JP2004296865A

JP2004296865A - 巻き線チップインダクタ用フェライトコアとその製造方法及び巻き線チップインダクタ

Info

Publication number: JP2004296865A
Application number: JP2003088319A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Kajimura; 将弘梶村; Takatsugu Hagino; 貴継萩埜; Kiwa Okino; 喜和沖野
Original assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Current assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Priority date: 2003-03-27
Filing date: 2003-03-27
Publication date: 2004-10-21

Abstract

【課題】飽和磁束密度が高く且つ応力に対するインダクタンスＬの変化率ΔＬ（％）ができるだけ小さい巻き線チップインダクタを低コストで提供する。
【解決手段】この発明は、フェライトコアと、該フェライトコアに巻回されているコイルとを備え、該フェライトコアが、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライトからなるフェライト相と、Ｚｎ_２ＳｉＯ_４からなるＺｎ_２ＳｉＯ_４相と、不可避不純物からなる不純物相とからなることを特徴とするものである。ここで、Ｚｎ_２ＳｉＯ_４相の含有割合は０．５〜１．５ｗｔ％が好ましい。この発明に係る巻き線チップインダクタ用フェライトコアは、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライト用の原料粉末を仮焼し、得られた仮焼粉にＺｎ_２ＳｉＯ_４を添加し、これを成形した後に焼結させることにより製造することができる。
【選択図】なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は巻き線チップインダクタ用フェライトコアとその製造方法及び巻き線チップインダクタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
テレビ、ビデオ、パソコン、携帯電話等の電子機器には巻き線チップインダクタが多数使用されている。これらの巻き線チップインダクタは、機械的強度の保持や温度、湿度等の外部環境に対しての信頼性を得るため、ドラム型のコアに巻き線を施した後、表面に合成樹脂が塗布・被覆されている。
【０００３】
この塗布・被覆された合成樹脂は硬化するときに収縮してフェライトコアに圧縮応力を及ぼし、フェライトコアのインダクタンスＬはこの圧縮応力によってかなり変化するが、圧縮応力は合成樹脂の塗布・被覆の状態や硬化の条件によって変動するので、得られたフェライトコアのインダクタンスＬに大幅なバラツキが生じ、所望の範囲のインダクタンスＬを備えた巻き線チップインダクタを得ることが難しいという問題があった。
【０００４】
この問題に対し、特開平２−１３７３０１号公報では、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライトについて、Ｆｅ_２Ｏ_３，ＮｉＯ，ＺｎＯ，ＣｕＯから成る原料粉に０．５〜２０ｗｔ％のＳｉＯ_２を添加し、焼成時にフェライトの成分であるＺｎＯとこのＳｉＯ_２とを化合させ、焼結体中にＺｎ_２ＳｉＯ_４相を形成させることで、圧縮応力に対してインダクタンスＬの変化率ΔＬ（％）を低減させる発明が提案されている。
【０００５】
ここで、圧縮応力に対するインダクタンスＬの変化率ΔＬ（％）の低減は、Ｚｎ_２ＳｉＯ_４がフェライトより線熱膨張係数が低いため、焼成の冷却時にフェライトとの間の線熱膨張係数差に基づく引張応力を残留させることにより実現している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記の従来技術では、次のような問題点がある。すなわち、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライトの応力によるインダクタンスＬの変化率ΔＬ（％）を小さくするためには、ＳｉＯ_２の添加量が少量の場合では効果が無く、多量のＳｉＯ_２を添加してＺｎ_２ＳｉＯ_４相を形成させなければならず、しかも、Ｚｎ_２ＳｉＯ_４相形成に寄与しなかったＳｉＯ_２は焼結体に残存する。
【０００７】
そして、Ｚｎ_２ＳｉＯ_４およびＳｉＯ_２は非磁性相であり、これらの非磁性相の増大に伴って飽和磁束密度Ｂｓが低下してしまうので、ＳｉＯ_２の添加によって飽和磁束密度Ｂｓが高く且つ応力に対するインダクタンスＬの変化率ΔＬ（％）が小さいという特性が両立するＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライトを得ることは困難であった。
【０００８】
また、焼結体中にＺｎ_２ＳｉＯ_４相を形成させるためにはＳｉＯ_２をフェライト成分であるＺｎＯと化合させることになるが、このＳｉＯ_２とＺｎＯの化合によって焼結体中のフェライト成分であるＺｎＯの組成比が変動し、温度特性、飽和磁束密度Ｂｓ、透磁率μ、Ｑ、周波数特性、機械特性等の特性が変化し、安定した特性を有する材料を得ることができなかった。
【０００９】
また、ＳｉＯ_２はフェライトの焼結性を悪化させるので、緻密なフェライト焼結体を得るためには、より高温で焼成する必要があり、そのため、焼成コストがかかり、製品のコストアップにつながるという問題があった。
【００１０】
また、Ｚｎ_２ＳｉＯ_４相を形成するためには、フェライト成分におけるＦｅ_２Ｏ_３比が常用のものよりも低く、かつＺｎＯとＳｉＯ_２を含有することが不可欠であり、適用できる組成範囲がかなり限定され、たとえば、フェライト成分におけるＺｎＯ含有量が低い組成では、ＳｉＯ_２を添加してもＺｎ_２ＳｉＯ_４相は形成されず、圧縮応力に対するインダクタンスＬの変化率ΔＬ（％）を小さくすることが難しいという問題があった。
【００１１】
また、Ｚｎ_２ＳｉＯ_４相は焼成時にＺｎＯとＳｉＯ_２との化合により形成されるが、低温で焼成した場合、Ｚｎ_２ＳｉＯ_４が合成されず、圧縮応力に対するインダクタンスＬの変化率ΔＬ（％）を小さくすることが難しいという問題があった。
【００１２】
本発明は、できるだけ飽和磁束密度Ｂｓが高くし、合成樹脂の被覆により圧縮応力が作用してもインダクタンスＬの変化率ΔＬ（％）ができるだけ小さくなるようにした巻き線チップインダクタを低コストで提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る巻き線チップインダクタ用フェライトコアは、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライトからなるフェライト相と、Ｚｎ_２ＳｉＯ_４からなるＺｎ_２ＳｉＯ_４相と、不可避不純物からなる不純物相とからなることを特徴とするものである。
【００１４】
また、この発明に係る巻き線チップインダクタは、フェライトコアと、該フェライトコアに巻回されているコイルとを備え、該フェライトコアが、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライトからなるフェライト相と、Ｚｎ_２ＳｉＯ_４からなるＺｎ_２ＳｉＯ_４相と、不可避不純物からなる不純物相とからなることを特徴とするものである。
【００１５】
ここで、前記Ｚｎ_２ＳｉＯ_４相の含有割合は０．５〜１．５ｗｔ％の範囲が好ましい。これは、Ｚｎ_２ＳｉＯ_４相の割合が０．５ｗｔ％未満では圧縮応力に対するインダクタンスＬの変化率ΔＬ（％）の低減の効果があまり得られず、Ｚｎ_２ＳｉＯ_４相の割合が１．５ｗｔ％を超えると所望の飽和磁束密度が得られないが、Ｚｎ_２ＳｉＯ_４相の割合が０．５〜１．５ｗｔ％の範囲ではこのような不都合がなく、所望の諸特性が得られるからである。
【００１６】
また、前記フェライト相中のＦｅ成分はＦｅ_２Ｏ_３に換算して３０〜５０ｍｏｌ％の範囲が好ましい。これは、フェライト相中のＦｅ成分がＦｅ_２Ｏ_３に換算して３０ｍｏｌ％を未満になると所望の透磁率μが得られず、Ｆｅ成分がＦｅ_２Ｏ_３に換算して５０ｍｏｌ％を超えると所望の比抵抗、所望の損失、所望の周波数特性が得られなくなるが、Ｆｅ成分がＦｅ_２Ｏ_３に換算して３０〜５０ｍｏｌ％の範囲ではこのような不都合がなく、所望の諸特性が得られるからである。
【００１７】
また、前記フェライト相中のＣｕ成分はＣｕＯに換算して０〜１５ｍｏｌ％の範囲が好ましい。これは、Ｃｕ成分がＣｕＯに換算して１５ｍｏｌ％を超えると所望のＱ値が得られなくなるが、Ｃｕ成分がＣｕＯに換算して０〜１５ｍｏｌ％の範囲ではこのような不都合がなく、所望の諸特性が得られるからである。
【００１８】
また、前記フェライト相中のＺｎ成分はＺｎＯに換算して０〜３７ｍｏｌ％の範囲が好ましい。これは、Ｚｎ成分がＺｎＯに換算して３０ｍｏｌ％を超えるとキュリー温度が実用温度に近くなって使用し難くなるが、Ｚｎ成分がＺｎＯに換算して０〜３０ｍｏｌ％の範囲ではこのような不都合がなく、所望の諸特性が得られるからである。
【００１９】
また、この発明に係る線チップインダクタ用フェライトコアの製造方法は、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライト用の原料粉末を仮焼し、得られた仮焼粉にＺｎ_２ＳｉＯ_４を添加し、これを成形した後に焼結させることを特徴とするものである。
【００２０】
ここで、前記Ｚｎ_２ＳｉＯ_４の添加量は０．５〜１．５ｗｔ％の範囲が好ましい。また、前記原料粉末中のＦｅ成分はＦｅ_２Ｏ_３として３０〜５０ｍｏｌ％、前記原料粉末中のＮｉ成分はＮｉＯとして０〜６０ｍｏｌ％、前記原料粉末中のＣｕ成分はＣｕＯとしての０〜１５ｍｏｌ％、前記原料粉末中のＺｎ成分はＺｎＯとして０〜３７ｍｏｌ％の範囲が好ましい。その理由は上述した限定理由と同様である。
【００２１】
【実施例】
実施例１：原料粉末を、Ｆｅ_２Ｏ_３：４９ｍｏｌ％、ＮｉＯ：３９ｍｏｌ％、ＺｎＯ：５ｍｏｌ％、ＣｕＯ：７ｍｏｌ％の割合で各々秤量し、これらをボールミル内に入れ、充分に混合して混合粉末を得た。
【００２２】
次に、この混合粉末を容器に入れ、この容器を電気炉に入れ、大気雰囲気下、従来の慣用法で仮焼し、スピネル系フェライトの粉末を作成した。
【００２３】
次に、この仮焼により得られたフェライトに０〜２．５ｗｔ％の範囲でＺｎ_２ＳｉＯ_４（ＳｉＯ_２量に換算して０〜０．７２ｗｔ％）を添加し、また、０．５ｗｔ％のＳｉＯ_２を添加し、これらをボールミル内に入れ、仮焼物を解砕させるとともに、Ｚｎ_２ＳｉＯ_４を混合して各々仮焼混合粉を得た。
【００２４】
次に、仮焼混合粉に有機バインダを加えて造粒し、これを加圧成形して角状トロイダルコア型の成形体を得た。そして、この角状トロイダルコア型の成形体を大気雰囲気下、１０７５〜１１２０℃で２時間焼成して焼結させ、角状トロイダルコアを得た。
【００２５】
次に、この角状トロイダルコアの飽和磁束密度Ｂｓ（ｍＴ）、比抵抗（Ω・ｃｍ）を求めたところ、表１に示す通りであった。
【００２６】
次に、得られた角状トロイダルコアにコイルを１３回巻回してインダクタを作成した。そして、このインダクタに荷重を加えた状態でインダクタンスＬを測定し、圧縮応力（ｋｇｆｍｍ^２）とインダクタンスＬの変化率ΔＬ（％）との関係を求めたところ、表１及び図１に示す通りの結果が得られた。
【００２７】
【表１】

【００２８】
表１及び図１に示す結果から、Ｚｎ_２ＳｉＯ_４を添加すると、ＳｉＯ_２を添加した場合と比べ、飽和磁束密度Ｂｓ及び比抵抗が大きくなることがわかる。
【００２９】
また、Ｚｎ_２ＳｉＯ_４の添加量が０の場合、Ｌ変化率が−４０％と大きいが、Ｚｎ_２ＳｉＯ_４の添加量の増加に伴いＬ変化率が小さくなる。他方、Ｚｎ_２ＳｉＯ_４の添加量の増加に伴い飽和磁束密度Ｂｓが小さくなり、Ｚｎ_２ＳｉＯ_４の添加量が１．５ｗｔ％を越えると所望の飽和磁束密度Ｂｓが得られなくなる。従って、Ｌ変化率と飽和磁束密度Ｂｓの両方を満足させＺｎ_２ＳｉＯ_４の添加量は０．５〜１．５ｗｔ％の範囲である。
【００３０】
実施例２：Ｆｅ_２Ｏ_３の割合を４５．０〜５１．０ｍｏｌ％の範囲で変化させ、Ｚｎ_２ＳｉＯ_４の添加量を１．５ｗｔ％と固定した他は、実施例１と同様の条件で角状トロイダルコア及びインダクタを作成し、飽和磁束密度Ｂｓ（ｍＴ）、２ｋｇｆ／ｍｍ^２のＬ変化率（％）、比抵抗（Ω・ｃｍ）を求めたところ、表２に示す通りの結果が得られた。
【００３１】
【表２】

【００３２】
本発明は圧縮応力に対するインダクタンスＬの変化率ΔＬ（％）を小さくするためにＺｎ_２ＳｉＯ_４を添加しているので、ＳｉＯ_２を添加する場合と比べてＺｎ成分が添加成分の影響を受けなくて済み、従って、表２に示すように、Ｆｅ_２Ｏ_３の割合が４８．５ｍｏｌ％以上の場合でも添加成分によるインダクタンスＬの応力に対する変化率ΔＬ（％）の改善が図られることがわかる。
【００３３】
実施例３：Ｆｅ_２Ｏ_３の割合を４９ｍｏｌ％と固定し、Ｚｎ_２ＳｉＯ_４の添加量を１．５ｗｔ％と固定し、ＮｉＯ、ＺｎＯ及びＣｕＯの相互の割合を変化させ、実施例１と同様の条件で角状トロイダルコア及びインダクタを作成し、飽和磁束密度Ｂｓ（ｍＴ）、２ｋｇｆ／ｍｍ^２のＬ変化率（％）、比抵抗（Ω・ｃｍ）を求めたところ、表３に示す通りの結果が得られた。
【００３４】
【表３】

【００３５】
表３から、Ｚｎ_２ＳｉＯ_４を添加することにより、Ｆｅ_２Ｏ_３以外のフェライト成分の割合を変化させても、インダクタンスＬの応力に対する変化率ΔＬ（％）の改善が図られることがわかる。特開平２−１３７３０１号公報に記載されている発明では、ＺｎＯ比を１０〜３０ｍｏｌ％、ＣｕＯ比を１５ｍｏｌ％以下と規定していたのに対し、Ｚｎ_２ＳｉＯ_４を添加する場合は、ＺｎＯ比が１０ｍｏｌ％以下かつ３０ｍｏｌ％以上の場合でもインダクタンスＬの応力に対する変化率ΔＬ（％）の改善が図られることがわかる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明は、圧縮応力を緩和させる非磁性相を少量の添加剤を添加することによってフェライト焼結体中に効率的に形成させることができるので、添加剤の添加による飽和磁束密度Ｂｓの低下を抑制し、圧縮応力に対するインダクタンスＬの変化率ΔＬ（％）を効率的に小さくすることができるという効果がある。
【００３７】
また、本発明は、従来のように焼成時にＺｎ_２ＳｉＯ_４を合成させるような方法を採らず、予め合成されたＺｎ_２ＳｉＯ_４を添加するので、フェライト成分であるＺｎＯが焼成時に消費されず、フェライト成分の組成が変動しないので、温度特性、飽和磁束密度Ｂｓ、透磁率、Ｑ、周波数特性、機械特性等の特性が変動し難いという効果がある。
【００３８】
また、本発明は、Ｚｎ_２ＳｉＯ_４を形成するためのフェライト成分への組成的な制限が小さいため、ＺｎＯ含有量が０ｗｔ％の場合でも焼結体中にＺｎ_２ＳｉＯ_４相を形成させることが可能である。また、Ｆｅ_２Ｏ_３比も増加させることが可能である。
【００３９】
また、本発明は、焼成温度に関係なく焼結体中にＺｎ_２ＳｉＯ_４相を形成させることができるので、低温焼成材においても、圧縮応力に対するインダクタンスＬの変化率ΔＬ（％）を小さくすることができるという効果がある。
【００４０】
また、本発明はＳｉＯ_２より焼結性の良いＺｎ_２ＳｉＯ_４を添加して圧縮応力に対するインダクタンスＬの変化率ΔＬ（％）を小さくしているので、焼結の際の焼成温度を低下させることができ、従って、焼結コストを低減させることができるという効果がある。
【００４１】
また、本発明は、Ｚｎ_２ＳｉＯ_４よりも線熱膨張係数が大きいフェライトであれば、応力に対してインダクタンスＬの変化率ΔＬ（％）を低減することができるので、Ｎｉフェライト、Ｍｎ−Ｚｎフェライト、Ｍｇ−Ｚｎフェライトへの適用範囲の拡大が可能になるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１はＺｎ_２ＳｉＯ_４添加量を変化させた時の圧縮応力に対するインダクタンスの変化率を示すグラフである。

Claims

Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライトからなるフェライト相と、Ｚｎ_２ＳｉＯ_４からなるＺｎ_２ＳｉＯ_４相と、不可避不純物からなる不純物相とからなることを特徴とする巻き線チップインダクタ用フェライトコア。
前記Ｚｎ_２ＳｉＯ_４相の含有割合が０．５〜１．５ｗｔ％であることを特徴とする請求項１に記載の巻き線チップインダクタ用フェライトコア。
前記フェライト相中のＦｅ成分がＦｅ_２Ｏ_３に換算して３０〜５０ｍｏｌ％、前記フェライト相中のＮｉ成分がＮｉＯに換算して０〜６０ｍｏｌ％、前記フェライト相中のＣｕ成分がＣｕＯに換算して０〜１５ｍｏｌ％、前記フェライト相中のＺｎ成分がＺｎＯに換算して０〜３７ｍｏｌ％であることを特徴とする請求項１又は２に記載の巻き線チップインダクタ用フェライトコア。
Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライト用の原料粉末を仮焼し、得られた仮焼粉にＺｎ_２ＳｉＯ_４を添加・混合し、この混合粉を成形した後に焼結させたことを特徴とするフェライトコアの製造方法。
前記Ｚｎ_２ＳｉＯ_４の含有割合が０．５〜１．５ｗｔ％であることを特徴とする請求項４に記載のフェライトコアの製造方法。
前記原料粉末中のＦｅ成分がＦｅ_２Ｏ_３として３０〜５０ｍｏｌ％、前記原料粉末中のＮｉ成分がＮｉＯとして０〜６０ｍｏｌ％、前記原料粉末中のＣｕ成分がＣｕＯとしての０〜１５ｍｏｌ％、前記原料粉末中のＺｎ成分がＺｎＯとして０〜３７ｍｏｌ％であることを特徴とする請求項４又は５に記載のフェライトコアの製造方法。
フェライトコアと、該フェライトコアに巻回されているコイルとを備え、該フェライトコアが、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライトからなるフェライト相と、Ｚｎ_２ＳｉＯ_４からなるＺｎ_２ＳｉＯ_４相と、不可避不純物からなる不純物相とからなることを特徴とする巻き線チップインダクタ。
前記Ｚｎ_２ＳｉＯ_４相の含有割合が０．５〜１．５ｗｔ％であることを特徴とする請求項７に記載の巻き線チップインダクタ。
前記フェライト相中のＦｅ成分がＦｅ_２Ｏ_３に換算して３０〜５０ｍｏｌ％、前記フェライト相中のＮｉ成分がＮｉＯに換算して０〜６０ｍｏｌ％、前記フェライト相中のＣｕ成分がＣｕＯに換算して０〜１５ｍｏｌ％、前記フェライト相中のＺｎ成分がＺｎＯに換算して０〜３７ｍｏｌ％であることを特徴とする請求項７又は８に記載の巻き線チップインダクタ。