積層インダクタ
【課題】サイズが小型化しても高いＬ値を有しており、内部導線が断線しにくい積層インダクタの提供。
【解決手段】磁性体層２０と内部導線形成層１０との積層構造を有し、磁性体層２０は軟磁性合金粒子２５で形成され、内部導線形成層１０は内部導線１２とその周囲の逆パターン部１１とを有し、逆パターン部１１は磁性体層２０の軟磁性合金粒子２５と構成元素の種類が同じであって平均粒子径がより大きい軟磁性合金粒子１５で形成されている、積層インダクタ１。
【解決手段】磁性体層２０と内部導線形成層１０との積層構造を有し、磁性体層２０は軟磁性合金粒子２５で形成され、内部導線形成層１０は内部導線１２とその周囲の逆パターン部１１とを有し、逆パターン部１１は磁性体層２０の軟磁性合金粒子２５と構成元素の種類が同じであって平均粒子径がより大きい軟磁性合金粒子１５で形成されている、積層インダクタ１。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は積層インダクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、積層インダクタの製造方法の一つとして、フェライト等を含有するセラミックグリーンシートに内部導体パターンを印刷し、これらのシートを積層し、焼成する方法が知られている。
【０００３】
特許文献１によれば、導体パターンが形成された未焼成セラミック積層体を圧着・焼成してなる積層チップインダクタの製造方法が開示されている。特許文献１の製造方法では、導体パターンの少なくとも周辺の磁性材料グリーンシート上に補助磁性材料層を設けること、ならびに、焼成後においては、補助磁性材料層の焼成後の厚さが導体パターンの焼成後の厚さより大きくなるように構成される。
【０００４】
近年、積層インダクタには大電流化（定格電流の高値化を意味する）が求められており、該要求を満足するために、磁性体の材質を従前のフェライトから軟磁性合金に切り替えることが検討されている。軟磁性合金として提案されるＦｅ−Ｃｒ−Ｓｉ合金やＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ合金は、材料自体の飽和磁束密度がフェライトに比べて高い。その反面、材料自体の体積抵抗率が従前のフェライトに比べて格段に低い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特公平７−１２３０９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
積層インダクタにおいて、グリーンシート上に形成されたコイル等の導体パターンに由来する内部導線が存在する層と、グリーンシートに由来する磁性体からなる層とを別々の層として認識することができ、前者を内部導線形成層と呼び、後者を磁性体層と呼ぶことができる。
【０００７】
近時のデバイスの小型化にともない、積層インダクタ内の内部導線は細くなりがちであり、内部導線がショートしたり断線したりしにくい設計を考慮する必要がある。他方、磁性材料としてなるべく高い透磁率のものを用いてデバイス全体として高いＬ値を呈することができるような設計が好ましい。
【０００８】
これらのことを考慮し、本発明は軟磁性合金を磁性材料として用い、透磁率を高めて、高いＬ値を呈し、デバイスの小型化にも対応できる積層インダクタを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らが鋭意検討した結果、磁性体層と内部導線形成層との積層構造を有する積層インダクタの発明を完成した。本発明によれば、磁性体層は軟磁性合金粒子で形成され、内部導線形成層は内部導線とその周囲の逆パターン部とを有する。そして、逆パターン部は上記磁性体層の軟磁性合金粒子と構成元素の種類が同じであって平均粒子径がより大きい軟磁性合金粒子で形成されている。
好ましくは、上記磁性体層及び逆パターン部を形成する軟磁性合金粒子がいずれもＦｅ−Ｃｒ−Ｓｉ系軟磁性合金からなる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、逆パターン部には粒子径の大きな軟磁性合金粒子を用いるので、デバイス全体の透磁率が向上し、結果としてインダクタとしてのＬ値も向上する。内部導線と接触面積の大きい磁性体層には粒子径の小さな軟磁性合金粒子を用いることによって、内部導線のショート・断線が生じにくく、結果としてデバイスの小型化に対応し得る。逆パターン部のための軟磁性合金粒子と磁性体層のための軟磁性合金粒子とを同一組成又は近似する組成の軟磁性合金で構成することができ、逆パターン部と磁性体層との接合性が向上し、デバイス全体としての強度向上に寄与する。
本発明の好適態様によれば、軟磁性合金としてＦｅ−Ｃｒ−Ｓｉ系合金を用いることにより、高密度で逆パターン層および磁性体層を構成することができ、結果として、積層インダクタ全体の強度が向上し得る。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】積層インダクタの模式断面図である。
【図２】積層インダクタの製造の一例を示す模式断面図である。
【図３】積層インダクタの模式的な分解図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を適宜参照しながら本発明を詳述する。但し、本発明は図示された態様に限定されるわけでなく、また、図面においては発明の特徴的な部分を強調して表現することがあるので、図面各部において縮尺の正確性は必ずしも担保されていない。
【００１３】
図１（ａ）は積層インダクタの模式的な断面図である。図１（ｂ）は図１（ａ）の部分拡大図である。本発明によれば、積層インダクタ１は積層構造を有する。この積層構造は、内部導線形成層１０と磁性体層２０とを有する。磁性体層２０は層全体が実質的に軟磁性合金粒子２５からなる。典型的には、磁性体層２０は軟磁性合金粒子２５を含むグリーンシートに由来する。磁性体層２０には後述する導体材料が充填されたスルーホールが形成されていてもよいが、それ以外は実質的には導体材料を含まない。内部導線形成層１０は、内部導線１２とその周囲の逆パターン部１１とを有する。内部導線１２は、典型的には上記グリーンシートの上に印刷等で形成された導体パターンに由来する。逆パターン部１１は内部導線形成層１０における内部導線１２の周囲に存在する。逆パターン部１１は軟磁性合金粒子１５からなり、内部導線１２とともに内部導線形成層１０を構成する。逆パターン部１１は内部導線１２と好ましくは略同一の厚さを有するが、逆パターン部１１と内部導線１２との厚さに差異があってもよい。積層インダクタ１は、内部導線形成層１０と磁性体層２０とを有する積層構造のさらに上部及び／又は下部に、軟磁性合金粒子を含むダミーシートを熱処理してなる領域を有していてもよい。
【００１４】
積層インダクタ１は、内部導線１２の大部分が磁性材料の中に埋没している構造を有する。前記磁性材料は、内部導線１２が位置する内部導線形成層１０を挟むように積層された磁性体層２０および内部導線形成層１０に位置する逆パターン部１１からなる。典型的には、内部導線１２は螺旋状に形成されたコイルであり、この場合は、ほぼ環状あるいは半環状などの導体パターンを、スクリーン印刷法などによってグリーンシート上に印刷し、スルーホールに導体を充填して、前記シートを積層することなどにより形成することができる。導体パターンが印刷されるグリーンシートは、磁性材料を含有し、所定の位置にスルーホールが設けられている。なお、内部導線としては、図示された螺旋状のコイルの他、渦巻き状のコイル、ミアンダ（蛇行）状の導線、あるいは直線状の導線等が挙げられる。
【００１５】
図１（ｂ）は、内部導線形成層１０にある逆パターン部１１と磁性体層２０との境界付近の模式的な拡大図である。積層インダクタ１では、軟磁性合金粒子１５が多数集積して所定形状の逆パターン部１１を構成している。同様に、軟磁性合金粒子２５が多数集積して所定形状の磁性体層２０を構成している。個々の軟磁性合金粒子１５、２５はその周囲の概ね全体にわたって酸化被膜が形成されていて、この酸化被膜により逆パターン部１１および磁性体層２０の絶縁性が確保される。好ましくはこの酸化被膜は軟磁性合金粒子１５、２５自身の表面とその近傍が酸化してなるものである。図面では、酸化被膜の描写を省略している。隣接する軟磁性合金粒子１５、２５どうしは、概ね、それぞれの軟磁性合金粒子１５、２５がもつ酸化被膜どうしが結合することにより、一定の形状を有する逆パターン部１１および磁性体層２０を構成している。部分的には、隣接する軟磁性合金粒子１５、２５の金属部分どうしが結合していてもよい。また、内部導線１２の近傍では、主に上記酸化被膜を介して、軟磁性合金粒子１５、２５と内部導線１２とが密着している。軟磁性合金粒子１５、２５がＦｅ−Ｍ−Ｓｉ系合金（但し、Ｍは鉄より酸化し易い金属である。）からなる場合、酸化被膜には、磁性体であるＦｅ3Ｏ4と、非磁性体であるＦｅ2Ｏ3及びＭＯｘ（ｘは金属Ｍの酸化数に応じて決まる値である。）を少なくとも含むことが確認されている。
【００１６】
上述の酸化被膜どうしの結合の存在は、例えば、約３０００倍に拡大したＳＥＭ観察像などにおいて、隣接する軟磁性合金粒子１５、２５が有する酸化被膜が同一相であることを視認することなどで、明確に判断することができる。酸化被膜どうしの結合の存在により、積層インダクタ１における機械的強度と絶縁性の向上が図られる。積層インダクタ１の全体にわたって、隣接する軟磁性合金粒子１５、２５が有する酸化被膜どうしが結合していることが好ましいが、一部でも結合していれば、相応の機械的強度と絶縁性の向上が図られ、そのような形態も本発明の一態様であるといえる。
【００１７】
同様に、上述の軟磁性合金粒子１５、２５の金属部分どうしの結合（金属結合）についても、例えば、約３０００倍に拡大したＳＥＭ観察像などにおいて、隣接する軟磁性合金粒子１５、２５どうしが同一相を保ちつつ結合点を有することを視認することなどにより、金属結合の存在を明確に判断することができる。軟磁性合金粒子１５、２５どうしの金属結合の存在により透磁率のさらなる向上が図られる。
【００１８】
なお、隣接する軟磁性合金粒子が、酸化被膜どうしの結合も、金属粒子どうしの結合もいずれも存在せず単に物理的に接触又は接近するに過ぎない形態が部分的にあってもよい。
【００１９】
積層インダクタ１における内部導線形成層１０にある内部導線１２を構成する導体は積層インダクタの導線として通常使用される金属を適宜用いることができ、銀や銀合金などを非限定的に例示することができる。内部導線１２の両端は、典型的には、それぞれ引出導体（図示せず）を介して積層インダクタ１の外表面の相対向する端面に引き出され、外部端子（図示せず）に接続される。
【００２０】
本発明によれば、磁性体層２０に用いられる軟磁性合金粒子２５の平均粒子径よりも、逆パターン部１１において用いられる軟磁性合金粒子１５の平均粒子径の方が大きい。また、好ましくは、上記磁性体層２０に用いられる軟磁性合金粒子２５と、逆パターン部１１における軟磁性合金粒子１５とは、同組成あるいは近似した組成であり、具体的には、軟磁性合金粒子の構成元素の種類が磁性体層２０と逆パターン部１１とで同一であり、より好ましくは、軟磁性合金粒子の構成元素の種類及び存在比率が磁性体層２０と逆パターン部１１とで同一である。軟磁性合金粒子の構成元素の種類が磁性体層２０と逆パターン部１１とで同一であって、かつ、軟磁性合金粒子の構成元素の存在比率が磁性体層２０と逆パターン部１１とで異なっていてもよい。構成元素の種類が同一であることは以下の例示により説明される。例えば、ＦｅとＣｒとＳｉとの三元素からなる二種類の軟磁性合金（Ｆｅ−Ｃｒ−Ｓｉ系軟磁性合金）が存在すれば、ＦｅとＣｒとＳｉとの存在比率を問わずに、これらについては構成元素の種類は同一であると評価することができる。
【００２１】
好適には、逆パターン部１１において用いられる軟磁性合金粒子１５の平均粒子径は、上記磁性体層２０に用いられる軟磁性合金粒子２５の平均粒子径の１．３倍以上であり、より好ましくは１．５〜７．０倍である。
【００２２】
上記の構成により、逆パターン部１１は大きな軟磁性合金粒子１５から構成されることになり、結果として、透磁率の向上を図ることができる。本発明によれば、内部導線１２と大きな面積で接する磁性体層２０では小さな軟磁性合金粒子を用いることができる。このためデバイスが小型化して内部導線１２の導線が細くなっても断線しにくくなる。結果として、デバイスの小型化と透磁率向上とを両立することができる。特に、磁性体層２０と、逆パターン部１１とが同組成あるいは近似した組成からなる軟磁性合金粒子で構成されていれば、磁性体層２０と逆パターン部１１との接合性が良好である。図１（ａ）では、逆パターン部１１と磁性体層２０との界面が材質的に明瞭に区分けされているように描写されているが、実際には、部分拡大図である図１（ｂ）のように、接合界面付近では、逆パターン部１１のための軟磁性合金粒子１５と、磁性体層２０のための軟磁性合金粒子２５とが入り混じっていてもよい。
【００２３】
上記磁性体層２０および逆パターン部１１で用いられる軟磁性合金粒子１５、２５の平均粒子径は、ＳＥＭ像を取得して画像解析に供して得られるｄ５０値である。具体的には、上記磁性体層２０および逆パターン部１１の断面のＳＥＭ像（約３０００倍）を取得し、測定部分における平均的な大きさの粒子を３００個以上選び出して、それらのＳＥＭ像における面積を測定し、粒子が球体であると仮定して平均粒子径を算出する。粒子を選び出す方法としては、例えば次のような方法が挙げられる。前記のＳＥＭ像内に存在する粒子が３００個未満の場合は、該ＳＥＭ像内の粒子をすべてサンプリングし、これを複数個所行って３００個以上選び出す。前記のＳＥＭ像内に３００個以上粒子が存在する場合は、該ＳＥＭ像内に所定間隔で直線を引いて、その直線上にかかった粒子を全部サンプリングして、３００個以上選び出す。あるいは、内部導線の厚み分の間隔で内部導線に沿うように２本の平行線を引き、この平行線内に存在する粒子を逆パターン部の粒子としてサンプリングし、平行線の外側に存在する粒子を磁性体層の粒子としてサンプリングする。この場合も、一か所で３００個未満の場合は複数個所でサンプリングを行う。なお、軟磁性合金粒子を用いる積層インダクタにおいては、原料粒子の粒子径と、熱処理後の上記磁性体層２０および逆パターン部１１を構成する軟磁性合金粒子１５、２５の粒子径とはほぼ同じであることが知られている。このため、原料として用いる軟磁性合金粒子の平均粒子径を測定しておくことで、積層インダクタ１に含まれる軟磁性合金粒子の平均粒子径を想定することも可能である。
【００２４】
以下、本発明に係る積層インダクタ１の典型的な製造方法を説明する。積層インダクタ１の製造にあたっては、まず、ドクターブレードやダイコータ等の塗工機を用いて、予め用意した磁性体ペースト（スラリー）を、樹脂等からなるベースフィルムの表面に塗工する。これを熱風乾燥機等の乾燥機で乾燥してグリーンシートを得る。ここで得たグリーンシートは、完成後の積層インダクタ１においては磁性体層２０になる。上記磁性体ペーストは、軟磁性合金粒子と、典型的には、バインダとしての高分子樹脂と溶剤とを含む。
【００２５】
軟磁性合金粒子は、主として合金からなる軟磁性を呈する粒子である。合金の種類としては、Ｆｅ−Ｍ−Ｓｉ系合金（但し、Ｍは鉄より酸化し易い金属である。）が挙げられる。Ｍとしては、Ｃｒ、Ａｌなどが挙げられ、好ましくはＣｒである。軟磁性合金粒子としては、例えばアトマイズ法で製造される粒子が挙げられる。
【００２６】
ＭがＣｒである場合、つまり、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｓｉ系合金におけるクロムの含有率は、好ましくは２〜８ｗｔ％である。クロムの存在は、熱処理時に不動態を形成して過剰な酸化を抑制するとともに強度および絶縁抵抗を発現する点で好ましく、一方、磁気特性の向上の観点からはクロムが少ないことが好ましく、これらを勘案して上記好適範囲が提案される。
【００２７】
Ｆｅ−Ｃｒ−Ｓｉ系軟磁性合金におけるＳｉの含有率は、好ましくは１．５〜７ｗｔ％である。Ｓｉの含有量が多ければ高抵抗・高透磁率という点で好ましく、Ｓｉの含有量が少なければ成形性が良好であり、これらを勘案して上記好適範囲が提案される。
【００２８】
Ｆｅ−Ｃｒ−Ｓｉ系合金において、ＳｉおよびＣｒ以外の残部は不可避不純物を除いて、鉄であることが好ましい。Ｆｅ、ＳｉおよびＣｒ以外に含まれていてもよい金属としては、アルミニウム、マグネシウム、カルシウム、チタン、マンガン、コバルト、ニッケル、銅などが挙げられ、非金属としてはリン、硫黄、カーボンなどが挙げられる。
【００２９】
積層インダクタ１における各々の軟磁性合金粒子を構成する合金については、例えば、積層インダクタ１の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて撮影して、その後、エネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＳ）によるＺＡＦ法で化学組成を算出することができる。
【００３０】
本発明によれば、磁性体層２０のための磁性体ペースト（スラリー）と、逆パターン部１１のための磁性体ペースト（スラリー）をそれぞれ別に製造することが好ましい。磁性体層２０のための磁性体ペースト（スラリー）の製造には比較的に小さな軟磁性合金粒子を用い、前記粒子よりも大きな軟磁性合金粒子を逆パターン部１１のための磁性体ペースト（スラリー）の製造のために用いる。
【００３１】
磁性体層２０のための原料として用いる軟磁性合金粒子の粒子径は、体積基準において、ｄ５０が好ましくは２〜２０μｍであり、より好ましくは３〜１０μｍである。逆パターン部１１のための原料として用いる軟磁性合金粒子の粒子径は、体積基準において、ｄ５０が好ましくは５〜３０μｍであり、より好ましくは６〜２０μｍである。原料粒子としての軟磁性合金粒子のｄ５０は、レーザ回折散乱法を利用した粒子径・粒度分布測定装置（例えば、日機装（株）製のマイクロトラック）を用いて測定される。軟磁性合金粒子を用いる積層インダクタおいては、完成した積層インダクタ１に含まれる軟磁性合金粒子１５、２５は原料粒子としての軟磁性合金粒子の粒子サイズと概ね等しいことが分かっている。
【００３２】
上述の磁性体ペーストには、好適にはバインダとしての高分子樹脂が含まれる。高分子樹脂の種類は特に限定はなく、例えば、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）等のポリビニルアセタール樹脂などが挙げられる。磁性体ペーストの溶剤の種類は特に限定はなく、例えば、ブチルカルビトール等のグリコールエーテルなどを用いることができる。磁性体ペーストにおける軟磁性合金粒子、高分子樹脂、溶剤などの配合比率などは適宜調節することができ、それによって、磁性体ペーストの粘度などを設定することも可能である。
【００３３】
磁性体ペーストを塗工および乾燥してグリーンシートを得るための具体的な方法は従来技術を適宜援用することができる。図２は、積層インダクタの製造の一例を示す模式断面図である。図２（ａ）は上述のようにして得られたグリーンシート２６を示す。
【００３４】
次いで、打ち抜き加工機やレーザ加工機等の穿孔機を用いて、グリーンシート２６に穿孔を行ってスルーホール（貫通孔、図示せず）を所定配列で形成する。スルーホールの配列については、各シートを積層したときに、導体を充填したスルーホールと導体パターンとで内部導線が形成されるように設定される。内部導線を形成するためのスルーホールの配列および導体パターンの形状については、従来技術を適宜援用することができ、また、後述の実施例において図面を参照しながら具体例が説明される。
【００３５】
スルーホールに充填するため、および、導体パターンの印刷のために、好ましくは導体ペーストが使用される。導体ペーストには導体粒子と、典型的にはバインダとしての高分子樹脂と溶剤とが含まれる。
【００３６】
導体粒子としては、銀粒子などを用いることができる。導体粒子の粒子径は、体積基準において、ｄ５０が好ましくは１〜１０μｍである。導体粒子のｄ５０は、レーザ回折散乱法を利用した粒子径・粒度分布測定装置（例えば、日機装（株）製のマイクロトラック）を用いて測定される。
【００３７】
導体ペーストには、好適にはバインダとしての高分子樹脂が含まれる。高分子樹脂の種類は特に限定はなく、例えば、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）等のポリビニルアセタール樹脂などが挙げられる。導体ペーストの溶剤の種類は特に限定はなく、例えば、ブチルカルビトール等のグリコールエーテルなどを用いることができる。導体ペーストにおける導体粒子、高分子樹脂、溶剤などの配合比率などは適宜調節することができ、それによって、導体ペーストの粘度などを設定することも可能である。
【００３８】
次いで、図２（ｂ）に示すように、スクリーン印刷機やグラビア印刷機等の印刷機を用いて、導体ペーストをグリーンシート２６の表面に印刷し、これを熱風乾燥機等の乾燥機で乾燥して、内部導線に対応する導体パターン１７を形成する。印刷の際に、上述のスルーホールにも導体ペーストの一部が充填される。
【００３９】
グリーンシート２６の表面における、導体パターン１７の周囲に、上述した逆パターン部１１のための磁性体ペースト（スラリー）をスクリーン印刷法などによって塗工し、加熱乾燥することにより逆パターン前駆体部１６を形成する（図２（ｃ）参照）。このとき、導体パターン１７の高さと逆パターン前駆体部１６の高さとを概ね揃えることが好ましい。
【００４０】
さらに、導体パターン１７および逆パターン前駆体部１６の上にグリーンシート２６を形成し（図２（ｄ）参照）、これを繰り返すことにより、加熱前の積層体を得ることができる。
【００４１】
なお、図２（ｃ）に示すような、導体パターン１７および逆パターン前駆体部１６を形成したグリーンシート２６を必要枚数作製しておいて、それらを積層することにより、図２（ｄ）に示す形態を経ずに加熱前の積層体を得ることもできる。
【００４２】
上記のようにして得た加熱前の積層体は熱圧着して作製することが好ましい。続いて、ダイシング機やレーザ加工機等の切断機を用いて、積層体を部品本体サイズに切断して、加熱処理前チップを作製する。
【００４３】
焼成炉等の加熱装置を用いて、大気等の酸化性雰囲気中で、加熱処理前チップを加熱処理する。この加熱処理は、通常は、脱バインダプロセスと酸化被膜形成プロセスとを含み、脱バインダプロセスは、バインダとして用いた高分子樹脂が消失する程度の温度、例えば、約３００℃、約１ｈｒの条件が挙げられ、酸化物膜形成プロセスは、例えば、約７５０℃、約２ｈｒの条件が挙げられる。
【００４４】
加熱処理前チップにあっては、個々の軟磁性合金粒子どうしの間に、多数の微細間隙が存在し、通常、該微細間隙は溶剤とバインダとの混合物で満たされている。これらは脱バインダプロセスにおいて消失し、脱バインダプロセスが完了した後は、該微細間隙はポアに変わる。また、加熱処理前チップにおいて、導体粒子どうしの間にも多数の微細隙間が存在する。この微細間隙は溶剤とバインダとの混合物で満たされている。これらも脱バインダプロセスにおいて消失する。
【００４５】
脱バインダプロセスに続く酸化被膜形成プロセスでは、軟磁性合金粒子１５、２５が密集して磁性体層２０ならびに逆パターン部１１ができ、典型的には、その際に、軟磁性合金粒子１５、２５それぞれの表面とその近傍が酸化されて該粒子１５、２５の表面に酸化被膜が形成される。このとき、導体粒子が焼結して内部導線１２が形成される。これにより積層インダクタ１の有する積層構造が得られる。
【００４６】
通常は、加熱処理の後に外部端子を形成する。ディップ塗布機やローラ塗布機等の塗布機を用いて、予め用意した導体ペーストを積層インダクタ１の長さ方向両端部に塗布し、これを焼成炉等の加熱装置を用いて、例えば、約６００℃、約１ｈｒの条件で焼付け処理を行うことにより、外部端子が形成される。外部端子用の導体ペーストは、上述した導体パターンの印刷用のペーストや、それに類似したペーストを適宜用いることができる。
【実施例】
【００４７】
以下、実施例により本発明をより具体的に説明する。ただし、本発明はこれらの実施例に記載された態様に限定されるわけではない。
【００４８】
［積層インダクタの具体構造］
本実施例で製造した積層インダクタ１の具体構造例を説明する。部品としての積層インダクタ１は長さが約３．２ｍｍで、幅が約１．６ｍｍで、高さが約１．０ｍｍで、全体が直方体形状を成している。
【００４９】
図３は積層インダクタの模式的な分解図である。なお、図面の簡潔のために、内部導線の周囲に形成される逆パターン部１１の描写を省略している。積層インダクタは、内部導線１２および逆パターン部１１を備えた計５層の磁性体層ＭＬ１〜ＭＬ５を一体化してなる、内部導線形成層２０と磁性体層２０との積層構造を有する。ダミーシートとして、８層の磁性体層ＭＬ６が一体化した構造、ならびに、７層の磁性体層ＭＬ６が一体化した構造を上述の積層構造の上下にそれぞれ有する。積層インダクタ１の長さは約３．２ｍｍ、幅は約１．６ｍｍ、高さは約１．０ｍｍである。各磁性体層ＭＬ１〜ＭＬ６の長さは約３．２ｍｍで、幅は約１．６ｍｍで、厚さは約３０μｍである。各磁性体層ＭＬ１〜ＭＬ６および逆パターン部（図示省略）は、表１記載の組成、平均粒子径（ｄ５０）をもつ軟磁性合金粒子を主体として成形されてなり、ガラス成分を含んでいない。また、軟磁性合金粒子それぞれの表面には酸化被膜（図示せず）が存在し、磁性体層２０ならびに逆パターン部１１の軟磁性合金粒子１５、２５は隣接する合金粒子それぞれが有する酸化被膜を介して相互結合していることを、本発明者らはＳＥＭ観察（３０００倍）によって確認した。
【００５０】
内部導線１２は、計５個のコイルセグメントＣＳ１〜ＣＳ５と、該コイルセグメントＣＳ１〜ＣＳ５を接続する計４個の中継セグメントＩＳ１〜ＩＳ４とが、螺旋状に一体化したコイルの構造を有し、その巻き数は約３．５である。この内部導線１２は、主として銀粒子を熱処理して得られ、原料として用いた銀粒子の体積基準のｄ５０は５μｍである。
【００５１】
４個のコイルセグメントＣＳ１〜ＣＳ４はコ字状を成し、１個のコイルセグメントＣＳ５は帯状を成しており、各コイルセグメントＣＳ１〜ＣＳ５の厚さは約２０μｍで、幅は約０．２ｍｍである。最上位のコイルセグメントＣＳ１は、外部端子との接続に利用されるＬ字状の引出部分ＬＳ１を連続して有し、最下位のコイルセグメントＣＳ５は、外部端子との接続に利用されるＬ字状の引出部分ＬＳ２を連続して有している。各中継セグメントＩＳ１〜ＩＳ４は磁性体層ＭＬ１〜ＭＬ４を貫通した柱状を成しており、各々の口径は約１５μｍである。
【００５２】
各外部端子（図示せず）は、積層インダクタ１の長さ方向の各端面と該端面近傍の４側面に及んでおり、その厚さは約２０μｍである。一方の外部端子は最上位のコイルセグメントＣＳ１の引出部分ＬＳ１の端縁と接続し、他方の外部端子は最下位のコイルセグメントＣＳ５の引出部分ＬＳ２の端縁と接続している。これら外部端子は、主として体積基準のｄ５０が５μｍである銀粒子を熱処理して得た。
【００５３】
［積層インダクタの製造］
表１記載の軟磁性合金粒子８５ｗｔ％、ブチルカルビトール（溶剤）が１３ｗｔ％、ポリビニルブチラール（バインダ）２ｗｔ％からなる磁性体ペーストを調製した。磁性体層１０のための磁性体ペーストと、逆パターン部１１のための磁性体ペーストは別々に調製した。ドクターブレードを用いて、この磁性体層１０のための磁性体ペーストをプラスチック製のベースフィルムの表面に塗工し、これを熱風乾燥機で、約８０℃、約５ｍｉｎの条件で乾燥した。このようにしてベースフィルム上にグリーンシートを得た。その後、グリーンシートをカットして、磁性体層ＭＬ１〜ＭＬ６（図３を参照）に対応し、且つ、多数個取りに適合したサイズの第１〜第６シートをそれぞれ得た。
【００５４】
続いて、穿孔機を用いて、磁性体層ＭＬ１に対応する第１シートに穿孔を行い、中継セグメントＩＳ１に対応する貫通孔を所定配列で形成した。同様に、磁性体層ＭＬ２〜ＭＬ４に対応する第２〜第４シートそれぞれに、中継セグメントＩＳ２〜ＩＳ４に対応する貫通孔を所定配列で形成した。
【００５５】
続いて、印刷機を用いて、上記Ａｇ粒子が８５ｗｔ％で、ブチルカルビトール（溶剤）が１３ｗｔ％で、ポリビニルブチラール（バインダ）が２ｗｔ％からなる導体ペーストを上記第１シートの表面に印刷し、これを熱風乾燥機で、約８０℃、約５ｍｉｎの条件で乾燥して、コイルセグメントＣＳ１に対応する第１導体パターンを所定配列で作製した。同様に、上記第２〜第５シートそれぞれの表面に、コイルセグメントＣＳ２〜ＣＳ５に対応する第２〜第５導体パターンを所定配列で作製した。
【００５６】
次いで、第１〜第５シートのそれぞれの表面におけるコイルセグメントＣＳ１〜ＣＳ５以外の部分に、逆パターン１１のための磁性体ペーストをスクリーン印刷法によって印刷した。これを熱風乾燥機で、約８０℃、約５ｍｉｎの条件で乾燥して、逆パターン前駆体部を形成した。
【００５７】
第１〜第４シートそれぞれに形成した貫通孔は、第１〜第４導体パターンそれぞれの端部に重なる位置に存するため、第１〜第４導体パターンを印刷する際に導体ペーストの一部が各貫通孔に充填されて、中継セグメントＩＳ１〜ＩＳ４に対応する第１〜第４充填部が形成される。
【００５８】
続いて、吸着搬送機とプレス機を用いて、導体パターン、充填部および逆パターン前駆体部が設けられた第１〜第４シートと、導体パターンと逆パターン前駆体部が設けられた第５シートと、導体パターン及び充填部が設けられていない第６シートとを、図３に示した順序で積み重ねて熱圧着して積層体を作製した。この積層体を切断機で部品本体サイズに切断して、加熱処理前チップを得た。
【００５９】
続いて、焼成炉を用いて、大気中雰囲気で、加熱処理前チップを多数個一括で加熱処理した。まず、脱バインダプロセスとして約３００℃、約１ｈｒの条件で加熱し、次いで、酸化被膜形成プロセスとして約７５０℃、約２ｈｒの条件で加熱した。この加熱処理によって、軟磁性合金粒子が密集して磁性体層２０および逆パターン部１１が形成し、また、銀粒子が焼結して内部導線１２が形成され、これにより部品本体を得た。
【００６０】
続いて、外部端子を形成した。上記銀粒子を８５ｗｔ％、ブチルカルビトール（溶剤）を１３ｗｔ％で、ポリビニルブチラール（バインダ）を２ｗｔ％含有する導体ペーストを塗布機で、部品本体の長さ方向両端部に塗布し、これを焼成炉で、約８００℃、約１ｈｒの条件で焼付け処理を行った。その結果、溶剤及びバインダが消失し、銀粒子が焼結して、外部端子が形成され、積層インダクタ１を得た。
【００６１】
［積層インダクタの評価］
得られた積層インダクタにおける、磁性体層２０と、逆パターン部１１との接合性を評価した。評価方法は以下のとおりである。
光学顕微鏡１００倍にて、チップ側面の観察、またはチップ破断面もしくは研磨面の観察により評価した。
当該評価における評価指標は以下のとおりである。
○・・・剥離、割れ等が確認できない。
×・・・剥離、割れ等が確認できる。
【００６２】
得られた積層インダクタにおける、インダクタンスをAgilent Technologies社インピーダンスアナライザ４２９４Ａにて１ＭＨｚの値を測定した。比較対象として、磁性体層２０と全く同じ軟磁性合金粒子を用いて逆パターン部１１を形成してなる積層インダクタを作製し（以下、「比較用インダクタ」と称する。）、測定対象の積層インダクタと比較用インダクタとのインダクタンスを比較した。
当該評価における評価指標は以下のとおりである。
○・・・インダクタンスが比較用インダクタよりも大きい。
×・・・インダクタンスが比較用インダクタと同等以下である。
【００６３】
得られた積層インダクタにおける、内部導線１２の連続性を評価した。評価方法は以下のとおりである。
YOKOGAWA 7552 DIGITAL MULTIMETERにて、積層インダクタ５００個の外部端子間の抵抗値を測定し、断線の有無を評価した。外部端子間の抵抗値が１Ω以上のときに、断線が発生しているとした。
当該評価における評価指標は以下のとおりである。
○・・・断線したインダクタが１％より少なく存在する、あるいは存在しない。
×・・・断線したインダクタが１％以上存在する。
【００６４】
以上をまとめて、積層インダクタの総合評価を以下の基準で行った。
○・・・上記３つの評価が全て○である。
×・・・上記３つの評価に一つでも×がある。
【００６５】
各実施例、比較例の製造条件と評価結果を表１にまとめる。本発明の比較例に該当するものについては試料番号に「＊」を付した。なお、試料番号１、５および９の試料は、上述の「比較用インダクタ」に相当するものである。
【表１】
【符号の説明】
【００６６】
１ 積層インダクタ、１０ 内部導線形成層、１１ 逆パターン部、１２ 内部導線、１５ 軟磁性合金粒子、１６逆パターン部前駆体、１７ 導体パターン、２０ 磁性体層、２５ 軟磁性合金粒子、２６ グリーンシート
【技術分野】
【０００１】
本発明は積層インダクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、積層インダクタの製造方法の一つとして、フェライト等を含有するセラミックグリーンシートに内部導体パターンを印刷し、これらのシートを積層し、焼成する方法が知られている。
【０００３】
特許文献１によれば、導体パターンが形成された未焼成セラミック積層体を圧着・焼成してなる積層チップインダクタの製造方法が開示されている。特許文献１の製造方法では、導体パターンの少なくとも周辺の磁性材料グリーンシート上に補助磁性材料層を設けること、ならびに、焼成後においては、補助磁性材料層の焼成後の厚さが導体パターンの焼成後の厚さより大きくなるように構成される。
【０００４】
近年、積層インダクタには大電流化（定格電流の高値化を意味する）が求められており、該要求を満足するために、磁性体の材質を従前のフェライトから軟磁性合金に切り替えることが検討されている。軟磁性合金として提案されるＦｅ−Ｃｒ−Ｓｉ合金やＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ合金は、材料自体の飽和磁束密度がフェライトに比べて高い。その反面、材料自体の体積抵抗率が従前のフェライトに比べて格段に低い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特公平７−１２３０９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
積層インダクタにおいて、グリーンシート上に形成されたコイル等の導体パターンに由来する内部導線が存在する層と、グリーンシートに由来する磁性体からなる層とを別々の層として認識することができ、前者を内部導線形成層と呼び、後者を磁性体層と呼ぶことができる。
【０００７】
近時のデバイスの小型化にともない、積層インダクタ内の内部導線は細くなりがちであり、内部導線がショートしたり断線したりしにくい設計を考慮する必要がある。他方、磁性材料としてなるべく高い透磁率のものを用いてデバイス全体として高いＬ値を呈することができるような設計が好ましい。
【０００８】
これらのことを考慮し、本発明は軟磁性合金を磁性材料として用い、透磁率を高めて、高いＬ値を呈し、デバイスの小型化にも対応できる積層インダクタを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らが鋭意検討した結果、磁性体層と内部導線形成層との積層構造を有する積層インダクタの発明を完成した。本発明によれば、磁性体層は軟磁性合金粒子で形成され、内部導線形成層は内部導線とその周囲の逆パターン部とを有する。そして、逆パターン部は上記磁性体層の軟磁性合金粒子と構成元素の種類が同じであって平均粒子径がより大きい軟磁性合金粒子で形成されている。
好ましくは、上記磁性体層及び逆パターン部を形成する軟磁性合金粒子がいずれもＦｅ−Ｃｒ−Ｓｉ系軟磁性合金からなる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、逆パターン部には粒子径の大きな軟磁性合金粒子を用いるので、デバイス全体の透磁率が向上し、結果としてインダクタとしてのＬ値も向上する。内部導線と接触面積の大きい磁性体層には粒子径の小さな軟磁性合金粒子を用いることによって、内部導線のショート・断線が生じにくく、結果としてデバイスの小型化に対応し得る。逆パターン部のための軟磁性合金粒子と磁性体層のための軟磁性合金粒子とを同一組成又は近似する組成の軟磁性合金で構成することができ、逆パターン部と磁性体層との接合性が向上し、デバイス全体としての強度向上に寄与する。
本発明の好適態様によれば、軟磁性合金としてＦｅ−Ｃｒ−Ｓｉ系合金を用いることにより、高密度で逆パターン層および磁性体層を構成することができ、結果として、積層インダクタ全体の強度が向上し得る。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】積層インダクタの模式断面図である。
【図２】積層インダクタの製造の一例を示す模式断面図である。
【図３】積層インダクタの模式的な分解図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を適宜参照しながら本発明を詳述する。但し、本発明は図示された態様に限定されるわけでなく、また、図面においては発明の特徴的な部分を強調して表現することがあるので、図面各部において縮尺の正確性は必ずしも担保されていない。
【００１３】
図１（ａ）は積層インダクタの模式的な断面図である。図１（ｂ）は図１（ａ）の部分拡大図である。本発明によれば、積層インダクタ１は積層構造を有する。この積層構造は、内部導線形成層１０と磁性体層２０とを有する。磁性体層２０は層全体が実質的に軟磁性合金粒子２５からなる。典型的には、磁性体層２０は軟磁性合金粒子２５を含むグリーンシートに由来する。磁性体層２０には後述する導体材料が充填されたスルーホールが形成されていてもよいが、それ以外は実質的には導体材料を含まない。内部導線形成層１０は、内部導線１２とその周囲の逆パターン部１１とを有する。内部導線１２は、典型的には上記グリーンシートの上に印刷等で形成された導体パターンに由来する。逆パターン部１１は内部導線形成層１０における内部導線１２の周囲に存在する。逆パターン部１１は軟磁性合金粒子１５からなり、内部導線１２とともに内部導線形成層１０を構成する。逆パターン部１１は内部導線１２と好ましくは略同一の厚さを有するが、逆パターン部１１と内部導線１２との厚さに差異があってもよい。積層インダクタ１は、内部導線形成層１０と磁性体層２０とを有する積層構造のさらに上部及び／又は下部に、軟磁性合金粒子を含むダミーシートを熱処理してなる領域を有していてもよい。
【００１４】
積層インダクタ１は、内部導線１２の大部分が磁性材料の中に埋没している構造を有する。前記磁性材料は、内部導線１２が位置する内部導線形成層１０を挟むように積層された磁性体層２０および内部導線形成層１０に位置する逆パターン部１１からなる。典型的には、内部導線１２は螺旋状に形成されたコイルであり、この場合は、ほぼ環状あるいは半環状などの導体パターンを、スクリーン印刷法などによってグリーンシート上に印刷し、スルーホールに導体を充填して、前記シートを積層することなどにより形成することができる。導体パターンが印刷されるグリーンシートは、磁性材料を含有し、所定の位置にスルーホールが設けられている。なお、内部導線としては、図示された螺旋状のコイルの他、渦巻き状のコイル、ミアンダ（蛇行）状の導線、あるいは直線状の導線等が挙げられる。
【００１５】
図１（ｂ）は、内部導線形成層１０にある逆パターン部１１と磁性体層２０との境界付近の模式的な拡大図である。積層インダクタ１では、軟磁性合金粒子１５が多数集積して所定形状の逆パターン部１１を構成している。同様に、軟磁性合金粒子２５が多数集積して所定形状の磁性体層２０を構成している。個々の軟磁性合金粒子１５、２５はその周囲の概ね全体にわたって酸化被膜が形成されていて、この酸化被膜により逆パターン部１１および磁性体層２０の絶縁性が確保される。好ましくはこの酸化被膜は軟磁性合金粒子１５、２５自身の表面とその近傍が酸化してなるものである。図面では、酸化被膜の描写を省略している。隣接する軟磁性合金粒子１５、２５どうしは、概ね、それぞれの軟磁性合金粒子１５、２５がもつ酸化被膜どうしが結合することにより、一定の形状を有する逆パターン部１１および磁性体層２０を構成している。部分的には、隣接する軟磁性合金粒子１５、２５の金属部分どうしが結合していてもよい。また、内部導線１２の近傍では、主に上記酸化被膜を介して、軟磁性合金粒子１５、２５と内部導線１２とが密着している。軟磁性合金粒子１５、２５がＦｅ−Ｍ−Ｓｉ系合金（但し、Ｍは鉄より酸化し易い金属である。）からなる場合、酸化被膜には、磁性体であるＦｅ3Ｏ4と、非磁性体であるＦｅ2Ｏ3及びＭＯｘ（ｘは金属Ｍの酸化数に応じて決まる値である。）を少なくとも含むことが確認されている。
【００１６】
上述の酸化被膜どうしの結合の存在は、例えば、約３０００倍に拡大したＳＥＭ観察像などにおいて、隣接する軟磁性合金粒子１５、２５が有する酸化被膜が同一相であることを視認することなどで、明確に判断することができる。酸化被膜どうしの結合の存在により、積層インダクタ１における機械的強度と絶縁性の向上が図られる。積層インダクタ１の全体にわたって、隣接する軟磁性合金粒子１５、２５が有する酸化被膜どうしが結合していることが好ましいが、一部でも結合していれば、相応の機械的強度と絶縁性の向上が図られ、そのような形態も本発明の一態様であるといえる。
【００１７】
同様に、上述の軟磁性合金粒子１５、２５の金属部分どうしの結合（金属結合）についても、例えば、約３０００倍に拡大したＳＥＭ観察像などにおいて、隣接する軟磁性合金粒子１５、２５どうしが同一相を保ちつつ結合点を有することを視認することなどにより、金属結合の存在を明確に判断することができる。軟磁性合金粒子１５、２５どうしの金属結合の存在により透磁率のさらなる向上が図られる。
【００１８】
なお、隣接する軟磁性合金粒子が、酸化被膜どうしの結合も、金属粒子どうしの結合もいずれも存在せず単に物理的に接触又は接近するに過ぎない形態が部分的にあってもよい。
【００１９】
積層インダクタ１における内部導線形成層１０にある内部導線１２を構成する導体は積層インダクタの導線として通常使用される金属を適宜用いることができ、銀や銀合金などを非限定的に例示することができる。内部導線１２の両端は、典型的には、それぞれ引出導体（図示せず）を介して積層インダクタ１の外表面の相対向する端面に引き出され、外部端子（図示せず）に接続される。
【００２０】
本発明によれば、磁性体層２０に用いられる軟磁性合金粒子２５の平均粒子径よりも、逆パターン部１１において用いられる軟磁性合金粒子１５の平均粒子径の方が大きい。また、好ましくは、上記磁性体層２０に用いられる軟磁性合金粒子２５と、逆パターン部１１における軟磁性合金粒子１５とは、同組成あるいは近似した組成であり、具体的には、軟磁性合金粒子の構成元素の種類が磁性体層２０と逆パターン部１１とで同一であり、より好ましくは、軟磁性合金粒子の構成元素の種類及び存在比率が磁性体層２０と逆パターン部１１とで同一である。軟磁性合金粒子の構成元素の種類が磁性体層２０と逆パターン部１１とで同一であって、かつ、軟磁性合金粒子の構成元素の存在比率が磁性体層２０と逆パターン部１１とで異なっていてもよい。構成元素の種類が同一であることは以下の例示により説明される。例えば、ＦｅとＣｒとＳｉとの三元素からなる二種類の軟磁性合金（Ｆｅ−Ｃｒ−Ｓｉ系軟磁性合金）が存在すれば、ＦｅとＣｒとＳｉとの存在比率を問わずに、これらについては構成元素の種類は同一であると評価することができる。
【００２１】
好適には、逆パターン部１１において用いられる軟磁性合金粒子１５の平均粒子径は、上記磁性体層２０に用いられる軟磁性合金粒子２５の平均粒子径の１．３倍以上であり、より好ましくは１．５〜７．０倍である。
【００２２】
上記の構成により、逆パターン部１１は大きな軟磁性合金粒子１５から構成されることになり、結果として、透磁率の向上を図ることができる。本発明によれば、内部導線１２と大きな面積で接する磁性体層２０では小さな軟磁性合金粒子を用いることができる。このためデバイスが小型化して内部導線１２の導線が細くなっても断線しにくくなる。結果として、デバイスの小型化と透磁率向上とを両立することができる。特に、磁性体層２０と、逆パターン部１１とが同組成あるいは近似した組成からなる軟磁性合金粒子で構成されていれば、磁性体層２０と逆パターン部１１との接合性が良好である。図１（ａ）では、逆パターン部１１と磁性体層２０との界面が材質的に明瞭に区分けされているように描写されているが、実際には、部分拡大図である図１（ｂ）のように、接合界面付近では、逆パターン部１１のための軟磁性合金粒子１５と、磁性体層２０のための軟磁性合金粒子２５とが入り混じっていてもよい。
【００２３】
上記磁性体層２０および逆パターン部１１で用いられる軟磁性合金粒子１５、２５の平均粒子径は、ＳＥＭ像を取得して画像解析に供して得られるｄ５０値である。具体的には、上記磁性体層２０および逆パターン部１１の断面のＳＥＭ像（約３０００倍）を取得し、測定部分における平均的な大きさの粒子を３００個以上選び出して、それらのＳＥＭ像における面積を測定し、粒子が球体であると仮定して平均粒子径を算出する。粒子を選び出す方法としては、例えば次のような方法が挙げられる。前記のＳＥＭ像内に存在する粒子が３００個未満の場合は、該ＳＥＭ像内の粒子をすべてサンプリングし、これを複数個所行って３００個以上選び出す。前記のＳＥＭ像内に３００個以上粒子が存在する場合は、該ＳＥＭ像内に所定間隔で直線を引いて、その直線上にかかった粒子を全部サンプリングして、３００個以上選び出す。あるいは、内部導線の厚み分の間隔で内部導線に沿うように２本の平行線を引き、この平行線内に存在する粒子を逆パターン部の粒子としてサンプリングし、平行線の外側に存在する粒子を磁性体層の粒子としてサンプリングする。この場合も、一か所で３００個未満の場合は複数個所でサンプリングを行う。なお、軟磁性合金粒子を用いる積層インダクタにおいては、原料粒子の粒子径と、熱処理後の上記磁性体層２０および逆パターン部１１を構成する軟磁性合金粒子１５、２５の粒子径とはほぼ同じであることが知られている。このため、原料として用いる軟磁性合金粒子の平均粒子径を測定しておくことで、積層インダクタ１に含まれる軟磁性合金粒子の平均粒子径を想定することも可能である。
【００２４】
以下、本発明に係る積層インダクタ１の典型的な製造方法を説明する。積層インダクタ１の製造にあたっては、まず、ドクターブレードやダイコータ等の塗工機を用いて、予め用意した磁性体ペースト（スラリー）を、樹脂等からなるベースフィルムの表面に塗工する。これを熱風乾燥機等の乾燥機で乾燥してグリーンシートを得る。ここで得たグリーンシートは、完成後の積層インダクタ１においては磁性体層２０になる。上記磁性体ペーストは、軟磁性合金粒子と、典型的には、バインダとしての高分子樹脂と溶剤とを含む。
【００２５】
軟磁性合金粒子は、主として合金からなる軟磁性を呈する粒子である。合金の種類としては、Ｆｅ−Ｍ−Ｓｉ系合金（但し、Ｍは鉄より酸化し易い金属である。）が挙げられる。Ｍとしては、Ｃｒ、Ａｌなどが挙げられ、好ましくはＣｒである。軟磁性合金粒子としては、例えばアトマイズ法で製造される粒子が挙げられる。
【００２６】
ＭがＣｒである場合、つまり、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｓｉ系合金におけるクロムの含有率は、好ましくは２〜８ｗｔ％である。クロムの存在は、熱処理時に不動態を形成して過剰な酸化を抑制するとともに強度および絶縁抵抗を発現する点で好ましく、一方、磁気特性の向上の観点からはクロムが少ないことが好ましく、これらを勘案して上記好適範囲が提案される。
【００２７】
Ｆｅ−Ｃｒ−Ｓｉ系軟磁性合金におけるＳｉの含有率は、好ましくは１．５〜７ｗｔ％である。Ｓｉの含有量が多ければ高抵抗・高透磁率という点で好ましく、Ｓｉの含有量が少なければ成形性が良好であり、これらを勘案して上記好適範囲が提案される。
【００２８】
Ｆｅ−Ｃｒ−Ｓｉ系合金において、ＳｉおよびＣｒ以外の残部は不可避不純物を除いて、鉄であることが好ましい。Ｆｅ、ＳｉおよびＣｒ以外に含まれていてもよい金属としては、アルミニウム、マグネシウム、カルシウム、チタン、マンガン、コバルト、ニッケル、銅などが挙げられ、非金属としてはリン、硫黄、カーボンなどが挙げられる。
【００２９】
積層インダクタ１における各々の軟磁性合金粒子を構成する合金については、例えば、積層インダクタ１の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて撮影して、その後、エネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＳ）によるＺＡＦ法で化学組成を算出することができる。
【００３０】
本発明によれば、磁性体層２０のための磁性体ペースト（スラリー）と、逆パターン部１１のための磁性体ペースト（スラリー）をそれぞれ別に製造することが好ましい。磁性体層２０のための磁性体ペースト（スラリー）の製造には比較的に小さな軟磁性合金粒子を用い、前記粒子よりも大きな軟磁性合金粒子を逆パターン部１１のための磁性体ペースト（スラリー）の製造のために用いる。
【００３１】
磁性体層２０のための原料として用いる軟磁性合金粒子の粒子径は、体積基準において、ｄ５０が好ましくは２〜２０μｍであり、より好ましくは３〜１０μｍである。逆パターン部１１のための原料として用いる軟磁性合金粒子の粒子径は、体積基準において、ｄ５０が好ましくは５〜３０μｍであり、より好ましくは６〜２０μｍである。原料粒子としての軟磁性合金粒子のｄ５０は、レーザ回折散乱法を利用した粒子径・粒度分布測定装置（例えば、日機装（株）製のマイクロトラック）を用いて測定される。軟磁性合金粒子を用いる積層インダクタおいては、完成した積層インダクタ１に含まれる軟磁性合金粒子１５、２５は原料粒子としての軟磁性合金粒子の粒子サイズと概ね等しいことが分かっている。
【００３２】
上述の磁性体ペーストには、好適にはバインダとしての高分子樹脂が含まれる。高分子樹脂の種類は特に限定はなく、例えば、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）等のポリビニルアセタール樹脂などが挙げられる。磁性体ペーストの溶剤の種類は特に限定はなく、例えば、ブチルカルビトール等のグリコールエーテルなどを用いることができる。磁性体ペーストにおける軟磁性合金粒子、高分子樹脂、溶剤などの配合比率などは適宜調節することができ、それによって、磁性体ペーストの粘度などを設定することも可能である。
【００３３】
磁性体ペーストを塗工および乾燥してグリーンシートを得るための具体的な方法は従来技術を適宜援用することができる。図２は、積層インダクタの製造の一例を示す模式断面図である。図２（ａ）は上述のようにして得られたグリーンシート２６を示す。
【００３４】
次いで、打ち抜き加工機やレーザ加工機等の穿孔機を用いて、グリーンシート２６に穿孔を行ってスルーホール（貫通孔、図示せず）を所定配列で形成する。スルーホールの配列については、各シートを積層したときに、導体を充填したスルーホールと導体パターンとで内部導線が形成されるように設定される。内部導線を形成するためのスルーホールの配列および導体パターンの形状については、従来技術を適宜援用することができ、また、後述の実施例において図面を参照しながら具体例が説明される。
【００３５】
スルーホールに充填するため、および、導体パターンの印刷のために、好ましくは導体ペーストが使用される。導体ペーストには導体粒子と、典型的にはバインダとしての高分子樹脂と溶剤とが含まれる。
【００３６】
導体粒子としては、銀粒子などを用いることができる。導体粒子の粒子径は、体積基準において、ｄ５０が好ましくは１〜１０μｍである。導体粒子のｄ５０は、レーザ回折散乱法を利用した粒子径・粒度分布測定装置（例えば、日機装（株）製のマイクロトラック）を用いて測定される。
【００３７】
導体ペーストには、好適にはバインダとしての高分子樹脂が含まれる。高分子樹脂の種類は特に限定はなく、例えば、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）等のポリビニルアセタール樹脂などが挙げられる。導体ペーストの溶剤の種類は特に限定はなく、例えば、ブチルカルビトール等のグリコールエーテルなどを用いることができる。導体ペーストにおける導体粒子、高分子樹脂、溶剤などの配合比率などは適宜調節することができ、それによって、導体ペーストの粘度などを設定することも可能である。
【００３８】
次いで、図２（ｂ）に示すように、スクリーン印刷機やグラビア印刷機等の印刷機を用いて、導体ペーストをグリーンシート２６の表面に印刷し、これを熱風乾燥機等の乾燥機で乾燥して、内部導線に対応する導体パターン１７を形成する。印刷の際に、上述のスルーホールにも導体ペーストの一部が充填される。
【００３９】
グリーンシート２６の表面における、導体パターン１７の周囲に、上述した逆パターン部１１のための磁性体ペースト（スラリー）をスクリーン印刷法などによって塗工し、加熱乾燥することにより逆パターン前駆体部１６を形成する（図２（ｃ）参照）。このとき、導体パターン１７の高さと逆パターン前駆体部１６の高さとを概ね揃えることが好ましい。
【００４０】
さらに、導体パターン１７および逆パターン前駆体部１６の上にグリーンシート２６を形成し（図２（ｄ）参照）、これを繰り返すことにより、加熱前の積層体を得ることができる。
【００４１】
なお、図２（ｃ）に示すような、導体パターン１７および逆パターン前駆体部１６を形成したグリーンシート２６を必要枚数作製しておいて、それらを積層することにより、図２（ｄ）に示す形態を経ずに加熱前の積層体を得ることもできる。
【００４２】
上記のようにして得た加熱前の積層体は熱圧着して作製することが好ましい。続いて、ダイシング機やレーザ加工機等の切断機を用いて、積層体を部品本体サイズに切断して、加熱処理前チップを作製する。
【００４３】
焼成炉等の加熱装置を用いて、大気等の酸化性雰囲気中で、加熱処理前チップを加熱処理する。この加熱処理は、通常は、脱バインダプロセスと酸化被膜形成プロセスとを含み、脱バインダプロセスは、バインダとして用いた高分子樹脂が消失する程度の温度、例えば、約３００℃、約１ｈｒの条件が挙げられ、酸化物膜形成プロセスは、例えば、約７５０℃、約２ｈｒの条件が挙げられる。
【００４４】
加熱処理前チップにあっては、個々の軟磁性合金粒子どうしの間に、多数の微細間隙が存在し、通常、該微細間隙は溶剤とバインダとの混合物で満たされている。これらは脱バインダプロセスにおいて消失し、脱バインダプロセスが完了した後は、該微細間隙はポアに変わる。また、加熱処理前チップにおいて、導体粒子どうしの間にも多数の微細隙間が存在する。この微細間隙は溶剤とバインダとの混合物で満たされている。これらも脱バインダプロセスにおいて消失する。
【００４５】
脱バインダプロセスに続く酸化被膜形成プロセスでは、軟磁性合金粒子１５、２５が密集して磁性体層２０ならびに逆パターン部１１ができ、典型的には、その際に、軟磁性合金粒子１５、２５それぞれの表面とその近傍が酸化されて該粒子１５、２５の表面に酸化被膜が形成される。このとき、導体粒子が焼結して内部導線１２が形成される。これにより積層インダクタ１の有する積層構造が得られる。
【００４６】
通常は、加熱処理の後に外部端子を形成する。ディップ塗布機やローラ塗布機等の塗布機を用いて、予め用意した導体ペーストを積層インダクタ１の長さ方向両端部に塗布し、これを焼成炉等の加熱装置を用いて、例えば、約６００℃、約１ｈｒの条件で焼付け処理を行うことにより、外部端子が形成される。外部端子用の導体ペーストは、上述した導体パターンの印刷用のペーストや、それに類似したペーストを適宜用いることができる。
【実施例】
【００４７】
以下、実施例により本発明をより具体的に説明する。ただし、本発明はこれらの実施例に記載された態様に限定されるわけではない。
【００４８】
［積層インダクタの具体構造］
本実施例で製造した積層インダクタ１の具体構造例を説明する。部品としての積層インダクタ１は長さが約３．２ｍｍで、幅が約１．６ｍｍで、高さが約１．０ｍｍで、全体が直方体形状を成している。
【００４９】
図３は積層インダクタの模式的な分解図である。なお、図面の簡潔のために、内部導線の周囲に形成される逆パターン部１１の描写を省略している。積層インダクタは、内部導線１２および逆パターン部１１を備えた計５層の磁性体層ＭＬ１〜ＭＬ５を一体化してなる、内部導線形成層２０と磁性体層２０との積層構造を有する。ダミーシートとして、８層の磁性体層ＭＬ６が一体化した構造、ならびに、７層の磁性体層ＭＬ６が一体化した構造を上述の積層構造の上下にそれぞれ有する。積層インダクタ１の長さは約３．２ｍｍ、幅は約１．６ｍｍ、高さは約１．０ｍｍである。各磁性体層ＭＬ１〜ＭＬ６の長さは約３．２ｍｍで、幅は約１．６ｍｍで、厚さは約３０μｍである。各磁性体層ＭＬ１〜ＭＬ６および逆パターン部（図示省略）は、表１記載の組成、平均粒子径（ｄ５０）をもつ軟磁性合金粒子を主体として成形されてなり、ガラス成分を含んでいない。また、軟磁性合金粒子それぞれの表面には酸化被膜（図示せず）が存在し、磁性体層２０ならびに逆パターン部１１の軟磁性合金粒子１５、２５は隣接する合金粒子それぞれが有する酸化被膜を介して相互結合していることを、本発明者らはＳＥＭ観察（３０００倍）によって確認した。
【００５０】
内部導線１２は、計５個のコイルセグメントＣＳ１〜ＣＳ５と、該コイルセグメントＣＳ１〜ＣＳ５を接続する計４個の中継セグメントＩＳ１〜ＩＳ４とが、螺旋状に一体化したコイルの構造を有し、その巻き数は約３．５である。この内部導線１２は、主として銀粒子を熱処理して得られ、原料として用いた銀粒子の体積基準のｄ５０は５μｍである。
【００５１】
４個のコイルセグメントＣＳ１〜ＣＳ４はコ字状を成し、１個のコイルセグメントＣＳ５は帯状を成しており、各コイルセグメントＣＳ１〜ＣＳ５の厚さは約２０μｍで、幅は約０．２ｍｍである。最上位のコイルセグメントＣＳ１は、外部端子との接続に利用されるＬ字状の引出部分ＬＳ１を連続して有し、最下位のコイルセグメントＣＳ５は、外部端子との接続に利用されるＬ字状の引出部分ＬＳ２を連続して有している。各中継セグメントＩＳ１〜ＩＳ４は磁性体層ＭＬ１〜ＭＬ４を貫通した柱状を成しており、各々の口径は約１５μｍである。
【００５２】
各外部端子（図示せず）は、積層インダクタ１の長さ方向の各端面と該端面近傍の４側面に及んでおり、その厚さは約２０μｍである。一方の外部端子は最上位のコイルセグメントＣＳ１の引出部分ＬＳ１の端縁と接続し、他方の外部端子は最下位のコイルセグメントＣＳ５の引出部分ＬＳ２の端縁と接続している。これら外部端子は、主として体積基準のｄ５０が５μｍである銀粒子を熱処理して得た。
【００５３】
［積層インダクタの製造］
表１記載の軟磁性合金粒子８５ｗｔ％、ブチルカルビトール（溶剤）が１３ｗｔ％、ポリビニルブチラール（バインダ）２ｗｔ％からなる磁性体ペーストを調製した。磁性体層１０のための磁性体ペーストと、逆パターン部１１のための磁性体ペーストは別々に調製した。ドクターブレードを用いて、この磁性体層１０のための磁性体ペーストをプラスチック製のベースフィルムの表面に塗工し、これを熱風乾燥機で、約８０℃、約５ｍｉｎの条件で乾燥した。このようにしてベースフィルム上にグリーンシートを得た。その後、グリーンシートをカットして、磁性体層ＭＬ１〜ＭＬ６（図３を参照）に対応し、且つ、多数個取りに適合したサイズの第１〜第６シートをそれぞれ得た。
【００５４】
続いて、穿孔機を用いて、磁性体層ＭＬ１に対応する第１シートに穿孔を行い、中継セグメントＩＳ１に対応する貫通孔を所定配列で形成した。同様に、磁性体層ＭＬ２〜ＭＬ４に対応する第２〜第４シートそれぞれに、中継セグメントＩＳ２〜ＩＳ４に対応する貫通孔を所定配列で形成した。
【００５５】
続いて、印刷機を用いて、上記Ａｇ粒子が８５ｗｔ％で、ブチルカルビトール（溶剤）が１３ｗｔ％で、ポリビニルブチラール（バインダ）が２ｗｔ％からなる導体ペーストを上記第１シートの表面に印刷し、これを熱風乾燥機で、約８０℃、約５ｍｉｎの条件で乾燥して、コイルセグメントＣＳ１に対応する第１導体パターンを所定配列で作製した。同様に、上記第２〜第５シートそれぞれの表面に、コイルセグメントＣＳ２〜ＣＳ５に対応する第２〜第５導体パターンを所定配列で作製した。
【００５６】
次いで、第１〜第５シートのそれぞれの表面におけるコイルセグメントＣＳ１〜ＣＳ５以外の部分に、逆パターン１１のための磁性体ペーストをスクリーン印刷法によって印刷した。これを熱風乾燥機で、約８０℃、約５ｍｉｎの条件で乾燥して、逆パターン前駆体部を形成した。
【００５７】
第１〜第４シートそれぞれに形成した貫通孔は、第１〜第４導体パターンそれぞれの端部に重なる位置に存するため、第１〜第４導体パターンを印刷する際に導体ペーストの一部が各貫通孔に充填されて、中継セグメントＩＳ１〜ＩＳ４に対応する第１〜第４充填部が形成される。
【００５８】
続いて、吸着搬送機とプレス機を用いて、導体パターン、充填部および逆パターン前駆体部が設けられた第１〜第４シートと、導体パターンと逆パターン前駆体部が設けられた第５シートと、導体パターン及び充填部が設けられていない第６シートとを、図３に示した順序で積み重ねて熱圧着して積層体を作製した。この積層体を切断機で部品本体サイズに切断して、加熱処理前チップを得た。
【００５９】
続いて、焼成炉を用いて、大気中雰囲気で、加熱処理前チップを多数個一括で加熱処理した。まず、脱バインダプロセスとして約３００℃、約１ｈｒの条件で加熱し、次いで、酸化被膜形成プロセスとして約７５０℃、約２ｈｒの条件で加熱した。この加熱処理によって、軟磁性合金粒子が密集して磁性体層２０および逆パターン部１１が形成し、また、銀粒子が焼結して内部導線１２が形成され、これにより部品本体を得た。
【００６０】
続いて、外部端子を形成した。上記銀粒子を８５ｗｔ％、ブチルカルビトール（溶剤）を１３ｗｔ％で、ポリビニルブチラール（バインダ）を２ｗｔ％含有する導体ペーストを塗布機で、部品本体の長さ方向両端部に塗布し、これを焼成炉で、約８００℃、約１ｈｒの条件で焼付け処理を行った。その結果、溶剤及びバインダが消失し、銀粒子が焼結して、外部端子が形成され、積層インダクタ１を得た。
【００６１】
［積層インダクタの評価］
得られた積層インダクタにおける、磁性体層２０と、逆パターン部１１との接合性を評価した。評価方法は以下のとおりである。
光学顕微鏡１００倍にて、チップ側面の観察、またはチップ破断面もしくは研磨面の観察により評価した。
当該評価における評価指標は以下のとおりである。
○・・・剥離、割れ等が確認できない。
×・・・剥離、割れ等が確認できる。
【００６２】
得られた積層インダクタにおける、インダクタンスをAgilent Technologies社インピーダンスアナライザ４２９４Ａにて１ＭＨｚの値を測定した。比較対象として、磁性体層２０と全く同じ軟磁性合金粒子を用いて逆パターン部１１を形成してなる積層インダクタを作製し（以下、「比較用インダクタ」と称する。）、測定対象の積層インダクタと比較用インダクタとのインダクタンスを比較した。
当該評価における評価指標は以下のとおりである。
○・・・インダクタンスが比較用インダクタよりも大きい。
×・・・インダクタンスが比較用インダクタと同等以下である。
【００６３】
得られた積層インダクタにおける、内部導線１２の連続性を評価した。評価方法は以下のとおりである。
YOKOGAWA 7552 DIGITAL MULTIMETERにて、積層インダクタ５００個の外部端子間の抵抗値を測定し、断線の有無を評価した。外部端子間の抵抗値が１Ω以上のときに、断線が発生しているとした。
当該評価における評価指標は以下のとおりである。
○・・・断線したインダクタが１％より少なく存在する、あるいは存在しない。
×・・・断線したインダクタが１％以上存在する。
【００６４】
以上をまとめて、積層インダクタの総合評価を以下の基準で行った。
○・・・上記３つの評価が全て○である。
×・・・上記３つの評価に一つでも×がある。
【００６５】
各実施例、比較例の製造条件と評価結果を表１にまとめる。本発明の比較例に該当するものについては試料番号に「＊」を付した。なお、試料番号１、５および９の試料は、上述の「比較用インダクタ」に相当するものである。
【表１】
【符号の説明】
【００６６】
１ 積層インダクタ、１０ 内部導線形成層、１１ 逆パターン部、１２ 内部導線、１５ 軟磁性合金粒子、１６逆パターン部前駆体、１７ 導体パターン、２０ 磁性体層、２５ 軟磁性合金粒子、２６ グリーンシート
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性体層と内部導線形成層との積層構造を有し、
前記磁性体層は軟磁性合金粒子で形成され、
前記内部導線形成層は内部導線とその周囲の逆パターン部とを有し、
前記逆パターン部は前記磁性体層の軟磁性合金粒子と構成元素の種類が同じであって平均粒子径がより大きい軟磁性合金粒子で形成されている、
積層インダクタ。
【請求項２】
前記磁性体層及び前記逆パターン部を形成する軟磁性合金粒子がいずれもＦｅ−Ｃｒ−Ｓｉ系軟磁性合金からなる請求項１記載の積層インダクタ。
【請求項１】
磁性体層と内部導線形成層との積層構造を有し、
前記磁性体層は軟磁性合金粒子で形成され、
前記内部導線形成層は内部導線とその周囲の逆パターン部とを有し、
前記逆パターン部は前記磁性体層の軟磁性合金粒子と構成元素の種類が同じであって平均粒子径がより大きい軟磁性合金粒子で形成されている、
積層インダクタ。
【請求項２】
前記磁性体層及び前記逆パターン部を形成する軟磁性合金粒子がいずれもＦｅ−Ｃｒ−Ｓｉ系軟磁性合金からなる請求項１記載の積層インダクタ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１３−５５３１６（Ｐ２０１３−５５３１６Ａ）
【公開日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２８４５７６（Ｐ２０１１−２８４５７６）
【出願日】平成２３年１２月２６日（２０１１．１２．２６）
【特許番号】特許第５０４８１５６号（Ｐ５０４８１５６）
【特許公報発行日】平成２４年１０月１７日（２０１２．１０．１７）
【出願人】（０００２０４２８４）太陽誘電株式会社 (964)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１２月２６日（２０１１．１２．２６）
【特許番号】特許第５０４８１５６号（Ｐ５０４８１５６）
【特許公報発行日】平成２４年１０月１７日（２０１２．１０．１７）
【出願人】（０００２０４２８４）太陽誘電株式会社 (964)
【Ｆターム（参考）】
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