[1] 低損失フェライト
(A) 組成
(1) 主成分
 本発明の低損失フェライト(Ni-Cu-Zn系フェラ� ��ト)は、主成分として47.1~49.3 mol %のFe ₂ O ₃ 、20~26 mol %のZnO、6~14 mol %のCuO、及び残部Ni Oを含有する。

 Fe ₂ O ₃ が47.1 mol %未満では2 MHz及び5 MHzにおけるコ アロスPcvが大きく、また十分な透磁率が得ら れない。一方、Fe ₂ O ₃ が49.3 mol %超では、Agの融点である960℃以下� ��温度で十分に焼結せず、磁気特性及び機械� ��強度が低い。好ましくはFe ₂ O ₃ は47.5~49.0 mol %である。

 ZnOが20 mol %未満では、2 MHzの周波数及び 33 mTの動作磁束密度でのコアロスが大きく、 透磁率が低い。一方、ZnOが26 mol %超では、5� �MHzの周波数及び10 mTの動作磁束密度でのコ� �ロスが大きい。ZnOの好ましい含有量は21~26 m ol %である。

 CuOが6 mol %未満又は14 mol %超であると、 飽和磁束密度Bsが390 mT 未満と低い。飽和磁� ��密度Bsの減少は直流重畳特性の劣化を招き� �ましくない。またCuOは焼結温度の低下に寄� �するが、6 mol %未満であると焼結密度が不� �分となり易い。CuOの好ましい含有量は7~11 mo l %である。

 NiO量は主成分の残部である。所望の透磁� ��とともに高い飽和磁束密度Bsを得るには、Ni O/CuOのモル比を1.0~3.1とするのが好ましい。

(2) 副成分
 本発明の低損失フェライトは、主成分100質� ��%に対して、副成分として、SnO ₂ 換算で0.1~2質量%のSn、及びMn ₃ O ₄ 換算で0.05~2質量%のMnを含有する。

 Snの添加により、フェライトの飽和磁束密� �Bsは低下し、保磁力Hcは増加する。Snは安定� �4価イオンとして結晶粒内に固溶し、格子歪� ��低減させることにより飽和磁歪定数λs及び� ��気異方性定数K1を小さくし、もって応力に� �するインダクタンスの変化やコアロスの増� �を抑制する。温度の上昇に応じて飽和磁束� �度Bs及び磁気異方性定数K1が減少するが、SnO ₂ 換算で2質量%以下のSnの添加により、使用温� �における飽和磁束密度Bs及び磁気異方性定数 K1を調整することができ、もって温度に対す� ��初透磁率μiの変化を低減できる。SnO ₂ が2質量%超であると、その一部が結晶粒界に� ��って焼結を阻害し、960℃以下では焼結密度� ��上昇せず、透磁率等の磁気特性が劣化する� ��このため、Ag電極等との一体焼結を行なう� �層部品には好ましくない。またSnO ₂ が0.05質量%未満であると、SnO ₂ の十分な添加効果が得られない。Snの好まし� ��添加量は、SnO ₂ 換算で0.25~2質量%である。

 本発明の低損失フェライトは、Mn ₃ O ₄ 換算で0.05~2質量%のMnを含有する。Mnの添加に� ��り、格子歪が低減し、初透磁率μiが増加し� ��BHループの線形性が改善され、マイナール� �プにおける保磁力Hcが低下し、ヒステリシス 損失が低減する。またMnはFe ³⁺ 及びFe ²⁺ の間での電子の移動を抑制するため、比抵抗 ρを増加させ、渦電流損失を低減する。しか� ��Mn ₃ O ₄ の添加によりコアロスPcv及びインダクタンス の応力特性が悪化する傾向がある。そのため 、Mn ₃ O ₄ の添加量は0.1~1.5質量%であるのが好ましい。

 添加されたMnの一部は価数が変化して、Sn の添加による初透磁率μiの低下及び保磁力Hc� ��増加を解消する。従って、Sn及びMnの複合添 加により、優れた対応力安定性を有しながら 、損失の顕著に低減されたフェライトが得ら れる。

(3) その他の成分
 本発明の低損失フェライトは、更にCaをCaO� �算で1.5質量%以下、SiをSiO ₂ 換算で1.5質量%以下含有しても良い。それぞ� �結晶粒の成長を抑制し、透磁率の低下及び� �抵抗の増大をもたらす。またSn添加による焼 結性の低下を緩和するため、BiをBi ₂ O ₃ 換算で0.3質量%以下含有しても良い。

 フェライト原料中に不可避的に含まれるN a,S,Cl,P,W,B等の不可避不純物は、できるだけ少 ない方が好ましいが、工業的な許容範囲は全 体で0.05質量%以下である。特にClを5 ppm未満� �し、Pを8 ppm未満とすると、低損失化に有利� ��ある。

 主成分及び副成分の定量は、蛍光X線分析 及びICP発光分光分析を用いて行う。予め蛍光 X線分析により含有元素の定性分析を行い、� �に含有元素を標準サンプルと比較する検量� �法により定量する。

(B) 組織及び特性
 本発明の低損失フェライトは、0.5~3μmの平� �結晶粒径を有する。平均結晶粒径が3μm以下� ��あると、渦電流損失が低減し、磁壁の減少� ��ら残留損失が低減し、高周波数でのコアロ� ��が低下する。しかし、平均結晶粒径が0.5μm� ��満であると、粒界が磁壁のピンニング点と� ��て作用し、透磁率の低下及びコアロスの増� ��が生じ易くなる。平均結晶粒径が3μmを超え ると、渦電流損失や残留損失の影響が大きく なり、高周波(例えば5 MHz)での損失の増加が� ��著となる。

 平均結晶粒径を3μm以下とするには、焼結に 供するフェライト仮焼粉のBET比表面積を5~10  m ² /gとするのが好ましい。BET比表面積が大きい� ��ど反応活性が上がるため、低い焼結温度か� ��緻密化が促進される。フェライト仮焼粉のB ET比表面積が5~10 m ² /gであると、960℃以下の低い焼結温度でも結� ��粒径が小さく均一な緻密なフェライトが得� ��れる。

 フェライト仮焼粉のBET比表面積が5 m ² /g未満であると、フェライト焼結体の平均結� ��粒径が3μmを超える場合がある。BET比表面積 が10 m ² /g超であると、フェライト仮焼粉が凝集し易� ��、またフェライト仮焼粉表面に水分が吸着� ��易い。そのため、ポリビニルブチラール等� ��水溶性樹脂をバインダーとしたスラリーを� ��成すると、凝集構造となり易く、得られる� ��リーンシートに空隙が多い。空隙は電子部� ��内部へ水分が入り込む経路になる。フェラ� ��ト仮焼粉の好ましいBET比表面積は5.5~8 m ² /gである。

 フェライトの初透磁率μiは下記式:
  μi∝Bs ² /(aK1+bλsσ)
(ただしBsは飽和磁束密度であり、K1は磁気異� ��性定数であり、λsは磁歪定数であり、σは� �力であり、a及びbは定数である。)
により定義される。Ni-Cu-Zn系フェライトは負� ��磁歪定数を有するため、初透磁率μiは圧縮� ��力に応じて増加し、極大値を経て減少する� ��直流重畳特性を改善するため磁気回路中に� ��気ギャップを設けたインダクタの場合、実� ��透磁率が低下するので、150以上の透磁率が� ��ましい。

[2] 電子部品
 図1は、本発明の低損失フェライトを用いた 電子部品として、内部にコイル(インダクタ)� ��備えた積層インダクタを示す。この積層イ� ��ダクタ10は、低損失フェライトからドクタ� �ブレード法等によりグリーンシートを形成� �、これにAg又はその合金等の導体ペーストで コイルパターン3を形成し、さらに必要に応� �てフェライトペースト及び非磁性ペースト� �印刷した後積層し、一体的に焼結し、導体� �ターンが露出した積層体2の側面に外部端子2 00a,200bを形成することにより作製することが� ��きる。

 電子部品の別の例として、図7は、インダ クタを内蔵した積層基板10の表面に設けられ� ��実装電極に、半導体集積回路部品IC及びコ� �デンサCin,Coutを実装し、インダクタと電気的 に接続したDC/DCコンバータモジュールを示す� ��またコンデンサを内蔵する積層基板に、イ� ��ダクタ及び半導体集積回路部品ICを実装し� �モジュールとしても良い。勿論本発明の技� �思想を逸脱しない範囲内であれば、これら� �外にも種々の態様の構成としても良い。

 本発明を以下の実施例によりさらに詳細� ��説明するが、本発明はそれらに限定される� ��のではない。

実施例1
 Fe ₂ O ₃ 、ZnO、CuO及びNiOの主成分、及びSnO ₂ 及びMn ₃ O ₄ の副成分を表1及び2に示す割合で湿式混合し� ��後、乾燥し、800℃で2時間仮焼した。得られ た仮焼粉をイオン交換水とともにボールミル に投入し、BET比表面積が6.5 m ² /gとなるまで約20時間粉砕した。仮焼粉にポ� �ビニルアルコールを加えてスプレードライ� �ー法により顆粒化した後成形し、表1及び2に 示す875~950℃の範囲内の温度で2時間大気中焼� ��し、外径8 mm、内径4 mm及び厚さ2 mmのリン� ��状サンプルと、外寸が8 mm×8 mm、内寸が4 m m×4 mm、厚さが2 mmの角型環状サンプルを作� �した。

 各サンプルの密度、平均結晶粒径、初透� ��率μi、飽和磁束密度Bs、残留磁束密度Br、保 磁力Hc、抵抗率、コアロスPcv、及び初透磁率� �iの相対温度係数αμirを下記方法により測定� ��た。測定結果を表3及び4に示す。

(1) 密度
 リング状サンプルの寸法及び重量から、密� ��を算出した。

(2) 平均結晶粒径
 リング状サンプルの電子顕微鏡写真(10,000倍 )に任意の長さL ₁ の直線を引き、この直線上に存在する粒子の 数N ₁ 計測し、長さL ₁ を粒子数N ₁ で除した値L ₁ /N ₁ を算出した。L ₁ /N ₁ を複数の直線について求めて平均し、平均結 晶粒径とした。

(3) 初透磁率μi
 リング状サンプルに7ターンの銅線を巻いて インダクタを作製し、LCRメーターを用いて1  MHzの周波数及び1 mAの電流でインダクタンスL を測定し、下記式により初透磁率μiを算出し た。
  μi=(le×L)/(μ ₀ ×Ae×N ² )
(ただしleは磁路長であり、Lはインダクタン� �であり、μ ₀ は真空の透磁率=4π×10 ^-7 (H/m)であり、Aeはサンプルの断面積であり、N� ��コイルの巻数である。)

(4) 初透磁率μiの相対温度係数αμir
 初透磁率μiの相対温度係数αμirは下記式に� ��り表される。
  αμir=〔(μi ₂ -μi ₁ )/μi ₁ ² 〕/(T ₂ -T ₁ )
(ただし、T ₁ 及びT ₂ は測定温度であり、μi ₁ は温度T ₁ における初透磁率であり、μi ₂ は温度T ₂ における初透磁率である。)
 電子恒温槽で-40℃~+80℃に調整した各サンプ ルに対して、初透磁率μiを測定した。-40℃~+2 0℃の相対温度係数αμirの場合、T ₁ =+20℃であり、T ₂ =-40℃であり、μi ₁ は+20℃における初透磁率であり、μi ₂ は-40℃における初透磁率である。また+20℃~+8 0℃の相対温度係数αμirの場合、T ₁ =+20℃であり、T ₂ =+80℃であり、μi ₁ は+20℃における初透磁率であり、μi ₂ は+80℃における初透磁率である。

(5) 飽和磁束密度Bs
 B-Hアナライザにより、4000 A/mの磁場中で10  kHzの周波数で各リング状サンプルのヒステリ シスのメジャーループを求めた。このヒステ リシスループから飽和磁束密度Bsを測定した� ��

(6) 残留磁束密度Br
上記ヒステリシスループから残留磁束密度Br� ��測定した。

(7) 保磁力Hc
上記ヒステリシスループから保磁力Hcを測定� ��た。

(8) 抵抗率
リング状サンプルを2分割し、切断面に導電� �樹脂を塗布し、乾燥させることにより得た� �験片に対して、絶縁抵抗計により直流電圧  50 Vで抵抗率を測定した。

(9) コアロスPcv
 リング状サンプルに一次側及び二次側とも7 ターンの銅線を巻き、室温(25℃)で、100 kHz及 び50 mTの条件、2 MHz及び33 mTの条件、及び5  MHz及び10 mTの条件でPcvを測定した。

表3(続き)

表4(続き)

注:(1) 平均結晶粒径(μm)。
  (2) 初透磁率μi。
  (3) 飽和磁束密度Bs(mT)。
  (4) 残留磁束密度Br(mT)。
  (5) 保磁力Hc(A/m)。
  (6) コアロスPcv(kW/m ³ )。
  (7) 初透磁率μiの相対温度係数αμir。

 Fe ₂ O ₃ が47 mol %のサンプル1は大きな保磁力Hc及び� �アロスPcvを有しており、またFe ₂ O ₃ が49.5 mol %のサンプル10は低い焼結密度及び� ��しく大きなコアロスPcvを有し、磁気特性が� ��しく劣っていた。副成分を含まないサンプ� ��11は高周波数で大きなコアロスPcvを有した� �副成分の代わりにBi ₂ O ₃ を含むサンプル12は大きな平均結晶粒径を有� ��、コアロスPcvが著しく劣っていた。Sn及びMn とともに0.5質量%のBi ₂ O ₃ を含むサンプル5及び6は、粒径が30μm程度の� �晶粒と1μm程度の結晶粒とが混在する結晶組� ��となる異常焼結の状態となり、5 MHzでのコ� ��ロスPcvが著しく劣っていた。

 ZnO量を増加させてNiO量を減少させると、� ��和磁束密度Bs、残留磁束密度Br及び保磁力Hc� ��低下し、初透磁率μiは増加した。2 MHzではZ nOの増加によりコアロスPcvは減少したが、5 M HzではZnOが23 mol %のサンプル17のコアロスPcv� ��小さく、ZnO量が増えても減ってもコアロスP cvは増加した。

 Niの一部を置換するCuの量が少ないと、焼 結性が劣り、初透磁率μi及び飽和磁束密度Bs� ��低下し、保磁力Hc及びコアロスPcvが増加し� �。またCuの量が多いと飽和磁束密度Bsが低下� ��た。

 Snを含まないサンプル36は大きなコアロス Pcvを有し、3.0質量%のSnを含むサンプル40は焼� ��不足で、著しく劣る磁気特性及び大きなコ� ��ロスを有した。SnO量が増加すると相対温度� ��数αμirは低下し、1質量%を超えると相対温� �係数αμirは負となった。これから、適量のSn Oを含有させることによりインダクタンスの� �度変化を低減できることが分かる。またMnの 添加によりコアロスPcvが低減し、抵抗率が増 加した。相対温度係数αμirは、Snとは逆にMn� �添加量に応じて増加した。

 角型環状サンプル2,13,36,37,39,44,47及び48に1 2ターンの銅線を巻き、テンションメータを� �えた加圧ジグに配置し、室温で一軸方向に� �縮力を印加し、1 MHzの周波数及び1 mAの電流 におけるインダクタンス、及び2 MHzの周波数 及び33 mTの動作磁束密度Bmにおけるコアロス� ��連続的に測定した。これから、下記式によ� ��インダクタンス及びコアロスの変化率を算� ��し、それらの対応力安定性を評価した。結� ��を図2~図5に示す。

(1) インダクタンスの変化率
 (L ₁ -L ₀ )/L ₀ ×100(%)
  L ₁ :一軸方向に圧縮した時のインダクタンス。
  L ₀ :一軸に圧縮しない時のインダクタンス。

(2) コアロスの変化率
 (Pcv ₁ -Pcv ₀ )/Pcv ₀ ×100(%)
  Pcv ₁ :一軸方向に圧縮した時の2 MHz及び33 mTにお� �るコアロス。
  Pcv ₀ :一軸に圧縮しない時の2 MHz及び33 mTにおけ� �コアロス。

 Sn量が異なるサンプル2,13,36,37及び39につ� �て、図2はインダクタンスの対応力安定性を� ��し、図3はコアロスの対応力安定性を示す。 Sn量が多くなるに従い、応力に対するインダ� ��タンス、コアロスの変化率が低下した。

 Mn量が異なるサンプル2,44,47及び48について� �図4はインダクタンスの対応力安定性を示し� ��図5はコアロスの対応力安定性を示す。Mn量� ��多くなるに従い、応力に対するインダクタ� ��ス及びコアロスの変化率が増加した。Mn ₂ O ₃ が2.1質量%のサンプル48ではSn未添加の場合よ� ��更に対応力安定性に劣る結果となった。

実施例2
 サンプル2,13の各フェライト粉末を、ポリビ ニルブチラールを主成分としたバインダー及 びエタノールとともにボールミル粉砕し、得 られたスラリーの粘度を調整した後、ポリエ ステルフィルム上にドクターブレード法で塗 布し、乾燥厚さが30μmのグリーンシートを作� ��した。各フェライトグリーンシートにAgペ� �ストで複数のコイル状導体パターンを形成� �た。さらに必要に応じてフェライトペース� �及び非磁性ペーストを印刷した。導体パタ� �ンを有する複数のグリーンシートを圧着し� �得られた積層体を焼結後の寸法が3.2 mm×1.6  mm×1.0 mmとなるように切断し、脱バインダー� ��、大気中で900℃で3時間焼結した。導体パタ ーンが露出した側面に、Agペーストを塗布し� ��600℃で焼き付けることにより外部端子200a、 200bを形成した。このようにして積層体2にコ� ��ル3を内蔵した積層インダクタ10を作製した� ��図1はその外観を示す。

 積層インダクタ10を、2 MHzのスイッチン� �周波数fs、3.6 Vの入力電圧Vin及び1.5 Vの出力 電圧Voutを有する図6に示す降圧型DC/DCコンバ� �タに組み込み、DC/DC変換効率を測定した。サ ンプル2はサンプル13より変換効率が1%程度高� ��った。サンプル2は低損失であるとともに、 応力に対するPcvの変化率が非常に小さいので 、DC/DC変換効率が高かったものと考えられる� ��