フェライト積層電子部品の製造方法
【課題】内部導体の周囲のフェライトに残留する応力を低減して、良好な特性を備えたフェライト積層電子部品を効率よく製造することが可能なフェライト積層電子部品の製造方法を提供する。
【解決手段】Ｆｅ2Ｏ3粉末およびＮｉＯ粉末と、有機バインダーとを含む配合物を用いてグリーンシートを作製し、このグリーンシートを用いて、未焼成の内部導体を内蔵するグリーンシート積層体を形成した後、所定の条件で熱処理して、グリーンシート積層体の脱脂を行い、得られる脱脂後積層体を焼成することによりフェライト積層電子部品を製造するにあたって、Ｆｅ2Ｏ3粉末として、平均粒径が０．１〜０．５μｍ、比表面積が１０ｍ2／ｇ以上のＦｅ2Ｏ3粉末を用いる。
脱脂後積層体中の残留カーボン量が、重量基準で５５０〜１０００ｐｐｍとなるような条件で脱脂を行う。
上記グリーンシートの作製に用いられる配合物として、仮焼工程を経ていない配合物を用いる。
【解決手段】Ｆｅ2Ｏ3粉末およびＮｉＯ粉末と、有機バインダーとを含む配合物を用いてグリーンシートを作製し、このグリーンシートを用いて、未焼成の内部導体を内蔵するグリーンシート積層体を形成した後、所定の条件で熱処理して、グリーンシート積層体の脱脂を行い、得られる脱脂後積層体を焼成することによりフェライト積層電子部品を製造するにあたって、Ｆｅ2Ｏ3粉末として、平均粒径が０．１〜０．５μｍ、比表面積が１０ｍ2／ｇ以上のＦｅ2Ｏ3粉末を用いる。
脱脂後積層体中の残留カーボン量が、重量基準で５５０〜１０００ｐｐｍとなるような条件で脱脂を行う。
上記グリーンシートの作製に用いられる配合物として、仮焼工程を経ていない配合物を用いる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品の製造方法に関し、詳しくは、内部導体をフェライト積層体の内部に備えた、積層インダクタなどのフェライト積層電子部品を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、フェライトなどの磁性体セラミック中に内部導体が配設された構造を有する積層型インダクタなどのフェライト積層電子部品が広く用いられている。
【０００３】
そして、これらのフェライト積層電子部品は、通常、表面に内部導体パターンが配設されたフェライトグリーンシートを積層し、得られる積層体を脱脂した後、焼成する工程を経て製造されている。
【０００４】
ところで、このようなフェライト積層電子部品の製造方法の１つに、フェライト系のセラミック原料粉末を混合する工程、混合粉末を仮焼して合成粉末を得る工程、仮焼合成粉末をシート化したグリーンシートを用いて、未焼成の内部導体を備えた積層体を形成する工程と、積層体を焼成する工程とを含むセラミック電子部品の製造方法であって、仮焼合成後の粉末中の残留カーボン量を５５０〜１１００ｐｐｍ（重量比）の範囲となるようにしたセラミック電子部品の製造方法が提案されている。（特許文献１参照）。
【０００５】
ところで、特許文献１では、Ｆｅ2Ｏ3、ＮｉＯ、ＺｎＯ、およびＣｕＯを主成分とするフェライトの原料粉末、水、ポリカルボン酸アンモニウム系分散剤、分散助剤であるポリビニルアルコール（ＰＶＡ）をボールミルで湿式混合して分散させた後、乾燥し、６００℃〜７００℃で仮焼合成して仮焼合成粉末を得る際に、仮焼合成温度、あるいは、ＰＶＡ添加量を調整することによって、仮焼合成後の粉末に残留するカーボン量を制御するようにしている。
【０００６】
仮焼合成後に残留するカーボンは、その後の焼成過程において、８００℃以上の高温域で、内部導体とその周囲のフェライトとの接合界面の酸素の一部を奪ってＣＯあるいはＣＯ2として脱離し、接合界面の接合強度を低下させるように作用する。
【０００７】
したがって、この特許文献１の製造方法によれば、上述のように、残留カーボン量を５５０〜１１００ｐｐｍの範囲に制御することで、焼成時に、内部導体とセラミック本体との間の接合強度を低減させ、内部導体の幅方向の少なくとも一端における、内部導体とその周囲のセラミックとの間に空隙を設けることが可能になり、セラミックに生じる残存応力を低減して、機械的強度に優れたセラミック電子部品を製造することができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−１５９３０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１のセラミック電子部品の製造方法のように、仮焼合成温度、あるいは、ＰＶＡ添加量を制御することによって、仮焼合成後の粉末に残留するカーボン量を制御するようにした場合、仮焼合成粉末に残存するカーボン量が安定しにくいという問題点がある。
【００１０】
また、特許文献１では、フェライトの原料粉末、水、ポリカルボン酸アンモニウム系分散剤、分散助剤であるポリビニルアルコール（ＰＶＡ）をボールミルで湿式混合して分散させた後、乾燥し、６００℃〜７００℃で仮焼合成するようにしており、仮焼工程が必須の工程となるため、製造プロセスが複雑化して生産性が低下したり、仮焼工程で消費される熱エネルギーなどによりランニングコストが増大したりするという問題点がある。
【００１１】
本発明は、上記課題を解決するものであり、焼成工程で、内部導体とその周囲のフェライトとの間の接合強度を調整して、残存応力を低減し、機械的強度を確保しつつ、良好な特性を備えたフェライト積層電子部品を効率よく製造することが可能なフェライト積層電子部品の製造方法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】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明のフェライト積層電子部品の製造方法は、
内部導体をフェライト積層体の内部に備えたフェライト積層電子部品の製造方法であって、
フェライト原料であるＦｅ2Ｏ3粉末およびＮｉＯ粉末と、有機バインダーとを含む配合物を用いてグリーンシートを作製するグリーンシート作製工程と、
前記グリーンシートを用いて、未焼成の内部導体を内蔵するグリーンシート積層体を形成する積層工程と、
所定の条件で熱処理して、前記グリーンシート積層体の脱脂を行う脱脂工程と、
前記グリーンシート積層体を脱脂することにより得られる脱脂後積層体を焼成する焼成工程と
を具備するとともに、
前記Ｆｅ2Ｏ3粉末として、平均粒径が０．１〜０．５μｍ、比表面積が１０ｍ2／ｇ以上のＦｅ2Ｏ3粉末を用いること
を特徴としている。
【００１３】
また、本発明のフェライト積層電子部品の製造方法においては、前記脱脂工程において、前記脱脂後積層体中の残留カーボン量が、重量基準で５５０〜１０００ｐｐｍとなるように脱脂を行うことが好ましい。
【００１４】
また、本発明のフェライト積層電子部品の製造方法においては、前記グリーンシートの作製に用いられる前記配合物として、仮焼工程を経ていない配合物を用いることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のフェライト積層電子部品の製造方法は、フェライト原料であるＦｅ2Ｏ3粉末として、平均粒径が０．１〜０．５μｍ、比表面積が１０ｍ2／ｇ以上のＦｅ2Ｏ3粉末を用いている。この平均粒径が０．１〜０．５μｍ、比表面積が１０ｍ2／ｇ以上という要件を満たすＦｅ2Ｏ3粉末は、粒子表面に凹凸を有する比表面積の大きいものであることから、脱脂工程で、凹凸のあるＦｅ2Ｏ3粒子内に有機バインダーに由来するカーボンが閉じ込められ、このカーボンが焼成工程において、フェライトが焼成される温度域で放出されることから、内部導体とその周囲のフェライトとの接合の強さが和らげられることになる。その結果、内部導体の周囲のフェライトに残留する応力が緩和され、特性の良好なフェライト積層電子部品を得ることが可能になる。
【００１６】
また、脱脂後積層体中の残留カーボン量が重量基準で５５０〜１０００ｐｐｍとなるように脱脂を行うことにより、内部導体とその周囲のフェライトとの接合強度を適度に和らげて、内部導体の周囲のフェライトに残留する応力を緩和し、必要な機械的強度を確保しつつ、良好な特性を備えたフェライト積層電子部品を得ることが可能になる。
【００１７】
また、グリーンシートの作製に用いられる配合物として、仮焼工程を経ていない配合物を用いることにより、グリーンシートの作製に用いられる配合物を得るのに、上述の特許文献１の方法の場合には必須であった仮焼工程を不要にすることが可能になり、生産性を向上させることができる。
【００１８】
なお、本発明では、Ｆｅ2Ｏ3粉末として、平均粒径が０．１〜０．５μｍ、比表面積が１０ｍ2／ｇ以上のＦｅ2Ｏ3粉末を用いているので、特に仮焼工程を経ていない配合物を用いた場合にも、脱脂工程でＦｅ2Ｏ3粒子内に確実に有機バインダーに由来するカーボンが閉じ込められることになり、焼成工程において十分な残留応力の緩和効果を得ることができる。
【００１９】
すなわち、本発明によれば、特許文献１の方法の場合には必須であったフェライト原料の仮焼工程を必要とせずに、グリーンシートを作製する際に成形のための必要性からフェライト原料に添加される有機バインダーを残留カーボン源として利用することが可能になり、効率よく、必要な機械的強度と、良好な特性を備えたフェライト積層電子部品を製造することができる。
【００２０】
なお、本発明において用いられているＦｅ2Ｏ3粉末は、比表面積が大きくて反応性が高いことから、脱脂工程で取り込まれた残留カーボンが、焼成工程で十分に放出されるとともに、その温度域で焼結することから、十分な応力緩和を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施例において、脱脂後積層体（表２の試料番号１および２の各試料）についてＴＧ−ＭＳ法（熱重量−質量分析法）を用いて、２００〜１０００℃の温度範囲で離脱するカーボンの量を測定した結果を示す図である。
【図２】表１のＮｏ．２のＦｅ2Ｏ3粉末のＳＥＭ写真を示す図である。
【図３】本発明の実施例において作製した積層型インダクタの構成を示す断面図である。
【図４】表２の試料番号１および２の脱脂後積層体（試料）を焼成することにより得た、焼成済みの試料１および２のインピーダンス特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に本発明の実施例を示して、本発明の特徴とするところをさらに詳しく説明する。
【実施例１】
【００２３】
フェライトの出発原料として、ＳＥＭ観察により求めた平均粒子径が０．１〜０．５μｍで、表１に示すように、比表面積が６．２〜１９．２ｍ2／ｇのＦｅ2Ｏ3粉末（表１のＮｏ．１〜４のＦｅ2Ｏ3粉末）を用意した。なお、表１のＮｏ．１のＦｅ2Ｏ3粉末は、平均粒径は０．１〜０．５μｍであるが、比表面積が６．２ｍ2／ｇと小さい、本発明の要件を備えていない比較用のＦｅ2Ｏ3粉末であり、Ｎｏ．２〜４のＦｅ2Ｏ3粉末は、平均粒径が０．１〜０．５μｍ、比表面積が１０ｍ2／ｇ以上という本発明の要件を備えているＦｅ2Ｏ3粉末である。また、平均粒子径はＳＥＭ画像を画像解析し、円相当径の平均値を求め、これを平均粒子径とした。また、比表面積は、マウンテック社のＢＥＴ計にて測定した。
【００２４】
【表１】
【００２５】
また、フェライトの他の出発原料として、ＺｎＯ、ＮｉＯ、ＣｕＯの各粉末もそれぞれ用意した。
【００２６】
それから、これらの原料粉末を、
Ｆｅ2Ｏ3＝４９．０ｍｏｌ％、
ＺｎＯ ＝２９．０ｍｏｌ％、
ＮｉＯ ＝１４．０ｍｏｌ％、
ＣｕＯ ＝８．０ｍｏｌ％、
となるように秤量した。
【００２７】
次に、秤量物を、粉砕媒体としての直径１ｍｍのＰＳＺメディアとともにボールミルに投入し、さらに所定量の分散剤と、溶剤（分散媒）としての純水とを添加した後、ボールミルを所定時間回転させ、原料を十分に混合、粉砕した。
それから、得られたスラリーを排出し、スプレー乾燥機で乾燥することにより、フェライト原料粉末（生調合原料）を得た。
【００２８】
得られたフェライト原料粉末を、再び直径１ｍｍのＰＳＺメディアとともにボールミルに投入し、さらに所定量のポリビニルブチラール（バインダー）と、ジブチルフタレート（可塑剤）と、ポリカルボン酸アンモニウム塩（分散剤）と、エタノール（溶媒）とを加えて混合することにより、フェライト原料スラリーを得た。
【００２９】
次に、ドクターブレード法を用いて、厚さが５０μｍとなるようにフェライト原料スラリーをシート状に成形し、これを５０ｍｍ×５０ｍｍの大きさに打ち抜くことにより、グリーンシート（フェライトグリーンシート）を作製した。バインダーは、脱脂後に残留するカーボンの原料となるものであり、その添加量は１２〜１８重量％の範囲とすることが好ましい。ただし、シート成形が可能な範囲であることが必要となる。
【００３０】
それから、内部導体を形成するための導電ペーストとして、所定量のエチルセルロース樹脂をテルピネオールに溶解させて有機ビヒクルを作製し、これに所定量のＡｇ粒子を加え、３本ロールミルで混練することにより、Ａｇペーストを作製した。
【００３１】
そして、レーザ加工機を用いて、上述のフェライトグリーンシートの所定位置にビアホールを形成した後、Ａｇペーストをスクリーン印刷することにより、ビアホールにＡｇペーストを充填して、ビアホール導体を形成するとともに、フェライトグリーンシートの表面に所定形状の内部導体パターン（コイル用導体パターン）を形成した。なお、このコイル用導体パターンおよびビアホール導体は積層後に内部導体となる。
【００３２】
次いで、コイル用導体パターンおよびビアホール導体の形成されたフェライトグリーンシートと、それらの形成されていないフェライトグリーンシートとを所定の順序で積層することにより、コイル用導体パターンおよびビアホール導体の形成されたフェライトグリーンシートが所定枚数積層され、その上下両主面側にコイルパターンの形成されていないフェライトグリーンシートが配設された構造を有する未焼成の積層体を形成した。
【００３３】
それから、上記未焼成の積層体を、温度６０℃、圧力１００ＭＰａの条件で圧着し、圧着ブロックを作製した。
【００３４】
そして、この圧着ブロックを所定のサイズに切断することにより、表１におけるＮｏ．１〜４の各Ｆｅ2Ｏ3粉末を用いたグリーンシート積層体を作製した。
【００３５】
[脱脂および脱脂後の試料の残留カーボン量の測定]
それから、作製した生のグリーンシート積層体を、大気中４００℃で４時間保持して脱脂した。そして、得られた脱脂後積層体（表２の試料番号１および２の各試料試料）について、ＴＧ−ＭＳ法（熱重量−質量分析法）を用いて、２００〜１０００℃の温度範囲で離脱するカーボン（残留カーボン）の量を測定した。その結果を、表２および図１に示す。なお、表２の試料番号１の試料は、本発明の要件を備えていない、表１のＮｏ．１のＦｅ2Ｏ3粉末を用いた試料であり、試料番号２〜４は、本発明の要件を備えている、表１のＮｏ．２〜４のＦｅ2Ｏ3粉末を用いた試料である。
【００３６】
【表２】
【００３７】
表２に示すように、試料番号１の本発明の要件を満たしていない、表１のＮｏ．１のＦｅ2Ｏ3粉末を用いた試料番号１の試料（脱脂後積層体）の残留カーボン量は５０ｐｐｍであるのに対し、試料番号２〜４の、本発明の要件を満たす、表１のＮｏ．２〜４のＦｅ2Ｏ3粉末を用いた試料番号２〜４の試料（脱脂後積層体）の場合、残留カーボン量は５５０〜９８０ｐｐｍと多くなっている。
【００３８】
また、本発明の要件を満たす、表１のＮｏ．２のＦｅ2Ｏ3粉末を用いた試料番号２の試料の場合、図１に示すように、約７００℃付近から急激にカーボンが離脱することが確認された。なお、試料番号３および４の試料についても、同様の挙動を示すことを確認している。
【００３９】
一方、本発明の要件を満たさない、表１のＮｏ．１のＦｅ2Ｏ3粉末を用いた試料番号１の試料の場合、図１に示すように、約７００℃付近からのカーボンの離脱現象はほとんど認められなかった。これは、表１のＮｏ．１のＦｅ2Ｏ3粉末を用いた試料番号１の試料（脱脂後積層体）の場合、カーボンがＦｅ2Ｏ3粒子内にほとんど閉じ込められていないため、約７００℃以上に加熱した場合にもカーボンの離脱現象がほとんど認められなかったものと考えられる。
なお、表１のＮｏ．２のＦｅ2Ｏ3粉末（すなわち、比表面積が１０．２ｍ２／ｇであるＦｅ2Ｏ3粉末）のＳＥＭ写真を図２に示す。
【００４０】
試料番号２〜４の試料において用いた、表１のＮｏ．２〜４のＦｅ2Ｏ3粉末は、Ｆｅ2Ｏ3粒子の表面に凹凸を有する、比表面積が１０ｍ2／ｇ以上のＦｅ2Ｏ3粉末である。そして、これらのＮｏ．２〜４のＦｅ2Ｏ3粉末を用いた試料番号２〜４の試料においては、Ｆｅ2Ｏ3粒子表面の凹凸が４００℃付近でネッキングを起こし、Ｆｅ2Ｏ3粒子表面が平滑化する際に、バインダーに由来するカーボンがＦｅ2Ｏ3粒子内に閉じ込められる。そして、このようにしてＦｅ2Ｏ3粒子内にと閉じ込められた残留カーボンは、後述の焼成工程における７００℃を超える温度で放出される。その結果、内部導体とその周囲のフェライトとの接合強度を低下させて、十分な応力緩和を行うことが可能になる。
【００４１】
一方、試料番号１の試料において用いたＮｏ．１のＦｅ2Ｏ3粉末は、比表面積が６．２ｍ2／ｇと小さく、Ｆｅ2Ｏ3粒子表面に十分な凹凸を有していないことから、カーボンがほとんど閉じ込められず、したがって、後述の焼成工程で７００℃を超える高温に加熱されてもほとんどカーボンが放出されることがないため、内部導体とその周囲のフェライトとの接合強度を低下させる効果はほとんど得られず、十分な応力緩和が行われることは期待できない。
【００４２】
以上の結果から、平均粒子径が０．１〜０．５μｍで、かつ比表面積が１０ｍ2／ｇ以上のＦｅ2Ｏ3粉末を用いることにより、脱脂時にバインダーに由来するカーボンをＦｅ2Ｏ3粉末内に閉じ込めることが可能になるとともに、後述の焼成工程における７００℃を超えた高温で、Ｆｅ2Ｏ3粉末内に閉じ込められたカーボンを効率よく放出させることが可能になり、十分な応力緩和を図ることが可能になることがわかる。
【００４３】
なお、Ｆｅ2Ｏ3粉末の比表面積については特に上限はないが、２０ｍ2／ｇを超えると、シート成形時に粉末粒子の結合が十分でなくなり、シート強度が低下するので、上限は２０ｍ2／ｇ程度とすることが好ましい。
【００４４】
[脱脂後積層体の焼成および焼成後の試料の電気的特性]
上述のようにして脱脂することにより得た脱脂後積層体を、焼成炉に入れ、９００℃で２時間保持して焼成した。得られた焼成済みの積層体の端面にＡｇを主成分とする外部電極形成用のペーストを塗布して、乾燥させた後、７５０℃で焼きつけて外部電極を形成することにより、図３に示すような構造を有する積層型インダクタ（試料）を得た。
【００４５】
なお、この図３の積層型インダクタ１０は、複数の磁性体セラミック層１と、磁性体セラミック層１を介して積層された複数の内部導体（コイル導体）２とが、ビアホール導体（図示せず）により層間接続されることにより形成されたコイル４が、積層体（チップ素子）５の内部に配設され、かつ、積層体（チップ素子）５の両端部には、コイル４の両端部４ａ，４ｂと導通するように一対の外部電極６ａ，６ｂが配設された構造を有している。
【００４６】
それから、外部電極を形成した後の試料について、インピーダンスアナライザ（アジレント・テクノロジー社製、ＨＰ４２９１Ａ）を用いてインピーダンス特性を測定した。
【００４７】
表２の試料番号１の試料（脱脂後積層体）を焼成することにより得た、焼成済みの試料（積層型インダクタＡ）および、表２の試料番号２の試料（脱脂後積層体）を焼成することにより得た試料（積層型インダクタＢ）のインピーダンス特性を図４に示す。
【００４８】
図４に示すように、本発明の実施例にかかる積層型インダクタ（フェライト積層電子部品）Ｂの場合、十分な応力緩和がなされており、高いインピーダンスが得られることが確認された。
【００４９】
一方、本願発明の要件を満たさない積層型インダクタ（フェライト積層電子部品）Ａの場合、十分な応力緩和がなされておらず、本発明の要件を満たす試料２に比べて、低いインピーダンスしか得られないことが確認された。
【００５０】
なお、図４には特に示していないが、表２の試料番号３および４の脱脂後積層体を焼成することにより得た試料（積層型インダクタ）についても同様の方法でインピーダンス特性を測定したが、上記の試料２の場合に準じるインピーダンス特性が得られることが確認されている。
【００５１】
上記実施例により、本発明のフェライト積層電子部品の製造方法のように、Ｆｅ2Ｏ3粉末として、平均粒径が０．１〜０．５μｍ、比表面積が１０ｍ2／ｇ以上の、粒子表面に凹凸を有する比表面積の大きなＦｅ2Ｏ3を用いるようにした場合、脱脂工程で、Ｆｅ2Ｏ3粒子内に確実に、有機バインダーに由来するカーボンを取り込み、その後の焼成工程での、フェライトが焼成される高い温度域でカーボンを放出させることが可能になり、ひいては、内部導体とその周囲のフェライトとの接合強度を和らげて、応力を緩和し、良好な特性を備えた積層型インダクタ（フェライト積層電子部品）が得られることが確認された。
【００５２】
また、上記実施例の方法によれば、グリーンシート（フェライトグリーンシート）の作製に用いられる配合物として、仮焼工程を経ていない、Ｆｅ2Ｏ3粉末およびＮｉＯ粉末と、有機バインダーとを含む配合物を用いているので、グリーンシートの作製に用いられる配合物を作製するにあたって、従来技術（上述の特許文献１の方法）では必須であった仮焼工程を不要にすることが可能になり、生産性を向上させることができる。
【００５３】
なお、この実施例では、積層型インダクタを例にとって説明したが、本発明は、積層型インダクタに限らず、積層型トランス、積層型ＬＣ複合部品、積層型コモンモードチョークコイルなどの種々のフェライト積層電子部品に適用することが可能である。
【００５４】
本発明はその他の点においても上記の実施例に限定されるものではなく、本発明の範囲内において、種々の応用、変形を加えることが可能である。
【符号の説明】
【００５５】
１ 磁性体セラミック層
２ 内部導体（コイル導体）
４ コイル
５ 積層体（チップ素子）
４ａ，４ｂ コイルの両端部
６ａ，６ｂ 外部電極
１０ 積層型インダクタ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品の製造方法に関し、詳しくは、内部導体をフェライト積層体の内部に備えた、積層インダクタなどのフェライト積層電子部品を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、フェライトなどの磁性体セラミック中に内部導体が配設された構造を有する積層型インダクタなどのフェライト積層電子部品が広く用いられている。
【０００３】
そして、これらのフェライト積層電子部品は、通常、表面に内部導体パターンが配設されたフェライトグリーンシートを積層し、得られる積層体を脱脂した後、焼成する工程を経て製造されている。
【０００４】
ところで、このようなフェライト積層電子部品の製造方法の１つに、フェライト系のセラミック原料粉末を混合する工程、混合粉末を仮焼して合成粉末を得る工程、仮焼合成粉末をシート化したグリーンシートを用いて、未焼成の内部導体を備えた積層体を形成する工程と、積層体を焼成する工程とを含むセラミック電子部品の製造方法であって、仮焼合成後の粉末中の残留カーボン量を５５０〜１１００ｐｐｍ（重量比）の範囲となるようにしたセラミック電子部品の製造方法が提案されている。（特許文献１参照）。
【０００５】
ところで、特許文献１では、Ｆｅ2Ｏ3、ＮｉＯ、ＺｎＯ、およびＣｕＯを主成分とするフェライトの原料粉末、水、ポリカルボン酸アンモニウム系分散剤、分散助剤であるポリビニルアルコール（ＰＶＡ）をボールミルで湿式混合して分散させた後、乾燥し、６００℃〜７００℃で仮焼合成して仮焼合成粉末を得る際に、仮焼合成温度、あるいは、ＰＶＡ添加量を調整することによって、仮焼合成後の粉末に残留するカーボン量を制御するようにしている。
【０００６】
仮焼合成後に残留するカーボンは、その後の焼成過程において、８００℃以上の高温域で、内部導体とその周囲のフェライトとの接合界面の酸素の一部を奪ってＣＯあるいはＣＯ2として脱離し、接合界面の接合強度を低下させるように作用する。
【０００７】
したがって、この特許文献１の製造方法によれば、上述のように、残留カーボン量を５５０〜１１００ｐｐｍの範囲に制御することで、焼成時に、内部導体とセラミック本体との間の接合強度を低減させ、内部導体の幅方向の少なくとも一端における、内部導体とその周囲のセラミックとの間に空隙を設けることが可能になり、セラミックに生じる残存応力を低減して、機械的強度に優れたセラミック電子部品を製造することができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−１５９３０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１のセラミック電子部品の製造方法のように、仮焼合成温度、あるいは、ＰＶＡ添加量を制御することによって、仮焼合成後の粉末に残留するカーボン量を制御するようにした場合、仮焼合成粉末に残存するカーボン量が安定しにくいという問題点がある。
【００１０】
また、特許文献１では、フェライトの原料粉末、水、ポリカルボン酸アンモニウム系分散剤、分散助剤であるポリビニルアルコール（ＰＶＡ）をボールミルで湿式混合して分散させた後、乾燥し、６００℃〜７００℃で仮焼合成するようにしており、仮焼工程が必須の工程となるため、製造プロセスが複雑化して生産性が低下したり、仮焼工程で消費される熱エネルギーなどによりランニングコストが増大したりするという問題点がある。
【００１１】
本発明は、上記課題を解決するものであり、焼成工程で、内部導体とその周囲のフェライトとの間の接合強度を調整して、残存応力を低減し、機械的強度を確保しつつ、良好な特性を備えたフェライト積層電子部品を効率よく製造することが可能なフェライト積層電子部品の製造方法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】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明のフェライト積層電子部品の製造方法は、
内部導体をフェライト積層体の内部に備えたフェライト積層電子部品の製造方法であって、
フェライト原料であるＦｅ2Ｏ3粉末およびＮｉＯ粉末と、有機バインダーとを含む配合物を用いてグリーンシートを作製するグリーンシート作製工程と、
前記グリーンシートを用いて、未焼成の内部導体を内蔵するグリーンシート積層体を形成する積層工程と、
所定の条件で熱処理して、前記グリーンシート積層体の脱脂を行う脱脂工程と、
前記グリーンシート積層体を脱脂することにより得られる脱脂後積層体を焼成する焼成工程と
を具備するとともに、
前記Ｆｅ2Ｏ3粉末として、平均粒径が０．１〜０．５μｍ、比表面積が１０ｍ2／ｇ以上のＦｅ2Ｏ3粉末を用いること
を特徴としている。
【００１３】
また、本発明のフェライト積層電子部品の製造方法においては、前記脱脂工程において、前記脱脂後積層体中の残留カーボン量が、重量基準で５５０〜１０００ｐｐｍとなるように脱脂を行うことが好ましい。
【００１４】
また、本発明のフェライト積層電子部品の製造方法においては、前記グリーンシートの作製に用いられる前記配合物として、仮焼工程を経ていない配合物を用いることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のフェライト積層電子部品の製造方法は、フェライト原料であるＦｅ2Ｏ3粉末として、平均粒径が０．１〜０．５μｍ、比表面積が１０ｍ2／ｇ以上のＦｅ2Ｏ3粉末を用いている。この平均粒径が０．１〜０．５μｍ、比表面積が１０ｍ2／ｇ以上という要件を満たすＦｅ2Ｏ3粉末は、粒子表面に凹凸を有する比表面積の大きいものであることから、脱脂工程で、凹凸のあるＦｅ2Ｏ3粒子内に有機バインダーに由来するカーボンが閉じ込められ、このカーボンが焼成工程において、フェライトが焼成される温度域で放出されることから、内部導体とその周囲のフェライトとの接合の強さが和らげられることになる。その結果、内部導体の周囲のフェライトに残留する応力が緩和され、特性の良好なフェライト積層電子部品を得ることが可能になる。
【００１６】
また、脱脂後積層体中の残留カーボン量が重量基準で５５０〜１０００ｐｐｍとなるように脱脂を行うことにより、内部導体とその周囲のフェライトとの接合強度を適度に和らげて、内部導体の周囲のフェライトに残留する応力を緩和し、必要な機械的強度を確保しつつ、良好な特性を備えたフェライト積層電子部品を得ることが可能になる。
【００１７】
また、グリーンシートの作製に用いられる配合物として、仮焼工程を経ていない配合物を用いることにより、グリーンシートの作製に用いられる配合物を得るのに、上述の特許文献１の方法の場合には必須であった仮焼工程を不要にすることが可能になり、生産性を向上させることができる。
【００１８】
なお、本発明では、Ｆｅ2Ｏ3粉末として、平均粒径が０．１〜０．５μｍ、比表面積が１０ｍ2／ｇ以上のＦｅ2Ｏ3粉末を用いているので、特に仮焼工程を経ていない配合物を用いた場合にも、脱脂工程でＦｅ2Ｏ3粒子内に確実に有機バインダーに由来するカーボンが閉じ込められることになり、焼成工程において十分な残留応力の緩和効果を得ることができる。
【００１９】
すなわち、本発明によれば、特許文献１の方法の場合には必須であったフェライト原料の仮焼工程を必要とせずに、グリーンシートを作製する際に成形のための必要性からフェライト原料に添加される有機バインダーを残留カーボン源として利用することが可能になり、効率よく、必要な機械的強度と、良好な特性を備えたフェライト積層電子部品を製造することができる。
【００２０】
なお、本発明において用いられているＦｅ2Ｏ3粉末は、比表面積が大きくて反応性が高いことから、脱脂工程で取り込まれた残留カーボンが、焼成工程で十分に放出されるとともに、その温度域で焼結することから、十分な応力緩和を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施例において、脱脂後積層体（表２の試料番号１および２の各試料）についてＴＧ−ＭＳ法（熱重量−質量分析法）を用いて、２００〜１０００℃の温度範囲で離脱するカーボンの量を測定した結果を示す図である。
【図２】表１のＮｏ．２のＦｅ2Ｏ3粉末のＳＥＭ写真を示す図である。
【図３】本発明の実施例において作製した積層型インダクタの構成を示す断面図である。
【図４】表２の試料番号１および２の脱脂後積層体（試料）を焼成することにより得た、焼成済みの試料１および２のインピーダンス特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に本発明の実施例を示して、本発明の特徴とするところをさらに詳しく説明する。
【実施例１】
【００２３】
フェライトの出発原料として、ＳＥＭ観察により求めた平均粒子径が０．１〜０．５μｍで、表１に示すように、比表面積が６．２〜１９．２ｍ2／ｇのＦｅ2Ｏ3粉末（表１のＮｏ．１〜４のＦｅ2Ｏ3粉末）を用意した。なお、表１のＮｏ．１のＦｅ2Ｏ3粉末は、平均粒径は０．１〜０．５μｍであるが、比表面積が６．２ｍ2／ｇと小さい、本発明の要件を備えていない比較用のＦｅ2Ｏ3粉末であり、Ｎｏ．２〜４のＦｅ2Ｏ3粉末は、平均粒径が０．１〜０．５μｍ、比表面積が１０ｍ2／ｇ以上という本発明の要件を備えているＦｅ2Ｏ3粉末である。また、平均粒子径はＳＥＭ画像を画像解析し、円相当径の平均値を求め、これを平均粒子径とした。また、比表面積は、マウンテック社のＢＥＴ計にて測定した。
【００２４】
【表１】
【００２５】
また、フェライトの他の出発原料として、ＺｎＯ、ＮｉＯ、ＣｕＯの各粉末もそれぞれ用意した。
【００２６】
それから、これらの原料粉末を、
Ｆｅ2Ｏ3＝４９．０ｍｏｌ％、
ＺｎＯ ＝２９．０ｍｏｌ％、
ＮｉＯ ＝１４．０ｍｏｌ％、
ＣｕＯ ＝８．０ｍｏｌ％、
となるように秤量した。
【００２７】
次に、秤量物を、粉砕媒体としての直径１ｍｍのＰＳＺメディアとともにボールミルに投入し、さらに所定量の分散剤と、溶剤（分散媒）としての純水とを添加した後、ボールミルを所定時間回転させ、原料を十分に混合、粉砕した。
それから、得られたスラリーを排出し、スプレー乾燥機で乾燥することにより、フェライト原料粉末（生調合原料）を得た。
【００２８】
得られたフェライト原料粉末を、再び直径１ｍｍのＰＳＺメディアとともにボールミルに投入し、さらに所定量のポリビニルブチラール（バインダー）と、ジブチルフタレート（可塑剤）と、ポリカルボン酸アンモニウム塩（分散剤）と、エタノール（溶媒）とを加えて混合することにより、フェライト原料スラリーを得た。
【００２９】
次に、ドクターブレード法を用いて、厚さが５０μｍとなるようにフェライト原料スラリーをシート状に成形し、これを５０ｍｍ×５０ｍｍの大きさに打ち抜くことにより、グリーンシート（フェライトグリーンシート）を作製した。バインダーは、脱脂後に残留するカーボンの原料となるものであり、その添加量は１２〜１８重量％の範囲とすることが好ましい。ただし、シート成形が可能な範囲であることが必要となる。
【００３０】
それから、内部導体を形成するための導電ペーストとして、所定量のエチルセルロース樹脂をテルピネオールに溶解させて有機ビヒクルを作製し、これに所定量のＡｇ粒子を加え、３本ロールミルで混練することにより、Ａｇペーストを作製した。
【００３１】
そして、レーザ加工機を用いて、上述のフェライトグリーンシートの所定位置にビアホールを形成した後、Ａｇペーストをスクリーン印刷することにより、ビアホールにＡｇペーストを充填して、ビアホール導体を形成するとともに、フェライトグリーンシートの表面に所定形状の内部導体パターン（コイル用導体パターン）を形成した。なお、このコイル用導体パターンおよびビアホール導体は積層後に内部導体となる。
【００３２】
次いで、コイル用導体パターンおよびビアホール導体の形成されたフェライトグリーンシートと、それらの形成されていないフェライトグリーンシートとを所定の順序で積層することにより、コイル用導体パターンおよびビアホール導体の形成されたフェライトグリーンシートが所定枚数積層され、その上下両主面側にコイルパターンの形成されていないフェライトグリーンシートが配設された構造を有する未焼成の積層体を形成した。
【００３３】
それから、上記未焼成の積層体を、温度６０℃、圧力１００ＭＰａの条件で圧着し、圧着ブロックを作製した。
【００３４】
そして、この圧着ブロックを所定のサイズに切断することにより、表１におけるＮｏ．１〜４の各Ｆｅ2Ｏ3粉末を用いたグリーンシート積層体を作製した。
【００３５】
[脱脂および脱脂後の試料の残留カーボン量の測定]
それから、作製した生のグリーンシート積層体を、大気中４００℃で４時間保持して脱脂した。そして、得られた脱脂後積層体（表２の試料番号１および２の各試料試料）について、ＴＧ−ＭＳ法（熱重量−質量分析法）を用いて、２００〜１０００℃の温度範囲で離脱するカーボン（残留カーボン）の量を測定した。その結果を、表２および図１に示す。なお、表２の試料番号１の試料は、本発明の要件を備えていない、表１のＮｏ．１のＦｅ2Ｏ3粉末を用いた試料であり、試料番号２〜４は、本発明の要件を備えている、表１のＮｏ．２〜４のＦｅ2Ｏ3粉末を用いた試料である。
【００３６】
【表２】
【００３７】
表２に示すように、試料番号１の本発明の要件を満たしていない、表１のＮｏ．１のＦｅ2Ｏ3粉末を用いた試料番号１の試料（脱脂後積層体）の残留カーボン量は５０ｐｐｍであるのに対し、試料番号２〜４の、本発明の要件を満たす、表１のＮｏ．２〜４のＦｅ2Ｏ3粉末を用いた試料番号２〜４の試料（脱脂後積層体）の場合、残留カーボン量は５５０〜９８０ｐｐｍと多くなっている。
【００３８】
また、本発明の要件を満たす、表１のＮｏ．２のＦｅ2Ｏ3粉末を用いた試料番号２の試料の場合、図１に示すように、約７００℃付近から急激にカーボンが離脱することが確認された。なお、試料番号３および４の試料についても、同様の挙動を示すことを確認している。
【００３９】
一方、本発明の要件を満たさない、表１のＮｏ．１のＦｅ2Ｏ3粉末を用いた試料番号１の試料の場合、図１に示すように、約７００℃付近からのカーボンの離脱現象はほとんど認められなかった。これは、表１のＮｏ．１のＦｅ2Ｏ3粉末を用いた試料番号１の試料（脱脂後積層体）の場合、カーボンがＦｅ2Ｏ3粒子内にほとんど閉じ込められていないため、約７００℃以上に加熱した場合にもカーボンの離脱現象がほとんど認められなかったものと考えられる。
なお、表１のＮｏ．２のＦｅ2Ｏ3粉末（すなわち、比表面積が１０．２ｍ２／ｇであるＦｅ2Ｏ3粉末）のＳＥＭ写真を図２に示す。
【００４０】
試料番号２〜４の試料において用いた、表１のＮｏ．２〜４のＦｅ2Ｏ3粉末は、Ｆｅ2Ｏ3粒子の表面に凹凸を有する、比表面積が１０ｍ2／ｇ以上のＦｅ2Ｏ3粉末である。そして、これらのＮｏ．２〜４のＦｅ2Ｏ3粉末を用いた試料番号２〜４の試料においては、Ｆｅ2Ｏ3粒子表面の凹凸が４００℃付近でネッキングを起こし、Ｆｅ2Ｏ3粒子表面が平滑化する際に、バインダーに由来するカーボンがＦｅ2Ｏ3粒子内に閉じ込められる。そして、このようにしてＦｅ2Ｏ3粒子内にと閉じ込められた残留カーボンは、後述の焼成工程における７００℃を超える温度で放出される。その結果、内部導体とその周囲のフェライトとの接合強度を低下させて、十分な応力緩和を行うことが可能になる。
【００４１】
一方、試料番号１の試料において用いたＮｏ．１のＦｅ2Ｏ3粉末は、比表面積が６．２ｍ2／ｇと小さく、Ｆｅ2Ｏ3粒子表面に十分な凹凸を有していないことから、カーボンがほとんど閉じ込められず、したがって、後述の焼成工程で７００℃を超える高温に加熱されてもほとんどカーボンが放出されることがないため、内部導体とその周囲のフェライトとの接合強度を低下させる効果はほとんど得られず、十分な応力緩和が行われることは期待できない。
【００４２】
以上の結果から、平均粒子径が０．１〜０．５μｍで、かつ比表面積が１０ｍ2／ｇ以上のＦｅ2Ｏ3粉末を用いることにより、脱脂時にバインダーに由来するカーボンをＦｅ2Ｏ3粉末内に閉じ込めることが可能になるとともに、後述の焼成工程における７００℃を超えた高温で、Ｆｅ2Ｏ3粉末内に閉じ込められたカーボンを効率よく放出させることが可能になり、十分な応力緩和を図ることが可能になることがわかる。
【００４３】
なお、Ｆｅ2Ｏ3粉末の比表面積については特に上限はないが、２０ｍ2／ｇを超えると、シート成形時に粉末粒子の結合が十分でなくなり、シート強度が低下するので、上限は２０ｍ2／ｇ程度とすることが好ましい。
【００４４】
[脱脂後積層体の焼成および焼成後の試料の電気的特性]
上述のようにして脱脂することにより得た脱脂後積層体を、焼成炉に入れ、９００℃で２時間保持して焼成した。得られた焼成済みの積層体の端面にＡｇを主成分とする外部電極形成用のペーストを塗布して、乾燥させた後、７５０℃で焼きつけて外部電極を形成することにより、図３に示すような構造を有する積層型インダクタ（試料）を得た。
【００４５】
なお、この図３の積層型インダクタ１０は、複数の磁性体セラミック層１と、磁性体セラミック層１を介して積層された複数の内部導体（コイル導体）２とが、ビアホール導体（図示せず）により層間接続されることにより形成されたコイル４が、積層体（チップ素子）５の内部に配設され、かつ、積層体（チップ素子）５の両端部には、コイル４の両端部４ａ，４ｂと導通するように一対の外部電極６ａ，６ｂが配設された構造を有している。
【００４６】
それから、外部電極を形成した後の試料について、インピーダンスアナライザ（アジレント・テクノロジー社製、ＨＰ４２９１Ａ）を用いてインピーダンス特性を測定した。
【００４７】
表２の試料番号１の試料（脱脂後積層体）を焼成することにより得た、焼成済みの試料（積層型インダクタＡ）および、表２の試料番号２の試料（脱脂後積層体）を焼成することにより得た試料（積層型インダクタＢ）のインピーダンス特性を図４に示す。
【００４８】
図４に示すように、本発明の実施例にかかる積層型インダクタ（フェライト積層電子部品）Ｂの場合、十分な応力緩和がなされており、高いインピーダンスが得られることが確認された。
【００４９】
一方、本願発明の要件を満たさない積層型インダクタ（フェライト積層電子部品）Ａの場合、十分な応力緩和がなされておらず、本発明の要件を満たす試料２に比べて、低いインピーダンスしか得られないことが確認された。
【００５０】
なお、図４には特に示していないが、表２の試料番号３および４の脱脂後積層体を焼成することにより得た試料（積層型インダクタ）についても同様の方法でインピーダンス特性を測定したが、上記の試料２の場合に準じるインピーダンス特性が得られることが確認されている。
【００５１】
上記実施例により、本発明のフェライト積層電子部品の製造方法のように、Ｆｅ2Ｏ3粉末として、平均粒径が０．１〜０．５μｍ、比表面積が１０ｍ2／ｇ以上の、粒子表面に凹凸を有する比表面積の大きなＦｅ2Ｏ3を用いるようにした場合、脱脂工程で、Ｆｅ2Ｏ3粒子内に確実に、有機バインダーに由来するカーボンを取り込み、その後の焼成工程での、フェライトが焼成される高い温度域でカーボンを放出させることが可能になり、ひいては、内部導体とその周囲のフェライトとの接合強度を和らげて、応力を緩和し、良好な特性を備えた積層型インダクタ（フェライト積層電子部品）が得られることが確認された。
【００５２】
また、上記実施例の方法によれば、グリーンシート（フェライトグリーンシート）の作製に用いられる配合物として、仮焼工程を経ていない、Ｆｅ2Ｏ3粉末およびＮｉＯ粉末と、有機バインダーとを含む配合物を用いているので、グリーンシートの作製に用いられる配合物を作製するにあたって、従来技術（上述の特許文献１の方法）では必須であった仮焼工程を不要にすることが可能になり、生産性を向上させることができる。
【００５３】
なお、この実施例では、積層型インダクタを例にとって説明したが、本発明は、積層型インダクタに限らず、積層型トランス、積層型ＬＣ複合部品、積層型コモンモードチョークコイルなどの種々のフェライト積層電子部品に適用することが可能である。
【００５４】
本発明はその他の点においても上記の実施例に限定されるものではなく、本発明の範囲内において、種々の応用、変形を加えることが可能である。
【符号の説明】
【００５５】
１ 磁性体セラミック層
２ 内部導体（コイル導体）
４ コイル
５ 積層体（チップ素子）
４ａ，４ｂ コイルの両端部
６ａ，６ｂ 外部電極
１０ 積層型インダクタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部導体をフェライト積層体の内部に備えたフェライト積層電子部品の製造方法であって、
フェライト原料であるＦｅ2Ｏ3粉末およびＮｉＯ粉末と、有機バインダーとを含む配合物を用いてグリーンシートを作製するグリーンシート作製工程と、
前記グリーンシートを用いて、未焼成の内部導体を内蔵するグリーンシート積層体を形成する積層工程と、
所定の条件で熱処理して、前記グリーンシート積層体の脱脂を行う脱脂工程と、
前記グリーンシート積層体を脱脂することにより得られる脱脂後積層体を焼成する焼成工程と
を具備するとともに、
前記Ｆｅ2Ｏ3粉末として、平均粒径が０．１〜０．５μｍ、比表面積が１０ｍ2／ｇ以上のＦｅ2Ｏ3粉末を用いること
を特徴とフェライト積層電子部品の製造方法。
【請求項２】
前記脱脂工程において、前記脱脂後積層体中の残留カーボン量が、重量基準で５５０〜１０００ｐｐｍとなるように脱脂を行うことを特徴とする請求項１記載のフェライト積層電子部品の製造方法。
【請求項３】
前記グリーンシートの作製に用いられる前記配合物として、仮焼工程を経ていない配合物を用いることを特徴とする請求項１または２記載のフェライト積層電子部品の製造方法。
【請求項１】
内部導体をフェライト積層体の内部に備えたフェライト積層電子部品の製造方法であって、
フェライト原料であるＦｅ2Ｏ3粉末およびＮｉＯ粉末と、有機バインダーとを含む配合物を用いてグリーンシートを作製するグリーンシート作製工程と、
前記グリーンシートを用いて、未焼成の内部導体を内蔵するグリーンシート積層体を形成する積層工程と、
所定の条件で熱処理して、前記グリーンシート積層体の脱脂を行う脱脂工程と、
前記グリーンシート積層体を脱脂することにより得られる脱脂後積層体を焼成する焼成工程と
を具備するとともに、
前記Ｆｅ2Ｏ3粉末として、平均粒径が０．１〜０．５μｍ、比表面積が１０ｍ2／ｇ以上のＦｅ2Ｏ3粉末を用いること
を特徴とフェライト積層電子部品の製造方法。
【請求項２】
前記脱脂工程において、前記脱脂後積層体中の残留カーボン量が、重量基準で５５０〜１０００ｐｐｍとなるように脱脂を行うことを特徴とする請求項１記載のフェライト積層電子部品の製造方法。
【請求項３】
前記グリーンシートの作製に用いられる前記配合物として、仮焼工程を経ていない配合物を用いることを特徴とする請求項１または２記載のフェライト積層電子部品の製造方法。
【図１】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【公開番号】特開２０１２−７９９１３（Ｐ２０１２−７９９１３Ａ）
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２２３４８０（Ｐ２０１０−２２３４８０）
【出願日】平成２２年１０月１日（２０１０．１０．１）
【出願人】（０００００６２３１）株式会社村田製作所 (3,635)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月１日（２０１０．１０．１）
【出願人】（０００００６２３１）株式会社村田製作所 (3,635)
【Ｆターム（参考）】
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