KR20100101012A - 적층 코일 부품 및 그 제조 방법 - Google Patents

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가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼
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Abstract

내부도체를 구성하는 Ag의 마이그레이션을 억제함과 아울러 자성체 세라믹층과 내부도체층 사이에 공극을 형성하는 일없이 내부응력의 문제를 완화하여 직류저항이 낮고, 또한 서지 등에 의한 내부도체의 단선이 발생하기 어려운 신뢰성이 높은 적층 코일 부품을 제공한다. 내부도체(2)의 표면에 금속막(20)을 분포시키고, 금속막(20)을 포함하는 내부도체(2)와 내부도체 주위의 자성체 세라믹(11)의 계면(A)에는 공극이 존재하지 않으며, 또한 내부도체(2)와 자성체 세라믹(11)의 계면(A)이 해리된 상태로 된다. 자성체 세라믹 소자의 측면으로부터 내부도체의 측부와 자성체 세라믹 소자의 측면 사이의 영역인 사이드 갭부를 거쳐서 금속을 함유하는 산성 용액을 침투시키고, 내부도체와 그 주위의 자성체 세라믹의 계면에 산성 용액을 도달시킴으로써 내부도체의 표면에 상기 금속을 석출시킨다.

Description

적층 코일 부품 및 그 제조 방법{MULTILAYER COIL COMPONENT AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME}
본 발명은 자성체 세라믹층을 개재하여 배열되며 Ag를 주성분으로 하는 내부도체를 층간 접속함으로써 형성된 나선형상 코일을 자성체 세라믹 소자의 내부에 구비한 적층 코일 부품 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
최근, 전자부품의 소형화로의 요구가 커지고, 코일 부품에 관해서도 그 주류는 소형화에 적합한 적층형의 것으로 옮겨지고 있다.
그런데, 자성체 세라믹과 내부도체를 동시 소성해서 얻어지는 적층 코일 부품은 자성체 세라믹층과 내부도체층 사이에서 열팽창계수의 차이로부터 발생하는 내부응력이 자성체 세라믹의 자기 특성을 저하시켜 적층 코일 부품의 임피던스값의 저하나 편차를 야기한다고 하는 문제점이 있다.
그래서, 이러한 문제점을 해소하기 위해서, 소성 후의 자성체 세라믹 소자를 산성의 도금액 속에 침지 처리하여 자성체 세라믹층과 내부도체층 사이에 공극을 형성함으로써 내부도체층에 의한 자성체 세라믹층으로의 응력의 영향을 회피하고, 임피던스값의 저하나 편차를 해소하도록 한 적층형 임피던스 소자가 제안되어 있다(특허문헌 1).
그러나, 이 특허문헌 1의 적층형 임피던스 소자에 있어서는 자성체 세라믹 소자를 도금액 속에 침지하여 내부도체층이 자성체 세라믹 소자의 표면에 노출되는 부분으로부터 도금액을 내부에 침투시킴으로써 자성체 세라믹층과 내부도체층 사이에 불연속인 공극을 형성하도록 하고 있기 때문에 자성체 세라믹층 사이에 내부도체층과 공극이 형성되게 되고, 내부도전체층이 얇아져서 세라믹층 사이에 차지하는 내부도체층의 비율이 작아지지 않을 수 없는 것이 실정이다.
그 때문에, 직류저항이 낮은 제품을 얻는 것이 곤란해진다고 하는 문제점이 있다. 특히, 치수가 1.0㎜×0.5㎜×0.5㎜의 제품이나, 0.6㎜×0.3㎜×0.3㎜의 제품 등과 같이 소형의 제품으로 되면, 자성체 세라믹층을 얇게 하는 것이 필요하게 되고, 자성체 세라믹층 사이에 내부도체층과 공극의 양쪽을 형성하면서 내부도체층을 두껍게 형성하는 것이 곤란해지기 때문에, 직류저항의 저감을 도모할 수 없어질 뿐만 아니라 서지 등에 의한 내부도체의 단선이 발생하기 쉬워져 충분한 신뢰성을 확보할 수 없어진다고 하는 문제점이 있다.
일본 특허 공개 2004-22798호 공보
본 발명은 상기 과제를 해결하는 것이며, 적층 코일 부품을 구성하는 자성체 세라믹층과 내부도체층 사이에 종래와 같은 공극을 형성하는 일없이 자성체 세라믹층과 내부도체층 사이에서 소성 수축 거동이나 열팽창계수의 차이로부터 발생하는 내부응력의 문제를 완화하는 것이 가능하며, 또한 내부도체를 구성하는 Ag의 마이그레이션을 억제하는 것이 가능한 신뢰성이 높은 적층 코일 부품을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명(청구항 1)의 적층 코일 부품은,
자성체 세라믹층을 개재하여 배열되며 Ag를 주성분으로 하는 내부도체를 층간 접속함으로써 형성된 나선형상 코일을 자성체 세라믹 소자의 내부에 구비한 적층 코일 부품으로서,
상기 내부도체의 표면에 금속막이 존재하고,
상기 금속막을 포함하는 상기 내부도체와 상기 내부도체 주위의 자성체 세라믹의 계면에는 공극이 존재하지 않고, 또한,
상기 내부도체와 상기 자성체 세라믹의 계면이 해리되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명에 있어서는, 상기 내부도체의 표면에 존재하는 상기 금속막을 내부도체 주위의 자성체 세라믹층에 존재하는 포어(pore) 부분을 메우는 형태로 분포시키는 것이 바람직하다.
또한, 상기 자성체 세라믹으로서는 NiCuZn 페라이트를 주성분으로 하는 것을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 자성체 세라믹으로서 연화점이 500∼700℃인 붕규산 아연계 저연화점 유리를 함유하는 것을 사용하는 것도 가능하다.
또한, 상기 금속막을 구성하는 금속으로서는 상기 내부도체를 구성하는 금속과 동종 금속인 Ag, 또는 이종 금속인 Ni, Pd, Au, Cu, Sn으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 주성분으로 하는 것을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 금속막을 구성하는 금속으로서 상기 내부도체를 구성하는 Ag보다 열팽창계수가 작고, 또한 상기 자성체 세라믹층을 구성하는 세라믹 재료보다 열팽창계수가 큰 것을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 적층 코일 부품이 상기 자성체 세라믹 소자의 표면에 상기 내부도체와 도통하는 외부전극을 구비하고, 또한 상기 외부전극의 표면에는 도금층이 형성된 것일 경우에 있어서 상기 금속막을 구성하는 금속을 상기 외부전극의 상기 도금층의 적어도 일부를 구성하는 금속과 동종의 금속으로 하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 적층 코일 부품의 제조 방법은, 자성체 세라믹층을 개재하여 배열되며 Ag를 주성분으로 하는 내부도체를 층간 접속함으로써 형성된 나선형상 코일을 자성체 세라믹 소자의 내부에 구비한 적층 코일 부품의 제조 방법으로서, 상기 나선형상 코일을 구성하는 상기 내부도체의 측부와, 상기 자성체 세라믹 소자의 측면 사이의 영역인 사이드 갭부에 있어서의 자성체 세라믹의 포어 면적률(pore area percentage)이 6∼20%의 범위에 있는 자성체 세라믹 소자를 형성하는 공정과,
상기 자성체 세라믹 소자의 측면으로부터 상기 사이드 갭부를 거쳐서 금속을 함유하는 산성 용액을 침투시키고, 상기 내부도체와 그 주위의 자성체 세라믹의 계면에 산성 용액을 도달시킴으로써 상기 내부도체의 표면에 상기 금속을 석출시키는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하고 있다.
(발명의 효과)
본 발명(청구항 1)의 적층 코일 부품은, 자성체 세라믹층을 개재해서 배열되며 Ag를 주성분으로 하는 내부도체를 층간 접속함으로써 형성된 나선형상 코일을 자성체 세라믹 소자의 내부에 구비한 적층 코일 부품에 있어서, 금속막을 포함하는 내부도체와 내부도체 주위의 자성체 세라믹의 계면에 공극을 존재시키는 일없이 내부도체와 자성체 세라믹의 계면이 해리된 상태로 하며, 또한 내부도체의 표면에 금속막을 존재시키도록 하고 있다. 이 결과, 내부도체와 자성체 세라믹의 계면에 공극을 형성하지 않고(즉, 내부도체를 가늘어지게 하지 않고) 내부도체와 자성체 세라믹의 소성 수축 거동이나 열팽창계수의 차이로부터 발생하는 내부응력의 완화를 도모하는 것이 가능하게 된다. 따라서, 특성의 편차가 적고, 직류저항을 저감하는 것이 가능하며, 서지 등에 의한 내부도체의 단선을 억제, 방지하는 것이 가능한 신뢰성이 높은 적층 코일 부품을 제공하는 것이 가능하게 된다.
또한, 본 발명에 있어서 금속막이란 반드시 소정의 영역을 간극없이 덮는 소위 층 형상이나 박막 형상의 것에 한정되는 것은 아니고, 금속재가 어느 정도의 간격을 두고 점재하고 있는 상태나, 다수 존재하는 간극에 들어가 있는 상태 등을 포함하는 넓은 개념이다.
또한, 금속막으로서 내부도체를 구성하는 Ag와는 다른, 마이그레이션을 야기하기 어려운 금속으로 이루어지는 금속막을 형성하고, 내부도체의 표면을 금속막으로 피복함으로써 내부도체를 구성하는 Ag의 마이그레이션을 억제, 방지하여 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, Ag에 비해서 마이그레이션을 야기하기 어려운 금속으로서는 Cu, Sn, Au 등이 예시되지만, 이들 재료의 마이그레이션 진행 속도의 경향은 Ag>Cu>Sn>Au로 된다[IT 산업을 지탱하는 고기능 재료의 개발·고기능 박막의 창제와 그 특성 및 신뢰성의 평가, 코가쿠인 대학 키무라 유우지, 타카노 이치로, 포토프레시젼(주) 나루사와 키쿠야, 시라이 키요미, 이와시타 마코토].
또한, 본 발명에 있어서는 금속막을 내부도체 주위의 자성체 세라믹층에 존재하는 포어 부분을 메우도록 분포시킴으로써 내부응력을 완화, 내부도체를 구성하는 Ag의 마이그레이션 억제 등의 효과를 보다 높이는 것이 가능하게 된다. 또한, 세라믹 원료로서 고가인 미립 원료를 사용하지 않아도 신뢰성이 우수한 적층 코일 부품을 얻는 것이 가능하게 되어 경제성에도 뛰어난 적층 코일 부품을 제공할 수 있게 된다.
또한, 상기 자성체 세라믹으로서 NiCuZn 페라이트를 주성분으로 하는 것을 사용함으로써 신뢰성이 뛰어나고, 투자율(透磁率)이 높은 적층 코일 부품을 얻는 것이 가능하게 된다. 또한, NiCuZn 페라이트를 주성분으로 하고, 또한 연화점이 500∼700℃인 붕규산 아연계 저연화점 유리를 함유하는 것을 사용함으로써 고온에서의 소성을 필요로 하는 일없이 저온에서 소성을 행해서 신뢰성이 우수한 고특성의 적층 코일 부품을 얻는 것이 가능하게 된다.
또한, 붕규산 아연계 저연화점 유리를 함유하는 것을 사용했을 경우, 붕규산 아연계 저연화점 유리가 결정화 유리이기 때문에 자성체 세라믹의 소결 밀도를 안정시키는 것이 가능하게 된다. 또한, 자성체 세라믹으로서 상기 붕규산 아연계 저연화점 유리를 0.1∼0.5중량% 함유하는 것, 또한 붕규산 아연계 저연화점 유리를 0.2∼0.4중량% 함유하는 것을 사용함으로써 상술의 효과를 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 금속막을 구성하는 금속은 내부도체를 구성하는 금속과 동종 금속인 Ag이여도 좋고, 이종 금속이여도 좋다. 이종 금속으로서는 Ni, Pd, Au, Cu, Sn으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 주성분으로 하는 것을 바람직하게 사용할 수 있다.
또한, 상기 금속막을 구성하는 금속으로서 내부도체를 구성하는 Ag보다 열팽창계수가 작고, 자성체 세라믹층을 구성하는 세라믹 재료보다 큰 것을 사용함으로써 내부도체와 자성체 세라믹의 계면에 있어서의 선팽창계수의 변화에 단계적인 경사를 갖게 해서, 내부도체와 자성체 세라믹층의 열팽창계수의 차이에 의한 응력의 발생을 효과적으로 억제하는 것이 가능하게 된다. 그 결과, 프린트 기판 등으로의 실장 공정이나, 그 후의 사용 환경 하에 있어서의 내열충격성이 우수한 적층 코일 부품을 제공하는 것이 가능하게 된다.
또한, 본 발명에 있어서 금속막을 구성하는 재료로서 예시되는 Sn, Ag, Cu, Au, Ni, Pd는, 각각 이하와 같은 값을 취한다[참고문헌 : 기계설계 편람 마루젠(주)].
Sn : 23.0×10-6/K
Ag : 19.7×10-6/K
Cu : 16.5×10-6/K
Au : 14.2×10-6/K
Ni : 12.3×10-6/K
Pd : 11.8×10-6/K
또한, 본 발명에 있어서 자성체 세라믹을 구성하는 재료로서 예시되는 NiCuZn 페라이트의 선팽창계수는 NiCuZn 페라이트 : 10×10-6/K이다.
이들 금속, 및 NiCuZn 페라이트의 선팽창계수의 크기를 비교하면,
Sn>Ag>Cu>Au>Ni>Pd>NiCuZn 페라이트가 된다.
즉, 이들 금속은 그 선팽창계수가 본 발명에 있어서 자성체 세라믹의 바람직한 예로서 거론되고 있는 NiCuZn 페라이트의 선팽창계수보다 큰 것이다.
또한, 상기 금속 중, Pd, Ni, Au, Cu는 내부도체를 구성하는 Ag보다 열팽창계수가 작고, 바람직한 자성체 세라믹 재료로서 예시되는 NiCuZn 페라이트보다 크다고 하는 양쪽의 요건을 만족시키는 것이며, 선팽창계수의 견지로부터는 Pd, Ni, Au, Cu 등이 금속막을 구성하는 금속으로서 특히 바람직한 것이라고 할 수 있다.
또한, Sn은 바람직한 자성체 세라믹 재료로서 예시되는 NiCuZn 페라이트보다 선팽창계수가 크지만, 내부도체를 구성하는 Ag보다 선팽창계수가 커서 내부도체와 자성체 세라믹의 계면에 있어서의 선팽창계수의 변화에 단계적인 경사를 갖게 할 수 없다. 이 점에서는 상기 Pd, Ni, Au, Cu에 비해서 적용성이 떨어지지만, 내부전극을 구성하는 Ag보다 마이그레이션이 발생하기 어려운 금속이며, 본원 발명에 있어서 금속막의 구성 재료로서 사용 가능한 재료에 포함되는 것이다.
또한, 적층 코일 부품이 자성체 세라믹 소자의 표면에 내부도체와 도통하는 외부전극을 구비하고, 또한 외부전극의 표면에는 도금층이 형성된 것일 경우에 있어서, 금속막을 구성하는 금속을 외부전극의 도금층의 적어도 일부(예를 들면 도금층이 복수층일 경우에 있어서의 하나의 층)를 구성하는 금속과 동종의 금속으로 함으로써 외부전극으로의 도금 공정에서 도금액을 자성체 세라믹 소자의 내부에 침투시키고, 내부도체의 표면에 금속막을 석출시킴으로써, 특별한 공정을 필요로 하지 않고, 내부도체와 자성체 세라믹의 소성 수축 거동이나 열팽창계수의 차이로부터 발생하는 내부응력의 완화를 도모하는 것이 가능하게 되고, 비용의 증대를 초래하지 않아 신뢰성이 높은 적층 코일 부품을 효율적으로 얻는 것이 가능하게 된다.
또한, 본 발명의 적층 코일 부품의 제조 방법은 자성체 세라믹 소자의 사이드 갭부에 있어서의 포어 면적률이 6∼20%의 범위에 있는 자성체 세라믹 소자를 형성함과 아울러 자성체 세라믹 소자의 측면으로부터 사이드 갭부를 거쳐서 금속을 포함하는 산성 용액을 내부도체와 그 주위의 자성체 세라믹의 계면에 도달시켜 그 계면에 공극을 존재시키는 일없이 그 계면이 해리된 상태로 하며, 또한 내부도체의 표면에 금속을 석출시키도록 하고 있으므로 효율적으로 신뢰성이 높은 적층 코일 부품을 제조하는 것이 가능하게 된다.
또한, 사이드 갭부에 있어서의 포어 면적률이 6% 미만으로 되면 금속을 포함하는 산성 용액을 내부도체와 그 주위의 자성체 세라믹의 계면에 도달시켜서 그 계면에 공극을 존재시키는 일없이 그 계면이 해리된 상태로 하는 것이 곤란해지며, 또한, 금속막을 내부도체의 표면에 석출시키는 것이 곤란해진다. 또한, 사이드 갭부에 있어서의 포어 면적률이 20%를 초과하면 적층 코일 부품의 내부로의 금속 석출이 지나치게 많아져서 쇼트가 일어날 위험성이 증대하기 때문에 바람직하지 못하다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 적층 코일 부품의 구성을 나타내는 정면 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 적층 코일 부품의 요부 구성을 나타내는 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 적층 코일 부품의 구성을 나타내는 측면 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 있어서의 소성 후의 자성체 세라믹 소자의 포어 면적률의 측정 방법을 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 적층 코일 부품의 단면을 경면 연마한 후, FIB에 의해 가공한 면(W-T면)의 SIM 상(像)을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 의한 적층 코일 부품의 FE-WDX(파장 분산형 X선 검출법)에 의한 내부도체의 표면으로의 Ni막(금속막)의 맵핑도이다.
이하, 본 발명의 실시예를 나타내어 본 발명의 특징으로 하는 바를 더욱 상세하게 설명한다.
실시예 1
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 적층 코일 부품(이 실시예에서는 적층 임피던스 소자)의 구성을 나타내는 단면도, 도 2는 요부 구성을 나타내는 분해 사시도이다.
이 적층 코일 부품(10)은 자성체 세라믹층(이 실시예에서는, NiCuZn 페라이트층)(1)을 개재해서 배열되며 Ag를 주성분으로 하는 내부도체(2)를 층간 접속함으로써 형성된 나선형상 코일(4)을 자성체 세라믹 소자(3)의 내부에 구비하고 있다.
또한, 자성체 세라믹 소자(3)의 양단부에는 나선형상 코일(4)의 양단부(4a, 4b)와 도통하도록 한쌍의 외부전극(5a, 5b)이 배열되어 있다.
그리고, 이 적층 코일 부품(10)에 있어서는, 도 1에 모식적으로 나타내는 바와 같이, 내부도체(2)의 표면에는 금속막(이 실시예에서는 Ni막)(20)이 분포되어 있고, 금속막(20)을 포함하는 내부도체(2)와 내부도체(2) 주위의 자성체 세라믹(11)의 계면(A)에는 공극이 존재하지 않고, 금속막(20)을 포함하는 내부도체(2)와 그 주위의 자성체 세라믹(11)은 거의 밀착되어 있지만, 내부도체(2)와 자성체 세라믹(11), 및 금속막(20)과 자성체 세라믹(11)이 그 계면(A)이 해리된 상태가 되도록 구성되어 있다.
또한, 이 적층 코일 부품(10)에 있어서는 금속막(20)을 포함하는 내부도체(2)와 자성체 세라믹(11)이 그 계면(A)이 해리되어 있기 때문에, 금속막(20)을 포함하는 내부도체(2)와 자성체 세라믹(11)의 결합을 절단하기 위해서 계면(A)에 공극을 형성하는 것이 불필요하게 된다. 그 결과, 공동을 형성하기 위해서 내부도체를 가늘어지게 하지 않아 응력이 완화된 신뢰성이 높은 적층 코일 부품(10)을 얻을 수 있다.
이어서, 이 적층 코일 부품(10)의 제조 방법에 대하여 설명한다.
(1) 세라믹 그린시트의 제작
Fe2O3을 48.0㏖%, ZnO를 29.5㏖%, NiO를 14.5㏖%, CuO를 8.0㏖%의 비율로 칭량한 자성체 원료를 조제하고, 볼밀에서 48시간의 습식 혼합을 행하였다.
그리고나서, 습식 혼합한 슬러리를 스프레이 드라이어에 의해 건조하고, 700 ℃에서 2시간 하소하였다.
얻어진 하소물을 볼밀에서 16시간 습식 분쇄하고, 분쇄 종료 후에 바인더를 소정량 혼합하여 세라믹 슬러리를 얻었다.
그리고나서, 이 세라믹 슬러리를 시트 형상으로 성형하고, 소성 후에 자성체 세라믹층으로 되는 두께 25㎛의 세라믹 그린시트를 제작했다.
(2) 내부도체 패턴의 형성
이어서, 이 세라믹 그린시트의 소정 위치에 비아 홀을 형성한 후, 세라믹 그린시트의 표면에 내부도체 형성용 도전성 페이스트를 인쇄하여 코일 패턴(내부도체 패턴)을 형성했다.
또한, 상기 도전성 페이스트로서는 불순물 원소가 0.1중량% 이하인 Ag 분말과, 바니시와, 용제를 배합해서 이루어지고, Ag 함유율이 85중량%인 도전성 페이스트를 사용했다. 코일 패턴(내부도체 패턴) 형성용 도전성 페이스트로서는, 상술한 바와 같이, Ag의 함유량이 높은 것, 예를 들면 Ag 함유율이 83∼89중량%인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 불순물이 많으면 산성 용액에 의해 내부도체가 부식되고, 직류저항이 증가한다고 하는 문제가 생길 경우가 있다.
(3) 미소성의 자성체 세라믹 소자의 제작
이어서, 도 2에 모식적으로 나타내는 바와 같이, 소성 후에 내부도체(2)가 되는 내부도체 패턴(22)이 형성된, 소성 후에 자성체 세라믹층(1)이 되는 세라믹 그린시트(21)를 복수매 적층해서 압착하고, 또한 그 상하 양면측에 코일 패턴이 형성되어 있지 않은 세라믹 그린시트(21a)를 적층한 후, 1000kgf/㎠로 압착함으로써 소성 후에 자성체 세라믹 소자(3)가 되는 적층체(23)를 얻었다.
이 적층체(23)는 그 내부에 각 내부도체 패턴(코일 패턴)(22)이 비아 홀(24)에 의해 접속되어서 이루어지는 적층형의 나선형상 코일을 구비하고 있다. 또한, 코일의 턴 수는 7.5턴으로 했다.
(4) 자성체 세라믹 소자의 제작
그리고나서 압착 블록인 적층체(23)를 소정의 사이즈로 컷팅한 후 탈바인더를 행하고, 820℃∼910℃ 사이에서 소성 온도를 바꾸어 소결시킴으로써 내부에 나선형상 코일(4)을 구비한 자성체 세라믹 소자(3)를 얻었다.
또한, 이 실시예에서는 자성체 세라믹 소자(3)의 나선형상 코일(4)을 구성하는 내부도체(2)의 측부(2a)와, 자성체 세라믹 소자(3)의 측면(3a) 사이의 영역인 사이드 갭부(8)(도 3 참조)에 있어서의 자성체 세라믹(11)의 포어 면적률은 11%이었다.
이것은 자성체 세라믹 소자(3)의 측면으로부터 사이드 갭부(8)를 거쳐서 금속을 포함하는 산성 용액을 침투시키고, 내부도체(2)와 그 주위의 자성체 세라믹(11)의 계면에 산성 용액을 도달시켜서 내부도체(2)의 표면에 금속을 석출시켜서 금속막(20)을 형성하기 위해서는, 사이드 갭부(8)에 있어서의 자성체 세라믹(11)의 포어 면적률이 6∼20%의 범위에 있는 것이 바람직한 것에 의한다.
사이드 갭부(8)에 있어서의 자성체 세라믹(11)의 포어 면적률을 11%로 하기 위해서, 이 실시예에서는 내부도체(2)의 수축률을 자성체 세라믹(11)의 수축률보다 작게, 구체적으로는 내부도체(2)의 소결 수축률을 8%로 하고, 소정의 온도에서 소성함으로써 자성체 세라믹 소자(3)의 내부에 포어 면적률의 분포를 발생시켰다. 즉, 사이드 갭부(8)의 포어 면적률이 자성체 세라믹 소자(3) 내의 내부도체(2)의 상측 최외층의 상면과 자성체 세라믹 소자(3)의 상면 사이의 영역(9), 및 내부도체(2)의 하측 최외층의 하면과 자성체 세라믹 소자(3)의 하면 사이의 영역(9)에 있어서의 포어 면적률보다 커지도록 했다.
또한, 세라믹 소자를 구성하는 자성체 세라믹의 소성시에 있어서의 수축률은 내부도체의 수축률보다 크다. 그 때문에 소성시에 세라믹 소자의 상하면측의 내부도체가 존재하지 않는 영역에 있어서 자성체 세라믹은 크게 수축되지만, 내부도체가 존재하는 영역에 있어서의 수축은 작아진다. 따라서 사이드 갭부의 포어 면적률이 커진다.
이와 같이 금속막(20)을 포함하는 내부도체(2)의 소결 수축률을 자성체 세라믹(11)보다 소정의 비율로 작게 했을 경우, 내부도체(2)가 자성체 세라믹(11)의 소결 수축을 억제하는 기능을 달성할 수 있다.
내부도체의 소결 수축률은, 예를 들면 내부도체 형성용 도전성 페이스트 중의 도전성분(Ag 분말)의 함유율과, 도전성 페이스트에 함유되는 바니시 및 용제의 종류를 적당하게 선택함으로써 제어할 수 있다.
또한, 내부도체의 소결 수축률이 0% 미만일 경우, 소성 중에 내부도체가 수축하지 않고, 소성 전보다 팽창하게 되어 구조 결함이나 칩 형상에 영향을 주어 바람직하지 못하다.
또한, 내부도체의 소결 수축률이 15%를 초과하면 사이드 갭부(8)에 있어서의 포어 면적률이 지나치게 낮아져 Ni 도금액을 사이드 갭으로부터 침입시킬 수 없어진다.
따라서, 내부도체의 소결 수축률은 0∼15%의 범위로 하는 것이 바람직하고, 5∼11%로 하는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 소성 후의 자성체 세라믹 소자의 포어 면적률의 측정은 자성체 세라믹 소자의 폭 방향과 두께 방향에 의해 규정되는 단면(이하, 「W-T면」이라 함)을 경면 연마하고, 수렴 이온빔 가공(FIB 가공)한 면을 주사전자현미경(SEM)으로 관찰함으로써 행하였다.
구체적으로는, 포어 면적률은 화상처리 소프트 「WINROOF(미타니 쇼지(주)」에 의해 측정했다. 그 구체적인 측정 방법은 이하와 같다.
FIB 장치 : FEI제 FIB200TEM
FE-SEM(주사전자현미경) : 니혼덴시제 JSM-7500FA
WinROOF(화상처리 소프트) : 미타니 쇼지 가부시키가이샤제, Ver.5.6
<수렴 이온빔 가공(FIB 가공)>
도 4에 나타내는 바와 같이, 상술의 방법으로 경면 연마한 시료의 연마면에 대하여 입사각 5°에서 FIB 가공을 행하였다.
<주사전자현미경(SEM)에 의한 관찰>
SEM 관찰은 이하의 조건으로 행하였다.
가속 전압 : 15kV
시료 경사 : 0°
신호 : 2차전자
코팅 : Pt
배율 : 5000배
< 포어 면적률의 산출>
포어 면적률은 이하의 방법으로 구했다
a) 계측 범위를 정한다. 지나치게 작으면 측정 개소에 의한 오차가 생긴다.
(이 실시예에서는 22.85㎛×9.44㎛로 함)
b) 자성체 세라믹과 포어가 식별하기 어려우면 밝기, 콘트라스트를 조절한다.
c) 2진화 처리를 행하고, 포어만을 추출한다. 화상처리 소프트 WinROOF의 「색 추출」에서는 완전하지 않을 경우에는 수동으로 보충한다.
d) 포어 이외를 추출한 경우에는 포어 이외를 삭제한다.
e) 화상처리 소프트의 「총 면적·개수 계측」에서 총 면적, 개수, 포어의 면적률, 계측 범위의 면적을 측정한다.
본 발명에 있어서의 포어 면적률은 상술한 바와 같이 해서 측정한 값이다.
또한, 자성체 세라믹의 소결 수축률의 측정은 세라믹 그린시트를 적층하여 실제로 적층 코일 부품을 제조할 때의 조건과 같은 압력 조건으로 압착하고, 소정의 치수로 컷팅한 후 소성하고, 적층 방향을 따르는 방향의 소결 수축률을 열기계 분석장치(TMA)로 측정함으로써 행하였다.
또한, 내부도체의 소결 수축률의 측정은 이하의 방법으로 행하였다.
우선, 내부도체 형성용 도전성 페이스트를 유리판 상에 얇게 늘려서 건조한 후에 건조물을 긁어내어 유발에서 분말 형상으로 분쇄했다. 그리고나서 금형에 넣어서 적층 코일 부품을 제조할 때의 조건과 같은 압력 조건으로 1축 프레스 성형하고, 소정의 치수로 컷팅한 후 소성하여 프레스 방향을 따르는 방향의 소결 수축률을 TMA로 측정했다.
(5) 외부전극의 형성
상술한 바와 같이 해서 제작한, 내부에 나선형상 코일(4)을 구비한 자성체 세라믹 소자(소결 소자)(3)의 양단부에 외부전극 형성용 도전성 페이스트를 도포해서 건조한 후, 750℃에서 소성함으로써 외부전극(5a, 5b)(도 1 참조)을 형성했다.
또한, 외부전극 형성용 도전성 페이스트로서는 평균 입경이 0.8㎛인 Ag 분말과 내도금성이 우수한 B-Si-K계의 평균 입경이 1.5㎛인 유리 프릿(glass frit)과 바니시와 용제를 배합한 도전성 페이스트를 사용했다. 이 도전성 페이스트를 베이킹함으로써 형성된 외부전극은 이하의 도금 공정에서 도금액에 의해 침식되기 어려운 치밀한 것이다.
(6) 외부전극의 도금 처리
외부전극(5a, 5b)이 형성된 자성체 세라믹 소자(3)에 Ni 도금을 실시하여 외부전극(5a, 5b)의 표면에 Ni 도금막(하층 도금막)을 형성함과 아울러 내부도체(2)의 표면에 금속막(20)을 석출시켰다.
그리고나서 Sn 도금을 더 행해서 Ni 도금막의 표면에 Sn 도금막을 형성함으로써 외부전극의 표면에 Ni 도금막(하층 도금막)과 Sn 도금막(상층 도금막)을 구비한 2층 구조의 도금막을 형성했다.
또한, Ni 도금을 행함에 있어서는 Ni 도금액으로서 황산 니켈과 염화니켈을 Ni원으로 하는 도금액(황산 니켈을 약 300g/L, 염화니켈을 약 50g/L, 붕산을 약35g/L의 비율로 함유하고, pH가 4인 산성의 용액)을 사용하고, 음극 전류밀도 0.30(A/d㎡)으로 60분간, 전해 Ni 도금을 실시하여 외부전극 상에 Ni 도금막을 형성했다.
또한, Sn 도금을 행함에 있어서는 Sn 도금액으로서 황산 제1주석을 Sn원으로 하는 도금액(황산 주석을 약 70g/L, 시트르산 수소 암모늄을 약 100g/L, 황산 암모늄을 약 100g/L의 비율로 함유하고, pH가 5인 산성의 용액)을 사용하고, 전류밀도0.14(A/d㎡)로 60분간, 전해 Sn 도금을 실시하여 상기 니켈막 상에 Sn 도금막을 형성했다.
이것에 의해, 도 1에 나타내는 바와 같이, 자성체 세라믹 소자(3)의 내부에 표면에 금속막(20)이 분포된 내부도체(2)를 층간 접속함으로써 형성된 나선형상 코일(4)을 구비한 적층 코일 부품(적층 임피던스 소자)(10)이 얻어진다.
(7) 평가
또한, 도 5에 상술한 바와 같이 해서 제작한 본 발명의 실시예에 의한 적층 코일 부품의 단면을 경면 연마한 후, 수렴 이온빔 가공(FIB 가공)에 의해 가공한 면(W-T면)의 SIM 상을 나타낸다.
이 SIM 상은 도금 후의 적층 코일 부품의 W-T면을 경면 연마한 후, FIB로 가공한 면을 SIM에 의해 5000배로 관찰한 것이며, 자성체 세라믹과 내부도체의 계면에 공극이 확인되지 않는 것을 알 수 있다.
또한, 도 6에 본 발명의 실시예에 의한 적층 코일 부품의 FE-WDX(파장 분산형 X선 검출법)에 의한 내부도체의 표면으로의 Ni막(금속막)의 맵핑도를 나타낸다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 내부도체(2)의 표면을 덮도록 금속막(Ni막)(20)이 분포되어 있고, 내부도체(2)의 표면에 Ni막(20)이 존재하고 있기 때문에, 내부도체(2)를 구성하는 Ag의 마이그레이션이 진행하기 어려워져 신뢰성이 높은 적층 코일 부품을 얻는 것이 가능하게 된다.
또한, Ag로 이루어지는 내부도체(2)가 선팽창계수가 Ag(19.7×10-6/K)보다 작고, 자성체 세라믹(11)보다 큰 Ni(12.3×10-6/K)로 이루어지는 금속막(20)에 의해 덮어져 있기 때문에, 선팽창률의 경사가 형성되어 내부도체(2)와 자성체 세라믹(11)의 계면의 응력변화가 억제되고, 내열충격성이 우수한 신뢰성이 높은 적층 코일 부품을 얻을 수 있다.
또한, 이 실시예에서는 외부전극(5a, 5b)으로의 도금 공정에서 내부도체(2)의 표면으로의 금속막(20)의 형성을 동시에 행하도록 하고 있으므로, 효율적으로 내열충격성이 우수한 신뢰성이 높은 적층 코일 부품을 얻을 수 있다.
또한, 이 실시예에서는 외부전극(5a, 5b)으로의 도금 처리와 동시에 내부도체(2)의 표면으로의 금속막(20)의 형성을 행하고 있지만, 내부도체(2)의 표면으로의 금속막(20)의 형성과, 외부전극(5a, 5b)으로의 도금막의 형성의 공정을 각각 별도 공정으로 하는 것도 가능하다.
또한, 이 실시예에서는 금속막(20)을 구성하는 금속이 외부전극(5a, 5b)에 형성되는 도금막과 같은 금속(Ni)일 경우를 예로 들어서 설명했지만, 내부도체를 구성하는 금속과 동종 금속인 Ag라도 좋다.
또한, 이종 금속으로서는 이 실시예에서 사용한 Ni 이외에도 Pd, Au, Cu, Sn 등, 여러 가지 금속을 사용하는 것이 가능하다. 단, 내부도체를 구성하는 Ag보다 마이그레이션이 발생하기 어려운 금속을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 이 실시예에서는 세라믹 그린시트를 적층하는 공정을 구비한 소위 시트 적층 공법에 의해 제조할 경우를 예로 들어서 설명했지만, 자성체 세라믹 슬러리 및 내부도체 형성용 도전성 페이스트를 준비하고, 이들을 상기 실시예에서 나타낸 바와 같은 구성을 갖는 적층체가 형성되도록 인쇄해 가는, 소위 순차 인쇄 공법에 의해서도 제조하는 것이 가능하다.
또한, 예를 들면 캐리어 필름 상에 세라믹 슬러리를 인쇄(도포)함으로써 형성된 세라믹층을 테이블 상에 전사하고, 그 위에 캐리어 필름 상에 전극 페이스트를 인쇄(도포)함으로써 형성된 전극 페이스트층을 전사하며, 이것을 반복하여 상기 실시예에서 나타낸 바와 같은 구성을 갖는 적층체를 형성하는, 소위 순차 전사 공법에 의해서도 제조하는 것이 가능하다.
본 발명의 적층 코일 부품은 또 다른 방법에 의해서도 제조하는 것이 가능하며, 그 구체적인 제조 방법에 특별한 제약은 없다.
또한, 상기 실시예에서는 음극 전류밀도 0.30(A/d㎡)으로 60분간, 전해 Ni 도금을 행해서 내부도체의 표면에 금속막을 석출시키도록 했지만, 도금액 등의 조건을 조정함으로써 무전해 도금의 방법으로 내부도체의 표면에 금속막을 형성하는 것도 가능하다.
또한, 상기 실시예에서는 1개씩 적층 코일 부품을 제조할 경우(개산품일 경우)를 예로 들어서 설명했지만, 양산할 경우에는, 예를 들면 다수의 코일 도체 패턴을 머더 세라믹 그린시트의 표면에 인쇄하고, 이 머더 세라믹 그린시트를 복수매적층 압착해서 미소성의 적층체 블록을 형성한 후, 적층체 블록을 코일 도체 패턴의 배치에 맞춰서 컷팅하여 개개의 적층 코일 부품용 적층체를 잘라내는 공정을 거쳐서 다수개의 적층 코일 부품을 동시에 제조하는, 소위 다수개 취득 방법을 적용해서 제조하는 것이 가능하다.
또한, 상기 실시예에서는 적층 코일 부품이 적층 임피던스 소자일 경우를 예로 들어서 설명했지만, 본 발명은 적층 인덕터나 적층 트랜스 등 여러 가지 적층 코일 부품에 적용하는 것이 가능하다.
또한, 본 발명은 비자성체 세라믹을 일부에 포함하는 개자로(開磁路) 구조의 적층 인덕터 등에도 적용하는 것이 가능하다.
본 발명은 또한 그 밖의 점에 있어서도 상기 실시예에 한정되는 것은 아니고, 내부도체의 표면에 금속막을 분포시키는 방법, 분포의 형태, 금속막과 자성체 세라믹층을 구성하는 재료의 조합, 제품의 치수, 적층체(소성 전의 자성체 세라믹 소자)의 소성 조건 등에 관하여, 발명의 범위 내에 있어서 여러 가지 응용, 변형을 추가할 수 있다.
(산업상의 이용 가능성)
상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면 적층 코일 부품을 구성하는 자성체 세라믹층과 내부도체층 사이에 종래와 같은 공극을 형성하는 일없이 자성체 세라믹층과 내부도체층 사이에서 소성 수축 거동이나 열팽창계수의 차이로부터 발생하는 내부응력의 문제를 완화하는 것이 가능하며, 또한 내부도체를 구성하는 Ag의 마이그레이션을 억제하는 것이 가능한 신뢰성이 높은 적층 코일 부품을 얻을 수 있다.
따라서, 본 발명은 자성체 세라믹 중에 코일을 구비한 구성을 갖는 적층 임피던스 소자, 적층 인덕터, 적층 트랜스 등의 여러 가지 적층 코일 부품에 널리 적용하는 것이 가능하다.
1 : 자성체 세라믹층 2 : 내부도체
2a : 내부도체의 측부 3 : 자성체 세라믹 소자
3a : 자성체 세라믹 소자의 측면 4 : 나선형상 코일
4a, 4b : 나선형상 코일의 양단부 5a, 5b : 외부전극
8 : 사이드 갭부
9 : 내부도체의 최외층과 자성체 세라믹 소자의 상하면 사이의 영역
10 : 적층 코일 부품(적층 임피던스 소자)
11 : 자성체 세라믹 20 : 금속막(Ni막)
21 : 세라믹 그린시트
21a : 내부도체 패턴을 갖지 않는 세라믹 그린시트
22 : 내부도체 패턴(코일 패턴)
23 : 적층체(미소성의 자성체 세라믹 소자)
24 : 비아 홀(via-hole)
A : 내부도체와 주위의 자성체 세라믹의 계면

Claims (8)

  1. 자성체 세라믹층을 개재해서 배열되며 Ag를 주성분으로 하는 내부도체를 층간 접속함으로써 형성된 나선형상 코일을 자성체 세라믹 소자의 내부에 구비한 적층 코일 부품으로서:
    상기 내부도체의 표면에 금속막이 존재하고,
    상기 금속막을 포함하는 상기 내부도체와 상기 내부도체 주위의 자성체 세라믹의 계면에는 공극이 존재하지 않으며, 또한
    상기 내부도체와 상기 자성체 세라믹의 계면이 해리되어 있는 것을 특징으로 하는 적층 코일 부품.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 내부도체의 표면에 존재하는 상기 금속막은 상기 내부도체 주위의 자성체 세라믹층에 존재하는 포어 부분을 메우는 형태로 분포되어 있는 것을 특징으로 하는 적층 코일 부품.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 자성체 세라믹은 NiCuZn 페라이트를 주성분으로 하는 것을 특징으로 하는 적층 코일 부품.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 자성체 세라믹은 연화점이 500∼700℃인 붕규산 아연계 저연화점 유리를 함유하는 것을 특징으로 하는 적층 코일 부품.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속막을 구성하는 금속은 상기 내부도체를 구성하는 금속과 동종 금속인 Ag, 또는 이종 금속인 Ni, Pd, Au, Cu, Sn으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 주성분으로 하는 것을 특징으로 하는 적층 코일 부품.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속막을 구성하는 금속은 상기 내부도체를 구성하는 Ag보다 열팽창계수가 작고, 또한 상기 자성체 세라믹층을 구성하는 세라믹 재료보다 큰 것을 특징으로 하는 적층 코일 부품.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 자성체 세라믹 소자의 표면에 상기 내부도체와 도통하는 외부전극을 구비하고, 또한 상기 외부전극의 표면에 도금층이 형성된 경우에 있어서 상기 금속막을 구성하는 금속은 상기 외부전극의 상기 도금층 중 적어도 일부를 구성하는 금속과 동종의 금속인 것을 특징으로 하는 적층 코일 부품.
  8. 자성체 세라믹층을 개재해서 배열되며 Ag를 주성분으로 하는 내부도체를 층간 접속함으로써 형성된 나선형상 코일을 자성체 세라믹 소자의 내부에 구비한 적층 코일 부품의 제조 방법으로서:
    상기 나선형상 코일을 구성하는 상기 내부도체의 측부와, 상기 자성체 세라믹 소자의 측면 사이의 영역인 사이드 갭부에 있어서의 자성체 세라믹의 포어 면적률이 6∼20%의 범위에 있는 자성체 세라믹 소자를 형성하는 공정; 및
    상기 자성체 세라믹 소자의 측면으로부터 상기 사이드 갭부를 거쳐서 금속을 포함하는 산성 용액을 침투시키고, 상기 내부도체와 그 주위의 자성체 세라믹의 계면에 산성 용액을 도달시킴으로써 상기 내부도체의 표면에 상기 금속을 석출시키는 공정을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 적층 코일 부품의 제조 방법.
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