JP4631348B2

JP4631348B2 - Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト材料及びインダクタ素子

Info

Publication number: JP4631348B2
Application number: JP2004233668A
Authority: JP
Inventors: 幸男前田
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2004-08-10
Filing date: 2004-08-10
Publication date: 2011-02-16
Anticipated expiration: 2024-08-10
Also published as: JP2006052100A

Description

本発明は、Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト材料及びインダクタ素子に関し、更に詳しくは、焼成温度による特性バラツキの少ない安定したＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト材料及びインダクタ素子に関するものである。

従来、Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系のフェライト材料は、その磁気特性から磁芯の材料として、あるいは積層型チップコイル部品等のインダクタ素子の材料として用いられている。これらの磁芯やインダクタ素子は、種々の環境下で使用されるため、温度変化に対する初透磁率μ_ｉの変化が少ない材料、即ち温度特性に優れた材料によって形成されていることが望ましい。

例えば特許文献１には飽和磁束密度が高く、初透磁率の温度係数の小さなフェライト焼結体及びその製造方法が提案されている。

特許文献１に記載のフェライト焼結体は、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＮｉＯ、ＺｎＯ、ＣｕＯを主成分とし、この主成分１００モル％に対し、ＰｂＯ、Ｈ_３ＢＯ_３の少なくとも１種類を０．００２１１〜０．００５２８モル％、あるいはＢｉ_２Ｏ_３を０．００１０１〜０．００２５３モル％、およびＳｉＯ_２、Ｃｒ_２Ｏ_３、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｎＯ_２、ＷＯ_３のうち少なくとも１種類を０．００３９２〜０．００９８２モル％添加するものである。

上記発明によれば、主成分に添加する副成分の種類及び添加量を特定することで、飽和磁束密度が高く、初透磁率の温度係数の小さなフェライト焼結体を製造することができる。

特開平９−３０６７１６

しかしながら、特許文献１に記載のＮｉ-Ｚｎ−Ｃｕフェライト焼結体は、飽和磁束密度が高く、初透磁率の温度係数が小さいが、その初透磁率は最大でも３００程度と低く、実用上問題となる。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、実用上問題とならない初透磁率（例えば、４００以上）を得ることができると共に、初透磁率の焼成温度依存性を低減することができ、焼成温度が変化しても安定したフェライト特性を得ることができるＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト材料及びインダクタ素子を提供することを目的としている。

本発明の請求項１に記載のＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト材料は、Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕフェライト材料１００重量部に対して、Ｂｉ_２Ｏ_３を０.０５〜０．８５重量部、及びＢ（ホウ素）化合物をＢ_２Ｏ_３換算で０．００３〜０．０５重量部含有させてなることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項２に記載のインダクタ素子は、請求項１に記載のＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト材料からなる磁性体を備えることを特徴とするものである。

而して、本発明のＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト材料は、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＮｉＯ、ＺｎＯ及びＣｕＯからなるＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕフェライト材料を主成分としている。Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕフェライト材料を構成する各金属酸化物の含有率は、フェライト材料として焼結できる範囲内であれば特に制限されるものではない。

また、本発明のＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト材料は、副成分としてＢｉ_２Ｏ_３及びＢ化合物の双方を上記範囲で含有している。Ｂ化合物としては、例えばＢ_４Ｃ、Ｂ_２Ｏ_３、Ｈ_３ＢＯ_３、ＢＮを挙げることができる。

副成分であるＢｉ_２Ｏ_３及びＢ化合物の含有量が本発明の範囲内（Ｂｉ_２Ｏ_３の含有量が０．０５〜０．８５重量部で、Ｂ化合物の含有量がＢ_２Ｏ_３換算で０．００３〜０．０５重量部）であると、初透磁率μｉが４００以上を示し、その変化率も１０％以下で、良好な焼結特性を示す。従って、焼成温度による特性のバラツキが少なく安定したＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト材料が得られ、延いては、歩留まりが向上し、チップコイル等のインダクタ素子を精度良く効率的に製造することができることができる。

Ｂｉ_２Ｏ_３は、低温焼成化を促進し、焼成時におけるフェライト結晶粒子の成長に関与する成分である。Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕフェライト材料１００重量部に対するＢｉ_２Ｏ_３の含有量が０.０５重量部未満であっても０．８５重量部を超えても、焼成温度に対するフェライト結晶粒子の成長を適度に制御することができず、焼成温度に対する初透磁率μｉの変化率が大きくなってフェライト特性にバラツキが生じやすい。特に、Ｂｉ_２Ｏ_３の含有量が０．８５重量部を超えると、フェライト結晶粒子が異常粒成長し、Ｑ値の劣化や信頼性の低下を招く虞がある。

Ｂ化合物は、Ｂｉ_２Ｏ_３と同様に焼成時におけるフェライト結晶粒子の成長に関与し、Ｂｉ_２Ｏ_３と協働して初透磁率μｉ及びその変化率に関与する成分である。Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕフェライト材料１００重量部に対するＢ化合物の含有量が０.００３重量部未満であっても０．０５重量部を超えても、焼成温度に対する初透磁率μｉの変化率が大きくなってフェライト特性にバラツキが生じ、実用上問題となる虞がある。尚、初透磁率μｉの変化率は、実用上１０％以下であることが好ましい。

また、Ｂｉ_２Ｏ_３及びＢ化合物を含有しない場合には、Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕフェライト材料の焼成温度を高くしていくと初透磁率μｉが上昇していき、初透磁率μｉの変化率が大きく、焼成条件によるフェライト特性のバラツキが大きくなり、実用上問題となる。しかも、初透磁率μｉが４００以下と小さくなって、コイルのインダクタンスまたはインピーダンスを取得するためにはコイルの巻き数を増加させる必要を生じ、積層型チップコイル部品等の内部導体に高価なＡｇを用いてコイルを形成する場合には、大幅なコストアップになる虞がある。

本発明の請求項１及び請求項２に記載の発明によれば、実用上問題とならない初透磁率（例えば、４００以上）を得ることができると共に、初透磁率の焼成温度依存性を低減することができ、焼成温度が変化しても安定したフェライト特性を得ることができるＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト材料及びインダクタ素子を提供することができる。

以下、図１を参照しながら本発明のインダクタ素子の一実施形態について説明する。本実施形態ではインダクタ素子として積層型チップコイル部品を作製した。

本実施形態の積層型チップコイル部品１０は、例えば図１に示すように、本発明のＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト材料からなる磁性体１１と、この磁性体１１内に形成されたコイル１２と、このコイル１２の上下の電極部１２Ａ、１２Ｂに接続され且つ焼結体１１の両端面を被覆する左右一対の外部電極１３Ａ、１３Ｂとを備え、温度特性に優れたインダクタ素子である。コイル１２は、水平方向に上下複数段に渡って形成されたコイル導体１２１と、上下のコイル導体１２１を電気的に接続するビアホール導体１２２とからなり、上下方向に延びる矩形の螺旋状として形成されている。

本実施形態の積層型チップコイル部品を作製する場合には、例えば以下に示すような製造方法を用いている。まず、本発明のフェライト原料を含むスラリーをドクターブレード法によってシート成形し、複数のセラミックグリーンシートを作製する。次いで、適宜のセラミックグリーンシートの所定位置に、ビアホールを形成した後、セラミックグリーンシートの上面に、Ａｇ等の導電性金属粉を含む導電性ペーストを、スクリーン印刷法等を用いて印刷し、所定のコイルパターンを形成する。

所定のコイルパターンが形成されたセラミックグリーンシートを、必要枚数積層すると共に、その上下の両面にコイルパターンが形成されていないセラミックグリーンシートを積層した後、これを例えば９８ＭＰａの圧力で圧着して圧着ブロックを形成した。これにより、各層のコイルパターンがビアホールによって接続されて積層型のコイルを形成する。

そして、この圧着ブロックを所定サイズにカットして積層体を得た。次いで、この積層体を脱脂処理した後、脱脂後の積層体を９００℃で焼成してフェライト焼結体（磁性体）を得る。そして、この磁性体の端面処理を行った後、その両端面に導電ペーストを塗布し、７００℃で焼き付けて、外部電極をそれぞれ形成した。これにより、磁性体内にコイルを内蔵する積層型チップコイル部品を得る。

本実施形態の積層型チップコイル部品１０において、磁性体１１を形成するためのフェライト材料として、本発明のＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト材料が用いられる。

本実施形態では、積層型チップコイル部品１０の磁性体として本発明のＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライトを用いているため、高精度のチップコイル部品を歩留まり良く製造することができる。

次に、本発明のＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト材料及びその特性について本実施例に基づいて説明する。本実施例では、Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト材料を用いてトロイダルリングを作製し、その初透磁率μｉを測定すると共にその変化率を求めてフェライト材料を評価した。

実施例１
（１）フェライト材料の調製
まず、主成分の出発原料として、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＺｎＯ、ＮｉＯ、ＣｕＯを用意し、Ｆｅ_２Ｏ_３が４８モル％、ＺｎＯが３０モル％、ＮｉＯが１４モル％、及びＣｕＯが８モル％となるように、各原料を秤量した。更に、主成分として秤量したＮｉ-Ｚｎ−Ｃｕフェライト材料１００重量部に対して、副成分であるＢｉ_２Ｏ_３及びＢ_４Ｃ（Ｂ化合物）が表１に示す含有量になるように秤量、配合し、調合物を得た。尚、Ｂ_４ＣはＢ_２Ｏ_３換算で示してある。

（２）フェライト焼結体の調製
次いで、上記各調合物をそれぞれ直径０．０５ｍｍの部分安定化ジルコニア（ＰＳＺ）媒体を使用した媒体攪拌型ミルによって湿式混合した後、その混合物を乾燥して、混合乾燥物を得た。引き続き、各混合乾燥物を、焼成温度７００℃でそれぞれ仮焼して仮焼物を得た。更に、これらの仮焼物を媒体攪拌型ミルによって湿式粉砕し、バインダーを加えてスラリーを形成、ドクターブレード法によりグリーンシートを所定枚数作製した。これらのグリーンシートを積層、圧着した後、外径２０ｍｍ、内径１０ｍｍ、厚み２ｍｍのトロイダルリング状にカットした。その後、得られたトロイダルリング状の生積層体を、焼成温度８７０〜９００℃の条件で２時間焼成し、表１に示す試料Ｎｏ.１〜１２のトロイダルリング状のフェライト焼結体を得た。

（３）フェライト焼結体の評価
上記各トロイダルリング状のフェライト焼結体に軟銅線を、それぞれ４０ターン巻き、ＬＣＲメーター（ＨＰ社製４２６３Ｂ）を用いて、周波数１０ｋＨｚの条件でそれぞれのインダクタンスを測定し、その測定値に基づいて初透磁率μｉを算出した。

次いで、各フェライト焼結体に関し、それぞれの焼成温度を８７０℃、８８０℃、８９０℃及び９００℃とした時の初透磁率μｉと、８７０℃焼成時の初透磁率μｉと９００℃焼成時の初透磁率μｉとの間の変化率を下記計算式で算出し、その結果を表１に示した。
初透磁率の変化率（％）＝１００×（μｉ_９００−μｉ_８７０）／μｉ_８７０
μｉ_９００：焼成温度９００℃で焼成した試料の初透磁率
μｉ_８７０：焼成温度８７０℃で焼成した試料の初透磁率

表１に示す結果によれば、副成分であるＢｉ_２Ｏ_３及びＢ化合物（Ｂ₄Ｃ）の含有量が本発明の範囲内の試料Ｎｏ.３、４、Ｎｏ．７〜Ｎｏ.９のフェライト焼結体の場合には、いずれも、初透磁率μｉが４００以上であり、その変化率も１０％以下で、良好な焼結特性を示すことが判った。この結果から、焼成温度による特性のバラツキが少なく安定したフェライト焼結体（材料）が得られることが判った。また、焼成温度による特性のバラツキが少なく安定したフェライト焼結体が得られることから、歩留まりが向上し、チップコイル等のインダクタ素子を精度良く効率的に製造することができることが判った。

これに対して、副成分であるＢｉ_２Ｏ_３及びＢ化合物のいずれも含有しない試料Ｎｏ.１のフェライト焼結体の場合には、焼成温度を高くしていくと初透磁率μｉが上昇していき、初透磁率μｉの変化率が４６．５％と非常に大きく、焼成条件による特性バラツキが大きくなり、実用的でないことが判った。更に、このフェライト焼結体は、８７０℃で焼成する場合には初透磁率μｉが４００以下と小さくなって好ましくないことが判った。即ち、初透磁率μｉが４００以下と小さくなると、コイルのインダクタンスまたはインピーダンスを取得するためにはコイルの巻き数を増加させなくてはならない。特に、積層型チップコイル部品等の内部導体に高価な銀を用いてコイルを形成する場合には、大幅なコストアップになる虞がある。

副成分であるＢ化合物を含まず、Ｂｉ_２Ｏ_３のみを０．２５重量部含有する試料Ｎｏ．２のフェライト焼結体の場合には、初透磁率μｉの変化率が８．１％と良好であったが、全ての焼成温度（８７０〜９００℃）において４００以下の初透磁率μｉしか得られないことが判った。

一方、副成分であるＢｉ_２Ｏ_３を含まず、Ｂ化合物のみを０．０１重量部含有する試料Ｎｏ．６のフェライト焼結体の場合には、初透磁率μｉの変化率が４０．７％であり、２０％を大きく超えることが判った。

また、副成分であるＢｉ_２Ｏ_３及びＢ化合物の双方を含有するが、Ｂ化合物の含有量がＢ_２Ｏ_３換算で本発明の範囲外の０．１重量部である試料Ｎｏ.１０、１１のフェライト焼結体の場合には、Ｂｉ_２Ｏ_３の含有量に依らず初透磁率μｉの変化率が２０％を超えることが判った。

更に、副成分であるＢｉ_２Ｏ_３及びＢ化合物の双方を含有するが、Ｂｉ_２Ｏ_３の含有量が本発明の範囲外の１重量部である試料Ｎｏ.５、１２のフェライト焼結体の場合には、８９０℃の焼成温度において初透磁率μｉが急激に上昇し、初透磁率μｉの変化率が５４．３％、６６．３％と大きいことが判った。このように初透磁率μｉが急激に上昇する理由としては、前述したようにフェライト結晶粒子が異常粒成長を起こすためと推定される。

実施例２
本実施例では複数種のＢ化合物を用いて、Ｂ化合物の種類の違いによる影響を観た。

まず、実施例１と同様に、主成分の出発原料として、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＺｎＯ、ＮｉＯ、ＣｕＯを用意し、Ｆｅ_２Ｏ_３を４８モル％、ＺｎＯを３０モル％、ＮｉＯを１４モル％、及びＣｕＯを８モル％となるように、各原料を秤量した。更に、上記主成分のＮｉ-Ｚｎ−Ｃｕフェライト材料１００重量部に対し、副成分としてＢｉ_２Ｏ_３を０．２５重量部、及びＢ化合物をＢ_２Ｏ_３換算で０．０１重量部含有されるように秤量、配合し、調合物を得た。ここで、Ｂ化合物としてはＢ₄Ｃ、Ｂ_２Ｏ_３、Ｈ_３ＢＯ_３、ＢＮを用いた。

上記各調合物を実施例１と同様の処理を行い、試料Ｎｏ.１３〜１５のフェライト焼結体を得た。

これらのフェライト焼結体について、実施例１と同様の方法で初透磁率μｉを測定し、μｉの変化率を実施例１と同様に求めて各フェライト焼結体を評価した。尚、副成分Ｂ₄Ｃを含むフェライト焼結体は実施例１の試料Ｎｏ.７と同一であるため、表２には試料Ｎｏ.７として示した。

表２に示す結果によれば、試料Ｎｏ.７、１３、１４、１５いずれのフェライト焼結体も、初透磁率μｉが４００以上と大きく、初透磁率μｉの変化率も１０％以下と小さく、実施例１と同様に良好な焼結特性を示していることが判った。従って、Ｂ化合物の化合物種に関係なく、焼成温度による特性のバラツキが少なく安定したフェライト焼結体が得られ、歩留まりが向上し、チップコイル等の電子部品を精度良く効率的に製造することができることが判った。

尚、本発明は上記実施例に何等制限されるものではなく、本発明の趣旨に反しない限り、本発明に包含される。例えば、特性変更に使用されるＢ化合物の形態は必要に応じて適宜変更することが可能である。

本発明は、例えば携帯電話等の電子機器に使用される積層型チップコイル部品等のインダクタ素子に好適に用いることができる。

本発明のインダクタ素子の一実施形態を示す透視斜視図である。

符号の説明

１０積層型チップコイル部品（インダクタ素子）
１１磁性体

Claims

Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕフェライト材料１００重量部に対して、Ｂｉ_２Ｏ_３を０.０５〜０．８５重量部、及びＢ化合物をＢ_２Ｏ_３換算で０．００３〜０．０５重量部含有させてなることを特徴とするＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト材料。
請求項１に記載のＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト材料からなる磁性体を備えたことを特徴とするインダクタ素子。