(57)【要約】【課題】直流電流を重畳した場合であっても自己共振周波数の変動がほとんどなく、かつ、インピーダンス特性の低下率を抑制することのできる積層セラミック電子部品を得る。【解決手段】セラミック焼結体１の内部には３０〜８０ｖｏｌ％の割合で空孔が形成されており、該空孔２にはエポキシ系樹脂３が充填されている。樹脂３の充填率は４０ｖｏｌ％以上である。このようなセラミック焼結体を用いてチップインダクタなどの内部電極を有する積層セラミック電子部品を製作することにより、直流電流を重畳した場合に自己共振周波数の変動がほとんどなく、かつ、インピーダンス特性の低下率を５０％以下にすることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック基体と該セラミック基体内に形成された内部電極とを備えた積層セラミック電子部品であって、前記セラミック基体には空孔が形成されており、前記空孔の４０ｖｏｌ％以上に樹脂が充填されていることを特徴とする積層セラミック電子部品。
【請求項２】
前記セラミック基体はフェライト材料からな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。
【請求項３】
前記空孔に充填されている樹脂はエポキシ系樹脂であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の積層セラミック電子部品。
【請求項４】
前記セラミック基体は３０ｖｏｌ％を超えて８０ｖｏｌ％以下の割合で空孔を含んでいることを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３に記載の積層セラミック電子部品。
【請求項５】
前記セラミック基体は、セラミック原料と、バインダーと、球状又は粉粒体状で前記バインダーに対する接着性を有する焼失材とを配合してなる配合セラミック原料の成形体を焼成することにより前記空孔を形成したものであることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３又は請求項４に記載の積層セラミック電子部品。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、積層セラミック電子部品、詳しくは、高周波帯域で使用されるインダクタ、ＬＣ複合電子部品、ＬＲ複合電子部品、ＬＣＲ複合電子部品などに関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】
特開昭５５−５２３００号公報
【特許文献２】
特開平１１−６７５７５号公報
【０００３】
近年、電子機器の高周波化が進み、インダクタやＬＣ複合部品、ＬＲ複合部品、ＬＣＲ複合部品などは、ＧＨｚ帯域の高周波に対応可能なものが求められるようになっている。
【０００４】
しかし、高周波帯域用のインダクタにおいては、コイルとパラレルに発生する浮遊容量がそのインピーダンスに大きく影響し、特に、ＧＨｚ帯では、１／１００ｐＦ〜１／１０ｐＦ程度の微小な浮遊容量がインピーダンスに大きな影響を与える。従って、浮遊容量を小さくして所望の特性を確保しようとすると、磁性体として用いられているフェライトなどの誘電率εを下げることが必要になる。しかし、フェライトの構造的な理由から、フェライト自体の誘電率εを例えば１３〜１４以下にまで下げることは事実上困難である。
【０００５】
そのような状況のもとで誘電率を下げようとすると、磁性体に樹脂やガラスなどの誘電率の低い材料を配合する方法が考えられる。しかし、磁性体に非磁性体である樹脂やガラスなどを配合したコンポジット磁性材料においては、磁性体粒子が樹脂やガラスなどの非磁性体材料によって覆われ、磁路が分断されてしまうため、透磁率が極端に低くなってしまうという問題点を有している。
【０００６】
そこで、近年、電磁波吸収体などに用いられる誘電率の低いフェライト材料として、空孔率を２０〜７０ｖｏｌ％とした発泡フェライト焼結体が知られている（特許文献１参照）。また、空孔を含有させたセラミックを用いた電子部品として、セラミックと、セラミックの内部に形成された内部電極を備え、セラミックに直径１〜３μｍの空孔を３〜３０ｖｏｌ％の割合で含有させたセラミック電子部品が提案されている（特許文献２参照）。
【０００７】
この種のフェライト焼結体は、空孔を高い割合で含んでいることに起因して誘電率が低く、高周波帯域でのインピーダンス特性を向上させることが可能である。また、磁路が連続していることから電磁気特性が不連続に大きく変動することがないという利点を有している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の空孔を含有しないセラミック基体からなるチップインダクタにおいては、直流電流を重畳すると、自己共振周波数より低周波側の周波数におけるインピーダンス特性が悪くなり、かつ、自己共振周波数が変動するという問題点を有していた（図４参照、１００ｍＡ重畳時の１００ＭＨｚのインピーダンスの変化率は−６０．９％）。自己共振周波数が変動すると、ノイズ対策の対象となる周波数帯域を無電流下での自己共振周波数に合わせたとしても、効果的にノイズを除去できないといった問題点が発生していた。
【０００９】
一方、空孔を含有したセラミック基体からなるチップインダクタにおいては、直流電流の重畳で自己共振周波数が変動することはないが、インピーダンスが大きく低下してしまうという問題点を有していた（図５参照、１００ｍＡ重畳時の１００ＭＨｚのインピーダンスの変化率は−５７．４％）。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、小さな直流電流を重畳した場合であっても自己共振周波数の変動がほとんどなく、かつ、インピーダンスの低下率を抑制することのできる積層セラミック電子部品を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段及び作用】
以上の目的を達成するため、本発明は、セラミック基体と該セラミック基体内に形成された内部電極とを備えた積層セラミック電子部品であって、前記セラミック基体には空孔が形成されており、前記空孔の４０ｖｏｌ％以上に樹脂が充填されていることを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る積層セラミック電子部品において、セラミック基体は空孔が形成されているために誘電率が低くなり、高周波帯域でのインピーダンス特性が向上すると共に、電磁気特性の変動が少ない。そして、直流電流が重畳されたとしても、自己共振周波数の変動が少なく、かつ、インピーダンスの低下率が５０％以下に小さくなる。
【００１３】
即ち、セラミックグレイン中に空隙が存在し、磁性体が断続的に存在しているので電流による磁界で形成される磁壁の移動が妨げられ、磁気飽和が生じ難くなる。それゆえ、インピーダンスが向上し、自己共振周波数の変動が少なくなると考えられる。また、空孔にはその４０ｖｏｌ％以上に樹脂が充填されており、該樹脂を硬化させたときに生じる残留応力による歪みに起因して飽和磁化に達し難くなり、直流電流重畳時でのインピーダンスの低下が抑制されると考えられる。
【００１４】
本発明に係る積層セラミック電子部品において、セラミック基体はフェライト材料からなることが好ましく、空孔に充填されている樹脂はエポキシ系樹脂であることが好ましい。
【００１５】
また、セラミック基体は３０ｖｏｌ％を超えて８０ｖｏｌ％以下の割合で空孔を含んでいることが好ましい。この割合の空孔を含むことにより、セラミック基体の強度低下を招くことなく、その誘電率が低下する。即ち、３０ｖｏｌ％以下では誘電率の低下が十分ではなく、より好ましい下限は３５ｖｏｌ％である。また、８０ｖｏｌ％を超えるとシートの作製が困難になる。
【００１６】
さらに、セラミック基体は、セラミック原料と、バインダーと、球状又は粉粒体状で前記バインダーに対する接着性を有する焼失材とを配合してなる配合セラミック原料の成形体を焼成することにより前記空孔を形成したものであってもよい。このようなセラミック基体を備えた積層セラミック電子部品は、所望の電磁気特性を備え、浮遊容量の発生が少なく、信頼性が高くなる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る積層セラミック電子部品の実施形態について、添付図面を参照して説明する。
【００１８】
（セラミック焼結体の構造、図１参照）
まず、本発明に係るセラミック電子部品におけるセラミック焼結体について、図１を参照して説明する。
【００１９】
図１に示すように、セラミック焼結体１の内部には複数の空孔２が形成されており、該空孔２には樹脂３が充填されている。空孔２は、その平均径が５〜２０μｍであり、セラミック焼結体１において３０ｖｏｌ％を超えて８０ｖｏｌ％以下の割合で形成されており、開空孔及び閉空孔を含む。本発明に係る積層セラミック電子部品では、この空孔２のうち、４０ｖｏｌ％以上が樹脂３で充填されている。
【００２０】
本発明者らは、空孔が形成されていないセラミック焼結体（試料１）、空孔が形成されているが樹脂の充填されていないセラミック焼結体（試料２）、空孔にそれぞれ２５ｖｏｌ％、４０ｖｏｌ％、５０ｖｏｌ％、７５ｖｏｌ％の樹脂を充填したセラミック焼結体（試料３，４，５，６）を以下の工程にて製作し、図２に示すチップインダクタとし、それぞれのインピーダンス特性を測定した。その結果は後に詳述する。
【００２１】
ここで、セラミック焼結体に形成された空孔率（ｖｏｌ％）とは、以下の式（１）によって求める。
空孔率＝１−｛（Ｘ／Ｙ）／Ｚ｝      …（１）
Ｘ：セラミック焼結体の重量
Ｙ：セラミック焼結体の体積
Ｚ：セラミック焼結体の理論密度
【００２２】
なお、前記式（１）によって求めた空孔率は、焼失材を添加することによって意図的に形成された空孔に加えて、意図せざる空孔（焼結によって不可避的に発生する気泡など）をも含む。
【００２３】
また、空孔に対する樹脂の充填率（ｖｏｌ％）は、まず、樹脂含浸前のセラミック焼結体の空孔率を前記式（１）から求める。次に、樹脂含浸後の焼結体の重量増加分と焼結体の体積、樹脂の比重から、焼結体の体積に対する樹脂含浸の体積を求め、これを空孔率で割って求める。
【００２４】
（セラミック焼結体の製造方法）
ここで、セラミック焼結体の製造方法の具体例について説明する。
【００２５】
まず、フェライト材料を得るため、所定量の酸化物原料（ニッケル、亜鉛、銅などの酸化物）を混合して８００℃で１時間仮焼した。その後、ボールミルにより粉砕し、乾燥することにより、平均粒径約２μｍの酸化物混合粉末を得た。
【００２６】
得られた前記酸化物混合粉末に、バインダー、分散剤、溶媒を添加し、さらに、市販の球状ポリマー（焼失材）を所定の空孔率（３５ｖｏｌ％）となるように添加して混合し、ドクターブレード法により厚さ４０μｍのセラミックグリーンシートを作製した。
【００２７】
空孔を形成するための焼失材として、表面積や保形性が大きく、バインダーに対する接着性に優れた球状ポリマーを採用することにより、歩留まりを低下させることなく、バインダーの割合を減らして焼失材の割合を増やすことが可能になり、空孔率を高めることができる。
【００２８】
次に、前記セラミックグリーンシート上に所定形状の内部電極やビアホールを導電ペーストにて形成し、これらのシートを積層し、圧着して所定サイズにカットした。
【００２９】
得られた積層体を４００℃で３時間熱処理して脱バインダーを行った後、９２５℃で２時間焼成することにより、３５ｖｏｌ％の空孔率を有するセラミック焼結体を得た。空孔の割合は、混合する有機材料（特に、焼失材）の量を変化させることにより、調整することができる。
【００３０】
次に、誘電率３．４のエポキシ系樹脂を、所定の粘度になるように有機溶剤で希釈した溶剤中に、前記積層体を浸漬し、空孔にエポキシ系樹脂を含浸（充填）させた後、積層体の表面に付着した樹脂を除去し、１５０〜１８０℃で２時間加熱し、エポキシ系樹脂を硬化させた。
【００３１】
（チップインダクタの構成、図２及び図３参照）
前述の工程によって製作されたチップインダクタの構成を図２に示す。このチップインダクタ１０は、セラミック焼結体１１の内部にコイル１２が配設され、セラミック焼結体１１の両端部に外部電極１３，１４が配設された構造を有する。コイル１２のターン数は３０ターンとされている。
【００３２】
コイル１２は、図３にその一部を示すように、セラミックグリーンシート１５上に形成した所定の形状の導電体パターン１７の端部をビアホール１８にて電気的に接続した周知の構成からなる。コイル１２の端部はセラミックグリーンシート１５’に形成したビアホール１８’を介して外部電極１３又は１４に電気的に接続されている。
【００３３】
このような構造のチップインダクタの試料１〜６について、１００ＭＨｚ印加時のインピーダンス特性及び１００ｍＡの直流電流を重畳した１００ＭＨｚ印加時のインピーダンス特性を測定し、その変化率を求めた。インピーダンス特性に関しては図４〜図９に示し、変化率は以下の表１に示す。
【００３４】
【表１】
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【００３５】
表１から明らかなように、空孔を形成せず樹脂の充填もない試料１に関しては、図４に示すように自己共振周波数が大きく変動すると共に、直流重畳時のインピーダンスの変化率も−６０．９％と大きな数値を示した。
【００３６】
３５ｖｏｌ％の空孔を形成するも樹脂が充填されていない試料２に関しては、図５に示すように自己共振周波数の変動はほとんどないが、直流重畳時のインピーダンスの変化率は−５７．４％であった。
【００３７】
３５ｖｏｌ％の空孔を形成すると共に樹脂を２５ｖｏｌ％充填した試料３に関しては、図６に示すように自己共振周波数の変動はほとんどないが、直流重畳時のインピーダンスの変化率は−５３．１％に止まった。
【００３８】
３５ｖｏｌ％の空孔を形成すると共に樹脂をそれぞれ４０ｖｏｌ％、５０ｖｏｌ％、７５ｖｏｌ％充填した試料４，５，６に関しては、図７、図８、図９に示すように自己共振周波数の変動がほとんどなく、直流重畳時のインピーダンスの変化率もそれぞれ−４２．４％、−３８．２％、−３６．９％と５０ｖｏｌ％以下の良好な数値を示した。
【００３９】
即ち、セラミック基体に空孔を形成し、該空孔の４０ｖｏｌ％以上に樹脂を充填させることによって、直流電流の重畳によっても自己共振周波数の変動がほとんどなく、ノイズ除去効果が良好となり、かつ、インピーダンスの低下率も５０％以下に抑えることができた。
【００４０】
以上の如く、空孔の形成及び該空孔への樹脂の充填による作用は以下の理由によるものと推定される。
【００４１】
フェライトは電流により磁界が付与されると、磁界の方向に磁化している磁区の体積が増大するように磁壁が移動し、さらには磁壁が消滅して単磁区となり、回転磁化が引き続き生じて磁気飽和に達する。磁気飽和に達すると透磁率が下がるためにインダクタンスＬが低下する。
【００４２】
一方、共振周波数ｆは、ｆ＝１／｛２π√（ＬＣ）｝で表され、Ｌが小さくなると共振周波数が高周波側に移動する。本発明の如く、フェライト粒子中に空隙が存在すると磁性体が断続的に存在する状態となっている。磁性体が断続的に存在している不均一な状態であると、直流電流重畳時に磁壁の移動が妨げられ、磁気飽和が生じ難くなる。それゆえ、直流電流重畳時にＬの低下がなく、自己共振周波数の変動がなくなると考えられる。
【００４３】
また、空孔に樹脂を充填することによってさらにインピーダンス低下率が小さくなるのは以下の理由によると推定される。空孔に樹脂を充填して硬化させたときに生じる残留応力による歪みの方向が磁化方向を固定しているので、直流電流重畳時の回転磁化の発生が生じ難いために飽和磁化に達し難くなり、Ｌの低下が抑制されてインピーダンスの低下が抑制されると考えられる。
【００４４】
ところで、空孔に樹脂を充填することによって直流電流が重畳していないときのインピーダンス値が低下する。一般に磁性体に歪みを与えると透磁率が変化することが磁歪効果として知られている。本発明では、空孔に樹脂を充填して硬化させるときに樹脂が収縮し、これによって生じる残留応力が磁歪効果を引き起こし、フェライトの透磁率を低下させることに起因してインピーダンスが低下するものと考えられる。但し、本発明は直流電流重畳時でのインピーダンスの低下率を抑えることを目的としており、直流電流が重畳されていないときにインピーダンス値の低下が生じるものの、目的とする直流電流重畳時のインピーダンス低下率の抑制は達成されている。
【００４５】
（他の実施形態）
なお、本発明に係る積層セラミック電子部品は前記実施形態に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更できる。
【００４６】
特に、セラミック原料の成分やその組成比は任意である。また、空孔に充填される樹脂も前記エポキシ系樹脂以外に種々の樹脂を用いることができる。さらに、本発明は、前記実施形態に示したチップインダクタのみならず、ＬＣ複合電子部品、ＬＲ複合電子部品、ＬＣＲ複合電子部品などに幅広く適用することができる。
【００４７】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、セラミック基体に空孔を形成し、該空孔の４０ｖｏｌ％以上に樹脂を充填させたため、直流電流の重畳によって自己共振周波数の変動がほとんどなく、かつ、インピーダンスの変化率も５０％以下に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るセラミック焼結体の内部構造を模式的に示す断面図である。
【図２】前記セラミック焼結体を用いて製作したチップインダクタを示す断面図である。
【図３】前記チップインダクタの一部を示す分解斜視図である。
【図４】試料１（比較例）のインピーダンス特性を示すグラフである。
【図５】試料２（比較例）のインピーダンス特性を示すグラフである。
【図６】試料３（比較例）のインピーダンス特性を示すグラフである。
【図７】試料４（本発明例）のインピーダンス特性を示すグラフである。
【図８】試料５（本発明例）のインピーダンス特性を示すグラフである。
【図９】試料６（本発明例）のインピーダンス特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１…セラミック焼結体
２…空孔
３…樹脂
１０…チップインダクタ
１１…セラミック焼結体
１２…コイル（内部電極）
１５…空孔を形成したセラミックグリーンシート
【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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【図８】
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【図９】
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