上のように、本発明は、開磁路型の積層コイル部品に有用であり、特に、直流重畳特性が良好な点で優れている。

Claims (11)

  1. 非磁性体層の両主面に磁性体層が配置された積層体と、
    前記積層体内に設けられた螺旋状コイルと、
    前記積層体の表面に設けられた、前記螺旋状コイルに電気的に接続する外部電極と、を備え、
    前記磁性体層がNi−Zn−Cu系の磁性体材料からなり、組成比がFe23:45〜49mol%、ZnO:1〜32mol%、CuO:5〜15mol%、残部:NiOを主成分とし、さらに、主成分に対してSnO2を0.6〜4wt%添加してなり、
    前記非磁性体層がCu−Zn系の非磁性体材料からなり、組成比がFe23:45〜49mol%、CuO:5〜15mol%、残部:ZnOを主成分とし、さらに、主成分に対してSnO2を0.6〜4wt%添加してなること、
    を特徴とする積層コイル部品。
  2. 前記非磁性体層のSnO2含有量が前記磁性体層のSnO2含有量以上であることを特徴とする請求の範囲第1項に記載の積層コイル部品。
  3. 前記磁性体層の主成分組成を、
    Fe23:amol%(但し、45≦a≦49)
    ZnO :bmol%(但し、1≦b≦32)
    CuO :cmol%(但し、5≦c≦15)
    NiO :dmol%(但し、a+b+c+d=100)とし、
    前記非磁性体層の主成分組成を、
    Fe23:xmol%(但し、−0.5+a≦x≦0.5+a)
    ZnO :ymol%(但し、−0.5+(b+d)≦y≦0.5+(b+d))
    CuO :zmol%(但し、−0.5+c≦z≦0.5+c、x+y+z=100)とすること、
    を特徴とする請求の範囲第1項又は第2項に記載の積層コイル部品。
  4. 前記非磁性体層を構成するグリーンシートの厚みが25〜50μmであることを特徴とする請求の範囲第1項ないし第3項のいずれかに記載の積層コイル部品。
  5. (焼成後のNiZnの相互拡散層の厚み/焼成後の非磁性体層の厚み)が0.2〜0.6であることを特徴とする請求の範囲第1項ないし第3項のいずれかに記載の積層コイル部品。
  6. 前記非磁性体層を構成するグリーンシートの厚みが30〜50μmであることを特徴とする請求の範囲第1項ないし第3項のいずれかに記載の積層コイル部品。
  7. (焼成後のNiZnの相互拡散層の厚み/焼成後の非磁性体層の厚み)が0.2〜0.5であることを特徴とする請求の範囲第1項ないし第3項のいずれかに記載の積層コイル部品。
  8. 前記非磁性体層を構成するグリーンシートの厚みが6〜20μmであることを特徴とする請求の範囲第1項ないし第3項のいずれかに記載の積層コイル部品。
  9. (焼成後のNiZnの相互拡散層の厚み/焼成後の非磁性体層の厚み)が0.7〜5.0であることを特徴とする請求の範囲第1項ないし第3項のいずれかに記載の積層コイル部品。
  10. 前記非磁性体層を構成するグリーンシートの厚みが6〜10μmであることを特徴とする請求の範囲第1項ないし第3項のいずれかに記載の積層コイル部品。
  11. (焼成後のNiZnの相互拡散層の厚み/焼成後の非磁性体層の厚み)が1.5〜5.0であることを特徴とする請求の範囲第1項ないし第3項のいずれかに記載の積層コイル部品。
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