JP2022036635A - 複合磁性体および電子部品 - Google Patents

Abstract

【課題】直流重畳特性が良好で、かつ、インピーダンスの周波数特性が良好な複合磁性体、および、当該複合磁性体を用いた電子部品を提供すること。【解決手段】軟磁性金属粒子と、軟磁性金属粒子よりも粒径（Ｄ５０）が小さい非磁性セラミック粒子と、を含む複合磁性体。【選択図】図２

Description

本発明は、軟磁性金属粒子で構成される複合磁性体、および、当該複合磁性体を含む電子部品に関する。

金属磁性体は、フェライトと比べて、飽和磁束密度が高く、直流重畳特性が良好である。そのため、近年では、インダクタやトランス、チョークコイルなどの電子部品において、フェライトに変えて金属磁性体が広く用いられるようになっている。たとえば、特許文献１では、磁性体としてＦｅＣｒＳｉ合金を用いた積層インダクタが提案されている。

ただし、従来の金属磁性体は、酸化物であるフェライトと比べて、インピーダンスの周波数特性が悪く、高周波用途の電子部品に適さない。

特開２０１７－０９２４３１号公報

本発明は、このような実情を鑑みてなされ、その目的は、直流重畳特性が良好で、かつ、インピーダンスの周波数特性が良好な複合磁性体、および、当該複合磁性体を用いた電子部品を提供することである。

上記の目的を達成するために、本発明に係る複合磁性体は、
軟磁性金属粒子と、
前記軟磁性金属粒子よりも粒径（Ｄ５０）が小さい非磁性セラミック粒子と、を含む。

本発明の複合磁性体は、上記の構成を有することで、良好な直流重畳特性が得られるとともに、インピーダンスの周波数特性が向上する。ここで、「インピーダンスの周波数特性が向上する」とは、複合磁性体の自己共振周波数（ＳＲＦ）がより高周波側にシフトすることを意味する。また、自己共振周波数（ＳＲＦ）とは、インピーダンスの周波数特性において、インピーダンスが極大値となる場合の周波数である。

なお、Ｍｎ－Ｚｎ系フェライトやＮｉ－Ｚｎ系フェライトなどのソフトフェライトは、セラミックではあるが磁性体であり、このようなソフトフェライトは、本発明の非磁性セラミック粒子に該当しない。

好ましくは、前記非磁性セラミック粒子が、銅、亜鉛、ニッケル、アルミニウム、マグネシウム、スズから選択される１種以上の元素を含むケイ酸塩化合物である。
また、好ましくは、前記非磁性セラミック粒子が、一般式α（βＺｎＯ・（１－β）ＣｕＯ）・ＳｉＯ_２で表されるケイ酸塩化合物であり、
前記一般式において、前記αが１．５～２．４であり、前記βが０．６０～１．００である。

非磁性セラミック粒子として上記のようなケイ酸塩化合物を使用することで、軟磁性金属粒子と非磁性セラミック粒子との間で、磁性体の特性を阻害するような反応相が生成することを抑制できる。

好ましくは、前記非磁性セラミック粒子の含有量が、前記軟磁性金属粒子１００重量部に対して、０．６重量部以上、９０重量部以下である。本発明者等の実験によれば、非磁性セラミック粒子の含有量を多くするほど、自己共振周波数がより高周波側にシフトし、インピーダンスの周波数特性がより良好となる。なお、非磁性セラミック粒子の含有量が９０重量部超過となると、インピーダンスの周波数特性は向上するものの、磁性体の成形性が悪化する傾向となる。そのため、非磁性セラミック粒子の含有量は、軟磁性金属粒子１００重量部に対して９０重量部以下であることが望ましい。

好ましくは、前記非磁性セラミック粒子の円形度が、０．９８未満である。本発明者等の実験によれば、非磁性セラミック粒子の円形度が低下するほど、直流重畳特性およびインピーダンスの周波数特性が向上する傾向となる。また、円形度が所定値未満である非磁性セラミック粒子を使用することで、本発明の複合磁性体で構成する磁心の強度が向上する。

好ましくは、前記非磁性セラミック粒子の比誘電率が、１０以下である。このような非磁性セラミック粒子を用いることで、インピーダンスの周波数特性がさらに向上する。

本発明に係る複合磁性体は、インダクタ、トランス、リアクトル、チョークコイル、複合素子（例えば、コイル領域とコンデンサ領域とを兼ね備えるＬＣ複合部品など）、ノイズフィルタ、磁気センサ、アンテナなどの様々な電子部品に適用できる。本発明において、複合磁性体を適用した電子部品は、以下の構成を有することができる。

すなわち、本発明に係る電子部品は、上記の複合磁性体を有し、前記複合磁性体の断面において、前記非磁性セラミック粒子が、前記軟磁性金属粒子の粒子間に存在する。このような構成を有する電子部品は、直流重畳特性が優れるとともに、インピーダンスの周波数特性が良好となる。そのため、本発明に係る電子部品は、高周波用途の電子部品として、好適に利用することができる。

また、前記複合磁性体の断面において、前記軟磁性金属粒子が占める面積割合をＡ_Ｍとし、前記軟磁性金属粒子が占める領域以外の面積割合をＡ_Ｃとすると、
好ましくは、Ａ_Ｃ／Ａ_Ｍが、０．０７～１９．３である。
なお、上記において、非磁性セラミック粒子が占める面積は、面積割合Ａ_Ｃの中に含まれている。面積比率Ａ_Ｃ／Ａ_Ｍが上記の範囲内であることで、直流重畳特性およびインピーダンスの周波数特性がさらに向上する。

図１は、本発明の一実施形態に係る電子部品の内部透明斜視図である。 図２は、図１に示す電子部品に含まれる複合磁性体を示す概略断面図である。 図３Ａは、複合磁性体の要部を拡大して示す模式図である。 図３Ｂは、複合磁性体の要部を拡大して示す模式図である。 図４は、インピーダンスの周波数特性を測定した結果を概略的に示すグラフである。 図５は、直流重畳特性を測定した結果を概略的に示すグラフである。

以下、本発明を図面に示す実施形態に基づき詳細に説明する。なお、本実施形態では、本発明に係る電子部品の一例として、積層インダクタについて説明する。

図１に示すように、本実施形態に係る積層インダクタ１は、素体２と端子電極３とを有する。素体２は、磁性体層４と、３次元的かつ螺旋状の形態を有するコイル導体５０と、で構成され、素体２の内部にコイル導体５０が埋設してある。素体２の両端には、一対の端子電極３が形成してあり、この端子電極３は、引出電極６を介してコイル導体５０と電気的に接続してある。

素体２の形状に特に制限はないが、通常、直方体状とされる。また、素体２の寸法も特に制限はなく、用途に応じて適当な寸法とすればよい。一対の端子電極３も、導電性を有していればよく、その材質や厚みは特に制限されない。たとえば、端子電極３は、導電性ペーストの焼付電極、熱硬化性樹脂等を含む樹脂電極、もしくは、焼付電極または樹脂電極の外表面にメッキを施した積層電極などとすることができる。

素体２に含まれるコイル導体５０は、螺旋状のコイル形状を有する。このコイル形状は、四角環状や四角半環状などの所定パターンを有する内部電極層５を、磁性体層４を介してＹ軸方向に積層し、隣接する内部電極層５の間をスルーホール電極（図示略）または段差状電極等で連結することで形成される。そして、コイル導体５０のＹ軸方向の両端には引出電極６が接続してある。この引出電極６は、磁性体層４を貫通するスルーホール電極である。コイル導体５および引出電極６の材質も、導電性を有していればよく、特に制限されない。たとえば、Ａｇ（銀）、Ｃｕ（銅）、Ａｕ（金）、Ａｌ（アルミニウム）、Ａｇ合金、Ｃｕ合金などを主成分として構成することができ、その他、ガラスフリット、副成分、および不可避不純物が含まれていてもよい。

なお、本実施形態では、磁性体層４および内部電極層５の積層方向がＹ軸に一致し、端子電極３の端面が、Ｘ軸およびＺ軸に平行となっている。また、コイル導体５０の巻回軸が、Ｙ軸に一致している。Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸は、相互に垂直である。

素体２の磁性体層４は、本実施形態に係る複合磁性体４０で構成してある。複合磁性体４０には、図２に示すように、軟磁性金属粒子４１と、セラミック粒子４２とが含まれる。以下、本実施形態に係る複合磁性体４０の詳細を説明する。

本実施形態において、軟磁性金属粒子４１は、軟磁性を示す材質で構成してあればよく、その組成は、特に制限されない。軟磁性を示す材質としては、たとえば、純鉄、Ｆｅ－Ｓｉ系合金（鉄－シリコン）、Ｆｅ－Ａｌ系合金（鉄－アルミニウム）、Ｆｅ－Ｎｉ系合金（鉄－ニッケル）、センダスト系合金（Ｆｅ－Ｓｉ－Ａｌ）、Ｆｅ－Ｓｉ－Ｃｒ系合金（鉄－シリコン－クロム）、Ｆｅ－Ｓｉ－Ａｌ－Ｎｉ系合金、Ｆｅ－Ｎｉ－Ｓｉ－Ｃｏ系合金、Ｆｅ－Ｎｉ－Ｓｉ－Ｃｏ－Ｃｒ系合金、Ｆｅ系アモルファス合金、Ｆｅ系ナノ結晶合金等が例示される。また、これらの軟磁性金属粒子４１にはＰが含まれてもよい。

なお、軟磁性金属粒子４１は、全ての粒子が同じ材質で構成してあってもよく、異なる材質の粒子を混ぜ合わせて構成してもよい。たとえば、軟磁性金属粒子４１のうち一部は、純鉄粒子で構成し、他の一部は、Ｆｅ－Ｓｉ系合金などで構成してもよい。材質が異なるとは、金属粒子を構成する元素が異なる場合、構成する元素が同じでもその組成が異なる場合、結晶系が異なる場合などが例示される。

また、軟磁性金属粒子４１の表面には、絶縁被膜が形成してあってもよい（図示略）。絶縁被膜としては、樹脂の被膜、無機絶縁被膜、および、これらを複合した被膜などが挙げられ、好ましくは、無機絶縁被膜である。無機絶縁被膜としては、熱処理などにより粒子表面を酸化して形成する酸化被膜、リン酸塩被膜、シランカップリング処理により形成するＳｉを含む被膜、ホウケイ酸ガラスなどの各種ガラスコーティングなどが例示される。なお、絶縁被膜は、全ての粒子に形成してあってもよく、一部の粒子のみに形成してあってもよい。また、絶縁被膜の厚みは、特に限定されないが、たとえば、５ｎｍ～６０ｎｍとすることができる。絶縁被膜を形成することで、金属粒子間の絶縁性を高めることができ、積層インダクタ１の耐電圧を向上させることができる。

軟磁性金属粒子４１のメディアン径（Ｄ５０）は、１μｍ以上、１５μｍ以下であることが好ましく、１μｍ以上、５．０μｍ未満であることがより好ましい。軟磁性金属粒子４１の粒径は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）や走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）などで、図２に示すような素体２の断面（磁性体層４の断面）を観察し、得られた断面写真を画像解析することで測定できる。その測定に際して、断面写真は、少なくとも５視野以上で撮影する。そして、各断面写真に含まれる構成粒子（金属粒子４１）の円相当径を計測し、軟磁性金属粒子４１の粒度分布を得る。

なお、軟磁性金属粒子４１は、平均粒径が異なる２以上の粒子群を混ぜ合わせて構成してもよい。その場合、軟磁性金属粒子４１の粒度分布には、混ぜ合わせた粒子群の数に合わせて、２以上のピークが現れる。また、軟磁性金属粒子４１の形状は、特に、限定されず、たとえば、球状、楕円球状、針状、鱗片状などであってもよく、不定形状であってもよい。

一方、セラミック粒子４２は、軟磁性金属粒子４１よりも粒径が小さい非磁性セラミックで構成してある。

具体的に、セラミック粒子４２のメディアン径（Ｄ５０）は、０．０１μｍ以上、３．０μｍ以下とすることができ、０．０５μｍ～２．０μｍであることが好ましく、０．１μｍ～０．７μｍであることがより好ましい。また、軟磁性金属粒子４１のメディアン径ｄ_Ｍに対するセラミック粒子４２のメディアン径ｄ_Ｃの比（ｄ_Ｃ／ｄ_Ｍ）は、０．００３～０．８とすることができ、好ましくは０．０１～０．６７、より好ましくは０．０３～０．２５である。なお、セラミック粒子４２の粒径は、軟磁性金属粒子４１の場合と同様に、断面写真を画像解析して計測することができる。

上記のような特徴を有するセラミック粒子４２の主成分としては、たとえば、ケイ酸塩化合物、チタン酸塩化合物、スズ酸塩化合物、ゲルマニウム酸塩などが例示される。Ｍｎ－Ｚｎ系フェライトやＭｎ－Ｎｉ系フェライトなどのソフトフェライトは、セラミックの一種であるが、磁性体である。そのため、ソフトフェライトは、本実施形態のセラミック粒子４２に該当しない。セラミック粒子４２は、フェライトのような磁性体ではなく、非磁性体である。

なお、上記で例示したチタン酸塩化合物も、非磁性体セラミックの一種である。当該チタン酸塩化合物には、チタン酸バリウムやチタン酸カルシウムなどといった、比誘電率が高い、ペロブスカイト構造の酸化物が含まれる。ただし、本実施形態のセラミック粒子４２としては、比誘電率の高い化合物よりも、比誘電率が１０以下の化合物を用いることが好ましい。比誘電率が低いセラミック粒子４２を用いることで、複合磁性体４０としての比誘電率も低下させることができる。

より具体的に、セラミック粒子４２は、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）スズ（Ｓｎ）から選択される１種以上の元素を含むケイ酸塩化合物であることが好ましい。また、これらのケイ酸塩化合物の中でも、特に、一般式α（βＺｎＯ・（１－β）ＣｕＯ）・ＳｉＯ_２で表されるケイ酸塩化合物を用いることがより好ましい。当該一般式において、αは１．５～２．４であることが好ましい。また、βは０．６０～１．００であることが好ましく、０．８０～１．００であることがより好ましい。

セラミック粒子４２の材質として、上記のようなケイ酸塩化合物を用いることで、軟磁性金属粒子４１とセラミック粒子４２との間で、複合磁性体４０の特性を阻害するような反応相が生成することを抑制できる。たとえば、セラミック粒子４２として、酸化ニッケル（ＮｉＯ）のみからなる粒子を用いた場合、軟磁性金属粒子４１とセラミック粒子４２との間で、Ｎｉを含むフェライトが発生することがある。これに対して、セラミック粒子４２として上記のようなケイ酸塩化合物を用いた場合には、フェライトなどの反応相が発生せず、酸化ニッケルのみからなる粒子を用いた場合に比べて、直流重畳特性が良好となる。

本実施形態に係る複合磁性体４０の断面（すなわち、素体２を構成する磁性体層４の断面）において、セラミック粒子４２は、軟磁性金属粒子４１の粒子間である粒界１０に存在し、粒界１０に充填されている。特に、セラミック粒子４２は、図３Ａに示すように、３つの軟磁性金属粒子４２が１点に会合している粒界三重点１０ａに存在するとともに、当該粒界三重点１０ａのみならず三重点以外の粒界１０ｂにも存在していることが好ましい。複合磁性体４０の断面におけるセラミック粒子の存在形態を、上記のような構成とするためには、セラミック粒子４２の含有量、および／または、セラミック粒子４２の円形度を、所定の範囲に制御することが望ましい。

具体的に、複合磁性体４０におけるセラミック粒子４２の含有量は、軟磁性金属粒子１００重量部に対して、０．６重量部以上、９０重量部以下であることが好ましく、１重量部以上、７０重量部以下であることがより好ましく、２重量部以上、６０重量部以下であることがさらに好ましい。

また、セラミック粒子４２の円形度は、０．９８未満であることが好ましく、セラミック粒子４２は、円形度の低い形状を有することが好ましい。なお、円形度の下限値は、０．５０以上とすることができる。また、セラミック粒子４２の円形度は、より好ましくは０．５５～０．８５であり、さらに好ましくは、０．５５～０．７０である。

図３Ａおよび図３Ｂは、複合磁性体４０におけるセラミック粒子４２の含有量の影響、および、セラミック粒子４２の円形度の影響を説明するための模式図である。図３Ｂに示すように、セラミック粒子４２の含有量が少ない場合、もしくは、セラミック粒子４２の円形度が高い場合、セラミック粒子４２は、粒界三重点１０ａに集まりやすく、粒界三重点１０ａで凝集する傾向となる。一方、図３Ａに示すように、セラミック粒子４２の含有量、および／または、セラミック粒子４２の円形度が、上述した所定の範囲に制御してある場合、セラミック粒子４２は、粒界三重点１０ａのみならず、三重点以外の粒界１０ｂにも充填され、軟磁性金属粒子４１の粒界１０が広がる傾向となる。

軟磁性金属粒子４１の粒界１０が広がるとは、軟磁性金属粒子４１の粒子間距離が広がることと同義である。軟磁性金属粒子４１の粒子間距離が広がることで、複合磁性体４０としての比誘電率が低下する傾向となり、１ＧＨｚ以上の高周波帯でもより高いインピーダンスが得られる。また、円形度の低いセラミック粒子４２を用いることで、複合磁性体４０で構成される素体２の強度が向上する。素体２の強度が向上する理由は、軟磁性金属粒子４１の粒界１０において、セラミック粒子４２がより密に充填されることで、アンカー効果が得られるためと考えられる。

なお、セラミック粒子４２の含有量と、セラミック粒子４２の円形度とは、いずれも、複合磁性体４０の断面（本実施形態では、素体２を構成する磁性体層４の断面）を画像解析することで測定できる。

たとえば、ＳＥＭの反射電子像、もしくは、ＳＴＥＭのＨＡＡＤＦ像で、複合磁性体４０の断面を観察した場合、軟磁性金属粒子４１は、コントラストの明るい領域として認識でき、セラミック粒子４２は、軟磁性金属粒子４１よりもコントラストが暗く、小粒子が密集した領域として認識できる。画像解析では、コントラストの明暗に基づいて、観測断面における軟磁性金属粒子４１が占める面積割合Ａ_Ｍと、観測断面において軟磁性金属粒子４１が占める領域以外の面積割合Ａ_Ｃとを求める（すなわち観測領域の面積Ａ＝Ａ_Ｍ＋Ａ_Ｃ）。なお、面積割合Ａ_Ｃには、セラミック粒子４２の面積が含まれ、その他空隙や結合剤の面積が含まれ得る。セラミック粒子４２の含有割合は、面積割合Ａ_Ｍ，Ａ_Ｃを重量割合に換算することで概算できる。

また、複合磁性体４０におけるセラミック粒子４２の割合を面積比換算で表した場合、面積割合Ａ_Ｍに対する面積割合Ａ_Ｃの比（Ａ_Ｃ／Ａ_Ｍ）は、０．０７～１９．３であることが好ましく、０．０９～６．５であることがより好ましく、０．０９４～３．７であることがさらに好ましい。なお、セラミック粒子４２の含有量および面積比（Ａ_Ｃ／Ａ_Ｍ）は、上記のような画像解析を、少なくとも３視野以上の断面で行い、その平均値として算出することが好ましい。なお、面積割合Ａ_Ｍ，Ａ_Ｃの測定では、倍率を軟磁性金属粒子４１の粒径に合わせて適宜調整すればよく、たとえば、観測視野を１０μｍ四方～１００μｍ四方とすればよい。

また、セラミック粒子４２の円形度の測定では、ＳＥＭまたはＳＴＥＭの観測倍率を１万倍～５万倍程度とし、観測視野を１μｍ四方～１００μｍ四方に相当する範囲として、５視野以上で断面写真を撮影する。そして、撮影した断面写真に含まれる各セラミック粒子４２の円形度を、画像解析により測定し、その平均値を算出すればよい。

なお、セラミック粒子４２には、副成分として、酸化ビスマス、酸化ホウ素、ガラス成分などが添加してあってもよい。また、セラミック粒子４２の表面には、ガラスコーティングや酸化被膜などの被覆層を形成してもよい。セラミック粒子４２に被覆層を形成すると、軟磁性金属粒子４１とセラミック粒子４２とが化学的に反応することを抑制する効果や、金属粒子間の絶縁性の向上、複合磁性体４０の焼結密度の向上といった効果が期待できる。ただし、セラミック粒子４２の表面に被覆層を形成する場合、製造過程での工数が増え、生産性が低下する。本実施形態では、セラミック粒子４２の表面に被覆層を形成せずとも、セラミック粒子４２の材質や、含有量、および、円形度などを、上述したような好適な様態とすることで、反応相の抑制や、絶縁性の向上、密度の向上といった効果を十分に確保できる。そのため、本実施形態の複合磁性体４０では、セラミック粒子４２の表面に必ずしも被覆層を形成する必要はない。

また、本実施形態に係る複合磁性体４０には、上述した軟磁性金属粒子４１およびセラミック粒子４２の他に、結合剤４３が含まれていてもよい。結合剤４３の種類は、特に限定されないが、樹脂を用いることが好ましい。具体的に、樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド、ポリアミドイミド、シリコーン樹脂、および、上記の樹脂を混ぜ合わせた複合樹脂などが例示される。また、結合剤４３の含有量は、軟磁性金属粒子１００重量部に対して、１重量部～２重量部程度とすることが好ましい。複合磁性体４０に結合剤４３が含まれることで、軟磁性金属粒子間の絶縁性がより向上するとともに、複合磁性体４０で構成される素体２の強度が向上する。

以下、本実施形態に係る複合磁性体４０および積層インダクタ１の製造方法の一例を説明する。ただし、本実施形態に係る複合磁性体４０および積層インダクタ１の製造方法は、下記の方法に限定されない。

まず、複合磁性体４０を構成する軟磁性金属粒子４１の原料粉末とセラミック粒子４２の原料粉末とを準備する。軟磁性金属粒子４１の原料粉末は、公知の粉末製造方法により作製できる。たとえば、ガスアトマイズ法、水アトマイズ法、回転ディスク法、カルボニル法などにより製造できる。もしくは、単ロール法により得られる薄帯を機械的に粉砕して製造してもよい。なお、上記の製法で軟磁性金属粒子４１の原料粉末を得た後、篩分級や気流分級などを行うことで、軟磁性金属粒子４１の粒度を調整することができる。また、軟磁性金属粒子４１の表面に絶縁被膜を形成する場合には、上記で得られた原料粉末に、適宜、熱処理や、リン酸塩処理、シランカップリング処理、水熱合成などの被膜形成処理を施せばよい。

一方、セラミック粒子４２についても、公知の粉末製造法により作製したセラミック粉末を原料として用いればよい。たとえば、一般式α（βＺｎＯ・（１－β）ＣｕＯ）・ＳｉＯ_２で表されるケイ酸塩化合物の原料粉末は、酸化ケイ素、酸化亜鉛、および酸化銅の粉末を所望の配合比で混合した後、この混合粉末を仮焼きすることで得られる。この際、セラミック粒子４２の粒径は、原料粉末を粉砕し、適宜分級することで、調整できる。また、セラミック粒子４２の円形度は、粉砕時に使用する粉砕装置の種類や粉砕条件を制御することで調整でき、その他、粉砕後の粒子に対してプラズマ処理を施すことによっても調整できる。

次に、上記の原料粉末を用いて、シート法により積層インダクタ１を製造する方法について説明する。まず、軟磁性金属粒子４１の原料粉末と、セラミック粒子４２の原料粉末とを、溶媒や結合剤４３などの添加剤とともに混練し、スラリー化することで、磁性ペーストを得る。この際添加する溶媒としては、アセトン、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）、ブチルジグリコールアセテート（ＢＣＡ）、メタノールなどを用いることができる。また、磁性ペーストには、分散剤を添加してもよく、分散剤としては、シランカップリング剤、オレイン酸、オレイルアミンなどを用いることができる。

そして、この磁性ペーストをドクターブレード法などによりシート化し、焼成後に磁性体層４となるグリーンシートを得る。次いで、形成したグリーンシートの上に、導電性ペーストを所定のパターンで印刷し、焼成後に内部電極層５となる内部電極パターンを形成する。そして、内部電極パターンが印刷されたグリーンシートを複数積層し、適宜、加圧、切断等することで、グリーン積層体を得る。この際、グリーンシートを積層する過程、もしくは、積層後において、積層方向で隣接する内部電極パターン間にスルーホール電極を形成し、当該内部電極パターン間を接合する。スルーホール電極を形成することで、グリーン積層体の内部に、３次元的かつ螺旋状のコイル導体パターンが一体的に形成される。なお、引出電極６も、上記と同様にスルーホール電極として形成すればよい。

次に、上記の工程で得られたグリーン積層体を焼成し、素体２を得る。焼成の条件は、特に限定されないが、たとえば、焼成時の保持温度を５５０℃～８５０℃とし、焼成時の保持時間を０．５～３．０時間とすることができる。なお、焼成工程の前には、適宜、脱バインダ処理を施してもよい。

そして、上記の工程で得られた素体２に一対の端子電極３を形成することで、図１に示す積層インダクタ１が得られる。

（実施形態のまとめ）
本実施形態の積層インダクタ１において、素体２の磁心部分に相当する磁性体層４は、軟磁性金属粒子４１とセラミック粒子４２とを含む複合磁性体４０で構成してある。そして、この複合磁性体４０に含まれるセラミック粒子４２は、軟磁性金属粒子４１よりもメディアン径（Ｄ５０）が小さい非磁性セラミックであることを特徴とする。本実施形態の複合磁性体４０および積層インダクタ１は、上記のような特徴を有するセラミック粒子４２を含むことで、従来よりも直流重畳特性およびインピーダンスの周波数特性が向上する。

図４は、積層インダクタに関して、インピーダンス（｜Ｚ｜）の周波数特性を測定した結果を概略的に示すグラフである。図４において、実線で示しているグラフＣｅｘは、セラミック粒子４２を加えずに軟磁性金属粒子４１のみで磁性体を構成した場合の結果である。一方、図４において破線で示すグラフＥｘ１は、複合磁性体４０にセラミック４２を加えた場合の結果である。図４に示すように、セラミック粒子４２を加えると、インピーダンスのピーク（極大値）が高周波側にシフトする。つまり、複合磁性体４０に所定の特性を有するセラミック粒子４２を加えることで、積層インダクタ１の自己共振周波数が、高周波側にシフトし、１ＧＨｚ以上とすることができる。

また、図５は、積層インダクタの直流重畳特性を評価した結果を概略的に示すグラフである。本実施形態において、直流重畳特性は、直流電流を印加した際のインダクタンスの変化率に基づいて評価する。具体的に、直流電流を印加していない状態のインダクタンスＬ_０と、直流電流を印加した状態のインダクタンスＬとを測定し、その変化率を、（Ｌ－Ｌ_０）／Ｌ_０（％）として算出する。インダクタンスの変化率が小さいほど、直流重畳特性が良好であるといえる。図４と同様に、図５の実線のグラフＣｅｘが、セラミック粒子４２を加えずに軟磁性金属粒子４１のみで磁性体を構成した場合の結果であり、破線のグラフＥｘ１がセラミック粒子４２を含む場合の結果である。図５に示すように、複合磁性体４０に所定の特性を有するセラミック粒子４２を加えることで、直流電流を印加した際のインダクタンスの変化率が小さくなり、直流重畳特性が向上する。

なお、直流重畳特性やインピーダンスの周波数特性が向上する理由は、必ずしも明らかではない。たとえば、セラミック粒子４２の添加により、軟磁性金属粒子４１の粒子間距離が広がることが影響していると考えられる。

本実施形態の複合磁性体４０において、セラミック粒子４２の含有量は、軟磁性金属粒子１００重量部に対して、０．６重量部以上、９０重量部以下である。セラミック粒子４２の含有量を増やすと、図４のグラフＥｘ２に示すように、自己共振周波数がより高周波側にシフトし、インピーダンスの周波数特性がさらに向上する。また、図５のグラフＥｘ２に示すように、直流重畳特性もより向上する。なお、セラミック粒子４２の含有量が９０重量部超過となると、インピーダンスの周波数特性は向上するものの、複合磁性体４０の成形性が悪化する傾向となる。そのため、セラミック粒子４２の含有量は、軟磁性金属粒子に対して９０重量部以下であることが望ましい。

また、本実施形態の複合磁性体４０において、セラミック粒子４２の円形度は、０．９８未満である。セラミック粒子４２として、円形度の低い粒子を用いることで、図４および図５のグラフＥｘ２に示すように、直流重畳特性およびインピーダンスの周波数特性がさらに向上する傾向となる。また、前述したように、円形度の低いセラミック粒子４２を用いることで、アンカー効果が得られ、複合磁性体４０で構成される素体２の強度が向上する。

また、本実施形態において、セラミック粒子４２は、比誘電率が１０以下であることが好ましい。比誘電率の低いセラミック粒子４２を用いることで、複合磁性体４０としての比誘電率も低下する傾向となり、インピーダンスの周波数特性がさらに向上する。

より具体的に、セラミック粒子４２は、所定の条件を満たすケイ酸塩化合物であることが好ましい。セラミック粒子４２としてケイ酸塩化合物を用いることで、軟磁性金属粒子４１とセラミック粒子４２との間で、複合磁性体４０の特性を阻害するような反応相が生成することを抑制できる。

以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変することができる。

たとえば、上記の実施形態では、本発明に係る複合磁性体４０の適用例として、積層インダクタについて説明したが、本発明を適用可能なインダクタは、積層型に限らない。たとえば、複合磁性体４０を加圧成形して磁心を作製し、その磁心に導電性のワイヤや板を巻回してインダクタ素子を構成してもよい。また、本発明の複合磁性体を空芯コイルとともに、圧粉成形して、インダクタ素子を構成してもよい。これらの巻線インダクタの場合、磁心の形態は、特に限定されず、トロイダル型、ＦＴ型、ＥＴ型、ＥＩ型、ＵＵ型、ＥＥ型、ＥＥＲ型、ＵＩ型、ドラム型、ポット型、カップ型などの圧粉体もしくは焼結体とすることができる。また、本発明に係る複合磁性体４０は、薄膜インダクタの磁心にも適用できる。

さらに、上記の実施形態では、本発明に係る電子部品として、インダクタを例示したが、本発明の電子部品は、これに限定されず、トランス、リアクトル、チョークコイル、複合素子（例えば、コイル領域とコンデンサ領域とを兼ね備えるＬＣ複合部品など）、ノイズフィルタ、磁気センサ、アンテナ、非接触給電装置などの電子部品であってもよい。つまり、本発明の複合磁性体４０は、各種コイル装置の磁心や、フィルタ、アンテナ、磁気センサ等における磁性シートとして利用可能である。上記のような各種電子部品が、本発明に係る複合磁性体４０を含む場合、当該電子部品は、高周波用途としても好適に用いることができる。

以下、本発明をさらに詳細な実施例に基づき説明するが、本発明は、これら実施例に限定されない。

実験１
実験１では、金属粒子のみで構成した磁性体試料（試料１）と、金属粒子とセラミック粒子とを混ぜ合わせて構成した磁性体試料（試料４～１３）とを作製し、各磁性体試料の特性を評価した。また、実験１では、試料４～１３において、セラミック粒子の種類を変えて実験を行った。以下、磁性体試料の作製方法について説明する。

まず、軟磁性金属粒子４１の金属原料粉末として、９４．０Ｆｅ－６．０Ｓｉ合金粉末を準備した。当該金属原料粉末は、アトマイズ法により作製し、その後、熱処理を施すことで、金属粒子の表面に平均厚み２０ｎｍの酸化被膜を形成した。

一方、セラミック粒子４２のセラミック原料粉末は、所定の酸化物粉末を混合した後に仮焼きし、その後、粉砕することで作製した。前述したように、実験１では、試料４～１３で、異なる材質のセラミック原料粉末を準備した。各試料におけるセラミック粒子４２の組成、および、当該セラミック粒子４２の比誘電率を表１に示す。

なお、セラミック粒子４２の比誘電率は、ＬＣＲメータ（４２８５Ａ）を用いて、容量法により測定した。その際、測定周波数は１ＭＨｚとし、室温（２５℃）で測定した。また、比誘電率用の測定試料は、上記の工程で得られたセラミック粒子４２の原料粉末のみを、加圧成形することで得た。測定試料は、直径１０ｍｍ、高さ５ｍｍの円盤形状とした。

次に、準備した軟磁性金属粒子４１の原料粉末と、セラミック粒子４２の原料粉末とを混ぜ合わせ、磁性体試料を得た。ただし、試料１では、セラミック粒子４２を添加することなく、軟磁性金属粒子４１のみで磁性体試料を構成した。なお、実験１の全ての磁性体試料において、軟磁性金属粒子４１の粒径（Ｄ５０）は、３．０μｍとした。また、実験１の各磁性体試料において、セラミック粒子４２の粒径（Ｄ５０）は、０．３μｍとし、セラミック粒子４２の含有量は、軟磁性金属粒子１００重量部に対して、２．０重量部とした。

（磁性体試料の比誘電率の測定）
上記の工程で得られた磁性体試料についても、セラミック粒子４２の原料粉末と同様にして、比誘電率を測定した。磁性体試料の比誘電率の測定では、軟磁性金属粒子４１とセラミック粒子４２とを混ぜ合わせた混合粉末を、円盤状に加圧成形した成形体を測定試料として用いた。磁性体試料の比誘電率は、値が低いことが好ましく、１００以下を良好と判断する。各磁性体試料の比誘電率を測定した結果を表１に示す。

（積層インダクタ試料の作製）
また、実験１では、作製した磁性体試料を用いて、インダクタ試料を作製した。具体的に、上記の磁性体試料に、ブチラール樹脂および溶媒を加えて磁性体ペーストを得て、当該磁性体ペーストを用いて、シート法により図１に示す積層インダクタを作製した。なお、インダクタ試料において、素体２の内部に含まれるコイル導体は、Ａｇ電極により構成した。

（インピーダンスの周波数特性の測定）
インダクタ試料の特性評価として、インピーダンスの周波数特性を、インピーダンスアナライザ（E4991A RFインピーダンス/マテリアル・アナライザ）により測定した。測定は室温で行い、インピーダンスの極大値から、自己共振周波数（ＳＲＦ）を算出した。ＳＲＦが１０００ＭＨｚ以上あれば、積層インダクタは高周波用途として十分利用可能である。そのためＳＲＦは、１０００ＭＨｚ以上を良好と判断する。各試料における周波数特性の評価結果を表１に示す。

（直流重畳特性の評価）
さらに、インダクタ試料の直流重畳特性の測定を行った。直流重畳特性は、インダクタ試料に直流電流を印加した際のインダクタンスの変化率に基づいて評価した。本実施例では、ＬＣＲメータ（4284A プレシジョンLCRメータ）を用いて、直流電流（Ｉｄｃ）を印加していない状態でのインダクタンスＬ_０と、直流電流を１．５Ａ印加した状態でのインダクタンスＬ_1.5を測定した。そして、式（Ｌ_1.5－Ｌ₀）／Ｌ_０に基づいて、インダクタンスの変化率（ΔＬ／Ｌ_０：単位％）を算出した。直流重畳特性は、インダクタンスの変化率が小さいほど良好であり、本実験では、インダクタンスの変化率が０％である場合を良好と判断する。各試料における周波数特性の評価結果を表１に示す。

（実験１の評価結果）
表１に示すように、セラミック粒子を添加した試料４～１３では、セラミック粒子を添加していない試料１に比べて、ＳＲＦが高く、かつ、インダクタンスの変化率が小さくなっている。この結果から、複合磁性体に、軟磁性金属粒子よりも粒径が細かい非磁性セラミック粒子を添加することで、直流重畳特性が向上し、なおかつ、インピーダンスの周波数特性が向上することが確認できた。なお、試料５のＺｎＯ・Ｆｅ_２Ｏ_３は、フェライトの１種ではあるが、非磁性セラミックである。

また、試料４～１３の結果を比較すると、ケイ酸塩化合物を添加した試料６～１３でインダクタの特性が特に良好となることがわかる。具体的に、試料６～１３では、ＳＲＦが１０００ＭＨｚ以上であり、かつ、インダクタンスの変化率が０％であって、試料４および試料５よりも、直流重畳特性やインピーダンスの周波数特性がより向上する結果となった。試料６～１３のケイ酸塩化合物は、比誘電率が１０以下であり、これら試料６～１３の結果から、複合磁性体に添加するセラミック粒子の比誘電率は、１０以下であることが好ましいことが確認できた。

また、ケイ酸塩化合物を添加した試料６～１３のなかでも、試料６～８の評価結果が良好であった。この結果から、ケイ酸塩化合物の中でも、特に、一般式α（βＺｎＯ・（１－β）ＣｕＯ）・ＳｉＯ_２で表されるケイ酸塩化合物を、セラミック粒子として用いることが好ましいことが確認できた。

なお、表１には記載していないが、セラミック粒子として、ＮｉＯのみを添加した複合磁性体試料も作製した。ＮｉＯのみを添加した試料では、ＳＥＭによる断面観察の結果から、軟磁性金属粒子とセラミック粒子との間に、Ｎｉフェライトが生成していることが確認できた。一方、ケイ酸塩化合物を添加した試料６～１３では、Ｎｉフェライトのような反応相の存在は確認されなかった。そして、ケイ酸塩化合物を添加した試料６～１３は、ＮｉＯのみを添加した試料よりも、ＳＲＦが高く、かつ、直流重畳特性が良好であった。この結果から、セラミック粒子としてケイ酸塩化合物を用いることで、磁性体の特性を阻害する反応相の発生を抑制でき、直流重畳特性やインピーダンスの周波数特性がより向上することが確認できた。

実験２
実験２では、軟磁性金属粒子４１の粒径（Ｄ５０）とセラミック粒子４２の粒径（Ｄ５０）を変更して実験を行い、試料２１～３２に係る磁性体試料を作製した。また、当該磁性体試料を用いて、実験１と同様にして図１に示す積層インダクタを作製し、試料２１～３２に係るインダクタ試料を得た。実験２の各試料における軟磁性金属粒子４１の粒径およびセラミック粒子４２の粒径を、表２に示す。

なお、表２に示す各粒子４１，４２の粒径は、作製したインダクタ試料の断面をＳＥＭにより観察し、画像解析することで算出したメディアン径である。この際、断面観察は ５視野で行い、観測視野中に含まれる各粒子４１，４２の円相当径を測定することで、各粒子４１，４２の粒度分布を得た。なお、表２以外の他の表に示す粒径も、上記と同様である。

また、実験２の各試料では、軟磁性金属粒４１として９４．０Ｆｅ－６．０Ｓｉ 合金を用い、セラミック粒子４２として２ＺｎＯ・ＳｉＯ_２を用いた。さらに、実験２の各試料において、セラミック粒子４２の含有量は、いずれも、軟磁性金属粒子１００重量部に対して、２．０重量部とした。実験２における上記以外の実験条件は、実験１と同様である。実験２の各試料に関する評価結果を表２に示す。

（実験２の評価結果）
表２に示すように、軟磁性金属粒子よりも粒径が小さいセラミック粒子を添加した試料２１～２８，３１～３２では、セラミック粒子を添加していない試料１に比べて、ＳＲＦが高く、かつ、インダクタンスの変化率が小さくなっている。一方、粒径比ｄ_Ｃ／ｄ_Ｍが１．０である試料２９、および、セラミック粒子の粒径が軟磁性金属粒子の粒径より大きい試料３０では、直流重畳特性の向上効果やインピーダンスの周波数特性の向上効果がほとんど得られなかった。この結果から、複合磁性体に軟磁性金属粒子よりも粒径が小さいセラミック粒子を添加することで、直流重畳特性が向上し、なおかつ、インピーダンスの周波数特性が向上することが確認できた。

また、試料２２～２８では、ＳＲＦが１０００ＭＨｚ以上であり、かつ、インダクタンスの変化率が０％であった。この結果から、セラミック粒子の粒径（Ｄ５０）は、０．０５μｍ～２．０μｍであることが好ましく、０．１μｍ～０．７μｍであることがより好ましいことが確認できた。また、粒径比ｄ_Ｃ／ｄ_Ｍとしては、０．０１～０．６７であることが好ましく、０．０３～０．２５であることがより好ましいことが確認できた。

なお、試料３１，３２の結果から、軟磁性金属粒子の粒径を変更した場合でも、試料２２～２８と同様に、直流重畳特性の向上効果やインピーダンスの周波数特性の向上効果が得られることが確認できた。また、試料３２よりも試料３１のほうが、ＳＲＦが高い結果となった。この結果から、セラミック粒子を添加したうえで、軟磁性金属粒子の粒径も小さくすることで、インピーダンスの周波数特性をより向上させることができることがわかった。

実験３
実験３では、セラミック粒子の含有量の影響を検討するために、セラミック粒子の含有量を変えて磁性体試料を作製し、試料４１～５８に係るインダクタ試料を作製した。実験３の各試料４１～５８におけるセラミック粒子の含有量を表３に示す。

また、実験３では、直流重畳特性やインピーダンスの周波数特性の測定に加えて、軟磁性金属粒子とセラミック粒子との面積比、および、インダクタンスＬの測定を行った。面積比Ａ_Ｃ／Ａ_Ｍは、インダクタ試料の断面を５視野観測し、その平均値として算出した。また、インダクタンスＬの測定には、インピーダンスアナライザを用い、周波数１００ＭＨｚでのインダクタンスを測定した。実験３の各試料の評価結果を表３に示す。

実験３でも、軟磁性金属粒子として、Ｄ５０が３．０μｍの９４．０Ｆｅ－６．０Ｓｉ合金を用い、セラミック粒子としてＤ５０が０．３μｍの２ＺｎＯ・ＳｉＯ_２を用いた。実験３での実験条件は、セラミック粒子の含有量を変更したこと以外は、実験１と同様とした。

（実験３の評価結果）
表３に示すように、セラミック粒子の含有量が、軟磁性金属粒子１００重量部に対して０．６重量部以上である場合、もしくは、面積比Ａ_Ｃ／Ａ_Ｍが０．０７２以上である場合に、ＳＲＦ１０００以上となり、直流重畳特性およびインピーダンスの周波数特性が向上することが確認できた。また、セラミック粒子の含有量が増えるほど、ＳＲＦが高周波側にシフトし、インピーダンスの周波数特性がより向上することが確認できた。なお、セラミック粒子の含有量が５０重量部以上である試料５３～５７では、ＳＲＦが「＞３０００」となっている。このような表記とした理由は、本実験で使用したインピーダンスアナライザの測定可能範囲が、３０００ＭＨｚまでであるためである。試料５３～５７のＳＲＦは、セラミック粒子の含有量が増えるほど高くなっていると考えられる。

また、セラミック粒子の含有量が１００重量部である試料５８では、直流重畳特性およびインピーダンスの周波数特性は向上していると考えられるが、セラミック粒子の含有量が多すぎることで磁性体試料の成形性が悪くなり、素体の形状を正常に保つことができなかった。そのため、磁性体の成形性を考慮すると、セラミック粒子の含有量の上限は、９０重量部以下とすることが好ましく、面積比Ａ_Ｃ／Ａ_Ｍの上限は、１９．２５７以下とすることが好ましいことがわかった。

さらに、表３に示すインダクタンスＬの測定結果も考慮すると、セラミック粒子の含有量は、１重量部以上、７０重量部以下であることがより好ましく、２重量部以上、６０重量部以下であることがさらに好ましいことがわかる。また、面積比Ａ_Ｃ／Ａ_Ｍとしては、０．０９１～６．４３４であることがより好ましく、０．０９４～３．６７０であることがさらに好ましいことがわかる。つまり、セラミック粒子の含有量が上記の範囲内にある場合、必要なインダクタンスＬを確保した状態で、良好な直流重畳特性および良好な周波数特性が得られることが確認できた。

実験４
実験４では、セラミック粒子の円形度を変えて磁性体試料を作製し、試料６１～６７に係るインダクタ試料を作製した。セラミック粒子の円形度は、原料粉末の製造時において、仮焼き後の粉砕条件（ボールミルでの粉砕時間、ボール径など）を調整するとともに、粉砕後の粒子に適宜プラズマ処理を施すことにより制御した。なお、セラミック粒子の円形度は、インダクタ試料の断面をＳＥＭにより観察し、画像解析することで算出した。具体的に、断面観察時の倍率は３５０００倍とし、１０μｍ^２の断面写真を５視野分撮影した。そして、得られた断面写真を画像解析して、断面写真内に含まれるセラミック粒子の円形度を測定した。実験４の各試料におけるセラミック粒子の円形度を、表４に示す。なお、表４に示す円形度は、平均値である。

また、実験４では、作製したインダクタ試料の強度を評価するために、切断試験を実施した。切断試験では、まず、インダクタ試料の素体を、ダイサーを用いて、磁性体層の積層方向と平行な方向（Ｙ軸方向）で切断した。そして、切断した断面を、肉眼および実体顕微鏡で観察し、クラックや欠けの有無を確認した。当該切断試験を、各試料につきそれぞれ１０００個実施し、クラックや欠けが発生しなかった良品の割合を算出した。

なお、実験４でも、軟磁性金属粒子として、Ｄ５０が３．０μｍの９４．０Ｆｅ－６．０Ｓｉ合金を用い、セラミック粒子として、Ｄ５０が０．３μｍの２ＺｎＯ・ＳｉＯ_２を用い、セラミック粒子の含有量は２重量部とした。実験３における上記以外の実験条件は、実験１と同様とした。実験４における各試料の評価結果を表４に示す。

（実験４の評価結果）
表４に示すように、セラミック粒子の円形度が０．９８未満である試料６２～６７では、磁性体試料の比誘電率が１００以下となり、インピーダンスの周波数特性が向上する結果となった。特に、セラミック粒子の円形度としては、０．５５～０．８５であることがより好ましく、０．５５～０．７０であることがさらに好ましいことが確認できた。

また、表４の結果から、セラミック粒子の円形度を低くすることで、切断試験での良品率が高くなり、素体の強度が向上することが確認できた。ただし、セラミック粒子の円形度が０．５である試料６７では、切断試験の良品率が反って低下した。この結果から、セラミック粒子の円形度の下限値は、０．５５以上とすることが好ましいことが確認できた。

１ … 積層インダクタ
２ … 素体
４ … 磁性体層
４０ … 複合磁性体
４１ … 軟磁性金属粒子
４２ … セラミック粒子
４３ … 結合剤
５ … コイル導体
５ａ … 内部電極層
５ｂ … 引出電極
３ … 端子電極

Claims (8)

1. 軟磁性金属粒子と、
   前記軟磁性金属粒子よりも粒径（Ｄ５０）が小さい非磁性セラミック粒子と、を含む複合磁性体。
2. 前記非磁性セラミック粒子の含有量が、前記軟磁性金属粒子１００重量部に対して、０．６重量部以上、９０重量部以下である請求項１に記載の複合磁性体。
3. 前記非磁性セラミック粒子の円形度が、０．９８未満である請求項１または２に記載の複合磁性体。
4. 前記非磁性セラミック粒子の比誘電率が、１０以下である請求項１～３のいずれかに記載の複合磁性体。
5. 前記非磁性セラミック粒子が、ケイ酸塩化合物であり、
   前記ケイ酸塩化合物が、銅、亜鉛、ニッケル、アルミニウム、マグネシウム、スズから選択される１種以上の元素を含む請求項１～４のいずれかに記載の複合磁性体。
6. 前記非磁性セラミック粒子は、一般式α（βＺｎＯ・（１－β）ＣｕＯ）・ＳｉＯ_２で表されるケイ酸塩化合物であり、
   前記一般式において、前記αが１．５～２．４であり、前記βが０．６０～１．００である請求項１～５のいずれかに記載の複合磁性体。
7. 請求項１～６のいずれかに記載の複合磁性体を有し、
   前記複合磁性体の断面において、前記非磁性セラミック粒子が、前記軟磁性金属粒子の粒子間に存在する電子部品。
8. 前記複合磁性体の断面において、前記軟磁性金属粒子が占める面積割合をＡ_Ｍとし、前記軟磁性金属粒子が占める領域以外の面積割合をＡ_Ｃとして、
   Ａ_Ｃ／Ａ_Ｍが、０．０７～１９．３である請求項７に記載の電子部品。

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