(57)【要約】      （修正有）【課題】渦電流損失を抑制するために、高い成形圧力が加えられても金属磁性粒子に設けられた絶縁膜が破壊されない、絶縁膜の破壊を抑制された磁性基体を提供する。【解決手段】磁性基体は、金属磁性粒子３１〜３７と、金属磁性粒子の表面に設けられ、構造欠陥が導入された非晶質の酸化ケイ素膜４１〜４７と、を備える。酸化ケイ素膜は、その厚さが５０ｎｍ以下となるように形成される。また磁性基体において、金属磁性粒子はＦｅを含み、金属磁性粒子におけるＦｅの含有率が９０ｗｔ％以上である。【選択図】図４Ｂ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属磁性粒子と、
前記金属磁性粒子の表面に設けられ、構造欠陥が導入された非晶質の酸化ケイ素膜と、
を備える磁性基体。
【請求項２】
前記酸化ケイ素膜は、その厚さが１００ｎｍ以下となるように形成される、
請求項１に記載の磁性基体。
【請求項３】
前記酸化ケイ素膜は、その厚さが５０ｎｍ以下となるように形成される、
請求項２に記載の磁性基体。
【請求項４】
前記酸化ケイ素膜は、その厚さが２０ｎｍ以上となるように形成される請求項２又は請求項３に記載の磁性基体。
【請求項５】
前記金属磁性粒子はＦｅを含み、前記金属磁性粒子におけるＦｅの含有率が９０ｗｔ％以上である、
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の磁性基体。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の磁性基体を含む電子部品。
【請求項７】
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の磁性基体と、
前記磁性基体に設けられたコイルと、
を備える電子部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属磁性粒子を含む磁性基体及び当該磁性基体を含む電子部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子部品の磁性基体の材料として、従来から様々な磁性材料が用いられている。例えば、インダクタなどのコイル部品用の磁性材料としては、フェライトがよく用いられている。フェライトは、透磁率が高いことから、インダクタ用の磁性材料として適している。
【０００３】
フェライト以外の電子部品用の磁性材料として、金属磁性粒子から成る金属磁性材料が知られている。一般的に金属磁性材料は、フェライト材料よりも飽和磁束密度が高いため、大電流が流れるコイル部品の磁性基体の材料として適している。金属磁性粒子を含む複合磁性材料から成る磁性基体は、例えば、金属磁性粒子と結合材とを混練して得られたスラリーを型に流し込み、この型内でスラリーに圧力を加える加圧成形によって作製される。磁性基体に含まれる各金属磁性粒子の表面には、隣接する金属磁性粒子間でショートが起きないようにするために絶縁膜が設けられる。
【０００４】
電子部品用の磁性基体は、高い透磁率を有することが求められる。従来から、透磁率向上のために磁性基体における磁性粒子の充填率を高めるための提案がなされている。例えば、特開２００６−１７９６２１号公報には、第１の磁性粒子及び第２の磁性粒子を含む複合磁性材料が開示されており、この第２の磁性粒子の平均粒径が当該第１の磁性粒子の平均粒径の５０％以下であり、当該第１の磁性粒子の含有率をＸ［ｗｔ％］、当該第２の磁性粒子の含有率をＹ［ｗｔ％］としたとき、０．０５≦Ｙ／（Ｘ＋Ｙ）≦０．３０の関係を満足させることにより、磁性粒子が高密度で充填された成形体が得られるとされている。また、特開２０１０−３４１０２号公報には、２種類以上の平均粒子径が異なる非晶質金属磁性粒子と絶縁性の結合材とが混ぜ合わされた粘土状の磁性基体が開示されている。同公報によれば、かかる磁性基体によって、高い充填率と低いコア損失が実現できるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１７９６２１号公報
【特許文献２】特開２０１０−０３４１０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
磁性基体の成形時における成形圧力を高めることによって金属磁性粒子の充填率を高めることが考えられる。しかしながら、成形圧力が高くなると、金属磁性粒子の表面に設けられている絶縁膜が破壊されやすくなるという問題がある。絶縁膜が破壊されると隣接する金属磁性粒子同士がショートすることにより、当該隣接する金属磁性粒子が大径の１つの粒子となる。この大径化した粒子においては渦電流が発生しやすくなる。よって、磁性基体に含まれる金属磁性粒子間で絶縁破壊が起こると渦電流損失が大きくなるという問題がある。渦電流損失を抑制するために、高い成形圧力が加えられても金属磁性粒子に設けられた絶縁膜が破壊されないことが望まれる。
【０００７】
本発明の目的は、上述した問題の少なくとも一部を解決又は緩和することである。より具体的な本発明の目的の一つは、磁性基体に含まれる金属磁性粒子に設けられた絶縁膜の破壊を抑制することである。本発明のこれ以外の目的は、明細書全体の記載を通じて明らかにされる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一実施形態による磁性基体は、金属磁性粒子と、前記金属磁性粒子の表面に設けられ、構造欠陥が導入された非晶質の酸化ケイ素膜と、を備える。
【０００９】
本発明の一実施形態による磁性基体において、前記酸化ケイ素膜は、その厚さが１００ｎｍ以下となるように形成される。
【００１０】
本発明の一実施形態による磁性基体において、前記酸化ケイ素膜は、その厚さが５０ｎｍ以下となるように形成される。
【００１１】
本発明の一実施形態による磁性基体において、前記金属磁性粒子はＦｅを含み、前記金属磁性粒子におけるＦｅの含有率が９０ｗｔ％以上である。
【００１２】
本発明の一実施形態は、電子部品に関する。当該電子部品は、上記の磁性基体を含む。
【００１３】
本発明の一実施形態による電子部品は、上記の磁性基体と、前記磁性基体に設けられたコイルと、を備える。当該コイルは、磁性基体内に埋め込まれていてもよい。当該コイルは、その少なくとも一部が磁性基体の外部に露出するように磁性基体に設けられても良い。
【発明の効果】
【００１４】
本明細書の開示によれば、磁性基体に含まれる金属磁性粒子に設けられた絶縁膜の破壊を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態によるコイル部品の斜視図である。
【図２】図１のコイル部品の分解斜視図である。
【図３】図１のコイル部品をＩ−Ｉ線で切断した断面を模式的に示す図である。
【図４Ａ】加圧成形前のスラリーに含まれる金属磁性粒子を模式的に示す図である。
【図４Ｂ】図３に示されている磁性基体の領域Ａを拡大して模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１から図３を参照して本発明の一実施形態に係るインダクタ１について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るインダクタ１の斜視図であり、図２は、図１のインダクタ１の分解斜視図であり、図３は、図１のインダクタ１をＩ−Ｉ線で切断した断面を模式的に示す図である。図２ないし図４においては、説明の便宜のために、外部電極の図示が省略されている。
【００１７】
本明細書においては、文脈上別に解される場合を除き、インダクタ１の「長さ」方向、「幅」方向、及び「厚さ」方向はそれぞれ、図１の「Ｌ」方向、「Ｗ」方向、及び「Ｔ」方向とする。
【００１８】
これらの図に示されているインダクタ１は、本発明を適用可能なコイル部品の一例である。本発明は、インダクタ以外にも、トランス、フィルタ、リアクトル、及びこれら以外の様々なコイル部品に適用され得る。本発明は、カップルドインダクタ、チョークコイル、及びこれら以外の様々な磁気結合型コイル部品にも適用することができる。
【００１９】
図示のように、インダクタ１は、磁性基体１０と、この磁性基体１０内に設けられたコイル導体２５と、当該コイル導体２５の一端と電気的に接続された外部電極２１と、当該コイル導体２５の他端と電気的に接続された外部電極２２と、を備える。
【００２０】
磁性基体１０は、磁性材料から直方体形状に形成されている。磁性基体１０は、コイル２５が埋め込まれる磁性体層２０と、当該磁性体層２０の上面に設けられた磁性材料からなる上側カバー層１８と、当該磁性体層２０の下面に設けられた磁性材料からなる下側カバー層１９と、を備える。磁性体層２０と上側カバー層１８との境界及び磁性体層２０と下側カバー層１９との境界は、磁性基体１０の製法によっては、明瞭に確認できないことがある。本発明の一実施形態において、磁性基体１０は、長さ寸法（Ｌ方向の寸法）が１．０ｍｍ〜２．６ｍｍ、幅寸法（Ｗ方向の寸法）が０．５〜２．１ｍｍ、高さ寸法（Ｈ方向の寸法）が０．５〜１．０ｍｍとなるように形成される。長さ方向の寸法は、０．３ｍｍ〜１．６ｍｍとされてもよい。
【００２１】
インダクタ１は、回路基板２に実装されている。回路基板２には、ランド部３が設けられてもよい。インダクタ１が２つの外部電極２１，２２を備える場合には、これに対応して回路基板２には２つのランド部３が設けられる。インダクタ１は、外部電極２１，２２の各々と回路基板２の対応するランド部３とを接合することにより、当該回路基板２に実装されてもよい。回路基板２は、様々な電子機器に実装され得る。回路基板２が実装され得る電子機器には、スマートフォン、タブレット、ゲームコンソール、及びこれら以外の様々な電子機器が含まれる。後述するとおり、磁性基体１０における絶縁性が向上しているため、インダクタ１を小型化及び／又は薄膜化することが可能である。よって、インダクタ１は、高密度に部品が実装される回路基板２に好適に用いられ得る。インダクタ１は、回路基板２の内部に埋め込まれる内蔵部品であってもよい。
【００２２】
磁性基体１０は、第１の主面１０ａ、第２の主面１０ｂ、第１の端面１０ｃ、第２の端面１０ｄ、第１の側面１０ｅ、及び第２の側面１０ｆを有する。磁性基体１０は、これらの６つの面によってその外面が画定される。第１の主面１０ａと第２の主面１０ｂとは互いに対向し、第１の端面１０ｃと第２の端面１０ｄとは互いに対向し、第１の側面１０ｅと第２の側面１０ｆとは互いに対向している。
【００２３】
図１において第１の主面１０ａは磁性基体１０の上側にあるため、第１の主面１０ａを「上面」と呼ぶことがある。同様に、第２の主面１０ｂを「下面」と呼ぶことがある。インダクタ１は、第２の主面１０ｂが回路基板２と対向するように配置されるので、第２の主面１０ｂを「実装面」と呼ぶこともある。インダクタ１の上下方向に言及する際には、図１の上下方向を基準とする。
【００２４】
外部電極２１は、磁性基体１０の第１の端面１０ｃに設けられる。外部電極２２は、磁性基体１０の第２の端面１０ｄに設けられる。各外部電極は、図示のように、磁性基体１０の上面及び下面まで延伸してもよい。各外部電極の形状及び配置は、図示された例には限定されない。例えば、外部電極２１，２２はいずれも磁性基体１０の下面１０ｂに設けられてもよい。この場合、コイル導体２５は、ビア導体を介して、磁性基体１０の下面１０ｂに設けられた外部電極２１，２２と接続される。外部電極２１と外部電極２２とは、長さ方向において互いから離間して配置されている。外部電極２１と外部電極２２との間の距離は、磁性基体１０の長さ方向の寸法である０．３ｍｍ〜１．６ｍｍと同じかそれよりも若干小さい。後述するとおり、磁性基体１０においては絶縁性が向上しているため、外部電極２１と外部電極２２との間の距離を０．３ｍｍ〜１．６ｍｍ程度まで小さくすることができる。
【００２５】
次に、主に図２を参照して、インダクタ１が有する積層構造についてさらに説明する。図２には、積層プロセスによって作成されたインダクタ１の分解斜視図が示されている。図２に示すように、磁性体層２０は、磁性膜１１〜１７を備える。磁性体層２０においては、Ｔ軸方向の正方向側から負方向側に向かって、磁性膜１１、磁性膜１２、磁性膜１３、磁性膜１４、磁性膜１５、磁性膜１６、磁性膜１７の順に積層されている。インダクタ１は、積層プロセス以外の方法で作成されてもよい。例えば、インダクタ１は、薄膜プロセスにより作成されてもよい。また、インダクタ１は、コアの外側に巻線が巻回された巻線型のコイルであってもよい。
【００２６】
磁性膜１１〜１７の各々の上面には、導体パターンＣ１１〜Ｃ１７が形成されている。導体パターンＣ１１〜Ｃ１７は、例えば、導電性に優れた金属又は合金から成る導電ペーストをスクリーン印刷法により印刷することにより形成される。この導電ペーストの材料としては、Ａｇ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ａｌ又はこれらの合金を用いることができる。導体パターンＣ１１〜Ｃ１７は、これ以外の材料及び方法により形成されてもよい。導体パターンＣ１１〜Ｃ１７、例えば、スパッタ法、インクジェット法、又はこれら以外の公知の方法で形成されてもよい。
【００２７】
磁性膜１１〜磁性膜１６の所定の位置には、ビアＶ１〜Ｖ６がそれぞれ形成される。ビアＶ１〜Ｖ６は、磁性膜１１〜磁性膜１６の所定の位置に、磁性膜１１〜磁性膜１６をＴ軸方向に貫く貫通孔を形成し、当該貫通孔に導電材料を埋め込むことにより形成される。
【００２８】
導体パターンＣ１１〜Ｃ１７の各々は、隣接する導体パターンとビアＶ１〜Ｖ６を介して電気的に接続される。このようにして接続された導体パターンＣ１１〜Ｃ１７が、スパイラル状のコイル導体２５を形成する。すなわち、コイル導体２５は、導体パターンＣ１１〜Ｃ１７及びビアＶ１〜Ｖ６を有する。
【００２９】
導体パターンＣ１１のビアＶ１に接続されている端部と反対側の端部は、外部電極２２に接続される。導体パターンＣ１７のビアＶ６に接続されている端部と反対側の端部は、外部電極２１に接続される。
【００３０】
上側カバー層１８は、磁性材料から成る磁性膜１８ａ〜１８ｄを備え、下側カバー層１９は、磁性材料から成る磁性膜１８ａ〜１８ｄを備える。本明細書においては、磁性膜１８ａ〜１８ｄ及び磁性膜１８ａ〜１８ｄを総称して「カバー層磁性膜」と呼ぶことがある。
【００３１】
上記のように、磁性基体１０（磁性膜１１〜１７及びカバー層磁性膜）は、磁性材料から成る。磁性基体１０用の磁性材料として、結合材及び複数の金属磁性粒子を含む複合磁性材料が用いられ得る。インダクタ１は、互いに異なる磁性材料から成る２つ以上の領域を有していても良い。例えば、磁性体層２０と上側カバー層１８とは、互いに異なる磁性材料から形成されてもよい。
【００３２】
磁性基体１０用の複合磁性材料に含まれる金属磁性粒子の各々には、絶縁膜が形成される。この絶縁膜は、非晶質の酸化ケイ素膜である。この酸化ケイ素膜には、後述するように、構造欠陥が導入されている。
【００３３】
次に、インダクタ１の製造方法の一例を説明する。インダクタ１は、例えば積層プロセスによって製造することができる。以下では、積層プロセスによるインダクタ１の製造方法の一例を説明する。
【００３４】
まず、上側カバー層１８を構成する磁性膜１８ａ〜１８ｄ、磁性体層２０を構成する磁性膜１１〜磁性膜１７、及び下側カバー層１９を構成する磁性膜１９ａ〜１９ｄとなる磁性体シートを作成する。これらの磁性体シートは、結合材及び複数の金属磁性粒子を含む複合磁性材料から形成される。
【００３５】
磁性体シートを作成するために、まずは、金属磁性粒子を準備する。磁性体シート用の金属磁性粒子は、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、及びコバルト（Ｃｏ）のうち少なくとも一つの元素を含む結晶質又は非晶質の金属又は合金から形成される。金属磁性粒子は、さらに、ケイ素（Ｓｉ）、クロム（Ｃｒ）及びアルミニウム（Ａｌ）のうち少なくとも一つの元素を含んでもよい。金属磁性粒子は、Ｆｅ及び不可避不純物から成る純鉄の粒子であってもよく、鉄（Ｆｅ）を含むＦｅ基非晶質合金であってもよい。このＦｅ基非晶質合金には、例えば、Ｆｅ−Ｓｉ合金、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金、Ｆｅ―Ｓｉ−Ｃｒ−Ｂ合金、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ−Ｃ合金、及びＦｅ−Ｓｉ−Ｐ−Ｂ−Ｃ合金が含まれる。金属磁性粒子は、単一の種類の金属又は単一の種類の合金の粒子のみを含んでいてもよい。例えば、第１金属磁性粒子３１は全て、純鉄又は特定の種類のＦｅ基非晶質合金から成る粒子であってもよい。磁性基体１０用の複合磁性材料に含まれる金属磁性粒子は、複数の異なる種類の金属又は合金の粒子を含んでいてもよい。例えば、第１金属磁性粒子３１は、純鉄から成る複数の粒子と、Ｆｅ−Ｓｉ合金から成る複数の粒子と、を含んでいても良い。金属磁性粒子が純鉄又はＦｅを含む合金から形成される場合には、金属磁性粒子におけるＦｅの含有比率は、９０ｗｔ％以上とされてもよい。これにより、良好な磁気飽和特性を有する磁性基体１０が得られる。金属磁性粒子は、Ｆｅの含有比率が９９．９ｗｔ％以上のカルボニル鉄粉であってもよい。
【００３６】
一実施形態において、金属磁性粒子は、１μｍ〜２００μｍの平均粒径を有する。金属磁性粒子は、互いに平均粒径の異なる２種類以上の金属磁性粒子を含んでもよい。例えば、複合磁性材料用の金属磁性粒子は、第１平均粒径を有する第１の金属磁性粒子と、この第１平均粒径よりも小さな第２平均粒径を有する第２金属磁性粒子と、を含んでもよい。一実施形態において、第２金属磁性粒子の平均粒径は、第１金属磁性粒子の平均粒径の１／１０以下とされる。第２金属磁性粒子の平均粒径が第１金属磁性粒子の平均粒径の１／１０以下の場合、第２金属磁性粒子が隣接する第１金属磁性粒子３１の間の隙間に入り込み易く、その結果、磁性基体１０における金属磁性粒子の充填率（Density）を高めることができる。一実施形態において、磁性基体１０用の複合磁性材料における金属磁性粒子は、第２平均粒径よりも小さな第３平均粒径を有する第３金属磁性粒子をさらに含んでもよい。第３金属磁性粒子の平均粒径は、０．５μｍ以下としてもよい。これにより、高周波でコイル部品を励磁する場合でも、第３金属磁性粒子内における渦電流の発生を抑制することができる。これにより、優れた高周波特性を有するコイル部品１０が得られる。
【００３７】
複合磁性材料に含まれる金属磁性粒子の平均粒径は、当該磁性基体をその厚さ方向（Ｔ方向）に沿って切断して断面を露出させ、当該断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により１μｍ以上の粒子を２０００倍〜５０００倍の倍率、１μｍより小さな粒子は５０００〜１００００倍で撮影した写真に基づいて粒度分布を求め、この粒度分布に基づいて定められる。例えば、ＳＥＭ写真に基づいて求められた粒度分布の５０％値を金属磁性粒子の平均粒径とすることができる。
【００３８】
金属磁性粒子の表面には、金属磁性粒子同士のショートを防止するために絶縁膜が形成される。この絶縁膜は、金属磁性粒子の表面全体を覆うように形成されることが望ましい。上述のように、金属磁性粒子が互いに異なる平均粒径を有する３種類の金属磁性粒子を含む場合、平均粒径１μｍ以上の粉末は絶縁膜が設けられることが望ましく、平均粒径１μｍより小さな金属磁性粒子または最も小さな平均粒径を有する第３の金属磁性粒子には絶縁膜が設けられなくともよい。これは、平均粒径が十分に小さな金属磁性粒子は、他の金属磁性粒子とショートしても渦電流損失への影響が軽微なためである。
【００３９】
一実施形態において、金属磁性粒子の表面に設けられる絶縁膜は、構造欠陥が導入された非晶質の酸化ケイ素膜である。構造欠陥が導入された非晶質の酸化ケイ素膜は、以下のようにして金属磁性粒子の各々の表面に設けられる。まず、例えばゾルゲル法を用いたコートプロセスによって、金属磁性粒子の各々の表面にＳｉＯ２層が形成される。具体的には、まず、金属磁性粒子、エタノール、及びアンモニア水を含む混合液中に、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン、Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４）、エタノール、及び水を含む処理液を混合して混合液を作成し、次に、この混合液を撹拌し、その後にこの攪拌された混合液を濾過することで、各々の表面にＳｉＯ２が設けられた金属磁性粒子が分離される。一実施形態において、金属磁性粒子の表面に形成されるＳｉＯ２層の厚さは、当該金属磁性粒子の平均粒径が２００μｍ以下のときに１００ｎｍ以下とされる。金属磁性粒子に設けられるＳｉＯ２層の厚さは、当該金属磁性粒子の平均粒径に応じて変更され得る。
【００４０】
次に、ＳｉＯ２層が形成された金属磁性粒子に対して、還元雰囲気下で熱処理が行われる。この熱処理は、例えば、雰囲気ガスとしてＨ２ガスを用い、４００〜８００℃で２０〜６０分間行われる。当該熱処理の温度及び時間は、ＳｉＯ２層が結晶質ではなく非晶質の酸化ケイ素膜として焼結するように、ＳｉＯ２層の厚さに応じて適宜設定され得る。また、当該熱処理の水素濃度、温度及び時間は、金属磁性粒子の酸化を抑制するために、当該金属磁性粒子の成分及び平均粒径に応じて適宜設定され得る。金属磁性粒子の表面に形成されたＳｉＯ２層は、上記の熱処理による金属粒子同士の結合を抑制する働きがある。よって、金属磁性粒子の表面に形成されたＳｉＯ２層により、ＳｉＯ２層が形成されない場合よりも高い温度で熱処理を行うことができる。このように熱処理工程における粒子同士の結合の問題が緩和されているため、金属磁性粒子として様々な材料を用いることができる。還元雰囲気ガスとしては、Ｈ２ガス以外に窒素希釈あるいはアルゴン希釈したＨ２などの様々な還元雰囲気ガスを用いることができる。
【００４１】
還元雰囲下で熱処理を行うことにより、ＳｉＯ２層の焼結が進み非晶質の酸化ケイ素膜が生成されるとともに、この酸化ケイ素膜の生成過程で金属磁性粒子からＮ、Ｏ及び／またはＣが排出される。非晶質の酸化ケイ素膜の生成と金属磁性粒子内部からのＮ、Ｏ及び／またはＣの排出は熱処理の初期過程で並行して起こるため、金属磁性粒子から排出されるＮ、Ｏ及び／またはＣを含むガスが酸化ケイ素膜の内部に微細な気泡として取り込まれると考えられる。このようにして形成された酸化ケイ素膜は、気泡を含む構造欠陥のある非晶質シリカとなっている。つまり、この非晶質の酸化ケイ素膜（非晶質シリカ膜）には、還元雰囲気下での熱処理により構造欠陥が導入されている。このような構造欠陥のある非晶質の酸化ケイ素膜（非晶質シリカ膜）は、この導入された構造欠陥のために、成形圧力などにより生ずる金属磁性粒子の変形に追従する柔軟性を持っているものとなる。上記の非晶質の酸化ケイ素膜は、気泡を含む構造欠陥を有することで、構造欠陥を有しない酸化ケイ素膜と比べて低硬度となっているため、金属磁性粒子の変形に追従しやすくなっていると考えられる。また、成形圧力による金属磁性粒子の変形が起こる場合には、非晶質の酸化ケイ素膜は、金属磁性粒子の変形に追従して金属磁性粒子間の隙間を埋めるように変形する。このため、非晶質の酸化ケイ素膜を介して金属磁性粒子同士の密着性を向上させることができる。
【００４２】
上記の還元雰囲気下での熱処理前のＳｉＯ２層の膜厚と当該熱処理後の非晶質の酸化ケイ素膜の膜厚とを比べると、熱処理後の酸化ケイ素膜の膜厚が熱処理前のＳｉＯ２層の膜厚の約１．２倍〜１．６倍の厚さとなる。この変化率は、処理温度に応じて異なる。熱処理前のＳｉＯ２層の膜厚が５０ｎｍのときに、熱処理後の酸化ケイ素膜の膜厚が７０ｎｍ程度になることが確認された。この膜厚の変化は、ＳｉＯ２層の厚さによっても変わり、具体的には、熱処理前のＳｉＯ２層の膜厚が薄いほど変化は小さく、厚いほど変化が大きくなる。例えば、ＳｉＯ２層は１７ｎｍの場合には、熱処理後の酸化ケイ素膜の膜厚は２０ｎｍ程度となり、ＳｉＯ２層は６３ｎｍのときには、熱処理後の酸化ケイ素膜の膜厚は１００ｎｍ程度となる。酸化ケイ素膜の膜厚を２０ｎｍ〜１００ｎｍとすることで、金属磁性粒子の変形に追従して変形できる柔軟性を持つとともに金属磁性粒子表面に連続して存在することができる。このような非晶質の酸化ケイ素膜により、当該金属磁性粒子を他の金属磁性粒子から絶縁することができる。
【００４３】
次に、上記のようにして非晶質の酸化ケイ素膜が形成された金属磁性粒子の粒子群と結合材とを混練してスラリーを作成する。このスラリー中に分散している金属磁性粒子の一部が図４Ａに示されている。図４Ａには、７つの金属磁性粒子３１ａ〜３７ａが示されている。図示のように、金属磁性粒子３１ａ〜３７ａの各々の表面には、酸化ケイ素膜４１ａ〜４７ａがそれぞれ設けられている。酸化ケイ素膜４１ａ〜４７ａは、上述したように、膜中に構造欠陥が導入された非晶質の酸化ケイ素膜（非晶質シリカ）である。酸化ケイ素膜４１ａ〜４７ａに構造欠陥が導入されることにより、酸化ケイ素後述する成形処理時に、酸化ケイ素膜４１ａ〜４７ａが金属磁性粒子３１ａ〜３７ａの変形に従って変形できるようになる。このような酸化ケイ素膜４１ａ〜４７ａが金属磁性粒子３１ａ〜３７ａの変形に追従して変形できる程度の構造欠陥を酸化ケイ素膜４１ａ〜４７ａに導入するために、一実施形態において、金属磁性粒子の表面に形成されるＳｉＯ２層の厚さは１００ｎｍ以下とされる。これよりもＳｉＯ２層が厚いと、還元雰囲気下での熱処理中によって酸化ケイ素膜４１ａ〜４７ａに導入される構造欠陥が、酸化ケイ素膜４１ａ〜４７ａの柔軟性を確保するために十分な量とならない可能性がある。上記のように、雰囲気ガスとしてＨ２ガスを用い、４００〜８００℃で２０〜６０分間熱処理が行われる場合には、表面から５０ｎｍの範囲まで構造欠陥が導入できることが、本発明者の実験観察により確認されている。よって、金属磁性粒子の表面に形成されるＳｉＯ２層の厚さを５０ｎｍ以下とすることにより、酸化ケイ素膜４１ａ〜４７ａに対して、その厚さ方向の全領域にわたって構造欠陥を導入することができる。
【００４４】
複合磁性材料に含まれる結合材は、例えば、絶縁性に優れた熱硬化性樹脂であり、例えばエポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、ポリスチレン（ＰＳ）樹脂、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）樹脂、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）樹脂、ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂、ポリフッ化ビニルデン（ＰＶＤＦ）樹脂、フェノール（Ｐｈｅｎｏｌｉｃ）樹脂、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）樹脂、ポリベンゾオキサゾール（ＰＢＯ）樹脂、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）樹脂、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）樹脂、又はアクリル樹脂である。
【００４５】
次に、上記のスラリーを成型金型に入れ、成形圧力を加えることで、板状の磁性体シートが得られる。磁性体シートは、温間成形によって成形されてもよく、冷間成形によって成形されてもよい。温間成形による場合には、結合材の硬化温度よりも高く金属磁性粒子の結晶化に影響を与えない温間で成形が行われる。例えば、温間成形においては、１５０°〜４００°の温間で成形が行われる。成形圧力は、例えば、４０ＭＰａ〜１２０ＭＰａとされる。成形圧力は、所望の充填率を得るために適宜調整され得る。
【００４６】
磁性体シートを得るための加圧処理は、複数のシートに対してまとめて行われてもよい。具体的に、上記のスラリーをプラスチック製のベースフィルムの表面に塗布して乾燥させ、この乾燥後のスラリーを所定サイズに切断することでシート体を形成し、このシート体を複数枚積層して得られる積層体に対して加圧処理を行ってもよい。
【００４７】
次に、上記のようにして作成された磁性体シートに対してコイル導体を設ける。具体的には、磁性膜１１〜磁性膜１６となる各磁性体シートの所定の位置に、各磁性体シートをＴ軸方向に貫く貫通孔を形成する。次に、磁性膜１１〜磁性膜１７となる磁性体シートの各々の上面に、導電ペーストをスクリーン印刷法により印刷することで、当該磁性体シートに導体パターンを形成する。また、各磁性体シートに形成された各貫通孔に導電ペーストを埋め込む。このようにして磁性膜１１〜磁性膜１７となる第１磁性体シートに形成された導体パターンは、それぞれ導体パターンＣ１１〜導体パターンＣ１７となり、各貫通孔に埋め込まれた金属がビアＶ１〜Ｖ６となる。各導体パターンは、スクリーン印刷法以外にも公知の様々な方法で形成され得る。
【００４８】
次に、磁性膜１１〜磁性膜１７となる各第１磁性体シートを積層してコイル積層体を得る。磁性膜１１〜磁性膜１７となる各磁性体シートは、当該各磁性体シートに形成されている導体パターンＣ１１〜Ｃ１７の各々が隣接する導体パターンとビアＶ１〜Ｖａ６を介して電気的に接続されるように積層される。
【００４９】
次に、複数の磁性体シートを積層して上側カバー層１８となる上側積層体を形成する。また、複数の磁性体シートを積層して下側カバー層１９となる下側積層体を形成する。
【００５０】
次に、下側積層体、コイル積層体、上側積層体をＴ軸方向の負方向側から正方向側に向かってこの順序で積層し、この積層された各積層体をプレス機により熱圧着することで本体積層体が得られる。本体積層体は、下側積層体、コイル積層体、及び上側積層体を形成せずに、準備した磁性体シート全てを順番に積層して、この積層された磁性体シートを一括して熱圧着することにより形成しても良い。
【００５１】
次に、ダイシング機やレーザ加工機等の切断機を用いて上記本体積層体を所望のサイズに個片化することで、チップ積層体が得られる。次に、このチップ積層体を脱脂し、脱脂されたチップ積層体を加熱処理する。このチップ積層体の端部に対して、必要に応じて、バレル研磨等の研磨処理を行う。
【００５２】
次に、このチップ積層体の両端部に導体ペーストを塗布することにより、外部電極２１及び外部電極２２を形成する。外部電極２１及び外部電極２２には、必要に応じて、半田バリア層及び半田濡れ層の少なくとも一方が形成されてもよい。以上により、インダクタ１が得られる。
【００５３】
上記の製造方法に含まれる工程の一部は、適宜省略可能である。インダクタ１の製造方法においては、本明細書において明示的に説明されていない工程が必要に応じて実行され得る。上記のインダクタ１の製造方法に含まれる各工程の一部は、本発明の趣旨から逸脱しない限り、随時順番を入れ替えて実行され得る。上記のインダクタ１の製造方法に含まれる各工程の一部は、可能であれば、同時に又は並行して実行され得る。
【００５４】
図４Ｂは、以上のようにして作成されたインダクタ１の磁性基体１０をＴＷ面に沿って切断した断面の領域Ａ（図３参照）を拡大して模式的に示す図である。磁性基体１０に含まれる金属磁性粒子３１〜３７は、図４Ａに示されている加圧成形前のスラリーに含まれている金属磁性粒子３１ａ〜３７ａが、成形中に加えられた圧力により変形して得られたものである。金属磁性粒子３１〜３７の表面にはそれぞれ酸化ケイ素膜４１〜４７が設けられている。この酸化ケイ素膜４１〜４７は、磁性体シートの成形時に、酸化ケイ素膜４１ａ〜４７ａが金属磁性粒子３１ａ〜３７ａの変形に追従して変形することで得られたものである。
【００５５】
図４Ａに示されているように、成形前のスラリーにおいては、隣接する金属磁性粒子３１ａ〜３７ａの間に隙間が存在している。この隙間は、結合材で満たされている。これに対して、磁性基体１０においては、成形時に加えられた圧力により、金属磁性粒子３１〜３７がより密に充填されている。一実施形態において、金属磁性粒子３１〜３７の各々は、隣接する金属磁性粒子のうちの少なくとも１つと隙間なく接している。成形時に加えられる圧力は、金属磁性粒子３１〜３７の各々が隣接する金属磁性粒子のうちの少なくとも１つと酸化ケイ素膜４１〜４７を介して接するように設定される。図４Ｂに示されている実施形態において、例えば金属磁性粒子３１は、隣接する金属磁性粒子３２〜３７の各々と酸化ケイ素膜４１〜４７を介して接している。
【００５６】
酸化ケイ素膜４１〜４７の厚さは、焼結前の酸化ケイ素膜４１ａ〜４７ａの厚さより厚いと同程度と考えられる。膜厚の変化は熱処理前後の粒子断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により確認することができる。よって、一実施形態において、酸化ケイ素膜４１〜４７の厚さは、１００ｎｍ以下とされる。他の一実施形態において、酸化ケイ素膜４１〜４７の厚さは、５０ｎｍ以下とされる。酸化ケイ素膜４１〜４７の厚さは、磁性基体１０をその厚さ方向（Ｔ方向）に沿って切断して断面を露出させ、当該断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により５００００倍〜１０００００倍の倍率で撮影した写真に基づいて測定することができる。例えば、ＳＥＭ写真に含まれる一の金属磁性粒子に設けられた絶縁層の厚さは、当該一の金属磁性粒子の当該ＳＥＭ写真における幾何学的な重心と当該金属磁性粒子と隣接する他の金属磁性粒子の幾何学的な重心とを結ぶ仮想的な直線に沿った方向における当該絶縁層の寸法としてもよい。ＳＥＭ写真に含まれるある金属磁性粒子に設けられた絶縁層の厚さは、当該金属磁性粒子の当該ＳＥＭ写真における幾何学的な重心（図心）から当該ＳＥＭ写真の上下方向に伸びる仮想線に沿った当該絶縁層の寸法としてもよい。この場合、当該重心より上側の位置における寸法と下側の位置における寸法とが測定されるため、この平均を当該金属磁性粒子の絶縁層の厚さとしてもよい。ＳＥＭ写真中に第１金属磁性粒子が複数ある場合には、当該複数の金属磁性粒子の各々について絶縁層の厚さを求め、その平均値を磁性基体における第１金属磁性粒子に設けられた絶縁層の厚さとしてもよい。
【００５７】
酸化ケイ素膜４１〜４７に欠陥が導入されていることは、磁性基体を切断して断面を露出させ、当該断面を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で観察することにより確認することができる。具体的には、加速電圧５Ｖで当該断面に電子ビームを照射し、この断面を１０万倍の倍率で撮影した写真において、酸化ケイ素膜４１〜４７において欠陥が導入された領域は他の領域よりも暗く映し出される。このような暗い領域の存在により、酸化ケイ素膜４１〜４７における構造欠陥の存在を確認することができる。膜中に構造欠陥が導入された領域が暗く映し出されるのは、当該領域が撮影時に照射された電子ビームによってダメージを受けるためである。
【００５８】
金属磁性粒子３１〜３７と酸化ケイ素膜４１〜４７とを比較すると、組成成分、特に酸素の含有量が異なる。よって、磁性基体１０の断面の各領域において組成成分を分析することにより、金属磁性粒子３１〜３７と対応する酸化ケイ素膜４１〜４７との境界を定めることができる。
【実施例】
【００５９】
続いて、本発明の実施例について説明する。まず、純鉄（９９．９２ｗｔ％のＦｅ）から成り、平均粒径５μｍの金属磁性粒子を準備し、この金属磁性粒子にゾルゲル法により５０ｎｍの厚さでＳｉＯ２膜を形成した。次に、このＳｉＯ２膜が形成された金属磁性粒子に対し、Ｈ２雰囲気下において、７００℃、６０分間の条件で熱処理を行い、構造欠陥が導入された非晶質の酸化ケイ素膜を有する金属磁性粒子を形成した。続いて、この非晶質の酸化ケイ素膜が設けられた金属磁性粒子とポリビニルブチラールとを混練してスラリーを作成した。続いて、このスラリーを成型金型に入れ、所定の成形圧力を加えることで、板状の磁性体シートを複数作成した。成形圧力としては、４０ＭＰａ、８０ＭＰａ、１２０ＭＰａの３通りの圧力を用いた。これにより、異なる成形圧力で成形された３種類の磁性体シートを得た。説明の便宜上、４０ＭＰａの成形圧力で成形された磁性体シートを第１磁性体シートといい、８０ＭＰａの成形圧力で成形された磁性体シートを第２磁性体シートといい、１２０ＭＰａの成形圧力で成形された磁性体シートを第３磁性体シートという。続いて、このようにして作成された磁性体シートの所定位置にビア導体用の貫通孔を設けた。続いて、当該貫通孔にＣｕを含む導電性ペーストを埋め込むとともに、各磁性体シートの表面に所定パターンでＣｕを含む導電性ペーストを印刷した。このようにして導体パターンが形成された磁性体シートを、隣接する導体パターンが貫通孔に埋め込まれた導電体で電気的に接続されるように積層して積層体を得た。この積層体には、使用される磁性体シートの種類に応じて３種類の積層体が含まれる。すなわち、導体パターンが形成された第１磁性体シートを積層することにより第１積層体が形成され、導体パターンが形成された第２磁性体シートを積層することにより第２積層体が形成され、導体パターンが形成された第３磁性体シートを積層することにより第３積層体が形成された。続いて、ダイシング機を用いて当該積層体を個片化してチップ積層体を得た。このようにして得られたチップ積層体をＨ２ガス雰囲気下において、６５０℃で３０分間加熱した。続いて、加熱後のチップ積層体の両端部に導体ペーストを塗布することにより一組の外部電極を形成した。この外部電極にＮｉめっき及びＳｎめっきを施して３種類のインダクタを得た。この３種類のインダクタにおいては、各々の磁性基体を構成する磁性体シートを成形する際に用いられる成形圧力が互いに異なっている。
【００６０】
このようにして作成した３種類のインダクタの各々をＴ軸方向に沿って切断した断面をＳＥＭにて５００００倍の倍率で観察したところ、金属磁性粒子の表面に約５０ｎｍの薄膜がほぼ均一な厚さで形成されていることが確認された。この金属磁性粒子表面の薄膜は、ＳＥＭ−ＥＤＳマッピングにより、非晶質の酸化ケイ素膜であることが確認できた。
【００６１】
また、上記の３種類のインダクタの各々の断面をＴＥＭを用いて１０万倍の倍率で撮影した。ＴＥＭでの観察時には、インダクタの断面に対して、加速電圧５Ｖで電子ビームを照射した。このようにして得られたＴＥＭ写真において、酸化ケイ素膜の領域には黒いドット状の模様が観察された。このことから、当該酸化ケイ素膜には、電子ビームによりダメージを受ける構造欠陥が導入されていることが確認できた。
【００６２】
また。上記のようにして得られたインダクタについて、インピーダンスアナライザー（キーサイト・テクノロジーズ・インク製のＥ４９９１Ａ）を用いて、透磁率及び０．１ＭＨｚ〜１００ＭＨｚにおけるＱ値を測定した。その結果、４０ＭＰａ、８０ＭＰａ、及び１２０ＭＰａの成形圧力で作成された磁性体シートから作成されたインダクタの透磁率はそれぞれ３０、５５、６６となった。この各々のインダクタについて、１ＭＨｚ以上の周波数領域でＱ値のピークが現れた。これにより、高周波数領域において粒子間の絶縁性は担保されていることが確認できた。
【００６３】
次に、上記の実施形態による作用効果について説明する。上記の一実施形態の磁性基体１０によれば、隣接する金属磁性粒子３１〜３７同士がショートしないように、各金属磁性粒子３１〜３７の表面に、非晶質の酸化ケイ素膜４１〜４７が設けられている。この非晶質の酸化ケイ素膜４１〜４７は、構造欠陥が導入された非晶質シリカからなる。この構造欠陥は、ＳｉＯ２層を還元雰囲気下で焼成して非晶質シリカを生成する際に、金属磁性粒子から排出されるＮ、Ｏ及び／またはＣを含むガスが非晶質シリカ中に気泡として取り込まれることにより発生すると考えられる。上記の一実施形態の磁性基体１０においては、酸化ケイ素膜４１〜４７に構造欠陥が導入されているため、当該酸化ケイ素膜４１〜４７において柔軟性を持つようになっている。したがって、酸化ケイ素膜４１〜４７は、膜中の構造欠陥のために変形しやすくなっている。このため、磁性基体１０の成形時に加えられる成形圧力により金属磁性粒子３１〜３７が変形する際に、酸化ケイ素膜４１〜４７も金属磁性粒子３１〜３７の変形に追従して変形することができる。このため、酸化ケイ素膜４１〜４７は、成形時に破壊されにくい。これにより、磁性基体１０の成形時に加えられる成形圧力による酸化ケイ素膜４１〜４７の破壊を抑制することができ、その結果、隣接する金属磁性粒子３１〜３７間でのショートを防止することができる。これにより、上記の実施形態における磁性基体１０では、渦電流損失の発生が抑制される。
【００６４】
上記の一実施形態において、金属磁性粒子３１〜３７の各々は、隣接する金属磁性粒子のうちの少なくとも１つと酸化ケイ素膜４１〜４７を介して隙間なく接している。このとき、隣接する金属磁性粒子の距離（ある金属磁性粒子の外表面と当該金属磁性粒子に隣接する金属磁性粒子の外表面との間の距離）は、酸化ケイ素膜２層分となる。このように、上記の一実施形態においては、隣接する金属磁性粒子の距離を酸化ケイ素膜２層分程度まで小さくすることができ、これにより、磁性基体１０における金属磁性粒子３１〜３７の充填率を高めることができる。
【００６５】
上記の一実施形態において、第２平均粒径よりも小さな第３平均粒径を有し、その表面に第３絶縁層が形成された第３金属磁性粒子をさらに備える。第３金属磁性粒子３３により、磁性基体１０における金属磁性粒子の充填率をさらに高めることができる。また、第３金属磁性粒子３３が第１金属磁性粒子３１同士の間、第２金属磁性粒子３２同士の間、及び第１金属磁性粒子３１と第２金属磁性粒子３２との間に入り込むことで、磁性基体１０の機械的強度を高めることができる。このように、第３金属磁性粒子３３は、第１金属磁性粒子３１及び第２金属磁性粒子３２よりも小さな第３平均粒径を有するため、磁性基体１０の磁気飽和特性への影響が小さいにもかかわらず、磁性基体１０における充填率の改善及び磁性基体１０の機械的強度の向上に寄与する。
【００６６】
上記の一実施形態によれば、磁性基体１０において金属磁性粒子の充填率を向上させることができるため、高いインダクタンスを有するインダクタ１が得られる。
【００６７】
本明細書で説明された各構成要素の寸法、材料、及び配置は、実施形態中で明示的に説明されたものに限定されず、この各構成要素は、本発明の範囲に含まれうる任意の寸法、材料、及び配置を有するように変形することができる。また、本明細書において明示的に説明していない構成要素を、説明した実施形態に付加することもできるし、各実施形態において説明した構成要素の一部を省略することもできる。
【符号の説明】
【００６８】
１  インダクタ
２  回路基板
１０  磁性基体
２５  コイル導体
３１〜３７  金属磁性粒子
４１〜４７  酸化ケイ素膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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