JP2018113290A - 抵抗素子およびその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】特定の高周波領域では、抵抗成分が大きな値を示し、信号域では、抵抗成分およびリアクタンス成分が小さい値を示す周波数依存型抵抗素子を提供する。
【解決手段】焼結磁性材料から構成される素体7とこれに埋設されたコイル導体9を含む素子であって、素体が、Fe、Zn、NiおよびCuを含む主成分と、Coを含む副成分とから成り、Feの含有量が、Fe換算で46.79〜47.69モル%、Znの含有量がZnO換算で12.60〜24.84モル%、Niの含有量がNiO換算で19.21〜32.36モル%、NiとZnの前記含有量のモル比(Ni:Zn)が、1−X:Xで、Xは0.28〜0.56であり、Coの含有量が、Fe、Zn、NiおよびCuを、それぞれ、Fe、ZnO、NiOおよびCuOに換算した100質量部に対して、Coに換算して、1.0質量部以上10.0質量部以下である。
【選択図】図3

Description

本発明は、抵抗素子、特に周波数依存型抵抗素子およびその製造方法に関する。
近年、電子機器においては、EMI(Electro-Magnetic Interference)対策が求められている。その手法として信号系にインピーダンス素子を直列に挿入しノイズを遮断することが一般的に行われている。また、パワーアンプ等の電源ライン系に対しても、インピーダンス素子を直列に挿入してアクティブ素子から信号系のノイズが電源ラインに漏洩することを抑制することも一般的に行われている。
しかしながら、インピーダンス素子によるEMI対策には、リアクタンス成分が信号波形に歪みを与える、位相の遅れを生じさせる、といった不利益があることも知られている。インピーダンス素子のインピーダンスZaは、実数部の抵抗成分Raと虚数部のリアクタンス成分Xaの合成であり、Ra+jXaの式で表される。ノイズ成分を効率的に吸収し、かつ、信号波形に歪みや位相遅れを生じさせない理想的なインピーダンス素子は、ノイズ成分を有する特定の高周波領域で、実数部の抵抗成分Raが大きな値を示し、ノイズ成分を効率的に吸収し、一方、信号域の周波領域では、実数部の抵抗成分Raと虚数部のリアクタンス成分Xaの両方が小さい値を示し、信号波の減衰、波形の歪み、位相遅れを生じさせない。
上記のような理想的な周波数特性を有する素子を得るために、特許文献1には、インダクタと抵抗が並列に接続された回路を有する素子が提案されている。具体的には、特許文献1の素子では、インダクタとしてのコイル導体を有する素子の表面に抵抗としての酸化皮膜を設け、コイルと酸化皮膜を並列に接続することにより、インダクタと抵抗が並列に接続された回路を有する素子を得ている。
特開平10−50523号公報
しかしながら、引用文献1のように、インダクタの表面に、抵抗素子としての酸化皮膜を別途設けることは、製造が煩雑になり、また、特に表面成膜作業において、工数が増加するという点で好ましくない。また、小型化の観点からも好ましくない。
本発明の目的は、従来のインダクタと同様の構造を有しつつ、ノイズ成分を有する特定の高周波領域では、実数部の抵抗成分が大きな値を示し、信号域の周波領域では、実数部の抵抗成分および虚数部のリアクタンス成分が小さい値を示す周波数特性を有する素子を提供することにある。
本発明者は、上記問題を解消すべく鋭意検討した結果、インピーダンスの実数部の抵抗成分が、通過させたい信号の周波数領域では特定の値以下であり、その周波数以上の領域では十分な値である素子、換言すれば、特定の周波数において、急峻に上記抵抗成分が大きくなる素子を得ることができれば、理想的な周波数特性を有する抵抗素子を提供できると考えた。そして、Ni−Zn−Cu系のフェライト材料から構成された素体中にコイルが埋蔵されたコイル部品において、素体中のFe、Zn、NiおよびCuの含有量を特定の範囲とし、NiとZnのモル比を特定の範囲とし、さらに、特定量のCoを含有させることにより、上記のような周波数特性を有する素子を得ることができることを見出し、本発明に至った。
本発明の第1の要旨によれば、焼結磁性材料から構成される素体と前記素体に埋設されたコイル導体を含む周波数依存型抵抗素子であって、
前記焼結磁性材料が、Fe、Zn、NiおよびCuを含む主成分と、Coを含む副成分とから成り、
前記主成分中、Feの含有量が、Feに換算して46.79モル%以上47.69モル%以下であり、Znの含有量がZnOに換算して12.60モル%以上24.84モル%以下であり、Niの含有量がNiOに換算して19.21モル%以上32.36モル%以下であり、
NiとZnの前記含有量のモル比(Ni:Zn)が、1−X:Xであり、ここに、Xは0.28以上0.56以下であり、
前記副成分としてのCoの含有量が、Fe、Zn、NiおよびCuを、それぞれ、Fe、ZnO、NiOおよびCuOに換算した前記主成分100質量部に対して、Coに換算して、1.0質量部以上10.0質量部以下である、
ことを特徴とする、周波数依存型抵抗素子が提供される。
本発明の第2の要旨によれば、焼結磁性材料から構成される素体と前記素体に埋設されたコイル導体を含む周波数依存型抵抗素子であって、
前記焼結磁性材料が、Fe、Zn、NiおよびCuを含む主成分と、Coを含む副成分とから成り、
前記主成分中、Feの含有量が、Feに換算して46.79モル%以上47.69モル%以下であり、Znの含有量がZnOに換算して12.60モル%以上24.84モル%以下であり、Niの含有量がNiOに換算して19.21モル%以上32.36モル%以下である周波数依存型抵抗素子において、
1−X:Xで表されるNiとZnの含有量のモル比(Ni:Zn)を、Xを0.28以上0.56以下の範囲で調整し、副成分としてのCoの添加量を調整することによって、当該周波数依存型抵抗素子におけるインピーダンスの実数部の抵抗成分Rまたは複素透磁率の虚数部μ”の立ち上がり周波数を制御することを特徴とする、周波数依存型抵抗素子の周波数特性の制御方法が提供される。
本発明によれば、Ni−Zn−Cu系のフェライト材料の素体中にコイルが埋設されたコイル部品において、素体中のFeの含有量を、Feに換算して46.79モル%以上47.69モル%以下とし、Znの含有量をZnOに換算して12.60モル%以上24.84モル%以下とし、Niの含有量をNiOに換算して19.21モル%以上32.36モル%以下とし;素体中に含まれるNiとZnのモル比を、1−X:X(ここに、Xは0.28以上0.56以下)とし;前記素体中にCoを、Fe、Zn、NiおよびCuを、それぞれ、Fe、ZnO、NiOおよびCuOに換算した前記主成分100質量部に対して、Coに換算して、1.0質量部以上10.0質量部以下で含ませることにより、特定の周波数以上の周波数領域において、抵抗成分が急激に増大する、周波数依存型抵抗素子を提供することができる。
図1は、本発明の一の実施形態における周波数依存型抵抗素子を模式的に示す斜視図である。 図2は、図1の実施形態における周波数依存型抵抗素子を模式的に示す分解斜視図であって、外部電極を省略した図である。 図3は、図1の実施形態における周波数依存型抵抗素子の断面を模式的に示す断面図である。 図4は、実施例1で得られた試料のRの周波数特性を示すグラフである。 図5は、実施例1で得られた試料のRのピーク値を示すグラフである。 図6は、実施例1で得られた試料のμ”の周波数特性を示すグラフである。 図7は、実施例2で得られた試料のRの周波数特性を示すグラフである。 図8は、実施例2で得られた試料のμ”の周波数特性を示すグラフである。 図9は、実施例3の試料のRの周波数特性を示すグラフである。 図10は、実施例3の試料のμ”の周波数特性を示すグラフである。 図11は、実施例4で得られた試料(ポア面積率=3%)のμ”の周波数特性を示すグラフである。 図12は、実施例4で得られた試料(ポア面積率=13%)のμ”の周波数特性を示すグラフである。 図13は、実施例4で得られた試料(ポア面積率=20%)のμ”の周波数特性を示すグラフである。 図14は、実施例4で得られた試料のCo添加量とf1の関係を示すグラフである。 図15は、実施例4で得られた試料のCo添加量とf2の関係を示すグラフである。 図16は、図14の近似式のxの係数とポア面積率(%)の関係を示すグラフである。 図17は、図14の近似式の切片とポア面積率(%)の関係を示すグラフである。 図18は、図15の近似式のxの係数とポア面積率(%)の関係を示すグラフである。 図19は、図15の近似式のxの係数とポア面積率(%)の関係を示すグラフである。 図20は、図15の近似式の切片とポア面積率(%)の関係を示すグラフである。
本発明の周波数依存型抵抗素子およびその製造方法について、以下、図面を参照しながら詳細に説明する。但し、本発明の周波数依存型抵抗素子の構成、形状、コイルの巻回数および各要素の配置等は、図示する例に限定されないことに留意されたい。
図1〜図3に示すように、本実施形態の周波数依存型抵抗素子1は、概略的には、それぞれ、磁性体層2(および、外層である磁性体層3)と、導体層5とを所定の順番で積層することにより形成され、磁性体層2および3から成る素体7およびこの内部に埋設された導体層5から成るコイル導体9を有する。素体7の外周両端面を覆うように外部電極21および22が設けられ、外部電極21および22は、それぞれ、コイル導体9の両端に位置する引出し部6bおよび6aに接続される。
より詳細には、本実施形態においては、磁性体層2は、それらを貫通するビアホール10を有し、積層されて磁性体層3と共に素体7を形成する。また、各磁性体層2の間に、それぞれ導体層5が配置され、これらの導体層5は上記ビアホール10を通ってコイル状に相互接続され、コイル導体9を形成する。
素体7は、少なくとも、主成分としてFe、Zn、NiおよびCuを含む焼結磁性材料から構成され得る。コイル導体9は、導電性金属を主成分として含む導体から構成される。外部電極21および22は、導電性金属を含む導体から構成される。
上記した本実施形態の周波数依存型抵抗素子1は、以下のようにして製造される。
まず、磁性体シートを準備する。磁性体シートは、主成分としてFe、Zn、NiおよびCuを含み、副成分としてCoを含む磁性材料から作製される。通常、磁性材料は、素原料として、Fe、ZnO、NiOおよびCuO、ならびにCoの粉末を所望の割合で混合および仮焼して調製され得る。ただし、素原料は、Fe、Zn、Ni、CuおよびCoを含む磁性材料を得ることができる材料であれば、特に限定されるものではない。
上記磁性材料の主成分は、実質的にFe、Zn、NiおよびCuの酸化物(理想的には、Fe、ZnO、NiOおよびCuO)から成る。
磁性材料において、Fe含有量は、Feに換算して、46.79モル%以上47.69モル%以下(主成分合計基準、以下も同様)であり、好ましくは47.29モル%以上47.69モル%以下、例えば、47.39モル%以上47.60モル%以下であり得る。
磁性材料において、Zn含有量は、ZnOに換算して、12.60モル%以上24.84モル%以下(主成分合計基準、以下も同様)であり、好ましくは19.36モル%以上24.84モル%以下、例えば、20.73モル%以上22.10モル%以下であり得る。
磁性材料において、Ni含有量は、NiOに換算して、19.21モル%以上32.36モル%以下(主成分合計基準、以下も同様)であり、好ましくは19.21モル%以上25.10モル%以下、例えば、22.17モル%以上23.64モル%以下である。
磁性材料において、Cu含有量は、上記Fe、ZnおよびNi含有量を除いた残部である。具体的には、Cu含有量は、CuOに換算して、0.10モル%以上21.40モル%以下(主成分合計基準、以下も同様)であり、好ましくは1.00モル%以上10.00モル%以下、例えば、5.00モル%以上9.00モル%以下である。
磁性材料において、NiとZnの含有量のモル比(即ち、Ni:Zn)は、1−X:X(ここに、Xは0.28以上0.56以下であり、好ましくは0.44以上0.56以下、例えば0.47以上0.50以下である。)である。
磁性材料の組成を上記の範囲とすることにより、本発明の周波数依存型抵抗素子のインピーダンスの実数部の抵抗成分(以下、「R」とも称する)の最大値をより大きくすることができ、周波数増加に伴うRの立ち上がりをより急峻にすることができる。また、磁性材料の組成を上記の範囲とすることにより、周波数依存型抵抗素子の複素透磁率の虚数部(以下、「μ”」とも称する)を最大化することができる。Xを小さくすることで、Rの最大値をより大きく維持しつつ、Rおよびμ”の立ち上がり周波数を高周波側にシフトすることができる。
上記磁性材料の副成分は、実質的にCoの酸化物(理想的にはCo)から成る。
磁性材料中のCoの含有量は、Coに換算して、上記主成分100質量部(Fe、Zn、NiおよびCuを、それぞれ、Fe、ZnO、NiOおよびCuOに換算した量)に対して、1.0質量部以上10.0質量部以下、好ましくは4.0質量部以上10.0質量部以下、より好ましくは5.0質量部以上10.0質量部以下である。磁性材料にCoを含ませることにより、本発明の周波数依存型抵抗素子の立ち上がり周波数を高周波側にシフトすることができ、周波数増加に伴うRの立ち上がりをより急激にすることができる。また、磁性材料にCoを含ませることにより、周波数依存型抵抗素子の複素透磁率の虚数部(以下、「μ”」とも称する)の立ち上がり周波数を高周波側にシフトすることができる。
尚、上記磁性材料における主成分は、実質的にFe、Zn、NiおよびCuから成り得、副成分は、実質的にCoから成り得るが、その他の金属原子(Mn、Sn、Zr、Bi)等を含み得る。
上記のように調製した磁性材料を用いて磁性体シートを準備する。例えば、磁性材料を、バインダ樹脂および有機溶剤を含む有機ビヒクルと混合/混練し、シート状に成形することにより磁性体シートを得てよいが、これに限定されるものではない。
別途、導体ペーストを準備する。市販で入手可能な、金属粉末を含む一般的な金属ペーストを使用できる。金属材料としては、特に限定されないが、Au、Ag、Cu、Pd、Ni等が挙げられる。好ましくは、金属材料はAgである。金属材料は、1種のみであっても、2種以上であってもよい。
そして、図2に示されるように、上記磁性体シート(磁性体層2に対応する)を、導体ペースト層(導体層5に対応する)を介して積層し、導体ペースト層が磁性体シートに貫通して設けられたビアホール(ビアホール10に対応する)を通ってコイル状に相互接続され、これらが磁性体シート(磁性体層3に対応する)により挟持されている積層体(素体7に対応するが、未焼成積層体である)を得る。
上記積層体(未焼成積層体)の形成方法は、特に限定されず、シート積層法および印刷積層法などを利用して積層体を形成してよい。シート積層法による場合、磁性体シートに、適宜ビアホールを設けて、導体ペーストを所定のパターンで(ビアホールが設けられている場合には、ビアホールに充填しつつ)印刷して導体ペースト層を形成し、導体ペースト層が適宜形成された磁性体シートを積層および圧着し、所定の寸法に切断して、積層体を得ることができる。印刷積層法による場合、磁性材料からなる磁性体ペーストを印刷して磁性体層を形成する工程、導体ペーストを所定のパターンで印刷して導体層を形成する工程を適宜繰り返すことで積層体を作製する。磁性体層を形成する時は所定の箇所にビアホールを設け、上下の導体層が導通するようにし、最後に磁性体ペーストを印刷して磁性体層3(外層に対応する)を形成し、これを所定の寸法に切断して、積層体を得ることができる。この積層体は、複数個をマトリクス状に一度に作製した後に、ダイシング等により個々に切断して(素子分離して)個片化したものであってよいが、予め個々に作製したものであってもよい。
次に、上記で得られた積層体(未焼成積層体)を熱処理することにより、磁性体層および導体層を焼成して、それぞれ素体7およびコイル導体9とする。
上記焼成条件は、特に限定されず、用いる磁性材料の組成およびコイル導体の金属材料に応じて適宜選択できる。
焼成温度は、特に限定されないが、好ましくは800℃以上1200℃以下、より好ましくは800℃以上1000℃以下、例えば900℃以上1000℃以下であり得る。
焼成の際の酸素分圧は、特に限定されず大気圧条件であってもよいが、好ましくは、コイル導体の金属材料Mの酸化物M(mおよびnは、それぞれ、任意の整数である)の平衡酸素分圧以下であり、より好ましくはFe−Fe平衡酸素分圧以上M−M平衡酸素分圧以下である。
焼成時間は、特に限定されないが、好ましくは30分以上10時間以下、より好ましくは1時間以上5時間以下であり得る。
上記焼成条件を調整することにより、焼成後の素体のポア面積率を調整することができる。
ここに、上記「ポア面積率」とは、素体の断面においてポア(空隙)が占める面積の割合を意味し、下記のように測定することができる。
ポア面積率の測定
素体の幅方向と厚み方向で規定される断面(以下、「W−T面」という)を鏡面研磨し、収束イオンビーム加工(FIB加工)した面を走査電子顕微鏡(SEM)により観察し、焼結後の素体中のポア面積率を測定する。
具体的には、下記の装置を用いて、以下のように測定することができる。
FIB装置 :FEI製FIB200TEM
FE−SEM(走査電子顕微鏡) :日本電子製JSM−7500FA
WinROOF(画像処理ソフト) :三谷商事株式会社製、Ver.5.6
<収束イオンビーム加工(FIB加工)>
鏡面研磨した試料の研磨面に対し、入射角5°でFIB加工を行う。
<走査電子顕微鏡(SEM)による観察>
SEM観察は、以下の条件で行う。
加速電圧 :15kV
試料傾斜 :0゜
信号 :二次電子
コーティング :Pt
倍率 :5000倍
<ポア面積率の算出>
ポア面積率は、以下の方法で求めることができる。
a)計測範囲を決める。小さすぎると測定箇所による誤差が生じる。例えば、測定範囲は、22.85μm×9.44μmとする。
b)磁性体セラミックとポアが識別しにくい場合、明るさ、コントラストを調節する。 c)2値化処理を行い、ポアのみを抽出する。画像処理ソフトWinROOFの「色抽出」では完全でない場合には手動で補う。
d)ポア以外を抽出した場合はポア以外を削除する。
e)画像処理ソフトの「総面積・個数計測」で総面積、個数、ポアの面積率、計測範囲の面積を測定する。
本発明の周波数依存型抵抗素子の素体のポア面積率は、好ましくは3%以上、より好ましくは10%以上、さらに好ましくは13%以上、例えば15%以上であり得る。また、ポア面積率は、好ましくは20%以下、例えば15%以下であり得る。ポア面積率は、好ましくは3%以上20%以下、より好ましくは13%以上20%以下であり得る。ポア面積率をより大きくすることにより、Rおよびμ”の立ち上がり周波数を、高周波側にシフトすることができる。一方、ポア面積率をより小さくすることにより、素体の強度をより高くすることができる。
次に、上記で得られた素体7の両端面を覆うように、外部電極21および22を形成する。外部電極21および22は、それぞれ、コイル導体9の両端に位置する引出し部6bおよび6aに接続されている。
外部電極21および22は、導電性材料、好ましくはAu、Ag、Pd、Ni、CuおよびSnから選択される1種またはそれ以上の金属材料から構成される。
外部電極の形成は、例えば、金属の粉末をガラスなどと一緒にペースト状にしたものを素体の所定の領域に塗布し、得られた素体を、熱処理して金属を焼き付け、次いでめっきを行うことによって実施し得る。または、導体層の露出部に直接金属材料をめっきすることで実施し得る。
以上のようにして、本実施形態の周波数依存型抵抗素子1が製造される。
尚、焼成後の素体におけるFe含有量(Fe換算)、Zn含有量(ZnO換算)、Ni含有量(NiO換算)、Cu含有量(CuO換算)、およびCo含有量(Co換算)は、それぞれ、焼成前の磁性材料におけるFe含有量(Fe換算)、Zn含有量(ZnO換算)、Ni含有量(NiO換算)、Cu含有量(CuO換算)、およびCo含有量(Co換算)と実質的に相違ないと考えて差し支えない。
即ち、上記のようにして得られる周波数依存型抵抗素子は、焼結磁性材料から構成される素体と前記素体に埋設されたコイル導体を含み、
前記焼結磁性材料が、Fe、Zn、NiおよびCuを含む主成分と、Coを含む副成分とから成り、
前記主成分中、Feの含有量が、Feに換算して46.79モル%以上47.69モル%以下であり、Znの含有量がZnOに換算して12.60モル%以上24.84モル%以下であり、Niの含有量がNiOに換算して19.21モル%以上32.36モル%以下であり、
NiとZnの前記含有量のモル比(Ni:Zn)が、1−X:Xであり、ここに、Xは0.28以上0.56以下であり、
前記副成分としてのCoの含有量が、Fe、Zn、NiおよびCuを、それぞれ、Fe、ZnO、NiOおよびCuOに換算した前記主成分100質量部に対して、Coに換算して、1.0質量部以上10.0質量部以下である。
尚、焼結磁性材料における各主成分の含有量は、次のようにして求めることができる。まず、複数(例えば、10個以上)の周波数依存型抵抗素子を、端面が立つように樹脂固めし、試料の長さ方向に沿って研磨し、長さ方向の約1/2の時点における研磨面を得、研磨面を洗浄する。次に、導体コイルの内側でコイル中心軸付近の領域を、波長分散型X線分析法(WDX法)を用いて各成分について定量分析し、複数の試料の測定結果の平均を算出することにより求められる。測定面積は、使用する分析機器によって異なり得、例えば、測定ビーム径で10nm以上1μm以下であり得るが、これに限定されない。
以上、本発明の1つの実施形態について説明したが、本実施形態は種々の改変が可能である。
例えば、本発明の周波数依存型抵抗素子のサイズは、特に限定されない。本発明の周波数依存型抵抗素子のサイズは、好ましくは2.0mm以下×1.2mm以下、より好ましくは1.6mm以下×0.8mm以下、好ましくは1.0mm以下×0.5mm以下、例えば0.6mm以下×0.3mm以下、または0.4mm以下×0.2mm以下(長さ×幅)であり得る。本発明の周波数依存型抵抗素子の高さは、好ましくは1.2mm以下、より好ましくは1.0mm以下、例えば0.6mm以下または0.2mm以下であり得る。
本発明の周波数依存型抵抗素子におけるコイルの巻数は、図面では5.5であるがこれに限定されない。コイルの巻数は、例えば、2以上、好ましくは5以上、例えば10以上、30以上、50以上、または100以上であり得る。また、コイルの巻数は、例えば、200以下、好ましくは100以下、例えば60以下、40以下、30以下、または10以下であり得る。
上記実施形態の周波数依存型抵抗素子における素体は、焼結磁性材料の層から形成された積層体であるが、これに限定されず、例えば、1つのブロックから成る素体、または2つのブロックを重ねた素体であってもよい。
本発明の周波数依存型抵抗素子は、下記の式1を満足し得る。
f1=A×Y+B (式1)
上記式中、f1は、Rを与える周波数(MHz)であり、
ここに、Rは、周波数依存型抵抗素子のインピーダンスの実数部の抵抗成分(Ω)であって、R=R+17を満たし、
は、1MHzにおける、周波数依存型抵抗素子のインピーダンスの実数部の抵抗成分(Ω)である。
即ち、f1は、1MHzにおけるRよりも17Ω大きなRを与える周波数を意味する。本明細書において、f1を「Rの立ち上がり周波数」とも称する。
上記式中、Yは、前記焼結磁性材料中の、Fe、Zn、NiおよびCuを、それぞれ、Fe、ZnO、NiOおよびCuOに換算した主成分100質量部に対する、Coに換算したCoの含有量(質量部)である。
上記式中、Aは、36.8以上38.0以下、好ましくは37.0以上37.8以下である。
上記式中、Bは、14.0以上56.0以下、好ましくは14.3以上55.6以下である。
好ましい態様において、Aは37.0以上37.8以下であり、Bは14.3以上55.6以下である。
上記式1から明らかなように、本発明の周波数依存型抵抗素子は、Coの含有量を調整することにより、Rの立ち上がり周波数(f1)を調整することができる。
従って、本発明は、焼結磁性材料から構成される素体と前記素体に埋設されたコイル導体を含む周波数依存型抵抗素子であって、
前記焼結磁性材料が、Fe、Zn、NiおよびCuを含む主成分と、Coを含む副成分とから成り、
前記主成分中、Feの含有量が、Feに換算して46.79モル%以上47.69モル%以下であり、Znの含有量がZnOに換算して12.60モル%以上24.84モル%以下であり、Niの含有量がNiOに換算して19.21モル%以上32.36モル%以下であり、
NiとZnの含有量のモル比(Ni:Zn)が、1−X:Xであり、ここに、Xは0.28以上0.56以下である、
周波数依存型抵抗素子において、副成分としてのCoの添加量によって、当該周波数依存型抵抗素子におけるインピーダンスの実数部の抵抗成分Rの立ち上がり周波数を調整することを特徴とする、周波数依存型抵抗素子の周波数特性の調整方法をも提供する。
好ましい態様において、本発明の周波数依存型抵抗素子は、下記式3および式4を満足する。
A=0.046×Z+36.828 (式3)
B=2.32×Z+6.63 (式4)
[式中:
AおよびBは、上記と同意義であり、
Zは、ポア面積率(%)である。]
好ましい態様において、f1は、50(MHz)以上、好ましくは100MHz以上、より好ましくは200MHz以上である。
本発明の周波数依存型抵抗素子は、下記の式2を満足し得る。
f2=C×Y+D×Y+E (式2)
上記式中、f2は、μ”が2となる周波数(MHz)であり、
ここに、μ”は、周波数依存型抵抗素子の素体の複素透磁率の虚数部である。
尚、f2を「μ”の立ち上がり周波数」とも称する。
ここに、μ”は、下記式により求めることができる。
Figure 2018113290
[式中:
は、実効断面積(m)であり、
は、実効磁路長(m)であり、
μは、真空の透磁率であり、即ち4π×10−7(H/m)であり、
Nは、コイルの巻数であり、
fは、周波数(Hz)であり、
は、測定抵抗(Ω)である。]
上記式中、Yは、上記焼結磁性材料中の、Fe、Zn、NiおよびCuを、それぞれ、Fe、ZnO、NiOおよびCuOに換算した主成分100質量部に対する、Coに換算したCoの含有量(質量部)である。
Cは、1.78以上2.60以下、好ましくは1.79以上2.59以下である。
Dは、30.00以上40.00以下、好ましくは30.07以上39.70以下である。
Eは、10.00以上35.00以下、好ましくは10.45以上34.24以下である。
好ましい態様において、Cは1.79以上2.59以下であり、Dは30.07以上39.70以下であり、Eは10.45以上34.24以下である。
上記式2から明らかなように、本発明の周波数依存型抵抗素子は、Coの含有量を調整することにより、μ”の立ち上がり周波数(f2)を調整することができる。
従って、本発明は、焼結磁性材料から構成される素体と前記素体に埋設されたコイル導体を含む周波数依存型抵抗素子であって、
前記焼結磁性材料が、Fe、Zn、NiおよびCuを含む主成分と、Coを含む副成分とから成り、
前記主成分中、Feの含有量が、Feに換算して46.79モル%以上47.69モル%以下であり、Znの含有量がZnOに換算して12.60モル%以上24.84モル%以下であり、Niの含有量がNiOに換算して19.21モル%以上32.36モル%以下であり、
NiとZnの含有量のモル比(Ni:Zn)が、1−X:Xであり、ここに、Xは0.28以上0.56以下である、
周波数依存型抵抗素子において、副成分としてのCoの添加量によって、当該周波数依存型抵抗素子における複素透磁率の虚数部μ”の立ち上がり周波を調整することを特徴とする、周波数依存型抵抗素子の周波数特性の調整方法をも提供する。
好ましい態様において、本発明の周波数依存型抵抗素子は、下記式5、式6および式7を満足する。
C=0.046×Z+1.61 (式5)
D=0.567×Z+28.37 (式6)
E=1.385×Z+5.74 (式7)
[式中:
C、DおよびEは、上記と同意義であり、
Zは、ポア面積率(%)である。]
好ましい態様において、f2は、30(MHz)以上、好ましくは100MHz以上、より好ましくは200MHz以上である。
上記したように、本発明の周波数依存型抵抗素子においては、Xの値およびCoの添加量を調整することにより、Rおよびμ”の立ち上がり周波数等を調整することができる。従って、本発明は、焼結磁性材料から構成される素体と前記素体に埋設されたコイル導体を含む周波数依存型抵抗素子であって、
前記焼結磁性材料が、Fe、Zn、NiおよびCuを含む主成分と、Coを含む副成分とから成り、
前記主成分中、Feの含有量が、Feに換算して46.79モル%以上47.69モル%以下であり、Znの含有量がZnOに換算して12.60モル%以上24.84モル%以下であり、Niの含有量がNiOに換算して19.21モル%以上32.36モル%以下である周波数依存型抵抗素子において、
1−X:Xで表されるNiとZnの含有量のモル比(Ni:Zn)を、Xを0.28以上0.56以下の範囲で調整し、副成分としてのCoの添加量を調整することによって、当該周波数依存型抵抗素子におけるインピーダンスの実数部の抵抗成分Rまたは複素透磁率の虚数部μ”の立ち上がり周波数を制御することを特徴とする、周波数依存型抵抗素子の周波数特性の制御方法をも提供する。
(実施例1)
・磁性体シートの作製
Fe、ZnO、NiOおよびCuOを、下記表1に示す割合となるように秤量し、これら秤量物を純水およびPSZ(Partial Stabilized Zirconia;部分安定化ジルコニア)ボールと共に塩化ビニル製のポットミルに入れ、湿式で48時間混合粉砕し、蒸発乾燥させた後、750℃の温度で2時間仮焼して、磁性材料を得た。
得られた磁性材料を水系のバインダと混合し、磁性材料のスラリーを得た。得られたスラリーをシート状に成形し、磁性体シートを作製した。
・積層コイル部品の作製
上記で得られた磁性体シートの所定位置にビアホールを形成した後、Ag粉末、ワニス、および有機溶剤を含有したAgペーストを、磁性体シートの表面にスクリーン印刷し、かつ前記Agペーストをビアホールに充填し、コイルパターンを形成した。
次いで、コイルパターンの形成された磁性体シートを積層した後、これらをコイルパターンの形成されていない磁性体シートで挟持し(図2参照)、60℃の温度で100MPaの圧力で1分間圧着し、圧着ブロックを作製した。そして、この圧着ブロックを所定のサイズに切断し、未焼成の積層体を作製した。
得られた未焼成の積層体を、400℃に加熱して十分に脱脂した。次いで、大気雰囲気の焼成炉に未焼成の積層体を投入し、950℃に昇温し、5時間保持して焼成した。本実施例の素体のポア面積率は13%であった。
次に、Ag粉、ガラスフリット、ワニス、および有機溶剤を含有した外部電極用導電ペーストを用意し、この外部電極用導電ペーストに、上記積層体の両端を浸漬して、導電ペーストを塗布した。これを乾燥させた後、大気雰囲気で900℃で焼き付けた。さらに、積層体の内部の応力を緩和する処理を行い、次いで、電解めっきでNi、Snめっきを順に行い、外部電極を形成して、試料番号1〜9について積層コイル部品(図1参照)を作製した。尚、各試料は、幅0.2mm、長さ0.4mm、厚み0.2mmで、コイル巻数は10回とした。
・評価
(周波数特性)
上記で得られた各積層コイル部品について、インピーダンスアナライザーE4991B(Agilent社製)を用いて、Rの周波数特性を測定した。得られた結果を、図4(周波数−R)および図5(X−Rピーク値)に示す。また、Rのピーク値を下記の基準で評価し、表1に併せて示す。
350Ω未満:×
350Ω以上:○
360Ω以上:◎
Figure 2018113290
*Xは、上記NiとZnの含有量のモル比を表す1−X:XにおけるXである。
・リング状試料の作製
上記で作製した磁性体シートを、厚みが約1.0mmになるように所定枚数積層し、これを60℃に加熱し、100MPaの圧力で60秒間加圧して、圧着した。これを外径が20mm、内径が10mmのリング状に金型で打ち抜いた。得られたリング状の積層体を、上記積層コイル部品と同様に焼成し、試料番号1〜9についてリング状試料を作製した。
・評価
(周波数特性)
上記で得られた各リング状試料について、インピーダンスアナライザーE4991B(Agilent社製)を用いて、μ”の周波数特性を測定した。得られた結果を、図6(周波数−μ”)に示す。
上記の表1および図4〜図6の結果から明らかなように、Xが小さくなるほど、Rおよびμ”の立ち上がり周波数が高周波側にシフトすることが確認された。また、Xが小さくなるほど、Rの立ち上がりがより急峻であることが確認された。さらに、Xの値が0.28以上0.56以下である場合には、Rのピーク値が大きくなり、特に0.44以上0.56以下である場合には、Rのピーク値がより大きくなることが確認された。
(実施例2)
実施例1の試料番号3に、さらにCoを下記表2に示す割合(試料番号3の主成分合計100質量部に対する量)で加えた以外は、実施例1と同様にして、試料番号11〜15について積層コイル部品およびリング状試料を作製した。本実施例の素体のポア面積率も13%であった。
Figure 2018113290
・評価
(周波数特性)
上記で得られた各試料について、インピーダンスアナライザーE4991B(Agilent社製)を用いて、Rの周波数特性を測定した。得られた結果を、図7(周波数−R)に示す。
上記で得られた各リング状試料について、インピーダンスアナライザーE4991B(Agilent社製)を用いて、μ”の周波数特性を測定した。得られた結果を、図8(周波数−μ”)に示す。
図7から明らかなように、磁性材料にCoを加えることにより、Rの立ち上がり周波数が高周波側にシフトし、急峻に立ち上がることが確認された。また、Rのピーク値が大きくなることが確認された。さらに、図8から明らかなように、磁性材料にCoを加えることにより、μ”の立ち上がり周波数が高周波側にシフトすることが確認された。
(実施例3)
上記実施例1および実施例2で示されたように、Rおよびμ”の立ち上がり周波数は、Xの値およびCoの添加量に応じて変化する。そこで、Xの値を調整した試料と、Coの添加量を調整した試料とで、Rおよびμ”の立ち上がりの程度を比較するために、下記の試験を行った。
Xの値またはCoの添加量を調整して、約100MHzでRおよびμ”が立ち上がる試料を準備し、両者の周波数特性を比較した。尚、試料番号3を基準とした。Xの値を調整した試料は、試料番号9についての試料であった。また、Coの添加量を調整した試料は、Coの添加量が2.6質量部である試料であった。結果を、図9および図10に示す。実線がXを調整した試料であり、破線がCoの添加量を調整した試料である。
図9および図10に示されるように、Rおよびμ”のいずれにおいても、Coの添加量を調整した試料の方が、立ち上がりが急峻であった。
上記実施例1〜3に示されるように、Rの立ち上がり周波数は、Xの値およびCoの添加量の両方に応じて変化し、その変化の程度も異なることから、Xの値および/またはCoの添加量を調整することにより、Rの立ち上がり周波数を制御することができることが確認された。同様に、μ”の立ち上がり周波数は、Xの値およびCoの添加量の両方に応じて変化し、その変化の程度も異なることから、Xの値および/またはCoの添加量を調整することにより、μ”の立ち上がり周波数を制御することができることが確認された。さらに、その立ち上がりの程度も、Xの値を変化させた場合とCoの添加量を変化させた場合とで異なることから、Xの値および/またはCoの添加量を調整することにより、Rおよびμ”の立ち上がりの程度を制御することができることが確認された。即ち、Xの値および/またはCoの添加量を調整することにより、素子の周波数特性を制御できることが確認された。
(実施例4)
実施例2の試料番号11〜15と同様の組成の磁性材料を用いて、コイル巻数を10回とし、さらに焼成条件を制御して、下記表3に示すポア面積率となるように焼成した
以外は、実施例と同様にして、試料番号21〜35について積層コイル部品を作製した。
Figure 2018113290
・評価
(周波数特性)
上記で得られた各試料について、インピーダンスアナライザーE4991B(Agilent社製)を用いて、μ”の周波数特性を測定した。得られた結果を、図11〜13(周波数−μ”)に示す。
また、上記の結果を、Co添加量−f1(Rの立ち上がり周波数)図(図14)およびCo添加量−f2(μ”の立ち上がり周波数)図(図15)にプロットし、それぞれ、ポア面積率(Z%)毎に近似直線および近似曲線を求めた。得られた近似式を下記表4に示す。
Figure 2018113290
図11〜13から明らかなように、磁性材料にCoを加えることにより、μ”の立ち上がり周波数が高周波側にシフトすることが確認された。また、ポア面積率が大きくなると、μ”の立ち上がり周波数が高周波側にシフトすることが確認された。即ち、Rを決める要因となるμ”の立ち上がり周波数を制御することができることから、Rの立ち上がり周波数についても制御することができる。
また、上記表4に示されるように、Rの立ち上がり周波数(f1)およびμ”の立ち上がり周波数(f2)は、それぞれ、素体のポア面積率毎に、表4に示される数式で計算できることが確認された。
さらに、f1の近似式について、xの係数(A)および切片(B)とポア面積率(%)の関係を、それぞれ、図16および図17にプロットし、近似直線を求めた。同様に、f2の近似式について、xの係数(C)、xの係数(D)および切片(E)とポア面積率(%)の関係を、それぞれ、図18、図19および図20にプロットし、近似直線を求めた。得られた近似式を下記表5に示す。
Figure 2018113290
上記表5に示されるように、f1およびf2を算出するための係数および切片は、それぞれ、ポア面積率に比例し、表5に示される数式で計算できることが確認された。
本発明の周波数依存型抵抗素子は、特にEMI対策素子として、好適に使用され得る。
1…周波数依存型抵抗素子
2…磁性体層
3…磁性体層(外層)
5…導体層
6a,6b…引出し部
7…素体
9…コイル導体
10…ビアホール
21…外部電極
22…外部電極

Claims (10)

  1. 焼結磁性材料から構成される素体と前記素体に埋設されたコイル導体を含む周波数依存型抵抗素子であって、
    前記焼結磁性材料が、Fe、Zn、NiおよびCuを含む主成分と、Coを含む副成分とから成り、
    前記主成分中、Feの含有量が、Feに換算して46.79モル%以上47.69モル%以下であり、Znの含有量がZnOに換算して12.60モル%以上24.84モル%以下であり、Niの含有量がNiOに換算して19.21モル%以上32.36モル%以下であり、
    NiとZnの前記含有量のモル比(Ni:Zn)が、1−X:Xであり、ここに、Xは0.28以上0.56以下であり、
    前記副成分としてのCoの含有量が、Fe、Zn、NiおよびCuを、それぞれ、Fe、ZnO、NiOおよびCuOに換算した前記主成分100質量部に対して、Coに換算して、1.0質量部以上10.0質量部以下である、
    ことを特徴とする、周波数依存型抵抗素子。
  2. 前記Xが、0.44以上0.56以下である、請求項1に記載の周波数依存型抵抗素子。
  3. 前記素体のポア面積率が、3%以上20%以下である、請求項1または2に記載の周波数依存型抵抗素子。
  4. 下記式1:
    f1=A×Y+B (式1)
    [式中:
    f1は、Rを与える周波数(MHz)であり、
    ここに、Rは、周波数依存型抵抗素子のインピーダンスの実数部の抵抗成分(Ω)であって、R=R+17を満たし、
    は、1MHzにおける、周波数依存型抵抗素子のインピーダンスの実数部の抵抗成分(Ω)であり、
    Yは、前記焼結磁性材料中の、Fe、Zn、NiおよびCuを、それぞれ、Fe、ZnO、NiOおよびCuOに換算した主成分100質量部に対する、Coに換算したCoの含有量(質量部)であり、
    Aは、36.8以上38.0以下であり、
    Bは、14.0以上56.0以下である。]
    を満足する、請求項1〜3のいずれか1項に記載の周波数依存型抵抗素子。
  5. 下記式2:
    f2=C×Y+D×Y+E (式2)
    [式中:
    f2は、μ”が2となる周波数(MHz)であり、
    ここに、μ”は、周波数依存型抵抗素子の複素透磁率の虚数部であり、
    Yは、前記焼結磁性材料中の、Fe、Zn、NiおよびCuを、それぞれ、Fe、ZnO、NiOおよびCuOに換算した主成分100質量部に対する、Coに換算したCoの含有量(質量部)であり、
    Cは、1.78以上2.60以下であり、
    Dは、30.00以上40.00以下であり、
    Eは、10.00以上35.00以下である。]
    を満足する、請求項1〜4のいずれか1項に記載の周波数依存型抵抗素子。
  6. 下記式3および式4:
    A=0.046×Z+36.828 (式3)
    B=2.32×Z+6.63 (式4)
    [式中:
    AおよびBは、請求項4の記載と同意義であり、
    Zは、ポア面積率(%)である。]
    を満足する、請求項4に記載の周波数依存型抵抗素子。
  7. 下記式5、式6および式7:
    C=0.046×Z+1.61 (式5)
    D=0.567×Z+28.37 (式6)
    E=1.385×Z+5.74 (式7)
    [式中:
    C、DおよびEは、請求項5の記載と同意義であり、
    Zは、ポア面積率(%)である。]
    を満足する、請求項5に記載の周波数依存型抵抗素子。
  8. f1が50(MHz)以上である、請求項4〜7のいずれか1項に記載の周波数依存型抵抗素子。
  9. 前記素体が、複数の焼結磁性材料の層から形成された積層体である、請求項1〜8のいずれか1項に記載の周波数依存型抵抗素子。
  10. 焼結磁性材料から構成される素体と前記素体に埋設されたコイル導体を含む周波数依存型抵抗素子であって、
    前記焼結磁性材料が、Fe、Zn、NiおよびCuを含む主成分と、Coを含む副成分とから成り、
    前記主成分中、Feの含有量が、Feに換算して46.79モル%以上47.69モル%以下であり、Znの含有量がZnOに換算して12.60モル%以上24.84モル%以下であり、Niの含有量がNiOに換算して19.21モル%以上32.36モル%以下である周波数依存型抵抗素子において、
    1−X:Xで表されるNiとZnの含有量のモル比(Ni:Zn)を、Xを0.28以上0.56以下の範囲で調整し、副成分としてのCoの添加量を調整することによって、当該周波数依存型抵抗素子におけるインピーダンスの実数部の抵抗成分Rまたは複素透磁率の虚数部μ”の立ち上がり周波数を制御することを特徴とする、周波数依存型抵抗素子の周波数特性の制御方法。
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