专利名称：软磁性铁氧体粉末的制造方法和层压芯片电感器的制造方法
技术领域：
本发明涉及可低温烧结的软磁性铁氧体粉末的制造方法和使用由该方法制造的软磁性铁氧体粉末制造层压芯片电感器的方法。
近年来，各种电子器件小型化、轻量化技术的进展惊人，同时，各种零件的表面实装化急速地推进。特别是将电感器元件、磁体和线圈一体化，使用所谓芯片电感器的多了，希望其性能改善。
在芯片电感器中作为磁体一般使用氧化物磁性材料Ni-Cu-Zn铁氧体，作为线圈用导体一般使用Ag或Ag-Pd合金。
在制造芯片电感器时，首先将分别含有Fe、Ni、Cu、Zn的原料化合物用球磨机等混合后，焙烧，将得到的焙烧物粉碎得到软磁性铁氧体粉末。将该软磁性铁氧体粉末的粘合剂与溶剂混炼制成磁体糊。另外，将导体粉末和粘合剂与溶剂混炼制成导体糊。然后反复将这些糊印刷并将磁体层和导体层层压后，烧结，再形成外部电极得到芯片电感器。
可是，为了谋求芯片电感器的高性能，铁氧体要充分致密化，而且这时必须与导体不反应，而且不发生导体断线等不适合情况。作为导体从电阻小的方面使用Ag单质是理想的，但Ag的熔点低到960℃。因而，为了谋求以不发生导体与铁氧体反应。导体断线或剥离等以使高性能化，在Ag的熔点以下，而且尽可能低的温度，例如在920℃以下烧结是理想的。
可是，已被指出在920℃以下烧结Ni-Cu-Zn铁氧体粉末的场合，铁氧体不进行致密化，难以得到导磁率等电特性优越的铁氧体烧结体。
Ni-Cu-Zn铁氧体烧结体的制造方法，例如在本申请人的特开平5-175032号公报中记载的。在同一公报中记载了由于在比空气的氧浓度低的气氛中烧结，铁氧体烧结体的密度可改善的内容，在其实施例中在870℃进行烧结。另外，在本申请人的特公平6-30297号公报中记载了在含有氧化铁和2价金属(M2)的氧化物(其中M2为镍和/或铜，或者在其中添加了锌的)的铁氧体的主要组成中，由于添加了Li2O和4价金属(M4)的氧化物(其中M4为钛、锡和锗的一种以上)，可以在950℃以下的低温烧结。
可是，以前没有提出过不进行气氛控制和组成控制就可在低温烧结的方法。
本发明的目的是提供可制造低温烧结性优越的Ni-Cu-Zn铁氧体粉末的方法，另外，通过使用该铁氧体粉末，在层压芯片电感器的制造时在低温烧结成为可能。
这样的目的由于下述所要求的本发明而达到。
1.一种软磁性铁氧体粉末的制造方法，是以Fe、Ni、Cu和Zn为主要成分的软磁性铁氧体粉末的制造方法，其中设有使含有原料粉末的焙烧物和水的淤浆中存在有机添加剂的工序，作为上述有机添加剂，使用具有羟基和羧基的有机化合物或其中和盐或其内酯，或使用具有羟甲基羰基的有机化合物，或作为酸具有可分解的烯醇型羟基的有机化合物或其中和盐。
2.上述1的软磁性铁氧体粉末的制造方法，上述有机添加剂的添加量相对于焙烧物为0.05～3.0％(重量)。
3.上述1或2的软磁性铁氧体粉末的制造方法，在上述淤浆中含有来自上述焙烧物的Fe离子和/或Cu离子，合计为上述焙烧物的0.005～2％(重量)。
4.上述1-3中任一项的软磁性铁氧体粉末的制造方法，上述具有羟基和羧基的有机化合物是葡糖酸或柠檬酸。
5.上述1-3中任一项的软磁性铁氧体粉末的制造方法，上述作为酸具有可分解的烯醇型羟基的有机化合物是抗坏血酸。
6.上述1-5中任一项的软磁性铁氧体粉末的制造方法，上述淤浆中添加了氨。
7.一种层压芯片电感器的制造方法，具有使用按照权利要求1-6的任一项的方法制造的软磁性铁氧体粉末形成磁性层的工序。
本发明人发现，在湿式粉碎焙烧物制造Ni-Cu-Zn铁氧体粉末时，由于在淤浆中存在上述有机添加剂，可降低该铁氧体粉末的烧结温度。具体地说，即使在可与Ag电极同时烧结的烧结温度为920℃以下的场合，也可得到具有足够密度和初导磁率的烧结体。
在淤浆中铁氧体的焙烧物与上述有机添加剂共存时，根据哪种机理而可低温烧结不明确。但是，本发明人考察了淤浆中的金属离子含量得知，Cu离子含量和Fe离子含量受到有无上述有机添加剂的强烈影响。具体地说，在淤浆中，由各种铁氧体焙烧物来的Cu离子和Fe离子的合计量最终为铁氧体焙烧物的0.005～2％(重量)的场合，特别是Cu离子和Fe离子合计为0.01～1.0％(重量)的场合，可见明显出现可在低温烧结的效果。由此，可认为从铁氧体焙烧物溶出的这些金属离子再附着在被细粉碎的焙烧物上，由于它起烧结助剂的作用，在低温烧结成为可能。如果Cu离子和Fe离子合计量过少，低温烧结困难。另一方面，溶出超过上述范围的离子，由于有必要显著增加有机添加剂的添加量，是不理想的。两种离子的合计量在2％(重量)以下的范围，即可充分实现低温烧结的效果。
在本发明中，如在添加有机添加剂的淤浆中添加氨，本发明的效果可更加提高。
还有，在本发明中使用的有机添加剂中，例如酒石酸、1-抗坏血酸、柠檬酸在淤浆浇注成形法中以改善成形性为目的作为分散剂是公知的(《精细陶瓷的成形与有机材料》“ファィンセラミックスの成形と有机材料”第187～188页，斋滕胜义著，株式会社シ-ェムシ-发行)。另外，葡糖酸钠在混凝土工业中作为分散剂是已知的(《分散凝集化学》“分散·凝集の化学”第92～95页，森山登著，产业图书发行)。可是，在这些领域中上述有机添加剂都作为分散剂使用。
另外，在WO98/25278号公报中，在制造氧化物磁性材料时，在粉碎时的水淤浆中建议添加本发明使用的有机添加剂。可是，在该公报中上述有机添加剂是在进行磁场取向时为提高取向度作为分散剂使用的。另外，在同一公报中虽记载了对六方晶铁氧体磁石的分散效果，但没有记载关于软磁性铁氧体粉末的实施例，仅记载了对针状软磁性铁氧体颗粒的磁场取向有效的内容。另外，在同一公报中在使用上述有机添加剂制造的场合，也没有关于软磁性铁氧体粉末可低温烧结的记载或暗示。
对于这一点本发明由于在软磁性铁氧体的水淤浆中添加上述有机添加剂实现了以前不知道的全新的效果。还有，根据本发明者的实验，虽然添加有机添加剂，软磁性铁氧体焙烧物粉碎需要的时间(达到一定比表面积的粉碎时间)也没有实质地缩短。因而可认为上述有机添加剂没有显示出对软磁性铁氧体粉末的分散效果。
按照本发明制造的软磁性铁氧体粉末由Ni-Cu-Zn铁氧体构成。根据本发明，与铁氧体的组成无关，在低温的致密的烧结成为可能。因此本发明适用的Ni-Cu-Zn铁氧体的主要成分组成没有特别地限定。从一般的形成范围，可根据要求的性能等适当加以选择。主要成分氧化物分别以Fe2O3、NiO、CuO和ZnO表示，一般的组成范围例如为Fe2O335～50％(摩尔)，NiO4～50％(摩尔)，CuO4～16％(摩尔)，ZnO5～40％(摩尔)。即，本发明可适用于Fe2O3含量多的高导磁率材料，也适用于Fe2O3含量少的低导磁率材料。主要成分氧化物含量限定的理由如下。如Fe2O3过少，非磁性相的生成量增大成为损失增大的原因，如Fe2O3过多，烧结性显著恶化。如NiO过少，损失变大，如NiO过多，价格变得过高。如CuO过少，烧结性恶化，如CuO过多，由于相对的NiO变少，损失变大。如ZnO过少，导磁率变低，如ZnO过多，居里温度过低。
在铁氧体粉末中，除上述主要成分氧化物外，根据需要也可含有作为副成分的或不可避免的杂质的其他金属氧化物，例如Co、W、Bi、Si、B、Mn、Zr、Ca、Ta、Mo、P、Y、Mg等的氧化物。
根据本发明，软磁性铁氧体粉末按以下说明方法制造。
首先，制造原料粉末的焙烧物。在原料粉末中，可使用在制造Ni-Cu-Zn铁氧体中通常使用的各种原料，即氧化物或通过煅烧成氧化物的各种化合物，焙烧可在氧化性气氛中，通常在空气中进行，焙烧温度(保持温度)通常为700～900℃，焙烧时间(温度保持时间)通常为0.5～10小时是理想的。
将这样得到的焙烧物与水混合，配制粉碎用淤浆。然后，对该粉碎用淤浆进行湿式粉碎，将焙烧物粉碎到规定的粒径或比表面积后，干燥，得到软磁性铁氧体粉末。
在本发明上述粉碎用淤浆中存在有机添加剂。有机添加剂可在粉碎前、粉碎中和粉碎后的各个时间添加。在淤浆中存在有机添加剂，由此在淤浆中可溶出金属离子，使实现本发明的效果。
湿式粉碎的时间没有特别的限定，使焙烧物的平均粒径为0.4～2.0μM程度或焙烧物的比表面积为3～11m2/g程度，更好为3～8m2/g程度，可根据粉碎手段等的各种条件适合地决定。还有，粉碎手段没有特别的限定，通常使用球磨机、超微磨机、振动磨机等是理想的。可是，为了在低温烧结，已知应将焙烧物粉碎到很细小的直径为好，但要达到细小应进行长时间强力粉碎，氧化锆球和铁球等构成的粉碎介质磨损，由此产生焙烧物的污染问题。与此相对，本发明进行焙烧物的平均粒径和比表面积为上述范围程度的比较粗的粉碎，也可以在低温烧结，不易产生由于粉碎介质磨损引起的焙烧物的污染，可得到稳定性能的铁氧体。
粉碎用淤浆中的焙烧物的含量，即固体成分的浓度，较好为15～50％(重量)，更好为20～35％(重量)。固体成分浓度过低或过高，粉碎效率和粉碎的均匀性都变低。
接着说明有机添加剂。本发明中使用的有机添加剂是具有羟基和羧基的有机化合物，或其中和盐、或其内酯、或是具有羟甲基羰基的有机化合物、或是作为酸具有可分解的烯醇型羟基的有机化合物、或其中和盐，其中作为酸起作用的是理想的。
上述各有机化合物的碳原子数较好为3～20，更好为4～12，而且理想的是属与氧原子从双键结合的碳原子以外的碳原子的50％以上结合羟基的。还有，结合羟基的比率在上述有机化合物中被限定，有机添加剂本身没有限定。例如，在使用具有羟基和羧基的有机化合物(羟基羧酸)的内酯作为有机添加剂时，羟基结合比率的限定不适用于内酯而适用于羟基羧酸本身。
上述有机化合物的基本结构可为链状，也可为环状，另外，可含有饱和键，也可含不饱和键。
作为有机添加剂，具体地说羟基羧酸或其中和盐或其内酯是理想的，特别是葡糖酸(C＝6；OH＝5；COOH＝1)或其中和盐或其内酯、乳糖酸(C＝12；OH＝8；COOH＝1)、酒石酸(C＝4；OH＝2；COOH＝2)或它们的中和盐、葡庚糖酸γ-内酯(C＝7；OH＝5)是理想的。而且，它们当中从低温烧结改善性能效果好，且价廉来看，葡糖酸或其中和盐和或其内酯是理想的。
作为具有羟甲基羰基的有机化合物，山梨糖是理想的。
作为酸具有可分解的烯醇型羟基的有机化合物，抗坏血酸是理想的。
还有，在本发明中作为有机添加剂也可使用柠檬酸或其中和盐。柠檬酸具有羟基和羧基，虽然与氧原子双键结合的碳原子以外的碳原子的50％以上结合羟基的条件不满足，但可实现本发明的效果。
关于上述一部分理想的有机添加剂的构造如下所示。D-葡糖酸α-D-葡庚糖酸-γ-内脂
乳糖酸(R，R)-酒石酸
抗坏血酸 L-(-)-山梨糖
还有，有机添加剂也可二种以上并用。
有机添加剂的添加量对于焙烧物较好为0.05～3.0％(重量)，更好为0.10～2.0％(重量)。如有机添加剂过少，本发明的效果不完全。另一方面，如有机添加剂过多，成形体和烧结体易于发生裂缝。
还有，有机添加剂在水溶液可离子化，例如为酸和金属盐等时，有机添加剂的添加量为离子换算值。即以除去氢离子和金属离子的有机成分换算求添加量。另外，在有机添加剂为水合物的场合，应除去结晶水求添加量。
另外，有机添加剂形成内酯时，或含有内酯时，内酯全部开环成为羟基羧酸，以羟基羧酸离子换算求添加量。
本发明在有机添加剂之外，在淤浆中存在氨是理想的。通过添加氨，在更低温度的烧结成为可能，或者温度相同可得到更致密的烧结体。氨可以氨水形式添加。还有，如果添加氨，淤浆中的离子量，特别是Fe离子量有增加的倾向。但是，如氨的添加量过多，离子溶出反倒被抑制，所以，氨添加量对应于焙烧物为5％(重量)以下是理想的。另外，为使添加氨充分发挥效果，氨添加量对应于焙烧物为0.1％(重量)以上是理想的。在粉碎前、粉碎中和粉碎后任意时间都可添加氨，通常可与有机添加剂同时添加。
按上述顺序制造的软磁性铁氧体粉末可适用各种用途，特别是适于制造各种电感器的磁芯。电感器磁体磁芯由软磁性铁氧体粉末成形并烧结来制造。按照本发明制造的软磁性铁氧体粉末可在氧化性气氛中，通常在空气中烧结。烧结温度(保持温度)通常为800-1000℃，烧结时间(保持时间)通常为1～6小时。但是，按照本发明制造的软磁性铁氧体粉末在920℃以下烧结的场合，可得到作为磁体磁芯完全的性能。因此，按照本发明制造的软磁性铁氧体粉末特别适合于制造需要与Ag电极同时烧结的层压芯片电感器。还有，在制造具有Ag电极的层压芯片电感器时，为了充分抑制由于同Ag反应导致铁氧体的性能降低，烧结温度为910℃以下，特别是为900℃以下是理想的，在这样的低温烧结的场合，可得到磁体磁芯的充分的性能。
下面说明层压芯片电感器及其制造方法。
图3所示的层压芯片电感器具有将磁性层6和内部导体5层压构成的电感器芯片体10，和在该电感器片体10表面设置的外部电极41、45。
层压芯片电感器各部分的结构可从以前公知的各种结构中选择，例如，外形大致为长方体形状。而且，如图3所示，通常在磁性层6内以螺旋状配置内部导体5构成内部线圈，其两端部分连接外部电极41、45。外部电极41、45也可作为单独电极层，再者，也可设置由Cu、Ni、Sn或焊锡等形成的覆盖层。这样的覆盖层可改善软钎焊时的焊锡湿润性，焊锡耐热性。内部导体5的线圈图样没有特别限定。圈数可根据用途适当选择，通常为1.5～15.5匝程度。
层压芯片电感器各部分的尺寸没有特别限定，可根据用途适当决定。例如磁性层的厚度可为20～100μM程度。外部电极的厚度通常可为10～100μM程度，包含覆盖层的合计厚度可为15～130μM程度。外部电极的宽度可根据目的选定。通常可为0.2～0.4mm程度。内部导体5的厚度通常可为5～30μM程度。电感器芯片体10的尺寸也可根据用途适当决定，通常可为(1.0～4.5mm)×(0.5～3.2mm)×(0.6～2.0mm)程度。
在内部导体5中含的导电材料以电阻率小的Ag为主体是理想的。作为Ag为主体的导电材料，Ag或Ag-Pd、Ag-Pt、Ag-Pd-Pt等Ag合金是理想的，特别是Ag是理想的。Ag合金中Ag的含有率为75％(质量)以上是理想的。
外部电极41、45使用Ag为主体的导电材料是理想的。作为Ag为主体的导电材料，Ag或Ag合金是理想的，特别是Ag是理想的。另外，作为Ag合金，Ag-Pd合金、Ag-Cu合金是理想的，其中Ag-Pd合金是更理想的。Ag合金中Ag的含有率为75％(质量)以上是理想的。外部电极中也可含有硼硅酸铅玻璃等各种玻璃。
在制造层压芯片电感器时，首先配制磁体糊、内部导体糊和外部电极糊。
可将按本发明制造的软磁性铁氧体粉末与有机载体混炼来配制磁性体糊。有机载体是将粘合剂溶解在有机溶剂中制成的。在有机载体中使用的粘合剂没有特别的限定，可从乙基纤维素、聚乙烯醇缩丁醛等常用的各种粘合剂中适当选择。另外，使用的有机溶剂也没有特别限定，相应于印刷法或平板法等所使用的方法可从松油醇、丁基卡必醇、丙酮、甲苯等各种有机溶剂中适当选择。磁性体糊为水系涂料的场合，可将水溶性的粘合剂和分散剂溶于水中形成的水系载体与软磁性铁氧体粉末混炼。在水系载体中使用的水溶性粘合剂没有特别限定，例如可使用聚乙烯醇、纤维素、水溶性丙烯酸树脂等。
内部导体糊可将上述导电材料或可烧结成上述导电材料的各种氧化物、有机金属化合物、树脂等与上述有机载体混炼来配制。
外部电极糊可按上述内部导体体糊同样来配制。
使用印刷法制造层压芯片电感器的场合，首先，将磁体糊和内部导体糊，按照使内部导体糊成线圈图案，在PET膜等构成的基体上交替印刷，形成层压体。接着，按照规定的形状和尺寸切断成初片后，从基体上剥离。另一方面，使用平板法制造的场合，首先，用磁体糊形成初板，在初板上为导通进行穿孔。接着，在初板上印刷内部磁体糊并将其层压，将得到的层压体切断成初片。然后，在两种方法的场合，将初片烧结得到电感器片体。在该电感器片体上印刷或转印外部电极糊并烧结得到芯片电感器。外部电极用糊的烧结条件，例如为600～800℃10分钟～1小时程度是理想的。
这样制造的层压芯片电感器，由于带有焊锡等可实装在印刷基板上等，用于各种电子器件等。
还有，按照本发明制造的软磁性铁氧体粉末，不限于层压芯片电感器，可适用于具有压层型电感器部分的各种片状零件，例如LC复合零件等。
实施例1-5按比率Fe2O349％(摩尔)，
NiO 18％(摩尔)，CuO 12％(摩尔)，ZnO 21％(摩尔)。秤量这些氧化物，用湿式介质搅拌型粉碎机湿式混合4小时。在该湿式混合中作为分散剂使用纯水。
然后，用喷射干燥器将混合物干燥，在700℃焙烧2小时，得到Ni-Cu-Zn铁氧体的焙烧物。
将该焙烧物与纯水混合，配制粉碎用淤浆。该粉碎用淤浆中的固体部分(焙烧物)浓度为25％(重量)。还有，在淤浆中，如表1所示添加有机添加剂或有机添加剂与氨。还有，氨以浓度50％(重量)的氨水添加。表1中所示的有机添加剂和氨的添加量为相对于焙烧物的添加量。
将该粉碎用淤浆用湿式介质搅拌型粉碎机粉碎7小时后，用喷射干燥器干燥，得到Ni-Cu-Zn铁氧体粉末。粉碎使铁氧体粉末的比表面积达到4.4m2/g(平均粒径1.4μM)。粉碎后，用ICP发光发析法测定淤浆中的金属离子，求出相对于焙烧物的Cu离子和Fe离子各自的重量比。结果示于表1。[表1]
在100g该铁氧体粉末中添加1.0g作为粘合剂的聚乙烯醇并混合，制成颗粒。将该颗粒以98MPa(1000kgf/m2)的压力冲压成形，得到直径21mm的环状成形体。按照在
图1和图2所示的温度保持2小时烧结该成形体，得到Ni-Cu-Zn铁氧体烧结体。
按阿基米德法测定该烧结体的密度。另外，用LCR METER 4274A(HEWLETT PACKARD公司制)测定该烧结体于100KHz的初导磁率。烧结温度与密度的关系示于图1，烧结温与初导磁率的关系示于图2。
比较例1在粉碎用淤浆中除有机添加剂和氨都不添加外，与上述实施例同样制造烧结体，进行与上述实施例同样的测定。结果示于图1和图2。还有，与上述实施例同样测定淤浆中离子量，结果未检出Cu离子和Fe离子。
由图1和图2可看出本发明的效果是明显的。即，在制造软磁性铁氧体粉末时的湿式粉碎工序中，在淤浆中添加规定的有机添加剂的实施例1～5，在烧结温度低到900℃程度的场合，可得到4.8g/cm3以上的足够的密度，另外，可得到超过150的足够的初导磁率。另一方面，没有添加有机添加剂的比较例1，低温烧结时的烧结体密度和初导磁率都比实施例1～5显著的差。
还有，作为磁性层材料使用上述实施例制造的软磁性铁氧体粉末，且作为内部导体材料使用Ag，烧结温度为910℃制造层压芯片电感器，可得到对应于图1和图2所示性能的优越的电感器性能。
图1是表示Ni-Cu-Zn铁氧体烧结体的烧结温度与烧结体密度关系的曲线图。
图2是表示Ni-Cu-Zn铁氧体烧结体的烧结温度与烧结体的初导磁率关系的曲线图。
图3是表示层压芯片电感器的构成的例子的一部分切开的平面图。
5内部导体6磁性层 10电感器芯片体41、45 外部电极
权利要求
1.一种软磁性铁氧体粉末的制造方法，是以Fe、Ni、Cu和Zn为主要成分的软磁性铁氧体粉末的制造方法，其中设有使含有原料粉末的焙烧物和水的淤浆中存在有机添加剂的工序，作为上述有机添加剂，使用具有羟基和羧基的有机化合物或其中和盐或其内酯，或使用具有羟甲基羰基的有机化合物，或作为酸具有可分解的烯醇型羟基的有机化合物或其中和盐。
2.权利要求1的软磁性铁氧体粉末的制造方法，上述有机添加剂的添加量相对于焙烧物为0.05～3.0％(重量)。
3.权利要求1或2的软磁性铁氧体粉末的制造方法，在上述淤浆中含有来自上述焙烧物的Fe离子和/或Cu离子，合计为上述焙烧物的0.005～2％(重量)。
4.权利要求1-3中任一项的软磁性铁氧体粉末的制造方法，上述具有羟基和羧基的有机化合物是葡糖酸或柠檬酸。
5.权利要求1-3中任一项的软磁性铁氧体粉末的制造方法，上述作为酸具有可分解的烯醇型羟基的有机化合物是抗坏血酸。
6.权利要求1-5中任一项的软磁性铁氧体粉末的制造方法，上述淤浆中添加了氨。
7.一种层压芯片电感器的制造方法，具有使用按照权利要求1-6的任一项的方法制造的软磁性铁氧体粉末形成磁性层的工序。
全文摘要
提供一种低温烧结性优越的Ni－Cu－Zn铁氧体粉末的制造方法。另外提供使用该铁氧体粉末制造层压芯片电感器的方法。该软磁性铁氧体粉末的制造方法是以Fe、Ni、Cu和Zn为主要成分的软磁性铁氧体粉末的制造方法,它具有在含有原料粉末的焙烧物和水的淤浆中使有机添加剂存在的工序,作为上述有机添加剂使用具有羟基和羧基的有机化合物或其中和盐或其内酯,或使用具有羟甲基羰基的有机化合物、或作为酸具有可分解的烯醇型羟基的有机化合物或其中和盐。
文档编号H01F1/34GK1268755SQ0010375
公开日2000年10月4日 申请日期2000年3月9日 优先权日1999年3月9日
发明者原田浩 申请人:Tdk株式会社