JP6568072B2 - モノリシック電磁コンポーネントを製造する方法及び関連するモノリシック磁気コンポーネント - Google Patents

Description

本発明は、モノリシック電磁コンポーネントを製造する方法に関する。

更に詳しくは、本発明は、スピネルフェライトの磁気コアと、いくつかの巻回を有する少なくとも一つの平面コイルと、を含むいくつかの要素を有するモノリシック電磁コンポーネントを製造する方法に関する。

パワーエレクトロニクスにおける最近の研究は、コンバータ及びコンバータが有する電子コンポーネントの小型化に合焦しており、特に、能動型及び受動型コンポーネントのサイズの低減に合焦している。

この文脈において、可能な限り半導体と緊密に統合されることが可能であると共に益々大きなパワー密度を転送し得る、即ち、相対的に高い周波数において動作することが可能であると共に相対的に効果的に熱を放出することができるモノリシックコンポーネントに対するニーズが存在している。

既知の方式によれば、このタイプのコンポーネントを従来の約９５０℃の温度における焼結によって製造するべく、いくつかのスピネルフェライトが使用されている。このようにして得られるフェライトは、高抵抗率に起因し、最大で数百メガヘルツという良好な性能レベルを有する。

但し、これらのフェライトから既知の方法を使用してモノリシック電子コンポーネントを製造するのは、銀又はパラジウムなどの貴金属からなるコイルの場合にのみ、可能であり、この結果、これらのパワーコンポーネントの大量生産には費用を所要する。更には、既知の製造方法は、別個の場所において実行される多数の別個のステップを伴っており、且つ、しばしば、層間剥離、材料内の亀裂、又は金属と酸化物との間の境界面における材料の拡散を生成する。

本発明の目的の一つは、これらの欠点を有していないモノリシック電磁コンポーネントを製造する方法を提案することにある。

これを目的として、本発明は、上述のタイプの方法に関し、この方法は、
−初期ステップにおいて、フェライトのプレカーソルが取得され、
−準備ステップにおいて、型内において、前記少なくとも一つのコイルを含むと共にフェライト以外であるモノリシック電磁コンポーネントの要素がプレカーソル中において浸漬され、且つ、
−共焼結ステップにおいて、パルス化電流による負荷下における共焼結により、前記プレカーソルが、前記少なくとも一つのコイルを含むモノリシック電磁コンポーネントのその他の要素と共に固定される、
という一連のステップを有することを特徴とする。

その他の実施形態によれば、本発明による方法は、単独で、或いは、任意の一つ又は複数の技術的に可能な組合せにおいて、考慮される以下の特徴のうちの一つ又は複数を有する。
−その又はそれぞれのコイルが銅から製造されており、
−フェライトが、式Ｎｉ_xＺｎ_1-x-y-ε+δＣｕ_yＣｏ_εＦｅ_2-δＯ₄を有する組成を有し、ここで、
０．１５≦ｘ≦０．６であり、
０＜ｙ≦０．２であり、
０≦ε≦０．１であり、且つ、
０≦δ≦０．０５であり、
−プレカールは、ナノメートル酸化物の混合物の連続的な研削及び焼成処理によって形成及び取得されたスピネル相を有するフェライト粉であり、前記焼成は、６００℃〜１１００℃の温度において実行され、
−プレカーソルは、形成されたスピネル相を有していないナノメートル酸化物の混合物であり、
−モノリシック電磁コンポーネントの要素のうちの一つは、誘電材料であり、
−その又はそれぞれのコイルの巻回は、ほぼ円形螺旋又は正方形螺旋の形状を有し、
−準備ステップにおいては、フェライトの第一プレカーソル層が型内において堆積され、次いで、その又はそれぞれのコイルを含むモノリシック電磁コンポーネントのその他の要素が配列され、次いで、第二プレカーソル層が堆積され、
−共焼結ステップは、−型に５０〜１００ＭＰａの一軸圧力が印加される圧縮ステップと、−型内の温度が上昇すると共にモノリシック電磁コンポーネントの要素が互いに固定された状態になるように、コンポーネント表面の１平方ミリメートル当たりに、１Ａ〜２００００Ａの、且つ、好ましくは、１Ａ〜１０００Ａの、又は１〜１０Ａの、強度を有する電流が、型を通じて供給される放電ステップと、を更に有し、
−放電ステップは、型の内部の温度が、１分〜３０分の持続時間にわたって、６５０℃〜８５０℃において、好ましくは、７００℃〜８００℃において、維持される共焼結プラトーを有し、且つ、
−放電ステップは、型内の温度が４００℃〜６００℃であると共にプレカーソルのスピネル相が形成される第一反応プラトーを更に有する。

本発明は、モノリシック電磁コンポーネントに更に関し、このコンポーネントは、以上において定義された製造方法を使用して製造され得ることを特徴とする。

その他の実施形態によれば、本発明によるコンポーネントは、単独で、或いは、任意の一つ又は複数の技術的に可能な組合せにおいて、考慮される以下の特徴のうちの一つ又は複数を有する。
−その又はそれぞれのコイルの巻回は、フェライト中において直接的に埋め込まれており、
−その又はそれぞれのコイルの二つの連続的な巻回は、その又はそれぞれのコイルの半径方向の隙間を定義しており、且つ、その又はそれぞれのコイルの隙間は、誘電材料によって少なくとも部分的に充填され、
−その又はそれぞれのコイルは、モノリシック電磁コンポーネントの内側円板部分及び外側円板部分をそれぞれが定義する内側巻回及び外側巻回を有し、モノリシック電磁コンポーネントの内側及び／又は外側円板部分は、誘電材料によって少なくとも部分的に充填されており、且つ、
−コンポーネントは、ほぼ円筒形の形状を有し、その直径は、５〜５０ｍｍであり、且つ、その高さは、１〜２０ｍｍである。

本発明については、情報提供のためにのみ、且つ、非限定的な方式により、提供される以下の詳細な説明を添付の図面を参照しつつ参照することにより、更に十分に理解することができよう。

本発明によるモノリシック電磁コンポーネントの概略図である。 本発明のいくつかの実施形態による単一のコイルを有するモノリシック電磁コンポーネントの断面図を示す。 本発明のいくつかの実施形態による二つのコイルを有するモノリシック電磁コンポーネントの断面図を示す。 本発明による方法の概略図である。 図４の方法のステップの概略図である。 本発明による製造方法を使用して製造された電磁コンポーネントの複素透磁率スペクトルの概略図である。 本発明による製造方法の一代替肢を使用して製造された電磁コンポーネントのフェライトの複素透磁率スペクトルの図である。 本発明によるモノリシック電磁コンポーネントのコイルとフェライトとの間の境界面の走査電子顕微鏡による顕微鏡写真並びにＥＤＳ分析の概略図である。 本発明によるモノリシック電磁コンポーネントの周波数の関数としてのインダクタンス及び過電圧係数の計測のイラスト図である。 本発明によるモノリシック電磁コンポーネントの一次及び二次側のインダクタンス及び過電圧係数のイラスト図である。

図１を参照すれば、以下においてコンポーネント１０と呼称される本発明による総合的な参照符号１０を有するモノリシック電磁コンポーネントは、ベース１２と、ベース１２内において配置されたコイル１４と、電気絶縁性の誘電材料１５と、を有する。

図１の例においては、コンポーネント１０は、例えば、パワーコンバータ又はフィルタリング装置を製造するべく、その他の電子コンポーネントと一緒に使用されるように設計されたインダクタンスである。更には、これは、好ましくは、１００ｋＨｚ〜３０ＧＨｚの周波数範囲の所与の周波数帯域内において動作するように設計されている。最後に、これは、後述する本発明による方法を使用して製造することができる。

「製造することができる」とは、本発明による且つ後述する製造方法が本発明によるコンポーネントの取得を可能にすることを意味しているが、このようなコンポーネントの取得を可能にし得る別の製造方法が、存在し得るか、或いは、将来的に発見され得ることを排除するものではない。

ベース１２は、コンポーネント１０の最も嵩張る構造を構成し、且つ、コンポーネント１０に対してその全般的な外観を付与している。

ベース１２は、長手方向の軸Ｘ−Ｘ’、高さｈ、及び直径ｄを有するほぼ円筒形の形状を有する。

図１の例においては、高さｈは、１〜２ｍｍであり、且つ、直径ｄは、８〜２０ｍｍである。

或いは、この代わりに、直径ｄは、５〜５０ｍｍであり、且つ、高さｈは、１〜２０ｍｍである。

ベース１２は、高抵抗率を有する。

ベース１２は、スピネルフェライトから製造されている。スピネルとは、ＡＢ_2-δＯ₄という一般式（Ｇ）を有するフェライトであり、ここで、Ａは、平均原子価２を有し、且つ、好ましくは、Ｍｇ²⁺、Ｎｉ²⁺、Ｃｏ²⁺、Ｚｎ²⁺、Ｖ²⁺、Ｔｉ²⁺、Ｓｃ²⁺、Ｍｎ²⁺、並びに、任意選択により、Ｆｅ²⁺によって形成されたカチオンのグループからの元素又は元素の組合せであり、ここで、Ｂは、平均原子価３を有し、且つ、好ましくは、Ｆｅ³⁺及びＡｌ³⁺によって形成されたカチオンのグループからの元素又は元素の組合せであり、且つ、ここで、δは、潜在的な材料欠陥を表している。材料欠陥δは、意図的に導入することが可能であり、且つ、例えば、０〜０．０５である。更には、スピネルフェライトは、基準化合物ＭｇＡｌ₂Ｏ₄の結晶構造を有する。

好ましくは、コンポーネント１０のスピネルフェライトは、式（１）Ｎｉ_xＺｎ_1-x-y-ε+δＣｕ_yＣｏ_εＦｅ_2-δＯ₄を有する組成を有し、ここで、０．１５≦ｘ≦０．６であり、０＜ｙ≦０．２であり、０≦ε≦０．１であり、且つ、０≦δ≦０．０５である。

従って、そのベース１２のフェライトが式（１）を有しているコンポーネント１０は、特に、３００ｋＨｚ〜３ＭＨｚの周波数帯域における磁気性能（低損失）及び低温（１０００℃未満）における焼結の際の高密度化の観点において良好な結果を有することが観察された。

以下において理解されるように、フェライト１２は、ナノメートル酸化物の混合物の高密度化により、或いは、ナノメートル酸化物の混合物の連続的な研削及び焼成により、取得され、焼成は、６００℃〜１１００℃の温度において実行される。

そのフェライトが式（１）に準拠しているコンポーネントの場合には、ナノメートル酸化物は、酸化亜鉛ＺｎＯ、酸化銅ＣｕＯ、酸化ニッケルＮｉＯ、酸化コバルトＣｏ₃Ｏ₄、及び酸化鉄Ｆｅ₂Ｏ₃であり、混合物も、式（１）に準拠した組成を有する。

ナノメートルとは、酸化物の粒子サイズが、数ナノメートルから数マイクロメートル（最大で、約５μｍ）まで変化し得ることを意味している。従って、この粒子サイズは、コンポーネント１０が動作するように設計された周波数の関数として判定される。

図１の例においては、ベース１２を製造するべく使用される酸化物の直径は、２３０〜２７０ｎｍであり、且つ、実質的に、平均が２５０ｎｍに等しい。

コイル１４は、自身を通じた電流の適切な循環を許容することが可能であり、且つ、共焼成により、ベース１２のフェライトに対して固定することができる。

好ましくは、コイル１４は、銅から製造されている。

或いは、この代わりに、コイル１４は、銀Ａｇ又はパラジウムＰｄ、或いは、パラジウムＰｄの合金、或いは、パラジウムＰｄと銀Ａｇとの合金などの貴金属から製造されている。

コイル１４は、少なくとも部分的にベース１２のフェライト中において埋め込まれている。

図１を依然として参照すれば、コイル１４は、内側巻回１６１と外側巻回１６２とを含むいくつかの巻回１６を有する。

図１の例においては、巻回１６は、ほぼ円形螺旋の形状を有し、且つ、実質的に円形の断面を有する。

或いは、この代わりに、巻回は、ほぼ正方形螺旋の形状を有する（図示されてはいない）。

又、コイル１４は、内側タブ１８と外側タブ１９とをも有し、これらは、それぞれ、内側巻回１６１及び外側巻回１６２の折れ曲がった端部を構成している。

又、コイルは、コイル１４が、軸Ｘ−Ｘ’に直交すると共に厚さｅを有するベース１２の円板エッジＴ内において実質的に収容されるように、非ゼロの厚さｅを有し、実質的に平面状であり、且つ、軸Ｘ−Ｘ’と直交している。

内側巻回１６１及び外側巻回１６２は、エッジＴ及びコンポーネント１０の厚さｅを有する内側円板部分２０及び外側円板部分２２をそれぞれ定義している。

更には、コイル１４の二つの連続的な巻回１６は、半径方向の隙間２４をも定義している。

図２ａ〜図２ｄは、単一のコイル１４を有する本発明によるコンポーネント１０の異なる実施形態を示している。

図２ｂを参照すれば、この図の実施形態においては、隙間２４のみならず、内側円板部分２０及び外側円板部分２２が、少なくとも部分的に誘電材料１５によって充填されている。

コイル１４の巻回１６の上部部分及び下部部分のみが、フェライトとの接触状態にある。

この実施形態は、有利には、誘電材料１５の存在の結果としてもたらされる電気絶縁を介してコンポーネント１０の動作の際に巻回１６の間に出現し得る漂遊静電容量の制限を可能にしている。

図２ｃを参照すれば、この図の実施形態においては、隙間２４のみならず、内側円板部分２０が、少なくとも部分的に誘電材料１５によって充填されており、且つ、外側円板部分２２は、フェライトによって充填されている。

この実施形態は、有利には、使用される誘電材料１５の量を極小化しつつ、コンポーネント１０の動作の際に巻回１６の間に出現し得る漂遊静電容量を制限するべく、使用される。

図２ａを参照すれば、この実施形態においては、コンポーネント１０は、誘電材料１５を有しておらず、従って、コイル１４は、ベース１２のフェライト中において完全に埋め込まれている。

この代替肢は、有利には、コンポーネント１０が動作するように設計された周波数が１０ＭＨｚ未満である際に、使用される。この値を通過した場合には、誘電材料１５を追加することが好ましい。

図２ｄを参照すれば、この実施形態においては、隙間２４のみが、少なくとも部分的に誘電材料１５によって充填されている。

内側タブ１８及び外側タブ１９は、例えば、コンポーネント１０が統合される電子装置に対するなどのように、その他の要素に対するコンポーネント１０の接続を許容することができる。

これを目的として、内側タブ１８及び外側タブ１９は、それぞれ、内側巻回１６１及び外側巻回１６２との関係において折り曲げられている。

内側タブ１８は、軸Ｘ−Ｘ’に沿って方向付けされ、且つ、コンポーネント１０の上部表面と同一平面をなすような長さを有する。

外側タブ１９は、半径方向において方向付けされ、且つ、コンポーネント１０の横方向表面と同一平面をなすような長さを有する。

或いは、この代わりに、両方のタブ１８、１９は、軸Ｘ−Ｘ’に沿って方向付けされ、且つ、コンポーネント１０の上部及び／又は下部表面と同一平面をなしている。

タブ１８、１９は、例えば、直接的に、或いは、タブ１８、１９との接触状態におけるケーブルの配置の促進を可能にするコンポーネント１０に装着された金属ラッカーを介して、導電ケーブル（図示されてはいない）との接触状態において配置されるように設計されている。

図３ａ〜図３ｃは、本発明によるコンポーネント１０の代替肢の三つの別個の実施形態を示しており、且つ、この場合には、図１の実施形態において既に説明した要素に加えて、コンポーネント１０は、第二コイル１４Ｂを有する。

第二コイル１４Ｂは、少なくとも部分的にベース１２のフェライト中において埋め込まれている。

第二コイル１４Ｂは、二つのセクションＴ及びＴ_Bが、その間に、コンポーネント１０の厚さｃを有する層Ｃを定義するように、エッジＴに対して平行であると共にそれから離れるように離隔したコンポーネント１０の円板エッジＴ_B内において実質的に収容されている。

図３の例においては、このコイル１４Ｂは、コイル１４と実質的に同一の構造及び寸法を有している。

或いは、この代わりに、第二コイル１４Ｂは、コイル１４の巻回の数とは異なる数の巻回を有する。この代替肢は、有利には、類似の動作条件におけるコイル１４、１４Ｂの動作を変更するべく、実装される。

図３ｂ及び図３ｃの例においては、コンポーネント１０は、その二つのコイル１４、１４Ｂが磁気的に結合されると共に電気的に絶縁されている変圧器又は磁気カプラである。

この代替肢においては、コンポーネント１０の動作の際に、コイル１４、１４Ｂのうちの一方に進入する電流は、電流が、他方のコイルを通じて離脱し、且つ、その内部において磁気的に誘発される結果をもたらす。

従って、ｃの値は、コイルのインダクタンスの望ましい値、相互インダクタンス、及びコイル間の結合係数などの当業者には既知の基準に基づいて既定されている。

従って、ｃの値は、１００μｍ〜１ｍｍである。

コンポーネント１０が変圧器である際には、１００μｍに近接したｃの値が好ましい。逆に、コンポーネント１０が磁気カプラである際には、１ｍｍに近接したｃの値が好ましい。

図３ｂ及び図３ｃの例においては、層Ｃは、少なくとも部分的に誘電材料１５によって充填されている。

図３ｂの例においては、厚さｃと、コイル１４の外側巻回１６２の直径に実質的に等しい直径と、を有する軸Ｘ−Ｘ’上においてセンタリングされた層Ｃの一部分のみが、誘電材料１５によって充填されている。

この実施形態は、有利には、コンポーネント１０の動作の際に二つのコイル１４、１４Ｂの個々の巻回１６の間に出現し得る漂遊静電容量を制限するべく、或いは、それぞれの巻回１６１の磁界のトポロジーを変更することが望ましい際に、実装される。

図３ｃの実施形態においては、軸Ｘ−Ｘ’上においてセンタリングされると共に、一方においては、半径方向において、コイル１４の外側巻回１６２の位置によって外向きに、且つ、他方においては、コイル１４の内側巻回１６１の位置によって内向きに、定義された層Ｃの一部分のみが、誘電材料１５によって充填されている。

この実施形態は、有利には、例えば、コンポーネント１０が磁気カプラである際に、コイル間の結合を最適化するように、且つ、コンポーネント１０の動作の際に出現し得る漏れ磁界を制限するように、実装される。

図３ａの実施形態においては、コンポーネント１０は、誘電材料１５を有してはいない。二つのコイル１４、１４Ｂは、ベース１２のフェライト中において完全に埋め込まれている。

この実施形態は、有利には、それぞれの巻回１６１内の電流の循環の結果としてもたらされる磁界を変更しないことが望ましい際に、使用される。

或いは、この代わりに、図３ｂ及び図３ｃの実施形態において既に説明した要素に加えて、コンポーネント１０は、コイル１４、１４Ｂに対して平行な少なくとも二つの金属層を有する（図示されてはいない）。

この場合には、二つの連続的な金属層は、誘電材料１５によって少なくとも部分的に充填された層により、分離されている。

以下、図４を参照し、一般組成（Ｇ）を有し、且つ、好ましくは、組成（１）を有するフェライトから製造されたコンポーネント１０を製造するための本発明による製造方法３０について説明することとする。

まず、初期ステップ１１０において、コンポーネント１０のベース１２を構成することになるフェライトのプレカーソル３２が取得されている。

プレカーソル３２は、ナノメートル酸化物の混合物の連続的な研削及び焼成処理を交互に実行することによって得られるフェライト粉であり、前記焼成は、実質的に６００℃〜１１００℃の温度において、好ましくは、実質的に７６０℃に等しい温度において、実行される。

組成（１）を有するフェライトの場合には、プレカーソル３２は、亜鉛のナノメートル酸化物ＺｎＯ、銅のナノメートル酸化物ＣｕＯ、ニッケルのナノメートル酸化物ＮｉＯ、コバルトのナノメートル酸化物Ｃｏ₃Ｏ₄、及び鉄のナノメートル酸化物Ｆｅ₂Ｏ₃の混合物の連続的な研削及び焼成処理を交互に実行することによって得られるフェライト粉であり、前記焼成は、実質的に６００℃〜１１００℃の温度において、且つ、好ましくは、実質的に７６０℃に等しい温度において、実行される。

研削処理は、酸化物の直径を低減させ、且つ、従って、得られるフェライト粉の焼結温度を低減することを意図している。

焼成処理は、フェライトのスピネル相を形成することを意図しており、即ち、基本的な酸化物混合物をスピネル構造を有する単一のフェーズに変換することを意図している。

相とは、結晶構造を意味している。

研削処理においては、望ましくない鉄の添加が、発生する場合があり、或いは、鋼ビードなどの使用されているツールを通じて実現される場合がある。

従って、初期ステップ１１０は、例えば、約５％の過剰な酸化鉄の形成などにより、得られた混合物中のこれらの望ましくない添加を補償するステップを有する。

又、鉄欠陥δがゼロではないいくつかの実施形態においては、初期ステップ１１０は、プレカーソル３２の対応する鉄の量を抑圧するステップをも有する。これは、（炭素の存在に関係した）焼結の際のわずかな還元又は研削の際の鉄の追加の後に出現し得るＦｅ²⁺の欠如の保証を可能にする。Ｆｅ²⁺の存在は、コンポーネントの動作の際にフーコー電流による更なる損失を生成するフェライトの導電性を大幅に増大させることから、回避しなければならないことに留意されたい。この結果、フェライトの一般式の要素Ａは、鉄ではないか、或いは、鉄を含んでいないことが好ましい。

この初期ステップ１１０の終了時点において、得られたプレカーソル３２は、その組成が一般式（Ｇ）に準拠していると共に、好ましくは、式（１）に準拠していると共に、そのスピネル相が形成されているフェライト粉である。

後続の準備ステップ１２０において、一つ又は複数のコイル１４を含むと共にフェライト以外であるコンポーネントの要素が、型３４内において、フェライトのプレカーソル３２中に埋め込まれている。

従って、進捗状況は、入手を所望しているコンポーネント１０の構造に応じて、わずかに変化する。

更に詳しくは、図２及び図５を参照すれば、単一のコイル１４を有すると共に誘電材料１５を有していないコンポーネントの場合には、プレカーソル３２の第一層３６が、型３４内において堆積され、次いで、その上部においてコイル１４が堆積される。次いで、望ましいコンポーネント構造及び寸法を得るように、コンポーネント１０の要素が、いまだ、互いに固定されてはいない状態において、プレカーソル３２の第二層３８がコイル１４上において堆積される。

誘電材料１５を有する単一のコイル１４を有するコンポーネントの場合には、プレカーソル３２の第一層３６上においてコイル１４を堆積させた後に、エッジＴの望ましい構造を形成するように、コイル１４の巻回１６の場所を少なくとも除いて、誘電材料１５が、コイル１４及び第一層３６上において堆積される（図２ｂ、図２ｃ、及び図２ｄ）。最後に、コンポーネント１０の望ましい一般的な構造を得るように、要素が、いまだ、互いに固定されてはいない状態において、プレカーソル３２の第二層３８が堆積される。

二つのコイル１４、１４Ｂ及び誘電材料１５を有するコンポーネント１０の場合には、第一層３６の後に、エッジＴの構造及び層Ｃを形成するように、誘電材料１５の層が堆積され、次いで、第二コイル１４Ｂが堆積される。次に、エッジＴ_Bの望ましい構造を形成するように、少なくとも第二コイル１４Ｂの巻回１６の場所を除いて、誘電材料の第二層が、ｅに実質的に等しい厚さを有するように堆積される。プレカーソル３２の第二層３８が、最後に堆積される。

誘電材料を有していない二つのコイル１４、１４Ｂを有するコンポーネント１０の場合には、ステップ１２０において、上述の誘電材料１５の層の堆積が、プレカーソル層３２の堆積によって置換される。

この準備ステップ１２０は、好ましくは、例えば、封止されたフードなどの制御された環境において実行され、この結果、型内において堆積された状態となり得ると共に、従って、得られるコンポーネント１０の品質を低減させ得る漂遊粒子の存在が結果的に制限される。

このステップ１２０は、例えば、手動的に、或いは、任意の適切な装置を使用して自動的に、実行される。

型３４は、好ましくは、グラファイトから製造されている。或いは、この代わりに、型３４は、金属又は耐熱金属合金、或いは、導電性セラミックから製造されている。

この準備ステップ１２０に後続し、共焼結ステップ１３０において、プレカーソル３２は、パルス化電流による負荷下における共焼結により、コンポーネント１０のその他の要素と共にフェライトに固定される。「負荷下における」とは、コンポーネントの要素に、力が、特に、コンポーネント１０を圧縮する傾向を有する軸方向の力が、印加されることを意味している。

この共焼結ステップ１３０のうちの圧縮ステップ１３１においては、準備ステップ１２０によって得られた型３４が、中性ガス中に配置され、且つ、５０〜１００ＭＰａの一軸圧力が印加される。この圧力は、図５においては、矢印によって示されている。この圧力は、共焼結ステップ１３０の終了時点まで維持される。

或いは、この代わりに、型３４は、負圧中において又は酸素中において配置される。

次に、このステップ１３０の、且つ、厳密に言えば、パルス化電流による共焼結に対応した、放電ステップ１３２において、コンポーネント表面の１平方ミリメートル当たりに１Ａ〜２００００Ａの、且つ、好ましくは、１Ａ〜１０００Ａの、或いは、１〜１０Ａの、制御された強度ｉを有する電流が、型３４を通じて放電される。この結果、型３４内の温度の上昇が可能となり、且つ、コンポーネント１０の要素を互いに固定することが可能となる。型３４の内部の温度は、電流の強度をチェックすることにより、制御される。

放電ステップ１３２は、共焼結プラトーを有しており、このプラトーにおいては、型３４の内部の温度は、６５０℃〜８５０℃において、且つ、好ましくは、７００℃〜８００℃において、維持される。共焼結プラトーは、１分〜３０分の長さを有する。

放電ステップ１３２の進捗状況は、以下のとおりである。まず、周辺温度から、上述の値の間の値まで、約１００°Ｋ／分の速度において、温度を変化させる。次いで、共焼結プラトーを実行する。次に、電流を中断することにより、型３４内部の温度を迅速に低下させる。上述のように、放電ステップ１３２においては、圧縮ステップの結果としてもたらされる一軸圧力が維持されている。

放電ステップ１３２の平均持続時間は、１０分〜６０分であり、有利には、実質的に２０分に等しい。

この放電ステップ１３２は、好ましくは、型３４内の温度が設定点温度まで迅速に変化すると共に焼結プラトーにおいてその温度において維持されるように、型３４内の温度をチェックするのに適したプログラム可能な装置を介して自動的に実行される。

或いは、この代わりに、初期ステップ１１０の終了時点において得られたプレカーソル３２は、一般式（Ｇ）に、好ましくは、式（１）に、対応していると共にそのスピネル相が形成されてはいないナノメートル酸化物の混合物である。

このプレカーソル３２を得るべく、初期ステップ１１０において、異なる酸化物が計量され、次いで、混合され、次いで、これらの酸化物を混合すると共にそれらの直径を低減させるべく、得られた混合物が研削される。次いで、以前と同様に、研削ツールに起因した鉄の寄与分を補償しなければならない。このステップにおいては、上述の実施形態とは異なり、焼成は実行されない。

方法３０の後続のステップは、第一反応プラトーが観察される放電フェーズ１３２を除いて、同一状態に留まっている。第一反応プラトーの機能は、プレカーソル３２のスピネル相の形成を実現するというものである。この第一反応プラトーは、４００℃〜６００℃の温度において実行される。第一反応プラトーは、共焼結プラトーに先行している。

この代替肢による方法３０は、反応性焼結と呼称されるが、この場合には、直接焼結と呼称されると共に、プレカーソル３２が研削及び焼成されたフェライト粉であり且つそのスピネル相が初期ステップ１１０の終了時点において既に形成されている上述の方法３０とは異なり、研削された酸化物の混合物が、放電フェーズ１３０において、スピネル相に変換されている。

方法３０のこの代替肢は、以下のようないくつかの利点を有する。
・この代替肢による方法３０が単純化されるように、初期フェーズ１１０における焼成処理の実行が、もはや不要であり、フェライトのスピネル相が、放電フェーズ１３２において直接的に形成されている。
・既知の方法のものを下回る温度において実行される焼結から、高周波数用の且つ非常に高い周波数用のソフトな磁気コアを得ることが可能である。

或いは、この代わりに、初期ステップ１１０において、一般式（Ｇ）を、好ましくは、式（１）を、有するプレカーソル３２が、化学的に取得され、上述の直接的且つ反応性の焼結方法の初期ステップ１１０が、所謂ソリッド方法に対応している（図示されてはいない）。この代替肢によれば、相対的に均質な組成を有すると共に固体法（solid method）を使用したものよりも近接した粒子サイズ分布を有するフェライトを取得することができる。

この結果、化学的な方法を通じて得られたプレカーソル３２は、一般組成（Ｇ）を有するフェライト粉であり、その粒子は、混合されたスピネル粒子である。式（１）を有するフェライト粉の場合には、単純なスピネル粒子は、例えば、Ｆｅ₃Ｏ₄、ＮｉＦｅ₂Ｏ₄、ＣｏＦｅ₂Ｏ₄、或いは、例えば、組成（１）を有する更に複雑な組成を有する粒子である。

この結果、化学方法による初期ステップ１１０は、以下の三つのプロトコルのうちの一つを使用して実行される。
・共沈殿による合成であって、これは、ターゲットとする組成のフェライトを生成するべく、制御された濃度を有する金属イオンを含む水溶性溶液の沈殿から構成されている。沈殿運動は、低速であり、かつ、沈殿する相は、非晶質である。得られるナノ粒子のサイズは、５ｎｍ〜７ｎｍである。
・ゾルゲルによる合成であって、これは、アルコール性媒質中における式Ｍｅ（ＯＲ）ｎを有するアルコキシド溶液の加水分解から構成されている。約５ｎｍのサイズを有するナノ粒子が懸濁状態において維持されているコロイド状溶液を取得し、次いで、これを沈殿させている。
・熱水合成であって、これは、プレカーソル３２自体のプレカーソル化合物（又は、直接的な派生物）を分解するステップと、これに後続する得られた溶液の沈殿と、から構成されている。熱水合成は、実装される温度及び圧力条件により、その他のプロトコルとは異なっており、且つ、約数十気圧の圧力下において、反応器内において９０℃〜５００℃の温度において実行される。この熱水合成は、有利であり、その理由は、その結果、弱く団塊化されると共に十分に結晶化された非常に微細な粉体が生成されるからである。更には、これは、相対的に低い温度において実行され、フェライト粉が、ソフトな状態において取得されることが可能であり、即ち、高飽和且つ低保磁場を伴う特定の磁化を得ることが可能であり、反応の状態（温度や持続時間など）をチェックすることにより、合成された粒子の特性のチェックが容易であり、且つ、得られたフェライト粉は、大きく且つ高密度な材料を生成しつつ、低温において焼結されるように適合される。

反応条件及び選択された合成プロトコルに基づいて、プロトコルの終了時点において得られるプレカーソル３２のプレカーソルは、形成されたスピネル相を形成していない場合もあり、或いは、部分的に形成されたスピネル相を有している場合もある。

このケースにおいては、初期ステップ１１０は、ステップ１１０の終了時点において得られるプレカーソル３２が、形成されたスピネル相を有するように、プレカーソル３２のスピネル相の形成を追及する更なる焼成フェーズを有する。

或いは、この代わりに、初期ステップ１１０においては、プレカーソル３２は、所謂「ポリオール」ルートによって得られ、この場合には、単純な酢酸塩、硝酸塩、及び塩化化合物が、１，２−プロパンジオール、１，２−エタンジオール、及びビス（２−ヒドロキシエチル）エーテルなどの液体ポリオール中において分解される。無機固体の分解を許容するその相対的に大きな誘電定数に起因し、これらのポリオールは、金属、水酸化物、及び酸化物などの様々な無機材料を取得するのに好ましい媒質を構成している。この結果、アルコキシ基を有する錯体が形成され、これらの錯体から、加水分解及び重合により、酸化物及び水酸化物が得られる。

これらの反応の間における競合は、加水分解レート及び反応温度を調節することにより、チェックすることができる。開始及び成長ステップをチェックすることにより、それからプレカーソル３２が得られる最適化された特性を有するナノメートル、サブミクロン、及びミクロン粒子を得ることが可能となる。

以前と同様に、ポリオール法によって初期ステップ１１０を実行するための条件に基づいて、得られるプレカーソル３２のプレカーソルは、形成されたスピネル相を有していない場合もあり、或いは、部分的に形成されたスピネル相を有している場合もある。

このケースにおいては、初期ステップ１１０は、ステップ１１０の終了時点において得られるプレカーソル３２が、形成されたスピネル相を有するように、プレカーソル３２のスピネル相の形成を追及する更なる焼成フェーズを有する。

要すれば、初期ステップ１１０の終了時点において得られる一般式（Ｇ）を、好ましくは、式（１）を、有するプレカーソル３２は、
・ナノメートル酸化物の混合物の連続的な研削及び焼成処理を交互に実行することによって得られた形成されたスピネル相を有するフェライト粉であり、且つ、固体方法によって取得され、或いは、
・スピネル相を有していないと共に固体法によって得られたナノメートル酸化物の混合物であり、或いは、
・形成されたスピネル相を有するフェライト粉であり、且つ、共沈殿合成による、ゾルゲル合成による、又は熱水合成による、化学的方法によって得られ、或いは、
・形成されたスピネル相を有するフェライト粉であり、且つ、ポリオール法によって取得される。

本出願人は、上述の方法３０の実装に成功し、且つ、特に、Ｎｉ_0.195Ｃｕ_0.2Ｚｎ_0.5999Ｃｏ_0.006Ｆｅ₂Ｏ₄という組成を有するそのフェライトが、５０ＭＰａの一軸圧力下における、アルゴン下における、且つ、６５０℃〜９００℃の温度における直接的な焼結により、銅コイル１４によって共焼結された例示用のコンポーネント１０を取得した。

取得されたコンポーネント１０は、５４Ａ．ｍ²／ｋｇに等しい飽和における磁気モーメントと、９０％を上回る相対密度と、を有する。

本発明による方法３０によれば、銀Ａｇ又はパラジウムＰｄなどの貴金属以外の金属により、フェライトの共焼結を実行することが可能である。具体的には、方法３０によれば、既知の方法が許容しない銅から製造された一つ又は複数のコイルを有するモノリシックコンポーネントの製造が可能となる。

実際に、従来の焼結方法は、銅の融解温度に相対的に近接した温度に対するコンポーネントの要素のしばしば数日間にも及ぶ持続時間にわたる長期間の曝露を必要としている。

この結果、フェライト中における銅の拡散が発生し、その結果、得られる組成が、損傷するか、或いは、場合によっては、使用不能となる。

従って、本発明による方法を使用して得られるコンポーネントは、相対的に高価ではない。

更には、少数のステップを有するのみであることから、方法３０は、本発明による方法が、このタイプの電子コンポーネントを製造するための既知の方法よりもグローバルに安全であり且つ費用を所要しないように、材料の要素の操作誤りの発生の又は方法が個々に実行される場所の間における運搬の際の要素に対する損傷のリスクを低減させる。

更には、本発明による方法は、小さなコンポーネント（最大で、直径が１０ｍｍであり、且つ、厚さが２ｍｍであり、相対的に大きな寸法が層間剥離及び亀裂を結果的にもたらす）しか製造しえない所謂ＬＴＣＣ（Low Temperature Cofired Ceramic）方法などの方法とは異なり、方法３０の唯一の制限が、使用される材料に固有の制限に起因したものとなるように、望ましいコンポーネントの寸法に対するなんらの特定の感受性をも有していない。

このような方法３０を使用して得られるコンポーネント１０には、その製造方法と関係した任意の制限によって必要とされるなんらのオーバーサイジングも適用されず、従って、１００％の緻密性を有する。

更には、得られる電磁コンポーネントは、方法３０を使用して得られるコンポーネント１０の統合が相対的に容易になるように、磁気の流れを完全に閉じ込め、且つ、これらのコンポーネントが放射すると共に隣接コンポーネントと干渉することを防止する閉鎖された磁気構造を有する。

逆に、小さなコンポーネントの製造しか可能にしないＬＴＣＣのような方法によれば、磁気の流れが閉じ込められた状態のコンポーネントの製造が非常に困難であり、得られるコンポーネントの統合が複雑であることが証明されている。

左側の目盛において識別されたその実数部分μ’及び右側の目盛におけるその虚数部分μ''を有する本発明による反応性焼結方法３０を使用して得られた電磁コンポーネント１０の周波数の関数としての複素透磁率スペクトルを示す図６を参照すれば、初期透磁率は、１０ＭＨｚに等しい周波数ｆ_rまで１２０に近接しており、且つ、この地点を通過した後に、低下することがわかる。虚数透磁率μ''は、２ＭＨｚまで０．０１未満であり、且つ、この地点を通過した後に、３０ＭＨｚに等しい共振周波数ｆ_rまで増大している。従って、性能指数μ'＊ｆ_rは、６．６ＧＨｚに等しい。

本発明による、且つ、左側の目盛において識別されたその実数透磁率及び右側の目盛において識別されたその虚数透磁率を有する本発明による直接的焼結方法３０を使用して製造されたコンポーネント１０のフェライトの周波数の関数としての複素透磁率スペクトルを示す図７を参照すれば、初期透磁率μは、１０ＭＨｚに等しい周波数まで６０に近接しており、且つ、５０ＭＨｚに等しい周波数について最大で６７まで増大し、且つ、この地点を通過した後に低減することがわかる。虚数透磁率μ''は、１０ＭＨｚまで０．０１未満であり、且つ、この地点を通過した後に、１００ＭＨｚに等しい共振周波数ｆ_rまで増大している。従って、性能指数μ'＊ｆ_rは、６ＧＨｚに等しい。

その図８ａがコンポーネント１０のフェライト／銅の境界面の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）の顕微鏡写真を示しており、且つ、その図８ｂがそのコンポーネント１０のコイル１４とフェライトとの間の境界面のＥＤＳ分析を示す図８を参照すれば、図８ａにより、共焼結の後の機械的強度が、満足できるものであることがわかる。隙間は、規則的であり、且つ、層間剥離又は亀裂を示していない。

図８ｂは、二つの要素の間の境界が完全に可視状態にあることを示している。銅シートは、フェライトの二つの層の間において配置された状態に留まっており、且つ、１００μｍの厚さにわたって見出される。従って、図８ｂに鑑み、本発明者らは、得られたコンポーネント１０の銅とフェライトとの間において、共焼結が完全に成功していると結論付けることができる。

図８ｃは、ＳＥＭによって観察されたＢＡＴｉＯ₃／Ｃｕの境界面の顕微鏡写真を示しており、且つ、図８ｄは、その境界面のＥＤＳ分析を示している。

共焼結された部分の良好な機械的強度及び異なる材料の間の規則的な境界面を観察することができる。銅は、誘電層とフェライト層との間において良好に閉じ込められた状態に留まっている。更には、銅の層内には、いずれの誘電体の要素も存在しておらず、且つ、逆に、誘電体内にも、銅は存在していない。これは、ミクロンスケールにおいて、それぞれの層の様々な要素の間に、なんらの拡散も存在しなかったことを示している。

周波数の関数として、５０ＭＰＡの一軸圧力下において且つアルゴン下において５分間にわたって８００℃において本発明による方法を使用して生成された統合されたモノリシックインダクタンスの太い線における直列Ｌ_Sインダクタンス及び細い線における過電圧ファクタＱを示す図９を参照すれば、本発明によるこのコンポーネント１０の直列Ｌ_Sインダクタンスは、１０ＭＨｚまで３．４μＨに等しく、過電圧係数Ｑは、１ＭＨｚにおいて３５を上回り、且つ、１０ＭＨｚにおいて無効になっていることがわかる。

図１０は、誘電材料１５を有していないと共に周波数の関数として１００ｋＨｚ〜１０ＭＨｚにおいて動作する変圧器１０の一次及び二次インダクタンスの計測値を示している。この変圧器１０は、本発明による製造方法を使用して製造されており、その際には、フェライト材料ＮｉＺｎＣｕＦｅ₂Ｏ₄が、５０ＭＰＡの一軸圧力下における且つアルゴン下における５分間にわたる８００℃における直接的焼結により、円形の螺旋形状を有する銅コイル１４によって共焼結されている。この変圧器１０の一次及び二次インダクタンスの値は、左側の目盛において識別されており（単位：μＨ）、且つ、１０ＭＨｚまで１．８及び２．２μＨに近接しており、過電圧係数は、右側の目盛において識別されており、且つ、１ＭＨｚにおいて２５を上回っており、且つ、４０ＭＨｚにおいて無効になっている。

単一のコイル１４を有する本発明によるコンポーネント１０は、例えば、フィルタリング装置内において使用されることが意図されたインダクタンスである。

二つのコイル１４、１４Ｂを有する本発明によるコンポーネント１０は、例えば、変圧器又は磁気カプラである。

Claims (13)

1. スピネルフェライトから製造された基部（１２）と、いくつかの巻回（１６）を有する少なくとも一つの平面コイル（１４、１４Ｂ）と、誘電材料（１５）と、を含むいくつかの要素を有し、該一つの又はそれぞれのコイル（１４、１４Ｂ）の二つの連続的な巻回（１６）が該一つの又はそれぞれのコイル（１４、１４Ｂ）の半径方向の隙間（２４）を定義している、モノリシック電磁コンポーネント（１０）を製造する方法であって、
   初期ステップ（１１０）において、該スピネルフェライトのプレカーソル（３２）が取得され、
   準備ステップ（１２０）において、型（３４）内において、該少なくとも一つのコイル（１４、１４Ｂ）を含むと共に該基部以外である該モノリシック電磁コンポーネント（１０）の要素が、該プレカーソル（３２）中において浸漬され、該スピネルフェライトの第一プレカーソル（３２）層（３６）が該型（３４）内において堆積され、次いで、該一つの又はそれぞれのコイル（１４、１４Ｂ）を含む該モノリシック電磁コンポーネントの他の要素が配列され、次いで、該一つの又はそれぞれのコイル（１４、１４Ｂ）の該隙間（２４）が少なくとも部分的に該誘電材料（１５）によって充填され、次いで、第二プレカーソル（３２）層（３８）が堆積され、且つ、
   共焼結ステップ（１３０）において、該プレカーソル（３２）が、パルス化電流による負荷下における共焼結により、該少なくとも一つのコイル（１４、１４Ｂ）を含む該モノリシック電磁コンポーネント（１０）の該他の要素と共に固定される、
   各ステップを具備することを特徴とする方法。
2. 該一つの又はそれぞれのコイル（１４、１４Ｂ）は、銅から製造されていることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 該スピネルフェライトは、式Ｎｉ_xＺｎ_1-x-y-ε+δＣｕ_yＣｏ_εＦｅ_2-δＯ₄を有する組成を有し、ここで、
   ０．１５≦ｘ≦０．６であり、
   ０＜ｙ≦０．２であり、
   ０≦ε≦０．１であり、且つ、
   ０≦δ≦０．０５である、
   ことを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の方法。
4. 該プレカーソル（３２）は、形成されたスピネル相を有し、且つ、ナノメートル酸化物の混合物の連続的な研削及び焼成処理によって得られたフェライト粉であり、該焼成は、６００℃〜１１００℃の温度において実行されることを特徴とする、請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の方法。
5. 該プレカーソル（３２）は、形成されたスピネル相を有していないナノメートル酸化物の混合物であることを特徴とする、請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の方法。
6. 該一つの又はそれぞれのコイル（１４、１４Ｂ）の該巻回（１６）は、ほぼ円形螺旋の又は正方形螺旋の形状を有することを特徴とする、請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の方法。
7. 該共焼結ステップ（１３０）は、
   該型（３４）に５０〜１００ＭＰａの一軸圧力が印加される圧縮ステップ（１３１）と、
   該型（３４）内の温度が上昇すると共に該モノリシック電磁コンポーネント（１０）の該要素が互いに固定された状態となるように、コンポーネント表面の１平方ミリメートル当たりに１Ａ〜２００００Ａの強度（ｉ）を有する電流が該型（３４）を通じて供給される放電ステップ（１３２）と、
   を更に具備することを特徴とする、請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の方法。
8. 該放電ステップ（１３２）は、該型（３４）内の該温度が１分〜３０分の持続時間にわたって６５０℃〜８５０℃において維持される共焼結プラトーを具備することを特徴とする、請求項７に記載の方法。
9. 該共焼結ステップ（１３０）は、
   該型（３４）に５０〜１００ＭＰａの一軸圧力が印加される圧縮ステップ（１３１）と、
   該型（３４）内の温度が上昇すると共に該モノリシック電磁コンポーネント（１０）の該要素が互いに固定された状態となるように、コンポーネント表面の１平方ミリメートル当たりに１Ａ〜２００００Ａの強度（ｉ）を有する電流が該型（３４）を通じて供給される放電ステップ（１３２）と、
   を更に具備し、
   該放電ステップ（１３２）は、該型（３４）内の該温度が４００℃〜６００℃であると共に該プレカーソル（３２）の該スピネル相が形成される第一反応プラトーを更に具備する、
   ことを特徴とする、請求項５に記載の方法。
10. スピネルフェライトから製造された基部（１２）と、いくつかの巻回（１６）を有する少なくとも一つの平面コイル（１４、１４Ｂ）と、誘電材料（１５）と、を含むいくつかの要素を有し、該一つの又はそれぞれのコイル（１４、１４Ｂ）の二つの連続的な巻回（１６）が該一つの又はそれぞれのコイル（１４、１４Ｂ）の半径方向の隙間（２４）を定義している、モノリシック電磁コンポーネント（１０）であって、
    該スピネルフェライトが、該スピネルフェライトのプレカーソル（３２）から取得され、
    該少なくとも一つのコイル（１４、１４Ｂ）を含むと共に該基部以外である該モノリシック電磁コンポーネント（１０）の要素が、第一プレカーソル（３２）層（３６）と第二プレカーソル（３２）層（３８）との間に配列され、該一つの又はそれぞれのコイル（１４、１４Ｂ）の該隙間（２４）が、少なくとも部分的に該誘電材料（１５）によって充填され、該プレカーソル（３２）が、パルス化電流による負荷下における共焼結によって、該少なくとも一つのコイル（１４、１４Ｂ）を含むと共に該基部以外である該モノリシック電磁コンポーネント（１０）の要素と固定されている、
    モノリシック電磁コンポーネント。
11. 該一つの又はそれぞれのコイル（１４、１４Ｂ）の該巻回（１６）は、該スピネルフェライト中において直接的に埋め込まれている、請求項１０に記載のモノリシック電磁コンポーネント。
12. 該一つの又はそれぞれのコイル（１４、１４Ｂ）は、該モノリシック電磁コンポーネント（１０）の内側円板部分（２０）及び外側円板部分（２２）をそれぞれ定義する内側巻回（１６１）及び外側巻回（１６２）を有しており、該モノリシック電磁コンポーネント（１０）の該内側円板部分（２０）及び／又は外側円板部分（２０）は、該誘電材料（１５）によって少なくとも部分的に充填されていることを特徴とする、請求項１０に記載のモノリシック電磁コンポーネント。
13. ほぼ円筒形の形状を有し、その直径（ｄ）が５〜５０ｍｍであり、且つ、その高さ（ｈ）が１〜２０ｍｍであることを特徴とする、請求項１０から請求項１２までのいずれか一項に記載のモノリシック電磁コンポーネント。

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