WO2017122452A1 - 積層体及び電子部品 - Google Patents

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WO2017122452A1
WO2017122452A1 PCT/JP2016/085724 JP2016085724W WO2017122452A1 WO 2017122452 A1 WO2017122452 A1 WO 2017122452A1 JP 2016085724 W JP2016085724 W JP 2016085724W WO 2017122452 A1 WO2017122452 A1 WO 2017122452A1
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glass
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glass ceramic
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大樹 足立
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株式会社村田製作所
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    • C04B2237/00Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/50Processing aspects relating to ceramic laminates or to the joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/68Forming laminates or joining articles wherein at least one substrate contains at least two different parts of macro-size, e.g. one ceramic substrate layer containing an embedded conductor or electrode
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F17/00Fixed inductances of the signal type 
    • H01F17/0006Printed inductances
    • H01F2017/0066Printed inductances with a magnetic layer
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/2804Printed windings
    • H01F2027/2809Printed windings on stacked layers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G4/00Fixed capacitors; Processes of their manufacture
    • H01G4/002Details
    • H01G4/228Terminals
    • H01G4/232Terminals electrically connecting two or more layers of a stacked or rolled capacitor
    • H01G4/2325Terminals electrically connecting two or more layers of a stacked or rolled capacitor characterised by the material of the terminals
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H1/00Constructional details of impedance networks whose electrical mode of operation is not specified or applicable to more than one type of network
    • H03H2001/0021Constructional details
    • H03H2001/0085Multilayer, e.g. LTCC, HTCC, green sheets
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2201/00Indexing scheme relating to printed circuits covered by H05K1/00
    • H05K2201/08Magnetic details
    • H05K2201/083Magnetic materials
    • H05K2201/086Magnetic materials for inductive purposes, e.g. printed inductor with ferrite core

Definitions

  • the present invention relates to a laminate and an electronic component.
  • an LC filter is formed by forming a ferrite layer having a high magnetic permeability inside a ceramic substrate and embedding a coil conductor in the ferrite layer.
  • Patent Document 1 discloses a ferrite layer having a ferrite crystal, an insulating layer having a glass ceramic including a first crystal having the same crystal structure as the ferrite crystal, and a first crystal disposed between the insulating layer and the ferrite layer.
  • a glass ceramic substrate in which a glass ceramic and an intermediate layer having a ferrite crystal are laminated.
  • the glass ceramic substrate described in Patent Document 1 is characterized in that a part of the plurality of ferrite crystals in the intermediate layer protrudes toward the insulating layer.
  • the glass ceramic layer since it is composed of glass containing a large amount of SiO 2, and has transparency. Therefore, when a glass ceramic layer is arranged on the surface layer, the inner layer electrode formed in the glass ceramic layer can be seen through from the surface, so that it is difficult to discriminate, for example, defective plating of the surface layer electrode. There was a problem.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and is a laminate in which a glass ceramic layer having a low relative dielectric constant and high insulation resistance is laminated with a ferrite layer, and the glass ceramic layer and the ferrite layer It is an object of the present invention to provide a laminate in which the occurrence of peeling at the interface and the decrease in insulation resistance can be prevented without providing an intermediate layer therebetween, and the transparency of the glass ceramic layer is low.
  • the laminate of the present invention is a laminate having a laminated structure composed of a glass ceramic layer containing glass and a filler and a ferrite layer containing ferrite, and contains glass in the glass ceramic layer.
  • the amount of the filler is 30.0 wt% or more and 80.0 wt% or less, the filler content is 20.0 wt% or more and 70.0 wt% or less, and the glass contained in the glass ceramic layer is the weight of the whole glass.
  • R 2 O is at least one selected from the group consisting of Li, Na and K
  • R is at least one selected from the group consisting of Li, Na and K
  • 0 wt% or more and 5.0 wt% or less Al 2 O 3 10.0 wt% or more and 25.0 wt% or less of B 2 O 3 and 70.0 wt% or more and 85.0 wt% or less of SiO 2
  • the filler contains at least one of SiO 2 and Al 2 O 3 , and further contains 5.0 wt% or more and 15.0 wt% or less of ferrite with respect to the total weight of the glass and the filler. It is characterized by.
  • the glass ceramic layer contains an amount of ferrite that can maintain the relative dielectric constant of the glass ceramic layer low, the difference in shrinkage behavior between the glass ceramic layer and the ferrite layer is reduced. Even without providing an intermediate layer, it is possible to prevent the occurrence of peeling at the interface.
  • the glass ceramic layer contains at least one of SiO 2 and Al 2 O 3 and ferrite, a part of the filler SiO 2 and Al 2 O 3 reacts with the glass component during firing. When the glass composition becomes part of the glass composition, the viscosity of the glass increases, so that the diffusion of the glass component to the ferrite layer hardly occurs.
  • the concentration gradient of the ferrite component between the glass ceramic layer and the ferrite layer is reduced, so that the ferrite component is less likely to diffuse into the glass ceramic layer. As a result, it is presumed that good insulation resistance characteristics can be obtained even in the co-sintered body.
  • the ferrite contained in a glass ceramic layer functions as a devitrification material, the transparency of a glass ceramic layer is inhibited. Therefore, the inner layer electrode formed in the glass ceramic layer becomes invisible from the surface, and it becomes easy to discriminate the plating failure of the surface layer electrode.
  • the ferrite contained in the glass ceramic layer has the same composition as the ferrite contained in the ferrite layer.
  • the composition of the ferrite contained in the glass ceramic layer the same as that of the ferrite contained in the ferrite layer, the effect of reducing the difference in shrinkage behavior between the glass ceramic layer and the ferrite layer, and the glass ceramic layer-ferrite layer The effect of reducing interdiffusion is sufficiently exhibited.
  • both the ferrite contained in the glass ceramic layer and the ferrite contained in the ferrite layer are Ni—Zn based ferrite.
  • Ni—Zn ferrite has a sufficiently high magnetic permeability in a high frequency band and is suitable for high frequency applications.
  • the multilayer body of the present invention may be a multilayer ceramic substrate or a chip component.
  • the electronic component of the present invention is characterized by comprising the above laminate.
  • a glass ceramic layer having a low relative dielectric constant and a high insulation resistance is laminated with a ferrite layer, and at the interface without providing an intermediate layer between the glass ceramic layer and the ferrite layer. It is possible to prevent the occurrence of peeling and the like and to prevent the insulation resistance from decreasing, and to provide a laminate having a low transparency of the glass ceramic layer.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an example of the laminate of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing an example of a multilayer ceramic substrate.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing an example of an LC filter as a chip component.
  • 4 (a), 4 (b) and 4 (c) are schematic diagrams of dielectric capacitors fabricated in each example and each comparative example.
  • 4A is a cross-sectional view in the thickness direction
  • FIG. 4B is a cross-sectional view along the plane through which one electrode passes
  • FIG. 4C is a cross-sectional view along the plane through which the other electrode passes. .
  • FIG. 5C are schematic views of co-sintered capacitors produced in each example and each comparative example.
  • 5A is a cross-sectional view in the thickness direction
  • FIG. 5B is a cross-sectional view along the plane through which one electrode passes
  • FIG. 5C is a cross-sectional view along the plane through which the other electrode passes.
  • FIG. 6A and FIG. 6B are schematic views of non-transparency evaluation substrates produced in each example and each comparative example.
  • 6A is a cross-sectional view in the thickness direction
  • FIG. 6B is a cross-sectional view along the plane through which the electrodes pass.
  • FIG. 7 is a schematic view of a co-sintered body for peeling evaluation prepared in each example and each comparative example.
  • FIG. 8 is an external view photograph of a co-sintered body manufactured using a sample having a composition within the scope of the present invention.
  • the laminate and the electronic component of the present invention will be described.
  • the present invention is not limited to the following configurations, and can be applied with appropriate modifications without departing from the scope of the present invention.
  • Each embodiment shown below is an illustration, and it cannot be overemphasized that a partial substitution or combination of composition shown in a different embodiment is possible.
  • the present invention also includes a combination of two or more desirable configurations of the present invention described below.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an example of the laminate of the present invention.
  • a laminated body 10 shown in FIG. 1 has a laminated structure including a glass ceramic layer 1 containing glass and filler and a ferrite layer 2 containing ferrite. An intermediate layer is not provided between the glass ceramic layer 1 and the ferrite layer 2, and the glass ceramic layer 1 and the ferrite layer 2 are in contact with each other.
  • the laminated body 10 is a co-sintered body obtained by co-sintering the glass ceramic layer 1 and the ferrite layer 2.
  • the glass ceramic layer 1 and the ferrite layer 2 are shown as integral parts, but actually, a laminated structure including a plurality of layers may be provided.
  • the ferrite contained in the ferrite layer is preferably a ferromagnetic ferrite which is a solid solution having a spinel structure.
  • Ni—Zn ferrite including Ni—Zn—Cu ferrite
  • Mn—Zn ferrite Mg— Examples thereof include Zn-based ferrite and Ni—Co-based ferrite. Only one type of these ferrites may be included, or two or more types may be included.
  • Ni—Zn based ferrite is preferable and Ni—Zn—Cu based ferrite is more preferable because it has a sufficiently high magnetic permeability in a high frequency band.
  • the ferrite layer may contain a filler other than ferrite, but the ferrite content in the ferrite layer is preferably 95.0 wt% or more, and more preferably 100 wt%.
  • the glass contained in the glass ceramic layer is 0.5 wt% or more and 5.0 wt% or less of R 2 O (R is at least one selected from the group consisting of Li, Na and K with respect to the total weight of the glass. Seed), 0 wt% to 5.0 wt% Al 2 O 3 , 10.0 wt% to 25.0 wt% B 2 O 3 and 70.0 wt% to 85.0 wt% SiO 2 is included.
  • Al 2 O 3 is an optional component.
  • the glass contained in the glass ceramic layer may contain other impurities, and the preferred content when impurities are contained is less than 5.0% by weight.
  • the glass content in the glass ceramic layer is 30.0 wt% or more and 80.0 wt% or less, and preferably 45.0 wt% or more and 65.0 wt% or less.
  • the filler contained in the glass ceramic layer contains at least one of SiO 2 and Al 2 O 3 .
  • SiO 2 include quartz.
  • a filler means the inorganic additive which is not contained in glass.
  • the filler content in the glass ceramic layer is 20.0 wt% or more and 70.0 wt% or less, and preferably 35.0 wt% or more and 55.0 wt% or less.
  • the content of SiO 2 with respect to the total weight of the glass and filler is preferably 5.0% by weight or more and 60.0% by weight or less, more preferably 20.0% by weight or more and 40.0% by weight or less. . Further, the content of Al 2 O 3 to the total weight of the glass and the filler is preferably not more than 0.5 wt% to 10.0 wt%.
  • the filler contained in the glass ceramic layer further contains ferrite.
  • the ferrite contained in the glass ceramic layer is preferably a ferromagnetic ferrite that is a solid solution having a spinel structure.
  • Ni—Zn ferrite including Ni—Zn—Cu ferrite
  • Mn—Zn ferrite Mg -Zn based ferrite
  • Ni-Co based ferrite Ni-Co based ferrite and the like. Only one type of these ferrites may be included, or two or more types may be included.
  • the ferrite contained in the glass ceramic layer may have a composition different from that of the ferrite contained in the ferrite layer, but preferably has the same composition as the ferrite contained in the ferrite layer.
  • the ferrite contained in the glass ceramic layer and the ferrite contained in the ferrite layer are both preferably Ni—Zn based ferrite, more preferably Ni—Zn—Cu based ferrite.
  • the ferrite content with respect to the total weight of the glass and filler is 5.0 wt% or more and 15.0 wt% or less, and preferably 8.0 wt% or more and 12.0 wt% or less.
  • the glass ceramic layer may contain a filler (for example, ZrO 2 or the like) other than SiO 2 , Al 2 O 3 and ferrite.
  • a filler for example, ZrO 2 or the like
  • the laminate of the present invention mutual components are diffused for bonding in the vicinity of the interface between the glass ceramic layer and the ferrite layer (region of about 1 ⁇ m from the interface). Therefore, when measuring the composition of the glass ceramic layer and the ferrite layer, the composition in the vicinity of the interface between the glass ceramic layer and the ferrite layer is not measured, but the composition in the part away from the interface is measured.
  • a glass ceramic sheet to be the glass ceramic layer 1 and a ferrite sheet to be the ferrite layer 2 are prepared.
  • the glass ceramic sheet is formed by forming a slurry containing glass powder, filler powder, an organic binder and a solvent into a sheet shape by a doctor blade method or the like.
  • the ferrite sheet is obtained by forming a slurry containing ferrite powder, an organic binder, and a solvent into a sheet shape by a doctor blade method or the like.
  • These slurries may contain various additives such as a plasticizer.
  • a laminated body 10 is obtained by laminating a predetermined number of glass ceramic sheets and ferrite sheets and firing them.
  • the laminate of the present invention can be applied to a multilayer ceramic substrate.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing an example of a multilayer ceramic substrate.
  • a multilayer ceramic substrate 20 shown in FIG. 2 has a laminated structure including a ferrite layer 22 and two glass ceramic layers 21 positioned so as to sandwich the ferrite layer 22 in the lamination direction.
  • the multilayer ceramic substrate 20 includes a wiring conductor formed on the glass ceramic layer 21.
  • the wiring conductor is used to form a passive element such as a capacitor or an inductor, or to perform connection wiring such as an electrical connection between elements.
  • connection wiring such as an electrical connection between elements.
  • the conductor films 24, 25 and 26 and several via-hole conductors 27 are included. These wiring conductors are preferably composed mainly of silver or copper.
  • the conductor film 24 is formed inside the glass ceramic layer 21.
  • the conductor films 25 and 26 are formed on one main surface and the other main surface of the multilayer ceramic substrate 20, respectively.
  • the via-hole conductor 27 is provided so as to be electrically connected to any one of the conductor films 24, 25 and 26 and to penetrate the glass ceramic layer 21 in the thickness direction.
  • the multilayer ceramic substrate 20 further includes a coil conductor 28 incorporated in the ferrite layer 22.
  • the coil conductor 28 is preferably composed mainly of silver or copper.
  • FIG. 2 shows an example in which the coil conductor 28 is formed by stacking up and down three plane coil conductors.
  • a chip component (not shown) is mounted while being electrically connected to the conductor film 25.
  • an electronic component including the multilayer ceramic substrate 20 is configured.
  • the chip component mounted on the multilayer ceramic substrate 20 may be the laminate of the present invention.
  • the conductor film 26 formed on the other main surface of the multilayer ceramic substrate 20 is used as an electrical connection means when the electronic component is mounted on a mother board (not shown).
  • a wiring conductor pattern to be a wiring conductor is formed on a glass ceramic sheet, and a coil conductor pattern to be a coil conductor is formed on a ferrite sheet.
  • a predetermined number of glass ceramic sheets on which each wiring conductor pattern is formed are arranged above and below a predetermined number of ferrite sheets on which coil conductor patterns are formed. It can produce and it can produce by baking this laminated sheet body.
  • the wiring conductor pattern and the coil conductor pattern are formed by printing a conductor paste containing a metal powder such as silver or copper, an organic binder, and a solvent in a predetermined pattern by a screen printing method or the like.
  • the conductor paste may contain various additives such as a dispersant.
  • the firing temperature when firing the laminated sheet body is not particularly limited, and for example, a firing temperature of 1000 ° C. or less is applied.
  • the firing atmosphere is not particularly limited. For example, when a material such as silver that is difficult to oxidize is used as the conductor material, firing is performed in an air atmosphere, and when a material that is easily oxidized such as copper is used, a nitrogen atmosphere or the like is used. Firing is preferably performed in a low oxygen atmosphere.
  • the laminate of the present invention can be applied not only to the multilayer ceramic substrate described above but also to chip components.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing an example of an LC filter as a chip component.
  • the LC filter 30 shown in FIG. 3 has a laminated structure including a glass ceramic layer 31 and a ferrite layer 32.
  • a plurality of capacitor electrodes 33 are provided inside the glass ceramic layer 31 so as to face each other, and thereby a capacitor 34 is configured.
  • a coil conductor 35 extending in a coil shape is provided inside the ferrite layer 32, thereby forming an inductor 36.
  • the LC filter 30 further includes a connection conductor that connects the capacitor 34 and the inductor 36, a terminal electrode that serves as an input / output terminal, and a terminal electrode that serves as a ground terminal.
  • a terminal electrode serving as an input / output terminal and a terminal electrode serving as a ground terminal are provided on the outer surface of the LC filter 30.
  • chip parts to which the laminate of the present invention can be applied include capacitors, inductors and the like in addition to LC composite parts such as LC filters.
  • the laminate of the present invention may be applied to other than the multilayer ceramic substrate or chip component described above.
  • the laminated body of this invention has a laminated structure which consists of a glass-ceramic layer and a ferrite layer
  • the structure is not specifically limited.
  • the multilayer ceramic substrate 20 shown in FIG. 2 has a structure in which a ferrite layer 22 is sandwiched between two glass ceramic layers 21, but the laminate of the present invention has a glass ceramic structure between two ferrite layers. You may have the structure where the layer was pinched
  • a mixed solution of ethanol and toluene was used as a solvent, a butyral resin as a binder, and a phthalate ester as a plasticizer.
  • the obtained slurry was molded by a doctor blade method to obtain a glass ceramic sheet.
  • Table 1 the weight ratio of alumina, quartz, and ferrite as fillers is shown as a weight ratio with respect to the total weight of glass and filler.
  • the following measurement evaluation was performed using the obtained glass ceramic sheet and ferrite sheet.
  • a pressure-bonded body was prepared to be 50 mm ⁇ 50 mm ⁇ 0.6 mm.
  • the pressure-bonded body was fired in air at 900 ° C. for 1 hour to obtain a ceramic substrate.
  • the relative dielectric constant ⁇ r was measured by the cavity resonator method.
  • the measurement frequency is 3 GHz.
  • Table 2 shows the relative dielectric constant of each sample.
  • the evaluation criterion is ⁇ r ⁇ 4.5.
  • (Insulation resistance measurement) 4 (a), 4 (b) and 4 (c) are schematic diagrams of dielectric capacitors fabricated in each example and each comparative example. After printing the Ag-based electrode paste on the cut glass ceramic sheet, it is laminated and pressure-bonded so as to have a predetermined thickness, and is fired in air at 900 ° C. for 1 hour to obtain 10 mm ⁇ 10 mm ⁇ 1. A 0 mm dielectric capacitor (electrode area: 4 mm ⁇ 4 mm, distance between electrodes: 30 ⁇ m) was produced.
  • FIG. 5A, FIG. 5B, and FIG. 5C are schematic views of co-sintered capacitors produced in each example and each comparative example.
  • a co-sintered capacitor made of a composite of dielectric and magnetic material was produced.
  • the insulation resistance of the dielectric capacitor and the co-sintered capacitor was measured using an insulation resistance measuring instrument.
  • Table 2 shows the insulation resistance (logIR) of each sample.
  • the evaluation criterion is logIR> 10.
  • FIG. 6A and FIG. 6B are schematic views of non-transparency evaluation substrates produced in each example and each comparative example. After printing the Ag-based electrode paste on the cut glass ceramic sheet, it is laminated and pressure-bonded so as to have a predetermined thickness, and is fired in air at 900 ° C. for 1 hour to obtain 10 mm ⁇ 10 mm ⁇ 1. A 0 mm internal electrode built-in substrate (electrode area: 4 mm ⁇ 4 mm) was produced. The internal electrode was inserted so as to be incorporated 10 ⁇ m below the surface layer. The appearance of the obtained substrate was visually observed, and the non-transparency was evaluated as “x” when the built-in internal electrode was visible and “ ⁇ ” when the internal electrode was not visible. The results for each sample are shown in Table 2.
  • FIG. 7 is a schematic view of a co-sintered body for peeling evaluation prepared in each example and each comparative example.
  • a co-sintered body composed of a dielectric and magnetic composite was produced.
  • a composite having a structure in which a glass ceramic sheet layer having a thickness of 0.4 mm after firing is sandwiched by a ferrite sheet layer having a thickness of 0.4 mm on one side after firing is co-sintered in air at 900 ° C. for 1 hour. This produced a 15 mm ⁇ 15 mm ⁇ 1.2 mm co-sintered body.
  • the appearance of the co-sintered body obtained using a metal microscope was observed, and the presence or absence of peeling or cracks at the interface of each layer was confirmed. The results for each sample are shown in Table 2.
  • FIG. 8 is an external view photograph of a co-sintered body manufactured using a sample having a composition within the scope of the present invention.
  • the co-sintered body shown in FIG. 8 has a structure in which a dielectric (glass ceramic layer) is sandwiched between two magnetic bodies (ferrite layers) as in FIG. From FIG. 8, it can be confirmed that no peeling or cracking occurs at the interface of each layer.
  • the relative dielectric constant of the glass ceramic layer is low ( ⁇ r ⁇ 4.5), peeling at the interface does not occur, the insulation resistance of the co-sintered capacitor is equivalent to the insulation resistance of the dielectric capacitor (logIR> 10), and the glass ceramic layer is transparent It was confirmed that all the properties were low.
  • Comparative Example 11 where the ferrite in the glass ceramic layer is small, the transparency of the glass ceramic layer is high, and the insulation resistance of the co-sintered capacitor is lower than the insulation resistance of the dielectric capacitor. Moreover, in Comparative Example 12 in which the glass ceramic layer did not contain ferrite, the glass ceramic layer was highly transparent, and the occurrence of peeling at the interface was confirmed.

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Abstract

本発明の積層体は、ガラス及びフィラーを含むガラスセラミック層と、フェライトを含むフェライト層とからなる積層構造を有する積層体であって、ガラスセラミック層におけるガラスの含有量が30.0重量%以上80.0重量%以下、フィラーの含有量が20.0重量%以上70.0重量%以下であり、ガラスセラミック層に含まれるガラスは、上記ガラス全体の重量に対して0.5重量%以上5.0重量%以下のRO(Rは、Li、Na及びKからなる群より選択される少なくとも1種)、0重量%以上5.0重量%以下のAl、10.0重量%以上25.0重量%以下のB及び70.0重量%以上85.0重量%以下のSiOを含み、ガラスセラミック層に含まれる上記フィラーは、SiO及びAlのうちの少なくとも1種を含み、さらに、上記ガラス及び上記フィラーの合計重量に対して5.0重量%以上15.0重量%以下のフェライトを含む。

Description

積層体及び電子部品
本発明は、積層体及び電子部品に関する。
電子機器の小型化に伴い、電子機器に組み込まれる各種電子部品も小型化及び低背化が要求されている。例えば、LCフィルタは、近年では、セラミック基板の内部に高透磁率を有するフェライト層を形成し、このフェライト層にコイル導体を埋設することにより形成することが提案されている。
特許文献1には、フェライト結晶を有するフェライト層と、フェライト結晶と同じ結晶構造の第1結晶を含むガラスセラミックスを有する絶縁層と、絶縁層とフェライト層との間に配置された第1結晶を含むガラスセラミックス及びフェライト結晶を有する中間層とが積層されたガラスセラミック基板が開示されている。特許文献1に記載のガラスセラミック基板においては、中間層の複数のフェライト結晶の一部が、絶縁層側へ突出していることを特徴としている。
特開2012-80046号公報
ガラスセラミックからなる絶縁層とフェライト層とが積層された積層体では、両者の熱膨張係数の差が大きいため、共焼結時に剥がれやクラック、反り等の欠陥が発生するという問題が生じる。特許文献1に記載の構成では、ガラスセラミック層とフェライト層との間に中間層が設けられているため、線膨張係数の差を原因とする剥がれ等の問題は緩和される。しかし、誘電体や磁性体としての電磁気的機能を有しない中間層を設ける必要があるため、中間層を設けない場合と比べて低背化が困難である。
また、ガラスセラミック層は、SiOを多く含むガラスから構成されるため、透明性を有している。そのため、表層にガラスセラミック層が配置される場合には、ガラスセラミック層内に形成された内層電極が表面から透けて見えてしまうため、例えば表層電極のめっき付不良等の判別が困難になるという問題があった。
本発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、比誘電率が低く絶縁抵抗が高いガラスセラミック層がフェライト層と積層された積層体であって、ガラスセラミック層とフェライト層との間に中間層を設けなくても界面での剥がれ等の発生及び絶縁抵抗の低下を防止することができ、さらにはガラスセラミック層の透明性が低い積層体を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明の積層体は、ガラス及びフィラーを含むガラスセラミック層と、フェライトを含むフェライト層とからなる積層構造を有する積層体であって、上記ガラスセラミック層におけるガラスの含有量が30.0重量%以上80.0重量%以下、フィラーの含有量が20.0重量%以上70.0重量%以下であり、上記ガラスセラミック層に含まれるガラスは、上記ガラス全体の重量に対して0.5重量%以上5.0重量%以下のRO(Rは、Li、Na及びKからなる群より選択される少なくとも1種)、0重量%以上5.0重量%以下のAl、10.0重量%以上25.0重量%以下のB及び70.0重量%以上85.0重量%以下のSiOを含み、上記ガラスセラミック層に含まれる上記フィラーは、SiO及びAlのうちの少なくとも1種を含み、さらに、上記ガラス及び上記フィラーの合計重量に対して5.0重量%以上15.0重量%以下のフェライトを含むことを特徴とする。
本発明の積層体では、ガラスセラミック層の比誘電率を低く維持できる程度の量のフェライトがガラスセラミック層に含まれることにより、ガラスセラミック層とフェライト層との収縮挙動の差が小さくなるため、中間層を設けなくても界面での剥がれ等の発生を防止することができる。
また、SiO及びAlのうちの少なくとも1種とフェライトとがガラスセラミック層に含まれることにより、ガラスセラミック層及びフェライト層の共焼結体における絶縁抵抗の低下を防止することができる。
これは、ガラスセラミック層-フェライト層間の相互拡散が減少するためと考えられる。ガラスセラミック層にSiO及びAlのうちの少なくとも1種とフェライトとが含まれていると、焼成途中で、フィラーであるSiO及びAlの一部がガラス成分と反応してガラス組成の一部になることによってガラス粘度が高くなるため、フェライト層へのガラス成分の拡散が起こりにくくなる。また、ガラスセラミック層にフェライトが含まれることによってガラスセラミック層-フェライト層間のフェライト成分の濃度勾配が小さくなるため、ガラスセラミック層へのフェライト成分の拡散が起こりにくくなる。その結果、共焼結体においても良好な絶縁抵抗特性が得られると推測される。
さらに、本発明の積層体では、ガラスセラミック層に含まれるフェライトが失透材として機能するため、ガラスセラミック層の透明性を阻害する。そのため、ガラスセラミック層内に形成された内層電極が表面から見えなくなり、表層電極のめっき付不良等の判別が容易となる。
本発明の積層体では、上記ガラスセラミック層に含まれるフェライトは、上記フェライト層に含まれるフェライトと同一の組成を有することが好ましい。
ガラスセラミック層に含まれるフェライトの組成をフェライト層に含まれるフェライトの組成と同一にすることにより、ガラスセラミック層とフェライト層との収縮挙動の差を小さくする効果、及び、ガラスセラミック層-フェライト層間の相互拡散を減少させる効果が充分に発揮される。
本発明の積層体では、上記ガラスセラミック層に含まれるフェライト及び上記フェライト層に含まれるフェライトは、いずれもNi-Zn系フェライトであることが好ましい。
スピネル構造を有する強磁性フェライトの中でも、Ni-Zn系フェライトは、高周波帯域で充分に高い透磁率を有するため、高周波用途に適している。
本発明の積層体は、多層セラミック基板であってもよいし、チップ部品であってもよい。
本発明の電子部品は、上記積層体を備えることを特徴とする。
この発明によれば、比誘電率が低く絶縁抵抗が高いガラスセラミック層がフェライト層と積層された積層体であって、ガラスセラミック層とフェライト層との間に中間層を設けなくても界面での剥がれ等の発生及び絶縁抵抗の低下を防止することができ、さらにはガラスセラミック層の透明性が低い積層体を提供することができる。
図1は、本発明の積層体の一例を模式的に示す断面図である。 図2は、多層セラミック基板の一例を模式的に示す断面図である。 図3は、チップ部品としてのLCフィルタの一例を模式的に示す断面図である。 図4(a)、図4(b)及び図4(c)は、各実施例及び各比較例で作製した誘電体コンデンサの模式図である。図4(a)は厚さ方向の断面図、図4(b)は一方の電極が通る面に沿った断面図、図4(c)は他方の電極が通る面に沿った断面図である。 図5(a)、図5(b)及び図5(c)は、各実施例及び各比較例で作製した共焼結体コンデンサの模式図である。図5(a)は厚さ方向の断面図、図5(b)は一方の電極が通る面に沿った断面図、図5(c)は他方の電極が通る面に沿った断面図である。 図6(a)及び図6(b)は、各実施例及び各比較例で作製した非透明性評価用基板の模式図である。図6(a)は厚さ方向の断面図、図6(b)は電極が通る面に沿った断面図である。 図7は、各実施例及び各比較例で作製した剥がれ評価用共焼結体の模式図である。 図8は、本発明の範囲内にある組成を有する試料を用いて作製した共焼結体の外観写真である。
以下、本発明の積層体及び電子部品について説明する。
しかしながら、本発明は、以下の構成に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において適宜変更して適用することができる。
以下に示す各実施形態は例示であり、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換又は組み合わせが可能であることは言うまでもない。
なお、以下において記載する本発明の個々の望ましい構成を2つ以上組み合わせたものもまた本発明である。
図1は、本発明の積層体の一例を模式的に示す断面図である。
図1に示す積層体10は、ガラス及びフィラーを含むガラスセラミック層1と、フェライトを含むフェライト層2とからなる積層構造を有している。ガラスセラミック層1とフェライト層2との間には中間層が設けられておらず、ガラスセラミック層1及びフェライト層2は接している。積層体10は、ガラスセラミック層1及びフェライト層2を共焼結させて得られる共焼結体である。
図1では、ガラスセラミック層1及びフェライト層2がそれぞれ一体のものとして図示されているが、実際には、複数の層からなる積層構造を有していてもよい。
フェライト層に含まれるフェライトは、スピネル構造の固溶体である強磁性フェライトであることが好ましく、例えば、Ni-Zn系フェライト(Ni-Zn-Cu系フェライトも含む)、Mn-Zn系フェライト、Mg-Zn系フェライト、Ni-Co系フェライト等が挙げられる。これらのフェライトは、1種のみが含まれていてもよいし、2種以上が含まれていてもよい。スピネル構造を有する強磁性フェライトの中でも、高周波帯域で充分に高い透磁率を有するため、Ni-Zn系フェライトが好ましく、Ni-Zn-Cu系フェライトがより好ましい。
フェライト層には、フェライト以外のフィラーが含まれていてもよいが、フェライト層におけるフェライトの含有量は、95.0重量%以上であることが好ましく、100重量%であることがより好ましい。
ガラスセラミック層に含まれるガラスは、ガラス全体の重量に対して0.5重量%以上5.0重量%以下のRO(Rは、Li、Na及びKからなる群より選択される少なくとも1種)、0重量%以上5.0重量%以下のAl、10.0重量%以上25.0重量%以下のB及び70.0重量%以上85.0重量%以下のSiOを含む。Alは任意成分である。
ガラスセラミック層に含まれるガラスには、その他の不純物が含有されていてもよく、不純物が含まれる場合の好ましい含有量は5.0重量%未満である。
ガラスセラミック層におけるガラスの含有量は、30.0重量%以上80.0重量%以下であり、45.0重量%以上65.0重量%以下であることが好ましい。
ガラスセラミック層に含まれるフィラーは、SiO及びAlのうちの少なくとも1種を含む。SiOとしては、石英等が挙げられる。
本明細書において、フィラーとは、ガラスに含まれない無機添加剤を意味する。
ガラスセラミック層におけるフィラーの含有量は、20.0重量%以上70.0重量%以下であり、35.0重量%以上55.0重量%以下であることが好ましい。
ガラス及びフィラーの合計重量に対するSiOの含有量は、5.0重量%以上60.0重量%以下であることが好ましく、20.0重量%以上40.0重量%以下であることがより好ましい。また、ガラス及びフィラーの合計重量に対するAlの含有量は、0.5重量%以上10.0重量%以下であることが好ましい。
ガラスセラミック層に含まれるフィラーは、フェライトをさらに含む。ガラスセラミック層に含まれるフェライトは、スピネル構造の固溶体である強磁性フェライトであることが好ましく、例えば、Ni-Zn系フェライト(Ni-Zn-Cu系フェライトも含む)、Mn-Zn系フェライト、Mg-Zn系フェライト、Ni-Co系フェライト等が挙げられる。これらのフェライトは、1種のみが含まれていてもよいし、2種以上が含まれていてもよい。
ガラスセラミック層に含まれるフェライトは、フェライト層に含まれるフェライトと異なる組成であってもよいが、フェライト層に含まれるフェライトと同一の組成を有することが好ましい。特に、ガラスセラミック層に含まれるフェライト及び上記フェライト層に含まれるフェライトは、いずれもNi-Zn系フェライトであることが好ましく、Ni-Zn-Cu系フェライトであることがより好ましい。
ガラス及びフィラーの合計重量に対するフェライトの含有量は、5.0重量%以上15.0重量%以下であり、8.0重量%以上12.0重量%以下であることが好ましい。
ガラスセラミック層には、SiO、Al及びフェライト以外のフィラー(例えば、ZrO等)が含まれていてもよい。
本発明の積層体において、ガラスセラミック層とフェライト層との界面付近(界面から1μm程度の領域)では、接合のため相互の成分が拡散している。そのため、ガラスセラミック層及びフェライト層の組成を測定する際には、ガラスセラミック層とフェライト層との界面付近の組成を測定するのではなく、界面から離れた部分の組成を測定するようにする。
図1に示す積層体10を作製するには、まず、ガラスセラミック層1となるべきガラスセラミックシートと、フェライト層2となるべきフェライトシートとを準備する。
ガラスセラミックシートは、ガラス粉末、フィラー粉末、有機バインダ及び溶剤を含有するスラリーを、ドクターブレード法等によってシート状に成形したものである。また、フェライトシートは、フェライト粉末、有機バインダ及び溶剤を含有するスラリーを、ドクターブレード法等によってシート状に成形したものである。これらのスラリーには、可塑剤等の種々の添加剤が含有されていてもよい。
ガラスセラミックシート及びフェライトシートを所定枚数積層し、焼成することによって、積層体10が得られる。
本発明の積層体は、多層セラミック基板に適用することができる。
図2は、多層セラミック基板の一例を模式的に示す断面図である。
図2に示す多層セラミック基板20は、フェライト層22と、フェライト層22を積層方向に挟むように位置する2つのガラスセラミック層21とからなる積層構造を有している。
多層セラミック基板20は、ガラスセラミック層21に形成された配線導体を備えている。配線導体は、例えばコンデンサ又はインダクタのような受動素子を構成したり、あるいは素子間の電気的接続のような接続配線を行なったりするためのもので、典型的には、図示したように、幾つかの導体膜24、25及び26並びに幾つかのビアホール導体27から構成される。これらの配線導体は、銀又は銅を主成分とすることが好ましい。
導体膜24は、ガラスセラミック層21の内部に形成される。導体膜25及び26は、それぞれ、多層セラミック基板20の一方主面上及び他方主面上に形成される。ビアホール導体27は、導体膜24、25及び26のいずれかと電気的に接続され、かつガラスセラミック層21を厚み方向に貫通するように設けられる。
多層セラミック基板20は、さらに、フェライト層22に内蔵されたコイル導体28を備えている。コイル導体28は、銀又は銅を主成分とすることが好ましい。
図2では、3重巻きの平面コイル導体を上下に2つ重ねてコイル導体28が形成されている例を示している。
多層セラミック基板20の一方の主面上には、導体膜25に電気的に接続された状態で、図示しないチップ部品が搭載される。これによって、多層セラミック基板20を備える電子部品が構成される。多層セラミック基板20に搭載されるチップ部品は、本発明の積層体であってもよい。
多層セラミック基板20の他方の主面上に形成された導体膜26は、当該電子部品を図示しないマザーボード上に実装する際の電気的接続手段として用いられる。
このような多層セラミック基板は、上記した積層体の製造方法において、配線導体となるべき配線導体パターンをガラスセラミックシートに形成し、コイル導体となるべきコイル導体パターンをフェライトシートに形成しておくことによって作製することができる。図2に示す多層セラミック基板20であれば、コイル導体パターンが形成された所定枚数のフェライトシートの上下に、各配線導体パターンが形成された所定枚数のガラスセラミックシートを配置して積層シート体を作製し、この積層シート体を焼成することによって作製することができる。
配線導体パターン及びコイル導体パターンは、銀又は銅等の金属粉末、有機バインダ及び溶剤を含有する導体ペーストをスクリーン印刷法等によって所定パターンに印刷することにより形成される。導体ペーストには、分散剤等の種々の添加剤が含有されていてもよい。
積層シート体を焼成する際の焼成温度は特に限定されず、例えば、1000℃以下の焼成温度が適用される。また、焼成雰囲気も特に限定されないが、例えば、導体材料として銀等の酸化しにくい材料を用いる場合には大気雰囲気で焼成が行われ、銅等の酸化しやすい材料を用いる場合には窒素雰囲気等の低酸素雰囲気で焼成が行われることが好ましい。
本発明の積層体は、上述した多層セラミック基板だけでなく、チップ部品に適用することが可能である。
図3は、チップ部品としてのLCフィルタの一例を模式的に示す断面図である。
図3に示すLCフィルタ30は、ガラスセラミック層31と、フェライト層32とからなる積層構造を有している。
ガラスセラミック層31の内部には、複数のコンデンサ電極33が互いに対向する状態で設けられ、これによってコンデンサ34が構成されている。他方、フェライト層32の内部には、コイル状に延びるコイル導体35が設けられ、これによってインダクタ36が構成されている。
図3には示していないが、LCフィルタ30は、コンデンサ34とインダクタ36とを接続する接続導体、入出力端子となる端子電極、及び、アース端子となる端子電極をさらに備える。このうち、入出力端子となる端子電極、及び、アース端子となる端子電極は、LCフィルタ30の外表面上に設けられる。
本発明の積層体が適用可能なチップ部品としては、LCフィルタ等のLC複合部品の他、コンデンサ、インダクタ等が挙げられる。
本発明の積層体は、上述した多層セラミック基板又はチップ部品以外に適用してもよい。
本発明の積層体は、ガラスセラミック層とフェライト層とからなる積層構造を有する限り、その構造は特に限定されない。
図2に示す多層セラミック基板20は、2つのガラスセラミック層21の間にフェライト層22が挟まれた構造を有しているが、本発明の積層体は、2つのフェライト層の間にガラスセラミック層が挟まれた構造を有していてもよい。また、積層される層の数等も特に限定されず、積層体の表面にはガラスセラミック層及びフェライト層のどちらが配置されていてもよい。
以下、本発明の積層体をより具体的に開示した実施例を示す。なお、本発明は、これらの実施例のみに限定されるものではない。
(ガラスセラミックシートの作製)
表1に示すガラス組成となるように、出発原料となる酸化物又は炭酸塩を調合し、これをPtルツボに入れ、ガラス組成に応じて1400℃以上1600℃以下の温度で3時間溶融させた。このガラス融液を急冷した後、粉砕し、各試料に係るガラス粉末を得た。得られた各ガラス粉末と、表1に示すアルミナ粉末、石英粉末及びNi-Zn-Cu系フェライトの仮焼粉末からなるフィラー粉末とを、表1に示す割合で混合するとともに、これらに溶剤、バインダ及び可塑剤を加えて充分に混合し、スラリーを得た。ここで、溶剤として、エタノールとトルエンの混合溶液を、バインダとしてブチラール樹脂を、可塑剤としてフタル酸エステルを用いた。得られたスラリーをドクターブレード法により成形し、ガラスセラミックシートを得た。
表1において、フィラーとしてのアルミナ、石英及びフェライトの各々の重量比は、ガラス及びフィラーの合計重量に対する重量比で示されている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
表1において、*を付した試料の組成は、本発明の範囲外のものである。
(フェライトシートの作製)
Ni-Zn-Cu系フェライトの仮焼粉末に、上記と同じ溶剤、バインダ及び可塑剤を加えて充分に混合し、スラリーを得た。得られたスラリーをドクターブレード法により成形し、フェライトシートを得た。
得られたガラスセラミックシート及びフェライトシートを用いて、下記測定評価を行った。
(比誘電率測定)
ガラスセラミックシートをカットしたものを積層、圧着することにより、50mm×50mm×0.6mmとなるように圧着体を作製した。この圧着体を空気中、900℃で1時間焼成し、セラミック基板を得た。得られたセラミック基板を用いて、空洞共振器法により比誘電率εを測定した。測定周波数は3GHzである。各試料の比誘電率を表2に示す。評価基準は、ε≦4.5である。
(絶縁抵抗測定)
図4(a)、図4(b)及び図4(c)は、各実施例及び各比較例で作製した誘電体コンデンサの模式図である。
ガラスセラミックシートをカットしたものにAg系電極ペーストを印刷した後、所定の厚みになるように積層、圧着し、これを空気中、900℃で1時間焼成することにより、10mm×10mm×1.0mmの誘電体コンデンサ(電極面積:4mm×4mm、電極間距離:30μm)を作製した。
図5(a)、図5(b)及び図5(c)は、各実施例及び各比較例で作製した共焼結体コンデンサの模式図である。
ガラスセラミックシート及びフェライトシートを用いて、誘電体及び磁性体の複合体からなる共焼結体コンデンサを作製した。焼成後厚みで片側0.5mmになるようなフェライトシートの層で焼成後厚み90μmのガラスセラミックシートの層を挟んだ構造を有する複合体を、空気中、900℃で1時間共焼結することにより、ガラスセラミックシートの中央部分のみでコンデンサが形成されている10mm×10mm×1.0mmの共焼結体コンデンサ(電極面積:4mm×4mm、電極間距離:30μm)を作製した。
絶縁抵抗測定器を用いて、誘電体コンデンサ及び共焼結体コンデンサの絶縁抵抗を測定した。各試料の絶縁抵抗(logIR)を表2に示す。評価基準は、logIR>10である。
(ガラスセラミック層の非透明性評価)
図6(a)及び図6(b)は、各実施例及び各比較例で作製した非透明性評価用基板の模式図である。
ガラスセラミックシートをカットしたものにAg系電極ペーストを印刷した後、所定の厚みになるように積層、圧着し、これを空気中、900℃で1時間焼成することにより、10mm×10mm×1.0mmの内部電極内蔵基板(電極面積:4mm×4mm)を作製した。内部電極は、表層から10μm下方に内蔵されるように挿入した。
得られた基板の外観を目視し、内蔵した内部電極が見える場合には×、見えない場合には○として非透明性を評価した。各試料の結果を表2に示す。
(界面での剥がれ評価)
図7は、各実施例及び各比較例で作製した剥がれ評価用共焼結体の模式図である。
ガラスセラミックシート及びフェライトシートを用いて、誘電体及び磁性体の複合体からなる共焼結体を作製した。焼成後厚みで片側0.4mmになるようなフェライトシートの層で焼成後厚み0.4mmのガラスセラミックシートの層を挟んだ構造を有する複合体を空気中、900℃で1時間共焼結することにより、15mm×15mm×1.2mmの共焼結体を作製した。
金属顕微鏡を用いて得られた共焼結体の外観を観察し、各層の界面での剥がれやクラック等の有無を確認した。各試料の結果を表2に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
図8は、本発明の範囲内にある組成を有する試料を用いて作製した共焼結体の外観写真である。図8に示す共焼結体は、図7と同様、2つの磁性体(フェライト層)で誘電体(ガラスセラミック層)を挟んだ構造を有している。図8より、各層の界面で剥がれやクラック等が発生していないことが確認できる。
また、表2より、本発明の範囲内にある組成を有するガラスセラミック層とフェライト層とからなる積層体(実施例1~15)であれば、ガラスセラミック層の比誘電率が低いこと(ε≦4.5)、界面での剥がれ等が発生しないこと、共焼結体コンデンサの絶縁抵抗が誘電体コンデンサの絶縁抵抗と同等であること(logIR>10)、及び、ガラスセラミック層の透明性が低いことを全て満足することが確認された。
これに対し、ガラス中のKOが少ない比較例1、ガラス中のBが少なくSiOが多い比較例4、ガラス中のSiOが多い比較例7、及び、ガラスセラミック層におけるガラスが少なくフィラーが多い比較例8では、誘電体コンデンサが未焼結であった。
ガラス中のKOが多い比較例2、ガラス中のAlが多い比較例3、ガラス中のBが多い比較例5、ガラス中のSiOが少ない比較例6、ガラスセラミック層におけるガラスが多くフィラーが少ない比較例9では、共焼結体コンデンサの絶縁抵抗が誘電体コンデンサの絶縁抵抗に比べて低下した。
ガラスセラミック層におけるフェライトが多い比較例10では、ガラスセラミック層の比誘電率が高かった。
ガラスセラミック層におけるフェライトが少ない比較例11では、ガラスセラミック層の透明性が高く、共焼結体コンデンサの絶縁抵抗が誘電体コンデンサの絶縁抵抗に比べて低下した。また、ガラスセラミック層にフェライトが含まれていない比較例12では、ガラスセラミック層の透明性が高く、界面での剥がれの発生が確認された。
以上の結果から、本発明の積層体を用いることにより、優れた特性を有する電子部品を実現することができると考えられる。
1,21,31 ガラスセラミック層
2,22,32 フェライト層
10 積層体
20 多層セラミック基板(積層体)
30 LCフィルタ(積層体)

Claims (6)

  1. ガラス及びフィラーを含むガラスセラミック層と、フェライトを含むフェライト層とからなる積層構造を有する積層体であって、
    前記ガラスセラミック層におけるガラスの含有量が30.0重量%以上80.0重量%以下、フィラーの含有量が20.0重量%以上70.0重量%以下であり、
    前記ガラスセラミック層に含まれるガラスは、前記ガラス全体の重量に対して0.5重量%以上5.0重量%以下のRO(Rは、Li、Na及びKからなる群より選択される少なくとも1種)、0重量%以上5.0重量%以下のAl、10.0重量%以上25.0重量%以下のB及び70.0重量%以上85.0重量%以下のSiOを含み、
    前記ガラスセラミック層に含まれる前記フィラーは、SiO及びAlのうちの少なくとも1種を含み、さらに、前記ガラス及び前記フィラーの合計重量に対して5.0重量%以上15.0重量%以下のフェライトを含むことを特徴とする積層体。
  2. 前記ガラスセラミック層に含まれるフェライトは、前記フェライト層に含まれるフェライトと同一の組成を有する請求項1に記載の積層体。
  3. 前記ガラスセラミック層に含まれるフェライト及び前記フェライト層に含まれるフェライトは、いずれもNi-Zn系フェライトである請求項1又は2に記載の積層体。
  4. 前記積層体が多層セラミック基板である請求項1~3のいずれかに記載の積層体。
  5. 前記積層体がチップ部品である請求項1~3のいずれかに記載の積層体。
  6. 請求項1~5のいずれかに記載の積層体を備えることを特徴とする電子部品。
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