JP2006151743A - フェライト材料およびそれを用いた電子部品 - Google Patents
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Abstract
【課題】 直流重畳特性の向上、初透磁率の温度特性の向上、比抵抗の向上が図れるとともに、焼成体強度、特に抗折強度（曲げ強さ）の向上が図れるフェライト材料を提供する。
【解決手段】 所定の主成分配合組成に対して、酸化ビスマスをＢｉ2Ｏ3換算で０．０５〜１．０重量％、酸化錫をＳｎＯ2換算で０．５〜３．０重量％、酸化クロムをＣｒ2Ｏ3換算で３０〜５０００重量ｐｐｍ添加するように構成する。
【選択図】 なし
【解決手段】 所定の主成分配合組成に対して、酸化ビスマスをＢｉ2Ｏ3換算で０．０５〜１．０重量％、酸化錫をＳｎＯ2換算で０．５〜３．０重量％、酸化クロムをＣｒ2Ｏ3換算で３０〜５０００重量ｐｐｍ添加するように構成する。
【選択図】 なし
Description
本発明はフェライト材料、およびそれを用いた電子部品に関し、特に、閉磁路を形成する電子部品の材料として用いられるフェライト材料およびそれを用いて製造された電子部品に関する。
従来、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ等を含有した酸化物磁性材料としてのフェライト材料は、優れた磁気特性を備えているために、例えば、各種の電子部品のコア（磁心）材料として、あるいは、積層チップインダクタなどのインダクタ部品の材料などとして用いられている。
このような磁芯やインダクタ部品は種々の温度環境で使用されることを考慮して、温度変化に対する初透磁率μｉの変化率が少ないこと、すなわち、初期透磁率μｉの温度特性が良好なこと（温度に対する変動が小さいこと）が要望される。
また、積層チップインダクタなどのコイル導体を備える電子部品は、閉磁路を形成しコイル導体に直流電流を通電していくと、電流値に応じてインダクタンスが低下する傾向がある。
電子部品としては、比較的大きな電流が通電してもインダクタンスの低下が極力少ないほうが望ましい。そのため、直流電流の通電に対するインダクタンスの変化率が小さいこと、すなわち、直流重畳特性が良好であることが要求されている。
さらに、積層チップインダクタなどのコイル導体を備える電子部品は、フェライト焼結体（焼成体）の比抵抗値が高いことが要望される。比抵抗が低いと、例えば、渦電流損失が大きくなりＱ値が劣化してしまうという不都合が生じる。
このような要望に応じるべく、特開２００３−２７２９１２号公報には、閉磁路を形成する電子部品に使用され、大きな外部応力が付加された場合でも、所望の磁気特性を確保することができ、且つ優れた直流重畳特性を有する酸化物磁性材料、およびそれを用いた積層型電子部品を提供することを目的として、所定の組成からなるＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライト材料主成分にＳｎＯ2を０．２〜３ｗｔ％添加してなる酸化物磁性材料の提案がなされている。これによれば、４０ＭＰａの圧縮応力が負荷された場合でも初透磁率の変化率を１０％以内に抑制することができ、しかも良好な直流重畳特性を得ることができるとされている。
また、特開２００２−２５５６３７号公報には、温度変化による特性値の変化が極めて少なく、同時に比抵抗が高い酸化物磁性体磁器組成物およびそれを用いたインダクタ部品を提供することを目的として、所定の組成からなるＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライト材料主成分にＳｎＯ2を１．５重量部〜３．０重量部、Ｃｏ3Ｏ4を０．０２重量部〜０．２０重量部、Ｂｉ2Ｏ3を０．４５重量部以下含有させてなる酸化物磁性体磁器組成物の提案がなされている。これによれば温度変化による特性値の変化が極めて少なく、同時に比抵抗が高いので渦電流損失が小さくＱ値が改善されて高性能の電子部品が得られるとされている。しかしながらＢｉ2Ｏ3およびＳｎＯ2の添加材は曲げ強度が低いという問題がある。
また、特開２００２−１４１２１５号公報には、高周波性能に優れ、体積抵抗率が高く、低温での焼成にて焼結が可能なＡｇの拡散による内部で導体消失を抑止した酸化物磁性材料を提供することを目的とし、所定の組成からなるＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライト材料主成分にＢｉ2Ｏ3を０．５〜２．０重量部、ＴｉＯ2を０．２〜２．０重量部、およびＭｎＯ2、ＭｏＯ2、ＲｕＯ2、ＳｎＯ2、ＴｅＯ2、ＷＯ2またはＩｒＯ2の内の１種以上が併せて０．１〜１．０重量部の副成分とからなる酸化物磁性材料の提案がなされている。
しかしながら、上記酸化物磁性材料の諸特性の向上への要求は、際限がなく、直流重畳特性の向上、初透磁率の温度特性の向上、比抵抗の向上が図れるとともに、焼成体強度、特に抗折強度（曲げ強さ）の向上が図れるフェライト材料の提案が望まれている。
このような実状のもとに、本発明は創案されたものであって、その目的は、直流重畳特性の向上、初透磁率の温度特性の向上、フェライト焼結体の比抵抗の向上が図れるとともに、焼成体強度、特に抗折強度（曲げ強さ）の向上が図れるフェライト材料を提供することを目的とする。特に、チップインダクタの小型・薄型化が進むことにより曲げ強度が一層重要になる。
このような課題を解決するために、本発明のフェライト材料は、主成分として酸化鉄がＦｅ2Ｏ3換算で４３．０〜４９．８モル％、酸化銅がＣｕＯ換算で５．０〜１４．０モル％、酸化亜鉛がＺｎＯ換算で３．０〜３２．０モル％、酸化ニッケルがＮｉＯ換算で残部モル％含有されて構成されるＮｉＣｕＺｎ系のフェライト材料であって、前記主成分に対して、酸化ビスマスがＢｉ2Ｏ3換算で０．０５〜１．０重量％、酸化錫がＳｎＯ2換算で０．５〜３．０重量％、酸化クロムがＣｒ2Ｏ3換算で３０〜５０００重量ｐｐｍ添加されてなるように構成される。
また、本発明は、ＮｉＣｕＺｎ系のフェライト材料を有してなる電子部品であって、前記フェライト材料は、主成分として酸化鉄がＦｅ2Ｏ3換算で４３．０〜４９．８モル％、酸化銅がＣｕＯ換算で５．０〜１４．０モル％、酸化亜鉛がＺｎＯ換算で３．０〜３２．０モル％、酸化ニッケルがＮｉＯ換算で残部モル％含有され、前記主成分に対して、酸化ビスマスがＢｉ2Ｏ3換算で０．０５〜１．０重量％、酸化錫がＳｎＯ2換算で０．５〜３．０重量％、酸化クロムがＣｒ2Ｏ3換算で３０〜５０００重量ｐｐｍ添加されてなるように構成される。
本発明の電子部品は、好ましい態様として、コイル導体を備えるとともに、前記フェライト材料からなるコア部を備え、コア部が閉磁路を形成する積層インダクタまたはＬＣ複合部品として構成される。
本発明のフェライト材料は、所定の主成分配合組成に対して、前記主成分に対して、酸化ビスマスがＢｉ2Ｏ3換算で０．０５〜１．０重量％、酸化錫がＳｎＯ2換算で０．５〜３．０重量％、酸化クロムがＣｒ2Ｏ3換算で３０〜５０００重量ｐｐｍ添加されているので、直流重畳特性の向上、初透磁率の温度特性の向上、比抵抗の向上が図れるとともに、焼成体強度、特に抗折強度（曲げ強さ）の向上が図れる。抗折強度の向上により、小型・薄型のチップインダクタを提供することが可能になった。
以下、本発明のフェライト材料（酸化物磁性材料）について詳細に説明する。
本発明のフェライト材料は、ＮｉＣｕＺｎ系のフェライト材料であって、その実質的な主成分は、酸化鉄がＦｅ2Ｏ3換算で４３．０〜４９．８モル％（特に好ましくは、４５〜４９．５モル％）、酸化銅がＣｕＯ換算で５．０〜１４．０モル％（特に好ましくは、７．０〜１２モル％）、酸化亜鉛がＺｎＯ換算で３．０〜３２．０モル％（特に好ましくは、１４．０〜２８．０モル％）、酸化ニッケルがＮｉＯ換算で残部モル％含有されて構成される。
さらに本発明のフェライト材料においては、このような主成分に対して、副成分としての酸化ビスマスがＢｉ2Ｏ3換算で０．０５〜１．０重量％（特に好ましくは、０．１〜０．７重量％）、酸化錫がＳｎＯ2換算で０．５〜３．０重量％（特に好ましくは、１．０〜２．５重量％）、酸化クロムがＣｒ2Ｏ3換算で３０〜５０００重量ｐｐｍ（特に好ましくは、１００〜３０００重量ｐｐｍ）添加される。
上記の主成分の組成範囲において、酸化鉄（Ｆｅ2Ｏ3）の含有量が４３モル％未満となると、初透磁率が低下したり比抵抗が低下したりするという不都合が生じる傾向があり、この一方で、酸化鉄（Ｆｅ2Ｏ3）の含有量が４９．８モル％を超えると、焼結性が低下し、抗折強度が弱くなってしまうという不都合が生じる。
また、上記の主成分の組成範囲において、酸化銅（ＣｕＯ）の含有量が５．０モル％未満となると、焼結性が低下し、抗折強度が弱くなってしまうという不都合が生じる傾向があり、この一方で、酸化銅（ＣｕＯ）の含有量が１４．０モル％を超えると、温度特性の変化が大きくなり、実用化が困難となるという不都合が生じる傾向がある。
さらに、上記の主成分の組成範囲において、酸化亜鉛（ＺｎＯ）の含有量が３．０モル％未満となると、比抵抗値が低下してしまうという不都合が生じる傾向がある。この一方で、酸化亜鉛（ＺｎＯ）の含有量が３２．０モル％を超えると、キュリー温度が１００℃以下となってしまい実用化が困難となるという不都合が生じる傾向がある。
また、上記の主成分に対して含有される副成分の組成範囲において、酸化ビスマス（Ｂｉ2Ｏ3）の含有量が０．０５重量％未満となると、焼結性が低下し、比抵抗が下がるという不都合が生じる傾向がある。抗折強度も低下する。この一方で、酸化ビスマス（Ｂｉ2Ｏ3）の含有量が１．０重量％を超えると、結晶粒子が異常粒成長することとなり、温度特性および直流重畳特性が劣化するという不都合が生じる傾向がある。
さらに、上記の主成分に対して含有される副成分の組成範囲において、酸化錫（ＳｎＯ2）の含有量が０．５重量％未満となると、温度特性および直流重畳特性が著しく劣化し実用化が困難となるという不都合が生じる傾向がある。抗折強度も低下する。この一方で、酸化錫（ＳｎＯ2）の含有量が３．０重量％を超えると、焼結性が著しく低下して抗折強度が弱くなるという不都合が生じる傾向がある。
さらに、上記の主成分に対して含有される副成分の組成範囲において、酸化クロム（Ｃｒ2Ｏ3）の含有量が３０重量ｐｐｍ未満となると、抗折強度の向上が図れないという不都合が生じる傾向がある。この一方で、酸化クロム（Ｃｒ2Ｏ3）の含有量が５０００重量ｐｐｍを超えると、焼結性が低下してしまうという不都合が生じる傾向がある。
本発明においては、前記主成分に対して、さらに、前記副成分に加えてＭｎ3Ｏ4、ＺｒＯ2等の添加成分を添加することができる。許容される添加量範囲は、本発明での作用効果を阻害しない範囲とされる。
本発明のフェライト材料は、例えば、所定形状のコア材に成形加工され、必要な巻線が巻回された後、樹脂モールド（樹脂被覆）され、固定インダクタ、チップインダクタ等として用いられる。これらは、例えば、テレビ、ビデオレコーダ、携帯電話や自動車電話などの移動体通信機等の各種電子機器として使用される。コアの形状は特に限定されるものではないが、例えば、外径、長さ、共に２ｍｍ以下のドラム型コアが例示できる。
モールド材（被覆材）として用いられる樹脂としては、熱可塑性や熱硬化性樹脂が例示できる。より具体的には、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリウレタン、フェノール樹脂、尿素樹脂、エポキシ樹脂等が例示できる。モールド材をモールドする具体的手段としては、ディップ、塗布、吹き付け等を用いることができる。さらには、射出成形、流し込み成形等を用いても良い。
本発明のフェライト材料を用いたチップインダクタ（電子部品）の構成を例示すると、当該チップインダクタは、例えば、本発明のフェライト材料を用いて両端に径の大きな鍔を備える円筒体形状に成形したコアと、このコアの胴部に巻回された巻線と、この巻線の端部と外部電気回路とを接続し、かつコアを樹脂内に固定するためのコア両端に配置された端子電極と、これらの外部を覆うように形成されたモールド樹脂とを備えて構成される。
なお、本発明のフェライト材料は、所定の加工が施された磁性体シートや誘電体シートを積層して焼成して形成される積層型の電子部品、すなわち、積層型インダクタや積層型ＬＣ複合部品のコア材料とすることもできる。積層型インダクタでは、コイル状部形成のための内部導体が形成されたフェライト組成物シートを複数枚準備して、これらを積層した後に焼成して、必要に応じてコイル状物のコイル加工（例えば、スルーホールを介しての電気的直列接続によるコイル状物形成）を行なうようにすればよい。
次ぎに、本発明のフェライト材料の製造方法の一例について説明する。
まず、主成分の原料と副成分（添加物）の原料が本発明の所定範囲内となるように所定量配合して準備する。
次いで、準備しておいた原料をボールミル等を用いて湿式混合する。これを乾燥させた後、仮焼きする。仮焼きは酸化性雰囲気中、例えば、空気中で行なわれる。仮焼き温度は、５００〜９００℃、仮焼き時間は１〜２０時間とすることが好ましい。次いで、得られた仮焼物をボールミル等により所定の大きさに粉砕する。なお、本発明のフェライト材料においては、当該粉砕の際に（あるいは粉砕後）、副成分の原料を添加して混合するようにすることが望ましい。
仮焼き物を粉砕した後、例えばポリビニルアルコール等の適当なバインダを適当量加えて、所望の形状に成形する。
ついで、成形体を焼成する。焼成は、酸化性雰囲気中、通常は、空気中で行なわれる。焼成温度は８００〜１０００℃程度で、焼成温度は１〜５時間程度とされる。
以下、具体的実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明する。
組成物中の主成分としてＦｅ2Ｏ3、ＮｉＯ、ＣｕＯ、およびＺｎＯが下記表１に示される組成割合となるように各原料を所定量配合した後、ボールミルで１６時間ほど湿式混合した。
さらにこれらの混合粉を乾燥させた後、空気中７５０℃で１０時間仮焼きして仮焼粉を得た。この仮焼粉に副成分としてＢｉ2Ｏ3、ＳｎＯ2、Ｃｒ2Ｏ3が下記表１の組成割合となるように各原料を所定量添加し、鋼鉄製ボールミルで７２時間粉砕し、粉砕粉を得た。
このようにして得られた粉砕粉（フェライト粉）に、６％ポリビニルアルコール溶液を加えて混合した後、スプレードライヤを用いて造粒粉を得た。このようにして得られた顆粒を用いて、成形密度３．１０Ｍｇ／ｍ3となるように外径１３ｍｍ、内径６ｍｍ、高さ３ｍｍのトロイダル形状に成形した。このように成形した成形体を大気中で焼成温度９００℃で２時間焼成して、トロイダルコアサンプルを得た。
このようにして得られた粉砕粉（フェライト粉）に、６％ポリビニルアルコール溶液を加えて混合した後、スプレードライヤを用いて造粒粉を得た。このようにして得られた顆粒を用いて、成形密度３．１０Ｍｇ／ｍ3となるように外径１３ｍｍ、内径６ｍｍ、高さ３ｍｍのトロイダル形状に成形した。このように成形した成形体を大気中で焼成温度９００℃で２時間焼成して、トロイダルコアサンプルを得た。
これらの各サンプルについて（１）焼結密度ｄｆ、（２）１００ｋＨｚにおける初透磁率（μｉ）の変化率（μｉの温度依存性）（３）比抵抗値、（４）直流重畳特性、および（５）抗折強度を測定した。
なお、上記（１）〜（５）の測定は以下の要領で行った。
（１）焼結密度
焼結体の密度（ｄf：単位はＭｇ／ｍ3）を、アルキメデス法を利用して得られた数値に基いて算出した。
焼結体の密度（ｄf：単位はＭｇ／ｍ3）を、アルキメデス法を利用して得られた数値に基いて算出した。
（２）１００ｋＨｚにおける初透磁率（μｉ）の変化率
トロイダルコアサンプルにワイヤを２０回巻回した後、ＬＣＲメータにてインダクタンス値等を測定し、１００ｋＨｚで−５０℃〜２５℃および２５℃〜８５℃における初透磁率（μｉ）の変化率をそれぞれ求めた（室温２５℃を基準としている）。
トロイダルコアサンプルにワイヤを２０回巻回した後、ＬＣＲメータにてインダクタンス値等を測定し、１００ｋＨｚで−５０℃〜２５℃および２５℃〜８５℃における初透磁率（μｉ）の変化率をそれぞれ求めた（室温２５℃を基準としている）。
なお、初透磁率（μｉ）はインダクタンス（Ｌ）と比例する関係にあり、表中のデータは、μｉをＬに変えて、表示している。
すなわち、
ΔＬ／Ｌ（-50℃〜25℃）＝{Ｌ（-50℃）−Ｌ（25℃）}／Ｌ（25℃）×１００ （％）
ΔＬ／Ｌ（25℃〜85℃）＝{Ｌ（85℃）−Ｌ（25℃）}／Ｌ（25℃）×１００ （％）
すなわち、
ΔＬ／Ｌ（-50℃〜25℃）＝{Ｌ（-50℃）−Ｌ（25℃）}／Ｌ（25℃）×１００ （％）
ΔＬ／Ｌ（25℃〜85℃）＝{Ｌ（85℃）−Ｌ（25℃）}／Ｌ（25℃）×１００ （％）
（３）直流重畳特性
ワイヤを２０回ほど巻回したトロイダルコアサンプルについて直流電流を流した時のμの変化を測定し、μと直流電流の関係をグラフにする。次いで、このグラフを用いて直流電流０ｍＡ時の初期の透磁率μｉが１０％低下するときの電流値を計算するという手法によって、初透磁率μｉの１０％低下の電流値Ｉdc10%down（ｍＡ）を求めた。
ワイヤを２０回ほど巻回したトロイダルコアサンプルについて直流電流を流した時のμの変化を測定し、μと直流電流の関係をグラフにする。次いで、このグラフを用いて直流電流０ｍＡ時の初期の透磁率μｉが１０％低下するときの電流値を計算するという手法によって、初透磁率μｉの１０％低下の電流値Ｉdc10%down（ｍＡ）を求めた。
（４）比抵抗値
ディスク状のサンプルに電極を塗布した後、ＩＲメータによって抵抗を測定し、寸法から比抵抗ρを算出した。
ディスク状のサンプルに電極を塗布した後、ＩＲメータによって抵抗を測定し、寸法から比抵抗ρを算出した。
（５）抗折強度試験（ファインセラミックスの曲げ強さ試験）
ファインセラミックスの常温における３点曲げ試験であり、ＪＩＳ Ｒ１６０１-1981に準じて求める。数値が大きいほど抗折強度が大きい。
ファインセラミックスの常温における３点曲げ試験であり、ＪＩＳ Ｒ１６０１-1981に準じて求める。数値が大きいほど抗折強度が大きい。
結果を下記表１に示した。なお、表１のデータにおいて、焼結密度ｄfは４．９５（Ｍｇ／ｍ3）以上、直流重畳特性の電流値Ｉdc10%downは３００ｍＡ以上、比抵抗ρは１０5Ω・ｍ以上、ΔＬ／Ｌ（-50℃〜25℃）はその絶対値が１０％以内、ΔＬ／Ｌ（25℃〜85℃）はその絶対値が１０％以内、抗折強度は１５ｋｇ／ｍｍ2以上が目標値である。
上記の結果より本発明の効果は明らかである。すなわち、本発明は、所定の主成分配合組成に対して、酸化ビスマスがＢｉ2Ｏ3換算で０．０５〜３．０重量％、酸化錫がＳｎＯ2換算で０．５〜３．０重量％、酸化クロムがＣｒ2Ｏ3換算で３０〜５０００重量ｐｐｍ添加されているので、直流重畳特性の向上、初透磁率の温度特性の向上、比抵抗の向上が図れるとともに、抗折強度の向上が図れるという効果が発現する。
Claims (3)
- 主成分として酸化鉄がＦｅ2Ｏ3換算で４３．０〜４９．８モル％、酸化銅がＣｕＯ換算で５．０〜１４．０モル％、酸化亜鉛がＺｎＯ換算で３．０〜３２．０モル％、酸化ニッケルがＮｉＯ換算で残部モル％含有されて構成されるＮｉＣｕＺｎ系のフェライト材料であって、
前記主成分に対して、酸化ビスマスがＢｉ2Ｏ3換算で０．０５〜１．０重量％、酸化錫がＳｎＯ2換算で０．５〜３．０重量％、酸化クロムがＣｒ2Ｏ3換算で３０〜５０００重量ｐｐｍ添加されてなることを特徴とするフェライト材料。 - ＮｉＣｕＺｎ系のフェライト材料を有してなる電子部品であって、
前記フェライト材料は、主成分として酸化鉄がＦｅ2Ｏ3換算で４３．０〜４９．８モル％、酸化銅がＣｕＯ換算で５．０〜１４．０モル％、酸化亜鉛がＺｎＯ換算で３．０〜３２．０モル％、酸化ニッケルがＮｉＯ換算で残部モル％含有され、
前記主成分に対して、酸化ビスマスがＢｉ2Ｏ3換算で０．０５〜１．０重量％、酸化錫がＳｎＯ2換算で０．５〜３．０重量％、酸化クロムがＣｒ2Ｏ3換算で３０〜５０００重量ｐｐｍ添加されてなることを特徴とする電子部品。 - 前記電子部品はコイル導体を備えるとともに、前記フェライト材料からなるコア部を備え、コア部が閉磁路を形成する積層インダクタまたはＬＣ複合部品である請求項２に記載の電子部品。
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