KR20150043468A

KR20150043468A - 적층 코일 부품과 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20150043468A
Application number: KR1020157006544A
Authority: KR
Inventors: 에이이찌 마에다
Original assignee: 가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼
Priority date: 2012-10-19
Filing date: 2013-10-15
Publication date: 2015-04-22
Also published as: US20150294780A1; WO2014061670A1; CN104737245B; US9236181B2; CN104737245A; KR101648322B1; JP5741883B2; JPWO2014061670A1

Abstract

금속 자성 재료와 제1 유리 성분을 함유한 자성체부(5)와, 세라믹 재료와 제2 유리 성분을 함유한 비자성체부(6)를 가짐과 함께, 적어도 코일 패턴의 주면이 비자성체부(6)에 접하도록 코일 도체(1)가 형성되어 있다. 자성체부(5)는 금속 자성 재료와 제1 유리 성분과의 총계에 대한 제1 유리 성분의 체적 함유량이, 46 내지 60vol％가 되도록 형성되어 있다. 비자성체부(6)는 세라믹 재료와 제2 유리 성분과의 총계에 대한 제2 유리 성분의 체적 함유량이, 69 내지 79vol％가 되도록 형성되어 있다. 이에 의해 절연성을 손상시키는 일 없이, 양호한 고주파 특성이나 자기 특성을 얻을 수 있고, 또한 균열이나 박리 등의 구조 결함의 발생을 억제할 수 있는 고신뢰성을 갖는 적층 코일 부품과 그 제조 방법을 실현한다.

Description

적층 코일 부품과 그 제조 방법{LAMINATED COIL DEVICE AND MANUFACTURING METHOD THEREFOR}

본 발명은, 적층 코일 부품과 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자성체부에 금속 자성 재료를 사용한 적층 코일 부품과 그 제조 방법에 관한 것이다.

종래부터, 고주파에서 사용되는 초크 코일이나 대전류가 흐르는 전원 회로, DC/DC 컨버터 회로용의 파워 인덕터 등에 사용되는 전자 부품으로서는, 자성체 조성물로 형성된 부품 소체에 코일 도체를 내장시킨 적층 코일 부품이 알려져 있다.

이러한 종류의 적층 코일 부품에서는, 코일 도체간이나 코일 도체와 외부 전극 사이에서 외관(apparent) 비유전율이 상승하여 부유 용량이 커지면, 공진 주파수가 저주파수측으로 변위되어 고주파 특성의 열화를 초래할 우려가 있다.

이와 같은 부유 용량의 증가를 피하기 위해서는, 부품 소체의 일부에 비유전율이 낮은 저유전율 층을 형성하는 것이 생각된다.

그러나, 이 경우, 제조 과정에서 이종 재료끼리를 공소결시키면, 재료간의 상호 확산이나 수축 거동의 차이 등에 의해, 균열이나 박리 등의 구조 결함의 발생을 초래할 우려가 있다.

따라서, 예를 들어, 특허문헌 1에는, 철계 산화물 자성 조성물을 포함하는 자성체부와, 상기 자성체부에 접하여 형성되는 유리 세라믹 복합 조성물을 포함하는 비자성체부와, 상기 자성체부 및 상기 비자성체부 중 적어도 한쪽에 형성되는 내부 도체부를 구비하고, 유리 세라믹 복합 조성물은 주성분의 결정화 유리와, 부성분의 필러로서의 석영을 갖고, 상기 결정화 유리는, SiO₂를 25wt％ 내지 55wt％, MgO를 30wt％ 내지 55wt％, Al₂O₃을 5wt％ 내지 30wt％, B₂O₃을 0wt％ 내지 30wt％를 함유하고, 상기 석영은, 상기 결정화 유리 100중량부에 대해 5 내지 30중량부가 되도록 함유하고, 또한 결정화 유리 중에 분산시킨 전자 부품이 제안되어 있다.

이 특허문헌 1에서는, 자성체부를 철계 산화물 자성 조성물(페라이트계 자성 재료)로 형성하고, 유리 세라믹 복합 조성물을 포함하는 비자성체부를 자성체부와 접하도록 형성하고 있다. 그리고, 자성체부를 형성하는 철계 산화물 자성 조성물 과의 사이에서 상호 확산이 적은 유리 세라믹 복합 조성물을 사용하여, 이에 의해 양호한 공소결성을 얻고자 하고 있다.

또한, 특허문헌 1에 기재된 유리 세라믹 복합 조성물은, 투자율이나 유전율도 낮아, 양호한 절연성을 갖고, Ag 등의 금속 재료에의 확산을 억제하는 작용을 갖기 때문에, Ag 등의 저저항 재료를 내부 도체에 사용하는 것이 가능하고, 이에 의해 전자 부품의 직류 저항을 저감시키는 것이 가능하게 되어 있다.

한편, 금속 자성 재료는 페라이트계 자성 재료에 비해 자기 포화하기 어려워, 직류 중첩 특성이 양호하기 때문에, 상기 금속 자성 재료를 사용한 적층 코일 부품도, 종래부터 각종 제안되어 있다.

예를 들어, 특허문헌 2에서는, Cr, Si 및 Fe를 함유한 자성 합금 재료에, SiO₂, B₂O₃, ZnO를 주성분으로 하고, 또한, 연화 온도가 600±50℃의 유리를 그 체적이 그 자성 합금 재료의 체적의 10％ 미만이 되도록 첨가하여, 그 자성 합금 재료의 표면을 그 유리로 피복한 금속 자성체를 사용해서 코일을 내장한 성형체를 형성하고, 그 성형체가, 진공, 또는 무산소 혹은 저산소 분압의 비산화 분위기 속에서 700℃ 이상, 그 코일의 도체 재료의 융점 미만의 온도에서 소성한 전자 부품의 제조 방법이 제안되어 있다.

이 특허문헌 2에서는, 금속 자성체의 표면에 충분한 유리 피막을 형성할 수 있기 때문에, 금속 자성체간에 간극이 생기는 것을 억제할 수 있고, 이에 의해 코일 저항을 높이는 일 없이, 절연 저항을 높게 할 수 있어, 직류 중첩 특성이 양호하고 자기 손실이 적은 파워 인덕터 등의 전자 부품을 얻는 것이 가능하다.

일본 특허 공개 제2004-343084호 공보(청구항 1, 단락 번호 〔0009〕 내지 〔0012〕) 일본 특허 공개 제2010-62424호 공보(청구항 1, 단락 번호 〔0008〕)

그러나, 특허문헌 1에서는, 철계 산화물 자성 조성물(페라이트계 자성 재료)과의 상호 확산이 적은 유리 세라믹 복합 산화물을 사용하고 있지만, 자성체부(철계 산화물 자성 조성물)와, 그 자성체부에 접하여 형성되는 비자성체부(유리 세라믹 복합 조성물)를 공소결시키고 있으므로, 소성 조건을 고정밀도로 제어하지 않으면, 자성체부와 비자성체부와의 계면에서 균열이나 박리, 변형 등의 구조 결함이 생길 우려가 있다.

게다가, 특허문헌 1에서는, 자성체부가, 직류 중첩 특성이 떨어지는 페라이트계 자성 재료로 형성되어 있으므로, 대전류 영역에서 자기 포화하기 쉬워, 이로 인해 실용 영역이 제한될 우려가 있다.

또한, 특허문헌 2에서는, 페라이트계 자성 재료에 비해 직류 중첩 특성이 우수한 금속 자성 재료를 사용하고 있고, 또한 금속 자성체의 표면에 충분한 두께의 유리 피막을 형성하고 있으므로, 절연성의 향상이 가능하다.

그러나, 이 특허문헌 2에서는, 진공 또는 무산소, 혹은 저산소 분압의 비산화성 분위기에서 소성하고 있고, 따라서 소성 분위기의 제어가 어렵고, 또한 설비비도 고가인 것으로 되어, 러닝 코스트의 앙등화를 초래할 우려가 있다.

즉, 특허문헌 2에서 소성 처리를 대기 분위기에서 행한 경우, 입자 표면이 산화되어 산화층이 형성되므로, 외관 비유전율이 커질 우려가 있다. 그리고 그 결과, 전자 부품의 부유 용량이 커져, 고주파 특성의 저하를 초래할 우려가 있다.

이로 인해 특허문헌 2에서는, 상술한 바와 같이 비산화성 분위기에서 소성하지 않으면 안되고, 소성 분위기의 제어가 어려워, 고비용을 초래할 우려가 있다.

본 발명은 이와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 절연성을 손상시키는 일 없이, 양호한 고주파 특성이나 자기 특성을 얻을 수 있고, 또한 균열이나 박리 등의 구조 결함의 발생을 억제할 수 있는 고신뢰성을 갖는 적층 코일 부품과 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

금속 자성 재료는, 상술한 바와 같이 페라이트계 자성 재료에 비해, 포화 자속 밀도가 높아, 자기 포화하기 어렵기 때문에, 직류 중첩 특성이 우수한 것이 알려져 있다.

따라서, 본 발명자는, 세라믹 재료를 사용해서 비자성체부를 형성함과 함께, 그 비자성체부를 덮도록 금속 자성 재료를 사용해서 자성체부를 형성하고, 또한 코일 패턴의 주면이 비자성체부와 접하도록 코일 도체를 형성해서 예의 연구를 행한 결과, 자성체부 중에 금속 자성 재료와 유리 성분과의 총계에 대해 46 내지 60vol％가 되도록 유리 성분을 함유시키고, 또한 비자성체부 중에 세라믹 재료와 유리 성분과의 총계에 대해 69 내지 79vol％가 되도록 유리 성분을 함유시킴으로써, 절연성을 손상시키는 일 없이, 양호한 고주파 특성이나 자기 특성을 얻을 수 있고, 또한 균열이나 박리 등의 구조 결함의 발생을 억제할 수 있는 고신뢰성을 갖는 적층 코일 부품을 얻을 수 있다고 하는 지견을 얻었다.

본 발명은 이와 같은 지견에 기초해서 이루어진 것으로서, 본 발명에 관한 적층 코일 부품은 금속 자성 재료와 제1 유리 성분을 함유한 자성체부와, 세라믹 재료와 제2 유리 성분을 함유한 비자성체부를 가짐과 함께, 적어도 코일 패턴의 주면이 상기 비자성체부와 접하도록 코일 도체가 형성되고, 상기 자성체부는, 상기 금속 자성 재료와 상기 제1 유리 성분과의 총계에 대한 상기 제1 유리 성분의 함유량이, 체적 비율로 46 내지 60vol％가 되도록 형성되고, 상기 비자성체부는, 상기 세라믹 재료와 상기 제2 유리 성분과의 총계에 대한 상기 제2 유리 성분의 함유량이, 체적 비율로 69 내지 79vol％가 되도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

또한, 본 발명의 적층 코일 부품은, 상기 제1 유리 성분 및 상기 제2 유리 성분은, 주성분이 동일한 것이 바람직하다.

이에 의해 소성 시에 자성체부와 비자성체부 사이의 수축 거동이나 열팽창률차를 서로 근접하게 할 수 있고, 균열이나 박리 등의 구조 결함을 효과적으로 억제할 수 있어, 한층 더 신뢰성 향상을 도모할 수 있다.

또한, 본 발명의 적층 코일 부품은, 상기 제1 및 제2 유리 성분이, 규소, 붕소 및 알칼리 금속 원소를 주성분으로 한 붕규산 알칼리계 유리인 것이 바람직하다.

이에 의해, 한층 더 내도금액성이 우수한 치밀한 유리상을 형성하는 것이 가능하게 된다.

또한, 본 발명의 적층 코일 부품은, 상기 제1 및 제2 유리 성분은, 연화점이 650 내지 800℃인 것이 바람직하다.

이에 의해 소성 처리에 의해 제1 및 제2 유리 성분을 포함하는 치밀한 유리상이 금속 자성 입자간이나 세라믹 입자간에 형성되어, 이들 금속 자성 입자간이나 세라믹 입자간에 간극이 생기는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 내습성이나 내도금성의 한층 더 향상을 도모할 수 있어, 수분이나 도금액의 침입을 최대한 피할 수 있음과 함께, 후속 공정에서 도금 처리를 행해도 유리 성분이 도금액에 용출되는 것을 효과적으로 억제할 수 있다.

또한, 본 발명의 적층 코일 부품은, 상기 금속 자성 재료가, 적어도 Fe, Si 및 Cr을 함유한 Fe-Si-Cr계 재료 및 적어도 Fe, Si 및 Al을 함유한 Fe-Si-Al계 재료 중 어느 하나를 포함하는 것이 바람직하다.

이에 의해 대기 분위기 등의 산화성 분위기에서 소성한 경우에 Cr이나 Al이 산화되어 Cr₂O₃이나 Al₂O₃을 포함하는 부동태 피막이 입자 표면에 형성되어, 방청성이 향상되고, 보다 양호한 신뢰성을 확보할 수 있다.

또한, 본 발명의 적층 코일 부품은, 상기 세라믹 재료가, Al₂O₃을 주성분으로서 함유되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 이러한 종류의 적층 코일 부품에서는, 대기 분위기에서 소성 처리를 행하면, 자성체부에 함유되는 금속 자성 재료의 표면에 산화 피막이 형성되고, 이로 인해 자성체부의 외관 비유전율이 상승하여, 고주파 특성의 저하를 초래할 우려가 있다.

그러나, 본 발명자의 연구 결과에 의해, 금속 자성 재료와 유리 성분과의 총계에 대해 소성 후에 46 내지 60vol％가 되도록 유리 성분을 함유시키고, 또한 소정량의 유리 성분을 함유한 유전율이 낮은 유리 세라믹을 포함하는 비자성체층과 코일 패턴의 주면을 접하도록 코일 도체를 형성함으로써, 질소 분위기 등의 비산화성 분위기뿐만 아니라 대기 분위기 등의 산화성 분위기에서 소성해도 양호한 절연성과 고주파 특성을 확보할 수 있는 것을 알 수 있었다.

즉, 본 발명에 관한 적층 코일 부품의 제조 방법은, 금속 자성 재료와 제1 유리 성분과의 총계에 대한 상기 제1 유리 성분의 함유량이, 소성 후에 체적 비율로 46 내지 60vol％가 되도록, 적어도 상기 금속 자성 재료와 상기 제1 유리 성분을 함유한 자성체 페이스트를 제작하는 자성체 페이스트 제작 공정과, 세라믹 재료와 제2 유리 성분과의 총계에 대한 상기 제2 유리 성분의 함유량이, 소성 후에 체적 비율로 69 내지 79vol％가 되도록, 적어도 상기 세라믹 재료와 상기 제2 유리 성분을 함유한 비자성체 페이스트를 제작하는 비자성체 페이스트 제작 공정과, 도전성 분말을 주성분으로 한 도전성 페이스트를 제작하는 도전성 페이스트 제작 공정과, 상기 비자성체 페이스트를 사용해서 형성된 비자성체층과, 상기 도전성 페이스트를 사용해서 형성된 도체부와, 상기 자성체 페이스트를 사용해서 형성된 자성체층을, 상기 도체부가 코일 형상이 되도록 소정 순서로 적층하여 적층 성형체를 제작하는 적층 성형체 제작 공정과, 상기 적층 성형체를 소성하는 소성 공정을 포함하는 것을 특징으로 하고 있다.

또한, 본 발명의 적층 코일 부품의 제조 방법은, 상기 소성 공정을 산화성 분위기에서 행하는 것이 바람직하다.

이에 의해 질소 분위기뿐만 아니라 산화성 분위기에서 소성해도 양호한 절연성과 고주파 특성을 확보할 수 있기 때문에, 소성 분위기의 제어가 용이하게 되어, 저비용으로 자기 특성이나 내습성ㆍ내도금액성이 양호하여 고신뢰성을 갖는 적층 코일 부품을 용이하게 얻을 수 있다.

본 발명의 적층 코일 부품에 의하면, 금속 자성 재료와 제1 유리 성분을 함유한 자성체부와, 세라믹 재료와 제2 유리 성분을 함유한 비자성체부를 가짐과 함께, 적어도 코일 패턴의 주면이 상기 비자성체부와 접하도록 코일 도체가 형성되고, 상기 자성체부는, 상기 금속 자성 재료와 상기 제1 유리 성분과의 총계에 대한 상기 제1 유리 성분의 함유량이, 체적 비율로 46 내지 60vol％가 되도록 형성되고, 상기 비자성체부는, 상기 세라믹 재료와 상기 제2 유리 성분과의 총계에 대한 상기 제2 유리 성분의 함유량이, 체적 비율로 69 내지 79vol％가 되도록 형성되어 있으므로, 금속 자성 입자간에 유리상을 형성하는 것이 가능하게 되고, 게다가 적어도 코일 패턴의 주면이 비유전율이 낮은 유리 세라믹을 포함하는 비자성체부에서 접하고 있기 때문에, 부유 용량의 상승을 억제할 수 있다. 그리고 이에 의해 절연성을 손상시키는 일 없이, 양호한 고주파 특성이나 자기 특성을 얻을 수 있고, 또한 균열이나 박리 등의 구조 결함의 발생을 억제할 수 있는 고신뢰성을 갖는 적층 코일 부품을 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 적층 코일 부품의 제조 방법에 의하면, 금속 자성 재료와 제1 유리 성분과의 총계에 대한 상기 제1 유리 성분의 함유량이, 소성 후에 체적 비율로 46 내지 60vol％가 되도록, 적어도 상기 금속 자성 재료와 상기 제1 유리 성분을 함유한 자성체 페이스트를 제작하는 자성체 페이스트 제작 공정과, 세라믹 재료와 제2 유리 성분과의 총계에 대한 상기 제2 유리 성분의 함유량이, 소성 후에 체적 비율로 69 내지 79vol％가 되도록, 적어도 상기 세라믹 재료와 상기 제2 유리 성분을 함유한 비자성체 페이스트를 제작하는 비자성체 페이스트 제작 공정과, 도전성 분말을 주성분으로 한 도전성 페이스트를 제작하는 도전성 페이스트 제작 공정과, 상기 비자성체 페이스트를 사용해서 형성된 비자성체층과, 상기 도전성 페이스트를 사용해서 형성된 코일 패턴과, 상기 자성체 페이스트를 사용해서 형성된 자성체층을, 상기 도체부가 코일 형상이 되도록 소정 순서로 적층하여 적층 성형체를 제작하는 적층 성형체 제작 공정과, 상기 적층 성형체를 소성하는 소성 공정을 포함하므로, 양호한 절연성과 고주파 특성을 확보할 수 있어, 자기 특성이나 내습성ㆍ내도금액성이 양호하여 고신뢰성을 갖는 적층 코일 부품을 용이하게 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명에 관한 적층 코일 부품의 일 실시 형태를 도시하는 사시도이다.
도 2는 도 1의 A-A 화살표 방향에서 본 단면도이다.
도 3은 상기 적층 코일 부품의 중간 제작물인 적층 성형체의 제조 공정 도(1/6)이다.
도 4는 상기 적층 코일 부품의 중간 제작물인 적층 성형체의 제조 공정 도(2/6)이다.
도 5는 상기 적층 코일 부품의 중간 제작물인 적층 성형체의 제조 공정 도(3/6)이다.
도 6은 상기 적층 코일 부품의 중간 제작물인 적층 성형체의 제조 공정 도(4/6)이다.
도 7은 상기 적층 코일 부품의 중간 제작물인 적층 성형체의 제조 공정 도(5/6)이다.
도 8은 상기 적층 코일 부품의 중간 제작물인 적층 성형체의 제조 공정 도(6/6)이다.
도 9는 상기 적층 코일 부품의 제2 실시 형태를 도시하는 단면도이다.
도 10은 상기 제2 실시 형태에 있어서의 적층 성형체의 주요부 제조 공정도이다.
도 11은 실시예에서 제작한 비교예 시료의 단면도이다.
도 12는 본 발명 시료의 인덕턴스의 주파수 특성의 일례를 비교예 시료와 함께 도시하는 도면이다.

다음에, 본 발명의 실시 형태를 상세하게 설명한다.

도 1은, 본 발명에 관한 적층 코일 부품의 일 실시 형태를 도시하는 사시도이며, 도 2는 도 1의 A-A 화살표 방향에서 본 단면도이다.

본 적층 코일 부품은 코일 도체(1)가 부품 소체(2)에 매설됨과 함께, 그 부품 소체(2)의 양단에는 Ag 등을 포함하는 외부 전극(3a, 3b)이 형성되어 있다. 그리고, 코일 도체(1)의 양단에는 인출 전극(4a, 4b)이 형성되어 있고, 인출 전극(4a, 4b)과 외부 전극(3a, 3b)이 전기적으로 접속되어 있다.

부품 소체(2)는, 구체적으로는 도 2에 도시하는 바와 같이, 자성체부(5)와 비자성체부(6)를 갖고 있고, 적어도 코일 패턴의 주면이 비자성체부(6)와 접하도록 코일 도체(1)가 형성되어 있다. 이 제1 실시 형태에서는, 비자성체부(6)는 코일 도체(1)의 표면을 덮도록 형성되어 있다. 그리고, 자성체부(5)는 비자성체부(6)의 표면을 덮도록 그 비자성체부(6)와 접하여 형성되어 있다.

자성체부(5)는 금속 자성 재료와 제1 유리 성분을 함유하고, 금속 자성 재료와 제1 유리 성분과의 총계에 대한 제1 유리 성분의 체적 함유량은, 46 내지 60vol％로 되어 있다. 또한, 비자성체부(6)는 세라믹 재료와 제2 유리 성분을 함유하고, 세라믹 재료와 제2 유리 성분과의 총계에 대한 제2 유리 성분의 체적 함유량은, 69 내지 79vol％로 되어 있다.

이에 의해 금속 자성 입자간에 유리상을 형성하는 것이 가능하게 되고, 게다가 코일 도체(1)의 주위가 비유전율이 낮은 유리 세라믹을 포함하는 비자성체부(6)로 형성되기 때문에, 부유 용량이 증가하는 것을 억제할 수 있다. 그리고 이와 같이 하여 절연성을 손상시키는 일 없이, 양호한 고주파 특성이나 자기 특성을 얻을 수 있고, 또한 균열이나 박리 등의 구조 결함의 발생을 억제할 수 있는 고신뢰성을 갖는 적층 코일 부품을 얻을 수 있다.

다음에, 제1 유리 성분 및 제2 유리 성분의 체적 함유량을 상술한 범위로 한 이유를 상세하게 설명한다.

(1) 제1 유리 성분

자성체부(5) 중에 금속 자성 재료 외에 제1 유리 성분을 함유시킴으로써, 소성 처리에 의해 금속 자성 입자간에는 치밀한 유리상을 형성할 수 있음과 함께, 외관 비유전율이 상승하는 것을 피할 수 있다. 그리고 이에 의해 자기 특성을 손상시키는 일 없이, 절연성이 양호하여 내흡습성이나 내도금액성을 확보할 수 있고, 또한 양호한 고주파 특성의 유지에 기여한다.

그러나, 자성체부(5) 중의 금속 자성 재료와 제1 유리 성분과의 총계에 대한 제1 유리 성분의 체적 함유량이 46vol％ 미만이 되면, 제1 유리 성분의 체적 함유량이 감소하게 되므로, 금속 자성 입자간을 충분히 충전 가능한 유리상을 형성하기가 곤란하게 되고, 절연성이 저하되어, 내흡습성이나 내도금성이 열화될 우려가 있다. 또한, 제1 유리 성분의 체적 함유량이 감소하므로, 대기 분위기 등의 산화성 분위기에서 소성하면 외관 비유전율이 상승해서 고주파 특성의 열화를 초래할 우려가 있다.

한편, 자성체부(5) 중의 금속 자성 재료와 제1 유리 성분과의 총계에 대한 제1 유리 성분의 체적 함유량이 60vol％를 초과하면, 금속 자성 재료의 체적 함유량이 과도하게 저하되어, 이로 인해 초(初)투자율 등의 자기 특성의 열화를 초래할 우려가 있다.

따라서, 본 실시 형태에서는, 금속 자성 재료와 제1 유리 성분과의 총계에 대한 제1 유리 성분의 체적 함유량이 46 내지 60vol％가 되도록, 금속 자성 재료와 제1 유리 성분과의 배합량을 조정하고 있다.

(2) 제2 유리 성분

코일 도체(1)의 주위를 비유전율이 낮은 유리 세라믹(세라믹 재료＋유리 성분)으로 형성된 비자성체부(6)로 덮음으로써, 코일 도체(1)간에서 발생하는 부유 용량을 저감할 수 있어, 고주파 특성을 개선하는 것이 가능하게 된다.

그러나, 비자성체부(6) 중의 세라믹 재료와 제2 유리 성분의 총계에 대한 제2 유리 성분의 체적 함유량이 69vol％ 미만이 되면, 제2 유리 성분이 지나치게 감소하므로, 비자성체부(6)의 소결성이 저하되고, 이로 인해 자성체부(5)와 비자성체부(6) 사이에서 수축 거동에 큰 차가 생겨, 자성체부(5)와 비자성체부(6)와의 계면에서 균열이나 박리 등의 구조 결함이 생길 우려가 있다. 게다가, 비자성체부(6)가 소결성이 떨어지기 때문에, 치밀한 유리상을 형성할 수 없어, 내흡습성이나 내도금액성의 열화를 초래할 우려가 있다.

한편, 비자성체부(6) 중의 세라믹 재료와 제2 유리 성분의 총계에 대한 제2 유리 성분의 체적 함유량이 79vol％를 초과하면, 비자성체부(6)와 자성체부(5) 사이의 열팽창률차가 커져, 자성체부(5)와 비자성체부(6)와의 계면에서 균열이나 박리 등의 구조 결함이 생길 우려가 있다.

따라서, 본 실시 형태에서는, 세라믹 재료와 제2 유리 성분의 총계에 대한 제2 유리 성분의 체적 함유량이 69 내지 79vol％가 되도록, 세라믹 재료와 제2 유리 성분과의 배합량을 조정하고 있다.

그리고, 이와 같은 유리 성분으로서는, 제1 및 제2 유리 성분이 상기 체적 함유량을 만족하는 것이면, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 구조 결함의 억제 효과를 보다 충분히 확보하기 위해서는, 제1 유리 성분과 제2 유리 성분은 주성분이 동일한 것이 바람직하다. 즉, 제1 유리 성분과 제2 유리 성분을 주성분이 동일한 유리 재료로 형성함으로써, 수축 거동이나 열팽창률차를 서로 근접시킬 수 있어, 균열이나 박리 등의 구조 결함을 한층 더 효과적으로 억제할 수 있다.

또한, 이들 제1 및 제2 유리 성분의 구체적인 재료종으로서는, Si, B 및 알칼리 금속을 함유한 붕규산 알칼리계 유리를 사용하는 것이 바람직하다. Li₂O, K₂O, 혹은 Na₂O 등의 알칼리 금속 산화물은 도금액에 용출되기 어려워, 그물눈 형상 산화물로서 작용하는 SiO₂ 및 B₂O₃과 함께 함유시킴으로써, 한층 더 내도금액성이 우수한 치밀한 유리상을 형성하는 것이 가능하다.

또한, 이들 제1 및 제2 유리 성분의 연화점에 대해서도, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 650 내지 800℃가 바람직하다.

즉, 금속 자성 재료와 제1 유리 및 세라믹 재료와 제2 유리 성분의 각 혼합물을 열처리함으로써, 치밀한 유리상을 형성할 수 있다.

그러나, 유리 성분의 연화점이 650℃ 미만으로 되면, 유리 성분 중의 Si 성분의 함유량이 과도하게 적어지고, 이로 인해 도금 처리 시에 유리 성분이 도금액에 용출되기 쉬워져, 바람직하지 않다.

한편, 유리 성분의 연화점이 800℃를 초과하면, 유리 성분 중의 Si 성분의 함유량이 과도하게 많아져 유리 성분의 유동성이 저하되어, 원하는 치밀한 유리상을 얻을 수 없게 될 우려가 있다.

또한, 자성체부(5)에 함유되는 금속 자성 재료에 대해서도, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 적어도 Fe, Si 및 Cr을 함유한 Fe-Si-Cr계 재료나, 적어도 Fe, Si 및 Al을 함유한 Fe-Si-Al계 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 즉, Fe보다도 산화되기 쉬운 Cr이나 Al을 함유한 Fe-Si-Cr계나, Fe-Si-Al계의 금속 자성 재료를 사용함으로써, 대기 분위기 등의 산화성 분위기에서 소성하면, Cr이나 Al이 산화되어 Cr₂O₃이나 Al₂O₃의 부동태 피막을 금속 자성 입자의 표면에 형성할 수 있다. 그리고 이에 의해 방청성이 향상되어, 신뢰성 향상을 도모할 수 있다.

비자성체부(6)에 함유되는 세라믹 재료에 대해서도, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 통상은 Al₂O₃이 바람직하게 사용된다.

또한, 코일 도체용 재료에 대해서도, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 대기 분위기 등의 산화성 분위기에서도 소성 가능한 내산화성을 갖고, 저저항 또한 비교적 저렴한 Ag를 주성분으로 한 금속 재료를 바람직하게 사용할 수 있다.

이와 같이 본 실시 형태에 의하면, 금속 자성 재료와 제1 유리 성분을 함유한 자성체부(5)와, Al₂O₃ 등의 세라믹 재료와 제2 유리 성분을 함유한 비자성체부(6)를 가짐과 함께, 상기 비자성체부에 Ag 등의 코일 도체(1)가 형성되고, 상기 자성체부(5)는 금속 자성 재료와 제1 유리 성분과의 총계에 대한 제1 유리 성분의 체적 함유량이, 46 내지 60vol％이며, 상기 비자성체부(6)는 세라믹 재료와 제2 유리 성분과의 총계에 대한 제2 유리 성분의 체적 함유량이, 65 내지 79vol％이므로, 금속 자성 입자간에 유리상을 형성하는 것이 가능하게 되고, 게다가 코일 도체의 주위가 비유전율이 낮은 유리 세라믹을 포함하는 비자성체부로 형성되기 때문에, 부유 용량이 커지는 것을 억제할 수 있다. 그리고 이에 의해 절연성을 손상시키는 일 없이, 양호한 고주파 특성이나 자기 특성을 얻을 수 있고, 또한 균열이나 박리 등의 구조 결함의 발생을 억제할 수 있는 고신뢰성을 갖는 적층 코일 부품을 얻을 수 있다.

또한, 상기 제1 유리 성분 및 상기 제2 유리 성분은 주성분이 동일한 경우는, 소성 시에 자성체부(5)와 비자성체부(6) 사이의 수축 거동이나 열팽창률차를 서로 근접시킬 수 있고, 균열이나 박리 등의 구조 결함을 한층 더 효과적으로 억제할 수 있어, 신뢰성 향상을 도모할 수 있다.

또한, 상기 제1 및 제2 유리 성분이, 규소, 붕소 및 알칼리 금속 원소를 주성분으로 한 붕규산 알칼리계 유리의 경우는, 한층 더 내도금액성이 우수한 치밀한 유리상을 형성하는 것이 가능하다.

또한, 제1 및 제2 유리 성분의 연화점이, 650 내지 800℃인 경우는, 소성 처리에 의해 제1 및 제2 유리 성분을 포함하는 치밀한 유리상이 금속 자성 입자간이나 세라믹 입자간에 형성되어, 이들 금속 자성 입자간이나 세라믹 입자간에 간극이 생기는 것을 억제할 수 있다. 즉, 내습성이나 내도금성의 한층 더한 향상을 도모할 수 있어, 수분이나 도금액의 침입을 최대한 피할 수 있음과 함께, 후속 공정에서 도금 처리를 행해도 유리 성분이 도금액에 용출되는 것을 효과적으로 억제할 수 있다.

또한, 금속 자성 재료로서, Fe보다도 산화되기 쉬운 Cr이나 Al을 함유한 Fe-Si-Cr계나, Fe-Si-Al계의 금속 자성 재료를 사용한 경우는, 대기 분위기에서 소성하면 Cr이나 Al이 산화되어 Cr₂O₃이나 Al₂O₃을 포함하는 부동태 피막이 입자 표면에 형성되어, 방청성이 향상되고, 보다 양호한 신뢰성을 확보할 수 있다.

이와 같이 본 적층 코일 부품에 의하면, 균열이나 박리 등의 구조 결함이 생기는 것을 억제할 수 있어, 각종 특성이나 절연성이 양호하여 고주파 특성이나 신뢰성이 우수한 적층 코일 부품을 얻을 수 있다.

다음에, 이 적층 코일 부품의 제조 방법을 상세하게 설명한다.

(1) 자성체 페이스트의 제작

Fe-Si-Cr계 재료나 Fe-Si-Al계 재료 등의 금속 자성 재료 및 붕규산 알칼리계 유리 등의 제1 유리 성분을 준비한다.

그리고, 금속 자성 재료와 제1 유리 성분과의 총계에 대한 제1 유리 성분의 체적 함유량이, 소성 후에 46 내지 60vol％가 되도록, 이들 금속 자성 재료 및 제1 유리 성분을 칭량하고, 혼합해서 자성체 원료를 제작한다.

다음에, 유기 용제, 유기 바인더 및 분산제나 가소제 등의 첨가제를 적당량 칭량하고, 상기 자성체 원료와 함께 혼련하고, 페이스트화하여 자성체 페이스트를 제작한다.

(2) 비자성체 페이스트의 제작

Al₂O₃ 등의 세라믹 재료 및 붕규산 알칼리계 등의 제2 유리 성분을 준비한다.

그리고, 세라믹 재료와 제2 유리 성분과의 총계에 대한 제2 유리 성분의 체적 함유량이, 소성 후에 69 내지 79vol％가 되도록, 이들 세라믹 재료 및 제2 유리 성분을 칭량하고, 혼합해서 비자성체 원료를 제작한다.

다음에, 유기 용제, 유기 바인더 및 분산제나 가소제 등의 첨가제를 적당량 칭량하고, 상기 비자성체 원료와 함께 혼련하고, 페이스트화하여 비자성체 페이스트를 제작한다.

(3) 코일 도체용 도전성 페이스트(이하, 「코일 도체 페이스트」라고 함)의 제작

Ag 분말 등의 도전성 재료에 바니시나 유기 용제를 첨가해서 혼련하고, 이에 의해 도전성 재료를 주성분으로 하는 코일 도체 페이스트를 제작한다.

(4) 적층 성형체의 제작

도 3 내지 도 8은 적층 성형체의 제작 공정을 도시하는 평면도이다. 또, 통상은, 대형의 베이스 필름 상에 다수의 적층 성형체를 동시에 제작하는 다면취 방식이 채용되지만, 본 실시 형태에서는, 설명의 사정상, 1개의 적층 성형체를 제작하는 경우에 대해 설명한다.

우선, 도 3의 (a)에 도시하는 바와 같이 PET(폴리에틸렌테레프탈레이트) 등의 베이스 필름 상에 자성체 페이스트를 스크린 인쇄법 등으로 도포하고, 건조하는 처리를 반복하여, 소정 두께의 제1 자성체층(11a)을 제작한다.

다음에, 도 3의 (b)에 도시하는 바와 같이, 제1 자성체층(11a) 표면의 소정 영역에 비자성체 페이스트를 도포하고, 건조시켜, 소정 폭을 갖는 중공 직사각형 형상의 제1 비자성체층(12a)을 형성한다. 계속해서, 제1 비자성체층(12a)이 형성되어 있지 않은 부분, 즉 제1 비자성체층(12a) 내의 중공부 및 외부에 자성체 페이스트를 도포하고, 건조시켜, 이에 의해 제2 자성체층(11b)을 제작한다.

그 후, 도 3의 (c)에 도시하는 바와 같이, 제1 비자성체층(12a)의 표면에 코일 도체 페이스트를 도포하고, 제1 비자성체층(12a)보다도 폭이 좁은 제1 도체부(13a)를 대략 역ㄷ자 형상으로 형성한다. 또한, 이 제1 도체부(13a)는 일단부가 제2 자성체층(11b)의 단부면에 인출되도록 형성된다.

다음에, 도 4의 (d)에 도시하는 바와 같이, 제1 비자성체층(12a) 상에 비자성 페이스트를 도포해서 건조시켜, 제1 비자성체층(12a)과 동일 형상의 제2 비자성체층(12b)을 형성한다. 또한 제2 비자성체층(12b)이 형성되어 있지 않은 부분에 자성체 페이스트를 도포하고, 건조시켜 제3 자성체층(11c)을 형성한다. 그리고, 상기 제1 도체부(13a)와의 도통이 가능하게 되도록 제2 비자성체층(12b)의 소정 개소에 제1 도통 비아(14a)를 형성한다.

계속해서, 도 4의 (e)에 도시하는 바와 같이, 제2 비자성체층(12b)의 표면에 코일 도체 페이스트를 도포하고, 일단부가 제1 비아 도체(14a)에 접속되도록 제2 비자성체층(12b)보다도 폭이 좁은 제2 도체부(13b)를 역ㄷ자 형상으로 형성한다.

계속해서, 도 4의 (f)에 도시하는 바와 같이, 제2 비자성체층(12b) 상에 비자성체 페이스트를 도포해서 건조시켜, 제1 및 제2 비자성체층(12a, 12b)과 동일 형상의 제3 비자성체층(12c)을 형성하고, 또한 제3 비자성체층(12c)이 형성되어 있지 않은 부분에 자성체 페이스트를 도포하고, 건조시켜 제4 자성체층(11d)을 형성한다. 그리고, 제2 도체부(13b)와의 도통이 가능하게 되도록 제3 비자성체층(12c)의 소정 개소에 제2 도통 비아(14b)를 형성한다.

다음에, 도 5의 (g)에 도시하는 바와 같이, 제3 비자성체층(12c)의 표면에 코일 도체 페이스트를 도포하고, 일단부가 제2 비아 도체(14b)에 접속되도록 제3 비자성체층(12c)보다도 폭이 좁은 제3 도체부(13c)를 역ㄷ자 형상으로 형성한다.

계속해서, 도 5의 (h)에 도시하는 바와 같이, 제3 비자성체층(12c) 상에 비자성체 페이스트를 도포해서 건조시켜, 제1 내지 제3 비자성체층(12a 내지 12c)과 동일 형상의 제4 비자성체층(12d)을 형성하고, 또한 제4 비자성체층(12d)이 형성되어 있지 않은 부분에 자성체 페이스트를 도포하고, 건조시켜 제5 자성체층(11e)을 형성한다. 그리고, 제3 도체부(13c)와의 도통이 가능하게 되도록 제4 비자성체층(12d)의 소정 개소에 제3 도통 비아(14c)를 형성한다.

이하, 마찬가지의 공정을 반복하여, 도 6의 (i) 내지 (k) 및 도 7의 (l) 내지 (n)에 도시하는 바와 같이, 제5 내지 제8 자성체층(11e 내지 11h), 제4 내지 제7 비자성체층(12d 내지 12g), 제4 내지 제6 도체부(13d 내지 13f) 및 제3 내지 제6 도통 비아(14c 내지 14f)를 순차 제작한다.

그리고 그 후, 도 8의 (o)에 도시하는 바와 같이, 제7 비자성체층(12g) 상에 코일 도체 페이스트를 도포하고, 일단부가 제6 도통 비아(14f)와 접속되도록 제7 비자성체층(12g)보다도 폭이 좁은 제7 도체부(13g)를 대략 역ㄷ자 형상으로 형성한다. 또한, 이 제7 도체부(13g)는, 제1 도체부(13a)와 반대측의 타단부가 제8 자성체층(11h)의 단부면에 인출되도록 형성되어 있다.

계속해서, 도 8의 (p)에 도시하는 바와 같이, 제7 비자성체층(12g) 상에 비자성체 페이스트를 도포해서 건조시켜, 제1 내지 제7 비자성체층(12a 내지 12g)과 동일 형상의 제8 비자성체층(12h)을 형성하고, 또한 제8 비자성체층(12h)이 형성되어 있지 않은 부분에 자성체 페이스트를 도포하고, 건조시켜 제9 자성체층(11i)을 형성한다.

그리고 그 후, 도 8의 (q)에 도시하는 바와 같이, 제9 자성체층(11i) 상에 자성체 페이스트를 도포하고, 건조하는 처리를 반복하여, 소정 두께의 제10 자성체층(11j)을 형성하고, 이에 의해 적층 성형체를 제작한다.

(5) 소성 처리

이와 같이 하여 제작된 적층 성형체를 열처리로에 투입하고, 대기 분위기 하에, 300 내지 500℃ 약 2시간 가열해서 탈바인더 처리를 행하고, 그 후 대기 분위기 하에, 850℃에서 1시간 정도 소성하고, 이에 의해 제1 내지 제10 자성체층(11a 내지 11j), 제1 내지 제8 비자성체층(12a 내지 12h), 제1 내지 제7 도체부(13a 내지 13g) 및 제1 내지 제6 비아 도체(14a 내지 14f)가 공소결되고, 소정의 코일 패턴을 갖는 코일 도체(1)가 비자성체부(6)의 내부에 형성된 부품 소체(2)를 제작한다.

(6) 외부 전극의 형성

Ag 등의 도전성 재료를 주성분으로 한 외부 전극용 도전성 페이스트를 준비한다. 그리고 이 부품 소체(2)의 단부에 외부 전극용 도전성 페이스트를 도포하고, 대기 분위기 하에, 건조 후, 750 내지 800℃의 온도에서 소정 시간 소성 처리를 행하고, 이에 의해 적층 코일 부품이 제작된다.

이와 같이 본 적층 코일 부품의 제조 방법에 의하면, 금속 자성 재료와 제1 유리 성분과의 총계에 대한 상기 제1 유리 성분의 함유량이, 소성 후에 체적 비율로 46 내지 60vol％가 되도록, 적어도 상기 금속 자성 재료와 상기 제1 유리 성분을 함유한 자성체 페이스트를 제작하는 자성체 페이스트 제작 공정과, 세라믹 재료와 제2 유리 성분과의 총계에 대한 상기 제2 유리 성분의 함유량이, 소성 후에 체적 비율로 69 내지 79vol％가 되도록, 적어도 상기 세라믹 재료와 상기 제2 유리 성분을 함유한 비자성체 페이스트를 제작하는 비자성체 페이스트 제작 공정과, 도전성 분말을 주성분으로 한 도전성 페이스트를 제작하는 도전성 페이스트 제작 공정과, 상기 비자성체 페이스트를 사용해서 형성된 제1 내지 제8 비자성체층(12a 내지 12h)과, 상기 도전성 페이스트를 사용해서 형성된 제1 내지 제7 도체부(13a 내지 13g)와, 상기 자성체 페이스트를 사용해서 형성된 제1 내지 제10 자성체층(11a 내지 11j)을 소정 순서로 적층하여 적층 성형체를 제작하는 적층 성형체 제작 공정과, 상기 적층 성형체를 소성하는 소성 공정을 포함하므로, 양호한 절연성과 고주파 특성을 확보할 수 있어, 자기 특성이나 내습성ㆍ내도금액성이 양호하여 고신뢰성을 갖는 적층 코일 부품을 용이하게 얻을 수 있다.

또한, 소성 공정을 질소 분위기 등의 비산화성 분위기뿐만 아니라 대기 분위기 등의 산화성 분위기에서 소성해도 양호한 절연성과 고주파 특성을 확보할 수 있기 때문에, 소성 분위기의 제어가 용이하게 되어, 저비용으로 자기 특성이나 내습성ㆍ내도금액성이 양호하여 고신뢰성을 갖는 적층 코일 부품을 용이하게 얻을 수 있다.

즉, 종래의 적층 코일 부품에서는, 대기 분위기 등의 산화성 분위기에서 소성 처리를 행하면, 자성체부를 형성하는 금속 입자의 표면에 산화 피막이 형성되어 자성체부의 외관 비유전율이 상승하여, 고주파 특성의 저하를 초래할 우려가 있기 때문에, 비산화성 분위기에서 소성을 행하지 않을 수 없었다.

이에 대해 본 실시 형태에서는, 상술한 바와 같이 소성 후에는 금속 자성 재료와 유리 성분과의 총계에 대해 46 내지 60vol％가 되도록 유리 성분을 함유시키고, 또한 소정량의 유리 성분을 함유한 유전율이 낮은 유리 세라믹을 포함하는 비자성체층(6)으로 코일 도체(1)의 주위를 덮고 있으므로, 대기 분위기 등의 산화성 분위기에서 소성해도 양호한 절연성과 고주파 특성을 얻을 수 있다.

도 9는, 상기 적층 코일 부품의 제2 실시 형태를 도시하는 단면도이다.

부품 소체(21)는, 상기 제1 실시 형태와 마찬가지로, 자성체부(22)와 비자성체부(23)를 갖고 있다. 그리고, 이 제2 실시 형태에서는 코일 패턴의 주면이 비자성체부(23)와 접하도록 코일 도체(24)가 형성되어 있다. 즉, 비자성체부(23)와 코일 도체(24)가 동일 내지 대략 동일한 폭 W를 갖고 있고, 이들 비자성체부(23)와 코일 도체(24)가 적층 형상으로 형성되어 있다. 그리고, 자성체부(22)는 비자성체부(23)[및 코일 도체(24)]의 표면을 덮도록 그 비자성체부(23)[및 코일 도체(24)]와 접하여 형성되어 있다.

이와 같이 본 발명은, 적어도 코일 패턴의 주면이 비자성체부(23)와 접하도록 코일 도체(24)가 형성되어 있으면 좋고, 제1 실시 형태와 같이 코일 도체(1)의 주위를 비자성체부(6)로 덮는 경우 외에, 이 제2 실시 형태와 같이, 코일 패턴의 주면만이 비자성체부(23)와 접하도록 코일 도체(24)를 형성해도, 부유 용량의 상승을 억제할 수 있어, 제1 실시 형태와 마찬가지의 효과를 발휘할 수 있다.

이 제2 실시 형태도, 상기 제1 실시 형태와 대략 마찬가지의 방법으로 제작할 수 있다.

즉, 먼저, 제1 실시 형태와 마찬가지의 방법으로, 자성체 페이스트, 비자성체 페이스트 및 코일 도체 페이스트를 제작하고, 계속해서, 적층 성형체를 제작한다.

도 10은, 제2 실시 형태의 적층 성형체의 주요부 제조 공정도이다.

우선, 베이스 필름 상에 자성체 페이스트를 스크린 인쇄법 등으로 도포하고, 건조하는 처리를 반복하여, 소정 두께의 제1 자성체층을 제작한다.

그리고, 도 10의 (a)에 도시하는 바와 같이, 제1 자성체층(31a) 표면의 소정 영역에 비자성체 페이스트를 도포하고, 건조시켜, 도체부와 동일 폭 내지 대략 동일 폭의 중공 직사각형 형상의 제1 비자성체층(32a)을 형성한다. 계속해서, 제1 비자성체층(32a)이 형성되어 있지 않은 부분에 자성체 페이스트를 도포하고, 건조시켜, 이에 의해 제2 자성체층(31b)을 제작한다.

계속해서, 도 10의 (b)에 도시하는 바와 같이, 제1 비자성체층(32a)의 표면에 코일 도체 페이스트를 도포하고, 제1 비자성체층(32a)과 동일 내지 대략 동일 폭을 갖는 제1 도체부(33a)를 대략 역ㄷ자 형상으로 형성한다.

다음에, 도 10의 (c)에 도시하는 바와 같이, 제1 비자성체층(32a) 상에 비자성 페이스트를 도포해서 건조시켜, 제1 비자성체층(32a)과 동일 형상의 제2 비자성체층(32b)을 형성한다. 또한 제2 비자성체층(32b)이 형성되어 있지 않은 부분에 자성체 페이스트를 도포하고, 건조시켜 제3 자성체층(31c)을 형성한다. 그리고, 제1 도체부(33a)와의 도통이 가능하게 되도록 제2 비자성체층(32b)의 소정 개소에 제1 도통 비아(34a)를 형성한다.

계속해서, 도 10의 (d)에 도시하는 바와 같이, 제2 비자성체층(32b)의 표면에 코일 도체 페이스트를 도포하고, 일단부가 제1 비아 도체(34a)에 접속되도록 제2 비자성체층(32b)과 동일 내지 대략 동일 폭을 갖는 제2 도체부(33b)를 역ㄷ자 형상으로 형성한다.

이하, 제1 실시 형태와 마찬가지의 방법ㆍ수순으로 적층 성형체를 형성한 후, 소성 처리를 행하여 부품 소체(21)를 형성하고, 그 후, 외부 전극을 부여함으로써, 상기 적층 코일 부품을 제작할 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 것이 아니라, 요지를 일탈하지 않는 범위에서 한층 더 다양한 변경이 가능하다.

다음에, 본 발명의 실시예를 구체적으로 설명한다.

<실시예 1>

금속 자성 재료에 제1 유리 성분을 함유시키고, 제1 유리 성분의 체적 함유량이 다른 자성체 시료 A 내지 G를 제작하고, 이들 자성체 시료 A 내지 G의 각종 특성을 평가했다.

〔자성체 페이스트의 제작〕

금속 자성 재료로서 Fe:92.0wt％, Si:3.5wt％, Cr:4.5wt％를 함유한 평균 입경 6㎛의 Fe-Si-Cr계 자성 합금 분말을 준비했다.

또한, 제1 유리 성분으로서, SiO₂:79wt％, B₂O₃:19wt％, K₂O:2wt％를 함유한 평균 입경이 1㎛이고 연화점이 760℃인 유리 분말을 준비했다.

다음에, 이 자성 합금 분말과 유리 분말과의 배합 비율이 표 1이 되도록 칭량해서 혼합하고, 자성체 원료를 얻었다.

그리고, 이 자성체 원료 100중량부에 대해 유기 용제로서의 디히드로터피닐아세테이트를 26중량부, 바인더 수지로서의 에틸셀룰로오스 수지를 3중량부 및 가소제를 1중량부 첨가하고, 이들을 혼련해서 페이스트화하고, 이에 의해 시료 번호 A 내지 G의 자성체 페이스트를 제작했다.

〔자성체 시료의 제작〕

이들 시료 번호 A 내지 G의 자성체 페이스트를 PET 필름 상에 도포하고, 건조하는 처리를 반복하여, 두께가 0.5㎜인 자성체 시트를 제작했다.

계속해서, 이 자성체 시트를 PET 필름으로부터 박리하고, 프레스 가공을 행하여, 직경 10㎜의 원판 형상으로 펀칭하고, 원판 형상의 성형체를 제작했다.

마찬가지로, 상기 자성체 시트를 PET 필름으로부터 박리하고, 프레스 가공을 행하여, 외경이 20㎜, 내경이 12㎜의 링 형상으로 펀칭하고, 링 형상의 성형체를 제작했다.

계속해서, 이들 성형체를 대기 분위기 하에, 350℃에서 탈바인더 처리를 행하고, 그 후 850℃의 온도에서 60분간, 열처리하여 소성하고, 이에 의해 시료 번호 A 내지 G의 원판 형상 시료 및 링 형상 시료를 각각 제작했다.

〔자성체 시료의 특성 평가〕

다음에, 시료 번호 A 내지 G의 원판 형상 시료에 대해, 중량을 측정한 후, 수중에 60분간 침지하고, 그 후, 각 시료를 들어 올려, 표면의 수분을 스펀지로 흡수하여 제거한 후, 수분 제거 후의 중량을 측정하고, 침지 전후의 증가 중량에 기초해서 흡수율을 산출했다.

또한, 이들 시료 번호 A 내지 G의 원판 형상 시료의 양쪽 주면에 Ag를 주성분으로 하는 도전성 페이스트를 도포하고, 700℃의 온도에서 5분간 베이킹하여 전극을 형성했다.

그리고 이들 각 시료에 50V의 직류 전압을 인가하고, 1분 후의 저항값을 측정하고, 이 측정값과 시료 치수로부터 비저항 logρ(ρ:Ωㆍ㎝)를 구했다.

또한, 시료 번호 A 내지 G의 링 형상 시료를 투자율 측정 지그(아질렌트ㆍ테크놀로지사제, 16454A-s)에 수용하고, 임피던스 애널라이저(아질렌트ㆍ테크놀로지사제, E4991A)를 사용하고, 측정 주파수 1㎒에서 초투자율 μi를 측정했다.

표 1은 자성 합금 분말(금속 자성 재료)과 유리 분말(제1 유리 성분)의 각 함유량(소성 전), 유리 분말의 체적 함유량(소성 후) 및 측정 결과를 나타내고 있다.

시료 번호 A, B는, 초투자율 μi는 각각 8.6, 7.2로 크지만, 흡수율이 3.2％, 2.5％로 모두 높고, 또한 비유전율 εr도 99, 85로 모두 커졌다. 또한, 비저항 logρ도 7.2, 7.8로 작았다. 이것은, 시료 번호 A, B에서는, 유리 분말의 체적 함유량이 28vol％, 38vol％이며, 모두 40vol％ 미만으로 적고, 이로 인해 자성 합금 분말간의 간극을 충분히 매립할 만큼의 유리상을 형성할 수 없고, 그 결과, 내흡습성이 저하되어 충분한 비저항 logρ를 얻을 수 없어, 절연성이 떨어지고, 또한 자성 합금 분말 표면에 산화층이 형성되고, 그 결과 비유전율의 상승을 초래한 것으로 생각된다.

한편, 시료 번호 F, G는, 흡수율은 0.01, 비유전율 εr은 15, 13으로 모두 낮지만, 유리 분말의 체적 함유량이 65 내지 70vol％로 많고, 자성 합금 분말의 체적 함유량이 적기 때문에, 초투자율 μi가 3.1, 2.5로 모두 5 미만으로 저하되었다.

이에 대해 시료 번호 C 내지 E는, 유리 분말의 체적 함유량이 46 내지 60vol％이며, 본 발명 범위 내이므로, 흡수율을 0.1 내지 0.01％로 억제할 수 있어, 비저항 logρ는 8.1 내지 8.8로 되어 8 이상이며, 초투자율 μi는 5.4 내지 6.7을 확보할 수 있어, 비유전율 εr은 17 내지 20으로 억제할 수 있었다.

따라서, 내흡습성, 내도금액성, 절연성, 자기 특성 및 고주파 특성의 모두를 충족시키기 위해서는, 자성체부는 유리 분말의 체적 함유량은 46 내지 60vol％로 할 필요가 있는 것을 알 수 있었다.

<실시예 2>

세라믹 재료에 제2 유리 성분을 함유시키고, 제2 유리 성분의 체적 함유량이 다른 다양한 비자성체 시료 a 내지 g를 제작하고, 이들 비자성체 시료 a 내지 g의 각종 특성을 평가했다.

〔비자성체 페이스트의 제작〕

세라믹 재료로서 평균 입경이 1㎛의 Al₂O₃을 포함하는 세라믹 분말을 준비했다.

또한, 제2 유리 성분으로서, 제1 유리 성분과 마찬가지로, SiO₂:79wt％, B₂O₃:19wt％, K₂O:2wt％를 함유한 평균 입경이 1㎛이고 연화점이 760℃인 유리 분말을 준비했다.

다음에, 이 세라믹 분말과 유리 분말과의 배합 비율이 표 2가 되도록 칭량해서 혼합하고, 비자성체 원료를 얻었다.

그리고, 이 비자성체 원료 100중량부에 대해 유기 용제로서의 디히드로터피닐아세테이트를 26중량부, 바인더 수지로서의 에틸셀룰로오스 수지를 3중량부 및 가소제를 1중량부 첨가하고, 이들을 혼련해서 페이스트화하고, 이에 의해 시료 번호 a 내지 g의 비자성체 페이스트를 제작했다.

〔비자성체 시료의 제작〕

시료 번호 a 내지 g의 비자성체 페이스트를 사용하고, 〔실시예 1〕과 마찬가지의 방법ㆍ수순으로 시료 번호 a 내지 g의 원판 형상 시료 및 링 형상 시료를 각각 제작했다.

〔비자성체 시료의 특성 평가〕

시료 번호 a 내지 g의 원판 형상 시료에 대해, 〔실시예 1〕과 마찬가지의 방법ㆍ수순으로 흡수율, 비저항 logρ 및 비유전율 εr을 구했다.

또한, 시료 번호 a 내지 g의 링 형상 시료에 대해, 〔실시예 1〕과 마찬가지의 방법ㆍ수순으로 초투자율 μi를 측정했다.

표 2는 세라믹 분말(세라믹 재료)과 유리 분말(제2 유리 성분)의 각 함유량(소성 전), 유리 분말의 체적 함유량(소성 후) 및 측정 결과를 나타내고 있다.

시료 번호 a, b는, 흡수율이 1.2％, 0.24％로 모두 비교적 높아졌다. 이것은 유리 분말의 체적 함유량이 60vol％, 65vol％로 적고, 이로 인해 850℃의 온도에서는 열처리해도 충분히 치밀한 유리상을 얻을 수 없었기 때문이라고 생각된다.

이에 대해 시료 번호 c 내지 g는, 유리 분말의 체적 함유량이 69vol％ 이상이므로, 흡수율이 0.01 내지 0.05 ％로 낮고, 치밀한 유리상을 얻을 수 있어, 비저항 logρ도 12.2 내지 14.3으로 충분히 큰 값을 얻을 수 있었다.

단, 시료 번호 f, g는, 유리 분말의 체적 함유량이 83 내지 87vol％이며, 79％를 초과하고 있으므로, 이 시료 번호 f, g를 사용해서 비자성체부를 형성하면, 후술하는 바와 같이 자성체부와 비자성체부와의 계면에서 균열이나 박리 등의 구조 결함이 생길 우려가 있어 부적당하다.

<실시예 3>

실시예 1에서 제작한 자성체 페이스트 중, 흡수율 및 비유전율 εr이 낮고, 초투자율 μi가 양호한 C 내지 E의 자성체 페이스트를 사용하고, 실시예 2에서 제작된 비자성체 페이스트와 조합해서 각종 적층 코일 부품을 제작하고, 특성을 평가했다.

〔적층 코일 부품의 제작〕

〔발명을 실시하기 위한 형태〕에서 설명한 방법ㆍ수순에 따라, 적층 성형체를 제작했다(도 3 내지 도 8 참조).

즉, 먼저, PET 필름 상에 자성체 페이스트를 스크린 인쇄해서 도포하고, 건조하는 처리를 반복하여, 소정 두께의 제1 자성체층을 제작했다.

다음에, 제1 자성체층의 표면 상의 소정 영역에 비자성체 페이스트를 스크린 인쇄해서 도포하고, 건조시켜, 소정 폭을 갖는 중공 직사각형 형상의 제1 비자성체층을 형성했다. 계속해서, 제1 비자성체층이 형성되어 있지 않은 부분(비자성체층 내의 중공부 및 외부)에 자성체 페이스트를 도포하고, 건조시켜, 이에 의해 제2 자성체층을 제작했다.

계속해서, Ag를 주성분으로 한 코일 도체 페이스트를 준비했다. 그리고 제1 비자성체층 상에 코일 도체 페이스트를 스크린 인쇄해서 도포하고, 제1 비자성체층보다도 폭이 좁은 제1 도체부를 대략 역ㄷ자 형상으로 형성했다. 또한, 이 제1 도체부에서는, 일단부가 제1 자성체층의 단부면에 인출되도록 형성했다.

다음에, 상기 제1 비자성체층 상에 비자성 페이스트를 스크린 인쇄해서 도포하고, 건조시켜, 제1 비자성체층 상에 제2 비자성체층을 형성했다. 그 후, 제2 비자성체층이 형성되어 있지 않은 부분에 자성체 페이스트를 도포하고, 건조시켜 제3 자성체층을 형성했다. 그리고, 제1 도체부와의 도통이 가능하게 되도록 제2 비자성체층의 소정 개소에 제1 도통 비아를 형성했다.

계속해서, 제2 비자성체층의 표면에 코일 도체 페이스트를 스크린 인쇄해서 도포하고, 건조시켜, 일단부가 제1 비아 도체에 접속되도록 제2 비자성체층보다도 폭이 좁은 제2 도체부를 역ㄷ자 형상으로 형성했다.

계속해서, 제2 비자성체층 상에 비자성체 페이스트를 스크린 인쇄해서 건조시켜, 제3 비자성체층을 형성하고, 또한 제3 비자성체층이 형성되어 있지 않은 부분에 자성체 페이스트를 도포하고, 건조시켜 제4 자성체층을 형성했다. 그리고, 제2 도체부와의 도통이 가능하게 되도록 제3 비자성체층의 소정 개소에 제2 도통 비아를 형성했다.

다음에, 제3 비자성체층의 표면에 코일 도체 페이스트를 도포하고, 일단부가 제2 비아 도체에 접속되도록 제3 비자성체층보다도 폭이 좁은 제3 도체부를 역ㄷ자 형상으로 형성했다.

이하, 마찬가지의 공정을 반복하여, 최상층의 비자성체층 상에 자성체 페이스트를 도포하고, 건조를 반복해서 소정 두께의 자성체층을 형성하고, 이에 의해 적층 성형체를 제작했다. 또한, 최상층의 도체부는, 제1 도체부와는 반대측의 타단부가 자성체층의 단부면에 인출되도록 형성했다.

이와 같이 하여 제작된 적층 성형체를 열처리로에 투입하고, 대기 분위기 하에, 400℃에서 2시간 가열해서 탈바인더 처리를 행한 후, 대기 분위기 하에, 850℃에서 1시간 정도 소성하고, 이에 의해 시료 번호 1 내지 9의 소결체(부품 소체)를 제작했다.

다음에, Ag를 주성분으로 하고, 유리 분말 및 바니시를 함유한 외부 전극용 도전성 페이스트를 준비했다. 그리고 침지법을 사용하고, 이 소결체의 단부에 외부 전극용 도전성 페이스트를 도포하고, 대기 분위기 하에, 100℃에서 10분간 건조한 후, 780℃의 온도에서 15분간 소성 처리를 행하고, 이에 의해 시료 번호 1 내지 9의 시료를 제작했다.

또한, 시료 번호 1 내지 9의 각 시료의 외형 치수는, 길이 2.5㎜, 폭 2.0㎜, 높이 1.5㎜이며, 코일의 턴수는 1㎒(1V)에서의 인덕턴스 L이 약 1μH가 되도록 조정했다.

〔적층 코일 부품의 특성 평가〕

시료 번호 1 내지 9의 시료 각 50개에 대해, 외관을 광학 현미경으로 관찰했다.

또한, 이들 시료 각 50개를 측면이 직립하도록(erect) 수지로 고정을 행하고, 측면을 시료의 폭 방향을 따라서, 폭 방향의 약 1/2의 개소까지 연마하고, 연마면을 광학 현미경으로 관찰했다.

그리고, 외관 및 연마면의 양쪽에서, 자성체층과 비자성체층의 접합부에 균열이나 박리가 전무인 시료 번호를 양품(○), 균열이나 박리가 1개라도 생긴 시료 번호를 불량품(×)으로 하여 구조 결함을 평가했다.

표 3은 자성체 페이스트 및 비자성체 페이스트의 종류, 구조 결함의 평가 결과를 나타내고 있다.

시료 번호 1, 2, 10, 11, 16 및 17은, 자성체부와 비자성체부의 접합부에 균열이나 박리가 발생하고, 구조 결함이 생겼다. 이것은, 시료 번호 1, 2, 10, 11, 16 및 17에서는, 비자성체부 중의 유리 분말의 체적 함유량이 60vol％, 65vol％의 비자성체 페이스트 a, b를 사용해서 형성되어 있고, 따라서 비자성체층 중의 유리 성분(제2 유리 분말)의 체적 함유량이 적고, 이로 인해 비자성체층의 소결성이 저하되고, 그 결과, 자성체층과 비자성체층 사이에서 수축 거동의 차가 커져, 균열이나 박리 등의 구조 결함이 발생한 것으로 생각된다.

또한, 시료 번호 6, 7, 14, 15, 20 및 21도, 자성체부와 비자성체부와의 접합부에 균열이나 박리가 발생하고, 구조 결함이 생겼다. 이것은, 시료 번호 6, 7, 14, 15, 20 및 21에서는, 비자성체부가, 유리 분말의 체적 함유량이 83vol％, 87vol％의 비자성체 페이스트 f, g를 사용해서 형성되어 있고, 따라서 비자성체층 중의 유리 성분(제2 유리 분말)의 체적 함유량이 과잉이 되고, 이로 인해 자성체층과 비자성체층과의 열팽창률의 차가 커져, 그 결과, 균열이나 박리 등의 구조 결함이 발생한 것으로 생각된다.

이에 대해 시료 번호 3 내지 5, 8, 9, 12, 13, 18 및 19는 비자성체부 중의 유리 분말의 체적 함유량이 69 내지 79vol％이며, 또한 자성체부 중의 유리 분말의 체적 함유량이 46 내지 60vol％이며, 모두 본 발명 범위 내이므로, 균열이나 박리 등의 구조 결함이 생기지 않는 것이 확인되었다.

<실시예 4>

비자성체부를 갖지 않은 비교예 시료를 제작하고, 본 발명 시료와 비교예 시료의 인덕턴스의 주파수 특성을 측정하고, 양자의 고주파 특성을 비교했다.

〔비교예 시료의 제작〕

비교예 시료로서, <실시예 1>에서 제작한 자성체 페이스트 D를 사용하고, 도 11에 도시하는 바와 같이, 자성체 원료로 형성된 부품 소체(51)에 코일 도체(52)가 매설된 적층 코일 부품을 제작했다.

이 비교예 시료는, 구체적으로는 이하와 같이 하여 제작했다.

먼저, PET 필름 상에 자성체 페이스트를 스크린 인쇄해서 도포하고, 건조하는 처리를 반복하여, 소정 두께의 제1 자성체층을 제작했다.

계속해서, Ag를 주성분으로 한 코일 도체 페이스트를 제1 비자성체층 상에 스크린 인쇄해서 도포하고, 건조시켜 대략 역ㄷ자 형상의 제1 도체부를 형성했다. 또한, 이 제1 도체부는 일단부가 제1 자성체층의 단부면에 인출되도록 형성했다.

다음에, 제1 자성체층 상에 자성체 페이스트를 스크린 인쇄해서 도포하고, 건조시켜 제2 자성체층을 형성했다. 그리고, 제1 도체부와의 도통이 가능하게 되도록 제1 자성체층의 소정 개소에 제1 도통 비아를 형성했다.

이하, 마찬가지의 공정을 반복하여, 최상층의 자성체층 상에 자성체 페이스트를 도포하고, 건조를 반복하는 처리를 행하여 소정 두께의 자성체층을 형성하고, 적층 성형체를 제작했다. 또한, 최상층의 도체부는, 제1 도체부와는 반대측의 타단부가 자성체층의 단부면에 인출되도록 형성했다.

그 후, 시료 번호 1 내지 9와 마찬가지로, 적층 성형체에 탈바인더 처리를 실시하고, 소성한 후, 외부 전극을 부여하고, 비교예 시료를 제작했다.

또한, 비교예 시료의 외형 치수도, 시료 번호 1 내지 9와 마찬가지로, 길이 2.5㎜, 폭 2.0㎜, 높이 1.5㎜이며, 코일의 턴수는 1㎒(1V)에서의 인덕턴스 L이 약 1μH가 되도록 조정했다.

〔인덕턴스의 주파수 특성〕

본 발명 시료로서 시료 번호 4를 사용했다. 그리고, 본 발명 시료 및 비교예 시료에 대해, 임피던스 애널라이저(아질렌트ㆍ테크놀로지사제, E4991A)를 사용하고, 0.1㎒ 내지 100㎒의 범위에서 인덕턴스의 주파수 특성을 측정하고, 공진 주파수를 구했다.

도 12는, 그 측정 결과를 나타내고 있다. 도면 중, 횡축은 주파수(㎒), 종축은 인덕턴스 L(μH)이다. 또한, 횡축 중, f₀은 본 발명 시료의 공진 주파수를 나타내고, f₀′는 비교예 시료의 공진 주파수를 나타내고 있다.

이 도 12로부터 명백한 바와 같이, 비교예 시료의 공진 주파수 f₀′는 약 36㎒이었던 것에 반해, 본 발명 시료의 공진 주파수 f₀은 약 72㎒이었다. 즉, 본 발명 시료는 비교예 시료에 비해, 고주파 특성이 우수하고, 보다 고주파 대역에서의 사용이 가능한 것을 알 수 있었다.

절연성을 손상시키는 일 없이, 양호한 고주파 특성이나 자기 특성을 얻을 수 있고, 또한 균열이나 박리 등의 구조 결함의 발생을 억제할 수 있는 고신뢰성을 갖는 초크 코일이나 적층 인덕터 등의 코일 부품을 실현할 수 있다.

1, 24 : 코일 도체
5, 22 : 자성체부
6, 23 : 비자성체부
11a 내지 11j, 31a 내지 31c : 자성체층
12a 내지 12h, 32a, 32b : 비자성체층
13a 내지 13g, 33a, 33b : 도체부

Claims

금속 자성 재료와 제1 유리 성분을 함유한 자성체부와, 세라믹 재료와 제2 유리 성분을 함유한 비자성체부를 가짐과 함께,
적어도 코일 패턴의 주면이 상기 비자성체부와 접하도록 코일 도체가 형성되고,
상기 자성체부는, 상기 금속 자성 재료와 상기 제1 유리 성분과의 총계에 대한 상기 제1 유리 성분의 함유량이, 체적 비율로 46 내지 60vol％가 되도록 형성되고,
상기 비자성체부는, 상기 세라믹 재료와 상기 제2 유리 성분과의 총계에 대한 상기 제2 유리 성분의 함유량이, 체적 비율로 69 내지 79vol％가 되도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 적층 코일 부품.
제1항에 있어서,
상기 제1 유리 성분 및 상기 제2 유리 성분은, 주성분이 동일한 것을 특징으로 하는 적층 코일 부품.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1 및 제2 유리 성분은, 규소, 붕소 및 알칼리 금속 원소를 주성분으로 한 붕규산 알칼리계 유리인 것을 특징으로 하는 적층 코일 부품.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 유리 성분은, 연화점이 650 내지 800℃인 것을 특징으로 하는, 적층 코일 부품.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 금속 자성 재료는, 적어도 Fe, Si 및 Cr을 함유한 Fe-Si-Cr계 재료 및 적어도 Fe, Si 및 Al을 함유한 Fe-Si-Al계 재료 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 코일 부품.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 세라믹 재료는, Al₂O₃을 주성분으로서 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 적층 코일 부품.
금속 자성 재료와 제1 유리 성분과의 총계에 대한 상기 제1 유리 성분의 함유량이, 소성 후에 체적 비율로 46 내지 60vol％가 되도록, 적어도 상기 금속 자성 재료와 상기 제1 유리 성분을 함유한 자성체 페이스트를 제작하는 자성체 페이스트 제작 공정과,
세라믹 재료와 제2 유리 성분과의 총계에 대한 상기 제2 유리 성분의 함유량이, 소성 후에 체적 비율로 69 내지 79vol％가 되도록, 적어도 상기 세라믹 재료와 상기 제2 유리 성분을 함유한 비자성체 페이스트를 제작하는 비자성체 페이스트 제작 공정과,
도전성 분말을 주성분으로 한 도전성 페이스트를 제작하는 도전성 페이스트 제작 공정과,
상기 비자성체 페이스트를 사용해서 형성된 비자성체층과, 상기 도전성 페이스트를 사용해서 형성된 도체부와, 상기 자성체 페이스트를 사용해서 형성된 자성체층을, 상기 도체부가 코일 형상이 되도록 소정 순서로 적층하여 적층 성형체를 제작하는 적층 성형체 제작 공정과,
상기 적층 성형체를 소성하는 소성 공정
을 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 코일 부품의 제조 방법.
제7항에 있어서,
상기 소성 공정을 산화성 분위기 하에서 행하는 것을 특징으로 하는 적층 코일 부품의 제조 방법.