KR101715539B1

KR101715539B1 - 적층 코일 부품

Info

Publication number: KR101715539B1
Application number: KR1020157014651A
Authority: KR
Inventors: 요시꼬 오까다
Original assignee: 가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼
Priority date: 2012-12-14
Filing date: 2013-12-11
Publication date: 2017-03-13
Also published as: JP6065919B2; JPWO2014092114A1; WO2014092114A1; CN104919548A; KR20150082452A; US20150270056A1; US9748034B2; CN104919548B

Abstract

내부 도체로서 저렴한 구리를 사용할 수 있고, 또한 직류 중첩 특성이 우수한 적층 코일 부품을 제공한다. 페라이트 재료를 포함하는 자성체부와, 비자성 페라이트 재료를 포함하는 비자성체부와, 그들의 내부에 매설된 코일 형상의 구리를 주성분으로 하는 도체부를 갖는 적층 코일 부품에 있어서, 비자성체부에, 적어도 Fe, Mn 및 Zn, 임의로 Cu를 함유시키고, Fe의 함유량을 Fe₂O₃로 환산하여 40.0mol％ 이상 48.5mol％ 이하로 하고, Mn의 함유량을 Mn₂O₃으로 환산하여 0.5mol％ 이상 9mol％ 이하로 하고, Cu의 함유량을 CuO로 환산하여 8mol％ 이하로 한다.

Description

적층 코일 부품{LAMINATED COIL COMPONENT}

본 발명은 적층 코일 부품에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 자성체부와, 비자성체부와, 구리를 주성분으로 하는 코일 형상의 도체부를 갖는 적층 코일 부품에 관한 것이다.

적층 코일 부품의 내부 도체로서 구리를 사용하는 경우, 구리가 산화되지 않는 환원 분위기에서 구리 도체와 페라이트 재료를 동시 소성할 필요가 있지만, 이와 같은 조건하에서 소성하면, 페라이트 재료의 Fe이 3가에서 2가로 환원되고, 적층 코일 부품의 비저항이 저하되는 등의 문제가 있다. 따라서, 일반적으로, 은을 주성분으로 하는 도체가 사용되어 왔다. 그러나, 저저항인 것이나 도통성이 우수한 것, 또한 은보다도 저렴한 것을 고려하면, 구리를 주성분으로 하는 도체를 사용하는 것이 바람직하다.

특허문헌 1은 페라이트 재료를 포함하는 자성체부와, 구리를 주성분으로 하는 도체부를 갖고, 상기 자성체부가, 3가의 Fe과 적어도 2가의 Ni을 포함하는 2가 원소를 함유함과 함께, 상기 Fe의 함유량이, Fe₂O₃로 환산하여 몰비로 20∼48％이며, 또한 Fe 및 Mn의 총계에 대한 Mn의 비율이, Mn₂O₃ 및 Fe₂O₃로 환산하여 몰비로 50％ 미만(0％를 포함함)으로 되도록, 상기 자성체부가 상기 Mn을 함유하고 있는 것을 특징으로 한 세라믹 전자 부품을 개시하고 있다. 이와 같은 조성으로 함으로써, 환원 분위기하에서 구리와 페라이트 재료를 동시 소성해도, 페라이트 재료의 비저항의 저하를 억제할 수 있어, 저렴한 구리를 내부 도체로서 사용할 수 있다고 하고 있다.

국제 공개 제2011/108701호

일반적으로, 적층 코일 부품은, 소형이고 경량이지만, 큰 직류 전류가 통전되면, 자성체가 자기 포화되고, 인덕턴스가 저하되는, 즉 직류 중첩 특성이 뒤떨어진다고 하는 난점이 있다. 특허문헌 1에 개시된 세라믹 전자 부품(적층 코일 부품)은 내부 도체로서 은보다도 저렴한 구리를 사용할 수 있지만, 직류 중첩 특성의 관점에서는 그 특성은 충분하지 않다고 생각된다.

직류 중첩 특성을 개선하기 위해서는, 비자성체층을 형성하고, 개자로 구조로 하는 것이 일반적이다. 이와 같은 구조로 하기 위해서는, 자성체층, 비자성체층 및 도체층을 동시에 소성할 필요가 있다. 그러나, 내부 도체에 구리를 사용하는 경우에, 종래의 비자성 재료를 환원 분위기하에서 소성하면 비자성체층의 비저항이 낮아지기 때문에, 예를 들어 외부 전극에 전해 도금을 실시할 때에, 이 비자성체층에 도금 성장이 발생한다고 하는 문제가 있다.

이와 같이, 적층 코일 부품에 있어서, 내부 도체로서 저렴한 구리를 사용하는 것과, 비자성체층을 형성하여 직류 중첩 특성을 향상시키는 것의 양립은 곤란하였다.

본 발명의 목적은, 내부 도체로서 저렴한 구리를 사용할 수 있고, 또한 직류 중첩 특성이 우수한 적층 코일 부품을 제공하는 것에 있다.

본 발명자는, 상기 문제를 해소하기 위해 예의 검토한 결과, 적층 코일 부품의 비자성체부에 있어서, Fe의 함유량을 Fe₂O₃로 환산하여 40.0mol％ 이상 48.5mol％ 이하로 하고, Mn의 함유량을 Mn₂O₃으로 환산하여 0.5mol％ 이상 9mol％ 이하로 하고, Cu의 함유량을 CuO로 환산하여 0mol％ 이상 8mol％ 이하로 함으로써, 내부 도체로서 구리를 사용하여 환원 분위기하에서 소성을 행하였다고 해도, 비자성체부의 비저항의 저하를 억제할 수 있어, 적층 코일 부품의 직류 중첩 특성을 향상시킬 수 있는 것을 발견하여, 본 발명에 이르렀다.

본 발명의 제1 요지에 의하면, 페라이트 재료를 포함하는 자성체부와, 비자성 페라이트 재료를 포함하는 비자성체부와, 그들의 내부에 매설된 코일 형상의 도체부를 갖는 적층 코일 부품으로서, 상기 도체부가, 구리를 포함하는 도체를 포함하고, 상기 비자성체부가, 적어도 Fe, Mn 및 Zn을 함유하고, 또한 Cu를 포함하고 있어도 되고, 상기 비자성체부에 있어서, Fe의 함유량이 Fe₂O₃로 환산하여 40.0mol％ 이상 48.5mol％ 이하이고, Mn의 함유량이 Mn₂O₃으로 환산하여 0.5mol％ 이상 9mol％ 이하이고, Cu의 함유량이 CuO로 환산하여 8mol％ 이하인 것을 특징으로 하는 적층 코일 부품이 제공된다.

본 발명의 제2 요지에 의하면, 페라이트 재료를 포함하는 자성체부와, 비자성 페라이트 재료를 포함하는 비자성체부와, 그들의 내부에 매설된 코일 형상의 구리를 포함하는 도체부를 갖는 적층 코일 부품의 제조 방법으로서, Fe의 함유량이 Fe₂O₃로 환산하여 40.0mol％ 이상 48.5mol％ 이하이고, Mn의 함유량이 Mn₂O₃으로 환산하여 0.5mol％ 이상 9mol％ 이하이고, Cu의 함유량이 CuO로 환산하여 8mol％ 이하인 비자성 페라이트 재료로 형성되는 비자성체층과, 페라이트 재료로 형성되는 자성체층과, 구리를 포함하는 도체층을 적절히 적층하여, 내부에 코일 형상의 구리를 포함하는 도체부가 매설된 적층체를 얻는 것 및 얻어진 적층체를, Cu-Cu₂O 평형 산소 분압 이하의 분위기에서 열처리함으로써 소성하는 것을 포함하는 제조 방법이 제공된다.

또한, 본 발명에 있어서, 비자성 페라이트 재료를 포함하는 비자성체부라 함은, 사용 온도에서 실질적으로 자발 자화를 갖지 않는 페라이트 재료를 포함한 부위를 의미한다.

본 발명에 따르면, 적층 코일 부품의 비자성체부에 있어서, Fe의 함유량을 Fe₂O₃로 환산하여 40.0mol％ 이상 48.5mol％ 이하로 하고, Mn의 함유량을 Mn₂O₃으로 환산하여 0.5mol％ 이상 9mol％ 이하로 하고, Cu의 함유량을 CuO로 환산하여 0mol％ 이상 8mol％ 이하로 함으로써, 환원 분위기하에서 소성한 경우에도 상기 비자성체부의 비저항의 저하가 억제되고, 이에 의해 내부 도체로서 저렴한 구리를 사용할 수 있고, 또한 직류 중첩 특성이 우수한 적층 코일 부품이 제공된다.

도 1은 본 발명의 하나의 실시 형태에 있어서의 적층 코일 부품의 개략 사시도이다.
도 2는 도 1의 실시 형태에 있어서의 적층 코일 부품의 개략 분해 사시도이며, 외부 전극을 생략한 도면이다.
도 3은 도 1의 실시 형태에 있어서의 적층 코일 부품의 개략 단면도이다.
도 4는 시료 번호 5, 9 및 10의 적층 코일 부품의 직류 중첩 특성을 나타내는 그래프이다.

본 발명의 적층 코일 부품 및 그 제조 방법에 대해, 이하, 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 단, 본 발명의 적층 코일 부품의 구성, 형상, 권회수 및 배치 등은, 도시하는 예로 한정되지 않는 것에 유의해야 한다.

도 1∼도 3에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 적층 코일 부품(1)은 개략적으로는, 각각, 자성체층(2)[및 외층인 자성체층(3)]과, 비자성체층(4)과, 도체층(5)을 소정의 순서로 적층함으로써 형성된, 자성체부(7)와, 비자성체부(8)와, 이들의 내부에 매설된 코일 형상의 도체부(9)를 갖는 적층체(20)를 포함하여 이루어진다. 적층체(20)의 외주 양단부면을 덮도록 외부 전극(21 및 22)이 설치될 수 있고, 외부 전극(21 및 22)은 각각, 코일 형상의 도체부(9)의 양단부에 위치하는 인출부(6b 및 6a)에 접속될 수 있다.

보다 상세하게는, 본 실시 형태에 있어서는, 자성체층(2) 및 비자성체층(4)은 그들을 관통하는 비아 홀(10)을 갖고, 각각 적층되어 자성체부(7) 및 비자성체부(8)를 형성한다. 또한, 자성체층(2)과 비자성체층(4)과의 각 사이에, 각각 도체층(5)이 배치되고, 이들 도체층(5)은 상기 비아 홀(10)을 통하여 코일 형상으로 상호 접속되고, 도체부(9)를 형성한다. 비자성체부(8)는 상기 도체부(9)에 의해 발생하는 자로를 끊도록 적층체(20)의 대략 중앙부에 배치된다.

자성체부(7)는 적어도, Fe, Mn, Ni, Zn 및 Cu를 포함하는 소결 페라이트를 포함할 수 있다. 비자성체부(8)는 적어도, Fe, Mn 및 Zn을 포함하는 소결 페라이트를 포함할 수 있다. 도체부(9)는 구리를 주성분으로서 포함하는 도체, 바람직하게는 실질적으로 구리를 포함하는 도체, 예를 들어 구리의 함유량이 98.0∼99.5wt％인 도체를 포함한다. 외부 전극(21 및 22)은 특별히 한정되지 않지만, 통상 은을 주성분으로서 포함하는 도체를 포함하고, 니켈 및/또는 주석 등이 도금될 수 있다.

상기한 본 실시 형태의 적층 코일 부품(1)은 이하와 같이 하여 제조된다.

먼저, 자성체 시트를 준비한다. 자성체 시트는, 예를 들어 Fe, Mn, Ni 및 Zn, 원한다면 Cu를 더 포함하는 자성 페라이트 재료로 제작된다.

자성 페라이트 재료는, Fe, Mn, Ni 및 Zn, 원한다면 Cu를 주성분으로서 더 포함하고, 필요에 따라 첨가 성분을 더 포함하고 있어도 된다. 통상, 자성 페라이트 재료는, 소원료로서, Fe₂O₃, Mn₂O₃, NiO 및 ZnO, 원한다면 또한 CuO의 분말을 소정의 비율로 혼합 및 하소하여 조제될 수 있지만, 이것으로 한정되는 것은 아니다.

자성 페라이트 재료에 있어서는, Fe 함유량(Fe₂O₃ 환산)을 25mol％ 이상 47mol％ 이하(주성분 합계 기준, 이하도 마찬가지)로 하고, 또한 Mn 함유량(Mn₂O₃ 환산)을 1mol％ 이상 7.5mol％ 미만(주성분 합계 기준, 이하도 마찬가지)으로 하거나, Fe 함유량(Fe₂O₃ 환산)을 35mol％ 이상 45mol％ 이하로 하고, 또한 Mn 함유량(Mn₂O₃ 환산)을 7.5mol％ 이상 10mol％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 이와 같이, Fe을 Mn과 공존시켜, Fe 함유량(Fe₂O₃ 환산)을 Mn 함유량(Mn₂O₃ 환산)과 조합하여 각 범위를 상기한 바와 같이 선택함으로써, Mn은 Fe보다도 우선적으로 환원되는 점에서, 페라이트 재료의 소결 시에 Fe이 환원되는 것을 효과적으로 회피할 수 있어, Cu-Cu₂O 평형 산소 분압 이하의 산소 분압(환원 분위기)으로 소성해도, Fe이 환원되는 것에 의한 자성체부의 비저항의 저하를 방지할 수 있다.

자성 페라이트 재료에 있어서의 Zn 함유량(ZnO 환산)은 6∼33mol％(주성분 합계 기준, 이하도 마찬가지)로 하는 것이 바람직하다. Zn 함유량(ZnO 환산)을 6mol％ 이상으로 함으로써, 예를 들어 비투자율 35 이상의 높은 투자율을 얻을 수 있고, 큰 인덕턴스를 취득할 수 있다. 또한, Zn 함유량(ZnO 환산)을 33mol％ 이하로 함으로써, 예를 들어 130℃ 이상의 큐리점을 얻을 수 있어, 높은 코일 동작 온도를 확보할 수 있다.

자성 페라이트 재료는, 주성분으로서 Cu를 더 포함하고 있어도 된다. 자성 페라이트 재료에 있어서의 Cu 함유량(CuO 환산)은 바람직하게는 5mol％ 이하(주성분 합계 기준, 이하도 마찬가지), 더욱 바람직하게는 0.2∼5mol％로 할 수 있다. 이와 같이, Cu 함유량(CuO 환산)을 5mol％ 이하의 저함유량으로 함으로써, 페라이트 재료가 소결될 때의 내환원성이 높아져, Cu-Cu₂O 평형 산소 분압 이하의 산소 분압(환원 분위기)으로 소성해도, Cu² ^＋이 Cu^＋으로 환원되는 것에 의한 자성체부의 비저항의 저하를 허용 가능한 범위로 억제할 수 있다. 또한, Cu 함유량(CuO 환산)을 0.2mol％ 이상으로 함으로써, 충분한 소결성을 얻을 수 있다.

자성 페라이트 재료에 있어서의 Ni 함유량(NiO 환산)은 특별히 한정되지 않고, 상술한 다른 주성분인 Fe, Mn, Cu, Zn 및 존재하는 경우에는 Cu의 잔량부로 할 수 있다.

또한, 상기 자성 페라이트 재료에 있어서의 첨가 성분으로서는, 예를 들어 Bi, Sn, Co 등을 들 수 있지만, 이것으로 한정되지 않는다. Bi 함유량(첨가량)은 주성분인 Fe(Fe₂O₃ 환산), Mn(Mn₂O₃ 환산), Zn(ZnO 환산), Ni(NiO 환산) 및 Cu(CuO 환산)의 합계 100중량부에 대해, Bi₂O₃로 환산하여 0.1∼1중량부로 하는 것이 바람직하다. Bi(Bi₂O₃ 환산) 함유량을 0.1∼1중량부로 함으로써, 저온 소성이 보다 촉진됨과 함께, 이상 입성장을 회피할 수 있다. Bi(Bi₂O₃ 환산) 함유량이 지나치게 높으면, 이상 입성장이 일어나 쉽고, 이상 입성장 부위에서 비저항이 저하되고, 외부 전극 형성 시의 도금 처리 시에, 이상 입성장 부위에 도금이 부착되므로 바람직하지 않다. 또한, Sn 함유량(첨가량)은 주성분 100중량부에 대해, SnO₂으로 환산하여 0.3∼1.0중량부가 바람직하다. 이 범위에서 Sn을 함유시킴으로써, 직류 중첩 특성을 한층 더 향상시킬 수 있다. 또한, Co 함유량은, Co₃O₄로 환산하여 0.1∼0.8중량부가 바람직하다. 이 범위에서 Co를 함유시킴으로써, 고주파에서의 Q를 높일 수 있다.

상기한 바와 같이 하여 조제한 자성 페라이트 재료를 사용하여 자성체 시트를 준비한다. 예를 들어, 페라이트 재료를, 바인더 수지 및 유기 용제를 포함하는 유기 비히클과 혼합/혼련하고, 시트 형상으로 성형함으로써 자성체 시트를 얻어도 되지만, 이것으로 한정되는 것은 아니다.

이어서, 비자성체 시트를 준비한다. 비자성체 시트는, 적어도 Fe, Mn 및 Zn, 원한다면 Cu를 더 포함하는 비자성 페라이트 재료로 제작된다. 또한, 상기 비자성 페라이트 재료에는, Ni은 포함되지 않는다.

이 비자성 페라이트 재료는, Fe, Mn 및 Zn, 원한다면 Cu를 주성분으로서 더 포함한다. 통상, 비자성 페라이트 재료는, 소원료로서, Fe₂O₃, Mn₂O₃ 및 ZnO, 경우에 따라 또한 CuO의 분말을 소정의 비율로 혼합 및 하소하여 조제될 수 있지만, 이것으로 한정되는 것은 아니다.

비자성 페라이트 재료에 있어서의 Mn 함유량(Mn₂O₃ 환산)은 0.5∼9mol％(주성분 합계 기준, 이하도 마찬가지)로 할 수 있다. Mn 함유량(Mn₂O₃ 환산)을 9mol％ 이하로 함으로써, 환원 분위기하에서의 소성 시에 있어서의 이상의 생성을 억제할 수 있고, 자성체화하는 것을 회피할 수 있다. 또한, Mn 함유량(Mn₂O₃ 환산)을 0.5mol％ 이상으로 함으로써, Fe의 환원을 억제할 수 있고, 비자성체부의 비저항의 감소를 억제할 수 있다.

비자성 페라이트 재료에 있어서의 Fe 함유량(Fe₂O₃ 환산)은 특별히 한정되지 않지만, 40.0∼48.5mol％(주성분 합계 기준, 이하도 마찬가지)로 할 수 있다. Fe 함유량(Fe₂O₃ 환산)을 48.5mol％ 이하로 함으로써, Fe의 3가에서 2가로의 환원을 억제하고, 비저항의 저하를 억제할 수 있다. 또한, Fe 함유량(Fe₂O₃ 환산)이 40mol％ 미만으로 되고, Mn 함유량이 증가하면, 실온에서 자성을 갖게 된다.

또한, 상기한 자성체 시트의 페라이트 재료에 있어서의 Fe 함유량(Fe₂O₃ 환산)과 Mn 함유량(Mn₂O₃ 환산)의 합과, 비자성 페라이트 재료에 있어서의 Fe 함유량(Fe₂O₃ 환산)과 Mn 함유량(Mn₂O₃ 환산)의 합을 동일 정도로 하는 것이 바람직하다. 페라이트 재료와 비자성 페라이트 재료에 있어서의 Fe 함유량(Fe₂O₃ 환산)과 Mn 함유량(Mn₂O₃ 환산)의 합을 동일하게 함으로써, 자성체 시트와 비자성체 시트의 소결 거동의 차를 작게 할 수 있어, 크랙 등의 결함을 억제할 수 있다.

비자성 페라이트 재료는, 주성분으로서 Cu를 더 포함하고 있어도 된다. 통상, Cu는, 소원료로서 CuO의 분말을 소정의 비율로, 다른 주성분과 함께 혼합 및 하소하여, 비자성 페라이트 재료에 첨가된다. 비자성 페라이트 재료에 있어서의 Cu 함유량(CuO 환산)은 바람직하게는 8mol％ 이하(주성분 합계 기준, 이하도 마찬가지)이며, 보다 바람직하게는 0.1∼8mol％로 할 수 있다. Cu 함유량(CuO 환산)을 8mol％ 이하로 함으로써, 이상(CuO의 상)의 생성을 억제할 수 있고, 비자성체부의 비저항의 저하를 억제할 수 있다. 또한, Cu 함유량(CuO 환산)을 0.1mol％ 이상으로 함으로써, 보다 높은 소결성을 얻을 수 있다.

비자성 페라이트 재료에 있어서의 Zn 함유량(ZnO 환산)은 특별히 한정되지 않고 상기한 다른 주성분인 Fe, Mn 및 존재하는 경우에는 Cu의 잔량부로 할 수 있다.

상기한 바와 같이 하여 조제한 비자성 페라이트 재료를 사용하여 비자성체 시트를 준비한다. 예를 들어, 비자성 페라이트 재료를, 바인더 수지 및 유기 용제를 포함하는 유기 비히클과 혼합/혼련하고, 시트 형상으로 성형함으로써 비자성체 시트를 얻어도 되지만, 이것으로 한정되는 것은 아니다.

별도, 도체 페이스트를 준비한다. 시중에서 입수 가능한, 구리를 분말의 형태로 포함하는 일반적인 구리 페이스트를 사용할 수 있다.

그리고, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 자성체 시트[자성체층(2)에 대응함] 및 비자성체 시트[비자성체층(4)에 대응함]를 구리를 포함하는 도체 페이스트층[도체층(5)에 대응함]을 개재하여 적층하고, 도체 페이스트층이 자성체 시트 및 비자성체 시트에 관통하여 형성된 비아 홀[비아 홀(10)에 대응함]을 통하여 코일 형상으로 상호 접속되고, 이들이 자성체 시트[자성체층(3)에 대응함]에 의해 끼움 지지되어 있는 적층체[적층체(20)에 대응하지만, 미소성 적층체임]를 얻는다.

상기 적층체(미소성 적층체)의 형성 방법은, 특별히 한정되지 않고, 시트 적층법 및 인쇄 적층법 등을 이용하여 적층체를 형성해도 된다. 시트 적층법에 의한 경우, 자성체 시트 및 비자성체 시트에, 적절히 비아 홀을 형성하여, 도체 페이스트를 소정의 패턴으로(비아 홀이 형성되어 있는 경우에는, 비아 홀에 충전하면서) 인쇄하여 도체 페이스트층을 형성하고, 도체 페이스트층이 적절히 형성된 자성체 시트 및 비자성체 시트를 적층 및 압착하고, 소정의 치수로 절단하여, 적층체를 얻을 수 있다. 인쇄 적층법에 의한 경우, 페라이트 재료를 포함하는 자성체 페이스트를 인쇄하여 자성체층을 형성하는 공정(또는, 비자성 페라이트 재료를 포함하는 비자성체 페이스트를 인쇄하여 비자성체층을 형성하는 공정), 도체 페이스트를 소정의 패턴으로 인쇄하여 도체층을 형성하는 공정을 적절히 반복함으로써 적층체를 제작한다. 자성체층 및 비자성체층을 형성할 때는 소정의 개소에 비아 홀을 형성하여, 상하의 도체층이 도통하도록 하고, 마지막으로 자성체 페이스트를 인쇄하여 자성체층(3)(외층에 대응함)을 형성하고, 이것을 소정의 치수로 절단하여, 적층체를 얻을 수 있다. 이 적층체는, 복수개를 매트릭스 형상으로 한번에 제작한 후에, 다이싱 등에 의해 개개로 절단하여(소자 분리하여) 개편화한 것이어도 되지만, 미리 개개로 제작한 것이어도 된다.

이어서, 상기에서 얻어진 적층체(미소성 적층체)를 열처리함으로써, 자성체층, 비자성체층 및 도체층을 소성하여, 각각 자성체부(7), 비자성체부(8) 및 도체부(9)로 하고, 적층체(20)를 형성한다.

상기 소성을 행할 때의 산소 분압은, 바람직하게는 Cu-Cu₂O 평형 산소 분압 이하(환원 분위기)이다. 이와 같은 산소 분압으로 미소성 적층체를 열처리함으로써, 도체부의 Cu가 산화되는 것을 회피할 수 있다. 또한, 공기 중에서 열처리하는 경우보다도 저온에서 미소성 적층체를 소결할 수 있고, 예를 들어 소성 온도를 950∼1050℃로 할 수 있다. 본 발명은 어떠한 이론에 의해서도 구속되지 않지만, 저산소 농도 분위기에서 소성한 경우, 결정 구조 중에 산소 결함이 형성되고, 이러한 산소 결함을 통해 Fe, Mn, Ni, Cu, Zn의 상호 확산이 촉진되고, 저온 소결성을 높일 수 있는 것으로 생각된다.

이어서, 상기에서 얻어진 적층체(20)의 양단부면을 덮도록, 외부 전극(21 및 22)을 형성한다. 외부 전극(21 및 22)의 형성은, 예를 들어 구리의 분말을 글래스 등과 함께 페이스트 상태로 한 것을 소정의 영역에 도포하고, 얻어진 구조체를, 예를 들어 약 900℃에서 열처리하여 구리를 베이킹하고, 계속해서 Ni, Sn 도금을 순서대로 행함으로써 실시할 수 있다. 외부 전극(21 및 22)은 각각, 도체부(9)의 양단부에 위치하는 인출부(6b 및 6a)에 접속되어 있다.

이상과 같이 하여, 본 실시 형태의 적층 코일 부품(1)이 제조된다.

상기 적층 코일 부품의 비자성체부에 있어서의 Fe의 함유량은 Fe₂O₃로 환산하여 40.0∼48.5mol％이며, Mn의 함유량은 Mn₂O₃으로 환산하여 0.5∼9mol％이다. 이와 같은 비자성체부로 함으로써, 환원 분위기하에서 소성한 경우에도 비저항의 저하를 억제할 수 있고, 이에 의해 내부 도체로서 저렴한 구리를 사용하는 것이 가능해지고, 또한 직류 중첩 특성을 향상시키는 것이 가능해진다.

또한, 자성체부 및 비자성체부에 있어서의 각 주성분의 함유량은, 다음과 같이 하여 구한다. 즉, 복수(예를 들어, 10개 이상)의 적층 코일 부품을, 단부면이 세워지도록 수지 고정하고, 시료의 길이 방향을 따라 연마하고, 길이 방향의 약 1/2의 시점에 있어서의 연마 단면을 얻고, 연마 단면을 세정한다. 비자성체부는 대략 중앙 위치(도 3의 영역 A), 자성체부는 코일의 내측에서 코일 중심축 부근의 영역이고, 또한 비자성층으로부터 적어도 100㎛ 이격한 위치(도 3의 영역 B)를 각각 파장 분산형 X선 분석법(WDX법)을 사용하여 각 성분에 대해 정량 분석하고, 복수의 시료의 측정 결과의 평균을 산출함으로써 구해진다. 측정 면적은, 사용하는 분석 기기에 의해 상이할 수 있고, 예를 들어 측정 빔 직경으로 수십㎚∼1㎛이지만, 이것으로 한정되지 않는다.

또한, 자성체부 및 비자성체부의 대략 중앙부에 있어서의 Fe 함유량(Fe₂O₃ 환산), Mn 함유량(Mn₂O₃ 환산), Cu 함유량(CuO 환산), Zn 함유량(ZnO 환산) 및 Ni 함유량(NiO 환산)은 각각, 소성 전의 페라이트 재료 및 비자성 페라이트 재료에 있어서의 Fe 함유량(Fe₂O₃ 환산), Mn 함유량(Mn₂O₃ 환산), Cu 함유량(CuO 환산), Zn 함유량(ZnO 환산) 및 Ni 함유량(NiO 환산)과 실질적으로 다름없다고 생각해도 지장은 없다.

또한, 상기 적층 코일 부품은, 자성체부 및 비자성체부 모두 스피넬 구조를 갖기 때문에, 층간 박리 및 열팽창 계수의 차이에 의한 소성 시의 크랙의 발생이 억제된다.

이상, 본 발명의 하나의 실시 형태에 대해 설명하였지만, 본 실시 형태는 다양한 개변이 가능하다.

특히, 상기 실시 형태에서는, 비자성체부는 적층체의 대략 중앙부에 1층 설치되어 있을 뿐이지만, 이것으로 한정되지 않는다. 비자성체부는, 코일 형상의 도체부가 발생하는 자로를 끊도록 설치되어 있으면 어느 개소에 설치되어 있어도 되고, 또한 1층 이상 설치되어 있어도 된다. 예를 들어, 상기 실시 형태에서는, 외층이 자성체층이지만, 이것을 비자성체층으로 할 수도 있다. 또한, 자성체층과 비자성체층을 교대로 적층하고, 그 사이에 도체층을 형성해도 된다.

실시예

(실시예)

·자성체 시트의 제작

자성체층을 형성하는 자성 페라이트 재료를 얻기 위해, Fe₂O₃:44.0mol％, ZnO:26.0mol％, CuO:1.0mol％, Mn₂O₃:5.0mol％, NiO:24.0mol％의 비율로 되도록 칭량하고, 이들 칭량물을 순수 및 PSZ(㎩rtial Stabilized Zirconia; 부분 안정화 지르코니아) 볼과 함께 염화비닐제의 포트 밀에 넣고, 습식으로 48시간 혼합 분쇄하고, 증발 건조시킨 후, 750℃의 온도에서 2시간 하소하였다.

이것에 의해 얻어진 하소분을, 에탄올(유기 용제) 및 PSZ 볼과 함께, 다시 염화비닐제의 포트 밀에 투입하고, 24시간 혼합 분쇄하고, 또한 폴리비닐부티랄계 바인더(유기 바인더)를 첨가하여 혼합하고, 세라믹 슬러리를 얻었다.

이어서, 닥터 블레이드법을 사용하여, 두께가 25㎛로 되도록 세라믹 슬러리를 시트 형상으로 성형하고, 이것을 세로 50㎜, 가로 50㎜의 크기로 펀칭하고, 자성체 시트를 제작하였다.

·비자성체 시트의 제작

비자성체층을 형성하는 페라이트 재료를 얻기 위해, Fe₂O₃, ZnO, CuO 및 Mn₂O₃ 분말을, 표 1의 시료 번호 1∼19에 나타내는 조성으로 되도록 칭량하였다. 또한, 시료 번호 3∼8 및 11∼17이 본 발명의 실시예이며, 시료 번호 1∼2, 9∼10 및 18∼19(표 중, 기호 「*」을 부가하여 나타냄)는 비교예이다.

계속해서, 시료 번호 1∼19의 각 칭량물을, 상기와 마찬가지로, 순수 및 PSZ 볼과 함께 염화비닐제의 포트 밀에 넣고, 습식으로 48시간 혼합 분쇄하고, 증발 건조시킨 후, 750℃의 온도에서 2시간 하소하였다.

이어서, 닥터 블레이드법을 사용하여, 두께가 25㎛로 되도록 세라믹 슬러리를 시트 형상으로 성형하고, 이것을 세로 50㎜, 가로 50㎜의 크기로 펀칭하고, 비자성체 시트를 제작하였다.

·원반 형상 시료 및 링 형상 시료의 제작

상기에서 제작한 비자성체 시트를, 두께가 약 0.5㎜로 되도록 소정 매수 적층하고, 이것을 60℃로 가열하고, 100㎫의 압력으로 60초간 가압하여, 압착하였다.

이것을 직경이 10㎜인 원반 형상 및 외경이 20㎜, 내경이 12㎜인 링 형상으로 금형으로 펀칭하였다.

얻어진 원반 형상의 적층체 및 링 형상의 적층체를, Cu가 산화되지 않는 분위기하에서 400℃로 가열하여 충분히 탈지하였다. 이어서, N₂-H₂-H₂O의 혼합 가스에 의해 산소 분압이 Cu-Cu₂O 평형 산소 분압(1.8×10^-2㎩)으로 제어된 소성로에, 상기한 원반 형상의 적층체 및 링 형상의 적층체를 투입하고, 950℃로 승온하고, 1∼5시간 유지하여 소성하고, 원반 형상 시료 및 링 형상 시료를, 시료 번호 1∼19에 대해 제작하였다.

·적층 코일 부품의 제작

레이저 가공기를 사용하여, 상기에서 얻어진 자성체 시트 및 비자성체 시트의 소정 위치에 비아 홀을 형성한 후, Cu 분말, 바니시 및 유기 용제를 함유한 Cu 페이스트를, 자성체 시트 및 비자성체 시트의 표면에 스크린 인쇄하고, 또한 상기 Cu 페이스트를 비아 홀에 충전하고, 코일 패턴을 형성하였다.

계속해서, 코일 패턴이 형성된 자성체 시트 및 비자성체 시트를, 비자성체 시트가 대략 중앙으로 되도록 적층한 후, 이들을 코일 패턴이 형성되어 있지 않은 자성체 시트에 의해 끼움 지지하고, 60℃의 온도에서 100㎫의 압력으로 1분간 압착하고, 압착 블록을 제작하였다(도 2 참조). 그리고, 이 압착 블록을 소정의 크기로 절단하고, 세라믹 적층체를 제작하였다.

이어서, 얻어진 세라믹 적층체를, Cu가 산화되지 않는 분위기에서 400℃로 가열하여 충분히 탈지하였다. 계속해서, N₂-H₂-H₂O의 혼합 가스에 의해 산소 분압이 Cu-Cu₂O 평형 산소 분압(1.8×10^-1㎩)으로 제어된 소성로에 세라믹 적층체를 투입하고, 950℃로 승온하고, 1∼5시간 유지하여 소성하여, 부품 소체(적층체)를 제작하였다.

이어서, Cu분, 글래스 프릿, 바니시 및 유기 용제를 함유한 외부 전극용 도전 페이스트를 준비하고, 이 외부 전극용 도전 페이스트를, 상기 부품 소체의 양단부에 도포하여 건조시킨 후, Cu가 산화되지 않는 분위기에서 900℃에서 베이킹하고, 또한 전해 도금으로 Ni, Sn 도금을 순서대로 행하고, 외부 전극을 형성하여, 도 1에 도시된 바와 같은 시료(적층 코일 부품)를 얻었다.

이상에 의해, 시료(적층 코일 부품)를 시료 번호 1∼19에 대해 제작하였다. 또한, 각 시료는, 폭 2.0㎜, 길이 2.5㎜, 두께 0.9㎜이고 턴수는 10.5턴으로 하였다.

·평가

(비저항의 측정)

상기에서 제작한 시료 번호 1∼19의 원반 형상 시료의 각 30개에 대해, 양면에 Ag 전극을 형성하고, 50V의 직류 전압을 인가하여 절연 저항을 측정하고, 시료 치수로부터 비저항(Ω·㎝)을 계산하였다. 각 시료 번호에 대해, 30개의 평균을 구하고, 비저항 ρ(Ω·㎝)로 하였다. 결과를, 대수 표기(Logρ)로 하여 표 2에 나타내었다.

(투자율의 측정)

상기에서 제작한 시료 번호 1∼19의 링 형상 시료의 각 10개에 대해, 애질런트·테크놀로지사제의 자성체 측정 지그(형식 번호 16454A-s)에 넣어, 애질런트·테크놀로지사제의 임피던스 애널라이저(형식 번호 E4991A)를 사용하여, 1㎒로 초투자율(-)을 측정하였다. 각 시료 번호에 대해, 10개의 평균을 구하고, 투자율(초투자율) μ(-)로 하였다. 결과를 표 2에 함께 나타내었다.

(도금 성장의 유무)

상기에서 제작한 시료 번호 1∼19의 적층 코일 부품의 각 시료 10개에 대해, 광학 현미경으로 외관을 관찰하였다. 각 시료 번호에 대해, 1개라도 외부 전극으로부터 비자성체층에 도금의 성장이 발생한 시료를 ×로 하고, 도금의 성장이 보이지 않았던 시료를 ○로 하였다. 결과를 표 2에 함께 나타내었다.

(직류 중첩 특성)

시료 번호 5, 시료 번호 9 및 시료 번호 10의 각 시료(적층 코일 부품) 5개에 대해, JIS 규격(C2560-2)에 준거하여, 0∼1, 500㎃의 직류 전류를 시료에 중첩하고, 인덕턴스 L을 주파수 1㎒로 측정하였다. 각 시료 번호에 대해, 시료 5개의 평균을 구하고, 인덕턴스 L로 하였다. 결과를 도 4에 나타내었다.

상기 표 4로부터 명백해진 바와 같이, Mn 함유량(Mn₂O₃ 환산)이 0.5mol％ 미만인 시료 번호 1 및 2의 원반 형상 시료에서는 비저항이 낮고, Logρ＝4 미만으로 되는 것이 확인되었다. 이것은, Mn 함유량이 지나치게 적어, 소성 시에 Fe이 환원됨으로써, 비저항이 저하된 것으로 생각된다. 그 결과, 시료 번호 1 및 2의 적층 코일 부품에서는, 비저항이 낮은 비자성체부에 있어서 도금 성장이 발생하는 것이 확인되었다.

또한, Mn 함유량(Mn₂O₃ 환산)이 9.0mol％를 초과하는 시료 번호 9 및 10의 링 형상 시료에서는, 투자율이 10 및 31로 되고, 자성을 갖는 것이 확인되었다. 그 결과, 시료 번호 9 및 10의 적층 코일 부품은, 비자성체부가 자성을 갖기 때문에 개자로 구조를 형성할 수 없고, 도 4에 나타내어지는 바와 같이, 직류 전류가 중첩되면 인덕턴스가 크게 저하되어, 직류 중첩 특성이 뒤떨어지는 것이 확인되었다.

일반적으로는, 소결 페라이트 중의 Mn 함유량이 증가하는 것에 따라서 큐리점이 저하되고, 그 결과, 소결 페라이트의 투자율은 저하된다고 생각된다. 그러나, 상기 시험 결과로부터는, 의외로, Mn 함유량(Mn₂O₃ 환산)이 9.0mol％를 초과하면, 반대로 투자율이 상승하는 것이 확인되었다.

본 발명은 어떠한 이론에 의해서도 구속되지 않지만, 환원 분위기(저산소 분위기)에서 페라이트 재료를 소성하면, Mn이 환원되지만, Mn 함유량(Mn₂O₃ 환산)이 9.0mol％를 초과하면, MnO의 상이나, 다른 스피넬 결정상 등의 이상이 석출되고, 이들 이상의 영향에 의해 투자율이 상승한다고 생각된다.

이상으로부터, 비자성 페라이트 재료를 환원 분위기에서 소성하는 데에는, Mn 함유량(Mn₂O₃ 환산)을 0.5∼9.0mol％로 하는 것이 바람직한 것이 확인되었다.

또한, Cu 함유량(CuO 환산)이 8.0mol％를 초과하는 시료 번호 18 및 19의 링 형상 시료에서는, 양호한 소결성이 얻어지지 않고, 비저항이 저하되고, Logρ＝4 미만으로 되는 것이 확인되었다. 그 결과, 시료 번호 18 및 19의 적층 코일 부품에서는, 비저항이 낮은 비자성체부에 있어서 도금 성장이 발생하는 것이 확인되었다.

본 발명은 어떠한 이론에 의해서도 구속되지 않지만, 이것은, Cu 함유량(CuO 환산)이 8.0mol％를 초과하면, 이상(CuO의 상)이 생성되어 소결성이 저하되었기 때문이라고 생각된다.

본 발명에 의해 얻어지는 적층 코일 부품은, 예를 들어 고주파 회로 및 전원 회로의 인덕터나 트랜스 등으로서, 폭넓게 다양한 용도로 사용될 수 있다.

1 : 적층 코일 부품
2 : 자성체층
3 : 자성체층(외층)
4 : 비자성체층
5 : 도체층
6a, 6b : 인출부
7 : 자성체부
8 : 비자성체부
9 : 도체부
10 : 비아 홀
20 : 적층체
21 : 외부 전극
22 : 외부 전극

Claims

페라이트 재료를 포함하는 자성체부와, 비자성 페라이트 재료를 포함하는 비자성체부와, 그들의 내부에 매설된 코일 형상의 도체부를 갖는 적층 코일 부품으로서,
자성체부, 비자성체부, 및 도체부는 동시에 소성된 것이고,
상기 도체부가, 구리를 포함하는 도체를 포함하고,
상기 비자성체부가, 적어도 Fe, Mn 및 Zn을 함유하고, 또한 Cu를 포함하고 있어도 되고,
상기 비자성체부에 있어서, Fe의 함유량이 Fe₂O₃로 환산하여 40.0mol％ 이상 48.5mol％ 이하이고, Mn의 함유량이 Mn₂O₃으로 환산하여 0.5mol％ 이상 9mol％ 이하이고, Cu의 함유량이 CuO로 환산하여 8mol％ 이하이고, 비자성체부의 비저항 Logρ가 4.2Ω·㎝ 이상인 것을 특징으로 하는 적층 코일 부품.
제1항에 있어서,
자성체부가, 적어도 Fe, Mn, Ni 및 Zn을 함유하고, 또한 Cu를 포함하고 있어도 되고,
상기 자성체부에 있어서, Cu의 CuO 환산 함유량이 5mol％ 이하이고,
Fe의 Fe₂O₃ 환산 함유량이 25mol％ 이상 47mol％ 이하이고, 또한 Mn의 Mn₂O₃ 환산 함유량이 1mol％ 이상 7.5mol％ 미만이거나, Fe의 Fe₂O₃ 환산 함유량이 35mol％ 이상 45mol％ 이하이고, 또한 Mn의 Mn₂O₃ 환산 함유량이 7.5mol％ 이상 10mol％ 이하인 것을 특징으로 하는 적층 코일 부품.
페라이트 재료를 포함하는 자성체부와, 비자성 페라이트 재료를 포함하는 비자성체부와, 그들의 내부에 매설된 코일 형상의 구리를 포함하는 도체부를 갖고, 비자성체부의 비저항 Logρ가 4.2Ω·㎝ 이상인 적층 코일 부품의 제조 방법으로서,
Fe의 함유량이 Fe₂O₃로 환산하여 40.0mol％ 이상 48.5mol％ 이하이고, Mn의 함유량이 Mn₂O₃으로 환산하여 0.5mol％ 이상 9mol％ 이하이고, Cu의 함유량이 CuO로 환산하여 8mol％ 이하인 비자성 페라이트 재료로 형성되는 비자성체층과, 페라이트 재료로 형성되는 자성체층과, 구리를 포함하는 도체층을 적층하여, 코일 형상의 구리를 포함하는 도체부가 매설된 적층체를 얻는 것, 및
얻어진 적층체를, Cu-Cu₂O 평형 산소 분압 이하의 분위기에서 열처리함으로써 소성하는 것을 포함하는 제조 방법.