JP2005268369A - 積層セラミック電子部品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】特許文献１に記載された積層インダクタンス素子のトリミング方法の場合には、磁性体を削り取ってインダクタンス値を調整するため、インダクタンス値を下げる調整だけで、インダクタンス値を上げる調整を行うことができず、しかも素子自体の強度が劣化する虞があり、更に、削り取り作業に手間が掛かって作業性に劣る。
【解決手段】本発明の積層セラミック電子部品の製造方法は、導体パターン１２Ａ〜１２Ｄを内蔵するフェライト焼結体１１を形成する焼成工程と、上記フェライト焼結体１１に磁界を印加する磁界印加工程と、上記フェライト焼結体１１に熱衝撃を加える熱衝撃工程と、を備えたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、フェライトに内部導体を内蔵する積層セラミック電子部品の製造方法に関し、更に詳しくは、インダクタンス等の電気的特性を所望の値に調整することができる積層セラミック電子部品の製造方法に関する。

インダクタンス等の電気的特性を調整する従来の方法として、例えば特許文献１において提案された積層インダクタンス素子のトリミング方法が知られている。このトリミング方法では、磁性体の一部を削り取って磁束の通る断面積を減少させ、積層インダクタンス素子のインダクタンスを調整している

また、他の調整方法としては、積層セラミック電子部品を構成する磁性体に磁界を印加する方法が知られている。

特開昭５６−１６４５０９号公報

しかしながら、特許文献１に記載された積層インダクタンス素子のトリミング方法の場合には、磁性体を削り取ってインダクタンスを調整するため、インダクタンスを下げる調整だけで、インダクタンスを上げる調整を行うことができず、しかも素子自体の強度が劣化する虞があり、更に、削り取り作業に手間が掛かって作業性に劣るという課題があった。

また、磁界を印加する方法の場合には、インダクタンスを上げることも下げることもできるが、インダクタンスが調整前のインダクタンス（初期値）から大きく変動するため、例えば初期値から±５％以内の範囲での微調整を行うことが難しいという課題があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、強度劣化を招くことなくインダクタンス等の電気的特性を初期値の上下いずれの方向にも所望の特性値に効率良く調整することができる積層セラミック電子部品の製造方法を提供することを目的としている。

本発明の請求項１に記載の積層セラミック電子部品の製造方法は、内部導体を内蔵するフェライト焼結体を形成する焼成工程と、上記フェライト焼結体に磁界を印加する磁界印加工程と、上記フェライト焼結体に熱衝撃を加える熱衝撃工程と、を備えたことを特徴とするものである。

また、本発明の請求項２に記載の積層セラミック電子部品の製造方法は、請求項１に記載の発明において、上記熱衝撃工程においては、上記フェライト焼結体に冷熱衝撃を加えることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項３に記載の積層セラミック電子部品の製造方法は、請求項２に記載の発明において、上記熱衝撃工程においては、上記フェライト焼結体を液体窒素に浸漬することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項４に記載の積層セラミック電子部品の製造方法は、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の発明において、上記フェライト焼結体を構成する磁性体材料のキュリー温度が３００℃以上であることを特徴とするものである。

而して、本発明の焼成工程では、内部導体を内蔵するフェライト焼結体を形成する。内部導体は、例えばフェライト焼結体内で螺旋状に上下に延びるコイル導体として形成されている。内部導体を形成する導電性材料は、導電性金属であれば特に制限されるものではなく、例えばＡｇ、Ｐｄ、Ａｇ−Ｐｄ合金等の導電性金属を主成分とする導電性材料が好ましい。また、フェライト焼結体は、フェライト磁性体によって形成されたものであれば特に制限されるものでなく、例えばＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライト等、Ｎｉ−Ｃｕ系フェライト、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライト等のスピネル型フェライト磁性体材料によって形成されたものが好ましい。また、フェライト焼結体の焼成温度も、特に制限されるものではないが、例えば８５０〜１０００℃程度が好ましい。

また、本発明の磁界印加工程では、上記フェライト焼結体に磁界を印加する。フェライト焼結体への磁界の印加によってフェライト焼結体のインダクタンス等の電気的特性を調整することができる。電気的特性には例えばインダクタンス特性及びインピーダンス特性が含まれる。フェライト焼結体のインダクタンスを上げる時には、例えば永久磁石を用いてフェライト焼結体に一定の磁界を印加して着磁処理を行い、逆にフェライト焼結体のインダクタンスを下げる時には、例えば電磁石を用いてフェライト焼結体に交番磁界を印加してインダクタンスの減衰処理を行う。磁界は、例えば数秒以内の短時間で印加することが好ましい。着磁処理ではフェライト焼結体のインダクタンスが初期値を基準にして例えば６〜１０％上がり、減衰処理ではフェライト焼結体のインダクタンスが初期値を基準にして例えば５〜６％下がる。従って、磁界印加工程では、フェライト焼結体のインダクタンスの初期値に対して±５％以下の範囲内での微調整を行うことが難しい。そこで、本発明では、熱衝撃工程で±５％以下の微調整を行う。尚、インダクタンスの初期値とは、積層セラミック電子部品作製後のインダクタンスを意味する。

本発明の熱衝撃工程では、上記フェライト焼結体に熱衝撃を加える。ここで熱衝撃とは大きな温度差を付与することを意味するが、熱衝撃では必ずしも急激な温度変化を与える必要はない。熱衝撃によって大きな温度差を付与する方法としては、温度を高温側に温度差を付ける方法と、低温側に温度差を付ける方法とがあるが、高温側に温度差を付ける方法の場合にはフェライト焼結体のキュリー温度の制約があり、低温側に温度差を付ける冷熱衝撃の方が好ましい。従って、冷熱衝撃を付与する場合には、液体窒素や液体ヘリウム等の液化ガスにフェライト焼結体を浸漬して瞬間的に大きな温度差を付与する方法と、冷凍庫等の冷却手段にフェライト焼結体を投入して所定時間を掛けて大きな温度差を付与する方法とがあるが、作業性を勘案すれば、液化窒素や液体ヘリウム等の液化ガスにフェライト焼結体を浸漬する方が好ましく、液化ガスのコスト面及び管理面を勘案すると液体窒素が好ましい。

上述の熱衝撃工程においてフェライト焼結体に熱衝撃を付与することによって後述のようにフェライト焼結体の磁気特性を回復させることができる。即ち、フェライト焼結体は内部導体と共焼成されているが、焼成時にはフェライト焼結体と内部導体との間に熱膨張係数に違いがあることから、フェライト焼結体と内部導体との間に熱膨張差による応力が発生し、磁歪効果により透磁率が低下している。そこで、例えば液体窒素を用いてフェライト焼結体に熱衝撃を付与することにより、フェライト焼結体と内部導体との間の熱収縮差による内部導体とフェライト焼結体間に大きな応力をかけて内部導体を伸ばしてＡｇ結晶を再配列させてフェライト焼結体の応力磁歪を緩和させる。熱衝撃処理を繰り返す毎に内部導体が徐々に伸び、フェライト焼結体の応力磁歪が緩和されて徐々に初期値に戻る。本発明では、フェライト焼結体が内部応力に極めて敏感であるため、内部応力による磁歪の影響で残留磁化が変動する現象を利用してフェライト焼結体の磁気特性を微調整するようにしている。

従って、本発明において、液体窒素を用いた冷熱衝撃によってフェライト焼結体の磁気特性を微調整する場合には、外部電極の表面酸化等を防止することができ、しかも液体窒素は高い熱容量を有するため、複数の積層セラミック電子部品を同時に一括処理することができ、しかも液体窒素は安価でその管理コストも安価であるため、フェライト焼結体の磁気特性、延いては積層セラミック電子部品のインダクタンス等の電気特性を低コストで微調整することができる。

また、本発明は残留磁化を利用してフェライト焼結体の磁気特性を微調整するため、フェライト焼結体を構成する磁性体材料は、キュリー温度が３００℃以上のものが好ましい。３００℃以上のキュリー温度であれば、積層セラミック電子部品の電気的特性を損なうことなく調整することができ、一般に３００℃以下で行われる半田リフローによる基板への実装に対応することができる。また、半田リフロー以外の方法で３００℃以下の温度で実装される積層セラミック電子部品であれば、そのキュリー温度が３００℃以下の磁性体材料で形成された積層セラミック電子部品であっても良い。

本発明の請求項１〜請求項４に記載の発明によれば、強度劣化を招くことなくインダクタンス等の電気的特性を初期値の上下いずれの方向にも所望の特性値に効率良く調整することができる積層セラミック電子部品の製造方法を提供することができる。

以下、実施例１に基づいて本発明の積層セラミック電子部品の製造方法の一実施形態について具体的に説明する。尚、図１は本発明の積層セラミック電子部品の製造方法の一実施形態によって製造される積層セラミック電子部品を構成するフェライト焼結体を示す分解斜視図である。

（１）積層インダクタの作製
本実施例では図１に示すように、Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕフェライトからなるセラミックグリーンシート１１Ａ〜１１Ｋを形成した後、セラミックグリーンシート１１Ａ〜１１Ｋの所定箇所にスルーホール１２Ａ〜１２Ｄを形成した。次いで、スクリーン印刷法等を用いてセラミックグリーンシート１１Ａ〜１１Ｅの上面にＡｇを主成分とする導電性ペーストを図１に示すパターンで印刷して導体パターン１３Ａ〜１３Ｅを形成すると共にスルーホール１２Ａ〜１２Ｄに導電性ペーストを充填した後、これらのセラミックグリーンシート１１Ａ〜１１Ｅを積層した。更に、これらのセラミックグリーンシート１１Ａ〜１１Ｅの上下の両面に導体パターンが形成されていないセラミックグリーンシート１１Ｆ〜１１Ｋを積層した後、これらのセラミックグリーンシート１１Ａ〜１１Ｋを所定の圧力で圧着して圧着ブロックを作製した。圧着ブロック内の導体パターン１３Ａ〜１３Ｅは導電性ペーストを介して上下に螺旋状に延びるコイルとして形成されている。

然る後、圧着ブロックを所定サイズにカットして積層体を得た後、この積層体の脱脂処理を行った後、脱脂後の積層体を８５０〜１０００℃程度の温度で焼成してフェライト焼結体１１を得た。次いで、焼結体１１の端面処理を行った後、その両端面にＡｇを主成分とする導電ペーストを塗布して焼き付けることによって外部電極（図示せず）をそれぞれ形成し、更に、外部電極の表面にＮｉ及びＳｎのメッキを施して積層インダクタ１０を積層セラミック電子部品として作製した。この積層インダクタ１０は、２．０×１．２５×１．２５ｍｍのサイズに形成されている。

本実施例では、表１に示すようにフェライト焼結体の比透磁率μｒが異なる４種類の試料Ｎｏ.１〜４を積層インダクタとして作製した。比透磁率μｒが２０のフェライト焼結体のキュリー温度は５５０℃であり、比透磁率μｒが７０のフェライト焼結体のキュリー温度は３５０℃であり、比透磁率μｒが１５０のフェライト焼結体のキュリー温度は３００℃であり、比透磁率μｒが７００のフェライト焼結体のキュリー温度は１３５℃であった。

次いで、試料Ｎｏ.１〜４の積層インダクタをそれぞれ所定の基板に取り付けた後、これらの試料のインダクタンスＬを測定し、この測定結果を初期値として表１に示した。

（３）積層インダクタへの磁界の印加
永久磁石を用いて試料Ｎｏ.１〜４の積層インダクタそれぞれに１００ガウスの磁界を５秒間印加して各積層インダクタを構成するフェライト焼結体に対して着磁処理を行い、各試料のインダクタンスＬをそれぞれ測定した後、これらの測定結果と各測定値の初期値からの変化率を算出し、それぞれを表１に示した。

（４）積層インダクタへの熱衝撃
着磁処理後の試料Ｎｏ.１〜４の積層インダクタをそれぞれ液体窒素に５分間浸漬して各積層インダクタを構成するフェライト焼結体に熱衝撃を付与し、各試料のインダクタンスＬをそれぞれ測定した後、これらの測定結果と各測定値の初期値からの変化率を算出し、それぞれを表１に示した。更に、他の着磁処理後の試料Ｎｏ.１〜４の積層インダクタについて同様の熱衝撃処理を３回行った場合と、５回行った場合について、それぞれのインダクタンスＬを測定し、これらの測定結果と各測定値の初期値からの変化率を算出し、それぞれを表１に示した。

表１に示す結果によれば、着磁処理後の試料Ｎｏ.１〜４のインダクタンスＬは、いずれも６．０〜１０％前後上がっていることが判った。また、着磁処理後に一回の熱衝撃処理を施した試料Ｎｏ.１〜４のインダクタンスＬはいずれも変化率が減少して初期値方向へ復帰し、熱衝撃処理数の増加に連れて各インダクタンスＬが初期値へ徐々に近づき、初期値からの変化率が漸減していることが判った。つまり、各試料に対して着磁処理を施した後、それぞれの試料に熱衝撃処理を施すだけで、各試料を傷つけることなく、しかも周波数帯域に関係なく積層インダクタのインダクタンスＬを初期値から上げる方向へ５％以内の狭い範囲で効率良く微調整できることが判った。しかも、熱衝撃処理回数を適宜選択することによって所望のインダクタンスに微調整できることが判った。

実施例１では永久磁石を用いて積層インダクタのインダクタンスが大きくなる方向に微調整したが、本実施例では表２に示すように電磁石を用いて交番磁界を試料Ｎｏ.５〜８に印加してインダクタンスを減少させる点が上記実施例とは相違する。尚、表２に示すように試料Ｎｏ.５〜８は、それぞれ試料Ｎｏ.１〜４に相当する積層インダクタである。

即ち、本実施例では、電磁石を用いて試料Ｎｏ.５〜８の積層インダクタに対して１５０ガウスの交番磁界を５秒間印加して各試料のインダクタンスを減少させた以外は、実施例１と同様の熱衝撃処理を行った。そして、実施例１と同様に各試料のインダクタンスの初期値、磁界印加後のインダクタンス及びその変化率、並びに熱衝撃処理後のインダクタンス及びその変化率をそれぞれ求め、その結果を表２に示した。

表２に示す結果によれば、電磁石によるインダクタンスの減衰処理によって試料Ｎｏ.５〜８のいずれもインダクタンスＬが５〜６％前後下がっていることが判った。また、減衰処理後の各試料に熱衝撃を付与することによってそれぞれのインダクタンスが初期値方向へ復帰し、熱衝撃処理回数の増加に連れて各インダクタンスが初期値へ徐々に近づき、初期値からの変化率の絶対値で漸減していることが判った。従って、本実施例では積層インダクタを初期値から下げる方向へ５％以内の狭い範囲で微調整でき、実施例１と同様の作用効果を奏することが判った。

尚、上記実施形態では、フェライト焼結体がＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕフェライトによって形成されたものについて説明したが、本発明におけるフェライト焼結体は、Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕフェライトに制限されるものではなく、前述のように本発明におけるフェライト焼結体は、Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライト等、Ｎｉ−Ｃｕ系フェライト、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライト等のスピネル型フェライト磁性体は勿論のこと、他のフェライトであっても良い。また、上記実施形態では、内部導体がＡｇを主成分とする導電性材料によって形成したものについて説明したが、本発明における内部導体は、導電性金属を主成分とするもので形成されたものであれば特に制限されない。また、積層セラミック電子部品の外部電極を形成する材料もＡｇを主成分とする導電性材料に制限されるものではなく、Ａｇ以外の導電性金属を主成分とする導電性材料であれば特に制限されない。

本発明は、フェライト焼結体を含む積層インダクタ、積層インピーダ等の積層セラミック電子部品の製造方法に好適に利用することができる。

本発明の積層セラミック電子部品の一実施形態の要部を示す分解斜視図である。

符号の説明

１０ 積層インダクタ（積層セラミック電子部品）
１１ フェライト焼結体
１３Ａ〜１３Ｅ 導体パターン（内部導体）

Claims (4)

1. 内部導体を内蔵するフェライト焼結体を形成する焼成工程と、上記フェライト焼結体に磁界を印加する磁界印加工程と、上記フェライト焼結体に熱衝撃を加える熱衝撃工程と、を備えたことを特徴とする積層セラミック電子部品の製造方法。
2. 上記熱衝撃工程においては、上記フェライト焼結体に冷熱衝撃を加えることを特徴とする請求項１に記載の積層セラミック電子部品の製造方法。
3. 上記熱衝撃工程においては、上記フェライト焼結体を液体窒素に浸漬することを特徴とする請求項２に記載の積層セラミック電子部品の製造方法。
4. 上記フェライト焼結体を構成する磁性体材料のキュリー温度が３００℃以上であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の積層セラミック電子部品の製造方法。

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