CN101345120A

CN101345120A - 层叠电感零部件

Info

Publication number: CN101345120A
Application number: CNA2008101084210A
Authority: CN
Inventors: 须藤直树; 铃木孝志; 小田邦夫; 高桥幸雄; 川崎邦彦; 桃井博
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2007-05-30
Filing date: 2008-05-27
Publication date: 2009-01-14
Anticipated expiration: 2028-05-27
Also published as: KR101010874B1; US20080296528A1; KR20080106123A; US7589609B2; JP4640377B2; JP2008300548A; CN101345120B

Abstract

本发明涉及层叠电感零部件，其具备多个磁性体层被层叠而成的层叠部和配置于所述层叠部内的导体部。磁性体层由铁氧体材料和添加物成分形成。铁氧体材料含有Fe₂O₃、NiO、CuO以及ZnO。Fe₂O₃的含量为30～45mol％，NiO的含量为45～58mol％，CuO的含量为6～10mol％，ZnO的含量为0～3mol％。添加物成分含有CoO。CoO的含量相对于铁氧体材料的全部为0.1～2.5质量％。所述的层叠电感零部件在1GHz以上的工作频率中具有500Ω以上的阻抗峰值。

Description

层叠电感零部件

技术领域

本发明涉及层叠电感零部件。

背景技术

片状电感、片状磁珠(chip beads)、片状变压器或者LC复合片状零部等的层叠电感零部件一般具备磁性体层被层叠而成的层叠部和被配置于层叠部内的具有线圈状构造的导体部。

作为层叠电感零部件的一个例子，在日本专利第3421656号公报(特开2002-246217号公报)中记载了由含有Fe₂O₃：25～52mol％、ZnO：0～40mol％、CuO：0～20mol％、NiO：1～65mol％的铁氧体材料构成的片状电感。

发明内容

近年来，在与个人电脑、携带式电话、DSC、LCD以及DVD相关连机器等的电子机器设备中，伴随着工作频率的高速化，所产生的噪音也成为高频。为此，希望开发一种EMC对策零部件(信号线的噪音消除零部件)，其在高频带区域(比如1GHz以上)中急速建立起阻抗从而消除噪音，而在低频带区域(比如100MHz以下)中为了传送通信能够较低地抑制不需要的阻抗。即，正在寻求着将阻抗的频率特性较从前向高频侧延伸。

本发明的目的在于提供在高频带区域中能够消除噪音的层叠电感零部件。

为了达到上述目的，本发明者经过了各种各样的实验和研究探讨，发现了通过以指定的配比调配Fe₂O₃、NiO、CuO、ZnO以及CoO，并通过进行烧成而制得的铁氧体材料，适于构成能够实现在高频带区域中消除噪音的层叠电感零部件。并且，再进一步加以实验以至于完成了本发明。

即，本发明所涉及的层叠电感零部件，是具备多个磁性体层被层叠而成的层叠部和配置于层叠部内的导体部的层叠电感零部件，磁性体层由铁氧体材料和添加物成分形成，铁氧体材料含有Fe₂O₃、NiO、CuO以及ZnO，Fe₂O₃的含量为30～45mol％，NiO的含量为45～58mol％，CuO的含量为6～10mol％，ZnO的含量为0～3mol％，添加物成分含有CoO，CoO的含量相对于铁氧体材料的全部为0.1～2.5质量％(1000～25000ppm)，在1GHz以上的工作频率中具有500Ω以上的阻抗峰值。

在上述本发明所涉及的层叠电感零部件中，磁性体层具有上述组成，在1GHz以上的高频带区域中阻抗峰值为500Ω以上。即，在本发明所涉及的层叠电感零部件中，能够使串联谐振频率较从前向高频侧(1GHz以上)位移。其结果，本发明所涉及的层叠电感零部件在被实际安装于电子设备机器的时候，能够消除在高频带区域所发生的噪音。

在上述本发明所涉及的层叠电感零部件中，能够将烧结铁氧体材料以及添加物成分而得到的层叠部的密度(以下记作烧结密度)提高至5.00g/cm³以上。烧结密度如果是小于5.00g/cm³的情况，那么就会有发生绝缘阻抗IR劣化等的问题的倾向。

根据本发明能够提供在高频带区域可以消除噪音的层叠电感零部件。

本发明通过以下给出的详细说明和参照附图将会变得更加清楚，但是，这些说明和附图仅仅是为了说明本发明而举出的例子，不能被认为是对本发明的限定。

以下给出的详细说明将会更加清楚地表述本发明的应用范围。但是，这些详细说明和特殊实例、以及优选实施方案，只是为了举例说明而举出的，本领域的技术人员显然能够理解本发明的各种变化和修改都在本发明的宗旨和范围内。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式所涉及的层叠型片状磁珠的立体图。

图2是沿着连接由图1所表示的层叠型片状磁珠的端子电极之间的线的截面图。

图3是在与连接由图1所表示的层叠型片状磁珠的端子电极之间的线垂直的方向上的截面图。

具体实施方式

下面参照附图就本发明的优选实施方式进行详细的说明。另外，在附图说明中，对相同或者相当的要素标注相同的符号，并省略重复说明。

图1是表示本发明的实施方式所涉及的层叠电感零部件(层叠型片状磁珠)的立体图，图2是沿着连接由图1所表示的层叠型片状磁珠的端子电极之间的线的截面图，图3是在与连接由图1所表示的层叠型片状磁珠的端子电极之间的线垂直的方向上的截面图。

层叠型片状磁珠1具备长方体形状的本体元件2和一对端子电极3、3。一对端子电极3、3形成在本体元件2的长边方向的两个侧面上。如图2以及图3所示，本体元件2具有层叠部4和以线圈状卷绕的导体部(以下称之为线圈状导体5)。层叠部4通过层叠由铁氧体材料以及添加物成分形成的磁性体层来构成。

线圈状导体5由导电性材料构成并具有大致半圆形状的截面。线如图2所示，圈状导体5的引出部5a、5b被引出至层叠部4的边缘部，并且分别连接于各个端子电极3、3。线圈状导体5通过使多个导体图形7连续来构成。

层叠型片状磁珠1在1GHz以上的频带区域中具有阻抗峰值，其峰值为500Ω以上。线圈状导体5的圈绕次数根据想要得到的阻抗的频率特性等作适当的设定，在本实施方式中为8圈程度。

以下就有关上述的层叠型片状磁珠1的制造方法进行说明。

首先，制作铁氧体膏以及导体膏。

铁氧体膏通过混炼铁氧体材料(铁氧体粉末)、添加物成分以及有机载体(organic vehicle)来制作。有机载体含有胶粘剂和有机溶剂。

铁氧体粉末含有Fe₂O₃、NiO、CuO以及ZnO；Fe₂O₃的含量为30～45mol％，优选为34～40mol％；NiO的含量为45～58mol％，优选为53～57mol％；CuO的含量为6～10mol％；ZnO的含量为0～3mol％，优选为0～2mol％。在包含于铁氧体粉末的NiO中，最大程度地可以将15mol％的NiO取代为MgO。

在铁氧体粉末的制作过程中，首先，称取铁氧体原料，使得烧成后所得到的磁性体层的组成成为目标组成，将这些铁氧体原料与纯水一起在球形研磨机等中进行湿式混合。接着，由喷雾干燥机等对湿式混合后的物质进行干燥，之后，进行预烧成，从而获得预烧成粉体。进一步，将预烧成粉体与纯水一起在球形研磨机等中进行湿式混合，之后，由喷雾干燥机等将湿式混合后的物质进行干燥，从而得到铁氧体粉末。

添加物成分含有CoO，CoO的含量相对于铁氧体材料的全部为0.1～2.5质量％(1000～25000ppm)，优选为0.2～2.0质量％(2000～20000ppm)。CoO既可以在混合铁氧体粉末的各个原料的时候添加，或者也可以添加到铁氧体原料的预烧成粉体中。除CoO以外添加物成分还可以进一步含有MgO等。

铁氧体粉末的比表面积优选为5～15m²/g，更为优选的是5～10m²/g。铁氧体粉末的比表面积如果是小于5m²/g，那么就有使烧结性在较大程度上劣化的倾向。铁氧体粉末的比表面积如果是大于15m²/g，那么由于烧结性过剩就会有阻抗峰值向低频侧位移的倾向。

铁氧体粉末除了含有上述成分以外，还也可以含有微量的Mn(换算成MnO为20000ppm以下)、S(原子换算成S为300～900ppm)以及Cl(原子换算成Cl为100ppm以下)等。

作为包含于有机载体中的胶粘剂，通常可以使用聚乙烯醇缩乙醛类树脂、乙基纤维素、硝化纤维素、丙烯酸树脂、酚醛树脂、聚氨酯、聚酯、松香、顺丁烯二酸、三聚氰胺以及尿素树脂等的各种树脂的1种以上。在本实施方式中，作为胶粘剂使用聚乙烯醇缩乙醛类树脂以及乙基纤维素。作为聚乙烯醇缩乙醛类树脂，可以使用聚乙烯醇缩乙醛以及聚乙烯醇缩丁醛，优选使用聚乙烯醇缩丁醛。

包含于铁氧体膏中的胶粘剂的含量是，相对于铁氧体粉末100重量份优选为3.0～5.0重量份。包含于铁氧体膏中的聚乙烯醇缩乙醛类树脂的含量是，相对于铁氧体粉末100重量份优选为1.0～2.0重量份。包含于铁氧体膏中的乙基纤维素的含量优选是，从胶粘剂的含量中减去聚乙烯醇缩乙醛类树脂的含量的剩余部分。

作为包含于有机载体中的有机溶剂，可以使用比如醇类(乙醇、甲醇、丙醇、丁醇以及萜品醇等)、酮类(丙酮等)、溶纤剂类(乙二醇一甲醚以及乙二醇一***等)、酯类(乙酸甲酯以及乙酸乙酯等)以及醚类(***以及丁基卡必醇等)等，这些溶剂既可以单独使用1种，也可以合并使用2种以上。

上述铁氧体膏也可以进一步含有，邻苯二甲酸酯类、磷酸酯类、脂肪酸酯以及乙二醇衍生物等的增塑剂，或者脂肪酸酰胺类、有机磷酸酯类以及羧酸类等的分散剂。

导体膏通过例如以指定的比例将导体粉末与胶粘剂以及有机溶剂共同进行调配后，将其进行混炼来制作。在混炼工序中使用三轴挤压滚轮、匀浆器或混砂机等。

作为导体粉末通常使用Ag、Ag合金、Cu以及Cu合金等，优选使用电阻率小的Ag。

接着，通过印刷法将上述铁氧体膏层叠至其厚度达到指定的厚度。然后，在该层叠物之上更进一步成形铁氧体膏，从而形成铁氧体坯料层，干燥该铁氧体坯料层，从而形成铁氧体干燥层。接着，在铁氧体干燥层上印刷上述导体膏，并使该导体膏干燥，从而形成导体图形。然后，在形成有导体图形的铁氧体干燥层上，再交替多次重叠即印刷层叠另外的铁氧体干燥层和导体图形。更进一步，在其上面通过印刷方法以指定的厚度层叠铁氧体膏，从而形成烧成前的层叠体。该层叠体相当于制作完成后的层叠型片状磁珠中的本体元件2(参照图1)。在所得到的本体元件2中，具有指定的圈绕数的螺旋状的层叠线圈(线圈状的导体5)被形成于铁氧体磁性体(多个磁性体层被层叠而成的层叠部4)之中。铁氧体坯料层(铁氧体干燥层)在本体元件2中成为磁性体层。

而后，按指定的尺寸切断层叠体。层叠体通常具有多个元件单元排列而成的薄片构造，所以通过按照指定尺寸切断薄片状的层叠体，从而获得分别内藏有一个线圈状导体5的多个烧成前的层叠体元件。此时，以线圈状导体5的引出部5a、5b的端面分别从层叠体元件的相对的二个侧面露出的方式，切断薄片状的层叠体。

其后，对于所得到的层叠体元件，比如在350～500℃的温度条件下并在氧存在的环境条件下实施脱胶粘剂处理。然后，通过比如在850～920℃的温度条件下保持1～2小时的一体烧成来烧结层叠部4以及导体图形7，从而获得上述的本体元件2。

接着，在通过烧成而得到的本体元件2中，在线圈状导体5的引出部5a、5b的端面露出的侧面上，涂布以Ag作为主要成分的导电膏，比如在600℃程度的温度条件下进行烧结，从而形成端子电极3、3。其后，通常对端子电极3、3进一步施行电镀。电镀优选使用铜和镍和锡、镍和锡、镍和金、镍和银等来实施。

通过如上所述的方法完成本实施方式所涉及的层叠型片状磁珠1。

在上述实施方式所涉及的层叠型片状磁珠1中，磁性体层由铁氧体材料和添加物成分形成，铁氧体材料含有Fe₂O₃、NiO、CuO以及ZnO，Fe₂O₃含量为30～45mol％，NiO含量为45～58mol％，CuO含量为6～10mol％，ZnO含量为0～3mol％，添加物成分含有CoO，CoO的含量相对于铁氧体材料的全部为0.1～2.5质量％(1000～25000ppm)，在1GHz以上的高频带区域中的阻抗峰值为500Ω以上。即，在本实施方式中，能够使层叠型片状磁珠1的串联谐振频率较从前向高频侧位移。其结果，本实施方式所涉及的层叠型片状磁珠1在被实际安装于电子设备机器上的时候，能够消除在高频带区域发生的噪音。

在上述本实施方式中，能够将烧结铁氧体材料以及添加物成分而得到的层叠部4的密度提高至5.00g/cm³以上。烧结体密度如果是小于5.00g/cm³的情况，那么就有发生绝缘阻抗IR劣化等的问题的倾向。

在上述实施方式中，铁氧体膏不只是含有作为胶粘剂的一直以来所使用的乙基纤维素，还含有比乙基纤维素柔软性高的聚乙烯醇缩乙醛类树脂。因此，铁氧体坯料层的柔软性比现有技术得到了提高。其结果，在铁氧体坯料层的干燥工序中即使在铁氧体坯料层上发生收缩应力也能够抑制铁氧体坯料层上的龟裂的发生。另外，即使由于铁氧体坯料层的厚度差而产生干燥速度的不均匀，也能够抑制在铁氧体坯料层上的龟裂的发生。另外，根据本实施方式，即使导体图形厚的情况下也能够抑制起因于铁氧体坯料层的厚度差的龟裂的发生。

在上述实施方式所涉及的铁氧体膏中作为胶粘剂所含有的聚乙烯醇缩乙醛类树脂，其热分解温度区域高于乙基纤维素。因此，在层叠体的热处理工序(脱胶粘剂工序以及烧成工序)中，在导体图形7发生收缩的温度区域内聚乙烯醇缩乙醛类树脂难以分解，并且由于铁氧体干燥层中的胶粘剂的残存率比现有技术高，所以提高了铁氧体干燥层的保形性。其结果，抑制了铁氧体干燥层(磁性体层)中的龟裂的发生。

在包含于铁氧体膏中的聚乙烯醇缩乙醛类树脂的含量相对于铁氧体粉末100重量份是小于1.0重量份的情况下，即会存在以下的倾向。由于铁氧体坯料层的柔软性降低，在干燥铁氧体坯料层的时候，在铁氧体坯料层上容易产生龟裂。在烧成层叠体时，在导体图形7发生收缩的温度区域中，铁氧体干燥层中的胶粘剂的残存率低，在铁氧体干燥层(磁性体层)上容易产生龟裂。

在聚乙烯醇缩乙醛类树脂的含量相对于铁氧体粉末100重量份大于2.0重量份的情况下，在烧成层叠体的时候，在导体图形7发生收缩的温度区域内，铁氧体干燥层中的胶粘剂的残存率过剩。因此，在脱胶粘剂后的烧成温度区域内，残存的胶粘剂将急剧燃烧，从而在紧密结合于导体图形7的部分铁氧体干燥层上容易发生龟裂。因此，在本实施方式中，通过相对于铁氧体粉末100重量份将聚乙烯醇缩乙醛类树脂的含量调整至1.0～2.0重量份，能够抑制在铁氧体坯料层(铁氧体干燥层)上的龟裂的发生。

在上述的层叠型片状磁珠1中，通过将线圈状导体5的截面形成为大致半圆形状，相比于矩形的截面情况，能够以少量的导体膏确保厚度。如此，通过增加导体图形7(线圈状导体5)的厚度，使烧成时的收缩率变大。因此，与烧成时的层叠部4的收缩率之差变小。因此，烧成时的层叠部4和导体图形7的收缩量的差被减小，从而能够抑制在层叠部4的与导体图形7紧密结合的部位上的龟裂的发生。

以上就有关本发明的优选实施方式作了详细的说明，但是本发明并不限定于上述的实施方式。比如，本发明不只是适用于片状磁珠，还能够适用于片状电感、片状变压器以及LC复合片状零部件等的层叠电感零部件。

以下以实施例来更加详细地说明本发明，但是本发明并不限定于这些实施例。

(实施例1)

[层叠型片状磁珠的制作]

按照上述的制造方法以如下形式实施，从而制得实施例1的层叠型片状磁珠。

在层叠型片状磁珠的制作过程中，首先，制作铁氧体粉末和添加物成分的混合粉末。在铁氧体粉末的制作过程当中，分别称取Fe₂O₃30.0mol％、NiO58.0mol％、CuO含量为9.0mol％以及Zn3.0mol％，将其作为原料粉末。相对于该原料粉末添加0.1质量％的添加物CoO(1000ppm)，将该混合物与纯水一起置于球形研磨机内进行湿式混合，再由喷雾干燥机进行干燥，从而获得混合粉体。然后，在700～800℃的温度条件下以10小时预烧成该混合粉体，从而得到预烧成粉体。其后，将该预烧成粉体与纯水一起在球形研磨机中进行湿式混合，进行粉碎研磨至得到平均粒径为0.7μm、比表面积为5～10m²/g的程度的粒子为止。由喷雾干燥机对通过粉碎而得到的粒子进行干燥，从而得到铁氧体粉末和添加物成分的混合粉末。

然后，通过将所得到的铁氧体粉末和添加物成分的混合粉末与有机载体一起在球形研磨机中进行湿式混合，从而制得铁氧体膏。

另外，制作了导体膏。导体膏通过以指定的比例混合平均粒径0.6μm的Ag粉末与胶粘剂以及溶剂之后进行混炼而制得。

接着，通过印刷法将上述铁氧体膏层叠至其厚度达到上述指定的厚度。然后，在该层叠物之上多次交替重叠即印刷层叠铁氧体膏以及导体膏。更进一步，在其之上通过印刷法以指定的厚度层叠铁氧体膏，从而形成在内部配置有多个8圈的层叠线圈(线圈状导体5的前驱体)的烧成前的层叠体。然后，切断该层叠体，从而得到在内部配置有1个线圈状导体5的前驱体的层叠体元件。

对于所得到的层叠体元件，在500℃的温度和氧存在的条件下施行脱胶粘剂处理。脱胶粘剂处理之后，对层叠体元件在900℃的温度条件下进行2小时的烧成，从而获得具有层叠部4和配置于其内部的线圈状导体5的本体元件2。在本体元件2的线圈状导体5的引出部的端面所露出的侧面上，涂布以Ag作为主成分的导电性膏，并在大约600℃程度的温度条件下进行烧结。再在烧结后的Ag表面上电镀Cu、Ni以及Sn，从而形成端子电极3。通过以上操作获得了实施例1的层叠型片状磁珠1。所得到的层叠型片状磁珠1是1005形状(1.0×0.5×0.5mm)。完成后的层叠型片状磁珠1中的磁性体层(层叠部4)的组成，与磁性体层(层叠部4)的原料铁氧体粉末的具体组成相同。包含于磁性体层(层叠部4)的CoO的含量，与添加到铁氧体粉末中的添加物成分的CoO的含量相同。

(实施例2～15以及比较例1～14、16～31)

除了使用具有表1～4所表示的组成的各个铁氧体粉末之外，以与实施例1相同的方法分别制作实施例2～15以及比较例1～14、16～31的层叠型片状磁珠。

(评价)

[烧结密度的测定]

分别测定实施例1～15以及比较例1～14、16～31的烧结后的层叠部4的密度(以下记作烧结密度)。其结果表示于表1～4中。烧结密度优选为5.00g/cm³以上。

[阻抗的测定]

对于实施例1～15以及比较例1～14、16～31的各个层叠型片状磁珠测定串联谐振频率fr、在串联谐振频率fr时的阻抗峰值frZ以及在频率100MHz时的阻抗值。测定装置是使用Hewlett-Packard公司制造的HP-4291B RF Impedance/Material Analyzer。测定结果表示于表1～4中。

串联谐振频率fr优选为1GHz以上。在串联谐振频率fr时的阻抗峰值frZ优选为500Ω以上。在频率100MHz时的阻抗值越低越好。

在表1～4中，当层叠部4的烧结密度为5.00g/cm³以上、且串联谐振频率fr为1GHz以上、且在串联谐振频率fr时的阻抗峰值frZ为500Ω以上的情况下，评价为○；除此之外评价为×。优选评价为○。

表1

表2

表3

表4

如表1～4所示，在实施例1～15中，铁氧体粉末(铁氧体材料)含有Fe₂O₃、NiO、CuO以及ZnO，Fe₂O₃含量为30～45mol％，NiO含量为45～58mol％，CuO含量为6～10mol％，ZnO含量为0～3mol％，添加物成分含有CoO，CoO的含量相对于铁氧体材料的全部为0.1～2.5质量％(1000～25000ppm)。在实施例1～15中确认到：层叠型片状磁珠1在1GHz以上的工作频率(串联谐振频率)中具有500Ω以上的阻抗峰值。

确认到：在该实施例1～15中，层叠部4的烧结密度为5.00g/cm³以上。确认到：在实施例1～15中，100MHz(低频率)时的阻抗低于高频率区域(1GHz)的阻抗。

在表1的比较例1～8中，铁氧体粉末的组成或者添加物成分CoO的含量不在实施例1～15所表示的组成范围之内，在串联谐振频率fr时的阻抗峰值frZ为小于500Ω。在比较例1～8中，层叠部4的烧结密度为小于5.00g/cm³。

在表1的比较例9、10中，铁氧体粉末的组成不在实施例1～15所表示的组成范围之内，层叠部4的烧结密度为小于5.00g/cm³。

在表2的比较例11～14中，添加物成分CoO的含量不在实施例1～15所表示的组成范围之内，在串联谐振频率fr时的阻抗峰值frZ为小于500Ω。在比较例11～14中，层叠部4的烧结密度为小于5.00g/cm³。

在表3的比较例16、17中，铁氧体粉末的组成不在实施例1～15所表示的组成范围之内，串联谐振频率fr为小于1GHz，阻抗峰值frZ为小于500Ω。

在表3的比较例18中，铁氧体粉末的组成不在实施例1～15所表示的组成范围之内，在串联谐振频率fr上的阻抗峰值frZ为小于500Ω。

在表3的比较例19、21中，铁氧体粉末的组成不在实施例1～15所表示的组成范围之内，串联谐振频率fr为小于1GHz。

在表3的比较例20中，铁氧体粉末的组成不在实施例1～15所表示的组成范围之内，在串联谐振频率fr时的阻抗峰值frZ为小于500Ω。

在表4的比较例22、23中，添加物成分CoO的含量不在实施例1～15所表示的组成范围之内，在串联谐振频率fr时的阻抗峰值frZ为小于500Ω。在比较例22、23中，在100MHz时的阻抗值为100Ω以上，较大。

在表4的比较例24～26中，在串联谐振频率fr时的阻抗峰值frZ为小于500Ω。

在表4的比较例27～31中，添加物成分CoO的含量不在实施例1～15所表示的组成范围之内，串联谐振频率fr为小于1GHz。在比较例29～31当中，层叠部4的烧结密度为小于5.00g/cm³。

从本发明的详细说明可知本发明可作多种方式的变化。这些变化不能被视为超出了本发明的宗旨和范围，并且，这些对于本领域的技术人员来说是很显然的修改都被包含在本发明权利要求的范围之内。

Claims

1.一种层叠电感零部件，其特征在于：

具备多个磁性体层被层叠而成的层叠部和配置于所述层叠部内的导体部，

所述磁性体层由铁氧体材料和添加物成分形成，

所述铁氧体材料含有Fe₂O₃、NiO、CuO以及ZnO，

所述Fe₂O₃的含量为30～45mol％，

所述NiO的含量为45～58mol％，

所述CuO的含量为6～10mol％，

所述ZnO的含量为0～3mol％。

所述添加物成分含有CoO，

所述CoO的含量相对于所述铁氧体材料的全部为0.1～2.5质量％，

所述的层叠电感零部件在1GHz以上的工作频率中具有500Ω以上的阻抗峰值。