JPWO2013031940A1 - フェライト磁器組成物、セラミック電子部品、及びセラミック電子部品の製造方法 - Google Patents

フェライト磁器組成物、セラミック電子部品、及びセラミック電子部品の製造方法 Download PDF

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Abstract

フェライト材料からなる磁性体部2と、Cuを主成分とするコイル導体3とを有している。そして、磁性体部2が、Fe2O3の含有モル量x、Mn2O3の含有モル量yを(x,y)で表したときに、(x,y)が、A(25,1)、B(47,1)、C(47,7.5)、D(46,7.5)、E(46,10)、F(30,10)、G(30,7.5)、及びH(25,7.5)の範囲内にあり、CuOの含有モル量が0.5〜10.0mol%、ZnOの含有量が1.0〜35.0mol%、MgOの含有量が5.0〜35.0mol%、残部がNiOであるNi−Cu−Zn系フェライトで形成される。これによりみCuを主成分とする導電性材料と同時焼成しても、絶縁性を確保でき、良好な電気特性を得ることができ、高信頼性を有する安価な積層コイル部品等のセラミック電子部品を実現する。

Description

本発明はフェライト磁器組成物、セラミック電子部品、及びセラミック電子部品の製造方法に関し、より詳しくは、Cuを主成分とした導電性材料との同時焼成が可能なフェライト磁器組成物、該フェライト磁器組成物を使用したコイル部品等のセラミック電子部品とその製造方法に関する。
近年、Ni−Cu−Zn等のスピネル型結晶構造を有するフェライト系磁器を使用したセラミック電子部品が広く使用されており、フェライト材料の開発も盛んに行われている。
例えば、特許文献1には、Fe:40.0〜51.0mol%,CuO:5.0〜30.0mol%,ZnO:0.5〜35.0mol%及びMgO+NiO:5.0〜50.0mol%(ただし、MgOは必須)を主成分とし、Mn:0.75wt%以下(0を含まず。)及びCo:0.75wt%以下(0を含まず。)を副成分として含む磁性フェライト材料が提案されている。
この特許文献1では、高価なNiOの一部を比較的安価なMgOで置換することにより、磁歪定数を低下させようとし、かつ、Mn及びCoを所定範囲とすることにより、耐電圧性及び耐久性に優れた磁性フェライト材料を得ようとしている。
また、この特許文献1には、上記磁性フェライト材料を使用した積層型フェライト部品(積層コイル部品)も提案されており、内部電極材料としては、低抵抗のAg、Ag合金、Ag−Pd合金等を使用するのが好ましく、Cu、Pd等を使用することもできるとし、内部電極材料にAgを使用した積層チップインダクタアレイが開示されている。
特開2002−193623号公報(請求項2、段落番号〔0004〕、〔0009〕、〔0016〕、図1等)
Ni−Cu−Zn系フェライトは、大気雰囲気で焼成されるのが一般的であり、例えば、特許文献1のような積層コイル部品の場合、通常、内部電極材料にAgを使用し、930℃以下の低温でフェライト材料と内部電極材料とを同時焼成している。
しかしながら、積層コイル部品の内部電極材料にAgを使用すると、マイグレーションが生じやすく、高湿度下で長時間使用すると絶縁性が低下し、信頼性の低下を招くおそれがある。特に、特許文献1に記載された積層型チップインダクタアレイのような高密度実装の場合、内部電極間の間隔も小さくなるため、コイル間に電位差が生じる用途に使用するとマイグレーションの発生に起因した異常が生じやすくなり、十分な信頼性を確保するのが困難になる。
また、生産コスト等を考慮すると、Pd、Ag−Pdは高価であり、したがって、低抵抗で導通性に優れた安価なCuを使用するのが望ましい。
しかしながら、Cu−CuOの平衡酸素分圧とFe−Feの平衡酸素分圧との関係から、800℃以上の高温ではCuとFeとが共存する領域が存在しないことが知られている。
すなわち、800℃以上の温度では、Feの状態を維持するような酸化性雰囲気に酸素分圧を設定して焼成を行った場合、Cuも酸化されてCuOを生成する。一方、Cu金属の状態を維持するような還元性雰囲気に酸素分圧を設定して焼成を行った場合は、Feが還元されてFeを生成する。
このようにCuとFeとが共存する領域が存在しないことから、Cuが酸化しないような還元性雰囲気で焼成すると、FeがFeに還元されるため比抵抗ρが低下し、このため電気特性の劣化を招くおそれがある。
本発明はこのような事情に鑑みなされたものであって、Cuを主成分とする導電性材料と同時焼成しても、絶縁性を確保でき、良好な電気特性を得ることができるフェライト磁器組成物、該フェライト磁器組成物を使用した高信頼性を有する安価な積層コイル部品等のセラミック電子部品、及びセラミック電子部品の製造方法を提供することを目的とする。
本発明者らは、一般式X・MeO(XはFe、Mn、MeはZn、Cu、Mg、Ni)で表わされるスピネル型結晶構造のフェライト材料について鋭意研究を行ったところ、Fe及びMnをそれぞれFe及びMnに換算した含有モル量が特定の範囲を満たし、Cu及びZnをそれぞれCuO及びZnOに換算した含有モル量を所定の範囲に限定することにより、NiOの一部を所定範囲でMgOと置換した場合であっても、所望の良好な絶縁性を得ることができ、これによりCu系材料とフェライト材料とを同時焼成しても、電気特性が良好なセラミック電子部品を得ることができるという知見を得た。
本発明はこのような知見に基づきなされたものであって、本発明に係るフェライト磁器組成物は、少なくともFe、Mn、Cu、Zn、Mg、及びNiを含有したフェライト磁器組成物であって、FeをFeに換算したときの含有モル量xmol%、及びMnをMnに換算したときの含有モル量ymol%を(x,y)で表したときに、(x,y)が、A(25,1)、B(47,1)、C(47,7.5)、D(46,7.5)、E(46,10)、F(30,10)、G(30,7.5)、及びH(25,7.5)で囲まれる領域にあり、かつ、Cuの含有モル量がCuOに換算して0.5〜10.0mol%であり、Znの含有量がZnOに換算して1.0〜35.0mol%であり、Mgの含有量がMgOに換算して5.0〜35.0mol%であることを特徴としている。
これによりCu系材料と同時焼成しても、比抵抗ρを向上させることができ、所望の絶縁性を確保することができるフェライト磁器組成物を得ることができる。
また、本発明に係るセラミック電子部品は、フェライト材料からなる磁性体部と、Cuを主成分とする導電部とを有し、前記磁性体部が上述したフェライト磁器組成物で形成されていることを特徴としている。
これによりCu系材料と同時焼成しても所望の良好な電気特性を有するセラミック電子部品を低コストで得ることができる。
また、本発明のセラミック電子部品は、Cu−CuOの平衡酸素分圧以下の雰囲気で焼成されてなるのが好ましい。
これによりコイル導体にCuを主成分とする導電性材料を使用して磁性体部と同時焼成しても、Cuが酸化されることなく焼結させることができ、電気特性が良好なセラミック電子部品を容易に得ることができる。
また、本発明のセラミック電子部品は、前記磁性体部と前記導電部とが同時焼成されてなるのが好ましい。
また、本発明のセラミック電子部品は、複数の前記磁性体部と複数の前記導電部とが交互に積層されているのが好ましい。
また、本発明のセラミック電子部品は、積層コイル部品であるのが好ましい。
また、本発明に係るセラミック電子部品の製造方法は、FeをFeに換算したときの含有モル量xmol%、及びMnをMnに換算したときの含有モル量ymol%を(x,y)で表したときに、(x,y)が、A(25,1)、B(47,1)、C(47,7.5)、D(46,7.5)、E(46,10)、F(30,10)、G(30,7.5)、及びH(25,7.5)で囲まれる領域を満たし、かつ、Cuの含有モル量がCuOに換算して0.5〜10.0mol%、Znの含有モル量がZnOに換算して1.0〜35.0mol%、Mgの含有モル量がMgOに換算して5.0〜35.0mol%となるようにFe化合物、Mn化合物、Cu化合物、Mg化合物、Zn化合物、及びNi化合物を秤量し、これら秤量物を混合した後、仮焼して仮焼粉末を作製する仮焼工程と、前記仮焼粉末からセラミック薄層体を作製するセラミック薄層体作製工程と、Cuを主成分とする所定パターンの導電膜を前記セラミック薄層体上に形成する導電膜形成工程と、前記導電膜が形成された前記セラミック薄層体を所定順序に積層し、積層体を形成する積層体形成工程と、Cu−CuOの平衡酸素分圧以下の焼成雰囲気で前記積層体を焼成し、前記セラミック薄層体と前記導電膜とを同時焼成する焼成工程とを含んでいることを特徴としている。
これによりCu−CuOの平衡酸素分圧以下の焼成雰囲気でセラミック薄層体とCuを主成分とした導電膜とを同時焼成しても、Feが還元されることもなく、絶縁性が良好で高信頼性を有するセラミック電子部品を得ることができる。
上記フェライト磁器組成物によれば、FeをFeに換算したときの含有モル量xmol%、及びMnをMnに換算したときの含有モル量ymol%を(x,y)で表したときに、(x,y)が、上述した点A〜点Hで囲まれる特定領域にあり、かつ、Cuの含有モル量がCuOに換算して0.5〜10.0mol%であり、Mgの含有量がMgOに換算して5.0〜35.0mol%であり、さらにZnの含有量がZnOに換算して1.0〜35.0mol%であるので、Cu系材料と同時焼成しても、比抵抗ρを向上させることができ、所望の絶縁性を確保することができる。
具体的には、比抵抗ρは10Ω・cm以上の良好な絶縁性を得ることができる。そしてこれにより、インピーダンス特性等の電気特性の良好な所望のセラミック電子部品を得ることが可能となる。
しかも、比較的安価なMgを含有させることにより、高価なNiの含有モル量を低減できることから、低コスト化が可能となる。
また、本発明のセラミック電子部品によれば、フェライト材料からなる磁性体部と、Cuを主成分とする導電部とを有し、前記磁性体部が上述したフェライト磁器組成物で形成されているので、Cu系材料と同時焼成しても所望の良好な電気特性を有するセラミック電子部品を低コストで得ることができる。
しかも、Ag系材料のようなマイグレーションが生じるのを回避することが可能となる。したがって、高湿度下で長時間放置しても良好な絶縁性を確保することができ、高信頼性を有する積層コイル部品等のセラミック電子部品を得ることができる。
また、本発明のセラミック電子部品の製造方法によれば、FeをFeに換算したときの含有モル量xmol%、及びMnをMnに換算したときの含有モル量ymol%を(x,y)で表したときに、(x,y)が、A(25,1)、B(47,1)、C(47,7.5)、D(46,7.5)、E(46,10)、F(30,10)、G(30,7.5)、及びH(25,7.5)で囲まれる領域を満たし、かつ、Cuの含有モル量がCuOに換算して0.5〜10.0mol%、Mgの含有モル量がMgOに換算して5.0〜35.0mol%、Znの含有モル量がZnOに換算して1.0〜35.0mol%となるようにFe化合物、Mn化合物、Cu化合物、Mg化合物、Zn化合物、及びNi化合物を秤量し、これら秤量物を混合した後、仮焼して仮焼粉末を作製する仮焼工程と、前記仮焼粉末からセラミック薄層体を作製するセラミック薄層体作製工程と、Cuを主成分とする所定パターンの導電膜を前記セラミック薄層体上に形成する導電膜形成工程と、前記導電膜が形成された前記セラミック薄層体を所定順序に積層し、積層体を形成する積層体形成工程と、Cu−CuOの平衡酸素分圧以下の焼成雰囲気で前記積層体を焼成し、前記セラミック薄層体と前記導電膜とを同時焼成する焼成工程とを含んでいるので、Cu−CuOの平衡酸素分圧以下の焼成雰囲気でセラミック薄層体とCuを主成分とした導電膜とを同時焼成しても、Feが還元されることもなく、絶縁性が良好で高信頼性を有するセラミック電子部品を得ることができる。
本発明に係るフェライト磁器組成物のFeとMnの組成範囲を示す図である。 本発明に係るセラミック電子部品としての積層コイル部品の一実施の形態を示す断面図である。 上記積層コイル部品の要部を示す分解斜視図である。 実施例1で作製された比抵抗測定用試料の断面図である。 実施例2で作製された本発明試料のインピーダンス特性を示す図である。 実施例2で作製された比較例試料のインピーダンス特性を示す図である。
次に、本発明の実施の形態を詳説する。
本発明の一実施の形態としてのフェライト磁器組成物は、一般式X・MeOで表わされるスピネル型結晶構造を有し、少なくとも3価の元素化合物であるFe、Mn、及び2価の元素化合物であるCuO、ZnO、MgO、及びNiOを含有している。
具体的には、本フェライト磁器組成物は、FeをFeに換算したときの含有モル量をxmol%、MnをMnに換算したときの含有モル量をymol%としたときに、図1に示すように、(x,y)が下記A〜Hに囲まれる斜線部Xの領域とされ、かつ、Cuの含有モル量がCuOに換算して0.5〜10.0mol%、Znの含有モル量がZnOに換算して1.0〜35.0mol%、Mgの含有モル量がMgOに換算して5.0〜35.0mol%、残部がNi酸化物とされている。
ここで、点A〜点Hの各点(x,y)は、以下の含有モル量を示している。
A(25,1)、B(47,1)、C(47,7.5)、D(46,7.5)、E(46,10)、F(30,10)、G(30,7.5)、及びH(25,7.5)
次に、Fe、Mn、Cu、Zn、及びMgの含有モル量を、Fe、Mn、CuO、ZnO、及びMgOに換算し、上述の範囲にした理由を詳述する。
(1)Fe及びMnの含有モル量
Feを化学量論組成から減量させ、Feの一部をMnで置換する形態でMnを含有させることにより、比抵抗ρが低下するのを回避でき、絶縁性の向上を図ることができる。
すなわち、スピネル型結晶構造(一般式X・MeO)の場合、化学量論組成では、X(X:Fe、Mn)とMeO(Me:Ni、Zn、Cu)との比率は50:50であり、XとMeOとは、通常、概ね化学量論組成となるように配合される。
そして、Cuを主成分としたCu系材料とフェライト材料とを同時焼成する場合、大気雰囲気で焼成するとCuは容易に酸化されてCuOを生成することから、Cuが酸化しないような還元性雰囲気で焼成する必要がある。一方、フェライト材料の主成分であるFeを還元性雰囲気で焼成するとFeを生成することから、Feに対しては酸化性雰囲気で焼成する必要がある。
しかしながら、〔発明が解決しようとする課題〕の項でも述べたように、Cu−CuOの平衡酸素分圧とFe−Feの平衡酸素分圧との関係から、800℃以上の温度で焼成する場合、Cu金属とFeとが共存する領域が存在しないことが知られている。
しかるに、Mnは、800℃以上の温度領域ではFeに比べ、より高い酸素分圧で還元性雰囲気となる。したがって、Cu−CuOの平衡酸素分圧以下の酸素分圧では、MnはFeに比べ強還元性雰囲気となり、このためMnが優先的に還元されて焼結を完了させることが可能となる。つまり、MnがFeに比べて優先的に還元されることから、FeがFeに還元される前に焼成処理を完了させることが可能となる。
このようにFeの含有モル量を減量させる一方で、同じ3価の元素化合物であるMnをフェライト磁器組成物中に含有させることにより、Cu−CuOの平衡酸素分圧以下でCu系材料とフェライト材料とを同時焼成しても、Mnが優先的に還元されることから、Feが還元される前に焼結を完了させることが可能となり、Cu金属とFeとをより効果的に共存させることができる。そしてこれにより比抵抗ρが低下するのを回避でき、絶縁性を向上させることができる。
ただし、Feの含有モル量がFeに換算して25mol%未満になると、Feの含有モル量が過度に少なくなって却って比抵抗ρの低下を招き、所望の絶縁性を確保できなくなる。
また、Mnの含有モル量がMnに換算して1mol%未満になると、Mnの含有モル量が過度に少なくなるため、FeがFeに還元されやすくなり、比抵抗ρが低下し、十分な絶縁性を確保できない。
また、Feの含有モル量がFeに換算して47mol%を超える場合も、Feの含有モル量が過剰となってFeがFeに還元されやすくなり、比抵抗ρが低下し、十分な絶縁性を確保できない。
また、Mnの含有モル量がMnに換算して10mol%を超えた場合も、十分に大きな比抵抗ρを得ることができず、絶縁性を確保できない。
さらに、Feの含有モル量がFeに換算して25mol%以上であっても30mol%未満の場合、及びFeの含有モル量がFeに換算して46mol%以上であっても47mol%未満の場合は、Mnの含有モル量がMnに換算して7.5mol%を超えると、却って比抵抗ρの低下を招き、所望の絶縁性を確保できなくなる。
そこで、本実施の形態では、Fe及びMnの各含有モル量がFe及びMnに換算し、図1の点A〜点Hに囲まれた領域となるように配合量を調整している。
(2)Cuの含有モル量
Ni−Cu−Zn系フェライトでは、融点が1026℃と低いCuOを含有させることにより、より低温での焼成が可能となり、焼結性を向上させることができる。そして、そのためにはCuをCuOに換算し、少なくとも0.5mol%以上含有させる必要がある。
一方、Cuを主成分としたCu系材料とフェライト材料とを同時焼成する場合、大気雰囲気で焼成するとCuは容易に酸化されてCuOを生成することから、Cuが酸化しないような還元性雰囲気で焼成する必要がある。
しかしながら、このような還元性雰囲気で焼成した場合、Cuの含有モル量がCuOに換算し、10.0mol%を超えると、フェライト原料中のCuOが還元されてCuOの生成量が増加し、このため比抵抗ρの低下を招くおそれがある。
そこで、本実施の形態では、Cuの含有モル量が、CuOに換算し0.5〜10.0mol%となるように配合量を調整している。
(3)Znの含有モル量
Zn酸化物であるZnOはフェライト磁器組成物の透磁率向上に寄与する効果があるが、斯かる効果を発揮するためにはZnはZnOに換算し、少なくとも1.0mol%以上含有させる必要である。また、Znの含有モル量がZnOに換算し1.0mol%未満になると、Cu−CuOの平衡酸素分圧以下の還元性雰囲気で焼成を行なうと、焼結性が低下し、吸水率が上昇して好ましくない。
一方、Znの含有モル量がZnOに換算し、35mol%を超えると、キュリー点Tcが低下し、高温での動作保証がなされなくなるおそれがある。
そこで、本実施の形態では、Znの含有モル量が、ZnOに換算し1.0〜35.0mol%となるように配合量を調整している。
(4)Mgの含有モル量
高価なNiOを比較的安価なMgOで置換することにより、NiOの含有モル量を低減できることから低コスト化が可能となる。また、MgOは、磁歪定数が小さく、磁歪定数の大きいNiOの一部をMgOで置換することにより、コイル部品の応力依存性を低減することができる。そして、その効果を得るためには、Mgの含有モル量は、MgOに換算し、少なくとも5.0mol%以上は必要がある。
しかしながら、Mgの含有モル量が、MgOに換算し、35.0mol%を超えると、Cu−CuOの平衡酸素分圧以下の還元性雰囲気で焼成した場合、焼結性が低下し、吸水率の上昇を招き、好ましくない。
そこで、本実施の形態では、Mgの含有モル量が、MgOに換算し、5.0〜35.0mol%となるように配合量を調整している。
このように本フェライト磁器組成物は、FeをFeに換算したときの含有モル量xmol%、及びMnをMnに換算したときの含有モル量ymol%を(x,y)で表したときに、(x,y)が、上述した特定の範囲で囲まれる領域にあり、CuOの含有モル量が0.5〜10.0mol%、ZnOの含有モル量が1.0〜35.0mol%、MgOの含有モル量が5.0〜35.0mol%、NiOが残部であるので、Cu系材料と同時焼成しても、比抵抗ρが低下するのを回避することができ、所望の絶縁性を確保することができる。
具体的には、比抵抗ρは10Ω・cm以上の良好な絶縁性を得ることができる。そしてこれにより、インピーダンス特性等の電気特性の良好な所望のセラミック電子部品を低コストで得ることが可能となる。
次に、上記フェライト磁器組成物を使用したセラミック電子部品について詳述する。
図2は、本発明に係るセラミック電子部品としての積層コイル部品の一実施の形態を示す断面図である。
この積層コイル部品は、フェライト素体1が、磁性体部2と、該磁性体部2に埋設されたCuを主成分とするコイル導体(導電部)3とを有している。また、コイル導体3の両端には引出電極4a、4bが形成されると共に、フェライト素体1の両端にはCu等からなる外部電極5a、5bが形成され、該外部電極5a、5bと引出電極4a、4bとが電気的に接続されている。
次に、上記積層コイル部品の製造方法を、図3を参照しながら詳述する。
まず、セラミック素原料として、Fe等のFe化合物、Mn等のMn化合物、CuO等のCu化合物、ZnO等のZn化合物、MgO等のMg化合物、及びNiO等のNi化合物を用意した。
そして、Fe及びMnの含有モル量が、Fe及びMnに換算し、図1の点A〜点Hで囲まれる特定範囲を満たし、Cuの含有モル量が、CuOに換算して0.5〜10.0mol%、Znの含有モル量が、ZnOに換算して1.0〜35.0mol%、Mgの含有モル量が、MgOに換算して5.0〜35.0mol%、残部がNi化合物となるように、各セラミック素原料を秤量する。
次いで、これらの秤量物を純水及びPSZ(部分安定化ジルコニア)ボール等の玉石と共にポットミルに入れ、湿式で十分に混合粉砕し、蒸発乾燥させた後、700〜800℃の温度で所定時間仮焼する。
次いで、これらの仮焼物に、ポリビニルブチラール系等の有機バインダ、エタノール、トルエン等の有機溶剤、及びPSZボールと共に、再びポットミルに投入し、十分に混合粉砕し、セラミックスラリーを作製する。
次に、ドクターブレード法等を使用して前記セラミックスラリーをシート状に成形加工し、所定膜厚の磁性体セラミックグリーンシート(セラミック薄層体;以下、単に「磁性体シート」という。)6a〜6hを作製する。
次いで、磁性体シート6b〜6gが互いに電気的に接続可能となるようにレーザ加工機を使用して磁性体シート6b〜6gの所定箇所にビアホールを形成する。
次に、Cuを主成分としたコイル導体用導電性ペースト(以下、「Cuペースト」という。)を用意する。そして、該Cuペーストを使用してスクリーン印刷し、磁性体シート6b〜6g上にコイルパターン8a〜8fを形成し、かつ、ビアホールを前記Cuペーストで充填しビアホール導体7a〜7eを作製する。尚、磁性体シート6b及び磁性体シート6gに形成された各コイルパターン8a、8fには、外部電極と電気的接続が可能となるように引出部8a′、8f′が形成されている。
次いで、コイルパターン8a〜8fの形成された磁性体シート6b〜6gを積層し、これらをコイルパターンの形成されていない磁性体シート6a及び磁性体シート6hで挟持して圧着し、これによりコイルパターン8a〜8fがビアホール導体7a〜7eを介して接続された圧着ブロックを作製する。その後、この圧着ブロックを所定寸法に切断して積層成形体を作製する。
次に、この積層成形体をCuが酸化しないような雰囲気下、加熱して十分に脱脂した後、Cu−CuOの平衡酸素分圧以下となるようにN−H−HOの混合ガスで雰囲気調整された焼成炉に供給し、900〜1050℃で所定時間焼成し、これにより磁性体部2にコイル導体3が埋設されたフェライト素体1を得る。
次に、フェライト素体1の両端部に、Cu等を主成分とした外部電極用導電ペーストを塗布し、乾燥させた後、約900℃の温度で焼き付けて外部電極5a、5bを形成し、これにより積層コイル部品が作製される。
このように本実施の形態では、FeをFeに換算したときの含有モル量xmol%、及びMnをMnに換算したときの含有モル量ymol%を(x,y)で表したときに、(x,y)が、上記点A〜点Hで囲まれる特定領域を満たし、かつ、CuをCuOに換算したときの含有モル量が0.5〜10.0mol%、MgをMgOに換算したときの含有モル量が5.0〜35.0mol%、ZnをZnOに換算したときの含有モル量が1.0〜35.0mol%、残部がNi化合物となるようにFe化合物、Mn化合物、Cu化合物、Zn化合物、Mg化合物、及びNi化合物を秤量し、これら秤量物を混合した後、仮焼して仮焼粉末を作製する仮焼工程と、前記仮焼粉末から磁性体シート6a〜6hを作製する磁性体シート作製工程と、Cuペーストを磁性体シート6b〜6gに塗布してコイルパターン8a〜8f(導電膜)を形成する導電膜形成工程と、コイルパターン8a〜8fが形成された磁性体シート6b〜6gを所定順序に積層し、積層成形体を形成する積層体形成工程と、Cu−CuOの平衡酸素分圧以下の焼成雰囲気で積層成形体を焼成し、磁性体シート6a〜6hと導電膜であるコイルパターン8a〜8fとを同時焼成する焼成工程とを含んでいるので、Cu−CuOの平衡酸素分圧以下の焼成雰囲気で磁性体シート6a〜6hとCuを主成分とした導電膜とを同時焼成しても、Feが還元されることもなく、絶縁性が良好で高信頼性を有する積層コイル部品を低コストで得ることができる。
具体的には、比抵抗ρを10Ω・cm以上に改善することができ、特定周波数域で高いインピーダンスを有するノイズ吸収に適した積層コイル部品を得ることができる。そしてその結果、特定周波数域でインピーダンスが高く、山形形状のインピーダンス特性を有する積層コイル部品を得ることが可能となる。
しかも、Ag系材料のようなマイグレーションが生じるのを回避することが可能となり、したがって、高湿度下で長時間放置しても良好な絶縁性を確保することができ、高信頼性を有する積層コイル部品を得ることができる。
尚、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、上記実施の形態では、仮焼粉末からセラミックグリーンシート6a〜6hを作製しているが、セラミック薄層体であればよく、例えば、PETフィルム上に印刷処理を行なって磁性塗膜を形成し、斯かる磁性塗膜上に導電膜であるコイルパターンや容量パターンを形成してもよい。
また、上記実施の形態では、コイルパターン8a〜8fをスクリーン印刷で形成しているが、導電膜の作製方法も特に限定されるものではなく、他の方法、例えばめっき法、転写法、或いはスパッタ等の薄膜形成方法で形成してもよい。
また、上記実施の形態では、積層コイル部品について説明したが、単板コイル部品や積層LC部品のような積層複合部品に適用できるのはいうまでもない。
次に、本発明の実施例を具体的に説明する。
セラミック素原料として、Fe、Mn、CuO、ZnO、MgO及びNiOを用意し、含有モル量が表1〜3に示すような組成となるように、これらセラミック素原料を秤量した。すなわち、ZnOを20mol%、CuOを1mol%に固定し、Fe及びMn、MgO及びNiOの各含有モル量が種々異なるように各セラミック素原料を所定量秤量した。
次いで、これら秤量物を純水及びPSZ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、これを蒸発乾燥させた後、750℃の温度で仮焼し、仮焼粉末を得た。
次いで、この仮焼粉末を、ポリビニルブチラール系バインダ(有機バインダ)、エタノール(有機溶剤)、及びPSZボールと共に、再び塩化ビニル製のポットミルに投入し、十分に混合粉砕し、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、厚さが25μmとなるようにセラミックスラリーをシート状に成形し、これを縦50mm、横50mmの大きさに打ち抜き、磁性体シートを作製した。
次に、テルピネオール(有機溶剤)及びエチルセルロース樹脂(バインダ樹脂)を含有した有機ビヒクルにCu粉末を混合し、三本ロールミルで混錬し、これによりCuを主成分とする導電性ペースト(Cuペースト)を作製した。
そして、磁性体シートの表面にCuペーストをスクリーン印刷し、所定パターンの導電膜を作製した。そして、導電膜の形成された磁性体シートを所定順序で所定枚数積層し、導電膜の形成されていない磁性体シートで挟持し、圧着し、所定の大きさに切断し、積層成形体を得た。
次いで、得られた積層成形体をCuが酸化しない還元性雰囲気下、十分に加熱し、脱脂した後、N−H−HOの混合ガスを焼成炉に供給して酸素分圧を6.7×10-2Paに調整した。そして、この積層成形体を焼成炉に供給し、1000℃の温度で2時間焼成し、内部電極が埋設されたセラミック焼結体を得た。
尚、酸素分圧:6.7×10-2Paは、1000℃におけるCu−CuOの平衡酸素分圧であり、積層成形体はCu−CuOの平衡酸素分圧で2時間焼成され、これによりセラミック焼結体が得られることになる。
次いで、このセラミック焼結体を水と共にポットに投入し、遠心バレル機を用いてセラミック焼結体にバレル処理を施し、これによりセラミック素体を得た。
そしてこの後、セラミック素体の両端に外部電極用のCuペーストを塗布し、酸素分圧を4.3×10-3Paに調整した焼成炉内で900℃の温度で焼き付け処理を行い、試料番号1〜72の比抵抗測定用試料を作製した。尚、酸素分圧:4.3×10-3Paは温度900℃におけるCu−CuOの平衡酸素分圧である。
比抵抗測定用試料の外形寸法は、縦3.0mm、横3.0mm、厚み1.0mmであった。
図4は、比抵抗測定用試料の断面図であって、セラミック素体51には引出部が互い違いとなるように内部電極52a〜52dが磁性体層53に埋設され、かつ、セラミック素体51の両端面には外部電極54a、54bが形成されている。
次に、試料番号1〜72の比抵抗測定用試料について、外部電極54a、54bに50Vの電圧を30秒間印加し、電圧印加時の電流を測定した。そしてこの測定値から抵抗を算出し、試料寸法から比抵抗の対数logρ(以下、「比抵抗logρ」という。)を算出した。
表1〜3は、試料番号1〜72のフェライト組成と測定結果を示している。
Figure 2013031940
Figure 2013031940
Figure 2013031940
試料番号1〜9、14〜17、23〜25、31〜33、39〜41、47〜49、55〜57、及び62〜72は、図1の斜線部Xの領域外であるので、比抵抗logρが7未満となって比抵抗logρが小さく、所望の絶縁性を得ることができなかった。
これに対し試料番号10〜13、18〜22、26〜30、34〜38、42〜46、50〜54、及び58〜61は、図1の斜線部Xに囲まれる領域内にあるので、比抵抗logρが7以上となり、良好な絶縁性が得られることが分かった。
セラミック素原料を、表4に示すように、Fe、Mn、ZnO、及びMgOの各含有モル量を本発明範囲内とし、CuOの含有モル量を種々異ならせ、残部がNiOとなるように秤量した。そしてそれ以外は、実施例1と同様の方法・手順で試料番号101〜111の比抵抗測定用試料を作製した。
次いで、試料番号101〜111について、実施例1と同様の方法・手順で比抵抗logρを測定した。
表4は、試料番号101〜111のフェライト組成と測定結果を示している。
Figure 2013031940
試料番号101、102は、CuOの含有モル量が0.5mol%未満であるので、焼結性が低下し、1000℃での焼成温度では十分に焼結せず、このため比抵抗logρが7未満に低下し、所望の絶縁性を得ることができなかった。
一方、試料番号109〜111は、CuOの含有モル量10.0mol%を超えているため、CuOが還元されてCuOを生成し、このため比抵抗logρが7未満に低下し、所望の絶縁性を得ることができなかった。
これに対し103〜108は、CuOの含有モル量が0.5〜10.0mol%と本発明範囲内であるので、比抵抗logρが7以上となり、良好な絶縁性が得られた。
セラミック素原料を、表5に示すように、Fe、Mn、CuO、ZnOの各含有モル量を本発明範囲内とし、MgOの含有モル量を種々異ならせ、残部がNiOとなるように秤量した。そしてそれ以外は、実施例1と同様の方法・手順で試料番号201〜208の比低抗測定用試料を作製した。
次いで、試料番号201〜208について、実施例1と同様の方法・手順で比抵抗1ogρを測定した。
表5は、試料番号201〜208のフェライト組成と測定結果を示している。
Figure 2013031940
試料番号208は、MgOの含有モル量が40.0mol%であり、35.0mol%を超えているため、Cu−CuOの平衡酸素分圧で焼成した場合、焼結性が低下し、吸水率が0.1%以上となって正確な比抵抗logρを測定できなかった。
これに対し試料番号201〜207は、MgOの含有モル量が5.0〜35.0mol%と本発明範囲内であり、Fe、Mn、及びCuOの含有モル量も本発明範囲内であるので、比抵抗1ogρが7以上となり、良好な絶縁性が得られた。
尚、MgOの含有モル量が、5.0mol%未満になると十分に磁歪定数を低下させる効果が生じず、好ましくないことが別途確認された。
よって、MgOの含有モル量は、5.0〜35.0mol%とする必要があることが分った。
セラミック素原料を、表6に示すように、Fe、Mn、CuO、MgOの各含有モル量を本発明範囲内とし、ZnOの含有モル量を種々異ならせ、残部がNiOとなるように秤量した。そしてそれ以外は、実施例1と同様の方法・手順で試料番号211〜219の比抵抗測定用試料を作製した。
また、キュリー点Tcを測定するために別途リング状試料を作製した。
すなわち、実施例1と同様の方法・手順により得られた磁性体シートを、厚さが総計で1.0mmとなるように複数枚積層し、60℃に加熱し、100MPaの圧力で60秒間加圧して圧着し、その後、外径20がmm、内径が12mmとなるようにリング状に切り出し、積層成形体を得た。
次いで、得られた積層成形体をCuが酸化しないような還元性雰囲気下、加熱して十分に脱脂した。そして、N−H−HOの混合ガスを焼成炉に供給して酸素分圧を6.7×10-2Paに調整した後、前記セラミック成形体を焼成炉に供給し、1000℃の温度で2時間焼成し、これにより試料番号211〜219のリング状試料を得た。
次に、試料番号211〜219の各リング状試料について、軟銅線を20ターン巻回し、振動試料型磁力計(東英工業杜製VSM−5−15型)を使用し、1T(テスラ)の磁界を印加し、飽和磁化の温度依存性を測定した。そして、この飽和磁化の温度依存性からキュリー点Tcを求めた。
表6は、試料番号211〜219のフェライト組成と測定結果を示している。
Figure 2013031940
試料番号211は、ZnOの含有モル量が38.0mol%であり、35.0mol%を超えているため、比抵抗logρは9.1と良好であったが、キュリー点Tcが90℃に低下した。
一方、試料番号219は、ZnOの含有モル量が含有されておらず、このためCu−CuOの平衡酸素分圧で焼成した場合、焼結性が低下し、吸水率も0.1%以上に上昇し、比抵抗logρやキュリー点Tcの正確な測定ができなかった。
これに対し試料番号212〜218は、ZnOの含有モル量が5.0〜35.0mol%であるので、キュリー点Tcは115℃以上となり、比抵抗logρも7以上となって良好な結果が得られることが分かった。
実施例1で作製した試料番号28(Fe:45.0mol%、Mn:5.0mol%、CuO:1.0mol%、ZnO:20.0mol%、MgO:19.3mol%、NiO:9.7mol%)、及び試料番号25(Fe:45.0mol%、Mn:0.0mol%、CuO:1.0mol%、ZnO:20.0mol%、MgO:22.7mol%、NiO:11.3mol%)の磁性体シートを用意した。
そして、レーザ加工機を使用し、磁性体シートの所定位置にビアホールを形成した後、実施例1で作製したCuペ一ストを磁性体シートの表面にスクリーン印刷し、かつ前記Cuペーストをビアホールに充填し、これにより所定形状のコイルパターン及びビア導体を形成した。
次いで、コイルパターンの形成された磁性体シートを積層した後、これらをコイルパターンの形成されていない磁性体シートで挟持し、これらを60℃に加熱し、100MPaの圧力で60秒間加圧して圧着し、所定寸法に切断し、これにより磁性体部にコイル導体が埋設されたフェライト素体を作製した。
次に、Cuが酸化しないような雰囲気下、加熱して十分に脱脂した後、酸素分圧が6.7×10-2PaとなるようにN−H−HOの混合ガスで調整された焼成炉に前記フェライト素体を供給し、1000℃の温度で2時間焼成し、部品素体を得た。
次に、実施例1と同様の外部電極用のCuペーストを用意し、この外部電極用Cuペーストを部品素体の両端に塗布して乾燥し、その後、酸素分圧が4.3×10-3Paに調整された焼成炉内で900℃で焼き付けて外部電極を形成し、これにより試料番号28′、25′の試料を作製した。尚、酸素分圧4.3×10-3Paは900℃におけるCu−CuOの平衡酸素分圧である。
試料番号28′、25′の各試料の外形寸法は長さ:1.6mm、幅:0.8mm、厚み:0.8mmであり、コイルのターン数は9.5ターンであった。
次に、試料番号28′、25′の各試料について、インピーダンスアナライザ(アジレント・テクノロジー社製、HP4291A)を使用し、インピーダンス特性を測定した。
図5は試料番号28′のインピーダンス特性を示し、図6は試料番号25′のインピーダンス特性を示している。横軸は周波数(MHz)、縦軸はインピーダンス(Ω)である。
試料番号25′は、本発明範囲外の組成であるため、比抵抗logρが6.6と小さく、その結果、図6に示すように、インピーダンスは最大でも約400Ω程度であり、所望の高インピーダンスを得ることはできなかった。
これに対し試料番号28′は、本発明範囲内の組成であり、比抵抗logρが8.2と十分に大きいことから、図5に示すように、インピーダンス特性も顕著な山形形状を有している。そして、最大で約700Ωの高インピーダンスが得られ、特定周波数域で高いインピーダンスが得られることが分かった。
Cuを主成分とする材料を導電部に使用し、導電部と磁性体部とを同時焼成しても、絶縁性が良好で、良好な電気特性を有するコイル部品等のセラミック電子部品を実現できる。
2磁性体部
3コイル導体(導電部)

Claims (7)

  1. 少なくともFe、Mn、Cu、Zn、Mg、及びNiを含有したフェライト磁器組成物であって、
    FeをFeに換算したときの含有モル量xmol%、及びMnをMnに換算したときの含有モル量ymol%を(x,y)で表したときに、(x,y)が、A(25,1)、B(47,1)、C(47,7.5)、D(46,7.5)、E(46,10)、F(30,10)、G(30,7.5)、及びH(25,7.5)で囲まれる領域にあり、
    かつ、Cuの含有モル量がCuOに換算して0.5〜10.0mol%であり、Znの含有量がZnOに換算して1.0〜35.0mol%であり、Mgの含有量がMgOに換算して5.0〜35.0mol%であることを特徴とするフェライト磁器組成物。
  2. フェライト材料からなる磁性体部と、Cuを主成分とする導電部とを有し、
    前記磁性体部が請求項1記載のフェライト磁器組成物で形成されていることを特徴とするセラミック電子部品。
  3. Cu−CuOの平衡酸素分圧以下の雰囲気で焼成されてなることを特徴とする請求項2記載のセラミック電子部品。
  4. 前記磁性体部と前記導電部とが同時焼成されてなることを特徴とする請求項2又は請求項3記載のセラミック電子部品。
  5. 複数の前記磁性体部と複数の前記導電部とが交互に積層されていることを特徴とする請求項2乃至請求項4のいずれかに記載のセラミック電子部品。
  6. 積層コイル部品であることを特徴とする請求項2乃至請求項5のいずれかに記載のセラミック電子部品。
  7. FeをFeに換算したときの含有モル量xmol%、及びMnをMnに換算したときの含有モル量ymol%を(x,y)で表したときに、(x,y)が、A(25,1)、B(47,1)、C(47,7.5)、D(46,7.5)、E(46,10)、F(30,10)、G(30,7.5)、及びH(25,7.5)で囲まれる領域を満たし、かつ、Cuの含有モル量がCuOに換算して0.5〜10.0mol%、Znの含有モル量がZnOに換算して1.0〜35.0mol%、Mgの含有モル量がMgOに換算して5.0〜35.0mol%となるようにFe化合物、Mn化合物、Cu化合物、Zn化合物、Mg化合物、及びNi化合物を秤量し、これら秤量物を混合した後、仮焼して仮焼粉末を作製する仮焼工程と、
    前記仮焼粉末からセラミック薄層体を作製するセラミック薄層体作製工程と、
    Cuを主成分とする所定パターンの導電膜を前記セラミック薄層体上に形成する導電膜形成工程と、
    前記導電膜が形成されたセラミック薄層体を所定順序に積層し、積層体を形成する積層体形成工程と、
    Cu−CuOの平衡酸素分圧以下の焼成雰囲気で前記積層体を焼成し、前記セラミック薄層体と前記導電膜とを同時焼成する焼成工程とを含んでいることを特徴とするセラミック電子部品の製造方法。
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