KR20160117251A - 코일 부품 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 보다 소형화·박층화가 예상되는 상황에 있어서, 높은 절연성과 높은 투자율을 겸비하는 코일 부품의 제공을 목적으로 한다.
이를 해결하기 위하여, 자성체부와, 중심축을 갖는 나선 형상으로 형성된 내부 도체(21)를 구비하고, 내부 도체(21)는 자성체부에 매립되어 있고, 중심축을 상하 방향으로 포함하는 평면에 있어서의 단면에 있어서 자성체부는, 나선 형상의 인접하는 주회 사이에 위치하는 도체부(11), 중심축을 포함하고 나선 형상의 주회의 내측에 위치하는 코어부(12), 나선 형상의 하단부보다 아래 및 상단부보다 위에 위치하는 커버부(13·14) 및 나선 형상의 주회의 외측에 위치하는 사이드부(15)로 구획 가능하고, 자성체부는 철계 연자성 입자 및 적어도 1종 이상의 철보다 산화되기 쉬운 원소의 산화막을 구비하고, 인접하는 상기 철계 연자성 입자끼리의 결합의 적어도 일부는 상기 산화막을 개재하고 있으며, 산소 함유량은 도체부쪽이 코어부보다 큰, 코일 부품을 제공한다.

Description

코일 부품{COIL COMPONENT}

본 발명은 적층 인덕터 등으로 대표되는 코일 부품에 관한 것이다.

최근들어 인덕터 부품에서는, 대전류화가 진행되는 동시에 고주파화도 요구되고 있다. 지금까지 대전류화의 요청을 받아, 페라이트 재료로부터 Fe계나 합금계의 금속 재료로 치환하는 검토가 진행되고 있다. 이들 금속 재료를 사용하는 경우, 지금까지는 수지나 유리로 자성 입자를 결합시키거나, 자성 입자끼리를 소결시키는 방법이 취해져 왔다. 그러나, 수지를 사용하는 경우는 강도의 확보를 위하여, 수지의 첨가량을 많게 해야 하며, 그 결과, 자성 입자의 충전율이 내려가, 충분한 투자율을 얻을 수 없었다. 한편, 소결시키는 경우는 높은 투자율이 얻어지지만, 손실의 영향으로부터 주파수의 제약이 있어, 휴대 기기 등에 사용하는 전자 부품으로서는 한정적인 것이었다. 이러한 점에서, 수지나 유리를 사용하지 않는 방법이 검토되고, 자성 입자를 산화시켜 입자 표면에 산화 피막을 만들고, 이 산화 피막에 의해 자성 입자끼리를 결합시킴으로써 높은 충전율의 자성체를 제작할 수 있는 것을 알 수 있다.

특허문헌 1에 개시되는 발명에서는, 금속 자성체 분말의 표면을 유리로 피복한 금속 자성체를 사용하여 코일을 내장한 성형체를 구비한다. 성형체의 표면은 세라믹스로 피복된다. 또한, 세라믹스가 형성된 성형체 표면에는 수지가 함침된다.

일본 특허 공개 제2010-118587호 공보

적층 인덕터 등에서는, 지금까지 이상으로 고충전이고 포화 특성이 우수한 압분체가 요망된다. 그러나, 예를 들어 그린 시트 등의 적층에 의한 제조에 있어서는 가할 수 있는 압력에 한계가 있다. 이것은, 압력에 의한 적층체 내부의 내부 도체의 변형이나 파괴를 방지하기 위해서이다. 또한, 자성 입자의 고충전화에 있어서는 절연 저하를 수반하는 것이 염려된다.

이상을 고려하여, 본 발명은 보다 소형화·박층화가 예상되는 상황에서, 높은 절연성과 높은 투자율을 겸비하는 코일 부품의 제공을 과제로 한다.

본 발명자들이 예의 검토한 결과, 이하의 특징을 갖는 코일 부품의 발명을 완성했다. 본 발명에 따르면, 코일 부품은 자성체부와, 중심축을 갖는 나선 형상으로 형성된 내부 도체를 구비한다. 내부 도체는 자성체부에 매립되어 있다. 내부 도체에 의한 나선의 중심축을 상하 방향으로 포함하는 평면에 의한 단면에 있어서 자성체부는 도체부, 코어부, 커버부 및 사이드부로 구획 가능하다. 여기서, 도체부는 나선 형상의 인접하는 주회 사이에 위치한다. 코어부는 중심축을 포함하고 나선 형상의 주회의 내측에 위치한다. 커버부는 나선 형상의 하단부보다 아래 및 상단부보다 위에 위치한다. 사이드부는 나선 형상의 주회의 외측에 위치한다. 자성체부는 철계 연자성 입자 및 철보다 산화되기 쉬운 원소의 산화막을 구비한다. 여기서, 인접하는 상기 철계 연자성 입자끼리의 결합의 적어도 일부는 산화막을 개재하고 있다. 산소 함유량은 도체부쪽이 코어부보다 크다.

바람직하게는, 산소 함유량은 도체부쪽이 사이드부보다 크다.

별도로, 바람직하게는 내부 도체는 Ag 또는 Cu 중 적어도 한쪽을 포함한다.

본 발명에 따르면, 내부 도체 근방의 도체부에 있어서는 산소 함유량을 높여 절연성을 확보하면서, 코어부에 있어서는 산소 함유량을 낮게 억제함으로써 자성 입자의 금속 부분의 비율을 높일 수 있어 투자율이 우수하고, 인덕턴스 특성이 좋은 코일 부품을 얻을 수 있다. 또한, 이 특성을 양호하게 할 수 있는 특징을 살리면, 결과적으로 코일 부품의 박형화에 기여할 수 있다.

도 1은 코일 부품의 모식 단면도이다.

이하, 도면을 적절히 참조하면서 본 발명을 상세하게 설명한다. 단, 본 발명은 도시된 형태에 한정되는 것은 아니며, 또한 도면에 있어서는 발명의 특징적인 부분을 강조하여 표현하는 경우가 있으므로, 도면 각 부에 있어서 축척의 정확성은 반드시 담보되어 있지는 않다.

도 1은 코일 부품의 전형예인 적층 인덕터의 모식적인 단면도이다. 이하의 설명에서는, 본 발명의 대상인 코일 부품의 구체적인 실시 형태의 하나로서 적층 인덕터를 들지만, 코일 부품은, 예를 들어 트랜스, 전원용 공통 모드 필터 등이어도 된다. 적층 인덕터는 내부 도체(21)가 자성체부(자성체층을 포함하는 적층체) 안에 매립되어 있는 구조를 갖는다. 전형적으로는, 내부 도체(21)는 나선 형상으로 형성된 코일이며, 그 밖에 와권상의 코일의 도선 등을 들 수 있다. 내부 도체(21)가 형성하는 나선 형상은 중심축을 갖고, 도 1에서는 그 중심축을 일점쇄선으로 표현하고 있다.

코일 부품으로서의 적층 인덕터에 있어서는, 통상은 나선 형상의 1주회에 차지 않는 도체 패턴을 형성한 평면 시트가 적층되고, 평면 시트 사이를 비아 홀 등으로 도통시킴으로써 내부 도체(21)가 형성된다. 코일 세그먼트와 중계 세그먼트를 갖는다. 도 1에는 비아 홀은 묘사되어 있지 않고, 평면 시트 상에 형성된 도체 패턴이 도시되어 있다. 내부 도체(21)의 양단으로부터는 인출 도선(도시하지 않음)이 코일 부품의 외측 표면 등으로까지 연장되어, 외부와의 전기적 도통이 도모된다.

내부 도체(21)를 위한 도전성 재료는 종래의 전자 부품의 전극으로서 사용되는 각종 재료를 특별히 한정없이 사용할 수 있고, 전형적으로는 Ag 또는 Cu이며, 적합하게는 다른 금속을 실질적으로 포함하지 않는 Ag 또는 Cu이다. 또는, 100중량부의 Ag와 50중량부 이하의 다른 금속의 혼합물이나 합금이어도 되고, 상기 다른 금속으로서는 Au, Cu, Pt, Pd 등이 비한정적으로 예시된다.

자성체부(도 1에 있어서의 부호 11 내지 15)는, 전체적으로는 원래는 독립되어 있던 다수의 철계 연자성 입자끼리 결합되어 이루어지는 집합체로서 파악된다. 자성체부는, 다수의 철계 연자성 입자를 포함하는 압분체일 수도 있다. 적어도 일부의 철계 연자성 입자에는 그 주위의 적어도 일부, 바람직하게는 대략 전체에 걸쳐 산화막(도시하지 않음)이 형성되어 있고, 이 산화막에 의해 자성체부의 절연성이 확보된다. 인접하는 철계 연자성 입자끼리는, 주로 각각의 철계 연자성 입자의 주위에 있는 산화막을 개재하여 결합되어, 결과적으로 일정한 형상을 갖는 자성체부가 구성된다. 부분적으로는, 인접하는 철계 연자성 입자가, 금속 부분끼리 결합되어 있어도 된다. 종래의 자성체에 있어서는, 경화된 유기 수지의 매트릭스 중에 자성 입자 또는 수개 정도의 자성 입자의 결합체가 분산되어 있는 것이나, 경화된 유리 성분의 매트릭스 중에 자성 입자 또는 수개 정도의 자성 입자의 결합체가 분산되어 있는 것이 사용되고 있었다. 본 발명에서는, 철계 연자성 입자끼리 결합되어 있는 부분에 있어서는, 유기 수지를 포함하는 매트릭스도 유리 성분을 포함하는 매트릭스도, 실질적으로 존재하지 않는 것이 바람직하다.

개개의 철계 연자성 입자는, 적어도 철(Fe)을 포함하는 연자성을 나타내는 입자이며, 합금 입자이어도 되고, 철 입자를 포함해도 된다. 바람직하게는 철과 철보다 산화되기 쉬운 금속 원소(본 발명에서는 M이라고 총칭함)를 적어도 1종류 이상 포함하는 합금을 포함한다. M은 전형적으로는 Cr(크롬), Al(알루미늄), Ti(티타늄) 등을 들 수 있으며, 바람직하게는 Cr 또는 Al이다. 철계 연자성 입자는 Si를 포함하고 있어도 된다. 자성체부에는 황(S), 규소(Si)가 포함되어 있어도 된다.

자성체부의 화학 조성에 대해서는, 예를 들어 자성체부의 단면을 주사형 전자 현미경(SEM)을 사용하여 촬영하여, 에너지 분산형 X선 분석(EDS)에 의한 ZAF법으로 산출할 수 있다.

Fe, Si 및 M 이외에 포함되어 있어도 되는 금속 원소로서는 Mn(망간), Co(코발트), Ni(니켈), Cu(구리), P(인), C(탄소) 등을 들 수 있다. 적합하게는, 자성체부는 Fe, 금속 원소 M, Si, 산소 원자로 구성된다.

자성체부를 구성하는 개개의 철계 연자성 입자의 적어도 일부에는, 그 주위의 적어도 일부에 산화막이 형성되어 있다. 산화막은 자성체부를 형성하기 전의 원료로서 자성 입자(이하, 원료 입자라고도 함)의 단계에서 형성되어 있어도 되고, 원료 입자의 단계에서는 산화막이 존재하지 않거나 매우 적어 성형 과정에 있어서 산화막을 생성시켜도 되거나 또는 원료 입자에 Fe보다 산화되기 쉬운 산화물을 코팅, 혹은 미립자를 혼합해도 된다. 바람직하게는, 산화막은 철계 연자성 입자 그 자체가 산화물을 포함한다. 환언하면, 산화막의 형성을 위하여 상술한 철계 연자성 입자 이외의 재료를 별도 첨가하지 않는 것이 바람직하다. 성형 후의 철계 연자성 입자에 열처리를 실시하여 자성체부를 얻을 때 철계 연자성 입자의 표면 부분이 산화되어 산화막이 생성되고, 그 생성된 산화막을 개재하여 복수의 철계 연자성 입자가 결합되는 것이 바람직하다. 산화막의 존재는 주사형 전자 현미경(SEM)에 의한 5000배 정도의 촬영상에 있어서 콘트라스트(명도)의 차이로서 인식할 수 있다. 산화막의 존재에 의해 자성체부 전체로서의 절연성이 담보된다.

산화막에 있어서는, 바람직하게는 Fe 원소에 대한 상기 M으로 표현되는 금속 원소의 몰비가 철계 연자성 입자에 비하여 크다. 이와 같은 구성의 산화막을 얻기 위해서는, 자성체부를 얻기 위한 원료 입자에 Fe의 산화물이 가능한 한 적게 포함되거나 Fe의 산화물을 최대한 포함되지 않도록 하여, 자성체부를 얻는 과정에 있어서 열처리 등에 의해 자성 입자의 표면 부분을 산화시키는 것 등을 들 수 있다. 이러한 처리에 의해, Fe보다도 산화되기 쉬운 금속 원소 M이 선택적으로 산화되어, 결과적으로 산화막에 있어서의 Fe에 대한 금속 M의 몰비가, 철계 연자성 입자에 있어서의 Fe에 대한 금속 M의 몰비보다도 상대적으로 커진다.

산화막에 있어서 Fe 원소보다도 M으로 표현되는 금속 원소쪽이 많이 포함됨으로써, 합금 입자의 과잉 산화를 억제한다는 이점이 있다.

자성체부에 있어서의 산화막의 화학 조성을 측정하는 방법은 이하와 같다. 먼저, 자성체부를 파단하거나 하여 그 단면을 노출시킨다. 계속해서, 이온 밀링 등에 의해 평활면을 내어 주사형 전자 현미경(SEM)에 의해 촬영하고, 산화막의 부분을 에너지 분산형 X선 분석(EDS)에 의해 ZAF법으로 산출한다.

자성체부에 있어서의 철계 연자성 입자끼리는 주로 산화막을 개재하여 결합된다. 산화막을 개재하는 결합부(도시하지 않음)의 존재는, 예를 들어 약 5000배로 확대한 SEM 관찰상 등에 있어서, 명확하게 판단할 수 있다. 산화막을 개재하는 결합부의 존재에 의해, 기계적 강도와 절연성의 향상이 도모된다. 자성체부 전체에 걸쳐, 인접하는 철계 연자성 입자가 갖는 산화막을 개재하여 결합되어 있는 것이 바람직하지만, 일부에도 결합되어 있으면, 상응하는 기계적 강도와 절연성의 향상이 도모되고, 그러한 형태도 본 발명의 일 형태라고 할 수 있다. 또한, 부분적으로는 산화막을 개재하지 않고, 철계 연자성 입자끼리의 결합이 존재하고 있어도 된다. 또한, 인접하는 철계 연자성 입자가, 산화막을 개재하는 결합부도 철계 연자성 입자끼리의 결합부도 모두 존재하지 않아 단순히 물리적으로 접촉 또는 접근하는 데 지나지 않는 형태를 부분적으로 갖고 있어도 된다. 또한, 자성체부는 부분적으로 공극을 갖고 있어도 된다. 또한, 공극을 매립하기 위하여 수지 등을 함침시켜도 된다.

산화막을 개재하는 결합부를 발생시키기 위해서는, 예를 들어 자성체부의 제조 시에 산소가 존재하는 저산소 농도 분위기 하에서 후술하는 소정의 온도에서 열처리를 가하는 것 등을 들 수 있다.

상술한, 철계 연자성 입자끼리의 결합부의 존재는, 예를 들어 약 5000배로 확대된 SEM 관찰상(단면 사진)에 있어서, 시인할 수 있다. 철계 연자성 입자끼리의 결합부의 존재에 의해 투자율의 향상이 도모된다.

철계 연자성 입자끼리의 결합부를 생성시키기 위해서는, 예를 들어 원료 입자로서 산화막이 적은 입자를 사용하거나, 자성체부를 제조하기 위한 열처리에 있어서 온도나 산소 농도를 후술하는 바와 같이 조절하거나, 원료 입자로부터 자성체부를 얻을 때의 성형 밀도를 조절하는 것 등을 들 수 있다.

원료 입자의 조성은, 최종적으로 얻어지는 자성체에 있어서의 합금 조성에 반영된다. 따라서, 최종적으로 얻고자 하는 자성체의 조성에 따라, 원료 입자의 조성을 적절히 선택할 수 있고, 그 적합한 조성 범위는 상술한 자성체의 적합한 조성 범위와 동일하다.

개개의 원료 입자의 사이즈는 최종적으로 얻어지는 자성체에 있어서의 자성체부를 구성하는 입자의 사이즈와 실질적으로 동등해진다. 원료 입자의 사이즈로서는, 투자율과 입자 내 와전류손을 고려하면, d50은 바람직하게는 2 내지 30㎛이다. 원료 입자의 d50은 레이저 회절·산란에 의한 측정 장치에 의해 측정할 수 있다.

원료로서 사용하는 자성 입자는 적합하게는 아토마이즈법으로 제조된다. 아토마이즈법에 있어서는, 고주파 용해로에서 주원재료가 되는 Fe 및 필요에 따라 Cr, Al, Si나 FeS(황화철) 등을 첨가하여 용해한다. 여기서, 각 성분의 중량비를 확인한다. 이와 같이 하여 얻은 재료로부터 아토마이즈법에 의해 자성 입자를 얻을 수 있다. 또한, 철 입자는 카르보닐 철분이어도 된다. 카르보닐 철분은 Fe의 순도가 높고, 소입경의 것인 점에서, 합금 입자와 철 입자를 혼합하는 경우에는 합금 입자보다 소입경의 것을 사용함으로써 산화막의 형성을 안정적으로 할 수 있다.

본 발명에서는, 자성체부는 이하의 4개로 구획할 수 있다. 여기서, 「구획한다」란, 제조의 순서 등을 한정하는 취지가 아니라, 하기의 영역으로 나누어 파악하는 것이 가능하다는 의미이다. 자성체부를 구획하는 데 있어서는, 도 1에 도시한 바와 같은, 코일 부품의 단면도를 고려한다. 여기서, 단면도는 내부 도체(21)가 형성하는 나선 형상의 중심축을 포함하는 것이 필요해지고, 또한 그 중심축이 상하 방향이 되는 쪽으로 고려하는 것이 필요하다. 이하의 기재에 있어서의 「상하」 등의 방향성을 나타내는 용어는, 상술한 바와 같은 단면도를 고려할 때의 방향성을 의미한다. 「내측」은 코일 부품에 있어서의 상기 중심축에 가까워지는 방향을 의미하고, 「외측」은 코일 부품의 외측 표면을 향하는 방향을 의미한다.

제1 구획은 도체부(11)이다. 도체부(11)는 내부 도체(21)가 형성하는 나선 형상에 있어서의 인접하는 주회 사이에 위치하는 영역이다. 예를 들어, 적층 인덕터에 있어서, 도체 패턴이 형성된 2개의 인접하는 층 사이의 영역이다.

제2 구획은 코어부(12)이다. 코어부(12)는 내부 도체(21)가 형성하는 나선 형상의 내측의 중심축을 포함하는 영역이다. 단, 상기 영역에 위치하고 있어도, 후술하는 커버부(13·14)에 해당하는 영역은 코어부로서 인식하지 않는 것으로 한다.

제3 구획은 커버부(13·14)이다. 커버부(13)는 내부 도체(21)의 하단부보다 아래에 위치하는 영역이다. 커버부(14)는 내부 도체(21)의 상단부보다 위에 위치하는 영역이다.

제4 구획은 사이드부(15)이다. 사이드부(15)는 내부 도체(21)보다도 외측에 위치하는 영역이다. 단, 내부 도체(21)보다 외측이라도, 상술한 커버부(13·14)에 해당하는 영역은 사이드부(15)로서 인식하지 않는 것으로 한다.

본 발명에 따르면, 산소 함유량은 도체부(11)쪽이 코어부(12)보다 크다. 산소 함유량은 상술한 EDS에 의해 대소를 비교한다. 대소의 비교는, 구체적으로는 이하와 같이 행한다.

얻어진 적층체를 중심축과 평행해지도록 연마하여, 거의 중심축을 통과하는 위치까지 깎는다. 이 후, 이 깎인 표면에 대하여 이온 밀링 처리를 행한다. 이에 의해, 자성체부의 도체부(11), 코어부(12), 커버부(13·14), 사이드부(15)의 단면이 보이게 된다. 이 각 단면의 분석에 의해 산소 함유량은 구해진다. 분석 방법은 SEM-EDS, WDS에 의한 맵 분석을 사용하여, 도체부(11)의 내부 전극간의 원료 입자의 표면 산화막과 코어부(12)의 중앙부의 원료 미립자의 표면 산화막의 비교는 가능하다. 나아가, SEM-EDS의 ZAF법을 사용함으로써 수치에 의한 비교가 가능하다. 단위 면적당 검출되는 Fe와 O(산소)로부터 O/Fe비를 구하여, 이 수치가 큰 쪽을 산소 함유량이 높은 것으로 할 수 있다. 이때, 분석의 정밀도를 좋게 하기 위하여, 각 분석은 동일한 설정에서 행하도록 한다.

먼저, 도체부는 상측의 내부 도체와 반대측이 되는 하측의 내부 도체에 끼워진 부분을 가리킨다. 여기서 내부 도체에 끼워진 도체부(11)가 수용되도록 배율을 설정하고, 다른 설정도 고정한다. 이 후, 코어부가 수용되도록 화상을 이동시켜, 마찬가지로 분석을 행한다.

또한, 산소 함유량은 철계 연자성 입자간의 산화막의 두께에 의한 것이다. 또한, 산화막의 두께와 상반되는 관계로서, 연자성 입자의 금속 비율을 나타내는 것이다. 산소 함유량이 높으면 자성 입자의 금속 비율이 낮아지고, 산소 함유량이 낮으면 자성 입자의 금속 비율이 높아진다. 이 산소 함유량은 자성 입자의 금속 이외의 산화물의 비율을 나타내고 있으며, 산화막의 두께에 의해 좌우된다. 즉, 자성 입자간의 산화막의 두께에 의해 자성체부의 자성 특성을 정할 수 있다. 이것은, 산소 농도가 낮은 조건 하에서 열처리함으로써 할 수 있다.

산화막의 두께는, 상기한 산소 함유량의 평가 시료를 사용하여 행했다. 여기에서는, 절연성을 확인하기 위하여, 도체부(11)의 산화막의 두께의 평가를 행하고 있다. 먼저, SEM(주사형 전자 현미경)을 사용하여, 100 내지 200배의 배율로, 상기와 마찬가지로 도체부(11)의 단면의 중심에 해당하는 장소를 정하고, 중심에 가까운 자성 입자를 선택한다. 이어서, 10000 내지 20000배의 배율로 하고 나서, 선택된 자성 입자와 선택된 자성 입자와 산화막을 개재하여 이웃하는 자성 입자 사이에 접선을 그리고, 접선과 직행하는 방향에서 보았을 때, 선택된 자성 입자와 선택된 자성 입자와 산화막을 개재하여 접합하는 이웃하는 자성 입자의 거리가 가장 가까운 부분에 접선과 직행선을 긋고, 이 선 상을 EDS(에너지 분산형 X선 분석 장치)의 선 분석을 행한다. 분석의 범위는 접선과 직행선의 교점으로부터 양측에 0.5 내지 1㎛로 하고, 양단에 있어서의 O/Fe가 작은 쪽을 기준으로, O/Fe의 값이 기준의 1.2배 이상이 되는 부분의 길이를 구했다. 또한, 여기에서 이웃하는 자성 입자는 복수이어도 되고, 각각에 대하여 측정을 행한다. 이것을 중심에 가까운 자성 입자부터 순서대로 측정을 행하고, 측정이 10회를 초과할 때까지 행하여, 이들의 평균값을 구했다. 중심에 가까운 자성 입자의 선택에 대해서는, 중심으로부터 원을 그리고, 원에 걸리는 자성 입자를 원의 반경이 작은 것부터 선택하는 방법으로 했다.

또한, 평가의 대상이 되는 자성 입자는 절연성의 확인을 하는 시점에서, 입경이 SEM 관찰상의 콘트라스트로 X 방향, Y 방향 모두 1㎛ 이상, 또한 철 입자 이외의 것으로 했다.

도체부(11)의 산소 함유량을 높임으로써 절연성이 확보되어, 내부 도체(21)끼리의 간격을 좁힐 수 있고, 코어부(12)의 산소 함유량을 낮춤으로써 철계 연자성 입자의 금속 비율을 높일 수 있어, 높은 투자율을 얻을 수 있다. 결과적으로, 코일 부품의 박형화에 기여할 수 있다.

바람직하게는, 산소 함유량은 도체부(11)쪽이 사이드부(15)보다 크다. 산소 함유량은 상술한 ZAF법에 의해 대소를 비교한다. 대소의 비교는, 구체적으로는 상술한 ZAF법에 의해 도체부(11)의 산소 함유량을 구한 뒤, 이대로 배율, 다른 설정을 바꾸지 않고, 사이드부(15)의 관찰을 할 수 있도록 관찰하는 에리어를 이동시키고, 마찬가지로 하여 산소 함유량을 구한다.

도체부(11)쪽이 사이드부(15)보다 산소 함유량이 높은 상태를 얻기 위해서는, 보다 산소 농도를 낮게 설정함으로써 할 수 있다. 내부 도체가 존재하지 않는 사이드부(15)는 적층체의 외측으로부터 산소를 도입함으로써, 산화막의 형성을 촉진하게 된다. 그러나, 산소 농도를 낮게 설정함으로써, 외부로부터의 산소의 도입이 작아짐으로써, 산화막의 두께는 얇게 형성된다. 이에 의해 사이드부는 투자율을 높일 수 있다.

바람직하게는, 내부 도체는 Ag 또는 Cu 중 적어도 어느 하나를 포함하고 있다. Ag 또는 Cu의 내부 도체로 함으로써, 원료 입자의 Fe보다 산화되기 쉬운 금속 원소 M 또는 원료 입자 표면에 있는 산화물의 산화를 진행시켜, 산화막의 형성을 촉진시킬 수 있다. 여기서, 열처리를 저산소 농도 분위기로 함으로써, 내부 도체와 Fe보다 산화되기 쉬운 금속 원소 M 사이에서의 표준 전극 전위차에 의해, 산화되기 쉬운 금속 원소 M은 산화됨과 함께, Ag 또는 Cu는 환원된다. 즉, 내부 도체에 사용하는 재료의 선택에 의해 저산소 농도 분위기에서의 열처리이어도 도체부(11)에 있어서 필요해지는 저항을 얻을 수 있다. 또한, 내부 도체는 산소 함유량이 적은 금속으로서 존재하여, 높은 도전성을 얻을 수 있다. 이로 인해, 전기 저항에 의한 손실이 적은 부품이 되어, 소형화와 고효율화를 달성할 수 있다.

이하, 본 발명의 코일 부품의 제조 방법의 설명으로서, 적층 인덕터의 전형적이면서 또한 비한정적인 제조 방법을 설명한다. 적층 인덕터의 제조 시에는, 먼저 닥터 블레이드나 다이 코터 등의 도공기를 사용하여, 미리 준비한 자성체 페이스트(슬러리)를, 수지 등을 포함하는 베이스 필름의 표면에 도공한다. 이것을 열풍 건조기 등의 건조기로 건조하여 그린 시트를 얻는다. 상기 자성체 페이스트는 연자성 합금 입자와, 전형적으로는 바인더로서의 고분자 수지와, 용제를 포함한다.

상술한 자성체 페이스트에는, 적합하게는 바인더로서의 고분자 수지가 포함된다. 고분자 수지의 종류는 특별히 한정은 없으며, 예를 들어 폴리비닐부티랄(PVB) 등의 폴리비닐아세탈 수지 등을 들 수 있다. 자성체 페이스트의 용제의 종류는 특별히 한정은 없으며, 예를 들어 에틸알코올과 톨루엔의 혼합 용매 등을 사용할 수 있다. 자성체 페이스트에 있어서의 연자성 합금 입자, 고분자 수지, 용제 등의 배합 비율 등은 적절히 조절할 수 있고, 그것에 의하여 자성체 페이스트의 점도 등을 설정하는 것도 가능하다.

자성체 페이스트를 도공 및 건조하여 그린 시트를 얻기 위한 구체적인 방법은 종래 기술을 적절히 참조할 수 있다. 이때, 코일 부품에 있어서의 상기 각 구획의 산소 함유 비율이나 철 함유 비율을 조절하기 위하여 구획마다 재료 조성을 바꿀 수도 있다.

계속해서, 펀칭 가공기나 레이저 가공기 등의 천공기를 사용하여, 그린 시트에 천공을 행하여 스루홀(관통 구멍)을 소정 배열로 형성한다. 스루홀의 배열에 대해서는, 각 시트를 적층했을 때 도체를 충전한 스루홀과 주회 패턴으로 내부 도체(21)가 형성되도록 설정된다. 내부 도체를 형성하기 위한 스루홀의 배열 및 도체 패턴의 형상에 대해서는, 종래 기술을 적절히 참조할 수 있다.

스루홀에 충전하기 위하여 및 도체 패턴의 인쇄를 위하여, 바람직하게는 도체 페이스트가 사용된다. 도체 페이스트에는 도전성 재료와, 전형적으로는 바인더로서의 고분자 수지와 용제가 포함된다.

도체 입자로서의 도전성 재료의 입자 직경은 적절히 선택할 수 있고, 체적 기준에 있어서, d50이 바람직하게는 1 내지 10㎛이다. 도체 입자의 d50은, 레이저 회절 산란법을 이용한 입자 직경·입도 분포 측정 장치(예를 들어, 닛키소(주)제의 마이크로트랙)를 사용하여 측정된다.

도체 페이스트에는, 적합하게는 바인더로서의 고분자 수지가 포함된다. 고분자 수지의 종류는 특별히 한정은 없으며, 예를 들어 에틸셀룰로오스(EC) 등의 셀룰로오스 수지 등을 들 수 있다. 도체 페이스트의 용제의 종류는 특별히 한정은 없으며, 예를 들어 부틸카르비톨 등의 글리콜에테르 등을 사용할 수 있다. 도체 페이스트에 있어서의 도전성 재료, 고분자 수지, 용제 등의 배합 비율 등은 적절히 조절할 수 있고, 그것에 의하여 도체 페이스트의 점도 등을 설정하는 것도 가능하다.

계속해서, 스크린 인쇄기나 그라비아 인쇄기 등의 인쇄기를 사용하여, 도체 페이스트를 그린 시트의 표면에 인쇄하고, 이것을 열풍 건조기 등의 건조기로 건조하여, 도체 패턴을 형성한다. 인쇄 시에, 상술한 스루홀에도 도체 페이스트의 일부가 충전된다. 그 결과, 스루홀에 충전된 도체 페이스트와, 인쇄된 도체 패턴이 내부 도체(21)의 형상을 구성하게 된다.

얻어진 그린 시트를 내부 도체(21)가 나선 형상이 되도록 적층하고, 적층 방향으로 압력을 가하여 그린 시트를 압착한 후, 코일 부품 사이즈로 절단하여 적층체를 형성한다.

얻어진 적층체는 소성로 등의 가열 장치를 사용하여, 저산소 농도 분위기 또는 대기 중에서 가열 처리 전에 탈지를 행한다. 산소 농도는 0.1 내지 21％의 범위이고, 온도는 300 내지 500℃이고 1 내지 2시간으로 한다. 이 후, 저산소 농도 분위기 중에서, 탈지 후의 적층체를 열처리한다.

열처리 분위기는 저산소 농도 분위기로 하고, 산소 농도로 0.0005 내지 0.1％ 또는 바람직하게는 0.0005 내지 0.005％로 했다. 승온 과정에 있어서 바람직하게는 300 내지 500℃에서, 1 내지 600분간 유지하고, 그 후, 온도를 더 올린다. 최고 온도는, 바람직하게는 600℃ 이상이고, 보다 바람직하게는 600 내지 850℃이고, 최고 온도에 있어서 바람직하게는 0.5시간 이상, 보다 상세하게는 0.5 내지 5시간 유지하는 것이 바람직하다.

통상은, 열처리 후에 외부 단자를 형성한다. 딥 도포기나 롤러 도포기 등의 도포기를 사용하여, 미리 준비한 도체 페이스트를 적층 인덕터의 길이 방향 양단부에 도포하고, 이것을 소성로 등의 가열 장치를 사용하여, 예를 들어 약 700℃, 약 1hr의 조건에서 베이킹 처리를 행함으로써, 외부 단자가 형성된다. 외부 단자용의 도체 페이스트는, 상술한 도체 패턴의 인쇄용 페이스트나, 그와 유사한 페이스트를 적절히 사용할 수 있다.

코일 부품에 대해서는, 소위 슬러리 빌드법으로 코일 부품을 제조해도 된다. 슬러리 빌드법의 비한정적인 예로서, 자성체 페이스트를 스크린 인쇄 등에 의해 인쇄하여 자성체 인쇄막을 형성하고, 그 위에 도체 페이스트를 스크린 인쇄하여 도체 패턴을 형성한다. 그 위에 자성체 페이스트를 스크린 인쇄하여 도체 패턴의 일부를 노출시켜 도포한다. 마찬가지로 하여, 상기 일부 노출 패턴에 연속시켜 도체 패턴과 자성체 인쇄막을 교대로 형성하고, 마지막으로 자성체 인쇄막을 도포한 후에, 코일 부품 사이즈로 절단하여 적층체를 형성한다. 얻어진 적층체에 대하여, 그 후의 가열 그 밖의 처리에 대해서는 상술한 방법을 채용할 수 있다.

<실시예>

이하, 실시예에 의해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 단, 본 발명은 이들 실시예에 기재된 형태에 한정되는 것은 아니다.

이하와 같이 하여 적층 인덕터를 제조했다. 도 1의 적층 인덕터의 모식적인 단면도를 바탕으로 설명한다.

자성체부는, 표 1 대로의 원료 입자를 사용했다. 표 중 FeSiCr (1) 입자는, 3.5wt％의 Si, 4.0wt％의 Cr, 잔량부 Fe의 조성, 입자의 사이즈는 6㎛의 평균 입경, FeSiCr (2) 입자는, 2.0wt％의 Si, 2.0wt％의 Cr, 잔량부 Fe의 조성, 입자의 사이즈는 6㎛의 평균 입경, FeSiAl 입자는, 3.5wt％의 Si, 4.0wt％의 Al, 잔량부 Fe의 조성, 입자의 사이즈는 6㎛의 평균 입경, FeSi 입자는, 3.0wt％의 Si, 잔량부 Fe의 조성, 입자의 사이즈는 6㎛의 평균 입경, Fe 입자는 0.4wt％의 불순물, 잔량부 Fe의 조성, 입자의 사이즈는 2㎛의 평균 입경인 원료 입자로 했다. 또한, 실시예 7에서는 FeSiCr (1) 입자와 FeSiAl 입자의 60:40(중량비)의 혼합물을, 실시예 8에서는 FeSiCr (1) 입자와 FeSiCr (2) 입자의 50:50(중량비)의 혼합물을, 실시예 10, 11에서는 FeSiCr (1) 입자와 Fe 입자의 90:10(중량비)의 혼합물로서 제조했다.

코일 형상 도체(21)는 약 10.5주회의 나선 형상이 되도록, 도체 패턴 및 비아를 형성했다. 코일 형상 도체(21)는, 표 1 대로의 원료를 사용하여, 열처리하여 얻어졌다. 각각의 금속 입자로서 체적 기준의 d50은 5㎛이며, 실시예 8에서는 Cu 입자를 Ag 코팅한 것을 사용했다.

열처리는, 표 1 대로의 분위기 하에서 행했다. 각각은 산소 농도를 나타내고 있으며, 실시예에 있어서는 0.00005 내지 0.1％의 범위로 하고, 비교예에 있어서는 21, 1, 0.000001 미만으로 했다. 0.000001 미만은 질소·수소 혼합 가스(질소 중에 수소 1％로 하는 가스)에 의해 행했다. 또한, 열처리 전에는 각각 적층체의 탈지를 행하여, 산소 농도 1％, 상온부터 300℃까지를 승온 속도 100℃/시간, 유지 시간 2시간으로 하여 행했다.

적층 인덕터를 이하와 같이 제조했다.

합금계 자성 입자 85wt％, 부틸카르비톨(용제) 13wt％, 폴리비닐부티랄(바인더) 2wt％를 포함하는 자성체 페이스트를 조제했다. 닥터 블레이드를 사용하여, 이 자성체 페이스트를 플라스틱제의 베이스 필름의 표면에 도공하고, 이것을 열풍 건조기로, 약 80℃, 약 5min의 조건에서 건조했다. 이와 같이 하여 베이스 필름 상에 그린 시트를 얻었다. 그 후, 그린 시트를 커트했다.

계속해서, 필요에 따라 시트에 천공하여 소정 배열의 관통 구멍을 형성했다. 그 후, 인쇄기를 사용하여, 금속 입자가 85wt％이고, 부틸카르비톨(용제)이 13wt％이고, 에틸셀룰로오스(바인더)를 2wt％ 포함하는 도체 페이스트를, 소정의 시트의 표면에 인쇄 및/또는 관통 구멍에 충전하고, 이것을 열풍 건조기로, 약 80℃, 약 5min의 조건에서 건조했다.

계속해서, 흡착 반송기와 프레스기를 사용하여, 필요한 인쇄 및/또는 충전이 실시된 각 시트를 소정의 순서로 적층하여 열압착 후, 코일 부품 사이즈로 절단하여 적층체를 얻었다. 그 후, 소성로를 사용하여, 각각의 분위기 하에서 700℃ 1시간의 열 처치를 행했다. 이 열처리에 의해, 합금계 자성 입자가 밀집되어 자성체가 형성되고, 또한 도체 페이스트 중의 금속 입자가 소결되어 내부 도체(21)가 형성되고, 이에 의해 부품 본체를 얻었다.

계속해서, 외부 전극을 형성했다. 상기 내부 도체와 동일한 금속 입자를 85wt％, 부틸카르비톨(용제)을 13wt％, 에틸셀룰로오스(바인더)를 2wt％ 함유하는 도체 페이스트를 도포기로 부품 본체의 표면에 도포하고, 이것을 소성로에서, 약 700℃, 약 0.5hr의 조건에서 베이킹 처리를 행했다. 베이킹 시의 분위기는 열처리 시와 동일한 분위기에 맞추었다. 그 결과, 용제 및 바인더가 소실되고, 상기 금속 입자가 소결되었다. 그 후, Ni/Sn 도금을 실시함으로써 외부 전극을 형성하여, 적층 인덕터가 완성되었다.

적층 인덕터의 치수는 2.0㎜×1.2㎜×1.0㎜로 했다. 또한, 도체부(11)의 나선 형상의 인접하는 주회 사이의 거리는 각각 16㎛로 설정했다.

각 실시예, 각 비교예의 적층 인덕터의 특징을 표 1에 기재한다.

(평가 방법)

산소 함유량에 대해서는, EDS에 의해 대소를 비교한다. 상기에 나타낸 바와 같이 자성체부의 도체부(11), 코어부(12), 커버부(13·14), 사이드부(15)의 각 개소의 단면이 보이는 시료를 제작한다. 각각의 단면에 대하여, SEM-EDS의 ZAF법에 의해, 단위 면적당 검출되는 Fe와 O(산소)로부터 O/Fe비를 구한다. 여기에서는, 각 개소의 평가하는 범위는 커버부(13·14)를 상하 방향(커버부(13·14)의 어느 것이 위라도 상관없음)으로 보았을 때, 각 개소의 상하 방향, 좌우 방향의 중심에 해당하는 장소를 정하고, 이 부분을 중심으로 하여 200배의 배율로 0.05㎜×0.05㎜에 상당하는 범위로 하여 행하였다. 여기에서 얻어진 O/Fe비의 수치를 사용하여, 도체부(11)의 단면의 O/Fe비에 대한 코어부(12)의 단면의 O/Fe비를 구하고, 산소 함유량의 비교를 행했다. 또한, 마찬가지로 도체부(11)의 단면의 O/Fe비에 대한 사이드부(15)의 단면의 O/Fe비를 구했다. 여기에서 얻어진 각각의 산소 함유량의 비교를, 도체부의 산소 함유량에 대한 코어부의 산소 함유량, 도체부의 산소 함유량에 대한 사이드부의 산소 함유량을 구하고, 산소 함유량의 비교를 행했다.

산화막의 두께는, 상기한 산소 함유량의 평가 시료를 사용하여 행하고, 도체부(11)의 산화막의 두께의 평가를 행하고 있다. 먼저, SEM(주사형 전자 현미경)을 사용하여, 100배의 배율로, 상기와 마찬가지로 도체부(11)의 단면 중심에 해당하는 장소를 정하고, 중심에 가까운 자성 입자를 선택한다. 이어서, 이 자성 입자를 중심으로 10000배의 배율로 하고 이 자성 입자와 이 자성 입자와 산화막을 개재하여 이웃하는 자성 입자 사이에 접선을 그리고, 접선과 직행하는 방향에서 보았을 때, 선택된 자성 입자와 선택된 자성 입자와 산화막을 개재하여 접합하는 이웃하는 자성 입자의 거리가 가장 가까운 부분에 접선과 직행선을 긋고, 이 선 상을 EDS(에너지 분산형 X선 분석 장치)의 선 분석을 행한다. 분석의 범위는 접선과 직행선의 교점으로부터 양측에 0.5㎛로 하고, 양단에 있어서의 O/Fe가 작은 쪽을 기준으로, O/Fe의 값이 기준의 1.2배 이상이 되는 부분의 길이를 구했다. 이것을 중심에 가까운 자성 입자부터 순서대로 측정을 행하고, 측정이 10회를 초과할 때까지 행하여, 이들의 평균값을 구했다.

또한, 비교예 3에 대해서는, 두께로서 검출할 수는 없었다(표 2에서는, 「-」로서 표기하고 있음).

인덕턴스 측정은 LCR 미터를 사용하여, 1MHz의 주파수에서 행했다. 각 실시예, 각 비교예 모두 10개 측정하여 평균값을 구했다. 평가 결과를 이하의 표 2에 기재한다.

이와 같이 저산소 농도 분위기의 열처리에 의해 Fe의 비율이 높은 원료 입자를 사용할 수 있다. 이에 의해, 지금까지 자성체부에서 차지하는 Fe의 비율을 92.5 내지 97wt％로 할 수 있고, 지금까지 이상으로 포화 특성을 높일 수 있어, 코일 부품으로서의 포화 전류를 높이는 것이 가능해진다. 결과적으로, 코일 부품의 박형화에 기여할 수 있다.

또한, 열처리 시의 산소 농도를 내리면, 부품 본체 표면의 산화막이 전체적으로 얇아져 버리지만, 열처리 후에 인산 처리를 행할 수도 있다. 이에 의해, 산화막의 얇은 부분이나 가령 산화막의 형성되어 있지 않은 결함이 있어도, 인산 처리에 의해 인산염계의 화합물을 형성함으로써 산화막의 보강을 할 수 있다. 이에 의해, 보다 신뢰성을 높일 수 있다.

또한, 자성체부의 도체부와 코어부에서 산소 함유량이 상이해도, 저산소 농도 분위기 하에서 열처리함으로써, 산화막의 형성 속도를 늦출 수 있어, 열팽창 등에 의한 크랙 등의 발생을 억제할 수 있다. 이에 의해, 특성면뿐만 아니라 박층화에도 대응할 수 있어, 도체간을 좁혀도 신뢰성을 떨어뜨리지 않고, 코일 부품의 박형화가 가능해진다.

11: 도체부
12: 코어부
13·14: 커버부
15: 사이드부
21: 내부 도체

Claims (3)

1. 자성체부와, 중심축을 갖는 나선 형상으로 형성된 내부 도체를 구비하고,
   상기 내부 도체는 상기 자성체부에 매립되어 있고,
   상기 자성체부는,
   (1) 상기 나선 형상의 인접하는 주회 사이에 위치하는 도체부,
   (2) 상기 중심축을 포함하고 상기 나선 형상의 주회의 내측에 위치하는 코어부,
   (3) 상기 나선 형상의 하단부보다 아래 또는 상단부보다 위에 위치하는 커버부, 및
   (4) 상기 나선 형상의 주회의 외측에 위치하는 사이드부를 포함하고,
   상기 자성체부는 철계 연자성 입자 및 적어도 1종 이상의 철보다 산화되기 쉬운 원소의 산화막을 구비하고, 인접하는 상기 철계 연자성 입자끼리의 결합의 적어도 일부는 상기 산화막을 개재하고 있으며,
   상기 자성체부에 있어서 상기 중심축을 상하 방향으로 포함하는 단면에 있어서의 산소 함유량은 상기 도체부쪽이 상기 코어부보다 큰, 코일 부품.
2. 제1항에 있어서, 산소 함유량은 도체부쪽이 사이드부보다 큰, 코일 부품.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 내부 도체는 Ag 또는 Cu 중 적어도 한쪽을 포함하는, 코일 부품.

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