CN107077948A

CN107077948A - 层叠线圈部件

Info

Publication number: CN107077948A
Application number: CN201580060001.8A
Authority: CN
Inventors: 冈田佳子; 山本笃史
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2014-11-06
Filing date: 2015-11-04
Publication date: 2017-08-18
Also published as: JPWO2016072428A1; KR20170066538A; WO2016072428A1; US20170229221A1; US11139095B2

Abstract

本发明提供一种层叠线圈部件，所述层叠线圈部件具有含有Fe、Zn、V和Ni并且可进一步含有Mn和/或Cu的磁性体部和含有铜的线圈状的导体部，其特征在于，在磁性体部，相对于换算成Fe₂O₃的Fe含量、换算成ZnO的Zn含量、换算成V₂O₅的V含量和换算成NiO的Ni含量以及存在Cu、Mn时换算成CuO的Cu含量和换算成Mn₂O₃的Mn含量的合计，Fe的含量换算成Fe₂O₃为34.0～48.5mol％，Zn的含量换算成ZnO为6.0～45.0mol％，Mn的含量换算成Mn₂O₃为0～7.5mol％，Cu的含量换算成CuO为0～5.0mol％，V的含量换算成V₂O₅为0.5～5.0mol％。本发明的层叠线圈部件可以使用铜作为内部导体，即使以工业规模大量生产时电阻率的波动也少。

Description

层叠线圈部件

技术领域

本发明涉及一种层叠线圈部件，更详细而言，涉及一种具有以铜为主成分的导体部而成的层叠线圈部件。

背景技术

使用铜作为层叠线圈部件的内部导体时，需要在铜不氧化的还原环境下同时烧制铜导体和铁氧体材料(磁性体材料)，如果在这样的条件下进行烧制，则铁氧体材料的Fe从3价被还原成2价，存在层叠线圈部件的电阻率降低等问题。因此，一般使用以银为主成分的导体。然而，如果考虑为低电阻、比银便宜、不易发生迁移，则优选使用以铜为主成分的导体。

在专利文献1中公开了一种铁氧体陶瓷组合物，其特征在于，所述铁氧体陶瓷组合物至少含有Fe、Mn、Ni和Zn，Cu的摩尔含量换算成CuO为0～5mol％，且用(x，y)表示将Fe换算成Fe₂O₃时的摩尔含量x mol％和将Mn换算成Mn₂O₃时的摩尔含量y mol％时，(x，y)在由A(25，1)、B(47，1)、C(47，7.5)、D(45，7.5)、E(45，10)、F(35，10)、G(35，7.5)和H(25，7.5)围成的区域。采用这样的构成的铁氧体陶瓷组合物，即使与Cu系材料同时进行烧制，也能够抑制Cu氧化、Fe₂O₃还原，由此能够不导致电阻率ρ降低地确保期望的绝缘性。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2013-53042号公报

发明内容

根据本发明人等的研究，可知在专利文献1所记载的铁氧体陶瓷组合物(层叠线圈部件)中，虽然在研究室规模下使用铜作为内部导体时得到良好的性能，但如果扩大到工业规模，则会出现如下问题：电阻率产生波动，例如在对外部电极进行镀覆处理时，镀层生长到磁性体部。

本发明的目的在于提供一种可以使用铜作为内部导体、以工业规模大量生产时电阻率的波动也小的层叠线圈部件。

本发明人等对上述的电阻率的波动的原因进行了研究，结果发现在使用铜作为内部导体时，虽然层叠体的烧制在低氧环境下(具体而言，为Cu-Cu₂O平衡氧分压下)进行，但在大量制造层叠线圈部件的情况下，烧制炉内的氧分压产生波动，其结果层叠线圈部件的电阻率产生波动。这样电阻率产生波动时，在电阻率小的层叠线圈部件中进行外部电极的镀覆处理时，会产生镀层生长到磁性体部的问题。

认为在烧制炉内的氧分压的波动是由如下原因引起的。大量制造层叠线圈部件时，用于烧制层叠体的烧制炉随着其规模相应地变大。在使用较大的烧制炉时，难以使烧制炉内为均匀的环境，受排风的影响等烧制炉内的氧分压会产生波动。另外，在层叠线圈部件的制造中，在上述烧制前通过以300～400℃的温度加热层叠体中的有机粘结剂来使其燃烧而除去。使用铜作为内部导体时，为了防止铜的氧化，该燃烧在低氧环境下进行，因此有时有机粘结剂未完全燃烧而残留于层叠体中。因为该残留有机粘结剂在烧制炉内燃烧，有机粘结剂争夺氧，所以会产生氧分压局部较低的位置。这样，认为在氧分压比设定值低的位置，磁性体中的铁被还原，电阻率降低。

本发明人等为了解决上述问题而进行了深入研究，结果发现通过使磁性体含有规定量的钒，调整铁、锌、锰、铜等其它成分的量，从而即便大量生产层叠线圈部件并在烧制炉内出现低氧分压的位置时，也能够减少镀覆延伸(めっき伸び)的不良，从而完成了本发明。

根据本发明的一个主旨，提供一种层叠线圈部件，其特征在于，具有含有Fe、Zn、V和Ni并且可以进一步含有Mn和/或Cu的磁性体部和含有铜的线圈状的导体部，

在磁性体部，相对于换算成Fe₂O₃的Fe含量、换算成ZnO的Zn含量、换算成V₂O₅的V含量和换算成NiO的Ni含量以及存在Cu、Mn时换算成CuO的Cu含量和换算成Mn₂O₃的Mn含量的合计，

Fe的含量换算成Fe₂O₃为34.0～48.5mol％，

Zn的含量换算成ZnO为6.0～45.0mol％，

Mn的含量换算成Mn₂O₃为0～7.5mol％，

Cu的含量换算成CuO为0～5.0mol％，

V的含量换算成V₂O₅为0.5～5.0mol％。

根据本发明，通过使磁性体部的Fe的含量换算成Fe₂O₃为34.0～48.5mol％，使Zn的含量换算成ZnO为6.0～45.0mol％，使Mn的含量换算成Mn₂O₃为0～7.5mol％，使Cu的含量换算成CuO为0～5.0mol％，使V的含量换算成V₂O₅为0.5～5.0mol％，从而提供在使用铜作为内部导体进行大量生产时也不易产生镀覆延伸不良、能够大量生产的层叠线圈部件。

附图说明

图1是本发明的一个实施方式的共模扼流线圈的简要立体图。

图2是图1的实施方式的共模扼流线圈的简要分解俯视图，是省略了外部电极的图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的层叠线圈部件(在本实施方式中，为共模扼流线圈)及其制造方法进行详细说明。其中，要注意的是本发明的层叠线圈部件的构成、形状、卷绕数和配置等不限定于图示的例子。

如图1和图2所示，本实施方式的共模扼流线圈1简要地含有具有磁性体部和埋设于磁性体部的2个线圈状的导体部的层叠体2而成，在层叠体2的外表面设有外部电极4a、4b、4c、4d。

更详细而言，如图2所示，磁性体部是磁性体层6a～6i层叠而成的。导体部的形成在磁性体层上的导体层8a～8d和8a’～8d’分别穿过贯通磁性体层设置的导通孔10a～10e和10a’～10f’而连接成线圈状。

磁性体部由烧结铁氧体构成，该烧结铁氧体含有Fe、Zn、V和Ni，根据需要而含有Mn和/或Cu。

导体部只要由含有铜的导体构成即可，优选由含有铜作为主成分的导体构成。应予说明，导体的主成分表示在导体中存在最多的成分，例如可以为相对于导体整体为50质量％以上、优选为80质量％以上、更优选为90质量％以上、例如为95质量％以上、98质量％以上或99质量％以上的成分。在优选的形态中，构成上述导体部的导体实质上由铜构成。

外部电极4a～4d没有特别限定，通常由含有铜或银作为主成分的导体构成，可以镀覆镍和/或锡等。

上述的本实施方式的共模扼流线圈1如下进行制造。

首先，准备含有Fe、Zn、Ni和V并且可根据期望而含有Mn和/或Cu的铁氧体材料。

铁氧体材料含有Fe、Zn、Ni和V作为主成分，可以根据需要而含有其它主成分，例如Mn和/或Cu。另外，也可以进一步含有添加成分。通常，铁氧体材料可以按期望的比例将作为这些主成分的原材料的Fe₂O₃、ZnO、NiO、V₂O₅、Mn₂O₃和CuO的粉末进行混合和预烧来制备，但并不限定于此。

铁氧体材料中的Fe(Fe₂O₃换算)含量为34.0～48.5mol％(主成分合计基准)。通过使Fe(Fe₂O₃换算)含量为48.5mol％以下，能够抑制Fe从3价向2价的还原，抑制电阻率的降低。另外，如果使Fe(Fe₂O₃换算)含量小于34.0mol％，反而导致电阻率的降低，变得无法确保绝缘性，因此优选为34.0mol％以上。

铁氧体材料中的Zn(ZnO换算)含量为6.0～45.0mol％(主成分合计基准)。通过使Zn(ZnO换算)含量为6.0mol％以上，能够得到高导磁率，能够取得较大的电感。另外，通过使Zn(ZnO换算)含量为45.0mol％以下，能够避免居里点的降低，能够避免层叠线圈部件的工作温度的降低。

铁氧体材料中的V(V₂O₅换算)含量为0.5～5.0mol％(主成分合计基准)。通过使V(V₂O₅换算)含量为0.5～5.0mol％地烧制层叠体，能够提高电阻率，进而能够减少在层叠线圈部件间的电阻率的波动。

在本发明中，铁氧体材料可以进一步含有Cu。铁氧体材料中的Cu(CuO换算)含量为0～5.0mol％(主成分合计基准)。应予说明，Cu并非必需成分，Cu的含量也可以为0。在一个形态中，铁氧体材料中的Cu(CuO换算)含量为0.1～5.0mol％。通过含有Cu地烧制层叠体，能够提高直流叠加特性。

在本发明中，铁氧体材料可以进一步含有Mn。铁氧体材料中的Mn(Mn₂O₃换算)含量为0～7.5mol％(主成分合计基准)。应予说明，Mn并非必需成分，Mn的含量也可以为0。在一个形态中，铁氧体材料中的Mn(Mn₂O₃换算)含量为0.1～7.5mol％。通过含有Mn，从而磁性体的保持力降低，磁通密度变大，因此能够提高导磁率，还因为Mn比Fe优先被还原，所以能够避免因Fe还原而引起的电阻率的降低。

铁氧体材料中的Ni(NiO换算)含量没有特别限定，可以是作为上述其它主成分的Fe、Zn、V、Cu和Mn的剩余部分。

作为铁氧体材料的添加成分，例如可举出Bi，但并不限定于此。Bi含量(添加量)相对于主成分(Fe(Fe₂O₃换算)、Zn(ZnO换算)、V(V₂O₅换算)、Cu(CuO换算)、Mn(Mn₂O₃换算)、Ni(NiO换算))的合计100重量份，优选换算成Bi₂O₃为0.1～1重量份。通过使Bi(Bi₂O₃换算)含量为0.1～1重量份，能够在进一步促进低温烧制的同时避免异常晶粒生长。如果Bi(Bi₂O₃换算)含量过高，则容易引起异常晶粒生长，在异常晶粒生长部位电阻率降低，外部电极形成时的镀覆处理时，在异常晶粒生长部位附着镀层，因此不优选。

应予说明，在磁性体部的烧结前后，会发生如下情况：烧结前的铁氧体材料的各种成分例如CuO、Fe₂O₃通过烧制而其一部分分别转化为Cu₂O、Fe₃O₄。但是，不妨碍认为上述烧结后的磁性体部的各主成分例如CuO换算含量、Fe₂O₃换算含量分别与烧结前的铁氧体材料的各主成分CuO含量、Fe₂O₃含量实质上没有差异。

使用上述的铁氧体材料来准备磁性体片。例如，通过将铁氧体材料与含有粘结剂树脂和有机溶剂的有机载体混合/混炼并成型为片状而得到磁性体片即可，但并不限定于此。

另外准备含有铜的导体糊。可以使用可市售得到的以粉末形态含有铜的一般的铜糊，但并不限定于此。导体糊中的铜粉末的平均粒径D50(由激光衍射散射法求出的体积基准的累积百分率50％等效直径)优选为0.5～10μm的范围，更优选为0.5～5μm。通过使铜粉末的平均粒径D50为上述范围，能够促进铜从内部导体向磁性体的扩散，成为理想的状态，在磁性体的特定区域得到规定的Cu含量比。

然后，将上述磁性体片(与磁性体层6a～6i对应)介由含有铜的导体糊层(与导体层8a～8d和8a’～8d’对应)进行层叠，得到导体糊层穿过贯通磁性体片设置的导通孔(与导通孔10a～10e和10a’～10f’对应)相互连接成线圈状的层叠体(为未烧制层叠体，与层叠体2对应)。

层叠体的形成方法没有特别限定，可以利用片层叠法和印刷层叠法等而形成层叠体。利用片层叠法进行时，可以对磁性体片适当地设置导通孔，以规定的图案(在设有导通孔的情况下，一直填充到导通孔)印刷导体糊而形成导体糊层，将适当地形成了导体糊层的磁性体片进行层叠和压接，切断成规定的尺寸，从而得到层叠体。利用印刷层叠法进行时，可以将上述磁性铁氧体材料制成糊料，在PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)膜等基材上按规定顺序印刷磁性铁氧体糊和导体糊而形成磁性体糊层、导体糊层，适当地反复进行上述操作，最后切断成规定尺寸，从而得到层叠体。该层叠体可以将多个一次制作成矩阵状之后，通过切片等分别切断(进行元件分离)而单片化，也可以预先单独制作。

接下来，将上述得到的未烧制层叠体在规定的氧分压下进行热处理，从而对磁性体片和含有铜的导体糊层进行烧制，分别制成磁性体层6a～6i和导体层8a～8d和8a’～8d’。在由此得到的层叠体2中，磁性体层6a～6i形成磁性体部，导体层8a～8d形成1个线圈状的导体部，导体层8a’～8d’形成另一个线圈状的导体部。

进行上述烧制时的氧分压优选为Cu-Cu₂O平衡氧分压以下(还原环境)，更优选为Cu-Cu₂O平衡氧分压。通过以这样的氧分压对未烧制层叠体进行热处理，能够避免导体部的Cu氧化。另外，与在空气中进行热处理的情况相比能够在低温下烧结未烧制层叠体，例如，可以使烧制温度为950～1100℃。本发明不受任何理论束缚，但认为在低氧浓度环境下进行烧制时，可以在晶体结构中形成氧缺陷，介由上述氧缺陷而促进Fe、Zn、V、Cu、Mn、Ni的相互扩散，提高低温烧结性。

接下来，在上述得到的层叠体2的端面形成外部电极4a～4d。外部电极4a～4d的形成例如可以通过以下方式来实施，即将铜或银的粉末与玻璃等一起制成糊状，将上述糊状物涂布在规定区域，在不使铜氧化的环境下对以上得到的结构体例如以700～850℃进行热处理而烧接铜或银。

如上制造本实施方式的共模扼流线圈1。

本发明的层叠线圈部件与不含有钒的现有层叠线圈部件相比，电阻率提高，进一步不易受到在大量生产时可产生的氧分压的波动的影响，能够减少电阻率的波动。本发明不受任何理论束缚，但认为通过在磁性体部中加入钒而使电阻率提高、波动减少的理由如下。认为电阻率降低的原因是Fe从3价被还原成2价，在B位点间发生跳跃传导。认为如果在此存在V(V₂O₅)，则V从5价被还原成4价或3价，该V进入B位点而抑制跳跃传导，电阻率改善。

本发明的层叠线圈部件的磁性体部的电阻率(logρ)可以优选为7Ωcm以上。

在优选的形态中，本发明的层叠线圈部件在Cu-Cu₂O平衡氧分压以下(还原环境)同时对磁性体部和导体部进行烧制。由于在Cu-Cu₂O平衡氧分压以下进行烧制，因此防止导体部的铜的氧化。而且，通过磁性体部像上述那样具有特定的组成，从而即使在还原环境下同时进行烧制时，磁性体部也能够维持较高的电阻率。

以上，对本发明的一个实施方式进行了说明，但本发明不限定于该实施方式，可以进行各种改变。例如，可以在层叠体的一部分设置非磁性体层，成为开磁路型。非磁性体层以横切线圈形成的磁路的方式设置即可，可以设置在线圈间或线圈外中的任一位置。作为非磁性体层，没有特别限定，可以使用热膨胀系数与磁性体部相近的材料，例如将磁性体材料中的Ni用Zn进行全部置换而成的材料。采用这样的开磁路型的层叠线圈部件，能够实现直流叠加特性的进一步提高。

实施例

实施例1

对Fe₂O₃、ZnO、V₂O₅、NiO、Mn₂O₃和CuO粉末以组成为表1的试样No.1～29中示出的比例的方式进行称量。应予说明，试样No.2～5、No.9～14、No.17～22和No.24～30为本发明的实施例，试样No.1、6～8、15、16、23和31(表中，标记“*”进行表示)为比较例。

[表1]

接下来，将试样No.1～31的各称量物与纯水和PSZ(Partial StabilizedZirconia；部分稳定化氧化锆)球一起加入到氯乙烯制的罐磨机中，在湿式条件下充分进行混合粉碎。使粉碎处理物蒸发干燥后，以750℃的温度进行2小时预烧。将由此得到的预烧粉与乙醇(有机溶剂)和PSZ球一同再加入到氯乙烯制的罐磨机中，充分进行混合粉碎，进一步加入聚乙烯醇缩丁醛系粘结剂(有机粘结剂)充分进行混合，得到陶瓷浆料。接着，使用刮刀法将上述得到的陶瓷浆料成型为厚度25μm的片状。将得到的成型体冲裁成纵50mm、横50mm的大小，制作铁氧体材料的磁性体片。

接下来，将磁性体片以烧制后的厚度为0.5mm的方式进行层叠，以60℃的温度、100MPa的压力进行1分钟压接，制作压接块。利用模具由得到的压接块冲裁出外径为20mm、内径为12mm的环状试样。

将这些试样加入到烧制炉中，在氮中加热到400℃充分进行脱脂，接着，利用N₂-H₂-H₂O的混合气体将氧分压调整为Cu-Cu₂O平衡氧分压，在1000℃下保持2～5小时进行烧制。

实施例2

使用激光加工机，在实施例1所制作的磁性体片的规定位置(图2中示出的位置)形成导通孔后，将含有Cu粉末、清漆和有机溶剂的Cu糊在铁氧体片的表面进行丝网印刷，并且将上述Cu糊填充到导通孔中，形成线圈图案。

将形成了这样制作的线圈图案的铁氧体片和未形成线圈图案的铁氧体片像图2那样层叠，以60℃的温度、100MPa的压力进行1分钟压接，制作压接块。然后，将该压接块切断成规定的尺寸，制作陶瓷层叠体。

将这样制作的陶瓷层叠体在200mm×200mm的ZrO₂质的板上几乎没有间隙地排列，将该板准备50张，使用烧制炉在氮中加热到400℃充分进行脱脂。接下来，假定量产时的氧分压的波动，利用N₂-H₂-H₂O的混合气体将氧分压调整为Cu-Cu₂O平衡氧分压的0.1倍的氧分压，在1000℃下保持2～5小时进行烧制。

接下来，在烧制了的陶瓷层叠体的规定位置涂布含有Cu粉末、玻璃粉、清漆和有机溶剂的铜糊，将其在铜不氧化的环境下，以800℃进行5分钟烧接，进一步利用电镀依次进行镀Ni、镀Sn，形成外部电极，由此制作在磁性体部中埋设有线圈导体的图1所示的层叠线圈部件(共模扼流线圈)。制作的层叠线圈部件的长度为2.1mm，宽度为1.2mm，厚度为1.0mm。

(评价)

·导磁率μ

对于在实施例1中制作的环状的试样，放入Agilent Technologies公司制的磁性体测定夹具(型号16454A-s)中，使用Agilent Technologies公司制的阻抗分析仪(型号E4991A)进行1MHz下的导磁率μ的测定。将结果示于表2。

·镀覆特性

对于在实施例2中制作的各试样编号的试样，利用光学显微镜观察各100个的试样表面，以外部电极端部的位置为起点，测定到镀覆伸到最长的位置的距离。将镀覆延伸的长度超过100μm的情况设为镀覆延伸不良，求出不良率。将结果一并示于表2。

[表2]

根据上述结果，确认了通过在铁氧体材料中使Fe、Zn、Mn、Cu和V的含量为本发明的范围，从而在像实施例2那样假定量产时的氧分压的波动以Cu-Cu₂O平衡氧分压的0.1倍的氧分压进行烧制时，也可抑制镀覆延伸不良。由此认为能够实现稳定的量产。

产业上的可利用性

由本发明得到的层叠线圈部件例如能够在各种电子设备中广泛地用于各种用途。

符号说明

1 共模扼流线圈

2 层叠体

4a～4d 外部电极

6a～6i 磁性体层

8a～8d 导体层

8a’～8d’ 导体层

10a～10e 导通孔

10a’～10f’ 导通孔

Claims

1.一种层叠线圈部件，其特征在于，具有磁性体部和线圈状的导体部，所述磁性体部含有Fe、Zn、V和Ni并且可以进一步含有Mn和/或Cu，所述导体部含有铜，

Fe的含量换算成Fe₂O₃为34.0～48.5mol％，

Zn的含量换算成ZnO为6.0～45.0mol％，

Mn的含量换算成Mn₂O₃为0～7.5mol％，

Cu的含量换算成CuO为0～5.0mol％，

V的含量换算成V₂O₅为0.5～5.0mol％。

2.根据权利要求1所述的层叠线圈部件，其中，Mn的含量换算成Mn₂O₃为0.1～7.5mol％。

3.根据权利要求1或2所述的层叠线圈部件，其中，Cu的含量换算成CuO为0.1～5.0mol％。