JP2016094321A

JP2016094321A - フェライト焼結体およびノイズフィルタ

Info

Publication number: JP2016094321A
Application number: JP2014232773A
Authority: JP
Inventors: 憲一古舘; Kenichi Furutachi; 須恵　敏幸; Toshiyuki Sue; 敏幸須恵
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2014-11-17
Filing date: 2014-11-17
Publication date: 2016-05-26

Abstract

【課題】種々の加工や繰り返し受ける熱による脱粒が少なく、配線形成に及ぼす影響の小さいフェライト焼結体およびノイズフィルタを提供する。
【解決手段】本発明のフェライト焼結体は、Ｆｅ、Ｎｉ、ＺｎおよびＣｕを含む酸化物が主成分であり、副成分として、Ｌａの酸化物およびＰｒの酸化物の少なくともいずれかを含み、前記主成分の合計１００質量％に対する含有量が、ＬａをＬａ_２Ｏ_３換算、ＰｒをＰｒ_２Ｏ_３換算した合計で０．０１質量％以上０．６０質量％以下であり、平均結晶粒径が６μｍ以下（０μｍを含まず）である。
【選択図】図１

Description

本発明は、フェライト焼結体およびこのフェライト焼結体の内部および外部に電極を設けてなるノイズフィルタに関する。

フェライト焼結体は、このフェライト焼結体をコアとし、コア単独、またはこのコアに金属線を巻き付けて、例えば、絶縁や変圧を目的としたインダクタ、変圧器、安定器および電磁石に使用されたり、電子機器等に組み込まれる電気回路から発せられるノイズによって電子部品に悪影響を及ぼすのを防ぐため、ノイズ除去を目的としたフィルタに使用されている。

そして、このような用途のコアに使用されるフェライト材料としては、比抵抗の高いＮｉ−Ｚｎ系フェライト材料が知られており、例えば特許文献１には、主成分Ｆｅ_２Ｏ_３４４．５〜４９．８ｍｏｌ％、ＮｉＯ１０．５〜２５．５ｍｏｌ％、ＺｎＯ２０．０〜３５．０ｍｏｌ％、及び残部をＣｕＯとする低損失酸化物磁性材料において、副成分として、Ｌａ_２Ｏ_３、Ｃｅ_２Ｏ_３、Ｐｒ_２Ｏ_３、Ｎｄ_２Ｏ_３、Ｓｍ_２Ｏ_３、Ｅｕ_２Ｏ_３、Ｇｄ_２Ｏ_３およびＴｂ_２Ｏ_３のうち、少なくとも１種類以上を０〜５．０ｍｏｌ％（但し、０を含まず）含む低損失酸化物磁性材料が提案されている。

特開２０００−１２４０２２号公報

近年、各種電子機器の小型化や軽量化は急速に進んでおり、これに対応すべく、ノイズフィルタは、内部および外部に電極を設けたチップ型に進展してきている。そして、チップ型のノイズフィルタの形成にあたっては、一般的に、生産効率の観点から、複数個同時に形成することが行なわれており、まず、スライサー等を使用してフェライトからなる焼結体から厚みの薄い基板を切り出すスライス加工を施した後、内部電極となる配線を形成し、ダイサー等を使用してダイシング加工を施してチップ化し、その後、積層し、外部電極を形成することが行なわれている。

そして、今般においては、さらに小型化や軽量化の要求が高まっており、これに伴って配線の微細化が進んでいるが、チップ型のノイズフィルタの形成において、スライス加工やダイシング加工によりセラミック粒子の脱落（以下、脱粒と記載する。）が生じていた場合、配線が形成できなかったり、導通領域が狭くなったりすることとなり、ノイズフィルタとしての機能を発揮することができない、若しくはノイズフィルタとしての機能を長期間にわたって発揮することができないという問題があった。

また、脱粒自体、各種電子機器の高性能化や信頼性の観点において、好ましいものではないことから、積層されたチップ型とするための加工のみならず、従来行なわれていたプレス加工による形状形成や表面加工など、種々の加工においても、脱粒が少ないことが求められている。さらに、各種電子機器の使用、すなわち搭載された電子部品の作動によって、電子部品は熱を生じるものであり、フェライト焼結体もこの熱を受けるものであることから、各種電子機器の使用の継続によっても脱粒が少ないことが求められている。

そのため、今般のフェライト焼結体には、種々の加工や繰り返し受ける熱による脱粒が少なく、仮に脱粒したとしても配線形成に及ぼす影響が小さいことが要求されている。

本発明は、上記要求を満たすべく案出されたものであり、種々の加工や繰り返し受ける熱による脱粒が少なく、配線形成に及ぼす影響の小さいフェライト焼結体およびこのフェライト焼結体の内部および外部に電極を設けてなるノイズフィルタを提供することを目的とする。

本発明のフェライト焼結体は、Ｆｅ、Ｎｉ、ＺｎおよびＣｕを含む酸化物が主成分であり、副成分として、Ｌａの酸化物およびＰｒの酸化物の少なくともいずれかを含み、前記主成分の合計１００質量％に対する含有量が、ＬａをＬａ_２Ｏ_３換算、ＰｒをＰｒ_２Ｏ_３換算した合計で０．０１質量％以上０．６０質量％以下であり、平均結晶粒径が６μｍ以下（０μｍを含まず）であることを特徴とするものである。

本発明のフェライト焼結体は、種々の加工や繰り返し受ける熱による脱粒が少なく、配線形成に及ぼす影響の小さいものである。

また、本発明のノイズフィルタは、フェライト焼結体が、種々の加工や繰り返し受ける熱による脱粒が少なく、配線形成に及ぼす影響の小さいものであることから、ノイズフィルタとしての機能を長期間にわたって発揮することができる。

本実施形態のノイズフィルタの一例を示す斜視図である。

以下、本発明のフェライト焼結体およびノイズフィルタについて説明する。本実施形態のフェライト焼結体は、このフェライト焼結体をコアとし、コア単独、またはこのコアに金属線を巻き付けて、絶縁や変圧を目的としたインダクタ、変圧器、安定器および電磁石に使用されたり、ノイズ除去などを目的としたノイズフィルタに使用されたりするものである。

そして、本実施形態のフェライト焼結体は、Ｆｅ、Ｎｉ、ＺｎおよびＣｕを含む酸化物が主成分であり、副成分として、Ｌａの酸化物およびＰｒの酸化物の少なくともいずれかを含み、主成分の合計１００質量％に対する含有量が、ＬａをＬａ_２Ｏ_３換算、ＰｒをＰｒ_２Ｏ_３換算した合計で０．０１質量％以上０．６０質量％以下であり、平均結晶粒径が６μｍ以下（０μｍを含まず）である。

なお、主成分である、Ｆｅ、Ｎｉ、ＺｎおよびＣｕを含む酸化物は、本実施形態のフェライト焼結体を構成するフェライト結晶を構成するものであり、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｃｕをそれぞれ酸化物に換算した成分の合計は、フェライト焼結体を構成する全成分１００質量％のうち９８質量％以上であることが好適であり、９９質量％以上であることがさらに好適である。また、Ｐｒの酸化物の含有量の算出にあたっては、Ｐｒ_２Ｏ_３に換算しているが、存在形態としては、Ｐｒ_６Ｏ_１１として存在しているものと考えられる。

そして、上述した構成を満たす本実施形態のフェライト焼結体は、種々の加工や繰り返し受ける熱による脱粒が少なく、平均結晶粒径が小さいことから、仮に脱粒したとしても配線形成に及ぼす影響が小さいものである。種々の加工による脱粒が少なくなるのは、仮焼後に副成分の粉末を添加して粉砕することにより、合成された仮焼粉の周囲に副成分が
分散して存在することとなり、焼成の過程においてフェライト結晶の粒成長が抑制され、それぞれのフェライト結晶に圧縮応力が掛かる状態となるからである。また、繰り返し受ける熱による脱粒が少なくなるのは、Ｌａの酸化物およびＰｒの酸化物は融点の高いものであり、各種電子機器に搭載された電子部品の作動によって生じる熱による変化が小さいからである。そして、平均結晶粒径が６μｍ以下（０μｍを含まず）と小さいものとなるのは、副成分によるフェライト結晶の粒成長抑制効果はもちろんであるが、仮焼後の粉砕において、平均粒径が約２μｍとなるまで粉砕することによる。

なお、特開２０００−１２４０２２号公報に記載のように、Ｆｅの酸化物粉末、Ｎｉの酸化物粉末、Ｚｎの酸化物粉末、Ｃｕの酸化物粉末に、副成分の粉末を添加してから仮焼したときには、仮焼時に、Ｆｅと、ＬａおよびＰｒの少なくともいずれかとを含む酸化物の化合物が生成され、焼成の過程におけるフェライト結晶の粒成長の抑制効果が小さく、平均結晶粒径は６μｍを超えることとなる。

なお、主成分の合計１００質量％に対する含有量が、ＬａをＬａ_２Ｏ_３換算、ＰｒをＰｒ_２Ｏ_３換算した合計で０．０１質量％未満および０．６０質量％を超える場合は、焼成の過程におけるフェライト結晶の粒成長の抑制効果が小さい。

ここで、フェライト焼結体の平均結晶粒径の測定方法について説明する。フェライト焼結体の表面に研磨等の加工を施した面を測定面とし、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて、例えば、２０００倍の倍率で反射電子像を撮影し、得られた写真上に６本の直線を引き、直線が横切った結晶粒子の数とその各々の結晶の合計の長さを測定して、各々の結晶の合計長さを各々の結晶の数で除する直線横断法により求めることができる。

そして、主成分組成は、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｃｕをそれぞれ酸化物に換算した成分の合計を１００モル％としたとき、ＦｅがＦｅ_２Ｏ_３換算で４７．５モル％以上５０モル％以下、ＮｉがＮｉＯ換算で１２．５モル％以上１７．６モル％以下、ＺｎがＺｎＯ換算で２７．１モル％以上３２．８モル％以下およびＣｕがＣｕＯ換算で３．６モル％以上８モル％以下であることが好適である。このような構成を満たす本実施形態のフェライト焼結体は、透磁率が４５０以上であり、キュリー温度が１４０℃以上となるものである。

なお、本実施形態のフェライト焼結体は、主成分が同じ組成で副成分を含まないものとキュリー温度は同程度であり、透磁率は低下するものの、副成分の粉末を添加して仮焼したものよりも透磁率の落ち幅は小さいものである。

ここで、透磁率については、ＬＣＲメータを用いて周波数１００ｋＨｚの条件で試料を測定すればよい。試料としては、例えば、外径が１３ｍｍ、内径が７ｍｍ、厚みが３ｍｍのフェライト焼結体からなるリング状試料を用意し、リング状試料の全周にわたって線径が０．２ｍｍの被膜導線を１０回巻きつけたものを用いればよい。また、キュリー温度については、透磁率測定時と同様の試料を用いて、ＬＣＲメータを用いたブリッジ回路法により求めることができる。

また、主成分の組成範囲の算出方法については、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）発光分光分析装置（ＩＣＰ）または蛍光Ｘ線分析装置（ＸＲＦ）を用いて、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｃｕの含有量を求めて、それぞれＦｅ_２Ｏ_３、ＮｉＯ、ＺｎＯ、ＣｕＯに換算し、それぞれの分子量からモル値を算出し、合計100モル％に対する占有率を算出すること
により確認することができる。また、主成分の合計１００質量％に対する、ＬａをＬａ_２Ｏ_３換算、ＰｒをＰｒ_２Ｏ_３換算した含有量の算出方法については、まず、ＩＣＰまたはＸＲＦを用いて、Ｌａ、Ｐｒの含有量を求め、それぞれ、Ｌａ_２Ｏ_３、Ｐｒ_２Ｏ_３に換算して、フェライト焼結体を構成する全成分のうちの含有量を求め、その後、主成分の合計
１００質量％に対する値に換算すればよい。

そして、副成分は、Ｌａの酸化物であることが好適である。これは、Ｌａの酸化物と、Ｐｒの酸化物とは、焼成の過程におけるフェライト結晶の粒成長の抑制効果は同程度であるものの、Ｐｒの酸化物は、Ｌａの酸化物より高価であるとともに、市販されているＰｒの酸化物の粒径が大きく、Ｌａの酸化物を用いたときよりも粉砕時間が長くなるからである。

図１は、本実施形態のノイズフィルタの一例を示す斜視図であり、図１に示す例のノイズフィルタ１０は、フェライト焼結体１の両端に外部電極２を備えるものであり、図示していないが、フェライト焼結体１は、フェライトからなる薄い基板の複数枚が積層されたものであり、内部電極を備えるものである。

このようなチップ型のノイズフィルタ１０は、一般的に、生産効率の観点から、複数個同時に形成することができるように、スライサー等を使用してフェライトからなる焼結体から厚みの薄い基板を切り出すスライス加工を施した後、内部電極となる配線を形成し、ダイサー等を使用してダイシング加工を施してチップ化し、その後、積層し、外部電極２を形成することが行なわれている。

このように、チップ型の形成にあたり、フェライト焼結体１は、スライス加工やダイシング加工を経るものであるが、このフェライト焼結体１が、本実施形態のフェライト焼結体からなることにより、スライス加工やダイシング加工による脱粒が少なく、配線形成に及ぼす影響の小さいものであることから、ノイズフィルタとしての機能を長期間にわたって発揮することができる。

次に、本実施形態のフェライト焼結体の製造方法の一例について以下に詳細を示す。本実施形態のフェライト材料の製造方法は、まず、出発原料として、Ｆｅ、Ｎｉ、ＺｎおよびＣｕの酸化物あるいは焼成によりＦｅ、Ｎｉ、ＺｎおよびＣｎの酸化物を生成する炭酸塩、硝酸塩等の金属塩の粉末を用意する。このとき平均粒径としては、例えば、Ｆｅが酸化鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）、Ｚｎが酸化亜鉛（ＺｎＯ）およびＮｉが酸化ニッケル（ＮｉＯ）であるとき、それぞれ０．５μｍ以上５μｍ以下とすることが好適である。

そして、用意した粉末を所望量秤量し、ボールミルや振動ミル等で粉砕混合した後、６００℃以上８００℃以下の温度で２時間以上仮焼することにより、合成された仮焼体を得る。

なお、フェライト焼結体においては、主成分組成が、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｃｕをそれぞれ酸化物に換算した主成分の合計を１００モル％としたとき、ＦｅがＦｅ_２Ｏ_３換算で４７．５モル％以上５０モル％以下、ＮｉがＮｉＯ換算で１２．５モル％以上１７．６モル％以下、ＺｎがＺｎＯ換算で２７．１モル％以上３２．８モル％以下およびＣｕがＣｕＯ換算で３．６モル％以上８モル％以下となるように秤量することが好適である。

次に、Ｌａの酸化物粉末およびＰｒの酸化物粉末の少なくともいずれかを用意し、フェライト焼結体における主成分の合計１００質量％に対する含有量が、ＬａをＬａ_２Ｏ_３換算、ＰｒをＰｒ_２Ｏ_３換算した合計で０．０１質量％以上０．６０質量％以下となるように秤量し、仮焼体とともにボールミルや振動ミル等に入れて、平均粒径が２μｍ以下となるまで粉砕・混合する。なお、平均粒径を１μｍ程度にまで粉砕するには、３０時間程度の時間を要するものであり、焼結性、作製工程の長期化、ボールやミル等からの不純物の混入のおそれが高くなることから鑑みれば、粉砕時間は３６時間未満であることが好適であるため、平均粒径の下限値としては０．６μｍ程度である。それゆえ、フェライト焼結
体の平均結晶粒径の下限値は、１．５μｍ程度である。

そして、平均粒径２μｍ以下となるまで粉砕した後、所定量のバインダを加えてスラリーとし、噴霧造粒装置（スプレードライヤ）を用いて造粒することにより球状顆粒を得る。

次に、この球状顆粒を用いてプレス成形して所定形状の成形体を得る。そして、得られた成形体を脱脂炉にて４００〜８００℃の範囲で脱バインダ処理を施して脱脂体とした後、これを焼成炉にて９５０〜１１００℃の最高温度で２〜５時間保持して焼成することにより本実施形態のフェライト焼結体を得ることができる。

このようにして得られた本実施形態のフェライト焼結体は、このフェライト焼結体をコアとし、コア単独、またはこのコアに金属線を巻き付けたコイル部品として、例えば、絶縁や変圧を目的としたインダクタ、変圧器、安定器および電磁石に使用したり、ノイズ除去などを目的としたノイズフィルタに使用したりすることができる。

また、図１に示すようなノイズフィルタを得るには、スライサー等を使用してフェライトからなる焼結体から厚みの薄い基板を切り出すスライス加工を施した後、内部電極となる配線を形成し、ダイサー等を使用してダイシング加工を施してチップ化し、その後、積層し、外部電極を形成すればよい。

以下、本発明の実施例を具体的に説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。

副成分の添加の有無、添加のタイミング、添加量を異ならせた試料を作製し、透磁率μおよびキュリー温度Ｔｃの測定および平均結晶粒径の算出を行なった。まず、出発原料として、主成分として、平均粒径が１μｍの酸化鉄、酸化ニッケル、酸化亜鉛、酸化銅と、副成分として、酸化ランタンおよび酸化プラセオジムの粉末を用意した。

そして、表１に示す組成となるように秤量した。なお、主成分については、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｃｕをそれぞれ酸化物に換算した合計を１００モル％としたときの組成範囲が表１に示す値となるように秤量し、副成分については、主成分の合計１００質量％に対する含有量が表１に示す値となるように秤量したものである。また、副成分の粉末を含む試料Ｎｏ．１１〜５１のうち、試料Ｎｏ．２１は、酸化プラセオジムの粉末を用い、試料Ｎｏ．２２は、酸化ランタンの粉末および酸化プラセオジムの粉末を用い、他は、酸化ランタンの粉末を用いた。

そして、試料Ｎｏ．１〜１０および２１〜５１については、副成分を添加せず、秤量した主成分の粉末をボールミルに入れて粉砕混合した後、７００℃の温度で２時間仮焼することにより、合成された仮焼体を得た。また、試料Ｎｏ．１１〜２０については、秤量した主成分の粉末とともに、秤量した副成分の粉末をボールミルに入れて粉砕混合した後、７００℃の温度で２時間仮焼することにより、合成された仮焼体を得た。

次に、試料Ｎｏ．１〜２０については仮焼体を、試料Ｎｏ．２１〜５１については仮焼体と副成分の粉末とをボールミルに入れて、３６時間粉砕・混合した。この粉砕・混合により、仮焼体は、平均粒径が０．６μｍの仮焼粉体となった。その後、所定量のバインダを加えてスラリーとし、噴霧造粒装置を用いて造粒することにより球状顆粒を得た。

次に、この球状顆粒を用いてプレス成形して所定形状の成形体を得た。そして、得られ
た成形体を脱脂炉にて６００℃の範囲で脱バインダ処理を施して脱脂体とした後、これを焼成炉にて１０００℃の最高温度で３時間保持して焼成することにより各試料のフェライト焼結体を得。

そして、リング状試料の全周にわたって線径が０．２ｍｍの被膜導線を１０回巻き付けてＬＣＲメータを用いて周波数１００ｋＨｚにおける透磁率を測定した。また、ＬＣＲメータを用いたブリッジ回路法により、キュリー温度Ｔｃを測定した。

さらに、各試料の表面に加工を施した面を測定面とし、ＳＥＭを用いて、２０００倍の倍率で反射電子像を撮影し、得られた写真上に６本の直線を引き、直線が横切った結晶粒子の数とその各々の結晶の合計の長さを測定して、各々の結晶の合計長さを各々の結晶の数で除する直線横断法により平均結晶粒径を求めた。

また、各試料について、ＩＣＰを用いて、Ｆｅ、Ｎｉ、ＺｎおよびＣｕの含有量を求めて、それぞれＦｅ_２Ｏ_３、ＺｎＯ、ＮｉＯ、ＣｕＯに換算し、それぞれの分子量からモル値を算出し、合計100モル％に対する占有率を算出した。また、ＩＣＰを用いて、Ｌａ，
Ｐｒの含有量を求め、それぞれ、Ｌａ_２Ｏ_３、Ｐｒ_２Ｏ_３に換算して、フェライト焼結体を構成する全成分のうちの含有量を求め、その後、主成分の合計１００質量％に対する値に換算した。結果を表１に示す。

表１から、副成分を含有していない試料Ｎｏ．１〜１０のフェライト焼結体は、平均結晶粒径が１０μｍを超えるものであった。また、副成分を仮焼前に添加した試料Ｎｏ．１１〜２０のフェライト焼結体は、平均結晶粒径が６μｍを超えるものであった。

これに対し、試料Ｎｏ．２１〜５１は、平均結晶粒径が６μｍ以下であり、平均結晶粒径が小さく、脱粒したとしても、配線形成等に及ぼす影響が小さいものであることがわか
った。
また、試料Ｎｏ．２１，２４〜２８，３１〜３４，３７，３８，４１，４２，４５〜５０は、平均結晶粒径が６μｍ以下であるとともに、主成分組成が、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｃｕをそれぞれ酸化物に換算した主成分の合計を１００モル％としたとき、ＦｅがＦｅ_２Ｏ_３換算で４７．５モル％以上５０モル％以下、ＮｉがＮｉＯ換算で１２．５モル％以上１７．６モル％以下、ＺｎがＺｎＯ換算で２７．１モル％以上３２．８モル％以下およびＣｕがＣｕＯ換算で３．６モル％以上８モル％以下であり、副成分として、Ｌａの酸化物およびＰｒの酸化物の少なくともいずれかを含み、主成分の合計１００質量％に対する含有量が、ＬａをＬａ_２Ｏ_３換算、ＰｒをＰｒ_２Ｏ_３換算した合計で０．０１質量％以上０．６０質量％以下であることにより、透磁率が４５０以上かつキュリー温度が１４０℃以上であった。

実施例１と同様の方法により、試料Ｎｏ．５，１５，３２を作製し、表面に同条件にいる研磨加工を行ない、研磨後の表面に関し、脱粒個数の確認を行なった。その結果、試料Ｎｏ．５が最も多く、試料Ｎｏ．３２が最も少ない結果となった。この結果より、本発明のフェライト焼結体が加工による脱粒が少ないことがわかった。

そして、これらの結果より、本発明のフェライト焼結体は、このフェライト焼結体をコアとし、コア単独、またはこのコアに金属線を巻き付けて、絶縁や変圧を目的としたインダクタ、変圧器、安定器および電磁石に好適に使用できることがわかった。また、電子機器等に組み込まれる電気回路から発せられるノイズによって電子部品に悪影響を及ぼすのを防ぐノイズフィルタとして好適に使用できることがわかった。

１：フェライト焼結体
２：外部電極
１０：ノイズフィルタ

Claims

Ｆｅ、Ｎｉ、ＺｎおよびＣｕを含む酸化物が主成分であり、副成分として、Ｌａの酸化物およびＰｒの酸化物の少なくともいずれかを含み、前記主成分の合計１００質量％に対する含有量が、ＬａをＬａ_２Ｏ_３換算、ＰｒをＰｒ_２Ｏ_３換算した合計で０．０１質量％以上０．６０質量％以下であり、平均結晶粒径が６μｍ以下（０μｍを含まず）であることを特徴とするフェライト焼結体。
前記主成分組成が、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｃｕをそれぞれ酸化物に換算した主成分の合計を１００モル％としたとき、ＦｅがＦｅ_２Ｏ_３換算で４７．５モル％以上５０モル％以下、ＮｉがＮｉＯ換算で１２．５モル％以上１７．６モル％以下、ＺｎがＺｎＯ換算で２７．１モル％以上３２．８モル％以下およびＣｕがＣｕＯ換算で３．６モル％以上８モル％以下であることを特徴とする請求項１に記載のフェライト焼結体。
前記副成分が、Ｌａの酸化物であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のフェライト焼結体。
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のフェライト焼結体の内部および外部に電極を設けてなることを特徴とするノイズフィルタ。