JP2010074067A - 電子部品及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】直流重畳特性に優れ、かつ、温度変化によってインダクタンス値が変化しにくい電子部品及びその製造方法を提供する。
【解決手段】磁性体層１６は、Ｎｉ及びＣｏを含有している。非磁性体層１７は、Ｎｉを含有していない。積層体１２は、磁性体層１６及び非磁性体層１７が積層されて構成されている。コイルＬは、積層体１２内において、非磁性体層１７を横切るように設けられている。磁性体層１６は、非磁性体層１７の数に０．２５％以上０．３５％以下の値を乗じて得られる重量濃度の範囲内でＣｏ₃Ｏ₄を含有している。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子部品及びその製造方法に関し、より特定的には、積層体内にコイルを内蔵している電子部品及びその製造方法に関する。

従来の電子部品としては、例えば、特許文献１に記載のチップタイプパワーインダクタが知られている。該チップタイプパワーインダクタは、磁性体層が積層されてなると共に、コイルを内部に備えている積層体により構成されている。更に、該積層体には、コイルにより形成される磁路を横切るように非磁性体層が挿入されている。これにより、コイルは、開磁路型のコイルを構成するようになり、積層体内において磁気飽和が発生しにくくなる。その結果、該チップタイプパワーインダクタにおいて、磁気飽和による急激なインダクタンス値の低下を抑制でき、良好な直流重畳特性を得ることができる。

しかしながら、前記チップタイプパワーインダクタでは、以下に説明するように、温度変化が生じるとインダクタンス値が変化してしまうという問題がある。図６は、チップタイプパワーインダクタの磁性体層１００と非磁性体層１０２との境界部分の拡大図及びＮｉの濃度分布を示した図である。図７は、温度と透磁率との関係を示したグラフである。図７において、縦軸は透磁率を示し、横軸は温度を示す。また、図７では、図６の位置Ｐ１〜Ｐ４のそれぞれにおける温度と透磁率との関係を示した。

磁性体層１００及び非磁性体層１０２は、キュリー温度において磁性体から非磁性体に切り替わる性質を有している。具体的には、磁性体層１００は、図７の位置Ｐ１の曲線に示すように、温度Ｔ１以上の温度では非磁性体として機能し、温度Ｔ１より低い温度では磁性体として機能する。また、非磁性体層１０２は、図７の位置Ｐ４の曲線に示すように、温度Ｔ４以上の温度では非磁性体層として機能し、温度Ｔ４よりも低い温度では磁性体層として機能する。キュリー温度は、Ｎｉの濃度に依存している。そこで、チップタイプパワーインダクタが使用される温度範囲よりも温度Ｔ１が高くなるように、磁性体層１００が作成され、チップタイプパワーインダクタが使用される温度範囲よりも温度Ｔ４が低くなるように、非磁性体層１０２が作成される。これにより、チップタイプパワーインダクタが使用される温度範囲内では、磁性体層１００は磁性体として機能し、非磁性体層１０２は非磁性体層として機能する。

ところで、チップタイプパワーインダクタでは、図６に示すように、磁性体層１００と非磁性体層１０２とが接触している。磁性体層１００は、Ｎｉを含有しており、非磁性体層１０２は、Ｎｉを含有していない。このような磁性体層１００及び非磁性体層１０２が焼成されると、磁性体層１００から非磁性体層１０２へとＮｉが拡散していく。これにより、非磁性体層１０２において、Ｎｉは、図６に示すように、磁性体層１００と非磁性体層１０２との界面から非磁性体層１０２側へといくにしたがって濃度が減少する濃度分布を有するようになる。位置Ｐ２，Ｐ３では、温度Ｔ１よりも低く、温度Ｔ４よりも高い温度Ｔ２，Ｔ３においてキュリー温度をとるようになる。その結果、チップパワーインダクタが使用される温度の範囲内に温度Ｔ３，Ｔ４が位置するようになり、位置Ｐ２，Ｐ３における非磁性体層１０２は、チップパワーインダクタが使用される温度によって、磁性体と非磁性体とに変化してしまう。すなわち、温度が変化すると、チップタイプパワーインダクタのインダクタンス値が変化してしまう。
特開２００４−３１１９４４号公報

そこで、本発明の目的は、直流重畳特性に優れ、かつ、温度変化によってインダクタンス値が変化しにくい電子部品及びその製造方法を提供することである。

本発明の一形態に係る電子部品は、Ｎｉ及びＣｏを含有している磁性体層、及び、Ｎｉを含有していない非磁性体層が積層されてなる積層体と、前記積層体内において、前記非磁性体層を横切るように設けられているコイルと、を備え、前記磁性体層は、前記非磁性体層の数に０．２５％以上０．３５％以下の値を乗じて得られる重量濃度の範囲内でＣｏ₃Ｏ₄を含有していること、を特徴とする。

本発明の一形態に係る電子部品の製造方法は、Ｎｉを含有していない非磁性体層を作成する工程と、Ｎｉを含有していると共に、前記非磁性体層の数に０．２５％以上０．３５％以下の値を乗じて得られる重量濃度の範囲内でＣｏ₃Ｏ₄を含有している磁性体層を作成する工程と、所定の前記磁性体層にコイル電極を形成する工程と、前記磁性体層及び前記非磁性体層を積層する工程と、を備えること、を特徴とする。

本発明によれば、非磁性体層の数に０．２５％以上０．３５％以下の値を乗じて得られる重量濃度の範囲内で磁性体層にＣｏ₃Ｏ₄を含有させているので、直流重畳特性が向上し、かつ、温度変化によってインダクタンス値が変化しにくくなる。

以下に、本発明の実施形態に係る電子部品及びその製造方法について説明する。

（電子部品の構成）
以下に、本発明の一実施形態に係る電子部品１０について図面を参照しながら説明する。図１は、一実施形態に係る電子部品１０の斜視図である。図２は、一実施形態に係る電子部品１０の積層体１２の分解斜視図である。以下、電子部品１０の積層方向をｚ軸方向と定義し、電子部品１０の長辺に沿った方向をｘ軸方向と定義し、電子部品１０の短辺に沿った方向をｙ軸方向と定義する。ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸は互いに直交している。

電子部品１０は、図１に示すように、積層体１２及び外部電極１４ａ，１４ｂを備えている。積層体１２は、直方体状をなしており、コイルＬを内蔵している。外部電極１４ａ，１４ｂはそれぞれ、コイルＬに電気的に接続されており、ｘ軸方向の両端に位置する側面を覆うように形成されている。

積層体１２は、図２に示すように、磁性体層１６ａ〜１６ｅ、非磁性体層１７、磁性体層１６ｆ〜１６ｋがｚ軸方向にこの順に並ぶように積層されて構成されている。以下では、個別の磁性体層１６を指す場合には、参照符号の後ろにアルファベットを付し、これらを総称する場合には、参照符号の後ろのアルファベットを省略する。

磁性体層１６は、Ｎｉを含有している強磁性のフェライトにより作製されている。本実施形態では、磁性体層１６は、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライトにより構成されている。更に、該磁性体層１６は、非磁性体層１７の数に０．２５％以上０．３５％以下の値を乗じて得られる質量濃度の範囲内でＣｏ₃Ｏ₄を含有している。本実施形態では、非磁性体層１７は、１層だけであるので、磁性体層１６は、０．２５％以上０．３５％以下の質量濃度でＣｏ₃Ｏ₄を含有している。

非磁性体層１７は、Ｎｉを含有していない非磁性のフェライトにより構成されている。本実施形態では、非磁性体層１７は、Ｃｕ−Ｚｎ系フェライトにより構成されている。ただし、非磁性体層１７は、不純物程度の割合でＮｉを含有していてもよい。また、非磁性体層１７は、１０μｍ以上２０μｍ以下の厚みを有する。

以上の磁性体層１６及び非磁性体層１７は、ｚ軸方向から平面視したときに、同じ形状及び同じ大きさを有している。

コイルＬは、図２に示すように、旋廻しながらｚ軸方向に進行する螺旋状のコイルであり、非磁性体層１７を横切るように積層体１２内に設けられている。コイルＬのコイル軸は、ｚ軸方向に平行である。コイルＬは、図２に示すように、コイル電極１８ａ〜１８ｆ、引き出し部２０ａ，２０ｂ及びビアホール導体ｂ１〜ｂ５を含んでいる。以下では、個別のコイル電極１８又は引き出し部２０を指す場合には、参照符号の後ろにアルファベットを付し、これらを総称する場合には、参照符号の後ろのアルファベットを省略する。

コイル電極１８ａ〜１８ｆはそれぞれ、図２に示すように、磁性体層１６ｄ，１６ｅ、非磁性体層１７、磁性体層１６ｆ〜１６ｈの主面上に形成されており、磁性体層１６及び非磁性体層１７と共に積層されている。各コイル電極１８は、Ａｇからなる導電性材料からなり、３／４ターン分の長さを有しており、ｚ軸方向に互いに重なるように配置されている。なお、コイル電極１８の長さは、３／４ターンに限らない。

また、コイル電極１８ａ，１８ｆの端部にはそれぞれ、引き出し部２０ａ，２０ｂが設けられている。引き出し部２０ａ，２０ｂはそれぞれ、外部電極１４ａ，１４ｂと接続されている。これにより、コイルＬは、外部電極１４ａ，１４ｂに接続される。

ビアホール導体ｂ１〜ｂ５はそれぞれ、図２に示すように、磁性体層１６ｄ，１６ｅ、非磁性体層１７、磁性体層１６ｆ，１６ｇをｚ軸方向に貫通するように形成されている。ビアホール導体ｂ１〜ｂ５は、磁性体層１６及び非磁性体層１７が積層されたときに、隣り合うコイル電極１８同士を接続する接続部として機能する。より詳細には、ビアホール導体ｂ１は、コイル電極１８ａの端部の内、引き出し部２０ａが設けられていない方の端部と、コイル電極１８ｂの端部とを接続している。ビアホール導体ｂ２は、コイル電極１８ｂの端部の内、ビアホール導体ｂ１が接続されていない方の端部と、コイル電極１８ｃの端部とを接続している。ビアホール導体ｂ３は、コイル電極１８ｃの端部の内、ビアホール導体ｂ２が接続されていない方の端部と、コイル電極１８ｄの端部とを接続している。ビアホール導体ｂ４は、コイル電極１８ｄの端部の内、ビアホール導体ｂ３が接続されていない方の端部と、コイル電極１８ｅの端部とを接続している。ビアホール導体ｂ５は、コイル電極１８ｅの端部の内、ビアホール導体ｂ４が接続されていない方の端部と、コイル電極１８ｆの端部の内、引き出し部２０ｂが設けられていない方の端部とを接続している。

以上のように構成された磁性体層１６及び非磁性体層１７が積層されることにより、積層体１２内において、引き出し部２０ａ，２０ｂ間に螺旋状のコイルＬが形成される。

（効果）
以上のように構成された電子部品１０では、非磁性体層１７がコイルＬを横切るように設けられているので、コイルＬが開磁路型のコイルを構成するようになる。その結果、電子部品１０において磁気飽和が発生して、急激にインダクタンス値が低下することが抑制される。すなわち、直流重畳特性に優れた電子部品１０を得ることができる。

更に、電子部品１０によれば、非磁性体層１７の数に０．２５％以上０．３５％以下の値を乗じて得られる質量濃度の範囲内でＣｏ₃Ｏ₄を磁性体層１６に含有させることにより、温度変化によってインダクタンス値が変化しにくくなる。以下に、実験結果に基づいて説明する。

本実験では、Ｃｏ₃Ｏ₄の質量濃度が０％，０．２０％，０．２５％，０．３０％，０．３５％，０．４０％である磁性体層１６と１層の非磁性体層１７とにより構成された電子部品１０をサンプルとして作製した。以下、Ｃｏ₃Ｏ₄の質量濃度が０％のサンプルを第１のサンプルとし、Ｃｏ₃Ｏ₄の質量濃度が０．２０％のサンプルを第２のサンプルとし、Ｃｏ₃Ｏ₄の質量濃度が０．２５％のサンプルを第３のサンプルとし、Ｃｏ₃Ｏ₄の質量濃度が０．３０％のサンプルを第４のサンプルとし、Ｃｏ₃Ｏ₄の質量濃度が０．３５％のサンプルを第５のサンプルとし、Ｃｏ₃Ｏ₄の質量濃度が０．４０％のサンプルを第６のサンプルとする。

更に、Ｃｏ₃Ｏ₄の質量濃度が０．４０％，０．５０％，０．６０％，０．７０％，０．８０％である磁性体層１６と２層の非磁性体層１７とにより構成された電子部品１０をサンプルとして作製した。以下、Ｃｏ₃Ｏ₄の質量濃度が０．４０％のサンプルを第７のサンプルとし、Ｃｏ₃Ｏ₄の質量濃度が０．５０％のサンプルを第８のサンプルとし、Ｃｏ₃Ｏ₄の質量濃度が０．６０％のサンプルを第９のサンプルとし、Ｃｏ₃Ｏ₄の質量濃度が０．７０％のサンプルを第１０のサンプルとし、Ｃｏ₃Ｏ₄の質量濃度が０．８０％のサンプルを第１１のサンプルとする。

更に、Ｃｏ₃Ｏ₄の質量濃度が０．６０％，０．７５％，０．９０％，１．０５％，１．２０％である磁性体層１６と３層の非磁性体層１７とにより構成された電子部品１０をサンプルとして作製した。以下、Ｃｏ₃Ｏ₄の質量濃度が０．６０％のサンプルを第１２のサンプルとし、Ｃｏ₃Ｏ₄の質量濃度が０．７５％のサンプルを第１３のサンプルとし、Ｃｏ₃Ｏ₄の質量濃度が０．９０％のサンプルを第１４のサンプルとし、Ｃｏ₃Ｏ₄の質量濃度が１．０５％のサンプルを第１５のサンプルとし、Ｃｏ₃Ｏ₄の質量濃度が１．２０％のサンプルを第１６のサンプルとする。

本願発明者は、温度を−３０℃から８０℃まで変化させて、第１のサンプルないし第１６のサンプルのインダクタンス値の変化率を調べた。図３ないし図５は、非磁性体層１７が１層ないし３層だけ設けられた場合における、温度とインダクタンス値の変化率との関係を示したグラフである。縦軸は、２５℃のときのインダクタンス値を１００％としたときのインダクタンス値の変化率を示している。横軸は、温度を示している。

図３に示すように、磁性体層１６が１層だけ設けられている場合には、０．２５％以上０．３５％以下の質量濃度の範囲内でＣｏ₃Ｏ₄を含有している第３のサンプル、第４のサンプル及び第５のサンプルについては、インダクタンス値の変化率が５％以内に収まった。一方、第１のサンプル、第２のサンプル及び第６のサンプルについては、インダクタンス値の変化率が５％より大きくなった。一般的に、−３０℃から８０℃までの範囲において、インダクタンス値の変化率は、５％以内であることが望ましい。よって、電子部品１０において、非磁性体層１７が１層だけ設けられている場合には、磁性体層１６は、０．２５％以上０．３５％以下の質量濃度の範囲内でＣｏ₃Ｏ₄を含有していればよいことが分かる。

また、図４に示すように、磁性体層１６が２層だけ設けられている場合には、０．５０％以上０．７０％以下の質量濃度の範囲内でＣｏ₃Ｏ₄を含有している第８のサンプル、第９のサンプル及び第１０のサンプルについては、インダクタンス値の変化率が５％以内に収まった。一方、第７のサンプル及び第１１のサンプルについては、インダクタンス値の変化率が５％より大きくなった。よって、電子部品１０において、非磁性体層１７が２層だけ設けられている場合には、磁性体層１６は、０．５０％以上０．７０％以下の質量濃度の範囲内でＣｏ₃Ｏ₄を含有していればよいことが分かる。

また、図５に示すように、磁性体層１６が３層だけ設けられている場合には、０．７５％以上１．０５％以下の質量濃度の範囲内でＣｏ₃Ｏ₄を含有している第１３のサンプル、第１４のサンプル及び第１５のサンプルについては、インダクタンス値の変化率が５％以内に収まった。一方、第１２のサンプル及び第１６のサンプルについては、インダクタンス値の変化率が５％より大きくなった。よって、電子部品１０において、非磁性体層１７が３層だけ設けられている場合には、磁性体層１６は、０．７５％以上１．０５％以下の質量濃度の範囲内でＣｏ₃Ｏ₄を含有していればよいことが分かる。

（電子部品の製造方法）
以下に、電子部品１０の製造方法について図１及び図２を参照しながら説明する。

磁性体層１６となるセラミックグリーンシートを、以下の工程により作製する。酸化第二鉄（Ｆｅ₂Ｏ₃）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、及び、酸化銅（ＣｕＯ）を所定の比率で秤量し、それぞれの材料を原材料としてボールミルに投入し、湿式調合を行う。得られた混合物を乾燥してから粉砕し、得られた粉末を７５０℃で１時間仮焼する。得られた仮焼粉末をボールミルにて湿式粉砕した後、乾燥してから解砕して、強磁性のフェライトセラミック粉末を得る。

このフェライトセラミック粉末に対して、酸化コバルト（Ｃｏ₃Ｏ₄）、結合剤（酢酸ビニル、水溶性アクリル等）と可塑剤、湿潤材、分散剤を加えてボールミルで混合を行い、その後、減圧により脱泡を行う。得られたセラミックスラリーをドクターブレード法により、シート状に形成して乾燥させ、磁性体層１６となるセラミックグリーンシートを作製する。

次に、非磁性体層１７となるセラミックグリーンシートを、以下の工程により作製する。酸化第二鉄（Ｆｅ₂Ｏ₃）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、及び、酸化銅（ＣｕＯ）を所定の比率で秤量し、それぞれの材料を原材料としてボールミルに投入し、湿式調合を行う。得られた混合物を乾燥してから粉砕し、得られた粉末を７５０℃で１時間仮焼する。得られた仮焼粉末をボールミルにて湿式粉砕した後、乾燥してから解砕して、強磁性のフェライトセラミック粉末を得る。

このフェライトセラミック粉末に対して、結合剤（酢酸ビニル、水溶性アクリル等）と可塑剤、湿潤材、分散剤を加えてボールミルで混合を行い、その後、減圧により脱泡を行う。得られたセラミックスラリーをドクターブレード法により、シート状に形成して乾燥させ、非磁性体層１７となるセラミックグリーンシートを作製する。なお、本実施形態では、非磁性体層１７となるセラミックグリーンシートは、１枚作製されるが、該セラミックグリーンシートの作製枚数は、これに限らない。非磁性体層１７となるセラミックグリーンシートは、電子部品１０にて生じる磁気飽和を抑制するのに適した枚数だけ作製される。

次に、磁性体層１６ｄ，１６ｅ、非磁性体層１７、磁性体層１６ｆ，１６ｇとなるセラミックグリーンシートのそれぞれに、ビアホール導体ｂ１〜ｂ５を形成する。具体的には、図２に示すように、磁性体層１６及び非磁性体層１７となるセラミックグリーンシートにレーザビームを照射してビアホールを形成する。次に、このビアホールに対して、Ａｇ，Ｐｄ，Ｃｕ，Ａｕやこれらの合金などの導電性ペーストを印刷塗布などの方法により充填する。

次に、磁性体層１６ｄ，１６ｅ、非磁性体層１７、磁性体層１６ｆ〜１６ｈとなるセラミックグリーンシート上に、Ａｇ，Ｐｄ，Ｃｕ，Ａｕやこれらの合金などを主成分とする導電性ペーストをスクリーン印刷法やフォトリソグラフィ法などの方法で塗布することにより、コイル電極１８ａ〜１８ｆ及び引き出し部２０ａ，２０ｂを形成する。なお、コイル電極１８ａ〜１８ｆ及び引き出し部２０ａ，２０ｂの形成と同時に、ビアホール導体に対して導電性ペーストを充填してもよい。

次に、図２に示すように、磁性体層１６ａ〜１６ｅ、非磁性体層１７、磁性体層１６ｆ〜１６ｋの順番に上側から下側へと並ぶようにこれらのセラミックグリーンシートを積層する。より詳細には、磁性体層１６ｋとなるセラミックグリーンシートを配置する。次に、磁性体層１６ｋとなるセラミックグリーンシート上に、磁性体層１６ｊとなるセラミックグリーンシートの配置及び仮圧着を行う。この後、磁性体層１６ｉ，１６ｈ，１６ｇ，１６ｆ、非磁性体層１７、磁性体層１６ｅ，１６ｄ，１６ｃ，１６ｂ，１６ａとなるセラミックグリーンシートについても同様にこの順番に積層及び仮圧着して、マザー積層体を得る。更に、マザー積層体には、静水圧プレスなどにより本圧着が施される。

次に、マザー積層体をギロチンカットにより所定寸法の積層体１２にカットして、未焼成の積層体１２を得る。この未焼成の積層体１２には、脱バインダー処理及び焼成がなされる。脱バインダー処理は、例えば、低酸素雰囲気中において２６０℃で３時間の条件で行う。焼成は、例えば、９００℃で２．５時間の条件で行う。

以上の工程により、焼成された積層体１２が得られる。積層体１２には、バレル加工を施して、面取りを行う。その後、積層体１２の表面には、例えば、浸漬法等の方法により主成分が銀である電極ペーストを塗布及び焼き付けすることにより、外部電極１４ａ，１４ｂとなるべき銀電極を形成する。銀電極の乾燥は、１２０℃で１５分間行われ、銀電極の焼き付けは、７００℃で６０分間行われる。最後に、銀電極の表面に、Ｎｉめっき／Ｓｎめっきを施すことにより、外部電極１４ａ，１４ｂを形成する。以上の工程を経て、図１に示すような電子部品１０が完成する。

一実施形態に係る電子部品の斜視図である。 一実施形態に係る電子部品の積層体の分解斜視図である。 非磁性体層が１層だけ設けられた場合における、温度とインダクタンス値の変化率との関係を示したグラフである。 非磁性体層が２層だけ設けられた場合における、温度とインダクタンス値の変化率との関係を示したグラフである。 非磁性体層が３層だけ設けられた場合における、温度とインダクタンス値の変化率との関係を示したグラフである。 チップタイプパワーインダクタの磁性体層と非磁性体層との境界部分の拡大図及びＮｉの濃度分布を示した図である。 温度と透磁率との関係を示したグラフである。

符号の説明

Ｌ コイル
ｂ１〜ｂ５ ビアホール導体
１０ 電子部品
１２ 積層体
１４ａ，１４ｂ 外部電極
１６ａ〜１６ｋ 磁性体層
１７ 非磁性体層
１８ａ〜１８ｆ コイル電極
２０ａ，２０ｂ 引き出し部

Claims (5)

1. Ｎｉ及びＣｏを含有している磁性体層、及び、Ｎｉを含有していない非磁性体層が積層されてなる積層体と、
   前記積層体内において、前記非磁性体層を横切るように設けられているコイルと、
   を備え、
   前記磁性体層は、前記非磁性体層の数に０．２５％以上０．３５％以下の値を乗じて得られる重量濃度の範囲内でＣｏ₃Ｏ₄を含有していること、
   を特徴とする電子部品。
2. 前記磁性体層及び前記非磁性体層は，同じ形状を有していること、
   を特徴とする請求項１に記載の電子部品。
3. 前記磁性体層は、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライトにより構成されていること、
   を特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかに記載の電子部品。
4. 前記非磁性体層は、Ｃｕ−Ｚｎ系フェライトにより構成されていること、
   を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の電子部品。
5. Ｎｉを含有していない非磁性体層を作成する工程と、
   Ｎｉを含有していると共に、前記非磁性体層の数に０．２５％以上０．３５％以下の値を乗じて得られる重量濃度の範囲内でＣｏ₃Ｏ₄を含有している磁性体層を作成する工程と、
   所定の前記磁性体層にコイル電極を形成する工程と、
   前記磁性体層及び前記非磁性体層を積層する工程と、
   を備えること、
   を特徴とする電子部品の製造方法。

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