JP4074437B2 - 磁性酸化物焼結体およびこれを用いた高周波回路部品 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波回路部品用に使用される磁性酸化物焼結体およびそれを用いた高周波回路部品に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、電子機器の小型化や高周波化に伴い、高周波帯域において高いインダクタンス、インピーダンスを持つ電子部品の需要が高まっている。小型で高いインダクタンス、インピーダンスを得るためには、いわゆる印刷工法やシート工法によって磁性体中に導電体を内蔵した積層構造のコイルを作製することが望ましい。
積層構造とすることでコイルの巻数を多くすることができ、構造も閉磁路となるため高いインダクタンス、インピーダンスが得られる。
【0003】
焼結体に内蔵される導電体材料としては、電気抵抗率、融点、コストなどの点を考慮して一般に銀(Ag)が多く用いられている。銀の融点は1000℃以下であるため,積層構造用の磁性体材料としては、従来より一般に、900℃の焼成でも高い焼結密度が得られるNiZn系フェライトが用いられてきた。
【0004】
しかしながら、NiZn系フェライトは磁気異方性が低いために数百MHzの周波数で自然共鳴を起こしてしまい、GHzの周波数帯域で使用することができなかった。
【0005】
高周波仕様として、非磁性体を用いた空心コイルが用いられることもあるが、非磁性体を用いると高いインダクタンスやインピーダンスを得ることが困難になる。
【0006】
この一方で六方晶フェライトは、六角板状結晶の面内方向とこの面に垂直な方向とでは磁気的異方性が異なっているため、自然共鳴を起こしにくく、GHzの周波数帯域まで高い透磁率を持つという特徴をもっている。しかしながら、このものは、所望の焼結密度や磁気特性を得るためには焼成温度を高くする必要がある。
【0007】
これまで生成温度の高い六方晶フェライトにおいて、低融点酸化物を用いることでAgの融点以下で焼成するという試みもなされているが、軟磁性相生成率が低く、六方晶フェライトの磁気特性を十分に発揮することは困難であった。
【0008】
本願に関連する類似の先行技術の一つに特開平9−167703号公報がある。当該公報では、Z型六方晶フェライト(Ba,Sr,Pb)3(Co1-xCux)2Fe24O42を中心に検討がなされ、低温焼成を試みるためにV2O5,CuO,Bi2O3,MoO3,WO3,PbOの添加を行っている。
【0009】
また、当該公報においては主要相が、M型、Y型、W型、X型、U型の六方晶フェライトの低温焼成についても報告がなされている。特に、具体的な実施例で開示されている主要相をY型とするもの、すなわち(Ba)2(Co1-XCux)2Fe12O22については、Y型六方晶フェライトの占有率の記載がなく、不明であるものの、仮焼温度が700℃と極めて低いために占有率はたかだか50%程度、添加物を加えればその占有率はさらに低下し、本願のごとく80%を超えるものではないと言える。そのため、得られる磁気特性は決して満足のいくものではない。すなわち、当該公報における組成および物質の添加は、低温焼結を可能にするが、仮焼き温度の検討が十分になされておらず、焼結後における軟磁性相の生成率が低いために焼成後の磁気特性を十分に発揮することができない。そのため、高いインダクタンスやインピーダンスを得ることが困難であるという問題があると言える。
【0010】
また、当該公報におけるCuOの含有量も本願と比べて少なく、添加物の効果を考慮したとしても900℃程度の焼成でY型六方晶フェライトの生成率を高めて、高い特性を得ることができないという問題があった。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
このような実状のもとに本発明は創案されたものであり、その目的は、上記の課題を解決し、数百MHz〜GHzといった高周波帯域まで磁気特性が良好で使用可能であり、かつY型六方晶フェライト以外の異相をできるだけ含まず1000℃以下特に、900℃付近で焼成可能である磁性酸化物焼結体およびこれを用いた高周波回路部品を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するために、本発明は、Y型六方晶フェライトで80%以上占有されてなる磁性酸化物焼結体であって、該磁性酸化物焼結体は、主成分として酸化コバルトをCoO換算で3〜15モル%、酸化銅をCuO換算で5.5〜17モル%、酸化鉄をFe2O3換算で57〜61モル%、残部をAO(AOは、BaOまたはSrOの少なくとも1種)として含み、副成分として酸化ビスマス(Bi2O3)を0.5〜7wt%を含有し、500MHzおよび2GHzの周波数における透磁率が2.0以上の物性を備えてなるように構成される。
【0013】
また、本発明は、磁性酸化物焼結体中に導電体が埋設された構造を備える高周波回路部品であって、前記磁性酸化物焼結体は、Y型六方晶フェライトで80%以上占有され、かつ、該磁性酸化物焼結体は、主成分として酸化コバルトをCoO換算で3〜15モル%、酸化銅をCuO換算で5.5〜17モル%、酸化鉄をFe2O3換算で57〜61モル%、残部をAO(AOは、BaOまたはSrOの少なくとも1種)として含み、副成分として酸化ビスマス(Bi2O3)を0.5〜7wt%を含有し、500MHzおよび2GHzの周波数における透磁率が2.0以上の物性を備えてなるように構成される。
【0014】
また、本発明の好ましい態様として、前記磁性酸化物焼結体の製造における仮焼温度は、850℃〜1000℃として構成される。
【0015】
また、本発明の高周波回路部品の好ましい態様として、前記導電体は、銀(Ag)を主成分としてなるように構成される。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の磁性酸化物焼結体について詳細に説明する。
【0017】
本発明の磁性酸化物焼結体はセラミック焼結体であるために通常のセラミック作製プロセスで製造することができる。
【0018】
本発明の磁性酸化物焼結体は、主成分として酸化コバルトをCoO換算で3〜15モル%(好ましくは、5〜10モル%)、酸化銅をCuO換算で5.5〜17モル%(好ましくは、10〜15モル%)、酸化鉄をFe2O3換算で57〜61モル%(好ましくは、59〜60モル%)、残部をAO(AOは、BaOまたはSrOの少なくとも1種)として含んでいる。AOの形態は、BaOあるいはSrOの単独形態、またはBaOとSrOの混在形態である。
【0019】
また、本発明の磁性酸化物焼結体は、副成分として酸化ビスマスBi2O3を0.5〜7wt%(好ましくは0.6〜5wt%)、含有している。
【0020】
このような酸化ビスマスBi2O3は、後述する実施例からもわかるように添加時に当該酸化物の形態で混入され、焼結後も一般に当該酸化物の形態で残存する。
上記主成分の含有割合において、CoOが3モル%未満となると、例えば2GHzにおける透磁率が低下する(例えば2.0未満)という不都合が生じる傾向にあり、CoOが15モル%を超えると、例えば500MHzにおける透磁率が低下する(例えば2.0未満)という不都合が生じる傾向にある。
【0021】
また、CuOが5.5モル%未満となると、仮焼き温度が1000℃を超えるという不都合が生じる傾向にあり、CuOが17モル%を超えると、透磁率が低下する(例えば2.0未満)という不都合が生じる傾向にある。
【0022】
また、Fe2O3が57モル%未満となったり、Fe2O3が61モル%を超えたりすると透磁率が低下するという不都合が生じる傾向にある。
【0023】
上記の副成分の含有割合において、上記Bi2O3の含有量が0.5wt%未満となると、1000℃以下の焼成で理論密度の90%以上が得られなくなるという不都合が生じる傾向にあり、上記Bi2O3の含有量が7wt%を超えると、透磁率が低下するという不都合が生じる傾向にある。
【0024】
このようなBi2O3副成分の添加は、特に、上記のCuO量の含有と相俟って低温焼結を顕著に実現させることができる。磁気特性向上の相乗効果もある。焼成温度が低くなると、安価で電気抵抗の低いAgのような低融点の電極材料を内蔵した形で同時焼成し、電極一体型の閉磁路構成の素子を容易に製造できる。このようにして製造された素子は、例えば、小型でかつ高いQ値を持つインダクタ、あるいは小型で高周波帯の特に特定周波数でのインピーダンスが大きいノイズフィルター等の高周波素子(高周波回路部品)として利用される。
【0025】
さらに本発明における磁性酸化物焼結体は、その80%以上、特に好ましくは、90%以上がY型六方晶フェライトで形成されている。ここに言う「%」は、エックス線回折強度のメインピーク比から算出したものである。
【0026】
Y型六方晶フェライトの占有割合が80%未満となると、高周波において高い透磁率を得ることができくなるという不都合が生じる。これにより、高いインダクタンスやインピーダンスを持つ高周波回路部品を得ることが困難となる。
【0027】
銀(Ag)のような低融点電極材料と同時焼成する場合、本焼成温度が低くなるため、焼結後のY型六方晶フェライトを80%以上とするためには、仮焼時にY型六方晶フェライトを80%以上生成しておく必要がある。組成によって異なるが、850℃付近からBaFe12O19およびBaFe2O4の分解が始まり、Y型六方晶フェライトの生成が始まる。
【0028】
しかしながら、BaFe12O19およびBaFe2O4の分解が十分に進まなければY型六方晶フェライトの生成が進まない。従って、Y型六方晶フェライトを80%以上とするために、仮焼温度を850℃以上、特に、850〜1000℃とする必要がある。さらに、CuO量を5.5〜17モル%含有させることが必要となる。仮焼温度が850℃未満となったり、CuO量が上記の範囲を外れると、80%を超えるY型六方晶フェライトの生成が困難となる。また、仮焼き温度が1000℃を超えて高くなり過ぎると、細かい粉砕粉が得られなくなってしまう。細かい粉砕粉の作製は、低温焼成には極めて重要な技術である。
【0029】
このような観点から、上述のごとく仮焼温度を850〜1000℃において、Y型六方晶フェライトの生成率を高くするためには、主成分としての前記CuO量を5.5〜17モル%含有させることが必要となる。
【0030】
このような本発明における磁性酸化焼結体は、磁性酸化物焼結体中に導電体が埋設された構造を備える高周波回路部品、例えば、インピーダ、インダクタとして用いられる。
【0031】
【実施例】
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。
【0032】
[実験例I]
(実施例サンプルおよび比較例サンプルの作製)
焼結後の組成が下記表1に示すような組成となるように各原料を秤量し、鋼鉄製ボールミルで15時間湿式混合した。次に、この混合粉を大気中、表1に記載された温度で2時間仮焼きした。次いで、表1に示されるごとく副成分としてBi2O3を所定量添加した後、鉄鋼製ボールミルで15時間粉砕した。
【0033】
このようにして得られた六方晶フェライト粉を造粒して、100MPaの圧力で所望の形状に成形した。
【0034】
この成形体を大気中、表1に示される焼成温度で2時間焼結した。六方晶フェライト焼結体の組成は下記表1に示すとおりであり、これらの各サンプルについて、密度、並びに25℃における周波数500MHzおよび2GHzの透磁率をそれぞれ測定して表1に示した。透磁率は周波数500MHzおよび2GHzの周波数において、それぞれ2.0以上の値を目標としている。
【0035】
なお、Y型六方晶フェライトによる占有率は、焼結体の粉砕粉を用いて、X線回折ピークの強度比より算出した。
【0036】
【表1】
【0037】
[実験例II]
次に、本発明の磁性体を用いてインピーダンス素子を作製した。すなわち、焼結後の組成が上記表1の実施例7サンプルに示されるような組成となるように各原料を秤量し、鋼鉄製ボールミルで15時間湿式混合した。次に、この混合粉を大気中、950℃で2時間仮焼きした。次いで、副成分としてBi2O3を5wt%添加した後、鉄鋼製ボールミルで15時間粉砕した。
【0038】
この仮焼き粉末に有機バインダーを混合し、ドクターブレード法により均一なグリーンシートを形成した。
【0039】
比較のためにNiCuZn系スピネルフェライト粉末(NiO=45モル%、CuO=5モル%、ZnO=1.5モル%、Fe2O3=48モル%、CoO=0.5モル%)を用いて作製したグリーンシートも準備した。
【0040】
この一方で、銀を混合してなる導電性ペーストを用意し、先のグリーンシート上にコイルをスパイラル状となるように積層した。厚み方向に圧力を加えて圧着し、磁性体に電極がサンドイッチされたグリーンシート積層体を作製した。これを930℃で2時間焼成した。得られた焼結体の側面の内部導電体の位置に銀ペーストを塗布し、外部電極を焼き付け、図1に概略的に示されるインピーダンス素子(高周波回路部品)とした。なお、図1は素子内部構造の理解を容易にするためにモデル図として描かれている。図1において、符号11はインナーコンダクタ(Agコイル)であり、符号10はターミナルコンダクタであり、符号20はフェライトを示している。
【0041】
このようにして得られたインピーダンス素子のインピーダンスおよび透磁率を周波数2GHzで測定したところ、従来のNiCuZn系スピネルフェライトではインピーダンスが135Ω(透磁率は1.2)であったのに対して、本発明のものではインピーダンスが208Ω(透磁率は3.7)と約54%以上改善されていた。
【0042】
【発明の効果】
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、Y型六方晶フェライトで80%以上占有されてなる磁性酸化物焼結体であって、該磁性酸化物焼結体は、主成分として酸化コバルトをCoO換算で3〜15モル%、酸化銅をCuO換算で5.5〜17モル%、酸化鉄をFe2O3換算で57〜61モル%、残部をAO(AOは、BaOまたはSrOの少なくとも1種)として含み、副成分として酸化ビスマス(Bi2O3)を0.5〜7wt%を含有してなるように構成されているので、数百MHz〜GHzといった高周波帯域まで磁気特性が良好で使用可能であり、かつY型六方晶フェライト以外の異相をできるだけ含まず1000℃以下特に、900℃付近で焼成可能である磁性酸化物焼結体およびこれを用いた高周波回路部品を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例で用いたインダクタンス素子(高周波回路部品)の概略図面である。
【符号の説明】
10…ターミナルコンダクタ
11…インナーコンダクタ
20…フェライト
Claims (5)
- Y型六方晶フェライトで80%以上占有されてなる磁性酸化物焼結体であって、
該磁性酸化物焼結体は、主成分として酸化コバルトをCoO換算で3〜15モル%、酸化銅をCuO換算で5.5〜17モル%、酸化鉄をFe2O3換算で57〜61モル%、残部をAO(AOは、BaOまたはSrOの少なくとも1種)として含み、
副成分として酸化ビスマス(Bi2O3)を0.5〜7wt%を含有し、
500MHzおよび2GHzの周波数における透磁率が2.0以上の物性を備えてなることを特徴とする磁性酸化物焼結体。 - 前記磁性酸化物焼結体の製造における仮焼温度が850℃〜1000℃である請求項1に記載の磁性酸化物焼結体。
- 磁性酸化物焼結体中に導電体が埋設された構造を備える高周波回路部品であって、
前記磁性酸化物焼結体は、Y型六方晶フェライトで80%以上占有され、かつ、
該磁性酸化物焼結体は、主成分として酸化コバルトをCoO換算で3〜15モル%、酸化銅をCuO換算で5.5〜17モル%、酸化鉄をFe2O3換算で57〜61モル%、残部をAO(AOは、BaOまたはSrOの少なくとも1種)として含み、
副成分として酸化ビスマス(Bi2O3)を0.5〜7wt%を含有し、
500MHzおよび2GHzの周波数における透磁率が2.0以上の物性を備えてなることを特徴とする高周波回路部品。 - 前記磁性酸化物焼結体の製造における仮焼温度が850℃〜1000℃である請求項3に記載の高周波回路部品。
- 前記導電体が銀(Ag)を主成分とする請求項3または請求項4に記載の高周波回路部品。
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