KR101899734B1 - 페라이트 조성물 및 전자 부품 - Google Patents

Abstract

주성분이, Fe의 화합물을 Fe₂O₃ 환산으로 23.0 내지 47.0 몰%, Cu의 화합물을 CuO 환산으로 3.0 내지 16.0 몰%, Zn의 화합물을 ZnO 환산으로 4.0 내지 39.0 몰%, Si의 화합물을 SiO₂ 환산으로 1.5 내지 13.0 몰% 함유하고, 잔부가 Ni 화합물로 구성되는 페라이트 조성물이다. 상기 주성분 100 중량부에 대해, 부성분으로서 Co 화합물을 Co₃O₄ 환산으로 0.1 내지 8.0 중량부, Bi 화합물을 Bi₂O₃ 환산으로 0.25 내지 5.00 중량부 함유한다.

Description

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

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

스마트폰 등 휴대 기기의 고성능화의 진전이 현저하다. 최근에는, NFC(Near field communication)나 비접촉 급전 등의 채용이 진행되어, 종래에 비해 높은 교류 전류가 흐르는 회로가 증가하고 있다.

또한, 전자 부품의 고밀도화에 대응해, 부품의 소형화에 대한 요구가 여전히 강하다. 일반적으로, 인덕턴스 소자는 교류 전류가 증가하거나 소형화를 하면 Q치가 저하한다. 이와 같은 상황 때문에, 교류 전류치가 증가하거나 소형화를 해도 높은 Q치가 얻어지는 자심 재료와 이를 이용한 인덕턴스 소자가 요구되고 있다.

특히, 적층형 인덕터에서는 코일 도체와 페라이트층이 일체적으로 소성될 것이 요구된다. 이 때문에, 적층형 인덕터용의 페라이트 조성물은 소결 온도를 코일 도체의 융점 이하로 할 것이 요구된다.

특허 문헌 1에는, NiCuZn계 페라이트에 SiO₂, CoO를 첨가함으로써 항응력 특성을 갖는 자성 재료가 개시되어 있다. 그러나, 특허 문헌 1의 자성 재료는 1050℃ 이상에서 소결하는 재료이다. 게다가, 높은 진폭 전류에 대한 Q치가 개시되어 있지 않다.

특허 문헌 2에는, 스피넬 페라이트와 규산아연으로 이루어지는 NiCuZn계 페라이트를 이용함으로써 뛰어난 직류 중첩 특성을 갖는 페라이트 재료가 개시되어 있다. 그러나, 특허 문헌 2의 페라이트 재료는 높은 진폭 전류에 대한 Q치가 개시되어 있지 않다.

특허 문헌 3에는, NiCuZn계 페라이트에 코발트 산화물을 첨가함으로써 높은 진폭 전류에서도 자기 손실이 작은 페라이트 재료가 개시되어 있다. 그러나, 특허 문헌 3에 개시된 페라이트 재료는 인덕턴스의 온도 변화율이 너무 커, 최근의 온도 특성에 대한 요구를 충족시킬 수 없는 경우가 많다.

상기 특허 문헌 1 내지 3의 기술에서는, 각각의 기술이 목적하는 특성에 대해서는 일정한 효과를 얻을 수 있지만, 다른 특성을 희생하고 있는 경우가 많다. 또한, 하나의 특성이 뛰어난 것만으로는 용도가 한정되어 버린다. 따라서, 더욱 고성능의 페라이트 조성물이 요구되고 있다.

특허 문헌 1: 일본 특허공개 평02-137301호 공보 특허 문헌 2: 일본 특허 제5582279호 공보 특허 문헌 3: 일본 특허공개 2013-060332호 공보

본 발명은 이와 같은 실상을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은 저온 소결이 가능하고, 높은 외부 자계(수십 내지 수백 A/m)하에서 외부 자계의 변화에 대한 Q치의 변화가 적고, 높은 진폭 전류에 대한 Q치의 열화가 적고, 직류 중첩 특성이 양호하고, 온도 특성도 뛰어난 페라이트 조성물과, 소형화가 가능한 전자 부품을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 페라이트 조성물은,

주성분이, Fe 화합물을 Fe₂O₃ 환산으로 23.0 내지 47.0 몰%, Cu 화합물을 CuO 환산으로 3.0 내지 16.0 몰%, Zn 화합물을 ZnO 환산으로 4.0 내지 39.0 몰%, Si 화합물을 SiO₂ 환산으로 1.5 내지 13.0 몰% 함유하고, 잔부는 Ni 화합물로 구성되고,

상기 주성분 100 중량부에 대해, 부성분으로서 Co 화합물을 Co₃O₄ 환산으로 0.1 내지 8.0 중량부, Bi 화합물을 Bi₂O₃ 환산으로 0.25 내지 5.00 중량부 함유하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 페라이트 조성물은, 주성분을 구성하는 산화물의 함유량을 상기 범위로 하고, 부성분으로서 산화비스무트 및 산화코발트를 상기 범위로 더 함유시킴으로써 저온 소결이 가능해진다. 예를 들어, 내부 전극으로서 이용될 수 있는 Ag의 융점 이하인 900℃ 정도(950℃ 이하)에서 소결할 수 있게 된다. 또한, 본 발명에 따른 페라이트 조성물은, 소결 후에, 종래의 외부 자계(1 내지 2 A/m)에 비해 높은 외부 자계(수십 내지 수백 A/m)하에서 외부 자계를 상승시켜도 Q치의 저하율이 작고, 높은 진폭 전류에 대한 Q치의 열화가 적다. 또한, 본 발명에 따른 페라이트 조성물은 온도 특성 및 직류 중첩 특성도 뛰어나고, 비저항도 크다.

본 발명에 따른 페라이트 조성물로 구성되는 페라이트 소결체는, 전술한 바와 같이 큰 진폭의 신호하에서 특성이 악화되지 않기 때문에, 전자 부품의 소형화를 도모할 수 있다.

본 발명에 따른 페라이트 조성물로 구성되는 페라이트 소결체는, 전술한 바와 같이 직류 중첩 특성이 우수하기 때문에, 인가 자계에 대한 투자율의 변화가 적어 안정적인 인덕턴스를 얻을 수 있다. 이에 따라 전자 부품을 소형화해도, 종래의 페라이트를 이용한 대형 전자 부품과 비교해 큰 차이 없는 특성을 얻을 수 있다.

본 발명에 따른 페라이트 조성물은 전술한 바와 같이 온도 특성이 양호하다. 따라서, 본 발명에 따른 페라이트 조성물을 이용한 자심(磁芯)이나 적층형 인덕터 등의 전자 부품은 폭넓은 온도 환경에서 적합하게 사용할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 페라이트 조성물을 이용한 전자 부품의 내부 전극으로는 Ag를 이용할 수 있다. Ag는 다른 금속과 비교해 저렴하고 직류 저항이 작다.

본 발명에 따른 페라이트 조성물은, 바람직하게는 Zn₂SiO₄상을 갖는다.

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

예를 들면, 코일 도체 및 세라믹층이 적층되어 구성되는 전자 부품으로서, 상기 코일 도체가 Ag를 함유하고, 상기 세라믹층이 상기 페라이트 조성물로 구성되는 전자 부품이다.

본 발명에 따른 전자 부품은, 종래의 페라이트 조성물로 구성되는 페라이트 소결체를 갖는 전자 부품과 비교해, 큰 진폭의 신호하에서 특성이 악화되지 않기 때문에, 전자 부품의 소형화를 도모할 수 있다.

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

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 적합하다. 예를 들어, LC 복합 전자 부품, NFC 코일, 적층형 임피던스 소자, 적층형 트랜스에도 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.

이하, 본 발명을 도면에 나타내는 실시 형태에 기초해 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, 주성분으로 산화철, 산화동, 산화아연, 산화니켈 및 산화규소를 함유한다.

주성분 100 몰% 중 산화철의 함유량은, Fe₂O₃ 환산으로, 23.0 내지 47.0 몰%, 바람직하게는 28.0 내지 44.0 몰%, 더 바람직하게는 33.0 내지 37.0 몰%이다. 산화철의 함유량이 너무 많거나 너무 적어도 소결성이 열화된다. 특히 저온 소결시의 소결 밀도가 저하되는 경향이 있다. 또한, 소결성의 열화에 의해 비저항이 현저하게 저하된다.

주성분 100 몰% 중 산화동의 함유량은, CuO 환산으로, 3.0 내지 16.0 몰%, 바람직하게는 5.0 내지 14.0 몰%, 더 바람직하게는 5.5 내지 14.0 몰%, 가장 바람직하게는 7.0 내지 8.0 몰%이다. 산화동의 함유량이 너무 적으면, 소결성이 열화되고, 특히 저온 소결시의 소결 밀도가 저하되는 경향이 있다. 또한, 소결성의 열화에 의해 비저항이 현저하게 저하된다. 산화동의 함유량이 너무 많으면, 직류 중첩 특성 및 외부 자계의 증가에 대한 Q치의 저하율이 악화되는 경향이 있다.

주성분 100 몰% 중 산화아연의 함유량은, ZnO 환산으로, 4.0 내지 39.0 몰%, 바람직하게는 5.0 내지 39.0 몰%, 더 바람직하게는 21.0 내지 32.0 몰%이다. 산화아연의 함유량이 너무 적으면, 초기 투자율(μ_i)이 너무 낮아지는 경향이 있다. 산화아연의 함유량이 너무 많으면, 직류 중첩 특성 및 외부 자계의 증가에 대한 Q치의 저하율이 악화되는 경향이 있다. 또한, 퀴리 온도도 저하되는 경향이 있다.

주성분 100 몰% 중 산화규소의 함유량은, SiO₂ 환산으로, 1.5 내지 13.0 몰%, 바람직하게는 3.0 내지 11.0 몰%, 더 바람직하게는 7.0 내지 9.5 몰%이다. 산화규소의 함유량이 너무 적으면, 직류 중첩 특성 및 외부 자계의 증가에 대한 Q치의 저하율이 악화되는 경향이 있다. 너무 많으면, 직류 중첩 특성 및 외부 자계의 증가에 대한 Q치의 저하율이 악화되는 경향이 있다.

주성분의 잔부는, 산화니켈로 구성된다.

본 실시 형태에 따른 페라이트 조성물은, 상기 주성분 외에 부성분으로 산화비스무트 및 산화코발트를 함유한다.

산화비스무트의 함유량은, 주성분 100 중량부에 대해, Bi₂O₃ 환산으로, 0.25 내지 5.00 중량부, 바람직하게는 0.50 내지 3.00 중량부, 더 바람직하게는 0.50 내지 1.00 중량부이다. 산화비스무트의 함유량이 너무 적으면, 소결성이 열화되고, 특히 저온 소결시의 소결 밀도가 저하되는 경향이 있다. 또한, 소결성의 열화에 의해 비저항이 현저하게 저하된다. 너무 많으면, 비저항이 저하되는 경향이 있다. 또한, 직류 중첩 특성 및 외부 자계의 증가에 대한 Q치의 저하율이 악화되는 경향이 있다.

산화코발트의 함유량은, 주성분 100 중량부에 대해, Co₃O₄ 환산으로, 0.1 내지 8.0 중량부, 바람직하게는 0.1 내지 3.0 중량부, 더 바람직하게는 0.4 내지 0.8 중량부이다. 산화코발트의 함유량이 너무 적으면, 비저항이 저하되는 경향이 있다. 산화코발트의 함유량이 너무 많으면, 비저항이 저하되는 경향이 있다. 또한, 초기 투자율의 온도 특성이 악화되는 경향이 있다.

한편, 각 주성분 및 각 부성분의 함유량은, 유전체 자기 조성물의 제조시에, 원료 분말 단계로부터 소성 후까지의 각 공정에서 거의 변화하지 않는다.

본 발명에 따른 페라이트 조성물에서는, 주성분의 조성 범위가 상기 범위로 제어되고 있는 것 외에, 부성분으로서 산화비스무트 및 산화코발트가 상기 범위 내에서 함유된다. 그 결과, 고특성화와 저온 소결을 양립시키고 있다. 구체적으로는, 본 발명에 따른 페라이트 조성물은 외부 자계의 증가에 대한 Q치의 저하율이 낮기 때문에, 진폭 전류의 상승에 대한 Q치의 저하도 작다. 또한, 본 발명에 따른 페라이트 조성물은, 직류 중첩 특성 및 초기 투자율의 온도 특성도 양호하다. 또한, 본 발명에 따른 페라이트 조성물은, 내부 전극으로서 이용되는 Ag의 융점 이하인 900℃ 정도에서 소결하는 것이 가능하다. 이 때문에, 여러 가지의 용도로의 적용이 가능해진다. 또한, 본 발명에 따른 페라이트 조성물은, 큰 진폭의 신호하에서 특성이 악화되지 않기 때문에, 전자 부품의 소형화를 도모할 수 있다.

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 중량부 정도이다.

특히, 산화마그네슘의 함유량은 0.5 중량부 이하로 하는 것이 바람직하다. 산화마그네슘의 함유량을 0.5 중량부 이하로 함으로써 MgO와 SiO₂의 반응을 억제해, 후술하는 Zn₂SiO₄상을 생성하기 쉬워진다.

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 중량부 이하 정도라면 함유되어도 무방하다.

특히, Al의 함유량을 Al₂O₃ 환산으로 0.05 중량부 이하로 함으로써, 소결성 및 비저항을 향상시키기 쉬워진다.

본 실시 형태에 따른 페라이트 조성물에서의 결정입자의 평균 결정입자경은, 바람직하게는 0.2 내지 1.5㎛이다.

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), 산화아연(ZnO), 산화규소(SiO₂) 혹은 복합 산화물 등을 이용할 수 있다. 상기 복합 산화물로는, 예를 들면 규산아연(Zn₂SiO₄)을 들 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, 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, 공기중에서 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. 가소 시간 및 가소 온도에 특별히 제한은 없다. 가소는 통상적으로 대기(공기)중에서 실시하지만, 대기중보다 산소 분압이 낮은 분위기에서 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.

한편, 전술한 분쇄 재료의 제조 방법에서는, 주성분의 분말 및 부성분의 분말을 모두 혼합한 후에 가소하고 있다. 그러나, 분쇄 재료의 제조 방법은 상기 방법으로 한정되지 않는다.

가소 전에 혼합한 원료 분말 중 일부 원료 분말에 대해서는, 가소 전에 다른 원료 분말과 혼합시키는 대신, 가소 후, 가소 재료의 분쇄 시에 혼합시키는 것도 가능하다.

바람직하게는, 산화규소, 산화비스무트 및 산화코발트는 가소 재료의 분쇄 시에 혼합시킨다. 산화규소를 가소 재료의 분쇄 시에 혼합시키는 경우에는, 산화규소와 함께 산화아연의 일부 또는 전부를 혼합시키는 것이 바람직하다. 소결 과정에서 후술하는 Zn₂SiO₄상이 형성되기 쉬워지기 때문이다.

또한, 가소 재료의 분쇄 시에 산화규소와 함께 산화아연을 혼합시키는 경우에는, 가소 재료의 분쇄 시에 혼합시키는 산화아연의 양을, 물질량 기준으로 가소 재료의 분쇄 시에 혼합시키는 산화규소의 양의 1.0 내지 3.0배로 하는 것이 바람직하다. 소결 과정에서 후술하는 Zn₂SiO₄상이 형성되기 쉬워지기 때문이다.

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.

본 발명에 따른 페라이트 조성물에 대해 X선 회절이나, EPMA, STEM에서의 원소 분석 해석 등을 실시하면, 페라이트상의 존재를 확인할 수 있다. 본 발명에 따른 페라이트 조성물의 바람직한 실시 형태에서는, 상기 페라이트상과는 별도로 Zn₂SiO₄상이 존재하고 있다. 상기 Zn₂SiO₄상의 존재는 X선 회절이나, EPMA, STEM에서의 원소 분석 해석 등으로 확인할 수 있다. 어떤 방법으로 확인하는 경우라도, 관찰 시야의 배율은 5000 내지 50000배로 관찰하는 것이 바람직하다.

또한, Zn₂SiO₄상의 함유량은 X선 회절 장치에 의해 확인할 수 있다. 이하, 본원에서의 Zn₂SiO₄상의 함유량의 정의 및 측정 방법에 대해 설명한다.

X선 회절 장치에서 페라이트 조성물의 X선 회절 강도를 측정해, 페라이트 조성물에서의 스피넬형 페라이트상의 (311)면의 피크 강도(I_A)와 Zn₂SiO₄의 (113)면의 피크 강도(I_B)를 측정한다. 본원에서의 Zn₂SiO₄상의 함유량은, 상기 I_A로 상기 I_B를 나눈 값(I_B/I_A)으로 한다. 한편, X선 회절 장치에 의해 측정한 강도로부터 백그라운드를 뺀 값을 상기 X선 회절 강도로 한다.

Zn₂SiO₄상의 함유량은, 스피넬형 페라이트상의 (311)면의 피크 강도(I_A)에 대한 Zn₂SiO₄의 (113)면의 피크 강도(I_B)의 피크 강도비(I_B/I_A)가 0.006 이상인 것이 바람직하다. 또한, Zn₂SiO₄상의 함유량의 상한으로 특별히 한정은 없지만, 상기 I_B/I_A가 0.190 이하인 것이 바람직하다.

Zn₂SiO₄상은 탄성률 및 열팽창 계수가 페라이트상과 비교해 작다고 생각된다. 그리고, Zn₂SiO₄상이 페라이트상에 열팽창 계수의 차이에 근거하는 응력을 인가함으로써 바람직한 인덕턴스 특성을 가져오고 있는 것이라고 생각된다. 이상의 이유에 의해, Zn₂SiO₄상이 형성된 페라이트 조성물은 Zn₂SiO₄상이 형성되지 않은 페라이트 조성물과 비교해 특성이 우수하다고 본 발명자들은 추측하고 있다.

한편, Zn₂SiO₄상은 소결 후의 페라이트 조성물에 존재하고 있으면 되고, 소결 전의 페라이트 조성물에는 반드시 존재하고 있지 않아도 된다. 또한, 가소 재료의 분쇄 시에 산화규소와 함께 산화아연을 일부 혼합시킨 경우, 혹은 가소 재료의 분쇄 시에 규산아연(Zn₂SiO₄)을 첨가한 경우에 Zn₂SiO₄상이 형성되기 쉽다. 가소 재료의 분쇄 시에 산화규소와 함께 산화아연을 일부 혼합시킨 경우에는, 소결 과정에서 산화아연(ZnO)과 산화규소(SiO₂)가 화합해 Zn₂SiO₄상이 형성된다. 단, Zn₂SiO₄상의 형성 방법은 상기 방법으로 한정되지 않는다.

또한, 산화비스무트(Bi₂O₃)는 소결 온도를 저하시키는 작용을 갖는다. 또한, 소결 과정에서 Zn₂SiO₄상의 생성을 촉진시키는 작용도 갖는다. 그리고, 가소 재료의 분쇄 시에 산화비스무트를 첨가하는 경우, 특히 Zn₂SiO₄상의 생성을 촉진시키는 작용이 커져, 안정적으로 Zn₂SiO₄상을 생성할 수 있게 된다.

또한, 산화코발트(Co₃O₄)는 비저항을 향상시켜, 높은 진폭 전류에 대한 Q치의 저하를 억제하지만, 동시에 초기 투자율의 온도 특성을 악화시키는 경향이 있다. 그러나, Zn₂SiO₄상이 존재함으로써 초기 투자율의 온도 특성 악화를 억제하는 효과가 있다. 동시에, 높은 진폭 전류에 대한 Q치의 저하를 억제하는 효과를 최대한 발휘시키는 효과가 있다.

《실시예》

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

우선, 주성분의 원료로서 Fe₂O₃, NiO, CuO, ZnO, SiO₂를 준비했다. 부성분의 원료로서 Bi₂O₃, Co₃O₄를 준비했다. 한편, 출발 원료의 평균 입경은 0.05 내지 1.00㎛인 것이 바람직하다.

다음으로, 준비한 주성분 원료의 분말 및 부성분 원료의 분말을, 소결체로서 표 1에 기재한 조성이 되도록 칭량했다.

칭량 후에, 준비한 주성분 원료 가운데 Fe₂O₃, NiO, CuO, 및 필요에 따라 ZnO의 일부를 볼 밀로 16시간 습식 혼합해 원료 혼합물을 얻었다.

다음으로, 얻어진 원료 혼합물을 건조한 후에, 공기중에서 가소해 가소물을 얻었다. 가소 온도는 원료 혼합물의 조성에 따라 500 내지 900℃의 범위에서 적절하게 선택했다. 그 후, 가소물에 상기 부성분의 원료, SiO₂, 및 상기 습식 혼합 공정에서 혼합하지 않은 ZnO의 잔부를 첨가하면서 볼 밀로 분쇄해 분쇄 분말을 얻었다.

가소물에 첨가하는 상기 ZnO의 잔부의 양에 대해서는, 몰 환산으로 상기 SiO₂ 첨가량의 1.0 내지 3.0배가 되도록 했다.

다음으로, 이 분쇄 분말을 건조한 후, 분쇄 분말 100 중량부에, 바인더로서의 6 wt% 농도의 폴리비닐 알코올 수용액을 10.0 중량부 첨가해 조립(造粒)해 과립으로 했다. 이 과립을 가압 성형해, 토로이덜(toroidal) 형상 A(치수=외경 13㎜×내경 6㎜×높이 3㎜)의 성형체, 토로이덜 형상 B(치수=외경 8㎜×내경 4㎜×높이 2.5㎜)의 성형체, 및 디스크 형상(치수=외경 12㎜×높이 2㎜)의 성형체를 얻었다.

다음으로, 이들 각 성형체를, 공기중에서, Ag의 융점(962℃) 이하인 860 내지 900℃에서 2시간 소성해, 소결체로서의 토로이덜 코어 샘플 A, 토로이덜 코어 샘플 B 및 디스크 샘플을 얻었다. 또한, 얻어진 각 샘플에 대해 이하의 특성 평가를 실시했다. 한편, 칭량한 원료 분말과 소성 후의 성형체에서 조성이 거의 변화하지 않은 것을 형광 X선 분석 장치에 의해 확인했다.

비저항(ρ)

디스크 샘플의 양면에 In-Ga 전극을 도포하고, 직류 저항값을 측정해, 비저항(ρ)을 구했다(단위: Ω·m). 측정에는 IR 미터(HEWLETT PACKARD 제품 4329A)를 이용했다. 본 실시예에서는, 비저항(ρ) 10⁶ Ω·m 이상을 양호라고 했다. 비저항(ρ)이 10⁵ Ω·m 미만의 샘플에 대해서는, 다른 특성 평가를 실시하기에 적합하지 않다고 판단해, 이하의 특성 평가를 생략한 경우가 있다.

초기 투자율(μ _i )

토로이덜 코어 샘플 A에 동선 와이어를 10회 감고, LCR 미터(Agilent Technologies 제품 4991A)를 사용해, 초기 투자율(μ_i)을 측정했다. 측정 조건은 측정 주파수 1㎒, 측정 온도 25℃로 했다.

직류 중첩 특성

토로이덜 코어 샘플 A에 동선 와이어를 10회 감고 직류 전류를 인가했을 때의 투자율(μ)을 측정했다. 인가하는 직류 전류를 0 내지 8A까지 변화시키면서 투자율(μ)을 측정해, 횡축에 직류 전류를, 종축에 투자율을 나타내 그래프화했다. 직류 전류 0A일 때의 투자율이 초기 투자율(μ_i)이다. 그리고, 투자율이 μ_i로부터 30% 저하할 때의 전류치 Idc 30% down을 구했다.

인가하는 직류 전류가 8A 이하의 단계에서 투자율이 30% 저하한 경우에는, 투자율이 30% 저하했을 때의 직류 전류가 Idc 30% down이다. 인가하는 직류 전류가 8A의 시점에서 투자율이 30% 저하하지 않은 경우는, 직류 전류 8A에서의 그래프의 기울기로부터 Idc 30% down을 산출했다. 인가하는 직류 전류가 0 내지 8A의 사이에서 투자율(μ)이 변화하지 않은 경우는, Idc 30% down은 미포화로 했다.

본 실시예에서는, Idc 30% down이 미포화 또는 10.0A 이상인 경우에 직류 중첩 특성이 양호하다고 했다.

Q치의 저하율

토로이덜 코어 샘플 B에 동선 와이어를 1차측에 6회, 2차측에 3회 감고, B-H 애널라이저(IWATSU TEST INSTRUMENTS 제품 SY-8218) 및 앰프(NF 회로설계블록 제품 4101-IW)를 사용해, 외부 자계를 100 A/m 인가한 경우의 Q치, 및 500 A/m 인가한 경우의 Q치를 측정했다. 외부 자계 이외의 측정 조건으로는, 측정 주파수 3㎒, 측정 온도 25℃로 했다. 측정한 Q치로부터 외부 자계를 100 A/m에서 500 A/m로 상승시켰을 경우의 Q치의 저하율을 산출했다.

본 실시예에서는, 외부 자계를 100 A/m에서 500 A/m로 상승시켰을 경우의 Q치의 저하율이 45.0% 이하인 경우를 양호라고 했다. 한편, Q치의 저하율이 작은 경우에는, 높은 진폭 전류에 대한 Q치의 열화도 적어진다.

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 했다.

Zn ₂ SiO ₄ 상의 유무 및 함유량

상기 소결 후의 페라이트 조성물에 대해, Zn₂SiO₄상의 유무를 STEM에 의해 조사했다. 관찰 시야의 배율은 20000배이다. 또한, Zn₂SiO₄의 함유량을 X선 회절 장치(Panalytical 제품 X'Pert PRO MPD CuKα선)에 의해 조사했다.

이상의 시험 결과를 표 1에 정리했다.

표 1로부터, 주성분 및 부성분의 함유량이 본 발명의 범위 내인 경우에 모든 특성이 양호한 것을 확인할 수 있었다.

주성분의 조성이 본 발명의 범위 내이면서 Co₃O₄가 함유되어 있지 않은 경우(시료 No. 4, 11, 47)에는, 비저항(ρ)이 10⁶ 미만이 되었다. Co₃O₄의 첨가량이 8.0 중량부를 넘는 경우(시료 No. 5a, 5d)에는, 초기 투자율의 온도 특성 또는 비저항(ρ)이 악화되었다.

주성분의 조성이 본 발명의 범위 내이면서 Bi₂O₃가 함유되어 있지 않은 경우(시료 No. 21, 25, 47)에는, 비저항(ρ)이 현저하게 저하되어 10⁵ 미만이 되었다. Bi₂O₃의 첨가량이 5.00 중량부를 넘는 경우(시료 No. 13)에는, 비저항이 10⁶ 미만이 되고, 직류 중첩 특성 및 Q치의 저하율이 악화되었다.

Fe₂O₃의 함유량이 23.0 몰% 미만의 경우(시료 No. 27)에는, 비저항이 현저하게 저하되어 10⁵ 미만이 되었다.

ZnO의 함유량이 43.0 몰%를 넘는 경우(시료 No. 48)에는, 직류 중첩 특성 및 Q치의 저하율이 악화되었다. 또한, 퀴리 온도가 100℃ 이하로 저하되었기 때문에, 초기 투자율의 온도 특성을 측정할 수 없었다.

CuO의 함유량이 3.0 몰% 미만의 경우(시료 No. 49)에는, 비저항이 현저하게 저하되어 10⁵ 미만이 되었다.

SiO₂의 함유량이 1.5 몰% 미만의 경우(시료 No. 12, 40, 44)에는, 직류 중첩 특성이 악화되었다. 시료 No. 12, 44에서는 Q치의 저하율도 악화되었다. SiO₂의 함유량이 13.0 몰%를 넘는 경우(시료 No. 48)에는, 직류 중첩 특성 및 Q치의 저하율이 악화되었다.

모든 실시예에서의 소결 후의 페라이트 조성물에서, Zn₂SiO₄상이 존재하는 것을 확인할 수 있었다. 그리고, 상기 Zn₂SiO₄상의 함유량(I_B/I_A)이 0.006 이상인 것을 확인할 수 있었다.

다음으로, 준비한 주성분 원료의 분말 및 부성분 원료의 분말을, 소결체로서 표 2 내지 표 8에 기재한 조성이 되도록 칭량한 것 외에는 표 1에 기재한 실시예와 동일하게 실시했다. 한편, 표 8의 시료 번호 121에서는 산화마그네슘을, 시료 번호 122에서는 산화알루미늄을, 각각 소정량 첨가했다.

표 2 내지 표 7로부터, 소정 범위 내에서 각 성분의 함유량을 변화시켜도, 주성분 및 부성분의 함유량이 본 발명의 범위 내인 경우에 모든 특성이 양호해지는 것을 확인할 수 있었다. 표 8로부터, 산화마그네슘 및 산화알루미늄을 첨가해도 주성분 및 부성분의 함유량이 본 발명의 범위 내인 경우에 모든 특성이 양호해지는 것을 확인할 수 있었다.

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 (5)

1. 주성분이, Fe 화합물을 Fe₂O₃ 환산으로 28.0 내지 44.0 몰%, Cu 화합물을 CuO 환산으로 5.5 내지 14.0 몰%, Zn 화합물을 ZnO 환산으로 4.0 내지 39.0 몰%, Si 화합물을 SiO₂ 환산으로 1.5 내지 13.0 몰% 함유하고, 잔부는 Ni 화합물로 구성되고,
   상기 주성분 100 중량부에 대해, 부성분으로서 Co 화합물을 Co₃O₄ 환산으로 0.1 내지 8.0 중량부, Bi 화합물을 Bi₂O₃ 환산으로 0.25 내지 5.00 중량부 함유하고,
   상기 주성분 100 중량부에 대해, 산화마그네슘의 함유량이 0.5 중량부 이하이며, Zn₂SiO₄상을 갖는 것을 특징으로 하는 페라이트 조성물.
2. 제1항에 있어서,
   상기 주성분 100 중량부에 대해, Al의 함유량이 Al₂O₃ 환산으로 0.05 중량부 이하인 페라이트 조성물.
3. 제1항 또는 제2항에 기재된 페라이트 조성물로 구성되는 페라이트 소결체를 갖는 전자 부품.
4. 삭제
5. 삭제

Images