KR101886489B1

KR101886489B1 - 페라이트 조성물 및 전자 부품

Info

Publication number: KR101886489B1
Application number: KR1020160040082A
Authority: KR
Inventors: 히로키 초토; 타케시 시바야마; 류이치 와다; 코이치 카쿠다; 유카리 아키타; 아스카 무라이; 유키오 타카하시; 타카시 스즈키; 아키노리 오오이
Original assignee: 티디케이가부시기가이샤
Priority date: 2015-04-02
Filing date: 2016-04-01
Publication date: 2018-08-07
Also published as: US10074476B2; KR20160118974A; US20160300651A1

Abstract

주성분이, 산화철을 Fe₂O₃ 환산으로 26 내지 46 몰%, 산화동을 CuO 환산으로 4 내지 14 몰%, 산화아연을 ZnO 환산으로 0 내지 26 몰% 함유하고, 잔부가 NiO 환산으로 40.0 몰% 이상의 산화니켈로 구성되는 페라이트 조성물이다. 주성분 100 중량부에 대해, 부성분으로서 규소 화합물을 SiO₂ 환산으로 0.8 내지 10.0 중량부, 코발트 화합물을 Co₃O₄ 환산으로 1.0 내지 15.0 중량부, 비스무트 화합물을 Bi₂O₃ 환산으로 0.7 내지 30.0 중량부 함유한다. Co₃O₄로 환산한 코발트 화합물의 함유량을 SiO₂로 환산한 규소 화합물의 함유량으로 나눈 값이 0.4 내지 5.5이다.

Description

페라이트 조성물 및 전자 부품{Ferrite composition and electronic component}

본 발명은 적층형 인덕터 등의 제조에 적합한 페라이트 조성물과, 그 조성물로 구성되는 페라이트 소결체를 갖는 전자 부품에 관한 것이다.

최근, DC-DC 컨버터의 소형화, 고주파화가 진행되어, 수십 ㎒ 내지 수백 ㎒ 정도의 주파수에서 구동하는 것도 등장하고 있다. 소형화, 고주파화된 DC-DC 컨버터에 적용하는 인덕터로서, 고주파 영역에서도 인덕터로서 동작하는 주파수 특성과, 대전류를 인가해도 동작이 거의 변화하지 않는 직류 중첩 특성이 요구된다.

DC-DC 컨버터에 적용하는 인덕터에 이용되는 페라이트 조성물로서, 코발트를 첨가한 NiCuZn 페라이트가 이전부터 제안되고 있다. NiCuZn 페라이트에 대해 코발트를 첨가함으로써 자기 이방성을 향상시키고, 투자율의 주파수 특성을 향상시키는 방법이 검토되고 있다.

그러나, 코발트를 첨가한 NiCuZn 페라이트는 코발트를 첨가하지 않은 NiCuZn 페라이트와 비교해 소결성이 저하되고, 온도 특성이 열화되는 경향이 있는 것이 이전부터 알려져 있다. 이와 같은 코발트 첨가의 결점을 극복하는 방법으로, 이하에 나타내는 방법이 제안되고 있다.

특허 문헌 1에서는, NiCuZn 페라이트에 코발트 화합물과 함께 산화비스무트 등의 비스무트 화합물을 첨가함으로써 소결성 저하를 극복하고 있다. 또한, 지르코늄 화합물을 첨가함으로써 온도 특성을 개선하려고 한다.

특허 문헌 2에서는, NiCuZn 페라이트에 Co₃O₄, SiO₂, Bi₂O₃를 첨가함으로써 높은 Q치와 양호한 온도 특성, 높은 항응력 특성을 얻고자 한다.

특허 문헌 3에서는, NiCuZn 페라이트 중의 Fe₂O₃의 양과 ZnO의 양을 비교적 적게 하고, CoO를 더 첨가함으로써 주파수 특성이 뛰어난 페라이트 조성물을 얻고자 한다.

그러나, 특허 문헌 1의 실시예에서는, 초기 투자율(μ_i)의 값은 개시하고 있지만, 어느 정도의 높은 주파수까지 투자율의 값이 유지되는지에 대해서는 기재가 없다. 스네이크의 한계에 의하면, 일반적으로는 초기 투자율(μ_i)의 값이 낮을수록 높은 주파수까지 투자율의 값이 유지된다. 그러나, 첨가물을 첨가한 경우에는, 스네이크의 한계 이상으로 높은 주파수까지 투자율이 유지되거나, 반대로 스네이크의 한계 이하의 낮은 주파수로 투자율이 저하된다. 이 때문에, 초기 투자율(μ_i)은 주파수 특성의 기준은 되지만, 주파수 특성의 평가 기준으로서는 근거가 부족하다. 따라서, 특허 문헌 1의 실시예에서는 주파수 특성이 불분명하다.

한편, 스네이크의 한계는 이하의 식 (1)에 의해 표시된다. 여기에서, f_r은 회전 자화 공명 주파수, μ_i는 초기 투자율, γ은 자이로 자기 상수, M_s는 포화 자화이다.

f_r(μ_i-1)=|γ|×(M_s/3π) … 식 (1)

또한, 특허 문헌 1에서는, 산화지르코늄을 첨가한 경우에서의 투자율의 온도 변화에 대해, 20℃에서의 초기 투자율과 85℃에서의 초기 투자율의 비를 나타내고 있다. 그러나, 특허 문헌 1의 실시예에 개시된 20℃에서의 초기 투자율과 85℃에서의 초기 투자율의 비에서 가장 작은 것이 1.45배이다. 이 결과는 온도 변화에 대한 초기 투자율의 변화를 억제했다고 하기에는 너무 크다.

또한, 특허 문헌 2에서는 초기 투자율의 값이 나타나지 않고, 주파수 특성이 불분명하다. 특허 문헌 3에서는 온도 특성이 불분명하다. 또한, 특허 문헌 1 내지 3은 모두 직류 중첩 특성이 불분명하다.

이상으로부터, 특허 문헌 1 내지 특허 문헌 3의 NiCuZn 페라이트가 주파수 특성, 직류 중첩 특성 및 온도 특성 모두에서 우수한지 여부는 불분명하다.

특허 문헌 1: 일본 특허공개 2000-252112호 공보 특허 문헌 2: 일본 특허공개 2006-206347호 공보 특허 문헌 3: 일본 특허공개 2008-300548호 공보

본 발명은 이와 같은 실상을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은 저온 소결이 가능하고, 또한, 투자율을 수백 ㎒의 고주파까지 유지하고, 직류 중첩 특성 및 온도 특성이 양호하고, 비저항(ρ)이 높은 페라이트 조성물과, 상기 페라이트 조성물을 이용한 전자 부품을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 페라이트 조성물은, 주성분과 부성분을 갖고,

상기 주성분이, 산화철을 Fe₂O₃ 환산으로 26 내지 46 몰%, 산화동을 CuO 환산으로 4 내지 14 몰%, 산화아연을 ZnO 환산으로 0 내지 26 몰% 함유하고, 잔부가 NiO 환산으로 40.0 몰% 이상의 산화니켈로 구성되고,

상기 주성분 100 중량부에 대해, 상기 부성분으로서 규소 화합물을 SiO₂ 환산으로 0.8 내지 10.0 중량부, 코발트 화합물을 Co₃O₄ 환산으로 1.0 내지 15.0 중량부, 비스무트 화합물을 Bi₂O₃ 환산으로 0.7 내지 30.0 중량부 함유하고,

Co₃O₄로 환산한 상기 코발트 화합물의 함유량을, SiO₂로 환산한 상기 규소 화합물의 함유량으로 나눈 값이, 0.4 내지 5.5인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 페라이트 조성물은, 주성분을 구성하는 산화물의 함유량을 상기 범위로 하고, 부성분으로서 규소 화합물, 코발트 화합물 및 비스무트 화합물을 상기 범위에서 더 함유시킴으로써 저온 소결이 가능해진다. 예를 들어, 내부 전극으로서 이용될 수 있는 Ag의 융점 이하인 900℃ 정도에서 소결하는 것이 가능해진다. 또한, 본 발명에 따른 페라이트 조성물로 구성되는 페라이트 소결체는, 초기 투자율(μ_i) 및 비저항(ρ)이 높고, 주파수 특성, 직류 중첩 특성 및 온도 특성이 모두 양호하다.

이와 같은 효과를 얻을 수 있는 이유는, 주성분을 소정 범위로 하고, 또한 각 성분의 함유량을 특정 범위로 함으로써 얻어지는 복합적인 효과라고 생각된다.

본 발명에 따른 전자 부품은, 상기 페라이트 조성물로 구성되는 페라이트 소결체를 갖는다.

한편, 본 발명에 따른 페라이트 조성물로 구성되는 페라이트 소결체는, 적층형 인덕터, 적층형 L-C 필터, 적층형 공통 모드 필터, 그 외의 적층 공법에 의한 복합 전자 부품 등에 적합하게 이용된다. 예를 들어, LC 복합 전자 부품, NFC 코일, 적층형 임피던스 소자, 적층형 트랜스에도 본 발명에 따른 페라이트 조성물이 적합하게 사용된다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 적층형 인덕터의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 LC 복합 전자 부품의 단면도이다.
도 3은 NiCuZn 페라이트에서, 투자율의 주파수 특성의 개략도이다.

이하, 본 발명을 도면에 나타내는 실시 형태에 근거해 설명한다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 적층형 인덕터(1)는 소자(2)와 단자 전극(3)을 갖는다. 소자(2)는 페라이트층(4)을 개재해 코일 도체(5)가 3차원적 나선상으로 형성된 그린 적층체를 소성해 얻을 수 있다. 페라이트층(4)은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 페라이트 조성물로 구성되어 있다. 소자(2)의 양단에 단자 전극(3)을 형성하고, 인출 전극(5a, 5b)을 통해 단자 전극(3)과 접속함으로써 적층형 인덕터(1)를 얻을 수 있다. 소자(2)의 형상에 특별히 제한은 없지만, 통상적으로 직육면체 형상으로 이루어진다. 또한, 치수에도 특별히 제한이 없고, 용도에 따라 적당한 치수로 하면 된다.

코일 도체(5) 및 인출 전극(5a, 5b)의 재질로는, 특별히 한정은 없고, Ag, Cu, Au, Al, Pd, Pd/Ag 합금 등이 이용된다. 한편, Ti 화합물, Zr 화합물, Si 화합물 등을 첨가해도 된다.

본 실시 형태에 따른 페라이트 조성물은 Ni-Cu계 페라이트 또는 Ni-Cu-Zn계 페라이트이며, 주성분으로서 산화철, 산화동 및 산화니켈을 함유하고, 산화아연을 더 함유해도 된다.

주성분 100 몰% 중 산화철의 함유량은, Fe₂O₃ 환산으로, 26 내지 46 몰%, 바람직하게는 29 내지 46 몰%, 특히 바람직하게는 32 내지 44 몰%이다. 산화철의 함유량이 너무 많거나 너무 적어도 소결성이 열화된다. 특히 저온 소결시의 소결 밀도가 저하되는 경향이 있다. 또한, 산화철이 너무 적은 경우에는 투자율이 저하되는 경향이 있다. 산화철이 너무 많은 경우에는 주파수 특성이 악화되어, 고주파수에서의 품질 계수 Q치(임의의 주파수에서의 코일의 유도성 리액턴스(reactance)와 저항의 비)가 저하되는 경향이 있다. 또한, 온도 특성도 악화되는 경향이 있다.

주성분 100 몰% 중 산화동의 함유량은, CuO 환산으로, 4 내지 14 몰%, 바람직하게는 4 내지 12 몰%이다. 산화동의 함유량이 너무 적으면 소결성이 열화되고, 특히 저온 소결시의 소결 밀도가 저하되는 경향이 있다. 너무 많으면, Q치가 저하되는 경향이 있다.

주성분 100 몰% 중 산화아연의 함유량은, ZnO 환산으로, 0 내지 26 몰%이다. 즉, 주성분으로서 산화아연을 함유해도 되고 하지 않아도 된다. 산화아연의 함유량은, 바람직하게는 0 내지 11 몰%이다. 한편, 산화아연의 함유량이 많을수록 초기 투자율이 높아지는 경향이 있다. 한편, 초기 투자율이 높아질수록 인덕터에 적합하다. 산화아연의 함유량이 너무 많으면, 퀴리 온도가 저하되는 경향이 있다.

주성분의 잔부는 산화니켈로 구성되며, 상기 산화니켈의 함유량은 40.0 몰% 이상이다. 상기 산화니켈의 함유량은 바람직하게는 44.0 내지 55.0 몰%이다.

산화니켈의 함유량이 너무 작은 경우에는, 온도 특성이 악화된다.

본 실시 형태에 따른 페라이트 조성물은, 상기 주성분 외에 부성분으로 규소 화합물, 코발트 화합물 및 비스무트 화합물을 함유한다. 한편, 각 화합물의 종류로는, 산화물 외에, 소성 후에 산화물이 되는 것이라면 특별히 한정은 없다.

규소 화합물의 함유량은, 주성분 100 중량부에 대해, SiO₂환산으로, 0.8 내지 10.0 중량부, 바람직하게는 0.8 내지 6.0 중량부이다. 규소 화합물을 특정 범위 내에서 함유시키면, 페라이트 조성물의 온도 특성이 향상된다. 규소 화합물의 함유량이 너무 적으면 Q치가 감소하는 경향이 있고, 온도 특성도 악화되는 경향이 있다. 너무 많으면 소결성이 열화되고, 특히 저온 소결시의 소결 밀도가 저하되는 경향이 있다.

규소 화합물의 첨가에 의해 온도 특성이 향상되는 이유를 설명한다. 산화규소 등의 규소 화합물은 NiCuZn 페라이트 입자와 비교해 선팽창 계수가 작다. 즉, NiCuZn 페라이트에 규소 화합물을 첨가해 페라이트 조성물을 형성하는 경우에는, 첨가한 규소 화합물이 NiCuZn 페라이트에 미리 응력을 가하고 있다. 규소 화합물의 존재에 의해 발생하는 응력이 존재하기 때문에, 온도 변화에 의해 생기는 응력의 영향이 완화되어 온도 특성이 향상되는 것이라고 본 발명자들은 생각하고 있다.

비스무트 화합물의 함유량은, 주성분 100 중량부에 대해, Bi₂O₃ 환산으로, 0.7 내지 30.0 중량부, 바람직하게는 0.7 내지 10.0 중량부이다. 전술한 규소 화합물 및 후술하는 코발트 화합물은 소결성을 저하시키는 효과가 있다. 이에 대해, 비스무트 화합물은 소결성을 높여, 900℃ 이하의 온도에서의 소성을 가능하게 한다. 비스무트 화합물의 함유량이 너무 적으면, 소결성이 열화되고, 특히 저온 소결시의 소결 밀도가 저하되는 경향이 있다. 또한, 소결성의 열화에 수반해, 비저항(ρ)도 저하되는 경향이 있다. 비스무트 화합물의 함유량이 너무 많으면, 페라이트 조성물 중의 Bi₂O₃가 소성중에 외부로 배어나오는 경우가 있다. 비스무트 화합물의 함유량이 너무 많은 페라이트 조성물을 전자 부품에 적용해 대량생산하는 경우에는, 배어나온 Bi₂O₃에 의해 복수의 전자 부품이 연결되어 버리는 경우가 있다. 또한, Bi₂O₃의 배어나옴에 의해, 전자 부품이 전자 부품을 실장하는 세터에 접착되어 버리는 경우가 있다.

코발트 화합물의 함유량은, 주성분 100 중량부에 대해, Co₃O₄ 환산으로, 1.0 내지 15.0 중량부, 바람직하게는 1.0 내지 8.5 중량부, 더 바람직하게는 1.0 내지 5.0 중량부이다. 코발트 화합물을 특정 범위 내에서 함유시키면, 주파수 특성이 향상된다. 또한, 직류 중첩 특성도 향상된다. 즉, 직류 전류 중첩시의 인덕턴스 저하가 작아진다. 코발트 첨가물의 함유량에 따라서는, 직류 전류 중첩시에 인덕턴스가 상승하는 경우마저 있다. 코발트 화합물의 함유량이 너무 적으면, 주파수 특성이 악화되어, 고주파수에서의 품질 계수 Q치가 저하되는 경향이 있다. 또한, 비저항(ρ)도 저하되는 경향이 있다. 너무 많으면, 소결성이 열화되고, 특히 저온 소결시의 소결 밀도가 저하되는 경향이 있다. 또한, 온도 특성이 악화되는 경향이 있다.

또한, 본 실시 형태에 따른 페라이트 조성물에서는, 중량 기준으로 Co₃O₄ 환산한 코발트 화합물의 함유량을, 중량 기준으로 SiO₂ 환산한 규소 화합물의 함유량으로 나눈 값(이하, Co/Si라고 표기한다)이 0.4 내지 5.5이다. Co/Si는, 바람직하게는 1.5 내지 5.0이다.

상기 Co/Si의 한정은, 코발트 화합물 함유량의 허용 범위가 규소 화합물 함유량에 의해 증감하는 것을 나타내고 있다. 코발트 화합물의 함유량이 15.00 중량부 이하라도, 규소 화합물의 첨가량이 적기 때문에, Co/Si가 5.5를 넘는 경우에는 온도 특성이 악화되어, 비저항(ρ)이 저하되는 경향이 있다. 또한, 0.4를 밑도는 경우에는, 동등한 투자율을 갖는 시료와 비교해 주파수 특성이 저하된다.

본 실시 형태에 따른 페라이트 조성물에서는, 주성분의 조성 범위가 상기 범위로 제어되고 있는 것 외에, 부성분으로서 상기 규소 화합물, 비스무트 화합물 및 코발트 화합물이 모두 본 발명의 범위 내에서 함유된다. 그 결과, 소결 온도를 저하시킬 수 있어, 일체 소성되는 내부 도체로서, 예를 들어 Ag 등의 비교적 저융점의 금속을 이용할 수 있다. 또한, 저온 소성에 의해 얻어지는 페라이트 소결체는 초기 투자율이 높고, 주파수 특성이 양호하고, 비저항(ρ)이 높고, 직류 중첩 특성이 양호하고, 온도 특성이 양호하다. 특히, 코발트 화합물과 규소 화합물의 상호작용에 의해 직류 중첩 특성이 양호해진다.

한편, 규소 화합물, 비스무트 화합물 및 코발트 화합물 중 어느 하나 이상이 함유되지 않은 경우, 또는 함유량이 본 발명의 범위 외인 경우에는, 상기 효과를 충분히 얻을 수 없다. 즉, 상기 효과는 규소 화합물, 비스무트 화합물 및 코발트 화합물이 동시에 특정량 함유된 경우에 비로소 얻어지는 복합적인 효과이라고 생각된다.

또한, 본 실시 형태에 따른 페라이트 조성물은, 상기 부성분과는 별도로, Mn₃O₄ 등의 망간 산화물, 산화지르코늄, 산화주석, 산화마그네슘, 유리 화합물 등의 부가적 성분을 본 발명의 효과를 저해하지 않는 범위에서 더 함유해도 된다. 이들 부가적 성분의 함유량은, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 0.05 내지 1.0 중량% 정도이다.

특히, 산화지르코늄의 함유량은, ZrO₂ 환산으로 1.0 중량% 이하(0을 포함한다)로 하는 것이 바람직하다.

또한, 본 실시 형태에 따른 페라이트 조성물에는, 불가피한 불순물 원소의 산화물이 함유될 수 있다.

구체적으로, 불가피한 불순물 원소로는, C, S, Cl, As, Se, Br, Te, I나, Li, Na, Mg, Al, Ca, Ga, Ge, Sr, Cd, In, Sb, Ba, Pb 등의 전형 금속 원소나, Sc, Ti, V, Cr, Y, Nb, Mo, Pd, Ag, Hf, Ta 등의 전이 금속 원소를 들 수 있다. 또한, 불가피한 불순물 원소의 산화물은, 페라이트 조성물 중에 0.05 중량% 이하 정도라면 함유되어도 무방하다.

본 실시 형태에 따른 페라이트 조성물은, 페라이트 입자와, 인접하는 결정입자 사이에 존재하는 결정립계를 갖고 있다. 결정입자의 평균 결정입자경은, 바람직하게는 0.2 내지 1.5㎛이다.

다음으로, 본 발명의 페라이트 조성물의 주파수 특성에 대해 설명한다.

본 발명의 페라이트 조성물의 주파수 특성은, 고주파수까지 투자율을 유지할 수 있는지 여부를 나타낸다.

본 발명의 페라이트 조성물의 주파수 특성에 대해 설명하기 위해, 일반적인 NiCuZn 페라이트에 대해, 주파수를 횡축에 두고, 복소 투자율의 실부(μ')와 허부(μ")를 종축에 두었을 경우의 개략도를 도 3에 나타낸다.

저주파수 영역에서는, 주파수를 변화시켜도 μ'는 거의 일정하고, μ"는 0 부근에서 거의 일정하다. 주파수를 상승시켜 특정 주파수 이상으로 하면, μ"가 0에서부터 상승하는 거동을 나타낸다. 본원에서는 μ"＞0.1이 되는 주파수를 μ" 상승 주파수라고 한다.

μ" 상승 주파수 이상의 주파수 영역에서는, Q치가 저하되어 인덕터로서의 사용이 곤란해진다. 따라서, 본 발명의 페라이트 조성물은 μ" 상승 주파수가 높을수록, 인덕터로서의 사용이 가능한 주파수의 상한이 높아진다. 본 발명의 페라이트 조성물은, μ" 상승 주파수가 높을수록 주파수 특성이 양호하다. 이하, μ" 상승 주파수를 f라고 표기하는 경우가 있다.

또한, μ" 상승 주파수(f)는 일반적으로 초기 투자율(μ_i)이 높을수록 낮아진다. 따라서, 페라이트 조성물의 주파수 특성이 양호하다고 하기 위해서는, 상기 μ" 상승 주파수(f)의 높이로부터 도출되는 투자율과 관계없는 주파수 특성 뿐만 아니라, 투자율에 대한 상대적인 주파수 특성도 양호할 필요가 있다.

본 발명자들은 상기 스네이크의 한계의 식으로부터, f×(μ_i-1)가 투자율에 대한 상대적인 주파수 특성의 지표로서 유효하다는 것을 알아냈다. f×(μ_i-1)가 클수록 투자율에 대한 상대적인 주파수 특성이 양호하다.

다음으로, 본 실시 형태에 따른 페라이트 조성물의 제조 방법의 일례를 설명한다. 우선, 출발 원료(주성분의 원료 및 부성분의 원료)를, 소정의 조성비가 되도록 칭량하고 혼합해, 원료 혼합물을 얻는다. 혼합하는 방법으로는, 예를 들어, 볼 밀을 이용해 실시하는 습식 혼합이나, 건식 믹서를 이용해 실시하는 건식 혼합을 들 수 있다. 한편, 평균 입경이 0.05 내지 1.0㎛의 출발 원료를 이용하는 것이 바람직하다.

주성분의 원료로는, 산화철(α-Fe₂O₃), 산화동(CuO), 산화니켈(NiO), 필요에 따라 산화아연(ZnO), 혹은 복합 산화물 등을 이용할 수 있다. 또한, 그 외, 소성에 의해 상기 산화물이나 복합 산화물이 되는 각종 화합물 등을 이용할 수 있다. 소성에 의해 상기 산화물이 되는 것으로는, 예를 들어, 금속 단체(單體), 탄산염, 옥살산염, 질산염, 수산화물, 할로겐화물, 유기 금속 화합물 등을 들 수 있다.

부성분의 원료로는, 산화규소, 산화비스무트 및 산화코발트를 이용할 수 있다. 부성분의 원료가 되는 산화물에 대해 특별히 한정은 없고, 복합 산화물 등을 이용할 수 있다. 또한, 그 외, 소성에 의해 전술한 산화물이나 복합 산화물이 되는 각종 화합물 등을 이용할 수 있다. 소성에 의해 전술한 산화물이 되는 것으로는, 예를 들어, 금속 단체, 탄산염, 옥살산염, 질산염, 수산화물, 할로겐화물, 유기 금속 화합물 등을 들 수 있다.

한편, 산화코발트의 한 형태인 Co₃O₄는 보관이나 취급이 용이하고, 공기중에서도 가수(價數)가 안정적인 것으로부터 산화코발트의 원료로서 바람직하다.

다음으로, 원료 혼합물의 가소(假燒)를 실시해 가소 재료를 얻는다. 가소는 원료의 열분해, 성분의 균질화, 페라이트의 생성, 소결에 의한 초미분의 소실과 적절한 입자 사이즈로의 입자 성장을 일으켜, 원료 혼합물을 후속 공정에 적합한 형태로 변환하기 위해 행해진다. 이러한 가소는 바람직하게는 500 내지 900℃의 온도에서, 통상적으로 2 내지 15시간 정도 실시한다. 가소는, 통상적으로 대기(공기)중에서 실시하지만, 대기중보다 산소 분압이 낮은 분위기에서 행해도 된다. 한편, 주성분 원료와 부성분 원료의 혼합은 가소 전에 행해도 되고, 가소 후에 행해도 된다.

다음으로, 가소 재료를 분쇄해 분쇄 재료를 얻는다. 분쇄는, 가소 재료의 응집을 무너뜨려 적절한 소결성을 갖는 분말로 하기 위해 행해진다. 가소 재료가 큰 덩어리를 형성하고 있을 때는, 조(粗)분쇄를 실시하고 나서 볼 밀이나 애트라이터(attritor) 등을 이용해 습식 분쇄를 실시한다. 습식 분쇄는 분쇄 재료의 평균 입경이, 바람직하게는 0.1 내지 1.0㎛ 정도가 될 때까지 실시한다.

얻어진 분쇄 재료를 이용해, 본 실시 형태에 따른 적층형 인덕터를 제조한다. 적층형 인덕터를 제조하는 방법에 대해서는 제한되지 않지만, 이하에서는, 시트법을 이용한다.

우선, 얻어진 분쇄 재료를, 용매나 바인더 등의 첨가제와 함께 슬러리화해, 페이스트를 제조한다. 그리고, 이 페이스트를 이용해 그린 시트를 형성한다. 계속해서, 형성된 그린 시트를 소정 형상으로 가공하고, 탈바인더 공정, 소성 공정을 거쳐, 본 실시 형태에 따른 적층형 인덕터가 얻어진다. 소성은 코일 도체(5) 및 인출 전극(5a, 5b)의 융점 이하의 온도에서 실시한다. 예를 들면, 코일 도체(5) 및 인출 전극(5a, 5b)이 Ag(융점 962℃)인 경우, 바람직하게는 850 내지 920℃의 온도에서 실시한다. 소성 시간은 통상 1 내지 5시간 정도 실시한다. 또한, 소성은 대기(공기)중에서 실시해도 되고, 대기중보다 산소 분압이 낮은 분위기에서 실시해도 된다. 이와 같이 하여 얻어지는 적층형 인덕터는 본 실시 형태에 따른 페라이트 조성물로 구성되어 있다.

이상, 본 발명의 실시 형태에 대해 설명했는데, 본 발명이 이러한 실시 형태에 하등 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위 내에서 다양한 형태로 실시할 수 있는 것은 물론이다. 예를 들어, 도 2에 나타내는 LC 복합 전자 부품(10)에서의 페라이트층(4)으로, 본 발명의 페라이트 조성물을 이용해도 된다. 한편, 도 2에서, 참조 부호 12로 나타내는 부분이 인덕터부이고, 14로 나타내는 부분이 콘덴서부이다.

《실시예》

이하, 본 발명을 더 상세한 실시예에 기초해 설명하는데, 본 발명이 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다.

우선, 주성분의 원료로서 Fe₂O₃, NiO, CuO, ZnO를 준비했다. 부성분의 원료로서 SiO₂, Bi₂O₃, Co₃O₄를 준비했다.

다음으로, 준비한 주성분을, 소결체로서 표 1 내지 표 5에 기재한 조성이 되도록 칭량한 후, 볼 밀로 16시간 습식 혼합해 원료 혼합물을 얻었다.

다음으로, 얻어진 원료 혼합물을 건조한 후에, 공기중에서 500℃ 내지 900℃에서 가소해 가소 분말로 했다. 가소 분말 및 부성분의 원료 분말을 강철제 볼 밀로 72시간 습식 분쇄해 분쇄 분말을 얻었다.

다음으로, 이 분쇄 분말을 건조한 후, 분쇄 분말 100 중량부에, 바인더로서 6 wt% 농도의 폴리비닐 알코올 수용액을 10.0 중량부 첨가해 조립(造粒)해 과립으로 했다. 이 과립을 가압 성형해, 성형 밀도 3.20 Mg/m³가 되도록 토로이덜(toroidal) 형상(치수=외경 13㎜×내경 6㎜×높이 3㎜)의 성형체 및 디스크 형상(치수=외경 12㎜×높이 2㎜)의 성형체를 얻었다.

다음으로, 이들 각 성형체를, 공기중에서, Ag의 융점(962℃) 이하인 900℃에서 2시간 소성해, 소결체로서의 토로이덜 코어 샘플을 얻었다. 또한, 샘플에 대해 이하의 특성 평가를 실시했다. 시험 결과를 표 1 내지 표 5에 나타낸다. 한편, 표 1 내지 표 5에 기재한 각 성분의 함유량은, 각각 Fe₂O₃, NiO, CuO, ZnO, SiO₂, Co₃O₄, Bi₂O₃로 환산한 값이다.

초기 투자율( μ _i )

토로이덜 코어 샘플에 동선 와이어를 10회 감고, 임피던스 애널라이저(Agilent Technologies 제품 4991A)를 사용해, 초기 투자율(μ_i)을 측정했다. 측정 조건은 측정 주파수 1㎒, 측정 온도 25℃로 했다. 본 실시예에서는, 초기 투자율(μ_i)이 1.5 이상인 경우를 양호라고 했다.

주파수 특성(μ" 상승 주파수)

초기 투자율(μ_i)을 측정한 토로이덜 코어 샘플에 대해, 측정 주파수를 1㎒에서부터 증가시키면서 μ"를 측정했다. μ"가 0.1을 넘었을 때의 주파수를 μ" 상승 주파수라고 했다. μ" 상승 주파수(f)가 200㎒ 이상인 경우를 주파수 특성이 양호한 것으로 하고, 250㎒ 이상인 경우를 주파수 특성이 특히 양호한 것으로 했다.

상대적인 주파수 특성

투자율에 대한 상대적인 주파수 특성은, f×(μ_i-1)이 1000 이상인 경우를 양호라고 했다.

비저항(ρ)

디스크 샘플의 양면에 In-Ga 전극을 도포하고, 직류 저항값을 측정해, 비저항(ρ)을 구했다(단위: Ω·m). 측정은 IR 미터(HEWLETT PACKARD 제품 4329A)를 이용했다. 본 실시예에서는, 비저항(ρ)이 10⁶ Ω·m 이상인 경우를 양호라고 했다.

초기 투자율( μ _i )의 온도 특성

실온 25℃를 기준으로 하여, 25℃ 내지 125℃에서의 초기 투자율(μ_i)의 변화율을 구했다. 본 실시예에서는, μ_i의 변화율이 ±30% 이내인 경우를 양호라고 하고, ±25% 이내인 경우를 보다 양호한 것으로 했다.

직류 중첩 특성

토로이덜 코어 샘플에 동선 와이어를 30회 감고, 직류 전류를 인가하지 않을 때의 인덕턴스(L₀) 및 4A의 직류 전류를 인가했을 때의 인덕턴스(L)를 측정했다. L의 변화율(%)을 100×(L-L₀)/L₀로 하여, L의 변화율이 -20.0% 이상인 경우에 직류 중첩 특성이 양호한 것으로 했다. 한편, 본 실시예에서는, L의 변화율이 플러스인 경우에는 항상 직류 중첩 특성이 양호하다고 했다.

표 1의 시료 1 내지 8은, Co 이외의 모든 조성을 본 발명의 범위 내에서 동일하게 하고, Co의 함유량만을 변화시킨 시료이다.

표 1로부터, 모든 주성분 및 부성분의 조성이 본 발명의 범위 내인 경우(시료 3 내지 7)에는, 초기 투자율(μ_i), 주파수 특성, 비저항(ρ), 직류 중첩 특성, 초기 투자율(μ_i)의 온도 특성의 전부가 양호한 것을 확인할 수 있다.

그에 대해, 부성분으로서 Co를 함유하지 않고, Si와 Bi만을 함유하는 시료 1은, 주파수 특성이 너무 낮고, 비저항(ρ) 및 직류 중첩 특성도 바람직하지 않다.

또한, 부성분으로서 Co를 함유하지만 함유량이 너무 적은 시료 2는, 시료 1과 비교하면 주파수 특성, 비저항(ρ) 및 직류 중첩 특성이 개선되고 있지만, 여전히 주파수 특성, 비저항(ρ) 및 직류 중첩 특성이 바람직하지 않다.

또한, Co의 함유량은 본 발명의 범위 내이지만, Co/Si가 본 발명의 범위 외인 시료 8은, 비저항(ρ)이 저하되고, 초기 투자율(μ_i)의 온도 특성이 악화되었다.

표 2의 시료 9 내지 16은 주성분 및 Si, Bi의 함유량을 시료 1 내지 8로부터 변화시키고, 특히 Si의 함유량을 1.6 중량부로부터 5.5 중량부로 증가시킨 다음, Co의 함유량을 변화시킨 시료이다.

표 2로부터, 모든 주성분 및 부성분의 조성이 본 발명의 범위 내인 경우(시료 10 내지 14)에는, 초기 투자율(μ_i), 주파수 특성, 비저항(ρ), 직류 중첩 특성, 초기 투자율(μ_i)의 온도 특성의 전부가 양호한 것을 확인할 수 있다. 특히, Co의 함유량이 시료 8(9.6 중량부)보다 많은 시료 14(12.8 중량부)에서도 양호한 특성이 얻어지고 있다. 이것은, 시료 14에서는 시료 8과 비교해 Si의 함유량이 증가하여, Co/Si가 본 발명의 범위 내가 된 것에 유래한다.

이에 대해, 부성분으로서 Co를 함유하지 않고 Si와 Bi만을 함유하는 시료 9는, 주파수 특성이 너무 낮고, 비저항(ρ)도 너무 낮다.

Co의 함유량이 너무 많은 시료 15, 16은, 모두 초기 투자율(μ_i)의 온도 특성이 바람직하지 않은 값이 되었다.

표 3의 시료 17 내지 26은, 시료 6으로부터 SiO₂의 함유량을 증가시킴과 동시에, 초기 투자율(μ_i)의 값을 크게 변동시키지 않도록 ZnO 등의 성분의 함유량을 변화시킨 시료이다.

표 3으로부터, 모든 주성분 및 부성분의 조성이 본 발명의 범위 내인 경우(시료 6, 19 내지 23)에는, 초기 투자율(μ_i), 주파수 특성, 비저항(ρ), 직류 중첩 특성, 초기 투자율(μ_i)의 온도 특성의 전부가 양호한 것을 확인할 수 있다.

이에 대해, 부성분으로서 Si를 함유하지 않는 시료 17은 초기 투자율(μ_i)의 온도 특성이 현저하게 악화되었다. 또한, 부성분으로서 Si를 함유하지만 함유량이 너무 적은 시료 18은, 시료 17과 비교하면 초기 투자율(μ_i)의 온도 특성이 개선되고 있지만, 여전히 초기 투자율(μ_i)의 온도 특성이 바람직하지 않다.

주성분의 조성이 본 발명의 범위 외인 시료 24 내지 26은, 투자율에 대한 상대적인 주파수 특성이 뒤떨어지고 있다. 또한, 규소 화합물 및 Co/Si도 본 발명의 범위 외인 시료 26은 투자율에 대한 상대적인 주파수 특성이 시료 24, 25와 비교해 더욱 뒤떨어지고 있다.

또한, 표 3의 시료 26b, 27 내지 30(시료 27a 외)은, Si 이외의 조성을 시료 17과 동일하게 하고, Si의 함유량만을 변화시킨 시료이다. 한편, 시료 27a는 산화아연의 함유량을 0으로 해, 산화니켈의 함유량을 56.0 몰%로 한 것 외에는 시료 27b와 같은 조성의 시료이다.

표 3으로부터, 모든 주성분 및 부성분의 조성이 본 발명의 범위 내인 경우(시료 26b, 27a, 27b, 28, 29, 30a, 30b)에는, 초기 투자율(μ_i), 주파수 특성, 비저항(ρ), 직류 중첩 특성, 초기 투자율(μ_i)의 온도 특성의 전부가 양호한 것을 확인할 수 있다. 이에 대해, 규소 화합물의 함유량이 너무 많고, Co/Si가 너무 낮은 시료 30c는, 투자율에 대한 상대적인 주파수 특성 및 비저항이 뒤떨어지고 있다.

표 4의 시료 31 내지 36은, Bi 이외의 조성을 시료 19과 동일하게 하고, Bi의 함유량만을 변화시킨 시료이다. 또한, 표 4의 시료 19, 31 내지 36에 대해서는, 소결성을 확인하기 위해 상대 밀도의 측정도 행했다.

상대 밀도의 측정은, 디스크 형상으로 성형해 얻어진 소결체에 대해, 소성 후의 소결체의 치수 및 중량으로부터 소결체 밀도를 산출하고, 이론 밀도에 대한 소결체 밀도를 상대 밀도로서 산출했다. 본 실시예에서는, 상대 밀도는 80% 이상을 양호한 것으로 하고, 90% 이상을 특히 양호한 것으로 했다.

표 4로부터, 모든 주성분 및 부성분의 조성이 본 발명의 범위 내인 경우(시료 19, 33 내지 36)에는, 초기 투자율(μ_i), 주파수 특성, 비저항(ρ), 직류 중첩 특성, 초기 투자율(μ_i)의 온도 특성, 상대 밀도(소결성)의 전부가 양호한 것을 확인할 수 있다.

이에 대해, Bi의 함유량이 너무 적은 시료 31, 32는, 상대 밀도 및 비저항(ρ)이 낮아져 있다. 즉, 시료 31, 32는 소결성이 극단적으로 저하되고 있다. 또한, 시료 31, 32는 투자율에 대한 상대적인 주파수 특성도 뒤떨어지고 있다.

표 5의 시료 38 내지 41은, 부성분의 조성을 시료 6과 동일하게 하고, 주성분의 조성을 시료 6에서 변화시킨 시료이다.

표 5로부터, 모든 주성분 및 부성분의 조성이 본 발명의 범위 내인 경우(시료 6, 38 내지 40, 40a)에는, 초기 투자율(μ_i), 주파수 특성, 비저항(ρ), 직류 중첩 특성, 초기 투자율(μ_i)의 온도 특성의 전부가 양호한 것을 확인할 수 있다.

이에 대해, Fe의 함유량이 너무 많고, Ni의 함유량이 너무 적은 시료 41은, 주파수 특성이 너무 낮고, 초기 투자율(μ_i)의 온도 특성도 바람직하지 않다. 또한, Ni의 함유량이 너무 적은 시료 40b는 초기 투자율(μ_i)의 온도 특성이 바람직하지 않다.

표 6의 시료 51 내지 59는, Co 이외의 모든 조성을 본 발명의 범위 내에서 동일하게 하고, Co의 함유량만을 변화시킨 시료이다.

표 6으로부터, 모든 주성분 및 부성분의 조성이 본 발명의 범위 내인 경우(시료 53 내지 58)에는, 초기 투자율(μ_i), 주파수 특성, 비저항(ρ), 직류 중첩 특성, 초기 투자율(μ_i)의 온도 특성의 전부가 양호한 것을 확인할 수 있다.

그에 대해, 부성분으로서 Co를 함유하지 않고 Si와 Bi만을 함유하는 시료 51은, 주파수 특성이 너무 낮고, 비저항(ρ)및 직류 중첩 특성도 바람직하지 않다.

또한, 부성분으로서 Co를 함유하지만 함유량이 너무 적은 시료 52는, 시료 51과 비교해 주파수 특성, 비저항(ρ) 및 직류 중첩 특성이 개선되고 있지만, 여전히 주파수 특성 및 직류 중첩 특성이 바람직하지 않다.

또한, Co의 함유량은 본 발명의 범위 내이지만, Co/Si가 본 발명의 범위 외인 시료 59는, 비저항(ρ)이 저하되고, 초기 투자율(μ_i)의 온도 특성이 악화되었다.

표 7의 시료 61 내지 69는, Co 이외의 모든 조성을 본 발명의 범위 내에서 동일하게 하고, Co의 함유량만을 변화시킨 시료이다.

표 7로부터, 모든 주성분 및 부성분의 조성이 본 발명의 범위 내인 경우(시료 64 내지 67)에는, 초기 투자율(μ_i), 주파수 특성, 비저항(ρ), 직류 중첩 특성, 초기 투자율(μ_i)의 온도 특성의 전부가 양호한 것을 확인할 수 있다.

그에 대해, 부성분으로서 Co를 함유하지 않고 Si와 Bi만을 함유하는 시료 61은, 주파수 특성이 너무 낮고, 직류 중첩 특성도 바람직하지 않다.

또한, 부성분으로서 Co를 함유하지만 함유량이 너무 적은 시료 62, 63은, 시료 61과 비교하면 주파수 특성 및 직류 중첩 특성이 개선되고 있지만, 여전히 주파수 특성 및 직류 중첩 특성이 바람직하지 않다.

또한, Co의 함유량은 본 발명의 범위 내이지만, Co/Si가 본 발명의 범위 외인 시료 68, 69는, 초기 투자율(μ_i)의 온도 특성이 악화되었다.

표 8의 시료 71 내지 77은, Si 및 Co 이외의 조성을 시료 56과 동일하게 하고, Co의 함유량을 Co₃O₄ 환산으로 1.5 중량부로 하고, Si의 함유량을 변화시킨 시료이다.

표 8로부터, 모든 주성분 및 부성분의 조성이 본 발명의 범위 내인 경우(시료 73 내지 76)에는, 초기 투자율(μ_i), 주파수 특성, 비저항(ρ), 직류 중첩 특성, 초기 투자율(μ_i)의 온도 특성의 전부가 양호한 것을 확인할 수 있다.

이에 대해, 부성분으로서 Si를 함유하지 않는 시료 71은 초기 투자율(μ_i)의 온도 특성이 현저하게 악화되었다. 또한, 부성분으로서 Si를 함유하지만 함유량이 너무 적은 시료 72는, 시료 71과 비교하면 초기 투자율(μ_i)의 온도 특성이 개선되고 있지만, 여전히 초기 투자율(μ_i)의 온도 특성이 바람직하지 않다.

또한, Co/Si가 너무 작아지는 시료 77은, 투자율에 대한 상대적인 주파수 특성이 뒤떨어지고 있다.

표 8의 시료 81 내지 87은, Si 이외의 조성을 시료 56과 동일하게 하고, Si의 함유량만을 변화시킨 시료이다. 한편, 시료 82는 산화아연의 함유량을 0으로 하고 산화니켈의 함유량을 54.7 몰%로 한 것 외에는 시료 83과 같은 조성의 시료이다.

모든 주성분 및 부성분의 조성이 본 발명의 범위 내인 경우(시료 82 내지 86)에는, 초기 투자율(μ_i), 주파수 특성, 비저항(ρ), 직류 중첩 특성, 초기 투자율(μ_i)의 온도 특성의 전부가 양호했다.

이에 대해, 부성분으로서 Si를 함유하지 않는 시료 81은 초기 투자율(μ_i)의 온도 특성이 현저하게 악화되었다.

또한, Si의 함유량이 너무 많아, Co/Si가 너무 작아지는 시료 87은, 투자율에 대한 상대적인 주파수 특성 및 비저항(ρ)이 뒤떨어지고 있다.

표 8의 시료 91 내지 98은, Si 및 Co 이외의 조성을 시료 56과 동일하게 하고, Co의 함유량을 Co₃O₄ 환산으로 4.8 중량부로 하고, Si의 함유량을 변화시킨 시료이다.

표 8로부터, 모든 주성분 및 부성분의 조성이 본 발명의 범위 내인 경우(시료 93 내지 97)에는, 초기 투자율(μ_i), 주파수 특성, 비저항(ρ), 직류 중첩 특성, 초기 투자율(μ_i)의 온도 특성의 전부가 양호한 것을 확인할 수 있다.

이에 대해, 부성분으로서 Si를 함유하지 않는 시료 91은 초기 투자율(μ_i)의 온도 특성이 현저하게 악화되었다. 또한, 부성분으로서 Si를 함유하지만 Co/Si가 너무 큰 시료 92는, 시료 91과 비교하면 초기 투자율(μ_i)의 온도 특성이 개선되고 있지만, 여전히 초기 투자율(μ_i)의 온도 특성이 바람직하지 않다.

또한, Si가 너무 많은 시료 98은, 투자율에 대한 상대적인 주파수 특성 및 비저항(ρ)이 뒤떨어지고 있다.

표 9의 시료 101 내지 108은, Bi 이외의 조성을 시료 56과 동일하게 하고, Bi의 함유량만을 변화시킨 시료이다. 시료 111 내지 118은, Bi 이외의 조성을 시료 65와 동일하게 하고, Bi의 함유량만을 변화시킨 시료이다. 또한, 표 9의 시료 56, 65, 101 내지 118에 대해서는, 소결성을 확인하기 위해 상대 밀도의 측정도 행했다.

표 9로부터, 모든 주성분 및 부성분의 조성이 본 발명의 범위 내인 경우(시료 56, 65, 103 내지 108, 113 내지 118)에는, 초기 투자율(μ_i), 주파수 특성, 비저항(ρ), 직류 중첩 특성, 초기 투자율(μ_i)의 온도 특성, 상대 밀도(소결성)의 전부가 양호한 것을 확인할 수 있다.

이에 대해, Bi의 함유량이 너무 적은 시료 101, 102, 111, 112는, 상대 밀도 및 비저항(ρ)이 낮아지고 있다. 즉, 시료 101, 102, 111, 112는 소결성이 극단적으로 저하되고 있다. 또한, 시료 101, 102, 111, 112는 투자율에 대한 상대적인 주파수 특성도 뒤떨어지고 있다.

표 10의 시료 121 내지 124는 ZrO₂의 함유량을 변화시킨 것 외에는 시료 56과 동일한 조성이다. 또한, 표 10의 시료 56, 121 내지 124에 대해서는, 소결성을 확인하기 위해 상대 밀도의 측정도 행했다.

표 10으로부터, 모든 주성분 및 부성분의 조성이 본 발명의 범위 내인 경우(시료 56, 121 내지 124)에는, 초기 투자율(μ_i), 주파수 특성, 비저항(ρ), 직류 중첩 특성, 초기 투자율(μ_i)의 온도 특성, 상대 밀도(소결성)의 전부가 양호한 것을 확인할 수 있다.

1…적층형 인덕터
2…소자
3…단자 전극
4…페라이트층
5…코일 도체
5a, 5b…인출 전극
10…LC 복합 전자 부품
12…인덕터부
14…콘덴서부

Claims

주성분과 부성분을 갖는 페라이트 조성물로서,
상기 주성분이, 산화철을 Fe₂O₃ 환산으로 26.8 내지 44 몰%, 산화동을 CuO 환산으로 4 내지 14 몰%, 산화아연을 ZnO 환산으로 0 내지 25.7 몰% 함유하고, 잔부가 NiO 환산으로 40.0 몰% 이상 54.7 몰% 이하의 산화니켈로 구성되고,
상기 주성분 100 중량부에 대해, 상기 부성분으로서 규소 화합물을 SiO₂ 환산으로 0.8 내지 10.0 중량부, 코발트 화합물을 Co₃O₄ 환산으로 1.0 내지 12.8 중량부, 비스무트 화합물을 Bi₂O₃ 환산으로 0.7 내지 30.0 중량부 함유하고,
Co₃O₄로 환산한 상기 코발트 화합물의 함유량을, SiO₂로 환산한 상기 규소 화합물의 함유량으로 나눈 값이 0.4 내지 5.5이며,
산화지르코늄의 함유량이 ZrO₂ 환산으로 1.0 중량% 이하(0을 포함한다)이고,
상기 페라이트 조성물은, 페라이트 입자와, 인접하는 결정입자 사이에 존재하는 결정립계를 갖고 있으며, 상기 결정입자의 평균 결정입자경은 0.2 내지 1.5㎛인 것을 특징으로 하는 페라이트 조성물.
제1항에 기재된 페라이트 조성물로 구성되는 페라이트 소결체를 갖는 전자 부품.