KR101417333B1

KR101417333B1 - 페라이트 자기 조성물, 세라믹 전자 부품 및 세라믹 전자 부품의 제조 방법

Info

Publication number: KR101417333B1
Application number: KR1020120096118A
Authority: KR
Inventors: 아쯔시 야마모또; 아끼히로 나까무라; 와따루 가나미
Original assignee: 가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼
Priority date: 2011-09-02
Filing date: 2012-08-31
Publication date: 2014-07-08
Also published as: CN102976728A; US20130057376A1; JP5761610B2; KR20130025834A; KR20140070520A; JP2013053042A

Abstract

Cu를 주성분으로 하는 도전성 재료와 동시 소성해도, 절연성을 확보할 수 있어, 양호한 전기 특성을 얻을 수 있는 교대 권취 커먼 모드 초크 코일 등의 세라믹 전자 부품을 실현한다. 제1 코일 패턴(4a, 4b)으로 형성된 제1 코일 도체와, 제2 코일 패턴(5a, 5b)으로 형성된 제2 코일 도체가 자성체 시트(3a 내지 3i) 내에서 교대로 적층되어 있다. 제1 및 제2 코일 도체가 Cu로 형성되고, 자성체부는 CuO의 함유 몰량이 5㏖％ 이하, Fe₂O₃의 함유 몰량 x, Mn₂O₃의 함유 몰량 y를 (x, y)로 표시하였을 때에, (x, y)가, A(25, 1), B(47, 1), C(47, 7.5), D(45, 7.5), E(45, 10), F(35, 10), G(35, 7.5) 및 H(25, 7.5)의 범위 내에 있는 Ni-Mn-Zn계 페라이트로 형성된다.

Description

페라이트 자기 조성물, 세라믹 전자 부품 및 세라믹 전자 부품의 제조 방법{FERRITE CERAMIC COMPOSITION, CERAMIC ELECTRONIC COMPONENT, AND PROCESS FOR PRODUCING CERAMIC ELECTRONIC COMPONENT}

본 발명은 페라이트 자기 조성물, 세라믹 전자 부품 및 세라믹 전자 부품의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, Cu를 주성분으로 한 도전성 재료와의 동시 소성이 가능한 페라이트 자기 조성물, 그 페라이트 자기 조성물을 사용한 커먼 모드 초크 코일 등의 세라믹 전자 부품과 그 제조 방법에 관한 것이다.

종래부터, 각종 전자 기기의 신호 라인이나 전원 라인과 GND(그라운드)간에서 발생하는 커먼 모드의 노이즈 제거에는 커먼 모드 초크 코일이 널리 사용되어 있다.

이 커먼 모드 초크 코일에서는, 노이즈 성분은 커먼 모드로 전송되고, 신호 성분은 노멀 모드로 전송되므로, 이들의 전송 모드의 상위를 이용하고, 신호와 노이즈로 분리하여 노이즈 제거를 행하고 있다.

그리고, 예를 들면, 특허 문헌 1에는, 도 7에 도시하는 바와 같이, 복수의 절연성 재료층(101, 102)과 복수의 코일 도체(103a 내지 103d, 104a 내지 104d)를 적층하여 구성한 적층 소결체(105)와, 상기 코일 도체(103a 내지 103d, 104a 내지 104d)를 전기적으로 접속하여 구성하고, 자기적으로 서로 결합된 적어도 2개 이상의 코일(106, 107)을 구비하고, 상기 2개 이상의 코일(106, 107)이 적층 소결체(105)의 적층 방향으로 배치되고, 또한, 상기 각 코일(106, 107)을 구성하는 상기 코일 도체 상호간의 거리 d가, 인접하는 상기 코일간의 거리 D보다 작게 한 적층형 커먼 모드 초크 코일이 제안되어 있다.

이 특허 문헌 1에서는, 인접하는 코일의 권취 방향이 서로 역방향으로 되도록 하고 있으므로, 근접하는 코일 도체(103a 내지 103d, 104a 내지 104d)간에 큰 전위차가 발생하지 않고, 인접하는 2개의 코일(106, 107)간의 부유 용량을 억제할 수 있어, 이에 의해 고주파 대역에서의 노이즈 제거 효과가 양호한 적층형 커먼 모드 초크 코일을 얻고자 하고 있다.

또한, 이 특허 문헌 1의 커먼 모드 초크 코일은 권취 방향이 다른 코일(106)과 코일(107)이 코일간의 거리 D를 두고 병렬적으로 존재하므로, 일반적으로 병렬 권취 커먼 모드 초크 코일이라고 호칭되어 있다.

또한, 특허 문헌 2에는, 시단과 종단을 갖는 거의 1턴의 고리 형상의 도체 패턴이 형성되어 제1 코일을 구성하는 개략 사각 형상의 제1 자성체 시트와, 시단과 종단을 갖는 실질적으로 1턴의 고리 형상의 도체 패턴이 형성되어 제2 코일을 구성하는 개략 사각 형상의 제2 자성체 시트가 교대로 적층된 커먼 모드 초크 코일이 제안되어 있다.

이 특허 문헌 2에서는, 도 8에 도시하는 바와 같이, 제1 코일(L1)의 A에 입력한 신호는 B에 출력되고, 자속 α를 발생한다. 그리고, 이 신호는, 제2 코일(L2)의 C로부터 입력하여 D에 출력될 때, 제2 코일(L2)은 제1 코일(L1)과 동상(同相) 권취로 되어 있으므로, 상기 자속 α와는 역방향의 자속 β를 발생한다. 또한, 제1 코일(L1) 및 제2 코일(L2)은 동일한 권취수이고, 게다가 동일 코어에 대하여 도체 패턴이 형성되어 있으므로, 양 코일(L1, L2)에 의해 발생하는 자속 α와 자속 β는 동일 밀도가 되고, 자속 α와 자속 β는 자성체 내에서 상쇄된다. 즉, 노멀 모드에서는 초크 코일로서는 작용하지 않고, 커먼 모드의 노이즈에 대해서만 초크 코일로서 작용하게 된다.

그리고, 이 특허 문헌 2의 커먼 모드 초크 코일은, 제1 자성체 시트와 제2 자성체 시트를 교대로 적층하고, 제1 코일과 제2 코일을 자성체부에 매설시키고 있으므로 교대 권취 커먼 모드 초크 코일이라고 호칭되어 있다.

[특허 문헌 1] 일본 특허 제2958523호 공보(청구항 1, 단락 번호 [0026] 등) [특허 문헌 2] 실용실안 공표 평7-45932호 공보(청구항 1, 제6란 제30행째 내지 제6란 제42행째 등)

그런데, 커먼 모드 초크 코일의 성능은, 결합 계수(자기로 결합한 코일간의 자기 결합의 정도를 나타내는 지표)로 평가할 수 있다. 즉, 결합 계수는 최대값이 「1」이고, 이 결합 계수가 클수록, 노멀 모드의 임피던스가 작아지고, 신호로의 영향이 작아진다.

그리고, 특허 문헌 1과 같은 병렬 권취 커먼 모드 초크 코일은 코일(106), 코일(107)이 이격하여 존재하기 때문에, 결합 계수는 겨우 0.2 정도로 낮은 것에 대해, 교대 권취 커먼 모드 초크 코일은 제1 코일 패턴이 형성된 제1 자성체 시트와 제2 코일 패턴이 형성된 제2 자성체 시트가 교대로 적층되어 있기 때문에, 0.8 이상의 높은 결합 계수를 얻는 것이 가능하다. 즉, 원리적으로는 교대 권취(alternately-wound) 커먼 모드 초크 코일은 병렬 권취(parallel-wound) 커먼 모드 초크 코일에 비해, 고성능인 노이즈 제거가 가능하다고 생각된다.

그러나, 통상적으로, 페라이트 재료에 널리 사용되는 Ni-Zn계 재료는, 대기 분위기에서 소성되는 것이 일반적이며, 코일 도체와 자성체 재료를 동시 소성하는 관점으로부터, 코일 도체 재료로서 Ag계 재료가 사용된다.

그런데, 특허 문헌 2와 같은 교대 권취 커먼 모드 초크 코일의 경우, 전위차를 발생하는 제1 코일과 제2 코일의 대향 면적이 크고, 또한 Ag계 재료는 마이그레이션이 생기기 쉬우므로, 고습도 환경 하에서 장시간 방치하면 이상이 생길 우려가 있어, 고 신뢰성을 얻는 것은 곤란하다.

따라서, 이와 같은 마이그레이션의 발생을 방지하는 관점으로부터는, 코일 도체에 Cu계 재료를 사용하는 것이 바람직하다고 생각된다.

그런데, Cu-Cu₂O의 평형 산소 분압과 Fe₂O₃-Fe₃O₄의 평형 산소 분압의 관계로부터, 800℃ 이상의 고온에서는 Cu와 Fe₂O₃이 공존하는 영역이 존재하지 않는 것이 알려져 있다.

즉, 800℃ 이상의 온도에서는, Fe₂O₃의 상태를 유지하는 산화성 분위기에 산소 분압을 설정하여 소성을 행한 경우, Cu도 산화되어 Cu₂O를 생성한다. 한편, Cu 금속의 상태를 유지하는 환원성 분위기에 산소 분압을 설정하여 소성을 행한 경우는, Fe₂O₃이 환원되어 Fe₃O₄를 생성한다.

이와 같이 Cu와 Fe₂O₃이 공존하는 영역이 존재하지 않으므로, Cu가 산화되지 않는 환원성 분위기에서 소성하면, Fe₂O₃이 Fe₃O₄로 환원되기 때문에 비저항 ρ가 저하되고, 이로 인해 전기 특성의 열화를 초래할 우려가 있다.

본 발명은 이와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것이며, Cu를 주성분으로 하는 도전성 재료와 동시 소성해도, 절연성을 확보할 수 있어, 양호한 전기 특성을 얻을 수 있는 페라이트 자기 조성물, 그 페라이트 자기 조성물을 사용한 고 신뢰성을 갖는 커먼 모드 초크 코일 등의 세라믹 전자 부품 및 세라믹 전자 부품의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은, 일반식 X₂O₃ㆍMeO(X는 Fe, Mn, Me는 Zn, Cu, Ni)로 표시되는 스피넬형 결정 구조의 페라이트 재료에 대해서 예의 연구를 행한 바, CuO의 함유 몰량을 5㏖％ 이하로 할 때에, Fe₂O₃과 Mn₂O₃의 배합량을 특정 범위로 함으로써, Cu계 재료와 페라이트 재료를 동시 소성해도, 원하는 양호한 절연성을 얻을 수 있어, 이에 의해 양호한 전기 특성을 갖는 세라믹 전자 부품을 얻는 것이 가능하다고 하는 지견을 얻었다.

본 발명은 이와 같은 지견에 기초하여 이루어진 것이며, 본 발명에 따른 페라이트 자기 조성물은, 적어도 Fe, Mn, Ni 및 Zn을 함유한 페라이트 자기 조성물로서, Cu의 함유 몰량이 CuO로 환산하여 0 내지 5㏖％이고, 또한, Fe를 Fe₂O₃으로 환산하였을 때의 함유 몰량 x㏖％ 및 Mn을 Mn₂O₃으로 환산하였을 때의 함유 몰량 y㏖％를 (x, y)로 표시하였을 때에, (x, y)가, A(25, 1), B(47, 1), C(47, 7.5), D(45, 7.5), E(45, 10), F(35, 10), G(35, 7.5) 및 H(25, 7.5)로 둘러싸여지는 영역에 있는 것을 특징으로 하고 있다.

또한, 본 발명자들의 한층 더한 예의 연구의 결과, 보다 한층 양호한 특성을 얻는 관점으로부터는, 페라이트 자기 조성물 자석 중에 ZnO를 함유시키는 것이 바람직하지만, ZnO의 함유량이 33㏖％를 초과하면 퀴리점 Tc가 저하되고, 고온에서의 동작 보증이 손상되어 신뢰성의 저하를 초래할 우려가 있는 것을 알 수 있었다.

즉, 본 발명의 페라이트 자기 조성물은, 상기 Zn의 함유 몰량이, ZnO로 환산하여 33㏖％ 이하인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명자들의 연구 결과에 의해, 페라이트의 투자율 μ를 고려하면, ZnO의 함유량은 6㏖％ 이상인 것이 바람직한 것을 알 수 있었다.

즉, 본 발명의 페라이트 자기 조성물은, 상기 Zn의 함유 몰량이, ZnO로 환산하여 6㏖％ 이상인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 세라믹 전자 부품은, 제1 코일 도체와, 그 제1 코일 도체와 대략 동일 형상으로서 시단 및 종단이 상기 제1 코일 도체에 대해 일정한 이격 거리를 두고 배치된 제2 코일 도체가 자성체부에 매설된 세라믹 전자 부품으로서, 상기 제1 코일 도체 및 상기 제2 코일 도체가 Cu를 주성분으로 하는 도전성 재료로 형성됨과 함께, 상기 자성체부가, 상술한 페라이트 자기 조성물로 형성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

또한, 본 발명의 세라믹 전자 부품은, 상기 제1 및 제2 코일 도체와 상기 자성체부는 동시 소성되어 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 세라믹 전자 부품은, Cu-Cu₂O의 평형 산소 분압 이하의 분위기에서 소성되어 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 세라믹 전자 부품의 제조 방법은, Cu의 함유 몰량이 CuO로 환산하여 0 내지 5㏖％이고, 또한, Fe를 Fe₂O₃으로 환산하였을 때의 함유 몰량 x㏖％ 및 Mn을 Mn₂O₃으로 환산하였을 때의 함유 몰량 y㏖％를 (x, y)로 표시하였을 때에, (x, y)가, A(25, 1), B(47, 1), C(47, 7.5), D(45, 7.5), E(45, 10), F(35, 10), G(35, 7.5) 및 H(25, 7.5)로 둘러싸여지는 영역을 충족시키도록 Fe 화합물, Mn 화합물, Cu 화합물, Zn 화합물 및 Ni 화합물을 칭량하고, 이들 칭량물을 혼합한 후, 예비 소결하여 예비 소결 분말을 제작하는 예비 소결 공정과, 상기 예비 소결 분말로부터 세라믹 박층체를 제작하는 세라믹 박층체 제작 공정과, Cu를 주성분으로 하는 제1 코일 패턴을 상기 세라믹 박층체 위에 형성하는 제1 코일 패턴 형성 공정과, Cu를 주성분으로 하는 제2 코일 패턴을 상기 세라믹 박층체 위에 형성하는 제2 코일 패턴 형성 공정과, 상기 제1 코일 패턴이 형성된 상기 세라믹 박층체와 상기 제2 코일 패턴이 형성된 상기 세라믹 박층체를 교대로 소정 매수 적층하고, 제1 코일 도체 및 제2 코일 도체를 내장한 적층체를 형성하는 적층체 형성 공정과, Cu-Cu₂O의 평형 산소 분압 이하의 소성 분위기에서 상기 적층체를 소성하는 소성 공정을 포함하고 있는 것을 특징으로 하고 있다.

또한, 본 발명의 세라믹 전자 부품의 제조 방법은, 상기 제1 코일 패턴이 형성된 상기 세라믹 박층체의 표면에 상기 제1 코일 패턴과 전기적으로 절연된 상기 제2 코일 도체용 비아 도체를 형성하고, 상기 제2 코일 패턴이 형성된 상기 세라믹 박층체의 표면에 상기 제2 코일 패턴과 전기적으로 절연된 상기 제1 코일 도체용 비아 도체를 형성하는 것이 바람직하다.

상기 페라이트 자기 조성물에 따르면, Cu의 함유 몰량이 CuO로 환산하여 0 내지 5㏖％이고, 또한, Fe를 Fe₂O₃으로 환산하였을 때의 함유 몰량 x㏖％ 및 Mn을 Mn₂O₃으로 환산하였을 때의 함유 몰량 y㏖％를 (x, y)로 표시하였을 때에, (x, y)가, 상술한 점 A 내지 점 H로 둘러싸여지는 특정 영역에 있어서, Cu계 재료와 동시 소성해도, Cu가 산화되거나 Fe₂O₃이 환원되는 것을 억제할 수 있어, 이에 의해 비저항 ρ의 저하를 초래하는 일도 없이, 원하는 절연성을 확보할 수 있다.

구체적으로는, 비저항 ρ는 10⁷Ωㆍ㎝ 이상의 양호한 절연성을 얻을 수 있다. 그리고 이에 의해, 임피던스 특성 등의 전기 특성이 양호한 원하는 세라믹 전자 부품을 얻는 것이 가능하게 된다.

또한, Zn의 함유 몰량을 ZnO로 환산하여 33㏖％ 이하로 함으로써, 충분한 퀴리점을 확보할 수 있어, 사용시의 온도가 높은 조건 하에서의 동작 보증이 이루어진 세라믹 전자 부품을 얻을 수 있다.

또한, Zn의 함유 몰량을 ZnO로 환산하여 6㏖％ 이상으로 함으로써, 양호한 투자율을 확보하는 것이 가능하게 된다.

또한, 본 발명의 세라믹 전자 부품에 따르면, 제1 코일 도체와, 그 제1 코일 도체와 동일 형상으로서 시단 및 종단이 상기 제1 코일 도체에 대해 일정한 이격 거리를 두고 배치된 제2 코일 도체가 자성체부에 매설된 세라믹 전자 부품으로서, 상기 제1 코일 도체 및 상기 제2 코일 도체가 Cu를 주성분으로 하는 도전성 재료로 형성됨과 함께, 상기 자성체부가, 상술한 페라이트 자기 조성물로 형성되어 있으므로, Cu계 재료와 동시 소성해도 원하는 양호한 전기 특성이나 자기 특성을 가짐과 함께, 마이그레이션이 생기는 것을 회피하는 것이 가능해져, 고 신뢰성을 갖는 세라믹 전자 부품을 얻는 것이 가능하게 된다.

즉, 제1 및 제2 코일 도체가 Cu를 주성분으로 한 도전성 재료로 형성되어 있으므로, 제1 코일 도체와 제2 코일 도체의 대향 면적이 커져도, Ag계 재료와 같이 마이그레이션이 생기는 것을 회피할 수 있다. 따라서, 고습도 하에서 장시간 방치해도 양호한 절연 저항을 얻을 수 있어, 고 신뢰성을 갖는 세라믹 전자 부품으로서의 교대 권취 커먼 모드 초크를 얻을 수 있다.

또한, Cu-Cu₂O의 평형 산소 분압 이하의 분위기에서 소성됨으로써, 제1 및 제2 코일 도체에 Cu를 주성분으로 하는 도전성 재료를 사용하여 자성체부와 동시 소성해도, Cu가 산화되는 일 없이, 소결시킬 수 있어, 내습성이 양호한 고 신뢰성을 갖는 커먼 모드 초크 코일을 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 세라믹 전자 부품의 제조 방법에 따르면, Cu의 함유 몰량이 CuO로 환산하여 0 내지 5㏖％이고, 또한, Fe를 Fe₂O₃으로 환산하였을 때의 함유 몰량 x㏖％ 및 Mn을 Mn₂O₃으로 환산하였을 때의 함유 몰량 y㏖％를 (x, y)로 표시하였을 때에, (x, y)가, 소정의 영역을 충족시키도록 Fe 화합물, Mn 화합물, Cu 화합물, Zn 화합물 및 Ni 화합물을 칭량하고, 이들 칭량물을 혼합한 후, 예비 소결하여 예비 소결 분말을 제작하는 예비 소결 공정과, 상기 예비 소결 분말로부터 세라믹 박층체를 제작하는 세라믹 박층체 제작 공정과, Cu를 주성분으로 하는 제1 코일 패턴을 상기 세라믹 박층체 위에 형성하는 제1 코일 패턴 형성 공정과, Cu를 주성분으로 하는 제2 코일 패턴을 상기 세라믹 박층체 위에 형성하는 제2 코일 패턴 형성 공정과, 상기 제1 코일 패턴이 형성된 상기 세라믹 박층체와 상기 제2 코일 패턴이 형성된 상기 세라믹 박층체를 교대로 소정 매수 적층하고, 제1 코일 도체 및 제2 코일 도체를 내장한 적층체를 형성하는 적층체 형성 공정과, Cu-Cu₂O의 평형 산소 분압 이하의 소성 분위기에서 상기 적층체를 소성하는 소성 공정을 포함하고 있으므로, Cu-Cu₂O의 평형 산소 분압 이하의 소성 분위기에서 상기 세라믹 박층체와 Cu를 주성분으로 한 제1 및 제2 코일 도체를 동시 소성해도, Fe가 환원되는 일도 없이, 절연성이 양호하고 고 신뢰성을 갖는 세라믹 전자 부품을 얻을 수 있다.

또한, 상기 제1 코일 패턴이 형성된 상기 세라믹 박층체의 표면에 상기 제1 코일 패턴과 전기적으로 절연된 상기 제2 코일 도체용 비아 도체를 형성하고, 상기 제2 코일 패턴이 형성된 상기 세라믹 박층체의 표면에 상기 제2 코일 패턴과 전기적으로 절연된 상기 제1 코일 도체용 비아 도체를 형성함으로써, 제1 코일 도체와 제2 코일 도체의 대향 면적이 커도 마이그레이션의 발생을 회피할 수 있는 교대 권취 커먼 모드 초크 코일을 용이하게 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 페라이트 자기 조성물의 Fe₂O₃과 Mn₂O₃의 조성 범위를 나타내는 도면.
도 2는 본 발명에 따른 세라믹 전자 부품으로서의 커먼 모드 초크 코일의 일 실시 형태를 나타내는 사시도.
도 3은 상기 도 2의 커먼 모드 초크 코일의 주요부를 도시하는 분해 평면도.
도 4는 실시예 1에서 제작된 비저항 측정용 시료의 단면도.
도 5는 실시예 2에서 제작된 본 발명 시료의 저항값의 경시 변화를 본 발명 범위 외의 비교예 시료와 함께 도시한 도면.
도 6은 실시예 2에서 제작된 본 발명 시료의 저항 저하율의 경시 변화를 본 발명 범위 외의 비교예 시료와 함께 도시한 도면.
도 7은 특허 문헌 1에 기재된 병렬 권취 커먼 모드 초크 코일을 도시하는 단면도.
도 8은 특허 문헌 2에 기재된 교대 권취 커먼 모드 초크 코일의 작동 원리를 도시하는 도면.

다음으로, 본 발명의 실시 형태를 상세하게 설명한다.

본 발명의 일 실시 형태로서의 페라이트 자기 조성물은, 일반식 X₂O₃ㆍMeO로 표시되는 스피넬형 결정 구조를 갖고, 적어도 3가의 원소 화합물인 Fe₂O₃, Mn₂O₃ 및 2가의 원소 화합물인 ZnO, NiO를 포함하고, 필요에 따라서 2가의 원소 화합물인 CuO를 함유하고 있다.

구체적으로는, 본 페라이트 자기 조성물은, CuO의 함유 몰량이 0 내지 5㏖％가 되고, Fe₂O₃ 및 Mn₂O₃의 각 함유 몰량은, 도 1에 도시하는 바와 같이, Fe₂O₃의 함유 몰량을 x㏖％, Mn₂O₃의 함유 몰량을 y㏖％로 하였을 때에, (x, y)가 점 A 내지 점 H로 둘러싸여지는 사선부 X의 영역이 되고, 잔부가 ZnO, NiO로 형성되어 있다.

여기서, 점 A 내지 점 H의 각 점(x, y)은, 이하의 각 함유 몰량을 나타내고 있다.

A(25, 1), B(47, 1), C(47, 7.5), D(45, 7.5), E(45, 10), F(35, 10), G(35, 7.5) 및 H(25, 7.5) 다음으로, CuO, Fe₂O₃, Mn₂O₃의 각 함유 몰량을, 상술한 범위로 한 이유에 대해서 상세하게 설명한다.

(1) CuO의 함유 몰량 Ni-Zn계 페라이트에서는, 융점이 1026℃로 낮은 CuO를 페라이트 자기 조성물 중에 함유시킴으로써, 보다 저온에서의 소성이 가능해져, 소결성을 향상시킬 수 있다.

한편, Cu를 주성분으로 한 Cu계 재료와 페라이트 재료를 동시 소성하는 경우, 대기 분위기에서 소성하면 Cu는 용이하게 산화되어 Cu₂O를 생성하므로, Cu가 산화되지 않는 환원성 분위기에서 소성할 필요가 있다.

그러나, 이와 같은 환원성 분위기에서 소성한 경우, CuO의 함유 몰량이 5㏖％를 초과하면, 페라이트 원료 중의 CuO가 환원되어 Cu₂O의 생성량이 증가되고, 이로 인해 비저항 ρ의 저하를 초래할 우려가 있다.

따라서, 본 실시 형태에서는, CuO의 함유 몰량이 5㏖％ 이하, 즉 0 내지 5㏖％가 되도록 배합량을 조정하고 있다.

(2) Fe₂O₃ 및 Mn₂O₃의 각 함유 몰량 Fe₂O₃을 화학 양론 조성으로부터 감량시키고, Fe의 일부를 Mn으로 치환하는 형태로 Mn₂O₃을 함유시킴으로써, 비저항 ρ가 저하되는 것을 회피할 수 있어, 절연성의 향상을 도모할 수 있다.

즉, 스피넬형 결정 구조(일반식 X₂O₃ㆍMeO)의 경우, 화학 양론 조성에서는, X₂O₃(X:Fe, Mn)과 MeO(Me:Ni, Zn, Cu)의 비율은 50:50이며, X₂O₃과 MeO는, 통상적으로, 대략 화학 양론 조성으로 되도록 배합된다.

그리고, Cu를 주성분으로 한 Cu계 재료와 페라이트 재료를 동시 소성하는 경우, 대기 분위기에서 소성하면 Cu는 용이하게 산화되어 Cu₂O를 생성하므로, Cu가 산화되지 않는 환원성 분위기에서 소성할 필요가 있다. 한편, 페라이트 재료의 주성분인 Fe₂O₃을 환원성 분위기에서 소성하면 Fe₃O₄를 생성하므로, Fe₂O₃에 대해서는 산화성 분위기에서 소성할 필요가 있다.

그러나, [발명이 해결하고자 하는 과제]의 항에서도 설명한 바와 같이, Cu-Cu₂O의 평형 산소 분압과 Fe₃O₄-Fe₂O₃의 평형 산소 분압의 관계로부터, 800℃ 이상의 온도로 소성하는 경우, Cu 금속과 Fe₂O₃이 공존하는 영역이 존재하지 않는 것이 알려져 있다.

그런데, Mn₂O₃은, 800℃ 이상의 온도 영역에서는 Fe₂O₃에 비해, 보다 높은 산소 분압에 의해 환원성 분위기가 된다. 따라서, Cu-Cu₂O의 평형 산소 분압 이하의 산소 분압에서는, Mn₂O₃은 Fe₂O₃에 비해 강 환원성 분위기가 되고, 이 때문에 Mn₂O₃이 우선적으로 환원되어 소결을 완료시키는 것이 가능하게 된다. 즉, Mn₂O₃이 Fe₂O₃에 비해 우선적으로 환원되므로, Fe₂O₃이 Fe₃O₄로 환원되기 전에 소성 처리를 완료시키는 것이 가능하게 된다.

이와 같이 Fe₂O₃의 함유 몰량을 화학 양론 조성으로부터 감량시키는 한편, 동일한 3가의 원소 화합물인 Mn₂O₃을 페라이트 자기 조성물 중에 함유시킴으로써, Cu-Cu₂O의 평형 산소 분압 이하로 Cu계 재료와 페라이트 재료를 동시 소성해도, Mn₂O₃이 우선적으로 환원되므로, Fe₂O₃이 환원되기 전에 소결을 완료시키는 것이 가능해져, Cu 금속과 Fe₂O₃을 보다 효과적으로 공존시킬 수 있다. 그리고 이에 의해 비저항 ρ가 저하되는 것을 회피할 수 있어, 절연성을 향상시킬 수 있다.

단, Fe₂O₃의 함유 몰량이 25㏖％ 미만으로 되면, Fe₂O₃의 함유 몰량이 과도하게 적어져 오히려 비저항 ρ의 저하를 초래하여, 원하는 절연성을 확보할 수 없게 된다.

또한, Mn₂O₃의 함유 몰량이 1㏖％ 미만으로 되면, Mn₂O₃의 함유 몰량이 과도하게 적어지기 때문에, Fe₂O₃이 Fe₃O₄로 환원되기 쉬워지고, 비저항 ρ가 저하되어, 충분한 절연성을 확보할 수 없다.

또한, Fe₂O₃의 함유 몰량이 47㏖％를 초과하는 경우도, Fe₂O₃의 함유 몰량이 과잉으로 되어 Fe₂O₃이 Fe₃O₄로 환원되기 쉬워지고, 비저항 ρ가 저하되어, 충분한 절연성을 확보할 수 없다.

또한, Mn₂O₃의 함유 몰량이 10㏖％를 초과한 경우도, 충분히 큰 비저항 ρ를 얻을 수 없어, 절연성을 확보할 수 없다.

또한, Fe₂O₃의 함유 몰량이 25㏖％ 이상이어도 35㏖％ 미만인 경우 및 Fe₂O₃의 함유 몰량이 45㏖％ 이상이어도 47㏖％ 미만인 경우에는, Mn₂O₃의 함유 몰량이 7.5㏖％를 초과하면, 오히려 비저항 ρ의 저하를 초래하여, 원하는 절연성을 확보할 수 없게 된다.

따라서, 본 실시 형태에서는, Fe₂O₃ 및 Mn₂O₃의 함유 몰량은, 도 1의 점 A 내지 점 H로 둘러싸여진 영역이 되도록 각 함유 몰량을 조정하고 있다.

또한, 페라이트 자기 조성물 중의 ZnO 및 NiO의 각 함유 몰량은, 특별히 한정되는 것이 아니라, Fe₂O₃, Mn₂O₃ 및 CuO의 각 함유 몰량에 따라서 적절히 설정할 수 있지만, ZnO:6 내지 33㏖％, NiO:잔부가 되도록 배합하는 것이 바람직하다.

즉, ZnO의 함유 몰량이 33㏖％를 초과하면, 퀴리점 Tc가 저하되고, 고온에서의 동작 보증이 이루어지지 않을 가능성이 있으므로, ZnO의 함유량은 33㏖％ 이하가 바람직하다.

한편, ZnO는 투자율 μ의 향상에 기여하는 효과가 있지만, 이러한 효과를 발휘하기 위해서는 ZnO의 함유 몰량은 6㏖％가 필요하다.

따라서, ZnO의 함유 몰량은 6 내지 33㏖％가 바람직하다.

이와 같이 본 페라이트 자기 조성물은, Cu의 함유 몰량이 CuO로 환산하여 0 내지 5㏖％이고, 또한, Fe를 Fe₂O₃으로 환산하였을 때의 함유 몰량 x㏖％ 및 Mn을 Mn₂O₃으로 환산하였을 때의 함유 몰량 y㏖％를 (x, y)로 표시하였을 때에, (x, y)가, 상술한 점 A 내지 점 H로 둘러싸여지는 특정한 범위에 있어서, Cu계 재료와 동시 소성해도, 비저항 ρ의 저하를 초래하는 일도 없이, 원하는 절연성을 확보하는 것이 가능하게 된다.

또한, ZnO의 함유 몰량을 6 내지 33㏖％로 함으로써, 양호한 투자율을 가짐과 함께, 충분한 퀴리점을 확보할 수 있어, 사용시의 온도가 높은 조건 하에서의 동작이 보증된 세라믹 전자 부품을 얻을 수 있다.

다음으로, 상기 페라이트 자기 조성물을 사용한 세라믹 전자 부품에 대해서 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 세라믹 전자 부품으로서의 교대 권취 커먼 모드 초크 코일(이하, 간단히 「커먼 모드 초크 코일」이라고 함)의 일 실시 형태를 나타내는 사시도이다.

이 커먼 모드 초크 코일은, 부품 소체(1)의 양단면에 제1 내지 제4 외부 전극(2a 내지 2d)이 형성되어 있다.

즉, 부품 소체(1)는 제1 코일 도체와, 그 제1 코일 도체와 대략 동일 형상으로서 시단 및 종단이 상기 제1 코일 도체에 대해 일정한 이격 거리를 두고 배치된 제2 코일 도체가 자성체부에 매설되어 있다. 또한, 제1 코일 도체의 시단이 제1 외부 전극(2a)에 전기적으로 접속되고, 제1 코일 도체의 종단은 제2 외부 전극(2b)에 접속되어 있다. 또한, 제2 코일 도체의 시단은 제3 외부 전극(2c)에 전기적으로 접속되고, 제2 코일 도체의 종단은 제4 외부 전극(2d)에 접속되어 있다.

그리고, 본 실시 형태에서는, 제1 및 제2 코일 도체가 Cu를 주성분으로 한 도전성 재료로 형성됨과 함께, 자성체부가 상술한 본 발명의 페라이트 자기 조성물로 형성되어 있다. 이에 의해 Cu가 산화되거나 Fe₂O₃이 환원되는 일도 없이, 원하는 양호한 전기 특성이나 자기 특성을 갖고, 비저항 ρ를 10⁷㏁ 이상으로 개선할 수 있다. 그리고 그 결과, 특정 주파수 영역에서 높은 임피던스를 갖는 노이즈 흡수에 적합한 커먼 모드 초크 코일을 얻을 수 있다.

또한, 코일 도체에 Cu계 재료를 사용하고 있으므로, 대향 면적이 커져도 Ag계 재료와 같이 마이그레이션이 생기는 것을 극력 회피할수 있어, 절연 저항의 저하를 초래하는 일도 없이 고 신뢰성을 갖는 커먼 모드 초크 코일을 얻는 것이 가능하게 된다.

도 3은 부품 소체(1)의 분해 평면도이다.

이하, 이 도 3을 참조하면서 상기 커먼 모드 초크 코일의 제조 방법을 상세하게 설명한다.

우선, 세라믹 소원료(素原料)로서, Fe₂O₃, ZnO, NiO 및 필요에 따라서 CuO를 준비한다. 그리고, CuO가 0 내지 5㏖％이고, Fe₂O₃ 및 Mn₂O₃이 점 A 내지 점 H로 둘러싸여지는 특정 영역을 충족시키도록 각 세라믹 소원료를 칭량한다.

다음으로, 이들의 칭량물을 순수 및 PSZ(부분 안정화 지르코니아) 볼 등의 옥석과 함께 포트밀에 넣어, 습식에 의해 충분히 혼합 분쇄하고, 증발 건조시킨 후, 700 내지 800℃의 온도로 소정 시간 예비 소결한다.

다음으로, 이들의 예비 소결 분말에, 폴리비닐부틸알계 등의 유기 바인더, 에탄올, 톨루엔 등의 유기 용제 및 PSZ 볼과 함께, 다시 포트밀에 투입하고, 충분히 혼합 분쇄하고, 세라믹 슬러리를 제작한다.

다음으로, 닥터 블레이드법 등을 사용하여 상기 세라믹 슬러리를 시트 형상으로 성형 가공하고, 소정 막 두께의 자성체 세라믹 그린 시트(세라믹 박층체 ; 이하, 간단히 「자성체 시트」라고 함)(3a 내지 3i)를 제작한다.

다음으로, 이들의 자성체 시트(3a 내지 3i) 중 자성체 시트(3b 내지 3g)에 대해서, 레이저 가공기를 사용하고, 소정 개소에 비아 홀을 형성한다.

다음으로, Cu를 주성분으로 한 도전성 페이스트(이하, 「Cu 페이스트」라고 함)를 준비한다. 그리고, 그 Cu 페이스트를 사용하여 스크린 인쇄하고, 자성체 시트(3c 내지 3f) 위에 제1 코일 패턴(4a, 4b) 또는 제2 코일 패턴(5a, 5b)을 형성하고, 자성체 시트(3b, 3g, 3h) 위에 전극 패턴(6a, 6b, 7a, 7b)을 형성하고, 또한, 비아 홀을 상기 도전성 페이스트로 충전하여 비아 도체(8a 내지 8e, 9a 내지 9f)를 제작한다.

또한, 도 3의 (c) 내지 (f)는 코일 도체의 본체부를 나타내고 있고, 따라서 필요하게 되는 턴수에 따라, 도 3의 (c) 내지 (f)의 공정은 반복된다.

그리고, 이들 자성체 시트(3b 내지 3h)를 적층하고, 상하 양 주면에 외장용 자성체 시트(3a, 3i)를 배치하고, 이들을 가압ㆍ압착시켜, 소정 치수로 절단하여 적층 성형체를 제작한다.

그리고 이에 의해 전극 패턴(6a)은 비아 도체(8a)를 통하여 제1 코일 패턴(4a)에 전기적으로 접속되고, 그 제1 코일 패턴(4a)은 비아 도체(8b, 8c)를 통하여 제1 코일 패턴(4b)에 접속되고, 또한 그 제1 코일 패턴(4b)은 비아 도체(8d, 8e)를 통하여 전극 패턴(6b)에 접속되고, 이에 의해 제1 코일 도체가 형성된다.

마찬가지로, 전극 패턴(7a)은 비아 도체(9a, 9b)를 통하여 제2 코일 패턴(5a)에 전기적으로 접속되고, 그 제2 코일 패턴(5a)은 비아 도체(9c, 9d)를 통하여 제2 코일 패턴(5b)에 접속되고, 또한 그 제2 코일 패턴(5b)은 비아 도체(9e, 9f)를 통하여 전극 패턴(7b)에 접속되고, 이에 의해 제2 코일 도체가 형성된다. 그리고 이에 의해 제1 코일 도체와 제2 코일 도체는 교대로 권회되고, 제2 코일 도체는 제1 코일 도체에 대하여 시단 및 종단이 일정한 이격 거리를 두고 자성체부에 매설되게 된다.

다음으로, 이 적층 성형체를 Cu가 산화되지 않는 분위기 하에, 가열하여 충분히 탈지한 후, Cu-Cu₂O의 평형 산소 분압 이하로 되도록 N₂-H₂-H₂O의 혼합 가스로 분위기 조정된 소성로에 공급하고, 900 내지 1050℃에서 소정 시간 소성하고, 이에 의해 부품 소체(1)를 얻는다.

다음으로, 부품 소체(1)의 측면에, Cu 등을 주성분으로 한 외부 전극용 도전 페이스트를 도포하고, 건조시킨 후, 900℃에서 소부하여 제1 내지 제4 외부 전극(2a 내지 2d)을 형성하고, 이에 의해 상술한 커먼 모드 초크 코일이 제작된다.

이와 같이 본 실시 형태에서는, Cu의 함유 몰량이 CuO로 환산하여 0 내지 5㏖％이고, 또한, Fe를 Fe₂O₃으로 환산하였을 때의 함유 몰량 x㏖％ 및 Mn을 Mn₂O₃으로 환산하였을 때의 함유 몰량 y㏖％를 (x, y)로 표시하였을 때에, (x, y)가, 소정의 영역이 되도록 Fe 화합물, Mn 화합물, Cu 화합물, Zn 화합물 및 Ni 화합물을 각각 칭량하고, 이들 칭량물을 혼합한 후, 예비 소결하여 예비 소결 분말을 제작하는 예비 소결 공정과, 상기 예비 소결 분말로부터 자성체 시트(3a 내지 3i)를 제작하는 자성체 시트 제작 공정과, Cu 페이스트를 자성체 시트(3c, 3e)에 도포하여 제1 코일 패턴(4a, 4b)을 형성하는 제1 코일 패턴 형성 공정과, 상기 Cu 페이스트를 자성체 시트(3d, 3f)에 도포하여 제2 코일 패턴(5a, 5b)을 형성하는 제2 코일 패턴 형성 공정과, 상기 제1 코일 패턴(4a, 4b)이 형성된 자성체 시트(3c, 3e)와 상기 제2 코일 패턴(5a, 5b)이 형성된 자성체 시트(3d, 3f)를 교대로 소정 매수 적층하고, 제1 코일 도체 및 제2 코일 도체를 내장한 적층체를 형성하는 적층체 형성 공정과, Cu-Cu₂O의 평형 산소 분압 이하의 소성 분위기에서 상기 적층체를 소성하는 소성 공정을 포함하고 있으므로, Cu-Cu₂O의 평형 산소 분압 이하의 소성 분위기에서 자성체 시트(3a 내지 3i)와 Cu를 주성분으로 한 제1 및 제2 코일 도체를 동시 소성해도, Fe가 환원되는 일도 없이, 절연성이 양호하고 고 신뢰성을 갖는 커먼 모드 초크 코일을 얻을 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 상기 실시 형태에서는, 예비 소결 분말로부터 세라믹 그린 시트(3a 내지 3i)를 제작하고 있지만, 세라믹 박층체이면 좋고, 예를 들면, PET 필름 위에 인쇄 처리를 행하여 자성 도포막을 형성하고, 이러한 자성 도포막 위에 도전막인 코일 패턴이나 용량 패턴을 형성해도 좋다.

또한, 상기 실시 형태에서는, 제1 및 제2 코일 패턴(4a, 4b, 5a, 5b)을 스크린 인쇄로 형성하고 있지만, 이들 코일 패턴의 제작 방법도 특별히 한정되는 것이 아니라, 다른 방법, 예를 들면 도금법, 전사법, 혹은 스퍼터 등의 박막 형성 방법으로 형성해도 좋다.

또한, 상기 실시 형태에서는, 교대 권취 커먼 모드 초크 코일에 대해서 설명하였지만, Cu를 주성분으로 하는 도전성 재료와 동시 소성하는 용도에 광범위하게 사용할 수 있고, 다른 세라믹 전자 부품, 예를 들면 트라이파일러(trifilar) 등의 3단자 이상의 세라믹 전자 부품에도 적용 가능한 것은 물론이다.

다음으로, 본 발명의 실시예를 구체적으로 설명한다.

<실시예 1>

세라믹 소원료로서, Fe₂O₃, Mn₂O₃, ZnO, CuO 및 NiO를 준비하고, 함유 몰량이 표 1 내지 3에 나타내는 바와 같은 조성이 되도록, 이들 세라믹 소원료를 칭량하였다. 즉, ZnO를 30㏖％, CuO를 1㏖％로 고정하고, Fe₂O₃과 Mn₂O₃의 함유 몰량을 여러 가지로 다르게 하여, 잔부가 NiO가 되도록 각 세라믹 소원료를 칭량하였다.

다음으로, 이들 칭량물을 순수 및 PSZ 볼과 함께 염화 비닐제의 포트밀에 넣어, 습식에 의해 충분히 혼합 분쇄하고, 이를 증발 건조시킨 후, 750℃의 온도에서 예비 소결하고, 예비 소결 분말을 얻었다.

다음으로, 이 예비 소결 분말을, 폴리비닐부틸알계 바인더(유기 바인더), 에탄올(유기 용제) 및 PSZ 볼과 함께, 다시 염화 비닐제의 포트밀에 투입하고, 충분히 혼합 분쇄하고, 세라믹 슬러리를 얻었다.

다음으로, 닥터 블레이드법을 사용하고, 두께가 25㎛가 되도록 세라믹 슬러리를 시트 형상으로 성형하고, 이를 세로 50㎜, 가로 50㎜의 크기로 펀칭하고, 자성체 시트를 제작하였다.

다음으로, 이와 같이 하여 제작된 자성체 시트를, 두께가 총계로 1.0㎜가 되도록 복수매 적층하고, 60℃로 가열하고, 100㎫의 압력으로 60초간 가압하여 압착하고, 그 후, 외경이 20㎜, 내경이 12㎜가 되도록 링 형상으로 잘라내고, 세라믹 성형체를 얻었다.

다음으로, 얻어진 세라믹 성형체를 가열하여 충분히 탈지하였다. 그리고, N₂-H₂-H₂O의 혼합 가스를 소성로에 공급하여 산소 분압을 6.7×10^-2㎩로 조정한 후, 상기 세라믹 성형체를 소성로에 투입하고, 1000℃의 온도에서 2시간 소성하고, 이에 의해 링 형상 시료를 얻었다.

또한, 이 산소 분압 6.7×10^-2㎩는, 1000℃에 있어서의 Cu-Cu₂O의 평형 산소 분압이다. 따라서, 세라믹 성형체를 Cu-Cu₂O의 평형 산소 분압에 의해 2시간 소성하고, 이에 의해 시료 번호 1 내지 104의 링 형상 시료를 제작하였다.

그리고, 시료 번호 1 내지 104의 각 링 형상 시료에 대해서, 연동선을 20턴 권회하고, 임피던스 애널라이저(애질런트ㆍ테크놀로지사제, E4991A)를 사용하고, 측정 주파수 1㎒에서 인덕턴스를 측정하고, 그 측정값으로부터 투자율 μ를 구하였다.

다음으로, 테르피네올(유기 용제) 및 에틸셀룰로오스 수지(바인더 수지)를 함유한 유기 비히클에 Cu 분말을 혼합하고, 삼본롤밀로 혼련하고, 이에 의해 Cu 페이스트를 제작하였다.

다음으로, 자성체 시트의 표면에 Cu 페이스트를 스크린 인쇄하고, 소정 패턴의 도전막을 제작하였다. 그리고, 도전막이 형성된 자성체 시트를 소정 순서로 소정 매수 적층하고, 도전막이 형성되어 있지 않은 자성체 시트로 협지하고, 압착하고, 소정의 크기로 절단하고, 적층 성형체를 얻었다.

다음으로, 적층 성형체를 충분히 탈지한 후, N₂-H₂-H₂O의 혼합 가스를 소성로에 공급하여 산소 분압을 6.7×10^-2㎩(1000℃에 있어서의 Cu-Cu₂O의 평형 산소 분압)로 조정하고, 이 적층 성형체를 소성로에 공급하여 1000℃의 온도에서 2시간 소성하고, 내부 전극이 매설된 세라믹 소결체를 얻었다.

다음으로, 이 세라믹 소결체를 물과 함께 포트에 투입하고, 원심 배럴기를 이용하여 세라믹 소결체에 배럴 처리를 실시하고, 이에 의해 세라믹 소체를 얻었다.

그리고, 세라믹 소체의 양단에, Cu 등을 주성분으로 한 외부 전극용 페이스트를 도포하고, 건조시킨 후, 산소 분압을 4.3×10^-3㎩로 조정한 소성로 내에서 900℃의 온도로 소부 처리를 행하고, 시료 번호 1 내지 104의 비저항 측정용 시료를 제작하였다. 또한, 산소 분압:4.3×10^-3㎩는 온도 900℃에 있어서의 Cu-Cu₂O의 평형 산소 분압이다.

비저항 측정용 시료의 외형 치수는, 세로 3.0㎜, 가로 3.0㎜, 두께 1.0㎜이었다.

도 4는, 비저항 측정용 시료의 단면도이며, 세라믹 소체(51)에는 인출부가 서로 다르게 되도록 내부 전극(52a 내지 52d)이 자성체층(53)에 매설되고, 또한, 세라믹 소체(51)의 양단면에는 외부 전극(54a, 54b)이 형성되어 있다.

다음으로, 시료 번호 1 내지 104의 비저항 측정용 시료에 대해서, 외부 전극(54a, 54b)에 50V의 전압을 30초간 인가하고, 전압 인가시의 전류를 측정하였다. 그리고 이 측정값으로부터 저항을 산출하고, 시료 치수로부터 비저항의 대수 log ρ(이하, 「비저항 log ρ」라고 함)를 산출하였다.

표 1 내지 3은 시료 번호 1 내지 104의 페라이트 조성과 측정 결과를 나타내고 있다.

시료 번호 1 내지 17, 22 내지 25, 30 내지 33, 39 내지 41, 47 내지 49, 55 내지 57, 63 내지 65, 71 내지 73, 78 내지 81 및 86 내지 104는, 도 1의 사선부 X의 영역 외이므로, 비저항 log ρ가 7 미만으로 되어 비저항 log ρ가 작아, 원하는 절연성을 얻을 수 없었다.

이에 대하여 시료 번호 18 내지 21, 26 내지 29, 34 내지 38, 42 내지 46, 50 내지 54, 58 내지 62, 66 내지 70, 74 내지 77 및 82 내지 85는, 도 1의 사선부 X로 둘러싸여지는 영역 내에 있어서, 비저항 log ρ가 7 이상으로 되어, 양호한 절연성이 얻어지고, 투자율 μ도 50 이상의 실용적으로 충분한 값이 얻어지는 것을 알 수 있었다.

<실시예 2>

세라믹 소원료를, 표 4에 나타내는 바와 같이, Fe₂O₃의 함유 몰량을 44㏖％, Mn₂O₃의 함유 몰량을 5㏖％와 본 발명 범위 내로 하고, 또한 ZnO의 함유 몰량을 30㏖％로 하고, CuO를 여러 가지로 다르게 하여, 잔부가 NiO가 되도록 칭량하였다. 그리고 그 이외에는, 실시예 1과 마찬가지의 방법ㆍ수순으로 시료 번호 201 내지 209의 링 형상 시료 및 비저항 측정용 시료를 제작하였다.

다음으로, 시료 번호 201 내지 209에 대해서, 실시예 1과 마찬가지의 방법ㆍ수순으로 비저항 log ρ 및 투자율을 측정하였다.

표 4는, 시료 번호 201 내지 209의 페라이트 조성과 측정 결과를 나타내고 있다.

시료 번호 207 내지 209는, CuO의 함유 몰량이 5㏖％를 초과하고 있기 때문에, 비저항 log ρ가 7 미만으로 되어 비저항 log ρ가 작아, 원하는 절연성을 얻을 수 없었다.

이에 대해 시료 번호 201 내지 206은, CuO의 함유 몰량이 0 내지 5㏖％와 본 발명 범위 내이므로, 비저항 log ρ가 7 이상으로 되어, 양호한 절연성이 얻어지고, 투자율 μ도 시료 번호 210 이상으로 양호한 결과가 얻어졌다.

<실시예 3>

세라믹 소원료를, 표 5에 나타내는 바와 같이, Fe₂O₃의 함유 몰량을 44㏖％, Mn₂O₃의 함유 몰량을 5㏖％, CuO의 함유 몰량을 1㏖％와 본 발명 범위 내로 하고, ZnO의 함유 몰량을 여러 가지로 다르게 하여, 잔부가 NiO가 되도록 칭량하였다. 그리고 그 이외에는, 실시예 1과 마찬가지의 방법ㆍ수순으로 시료 번호 301 내지 309의 링 형상 시료 및 비저항 측정용 시료를 제작하였다.

다음으로, 시료 번호 301 내지 309에 대해서, 실시예 1과 마찬가지의 방법ㆍ수순으로 비저항 log ρ 및 투자율을 측정하였다.

또한, 시료 번호 301 내지 309에 대해서, 진동 시료형 자력계(도에이 고교사제 VSM-5-15형)를 사용하고, 1T(테슬라)의 자계를 인가하고, 포화 자화의 온도 의존성을 측정하였다. 그리고, 이 포화 자화의 온도 의존성으로부터 퀴리점 Tc를 구하였다.

표 5는, 시료 번호 301 내지 309의 페라이트 조성과 측정 결과를 나타내고 있다.

시료 번호 309는, ZnO의 함유 몰량이 33㏖％를 초과하고 있으므로, 비저항 log ρ나 투자율 μ는 양호하였지만, 퀴리점 Tc가 110℃가 되고, 다른 시료에 비해 낮아지는 것을 알 수 있었다.

또한, 시료 번호 301, 302는, ZnO의 함유 몰량이 6㏖％ 미만이므로, 비저항 log ρ나 퀴리점 Tc는 양호하였지만, 투자율 μ가 20 이하로 저하되었다.

이에 대해 시료 번호 303 내지 308은, ZnO의 함유 몰량이 6 내지 33㏖％이므로, 퀴리점 Tc는 165℃ 이상으로 되어 130℃ 정도의 고온 하에서의 동작 보증을 얻을 수 있고, 또한, 투자율 μ도 35 이상으로 되어 실용적인 투자율 μ가 얻어지는 것을 알 수 있었다.

이상으로 ZnO의 함유 몰량을 증가시키면 투자율 μ가 커지지만, 과도하게 증량시키면 퀴리점 Tc가 저하되는 것이 확인되었다.

<실시예 4>

실시예 1에서 제작한 시료 번호 1, 실시예 2에서 제작한 시료 번호 203, 시료 번호 209와 동일 조성의 자성체 시트를 사용하고, 커먼 모드 초크 코일을 제작하였다(도 2, 도 3 참조).

즉, 시료 번호 1 및 시료 번호 203의 자성체 시트에 대해서는, 제1 및 제2 코일 도체 재료에 Cu를 사용하고, 시료 번호 1', 203'의 시료(커먼 모드 초크 코일)를 제작하였다.

또한, 시료 번호 209의 자성체 시트에 대해서는, 제1 및 제2 코일 도체 재료에 Ag를 사용하고, 시료 번호 209'의 시료(커먼 모드 초크 코일)를 제작하였다.

또한, 시료 번호 209'의 시료를 제작하기 위해, 실시예 1 내지 3에서 사용한 Cu 페이스트 외, Ag를 주성분으로 한 도전성 페이스트(이하, 「Ag 페이스트」라고 함)를 준비하였다.

그리고, 이하의 수순에서 시료 번호 1', 203' 및 209'의 시료를 제작하였다.

즉, 우선, 시료 번호 1, 203 및 209의 자성체 시트의 소정 개소에 레이저 가공기를 사용하고, 소정 개소에 비아 홀을 형성하였다.

다음으로, Cu 페이스트 또는 Ag 페이스트를 사용하여 스크린 인쇄하고, 자성체 시트 위에 제1 및 제2 코일 패턴을 형성하고, 또한, 비아 홀을 상기 Cu 페이스트 또는 Ag 페이스트로 충진하여 비아 도체를 제작하였다.

그리고, 이들 자성체 시트를 적층하고, 상하 양 주면에 외장용 자성체 시트를 배치하고, 이들을 60℃로 가열하고 100㎫의 압력으로 60초간 가압하여 압착하고, 소정 치수로 절단하고, 시료 번호 1', 203' 및 209'의 적층 성형체를 제작하였다.

다음으로, 시료 번호 1' 및 203'에 대해서는, Cu가 산화되지 않는 분위기 하에, 가열하여 충분히 탈지한 후, 산소 분압이 6.7×10^-2㎩가 되도록 N₂-H₂-H₂O의 혼합 가스로 분위기 조정된 소성로에 공급하고, 1000℃의 온도에서 2시간 소성하고, 부품 소체를 얻었다.

다음으로, 상기 부품 소체의 측면에, Cu를 주성분으로 한 외부 전극용 도전 페이스트를 도포하고, 건조시키고, 그 후, 산소 분압을 4.3×10^-3㎩로 조정한 소성로 내에서 900℃의 온도로 소부 처리를 행하고, 이에 의해 제1 내지 제4 외부 전극을 형성하였다. 다음으로, 전해 도금을 실시하고, 제1 내지 제4 외부 전극의 표면에 Ni 피막 및 Sn 피막을 순차적으로 형성하고, 이에 의해 시료 번호 1', 203' 및 209'의 커먼 모드 초크 코일을 제작하였다.

한편, 시료 번호 209'에 대해서는, 부품 소체의 측면에, Ag를 주성분으로 한 외부 전극용 도전 페이스트를 도포하고, 건조시키고, 그 후, 대기 분위기 하에, 750℃의 온도로 소부 처리를 행하고, 이에 의해 제1 내지 제4 외부 전극을 형성하였다. 그리고 그 후에는, 시료 번호 1', 203'와 마찬가지로, 전해 도금을 실시하고, 제1 내지 제4 외부 전극의 표면에 Ni 피막 및 Sn 피막을 순차적으로 형성하고, 이에 의해 시료 번호 209'의 커먼 모드 초크 코일을 제작하였다.

또한, 제작된 각 시료의 외형 치수는, 세로:2.0㎜, 가로:1.2㎜, 두께:1.0㎜이었다. 또한, 각 시료는, 제1 코일 도체와 제2 코일 도체의 층간 거리는 20㎛가 되도록 조정하였다.

다음으로, 시료 번호 1', 203' 및 209'의 각 시료에 대해서, 임피던스 애널라이저(애질런트ㆍ테크놀로지사제 E4991A)를 사용하고, 주파수 100㎒에서의 임피던스를 측정하였다.

표 6은, 시료 번호 1', 203' 및 209'의 각 시료의 페라이트 조성 및 측정 결과를 나타내고 있다.

이 표 6으로부터 명백해지는 바와 같이, 시료 번호 1'는, 임피던스가 300Ω으로 낮아졌다. 이것은 시료 번호 1의 비저항 log ρ가 2.8로 낮고, 이 때문에 임피던스도 낮아진 것으로 생각된다.

한편, 시료 번호 203'는, 시료 번호 203의 비저항 log ρ가 8.2로 높고, 임피던스는 700 내지 800Ω으로 높은 값이 얻어졌다.

또한, 시료 번호 209'는, 도전성 재료에 Ag를 사용하고, 대기 분위기에서 소성하고 있기 때문에, Fe₂O₃이 환원되는 일도 없으므로, 임피던스에 관해서는, 측정 주파수 100㎒에서 700 내지 800Ω으로 양호한 결과가 얻어졌다.

다음으로, 시료 번호 203' 및 209'의 각 시료 30개에 대해서, 온도 70℃, 습도 95％ RH의 환경 하에, 제1 코일 도체와 제2 코일 도체 사이에 5V의 직류 전압을 부하하고, 내습 부하 시험을 행하였다. 그리고, 시험 개시 전, 시험 개시 후 10시간, 100시간, 500시간 및 1000시간 경과시의 절연 저항을 일렉트로 미터(어드밴티스트사제 R8340A)를 사용하여 측정하고, 절연 저항의 평균값을 구하였다.

표 7은 그 측정 결과를 나타내고 있다.

또한, 도 5는 절연 저항 log IR의 경시 변화를 나타내고, 도 6은 저항 변화율의 경시 변화를 나타내고 있다. 도 5 및 도 6 중, 실선이 본 발명 시료인 시료 번호 203', 파선이 본 발명의 범위 외 시료인 시료 번호 209'를 나타내고 있다. 또한, 도 5 및 도 6에 있어서의 횡축이 시간(h), 도 5에 있어서의 종축이 절연 저항 log IR(R:㏁), 도 6에 있어서의 횡축이 저항 변화율(％)이다.

시료 번호 209'는, 제1 및 제2 코일 도체에 Ag를 사용하고 있기 때문에, 마이그레이션이 생겨, 절연 저항 log IR이 시간의 경과와 함께 현저하게 저하되고, 저항 저하율도 1000시간 경과시에는 54.9％로 높아졌다.

이에 대해 시료 번호 203'는, 제1 및 제2 코일 도체에 Cu를 사용하고 있기 때문에, 마이그레이션이 생기지 않고, 절연 저항 log IR은 시간이 경과해도 거의 변하지 않고, 저항 저하율도 1000시간이 경과해도 3.2％로 양호하며, 결합 계수가 높고, 신뢰성이 높은 교대 권취 커먼 모드 초크 코일이 얻어지는 것을 알 수 있었다.

Cu를 주성분으로 하는 도전성 재료를 사용함으로써, 자성체 재료와 동시 소성해도, 절연성이 양호하며, 양호한 전기 특성을 갖고, 동시에 마이그레이션의 발생을 극력 회피할 수 있는 교대 권취 커먼 모드 초크 코일 등의 세라믹 전자 부품을 실현할 수 있다.

3c∼3f : 세라믹 그린 시트
4a, 4b : 제1 코일 패턴
5a, 5b : 제2 코일 패턴
8c, 8e : 비아 도체(제1 코일 도체용 비아 도체)
9b, 9d : 비아 도체(제2 코일 도체용 비아 도체)

Claims

제1 코일 도체와, 그 제1 코일 도체와 동일 형상으로서 시단 및 종단이 상기 제1 코일 도체에 대해 일정한 이격 거리를 두고 배치된 제2 코일 도체가 자성체부에 매설된 커먼 모드 초크 코일이며,
상기 제1 코일 도체 및 상기 제2 코일 도체가 Cu를 포함하는 도전성 재료로 형성됨과 함께,
상기 자성체부가,
적어도 Fe, Mn, Ni 및 Zn을 함유한 페라이트 자기 조성물로서,
Cu의 함유 몰량이 CuO로 환산하여 0 내지 5㏖％이고, 또한, Fe를 Fe₂O₃으로 환산하였을 때의 함유 몰량 x㏖％ 및 Mn을 Mn₂O₃으로 환산하였을 때의 함유 몰량 y㏖％를 (x, y)로 표시하였을 때에, (x, y)가, A(25, 1), B(47, 1), C(47, 7.5), D(45, 7.5), E(45, 10), F(35, 10), G(35, 7.5) 및 H(25, 7.5)로 둘러싸여지는 영역에 있는 것을 특징으로 하는 페라이트 자기 조성물로 형성되어 있으며,
상기 제1 및 제2 코일 도체와 상기 자성체부는 동시 소성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 커먼 모드 초크 코일.
제1항에 있어서,
상기 페라이트 자기 조성물의 Zn의 함유 몰량이, ZnO로 환산하여 33㏖％ 이하인 것을 특징으로 하는 커먼 모드 초크 코일.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 페라이트 자기 조성물의 Zn의 함유 몰량이, ZnO로 환산하여 6㏖％ 이상인 것을 특징으로 하는 커먼 모드 초크 코일.
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제1항 또는 제2항에 있어서,
Cu-Cu₂O의 평형 산소 분압 이하의 분위기에서 소성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 커먼 모드 초크 코일.
제3항에 있어서,
Cu-Cu₂O의 평형 산소 분압 이하의 분위기에서 소성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 커먼 모드 초크 코일.
Cu의 함유 몰량이 CuO로 환산하여 0 내지 5㏖％이고, 또한, Fe를 Fe₂O₃으로 환산하였을 때의 함유 몰량 x㏖％ 및 Mn을 Mn₂O₃으로 환산하였을 때의 함유 몰량 y㏖％를 (x, y)로 표시하였을 때에, (x, y)가, A(25, 1), B(47, 1), C(47, 7.5), D(45, 7.5), E(45, 10), F(35, 10), G(35, 7.5) 및 H(25, 7.5)로 둘러싸여지는 영역을 충족시키도록 Fe 화합물, Mn 화합물, Cu 화합물, Zn 화합물 및 Ni 화합물을 칭량하고, 이들 칭량물을 혼합한 후, 예비 소결하여 예비 소결 분말을 제작하는 예비 소결 공정과,
상기 예비 소결 분말로부터 세라믹 박층체를 제작하는 세라믹 박층체 제작 공정과,
Cu를 포함하는 제1 코일 패턴을 상기 세라믹 박층체 위에 형성하는 제1 코일 패턴 형성 공정과,
Cu를 포함하는 제2 코일 패턴을 상기 세라믹 박층체 위에 형성하는 제2 코일 패턴 형성 공정과,
상기 제1 코일 패턴이 형성된 상기 세라믹 박층체와 상기 제2 코일 패턴이 형성된 상기 세라믹 박층체를 교대로 소정 매수 적층하고, 제1 코일 도체 및 제2 코일 도체를 내장한 적층체를 형성하는 적층체 형성 공정과,
Cu-Cu₂O의 평형 산소 분압 이하의 소성 분위기에서 상기 적층체를 소성하는 소성 공정을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 커먼 모드 초크 코일의 제조 방법.
제8항에 있어서,
상기 제1 코일 패턴이 형성된 상기 세라믹 박층체의 표면에 상기 제1 코일 패턴과 전기적으로 절연된 상기 제2 코일 도체용 비아 도체를 형성하고, 상기 제2 코일 패턴이 형성된 상기 세라믹 박층체의 표면에 상기 제2 코일 패턴과 전기적으로 절연된 상기 제1 코일 도체용 비아 도체를 형성하는 것을 특징으로 하는 커먼 모드 초크 코일의 제조 방법.