(57)【要約】【課題】磁性体と非磁性体の２種類の材料が用いられるので、一体焼成すると磁性体と非磁性体の収縮率や熱膨張係数等の違いにより接合部分に応力が発生し、この応力によって磁性体の透磁率が低下して電子部品の特性が劣化する。非磁性体層に非磁性のＣｕ−Ｚｎ系フェライトやＺｎ系フェライトを用いると誘電率が上昇し、導体パターン間に線間容量が発生し易くなるために、小型化できなかったり、インピーダンス整合を取ろうとした場合に十分な特性が得られなかった。【解決手段】絶縁体層と導体パターンを積層して積層体内に回路素子が形成される。積層体は、磁性体部と非磁性体部を有する。非磁性体部は、ほう珪酸ガラスを含有する誘電体に酸化ケイ素を添加した誘電体セラミックスで形成される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁体層と導体パターンを積層して積層体内に回路素子が形成された積層型電子部品において、
該積層体は、磁性体部と非磁性体部を有し、該非磁性体部が、ほう珪酸ガラスを含有する誘電体に酸化ケイ素を添加した誘電体セラミックスで形成されたことを特徴とする積層型電子部品。
【請求項２】
前記積層体は、１対の磁性体層間にコイル用導体パターンと非磁性体層を積層して磁性体部と非磁性体部が形成され、コイル用導体パターンによって該積層体内に複数のコイルが形成された請求項１に記載の積層型電子部品。
【請求項３】
前記複数のコイルの巻軸部分に磁性体が設けられ、前記１対の磁性体層と該巻軸部分の磁性体によって磁性体部が形成された請求項２に記載の積層型電子部品。
【請求項４】
前記磁性体部の熱膨張係数と前記非磁性体部の熱膨張係数との差を０．６ｐｐｍ／ｄｅｇ以下にした請求項１、２、３のいずれかに記載の積層型電子部品。
【請求項５】
前記誘電体セラミックスは、５７．５〜６５ｗｔ％のほう珪酸ガラスと、３９〜３１．５ｗｔ％の酸化ケイ素を含有している請求項１、２、３、４のいずれかに記載の積層型電子部品。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、絶縁体層と導体パターンを積層して積層体内に回路素子が形成された積層型電子部品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の積層型電子部品に、図７に示す様に、第１の磁性体層７１Ａと第２の磁性体層７１Ｂ間に、非磁性体層７２とコイル用導体パターン７３、７４を積層し、これらを一体化した積層体内に１対のコイルを形成した積層型トランスがある。（例えば、特許文献１、２を参照。）
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−６０５１４号
【特許文献２】
特開平４−２０６９０５号
【０００４】
この様な従来の積層型電子部品は、磁性体と非磁性体の２種類の材料が用いられているので、一体焼成により形成した場合、磁性体と非磁性体の収縮率や熱膨張係数等の違いにより磁性体層と非磁性体層の接合部分に応力が発生し、この応力によって磁性体の透磁率μが低下して電子部品の特性が劣化するという問題があった。また、この応力は、積層体にクラックが発生して素子の機械的強度が低下したり、歩留まりが低下する原因にもなっていた。
これらの問題を解決するために本発明の発明者は、非磁性体層に非磁性のＣｕ−Ｚｎ系フェライトや非磁性のＺｎ系フェライトを用いることを提案した（特願２００１−３１６８７５号）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この様な従来の積層型電子部品は、非磁性体層に非磁性のＣｕ−Ｚｎ系フェライトや非磁性のＺｎ系フェライトが用いられているので、非磁性体層の誘電率εが１０〜１５程度と従来のものよりも上昇し、コイル用導体パターン間に線間容量が発生し易くなるという問題があった。従って、従来の積層型電子部品は、形状が小型化できなかったり、インピーダンス整合を取ろうとした場合に十分な特性を得ることができなかったりした。
この様な問題を解決するために、非磁性体層に誘電率の低いガラス系のセラミックスを用いることが検討されたが、磁性体とガラス系セラミックスとでは収縮率や熱膨張係数が大幅に異なるので、一体焼成した場合、前述の様に、素子の機械的強度が低下したり、電子部品の特性が劣化するという問題があった。
【０００６】
本発明は、一体焼成により形成した場合でも磁性体層と非磁性体層の接合を改善でき、それによって電子部品の特性を向上することができると共に、形状を小型化できる積層型電子部品を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、絶縁体層と導体パターンを積層して積層体内に回路素子が形成された積層型電子部品において、積層体は、磁性体部と非磁性体部を有し、非磁性体部が、ほう珪酸ガラスを含有する誘電体に酸化ケイ素を添加した誘電体セラミックスで形成される。この積層体は、１対の磁性体層間にコイル用導体パターンと非磁性体層を積層して磁性体部と非磁性体部が形成され、コイル用導体パターンによって積層体内に複数のコイルが形成される。また、誘電体セラミックスは、５７．５〜６５ｗｔ％のほう珪酸ガラスと、３９〜３１．５ｗｔ％の酸化ケイ素を含有する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の積層型電子部品は、１対の磁性体層間にコイル用導体パターンと非磁性体層が積層されてこれらを一体化した積層体に磁性体部と非磁性体部が形成されると共に、積層体内に複数のコイルが形成される。この非磁性体部は、ほう珪酸ガラスを含有する誘電体に、酸化ケイ素を添加した誘電体セラミックスで形成される。酸化ケイ素としては、非晶質化していない結晶状態のＳｉＯ２（低温型石英）が用いられる。
また、本発明の積層型電子部品は、１対の磁性体層間に非磁性体層と非磁性体層上に形成された複数組のコイル用導体パターンが積層されてこれらを一体化した積層体に磁性体部と非磁性体部が形成されると共に、非磁性体層間のコイル用導体パターンを各組同士で接続して積層体内に、共通の巻軸を中心に螺旋状に巻かれた複数個のコイルが形成される。この非磁性体部は、ほう珪酸ガラスを含有する誘電体に、酸化ケイ素を添加した誘電体セラミックスで形成される。酸化ケイ素としては、非晶質化していない結晶状態のＳｉＯ２（低温型石英）が用いられる。
従って、本発明の積層型電子部品は、酸化ケイ素によって非磁性体部の熱膨張係数を調整することができ、磁性体部の熱膨張係数と非磁性体部の熱膨張係数の差を０．６ｐｐｍ／ｄｅｇ以下にすることができる。これにより、磁性体部に加わる応力を小さくして磁性体部の透磁率が劣化するのを防止することができる。また、非磁性体部の誘電率を、非磁性のＣｕ−Ｚｎ系フェライトや非磁性のＺｎ系フェライトを用いたものに比較して小さくできる。
【０００９】
【実施例】
以下、本発明の積層型電子部品を図１乃至図６を参照して説明する。
図１は本発明の積層型電子部品の第１の実施例を示す分解斜視図、図２は本発明の積層型電子部品の第１の実施例の斜視図である。
図１において、１１Ａ、１１Ｂは磁性体層、１２Ａ〜１２Ｆは非磁性体層、１３Ａ〜１３Ｅ、１４Ａ〜１４Ｅは導体パターンである。
磁性体層１１Ａ、１１Ｂは、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライトで形成される。また、非磁性体層１２Ａ〜１２Ｆは、ほう珪酸ガラスを含有する誘電体に酸化ケイ素を添加した誘電体セラミックスで形成される。
非磁性体層１２Ａには、磁性体１５が形成される。この磁性体１５は、磁性体層１１Ａ、１１Ｂと同じ材質のものが用いられ、非磁性体層１２Ａの表面の中心部の複数個のコイルの共通の巻軸部分に対応する位置に非磁性体層１２Ａを貫通して形成される。この非磁性体層１２Ａの表面には、コイル用の導体パターン１３Ａとコイル用の導体パターン１４Ａが磁性体１５に接触しない様に磁性体１５と間隔を空けて形成される。この導体パターン１３Ａの一端と導体パターン１４Ａの一端は、非磁性体層１２Ａの同じ端面に引き出される。
非磁性体層１２Ｂには、その表面の中心部の複数個のコイルの共通の巻軸部分に対応する位置に、磁性体層と同じもので磁性体１５が非磁性体層１２Ｂを貫通する様に形成される。この非磁性体層１２Ｂの表面には、コイル用の導体パターン１３Ｂ、１４Ｂが形成される。この導体パターン１３Ｂと導体パターン１４Ｂは、磁性体１５と接触しない様に間隔を空けた状態で、非磁性体層１２Ｂの表面の中心を原点に互いに点対称になる様にＬ字状に形成される。このコイル用の導体パターン１３Ｂの一端は、非磁性体層１２Ａの表面上のコイル用の導体パターン１３Ａの他端に接続される。また、コイル用の導体パターン１４Ｂの一端は、非磁性体層１２Ａの表面上のコイル用の導体パターン１５Ａの他端に接続される。
非磁性体層１２Ｃには、複数個のコイルの共通の巻軸部分に対応する位置に、非磁性体層１２Ｃを貫通する様に磁性体層と同じもので磁性体１５が形成される。この非磁性体層１２Ｃの表面には、コイル用導体パターン１３Ｃ、１４Ｃが形成される。このコイル用導体パターン１３Ｃとコイル用導体パターン１４Ｃは、磁性体１５と所定の間隔を空けた状態で、非磁性体層１２Ｃの表面の中心を原点に互いに点対称になる様にコ字状に形成される。このコイル用導体パターン１３Ｃの一端がコイル用導体パターン１３Ｂの他端に、コイル用導体パターン１４Ｃの一端がコイル用導体パターン１４Ｂの他端にそれぞれ接続される。
非磁性体層１２Ｄには、コイルの共通の巻軸部分に対応する位置に、磁性体層と同じもので非磁性体層１２Ｄを貫通する磁性体１５が形成される。この非磁性体層１２Ｄの表面には、磁性体１５と所定の間隔を空けてコイル用導体パターン１３Ｄ、１４Ｄが形成される。このコイル用導体パターン１３Ｄとコイル用導体パターン１４Ｄは、非磁性体層１２Ｄの表面の中心を原点に互いに点対称になる様にＬ字状に形成される。
非磁性体層１２Ｅには、コイルの共通の巻軸部分に対応する位置に非磁性体層１２Ｅを貫通する磁性体１５が形成される。この非磁性体層１２Ｅの表面には、コイル用導体パターン１３Ｅとコイル用導体パターン１４Ｅが磁性体１５に接触しない様に磁性体１５と間隔を空けて形成される。このコイル用導体パターン１３Ｅの一端とコイル用導体パターン１４Ｅの一端は、非磁性体層１２Ｅの同じ端面に引き出される。
非磁性体層１２Ｆには、複数個のコイルの共通の巻軸部分に対応する位置に非磁性体層１２Ｆを貫通する磁性体１５が形成される。
この様に１対の磁性体層１１Ａ、１１Ｂ間に、非磁性体層とコイル用導体パターンを積層した積層体の側面及び上下面には、図２に示す様に、外部電極２１、２２、２３、２４が形成される。
そして、コイル用導体パターン１３Ａを外部電極２１に接続し、コイル用導体パターン１３Ｅを外部電極２２に接続することにより、図３に示す様に外部電極２１と外部電極２２間にコイル導体パターン１３Ａ〜１３ＥによってコイルＬ１が形成される。また、コイル用導体パターン１４Ａを外部電極２３に接続し、コイル用導体パターン１４Ｅを外部電極２４に接続することにより、図３に示す様に外部電極２３と外部電極２４間にコイル導体パターン１４Ａ〜１４ＥによってコイルＬ２が形成される。
この様な積層型電子部品は、共通の巻軸を中心にバイファイラ巻きされた２つのコイルが積層体内に形成され、複数個のコイルの共通の巻軸部分に１対の磁性体層に連なる磁性体が形成される。そして、この１対の磁性体層と巻軸部分の磁性体によって積層体に磁性体部が形成される。また、このバイファイラ巻きされた２つのコイルは、例えば、トランスやコモンモードチョークを形成する。
【００１０】
図４は、本発明の積層型電子部品の第２の実施例を示す分解斜視図である。
磁性体層４１Ａ、４１Ｂは、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライトで形成される。また、非磁性体層４２Ａ〜４２Ｅは、ほう珪酸ガラスを含有する誘電体に酸化ケイ素を添加した誘電体セラミックスで形成される。
非磁性体層４２Ａの表面には、コイル用の導体パターン４３Ａが形成される。この導体パターン４３Ａは、その一端が非磁性体層４２Ａの端面まで引き出される。
非磁性体層４２Ｂの表面には、コイル用の導体パターン４３Ｂが形成される。このコイル用の導体パターン４３Ｂは、渦巻き状に形成され、その外側端が非磁性体層４２Ｂの端面まで引き出される。コイル用の導体パターン４３Ｂの内側端は、非磁性体層４２Ｂのスルーホール内の導体を介してコイル用の導体パターン４３Ａの他端に接続される。
非磁性体層４２Ｃの表面には、コイル用導体パターン４４Ｂが形成される。コイル用導体パターン４４Ｂは、渦巻き状に形成され、その外側端が非磁性体層４２Ｃの端面まで引き出される。この時、コイル用導体パターン４４Ｂは、コイル用導体パターン４３Ｂと同一の線幅、同一の巻数で、非磁性体層４２Ｃを介してコイル用導体パターン４３Ｂと対向する様にコイル用導体パターン４３Ｂと同じ巻回方向で形成される。
非磁性体層４２Ｄの表面には、コイル用導体パターン４４Ａが形成される。コイル用導体パターン４４Ａは、その一端が非磁性体層４２Ｄの端面まで引き出される。コイル用導体パターン４４Ａの他端は、非磁性体層４２Ｄのスルーホール内の導体を介してコイル用導体パターン４４Ｂの内側端に接続される。
この様に磁性体層４１Ａと磁性体層４１Ｂ間に、非磁性体層とコイル用導体パターンを順次積層した積層体の側面及び上下面には、外部電極が形成される。
この様な積層型電子部品は、２つのコイルが非磁性体層の積層方向に積み重ねられると共に、１対の磁性体層によって積層体に磁性体部が形成される。
【００１１】
図５は、ほう珪酸ガラスを含有する誘電体に酸化ケイ素を添加した誘電体セラミックス（例えば、ほう珪酸ガラスが５５〜７５ｗｔ％、Ａｌ２Ｏ３が３．５ｗｔ％、残部が非晶質化していない結晶状態のＳｉＯ２（低温型石英）の誘電体セラミックス）を用いて横５ｍｍ×縦５ｍｍ×厚み１．５ｍｍの非磁性体を形成し、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライト（例えば、ＮｉＯが１５．８４ｍｏｌ％、ＺｎＯが２７．４５ｍｏｌ％、ＣｕＯが９．５ｍｏｌ％、残部がＦｅ２Ｏ３のフェライト）を用いて横５ｍｍ×縦５ｍｍ×厚み１．５ｍｍの磁性体を形成し、この磁性体と非磁性体を積層し、これを８９０℃で焼成してサンプルを作成し、誘電体セラミックスのほう珪酸ガラスと酸化ケイ素（結晶状態のＳｉＯ２）の比率を変えた時の磁性体と非磁性体の接合状態を観察した結果と誘電体セラミックスの特性を表にまとめたものである。
この非磁性体は、誘電体セラミックスのほう珪酸ガラスと酸化ケイ素が、それぞれ５７．５〜６５ｗｔ％、３９〜３１．５ｗｔ％の時に、熱膨張係数を比較例としてあげた従来の誘電体セラミックスを用いたものよりもＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライトの熱膨張係数に近くなっており、磁性体との接合部分にクラックや欠けが発生しなくなっている。また、誘電体セラミックスにアルミナを入れなかったものは焼成時にクリストバライト相（異相）の生成が確認された。この異相の発生は緻密化を阻害し、耐水性、化学的安定性の低下につながる。誘電体セラミックスにアルミナを５ｗｔ％以上入れたものは焼結しないか、焼結しても焼成密度が低く必要な強度が得られなかった。
従って、本発明の積層型電子部品は、非磁性体部にほう珪酸ガラスと酸化ケイ素を、それぞれ５７．５〜６５ｗｔ％、３９〜３１．５ｗｔ％にした誘電体セラミックスを用いることにより、非磁性体部の熱膨張係数を比較例としてあげた従来の誘電体セラミックスを用いたものよりもＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライトの熱膨張係数に近づけることができるので、磁性体部と非磁性体部を強固に接合することができる。また、この時の非磁性体部の誘電率は、約４程度と非磁性のＣｕ−Ｚｎ系フェライトや非磁性のＺｎ系フェライトを用いた従来のものよりも低くすることができた。
また、図６は、透磁率が３７０のＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライトで外径が８ｍｍ、内径が３．８ｍｍ、高さが２ｍｍのトロイダルコアを作成し、このコアの上下面にほう珪酸ガラスが６５ｗｔ％、酸化ケイ素（結晶状態のＳｉＯ２）が３１．５ｗｔ％、Ａｌ２Ｏ３が３．５ｗｔ％の誘電体セラミックスで厚さ１ｍｍの非磁性体層を設けてこのトロイダルコアの透磁率を測定し、非磁性体層を設けていないものの透磁率と比較したものである。
上下面に非磁性体層を設けたトロイダルコアの透磁率６１は、非磁性体層を設けていないトロイダルコアの透磁率６２とほとんど変わっていなかった。
従って、本発明の積層型電子部品は、非磁性体部にほう珪酸ガラスと酸化ケイ素を、それぞれ５７．５〜６５ｗｔ％、３９〜３１．５ｗｔ％にした誘電体セラミックスを用いることにより、磁性体部に加わる応力が小さくなり、磁性体部の透磁率が低下するのを防止できる。
【００１２】
以上、本発明の積層型電子部品の実施例を述べたが、この実施例に限られるものではない。例えば、コイル用の導体パターンの形状や巻数は特性に応じて様々に変えることができる。
また、第１の実施例において、非磁性体層はコイルの共通の巻軸部分に対応する位置に磁性体が設けられていなくてもよい。
さらに、第２の実施例において、非磁性体層は、コイルの巻軸部分に対応する位置に磁性体を設けてもよい。また、第２の実施例では、非磁性体層を介して渦巻き状に形成されたコイル用の導体パターンを対向させているが、非磁性体層間の１ターン未満のコイル用導体パターンを螺旋状に接続して形成された２つのコイルを非磁性体層を介して対向させてもよい。
またさらに、積層体内に形成されるコイルは３つ以上でもよい。また、積層体内にコンデンサ等の他の回路素子を内蔵させてもよい。
また、本発明の積層型電子部品は、印刷積層法、シート積層法のいずれで製造してもよい。
【００１３】
【発明の効果】
以上述べた様に、本発明の積層型電子部品は、絶縁体層と導体パターンを積層した積層体に磁性体部と非磁性体部が形成され、非磁性体部がほう珪酸ガラスを含有する誘電体に酸化ケイ素を添加した誘電体セラミックスで形成されるので、酸化ケイ素によって磁性体部の熱膨張係数と非磁性体部の熱膨張係数の差を従来のものよりも小さくすることができる。また、非磁性体層の誘電率を、非磁性体層に非磁性のＣｕ−Ｚｎ系フェライトや非磁性のＺｎ系フェライトを用いた従来のものに比較して小さくできる。
従って、本発明の積層型電子部品は、一体焼成により形成した場合でも磁性体層と非磁性体層の接合を改善でき、それによって電子部品の特性を向上することができると共に、積層型電子部品の形状を小型化できる。また、環境試験特性や歩留まりを向上させることができ、積層型電子部品の信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の積層型電子部品の第１の実施例を示す分解斜視図である。
【図２】本発明の積層型電子部品の第１の実施例の斜視図である。
【図３】本発明の積層型電子部品の等価回路の１例である。
【図４】本発明の積層型電子部品の第２の実施例を示す分解斜視図である。
【図５】磁性体と非磁性体の接合状態を観察した結果と誘電体セラミックスの特性をまとめた表である。
【図６】透磁率を比較したグラフである。
【図７】従来の積層型電子部品である。
【符号の説明】
１１Ａ、１１Ｂ  磁性体層
１２Ａ〜１２Ｆ  非磁性体層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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