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【発明の名称】 フェライト磁心およびこれを用いた電子部品
【発明者】 【氏名】橘 武司
【氏名】田中 智
【氏名】福田 毅
【課題】直流重畳特性に優れ、応力に対する磁気特性、特には透磁率の変化が少なく、安定したインダクタンスが得られるフェライト磁心およびこれを用いた電子部品を提供する。

【構成】Ｆｅ２Ｏ３、ＮｉＯ（一部をＣｕＯで置換しても良い）、ＺｎＯを主成分とするフェライトの第１相と非磁性のセラミクスからなる第２相を含む複合磁性体を用いたフェライト磁心であって、主成分に対して非磁性のセラミクスを２．５〜２５ｗｔ％含み、フェライト平均結晶粒径が０．３〜２μｍであり、非磁性のセラミクスの線膨張係数は、フェライトの線膨張係数よりも小さく、複合磁性体の線膨張係数が６〜１０ｐｐｍ／℃とした。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｆｅ２Ｏ３、ＮｉＯ（一部をＣｕＯで置換しても良い）、ＺｎＯを主成分とするフェライトの第１相と非磁性のセラミクスからなる第２相を含む複合磁性体を用いたフェライト磁心であって、
前記主成分に対して非磁性のセラミクスを２．５〜２５ｗｔ％含み、フェライト平均結晶粒径が０．３〜２μｍであり、前記非磁性のセラミクスの線膨張係数は、前記フェライトの線膨張係数よりも小さく、もって複合磁性体の線膨張係数が６〜１０ｐｐｍ／℃であることを特徴とするフェライト磁心。
【請求項２】
前記第２相を構成する非磁性のセラミクスが、ＺｒＳｉＯ４（ジルコン）、ＺｒＯ２（ジルコニア）、Ｌｉ２Ｏ・Ａｌ２Ｏ３・４ＳｉＯ２（スポデュメン）、Ｌｉ２Ｏ・Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２（ユークリプタイト）のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載のフェライト磁心。
【請求項３】
主成分が、Ｆｅ２Ｏ３：４７〜５０．５ｍｏｌ％、ＺｎＯ：１９〜３０ｍｏｌ％、残部ＮｉＯ（１５ｍｏｌ％以下をＣｕＯで置換しても良い）であることを特徴とする請求項１又は２に記載のフェライト磁心。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載のフェライト磁心において、その内部に線路を形成してインダクタとしたことを特徴とする電子部品。
【請求項５】
前記フェライト磁心の表面に前記線路と接続する端子電極を設けたことを特徴とする請求項４に記載の電子部品。
【請求項６】
前記前記磁性体の表面に半導体素子を実装し、前記端子電極と接続したことを特徴とする請求項５に記載の電子部品。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【０００１】
本発明は、チップインダクタとして使用されるフェライト磁心に関し、特には樹脂モールドされるインダクタや、内部や外部に金属導体を備えた積層型インダクタや、これに半導体素子を実装可能なように実装電極を設けたフェライト基板、更に半導体素子や、他のリアクタンス素子などを実装したモジュール（複合部品）などの電子部品に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話や携帯情報端末（ＰＤＡ）、ノート型コンピュータ、あるいはデジタルカメラなどの小型電子機器に用いられるＤＣＤＣコンバータなどのスイッチング電源は、近年益々小型・軽量化が進み、また動作周波数も、より高周波帯域へと向かっている。このため、電気回路を構成する電子部品の小型化・軽量化・高性能化への要求が高まっている。このような用途に用いられるフェライト磁心は、巻線に重畳して流れる直流電流値に対して、インダクタンス値が非線形特性を示すことが求められ、特に、高周波・高印加磁界であってもインダクタンスが安定した、直流重畳特性に優れたインダクタンス素子やフェライト基板が求められている。
【０００３】
このようなフェライト磁心に用いられるフェライト組成物としては、磁気特性として、大電流印加による高磁界においても容易に飽和しないこと、即ち高飽和磁束密度であることが望まれる。高い飽和磁束密度（Ｂｓ）を持つフェライト組成物としては、ＭｎＺｎ系フェライトが知られているが、電気抵抗が低く、直巻線ができないことから小型・薄型化への対応が困難である。そこでＭｎＺｎ系フェライトと比べてＢｓの絶対値は相対的に低いものの、電気抵抗が高く、直巻線が可能なＮｉＺｎ系フェライトやＮｉＣｕＺｎ系フェライトが用いられる場合が多くなっている。
【０００４】
一方、直流重畳時のインダクタンス値を向上させるために、フェライト磁心には、その磁気回路中に磁気ギャップを配置することが行なわれている。例えば、フェライト磁心をドラム型磁心として開磁路型のインダクタンス素子としたり、ＥＩ磁心などの場合には、Ｅ型磁心の中脚部において、Ｉ型磁心と突当面側を他の脚部よりも段差をもって形成し、Ｉ型磁心との間に生じた隙間に紙や樹脂などの非磁性のギャップシートを挟むなどして、磁気ギャップを形成する。また、積層型インダクタでは、磁性体層間に非磁性体層（例えば誘電体セラミクス）を積層配置したり、カーボンペーストを消失させるなどして空隙を形成したりして、磁気ギャップを形成して開磁路型のインダクタンス素子としている。
【０００５】
このように磁心形状を工夫するなどして磁気ギャップを設ける場合、複雑な形状の金型が必要になり、また磁心を精密に加工することも必要である。しかしながらフェライト磁心自体が小型化する現状では、加工は益々困難となり、工程や設備が増加する問題がある。また、積層型インダクタの場合には、２種類以上の異種材料を積層して使用することが必要となり、密着性の低下などから、異なる材料層間でデラミネーション（層間剥離）が生じる問題もあった。
【０００６】
そこで近年、磁気ギャップがない閉磁路構造でも直流重畳特性を改善できるような方法が検討されてきている。例えば、特許文献１には、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライトに対してＺｒＯ２を０．１ｗｔ％〜２５ｗｔ％添加して、磁路中に磁気ギャップを設ける事無く、インダクタンス素子を構成することが開示されている。
また、特許文献２にはＦｅ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＣｕＯ、及びＮｉＯを主成分とするフェライト粉末に、シリコン（Ｓｉ）粉末あるいはシリカ（ＳｉＯ２）粉末、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）粉末などを少量（数ｗｔ％以下）添加混合し、焼結し、磁性材料本来の磁気的特性を損なうことなく、材料自体の直流重畳特性を向上し、磁気回路中に磁気ギャップを形成せずに済むようにしたフェライト焼結体が開示されている。
また直流重畳特性の改善について直接開示は無いが、特許文献３には機械的強度向上の目的から、Ｆｅ２Ｏ３ ４０〜５２．５ｍｏｌ％、ＺｎＯ ３５ｍｏｌ％以下、ＣｕＯ ２〜２０ｍｏｌ％、および残部がＮｉＯから成る組成を主成分とし、これに、０．０１〜３．０ｗｔ％の酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）あるいは相当量のジルコニウム原子を含む塩類を添加含有することが開示されている。その比較例には酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）を１０ｗｔ％添加すると、１ＭＨｚにおける初透磁率が未添加のものと比べて約１／４程度となることが開示されており、直流重畳特性が改善できることが示唆されている。
【特許文献１】特開２００３−１１２９６８号公報
【特許文献２】特開２００５−１４５７８１号公報
【特許文献３】特開平０７−１３３１５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
一般に磁性体に歪みを与えると透磁率が変化することが知られている。これは磁歪効果と呼ばれる現象であって、前記フェライト組成物においても同様に透磁率の変化が生じる。歪が与えられる要因としては、例えば、フェライト磁心を樹脂でモールドする場合の樹脂が収縮する際に生じる圧縮応力や、プリント基板へはんだ実装する場合に、フェライト磁心とプリント基板との線膨張係数差によって生じる応力がある。
また積層型インダクタは、フェライトからなる磁性体シートあるいは磁性体ペーストと、ＡｇまたはＡｇ合金等からなる内部電極用の導電ペーストとを厚膜積層技術によって積層一体化した後、焼成し、得られた焼成体表面に外部電極用ペーストを印刷または転写した後に焼き付けて製造されるが、磁性層には内部電極との線膨張係数の差異による応力が作用する。まためっきを行なう場合には、めっき皮膜などからの応力もある。
このように、様々な応力に晒されたフェライト磁心の内部には残留応力が存在することとなり、その結果、磁歪効果によってフェライトの透磁率を低下させ、所望のインダクタンスが得られない場合があった。
【０００８】
ＺｒＯ２などの非磁性体材料によって微視的に磁路を分断する従来技術によれば、非磁性体材料を含まない場合に比べて、大電流印加による高磁界においても高い透磁率が得られ、直流重畳特性を改善するのに有効な手段であると言える。しかしながら、応力に対する磁気特性の変化については何等考慮されていなかった。
そこで本発明は、直流重畳特性に優れ、応力に対する磁気特性、特には透磁率の変化が少なく、もって安定したインダクタンスが得られるフェライト磁心およびこれを用いた電子部品を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、Ｆｅ２Ｏ３、ＮｉＯ（一部をＣｕＯで置換しても良い）、ＺｎＯを主成分とするフェライトの第１相と非磁性のセラミクスからなる第２相を含む複合磁性体を用いたフェライト磁心であって、前記主成分に対して非磁性のセラミクスを２．５〜２５ｗｔ％含み、フェライト平均結晶粒径が０．３〜２μｍであり、前記非磁性のセラミクスの線膨張係数は、前記フェライトの線膨張係数よりも小さく、もって複合磁性体の線膨張係数が６〜１０ｐｐｍ／℃であることを特徴とするフェライト磁心である。
前記第２相を構成する非磁性のセラミクスが、ＺｒＳｉＯ４（ジルコン）、ＺｒＯ２（ジルコニア）、Ｌｉ２Ｏ・Ａｌ２Ｏ３・４ＳｉＯ２（スポデュメン）、Ｌｉ２Ｏ・Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２（ユークリプタイト）のいずれかであるのが好ましい。
また、第１相を構成するフェライトが、Ｆｅ２Ｏ３：４７〜５０．５ｍｏｌ％、ＺｎＯ：１９〜３０ｍｏｌ％（１５ｍｏｌ％以下をＣｕＯで置換しても良い）、残部ＮｉＯを主成分とするのもの好ましい。更に、副成分として、Ｎｂ２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ５．Ｖ２Ｏ５、ＴｉＯ２、Ｂｉ２Ｏ３、Ｃｏ３Ｏ４、ＳｎＯ２、ＣａＯ、ＳｉＯ２換算で１．５ｗｔ％以下含んでいても良い。これら副成分は、結晶粒界に析出して焼結性を促進したり、結晶粒界に固溶して結晶磁気異方性を改善したりする。
【００１０】
第２の発明は、第１の発明のフェライト磁心において、その内部に線路を形成してインダクタとしたことを特徴とする電子部品である。前記フェライト磁心の表面に前記線路と接続する端子電極を設けるのが好ましい。前記磁性体の表面に半導体素子を実装し、前記端子電極と接続するのも好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、直流重畳特性に優れ、応力に対する磁気特性、特には透磁率の変化が少なく、もって安定したインダクタンスが得られるフェライト磁心およびこれを用いた電子部品を提供することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に実施するための最良の形態について説明する。
本発明においては、Ｆｅ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＮｉＯ（一部をＣｕＯで置換しても良い）を主成分とするフェライトの仮焼体を、粉砕条件の調整により、あるいは粉砕粉を分級したり、Ｆｅ、Ｎｉ，Ｚｎの各塩化物の水溶液を噴霧焙焼するなどして得たＢＥＴ比表面積が５〜２０ｍ２／ｇのフェライト粉末と、非磁性のセラミクスとを混合して所定の形状に成形された成形体を、１０００℃以下の温度で焼成して、Ｆｅ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＮｉＯ（一部をＣｕＯで置換しても良い）を主成分とするフェライトの第１相と、非磁性のセラミクスからなる第２相とを組織中に共存したフェライト磁心を得る。
【００１３】
本発明において第１相を構成するフェライト組成物は、Ｆｅ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＮｉＯ（一部をＣｕＯで置換しても良い）を主成分とするものであり、更に、副成分として、Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｔｉ、Ｂｉ、Ｃｏ、Ｓｎ、Ｃａ，Ｓｉの１種乃至２種以上を含んでいても良い。第１相を構成するフェライトは、Ｆｅ２Ｏ３：４７〜５０．５ｍｏｌ％、ＺｎＯ：１９〜３０ｍｏｌ％、残部ＮｉＯ（１５ｍｏｌ％以下をＣｕＯで置換しても良い）を主成分とするのが好ましい。
【００１４】
本発明に係るフェライト組成物において、ＦｅをＦｅ２Ｏ３換算で４７〜５０．５ｍｏｌ％含有させるのは透磁率を低下させずに、高い飽和磁束密度Ｂｓを得るためである。４７モル％未満であると所望の透磁率、飽和磁束密度が得られず、５０．５モル％より多いとＦｅ２＋の増加によって抵抗値が低下するという問題が生じる。
ＺｎをＺｎＯ換算で１９〜３０ｍｏｌ％含有させるのは高い飽和磁束密度を得るためである。１９モル％未満であると所望の磁束密度が得られず、３０モル％より多いとキュリー温度が低下し実用温度範囲を下回るという問題が生じる。なお、低温焼結化を目的として、Ｎｉの一部をＣｕで１５ｍｏｌ％以下（ＣｕＯ換算）置換しても良い。また、Ｎｉは、主成分組成からＦｅ２Ｏ３量とＺｎＯ量を引いた残りとなる。所望の透磁率を得ながら、高い飽和磁束密度を得るには、ＮｉＯ／ＣｕＯのモル比を０．３〜５．８とするのが好ましい。
【００１５】
本発明の係るフェライト組成物において、更に副成分として、Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｔｉ、Ｂｉ、Ｃｏ、Ｓｎ、Ｃａ、Ｓｉの酸化物を、それぞれ、Ｎｂ２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ５、Ｖ２Ｏ５、ＴｉＯ２、Ｂｉ２Ｏ３、Ｃｏ３Ｏ４、ＳｎＯ２、ＣａＯ、ＳｉＯ２換算で、Ｎｂ２Ｏ５：０．０１〜１．０ｗｔ％、Ｔａ２Ｏ５：０．１〜１．５ｗｔ％、Ｖ２Ｏ５：０．１〜１．５ｗｔ％、ＴｉＯ２：０．１〜１．５ｗｔ％、Ｂｉ２Ｏ３：０．１〜１．５ｗｔ％、Ｃｏ３Ｏ４：０．１〜１．５ｗｔ％、ＳｎＯ２：０．１〜１．５ｗｔ％、ＣａＯ：０．１〜１．５ｗｔ％、ＳｉＯ２：０．１〜１．５ｗｔ％含んでいても良い。
副成分としてＮｂをＮｂ２Ｏ５換算で０．０１〜１．０ｗｔ％含有すれば結晶粒径を制御する効果を得る。ＴａをＴａ２Ｏ５換算で０．０１〜１．０ｗｔ％含有することで、抵抗率を向上することが出来る。ＴｉをＴｉＯ換算で０．０１〜２．０ｗｔ％含有することで、抵抗率を向上することが出来る。ＶをＶ２Ｏ５換算で０．１〜１．５ｗｔ％含有するのは、低温焼結を促進するためである。ＢｉをＢｉ２Ｏ３換算で０．１〜１．５ｗｔ％含有するのは、低温焼結を促進するとともに、抵抗率を向上させるためである。ＣｏをＣｏ３Ｏ４換算で０．１〜１．５ｗｔ％含有するのは、高周波損失を低減するためである。ＳｎをＳｎＯ２換算で０．１〜１．５ｗｔ％含有するのは、ヒステリシス損失を低減するためである。ＣａをＣａＯ換算で０．１〜１．５ｗｔ％含有するのは、粒成長を抑制するためである。ＳｉをＳｉＯ２換算で０．１〜１．５ｗｔ％含有するのは、粒成長を抑制するためである。
【００１６】
これらの副成分が所定量よりも多い場合には、低温焼結性を阻害したり、焼結密度が低下したり、機械的強度（抗折強度）が低下したりする問題がある。また少ない場合には、その添加による明確な効果が得られない。また、前記副成分は単独で添加しても２種以上添加しても良い。複合添加する場合には、その総量を５ｗｔ％以下とするのが好ましい。総量が５ｗｔ％を超える場合も、焼結性を阻害する場合がある。
また素原料中に不可避的に含まれるＮａ，Ｓ，Ｃｌ，Ｐ、Ｗ，Ｂ等の不可避不純物は、極力低減するのが好ましいが、工業的に供される素原料中に含む程度は、その含有を許容し、０．０５ｗｔ％以下であるのが好ましい。
【００１７】
フェライト組成物における主成分と副成分の含有量の測定は、蛍光Ｘ線分析、ＩＣＰ発光分光分析を用いて行う。予め蛍光Ｘ線分析により含有している元素の定性を行い、含有される元素を同し、予め準備された標準試料との比較による検量線法によって定量する。
【００１８】
フェライト組成物は粉末の状態で供されるが、そのＢＥＴ比表面積は５〜２０ｍ２／ｇとするのが好ましい。ＢＥＴ比表面積が大きいほど、反応に対する活性度が上がるため、焼成において低い温度から緻密化が促進され、１０００℃以下の低い焼成温度であってもフェライトを緻密化することが出来、もって得られる結晶粒径は小さく、また均一なものとなる。
また、フェライト粉末のＢＥＴ比表面積が５ｍ２／ｇ未満であると、焼結体におけるフェライト（第１相）の平均結晶粒径が２μｍを超える場合があり、ＢＥＴ比表面積が２０ｍ２／ｇ超であると凝集し易くなるとともに、粉末表面に水分を吸着し易くなるので、非磁性のセラミクス粉末との均一な混合が困難となる。
【００１９】
本発明において第２相を構成する非磁性のセラミクスは、前記焼成温度においてＦｅ２Ｏ３、ＮｉＯ、ＺｎＯ等と反応性が乏しいセラミクスであり、ＺｒＳｉＯ４（ジルコン）、ＺｒＯ２（ジルコニア）、Ｌｉ２Ｏ・Ａｌ２Ｏ３・４ＳｉＯ２（スポデュメン）、Ｌｉ２Ｏ・Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２（ユークリプタイト）などが例示される。前記非磁性のセラミクスは、フェライト粉末と同様にＢＥＴ比表面積が５〜２０ｍ２／ｇの粉末を用いるのがこの好ましく、より好ましくはフェライト粉末、非磁性のセラミクス粉末ともに、そのＢＥＴ比表面積が１０ｍ２／ｇ以下の粉末である。
【００２０】
非磁性のセラミクス粉末のＢＥＴ比表面積が５ｍ２／ｇ未満であるとフェライトの粒成長を抑制する効果が発揮され難くなるとともに、粗大なフェライト結晶粒が生じ易くなる。非磁性のセラミクスは、焼成において実質的に粒成長せず第２相として存在し、第１相を構成するフェライトの粒成長を抑制する核となり、結果、焼結体においてフェライト（第１相）は平均結晶粒径が０．３〜２μｍであり、１０μｍ以上の粗大な結晶粒を有さない組織を有することとなる。
非磁性のセラミクス粉末のＢＥＴ比表面積が２０ｍ２／ｇ超であると、凝集しやすくなるとともに、粉末表面に水分を吸着し易くなるので、フェライト粉末とともに溶剤分散、混合を行なう場合にはフェライト粉末との均一な混合が困難となる。
【００２１】
フェライト（第１相）の平均結晶粒径は、内部・外部応力による初透磁率μｉのへ変化に影響を及ぼす。つまり、平均結晶粒径が大きくなると磁壁の移動が容易となり、応力の影響を受けやすく安定した特性を得にくくなる。また、平均結晶粒径が小さすぎると初透磁率μｉ、飽和磁束密度Ｂｓの低下、保磁力Ｈｃの著しい増加を招く。したがって、本発明では平均結晶粒径を０．３〜２μｍの範囲とする。
【００２２】
そもそも、フェライトの初透磁率（μｉ）は以下の式で定義されるが、ＮｉＺｎフェライト、ＮｉＣｕＺｎフェライトは、磁歪定数が負であるため、初透磁率μｉは圧縮応力を加えていくと増加し、ある応力下で最大となる。そして、さらに圧縮応力を加えると減少する挙動を示す。
【００２３】
（数１）
μｉ∝Ｂｓ２／（ａＫ１＋ｂλｓσ）
（Ｂｓ＝飽和磁束密度、Ｋ１＝磁気異方性定数、λｓ＝磁歪定数、σ＝応力、ａ、ｂは定数）
【００２４】
上式によれば、フェライトのスピネル結晶への応力を緩和することにより、上式中の応力項σを小さく出来、初透磁率μｉの低減が抑えられることが分かる。本発明では非磁性のセラミクスの線膨張係数を、フェライトの線膨張係数よりも小さいものとしている。このため、非磁性のセラミクスの添加量が多くなるに従い、フェライト（第１相）には大きな引張応力が作用する。このような引張応力の作用によってスピネル結晶への応力を緩和して、さらに応力に対する初透磁率μｉの変化を緩慢なものとしている。
また、格子歪を緩和することで、磁気異方性定数Ｋ１や飽和磁歪定数λｓが小さくなり、その結果、応力に対する初透磁率μｉの劣化が低減し、もって安定したインダクタンスが得られる。
【００２５】
ところで磁気特性の一つである保磁力Ｈｃは、外部磁場による磁壁の動きやすさによって決まり、磁性体の結晶粒の大きさ、残留ひずみ、粒界生成物や、結晶粒内の空孔などの構造的な欠陥の量で変化することは良く知られている。結晶粒が微細であったり、残留ひずみがある場合には、磁化反転のための磁壁ピンニングの頻度が高くなるので、保磁力Ｈｃが増加する。また、結晶粒が減少すると、同様にして磁壁ピンニングの頻度が高くなるので、保磁力Ｈｃは増加する。また一般的に保磁力Ｈｃは、一軸方向の応力に対して引っ張り、圧縮にかかわらず単調に増加することが知られている
本発明においても、フェライトの平均結晶粒径を微細なものとしているため、保磁力Ｈｃの増加を招く。しかしながら本発明者等は、非磁性のセラミクス（第２相）の線膨張係数が、フェライト（第１相）の線膨張係数よりも小さい場合において、保磁力Ｈｃが非磁性のセラミクス粉末の添加量に対して単調に増加するのではなく、極大値を示すことを新たに知見した。
この様な挙動は、前記引張り応力に基づき、引張応力によってフェライト結晶内の残留ひずみが低減し、フェライトのスピネル結晶を形成するイオン配列の歪みや応力が緩和されて格子定数が変化することによって生じると考えられる。保磁力Ｈｃはヒステリシス損失と関係するが、ヒステリシス損失の増加を抑えることが出来るため、フェライト磁心のコア損失の著しい増加を防ぐのに有効である。
【実施例】
【００２６】
（実施例１）
（フェライトと非磁性のセラミクスとの混合粉の作製）
まず、フェライトを構成するＦｅ２Ｏ３、ＮｉＯ、ＣｕＯおよびＺｎＯの各主成分、及びＣｏ３Ｏ４、ＢｉＯ２、ＳｎＯ２、ＳｉＯ２の副成分とを湿式混合した後乾燥した後、８５０℃で２時間仮焼した。次いで、ボールミルで仮焼成粉を、ＢＥＴ比表面積が７．１ｍ２／ｇとなるまで１８時間粉砕した後、表１に示す所定のＢＥＴ比表面積を有する非磁性のセラミクスを所定量加えて２時間混合し、仮焼混合粉を作製した。
更に、この仮焼混合粉にバインダとしてポリビニルアルコールを加えて、スプレードライヤーにて顆粒化した後、所定形状に成形し、大気中にて９５０℃で２時間焼成して外径φ１４ｍｍ、内径φ７ｍｍ、厚み５ｍｍのトロイダル磁心と角型磁心を得た。得られた試料について結晶粒径や、初透磁率μｉ、飽和磁束密度Ｂｓ等の磁気特性、抗応力特性、そして直流重畳特性を評価した。表１に各試料の組成とあわせて、評価結果を示す。またあわせて、Ｃｕ−Ｋα線によるＸ線回折測定により試料の結晶相の同定を行なった。なお、表中試料番号の前に＊を付したものは比較例であり、それ以外は実施例であることを示している。
なお、フェライト組成物は、Ｆｅ２Ｏ３：４７．５ｍｏｌ％、ＮｉＯ：１９．７ｍｏｌ％、ＣｕＯ：８．８ｍｏｌ％、ＺｎＯ：２４．０ｍｏｌ％を主成分とし、この主成分に対してＢｉ２Ｏ３：１ｗｔ％、Ｃｏ３Ｏ４：０．０８ｗｔ％、ＳｎＯ２：０．５ｗｔ％、ＳｉＯ２：０．５ｗｔ％を副成分として添加・含有するものとした（表１の試料番号１）。
【００２７】
【表１】


【００２８】
表１において、非磁性セラミクスの比重、線膨張係数は理化学辞典等からの文献値である。非磁性セラミクスの添加量において、体積％（ｖｏｌ％）と質量％（ｗｔ％）の換算は、前記比重を基にて行なっている。
【００２９】
以下、各評価項目について、その評価方法を簡単に説明する。
（フェライトの平均結晶粒径）
フェライト磁心の表面を電子顕微鏡を用いて５０００倍で複数の試料で、かつ複数の視野にて写真撮影し、この写真上で任意の方向に一定長さの線を引き、この線上に存在する粒子を計測して、前記長さを粒子数で除した値を求め、その平均値を平均結晶粒径としている。なお写真撮影と同一視野で、ＥＰＭＡやＥＤＸによる組成分析を行なっておき、非磁性セラミクスとフェライト結晶とを区別した。
【００３０】
（初透磁率μｉ）
トロイダル形状のフェライト磁心に銅線を７ターン巻き、測定周波数１００ＫＨｚ、測定電流１ｍＡでＬＣＲメーターを用いてインダクタンスを測定し、下記の式を用いて初透磁率μｉを算出した。
初透磁率μｉ＝（ｌｅ ×Ｌ）／（μ０ ×Ａｅ×Ｎ２）
ｌｅ ：磁路長 Ｌ：試料のインダクタンス、μ０：真空の透磁率＝４π×１０−７（Ｈ／ｍ）
Ａｅ ：試料の断面積，Ｎ：コイルの巻数
【００３１】
（線膨張係数）
焼結後の円柱状試料を用いて、熱膨張率を室温から９００℃まで測定し、室温から８９０℃までの平均線熱膨張係数を算出した。
【００３２】
（抵抗率）
トロイダル形状のフェライト磁心を半分に切断し、その２箇所の切断面全面に導電性ペーストを塗布、乾燥して、その導電性ペーストを塗布した２面間で絶縁抵抗計を用いて抵抗を測定した。
その後、測定した抵抗値と試料の面積、長さより抵抗率を算出した。
【００３３】
（飽和磁束密度、残留磁束密度、保磁力）
磁場の強さを４０００Ａ／ｍ、測定周波数を１０ｋＨｚに設定して、残留磁束密度Ｂｒ及び保磁力ＨｃをＢ−Ｈアナライザで測定した。
【００３４】
（抗応力特性）
８ｍｍ×４ｍｍ×２ｍｍの角型磁心に銅線を１２回巻線した後、これをテンションメータを備えた加圧ジグに配置し、一軸方向から圧縮力を印加して、このときのインダクタンス値を連続的に測定し、得られた測定値からインダクタンス変化率を算出した。インダクタンス変化率は以下の式により求めた。
（Ｌ１−Ｌ０）／Ｌ０×１００（％）
Ｌ１：一軸圧縮力印加時のインダクタンス値
Ｌ０：一軸圧縮力印加なしのインダクタンス値
【００３５】
（直流重畳特性）
測定条件はＪＩＳＣ２５１４の直流重畳インダクタンスの測定条件に従い、設定電圧を０．１Ｖ、周波数１０ｋＨｚとした条件にて、得られたトロイダルコアに銅線を１０ターン巻回した後、このトロイダルコアに直流電流を通電し、電流量を増大させていってインダクタンスの変化量を計測した。
【００３６】
表１に示すように、非磁性のセラミクスのうち、ＭｇＯ・ＳｉＯ２（エンスタタイト）、ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２（アノーサイト）、ＢａＯ・Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２（セルシアン）を用いた場合には、Ｆｅ、ＺｎやＣｕなどと反応が生じ、他の結晶相が析出し、低密度化、保磁力の増加、コア損失の増加するなどの問題があった。また、Ｚｒ２（ＷＯ４）（ＰＯ４）２（リン酸タングステン酸ジルコニウム）は、分解が生じてタングステンが析出し、比抵抗の著しい低下を招いた。
一方、ＺｒＳｉＯ４（ジルコン）、ＺｒＯ２（ジルコニア）、Ｌｉ２Ｏ・Ａｌ２Ｏ３・４ＳｉＯ２（スポデュメン）、Ｌｉ２Ｏ・Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２（ユークリプタイト）では、分解、反応によって生じた新たな結晶相は見られなった。
【００３７】
図１は、非磁性のセラミクスとして、Ｌｉ２Ｏ・Ａｌ２Ｏ３・４ＳｉＯ２（スポデュメン）：試料番号３、Ｌｉ２Ｏ・Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２（ユークリプタイト）：試料番号７、ＺｒＯ２（ジルコニア）：試料番号１１、ＺｒＳｉＯ４（ジルコン）：試料番号１５を添加した試料（実施例）と、非磁性のセラミクスを含まない試料（試料番号１：比較例）の直流重畳特性図である。
実施例の何れの試料も、比較例と比べて直流重畳特性が改善されていることが分かる。また、各試料のインダクタンス値の初期値（印加磁界０Ａ／ｍ）において差があるが、Ｌｉ２Ｏ・Ａｌ２Ｏ３・４ＳｉＯ２（スポデュメン）、ＺｒＯ２（ジルコニア）、ＺｒＳｉＯ４（ジルコン）については、非磁性のセラミクスの線膨張係数との関係が見られ、フェライトとの線膨張係数差が小さいほど、フェライトに作用する引張応力が小さいため透磁率の低下が抑えられて、相対的に大きなインダクタンス値を示す。負の線膨張係数を有するＬｉ２Ｏ・Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２（ユークリプタイト）は、他の非磁性のセラミクスとは前記説明とは異なる挙動を示す。この理由は明らかでは無いが、フェライトに圧縮応力を作用させている場合も想定され、圧縮応力と引張応力が相殺されて、比較的高いインダクタンス値を示すとも考えられる。
【００３８】
図２はインダクタンスの抗応力特性を示す図である。比較例の試料と比べて、実施例の試料ではインダクタンスの変化率が小さく、抗応力特性に優れることが分かる。また圧縮応力に対するインダクタンスの変化率の挙動を見ると、実施例の試料では、比較例の試料と比べてフェライトに大きな引張応力が作用していることが分かる。
【００３９】
図３は、非磁性のセラミクスの添加量に対する保磁力特性図である。保磁力Ｈｃが非磁性のセラミクス粉末の添加量に対して単調に増加するのではなく、極大値を示すことが分かる。なお、第１相を構成するフェライトが前記した組成範囲である場合には、保磁力は最大でも１３００Ａ／ｍであり、本願発明のフェライト磁心は専ら閉磁路で用いられるため、フェライト（第１相）のみで構成するものよりも保磁力は大きいが実用上の問題は無い。
【００４０】
（実施例２）
次に、本発明に係るフェライト磁心を用いて構成した積層型電子部品について説明する。
本発明の積層型電子部品は、磁性フェライト層と内部電極とを多層積層して構成され、磁性フェライト層をＦｅ２Ｏ３、ＮｉＯ（一部をＣｕＯで置換しても良い）、ＺｎＯを主成分とするフェライトの第１相と非磁性のセラミクスからなる第２相を含む複合磁性体を用いて構成したものである。
図４は、本発明の積層型電子部品の一実施形態である積層型チップインダクタの一例を示す内部透過斜視図である。積層型チップインダクタ１は、磁性フェライト層２と内部電極３とが交互に積層一体化された多層構造であり、その端部には、内部電極３と電気的に導通する外部電極５，５が設けられている。
積層型チップインダクタを構成する磁性フェライト層２は、実施例１で開示したフェライト組成物と非磁性のセラミクスで構成されたものであり、フェライト組成物として、Ｆｅ２Ｏ３：４７．５ｍｏｌ％、ＮｉＯ：１９．７ｍｏｌ％、ＣｕＯ：８．８ｍｏｌ％、ＺｎＯ：２４．０ｍｏｌ％を主成分とし、この主成分に対してＢｉ２Ｏ３：１ｗｔ％、Ｃｏ３Ｏ４：０．０８ｗｔ％、ＳｎＯ２：０．５ｗｔ％、ＳｉＯ２：０．５ｗｔ％を副成分とを含み、さらに
非磁性のセラミクスとして、ＺｒＳｉＯ４（ジルコン）、ＺｒＯ２（ジルコニア）、Ｌｉ２Ｏ・Ａｌ２Ｏ３・４ＳｉＯ２（スポデュメン）、Ｌｉ２Ｏ・Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２（ユークリプタイト）を含む。
この混合粉を、ポリビニルブチラールを主成分としたバインダと、エタノール、トルエン、キシレン等の溶媒とともにボールミル中で混練してスラリーとし、粘度を調製した後、ポリエステルフィルム等の樹脂フィルム上にドクターブレード法等で塗布し、乾燥して磁性フェライト層用シートとする。この磁性フェライト層用シートに内部電極用ペーストを印刷、乾燥し、積層した後、焼成して形成する。
また、エチルセルロース等のバインダと、テルピネオール、ブチルカルビトール等の溶剤とともに混練して磁性フェライト層用ペーストを作成し、このペーストを内部電極用ペーストと交互に印刷積層して、焼成し形成しても良い。
【００４１】
積層型チップインダクタ１を構成する内部電極３は、抵抗率が小さく、インダクタとした時に損失の少ないＡｇを主体とした導電材を用いて形成するのが好ましい。また、Ａｇであれば焼成を大気中で行なえる点でも好ましい。内部電極３は１．５〜２０．５ターン程度の巻き数となるように、コイル状やスパイラル状にビアホールなどで接続され、そのパターンは、積層方向から見て、円形、長円形、長方形、方形等の形状となる。内部電極３は閉磁路コイルを構成し、その両端は外表面に延出して外部電極５，５と接続されている。
【００４２】
積層型チップインダクタ１の外形寸法には特に制限はない。用途に応じて適宜設定することができる。一般的な形状を例示すれば、寸法は０．４〜４．５ｍｍ×０．２〜３．２ｍｍ×０．１５〜１．９ｍｍ程度の略直方体形状である。
【００４３】
内部電極３としてＡｇを用いる場合には、焼成時の温度を、８００〜９３０℃、好ましくは８５０〜９００℃とするのが好ましい。焼成温度が８００℃未満であると焼成不足となり、一方、９３０℃を超えるとＡｇが拡散して、抵抗率の低下や電磁気特性を著しく低下させることがある。焼成温度を低く抑える場合には、８００〜９３０℃で保持する焼成時間を長くすれば、焼結が不足するのを防ぐことが出来る。好ましくは、焼成時間は１〜５時間である。
【００４４】
このようにして得られた積層型チップインダクタについて、直流重畳特性、抗応力特性を評価したが、実施例１で開示した結果と同様に、優れた特性が得られた。
【００４５】
（実施例３）
実施例２と同様の製造プロセスにて、図５に示すモジュールを作製した。このモジュールは、多層基板１ａ内にインダクタＬｏｕｔ（図示せず）を内蔵し、主面に形成された実装用の電極に、スイッチング素子を含む半導体集積回路ＩＣ、コンデンサＣを実装するものであって、図６に示した降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータを構成する。裏面にはプリント基板に実装のための端子電極も形成されている。得られた多層基板１ａについて、直流重畳特性、抗応力特性を評価したが、実施例１で開示した結果と同様に、優れた特性が得られた。またＤＣ−ＤＣコンバータを動作させたところ、優れた変換効率を得られることを確認した。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明によれば、直流重畳特性に優れ、応力に対する磁気特性、特には透磁率の変化が少なく、もって安定したインダクタンスが得られるフェライト磁心およびこれを用いた電子部品を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の一実施例に係る試料と、比較例に係る試料の直流重畳特性図である。
【図２】本発明の一実施例に係る試料と、比較例に係る試料の抗応力特性図である。
【図３】非磁性のセラミクス添加量と保磁力の関係を示す特性図である。
【図４】本発明の一実施例に係る電子部品の外観斜視図である。
【図５】本発明の他の実施例に係る電子部品の外観斜視図である。
【図６】本発明の他の実施例に係る電子部品の等価回路図である。
【符号の説明】
【００４８】
１ 積層型チップインダクタ
２ 磁性フェライト層
３ 内部電極
５ 外部電極

特許の図
【出願人】 【識別番号】０００００５０８３
【氏名又は名称】日立金属株式会社
【出願日】 平成１８年７月５日（２００６．７．５）
【代理人】
【公開番号】 特開２００８−１６６１９（Ｐ２００８−１６６１９Ａ）
【公開日】 平成２０年１月２４日（２００８．１．２４）
【出願番号】 特願２００６−１８５８６８（Ｐ２００６−１８５８６８）