DE10055634A1

DE10055634A1 - Induktivitätselement auf Keramikbasis und dieses verwendende Baugruppe

Info

Publication number: DE10055634A1
Application number: DE10055634A
Authority: DE
Inventors: Takahiro Ymamoto; Tadashi Morimoto; Kuniaki Fujimoto
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1999-11-11
Filing date: 2000-11-10
Publication date: 2001-05-31
Anticipated expiration: 2020-11-11
Also published as: DE10055634B4; CN1163920C; JP3465649B2; JP2001143918A; CN1296271A; KR20010070208A; US6489877B1; KR100352235B1

Abstract

Ein keramisches Induktivitätselement und eine Baugruppe werden geliefert, welche gewünschte Eigenschaften, überlegene Stabilität der Eigenschaften und eine längere Lebensdauer aufweisen. Wenn Ni-Cu-Zn-Ferrit oder Ni-Cu-Ferrit für den eine Induktivität bildenden magnetischen Keramikkörper verwendet wird und wenn die in dem Ferrit enthaltenen Anteile von S, Cl und Na so eingestellt werden, daß sie sich in den Bereichen von jeweils 5 bis 150 ppm, 5 bis 150 ppm und 5 bis 100 ppm befinden, wird die Diffusion des hauptsächlich aus Ag bestehenden internen leitenden Materials unterdrückt, und damit kann eine Verschlechterung der elektrischen Eigenschaften vermieden werden. Entsprechend wird durch Erleichtern des Sinterns der Isolierwiderstand der Keramik verbessert, und die Lebensdauer und Zuverlässigkeit des keramischen Induktivitätselements können verbessert werden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Induktivitätselemente, und insbesondere bezieht sie sich auf ein Induktivitätselement, dessen Induktivität aus einem magnetischen Keramikkörper ge bildet wird, welche zusammen mit hauptsächlich aus Silber (Ag) bestehenden Elektroden (Elektrodenmaterial) gebrannt wird, sowie auf eine damit gebildete Baugruppe.

In der letzten Zeit werden Induktivitätselemente (keramische Induktivitätselemente), welche magnetische Keramikkörper auf weisen, vielfach genutzt.

Ein Beispiel der oben erwähnten keramischen Induktivitätsele mente sind laminierte keramische Induktivitätselemente.

Die laminierten keramischen Induktivitätselemente werden im allgemeinen durch einen Verfahrensschritt des Aufbringens von als interne Leiter genutzten Elektroden durch Siebdruck oder ähnliches auf Ferrit oder ähnliches enthaltende magnetische Grünfolien, durch einen Verfahrensschritt des Laminierens, Komprimierens und Brennens der magnetischen Grünfolien unter vorherbestimmten Bedingungen und einen anschließenden Verfah rensschritt des Aufbringens von externen Elektroden in der Weise, daß diese mit den internen Leitern verbunden werden, hergestellt. Entsprechend weisen die laminierten keramischen Induktivitätselemente im allgemeinen einen Leiter auf (beispielsweise Spulenteile), welche in der Weise auf den auf Ferrit basierenden magnetischen Keramikkörper (Chips) aufge bracht werden, daß Induktivitätselemente gebildet werden.

Zusätzlich weisen weitere keramische Induktivitätselemente, außer den oben beschriebenen Induktivitätselementen, bei spielsweise spulenförmige Leiter auf Kernen auf, die dadurch ausgeformt werden, daß leitende Materialien auf den aus Fer rit-basierter Keramik oder ähnlichem bestehenden Kernen auf gebracht und gebrannt werden.

Bei der Herstellung der oben beschriebenen Keramikinduktivi tätselemente wird im allgemeinen für einen magnetischen Kera mikkörper Ni-Cu-Zn(Nickel-Kupfer-Zirkon)-Ferrit, Ni- Cu(Nickel-Kupfer)-Ferrit, Ni-Zn(Nickel-Zirkon)-Ferrit oder ähnliches, die bei einer relativ geringen Temperatur gebrannt werden können, als magnetisches Material verwendet. Solche Ferrit-Materialien, die bei einer relativ niedrigen Tempera tur gebrannt werden können, werden deshalb genutzt, weil ein hauptsächlich aus Ag bestehendes, eine hohe elektrische Leit fähigkeit aufweisendes Elektrodenmaterial vorzugsweise bei einer niedrigen Temperatur zu brennen ist. Dieses Elektroden material wird für die die Induktivitätselemente bildenden Leiter verwendet, um die elektrischen Eigenschaften der kera mischen Induktivitätselemente zu verbessern.

Jedoch gibt es ein Problem dahingehend, daß Produkte, welche als die keramischen Induktoren bildendes magnetisches Materi al Ni-Cu-Zn-Ferrit oder Ni-Zn-Ferrit verwenden, tendenziell beträchtlichen, durch geringe Veränderungen der Parameter beim Produktionsprozeß ausgelösten Schwankungen bei den Ei genschaften und bei dem im Herstellungsprozeß anfallenden Ausschußanteil unterliegen.

Um die oben beschriebenen Probleme zu überwinden, liefert die Erfindung ein keramisches Induktivitätselement und eine Bau gruppe mit den gewünschten Eigenschaften ausgezeichneter Sta bilität und ausgezeichneter Lebensdauer.

Zur Klärung der Gründe der Schwankungen bei den Produkteigen schaften und beim Ausschuß, welche durch geringe Veränderun gen der Parameter beim Herstellungsprozeß der Ni-Cu-Zn- Ferrit, Ni-Cu-Ferrit oder Ni-Zn-Ferrit verwendenden kerami schen Induktoren verursacht werden, führten die Erfinder ver schiedene Versuche und Forschungsarbeiten durch. Als deren Ergebnis entdeckten die Erfinder, daß, soweit der Anteil an Schwefel (S), Chlor (Cl) und Natrium (Na) in vorherbestimmten Bereichen eingestellt und entsprechend zum Ferritmaterial zu gegeben wurde, die elektrischen Eigenschaften, d. h. die In duktivität L und der Q-Wert verbessert werden konnten. Zu sätzlich stellten sie fest, daß der Isolierwiderstand, wel cher ein Index für Zuverlässigkeit ist, erhöht wurde, und der hohe Isolierwiderstand blieb sogar während langer Zeitperiode bestehen. Durch noch weitere intensive Forschung seitens der Erfinder ergab sich die vorliegende Erfindung.

Demzufolge weist ein keramisches Induktivitätselement nach der Erfindung eine Induktivität auf, welche durch gleichzei tiges Brennen eines magnetischen Keramikkörpers und einer hauptsächlich aus Silber bestehenden Elektrode gebildet wird, wobei der magnetische Keramikkörper jeweils entweder Ni-Cu- Zn-Ferrit oder Ni-Cu-Ferrit enthält und die Anteile von Schwefel, Chlor und Natrium im Ferrit sich in einem Bereich von 5 bis 150 ppm Schwefel, 5 bis 150 ppm Chlor und 5 bis 100 ppm Natrium befinden.

Wenn ein magnetischer Keramikkörper, welcher Ni-Cu-Zn-Ferrit oder Ni-Cu-Ferrit aufweist, verwendet wird und wenn die An teile von S, Cl und Na im Ferrit so eingestellt werden, daß sie sich in den Bereichen von jeweils 5 bis 150 ppm, 5 bis 150 ppm und 5 bis 100 ppm befinden, kann ein hochzuverlässi ges keramisches Induktivitätselement erhalten werden, das die notwendigen Eigenschaften in zuverlässiger Weise und in aus gezeichnet stabiler Form aufweist.

Der Grund, weshalb die Anteile von S, Cl und Na in den oben beschriebenen Bereichen eingestellt werden, liegt darin, daß bei Verlassen des oben beschriebenen Bereiches nach oben die Diffusion von in der Elektrode enthaltenem Ag in den magneti schen Keramikkörper zunimmt, wodurch die Induktivität L und der Q-Wert signifikant gemindert werden, und die Induktivität L und der Q-Wert nehmen ab, wenn der Anteil von S oder Cl un terhalb des oben beschriebenen Bereiches liegt. Darüber hin aus nimmt der Isolierwiderstand bei einem Belastungstest ab, wenn der Anteil von Na den oben beschriebenen Bereich nach oben überschreitet, und wenn der Anteil unterhalb des Berei ches liegt, wird der anfängliche Isolierwiderstand dem Spezi fikationswert (log(IR) ≧ 9) nicht entsprechen.

Die Anteile von S, Cl und Na im Ferrit liegen weiter vorzugs weise in den Bereichen von jeweils 40 bis 120 ppm, 10 bis 50 ppm und 10 bis 20 ppm.

In diesem Zusammenhang können S, Cl und Na im Ferrit nach verschiedenen an sich bekannten Verfahren gemessen werden.

Im Ferrit ist S in der Form von S, S-Verbindungen, SO₄-Ionen und ähnlichem vorhanden, Cl ist in der Form von FeCl₃, FeCl₂, NiCl₂ und ähnlichem vorhanden, und Na ist in der Form von Na₂S, Na₂SO₄, Na₂O, NaCl und ähnlichem vorhanden.

Ein keramisches Induktivitätselement nach der Erfindung weist eine Induktivität auf, die dadurch gebildet wird, daß ein ma gnetischer Keramikkörper und eine Elektrode (Elektrodenmaterial), die im wesentlichen aus Silber besteht, gleichzeitig gebrannt werden, wobei der magnetische Keramikkörper jeweils entweder Ni-Cu-Zn-Ferrit oder Ni-Cu-Ferrit aufweist und die Anteile an Schwefel, Chlor und Natrium im Ferritmaterial vor dem Brennen in einem Bereich von 10 bis 600 ppm Schwefel, 10 bis 600 ppm Chlor und 30 bis 120 ppm Na trium liegen und die Anteile von Schwefel, Chlor und Natrium im Ferrit nach dem Brennen in einem Bereich von 5 bis 150 ppm Schwefel, 5 bis 150 ppm Chlor und 5 bis 100 ppm Natrium lie gen.

Im Ferrit enthaltene S, Cl und Na werden in einem gewissen Maße während des Brennens verdampft, wenn jedoch vor dem Brennen ein Ferrit, d. h. also ein Ausgangsmaterial für das Ferrit, verwendet wird, welches enthält: S zu 10 bis 600 ppm, Cl zu 10 bis 600 ppm und Na zu 30 bis 120 ppm, können die An teile von S, Cl und Na in dem in einem unter den genannten allgemeinen Bedingungen gebrannten Keramikkörper enthaltenen Ferrit in den Bereichen von jeweils 5 bis 150 ppm, 5 bis 150 ppm und 5 bis 100 ppm eingestellt werden. Demzufolge kann ein überlegenes keramisches Induktivitätselement erhalten werden, das in zuverlässiger Weise die notwendigen Eigenschaften auf weist, dessen Zuverlässigkeit also überlegen ist. Entspre chend kann die Erfindung effizient umgesetzt werden.

Das oben beschriebene erfindungsgemäße keramische Induktivi tätselement weist als oben beschriebene Induktivität eine la minierte Spule auf dem magnetischen Keramikkörper auf, wobei Elektrodenschichten und dazwischenliegende keramische magne tische Schichten laminiert und jeweils miteinander verbunden werden.

Erfindungsgemäß ist die Struktur der Elektrode (des Leiters) nicht spezifisch eingeschränkt. Wenn jedoch die Erfindung auf ein keramisches Induktivitätselement mit einer laminierten Spule als eine aus magnetischen Keramikschichten und damit zusammen laminierten Elektrodenschichten gebildete Induktivi tät Anwendung findet, ist sie besonders effizient, da somit bei der Stabilität der Eigenschaften und der Zuverlässigkeit des eine laminierte Spule aufweisenden keramischen Induktivi tätselements (des laminierten Induktivitätselements), welches kompakt ist und als Induktivität eine große Induktivität er zeugen kann, Verbesserungen erreicht werden können.

Eine Baugruppe nach der Erfindung weist eine Induktivität auf, die dadurch gebildet wird, daß ein magnetischer Keramik körper mit Elektroden (Elektrodenmaterial), die im wesentli chen aus Silber bestehen, und mindestens ein weiteres mit der Induktivität integriertes Element, gleichzeitig gebrannt wer den, wobei der magnetische Keramikkörper jeweils entweder Ni- Cu-Zn-Ferrit und Ni-Cu-Ferrit aufweist und die Anteile von Schwefel, Chlor und Natrium im Ferritmaterial in einem Be reich von 5 bis 150 ppm S, 5 bis 150 ppm Cl und 5 bis 100 ppm Na liegen.

Wenn bei der eine Induktivität aufweisenden Baugruppe außer dem auch Ni-Cu-Zn-Ferrit oder Ni-Cu-Ferrit und ferner ein ei ne Induktivität bildender magnetischer Keramikkörper verwen det werden, und wenn die Anteile von S, Cl und Na im Ferrit so eingestellt werden, daß sie sich in den Bereichen von je weils 5 bis 150 ppm, 5 bis 150 ppm und 5 bis 100 ppm befin den, kann ein hochzuverlässiges keramisches Induktivitätsele ment erhalten werden, das bei ausgezeichneter Stabilität in zuverlässiger Weise die notwendigen Eigenschaften aufweist.

Der Grund, weshalb die Anteile von S, Cl und Na in den oben beschriebenen Bereichen eingestellt werden, ist der gleiche wie im Falle des oben beschriebenen keramischen Induktivi tätselements.

Weiter vorzugsweise liegen die Anteile von S, Cl und Na im Ferrit in den Bereichen von jeweils 40 bis 120 ppm, 10 bis 50 ppm und 10 bis 20 ppm.

Erfindungsgemäß gehört mindestens ein weiteres mit der Induk tivität integriertes Element zum umfassenden Konzept, welches einen Kondensatorteil, eine Induktivität mit Eigenschaften, welche sich von denen der oben beschriebenen Induktivität un terscheiden, einen Widerstand, einen Varistor und ähnliches umfaßt.

Eine Baugruppe nach der Erfindung weist eine Induktivität auf, welche durch gleichzeitiges Brennen mit im wesentlichen aus Silber bestehenden Elektroden (Elektrodenmaterial) aus einem magnetischen Keramikkörper gebildet wird, und minde stens ein weiteres mit der Induktivität integriertes Element, wobei der magnetische Keramikkörper jeweils entweder Ni-Cu- Zn-Ferrit oder Ni-Cu-Ferrit aufweist und wobei die Anteile von Schwefel, Chlor und Natrium im Ferritmaterial vor dem Brennen in einem Bereich von 10 bis 600 ppm Schwefel, 10 bis 600 ppm Chlor und 30 bis 120 ppm Natrium liegen, und die An teile von Schwefel, Chlor und Natrium am Ferrit nach dem Brennen in einem Bereich von 5 bis 150 ppm Schwefel, 5 bis 150 ppm Chlor und 5 bis 100 ppm Natrium liegen.

Wenn ein Ferrit vor dem Brennen, d. h. also die Ausgangsmate rialien für das Ferrit, verwendet wird, das 10 bis 600 ppm S, 10 bis 600 ppm Cl und 30 bis 120 ppm Na aufweist, können die Anteile von S, Cl und Na in dem in dem magnetischen Keramik körper enthaltenen Ferrit nach dem Brennen in den Bereichen von jeweils 5 bis 150 ppm, 5 bis 150 ppm und 5 bis 100 ppm eingestellt werden. Demzufolge kann ein hochzuverlässiges ke ramisches Induktivitätselement erhalten werden, das in zuver lässiger Weise die notwendigen Eigenschaften in ausgezeichnet stabiler Form aufweist. Dementsprechend kann die Erfindung vorteilhaft ausgeführt werden.

Die Baugruppe der Erfindung wie oben beschrieben weist eine laminierte, auf dem magnetischen Keramikkörper als Induktivi tät aufgebrachte Spule auf, wobei die Elektrodenschichten zusammen mit dazwischen angeordneten keramische Magnetschichten laminiert und miteinander verbunden werden.

Erfindungsgemäß ist die Struktur der Elektroden (Leiter) nicht spezifisch eingeschränkt, wenn die Erfindung jedoch auf eine Baugruppe Anwendung findet, bei der eine laminierte, aus magnetischen Keramikschichten und zusammen damit laminierten Elektrodenschichten geformte Spule als Induktivität verwendet wird, ist sie besonders effizient, da somit bei der Stabili tät der Eigenschaften und der Zuverlässigkeit der eine lami nierte Spule, welche kompakt ist und eine hohe Induktivität erzeugen kann, als Induktivität aufweisenden Baugruppe Ver besserungen erreicht werden können.

Weitere erfindungswesentliche Merkmale und Vorteile der Er findung gehen aus der nachstehenden Beschreibung hervor, in der mit Bezug auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele erläu tert werden. In den Zeichnungen zeigen

Fig. 1A eine perspektivische Ansicht eines keramischen In duktivitätselements entsprechend einem Ausführungs beispiel der Erfindung;

Fig. 1B eine Explosionszeichnung mit der Darstellung des internen Aufbaus eines keramischen Induktivitätse lements entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht mit der Darstellung des externen Aufbaus eines keramischen Induktivi tätselements entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und

Fig. 3 eine Querschnittsansicht mit der Darstellung des Innenaufbaus eines Kondensatorsegmentes, welches eine Baugruppe nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung bildet.

Bei einem Induktivitätselement und einer Baugruppe nach der Erfindung können Ni-Cu-Zn-Ferrit oder Ni-Cu-Ferrit als magne tische Keramikkörper verwendet werden, und insbesondere wird vorzugsweise Ni-Cu-Zn-Ferrit verwendet.

Zusätzlich ist die Zusammensetzung des Ni-Cu-Zn-Ferrits nicht spezifisch eingeschränkt, und verschiedene Zusammensetzungen können entsprechend den Anwendungszwecken ausgewählt werden. Jedoch ist es beispielsweise vorzuziehen, daß der Anteil von Ni (NiO) 15 bis 25 mol%, der Anteil von Cu (CuO) 5 bis 15 mol% und der Anteil Zn (ZnO) 20 bis 30 mol% beträgt.

Das Ni-Cu-Zn-Ferrit kann ungefähr 5 Gewichtsprozent oder we niger an Kobalt (Co), Mangan (Mn) oder ähnlichem enthalten. Zusätzlich kann ca. 1 Gewichtsprozent oder weniger an Kalzium (Ca), Silizium (Si), Wismut (Bi), Vanadium (V), Blei (Pb) und ähnlichem enthalten sein.

Wenn Ni-Cu-Ferrit verwendet wird, kann darin unterschiedli ches Glas, wie z. B. Borsilikatglas, enthalten sein.

Um erfindungsgemäß einen praktikablen Q-Wert als Induktivität zu erhalten, wird vorzugsweise ein leitendes Material, das im wesentlichen aus Ag besteht und einen geringen Widerstand aufweist, als Material (Elektrodenmaterial) für die die In duktivität bildenden Elektroden (Leiter) verwendet, und wei ter vorzugsweise wird ein leitendes Material, welches aus 90 oder mehr Gew.-% Ag besteht, verwendet. Insbesondere wird vorzugsweise ein aus 99,9 oder mehr Gew.-% Ag bestehendes leitendes Material verwendet.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Aufbau der das Induk tivitätselement bildenden Elektroden nicht ausdrücklich eingeschränkt. Eine laminierte Spule und ein Spulenleiter auf einem Kern können genutzt werden, und ein Leiter, der keine Spulenform hat, kann auch verwendet werden.

Das für die keramischen Induktivitätselemente und die Bau gruppen verwendete, externe Elektroden bildende leitende Ma terial ist nicht ausdrücklich eingeschränkt, und es können beispielsweise Ag, Platin (Pt), Palladium (Pd), Gold (Au), Cu, Ni und eine mindestens eines der oben erwähnten Elemente enthaltende Legierung verwendet werden. Als besonders zu be vorzugendes leitendes Material können Ag, eine Ag-Pd- Legierung und ähnliches verwendet werden.

Die Abmessungen des erfindungsgemäßen keramischen Induktivi tätselements und der Baugruppe sind nicht ausdrücklich einge schränkt, und die Abmessungen können wahlweise entsprechend Zweck und Anwendungsbereich des keramischen Induktivitätsele ments verwendet werden.

Wenn magnetische Grünfolien gebildet werden, wird üblicher weise ein aus Ni-Cu-Zn-Ferrit bestehender Brei (Keramikbrei) verwendet, und der Keramikbrei kann beispielsweise durch das nachstehend beschriebene Verfahren hergestellt werden.

Pulverförmige Ausgangsmaterialien für das Ferrit, beispiels weise mit erfindungsgemäß festgelegten vorherbestimmten An teilen an S, Cl und Na, vorherbestimmten Anteilen an pulver förmigem NiO, CuO, ZnO und Fe₂O₃ oder ähnlichem, wurden unter Verwendung einer Kugelmühle oder ähnlichem naß gemischt. Bei diesem Verfahrensschritt liegen die einzelnen Partikeldurch messer des Ausgangsmaterials vorzugsweise in einem Bereich von 0,1 bis 10 µm.

Der durch Naßmischen erhaltene Brei wird unter Verwendung ei nes Sprühtrockners oder ähnlichem getrocknet und dann kalzi niert. Zusätzlich wird die so erhaltene kalzinierte Mischung unter Verwendung einer Kugelmühle ausreichend naß pulveri siert und dann durch einen Sprühtrockner getrocknet.

Das so hergestellte pulverförmige Ferrit wird in einem Lö sungsmittel in der Weise dispergiert, daß ein Keramikbrei ge bildet wird, und der Keramikbrei wird dann in Folien ausge formt, wodurch also magnetische Grünfolien erzeugt werden.

Notwendigenfalls können verschiedene Gläser und Oxyde zu dem Keramikbrei hinzugegeben werden.

Als leitende Paste für die Ausformung der Elektroden (Leiter) und als leitende Paste für das Ausbilden der Außenelektroden können Materialien verwendet werden, welche durch Mischung der oben beschriebenen Metalle oder Legierungen oder ver schiedener Oxyde, organischer Metallverbindungen oder Resina te erhalten werden, die durch gleichzeitiges Brennen mit ver schiedenen Bindemitteln und Lösungsmitteln die oben beschrie benen leitenden Materialien bilden. Je nach der Situation kann in einigen Fällen ein handelsübliches Material Anwendung finden.

Die Temperatur für das Brennen der Induktivitätselemente bzw. der Elemente (nicht gebranntes Laminat oder ähnliches) der Baugruppen liegt vorzugsweise bei 800 bis 930°C und weiter vorzugsweise bei 850 bis 900°C.

Die Brenndauer liegt vorzugsweise bei 0,05 bis 5 Stunden und weiter vorzugsweise bei 0,1 bis 3 Stunden. Zusätzlich erfolgt das Brennen vorzugsweise in einer Atmosphäre mit einem mola ren Prozentsatz von Sauerstoff von 1 bis 100% (PO₂ = 1-100%).

Die Temperatur für das Brennen der externen Elektroden wird im allgemeinen auf 500 bis 700°C eingestellt, und die Brenn dauer wird im allgemeinen so eingestellt, daß sie ca. 10 Minuten bis 3 Stunden beträgt. Zusätzlich erfolgt das Brennen im allgemeinen an der Luft.

Erfindungsgemäß wird vor und nach dem Brennen eine Hitzebe handlung vorzugsweise in einer Atmosphäre durchgeführt, die Sauerstoff in einer höheren Konzentration als in der Luft enthält. Der Grund dafür ist, daß bei der Durchführung der Hitzebehandlung in einer Atmosphäre, welche eine höhere Sau erstoffkonzentration enthält, Metalle, wie z. B. Cu und Zn und Cu₂O und Zn₂O, welche einen geringen Widerstand aufweisen und die als Oxyde in dem oben beschriebenen Brennschritt ausge fällt werden, als Oxyde, wie z. B. CuO und ZnO, ausgefällt werden können, welche einen hohen Widerstand haben und harm los sind. Zusätzlich befindet sich der Molprozentsatz von Sauerstoff in einer Atmosphäre für die Hitzebehandlung vor zugsweise in dem Bereich von 20 bis 100%. Der Grund dafür ist der, daß, wenn der Sauerstoffprozentsatz unter 20% liegt, die Fähigkeit zur Unterdrückung der Ausfällung von Cu, Zn, Cu₂O, Zn₂O und ähnlichem abnimmt.

Zusätzlich wird weiter vorzugsweise der Molprozentsatz an Sauerstoff auf 50 bis 100% und noch weiter vorzugsweise auf 100% eingestellt.

Des weiteren wird die oben beschriebene Hitzebehandlung vor zugsweise in einem letzten Stadium des Brennens bzw. nach dem Abschluß des Brennens durchgeführt.

Beispiele

Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf Beispie le beschrieben, und deren Vorteile werden weiter im Detail dargestellt.

In den Beispielen wird als Ausführungsbeispiel ein in den Fig. 1A und 1B gezeigtes keramisches Induktivitätselement beschrieben, bei dem eine laminierte Spule 52 (Fig. 1B), wel che durch Verbindung einer Mehrzahl von internen Leitern (Spulenform) 52a (Fig. 1B) gebildet wird, auf einem Element (Chipelement) 51 aufgebracht wird, welches aus einem magneti schen Keramikkörper besteht, und externe Elektroden 53a und 53b (Fig. 1A) an beiden Enden des Elements 51 in der Weise ausgeformt werden, daß sie mit beiden Ende der Spule 52 ver bunden werden.

Herstellung des keramischen Induktivitätselements

Zunächst wird ein Verfahren zur Herstellung des keramischen Induktivitätselementes beschrieben.

1. Brei (Keramikbrei), bestehend aus verschiedene Anteile an S, Cl und Na entsprechend den Tabelle 1 bis 5 enthaltendem Ni-Cu-Zn-Ferrit, wurde in Folien ausgeformt, und magnetische Grünfolien 54 wurden dadurch vorbereitet, daß an bestimmten Stellen über Bohrungen 55 Material herangeführt wurde.
2. Eine hauptsächlich aus Ag bestehende leitende Paste wurde durch Siebdruck oder ähnliches auf die Oberflächen der magne tischen Grünfolien 54 zur Ausbildung von internen Leitern (Elektroden) aufgedruckt, wodurch die Spulenmuster (Elektrodenmuster) 52a ausgebildet wurde.
3. Die magnetischen Grünfolien 54 mit darauf ausgebildeten Spulenmustern 52a wurden miteinander laminiert, und die ma gnetischen Grünfolien (externe Folien) 54a ohne Spulenmuster wurden an den oberen und unteren Flächen des so ausgebildeten Laminats angebracht und anschließend komprimiert. Entspre chend wurden die einzelnen Spulenmuster 52a über die Bohrun gen 55 miteinander verbunden, womit die laminierte Spule 52 gebildet wurde.
4. Anschließend wurde das Laminat (nicht gebranntes Element) mit der darin ausgebildeten Spule 52 beispielsweise bei 900°C gebrannt, wodurch ein Element (Induktivitätselement) 51 ent stand, das die laminierte Spule 52 aufweist.
5. Anschließend wurde eine leitende Paste an beiden Enden des Elements 51 aufgebracht und gebrannt, wodurch die exter nen Elektroden 53a und 53b (Fig. 1A) gebildet wurden.

Dementsprechend wurde ein keramisches Induktivitätselement erhalten, das die laminierte Spule als Innenleiter im magne tischen Keramikkörper aufweist.

Bei den Beispielen enthalten die Ausgangsmaterialien für das Ferrit 10 bis 600 ppm S, 10 bis 600 ppm Cl und 30 bis 120 ppm Na, so daß das Ferrit nach dem Brennen S, Cl und Na in den durch die Erfindung definierten vorherbestimmten Bereichen enthält.

Evaluierung der Eigenschaften

Elektrische Eigenschaften, wie z. B. die Induktivität L, der Q-Wert und der anfängliche Isolierwiderstandswert wurden für die durch die oben beschriebenen Schritte (1) bis (5) herge stellten laminierten keramischen Induktivitätselemente gemes sen, und des weiteren wurden Veränderungen beim Isolierwider stand in beschleunigten Tests gemessen, um die Zuverlässig keit zu evaluieren.

Die Ergebnisse werden in den Tabellen 1 bis 5 gezeigt.

In den Tabellen 1 bis 5 entsprachen mit einem Sternchen ge kennzeichnete Probenummern Vergleichsbeispielen (herkömmli chen Beispielen), die außerhalb des Erfindungsrahmens lagen.

Tabelle 1

Tabelle 2

Tabelle 3

Tabelle 4

Tabelle 5

In den Tabellen 1 bis 5 gibt die Kennzeichnung O in der Spalte des internen Leiters an, daß bei der in der internen Elektrode enthaltenen Metallkomponente keine Abnahme beobach tet wurde, das Kennzeichen Δ gibt an, daß bei der in der in ternen Elektrode enthaltenen Metallkomponente eine Abnahme von 10% oder weniger beobachtet wurde, und das Kennzeichen x gibt an, daß bei der in der internen Elektrode enthaltenen Metallkomponente eine Abnahme von 50% oder mehr beobachtet wurde.

In den Tabellen 1 bis 5 gibt die Kennzeichnung O in der Spalte des Zuverlässigkeitstests an, daß in einem 2.000 Stun den dauernden Test keine Verschlechterung des Isolierwider standes beobachtet wurde, die Kennzeichnung Δ gibt an, daß der Log(IR) in einem 2.000 Stunden dauernden Test auf 8 ab nahm, und die Kennzeichnung x gibt an, daß der Log(IR) in ei nem 2.000 Stunden dauernden Test auf 8 oder weniger abnahm.

In den Tabellen 1 bis 5 und bezüglich der Proben, bei denen die Anteile von S, Cl und Na außerhalb des Bereiches der Er findung lagen (keramisches Induktivitätselement mit durch ein Sternchen gekennzeichneten Probennummern, bei denen der An teil von S außerhalb des Bereiches von 5 bis 150 ppm, der An teil von Cl außerhalb des Bereiches von 5 bis 150 ppm und der Anteil von Na außerhalb des Bereiches von 5 bis 100 ppm lag) wurden Phänomene beobachtet, bei denen zufriedenstellende elektrische Eigenschaften nicht immer erhalten wurden, die ursprünglichen Isolierwiderstände niedrig waren und die Iso lierwiderstände beim Zuverlässigkeitstest abnahmen.

Im Gegensatz dazu wurde bei den Beispielen, bei denen die An teile von S, Cl und Na innerhalb der Bereiche der Erfindung lagen (keramische Induktivitätselemente, deren Probennummern nicht mit eine Sternchen gekennzeichnet wurden, bei denen der Anteil von S 5 bis 150 ppm, der Anteil von Cl 5 bis 150 ppm und der Anteil von Na 5 bis 100 ppm betrug), bestätigt, daß zufriedenstellende elektrische Eigenschaften erhalten wurden, die ursprünglichen Isolierwiderstände hoch waren und die Iso lierwiderstände beim Zuverlässigkeitstest nicht abnahmen.

Wie oben beschrieben, kann erfindungsgemäß ein hoch zuverläs siges keramisches Induktivitätselement mit ausgezeichneten Eigenschaften und längerer Lebensdauer geliefert werden, bei dem auch der Ausschuß während der Herstellung gering ist.

Wenn die gesinterten Dichten der magnetischen Keramikkörper zwischen den keramischen Induktivitätselementen nach dem Ver gleichsbeispiel der Probe Nr. 35 in Tabelle 2 einerseits und nach dem Beispiel der Probe Nr. 37 nach der Erfindung in Ta belle 2 verglichen wurden, dann lag die gesinterte Dichte des Vergleichsbeispiels, das außerhalb des Erfindungsrahmens lag, bei 5,1 g/cm³, und im Gegensatz dazu wurde bestätigt, daß die gesinterte Dichte des Beispiels nach der Erfindung auf 5,2 g/cm³ verbessert wurde.

Die externen Elektroden der Proben des Vergleichsbeispiels und des erfindungsgemäßen Beispiels, deren gesinterte Dichten wie oben beschrieben miteinander verglichen wurden, waren plattiert, und die Raten des Auftretens von Plattierfehlern wurde gemessen. Bei der Probe des Vergleichsbeispiels betrug die Rate des Auftretens von Plattierfehlern 5%, und im Ge gensatz dazu waren Plattierfehler bei der Probe des erfin dungsgemäßen Beispiels nicht beobachtet worden. Erfindungsge mäß ist ein Plattierfehler ein abnormes Wachstum der Plat tierschicht in Richtung auf die Oberfläche des Elements bei dem Verfahrensschritt des Plattierens von Sn oder des Lötens von externen Elektroden, um die Plattiereigenschaften zu ver bessern.

In den obigen Beispielen wurde das laminierte keramische In duktivitätselement mit einem internen Leiter (Spule), welcher im magnetischen Keramikkörper angeordnet ist, beschrieben, jedoch ist die Erfindung nicht auf die laminierten Typen be schränkt, und die Erfindung kann beispielsweise auch verwen det werden für ein keramisches Induktivitätselement mit einem spulenförmigen Leiter auf einem Kern, der dadurch gebildet wird, daß ein auf dem aus einem magnetischen Keramikkörper gebildeten Kern aufgebrachtes leitendes Material gebrannt wird.

In den oben beschriebenen Beispielen wurden Ausführungsbei spiele des keramischen Induktivitätselementes beschrieben, die Erfindung kann jedoch auch auf eine Baugruppe angewandt werden, welche aus einer Induktivität A und einem Konden satorteil B besteht, wie dies in Fig. 2 gezeigt wird. In dem oben erwähnten Fall können entsprechende Vorteile wie bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen erhalten werden.

Außerdem kann bei dem oben beschriebenen Fall eine Induktivi tät, welche einen Aufbau, wie in den Fig. 1A und 1B ge zeigt, aufweist, als Induktivität A verwendet werden, und als Kondensatorteil B kann beispielsweise ein laminierter kerami scher Kondensator verwendet werden, bei dem, wie in Fig. 3 gezeigt, interne Elektroden 62 in der Weise angeordnet sind, daß sie sich in einem Kondensatorelement (Keramikelement) 61 mit dazwischen angeordneten dielektrischen Keramikschichten 64 gegenüberliegen, und externe Elektroden 63a und 63b je weils an beiden Enden des Keramikelements 61 in der Weise an geordnet sind, daß sie mit den internen Elektroden 62 verbun den werden, die sich alternierend zu den verschiedenen Kan tenoberflächen erstrecken. Zusätzlich können weitere Struktu ren als ein Kondensatorsegment verwendet werden.

Darüber hinaus kann die Erfindung auf eine Baugruppe Anwen dung finden, welche ein Element außer einem Kondensatorseg ment aufweist.

Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausfüh rungsbeispiele beschränkt, und bezüglich der Zusammensetzung des Ferrits, der Formen und Anordnung von Elektroden, beson deren Anteilen an S, Cl und Na, Herstellungsverfahren und ähnliches können verschiedene Anwendungen bzw. Änderungen vorgenommen werden, ohne den Erfindungsrahmen zu verlassen.

Entsprechend der vorstehenden Beschreibung und da das erfin dungsgemäße keramische Induktivitätselement den magnetischen Keramikkörper verwendet, welcher Ni-Cu-Zn-Ferrit oder Ni-Cu- Ferrit enthält, und die in dem Ferrit enthaltenen Anteile an S, Cl und Na so eingestellt werden, daß sie jeweils 5 bis 150 ppm, 5 bis 150 ppm und 5 bis 100 ppm betragen, kann ein hoch zuverlässiges keramisches Induktivitätselement erhalten wer den, das die notwendigen Eigenschaften in zuverlässiger Weise und mit ausgezeichneter Stabilität aufweist.

Das heißt also, entsprechend der Erfindung können die nach stehend beschriebenen Vorteile erhalten werden. Diese sind (A): eine Verschlechterung der elektrischen Eigenschaften kann durch Unterdrückung der Diffusion von internem leiten dem, hauptsächlich aus Ag bestehendem Material in den magne tischen Keramikkörper verhindert werden, (B) durch Erleichte rung des Sinterns kann zusätzlich zur Verbesserung des Iso lierwiderstandes der Keramik die betriebliche Zuverlässigkeit über eine lange Lebensdauer aufrecht erhalten werden, dies auch aufgrund der oben beschriebenen Wirkungen von (A) und (B), (C) abnormales Wachstum der Plattierschicht in Richtung auf die Oberfläche des Elements kann vermieden werden, was normalerweise bei dem Verfahrensschritt des Plattierens von Sn oder des Anlötens an externen Elektroden zur Verbesserung der Löteigenschaften der externen Elektroden auftreten könn te.

Bei der keramischen Induktivität nach der Erfindung werden die in dem Ferrit, d. h. also den Ausgangsmaterialien für das Ferrit vor dem Brennen enthaltenen Anteile an S, Cl und Na in der Weise eingestellt, daß sie 10 bis 600 ppm S, 10 bis 600 ppm Cl und 30 bis 120 ppm Na betragen, und dementsprechend können auch dann, wenn S, Cl und Na während des Brennens in einem gewissen Maße verdampft werden, die Anteile von S, Cl und Na in dem in dem magnetischen Keramikkörper enthaltenen Ferrit nach dem Brennen auf die Bereiche von jeweils 5 bis 150 ppm, 5 bis 150 ppm und 5 bis 100 ppm eingestellt werden, wenn das Brennen unter allgemeinen Bedingungen erfolgt. Dem entsprechend kann ein hoch zuverlässiges keramisches Indukti vitätselement erhalten werden, das die notwendigen Eigen schaften in zuverlässiger Weise und mit ausgezeichneter Sta bilität aufweist. Als Ergebnis kann die Erfindung effektiv ausgeführt werden.

Erfindungsgemäß ist die Struktur der Elektrode (des leitenden Materials) nicht spezifisch eingeschränkt. Wenn jedoch die Erfindung auf ein keramisches Induktivitätselement mit einer laminierten Spule als eine aus magnetischen Keramikschichten und damit zusammen laminierten Elektrodenschichten gebildete Induktivität Anwendung findet, ist sie besonders effizient, da bei der Stabilität der Eigenschaften und der Zuverlässig keit des keramischen Induktivitätselements (des laminierten Induktivitätselements), welches kompakt ist und als Indukti vitätselement eine große Induktivität erzeugen kann, Verbes serungen erreicht werden können.

Die Erfindung kann auch angewandt werden auf eine Baugruppe, welche eine Induktivität aufweist, welche mit mindestens ei nem weiteren Element integriert ist, und in dem oben erwähn ten Fall können Vorteile erhalten werden, die denen des oben beschriebenen keramischen Induktivitätselement entsprechen.

Claims

1. Keramisches Induktivitätselement, das umfaßt:
eine durch gleichzeitiges Brennen eines magnetischen Keramikkörpers und einer hauptsächlich aus Silber be stehenden Elektrode gebildete Induktivität,
dadurch gekennzeichnet, daß der magnetische Keramikkör per entweder Ni-Cu-Zn-Ferrit oder Ni-Cu-Ferrit enthält, und
die Anteile von Schwefel, Chlor und Natrium in dem Fer rit in einem Bereich von 5 bis 150 ppm Schwefel, 5 bis 150 ppm Chlor und 5 bis 100 ppm Natrium liegen.

2. Keramisches Induktivitätselement, das umfaßt:
eine durch gleichzeitiges Brennen eines magnetischen Keramikkörpers und einer hauptsächlich aus Silber be stehenden Elektrode gebildete Induktivität,
dadurch gekennzeichnet, daß der magnetische Keramikkör per entweder Ni-Cu-Zn-Ferrit oder Ni-Cu-Ferrit auf weist,
die Anteile von Schwefel, Chlor und Natrium in dem Fer rit vor dem Brennen in einem Bereich von 5 bis 150 ppm Schwefel, 5 bis 150 ppm Chlor und 5 bis 100 ppm Natrium liegen, und
die Anteile von Schwefel, Chlor und Natrium in dem Fer rit nach dem Brennen in einem Bereich von 5 bis 150 ppm Schwefel, 5 bis 150 ppm Chlor und 5 bis 100 ppm Natrium liegen.

3. Keramisches Induktivitätselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktivität eine in dem magnetischen Keramikkörper vorgesehene laminierte Spule enthält, wobei die laminierte Spule in der Weise geformt wird, daß eine Mehrzahl von Elektrodenschichten miteinander mit dazwischenliegenden magnetischen Kera mikschichten geformt wird und die jeweiligen Elektro denschichten miteinander verbunden werden.

4. Baugruppe, die umfaßt:
eine durch gleichzeitiges Brennen eines magnetischen Keramikkörpers und einer hauptsächlich aus Silber be stehenden Elektrode gebildete Induktivität,
mindestens ein weiteres mit der Induktivität integrier tes Element,
dadurch gekennzeichnet, daß der magnetische Keramikkör per entweder Ni-Cu-Zn-Ferrit oder Ni-Cu-Ferrit enthält, und
die Anteile von Schwefel, Chlor und Natrium in dem Fer rit in einem Bereich von 5 bis 150 ppm Schwefel, 5 bis 150 ppm Chlor und 5 bis 100 ppm Natrium liegen.

5. Keramisches Induktivitätselement, das umfaßt:
eine durch gleichzeitiges Brennen eines magnetischen Keramikkörpers und einer hauptsächlich aus Silber be stehenden Elektrode gebildete Induktivität, und
mindestens ein weiteres mit der Induktivität integrier tes Element,
dadurch gekennzeichnet, daß der magnetische Keramikkör per entweder Ni-Cu-Zn-Ferrit oder Ni-Cu-Ferrit auf weist,
die Anteile von Schwefel, Chlor und Natrium in dem Fer rit vor dem Brennen in einem Bereich von 10 bis 600 ppm Schwefel, 10 bis 600 ppm Chlor und 30 bis 120 ppm Na trium liegen, und
die Anteile von Schwefel, Chlor und Natrium in dem Fer rit nach dem Brennen in einem Bereich von 5 bis 150 ppm Schwefel, 5 bis 150 ppm Chlor und 5 bis 100 ppm Natrium liegen.

6. Keramisches Induktivitätselement nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktivität eine in dem magnetischen Keramikkörper vorgesehene laminierte Spule enthält, wobei die laminierte Spule in der Weise geformt wird, daß eine Mehrzahl von Elektrodenschichten miteinander mit dazwischenliegenden magnetischen Kera mikschichten geformt wird und die jeweiligen Elektro denschichten miteinander verbunden sind.