JP6149392B2

JP6149392B2 - 多層基板

Info

Publication number: JP6149392B2
Application number: JP2012273704A
Authority: JP
Inventors: 岡田　佳子; 佳子岡田; 大樹小和田
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2012-12-14
Filing date: 2012-12-14
Publication date: 2017-06-21
Anticipated expiration: 2032-12-14
Also published as: JP2014120574A

Description

本発明は、多層基板に関し、より詳細には、非磁性体部と、焼結フェライトから構成される磁性体部と、該磁性体部に埋設されたコイル状の導体部とを有する多層基板に関する。

近年、電子機器の小型化が進んでおり、これに伴い各種電子部品の小型化への要求が高まっているが、比較的大きなインダクタンスを得ることができるコイルは、巻き数が多いなどの理由から、基板に内蔵して小型化を達成することは困難であった。

このような状況下、特許文献１は、「一対の絶縁基体と、該一対の絶縁基体間に設けられたフェライト磁性層と、該フェライト磁性層内に形成された平面スパイラルコイルと、該平面スパイラルコイルの中心部に設けられており、前記フェライト磁性層より高い透磁率を有する高磁性体と、前記平面スパイラルコイルと前記高磁性体との間に設けられた、前記フェライト磁性層より低い透磁率を有する非磁性体とを備えていることを特徴とするコイル内蔵基板。」を開示している（請求項１）。

このような構成を有するコイル内蔵基板によれば、「平面スパイラルコイルの中心に、フェライト磁性層よりも高い透磁率を有する高磁性体を形成したことから、最も磁束が集中する平面スパイラルコイルの中心に、より多くの磁束を通ることができるようなることで、より高いインダクタンス値を得ることができる。」（段落００１５）、また、「平面スパイラルコイルと高磁性体との間に、フェライト磁性層より低い透磁率を有する非磁性体が設けられていることから、平面スパイラルコイルに流れる電流が高くなったとしても、非磁性体では磁束が通りにくいので、平面スパイラルコイル中心と高磁性体付近に発生する漏れ磁束が起きにくくなり、磁束が安定し、磁気飽和が起きにくくなるため、重畳特性の低下を防ぐことができる。」（段落００１６）、としている。

特許第４７０３４５９号公報

特許文献１では、一対の絶縁基体の間に、平面スパイラルコイルが内部に形成されたフェライト磁性層を設けて積層体を作製し、該フェライト磁性層に形成された凹部に、フェライト磁性層よりも高い透磁率を有した高磁性体を挿入し、ガラスや樹脂で接合することにより、コイル内蔵基板を作製している。

しかしながら、このような製造方法では、製造工程が煩雑であり、製造コストも高くなるという問題がある。

本発明の目的は、容易に製造することができ、高いインダクタンスが得られ、直流重畳特性に優れた多層基板を提供することにある。

本発明者らは、上記問題を解消すべく鋭意検討した結果、多層基板において、磁性体部の導体部近傍領域の平均結晶粒径Ｄ１と磁性体部の中央領域の平均結晶粒径Ｄ２の比Ｄ１／Ｄ２を１未満とすることにより、高いインダクタンスを取得することができ、かつ直流重畳特性を向上させることができることを見出し、本発明に至った。

本発明の要旨によれば、一対の非磁性体部と、その間に狭持され、焼結フェライトから構成される磁性体部と、該磁性体部に埋設されたコイル状の導体部とを有する多層基板であって、磁性体部の導体部近傍領域の平均結晶粒径Ｄ１と磁性体部の中央領域の平均結晶粒径Ｄ２の比Ｄ１／Ｄ２が１未満であることを特徴とする多層基板が提供される。

本発明によれば、磁性体部の導体部近傍領域の平均結晶粒径Ｄ１と磁性体部の中央領域の平均結晶粒径Ｄ２の比Ｄ１／Ｄ２を１未満とすることにより、高いインダクタンスが取得でき、かつ直流重畳特性に優れた多層基板が提供される。

本発明の１つの実施形態における多層基板の概略斜視図である。図２（ａ）は図１の実施形態における多層基板の概略分解平面図であり、図２（ｂ）はその等価回路を示す。図１の実施形態における多層基板の断面を模式的に示す概略断面図である。磁性体部の中央領域および導体部近傍領域の平均結晶粒径の測定箇所を例示的に示す図である。試料Ｃおよび試料Ｆの多層基板の直流重畳特性を示すグラフであって、（ａ）はインダクタンスＬについて、（ｂ）はインダクタンス変化率についてのグラフである。本発明の多層基板をＤＣ−ＤＣコンバータに用いる場合の概略断面図である。本発明の多層基板を用いたＤＣ−ＤＣコンバータの変換効率を測定する回路図である。試料Ｃおよび試料Ｆの多層基板を用いたＤＣ−ＤＣコンバータの変換効率についてのグラフである。

本発明の多層基板およびその製造方法について、以下、図面を参照しながら詳細に説明する。但し、本発明の多層基板の構成、形状、コイルの巻回数および配置等は、図示する例に限定されないことに留意されたい。

図１および図２（ａ）に示すように（なお、図１の多層基板の上面が図２の層（１２）に、下面が図２の層（１）に対応する）、本実施形態の多層基板１は、概略的には、非磁性体層２（層（１）、（２）、（１０）〜（１２））と、磁性体層４（層（３）〜（９））と、導体層６とが所定の順序で積層されて形成されており、前記非磁性体層２から形成される一対の非磁性体部２２と、前記磁性体層４から形成される磁性体部２４と、導体層６がビアホール８（図２中、白丸にて示す）を介してコイル状に接続された導体部２６とを含む。本実施形態の多層基板１は、さらに複数の内部電極１４と複数の表面電極１６と、互いに接する層の対応する位置に存在するビアホールが連結して形成される複数のビア導線２８とを有して成る。層（１）の表面電極のうち、ＧＮＤ’はグランド電極、Ｖ’ｉｎは電源入力電極、Ｖｏｕｔは電源出力電極、ＥＮ’はイネーブル信号入力電極である。層（１２）の表面電極のうち、ＣａおよびＣｂはチップコンデンサ搭載用電極であり、ＧＮＤ、Ｖｉｎ、ＥＮ、ＦＢおよびＬｏは、それぞれ制御ＩＣ搭載用のグランド電極、電源入力電極、イネーブル信号入力電極、フィードバック電極およびコイル電極である。本実施形態の多層基板１の等価回路を、図２（ｂ）に示し、断面を図３に示す。なお、図３は、本実施形態の多層基板の断面を模式的に示すものであって、図２（ａ）と完全には一致していない点に注意されたい。

磁性体部２４は、少なくともＦｅ、Ｎｉ、ＺｎおよびＣｕを含む焼結フェライトから構成され得る。非磁性体部２２は、少なくともＦｅ、ＺｎおよびＣｕを含む焼結フェライトから構成され得る。導体部２６は、銀を主成分として含む導体、好ましくは実質的に銀から成る導体、例えば銀の含有量が９８．０〜９９．５ｗｔ％である導体から構成される。ビア導線２８、内部電極１４および表面電極１６は、上記導体部２６と同様の導体から構成され得る。表面電極１６は、特に限定されないが、ニッケル、パラジウム、金などがめっきされ得る。

本発明の多層基板において、磁性体部の導体部近傍領域の平均結晶粒径Ｄ１と磁性体部の中央領域の平均結晶粒径Ｄ２の比Ｄ１／Ｄ２は、１未満、好ましくは０．８以下である。

ここに、本発明において、「磁性体部の中央領域」とは、磁性体部のうち、導体層が形成するコイル状の導体部の内側に位置し、コイルの中心軸上およびその近傍に位置する領域を意味し、具体的には、コイルの中心軸から１０μｍ以内の領域（例えば、図４に示す領域Ｘ）として規定される。「磁性体部の導体部近傍領域」とは、磁性体部のうち、磁性体部と導体部との界面に近接した領域を意味し、磁性体部と導体部との界面から磁性体の内部へ１μｍ以上離れ、１０μｍ以内にある領域（例えば、図４に示す領域Ｙ（ｔ＝５μｍ）として規定される。

磁性体部の平均結晶粒径は、磁性体部の所定の領域、すなわち中央領域または導体部近傍領域、代表的には、それぞれ磁性体部の略中央部（例えば、図４に示す領域Ｘ）または内部導体から約５μｍ離れた箇所（例えば、図４に示す領域Ｙ）のＳＥＭ写真を撮影し、このＳＥＭ写真から、ＪＩＳ規格（Ｒ１６７０）に準拠し、円相当径に換算して平均結晶粒径を算出して求められる。本発明において、平均結晶粒径は、複数、例えば１０個の試料で測定した測定値の平均値として求められる。

粒径比Ｄ１／Ｄ２が１未満であるということは、磁性体部の導体部近傍領域の焼結性が低く、それ以外の領域、例えば磁性体部の中央領域では焼結性が高いことを意味する。このような多層基板では、導体部近傍領域の焼結密度がより小さいことによって、導体部からの内部応力を緩和することができ、高いインダクタンスを取得することができ、かつ直流重畳特性を向上させることができる。

また、本発明の多層基板は、磁性体部の中央領域におけるＣｕ含有量が、ＣｕＯに換算して、０．４〜４．０ｍｏｌ％であり得る。かかるＣｕ含有量とすることにより多層基板のインダクタンスおよび直流重畳特性を一層向上させることができる。

磁性体部のＣｕ含有量（重量％）は、次のようにして求める。すなわち、複数（例えば、１０個以上）の多層基板を樹脂固めし、多層基板の幅方向に沿って研磨し、幅方向の約１／２の時点における研磨断面を得、研磨断面を洗浄する。磁性体部の所定の領域を、波長分散型Ｘ線分析法（ＷＤＸ法）を用いてＣｕ含有量を定量分析し、複数の多層基板での測定結果の平均を算出することにより求められる。測定面積は、使用する分析機器によって異なり得、例えば、測定ビーム径で数十ｎｍ〜１μｍであるが、これに限定されない。

上記した本実施形態の多層基板１は、以下のようにして製造される。

まず、磁性体シートを準備する。本実施形態において、磁性体シートは、Ｆｅ、Ｎｉ、ＺｎおよびＣｕを含むＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライト材料（以下、「磁性フェライト材料」ともいう）から作製される。

磁性フェライト材料は、Ｆｅ、Ｎｉ、ＣｕおよびＺｎを主成分として含み、必要に応じて添加成分を更に含んでいてもよい。通常、磁性フェライト材料は、素原料として、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＮｉＯ、ＣｕＯおよびＺｎＯの粉末を所望の割合で混合および仮焼して調製され得るが、これに限定されるものではない。

磁性フェライト材料におけるＣｕ含有量（ＣｕＯ換算）は、０．４〜４．０ｍｏｌ％（主成分合計基準、以下も同等）とすることが好ましい。Ｃｕ含有量（ＣｕＯ換算）を０．４〜４．０ｍｏｌ％とすることによって、高いインダクタンスを取得でき、かつ直流重畳特性を向上させることができる。

磁性フェライト材料におけるＦｅ含有量（Ｆｅ_２Ｏ_３換算）は、４４〜４９．８ｍｏｌ％（主成分合計基準、以下も同等）とすることが好ましい。Ｆｅ含有量（Ｆｅ_２Ｏ_３換算）を４４ｍｏｌ％以上とすることによって、磁性体部の中央領域において高い透磁率を得ることができ、高いインダクタンスを取得できる。また、Ｆｅ含有量（Ｆｅ_２Ｏ_３換算）を４９．８ｍｏｌ％以下とすることによって、高い焼結性を得ることができる。

磁性フェライト材料におけるＺｎ含有量（ＺｎＯ換算）は、６〜３３ｍｏｌ％（主成分合計基準、以下も同様）とすることが好ましい。Ｚｎ含有量（ＺｎＯ換算）を６ｍｏｌ％以上とすることによって、高い透磁率を得ることができ、大きなインダクタンスを取得できる。また、Ｚｎ含有量（ＺｎＯ換算）を３３ｍｏｌ％以下とすることによって、キュリー点の低下を回避でき、多層基板の使用可能温度の低下を回避できる。

磁性フェライト材料におけるＮｉ含有量（ＮｉＯ換算）は、特に限定されず、上述した他の主成分であるＦｅ、ＣｕおよびＺｎの残部とし得る。

また、上記磁性フェライト材料における添加成分としては、例えばＢｉ、Ｓｎ、Ｃｏなどが挙げられるが、これに限定されない。

Ｂｉ含有量（添加量）は、主成分含有量の合計１００重量部に対して、Ｂｉ_２Ｏ_３に換算して０．１〜１重量部とすることが好ましい。Ｂｉ（Ｂｉ_２Ｏ_３換算）含有量を０．１〜１重量部とすることによって、低温焼成がより促進されると共に、異常粒成長を回避することができる。Ｂｉ（Ｂｉ_２Ｏ_３換算）含有量が高すぎると、異常粒成長が起こり易く、異常粒成長部位にて比抵抗が低下し、表面コイル電極または表面ビア電極形成をめっき処理する際に、異常粒成長部位にめっきが付着するので好ましくない。

Ｓｎ含有量（添加量）は主成分含有量の合計１００重量部に対して、ＳｎＯ_２に換算して０．３〜１．０重量部が好ましい。この範囲でＳｎを含有させることで、直流重畳特性を一層向上させることができる。また、Ｃｏ含有量は、主成分含有量の合計１００重量部に対して、Ｃｏ_３Ｏ_４に換算して０．１〜０．８重量部が好ましい。この範囲でＣｏを含有させることで、高周波でのＱ値を高めることができる。

上記のようにして調製した磁性フェライト材料を用いて磁性体シートを準備する。例えば、磁性フェライト材料を、バインダー樹脂および有機溶剤を含む有機ビヒクルと混合／混練し、シート状に成形することにより磁性体シートを得てよいが、これに限定されるものではない。

次に、非磁性体シートを準備する。非磁性体シートは、少なくともＦｅ、ＣｕおよびＺｎを含む非磁性フェライト材料から作製される。

上記非磁性フェライト材料は、上記した磁性フェライト材料のＮｉをＺｎで全量置換したＺｎ−Ｃｕ系フェライト材料を使用することができる。

このような非磁性フェライト材料を用いて非磁性体シートを準備する。例えば、非磁性フェライト材料を、バインダー樹脂および有機溶剤を含む有機ビヒクルと混合／混練し、シート状に成形することにより非磁性体シートを得てよいが、これに限定されるものではない。

別途、銀を含む導体ペーストを準備する。市販で入手可能な、銀を粉末の形態で含む一般的な銀ペーストを使用できるが、これに限定されない。

ついで、本実施形態においては、図２（ａ）に示されるように、磁性体シート（層（３）〜（９）に対応する）および非磁性体シート（層（１）、（２）、（１０）〜（１２）に対応する）の各々に導体パターンおよびビアホールを形成し、ビアホールを導体ペーストで充填し、層（１）〜（１２）に対応する各シートを、層（１２）に対応するシートを最下層として、最上層の層（１）に対応するシートまで順に積層する。導体層６、内部電極１４および表面電極１６は、磁性体シートまたは非磁性体シートに貫通して設けられたビアホール８を介して適宜接続され、図２（ｂ）に示すような回路を形成している。このようにして、多層基板１に対応する未焼成の積層体を得る。なお、この積層体は、図１の積層体とは上下が逆になっている点に注意されたい。

上記未焼成の積層体の形成方法は、シート積層法により形成されているが、印刷積層法などを利用して積層体を形成してもよい。印刷積層法による場合、非磁性フェライト材料からなる非磁性体ペーストを印刷して非磁性体層を形成する工程、磁性フェライト材料からなる磁性体ペーストを印刷して磁性体層を形成する工程、導体ペーストを印刷して所定のパターンの導体層、内部電極、表面ビア電極、表面コイル電極を形成する工程を適宜繰り返すことで積層体を作製する。磁性体層および非磁性体層を形成する時は所定の箇所にビアホール８を設け、上下の導体層６またはビアホール８の導体ペーストが導通するようにして、積層体を得ることができる。

この未焼成の積層体は、複数個をマトリクス状に一度に作製した後に、ダイシング等により個々に切断して（素子分離して）個片化したものであってよいが、予め個々に作製したものであってもよい。

次に、上記で得られた未焼成の積層体を酸素濃度０．１体積％以下の雰囲気で熱処理することにより、非磁性体層２、磁性体層４、導体層６（および導体層を接続するビアホールに充填した導体ペースト）、およびビア導線を形成するビアホールに充填した導体ペーストを焼成して、それぞれ非磁性体部２２、磁性体部２４、導体部２６およびビア導線２８とする。同時に、対応する導体ペーストから内部電極１４および表面電極１６を形成して、多層基板１を得る。

酸素濃度０．１体積％以下の雰囲気で熱処理することにより、フェライト材料を空気中で熱処理する場合よりも低温で焼結でき、例えば、焼成温度を９００〜９３０℃とし得る。本発明はいかなる理論によっても拘束されないが、低酸素濃度雰囲気で焼成した場合、結晶構造中に酸素欠陥が形成され、結晶中に存在するＦｅ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎの相互拡散が促進され、低温焼結性を高めることができるものと考えられる。

加えて、Ｃｕ含有量（ＣｕＯ換算）が０．４〜４ｍｏｌ％であるＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライト材料を使用することにより、酸素濃度０．１体積％以下の雰囲気で焼成しても、高いインダクタンスを取得することができる。本発明はいかなる理論によっても拘束されないが、低酸素濃度雰囲気で焼成した場合、熱処理雰囲気の還元作用により磁性体部２４のＣｕ^２＋がＣｕ^＋に還元されてインダクタンスが低下すると考えられ、Ｃｕ含有量（ＣｕＯ換算）を小さくすることによりＣｕ^２＋の還元によるＣｕ^＋の生成を抑制でき、これによりインダクタンスの低下が抑制されるものと考えられる。但し、焼成雰囲気の酸素濃度は０．１体積％以下であればよいが、高いインダクタンスを確保するには０．００１体積％以上であることが好ましい。本発明はいかなる理論によっても拘束されないが、酸素濃度があまり低すぎると、酸素欠陥が必要以上に生成されてインダクタンスが低下するおそれがあり、酸素をある程度存在させることにより、酸素欠陥の生成が過剰となるのを回避でき、これにより高いインダクタンスを取得できるものと考えられる。

なお、磁性体部の中央領域においては、焼結後焼結フェライト材料におけるＦｅ含有量（Ｆｅ_２Ｏ_３換算）、Ｃｕ含有量（ＣｕＯ換算）、Ｎｉ含有量（ＮｉＯ換算）およびＺｎ含有量（ＺｎＯ換算）は、それぞれ、焼結前の磁性フェライト材料におけるＦｅ含有量（Ｆｅ_２Ｏ_３換算）、Ｃｕ含有量（ＣｕＯ換算）、Ｎｉ含有量（ＮｉＯ換算）およびＺｎ含有量（ＺｎＯ換算）と実質的に相違ないと考えて差し支えない。

次いで、上記で得られた積層体の表面電極１６に、Ｎｉ、Ｐｄ、Ａｕめっきを順に行ってもよい。

以上のようにして、本実施形態の多層基板１が製造される。

磁性体部２４の導体部近傍領域Ｙにおける平均結晶粒径（Ｄ１）は、磁性体部２４の中央領域Ｘにおける平均結晶粒径（Ｄ２）に対して、粒径比（Ｄ１／Ｄ２）１未満、好ましくは０．８以下となる。本発明はいかなる理論によっても拘束されないが、Ｃｕ含有量（ＣｕＯ換算）が０．４〜４ｍｏｌ％である磁性フェライト材料と、銀を含む導体ペーストとを、酸素濃度０．１体積％以下の雰囲気で同時焼成すると、この焼成過程において、導体ペーストに由来する導体部が、フェライト材料からＣｕを吸収し、このため、導体部近傍領域ＹにおけるＣｕ含有量が低下するものと考えられる。すなわち、磁性体部２４において、導体部２６の周囲に低Ｃｕ含有量領域が形成され、これにより、その他のバルク領域は、相対的にＣｕ含有量が高くなって、高Ｃｕ含有量領域となる。図４に示される磁性体部２４の中央領域ＸにおけるＣｕ含有量は、高Ｃｕ含有量領域におけるＣｕ含有量を代表するものとして理解され得、磁性体部２４の導体部近傍領域ＹにおけるＣｕ含有量は、低Ｃｕ含有量領域におけるＣｕ含有量を代表するものとして理解され得る。なお、低Ｃｕ含有量領域は、導体層間に隙間なく形成されることが好ましいが、本発明はこれに限定されない。

本発明はいかなる理論によっても拘束されないが、ＣｕＯは、焼結助剤として作用するので、低Ｃｕ含有量領域では、Ｃｕ含有量が相対的に低いため焼結性が低下し、粒子成長が抑制されて、焼結密度が低くなり、一方で、高Ｃｕ含有量領域では、Ｃｕ含有量が相対的に高いため焼結性が高く、粒子成長が十分促進されて、焼結密度が高くなると考えられる。

かかる多層基板１は、焼結フェライトからなる磁性体部２４と、銀を含む導体から成る導体部２６とで熱膨張係数（特に線膨張係数）が異なるものの、磁性体部２４のうち、低Ｃｕ含有量領域は焼結密度が低いので、熱処理（焼成）後の冷却過程などにより磁性体部２４内に発生し得る内部応力（または応力歪み）を緩和または低減することができる。よって、多層基板１のインダクタンス、直流重畳特性等の磁気特性を向上させることができる。

本発明の多層基板は、ＤＣ−ＤＣコンバータの基板として好適に用いられる。

本発明において、ＤＣ−ＤＣコンバータとは、電子機器に入力された直流電圧を、電子機器の内部の電子部品の動作に必要な電圧に変換する素子（回路）をいい、具体的には、コイル、スイッチング素子、コンデンサから構成される。ＤＣ−ＤＣコンバータのタイプは特に限定されるものではなく、例えば非絶縁型降圧または昇圧コンバータが挙げられる。

本発明の多層基板を、ＤＣ−ＤＣコンバータの基板として用いた場合、取得できるインダクタンスＬが大きいので、ＤＣ−ＤＣコンバータの変換効率を高くすることができる。また、本発明の多層基板は、直流重畳特性に優れていることから、ＤＣ−ＤＣコンバータの定格電流を大きくすることができる。

以上、本発明の１つの実施形態について説明したが、本実施形態は種々の改変が可能である。例えば、磁性体部内に、コイルの磁路を切るように非磁性体層を、１層またはそれ以上設置して、開示路型とすることができる。

（実施例）
・磁性体シートおよび非磁性体シートの作製
磁性フェライト材料および非磁性フェライト材料の素原料として、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＺｎＯ、ＣｕＯおよびＮｉＯの各粉末を準備した。組成が表１に示す割合となるように各素原料を秤量した。これら秤量物を純水およびＰＳＺ（Partial Stabilized Zirconia；部分安定化ジルコニア）ボールと共に塩化ビニル製のポットミルに入れ、湿式で十分に混合粉砕した。粉砕物を蒸発乾燥させた後、７５０℃の温度で２時間仮焼を行った。

これにより得られた仮焼物を、エタノールおよびＰＳＺボールと共に、再び塩化ビニル製のポットに入れて、十分に混合粉砕し、さらに分散剤、ポリビニルブチラール系バインダーを加えて、さらに混合した。

得られたスラリーを、コンマコーター（登録商標）を用いて成形し、組成番号１〜６の磁性フェライト材料および組成番号７〜８の非磁性フェライト材料の各々について、厚さ２５μｍのグリーンシートを作製した。

・導体ペーストの作製
Ａｇ粉末にバインダー樹脂と溶剤を添加し、３本ロールミルで混練して導体ペーストを作製した。

・多層基板の作製
上記で得られた磁性フェライト材料のグリーンシートおよび非磁性フェライト材料のグリーンシートを、それぞれ縦５０ｍｍ、横５０ｍｍの大きさに打ち抜き、レーザー加工機を使用して、シートの所定の位置にビアホールを形成し、導体ペーストを充填した。

次に、各グリーンシート上に、コイルパターン（導体部）、内部電極、表面コイル電極および表面ビア電極を形成するための導体ペーストを、所定の位置に適宜印刷し、乾燥させた。

上記のように適宜導体ペーストが印刷された磁性フェライト材料および非磁性フェライト材料のグリーンシートを、表２に示す組み合わせで、図２に示すように適宜積層し、６０℃に加熱し、１００ＭＰａの圧力で６０秒間加熱して圧着し、試料Ａ〜Ｆに対応する未焼成の積層体を作製した。

大気雰囲気下、所定温度で十分に脱脂した後、試料Ａ〜Ｅに対応する積層体については、酸素濃度０．１体積％の雰囲気に調整した焼成炉で９００℃〜９３０℃で所定時間焼成した。また、試料Ｆに対応する積層体については、大気中９００℃で所定時間焼成した。焼成した積層体を２．５ｍｍ×２．０ｍｍの大きさにカットした。

次に、表面コイル電極および表面ビア電極の表面に電解めっきにより、Ｎｉ被膜およびＳｎ被膜、Ａｕ皮膜を順次形成し、試料Ａ〜Ｆの多層基板を得た。得られた試料（多層基板）の厚みは１．２ｍｍであり、各試料の断面は図３に示す断面図に対応する。なお、試料Ｂ〜Ｄが本発明の実施例であり、試料Ａ、ＥおよびＦ（表中、記号「*」を付して示す）は比較例である（表３の粒径比を参照のこと）。

・評価
（平均結晶粒径）
試料Ａ〜Ｆにつき各１０個の試料について、樹脂固めを行い、試料の幅方向に研磨し、幅方向の約１／２の時点における研磨断面を得て、観察用の断面とした。これをケミカルエッチングし、磁性体部の導体部近傍領域（図４における領域Ｙでｔ＝５μｍの箇所）、および多層基板の略中央部である中央領域（図４における領域Ｘ）のＳＥＭ写真を撮影し、このＳＥＭ写真から、ＪＩＳ規格（Ｒ１６７０）に準拠し、旭化成エンジニアリング製画像解析ソフトＡ像くん（登録商標）を用いて、円相当径に換算して、それぞれの領域の平均結晶粒径を算出した。１０個の試料での平均値を求め、これを平均結晶粒径（Ｄ１およびＤ２）とした。結果と粒径比Ｄ１／Ｄ２を表３に示す。

（インダクタンスＬ）
試料Ａ〜Ｆにつき各１０個の試料について、アジレント・テクノロジー社製のインピーダンスアナライザ（型番Ｅ４９９１Ａ）を用いて測定周波数１ＭＨｚでインダクタンスＬを測定し、１０個の試料での平均値を求めた。結果を表４に示す。
なお、試料Ｆは、磁性体部の導体部近傍領域および中央領域の粒径比が１．１４であるので内部応力によりインダクタンスＬが低下するが、試料Ｃと同程度のインダクタンスＬが得られるように、磁性フェライト材料の組成を調整し、初期の透磁率を高く設計した。

（直流重畳特性）
試料Ｃおよび試料Ｆにつき各５個の試料について、アジレント・テクノロジー社製のインピーダンスアナライザ（型番Ｅ４９９１Ａ）を用いて、ＪＩＳ規格（Ｃ２５６０−２）に準拠し、８００ｍＡまでの直流電流を試料に重畳した時のインダクタンスＬを、測定周波数１ＭＨｚで測定し、５個の試料でのインダクタンスＬの平均値とインダクタンス変化率を求めた。結果を、それぞれ、図５（ａ）および図５（ｂ）に示す。

（変換効率）
試料Ｃおよび試料Ｆに、図６および図７に示されるように、制御用ＩＣ（トレックス・セミコンダクター株式会社 XC9236A18DWD）、およびコンデンサＣ１（静電容量２．２μＦ）を実装し（図６）、ＤＣ−ＤＣコンバータ（スイッチング周波数３ＭＨｚ、入力電圧３．３Ｖ、出力電圧１．８Ｖ）を構成した。さらに、ガラスエポキシ基板にＤＣ−ＤＣコンバータ、コンデンサＣｉｎ１（静電容量４．７μＦ）、Ｃｏｕｔ（静電容量１０μＦ）をはんだ付けにより接続した。

さらに、入力側に安定化電源（Ｖ−ＩＮ）（型番 Agilent 6653A）、電子負荷装置（Ｒ）（型番 FUJITSU ACCESS LIMITED EUL-150αXL）、イネーブル信号を入力するための電源（Ｖ−ＥＮ）（型番 Agilent E3631A）を取り付け、ＤＣ−ＤＣコンバータの変換効率を測定する回路を構成した。なお、図７において点線で囲まれた部分が上記ＤＣ−ＤＣコンバータに対応する。ＤＣ−ＤＣコンバータの入出力側の電圧および電流をデジタルマルチメータ（型番 Agilent 34410A）で測定し、ＤＣ−ＤＣコンバータの変換効率を求めた。結果を図８に示す。

表１〜表３から明らかなように、試料Ｂ〜Ｄの多層基板は、磁性体部の導体部近傍領域の平均結晶粒径Ｄ１と磁性体部の中央領域の平均結晶粒径Ｄ２に差が認められ、粒径比Ｄ１／Ｄ２は１未満となることが確認された。また、このような粒径比の差は、磁性フェライト材料のＣｕ含有量（ＣｕＯ換算）を０．４〜４．０ｍｏｌ％とすることにより得られることが確認された。一方、Ｃｕを含まない試料Ａ、およびＣｕ含有量（ＣｕＯ換算）が６．０ｍｏｌ％である試料Ｅの多層基板では、粒径比の実質的な差は認められなかった。

さらに表４から理解されるように、粒径比Ｄ１／Ｄ２が１未満であった試料Ｂ〜Ｄの多層基板は、粒径比Ｄ１およびＤ２に差が認められなかった試料Ａおよび試料Ｅの多層基板と比較して、一桁も高いインダクタンス値を得ることができることが確認された。

また、図５（ａ）および図５（ｂ）から理解されるように、粒径比Ｄ１／Ｄ２が０．２９である試料Ｃの多層基板は、大気中で焼成し、Ｄ１／Ｄ２が１を超える試料Ｆの多層基板と比較して、直流重畳特性が優れていることが確認された。

さらに、図８から理解されるように、出力電流１〜２００ｍＡの範囲で、試料Ｃの多層基板を用いたＤＣ−ＤＣコンバータは、試料Ｆの多層基板を用いたＤＣ−ＤＣコンバータよりも変換効率が約３％優れていることが確認された。

本発明はいかなる理論によっても拘束されないが、上記の結果は下記の理由によるものであると考えられる。銀を主成分とする導体層と、Ｃｕを含有する磁性体層を、低酸素濃度下で同時焼成すると、焼成過程において、導体部近傍領域のＣｕが導体部に吸収される。これにより、導体部近傍領域のＣｕＯの量が減少し、焼結性が低下し、導体部と磁性体部との間の応力が抑制され、インダクタンスＬが向上すると考えられる。また、導体部近傍領域の焼結性が低下したことから、磁性体部の導体部近傍領域の透磁率が低下して、直流重畳特性が改善されると考えられる。試料Ｃは、直流重畳特性が改善されることにより直流電流が流れた状態でも十分なインダクタンスを確保することができるので、試料Ｆに対して約３％変換効率が上昇したと考えられる。

本発明の多層部品は、例えばＤＣ−ＤＣコンバータの回路基板に使用される他、幅広く様々な用途に使用され得る。

１…多層基板
２…非磁性体層
４…磁性体層
６…導体層
８…ビアホール
１４…内部電極
１６…表面電極
２２…非磁性体部
２４…磁性体部
２６…導体部
２８…ビア導線

Claims

一対の非磁性体部と、その間に狭持され、焼結フェライトから構成される磁性体部と、該磁性体部に埋設されたコイル状の導体部とを有する多層基板であって、磁性体部の導体部近傍領域の平均結晶粒径Ｄ１と磁性体部の中央領域の平均結晶粒径Ｄ２の比Ｄ１／Ｄ２が１未満であり、磁性体部が、少なくともＦｅ、Ｎｉ、ＺｎおよびＣｕを含有し、磁性体部の中央領域におけるＣｕの含有量がＣｕＯに換算して０．４〜４．０ｍｏｌ％であることを特徴とする多層基板。
磁性体部の導体部近傍領域の平均結晶粒径Ｄ１と磁性体部の中央領域の平均結晶粒径Ｄ２の比Ｄ１／Ｄ２が０．８以下である、請求項１記載の多層基板。
請求項１または２に記載の多層基板を含む、ＤＣ−ＤＣコンバータ。