(57)【要約】【課題】ガラス層の欠けが生じにくい磁性基板及びその製造方法を提供すること。【解決手段】磁性基板は、（ａ）Ｆｅ、（ｂ）Ｍｎ及びＮｉの少なくとも一方、（ｃ）Ｚｎ、及び、（ｄ）Ｂｉを含むスピネル型フェライト焼結基板、及び、スピネル型フェライト焼結基板の表面を覆う、Ｂｉを含有するガラス層、を備える。スピネル型フェライト焼結基板の表面層におけるＢｉの濃度がスピネル型フェライト焼結基板の内部層におけるＢｉの濃度よりも高く、且つ、スピネル型フェライト焼結基板の表面層におけるＺｎの濃度がスピネル型フェライト焼結基板の内部層におけるＺｎの濃度よりも低い。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）Ｆｅ、（ｂ）Ｍｎ及びＮｉの少なくとも一方、（ｃ）Ｚｎ、及び、（ｄ）Ｂｉを含むスピネル型フェライト焼結基板、及び、
前記スピネル型フェライト焼結基板の表面を覆う、Ｂｉを含有するガラス層、
を備え、
前記スピネル型フェライト焼結基板の表面層におけるＢｉの濃度が前記スピネル型フェライト焼結基板の内部層におけるＢｉの濃度よりも高く、且つ、
前記スピネル型フェライト焼結基板の表面層におけるＺｎの濃度が前記スピネル型フェライト焼結基板の内部層におけるＺｎの濃度よりも低い、フェライト基板。
【請求項２】
前記表面層の厚さが５〜２０μｍである、請求項１に記載のフェライト基板。
【請求項３】
前記ガラス層の厚さが３〜１０μｍである、請求項１又は２に記載のフェライト基板。
【請求項４】
前記ガラス層がさらにホウ素を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載のフェライト基板。
【請求項５】
前記ガラス層がさらに１種以上の遷移金属元素を含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載のフェライト基板。
【請求項６】
前記スピネル型フェライト焼結基板が非磁性あるいは軟磁性を有する、請求項１〜５のいずれか１項に記載のフェライト基板。
【請求項７】
（ａ）Ｆｅ、（ｂ）Ｍｎ及びＮｉの少なくとも一方、（ｃ）Ｚｎ、及び、（ｄ）Ｂｉを含むスピネル型フェライト焼結基板の表面を研磨する工程と、
前記スピネル型フェライト焼結基板を８００〜１１００℃で熱処理する工程と、
前記スピネル型フェライト焼結基板の表面にＢｉを含有するガラス層を形成する工程と、
を備える、フェライト基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フェライト基板、特にガラス層を表面に有するフェライト基板及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話用電子機器等の小型化、高性能化が強く求められていることに伴い、それらの電子機器に搭載される電子部品の小型化、薄型化が進められている。このような電子機器の中には、例えばノイズ除去やＤＣ−ＤＣ変換等に使用されるインダクタのように、磁気特性を持つ磁性基板を有するものがある。当該磁性基板には、鍍金、スパッタリングプロセス及びフォトリソグラフィ工程に対する耐久性、並びに表面平滑性、絶縁性、チップ加工性等の特性が求められる。
【０００３】
磁気特性を有する磁性基板としては、フェライト焼結基板が広く用いられている。フェライト焼結基板は多孔質な焼結体であり、焼成直後のフェライト焼結基板の表面には多数のボイドが存在する。このフェライト焼結基板表面のボイドが原因となり、インダクタ等に求められる、磁性基板の平面性及び絶縁性を損なうことがあった。
【０００４】
そこで、フェライト焼結基板の表面にガラス層を形成することが行われている（特許文献１〜３）。特に、特許文献１においては、製造工程における物理的又は熱的な衝撃によりフェライト表面に形成したガラス層にクラックが生じることを防ぐため、ガラス層に気泡を存在させることが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−１５１２５２号公報
【特許文献２】特開平０８−１８１３６２号公報
【特許文献３】特開平１１−１５７８７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載のガラス層であっても、依然として製造時にガラス層に生じる欠けを十分に抑制できてはいない。
【０００７】
したがって、本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、基板の加工工程等においてガラス層の欠けが生じにくいフェライト基板及びその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のフェライト基板は、（ａ）Ｆｅ、（ｂ）Ｍｎ及びＮｉの少なくとも一方、（ｃ）Ｚｎ、及び、（ｄ）Ｂｉを含むスピネル型フェライト焼結基板、及び、この基板の表面を覆う、Ｂｉを含有するガラス層、を備える。スピネル型フェライト焼結基板の表面層におけるＢｉの濃度がスピネル型フェライト焼結基板の内部層におけるＢｉの濃度よりも高く、且つ、スピネル型フェライト焼結基板の表面層におけるＺｎの濃度がスピネル型フェライト焼結基板の内部層におけるＺｎ濃度よりも低い。
【０００９】
上記構成を備える本発明のフェライト基板は、基板の加工工程等においてガラス層の欠けの不良が発生しにくい。
【００１０】
ここで、表面層の厚さは５〜２０μｍであることが好ましい。表面層の厚さがこの範囲にあることで、フェライト焼結基板とガラス層との密着力が強化される。
【００１１】
また、ガラス層の厚さは３〜１０μｍであることが好ましい。ガラス層の厚さを上記範囲内とすることでフェライト焼結基板とガラス層上に形成されるデバイス部分との磁気的な相互作用を低下させずにフェライト基板表面の平滑性及び絶縁性を確保することができる。
【００１２】
また、ガラス層はホウ素を含むことが好ましい。これにより、ガラス層の耐熱性が向上すると共に、ガラス層の熱膨張率が低下してフェライト焼結基板との熱膨張率の差が小さくなる。
【００１３】
また、ガラス層は１種以上の遷移金属元素を含んでいても良い。これにより、フェライト基板のレーザー加工がし易くなる。
【００１４】
また、スピネル型フェライト焼結基板は透磁率（比透磁率）が１．１から１２，０００の範囲である非磁性あるいは軟磁性を有することが好ましい。
【００１５】
本発明のフェライト基板の製造方法は、（ａ）Ｆｅ、（ｂ）Ｍｎ及びＮｉの少なくとも一方、（ｃ）Ｚｎ、及び、（ｄ）Ｂｉを含むスピネル型フェライト焼結基板の表面を研磨する工程と、スピネル型フェライト焼結基板を８００〜１１００℃で熱処理する工程と、スピネル型フェライト焼結基板の表面にＢｉを含むガラス層を形成する工程と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、基板の加工工程等においてガラス層の欠け不良が生じにくいフェライト基板及びその製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、実施形態に係るフェライト基板１の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図示の便宜上、図面の寸法比率は説明のものと必ずしも一致しない。
【００１９】
（フェライト基板）
図１に示すように、本実施形態に係るフェライト基板１は、フェライト焼結基板２と、その表面に形成されたガラス層３とを備える。フェライト焼結基板２は、最も面積の大きい面である主面２ａ及び側面２ｂを有する。
【００２０】
（フェライト焼結基板）
フェライト焼結基板２は、焼結セラミックスであり、（ａ）Ｆｅ、（ｂ）Ｍｎ及びＮｉの少なくとも一方、（ｃ）Ｚｎ、及び、（ｄ）Ｂｉを含むスピネル型フェライト焼結体から構成される。この組成のフェライト焼結基板２は、透磁率等の磁気特性を制御しやすい。
フェライト焼結基板２は、ＦｅをＦｅ２Ｏ３に換算した量で４０〜５５ｍｏｌ％、Ｍｎ及びＮｉをＭｎＯ２及びＮｉＯに換算した量の合計で０．２〜４５ｍｏｌ％、ＺｎをＺｎＯに換算した量で１０〜６０ｍｏｌ％、及び、ＢｉをＢｉ２Ｏ３に換算した量で１００〜１０００ｍｏｌｐｐｍ含む酸化物であることが好ましい。
【００２１】
このようなスピネル型フェライトの例は、ＮｉＺｎフェライト、及び、ＭｎＺｎフェライトである。
【００２２】
ＮｉＺｎフェライトは、ＦｅをＦｅ２Ｏ３に換算した量で４０〜５５ｍｏｌ％、ＮｉをＮｉＯに換算した量で０．２〜４５ｍｏｌ％、及び、ＺｎをＺｎＯに換算した量で１０〜６０ｍｏｌ％、ＢｉをＢｉ２Ｏ３に換算した量で１００〜１０００ｍｏｌｐｐｍ含むことが好ましく、Ｂｉ２Ｏ３が１５０〜７５０ｍｏｌｐｐｍであるとより好ましい。
【００２３】
ＮｉＺｎフェライトは、さらに、Ｍｎを含むことができる。例えば、ＮｉＺｎフェライトは、Ｍｎを、ＭｎＯ２に換算した量で、０．５〜２ｍｏｌ％を含むことができる。
【００２４】
ＭｎＺｎフェライトは、ＦｅをＦｅ２Ｏ３に換算した量で４０〜５５ｍｏｌ％、ＭｎをＭｎＯ２に換算した量で０．２〜４５ｍｏｌ％、及び、ＺｎをＺｎＯに換算した量で１０〜６０ｍｏｌ％、ＢｉをＢｉ２Ｏ３に換算した量で１００〜１０００ｍｏｌｐｐｍ含むことが好ましく、Ｂｉ２Ｏ３が１５０〜７５０ｐｐｍであるとより好ましい。
【００２５】
ＭｎＺｎフェライトは、さらに、Ｎｉを含むことができる。例えば、ＭｎＺｎフェライトは、Ｎｉを、ＮｉＯに換算した量で、０．５〜２ｍｏｌ％を含むことができる。
【００２６】
本実施形態に係るフェライト焼結基板２は、上記のように、Ｂｉを含有する。Ｂｉは、例えば、フェライト結晶粒間に酸化物として含有されることができる。Ｂｉの添加量が上記範囲であると、ガラス層３を形成する際にガラス層３との親和性が向上し、フェライト焼結基板２の表面がガラスで濡れやすくなる。また、Ｂｉの添加量が上記範囲であると、フェライト焼結基板２の曲げ強度が向上する。
【００２７】
フェライト焼結基板２は上記成分以外に、微量の他の元素を含んでいてもよい。そのような元素の例としては、Ｃｕ、Ｂ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｃａ、Ｎｂ、Ｖ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｈｆ等が挙げられる。これらの元素は、それぞれＣｕＯ，Ｂ２Ｏ３、ＣｏＯ、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、ＣａＯ、Ｎｂ２Ｏ５、Ｖ２Ｏ５、ＭｏＯ３、Ｔａ２Ｏ５、ＺｒＯ２、ＨｆＯ２等の酸化物に換算した合計値で０．５〜２ｍｏｌ％含まれていてもよい。これらの添加物は、焼結密度の向上、過電流損失の低減及び異常粒成長の抑制等の目的で適宜使用される。
【００２８】
フェライト焼結基板２の厚さは特に限定されないが、０．１〜２．０ｍｍとすることが好ましく、０．５〜２．０ｍｍとするとより好ましい。フェライト焼結基板２の厚さを上記範囲内とすると、渦電流損失は小さいが機械強度の高い基板を得やすい。
【００２９】
フェライト焼結基板２の熱膨張係数は通常、７×１０−６〜１０×１０−６／Ｋである。
【００３０】
（ガラス層）
ガラス層３はＢｉを含むガラスから構成され、グレーズガラス層とも呼ばれる。ガラス層３は、ＢｉをＢｉ２Ｏ３に換算した値で、１５〜４５ｍｏｌ％含むことが好ましく、１９〜４０ｍｏｌ％含むことがより好ましい。Ｂｉの含有量が上記範囲であると、フェライト焼結基板２とガラス層３との熱膨張係数が近くなるため好ましい。
【００３１】
ガラス層３を構成するガラスのＢｉ以外の成分としては、特に限定されないが、ＺｎＯ及びＢ２Ｏ３を主成分とするガラスが好ましい。特に、ＺｎＯを１５〜３０ｍｏｌ％、Ｂ２Ｏ３を３０〜７０ｍｏｌ％、含むことが好ましい。Ｂを含むことでガラス層３の耐熱性が向上すると共に、ガラス層３の熱膨張率が低下してフェライト焼結基板２との熱膨張率の差が小さくなる。ガラスは、ＺｎＯ、Ｂ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３以外に、Ａｌ２Ｏ３、Ｎａ２Ｏ、ＳｉＯ２、ＲＯ（ＲはＭｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ等のアルカリ土類金属）等を含むことができる。
【００３２】
また、ガラス層３は、遷移金属元素を含むことができる。遷移金属元素を含むガラスは特定の波長の光を強く吸収するため、このようなガラス層３を有するフェライト基板１はレーザー加工を行いやすくなる。遷移金属元素として具体的には、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｖ及びＴｉが挙げられる。これらの遷移金属元素は、それぞれ対応する金属酸化物に換算した量でガラス全体に対し、０．１〜２ｍｏｌ％含まれていると好ましい。
【００３３】
ガラス層３の厚さは３〜１０μｍであることが好ましい。フェライト焼結基板２が軟磁性を有する場合、ガラス層３の厚さが１０μｍより大きいと、フェライト基板１上に形成されたデバイス部分と磁性酸化物材料であるフェライト焼結基板２との距離が広がるため、デバイス部分がフェライト焼結基板２からの磁気的作用を得られ難くなる。また、３μｍ未満であると均一なガラス層３を形成し難くなる。
【００３４】
ガラス層３の熱膨張係数は７×１０−６〜１０×１０−６／Ｋであると好ましく、８×１０−６〜９×１０−６／Ｋであるとより好ましい。ガラス層３の熱膨張係数が上記範囲内であるとフェライト焼結基板２との熱膨張率差が小さくなり、加熱時に熱膨張係数の不整合による割れや剥離を抑制することができる。
【００３５】
（フェライト焼結基板の構造）
フェライト焼結基板２の表面層におけるＢｉの濃度は、フェライト焼結基板２の内部層におけるＢｉの濃度よりも高く、且つ、フェライト焼結基板２の表面層におけるＺｎの濃度は、フェライト焼結基板２の内部層におけるＺｎ濃度よりも低い。ここでいう表面層とは、フェライト焼結基板２のある表面における各点を、その点におけるフェライト焼結基板２の内部に向かう法線方向に一定の距離だけ移動させた点が作る包絡面を考え、上記表面と包絡面とによって挟まれる層のことを言う。また、フェライト焼結基板２の表面層以外の部分を内部層と呼ぶ。表面層及び内部層の元素の濃度の比較は、例えば、それぞれの平均値を求めて行えばよい。表面層の厚みは、例えば、５〜２０μｍである。ＺｎやＢｉの濃度は、例えば、ＥＰＭＡ広域マッピングにより測定できる。
【００３６】
本実施形態にかかるフェライト基板１によれば、欠けなどのガラス層３の不良が生じにくい。その理由は不明であるが、フェライト焼結基板２とガラス層３との親和性が高くなっていることが１つの要因と考えられる。
【００３７】
（製造方法）
次に、本実施形態にかかるフェライト基板１の製造方法を説明する。
【００３８】
まず、上述のフェライト焼結基板２を用意する。例えば、このようなフェライト焼結基板２は以下のようにして得ることができる。まず、フェライトの原料となるＦｅ、Ｍｎ，Ｎｉ，Ｚｎ，及び、Ｂｉ等を含む化合物をそれぞれ用意する。このような化合物としては、各金属元素の酸化物及び炭酸塩などが挙げられる。このとき、原料中の金属元素の比が上述のフェライトの金属組成を満たすように、原料の混合割合を決める。決定した混合割合に基づき、各原料を秤量して所望の割合で混合する。原料の混合は乾式で行っても湿式で行ってもよい。混合物は、バインダなどを含有しても良い。
【００３９】
次いで原料混合物を成形し、焼成して焼結体を得る。焼結体は酸化物であるので、焼成は空気中で行えばよい。焼成する温度は原料混合物の組成に依存するが、例えば、１１００〜１３００℃とすることができる。また、焼成の時間は２０〜５０時間であることが好ましい。
【００４０】
焼成した直後のフェライト焼結基板２の表面を機械加工し、表面粗さを小さくする。ここでいう表面粗さとは、基準長さにおける輪郭曲線の山高さの最大値と谷深さの最大値の和であるＲｚを指す。表面粗さＲｚはＪＩＳ  Ｂ０６０１  及び  Ｂ０６３３に記載の方法によって測定できる。
【００４１】
焼成体の表面を機械加工する方法としては、ＳｉＣ等の研磨剤を用いて研磨する方法が挙げられる。研磨を行うことによって、フェライト焼結基板２の表面粗さＲｚを１．５〜５．０μｍとすることが好ましい。
【００４２】
次に、フェライト焼結基板２の表面上の研磨剤を水洗等により洗い流す。研磨剤は表面変質層のクラック内にも嵌りこんでいるため、超音波洗浄を用いて念入りに除去することが好ましい。
【００４３】
続いて、フェライト焼結基板２に熱処理を行う（熱処理工程）。熱処理は８００℃〜１１００℃の温度で行うことが好ましく、９００〜１０００℃で行うとより好ましい。熱処理は１〜３時間行うことが好ましい。
【００４４】
その後、フェライト焼結基板２の表面にガラス層３を形成する。例えば以下のような工程によりガラス層３を形成できる。すなわち、まず、所望の組成を有するガラスの粉末を有機溶媒と混合してスラリー状にしたガラスフリットを用意する。このガラスフリットをフェライト焼結基板２の表面に所定の厚みで塗布する。そして、ガラスフリットを乾燥させて有機溶媒を除去する。続いて、ガラスフリットを６００〜８００℃の温度まで昇温する（第１の段階）。上記第１の段階により、残留した有機溶媒まで完全に除去できると共に、ガラスの粉末が軟化する。上記温度に到達したら、所定の時間高温を保持する（第２の段階）。第２の段階によって、軟化したガラス粉末が融合し均一なガラス層３が形成される。好ましい時間は、１〜３０分間である。
【００４５】
このような工程により、上述のフェライト基板１を製造することができる。完成後のフェライト焼結基板２におけるＢｉ濃度分布及びＺｎ濃度分布は、主として、ガラス層３形成前のフェライト焼結基板２の熱処理、及び、ガラス層３形成時の熱処理により形成されるものと考えられる。例えば、フェライト焼結基板２の表面層に存在するＺｎ原子が、ガラス層３形成前の熱処理によってフェライト焼結基板２の表面から蒸発することが考えられる。これにより、表面層におけるＺｎの濃度が低下する。また、ガラス層３を形成する工程の第２の段階において、ガラス層３に含まれるＢｉ原子がフェライト焼結基板２の表面層へ移動することが考えられる。
【００４６】
なお、機械加工した後のフェライト焼結基板２の表面には表面粗さの２〜３倍程度の大きなクラックを持つ表面変質層が形成される場合がある。ガラス層３形成前のフェライト焼結基板２の熱処理により、表面変質層内のクラックを減少させることもできる。
【００４７】
以上、本実施形態に係るフェライト基板１及びその製造方法について詳細に説明したが、本発明はこれらに限定されず、様々な変形例が可能である。例えば、図１では、主面の形状は円形であるが、フェライト基板１上に形成されるデバイス部分のサイズ及び形状並びに収納環境等に応じて適切な形状とすることができる。また、ガラス層３は主面２ａ以外の面に形成してもよく、全面に形成してもよい。
【実施例】
【００４８】
（実施例１）
フェライト焼結基板を用意した。フェライト焼結基板は、ＦｅをＦｅ２Ｏ３に換算した量で４６．４８ｍｏｌ％、ＭｎをＭｎＯ２に換算した量で２．００ｍｏｌ％、及び、ＺｎをＺｎＯに換算した量で５１．４８ｍｏｌ％、ＢｉをＢｉ２Ｏ３に換算した量で４００ｍｏｌｐｐｍ含むスピネル型フェライト焼結基板であった。
【００４９】
得られたフェライト焼結基板の表面を研磨し、その後、表面を超音波洗浄した。洗浄後、フェライト焼結基板に、１０００℃にて３時間の熱処理を行った。熱処理後のフェライト焼結基板の表面粗さを触針式表面粗さ測定機によって測定した。得られた表面粗さの値を表１に示す。また、ＥＰＭＡ広域マッピングによって、フェライト焼結基板の表面からの深さ方向の組成分析を行った。表面から１０μｍまでの深さの範囲で、Ｂｉの濃度が表面に向かって上昇しており、１０μｍより深いところではＢｉの濃度が４００ｍｏｌｐｐｍで一定であった。
【００５０】
フェライト焼結基板の表面に、ガラス層を形成し、フェライト基板を完成させた。ガラス層を形成するガラスの組成は、ＺｎＯが２１ｍｏｌ％、Ｂ２Ｏ３が５２ｍｏｌ％、Ｂｉ２Ｏ３が２７ｍｏｌ％であった。形成したガラス層の厚さは７μｍであった。ガラス層を形成する際の最高温度は８００℃であった。得られたフェライト基板に対し、ＥＰＭＡ広域マッピングによって、ガラス層を形成した面の深さ方向の組成分析を行った。フェライト焼結基板において、ガラス層を形成した面の表面から２０μｍまでの範囲でＢｉの濃度が表面に向かって上昇していた。また、Ｚｎの濃度が表面に向かって減少していた。
【００５１】
実施例１で得られたフェライト基板を０４０３形状（０．４ｍｍ×０．３ｍｍ）のチップに加工し、製品の歩留を調査した。歩留は全数調査を行い、ガラス層の欠け等を生じた不良品が１０万個あたり９８個以下であれば合格とした。合格である場合をＡ、不合格である場合をＢとして結果を表１に示す。
【００５２】
（実施例２）
ガラス層の組成をＺｎＯが１７ｍｏｌ％、Ｂ２Ｏ３が６４ｍｏｌ％、Ｂｉ２Ｏ３が１９ｍｏｌ％とし、厚さを９μｍにする以外は、実施例１と同様とした。
【００５３】
（実施例３）
フェライト焼結基板の組成を、ＦｅをＦｅ２Ｏ３に換算した量で４２．１４ｍｏｌ％、ＮｉをＮｉＯに換算した量で２９．２２ｍｏｌ％、及び、ＺｎをＺｎＯに換算した量で２８．６０ｍｏｌ％、ＢｉをＢｉ２Ｏ３に換算した量で４００ｍｏｌｐｐｍ含むとする以外は実施例２と同様とした。
【００５４】
（実施例４〜６）
熱処理の温度をそれぞれ８００℃、９００℃、１１００℃とした以外は実施例１と同様にした。
【００５５】
（実施例７）
ガラス層の組成をＺｎＯが２１ｍｏｌ％、Ｂ２Ｏ３が５２ｍｏｌ％、Ｂｉ２Ｏ３が２６ｍｏｌ％、Ｆｅ２Ｏ３が１ｍｏｌ％にする以外は、実施例１と同様とした。この組成はレーザー加工性に優れている。
【００５６】
（比較例１）
熱処理の温度を７００℃とした以外は実施例１と同様にした。得られたフェライト基板に対し、ＥＰＭＡ広域マッピングによって、ガラス層を形成した面の深さ方向の組成分析を行った。フェライト焼結基板において、ガラス層を形成した面の表面におけるＢｉ及びＺｎの濃度はフェライト焼結基板内部層の濃度と有意な差はなかった。
【００５７】
【表１】
2014019594.tif 000003
【符号の説明】
【００５８】
１…フェライト基板、２…フェライト焼結基板、２ａ…主面、２ｂ…側面、３…ガラス層
【図１】
2014019594.tif 000004