JP2013060361A - ニッケル−亜鉛−銅系フェライト組成物、及びそれを利用した積層型チップ素子 - Google Patents

ニッケル−亜鉛−銅系フェライト組成物、及びそれを利用した積層型チップ素子 Download PDF

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Abstract

【課題】本発明は、ニッケル−亜鉛−銅(NiZnCu)系フェライト組成物、及びそれを利用した積層型チップ素子に関する。
【解決手段】本発明によるNiZnCu系フェライト組成物及びそれを利用した積層型チップ素子及びトロイダルコアは、Fe47.0〜50.0モル%、NiO15.0〜27.0モル%、ZnO18.0〜25.0モル%、CuO7.0〜13.0モル%を含む主成分100重量部に対して、2価金属0.001〜0.3重量部、3価金属0.001〜0.3重量部、及び4価金属0.001〜0.5重量部で含むことを特徴とする。本発明によると、NiZnCuフェライトに2価、3価、及び4価金属を含ませることにより、品質係数Q特性に優れたフェライト組成物を提供することができる。また、前記フェライト組成物を利用して、焼結性、透磁率、及び品質係数Q特性に優れたトロイダルコア及び積層型チップ素子を提供することができる。

Description

本発明は、ニッケル−亜鉛−銅(NiZnCu)系フェライト組成物、及びそれを利用した積層型チップ素子に関する。
一般に、積層型チップパワーインダクタなどのような磁性体セラミック部品の磁性材料としては、ニッケル−亜鉛フェライト(NiZn ferrite)またはニッケル−亜鉛−銅フェライト(NiZnCu ferrite)などが主に用いられている。
そのうちでも、焼結性をより増大させるために、ニッケル−亜鉛フェライトにCuを添加してニッケル−亜鉛−銅フェライトの三元系組成で主に製造しているが、前記Feの代わりに他の金属イオンを置換して製造することもある。また、ニッケル−亜鉛−銅フェライト(NiZnCu Ferrite)においてNi、Zn、Cuの代わりに他の金属イオンを置換することもできる。即ち、イオン半径が近似している元素及び同一のイオン価を有する元素で置換して特性を改善している。
前記フェライト素材のうちでもNiZnCuフェライトが、積層型チップインダクタ、積層型チップビーズ、積層型パワーインダクタなどに最も一般的に用いられており、それを構成するNiO、ZnO、CuO及びFeの含量を変化させることにより、NiZnCuフェライトの透磁率、品質係数Q、密度及び磁性特性を変化させて、所望の特性を実現している。
一方、このようなフェライト組成物を利用して積層型チップインダクタ、積層型チップビーズ及び積層型パワーインダクタのような積層型チップ素子を製作するにあたり、前記チップ素子における内部電極として銀(Ag)が主に用いられている。
内部電極として用いられるAgは融点が961℃であるため、チップ素子を具現するためには961℃以下で焼成されるフェライト組成物が必要である。焼成温度を900℃とすると、この際の焼結密度は少なくとも約4.8g/cm以上であることが好ましい。
また、積層型パワーインダクタの場合DC−DCコンバータに用いられているが、一般的に高い品質係数Qを有することが有利である。品質係数Qは大きいほど良いが、これは、Qが大きいと損失が少ないということを意味するためである。品質係数QはQ=2πfL/Rsで表することができ、ここでfは周波数、Lはインダクタンス値、RsはESR抵抗である。Rsが小さいほどDC−DCコンバータの効率は増加するため、上記の式はさらにRs=2πfL/Qで表することができ、この際Qが大きいとRsが低くなる。即ち、Qを増加させることが、チップ素子において非常に重要な因子となることができる。
特開2002−255637号公報 特開2007−076985号公報
本発明の目的は、積層型チップ素子に用いられるフェライト組成物において、高いQを有することによりRs(ESR抵抗)を低め、結果的に積層型チップ素子の効率を高めることができるNiZnCu系フェライト組成物を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、前記フェライト組成物を利用して高い品質係数Qを有するトロイダルコアを提供することにある。
また、本発明のさらに他の目的は、前記フェライト組成物を利用して高い品質係数Qを有する多様な積層型チップ素子を提供することにある。
本発明の課題を解決するため、本発明の一形態によるニッケル−亜鉛−銅(NiZnCu)系フェライト組成物は、Fe47.0〜50.0モル%、NiO15.0〜27.0モル%、ZnO18.0〜25.0モル%、CuO7.0〜13.0モル%を含む主成分100重量部に対して、2価金属0.001〜0.3重量部、3価金属0.001〜0.3重量部、及び4価金属0.001〜0.5重量部で含むことを特徴とする。
本発明の一形態によると、前記2価金属、3価金属、及び4価金属は、各金属の酸化物(oxide)または水酸化物(hydroxide)の形態で含まれることができる。
前記2価金属は、Co、Mg及びMnからなるグループから選択される1種以上であることができる。
前記3価金属は、Bi、Al、Ga及びInからなるグループから選択される1種以上であることができる。
前記4価金属は、Ce、S、Ti、Si及びZrからなるグループから選択される1種以上であることができる。
また、本発明の一形態によるフェライト組成物は、V、Mo及びWからなるグループから選択される1種以上の5価金属をさらに含むことができる。
本発明の他の課題を解決するために、前記NiZnCu系フェライト組成物を利用した積層型チップ素子を提供することができる。
また、本発明の他の課題を解決するために、前記NiZnCu系フェライト組成物を利用したトロイダルコアを提供することができる。
前記トロイダルコアは、250以上の品質係数Qを有することが好ましい。
本発明によると、NiZnCuフェライトに2価、3価、及び4価金属を含ませることにより、品質係数Q特性に優れたフェライト組成物を提供することができる。
また、前記フェライト組成物を利用して、焼結性、透磁率、及び品質係数Q特性に優れたトロイダルコア及び積層型チップ素子を提供することができる。
以下、添付の図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。
本明細書で用いられる用語は、特定の実施形態を説明するために用いられ、本発明を限定しようとするものではない。本明細書に用いられたように、単数型は文脈上異なる場合を明白に指摘するものでない限り、複数型を含むことができる。また、本明細書で用いられる「含む(comprise)」及び/または「含んでいる(comprising)」は言及された形状、数字、段階、動作、部材、要素、及び/またはこれらの組み合わせが存在することを特定するものであり、一つ以上の他の形状、数字、動作、部材、要素、及び/またはこれらの組み合わせの存在または付加を排除するものではない。
本発明は、NiZnCu系フェライト組成物、それを利用したトロイダルコア及び積層型チップ素子に関する。
本発明によるNiZnCu系フェライト組成物は、Fe47.0〜50.0モル%、NiO15.0〜27.0モル%、ZnO18.0〜25.0モル%、CuO7.0〜13.0モル%を含む主成分100重量部に対して、2価金属0.001〜0.3重量部、3価金属0.001〜0.3重量部、及び4価金属0.001〜0.5重量部で含むことができる。
本発明のNiZnCu系フェライト組成物は、焼結性及びQ特性を増大させるために、前記主成分に2価、3価及び4価金属を添加することを特徴とする。しかし、前記2価、3価及び4価金属の添加量が特定範囲を超えると二次相が生成されるため、本発明では適切な添加重量比を制限した。
前記2価金属は、Co、Mg及びMnからなるグループから選択される1種以上であり、このうちCoがもっとも好ましい。
前記2価金属は、NiZnCuフェライト主成分100重量部に対して0.001〜0.3重量部で含まれ、前記含量が0.3重量部を超過する場合、透磁率が減少する可能性があるため好ましくない。前記2価金属の含量は酸化物に換算したものであり、前記2価金属は、例えば、CoOのような酸化物(oxide)または水酸化物(hydroxide)の形態で含まれることができる。
また、前記3価金属は、Bi、Al、Ga及びInからなるグループから選択される1種以上であり、このうちBiがもっとも好ましい。
前記3価金属は、NiZnCuフェライト主成分100重量部に対して0.001〜0.3重量部で含まれ、前記含量が0.3重量部を超過する場合、チップ製作の際にめっき滲みなどの不良が発生する可能性があるため好ましくない。前記3価金属の含量は酸化物に換算したものであり、前記3価金属は、例えば、Biのような酸化物(oxide)または水酸化物(hydroxide)の形態で含まれることができる。
前記4価金属は、Ce、S、Ti、Si及びZrからなるグループから選択される1種以上であり、このうちCeがもっとも好ましい。
前記4価金属は、NiZnCuフェライト主成分100重量部に対して0.001〜0.5重量部で含まれ、前記含量が0.5重量部を超過する場合、イオン半径の差によって単一相が生成されにくいため好ましくない。前記4価金属の含量は酸化物に換算したものであり、前記4価金属は、例えば、CeOのような酸化物(oxide)または水酸化物(hydroxide)の形態で含まれることができる。
また、本発明の実施形態によるフェライト組成物は、V、Mo及びWからなるグループから選択される1種以上の5価金属をさらに含むことができる。前記5価金属は、焼結性を向上させるために選択的に添加することができる。
また、本発明のNiZnCu系フェライト組成物は、Fe47.0〜50.0モル%、NiO15.0〜27.0モル%、ZnO18.0〜25.0モル%、及びCuO7.0〜13.0モル%を主成分として含む。
前記主成分においてCuOは、焼結性を促進させ、保磁力を減少させる機能をするものであり、CuOの含量が増加するほど同一の温度での焼結性がより優れる。また、CuOの含量の増加は、保磁力を減少させる機能をし、強磁性体の性質を低下させる。従って、酸化物に換算したCuOの含量が7.0モル%未満の場合、焼結が良好に進まないという問題があり、また、13.0モル%を超過する場合、強磁性体の性質が低下するという問題があり得る。
また、前記主成分においてNiOとZnOは、透磁率および飽和磁化値の調節のためにその含量を適切に調節して含まれることができる。一般的に、NiOの含量が低く、ZnOの含量が高いほど透磁率は高いと知られている。従って、所望の水準の透磁率に応じて、前記NiOとZnOの含量を変化させることができる。
本発明では、15.0〜27.0モル%のNiOと18.0〜25.0モル%のZnOとが前記主成分に含まれる。NiOの含量が15.0モル%未満の場合、飽和磁化値が小くなりキュリー温度(Curie temperature)が低くなる。また、27.0モル%を超過する場合、透磁率が低くなるという問題があるため好ましくない。
また、前記ZnOの含量が18.0モル%未満の場合は透磁率が低くなり、25.0モル%を超過する場合は飽和磁化値が小くなりキュリー温度が低くなるという問題があるため好ましくない。
本発明によるNiZnCu系フェライト組成物は、2価金属、3価金属及び4価金属を含むことにより、品質係数Q特性が非常に向上される効果を有する。
また、本発明によるNiZnCu系フェライト組成物は、900℃以下の温度でも焼成が可能であるため、銀(Ag)を内部電極として有するインダクタ部品でも、焼成時における内部電極の拡散を抑制することができるため、前記インダクタ部品の特性を改善させることができる。
本発明のNiZnCu系フェライト組成物の製造方法について詳細に説明すると次のとおりである。
まず、フェライト原料を準備する。フェライト原料として、Fe、Ni、Zn、Cu、2価、3価、及び4価金属の金属塩を夫々準備し、これらを秤量する。この際に用いられる金属塩は上記のように、酸化物(oxide)または水酸化物(hydroxide)が用いられることができる。
その後、前記材料を液状ミリングした後、乾燥オーブンで乾燥する。乾燥粉末を粉砕した後、700〜800℃温度で仮焼する。仮焼温度は、二次相であるヘマタイト(a−Fe)相が生成されず、フェライト単一相が生成される温度に設定する。仮焼粉末をミリングにより粉砕し、最終のフェライト粉末を製造する。
このように製造されたフェライト粉末は、酸化物に換算した各含量がFe47.0〜50.0モル%、NiO15.0〜27.0モル%、ZnO18.0〜25.0モル%、CuO7.0〜13.0モル%を含む主成分100重量部に対して、2価金属0.001〜0.3重量部、3価金属0.001〜0.3重量部、及び4価金属0.001〜0.5重量部で含まれることが好ましい。
本発明によるフェライト粉末は、公知の固相法、液相法により製造されることができ、その製造方法は特に限定されない。
一方、本発明によると、前記フェライト粉末を含むフェライト組成物を利用してフェライトシートを製造し、内部電極を印刷した後、打ち抜き、圧着及び切断工程を経て、焼成工程を経ることにより、チップパワーインダクタのような低温焼成磁性体セラミック部品を製造することができる。
また、前記フェライト組成物は、前記チップインダクタのような低温焼成磁性体セラミック部品の材料だけでなく、トロイダルコア形態のインダクタ材料にも用いることができる。
前記フェライト材料は、上記のような部品の製造に用いられる場合、850〜920℃、好ましくは880〜920℃の温度で焼結して、積層型チップビーズ材料、チップインダクタ及びトロイダルコアを提供することができる。
本発明の好ましい実施形態によると、前記トロイダルコアの品質係数Qは、250以上であることが好ましい。
以下、本発明の好ましい実施例を詳細に説明する。以下の実施例は、本発明を例示するためのものに過ぎず、本発明の範囲がこれら実施例によって制限されることに解釈されてはならない。また、以下の実施例では、特定化合物を利用して例示したが、これらの均等物を用いた場合においても、同等類似の程度の効果を奏することができるということは、当業者において自明である。
実施例1〜3及び比較例1〜5
下記表1に示した組成を利用して、実施例と比較例によるNiZnCu系フェライト組成物を製造した。
各出発原料として、NiZnCuフェライト金属、及び2価金属、3価金属、4価金属の酸化物を各含量に秤量して混合し、前記材料を液状ミリングした後、乾燥オーブンで乾燥した。乾燥された粉末を粉砕した後、700〜800℃温度で仮焼した。仮焼した後ミリング過程を経て、乾燥、解砕してフェライト組成物の粉末を得た。
Figure 2013060361
実験例
前記実施例及び比較例により製造された各フェライト組成物をトロイダルコア形態に製造し、880〜920℃の温度で焼成した後、透磁率、Q、密度などを測定した。透磁率及びQは、トロイダルコアにワイヤを10回巻線した後1Mhzで測定し、その結果を下記表2に示した。
Figure 2013060361
前記表2の結果から、NiZnCu系フェライトに+2価のCoO、+3価のBi、+4価のCeOを添加することにより、品質係数Qが非常に増加することが分かる。また、+5価のVをさらに添加する場合(実施例2)、焼結性をさらに改善させることができた。
しかし、NiZnCuフェライト主成分のみで構成された比較例1、また、2価金属、3価金属、及び4価金属を全て含まず、これらを1〜2種含む比較例2〜5の場合、焼結性、透磁率、品質係数Qが本発明の実施例によるNiZnCu系フェライト組成物を利用する場合より劣ることで測定された。
特に、本発明の実施例によるNiZnCu系フェライト組成物を利用したトロイダルコアは、品質係数Qが250以上の高い値を有することが分かる。
このような結果から、本発明のようにNiZnCu系フェライト主成分に2価金属、3価金属及び4価金属を含ませることにより、フェライトの焼結性、透磁率、及び品質係数Q特性を全て改善させることができるということを確認した。

Claims (9)

  1. Fe47.0〜50.0モル%、NiO15.0〜27.0モル%、ZnO18.0〜25.0モル%、CuO7.0〜13.0モル%を含む主成分100重量部に対して、
    2価金属0.001〜0.3重量部、3価金属0.001〜0.3重量部、及び4価金属0.001〜0.5重量部で含むニッケル−亜鉛−銅(NiZnCu)系フェライト組成物。
  2. 前記2価金属、3価金属、及び4価金属は、各金属の酸化物(oxide)または水酸化物(hydroxide)の形態で含まれる請求項1に記載のニッケル−亜鉛−銅(NiZnCu)系フェライト組成物。
  3. 前記2価金属は、Co、Mg及びMnからなるグループから選択される1種以上である請求項1に記載のニッケル−亜鉛−銅(NiZnCu)系フェライト組成物。
  4. 前記3価金属は、Bi、Al、Ga及びInからなるグループから選択される1種以上である請求項1に記載のニッケル−亜鉛−銅(NiZnCu)系フェライト組成物。
  5. 前記4価金属は、Ce、S、Ti、Si及びZrからなるグループから選択される1種以上である請求項1に記載のニッケル−亜鉛−銅(NiZnCu)系フェライト組成物。
  6. V、Mo及びWからなるグループから選択される1種以上の5価金属をさらに含む請求項1に記載のニッケル−亜鉛−銅(NiZnCu)系フェライト組成物。
  7. 請求項1に記載のニッケル−亜鉛−銅(NiZnCu)系フェライト組成物を利用した積層型チップ素子。
  8. 請求項1に記載のニッケル−亜鉛−銅(NiZnCu)系フェライト組成物を利用したトロイダルコア。
  9. 250以上の品質係数Qを有する請求項8に記載のトロイダルコア。
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