WO2008004633A1 - composant STRATIFIE - Google Patents
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- C04B2237/704—Forming laminates or joined articles comprising layers of a specific, unusual thickness of one or more of the ceramic layers or articles
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
- H01F41/02—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets
- H01F41/04—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets for manufacturing coils
- H01F41/041—Printed circuit coils
- H01F41/046—Printed circuit coils structurally combined with ferromagnetic material
Definitions
- the present invention relates to a multilayer component such as a multilayer inductor with a built-in coil, and particularly relates to a multilayer component that has excellent characteristics in which internal stress is reduced and delamination and cracking are eliminated.
- Inductors have come to use a multilayer type instead of the conventional stranded type.
- Multilayer inductors are made by laminating a magnetic sheet or base made of soft ferrite and a conductive paste for internal electrodes (conductor pattern) made of a metal or alloy such as Ag or Cu, which is a good conductor. Then, it is baked and manufactured by printing or transferring an external electrode paste on the surface of the obtained fired body and baking it.
- a DC-DC converter is required to have an inductor with a stable direct current superposition characteristic having a stable inductance even at a high frequency or a high magnetic field.
- inductance is required to exhibit nonlinear characteristics with respect to DC current.
- the soft ferrite used for the inductor does not easily saturate even in a high magnetic field, that is, has a high saturation magnetic flux density Bs.
- MnZn ferrite is known as a soft ferrite with high Bs, but its electrical resistance is low, so it is not suitable for lamination. For this reason, NiZn-based ferrite, NiCuZn-based ferrite, MgZn-based ferrite, etc. with high electrical resistance are used, although Bs is lower than MnZn-based ferrite.
- Multilayer inductors have several problems. The first problem is that permeability changes when ferrite is strained.
- Such a phenomenon is called a magnetostriction effect.
- the main factors that give strain to ferrite are (a) compressive stress generated by resin shrinkage during resin molding, and (b) stress generated by the difference in linear expansion coefficient between the inductor and the printed circuit board. And (c) Internal stress due to the difference in linear expansion coefficient between ferrite and internal electrode metal.
- ferrite is about +10 ppmZ ° C
- Ag is about +20 ppmZ ° C.
- the internal stress of a multilayer inductor causes a crack in the component when a thermal shock is applied in a process such as soldering, which only reduces the magnetic properties (inductance, quality factor Q value) of the ferrite. As a result, the performance of multilayer inductors varies, reducing reliability.
- Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-64421 discloses a laminate in which stress is relieved by forming a hollow layer by eliminating carbon paste provided between magnetic layers.
- Type inductors are proposed.
- the strength of the multilayer inductor is reduced by the cavities that not only provide sufficient stress relaxation by the formation of the cavities.
- the gas generated when the carbon paste disappears causes delamination (delamination) and ferrite cracking. If delamination or cracking occurs, the squeezing solution may enter and cause a short circuit of the conductor pattern.
- JP-A-56-155516 discloses that an open magnetic circuit type inductor having a magnetic gap in a magnetic circuit by interposing a nonmagnetic insulating layer between magnetic layers to improve DC superposition characteristics. is suggesting.
- Japanese Patent Application Laid-Open No. 56-155516 does not consider any change in magnetic properties due to internal stress.
- the nonmagnetic insulating layer extends to the outer surface of the inductor, so that the squeezing liquid or the like is caused by cracking or delamination generated at the interface between the magnetic layer and the nonmagnetic insulating layer.
- the conductor pattern is easy to short circuit.
- an object of the present invention is to relieve residual stress due to internal electrodes and to delamination
- the aim is to provide a laminated part that suppresses cracking and cracking, has stable characteristics such as inductance, Q value, etc., and has excellent DC folding characteristics.
- the laminated component of the present invention includes a plurality of magnetic ferrite layers, a conductor pattern formed on each magnetic ferrite layer so as to be connected in the lamination direction to form a coil, and the conductor pattern in the lamination direction.
- a nonmagnetic ceramic layer formed on at least one magnetic ferrite layer so as to overlap, and the nonmagnetic ceramic layer is mainly composed of a nonmagnetic ceramic having a sintering temperature higher than that of the magnetic ferrite, and Cu, It contains one or more of Zn and Bi in the form of an acid salt.
- the nonmagnetic ceramic layer has a donut shape, and at least one edge thereof extends from the corresponding edge of the conductor pattern in the plane direction of the magnetic ferrite layer. ing.
- the length of the nonmagnetic ceramic layer extending from the edge of the conductor pattern may be about 1/4 to 4 times the width of the conductor pattern.
- the nonmagnetic ceramic layer has a plate shape that covers at least an inner region of the conductor pattern. In this case, it is preferable that the nonmagnetic ceramic layer overlaps at least the inner edge of the conductor pattern in the stacking direction.
- the outer edge of the nonmagnetic ceramic layer may be located inside or outside the outer edge of the conductor pattern.
- the nonmagnetic ceramic layer may be formed on at least one magnetic ferrite layer which is not necessarily formed on all the magnetic ferrite layers. For example, (a) even if one non-magnetic ceramic layer is provided at the center of the coil in the stacking direction, or (b) a pair of non-magnetic ceramic layers is provided at both ends of the coil in the stacking direction, Lamination direction Even if a nonmagnetic ceramic layer is provided at the center and both ends, (d) a nonmagnetic ceramic layer is provided between every other conductor pattern, or (e) nonmagnetic is provided between all conductor patterns.
- a ceramic layer may be provided.
- the nonmagnetic ceramic layers according to the first and second embodiments may be combined. That is, Even if a donut-shaped nonmagnetic ceramic layer is formed on at least one magnetic ferrite layer, and a plate-shaped nonmagnetic ceramic layer covering the inner region of the conductor pattern is formed on at least one other magnetic ferrite layer good.
- the nonmagnetic ceramic layer has a different linear expansion coefficient from the conductor pattern, it is necessary to consider the change in stress distribution due to the formation of the nonmagnetic ceramic layer.
- stress concentration is achieved by extending both edges of the nonmagnetic ceramic layer in the plane direction from both edges of the conductor pattern so that the edge of the conductor pattern and the edge of the nonmagnetic ceramic layer are sufficiently separated from each other. It is possible to prevent cracks from occurring in the magnetic ferrite layer.
- the conductor pattern is sandwiched between the nonmagnetic ceramic layers so that the conductor pattern is located at approximately the center in the surface direction of the nonmagnetic ceramic layers adjacent to each other in the stacking direction.
- the nonmagnetic ceramic layer reaches the outer surface of the multilayer component, there is a risk that the squeezing liquid or the like may enter the inside due to cracking or delamination at the interface between the magnetic ferrite layer and the nonmagnetic ceramic layer. Therefore, it is preferable that the nonmagnetic ceramic layer is not exposed on the outer surface of the laminated component.
- the conductor patterns are connected in the stacking direction via conductors filled in via holes of the magnetic ferrite layer and the non-magnetic ceramic layer.
- the nonmagnetic ceramic layer is made of ZrO, ZrSiO, Al
- the nonmagnetic ceramic is preferably formed of ZrO powder having an average particle size of 0.5 to 3 m.
- the magnetic ferrite layer is composed mainly of Fe, Ni, and Zn (which may be substituted by Cu in the — part).
- the spinel type ferrite which is preferably made of a spinel type ferrite, preferably contains Bi as a secondary component.
- the laminated component of the present invention relieves residual stress due to internal electrodes and suppresses delamination cracking, stabilizes characteristics such as inductance and Q value, and has excellent DC superposition characteristics.
- the multilayer component of the present invention having such characteristics includes a multilayer inductor having a magnetic gap, a ferrite substrate with an inductor provided with an electrode on which a semiconductor element can be mounted, a module in which a semiconductor element, a reactance element, etc. are mounted on a ferrite substrate, etc. It is useful as
- FIG. 1 is a perspective view showing an appearance of a multilayer inductor according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ in FIG.
- FIG. 3 is a plan view showing a process for manufacturing the first composite layer of the multilayer inductor according to one embodiment of the present invention.
- FIG. 4 is a plan view showing a process for manufacturing a second composite layer of the multilayer inductor according to one embodiment of the present invention.
- FIG. 5 is a plan view showing a process for manufacturing a third composite layer of the multilayer inductor according to one embodiment of the present invention.
- FIG. 6 is a plan view showing a process for manufacturing a fourth composite layer of the multilayer inductor according to one embodiment of the present invention.
- FIG. 7 is an exploded perspective view showing a manufacturing process of the multilayer inductor according to one embodiment of the present invention.
- FIG. 8 is a cross-sectional view showing the internal structure of a multilayer inductor according to another embodiment of the present invention.
- FIG. 9 is a plan view showing a process of manufacturing a first composite layer of a multilayer inductor according to another embodiment of the present invention.
- FIG. 10 is a plan view showing a process of manufacturing the second composite layer of the multilayer inductor according to another embodiment of the present invention.
- FIG. 11 A plan view showing a process of manufacturing the third composite layer of the multilayer inductor according to another embodiment of the present invention.
- FIG. 12 is a plan view showing a process of manufacturing the fourth composite layer of the multilayer inductor according to another embodiment of the present invention.
- FIG. 13 is a plan view showing a process of manufacturing the fifth composite layer of the multilayer inductor according to another embodiment of the present invention.
- FIG. 14 A plan view showing a process of manufacturing the sixth composite layer of the multilayer inductor according to another embodiment of the present invention.
- FIG. 15 A plan view showing a process of manufacturing the seventh composite layer of the multilayer inductor according to another embodiment of the present invention.
- FIG. 16 is a plan view showing a process of manufacturing the eighth composite layer of the multilayer inductor according to another embodiment of the present invention.
- FIG. 17 is a plan view showing a process of manufacturing the ninth composite layer of the multilayer inductor according to another embodiment of the present invention.
- FIG. 18 is an exploded perspective view showing the manufacturing process of the multilayer inductor according to another embodiment of the present invention.
- FIG. 20 is a plan view showing a process for manufacturing one composite layer of the multilayer inductor according to still another embodiment of the present invention.
- FIG. 22 is a plan view showing a process for manufacturing the first composite layer of the multilayer inductor according to still another embodiment of the present invention.
- FIG. 23 is a plan view showing a process of manufacturing the second composite layer of the multilayer inductor according to still another embodiment of the present invention.
- FIG. 24 A plan view showing a process of manufacturing the third composite layer of the multilayer inductor according to still another embodiment of the present invention.
- FIG. 25 is a plan view showing a process for manufacturing the fourth composite layer of the multilayer inductor according to still another embodiment of the present invention.
- FIG. 26 is a partial cross-sectional view showing an overlap between a nonmagnetic ceramic layer and a conductor pattern in a multilayer inductor according to still another embodiment of the present invention.
- FIG. 27 is a cross-sectional view showing an internal structure of a multilayer inductor according to still another embodiment of the present invention.
- FIG. 28 is a cross-sectional view showing the internal structure of the multilayer inductor of Example 1.
- FIG. 29 is a cross-sectional view showing the internal structure of the multilayer inductor of Example 2.
- FIG. 30 is a cross-sectional view showing the internal structure of the multilayer inductor of Example 3.
- FIG. 31 is a cross-sectional view showing the internal structure of the multilayer inductors of Examples 4, 5 and 7.
- FIG. 32 is a cross-sectional view showing the internal structure of the multilayer inductor of Example 6.
- FIG. 33 is a cross-sectional view showing the internal structure of the multilayer inductor of Comparative Example 1.
- FIG. 34 is a diagram showing an equivalent circuit of a step-down DC-DC converter.
- FIG. 35 is a graph showing the frequency distribution of the quality factor Q of the multilayer inductors of Example 5 and Comparative Example 1.
- FIG. 1 shows the appearance of the multilayer inductor according to the first embodiment of the present invention
- FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 1, and FIGS.
- the multilayer inductor according to the present embodiment includes a coil embedded in the ferrite multilayer body, and both ends of the coil are connected to external electrodes 5 formed by baking a conductive paste such as Ag on the surface of the multilayer body.
- the nonmagnetic ceramic layers 11, 21, 31, 41 are in contact with the conductor patterns 12, 22, 32, 42 constituting the coil.
- the conductive paste for external electrodes is not particularly limited, and examples thereof include an Ag alloy containing one or more of Pt, Pd, Au, Cu, and Ni.
- the magnetic ferrite layer is mainly composed of, for example, Fe 0, ZnO, or NiO (some of which may be replaced with CuO).
- the main component composition is preferably from 47 to 50.5 mol% of Fe 0, 19 to 30 mole 0/0 of ZnO, is the balance NiO (may be replaced with 15 mol 0/0 or less CuO) [0025]
- the ferrite composition contains 47 to 50.5 mol% Fe (converted to Fe 0) because the permeability is
- the ferrite composition contains Zn of 19 to 30 mole 0/0 (converted to ZnO) is to obtain a high saturation magnetic flux density. If Zn is less than 19 mol%, a desired magnetic flux density cannot be obtained. If Zn is more than 30 mol%, the Curie temperature becomes lower than the practical range. Ni is the remaining amount of the main component minus Fe 0 and ZnO.
- the part may be replaced with 15 mol% or less (CuO equivalent) of Cu.
- the molar ratio of NiOZCuO is preferably 0.3 to 5.8.
- the ferrite composition contains 0.01 to 1% by mass (converted to Nb 0) of Nb oxide as an auxiliary component,
- Group power consisting of calcium oxides (converted) and silicon oxides of 0.1 to 1.5 mass% (converted to SiO)
- Low-temperature sintering is promoted by containing V (converted to 0). 0.01-2% by mass (converted to TiO)
- the content of the accessory component is excessive, the low-temperature sinterability is hindered, the sintered density is lowered, and the mechanical strength (bending strength) is lowered. If the amount is too small, sufficient addition effect Cannot be obtained.
- Subcomponents may be added alone or in combination of two or more. In the case of complex addition, the total amount is preferably 5% by mass or less. If the total amount exceeds 5% by mass, the sinterability may be impaired.
- the amount of inevitable impurities such as Na, S, CI, P, W, and B contained in the raw material should be as small as possible.
- the content in the raw material is preferably 0.05% by mass or less.
- the content of the main component and subcomponent in the flight composition is measured by X-ray fluorescence analysis and ICP emission spectroscopic analysis.
- the elements contained are identified in advance by fluorescent X-ray analysis and quantified by a calibration curve method by comparison with a standard sample.
- the ferrite composition raw materials are mixed and calcined and then pulverized.
- Ferrite powder having a BET specific surface area of 5 to 20 m 2 / g is obtained by adjusting the grinding conditions and classifying the ground powder.
- the same ferrite powder can be obtained by spraying an aqueous solution of Ni and Zn salts and then baking.
- the ferrite powder is mixed with an organic binder such as polybutyl butyral and a solvent such as ethanol, toluene and xylene, and kneaded in a ball mill to form a slurry. After adjusting the viscosity, it is applied onto a resin film such as a polyester film by a doctor blade method or the like and dried to obtain a magnetic ferrite sheet.
- an organic binder such as polybutyl butyral and a solvent such as ethanol, toluene and xylene
- the non-magnetic ceramic layer is composed of zircoyu (ZrO 2), zircon (ZrSiO 2), alumina (A1 0), and
- Group force consisting of 2 4 2 3 and mullite (3A1 0 -2SiO) at least one non-magnetic ceramic selected
- the nonmagnetic ceramic powder preferably has a BET specific surface area of 5 to 20 m 2 / g.
- the BET specific surface area force is less than m 2 / g, it is difficult to form a nonmagnetic ceramic layer having the following thickness.
- the BET specific surface area exceeds 20 m 2 / g, the viscosity of the paste becomes too high and the coating becomes difficult, and the densification proceeds too much during the integral sintering with the magnetic ferrite layer. , The effect of relieving internal stress is reduced.
- the nonmagnetic ceramic powder is preferably a ZrO powder having an average particle diameter of 0.5 to 3 ⁇ m.
- Cu, Zn, and Bi contained in the nonmagnetic ceramic layer after sintering function as a sintering accelerator and densify the structure.
- Cu, Zn and Bi may be added to the nonmagnetic ceramic powder paste in the form of an oxide, or may be added to the magnetic ferrite layer and diffused into the nonmagnetic ceramic layer during sintering.
- Bi is more contained in nonmagnetic ceramics than Cu and Zn. It is easy to control the amount of diffusion into the nonmagnetic ceramic layer, where the amount has little influence on the magnetic properties. However, if too much Bi is added to the nonmagnetic ceramic, abnormal sintering may occur.
- An organic binder such as ethyl cellulose and a solvent are blended with each powder, and the resulting blend is kneaded with three rolls to produce a nonmagnetic ceramic paste.
- a homogenizer or a sand mill may be used for chaos.
- Zn, Cu, and Bi that promote densification may be added in advance to the nonmagnetic ceramic paste in an oxide state, or may be diffused into the nonmagnetic ceramic layer during firing.
- Cu, Zn, and Bi contained in the nonmagnetic ceramic layer after sintering are preferably 3 to 18% by mass in total, with the entire nonmagnetic ceramic layer being 100% by mass. If the total amount of Cu, Zn and Bi is less than 3% by mass, the effect of densifying the nonmagnetic ceramic layer is not sufficient. On the other hand, if the content exceeds 18% by mass, diffusion into the magnetic ferrite layer becomes remarkable, and ferrite sintering is promoted too much, and abnormal grain growth may occur. Abnormal growth of crystal grains causes problems such as an increase in core loss. Since Cu and Bi are easy to diffuse, the total is more preferably 12% by mass or less.
- the sintered non-magnetic ceramic layer is densified to such an extent that the ceramic does not easily fall out even if it is injured with a scribing needle, but has more voids than the magnetic ferrite layer. For this reason, the stress caused by the difference in linear expansion coefficient is dispersed in the nonmagnetic ceramic layer, and the residual stress acting on the magnetic ferrite layer is released.
- the non-magnetic ceramic is originally sintered and densified at a high temperature of about 1300 ° C. However, in the present invention, it is sintered at about 900 ° C, so the densification is insufficient, and the inside With vacancies. For this reason, even if a crack occurs in the nonmagnetic ceramic layer due to internal stress, the cracks are prevented from progressing due to the pores, resulting in discontinuous microcracks and hardly progressing toward the magnetic ferrite layer. If the non-magnetic ceramic layer is not exposed to the outer surface of the multilayer inductor, the squeezing liquid or moisture will not penetrate into the multilayer component through the holes of the non-magnetic ceramic layer.
- FIG. 3 to 7 show a process of forming a conductor pattern on the magnetic ferrite sheet.
- the magnetic ferrite sheet 10 [Fig. 3 (a)] is printed with the nonmagnetic ceramic layer 11 [Fig. 3 (b)], dried, and then dried.
- a conductive paste 12 is formed on the top surface of the substrate by printing a conductive paste [Fig. 3 (c)]. If a large step exceeding 30 m occurs due to the formation of the conductor pattern 12, the crimping may be insufficient and delamination may occur. Therefore, the same composition as the magnetic ferrite sheet 10 is used to cover parts other than the conductor pattern 12.
- the magnetic ceramic paste may be printed to form the magnetic ceramic layer 13 for eliminating the step [FIG. 3 (d)]. In this way, the first composite layer [Fig. 7 (a)] is formed.
- the second to fourth composite layers [(b) to (d) in FIG. 7] have substantially the same basic configuration as the first composite layer except that they have via holes (indicated by black circles in the figure).
- the via hole is formed by forming through holes 27, 37, 47 in the magnetic ferrite sheets 20, 30, 40 with a laser or the like, and a nonmagnetic ceramic with through holes 25, 35, 45 at positions matching these through holes. Do this by printing layer 11.
- a conductor pattern 12 is formed and the via holes are filled with the conductive paste.
- the first to fourth composite layers in which the coil conductor patterns 12, 22, 32, 42 and the nonmagnetic ceramic layers 11, 21, 31, 41 are formed are connected to the conductor patterns 12, 22, 32, 42.
- Lamination is performed so as to form a spiral coil, and a magnetic green sheet (dummy layer) 50 is stacked and pressure-bonded to form a laminate.
- the laminate is cut to a predetermined size (for example, the size after sintering is 3.2 mm ⁇ 1.6 mm ⁇ 1.2 mm), debindered, and then fired in the atmosphere at 900 ° C., for example.
- Cu, Zn, etc. are deposited on the magnetic ferrite layer in the form of simple metals or low resistance oxides such as Cu 0, Zn O
- At least the maximum temperature holding step and the cooling step in firing in an atmosphere or an oxygen-excess atmosphere.
- An Ag-based conductive paste is applied to the surface of the fired body where the conductor pattern is exposed, and is baked at, for example, about 600 ° C to form external electrodes, thereby producing a multilayer inductor.
- the multilayer inductor of the present invention is formed in a substrate shape, and external terminals and mounting electrodes for controlling semiconductor integrated circuit components are provided on the outer surface, and the semiconductor integrated circuit components are mounted on the mounting electrodes.
- a coil can be connected to make a DC-DC converter as shown in the equivalent circuit of FIG. With such a configuration, the characteristics of the DC-DC converter are stable, the mounting area on the circuit board can be reduced by the amount of semiconductor integrated circuit components, and the number of connection lines provided on the circuit board can be reduced. Equipment can be miniaturized.
- FIG. 8 shows a cross section of the multilayer inductor according to the second embodiment (corresponding to the AA ′ cross section of FIG. 1), and FIGS. 9 to 18 show the manufacturing process thereof. Since the multilayer inductor of the second embodiment has the same components as those of the first embodiment, only different portions will be described in detail below.
- nonmagnetic ceramic layers 101, 121, 141, 161, and 181 are formed between the conductor patterns 112, 132, 152, and 172 constituting the coil.
- Conductor patterns 112, 132, 152, 172 and nonmagnetic ceramic layers 101, 121, 141, 161, 181 are formed on different magnetic ferrite sheets 100, 110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180. It has been done.
- the connection between the conductor patterns is made by using magnetic ferrite sheets 120, 140, 160 with a nonmagnetic ceramic layer and via holes 127, 137, 160 formed on the magnetic ferrite sheets 130, 150, 170 with conductor patterns. 147, 157, 167, 177.
- Through holes 125, 145, and 165 are formed in the nonmagnetic ceramic layers 121, 141, and 161.
- the nonmagnetic ceramic layer can be formed with high precision so that the conductor pattern is located at substantially the center of the nonmagnetic ceramic layer. If the thickness of each magnetic ferrite sheet is half that of the first embodiment, a multilayer inductor having the same thickness as that of the first embodiment can be obtained.
- FIG. 19 shows a cross section of the multilayer inductor according to the third embodiment (corresponding to the AA ′ cross section of FIG. 1)
- FIG. 20 shows the manufacturing process.
- the nonmagnetic ceramic layer is formed in the entire region (including the region inside the coil) that covers the coil.
- the nonmagnetic ceramic layer functions as a magnetic gap that divides the magnetic flux inside the coil, improving the DC superposition characteristics and obtaining high inductance at high frequencies.
- the multilayer inductor of this embodiment is not different from that of the first embodiment.
- FIG. 21 shows a cross section of the multilayer inductor according to the fourth embodiment (corresponding to the AA ′ cross section of FIG. 1), and FIGS. 22 to 25 show the first to fourth composite layers constituting the multilayer inductor.
- Fig. 26 shows the overlap between the nonmagnetic ceramic layer and the conductor pattern.
- the nonmagnetic ceramic layer is formed over the entire region covering the coil (including the region inside the coil).
- the composite layer can be thinned, and the multilayer inductor can be reduced in height.
- the nonmagnetic ceramic layer functions as a magnetic gap that divides the magnetic flux in the coil inner region, the direct current superimposition characteristic is improved and a high inductance is obtained at a high frequency.
- the conductor patterns 12, 22, 32, 42 are formed after the nonmagnetic ceramic layers 11, 21, 31, 41. However, the reverse is also possible.
- the fifth embodiment is such that the conductor pattern comes to substantially the center of the nonmagnetic ceramic layer as shown in FIG.
- the nonmagnetic ceramic layers 220, 221, and 222 are formed on the substrate.
- the nonmagnetic ceramic layers 220, 221, and 222 are formed in the same manner as in the second embodiment. With such a configuration, it is possible to improve the DC superposition characteristics while obtaining a sufficient stress relaxation effect, and to obtain a low-profile multilayer inductor.
- % SnO and 0.5% by mass of 0 as a minor component were wet-mixed and dried, and then 2% at 850 ° C.
- Temporarily calcined The calcined body was wet-ground for 20 hours with a ball mill until the BET specific surface area reached 7.0 m 2 / g to prepare a calcined powder of the ferrite composition.
- This calcined powder is kneaded in a ball mill together with polybutyral and ethanol to make a slurry, and after adjusting the viscosity, it is applied onto a polyethylene terephthalate (PET) film by a doctor-blade method and dried.
- PET polyethylene terephthalate
- ZrO zirconium oxide
- a non-magnetic ceramic paste was prepared by blending cetate and ethanol and kneading with three rolls.
- a conductor pattern composed of a nonmagnetic ceramic layer and an Ag-based conductive paste was formed in the three patterns shown in Table 1, and shown in Figs. 3 to 6 and 9 to 17.
- the magnetic sheet shown was produced.
- the thickness of the magnetic ferrite sheet was changed in order to keep the conductor pattern spacing constant.
- the thickness of the dummy layer provided above and below the coil is 15 m, 30 m, or 60 ⁇ m depending on the sheet pattern so that the thickness of the part where the conductor pattern and nonmagnetic ceramic layer are not formed is the same for all samples. m.
- the obtained composite layer was laminated and pressure-bonded, and the obtained laminated body had a size after sintering of 3.2 mm.
- Example 1 79.5-82.2 Cracks in nonmagnetic ceramic layer
- Example 5 81.6-82.0 Microcracks are present in nonmagnetic ceramic layer
- Comparative Example 1 in 9 out of 10 samples, cracks occurred in the magnetic ferrite layer between the conductor patterns, running substantially parallel to the conductor patterns. The crack generation site was mainly in the middle of the magnetic ferrite layer in the thickness direction. On the other hand, in the samples of Examples 1 to 6, fine cracks occurred in the nonmagnetic ceramic layer, but no cracks occurred in the magnetic ferrite layer. As a result, variations in inductance and Q value were reduced in the comparative example. In two of the ten samples of Example 7, fine cracks were also generated in the magnetic ferrite layer in the immediate vicinity of the nonmagnetic ceramic layer as well as the edge. The force and cracks are practically unproblematic, and the comparative example has small variations in inductance and Q value.
- Example 5 100 samples of Example 5 were separately extracted, immersed in eutectic solder heated to 400 ° C for 3 seconds, and a heat shock test was performed to measure the inductance and Q value before and after immersion. As a result, it was found that there was no substantial difference in inductance and Q value variations before and after immersion. When 10 samples after the test were arbitrarily extracted and the cross section was observed with SEM, the magnetic ferrite layer did not crack.
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Description
明 細 書
積層部品
技術分野
[0001] 本発明はコイルを内蔵した積層型インダクタ等の積層部品に関し、特に内部応力 が緩和され、デラミネーシヨンやクラッキングがなぐ優れた特性を有する積層部品に 関する。
背景技術
[0002] 携帯電話や携帯情報端末 (PDA)、ノート型コンピュータ、デジタルカメラ等の小型 電子機器に用いられる電源回路として、電圧を変換する際の電力損失が少ないスィ ツチング 'レギユレータ（DC- DCコンバータ）が広く採用されている。 DC- DCコンパ一 タ回路に用!、るインダクタゃコンデンサ等の受動部品は、電源回路の占有面積の低 減のために小型化する必要がある。
[0003] 一方で電力効率及び性能を向上させるため、 DC-DCコンバータのスイッチング周 波数の高周波化が行なわれた結果、インダクタ及びコンデンサの定数が小さくなり、 部品の小型化が可能となった。インダクタは従来の卷線型の代わりに積層型が用い られるようになった。積層型インダクタは、ソフトフェライトからなる磁性体シート又はべ 一ストと、良導電体である Agや Cu等の金属、又は合金からなる内部電極 (導体パタ ーン)用の導電ペーストとを積層一体化した後、焼成し、得られた焼成体の表面に外 部電極用ペーストを印刷又は転写して焼き付けることにより製造される。
[0004] DC-DCコンバータ〖こは、高周波又は高磁界でも安定したインダクタンスを有する直 流重畳特性に優れたインダクタが求められる。またインダクタンスが直流電流に対し て非線形特性を示すことが求められる場合もある。
[0005] 直流重畳特性に着目すると、インダクタに用いられるソフトフェライトは、高磁界にお いても容易に飽和しないこと、即ち飽和磁束密度 Bsが高いことが望まれる。高 Bsを有 するソフトフェライトとして MnZn系フェライトが知られて 、るが、電気抵抗が低 、ために 積層化に適さない。このため、 MnZn系フヱライトと比べて Bsが低いものの、電気抵抗 が高い NiZn系フェライト、 NiCuZn系フェライト、 MgZn系フェライト等が用いられている
[0006] 積層型インダクタには幾つかの問題がある。第一の問題は、フェライトに歪みを与え ると透磁率が変化することである。このような現象は磁歪効果と呼ばれる。フェライトに 歪が付与される主な要因は、 (a)榭脂成形の際に樹脂が硬化収縮して発生する圧縮 応力、（b)インダクタとプリント基板との線膨張係数の差により発生する応力、及び (c) フェライトと内部電極金属との線膨張係数の差による内部応力である。線膨張係数に 関しては、フェライトは + 10 ppmZ°C程度である力 Agは + 20 ppmZ°C程度である。
[0007] 積層型インダクタの内部応力はフェライトの磁気特性 (インダクタンス、品質係数 Q 値)を低下させるだけでなぐはんだ付け等の工程で熱衝撃が与えられると部品内部 にクラックが生じさせる。その結果、積層型インダクタの性能にばらつきが生じて、信 頼性が低下する。
[0008] このような磁歪による特性の変動を抑制する方法として、特開平 8-64421号は、磁 性体層間に設けたカーボンペーストを消失させて空洞層を形成することにより応力を 緩和した積層型インダクタを提案している。しかし、空洞層の形成だけでは応力緩和 が十分でないだけでなぐ空洞により積層型インダクタの強度が低下することが分つ た。その上、カーボンペーストの消失の際に生じるガスにより、デラミネーシヨン (層間 剥離)やフェライトのクラッキングが起こる。デラミネーシヨンやクラッキングが起こるとめ つき液等が侵入し、導体パターンの短絡を引き起こすおそれがある。
[0009] 特開昭 56-155516号は、非磁性の絶縁層を磁性体層間に介在させて、磁気回路中 に磁気ギャップを有する開磁路型のインダクタとし、直流重畳特性を改善することを 提案している。し力しながら、特開昭 56-155516号は内部応力による磁気特性の変化 を何等考慮していない。その上、このインダクタでは非磁性絶縁層がインダクタの外 面まで延在して ヽるため、磁性体層と非磁性絶縁層との界面に生じたクラッキングや デラミネーシヨンによりめつき液等が内部に侵入し、導体パターンの短絡が起こりやす い。
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0010] 従って本発明の目的は、内部電極による残留応力を緩和するとともにデラミネーシ
ヨンやクラッキングを抑制し、インダクタンス、 Q値等の特性が安定し、優れた直流重 畳特性を有する積層部品を提供することである。
課題を解決するための手段
[0011] 本発明の積層部品は、複数の磁性フェライト層と、積層方向に接続してコイルを形 成するように各磁性フェライト層上に形成された導体パターンと、前記導体パターンと 積層方向に重複するように少なくとも 1つの磁性フェライト層上に形成された非磁性セ ラミック層とを備え、前記非磁性セラミック層は前記磁性フェライトより焼結温度が高い 非磁性セラミックを主成分とし、さらに Cu、 Zn及び Biの 1種又は 2種以上を酸ィ匕物の状 態で含むことを特徴とする。
[0012] 本発明の第一の実施形態では、前記非磁性セラミック層はドーナツ状であり、その 少なくとも一方の縁部が前記導体パターンの対応する縁部より前記磁性フェライト層 の面方向に延出している。非磁性セラミック層の導体パターンの縁部からの延出長さ は、導体パターンの幅の 1/4〜4倍程度であれば良い。ドーナツ状の非磁性セラミック 層を形成すると、コイル内側領域全体を覆う非磁性セラミック層を形成する場合より、 積層部品のインダクタンスが大きい。なお、ランドルト環のように環の一部を切り欠い ても良い。
[0013] 本発明の第二の実施形態では、前記非磁性セラミック層は少なくとも前記導体バタ ーンの内側領域を覆う板状である。この場合、前記非磁性セラミック層は少なくとも前 記導体パターンの内縁部と積層方向に重畳して 、るのが好まし ヽ。非磁性セラミック 層の外縁部は導体パターンの外縁部より内側に位置しても外側に位置しても良 、。
[0014] いずれの実施形態でも、非磁性セラミック層は全ての磁性フェライト層上に形成さ れている必要はなぐ少なくとも 1つの磁性フェライト層上に形成されていれば良い。 例えば、 (a)コイルの積層方向中央部に 1つの非磁性セラミック層を設けても、 (b)コィ ルの積層方向両端部に一対の非磁性セラミック層を設けても、 (c)コイルの積層方向 中央部及び両端部に非磁性セラミック層を設けても、 (d) 1つおきの導体パターンの 間に非磁性セラミック層を設けても、 (e)全ての導体パターンの間に非磁性セラミック 層を設けても良い。
[0015] 第一及び第二の実施形態による非磁性セラミック層を組合せても良い。すなわち、
少なくとも 1つの磁性フェライト層上にドーナツ状非磁性セラミック層を形成し、別の少 なくとも 1つの磁性フェライト層上に導体パターンの内側領域を覆う板状の非磁性セラ ミック層を形成しても良い。
[0016] 非磁性セラミック層は導体パターンと線膨張係数が異なるため、非磁性セラミック層 の形成による応力分布の変化を考慮する必要がある。鋭意検討の結果、導体パター ンの両縁部より内側に非磁性セラミック層を形成すると、非磁性セラミック層の縁部に 応力が集中し、応力緩和の効果が低減することが分った。そこで、導体パターンの縁 部と非磁性セラミック層の縁部が十分に離隔するように非磁性セラミック層の両縁部 を導体パターンの両縁部より面方向に延出させることにより、応力の集中を防ぎ、もつ て磁性フェライト層にクラックが生じるのを防ぐことができる。好ましくは、積層方向に 隣接する非磁性セラミック層の面方向ほぼ中央部に導体パターンが位置するように、 導体パターンを非磁性セラミック層でサンドイッチする。
[0017] 非磁性セラミック層が積層部品の外面に達していると、磁性フェライト層と非磁性セ ラミック層との界面でのクラッキング又はデラミネーシヨンによりめつき液等が内部に侵 入するおそれがあるので、非磁性セラミック層は積層部品の外面に露出していないの が好ましい。
[0018] 前記導体パターン同士の積層方向の接続は、前記磁性フェライト層及び前記非磁 性セラミック層のビアホールに充填された導体を介して行なわれて 、るのが好まし ヽ
[0019] 磁性フェライトと近い線膨張係数を有する非磁性セラミックを用いることにより、磁性 フェライトに与える応力を小さくする。線膨張係数は、 ZrOが + 9.0〜+ 11.0 ppm/°C
2
、 ZrSiOが +4·0〜 + 5·0 ppm/°C、 Al Oが + 7·0〜 + 8·0 ppm/°C、 3A1 O -2SiOが
4 2 3 2 3 2
+ 5.5〜 + 6.5 ppmZ。Cである。従って、前記非磁性セラミック層は、 ZrO、 ZrSiO、 Al
2 4
〇、及び 3A1 O -2SiOのいずれかからなるのが好ましい。なかでも、磁性フェライトと
2 3 2 3 2
反応してスピネル型化合物を形成しない ZrO又は ZrSiOを用いるのが好ましい。さら
2 4
に、前記非磁性セラミックを平均粒径が 0.5〜3 mの ZrO粉末により形成するのが好
2
ましい。
[0020] 前記磁性フェライト層は、 Fe, Ni及び Zn (—部を Cuで置換しても良 ヽ）を主成分とす
るスピネル型フェライトからなるのが好ましぐスピネル型フェライトは副成分として Biを 含むのが好ましい。
発明の効果
[0021] 本発明の積層部品は、内部電極による残留応力を緩和するとともにデラミネーショ ンゃクラッキングを抑制し、インダクタンス、 Q値等の特性が安定し、優れた直流重畳 特性を有する。このような特徴を有する本発明の積層部品は、磁気ギャップを有する 積層型インダクタ、半導体素子を実装可能な電極を設けたインダクタ内蔵フェライト 基板、フェライト基板に半導体素子、リアクタンス素子等を実装したモジュール等とし て有用である。
図面の簡単な説明
[0022] [図 1]本発明の一実施形態による積層型インダクタの外観を示す斜視図である。
[図 2]図 1の A-A'断面図である。
[図 3]本発明の一実施形態による積層型インダクタの第一の複合層を製造する工程 を示す平面図である。
[図 4]本発明の一実施形態による積層型インダクタの第二の複合層を製造する工程 を示す平面図である。
[図 5]本発明の一実施形態による積層型インダクタの第三の複合層を製造する工程 を示す平面図である。
[図 6]本発明の一実施形態による積層型インダクタの第四の複合層を製造する工程 を示す平面図である。
[図 7]本発明の一実施形態による積層型インダクタの製造工程を示す分解斜視図で ある。
[図 8]本発明の他の実施形態による積層型インダクタの内部構造を示す断面図であ る。
[図 9]本発明の他の実施形態による積層型インダクタの第一の複合層を製造するェ 程を示す平面図である。
[図 10]本発明の他の実施形態による積層型インダクタの第二の複合層を製造するェ 程を示す平面図である。
圆 11]本発明の他の実施形態による積層型インダクタの第三の複合層を製造するェ 程を示す平面図である。
圆 12]本発明の他の実施形態による積層型インダクタの第四の複合層を製造するェ 程を示す平面図である。
圆 13]本発明の他の実施形態による積層型インダクタの第五の複合層を製造するェ 程を示す平面図である。
圆 14]本発明の他の実施形態による積層型インダクタの第六の複合層を製造するェ 程を示す平面図である。
圆 15]本発明の他の実施形態による積層型インダクタの第七の複合層を製造するェ 程を示す平面図である。
圆 16]本発明の他の実施形態による積層型インダクタの第八の複合層を製造するェ 程を示す平面図である。
圆 17]本発明の他の実施形態による積層型インダクタの第九の複合層を製造するェ 程を示す平面図である。
[図 18]本発明の他の実施形態による積層型インダクタの製造工程を示す分解斜視 図である。
圆 19]本発明のさらに他の実施形態による積層型インダクタの内部構造を示す断面 図である。
[図 20]本発明のさらに他の実施形態による積層型インダクタの一つの複合層を製造 する工程を示す平面図である。
圆 21]本発明のさらに他の実施形態による積層型インダクタの内部構造を示す断面 図である。
圆 22]本発明のさらに他の実施形態による積層型インダクタの第一の複合層を製造 する工程を示す平面図である。
圆 23]本発明のさらに他の実施形態による積層型インダクタの第二の複合層を製造 する工程を示す平面図である。
圆 24]本発明のさらに他の実施形態による積層型インダクタの第三の複合層を製造 する工程を示す平面図である。
[図 25]本発明のさらに他の実施形態による積層型インダクタの第四の複合層を製造 する工程を示す平面図である。
[図 26]本発明のさらに他の実施形態による積層型インダクタにおける非磁性セラミツ ク層と導体パターンとの重なりを示す部分断面図である。
[図 27]本発明のさらに他の実施形態による積層型インダクタの内部構造を示す断面 図である。
[図 28]実施例 1の積層型インダクタの内部構造を示す断面図である。
[図 29]実施例 2の積層型インダクタの内部構造を示す断面図である。
[図 30]実施例 3の積層型インダクタの内部構造を示す断面図である。
[図 31]実施例 4, 5及び 7の積層型インダクタの内部構造を示す断面図である。
[図 32]実施例 6の積層型インダクタの内部構造を示す断面図である。
[図 33]比較例 1の積層型インダクタの内部構造を示す断面図である。
[図 34]降圧型の DC-DCコンバータの等価回路を示す図である。
[図 35]実施例 5及び比較例 1の積層型インダクタの品質係数 Qの度数分布を示すダラ フである。
発明を実施するための最良の形態
[0023] [1]第一の実施形態
図 1は本発明の第一の実施形態による積層型インダクタの外観を示し、図 2は図 1の A-A'断面図であり、図 3〜図 7はその製造工程を示す。本実施形態による積層型ィ ンダクタは、フェライト積層体内部に埋設されたコイルを備え、コイルの両端は積層体 の表面に Ag等の導電ペーストを焼き付けて形成した外部電極 5に接続されている。 図 2に示すように、コイルを構成する導体パターン 12, 22, 32, 42に非磁性セラミック 層 11, 21, 31, 41が接している。外部電極用導電ペーストは特に限定されず、例えば Pt, Pd, Au, Cu及び Niの 1種以上を含有する Ag合金等が挙げられる。
[0024] 磁性フェライト層は、例えば Fe 0、 ZnO、 NiO (一部を CuOで置換しても良い）を主
2 3
成分とするフェライト組成物からなる。主成分組成は好ましくは、 47〜50.5モル％の Fe 0、 19〜30モル0 /0の ZnO、残部 NiO (15モル0 /0以下を CuOで置換しても良い）である
[0025] フェライト組成物が 47〜50.5モル％ (Fe 0に換算）の Feを含有するのは、透磁率を
2 3
低下させずに高 、飽和磁束密度 Bsを得るためである。 Feが 47モル％未満だと所望 の透磁率及び飽和磁束密度が得られない。また Feが 50.5モル％より多くなると、 Fe2+ の増加により磁性フェライト層の抵抗値が低下する。
[0026] フェライト組成物が 19〜30モル0 /0 (ZnOに換算）の Znを含有するのは、高い飽和磁 束密度を得るためである。 Znが 19モル％未満であると所望の磁束密度が得られな ヽ 。また Znが 30モル％より多くなると、キュリー温度が実用範囲より低くなる。 Niは主成 分組成から Fe 0及び ZnOを引いた残りの量である力 低温焼結化のために Niの一
2 3
部を 15モル％以下 (CuO換算）の Cuで置換しても良い。所望の透磁率とともに高い飽 和磁束密度を得るには、 NiOZCuOのモル比を 0.3〜5.8とするのが好ましい。
[0027] フェライト組成物は、副成分として、 0.01〜1質量％ (Nb 0に換算）の Nb酸化物、 0.
2 5
01〜1.5質量％、特に 0.1〜1質量％(Ta 0に換算）の Ta酸化物、 0.1〜1.5質量％(V
2 5 2
0に換算）の V酸化物、 0.01〜2質量％、特に 0.1〜1.5質量％(ΉΟに換算）の Ti酸
5 2
化物、 0.1〜1.5質量％(Bi 0に換算）の Bi酸化物、 0.1〜1.5質量％(Co 0に換算）
2 3 3 4 の Co酸化物、 0.1〜1.5質量％(SnOに換算）の Sn酸化物、 0.1〜1.5質量％ (CaOに
2
換算）の Ca酸ィ匕物、及び 0.1〜1.5質量％(SiOに換算）の Si酸ィ匕物からなる群力も選
2
ばれた少なくとも一種を含んでも良!、。
[0028] 0.01〜1質量％ (Nb 0に換算）の Nbを含有すると、結晶粒径が制御される。 0.01〜
2 5
1.5質量％(Ta 0に換算）の Taを含有すると、抵抗率が向上する。 0.1〜1.5質量％(V
2 5
0に換算）の Vを含有すると、低温焼結が促進される。 0.01〜2質量％(TiOに換算）
2 5
の Tiを含有すると、抵抗率が向上する。 0.1〜1.5質量％(81 0に換算）の Biを含有す
2 3
ると、低温焼結が促進されるとともに、抵抗率が向上する。 0.1〜1.5質量％(Co 0に
3 4 換算)の Coを含有すると、高周波損失が低減する。 0.1〜1.5質量％(SnOに換算)の
2
Snを含有すると、ヒステリシス損失が低減する。 0.1〜1.5質量％(CaOに換算）の Caを 含有すると、粒成長が抑制される。 0.1〜1.5質量％(SiOに換算）の Siを含有すると、
2
粒成長が抑制される。
[0029] 副成分の含有量が過剰であると、低温焼結性が阻害されたり、焼結密度が低下し たり、機械的強度 (抗折強度)が低下したりする。また少なすぎると、十分な添加効果
が得られない。副成分は単独で添加しても 2種以上組合せて添加しても良い。複合 添加の場合、その総量を 5質量％以下とするのが好ましい。総量が 5質量％を超える と、焼結性が阻害されるおそれがある。
[0030] 原料中に含まれる Na, S, CI, P、 W, B等の不可避的不純物はできるだけ少ない方 が良ぐ原料中における含有量は 0.05質量％以下であるのが好ましい。
[0031] フ ライト組成物における主成分及び副成分の含有量の測定は、蛍光 X線分析法 及び ICP発光分光分析法により行う。予め蛍光 X線分析により含有元素を同定し、標 準サンプルとの比較による検量線法により定量する。
[0032] フェライト組成物用原料を混合及び仮焼した後、粉砕する。粉砕条件の調整及び 粉砕粉の分級により、 BET比表面積が 5〜20 m2/gのフェライト粉末を得る。なお、 Fe、
Ni及び Znの各塩ィ匕物の水溶液を噴霧して粉末ィ匕した後焙焼しても、同様のフェライト 粉末を得ることができる。
[0033] フェライト粉末に、ポリビュルブチラール等の有機バインダーと、エタノール、トルェ ン、キシレン等の溶媒をカ卩え、ボールミル中で混練してスラリーとする。粘度を調整し た後、ポリエステルフィルム等の榭脂フィルム上にドクターブレード法等で塗布し、乾 燥して磁性フェライトシートとする。
[0034] 非磁性セラミック層は、ジルコユア（ZrO )、ジルコン（ZrSiO )、アルミナ（A1 0 )、及
2 4 2 3 びムライト (3A1 0 -2SiO )からなる群力 選ばれた少なくとも一種の非磁性セラミック
2 3 2
の粉末により形成する。非磁性セラミック粉末の BET比表面積は 5〜20 m2/gであるの が好ましい。 BET比表面積力 m2/g未満であると、 以下の厚さの非磁性セラミツ ク層を形成するのが困難である。一方、 BET比表面積が 20 m2/g超であると、ペースト の粘度が高くなりすぎて塗布が困難になるだけでなぐ磁性フェライト層との一体的な 焼結の際に緻密化が進みすぎ、内部応力を緩和する作用が低減する。非磁性セラミ ック粉末は 0.5〜3 μ mの平均粒径を有する ZrO粉末が好ましい。
2
[0035] 焼結後に非磁性セラミック層に含まれる Cu、 Zn及び Biは焼結促進剤として機能し、 組織を緻密化させる。 Cu、 Zn及び Biは酸ィ匕物の状態で非磁性セラミック粉末のぺー ストに添加しても良いし、磁性フェライト層に添加して、焼結中に非磁性セラミック層に 拡散させても良い。 Cu、 Zn及び Biのうち、 Biは Cu及び Znより、非磁性セラミック中の含
有量が磁気特性に与える影響が少なぐ非磁性セラミック層への拡散量の制御が容 易である。しかし、非磁性セラミックへの Biの添加量が多すぎると、異常焼結を招くお それがある。
[0036] 各粉末にェチルセルロース等の有機バインダー及び溶媒を配合し、得られた配合 物を三本ロールで混練して非磁性セラミックペーストを作製する。混鍊にはホモジナ ィザーやサンドミル等を使用しても良い。非磁性セラミックペーストに、緻密化を促進 する Zn、 Cu及び Biを酸化物の状態で予め添加しても良ぐまた焼成の際に非磁性セ ラミック層へ拡散させても良い。
[0037] 焼結後の非磁性セラミック層に含まれる Cu、 Zn及び Biは、非磁性セラミック層全体 を 100質量％として、合計で 3〜18質量％であるのが好ましい。 Cu、 Zn及び Biの合計 量が 3質量％未満であると、非磁性セラミック層の緻密化の効果が十分でない。また 1 8質量％を超えると磁性フェライト層への拡散が著しくなり、フェライトの焼結が促進さ れすぎ、異常粒成長するおそれがある。結晶粒の異常成長はコアロスの増加等の問 題を起こす。 Cu及び Biは拡散し易いため、より好ましくは合計で 12質量％以下である
[0038] 焼結後の非磁性セラミック層は、けがき針でけが!/ヽてもセラミックが容易に脱粒しな い程度に緻密化しているが、磁性フェライト層より多くの空孔を有する。このため、線 膨張係数の差による生じる応力は非磁性セラミック層で分散され、磁性フェライト層に 作用する残留応力は開放される。
[0039] 非磁性セラミックは本来 1300°C程度の高温で焼結して緻密化させるものであるが、 本発明では約 900°Cで焼結するので、緻密化が不十分であり、内部に空孔を有する 。そのため内部応力により非磁性セラミック層にクラックが生じても、空孔によりクラック の進展が阻止されて不連続なマイクロクラックとなり、磁性フェライト層側に進展するこ とがほとんどない。非磁性セラミック層を積層型インダクタの外面に露出させないと、 非磁性セラミック層の空孔を介してめつき液や水分等が積層部品内部に染み込むこ とがない。
[0040] 図 3〜図 7は磁性フェライトシートに導体パターンを形成する工程を示す。磁性フエ ライトシート 10 [図 3の (a)]に非磁性セラミック層 11を印刷し [図 3(b)]、乾燥した後、そ
の上面に導電ペーストを印刷して導体パターン 12を形成する [図 3(c)]。導体パター ン 12の形成により 30 mを超える大きな段差が生じると圧着が不十分となり、デラミネ ーシヨンが生じるおそれがあるので、導体パターン 12以外の部位を覆うように磁性フ エライトシート 10と同じ組成の磁性セラミックペーストを印刷し、段差解消用の磁性セ ラミック層 13を形成しても良い [図 3(d)]。このようにして第一の複合層 [図 7の (a)]を形 成する。
[0041] 第二〜第四の複合層 [図 7の (b)〜(d)]は、ビアホール（図中黒丸で表示)を有する 以外、第一の複合層とほぼ同じ基本構成を有する。ビアホールの形成は、磁性フェラ イトシート 20, 30、 40にレーザー等により貫通孔 27, 37、 47を形成し、これらの貫通孔 に整合する位置に貫通孔 25、 35、 45を備えた非磁性セラミック層 11を印刷することに より行う。非磁性セラミック層 11の上面に導電ペーストを印刷することにより、導体パタ ーン 12を形成するとともに、ビアホールに導電ペーストを充填する。
[0042] コイル用導体パターン 12, 22, 32, 42及び非磁性セラミック層 11, 21, 31, 41が形成 された第一〜第四の複合層を、導体パターン 12, 22, 32, 42が螺旋状コイルを形成 するように積層し、さらに磁性体グリーンシート (ダミー層） 50を重ねて圧着し、積層体 を形成する。積層体を所定の大きさ（例えば、焼結後の寸法が 3.2 mm X 1.6 mm X 1.2 mm)に切断し、脱バインダー処理した後、大気中で例えば 900°Cで焼成する。 Cu, Z n等が金属単体や Cu 0, Zn O等の低抵抗酸ィ匕物の状態で磁性フェライト層に析出
2 2
するのを防ぐために、焼成のうち少なくとも最高温度保持工程及び冷却工程を大気 又は酸素過剰雰囲気中で行なうのが好ましい。焼成体の導体パターンが露出した面 に、 Ag系導電ペーストを塗布し、例えば約 600°Cで焼き付けて外部電極を形成し、積 層型インダクタを作製する。
[0043] 本発明の積層型インダクタを基板状に形成し、その外面に半導体集積回路部品を 制御するための外部端子や実装用電極を設け、実装用電極に半導体集積回路部 品を実装し、コイルを接続して、図 34の等価回路に示すような DC-DCコンバータとす ることができる。このような構成により、 DC-DCコンバータの特性は安定し、また半導 体集積回路部品がある分だけ回路基板への実装面積を低減できるとともに、回路基 板に設ける接続線路を低減できるため電子機器を小型化できる。
[0044] [2]第二の実施形態
図 8は第二の実施形態による積層型インダクタの断面（図 1の A-A'断面に相当する )を示し、図9〜図 18はその製造工程を示す。第二の実施形態の積層型インダクタは 第一の実施形態のものと共通の構成部分を有するので、異なる部分だけ以下詳細 に説明する。
[0045] 本実施形態の積層型インダクタでは、コイルを構成する導体パターン 112, 132, 152 , 172の間に非磁性セラミック層 101, 121, 141, 161, 181が形成されている。また導体 パターン 112、 132、 152、 172及び非磁性セラミック層 101, 121, 141, 161, 181は異な る磁性フェライトシート 100, 110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180上に形成されて いる。導体パターン間の接続は、非磁性セラミック層が形成された磁性フェライトシ一 ト 120, 140, 160と、導体パターン形成された磁性フェライトシート 130, 150, 170に形 成されたビアホール 127, 137, 147, 157, 167, 177を介して行なわれる。非磁性セラミ ック層 121, 141, 161には貫通孔 125, 145, 165が形成されている。
[0046] コイル用導体パターンや非磁性セラミック層が形成された第一〜第九の複合層 [図
18の (a)〜(i)]を導体パターンが螺旋状コイルを形成するように積層し、さらに磁性体 グリーンシート (ダミー層） 190を重ねて圧着し、積層体を形成する。
[0047] 磁性フェライトシートはほぼ同じ形状を有するので、非磁性セラミック層のほぼ中央 部に導体パターンが来るように、非磁性セラミック層を精度良く形成することができる 。各磁性フェライトシートの厚さを第一の実施形態の半分にすると、第一の実施形態 と同じ厚さの積層型インダクタとすることができる。
[0048] [3]第三の実施形態
図 19は第三の実施形態による積層型インダクタの断面（図 1の A-A'断面に相当す る）を示し、図 20はその製造工程を示す。本実施形態では、非磁性セラミック層は、コ ィルを覆う領域全体 (コイルの内側の領域を含む）に形成されている。非磁性セラミツ ク層はコイル内側領域の磁束を分断する磁気ギャップとして機能するため、直流重畳 特性が改善され、高周波で高いインダクタンスが得られる。これ以外の点では、本実 施形態の積層型インダクタは第一の実施形態のものと異ならない。
[0049] [4]第四の実施形態
図 21は第四の実施形態による積層型インダクタの断面（図 1の A-A '断面に相当す る）を示し、図 22〜図 25は積層型インダクタを構成する第一〜第四の複合層を製造 する工程を示し、図 26は非磁性セラミック層と導体パターンとの重なりを示す。本実施 形態では、非磁性セラミック層は、コイルを覆う領域全体 (コイルの内側の領域を含む )に形成されている。
[0050] 図 26に示すように、非磁性セラミック層 11, 21, 31, 41の縁部に導体パターン 12, 22 , 32, 42の縁部が重なるように、磁性フェライトシート 10、 20、 30、 40の上に非磁性セラ ミック層 11, 21, 31, 41及び導体パターン 12, 22, 32, 42が形成されている。この層構 成により、複合層を薄くでき、積層型インダクタを低背化できる。この場合も、非磁性 セラミック層がコイル内側領域の磁束を分断する磁気ギャップとして機能するため、直 流重畳特性が改善され、高周波で高いインダクタンスが得られる。図示の例では非 磁性セラミック層 11, 21, 31, 41の後に導体パターン 12, 22, 32, 42を形成しているが ゝこの逆でも良い。
[0051] [5]第五の実施形態
第四の実施形態は他の実施形態と比べて応力緩和の効果が劣るので、第五の実 施形態では、図 27に示すように、非磁性セラミック層のほぼ中央部に導体パターンが 来るように非磁性セラミック層 220, 221, 222を形成する。非磁性セラミック層 220, 221 , 222の形成は第二の実施形態と同様に行う。このような構成により、十分な応力緩和 の効果を得ながら、直流重畳特性を改善でき、さらに低背な積層型インダクタを得る ことができる。
[0052] 本発明を以下の実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はそれらに限定さ れるものではない。
[0053] 実施例 1〜7、比較例 1
47.5モル0 /0の Fe 0、 19.7モル0 /0の NiO、 8.8モル0 /0の CuO、及び 24.0モル0 /0の ZnO
2 3
力 なる主成分 100質量％に対して、 1質量％の Bi 0、 0.08質量％の Co 0、 0.5質量
2 3 3 4
%の SnO、及び 0.5質量％の 0を副成分として湿式混合し、乾燥した後、 850°Cで 2
2 2
時間仮焼した。仮焼体をボールミルで BET比表面積が 7.0 m2/gとなるまで 20時間湿 式粉砕し、フェライト組成物の仮焼粉末を作製した。
[0054] この仮焼粉末を、ポリビュルブチラール及びエタノールとともにボールミル中で混練 してスラリーとし、粘度を調整した後、ポリエチレンテレフタレート (PET)フィルム上にド クタ一ブレード法で塗布し、乾燥して、厚さ 15 m、 30 m及び 60 μ mの 3種類の磁性 フェライトシートを作製した。
[0055] 非磁性セラミック粉末として平均結晶粒径が 0.4 μ m、 0.5 μ m及び 2.3 μ mの 3種類の ジルコユア（ZrO )粉末を用意し、各粉末にェチルセルロース、ブチルカルビトールァ
2
セテート及びエタノールを配合し、三本ロールで混練して非磁性セラミックペーストを 作製した。
[0056] 磁性フェライトシート上に、表 1に示す三通りのパターンで、非磁性セラミック層、及 び Ag系導電ペーストからなる導体パターンを形成し、図 3〜図 6及び図 9〜図 17に示 す磁性体シートを作製した。導体パターンの間隔を一定にするために、磁性フェライ トシートの厚さを変えた。また導体パターン及び非磁性セラミック層が形成されない部 分の厚さがどのサンプルも同じとなるように、コイルの上下に設けるダミー層の厚さを シートパターンに応じて 15 m、 30 m又は 60 μ mとした。
[0057] [表 1]
[0058] 得られた複合層を積層及び圧着し、得られた各積層体を焼結後の寸法が 3.2 mm
X 1.6 mm X 1.2 mmとなるように切断した。 600°Cで脱バインダー処理した後、大気中 で 900°Cで 3時間焼成した。得られた各焼成体の導体パターンが露出した面に Ag系 導電ペーストを塗布し、約 600°Cで焼き付け、外部電極を形成した。このようにして、 7. 5ターンのコイルを内蔵し、図 28〜図 32に示す内部構造を有する実施例 1〜7の積層 型インダクタのサンプル、及び図 33に示す内部構造を有する比較例 1の積層型イン ダクタのサンプルをそれぞれ 1000個作製した。
[0059] 実施例 1〜7及び比較例 1の 1000個の積層型インダクタのサンプルから任意で 100 個づっ抜き取り、ヒユーレッド'パッカード社製のインピーダンスアナライザ HP4192Aを 用いて、インダクタンス及び品質係数 Qを測定した。さらに 100個のサンプルうちの 10 個のサンプルを任意に抜き取り、図 34に示す降圧型の DC- DCコンバータを作製し、 変換効率を評価した。結果を表 2及び図 35に示す。図 35は実施例 5と比較例 1の品質 係数 Qの分布を示す。
[0060] 特性評価後のサンプルを榭脂に埋め込み、研磨により露出させた断面を SEM (走 查型電子顕微鏡)で観察するとともに、 Cu、 Zn及び Biをマッピングにより観察した。
[0061] [表 2]
[0062] 表 2 (続き)
例 No. 変換効率 （％) クラック
実施例 1 79.5〜82.2 非磁性セラミック層にクラック有り
実施例 2 79.5〜82.0 非磁性セラミック層にクラック有り
実施例 3 80.3〜81.1 非磁性セラミック層にクラック有り
実施例 4 81.0〜82.1 非磁性セラミック層にマイクロクラック有り
実施例 5 81.6〜82.0 非磁性セラミック層にマイクロクラック有り
実施例 6 81.6〜81.9 非磁性セラミック層にマイクロクラック有り
非磁性セラミック層にクラック有り
実施例 7 78.2〜82.0
磁性フェライ ト層にマイクロクラック有り
比較例 1 77.9〜82.1 磁性フェライ ト層にクラック有り
[0063] 比較例 1では 10個中 9個のサンプルに、導体パターン間の磁性フェライト層に導体 パターンとほぼ平行に走るクラックが発生した。クラックの発生部位は主として磁性フ エライト層の厚さ方向ほぼ中間であった。一方、実施例 1〜6のサンプルでは、非磁性 セラミック層に微細なクラックが生じて 、たが、磁性フェライト層にクラックは発生しな かった。その結果、インダクタンス及び Q値のばらつきを比較例はり小さくできた。実 施例 7のサンプル 10個中 2個には、非磁性セラミック層の他にその縁部のごく近傍の 磁性フェライト層にも微細なクラックが発生して 、た。し力しクラックは実用上問題がな い程度であり、しかも比較例はりインダクタンス及び Q値のばらつきが小さ力つた。
[0064] マッピング観察像から、磁性フェライト層力 拡散した Cu、 Zn及び Biが非磁性セラミ ック層に含まれていることが確認された。非磁性セラミック層の組成は、 83.0質量％の Zr、 11.5質量％の01、 1.5質量％の2 及び 4.0質量％の Biであった。
[0065] 実施例 5の 100個のサンプルを別途抜き取り、 400°Cに加熱した共晶はんだに 3秒間 浸漬し、浸漬前後でのインダクタンス及び Q値を測定するヒートショック試験を行った 。その結果、浸漬前後でのインダクタンス及び Q値のばらつきに実質的な差はないこ とが分った。試験後のサンプルを 10個任意に抜き取り、 SEMで断面観察を行なったと ころ、磁性フェライト層にクラックは発生して 、なかった。
Claims
[1] 複数の磁性フェライト層と、積層方向に接続してコイルを形成するように各磁性フエ ライト層上に形成された導体パターンと、前記導体パターンと積層方向に重複するよ うに少なくとも 1つの磁性フェライト層上に形成された非磁性セラミック層とを備えた積 層部品であって、前記非磁性セラミック層は前記磁性フェライトより焼結温度が高い 非磁性セラミックを主成分とし、さらに Cu、 Zn及び Biの 1種又は 2種以上を酸ィ匕物の状 態で含むことを特徴とする積層部品。
[2] 請求項 1に記載の積層部品において、前記非磁性セラミック層はドーナツ状であり、 その少なくとも一方の縁部が前記導体パターンの対応する縁部より前記磁性フェライ ト層の面方向に延出していることを特徴とする積層部品。
[3] 請求項 1に記載の積層部品において、前記非磁性セラミック層は少なくとも前記導 体パターンの内側領域を覆う板状であることを特徴とする積層部品。
[4] 請求項 3に記載の積層部品において、前記非磁性セラミック層は少なくとも前記導 体パターンの内縁部と積層方向に重畳していることを特徴とする積層部品。
[5] 請求項 1〜4のいずれかに記載の積層部品において、積層方向に隣接する非磁性 セラミック層により前記導体パターンが完全にサンドイッチされて 、ることを特徴とする 積層部品。
[6] 請求項 1〜5のいずれかに記載の積層部品において、前記非磁性セラミック層が外 面に露出していないことを特徴とする積層部品。
[7] 請求項 1〜6のいずれかに記載の積層部品において、前記導体パターン同士の積 層方向の接続は、前記磁性フェライト層及び前記非磁性セラミック層のビアホールに 充填された導体を介して行なわれていることを特徴とする積層部品。
[8] 請求項 1〜7のいずれかに記載の積層部品において、前記非磁性セラミック層が Zr
0、 ZrSiO、 Al O、及び 3A1 O -2SiOのいずれかからなることを特徴とする積層部品
2 4 2 3 2 3 2
[9] 請求項 1〜8のいずれかに記載の積層部品において、前記磁性フェライトが Fe, Ni 及び Zn (—部を Cuで置換しても良 、）を主成分とするスピネル型フェライトであること を特徴とする積層部品。
請求項 9に記載の積層部品にお 、て、前記スピネル型フェライトは副成分として Biを 含むことを特徴とする積層部品。
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