JP2005123450A

JP2005123450A - 積層セラミック電子部品

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Publication number: JP2005123450A
Application number: JP2003357841A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Tanaka; 忠田中; Takehiko Otsuki; 健彦大槻
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2003-10-17
Filing date: 2003-10-17
Publication date: 2005-05-12

Abstract

【課題】界面における接合強度を損なうことなく、相互拡散領域を低減し、設計の融通性を向上させることができる積層セラミック電子部品を実現する。
【解決手段】第１の磁性体層１と第２の磁性体層２との間に第１及び第２の中間層３、４が介在されており、第１の中間層３は、第２の磁性体層２と同一組成を有し、第２の中間層４は、第１の磁性体層１と同一組成を有している。
【選択図】図１

Description

本発明は積層セラミック電子部品に関し、より詳しくは組成の異なるセラミック層が積層された積層インダクタ、積層コンデンサ、積層ＬＣ部品等の積層セラミック電子部品に関する。

組成の異なるセラミック層を積層した積層セラミック電子部品は、今日、ノイズ対策等、各種用途向けに広く使用されている。

ところで、組成の異なるセラミック層を単に積層して焼成した場合、セラミック層に含有されているセラミック成分が、一方のセラミック層から他方のセラミック層に相互に拡散し、電子部品の特性劣化を招くという欠点がある。

図５は、組成の異なる２つのセラミック層（セラミック層Ａ、セラミック層Ｂ）中の特定成分Ｘについて、両セラミック層の焼成処理前後における濃度分布を示している。横軸はセラミック層の積層方向の距離、縦軸は特定成分Ｘの濃度である。

すなわち、セラミック層Ａ及びセラミック層Ｂに共に含有される特定成分Ｘの組成比率が異なる場合、例えば、特定成分Ｘの濃度（含有量）についてセラミック層Ｂの方がセラミック層Ａよりも濃い場合、焼成処理前は特定成分Ｘのセラミック層Ａ及びセラミック層Ｂ中の特定成分Ｘの濃度は、図５（ａ）のようになる。

しかしながら、焼成処理を行なうと、図５（ｂ）に示すように、特定成分Ｘは、濃度の濃いセラミック層Ｂから濃度の薄いセラミック層Ａに拡散し、その一部がセラミック層Ａ中に混入する。すなわち、セラミック層Ａとセラミック層Ｂとの界面から距離ｄで示すセラミック層Ａの領域に特定成分Ｘがセラミック層Ｂから拡散し、一方セラミック層Ｂ中の特定成分Ｘの濃度は、前記界面近傍ではセラミック層Ａ内に拡散した分量だけ低下する。そして、このような拡散現象は、セラミック層Ａとセラミック層Ｂとの間で濃度差が存在する各成分組成について生じ、例えばセラミック層Ａの方がセラミック層Ｂよりも濃度が濃いセラミック成分については、セラミック層Ａからセラミック層Ｂの内部に拡散する。

このように組成の異なるセラミック層を単に積層して焼成した場合、セラミック層Ａとセラミック層Ｂとの界面近傍でセラミック成分の相互拡散が生じ、電子部品の特性が劣化するという欠点があった。

そこで、従来より、図６に示すように、透磁率の異なる磁性体層５１、５２の間に非磁性体からなる中間層５３を一体に介在させた積層セラミック電子部品（積層インダクタ）が提案されている（特許文献１）。

この特許文献１は、第１のコイル導体５５が埋設された低透磁率の第１の磁性体層５１と、第２のコイル導体５６が埋設された高透磁率の第２の磁性体層５２とを有し、第１のコイル導体５５と第２のコイル導体５６とが接続導体５７で接続されると共に、第１の磁性体層５１と第２の磁性体層５２との間には非磁性フェライト等の非磁性体からなる中間層５３が介在され、かつ磁束の変化により短絡電流を流すショートリング５４が前記中間層５３に埋設されている。そして、第１の磁性体層５１、第２の磁性体層５２、及び中間層５３とでフェライト素体５８を構成し、該フェライト素体５８の端面には端子電極５９ａ、５９ｂが形成されている。

特許文献１では、第１の磁性体層５１と第２の磁性体層５２との間に非磁性体からなる中間層５３を介在させており、これにより焼成時における第１及び第２の磁性体層５１、５２からの磁性体成分の相互拡散に起因した磁気特性の劣化領域を極力低減させることができ、所望のインダクタ特性を保持した磁性体層５１、５２を有する積層インダクタを得ることが可能となる。

また、他の従来技術としては、図７に示すように、コンデンサ導体６１が埋設された誘電体セラミック層６２とコイル導体６３が埋設された磁性体セラミック層６４との間に結晶化ガラスを主体とする中間層６５を介在させた積層ＬＣ部品も知られている（特許文献２）。

この特許文献２では、結晶化ガラスを主成分とする中間層６５を誘電体セラミック層６２と磁性体セラミック層６４との間に介在させることにより、特許文献１と同様、誘電体セラミック層６２及び磁性体セラミック層６４に含有されているセラミック成分が相互拡散するのを防止している。

特開平９−７８３５号公報特開２００１−２４４１４０号公報

しかしながら、特許文献１では、中間層５３が非磁性体材料で形成されており、第１及び第２の磁性体層５１、５２とは母材が異なるため、焼成した場合に中間層５３と第１の磁性体層５１及び第２の磁性体層５２との接合強度が弱いという問題点があった。

また、特許文献２も、中間層６５は結晶化ガラスを主成分としているため、特許文献１と同様、中間層６５が誘電体セラミック層６２や磁性体セラミック層６４と母材が異なり、このため焼成処理を行なった場合、中間層６５と誘電体セラミック層６２及び磁性体セラミック層６４との接合強度が弱いという問題点があった。

一方、焼成時における相互拡散の影響を極力排除するためには、図８に示すように、例えば、第１の磁性体層７１及び第２の磁性体層７２にそれぞれ埋設されている第１のコイル導体７３と第２の導体コイル７４との離間距離ｔを相互拡散距離ｍよりも大きくする方法が考えられる。

しかしながら、第１の導体コイル７３と第２の導体コイル７４との離間距離ｔを相互拡散距離ｍより大きくするとチップサイズの大型化を招くのみならず、相互拡散距離ｍの領域では磁性体の特性が劣化するため、設計の融通性が低下する。

本発明はこのような事情に鑑みなされたものであって、組成の異なるセラミック層を積層した場合であっても、界面における接合強度を損なうことなく、相互拡散領域を低減して設計の融通性を向上させることができる積層セラミック電子部品を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明に係る積層セラミック電子部品は、組成の異なるセラミック層間に中間層が介在された積層セラミック電子部品において、前記中間層が複数層からなり、一方のセラミック層と接する中間層は、他方のセラミック層と同一組成を有し、前記他方のセラミック層と接する中間層は、前記一方のセラミック層と同一組成を有していることを特徴としている。

上記積層セラミック電子部品によれば、中間層が複数層からなり、一方のセラミック層と接する中間層は、他方のセラミック層と同一組成を有し、前記他方のセラミック層と接する中間層は、前記一方のセラミック層と同一組成を有しているので、一方のセラミック層から他方のセラミック層への拡散は、前記一方のセラミック層と同一組成を有する中間層が障壁となり、また前記他方のセラミック層から前記一方のセラミック層への拡散は、前記他方のセラミック層と同一組成を有する中間層が障壁となる。そしてこれにより、セラミック層に含有される各セラミック成分間の相互拡散を効果的に抑制することができ、したがって特性劣化領域を低減させることができ、設計の融通性を向上させることが可能となる。

次に、本発明を実施の形態を図面を参照しながら詳説する。

図１は本発明に係る積層セラミック電子部品としての積層インダクタの一実施の形態を模式的に示す断面図であって、該積層インダクタは、第１の磁性体層１と第２の磁性体層２との間に、第１及び第２の中間層３、４が介在され、該第１、第２の磁性体層１、２、第１及び第２の中間層３、４でフェライト素体５を形成している。

第１の磁性体層１には第１のコイル導体６が埋設されると共に、第２の磁性体層２には第２のコイル導体７が埋設され、さらにフェライト素体５の両端面には端子電極８ａ、８ｂが形成されている。また、第１のコイル導体６の引出部６ａは端子電極８ａに電気的に接続されると共に、第２のコイル導体７の引出部７ａは端子電極８ｂに電気的に接続されている。尚、ここでは図示していないが、第１のコイル導体６と第２のコイル導体７とは、ビアホールによって接続されている。

第１の磁性体層１は、初透磁率が２００以下の低透磁率材料で形成され、第１の磁性体層１と第１のコイル導体６とで高周波数用インダクタンスを形成している。また、第２の磁性体層２は、初透磁率が第１の磁性体層１より高い高透磁率材料で形成され、第２の磁性体層２と第２のコイル導体７とで低周波数用インダクタンスを形成している。

すなわち、第１及び第２の磁性体層１、２は、同一組成系のフェライト材料（例えば、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライト材料）で形成されると共に、斯かるフェライト材料の組成比を調整することにより初透磁率を制御し、これにより低透磁率を有する第１の磁性体層１及び高透磁率を有する第２の磁性体層２がそれぞれ形成されている。

そして、第１の中間層３は、第２の磁性体層２と同一組成からなる磁性体材料で形成され、第２の中間層４は第１の磁性体層１と同一組成からなる磁性体材料で形成されている。これにより焼成処理を行なっても第１の中間層３は第２の磁性体層２から第１の磁性体層１への磁性体成分の拡散障壁となり、また第２の中間層４は第１の磁性体層１から第２の磁性体層２への磁性体成分の拡散障壁となる。そしてその結果、相互拡散距離Ｍが生じるのを極力抑制することができ、第１の磁性体層１及び第２の磁性体層２における磁気特性劣化領域を低減することが可能となる。

図２は第１及び第２の磁性体層１、２、第１及び第２の中間層３、４に含有される特定成分Ｘについて、焼成処理前後の濃度分布を示している。横軸が積層方向の距離、縦軸は特定成分Ｘの濃度である。

すなわち、前記特定成分Ｘについて、第２の磁性体層２の方が第１の磁性体層１よりも濃度が濃い場合、第１の中間層３は第２の磁性体層２と同一組成を有し、第２の中間層４は第１の磁性体層１と同一組成を有することから、焼成処理前は図２（ａ）のような濃度分布を有している。

そして、焼成処理を行なうと、特定成分Ｘは、濃度の濃い第２の磁性体層２から濃度の薄い第１の磁性体層１に拡散しようとするが、図２（ｂ）に示すように、第２の磁性体層２と同一組成を有する第１の中間層３が第１の磁性体層１に隣接されているので、該第１の中間層３の存在が特定成分Ｘの第１の磁性体層１への拡散の障壁となり、したがって、第１及び第２の中間層３、４が介在されていない場合に比べ（図５参照）、拡散距離Ｄを低減することができる。

一方、前記特定成分Ｘの濃度が、第２の磁性体層２よりも第１の磁性体層１の方が濃い場合は、特定成分Ｘは、上述とは逆方向、すなわち第１の磁性体層１から第２の磁性体層２に拡散しようとするが、第１の磁性体層１と同一組成を有する第２の中間層４が第２の磁性体層２に隣接されているので、該第２の中間層４の存在が特定成分Ｘの第２の磁性体層２への拡散の障壁となり、第１及び第２の中間層３、４が介在されていない場合に比べ、拡散距離Ｄを低減することができる。

すなわち、焼成処理における成分拡散は、個々の磁性体成分について濃度の濃い方から濃度の薄い方に濃度差（濃度勾配）に応じて拡散するが、第１の磁性体層１と第２の磁性体層２との間に第１及び第２の中間層３、４が介在され、第１の中間層３が第２の磁性体層２と同一組成を有して第１の磁性体層１と隣接し、第２の中間層４が第１の磁性体層１と同一組成を有して第２の磁性体層２に隣接しているので、第１の磁性体層１から第２の磁性体層２への磁性体成分の拡散は第２の中間層４が障壁となって阻害され、第２の磁性体層２から第１の磁性体層１への磁性体成分の拡散は第１の中間層３が障壁となって阻害され、これにより相互拡散距離Ｍを抑制することができ、第１の磁性体層１及び第２の磁性体層２における磁気特性劣化領域を低減することが可能となる。

尚、上記第１及び第２の中間層３、４の厚みは、各々２０〜１００μｍが好ましい。すなわち、第１及び第２の中間層３、４の厚みが各々１００μｍを超えると第１及び第２のコイル導体６、７のターン数を減らさなければならず、また、第１及び第２の中間層３、４に含有される磁性体成分の含有量（絶対量）が多くなるため、第１又は第２の中間層３、４自体から第１又は第２の磁性体層１、２への拡散が増加するおそれがある。一方、第１及び第２の中間層３、４の厚みが各々２０μｍ未満になると厚みが薄くなりすぎて十分な拡散抑制作用を奏することができなくなるおそれがある。したがって、上述したように第１及び第２の中間層３、４の厚みは、各々２０〜１００μｍが好ましい。

次に、上記積層インダクタの製造方法を、図３を参照しながら説明する。

まず、初透磁率が２００以下の低透磁率を有するように、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＮｉＯ、ＣｕＯ、ＺｎＯ等のフェライト素原料を配合して第１のフェライト材料を調製する。次いで、この第１のフェライト材料にバインダや可塑剤、分散剤、溶剤等を混錬させ、ドクターブレード法等の成形加工法を使用して所定膜厚の磁性体シート９〜１３を作製する。その後、磁性体シート１０〜１３間が電気的に接続可能となるようにレーザ加工機を使用し、磁性体シート１１〜１３の所定箇所にビアホールを形成する。そして、ＡｇやＣｕ等の導電性材料を含有した導電性ペーストを使用して磁性体シート１０〜１２に電極パターン１０ａ〜１２ａをスクリーン印刷する。

次いで、電極パターンの形成されていない適数枚の磁性体シート９、電極パターン１０ａ〜１２ａの形成された磁性体シート１０〜１２、及びビアホール１３ａのみが形成された磁性体シート１３を順次積層して第１の磁性体層１となるべき第１の積層体１４を作製する。

また、初透磁率が第１の磁性体層１より高い高透磁率を有するように、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＮｉＯ、ＣｕＯ、ＺｎＯ等のフェライト素原料を配合して第２のフェライト材料を調製する。次いで、この第２のフェライト材料にバインダや可塑剤、分散剤、溶剤等を混錬させ、ドクターブレード法等を使用して所定膜厚の磁性体シート１５〜２０を作製する。その後、磁性体シート１５〜１９間が電気的に接続可能となるようにレーザ加工機を使用し、磁性体シート１５〜１９の所定箇所にビアホールを形成する。そして、ＡｇやＣｕ等の導電性材料を含有した導電性ペーストを使用して磁性体シート１６〜１９に電極パターン１６ａ〜１９ａをスクリーン印刷する。

次いで、ビアホール１５ａのみが形成された磁性体シート１５、電極パターン１６ａ〜１９ａが形成された磁性体シート１６〜１９、及び電極パターンの形成されていない適数枚の磁性体シート２０を順次積層して第２の磁性体層２となるべき第２の積層体２１を形成する。

次に、第２のフェライト材料を使用し、前記第２の磁性体層２と同様の方法・手順で第１の中間層３となるべき第１の中間シート２２を作製し、この第１の中間シート２２にビアホール２２ａを形成する。

さらに、第１のフェライト材料を使用し、前記第１の磁性体層１と同様の方法・手順で第２の中間層４となるべき第２の中間シート２３を作製し、この第２の中間シート２３にビアホール２３ａを形成する。

次いで、第１の積層体１４、第１の中間シート２２、第２の中間シート２３、及び第２の積層体２１を、この順序で順次積層し、圧着した後、所定温度で焼成し、これによりフェライト素体５が作製される。

そして、フェライト素体５の両端部にＡｇやＡｇ−Ｐｄ等を主成分とする導電性ペーストを塗布して焼付処理を施し、積層インダクタが製造される。

このように本積層インダクタは、第１の磁性体層１と第２の磁性体層２との間に第１及び第２の中間層３、４が介在され、第１の磁性体層１と接する第１の中間層３は、第２の磁性体層４と同一組成を有し、第２の磁性体層２と接する第２の中間層４は、第１の磁性体層３と同一組成を有しているので、焼成処理を行なっても第１の磁性体層１から第２の磁性体層２への拡散は、第１の磁性体層１と同一組成を有する第２の中間層４が障壁となり、また第２の磁性体層２から第１の磁性体層１への拡散は、第２の磁性体層２と同一組成を有する第１の中間層３が障壁となり、これにより第１の磁性体層１と第２の磁性体層２との界面近傍で生じ得る相互拡散を効果的に抑制することができる。そしてこのように相互拡散を抑制することにより、特性劣化領域を低減させることができ、したがって特性取得可能領域を増加させることができ、設計の融通性を向上させることが可能となる。

しかも、第１及び第２の中間層３、４の母材は、第１の磁性体層１又は第２の磁性体層２を構成するフェライト材料と同一であるので、第１及び第２の中間層３、４に結晶化ガラスや非磁性フェライトを使用した場合と異なり、界面の接合性も良好なものとなる。

尚、第１及び第２の中間層３、４の厚みについては、拡散程度が大きい磁性体層に接する中間層の厚みを他方の中間層の厚みよりも大きくするのが好ましい。すなわち、前記拡散程度は、上述したように第１及び第２の磁性体層１、２にそれぞれ含有される磁性体成分の濃度差によって決まるが、例えば、第１の磁性体層１から第２の磁性体層２への拡散の方が第２の磁性体層２から第１の磁性体層１への拡散よりも生じ易い場合は、第１の磁性体層１に接する第１の中間層３の厚みを第２の磁性体層２に接する第２の中間層４の厚みよりも大きくすることにより、第１の磁性体層１及び第２の中間層４から第２の磁性体層２への拡散をより効果的に抑制することができる。

図４は、本発明に係る積層セラミック電子部品としての積層インダクタの第２の実施の形態を示す断面図であって、本第２の実施の形態では、２組の第１及び第２の中間層３_１、４_１、３_２、４_２が第１の磁性体層１と第２の磁性体層２との間に介在されている。そして、第１及び第２の磁性体層１、２、及び２組の第１及び第２の中間層３_１、４_１、３_２、４_２でフェライト素体２５を形成し、該フェライト素体２５の両端面に端子電極２６ａ、２６ｂが形成されている。

本第２の実施の形態では、第１の中間層３_１、３_２が第２の磁性体層２と同一組成を有し、第２の中間層４_１、４_２が第１の磁性体層１と同一組成を有することにより、第１の磁性体層１から第２の磁性体層２への拡散は第２の中間層４_１、４_２が障壁となり、第２の磁性体層２から第２の磁性体層１への拡散は第１の中間層３_１、３_２が障壁となり、これにより相互拡散距離を低減することができ、したがって、上記第１の実施の形態と同様、特性劣化領域を低減させて特性取得可能領域を増加させることができ、設計の融通性を向上させることが可能となる。

同様に、第１の磁性体層１と同一組成の中間層、及び第２の磁性体層２と同一組成の中間層を１組の中間層とし、３組以上の中間層を第１の磁性体層１と第２の磁性体層２との間に介在させることによっても同様の作用効果を得ることができるのはいうまでもない。

さらに、上記第１の実施の形態では、組成の異なる２つの磁性体層１、２間に第１及び第２の中間層３、４を介在させているが、３つ以上の磁性体層を積層させた場合であっても、それぞれの層間に２層構造の中間層を介在させ、一方の磁性体層と接する中間層が、他方の磁性体層と同一組成を有し、前記他方の磁性体層と接する中間層が、前記一方の磁性体層と同一組成を有するように構成することにより、相互拡散距離を低減させることができ、上記第１の実施の形態と同様、特性劣化領域を低減させて特性取得可能領域を増加させることができ、設計の融通性を向上させることが可能となる。

また、本発明は上記実施の形態に限定されることはなく、磁性体層の積層枚数や電極パターンについても、コイルパターンを形成するものであれば、特に限定されるものではない。また、各磁性体層を異なる組成系のフェライト材料で構成してもよく、中間層についても、任意枚数の中間シートを積層して構成することができる。

また、上記実施の形態では、積層セラミック電子部品として、積層インダクタを例示して説明したが、組成の異なる誘電体セラミック層を積層した積層コンデンサ、誘電体層と磁性体層とを含む積層ＬＣ部品にも同様に適用できるのはいうまでもない。

次に、本発明の実施例を具体的に説明する。

初透磁率が５となるようにＦｅ_２Ｏ_３、ＮｉＯ、ＣｕＯ、ＺｎＯ等のフェライト素原料を調合して得た第１のフェライト材料を、溶媒としての水及びバインダとしてのポリビニルアルコールに分散させてスラリー状とし、ドクターブレード法で厚み２５μｍの第１の磁性体シート（セラミックグリーンシート）を作製し、次いで焼成後の厚みが５００μｍとなるように複数枚の第１の磁性体シートを積層し、第１の積層体を作製した。

また、初透磁率が８００となるようにＦｅ_２Ｏ_３、ＮｉＯ、ＣｕＯ、ＺｎＯを調合して得た第２のフェライト材料を、水及びポリビニルアルコールに分散させてスラリー状とし、ドクターブレード法で厚み２５μｍの第２の磁性体シート（セラミックグリーンシート）を作製し、次いで焼成後の厚みが５００μｍとなるように複数枚の第２の磁性体シートを積層し、第２の積層体を作製した。

さらに、上述のようにして作製された厚み２５μｍの第１の磁性体シート及び第２の磁性体シートを別途用意し、それぞれ第２の中間シート及び第１の中間シートとした。

次いで、第１の積層体、第１の中間シート、第２の中間シート、第２の積層体をこの順序で順次積層して圧着し、空気中９１５℃で焼成処理を施し、実施例のフェライト素体を作製した。

また、比較例として、第１の積層体と第２の積層体とを直接重ね合わせて圧着し、空気中９１５℃で焼成処理を施し、比較例のフェライト素体を作製した。

次に、上記実施例及び比較例のフェライト素体を破断し、走査型電子顕微鏡で断面の結晶状態を観察し、相互拡散距離Ｍ（図１参照）を算出した。

表１は実施例及び比較例の相互拡散距離を示している。

この表１から明らかなように比較例は、相互拡散距離が２５０μｍであるのに対し、実施例は相互拡散距離が１５０μｍとなり、相互拡散距離を低減できることが分かった。

これは比較例は、初透磁率（組成）の異なる第１の積層体と第２の積層体とを直接重ね合わせているため、焼結処理を行なった場合、第１及び第２の積層体（第１及び第２の磁性体シート）に含有される各磁性体成分の拡散が進行して物質移動が活発になり、その結果相互拡散が進行するものと思われる。

これに対し実施例は、第１の積層体と第２の積層体との間に第１及び第２の中間シートを介在させ、しかも第１の中間シートは第２の磁性体シートと同一組成を有し、第２の中間シートは第１の磁性体シートと同一組成を有しているので、焼結処理を行なった場合、第１の磁性体層は第２の中間シートが障壁となり、また第２の磁性体層は第１の中間シートが障壁となり、これにより相互拡散距離が抑制されたものと考えられる。

本発明に係る積層セラミック電子部品としての積層インダクタの一実施の形態（第１の実施の形態）を示す断面図である。前記積層インダクタの焼結前後における磁性体成分の拡散状態を模式的に示した図である。前記積層インダクタの製造方法を説明するための斜視図である。本発明に係る積層セラミック電子部品としての積層インダクタの第２の実施の形態を示す断面図である。中間層が介在しない場合の焼結前後における磁性体成分の拡散状態を模式的に示した図である。積層セラミック電子部品の従来の一例を示す断面図である。積層セラミック電子部品の従来の他の例を示す断面図である。〔発明が解決しようとする課題〕の項で示した積層セラミック電子部品の断面図である。

符号の説明

１第１の磁性体層（セラミック層）
２第２の磁性体層（セラミック層）
３第１の中間層
４第２の中間層

Claims

組成の異なるセラミック層間に中間層が介在された積層セラミック電子部品において、
前記中間層が複数層からなり、一方のセラミック層と接する中間層は、他方のセラミック層と同一組成を有し、前記他方のセラミック層と接する中間層は、前記一方のセラミック層と同一組成を有していることを特徴とする積層セラミック電子部品。