(57)【要約】【課題】フェライト等からなる磁性体部で誘電体ガラス層を挟む構造を有する積層コモンモードチョークコイルにおいて９００℃程度にて焼結性が良好で構造欠陥が生じにくい誘電体ガラス組成物を提供すること。【解決手段】クオーツからなるフィラー成分５〜４０ｗｔ％と、フリット成分６０〜９５ｗｔ％とを含み、フリット成分が、Ｓｉを酸化物換算で６０．０〜８９．０ｗｔ％と、Ｍｇを酸化物換算で０．１〜３．５ｗｔ％と、Ｂを酸化物換算で１０．０〜３２．０ｗｔ％と、Ｋを酸化物換算で０．３〜４．０ｗｔ％と、を含有する、誘電体ガラス組成物、ならびに、当該誘電体ガラス組成物からなる誘電体ガラス層を備える、積層コモンモードチョークコイル。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
クオーツからなるフィラー成分５〜４０ｗｔ％と、フリット成分６０〜９５ｗｔ％とを含み、フリット成分が、Ｓｉを酸化物換算で６０．０〜８９．０ｗｔ％と、Ｍｇを酸化物換算で０．１〜３．５ｗｔ％と、Ｂを酸化物換算で１０．０〜３２．０ｗｔ％と、Ｋを酸化物換算で０．３〜４．０ｗｔ％と、を含有する、誘電体ガラス組成物。
【請求項２】
一対のスパイラル状の導線を埋設した誘電体ガラス層と、前記誘電体ガラス層の上下に磁性体層と、を有し、前記誘電体ガラス層は請求項１に記載の誘電体ガラス組成物からなる、積層コモンモードチョークコイル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は各種電子機器において使用することができる積層コモンモードチョークコイル及びそれに好適な誘電体ガラス組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
コモンモードチョークコイルは２つの巻線状の導体を絶縁体に形成してなる電子部品であり、特に、積層タイプのコモンモードチョークコイルは絶縁体層を介して２つのスパイラル状（渦巻き状）の導体が向かい合っている構造を有する。近時、携帯用のパーソナルコンピュータ、なかでもタブレットタイプのパーソナルコンピュータが急速に普及されてきた。また、ＨＤＤ互換のＳＳＤ記憶装置が採用されることなどにより高速なデータの読み込みが行われるようになってきている。これらに伴ってデータの転送速度はさらに高速化され、スーパースピードモードも追加になるなど目まぐるしい進展がある。このような進展に伴い、信号線に伝送される信号周波数が高速化されている。従来から使用されているコモンモードチョークコイルでは、十分な信号品位を保ちながらノイズ対策を行うことが困難になりつつある。このような背景から、小型・低背化、例えば、０．６ｍｍ×０．５ｍｍのような大きさでありながら厚みをできる限り薄くした１００ＭＨｚで７０〜９０Ωのような高いインピーダンス仕様が要求されるようになってきた。これまで、巻き数を多くしかつ小型化を実現しつつあるものの、低背化は未だ充分とはいえない。
【０００３】
この種のコモンモードチョークコイルでは、スパイラル状の導体を、絶縁層として形成するガラス含有材料中に埋設させるようになってきた。そして、上述の絶縁層を上下から、フェライトで構成した磁性層で挟むような積層構造が採られる。ここで、ガラス含有材料からなる絶縁層と磁性層とを直接接触させると、透磁率が低下したり、内部導体材料や外部電極材料がマイグレーションを起こし絶縁劣化するという新たな課題が発生する。透磁率低下の原因は、製造時の焼成における収縮過程において、ガラス成分が磁性体層中に侵入しながら吸収されることである。また、ガラス材中に空隙が残ると、絶縁層は吸湿し易くなる。吸湿した空隙の存在が、上述のマイグレーションや絶縁劣化の原因となる。
【０００４】
特許文献１によれば、コモンモード成分のインピーダンスを高くするために、コイル状の２つの導体の上方および下方にそれぞれ少なくとも２つの磁性層と、この２つの磁性層間に設けられた２つの非磁性層を設け、かつ前記非磁性層間にガラスを含有した低誘電率層を形成するとともに、２つの導体の間に位置する絶縁層を、ガラスを含有する透磁率の低い材料で構成することを提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１５９７３８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、特許文献１のような構成は、低背化という要求に対して相反することになる。本発明は積層コモンモードチョークコイルの小型・低背化を実現するために、焼結性が良好な誘電体ガラス組成物を提供することを目的とする。また、その誘電体ガラス組成物を使用した絶縁劣化しにくい積層コモンモードチョークコイルを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らが鋭意検討した結果、以下の特徴をもつ本発明を完成した。
本発明の誘電体ガラス組成物は、クオーツからなるフィラー成分５〜４０ｗｔ％と、フリット成分６０〜９５ｗｔ％とを含む。ここで、フリット成分は、Ｓｉを酸化物換算で６０．０〜８９．０ｗｔ％と、Ｍｇを酸化物換算で０．１〜３．５ｗｔ％と、Ｂを酸化物換算で１０．０〜３２．０ｗｔ％と、Ｋを酸化物換算で０．３〜４．０ｗｔ％と、を含有する。
本発明の別の態様によれば、積層コモンモードチョークコイルが提供される。当該積層コモンモードチョークコイルは、一対のスパイラル状の導線を埋設した誘電体ガラス層と、前記誘電体ガラス層の上下に磁性体層と、を有し、前記誘電体ガラス層は上述の誘電体ガラス組成物からなる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の誘電体ガラス組成物は９００℃前後での焼結性に優れ、特に、高信頼性の積層コモンモードチョークコイルを製造するための誘電体ガラス層の材料として好適である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の積層コモンモードチョークコイルの模式的な分解図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図面を適宜参照しながら本発明を詳述する。但し、本発明は図示された態様に限定されるわけでなく、また、図面においては発明の特徴的な部分を強調して表現することがあるので、図面各部において縮尺の正確性は必ずしも担保されていない。
【００１１】
本発明の誘電体ガラス組成物には、フィラー成分とフリット成分とが含まれる。フリット成分は８００℃程度の温度域にて軟化させることができる成分であり、フィラー成分は前記温度域では軟化しない成分である。このため、フィラー成分とフリット成分とを混合して加熱した後に冷却すると、フィラー成分がガラス素地を形成して、その中にフィラー成分が離散的に存在するような形態になる。本発明によれば、フィラー成分としてクオーツを用い、フリット成分として後述する所定の組成からなるホウケイ酸ガラスを用いる。
【００１２】
誘電体ガラス組成物はクオーツからなるフィラー成分を５〜４０ｗｔ％含有し、フリット成分を６０〜９５ｗｔ％含有する。前記範囲のフィラー成分およびフリット成分を含有することが本発明の目的達成に必要である。前記範囲を充足することを前提として、誘電体ガラス組成物全量（１００ｗｔ％）に、クオーツ以外のフィラーとして、１０ｗｔ％以下のジルコニア、及び／又は、２０ｗｔ％以下のアルミナ、等が含まれていてもよい。
【００１３】
フリット成分は、Ｓｉ、Ｍｇ、ＢおよびＫを必須に含む。これらの元素は典型的には酸化物の形態でフリット成分に含まれる。フリット成分全量（１００ｗｔ％）に占めるこれら元素の含有割合は以下のとおりである。Ｓｉは酸化物換算（ＳｉＯ２換算）で６０．０〜８９．０ｗｔ％であり、Ｍｇは酸化物換算（ＭｇＯ換算）で０．１〜３．５ｗｔ％であり、Ｂは酸化物換算（Ｂ２Ｏ３）で１０．０〜３２．０ｗｔ％であり、Ｋは酸化物換算（Ｋ２Ｏ換算）で０．３〜４．０ｗｔ％である。フリット成分として前記の各元素を前記割合で含有することが本発明の目的達成に必要である。前記範囲を充足することを前提として、フリット成分に、前記各元素以外の元素として、以下の酸化物が含まれていてもよい。なお、カッコ内の数値はフリット成分全量（１００ｗｔ％）に占めてもよい各酸化物の上限割合である。ＳｒＯ（８ｗｔ％）、ＣｏＯ（５ｗｔ％）、Ｌｉ２Ｏ３（４ｗｔ％）、ＴｉＯ２（３ｗｔ％）、Ｂｉ２Ｏ３（３ｗｔ％）、ＣｕＯ（５ｗｔ％）、ＢａＯ（４ｗｔ％）、ＣａＯ（８ｗｔ％）、ＮａＯ（２ｗｔ％）、Ａｇ２Ｏ（３ｗｔ％）、等。
【００１４】
本発明によれば、誘電体ガラス組成物は、上述のフリット成分を構成する各酸化物の粒子およびフィラー成分としてのクオーツ粒子を混合することにより得てもよい。好適には、フリット成分の原料である各酸化物を混合、溶融、冷却することによりフリット材を得て、しかる後に、フリット材とクオーツ粒子とを混合して誘電体ガラス組成物を得てもよい。以下、典型的な製法を非限定的に記載する。
【００１５】
フリット成分の原料としては、平均粒径２〜７μｍのＳｉＯ２粉末、平均粒径１〜５μｍのＭｇＯ粉末、平均粒径３〜７μｍのＢ２Ｏ３粉末、平均粒径２〜６μｍのＫ２Ｏが好適に用いられる。ここで、平均粒径は、レーザー回折散乱による粒度分布測定におけるＤ５０の値である。装置これらを秤量して調合し、白金坩堝等に入れて、電気炉等で加熱する。加熱条件として、昇温速度５〜２０℃/ｈ、最高温度１３００〜１７００℃、最高温度での保持時間４〜８時間等が挙げられる。この条件下でフリット成分の原料は溶融する。次いで、溶融フリットを冷却することにより、薄片ペレットの形態のフリット材が得られる。フリット材は、平均粒径０．５〜２μｍ程度に粉砕することが好ましい。このようにして得られたフリット材と、フィラーとしてのクオーツとを混合する。クオーツは混合前に平均粒径が好ましくは０．５〜３μｍ程度になるように粉砕される。混合は、１５時間程度の湿式混合が挙げられる。
【００１６】
本発明の誘電体ガラス組成物の好適な用途として、各種電子部品の誘電体材料が挙げられる。その一形態として、本発明によれば、積層コモンモードチョークコイルが提供される。図１は本発明の積層コモンモードチョークコイルの一例の模式的な分解図である。一対のスパイラル状の導線１１、１２は、誘電体ガラス層１３、１４に埋設される。誘電体ガラス層１３、１４の上下には磁性体層１５、１６が上下から挟むように積層される。
【００１７】
本発明によれば誘電体ガラス層１３、１４の材料として上述の誘電体ガラス組成物が用いられる。粉砕した誘電体ガラス組成物を溶剤の存在下でバインダと混錬してスラリーを得る方法が一般的である。スラリーの組成例としては、粉砕したガラス誘電体材料を１００重量部、エタノール等の溶剤を好ましくは１００〜１４０重量部、ポリビニルアセタール樹脂等のバインダを好ましくは７０〜９０重量部、ポリスチレン等の分散剤を好ましくは３〜７重量部、フタル酸エステル等の可塑剤を好ましくは３〜７重量部、を混錬することが挙げられる。このスラリーからドクターブレード法等によって厚みが１０〜２０μｍ、幅約３０ｃｍのグリーンシートを作製することができる。スラリー作製の混合媒体としてＺｒＯ２ボールを用いることができる。上記バインダとしては、ポリビニルアセタール樹脂の他に、ポリビニルブチラール樹脂、メタアクリル酸樹脂等を用いることができる。可塑剤としては、フタル酸ジブチルの他にフタル酸ジオクチル等を用いることができる。溶剤としては、トルエンの他にメチルエチルケトン等を使用することができる。必要に応じて分散剤としてポリエチレングリコールを加えてもよい。
【００１８】
次いで、グリーンシート上に導線１１、１２のための導体パターンを形成する。内部導体の材料となる銀粉等を含有するペースト等を上記グリーンシートに印刷することなどにより内部導体パターンを形成することができる。導体パターンの線幅として１５〜２５μｍが例示され、線間として８〜１５μｍが例示される。
【００１９】
導体パターンの形成の際には、適宜、ビアホール１１ａ、２１ａ、１２ａ、２２ａや、外部端子１１ｂ、２１ｂ、１２ｂ、２２ｂを形成することができ、それらの形成方法については従来技術を適宜援用することができる。
【００２０】
さらに外側の磁性体層１５、１６等のためのグリーンシートをそれぞれ所定の材料で製造し、それらを積層して焼成を行う。磁性体層の材料は各種フェライトを適宜用いることができ、具体例としてＮｉ−Ｚｒ−Ｃuフェライトなどが挙げられる。磁性材料含有スラリーの製造にあたっては、平均粒径が好ましくは０．３〜１．５μｍの磁性材料を２００重量部、エタノールやトルエン等の溶剤を好ましくは２５０〜３５０重量部、ポリビニルアセタール樹脂等のバインダを好ましくは１５０〜２５０重量部、ポリスチレン等の分散剤を好ましくは５〜１５重量部、フタル酸エステル等の可塑剤を好ましくは５〜１５重量部、を混錬することなどが挙げられる。上記バインダとしては、ポリビニルアセタール樹脂の他に、ポリビニルブチラール樹脂、メタアクリル酸樹脂等を用いることができる。可塑剤としては、フタル酸ジブチルの他にフタル酸ジオクチル等を用いることができる。溶剤としては、トルエンの他にメチルエチルケトン等を使用することができる。必要に応じて分散剤としてポリエチレングリコールを加えてもよい。
【００２１】
各グリーンシートの積層、焼成については積層型電子部品の製造についての従来技術を適宜参照することができる。例えば、図１に示すように、下から順に、磁性体層１５、１６用のグリーンシート、外部端子２２ｂを形成した誘電体ガラス層１４用のグリーンシート、渦巻状の内部導体パターンを形成した誘電体ガラス層１３、１４用のグリーンシート（２枚）、外部端子２１ｂを形成した誘電体ガラス層１４用のグリーンシート、磁性体層１５、１６用のグリーンシートを積層することができる。これらを圧着して、空気雰囲気下で脱脂処理をおこなったあと、空気雰囲気下で好ましくは５〜２０℃／ｈの昇温速度で、例えば９００℃まで加熱し、その温度で２時間保持することにより焼成することができる。焼成後に、外部端子を設けることにより積層コモンモードチョークコイルが得られる。
【００２２】
本発明においては、誘電体ガラス層１３、１４の材料として上述の誘電体ガラス組成物を用いることのほかは、積層コモンモードチョークコイルあるいは類似する電子部品に関する従来技術を適宜援用することができる。
【実施例】
【００２３】
以下、実施例により本発明をより具体的に説明する。ただし、本発明はこれらの実施例に記載された態様に限定されるわけではない。代表する一実施例をわかりやすく説明する。代表例として下記表１における試料Ｎｏ．３の製造を詳しく説明する。
【００２４】
表１に示す試料Ｎｏ．３の組成となるように、フリット原料となる平均粒径５μｍのＳｉＯ２粉末、平均粒径３μｍのＭｇＯ粉末、平均粒径５μｍのＢ２Ｏ３粉末、平均粒径４μｍのＫ２Ｏを秤量して調合した。調合されたフリット粉末を白金坩堝に入れ、実験炉で温度勾配１０℃／ｈで昇温させ、１５００℃にて６時間保持の条件で溶融した。次いで溶融フリットを急冷し、薄片ペレットを得た。この薄片ペレットを平均粒径１μｍ程度に粉砕した。このようにして得られたフリットと、平均粒径１μｍ程度に粉砕したフィラーとしてのクオーツと１５時間湿式混合し、表の試料Ｎｏ．３の組成の誘電体ガラス粉末を得た。
【００２５】
（焼結性および吸水率の測定成型体の作製）
上述と同様にフリットとフィラーとを混合後、混合粉末をステンレスパレットに入れて広げ、１５０℃で１５時間乾燥した。この乾燥した混合粉末４０ｇにＰＶＡバインダを約１５ｃｃ添加し、造粒、プレス成型機で円柱形状に成型した。その後、大気中５００℃に加熱して脱バインダ処理し、直径７ｍｍ×高さ５ｍｍの円柱形状の成型体を得た。この成型体を、温度勾配１０℃／ｈで昇温させ、大気中８７０℃で２時間焼成して、試料Ｎｏ．３の評価用の焼結体を３０個得た。
【００２６】
焼結体の焼結性は、８７０℃で焼結したものを○、焼結しなかったものを×とした。焼結性は、アルキメデス法による吸水率１％以下の試料を焼結性ありとし、給水率の測定結果を数値で示した。吸水率１％を超えるものを焼結性なしとし、備考に「焼結しない」と記載した。また、ガラス焼結体中に泡が発生したものについては、備考に「発泡する」と記載した。焼結時に、円柱の角が解けて丸みを帯びるようになり、焼成用道具と融着が起こったものは備考に「融着した」と記載した。
【００２７】
（誘電体ガラスグリーンシートの作製）
試料Ｎｏ．３の組成のガラス誘電体粉末１００重量部と、溶剤としてエタノールを１２０重量部と、バインダとしてポリビニルアセタール樹脂を８０重量部と分散剤としてポリスチレンを５重量部、可塑剤としてフタル酸エステルを５重量部を混錬してスラリーを得た。このスラリーを用いて、ドクターブレード法によって厚み１５μｍ、幅３０ｃｍのグリーンシートを作製した。スラリー作製の混合媒体としてＺｒＯ２ボールを用いた。また、試料Ｎｏ．３を厚み１５μｍで、８５ｍｍ×１１０ｍｍの大きさのグリーンシートに成形した。
【００２８】
（ガラス誘電体層へ内部導体パターンの形成）
次いで、８５ｍｍ×１１０ｍｍに切断したグリーンシート上に、Ａｇペーストを、スクリーン印刷法等により印刷し、線幅３０μｍ、線間２５μｍスパイラル状の導体パターンと、外部端子と接続される導体パターンとを形成した。スパイラル状の導体パターン、外部端子と接続される導体パターンはグリーンシートのあけられた孔を通し接続した。
【００２９】
（磁性体グリーンシートの作製）
磁性材料としての平均粒径０．５μｍのＮｉ−Ｚｒ−Ｃｕフェライト粉末２００重量部と、溶剤としてのエタノールを３００重量部と、バインダとしてのポリビニルアセタール樹脂を２００重量部と、分散剤としてのポリスチレンを１０重量部、可塑剤としてのフタル酸エステルを１０重量部とを混錬してスラリーを得た。このスラリーを用いて、ドクターブレード法によって厚み３０μｍ、幅３０ｃｍのグリーンシートを得た。混合の媒体としてＺｒＯ２ボールを用いた。作成されたグリーシートを８５ｍｍ×１１０ｍｍの大きさに成形機で打ち抜き、１２枚準備した。
【００３０】
（積層コモンモードチョークコイルの作製）
図１に示すように、下から順に、磁性体層１５、１６用のグリーンシート、外部端子２２ｂを形成した誘電体ガラス層１４用のグリーンシート、渦巻状の内部導体パターンを形成した誘電体ガラス層１３、１４用のグリーンシート（２枚）、外部端子２１ｂを形成した誘電体ガラス層１４用のグリーンシート、磁性体層１５、１６用のグリーンシートを積層した。これらを圧着して、空気雰囲気下で脱脂処理をおこなったあと、空気雰囲気下で好ましくは１０℃／ｈの昇温速度で、９００℃まで加熱し、その温度で２時間保持することにより焼成を行った。焼成後に、外部端子を設けることにより積層コモンモードチョークコイルを得た。
【００３１】
（積層コモンモードチョークコイルの信頼性試験）
信頼性試験は、チップを８５℃、湿度８５％の条件で、１０Ｖの電圧を１０００時間かけて、抵抗値が１００ＭΩを下回ったサンプルの数を劣化数とした。
【００３２】
試料Ｎｏ．３以外の試料についても、誘電体ガラス組成物の組成を下記表１のとおりにしたことのほかは、上記と同様にして各試料を作製し、同様の試験方法で、表１に示す結果を得た。
【００３３】
（磁性体層と誘電体ガラス層との接合界面の空隙の有無観察）
得られた積層コモンモードチョークコイルの接合界面における空隙は、それぞれ作製されたコイルの断面を研磨してＳＥＭ観察により判断した。
【００３４】
誘電体ガラス組成物の組成と評価結果を表１にまとめる。表中の「％」は「ｗｔ％」を意味する。＊印を付したサンプルは比較例に相当するものである。
【００３５】
【表１】
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【００３６】
（実施結果のまとめ）
表１に記載したとおり、フィラーの好ましい重量比の範囲は５〜４０ｗｔ％であることが判明した。すなわち、４ｗｔ％以下であると融着するため、実用に供しえない。また、４４ｗｔ％以上だと焼結しないため、使用できない。この結果から、少なくとも５〜４０ｗｔ％の範囲であれば、本発明の目的が達成可能である。次に、フリットを構成する各成分について、結果の考察を述べると以下の通りになる。まず、試料Ｎｏ．８〜１４の結果より、Ｓｉ成分の含有量が酸化物換算で６５．０〜８９．０質量部である、試料Ｎｏ．１０〜１２は、８７０℃で焼結し、焼結性に優れ空隙が無いものであった。これに対し、Ｓｉ成分の含有量が６５．０質量部未満である試料Ｎｏ．１３、１４は、融着した。また、Ｓｉ成分の含有量が８９．０質量部を超える試料Ｎｏ．８、９は、焼結しなかった。試料Ｎｏ．１５〜２１の結果より、Ｍｇ成分の含有量が酸化物換算で０．１〜３．０質量部である試料Ｎｏ．１７〜１９は、８７０℃で焼結し、焼結性に優れ空隙が無いものであった。これに対し、Ｍｇ成分の含有量が０．１質量部未満である試料Ｎｏ．１５、１６は、空隙が発生した。また、Ｍｇ成分の含有量が３．０質量部を超える試料Ｎｏ．２０、２１は、ガラス焼結体中に泡が多く残存した。試料Ｎｏ．２２〜２８の結果より、Ｂ成分の含有量が酸化物換算で１０．０〜３２．０質量部である試料Ｎｏ．２４〜２６は、８７０℃で焼結し、焼結性に優れ空隙が無いものであった。これに対し、Ｂ成分の含有量が１０．０質量部未満である試料Ｎｏ．２２、２３は、焼結しなかった。また、Ｂ成分の含有量が３２．０質量部を超える試料Ｎｏ．２７，２８は、融着した。試料Ｎｏ．２９〜３５の結果より、Ｋ成分の含有量が酸化物換算で０．３〜４．０質量部である試料Ｎｏ．３１〜３３は、８７０℃で焼結し、焼結性に優れ空隙が無いものであった。これに対し、Ｋ成分の含有量が、０．３質量部未満である試料Ｎｏ．２９、３０は、焼結しなかった。また、Ｋ成分の含有量が、４．０質量部を超える試料Ｎｏ．３４、３５は、融着した。
【符号の説明】
【００３７】
１１、１２  導線；１３、１４  誘電体ガラス層；１５、１６  磁性体層
【図１】
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