JPWO2008133152A1

JPWO2008133152A1 - 低損失フェライト及びこれを用いた電子部品

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Publication number: JPWO2008133152A1
Application number: JP2009511834A
Authority: JP
Inventors: 田中　智; 智田中; 橘　武司; 武司橘
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2007-04-17
Filing date: 2008-04-16
Publication date: 2010-07-22
Anticipated expiration: 2028-04-16
Also published as: US8164410B2; WO2008133152A1; US20100085140A1; CN101652336A; EP2141137A1; JP5841312B2; CN101652336B; EP2141137A4; EP2141137B1; KR101421455B1; KR20100014896A

Abstract

主成分として46.5〜49.5 mol %のFe2O3、17〜26 mol %のZnO、4〜12 mol %のCuO、0.2 mol %以上1.2 mol %未満のCoO、及び残部NiOを含有するとともに、前記主成分100質量％に対してSnO2換算で0.03〜1.4質量％のSnを含有し、平均結晶粒径が0.7〜2.5μmである低損失フェライト、及びこの低損失フェライトからなる複数の層と前記積層体内に形成されたコイル状電極とを一体焼結してなる電子部品。

Description

本発明は、高周波数帯で低損失であり、応力下でも特性変動が少ない低温焼結可能なフェライト、及びこれを用いてインダクタを構成した電子部品に関する。

各種の携帯型電子機器（携帯電話、携帯情報端末PDA、ノート型のパーソナルコンピュータ、DVDプレイヤー、CDプレイヤー、ＭDプレイヤー、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ等）は、内蔵電池の電圧を動作電圧に変換する電力変換装置として複数のDC/DCコンバータを備えている。例えばノート型のパーソナルコンピュータでは、DC/DCコンバータはDSP（Digital Signal Processor）、MPU（Micro Processing Unit）等の傍に配置されている。

DC/DCコンバータの一例として、図16は、入力コンデンサCin、出力コンデンサCout、出力インダクタLout、及びスイッチング素子及び制御回路を含む半導体集積回路ICを、プリント基板上にディスクリート回路として配置してなる降圧型DC-DCコンバータを示す。制御回路からの制御信号に基づいてスイッチング素子をスイッチングすることにより、直流入力電圧VinからVout＝Ton/(Ton＋Toff)×Vin（ただし、Tonはスイッチング素子がオンの時間を表し、Toffはオフの時間を表す。）で表される出力電圧Voutが得られる。入力電圧Vinが変動しても、TonとToffの比率を調整することにより安定した出力電圧Voutが得られる。電流エネルギーの蓄積と放出を行なう出力インダクタLoutと、電圧エネルギーの蓄積と放出を行なう出力コンデンサCoutとからなるLC回路は、直流電圧を出力するためのフィルタ回路（平滑回路）として機能する。

出力インダクタLoutとして現在広く用いられているのは、図18及び19に示すように磁心220に導線230を巻いた巻線型である。磁心220には、直接巻線可能なNi-Zn系フェライト、Ni-Cu-Zn系フェライト等の高抵抗のフェライトが使用されている。

DSP及びMPUを構成するLSI（Large Scale Integration）の動作電圧は、電池の長寿命化を図るための益々低下しつつあり、2.5 V、さらに1.8 Vまで引き下げられている。このような動作電圧の低下により、DC/DCコンバータの出力電圧の変動（リップル）に対するLSI側の電圧マージンが減少し、ノイズの影響を受けやすくなった。リップルを抑制するため、DC/DCコンバータのスイッチング周波数は従来の500 kHzから1 MHz以上に高まり、5〜20 MHzのICまで設計されるようになった。

スイッチングの高周波数化に応じて出力インダクタLoutに要求されるインダクタンスが低下するため、インダクタの小型化が可能となり、電源回路を小型化できる。しかしスイッチングの高周波数化は、スイッチング素子及びインダクタで発生する損失による変換効率の低下の要因となる。インダクタによる電力損失は、低周波数では導体線路の直流抵抗及び出力電流が支配的であるが、高周波数では、交流抵抗（導体線路の交流抵抗及びフェライトのコアロス）が無視できない。

従って5 MHzを超える高周波数、特に10 MHz程度でスイッチングするDC/DCコンバータを効率良く動作させるためには、インダクタを構成するフェライトのコアロス低減が重要な課題となる。フェライトのコアロスは、ヒステリシス損失、渦電流損失及び残留損失により決まる。これらの損失は、フェライトの保磁力、飽和磁化、磁壁共鳴等の磁気特性や、結晶粒径、比抵抗等に依存することが知られている。

インダクタには、対応力安定性（応力に対してインダクタンスの変動が小さく、損失の増加が少ない性質）も求められる。応力は、プリント基板との線膨張係数差、プリント基板の変形、インダクタを樹脂封止する場合の樹脂の硬化、積層インダクタの場合に同時焼結される内部導体とフェライトとの収縮差、外部端子に形成されるめっき皮膜等により生じる。さらに、DC/DCコンバータは半導体集積回路IC等の熱に曝されるので、その中に使用されるインダクタは使用温度で安定した特性を発揮する（インダクタンスの温度による変動が小さい）ことが要求される。

対応力安定性及び温度特性が改善されたフェライトとして、特開平05-326243号は、46.5〜49.5 mol %のFe₂O₃、5.0〜12.0 mol %のCuO、及び2.0〜30.0 mol %のZnOを含有し、残部NiOからなる主成分100質量％に対して、0.05〜0.6質量％のCo₃O₄、0.5〜2質量％のBi₂O₃、及び合計0.1〜2質量％のSiO₂及びSnO₂からなる副成分を添加したNi-Cu-Zn系フェライトを開示している。しかしこのNi-Cu-Zn系フェライトは、SnO₂及びCo₃O₄を含有するものの、焼結助剤として融点が820℃のBi₂O₃を0.5〜2質量％と多量に含有するので3μm以上の平均結晶粒径を有し、高周波数でのコアロス及びその相対温度係数αμ_irが大きい。

特開2002-255637号は、45.0〜49.5 mol %のFe₂O₃、1.0〜30.0 mol %のZnO、及び8.0〜12.0 mol %のCuOを含有し、及び残部NiOからなる主成分100重量部に対し、Sn酸化物をSnO₂に換算して1.5〜3.0重量部、Cｏ酸化物をCo₃O₄に換算して0.02〜0.20重量部、Bi酸化物をBi₂O₃に換算して0.45重量部以下含有する磁性酸化物セラミック組成物を開示している。しかしながら、−25℃〜＋85℃間における初透磁率の温度係数が±500 ppm/℃と大きいだけでなく、Sn酸化物をSnO₂に換算して1.5重量部以上と多く含むため高周波数でのコアロスが大きいという問題があった。

従って、本発明の目的は、Agの融点より低温で焼結可能であり、10 MHzの高周波数でも低損失であり、応力下でも特性変動が少ないフェライト、及びこのフェライトを用いた電子部品を提供することである。

本発明の低損失フェライトは、主成分として46.5〜49.5 mol %のFe₂O₃、17〜26 mol %のZnO、4〜12 mol %のCuO、0.2 mol %以上1.2 mol %未満のCoO及び残部NiOを含有し、かつ前記主成分100質量％に対して、SnO₂換算で0.03〜1.4質量％のSnを含有し、平均結晶粒径が0.7〜2.5μmであることを特徴とする。

本発明の低損失フェライトは、さらに前記主成分100質量％に対してV₂O₅換算で0.2質量％以下のV及び/又はMn₃O₄換算で1質量％以下のMnを含有するのが好ましい。Vの含有量はV₂O₅換算で0.1質量％未満であるのがより好ましい。

本発明の低損失フェライトは、10 MHzの周波数及び20 mTの動作磁束密度Bmにおいて5000 kW/m³以下のコアロスを有する。また本発明の低損失フェライトは、120℃における4000 A/mの磁界で290 mT以上の飽和磁束密度を有する。

本発明の低損失フェライトにおいて、−40℃〜＋20℃での初透磁率μ_i1の相対温度係数αμ_ir1、及び＋20℃〜＋80℃での初透磁率μ_i2の相対温度係数αμ_ir2はともに正の値であって、＋35 ppm以下であるのが好ましい。

本発明の電子部品は、上記低損失フェライトからなる磁心と、前記磁心に巻いたコイルとを有することを特徴とする。

本発明の一実施形態による電子部品は、上記低損失フェライトからなる複数の層の積層体と、前記積層体内に形成されたコイル状電極とを一体焼結してなる。

本発明の別の実施形態による電子部品は、主成分としてFe₂O₃、ZnO、CuO、CoO及びNiOを含有するとともに、副成分としてSnOを含有し、−40℃〜＋20℃での初透磁率μ_i1の相対温度係数αμ_ir1、及び＋20〜＋80℃での初透磁率μ_i2の相対温度係数αμ_ir2がともに＋10 ppm〜＋35 ppmである低損失フェライトからなる複数の層と、キュリー温度が−50℃以下のZnフェライトからなる少なくとも1つの非磁性層とからなる積層体と、前記積層体内に形成されたコイル状電極とを一体焼結してなり、前記非磁性層が磁気ギャップとして機能する。この電子部品において、上記低損失フェライトのコアロスが10 MHzの周波数及び20 mTの動作磁束密度Bmにおいて5000 kW/m³以下であるのが好ましい。

本発明の電子部品において、スイッチ素子を含む半導体素子が前記積層体の表面電極に実装されているのが好ましい。

本発明の低損失フェライトは、Agの融点（960℃）以下で焼結可能であり、10 MHzの高周波数でも低損失であり、かつ応力が作用する環境下でも特性変動が少ない。そのため、本発明の低損失フェライトを用いた積層インダクタ等の電子部品は高周波数で優れたQ値を示す。

本発明の低損失フェライトを用いた積層インダクタの外観を示す斜視図である。図1(a) の積層インダクタを構成する複合シートを示す分解断面図である。図1(a) の積層インダクタの内部構造を示す断面図である。図1(c) のA-A断面図である。本発明の低損失フェライトを用いたDC/DCコンバータの外観を示す斜視図である。 CoO量と初透磁率μ_iとの関係を示すグラフである。 CoO量と初透磁率μ_i1の相対温度係数αμ_ir1との関係を示すグラフである。 CoO量と初透磁率μ_i2の相対温度係数αμ_ir2との関係を示すグラフである。 CoO量とコアロスPcvとの関係を示すグラフである。 SnO₂量と初透磁率μ_iとの関係を示すグラフである。 SnO₂量と初透磁率μ_i1の相対温度係数αμ_ir1との関係を示すグラフである。 SnO₂量と初透磁率μ_i2の相対温度係数αμ_ir2との関係を示すグラフである。 SnO₂量とコアロスPcvとの関係を示すグラフである。 V₂O₅量とコアロスPcvとの関係を示すグラフである。 Sn量が異なるフェライトについて、インダクタンスの応力による変化率を示すグラフである。 Sn量が異なるフェライトについて、コアロスの応力による変化率を示すグラフである。サンプル1（本発明の範囲外）及びサンプル6（本発明の範囲内）のフェライトを用いた積層インダクタについて、品質係数Qの周波数特性を示すグラフである。本発明の低損失フェライトを用いた積層インダクタの温度によるインダクタンスの変化率を示すグラフである。 DC/DCコンバータの等価回路を示す図である。サンプル14（本発明の範囲内）及びサンプル25（本発明の範囲外）のフェライトを用いた積層インダクタで構成したDC/DCコンバータのDC/DC変換効率特性を示すグラフである。フェライト磁心に巻線をしたインダクタの一例を示す断面図である。フェライト磁心に巻線をしたインダクタの他の例を示す斜視図である。

[1] 低損失フェライト
(A) 組成
(1) 主成分
本発明の低損失フェライト（Ni-Cu-Zn系フェライト）は、主成分として46.5〜49.5 mol %のFe₂O₃、17〜26 mol %のZnO、4〜12 mol %のCuO、0.2 mol %以上1.2 mol %未満のCoO、及び残部NiOを含有する。

Fe₂O₃が46.5 mol %未満ではコアロスPcvが大きく、また十分な透磁率が得られない。一方、Fe₂O₃が49.5 mol %超では、Agの融点（960℃）以下の温度で十分に焼結せず、フェライトの磁気特性及び機械的強度は低い。Fe₂O₃の好ましい含有量は47〜49 mol %である。

ZnOが17 mol %未満では、初透磁率μ_iの相対温度係数αμ_irが大きく、透磁率が低い。一方、ZnOが26 mol %超では、コアロスPcvが大きい。ZnOの好ましい含有量は17〜23 mol %である。

CuOが4 mol %未満では焼結性が低く、得られるフェライトの透磁率は低く、コアロスPcvは大きい。一方、12 mol %を超えると、急激にコアロスが大きくなる。CuOの好ましい含有量は4.5〜10 mol %である。

CoOは高周波数でのコアロスの低減に寄与する元素である。従って、CoOが0.2 mol %未満であるとコアロスPcvは大きい。一方、1.2 mol %以上であると、相対温度係数αμ_irが大きくなる。Co^2＋は正の結晶磁気異方性定数を有するが、Ni-Zn系フェライトは負の磁気異方性定数を有するので、Ni-Zn系フェライトにCoが固溶すると磁気異方性定数が低減し、高周波数でのコアロスも低減する。しかし、CoO量が1.2 mol %以上となると−40℃〜＋80℃における初透磁率μ_iの相対温度係数αμ_irが＋35 ppm/℃より大きくなる。相対温度係数αμ_irが＋35 ppm/℃を超えると、インダクタ等の電子部品としたときのインダクタンスの温度変化が大きくなりすぎる。CoOの好ましい含有量は0.25〜1.1 mol %である。

NiOは主成分の残部である。所望の透磁率を得るとともに、120℃における飽和磁束密度Bsの低下を防ぐために、NiO/CuOのモル比を0.8〜4.5とするのが好ましい。

(2) 副成分
本発明の低損失フェライトは、主成分100質量％に対して、副成分としてSnO₂換算で0.03〜1.4質量％のSnを含有する。低ロス化のために、他の副成分としてV₂O換算で0.2質量％未満のV及び／又はMｎ₃O₄換算で1質量％以下を含有しても良い。

Snの添加により、フェライトの飽和磁束密度Bsは低下し、保磁力Hcは増加する。Snは安定な4価イオンとして結晶粒内に固溶し、格子歪を低減させることにより飽和磁歪定数λs及び磁気異方性定数K₁を小さくし、もって応力に対するインダクタンスの変化及びコアロスの増加を抑制する。温度の上昇に応じて飽和磁束密度Bs及び磁気異方性定数K₁が減少するが、SnO₂換算で1.4質量％以下のSnの添加により、磁気異方性定数K₁を調整することができ、もってコアロス及び相対温度係数αμ_irを低減できる。SnO₂が1.4質量％超になるとコアロスが増加し、さらに増加すると焼結を阻害する。0.03質量％未満ではSnO₂の十分な添加効果は得られない。Snの好ましい添加量は、SnO₂換算で0.25〜1.2質量％である。

本発明の低損失フェライトは、V₂O₅換算で0.2質量％以下のVを含有するのが好ましい。Vは結晶粒界に入り初透磁率μ_iの相対温度係数αμ_irを低減させる。またV₂O₅換算で0.1質量％未満であればコアロスを低減する効果もある。Vは低融点金属であり焼結を促進するため、0.1質量％以上となるとコアロスPcvが増加する。そのため、V₂O₅の添加量は0.08質量％以下であるのが好ましい。

本発明の低損失フェライトは、更にMn₃O₄換算で1質量％以下のMnを含有するのが好ましい。Mnの添加により格子歪が低減し、初透磁率μ_iが増加し、B-Hループの線形性が改善され、マイナーループにおける保磁力Hcが低下し、ヒステリシス損失が低減する。しかし10 MHzでのコアロスにおいてはヒステリシス損失の割合が小さい割に、インダクタンスの応力特性が悪化する傾向がある。そのため、初透磁率μ_iの向上、及びその相対温度係数αμ_irの低減の効果に鑑み、Mn₃O₄の添加量は1質量％以下であるのが好ましい。

(3) その他の成分
本発明の低損失フェライトは、更にCaをCaO換算で1.5質量％以下、及びSiをSiO₂換算で1.5質量％以下含有しても良い。それぞれ結晶粒の成長を抑制し、透磁率の低下及び比抵抗の増大をもたらす。Sn添加による焼結性の低下を緩和するため少量のBiを含有しても良いが、Bi₂O₃換算で0.3質量％超のBiを含有すると平均結晶粒径が2.5μm超となり好ましくない。

Na，S，Cl，P，W，B等の不可避不純物はできるだけ少ない方が好ましく、工業的な許容範囲は合計で0.05質量％以下である。特にClを5 ppm未満とし、Pを8 ppm未満とすると、低損失化に有利である。

主成分及び副成分の定量は、蛍光X線分析及びICP発光分光分析により行うことができる。予め蛍光X線分析により含有元素の定性分析を行い、次に含有元素を標準サンプルと比較する検量線法により定量する。

(B) 組織及び特性
本発明の低損失フェライトは0.7〜2.5μmの平均結晶粒径を有する。平均結晶粒径が2.5μm以下であると、渦電流損失が低減し、磁壁の減少から残留損失が低減し、5 MHz以上の高周波数でのコアロスが低下する。しかし、平均結晶粒径が0.7μm未満であると、粒界が磁壁のピンニング点として作用し、透磁率の低下及びコアロスの増加が生じ易くなる。平均結晶粒径が2.5μmを超えると、渦電流損失及び残留損失の影響が大きくなり、高周波数（10 MHz）での損失の増加が顕著となる。

平均結晶粒径を2.5μm以下とするには、焼結に供するフェライト仮焼粉のBET比表面積を6〜10 m²/gとするのが好ましい。BET比表面積が大きいほど反応活性が上がるため、低い焼結温度から緻密化が促進される。フェライト仮焼粉のBET比表面積が6〜10 m²/gであると、960℃以下の低い焼結温度でも結晶粒径が小さく均一な緻密なフェライトが得られる。

フェライト仮焼粉のBET比表面積が6 m²/g未満であると、フェライト焼結体の平均結晶粒径が3μmを超える場合がある。BET比表面積が10 m²/g超であると、フェライト仮焼粉は凝集し易く、また水分を吸着し易い。そのため、ポリビニルブチラール等の水溶性樹脂をバインダーとしたスラリーを生成すると、凝集構造となって、空隙が多いグリーンシートが得られる。従って、フェライト仮焼粉のBET比表面積は6〜8 m²/gであるのが好ましい。

フェライトの初透磁率μ_iは下記式：
μ_i∝Bs²/（aK₁＋bλsσ）
（ただしBsは飽和磁束密度であり、K₁は磁気異方性定数であり、λsは磁歪定数であり、σは応力であり、a及びbは定数である。）
により定義される。通常Ni-Cu-Zn系フェライトは負の磁歪定数を有するため、初透磁率μ_iは圧縮応力に応じて増加し極大値を経て減少するが、本発明の低損失フェライトはCoを導入しているため、初透磁率μ_iは圧縮応力に応じて漸次減少する。この傾向はSnの添加によって改善される。

フェライトとして必要な初透磁率μ_iは、使用される周波数や、インダクタとした時に磁気ギャップを設けるかなどの条件によって適宜設定されるが、直流重畳特性を改善するため磁気回路中に磁気ギャップを設けたインダクタの場合、実効透磁率が低下するので、70以上の初透磁率μ_iが好ましい。

[2] 電子部品
図1(a)〜1(d) は、本発明の低損失フェライトを用いた電子部品として、内部にコイルを備えた積層インダクタ10aを示す。低損失フェライトからドクターブレード法等によりグリーンシート21を形成し、これにAg又はその合金等の導体ペーストでコイル状導体パターン30を形成し、さらに必要に応じてフェライトペースト22及び／又は非磁性ペースト23を印刷した後積層し、一体的に焼結する。得られた積層体2内でコイル状導体パターン30は連結し、コイル3を形成する。コイル3の両端に接続されたリード線が露出した側面に外部端子40a，40bを形成することにより、積層インダクタ10aを作製することができる。非磁性ペースト23からなる層は少なくとも1つあれば良い。

磁気ギャップを備えた電子部品では、磁気ギャップにキュリー温度Tcが−50℃以下のZnフェライト（非磁性フェライト）を用いるのが好ましい。本発明のNi-Cu-Znフェライト層とZnフェライト層との境界で焼結により構成元素の相互拡散が生じる。特にZnフェライト層は相対的に多くのZnを含むため、ZnがNi-Cu-Znフェライト層へ拡散し、Znフェライト層中のZn量は減少する。両層の境界部のEPMA分析（Electron Probe Microanalysis）により、Znの含有量が連続して変化する境界層の形成が確認される。境界層のキュリー温度TcはZn量に応じて連続的に変化するため、温度が上昇するに従い、あたかも電子部品に形成された磁気ギャップが拡大するような挙動が得られる。その結果、初透磁率μ_iの相対温度係数αμ_irの影響が低減し、温度に対するインダクタンスの変化が小さくなる。境界層の厚さは約5〜50μm程度が好ましい。境界層の厚さは、焼成温度及びそのプロファイル、磁気ギャップの数等に応じて調整する。

図2は電子部品の別の例として、インダクタを内蔵した積層基板10bの表面電極に、半導体集積回路部品IC及びコンデンサCin，Coutを実装し、内蔵されたインダクタと電気的に接続したDC/DCコンバータモジュールを示す。またコンデンサを内蔵する積層基板に、インダクタ及び半導体集積回路部品ICを実装してモジュールとしても良い。

本発明を以下の実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はそれらに限定されるものではない。

実施例1
Fe₂O₃、ZnO、CuO及びNiOの主成分、及びSnO₂、V₂O₅、Mn₃O₄及びBi₂O₃の副成分を表1に示す割合で湿式混合した後、乾燥し、800℃で2時間仮焼した。得られた仮焼粉をイオン交換水とともにボールミルに投入し、BET比表面積が6.5 m²/gとなるまで約20時間粉砕した。仮焼粉にポリビニルアルコールを加えてスプレードライヤー法により顆粒化した後成形し、900℃の温度で2時間大気中焼結し、外径8 mm、内径4 mm及び厚さ2 mmのリング状サンプル、及び外寸8 mm×8 mm、内寸4 mm×4 mm及び厚さ2 mmの角型環状サンプルを作製した。

表1（続き）

各サンプルの密度、平均結晶粒径、初透磁率μ_i及びその相対温度係数αμ_ir、飽和磁束密度Bs、残留磁束密度Br、保磁力Hc、及びコアロスPcvを下記の方法により測定した。結果を表2に示す。

(1) 密度
リング状サンプルの寸法及び重量から密度を算出した。

(2) 平均結晶粒径
リング状サンプルの自由焼成面（表面）の電子顕微鏡写真（10,000倍）に任意の長さL₁の直線を引き、この直線上に存在する粒子の数N₁を計測し、長さL₁を粒子数N₁で除した値L₁/N₁を算出した。L₁/N₁を複数の直線について求めて平均し、平均結晶粒径とした。

(3) 初透磁率μ_i
リング状サンプルに7ターンの銅線を巻いてインダクタを作製し、LCRメーターを用いて1 MHzの周波数及び1 mAの電流でインダクタンスLを＋20℃で測定し、下記式により初透磁率μ_iを算出した。
μ_i＝(le×L)/(μ₀×Ae×N²)
（ただしleは磁路長であり、Lはインダクタンスであり、μ₀は真空の透磁率＝4π×10^-7（H/m）であり、Aeはサンプルの断面積であり、Nはコイルの巻数である。）

(4) 初透磁率μ_iの相対温度係数αμ_ir
初透磁率μ_iの相対温度係数αμ_irは下記式により表される。
αμ_ir＝〔（μ_i2−μ_i1）/μ_i1 ²〕/（T₂−T₁）
（ただし、T₁及びT₂は測定温度であり、μ_i1は温度T₁における初透磁率であり、μ_i2は温度T₂における初透磁率である。）
電子恒温槽で−40℃〜＋80℃に調整した各サンプルに対して、初透磁率μ_iを測定した。−40℃〜＋20℃の相対温度係数αμ_ir1の場合、T₁＝＋20℃であり、T₂＝−40℃であり、μ_i1は＋20℃における初透磁率であり、μ_i2は−40℃における初透磁率である。また＋20℃〜＋80℃の相対温度係数αμ_ir2の場合、T₁＝＋20℃であり、T₂＝＋80℃であり、μ_i1は＋20℃における初透磁率であり、μ_i2は＋80℃における初透磁率である。

(5) 飽和磁束密度Bs
B-Hアナライザにより、4000 A/mの磁場中で10 kHzの周波数で各リング状サンプルのヒステリシスのメジャーループを求めた。このヒステリシスループから飽和磁束密度Bsを−20℃及び＋120℃で測定した。

(6) 残留磁束密度Br
上記ヒステリシスループから残留磁束密度Brを求めた。

(7) 保磁力Hc
上記ヒステリシスループから保磁力Hcを求めた。

(8) コアロスPcv
リング状サンプルに一次側及び二次側とも5ターンの銅線を巻き、25℃、10 MHz及び20 mTの条件でPcvを測定した。

表2（続き）

表2（続き）

表2（続き）

サンプル2〜9では、Fe₂O₃量をNiO量とバランスして変化させた。Fe₂O₃が増加するに従い、飽和磁束密度Bsは増加し、保磁力Hcは低下し、初透磁率μ_irは増加した。サンプル1〜5を比較すると、コアロスPcvはFe₂O₃が47.5 mol %の場合（サンプル4）が最低であった。Fe₂O₃量が49.5 mol %超（サンプル9）となると、焼結性、飽和磁束密度Bs及び初透磁率μ_iが低下し、保磁力Hcが増加した。

サンプル10〜16では、ZnO量をNiO量とバランスさせて変化させた。ZnOによるNiOの置換量を増加させると、飽和磁束密度Bsは増加し、保磁力Hcは低下し、初透磁率μ_iは増加した。ZnO量が増えるとコアロスPcvは増加した。ZnO量が23.0 mol %を超えると、コアロスPcvは大きく増加した。

サンプル17〜21では、CuO量をNiO量とバランスさせて変化させた。Niの一部を置換するCuの量が少ないと、結晶粒径が小さくなり、それに応じてコアロスPcvが低減するが、初透磁率μiも低下した。表１に示す組成では密度の低下は見られず、焼結性が確保された。しかし、CuOが3.0 mol %となると焼結性が低下し、フェライトは緻密化せず、初透磁率μ_i及び飽和磁束密度Bsが著しく低下し、保磁力Hc及びコアロスPcvが増加した。

図3〜図6はそれぞれ、サンプル27〜36のフェライトについてCoO量と初透磁率μ_i及びその相対温度係数αμ_ir1，αμ_ir2、及びコアロスPcvとの関係を示す。CoO量が増加すると、初透磁率μ_iは低下するがその相対温度係数αμ_ir1、αμ_ir2は増加し、またコアロスPcvは著しく低下した。

図7〜図10はそれぞれ、サンプル37〜42のフェライトについてSnO₂量と初透磁率μ_i及びその相対温度係数αμ_ir1，αμ_ir2、及びコアロスPcvとの関係を示す。SnO₂量が増加すると、初透磁率μ_iは僅かに低下し、かつ相対温度係数αμ_ir1、αμ_ir2は大きく低下した。コアロスPcvは、SnO₂量が所定のレベル（0.5質量％）で極小となった。

図11は、サンプル48〜51のフェライトについてV₂O₅量とコアロスPcvとの関係を示す。V₂O₅の添加によりコアロスPcvは10％程度低下することが分かる。またMn₃O₄の添加により初透磁率μ_iが増加した。なおBi₂O₅を0.5質量％含有するサンプル55は、平均結晶粒径が30μm程度の結晶粒と平均結晶粒径が1μm程度の結晶粒が混在した組織を有し、著しく高いコアロスPcvを示した。

角型環状サンプル1，22，38，40，42，50の各々に12ターンの銅線を巻き、テンションメータを備えた加圧ジグに配置した。サンプル1，22，38，40，42に対して、室温で一軸方向に圧縮力を印加した場合と印加しない場合について、1 MHzの周波数及び1 mAの電流におけるインダクタンスを連続的に測定した。またサンプル38，40，42，50に対して、室温で一軸方向に圧縮力を印加した場合と印加しない場合について、10 MHzの周波数及び20 mTの動作磁束密度BmにおけるコアロスPcvを連続的に測定した。下記式によりインダクタンス及びコアロスの変化率を算出した。

(1) インダクタンスの変化率L_R
L_R＝(L₁−L₀)/L₀×100（％）
L₁：一軸方向に圧縮した時のインダクタンス。
L₀：一軸に圧縮しない時のインダクタンス。

(2) コアロスの変化率C_R
C_R＝(Pcv₁−Pcv₀)/Pcv₀×100（％）
Pcv₁：一軸方向に圧縮した時の10 MHz及び20 mTにおけるコアロス。
Pcv₀：一軸に圧縮しない時の10 MHz及び20 mTにおけるコアロス。

図12はインダクタンスの対応力安定性を示し、図13はコアロスの対応力安定性を示す。Sn量が多くなるに従い、応力に対するインダクタンス及びコアロスの変化率は低下した。

実施例2
図1(a)〜1(d) に示す積層インダクタ10aを下記手順により作製した。まずサンプル1，6の各フェライト粉末を、ポリビニルブチラールを主成分としたバインダー及びエタノールとともにボールミル粉砕し、得られたスラリーの粘度を調整した後、ポリエステルフィルム上にドクターブレード法で塗布し、乾燥厚さが30μmのグリーンシート21を作製した。5枚のグリーンシート21の各々にAgペーストで厚さ30μmの複数のほぼ1ターンのコイル状導体パターン30を形成し、第一のコイル状導体パターン付きシートを作製した。また1枚のグリーンシート21にAgペーストで厚さ30μmの複数のほぼ0.5ターンのコイル状導体パターン30を形成し、第二のコイル状導体パターン付きシートを作製した。

直流抵抗を低減するためコイル状導体パターン30の厚さを20μm以上とする必要があるが、コイル状導体パターン30を設けた領域と設けない領域で段差が大きくなり、グリーンシート21の圧着が不十分となり、デラミネーションが起こり易くなる。そこで図1(b) に示すように、4枚の第一のコイル状導体パターン付きシートの各々の表面のうち、コイル状導体パターン30が形成されていない領域に、フェライトペースト22をコイル状導体パターン30とほぼ等しい厚さに印刷し、コイル状導体パターン付き複合シート20aを作製した。また残りの1枚の第一のコイル状導体パターン付きシートの表面のうち、コイル状導体パターン30の外側及び内側の領域にそれぞれフェライトペースト22及び磁気ギャップ層用非磁性セラミックペースト23をコイル状導体パターン30とほぼ等しい厚さに印刷し、コイル状導体パターン／磁気ギャップ層付き複合シート20bを作製した。さらに第二のコイル状導体パターン付きシートの表面のうち、コイル状導体パターン30が形成されていない領域に、フェライトペースト22をコイル状導体パターン30とほぼ等しい厚さに印刷し、コイル状導体パターン付き複合シート20a’を作製した。フェライトペースト22は上記と同じフェライト粉末、エチルセルロース及び溶媒からなり、非磁性セラミックペースト23はZrO₂粉末、エチルセルロース及び溶媒からなった。

図1(b) 及び1(c) に示すように、複数のフェライトグリーンシート21の間に、4枚のコイル状導体パターン付き複合シート20a、1枚のコイル状導体パターン／磁気ギャップ層付き複合シート20b、及び1枚のコイル状導体パターン付き複合シート20a’を、コイル状導体パターン／磁気ギャップ層付き複合シート20bがほぼ中間に位置するように積層した。なお、コイル状導体パターン30を有するシート21のうち最上及び最下のシート21，21にそれぞれ、コイル状導体パターン30の端部と側面との間にAgペーストによりリード線32a、32bを形成した。図1(d) に示すように、各シート21のうちコイル状導体パターン30の一端に相当する位置にビアホール31aが設けられているので、ビアホール31aにAgペーストを充填することにより隣接するシート21，21のコイル状導体パターン30，30を連結し、コイル3を形成した。

得られた積層体を焼結後の寸法が2.0 mm×1.2 mm×1.0 mmとなるように切断し、脱バインダー後、大気中で900℃で3時間焼結した。図1(d) に示すように、リード線32a、32bが露出した側面にAgペーストを塗布し、600℃で焼き付けることにより外部端子40a、40bを形成した。このようにして積層体2に5.5ターンのコイル3を内蔵した積層インダクタ10aを作製した。

サンプル1及び6の積層インダクタ10aの品質係数Qの周波数特性を図14に示す。サンプル6の積層インダクタは1 MHzを超える周波数で高い品質係数Qを有し、そのピークは10 MHz以上であった。

実施例3
サンプル6のフェライト粉末を使用し、非磁性セラミックペーストにキュリー温度Tcが−60℃以下のZnフェライト（48.5 mol %のＦe₂O₃、42.7 mol %のZnO、及び8.8 mol %のCuOからなる組成を有する）を用いた以外実施例2と同様にして、積層インダクタを作製した。積層インダクタを恒温槽に配置し、−40℃〜＋140℃で1 MHzの周波数及び1 mAの電流におけるインダクタンスを連続的に測定し、下記式によりインダクタンスの変化率L_Rを算出した。
L_R＝(L_Tｎ−L_T20)/L_T20×100（％）
L_Tｎ：ｎ℃の時のインダクタンス。
L_T20：20℃の時のインダクタンス。

インダクタンスの変化率L_Rの温度特性を図15に示す。図15は実施例2で得られた積層インダクタの温度特性も示す。図15から、磁気ギャップとしてZnフェライトを用いると、温度によるインダクタンスの変化が低減されることが分かる。積層インダクタの積層方向切断面において磁気ギャップを含む領域をEPMA分析したところ、磁気ギャップの両側でZnの含有量が連続して変化する境界層の形成が確認された。境界層の厚さはほぼ15μmであり、両境界層を含む磁気ギャップの厚さはほぼ50μmであった。

実施例4
サンプル14及び25の各フェライト粉末を用いて、実施例2と同様にして積層インダクタ10aを作製した。各積層インダクタ10aを図16に示す降圧型DC/DCコンバータ（スイッチング周波数fs：8 MHz、入力電圧Vin：3.6 V、出力電圧Vout：1.8 V）に組み込み、DC/DC変換効率を測定した。結果を図17に示す。図17から明らかなように、本発明の範囲内のサンプル14は、本発明の範囲外のサンプル25より高いDC/DC変換効率を示した。これは、サンプル14が低損失であるためと考えられる。

以上電子部品として積層インダクタを例にとり説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の技術思想を逸脱しない限り様々な態様に変更できる。例えば図2に示すように、インダクタを内蔵する積層基板10bの実装電極に、半導体集積回路部品IC及びコンデンサCin，Coutを実装し、インダクタと電気的に接続してなるDC/DCコンバータモジュールとしても良い。またコンデンサを内蔵する基板に、積層インダクタ及び半導体集積回路部品ICを実装してモジュールとしても良い。また積層インダクタの製造方法について、シート成形法の他に、フェライトペースト印刷法も用いることができる。

Claims

主成分として46.5〜49.5 mol %のFe₂O₃、17〜26 mol %のZnO、4〜12 mol %のCuO、0.2 mol %以上1.2 mol %未満のCoO、及び残部NiOを含有するとともに、前記主成分100質量％に対してSnO₂換算で0.03〜1.4質量％のSnを含有し、平均結晶粒径が0.7〜2.5μmであることを特徴とする低損失フェライト。
請求項1に記載の低損失フェライトにおいて、さらに前記主成分100質量％に対してV₂O₅換算で0.2質量％以下のV及び/又はMn₃O₄換算で1質量％以下のMnを含有することを特徴とする低損失フェライト。
請求項2に記載の低損失フェライトにおいて、Vの含有量がV₂O₅換算で0.1質量％未満であることを特徴とする低損失フェライト。
請求項1〜3のいずれかに記載の低損失フェライトにおいて、10 MHzの周波数及び20 mTの動作磁束密度Bmにおいて5000 kW/m³以下のコアロスを有することを特徴とする低損失フェライト。
請求項1〜4のいずれかに記載の低損失フェライトにおいて、120℃及び4000 A/mの磁界で290 mT以上の飽和磁束密度を有することを特徴とする低損失フェライト。
請求項1〜5のいずれかに記載の低損失フェライトにおいて、−40℃〜＋20℃での初透磁率μ_i1の相対温度係数αμ_ir1、及び＋20℃〜＋80℃での初透磁率μ_i2の相対温度係数αμ_ir2がともに正の値であって、＋35 ppm以下であることを特徴とする低損失フェライト。
請求項1〜6のいずれかに記載の低損失フェライトからなる磁心と、前記磁心に巻いたコイルとを有することを特徴とする電子部品。
請求項1〜6のいずれかに記載の低損失フェライトからなる複数の層の積層体と、前記積層体内に形成されたコイル状電極とを一体焼結してなることを特徴とする電子部品。
主成分としてFe₂O₃、ZnO、CuO、CoO及びNiOを含有するとともに、副成分としてSnOを含有し、−40℃〜＋20℃での初透磁率μ_i1の相対温度係数αμ_ir1、及び＋20〜＋80℃での初透磁率μ_i2の相対温度係数αμ_ir2がともに＋10 ppm〜＋35 ppmである低損失フェライトからなる複数の層と、キュリー温度が−50℃以下のZnフェライトからなる少なくとも1つの非磁性層とからなる積層体と、前記積層体内に形成されたコイル状電極とを一体焼結してなり、前記非磁性層が磁気ギャップとして機能することを特徴とする電子部品。
請求項9に記載の電子部品において、前記低損失フェライトのコアロスが10 MHzの周波数及び20 mTの動作磁束密度Bmにおいて5000 kW/m³以下であることを特徴とする電子部品。
請求項8〜10のいずれかに記載の電子部品において、スイッチ素子を含む半導体素子が前記積層体の表面電極に実装されていることを特徴とする電子部品。