JPWO2009136661A1 - 積層インダクタおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Ni−Zn−Cuフェライトを用いた積層インダクタの温度特性を改善し、構造欠陥のない製品を提供し、また、そのための積層インダクタの製造方法を提供する。Ni−Zn−Cuフェライトからなる複数の磁性体層3、3と、磁性体層を介して積層されることによりコイルを形成する複数の導電体層2、2と、複数の磁性体層3、3に接するように形成されTi−Ni−Cu−Mn−Zr系誘電体からなる少なくとも一つの非磁性層4と、を備える直方体形状の積層体1、および積層体1の端部に設けられ前記コイルの端部に導電接続された少なくとも1対の外部電極7、7を有することを特徴とする。
Description
本発明は、積層インダクタ、特に、DC/DCコンバータに用いられる積層パワーチョークコイルに関するものである。
DC/DCコンバータといった電源用途のパワーチョークコイルにおいて重要な製品特性として重畳特性がある。
積層パワーチョークにおいては、磁束の集中する場所に非磁性層を磁性層との同時焼成によって形成することによって磁気飽和を抑制し、重畳特性を向上させる手法がとられている。
このような手法のひとつとして、特許文献1及び2には、非磁性層を、例えば、構成元素が磁性層を構成するNi−Zn−Cuフェライトに近いZn−Cuフェライトとすることが記載されている。
また、特許文献3には、ZnFe2O4、TiO2、WO2、Ta2O5、コージエライト系セラミックス、BaSnN系セラミックス、CaMgSiAlB系セラミックスのいずれかよりなるセラミックスを非磁性層として用いることが記載されている。
しかし、特許文献3には、磁性層としてNi−Zn−Cuフェライトを用いることについては記載がなく、また、非磁性層としてはZnFe2O4(亜鉛フェライト)が具体的に記載されているにすぎず、TiO2は具体的に記載されていない。
一方、特許文献4には、「TiO2に、ZrO2:0.1〜10wt%、CuO:1.5〜6.0wt%、Mn3O4:0.2〜20wt%、NiO:2.0〜15wt%を配合し、その合計が 100wt%となるようにした誘電体磁器組成物。」が記載され、特許文献5には、「TiO2に、ZrO2:0.1〜10wt%、CuO:1.5〜5.0wt%、Mn3O4:0.2〜15.0wt%を配合し、その合計が100wt%となるようにした誘電体磁器組成物。」が記載されているが、いずれも、インダクタ・コンデンサ複合部品のコンデンサ部の材料として用いることが示唆されているだけで、積層インダクタの非磁性層として用いることは示されていない。
しかしながら、特許文献1及び2に記載されているように、非磁性層をZn−Cuフェライトとした場合には、同時焼成において、Zn−CuフェライトのZn成分がNi−Zn−Cuフェライトに拡散し、また、Ni−Zn−CuフェライトのNi成分がZn−Cuフェライトに拡散して、Ni濃度が傾斜的に変化するNi−Zn−Cuフェライト層を形成してしまい、拡散層はNi濃度傾斜に伴いキュリー点の異なるNi−Zn−Cuフェライトとなっており、温度上昇に伴って、Ni濃度の低いところから、磁性体から非磁性体に変化する。したがって、温度によって見かけ上の非磁性層の厚みが変化するため、製品の温度特性を悪化させてしまうという問題があった。
また、特許文献2に記載されたように、非磁性層を構成するセラミックとして例えばTiO2を用いると、TiO2の焼結温度がAgの融点より高いためにAgからなる内部導体との同時焼成が困難になったり、Ni−Zn−Cuフェライトとの界面にクラックが生じやすいため、磁性層としてNi−Zn−Cuフェライトを用いる場合に、TiO2を用いることは難しかった。
特開平11−97245号公報
特開2001−44037号公報
特開平11−97256号公報
特許第2977632号公報
特許第3272740号公報
積層パワーチョークにおいては、磁束の集中する場所に非磁性層を磁性層との同時焼成によって形成することによって磁気飽和を抑制し、重畳特性を向上させる手法がとられている。
このような手法のひとつとして、特許文献1及び2には、非磁性層を、例えば、構成元素が磁性層を構成するNi−Zn−Cuフェライトに近いZn−Cuフェライトとすることが記載されている。
また、特許文献3には、ZnFe2O4、TiO2、WO2、Ta2O5、コージエライト系セラミックス、BaSnN系セラミックス、CaMgSiAlB系セラミックスのいずれかよりなるセラミックスを非磁性層として用いることが記載されている。
しかし、特許文献3には、磁性層としてNi−Zn−Cuフェライトを用いることについては記載がなく、また、非磁性層としてはZnFe2O4(亜鉛フェライト)が具体的に記載されているにすぎず、TiO2は具体的に記載されていない。
一方、特許文献4には、「TiO2に、ZrO2:0.1〜10wt%、CuO:1.5〜6.0wt%、Mn3O4:0.2〜20wt%、NiO:2.0〜15wt%を配合し、その合計が 100wt%となるようにした誘電体磁器組成物。」が記載され、特許文献5には、「TiO2に、ZrO2:0.1〜10wt%、CuO:1.5〜5.0wt%、Mn3O4:0.2〜15.0wt%を配合し、その合計が100wt%となるようにした誘電体磁器組成物。」が記載されているが、いずれも、インダクタ・コンデンサ複合部品のコンデンサ部の材料として用いることが示唆されているだけで、積層インダクタの非磁性層として用いることは示されていない。
しかしながら、特許文献1及び2に記載されているように、非磁性層をZn−Cuフェライトとした場合には、同時焼成において、Zn−CuフェライトのZn成分がNi−Zn−Cuフェライトに拡散し、また、Ni−Zn−CuフェライトのNi成分がZn−Cuフェライトに拡散して、Ni濃度が傾斜的に変化するNi−Zn−Cuフェライト層を形成してしまい、拡散層はNi濃度傾斜に伴いキュリー点の異なるNi−Zn−Cuフェライトとなっており、温度上昇に伴って、Ni濃度の低いところから、磁性体から非磁性体に変化する。したがって、温度によって見かけ上の非磁性層の厚みが変化するため、製品の温度特性を悪化させてしまうという問題があった。
また、特許文献2に記載されたように、非磁性層を構成するセラミックとして例えばTiO2を用いると、TiO2の焼結温度がAgの融点より高いためにAgからなる内部導体との同時焼成が困難になったり、Ni−Zn−Cuフェライトとの界面にクラックが生じやすいため、磁性層としてNi−Zn−Cuフェライトを用いる場合に、TiO2を用いることは難しかった。
本発明は前記事情に鑑みて創作されたもので、Ni−Zn−Cuフェライトを用いた積層インダクタの温度特性を改善し、構造欠陥のない製品を提供すること、及びそのための積層インダクタの製造方法を提供することを目的とする。
本発明においては、上記の課題を解決するために、以下の手段を採用する。
(1)電源回路のチョークコイルとして用いられる積層インダクタであって、Ni−Cu−Znフェライトからなる複数の磁性体層と、該磁性体層を介して積層されることによりコイルを形成する複数の導電体層と、前記複数の磁性体層に接するように形成されTi−Ni−Cu−Mn−Zr系誘電体からなる少なくとも一つの非磁性層と、を備える直方体形状の積層体、および該積層体の端部に設けられ前記コイルの端部に導電接続された少なくとも1対の外部電極、を有する。
(2)前記積層体は、前記磁性体層のNi−Zn−Cuフェライトと前記非磁性層のTi−Ni−Cu−Mn−Zr系誘電体が相互拡散して接合界面を形成している前記(1)の積層インダクタ。
(3)前記非磁性層が、TiO2を主成分とし、NiO、CuO、Mn3O4、及びZrO2を含有する誘電体からなる前記(1)又は(2)の積層インダクタ。
(4)前記誘電体が、酸化物換算で、TiO2、NiO:2.0〜15質量%、CuO:1.5〜6.0質量%、Mn3O4:0.2〜20質量%、及びZrO2:0.1〜10質量%を含み、その合計が100質量%となるように構成されたものである前記(3)の積層インダクタ。
(5)Fe2O3、NiO、ZnO、及びCuOを含有するフェライト粉末のペーストを準備する工程と、TiO2を主成分とし、NiO、CuO、Mn3O4、及びZrO2を含有する誘電体粉末のペーストを準備する工程と、前記フェライト粉末のペーストの塗布により形成された磁性体シート上に、導電ペーストパターンを印刷し、これを上下に接する前記磁性体シート間の導電ペーストパターンがスルーホールを介して互いに接続され螺旋状のコイルが構成されるように、且つ前記誘電体粉末のペーストの塗布により形成される非磁性シートもしくは前記誘電体粉末のペーストの印刷により形成される非磁性パターンが間に少なくとも一つ挿入されるように、積層圧着して未焼成積層体とする工程と、この未焼成積層体を焼成して積層体を得る工程と、を有する積層インダクタの製造方法。
(6)Fe2O3、NiO、ZnO、及びCuOを含有するフェライト粉末のペーストを準備する工程と、TiO2を主成分とし、NiO、CuO、Mn3O4、及びZrO2を含有する誘電体粉末のペーストを準備する工程と、前記フェライト粉末のペーストの塗布により形成された磁性体シート上に、導電ペーストパターンの印刷と、磁性体ペーストパターンを得るための前記フェライト粉末のペーストの印刷と、を、交互に、且つ前記誘電体粉末のペーストの印刷により形成される非磁性パターンが間に少なくとも一つ挿入されるように行なって未焼成積層体とする工程と、この未焼成積層体を焼成して積層体を得る工程と、を有する積層インダクタの製造方法。
(7)前記未焼成積層体を焼成して積層体を得る工程が、前記磁性体シートもしくは磁性体ペーストパターンから形成される磁性体層のNi−Zn−Cuフェライトと前記非磁性シートもしくは非磁性パターンから形成される非磁性層のTi−Ni−Cu−Mn−Zr系誘電体を相互拡散させて接合界面を形成させる前記(5)又は(6)の積層インダクタの製造方法。
(8)前記誘電体粉末として、酸化物換算で、TiO2と、NiO:2.0〜15質量%、CuO:1.5〜6.0質量%、Mn3O4:0.2〜20質量%、及びZrO2:0.1〜10質量%、を含み、その合計が100質量%となるように構成されたものを用いる前記(5)又は(6)の積層インダクタの製造方法。
(1)電源回路のチョークコイルとして用いられる積層インダクタであって、Ni−Cu−Znフェライトからなる複数の磁性体層と、該磁性体層を介して積層されることによりコイルを形成する複数の導電体層と、前記複数の磁性体層に接するように形成されTi−Ni−Cu−Mn−Zr系誘電体からなる少なくとも一つの非磁性層と、を備える直方体形状の積層体、および該積層体の端部に設けられ前記コイルの端部に導電接続された少なくとも1対の外部電極、を有する。
(2)前記積層体は、前記磁性体層のNi−Zn−Cuフェライトと前記非磁性層のTi−Ni−Cu−Mn−Zr系誘電体が相互拡散して接合界面を形成している前記(1)の積層インダクタ。
(3)前記非磁性層が、TiO2を主成分とし、NiO、CuO、Mn3O4、及びZrO2を含有する誘電体からなる前記(1)又は(2)の積層インダクタ。
(4)前記誘電体が、酸化物換算で、TiO2、NiO:2.0〜15質量%、CuO:1.5〜6.0質量%、Mn3O4:0.2〜20質量%、及びZrO2:0.1〜10質量%を含み、その合計が100質量%となるように構成されたものである前記(3)の積層インダクタ。
(5)Fe2O3、NiO、ZnO、及びCuOを含有するフェライト粉末のペーストを準備する工程と、TiO2を主成分とし、NiO、CuO、Mn3O4、及びZrO2を含有する誘電体粉末のペーストを準備する工程と、前記フェライト粉末のペーストの塗布により形成された磁性体シート上に、導電ペーストパターンを印刷し、これを上下に接する前記磁性体シート間の導電ペーストパターンがスルーホールを介して互いに接続され螺旋状のコイルが構成されるように、且つ前記誘電体粉末のペーストの塗布により形成される非磁性シートもしくは前記誘電体粉末のペーストの印刷により形成される非磁性パターンが間に少なくとも一つ挿入されるように、積層圧着して未焼成積層体とする工程と、この未焼成積層体を焼成して積層体を得る工程と、を有する積層インダクタの製造方法。
(6)Fe2O3、NiO、ZnO、及びCuOを含有するフェライト粉末のペーストを準備する工程と、TiO2を主成分とし、NiO、CuO、Mn3O4、及びZrO2を含有する誘電体粉末のペーストを準備する工程と、前記フェライト粉末のペーストの塗布により形成された磁性体シート上に、導電ペーストパターンの印刷と、磁性体ペーストパターンを得るための前記フェライト粉末のペーストの印刷と、を、交互に、且つ前記誘電体粉末のペーストの印刷により形成される非磁性パターンが間に少なくとも一つ挿入されるように行なって未焼成積層体とする工程と、この未焼成積層体を焼成して積層体を得る工程と、を有する積層インダクタの製造方法。
(7)前記未焼成積層体を焼成して積層体を得る工程が、前記磁性体シートもしくは磁性体ペーストパターンから形成される磁性体層のNi−Zn−Cuフェライトと前記非磁性シートもしくは非磁性パターンから形成される非磁性層のTi−Ni−Cu−Mn−Zr系誘電体を相互拡散させて接合界面を形成させる前記(5)又は(6)の積層インダクタの製造方法。
(8)前記誘電体粉末として、酸化物換算で、TiO2と、NiO:2.0〜15質量%、CuO:1.5〜6.0質量%、Mn3O4:0.2〜20質量%、及びZrO2:0.1〜10質量%、を含み、その合計が100質量%となるように構成されたものを用いる前記(5)又は(6)の積層インダクタの製造方法。
本発明によれば、良好な直流重畳特性を有するとともに温度による特性変動が少なく安定生産可能な積層チョークコイルを提供することができる。
本発明の前記目的とそれ以外の目的と、構成特徴と、作用効果は、以下の説明と添付図面によって明らかとなる。
本発明の前記目的とそれ以外の目的と、構成特徴と、作用効果は、以下の説明と添付図面によって明らかとなる。
図1は本発明の積層インダクタの内部構造を示す縦断面図である。
図2は本発明の積層インダクタの積層体の内部構造を示す分解斜視図である。
図3は本発明の積層インダクタの磁性体層と非磁性層との積層界面の図1において破線で囲まれる領域Aの断面を走査型電子顕微鏡(SEM)で撮影した写真に基づいて作成された部分拡大図である。
図4は実施例の積層インダクタと比較例の積層インダクタにおけるインダクタンスの温度特性変化を示す図である。
図2は本発明の積層インダクタの積層体の内部構造を示す分解斜視図である。
図3は本発明の積層インダクタの磁性体層と非磁性層との積層界面の図1において破線で囲まれる領域Aの断面を走査型電子顕微鏡(SEM)で撮影した写真に基づいて作成された部分拡大図である。
図4は実施例の積層インダクタと比較例の積層インダクタにおけるインダクタンスの温度特性変化を示す図である。
1 積層体
2 コイル用導体層(導電ペーストパターン)
3 磁性体層(磁性体シート)
4 非磁性層(非磁性シート)
5 スルーホール
6 引出し部
2 コイル用導体層(導電ペーストパターン)
3 磁性体層(磁性体シート)
4 非磁性層(非磁性シート)
5 スルーホール
6 引出し部
本発明の実施形態の積層インダクタ10は、図1に示すように、直方体形状の積層体1と、積層体1の長さ方向両端部に設けられたAg等の金属材料から成る外部電極7とを備える。
図2に示されるように、積層体1はコイルを構成する複数の導体層2,2が磁性体層3を介して積層された構造を有しており、積層体1の積層方向中央には磁性体層3の少なくとも一つと置換する形態で非磁性層4が介装されている。
本発明において、積層体1は、Ni−Zn−Cuフェライトからなる複数の磁性体層3,3とTi−Ni−Cu−Mn−Zr系誘電体からなる非磁性層4とを含む。上記Ni−Zn−Cuフェライトとしては、Fe2O3とNiOとZnOとCuOとを含有するフェライトである。また、上記Ti−Ni−Cu−Mn−Zr系誘電体としては、TiO2を主成分とし、NiO、CuO、Mn3O4、及びZrO2を含有する誘電体である。非磁性層4は、TiO2を主成分とし、NiO、CuO、Mn3O4、及びZrO2を含有する誘電体であり、TiO2に、NiO:2.0〜15質量%、CuO:1.5〜6.0質量%、Mn3O4:0.2〜20質量%、及びZrO2:0.1〜10質量%を配合し、その合計が100質量%となるようにしたものであることが好ましい。
非磁性層4に助剤としてCuO、Mn3O4を加えることにより、焼成の際に、これらがTiO2の一部と反応してCu−Mn−Ti−O系の液相を生成し、この液相生成によりTiO2が低温で緻密化し、粒子の成長が急速に進行する。一方、ZrO2は、TiO2、CuO、Mn3O4と比べて融点が高いため、前記Cu−Mn−Ti−O系の液相にZrが加わることにより、液相の融点並びに粘度が高くなり、その結果、TiO2粒子の液相焼結による粒成長の速度が調整され、酸素欠陥の少ないTiO2を主成分とする非磁性層4が得られる。
主成分であるTiO2は、50質量%以上が好ましく、70〜98質量%がより好ましい。
また、磁性体層3のNi−Zn−Cuフェライトと非磁性層4のTi−Ni−Cu−Mn−Zr系誘電体は、同時焼成により、相互拡散して接合界面を形成している。Ni−Zn−Cuフェライト磁性体層3に、Ti−Ni−Cu−Mn−Zr系誘電体を0.5μ以上拡散させることにより、磁気ギャップ層を形成させることが好ましい。接合界面にFe2TiO5を生成し、磁気ギャップ層を形成していることが推定される。
磁性体層3の上側それぞれには、Ag等の金属材料からなるコ字形のコイル用導体層2が配されている。また、磁性体層3のそれぞれには、上側と下側のコイル用導体層を磁性体層3,3をそれぞれ介して接続するためのスルーホール5,5がコイル用導体層2,2の端部と重なるように形成されている。ここでのスルーホール5,5とは、磁性体層に予め形成した孔にコイル用導体層と同一材料を充填したものを指す。最上部及び最下部の磁性体層は上下部のマージンを確保するためのもので、該磁性体層にはコイル用導体層及びスルーホールは形成されていない。
非磁性層4の上側には、Ag等の金属材料からなるコ字形のコイル用導体層2が配されている。また、非磁性層4には、上側と下側のコイル用導体層2と非磁性層4を介して接続するためのスルーホール5,5がコイル用導体層2,2の端部と重なるように形成されている。
コイル用導体層2,2・・・・・はスルーホール5,5・・・・・を介し接続されて螺旋状のコイルを構成する。コイルを構成する最上位のコイル用導体層2と最下位のコイル用導体層2には引出し部6,6が設けられていて、各引出し部6,6の一方は外部電極一方に接続され、他方は外部電極の他方に接続されている。
次に、本発明の積層インダクタの製造方法の第1の実施形態について説明する。
まず、積層インダクタの製造に際しては、Ni−Zn−Cuフェライトからなる高透磁率の磁性体層3を構成するための磁性体シート(フェライトシート)を作製する。具体的には、Fe2O3、NiO、CuO、ZnOを主材料とする仮焼粉砕後のフェライト微粉末に、エタノール等の溶剤とPVA等のバインダを添加、混合してフェライトペーストを得た後、このフェライトペーストをPET等のフィルム上にドクターブレード法等の手法によって面状に塗布して磁性体シート(フェライトシート)を得る。
また、Ti−Ni−Cu−Mn−Zr系誘電体からなる非磁性層4を構成するための非磁性シート(誘電体シート)もしくは非磁性パターンを作製する。具体的には、TiO2を主成分とし、NiO、CuO、Mn3O4、及びZrO2を含有する誘電体粉末に、上記と同様に、溶剤とバインダを添加、混合して誘電体ペーストを得た後、この誘電体ペーストをPET等のフィルム上にドクターブレード法やスラリービルド法等の手法によって面状に塗布して非磁性シート(誘電体シート)を、もしくはパターン状に印刷して非磁性パターンを得る。
そして、磁性体シートと非磁性シートに金型による打ち抜きやレーザ加工による穿孔等の手法によってスルーホール5を所定配列で形成する。そして、スルーホール形成後の磁性体シート上と非磁性シート上にスクリーン印刷等の手法によって、コイル用導体層2を構成するための導電ペーストを所定パターンで印刷する。ここでの導電ペーストには例えばAgを主成分とした金属ペーストが用いられる。
次に、導電ペースト印刷後の磁性体シート及び非磁性シートを、上下のシートの導電ペーストパターン(2)がスルーホール(5)を介して互いに接続され螺旋状のコイルが構成されるように積層圧着して積層体を得る。ここでは磁性体シート(3)と非磁性シート(4)を図2のような層構造が得られる順序で積層する。
そして、シート積層体を単位寸法に切断してチップ状の未焼成積層体を得る。この未焼成積層体を空気中にて約400〜500℃で1〜3時間加熱してバインダ成分を除去し、バインダ成分除去後の未焼成積層体を空気中にて850〜920℃で1〜3時間焼成してチップ状の積層体を得る。
外部電極を形成するため、チップ状の積層体の両端部にディップ法等の手法によって導電ペーストを塗布する。ここでの導電ペーストには例えばAgを主成分とした前記同様の金属ペーストが用いられる。導電ペースト塗布後の積層体を空気中にて約500〜800℃で0.2〜2時間焼付けして積層体の端部に外部電極を形成する。最後に、各外部電極の表面に図示省略したNi,Sn等のメッキ処理を施して、積層インダクタ10を得る。
次に、本発明の積層インダクタの製造方法の第2の実施形態について説明する。(図示省略)まず、積層インダクタの製造に際しては、Ni−Zn−Cuフェライトからなる高透磁率の磁性体層を構成するための磁性体シート(フェライトシート)を作製する。具体的には、Fe2O3、NiO、CuO、ZnOを主材料とする仮焼粉砕後のフェライト微粉末に、エタノール等の溶剤とPVA等のバインダを添加、混合してフェライトペーストを得た後、このフェライトペーストをPET等のフィルム上にドクターブレード法等の手法によって面状に塗布して磁性体シート(フェライトシート)を得る。
次に、前記磁性体シート上にスクリーン印刷等の手法によって、コイル用導体層を構成するための導電ペーストを所定パターンで印刷する。ここでの導電ペーストには例えばAgを主成分とした金属ペーストが用いられる。
次に、Ni−Zn−Cuフェライトからなる高透磁率の磁性体層を構成するための磁性体パターン(フェライトパターン)を作製する。具体的には、Fe2O3、NiO、CuO、ZnOを主材料とする仮焼粉砕後のフェライト微粉末に、エタノール等の溶剤とPVA等のバインダを添加、混合して磁性体ペースト(フェライトペースト)を得た後、このフェライトペーストを前記で形成された導体パターン上にその一端を露出するように印刷して磁性体パターン(フェライトパターン)を得る。
前記と同様に前記磁性体パターン上にスクリーン印刷等の手法によって、コイル用導体層を構成するための導電ペーストを前記で形成した導体パターンの一端に接続するように所定パターンで印刷する。
前記と同様に、磁性体パターンと導体パターンとをスクリーン印刷等の手段により交互に印刷する。
次に、Ti−Ni−Cu−Mn−Zr系誘電体からなる非磁性層を構成するための非磁性パターン(誘電体パターン)を作製する。具体的には、TiO2を主成分とし、NiO、CuO、Mn3O4、及びZrO2を含有する誘電体粉末に、上記と同様に、溶剤とバインダを添加、混合して誘電体ペーストを得た後、この誘電体ペーストを前記で得られた印刷積層体上にパターン状に印刷して非磁性パターンを得る。
前記と同様に、磁性体パターンと導体パターンとをスクリーン印刷等の手段により交互に印刷する。
そして、得られた印刷積層体を単位寸法に切断してチップ状の未焼成積層体を得る。この未焼成積層体を空気中にて約400〜500℃で1〜3時間加熱してバインダ成分を除去し、バインダ成分除去後の未焼成積層体を空気中にて850〜920℃で1〜3時間焼成してチップ状の積層体を得る。
外部電極を形成するため、チップ状の積層体の両端部にディップ法等の手法によって導電ペーストを塗布する。ここでの導電ペーストには例えばAgを主成分とした前記同様の金属ペーストが用いられる。導電ペースト塗布後の積層体を空気中にて約500〜800℃で0.2〜2時間焼付けして積層体の端部に外部電極を形成する。最後に、各外部電極の表面にNi,Sn等のメッキ処理を施して、積層インダクタを得る。
図2に示されるように、積層体1はコイルを構成する複数の導体層2,2が磁性体層3を介して積層された構造を有しており、積層体1の積層方向中央には磁性体層3の少なくとも一つと置換する形態で非磁性層4が介装されている。
本発明において、積層体1は、Ni−Zn−Cuフェライトからなる複数の磁性体層3,3とTi−Ni−Cu−Mn−Zr系誘電体からなる非磁性層4とを含む。上記Ni−Zn−Cuフェライトとしては、Fe2O3とNiOとZnOとCuOとを含有するフェライトである。また、上記Ti−Ni−Cu−Mn−Zr系誘電体としては、TiO2を主成分とし、NiO、CuO、Mn3O4、及びZrO2を含有する誘電体である。非磁性層4は、TiO2を主成分とし、NiO、CuO、Mn3O4、及びZrO2を含有する誘電体であり、TiO2に、NiO:2.0〜15質量%、CuO:1.5〜6.0質量%、Mn3O4:0.2〜20質量%、及びZrO2:0.1〜10質量%を配合し、その合計が100質量%となるようにしたものであることが好ましい。
非磁性層4に助剤としてCuO、Mn3O4を加えることにより、焼成の際に、これらがTiO2の一部と反応してCu−Mn−Ti−O系の液相を生成し、この液相生成によりTiO2が低温で緻密化し、粒子の成長が急速に進行する。一方、ZrO2は、TiO2、CuO、Mn3O4と比べて融点が高いため、前記Cu−Mn−Ti−O系の液相にZrが加わることにより、液相の融点並びに粘度が高くなり、その結果、TiO2粒子の液相焼結による粒成長の速度が調整され、酸素欠陥の少ないTiO2を主成分とする非磁性層4が得られる。
主成分であるTiO2は、50質量%以上が好ましく、70〜98質量%がより好ましい。
また、磁性体層3のNi−Zn−Cuフェライトと非磁性層4のTi−Ni−Cu−Mn−Zr系誘電体は、同時焼成により、相互拡散して接合界面を形成している。Ni−Zn−Cuフェライト磁性体層3に、Ti−Ni−Cu−Mn−Zr系誘電体を0.5μ以上拡散させることにより、磁気ギャップ層を形成させることが好ましい。接合界面にFe2TiO5を生成し、磁気ギャップ層を形成していることが推定される。
磁性体層3の上側それぞれには、Ag等の金属材料からなるコ字形のコイル用導体層2が配されている。また、磁性体層3のそれぞれには、上側と下側のコイル用導体層を磁性体層3,3をそれぞれ介して接続するためのスルーホール5,5がコイル用導体層2,2の端部と重なるように形成されている。ここでのスルーホール5,5とは、磁性体層に予め形成した孔にコイル用導体層と同一材料を充填したものを指す。最上部及び最下部の磁性体層は上下部のマージンを確保するためのもので、該磁性体層にはコイル用導体層及びスルーホールは形成されていない。
非磁性層4の上側には、Ag等の金属材料からなるコ字形のコイル用導体層2が配されている。また、非磁性層4には、上側と下側のコイル用導体層2と非磁性層4を介して接続するためのスルーホール5,5がコイル用導体層2,2の端部と重なるように形成されている。
コイル用導体層2,2・・・・・はスルーホール5,5・・・・・を介し接続されて螺旋状のコイルを構成する。コイルを構成する最上位のコイル用導体層2と最下位のコイル用導体層2には引出し部6,6が設けられていて、各引出し部6,6の一方は外部電極一方に接続され、他方は外部電極の他方に接続されている。
次に、本発明の積層インダクタの製造方法の第1の実施形態について説明する。
まず、積層インダクタの製造に際しては、Ni−Zn−Cuフェライトからなる高透磁率の磁性体層3を構成するための磁性体シート(フェライトシート)を作製する。具体的には、Fe2O3、NiO、CuO、ZnOを主材料とする仮焼粉砕後のフェライト微粉末に、エタノール等の溶剤とPVA等のバインダを添加、混合してフェライトペーストを得た後、このフェライトペーストをPET等のフィルム上にドクターブレード法等の手法によって面状に塗布して磁性体シート(フェライトシート)を得る。
また、Ti−Ni−Cu−Mn−Zr系誘電体からなる非磁性層4を構成するための非磁性シート(誘電体シート)もしくは非磁性パターンを作製する。具体的には、TiO2を主成分とし、NiO、CuO、Mn3O4、及びZrO2を含有する誘電体粉末に、上記と同様に、溶剤とバインダを添加、混合して誘電体ペーストを得た後、この誘電体ペーストをPET等のフィルム上にドクターブレード法やスラリービルド法等の手法によって面状に塗布して非磁性シート(誘電体シート)を、もしくはパターン状に印刷して非磁性パターンを得る。
そして、磁性体シートと非磁性シートに金型による打ち抜きやレーザ加工による穿孔等の手法によってスルーホール5を所定配列で形成する。そして、スルーホール形成後の磁性体シート上と非磁性シート上にスクリーン印刷等の手法によって、コイル用導体層2を構成するための導電ペーストを所定パターンで印刷する。ここでの導電ペーストには例えばAgを主成分とした金属ペーストが用いられる。
次に、導電ペースト印刷後の磁性体シート及び非磁性シートを、上下のシートの導電ペーストパターン(2)がスルーホール(5)を介して互いに接続され螺旋状のコイルが構成されるように積層圧着して積層体を得る。ここでは磁性体シート(3)と非磁性シート(4)を図2のような層構造が得られる順序で積層する。
そして、シート積層体を単位寸法に切断してチップ状の未焼成積層体を得る。この未焼成積層体を空気中にて約400〜500℃で1〜3時間加熱してバインダ成分を除去し、バインダ成分除去後の未焼成積層体を空気中にて850〜920℃で1〜3時間焼成してチップ状の積層体を得る。
外部電極を形成するため、チップ状の積層体の両端部にディップ法等の手法によって導電ペーストを塗布する。ここでの導電ペーストには例えばAgを主成分とした前記同様の金属ペーストが用いられる。導電ペースト塗布後の積層体を空気中にて約500〜800℃で0.2〜2時間焼付けして積層体の端部に外部電極を形成する。最後に、各外部電極の表面に図示省略したNi,Sn等のメッキ処理を施して、積層インダクタ10を得る。
次に、本発明の積層インダクタの製造方法の第2の実施形態について説明する。(図示省略)まず、積層インダクタの製造に際しては、Ni−Zn−Cuフェライトからなる高透磁率の磁性体層を構成するための磁性体シート(フェライトシート)を作製する。具体的には、Fe2O3、NiO、CuO、ZnOを主材料とする仮焼粉砕後のフェライト微粉末に、エタノール等の溶剤とPVA等のバインダを添加、混合してフェライトペーストを得た後、このフェライトペーストをPET等のフィルム上にドクターブレード法等の手法によって面状に塗布して磁性体シート(フェライトシート)を得る。
次に、前記磁性体シート上にスクリーン印刷等の手法によって、コイル用導体層を構成するための導電ペーストを所定パターンで印刷する。ここでの導電ペーストには例えばAgを主成分とした金属ペーストが用いられる。
次に、Ni−Zn−Cuフェライトからなる高透磁率の磁性体層を構成するための磁性体パターン(フェライトパターン)を作製する。具体的には、Fe2O3、NiO、CuO、ZnOを主材料とする仮焼粉砕後のフェライト微粉末に、エタノール等の溶剤とPVA等のバインダを添加、混合して磁性体ペースト(フェライトペースト)を得た後、このフェライトペーストを前記で形成された導体パターン上にその一端を露出するように印刷して磁性体パターン(フェライトパターン)を得る。
前記と同様に前記磁性体パターン上にスクリーン印刷等の手法によって、コイル用導体層を構成するための導電ペーストを前記で形成した導体パターンの一端に接続するように所定パターンで印刷する。
前記と同様に、磁性体パターンと導体パターンとをスクリーン印刷等の手段により交互に印刷する。
次に、Ti−Ni−Cu−Mn−Zr系誘電体からなる非磁性層を構成するための非磁性パターン(誘電体パターン)を作製する。具体的には、TiO2を主成分とし、NiO、CuO、Mn3O4、及びZrO2を含有する誘電体粉末に、上記と同様に、溶剤とバインダを添加、混合して誘電体ペーストを得た後、この誘電体ペーストを前記で得られた印刷積層体上にパターン状に印刷して非磁性パターンを得る。
前記と同様に、磁性体パターンと導体パターンとをスクリーン印刷等の手段により交互に印刷する。
そして、得られた印刷積層体を単位寸法に切断してチップ状の未焼成積層体を得る。この未焼成積層体を空気中にて約400〜500℃で1〜3時間加熱してバインダ成分を除去し、バインダ成分除去後の未焼成積層体を空気中にて850〜920℃で1〜3時間焼成してチップ状の積層体を得る。
外部電極を形成するため、チップ状の積層体の両端部にディップ法等の手法によって導電ペーストを塗布する。ここでの導電ペーストには例えばAgを主成分とした前記同様の金属ペーストが用いられる。導電ペースト塗布後の積層体を空気中にて約500〜800℃で0.2〜2時間焼付けして積層体の端部に外部電極を形成する。最後に、各外部電極の表面にNi,Sn等のメッキ処理を施して、積層インダクタを得る。
以下、実施例により、本発明をさらに詳細に説明する。
表1に示された組成のNi−Zn−Cuフェライトの粉末に対して、エタノール(溶剤)とPVA系バインダを添加、混合して、これをPETフィルム上に塗布し、磁性体シート(磁性体層)を得た。また、表1に示されるように、TiO2を主成分とし、NiO、CuO、Mn3O4、及びZrO2を含有する誘電体(「TiO2低温焼成材」という。)の粉末に対して、同じく溶剤とバインダを添加、混合して、これをPETフィルム上に塗布し、非磁性シート(非磁性層)を得た。
得られた各グリーンシートに電極(コ字形のコイル用導体層)を印刷、積層して図2の構造のシート積層体(Ni−Zn−CuフェライトにTiO2低温焼成材を積層した実施例の積層体)を作製し、得られたシート積層体を単位寸法に切断してチップ状の未焼成積層体を得た。得られた未焼成積層体を500℃で1時間加熱してバインダ成分を除去し、900℃で1時間焼成して積層体を得た。その後、積層体の端部にAg外部電極を付け、Ni,Snのメッキ処理を実施して実施例のチップ状の積層インダクタを得た。
[比較例]
表1に示された組成のNi−Zn−Cuフェライトの粉末に対して、エタノール(溶剤)とPVA系バインダを添加、混合して、これをPETフィルム上に塗布し、磁性体シート(磁性体層)を得た。また、表1に示されるようにZn−Cuフェライトの粉末に対して、同じく溶剤とバインダを添加、混合して、これをPETフィルム上に塗布し、非磁性シート(非磁性層)を得た。
得られた各グリーンシートに電極(コ字形のコイル用導体層)を印刷、積層して図2の構造のシート積層体(Ni−Zn−CuフェライトにZn−Cuフェライトを積層した比較例のシート積層体)を作製し、得られたシート積層体を単位寸法に切断してチップ状の未焼成積層体を得た。得られた未焼成積層体を500℃で1時間加熱してバインダ成分を除去し、900℃で1時間焼成して積層体を得た。その後、積層体の端部にAg外部電極を付け、Ni,Snのメッキ処理を実施して比較例のチップ状の積層インダクタを得た。
(界面形成)
上記で得られた本発明の実施例の積層インダクタについて、図1の破線で囲まれる領域Aを走査型電子顕微鏡(SEM)で撮影した写真に基づいて作成した部分拡大図を図3に示す。Ni−Zn−Cuフェライトからなる磁性体層3とTiO2低温焼成材からなる非磁性層4とが相互拡散して接合界面に反応層Rを形成して、接合されている。尚、同図において、Sは空隙である。
(温度特性)
得られた本発明の積層インダクタのインダクタンスの温度特性変化を測定した。Zn−Cuフェライトを非磁性層として用いたときの特性と合わせて図4に示す。本発明のTiO2低温焼成材を非磁性層に用いた積層インダクタは、Zn−Cuフェライトを非磁性層に用いた比較例の積層インダクタと比較すると、温度によるインダクタンスの変化率量が、10分の1以下となっている。
以上のとおり、本発明の積層インダクタは、良好な直流重畳特性を有するとともに温度特性のばらつきを生じないという効果が確認された。
表1に示された組成のNi−Zn−Cuフェライトの粉末に対して、エタノール(溶剤)とPVA系バインダを添加、混合して、これをPETフィルム上に塗布し、磁性体シート(磁性体層)を得た。また、表1に示されるように、TiO2を主成分とし、NiO、CuO、Mn3O4、及びZrO2を含有する誘電体(「TiO2低温焼成材」という。)の粉末に対して、同じく溶剤とバインダを添加、混合して、これをPETフィルム上に塗布し、非磁性シート(非磁性層)を得た。
得られた各グリーンシートに電極(コ字形のコイル用導体層)を印刷、積層して図2の構造のシート積層体(Ni−Zn−CuフェライトにTiO2低温焼成材を積層した実施例の積層体)を作製し、得られたシート積層体を単位寸法に切断してチップ状の未焼成積層体を得た。得られた未焼成積層体を500℃で1時間加熱してバインダ成分を除去し、900℃で1時間焼成して積層体を得た。その後、積層体の端部にAg外部電極を付け、Ni,Snのメッキ処理を実施して実施例のチップ状の積層インダクタを得た。
[比較例]
表1に示された組成のNi−Zn−Cuフェライトの粉末に対して、エタノール(溶剤)とPVA系バインダを添加、混合して、これをPETフィルム上に塗布し、磁性体シート(磁性体層)を得た。また、表1に示されるようにZn−Cuフェライトの粉末に対して、同じく溶剤とバインダを添加、混合して、これをPETフィルム上に塗布し、非磁性シート(非磁性層)を得た。
得られた各グリーンシートに電極(コ字形のコイル用導体層)を印刷、積層して図2の構造のシート積層体(Ni−Zn−CuフェライトにZn−Cuフェライトを積層した比較例のシート積層体)を作製し、得られたシート積層体を単位寸法に切断してチップ状の未焼成積層体を得た。得られた未焼成積層体を500℃で1時間加熱してバインダ成分を除去し、900℃で1時間焼成して積層体を得た。その後、積層体の端部にAg外部電極を付け、Ni,Snのメッキ処理を実施して比較例のチップ状の積層インダクタを得た。
上記で得られた本発明の実施例の積層インダクタについて、図1の破線で囲まれる領域Aを走査型電子顕微鏡(SEM)で撮影した写真に基づいて作成した部分拡大図を図3に示す。Ni−Zn−Cuフェライトからなる磁性体層3とTiO2低温焼成材からなる非磁性層4とが相互拡散して接合界面に反応層Rを形成して、接合されている。尚、同図において、Sは空隙である。
(温度特性)
得られた本発明の積層インダクタのインダクタンスの温度特性変化を測定した。Zn−Cuフェライトを非磁性層として用いたときの特性と合わせて図4に示す。本発明のTiO2低温焼成材を非磁性層に用いた積層インダクタは、Zn−Cuフェライトを非磁性層に用いた比較例の積層インダクタと比較すると、温度によるインダクタンスの変化率量が、10分の1以下となっている。
以上のとおり、本発明の積層インダクタは、良好な直流重畳特性を有するとともに温度特性のばらつきを生じないという効果が確認された。
Claims (8)
- 電源回路のチョークコイルとして用いられる積層インダクタであって、Ni−Zn−Cuフェライトからなる複数の磁性体層と、該磁性体層を介して積層されることによりコイルを形成する複数の導電体層と、前記複数の磁性体層に接するように形成されTi−Ni−Cu−Mn−Zr系誘電体からなる少なくとも一つの非磁性層と、を備える直方体形状の積層体、および該積層体の端部に設けられ前記コイルの端部に導電接続された少なくとも1対の外部電極、を有することを特徴とする積層インダクタ。
- 前記積層体は、前記磁性体層のNi−Zn−Cuフェライトと前記非磁性層のTi−Ni−Cu−Mn−Zr系誘電体が相互拡散して接合界面に反応層が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の積層インダクタ。
- 前記非磁性層が、TiO2を主成分とし、NiO、CuO、Mn3O4、及びZrO2を含有する誘電体からなることを特徴とする請求項1又は2に記載の積層インダクタ。
- 前記誘電体が、酸化物換算で、TiO2と、NiO:2.0〜15質量%、CuO:1.5〜6.0質量%、Mn3O4:0.2〜20質量%、及びZrO2:0.1〜10質量%、を含み、その合計が100質量%となるように構成されたものであることを特徴とする請求項3に記載の積層インダクタ。
- Fe2O3、NiO、ZnO、及びCuOを含有するフェライト粉末のペーストを準備する工程と、TiO2を主成分とし、NiO、CuO、Mn3O4、及びZrO2を含有する誘電体粉末のペーストを準備する工程と、前記フェライト粉末のペーストの塗布により形成された磁性体シート上に、導電ペーストパターンを印刷し、これを上下に接する前記磁性体シートの導電ペーストパターンがスルーホールを介して互いに接続され螺旋状のコイルが構成されるように、且つ前記誘電体粉末のペーストの塗布により形成される非磁性シートもしくは前記誘電体粉末のペーストの印刷により形成される非磁性パターンが間に少なくとも一つ挿入されるように、積層圧着して未焼成積層体とする工程と、この未焼成積層体を焼成して積層体を得る工程と、を有することを特徴とする積層インダクタの製造方法。
- Fe2O3、NiO、ZnO、及びCuOを含有するフェライト粉末のペーストを準備する工程と、TiO2を主成分とし、NiO、CuO、Mn3O4、及びZrO2を含有する誘電体粉末のペーストを準備する工程と、前記フェライト粉末のペーストの塗布により形成された磁性体シート上に、導電ペーストパターンの印刷と、磁性体ペーストパターンを得るための前記フェライト粉末のペーストの印刷と、を、交互に、且つ前記誘電体粉末のペーストの印刷により形成される非磁性パターンが間に少なくとも一つ挿入されるように行なって未焼成積層体とする工程と、この未焼成積層体を焼成して積層体を得る工程と、を有することを特徴とする積層インダクタの製造方法。
- 前記未焼成積層体を焼成して積層体を得る工程が、前記磁性体シートもしくは磁性体ペーストパターンから形成される磁性体層のNi−Zn−Cuフェライトと前記非磁性シートもしくは非磁性パターンから形成される非磁性層のTi−Ni−Cu−Mn−Zr系誘電体を相互拡散させて接合界面を形成させるものであることを特徴とする請求項5又は6に記載の積層インダクタの製造方法。
- 前記誘電体粉末として、酸化物換算で、TiO2と、NiO:2.0〜15質量%、CuO:1.5〜6.0質量%、Mn3O4:0.2〜20質量%、及びZrO2:0.1〜10質量%を含み、その合計が100質量%となるように構成されたものを用いることを特徴とする請求項5又は6に記載の積層インダクタの製造方法。
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