磁性材料及使用其的線圈零件的制作方法

專利名稱：磁性材料及使用其的線圈零件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可在線圈電感器等中主要用作磁心的磁性材料及使用其的線圈零件。
背景技術(shù)：
電感器(inductor)、扼流圈(Choke Coil)、變壓器(transformer)等線圈零件(所謂電感零件(Inductannce))具有磁性材料、及形成在所述磁性材料的內(nèi)部或表面的線圈。 作為磁性材料的材質(zhì)，一般可使用Ni-Cu-Zn系鐵氧體(ferrite)等鐵氧體。近年來，對于此種線圈零件而言要求大電流化(意味著額定電流的高值化)，為了滿足該要求，對于將磁性體的材質(zhì)從先前的鐵氧體更換為Fe-Cr-Si合金的技術(shù)進行了研究(參照專利文獻I)。Fe-Cr-Si合金或Fe-Al-Si合金的材料自身的飽和磁通密度高于鐵氧體。相反，材料自身的體積電阻率低于先前的鐵氧體。專利文獻I中，作為積層型線圈零件中的磁性體部的制作方法，掲示了如下方法使利用除Fe-Cr-Si合金粒子群之外還含有玻璃成分的磁膏所形成的磁性體層與導體圖案積層并對它們在氮環(huán)境中(還原性環(huán)境中)進行焙燒之后，使該焙燒物含浸熱硬化性樹脂。[先前技術(shù)文獻][專利文獻][專利文獻I]日本專利特開2007-027354號公報

發(fā)明內(nèi)容
[發(fā)明所欲解決的問題]然而，在專利文獻I的制造方法中，由于磁膏中所含的玻璃成分殘留于磁性體部內(nèi)，因此會因該磁性體部內(nèi)存在的玻璃成分而導致Fe-Cr-Si合金粒子的體積率減少，且因該減少而使得零件自身的飽和磁通密度也降低。另外，作為使用金屬磁性體的電感器，已知有與粘合劑(binder)混合成形的壓粉磁心。在一般的壓粉磁心中，由于絕緣電阻較低因此無法直接安裝電極?？紤]到這些情況，本發(fā)明的課題在于提供一種可同時提高絕緣電阻及磁導率的新穎磁性材料，同時，提供使用此種磁性材料的線圈零件。[解決問題的技術(shù)手段]本發(fā)明者等人經(jīng)過潛心研究之后完成如下所述的本發(fā)明。本發(fā)明的磁性材料包含粒子成形體，該粒子成形體是由形成著氧化覆膜的金屬粒子成形而成。金屬粒子包含F(xiàn)e-Si-M系軟磁性合金(其中，M是較Fe更易氧化的金屬元素)，粒子成形體具有中介著形成在相鄰金屬粒子表面的氧化覆膜而成的結(jié)合部、及不存在氧化覆膜的部分中的金屬粒子彼此的結(jié)合部。此處，所謂“不存在氧化覆膜的部分中的金屬粒子彼此的結(jié)合部”是表示相鄰金屬粒子以其金屬部分直接接觸的部分，其概念包含例如嚴格意義上的金屬結(jié)合、或金屬部分彼此直接接觸而未發(fā)現(xiàn)有原子交換的狀態(tài)、或其中間狀態(tài)。所謂嚴格意義上的金屬結(jié)合是表示滿足“原子規(guī)則地排列”等必要條件。進而，氧化覆膜是Fe-Si-M系軟磁性合金(其中，M是較Fe更易氧化的金屬元素)的氧化物，且優(yōu)選為該合金的氧化物中以所述M表示的金屬元素相對于Fe元素的摩爾比，大于所述金屬粒子中以M表示的金屬元素相對于Fe元素的摩爾比。另外，優(yōu)選為，中介著氧化覆膜而成的結(jié)合部中，形成在相鄰金屬粒子表面的氧化覆膜在SEM觀察像中呈同一相。另外，優(yōu)選為，F(xiàn)e-Si-M系軟磁性合金均為Fe-Cr-Si系軟磁性合金。
進而優(yōu)選為，粒子成形體的截面中金屬粒子彼此的結(jié)合部的數(shù)量B、與金屬粒子的粒子數(shù)量N的比率B/N為O. I O. 5。進而優(yōu)選為，本發(fā)明的磁性材料是通過使以霧化法制造的多個金屬粒子成形并在氧化環(huán)境下對其進行熱處理而獲得。進而優(yōu)選為，粒子成形體的內(nèi)部具有空隙，且在所述空隙的至少一部分中含浸有高分子樹脂。根據(jù)本發(fā)明，也可提供一種線圈零件，包括所述磁性材料、及形成在所述磁性材料的內(nèi)部或表面的線圈。[發(fā)明的效果]根據(jù)本發(fā)明，可提供一種兼顧高磁導率及高絕緣電阻的磁性材料，且使用該材料的線圈零件也可直接安裝電極。


圖I是示意性地表示本發(fā)明的磁性材料的微細結(jié)構(gòu)的截面圖。圖2是示意性地表示本發(fā)明的磁性材料的另一例中的微細結(jié)構(gòu)的截面圖。圖3是表示以本發(fā)明的一實施例所制造的磁性材料的外觀的側(cè)視圖。圖4是表示以本發(fā)明的一實施例所制造的線圈零件之一例之一部分的透視側(cè)視圖。圖5是表示圖4的線圈零件的內(nèi)部構(gòu)造的縱截面圖。圖6是積層電感器的外觀立體圖。圖7是沿圖6的Sll-Sll線的放大截面圖。圖8是圖6所示的零件主體的分解圖。圖9是示意性地表示比較例中磁性材料的微細結(jié)構(gòu)的截面圖。[符號的說明]1、2粒子成形體11金屬粒子12氧化覆膜21金屬粒子彼此的結(jié)合部22中介著氧化覆膜而成的結(jié)合部30空隙31聞分子樹脂110磁性材料
111、112磁心114外部導體膜115線圈210積層電感器211零件主體212磁性體部 213線圈部214,215外部端子
具體實施例方式以下適當參照圖式對本發(fā)明進行詳述。然而，本發(fā)明并不限定于圖示的狀態(tài)，另夕卜，在圖式中有時會強調(diào)表現(xiàn)發(fā)明的特征性部分，因此，在圖式各部分中未必能夠保證縮尺的正確性。根據(jù)本發(fā)明，磁性材料包含粒子成形體，該粒子成形體是由特定的粒子成形而成。本發(fā)明中，磁性材料在線圈電感器等磁性零件中承擔著磁路的作用，典型的形態(tài)是線圈的磁心等。圖I是示意性地表示本發(fā)明的磁性材料的微細結(jié)構(gòu)的截面圖。在本發(fā)明中，微觀上，可將粒子成形體I理解為原本獨立之多個金屬粒子11彼此結(jié)合而成的集合體，且遍及各個金屬粒子11的大致整個周圍而形成著氧化覆膜12，利用該氧化覆膜12來確保粒子成形體I的絕緣性。相鄰金屬粒子11彼此主要借助于中介著位于各金屬粒子11周圍的氧化覆膜12而成的結(jié)合，而構(gòu)成具有固定形狀的粒子成形體I。根據(jù)本發(fā)明，局部而言，相鄰金屬粒子11是由金屬部分彼此結(jié)合而成(符號21)。在本說明書中，金屬粒子11是表示包含下述合金材料的粒子，在尤其強調(diào)不包含氧化覆膜12的部分的情況下，有時也記載為“金屬部分”或“芯”。就先前的磁性材料而言，使用了在硬化的有機樹脂的基質(zhì)(matrix)中分散著磁性粒子或數(shù)個左右的磁性粒子的結(jié)合體這ー類型、或在硬化的玻璃成分的基質(zhì)中分散著磁性粒子或數(shù)個左右的磁性粒子的結(jié)合體這ー類型。在本發(fā)明中，優(yōu)選為實際上既不存在包含有機樹脂的基質(zhì)，也不存在包含玻璃成分的基質(zhì)。各個金屬粒子11主要包含特定的軟磁性合金。在本發(fā)明中，金屬粒子11包含F(xiàn)e-Si-M系軟磁性合金。此處，M是比Fe更易氧化的金屬元素，且典型的可列舉Cr (鉻)、Al(鋁)、Ti(鈦)等，優(yōu)選為Cr或Al。Fe-Si-M系軟磁性合金中Si的含有率優(yōu)選為O. 5 7. Owt %，更優(yōu)選為2. O 5.0Wt%。其原因在于，若Si的含量較多則在高電阻、高磁導率這一方面較為理想，若Si的含量較少則成形性良好。在所述M為Cr的情況下，F(xiàn)e-Si-M系軟磁性合金中Cr的含有率優(yōu)選為2. O 15wt%,更優(yōu)選為3. O 6. Owt %。就熱處理時形成鈍態(tài)而控制過剩的氧化以及體現(xiàn)強度及絕緣電阻這些方面而言，優(yōu)選為存在Cr，另ー方面，就提高磁氣特性這ー觀點而言，優(yōu)選為Cr較少，考慮到這些情況而提出所述理想范圍。在所述M為Al的情況下，F(xiàn)e-Si-M系軟磁性合金中Al的含有率優(yōu)選為2. O 15wt%,更優(yōu)選為3. O 6. Owt %。就熱處理時形成鈍態(tài)而抑制過剩的氧化以及體現(xiàn)強度及絕緣電阻這些方面而言，優(yōu)選為存在Al，另ー方面，就提高磁氣特性這ー觀點而言，優(yōu)選為Al較少，考慮到這些情況而提出所述理想范圍。再者，關(guān)于Fe-Si-M系軟磁性合金中各金屬成分的所述理想含有率，是將合金成分的總量設(shè)為100wt%來記述。換而言之，在所述理想含量的計算中將氧化覆膜的組成除外。在Fe-Si-M系軟磁性合金中，Si及金屬M以外的剩余部分中，除不可避免的雜質(zhì)夕卜，優(yōu)選為Fe。作為除Fe、Si及M以外也可包含的金屬，可列舉Mn(錳)、Co(鈷)、Ni (鎳)、Cu(銅)等。關(guān)于構(gòu)成粒子成形體I中的各金屬粒子11的合金的化學組成，例如，可使用掃描式電子顯微鏡(SEM, Scanning Electron Microscope)拍攝粒子成形體I的截面， 利用能量分散型 X 射線分析(EDS, Energy Dispersive Spectrometer)以 ZAF (Atomic NumberEffect (原子序數(shù)效應(yīng))、Absorption Effect (吸收效應(yīng))、Fluorescence ExcitationEffect (熒光效應(yīng)))法來計算。在構(gòu)成粒子成形體I的各個金屬粒子11的周圍形成著氧化覆膜12。也可表述為存在包含所述軟磁性合金的芯(即金屬粒子11)及形成在該芯周圍的氧化覆膜12。氧化覆膜12可在形成粒子成形體I之前的原料粒子的階段形成，又可使原料粒子的階段中不存在氧化覆膜或極少地存在氧化覆膜而在成形過程中生成氧化覆膜。氧化覆膜12的存在可于利用掃描式電子顯微鏡(SEM)所得的3000倍左右的拍攝像中識別為對比度(亮度)的差異。借助于氧化覆膜12之存在，可保證磁性材料整體的絕緣性。氧化覆膜12只要為金屬的氧化物即可，優(yōu)選的是，氧化覆膜12為Fe-Si-M系軟磁性合金(其中，M是較Fe更易氧化的金屬元素)的氧化物，且該合金的氧化物中所述M表示的金屬元素相對于Fe元素的摩爾比，大于所述金屬粒子中M表示的金屬元素相對于Fe元素的摩爾比。為了獲得此種構(gòu)成的氧化覆膜12，可列舉如下等方法使得用于獲得磁性材料的原料粒子中盡可能少地包含F(xiàn)e的氧化物或盡可能不包含F(xiàn)e的氧化物，從而于獲得粒子成形體I的過程中利用加熱處理等而使合金的表面部分氧化。通過此種處理，比Fe更易氧化的金屬M會選擇性地被氧化，結(jié)果，氧化覆膜12中金屬M相對于Fe的摩爾比相對地大于金屬粒子11中金屬M相對于Fe的摩爾比。通過使氧化覆膜12中與Fe元素相比更多地含有M表示的金屬元素，存在如下優(yōu)點抑制合金粒子的過剩的氧化。粒子成形體I中氧化覆膜12的化學組成的測定方法如下所示。首先，利用使粒子成形體I斷裂等操作而使其截面露出。接著，經(jīng)過離子研磨等處理而露出平滑面并用掃描式電子顯微鏡(SEM)拍攝，對于氧化覆膜12部利用能量分散型X射線分析(EDS)以ZAF法計算。氧化覆膜12中金屬M的含量相對于I摩爾的鐵而言，優(yōu)選為I. O 5. O摩爾，更優(yōu)選為I. O 2. 5摩爾，進而優(yōu)選為I. O I. 7摩爾。若所述含量較多則在抑制過剩的氧化方面較為理想，另ー方面，若所述含量較少則在金屬粒子間的燒結(jié)方面較為理想。為了增多所述含量，可列舉例如在弱氧化環(huán)境下進行熱處理等方法；相反，為了減少所述含量，可列舉例如在強氧化環(huán)境中進行熱處理等方法。粒子成形體I中，粒子彼此的結(jié)合部主要是中介著氧化覆膜12而成的結(jié)合部22。中介著氧化覆膜12而成的結(jié)合部22的存在可通過如下等方法明確地判斷例如在放大到約3000倍的SEM觀察像等中，可見相鄰金屬粒子11具有的氧化覆膜12為同一相。例如，即便相鄰金屬粒子11具有的氧化覆膜12彼此接觸，也不能說在SEM觀察像等中所見的與相鄰氧化覆膜12的界面的部分就是中介著氧化覆膜12而成的結(jié)合部22。因存在中介著氧化覆膜12而成的結(jié)合部22，可提高機械強度與絕緣性。優(yōu)選為，遍及整個粒子成形體1，相鄰金屬粒子11中介著所具有的氧化覆膜12而結(jié)合，但若即便只有一部分這樣結(jié)合，也可相應(yīng)地提高機械強度與絕緣性，可以說此種形態(tài)也是本發(fā)明的ー種狀態(tài)。另外，如下所述，也有一部分金屬粒子11未中介著氧化覆膜12而彼此結(jié)合。進而，也可為如下情況相鄰金屬粒子11既不存在中介著氧化覆膜12而結(jié)合的形態(tài)，又不存在金屬粒子11彼此結(jié)合的形態(tài)，而是部分地存在僅物理性地接觸或接近的形態(tài)。為了生成中介著氧化覆膜12而成的結(jié)合部22，可列舉例如下述方法當制造粒子成形體I時于存在氧氣的環(huán)境下(例如空氣中)以下述特定的溫度進行熱處理等。根據(jù)本發(fā)明，在粒子成形體I中，不僅存在中介著氧化覆膜12而成的結(jié)合部22，也存在金屬粒子11彼此的結(jié)合部21。與所述中介著氧化覆膜12而成的結(jié)合部22的情況 相同，例如，在放大到約3000倍的SEM觀察像等中，在截面照片上，就描繪粒子表面的曲線而言，可看到較深的凹部，且在兩個粒子、即在可見表面曲線交叉的部位相鄰的金屬粒子11彼此具有未中介著氧化覆膜的結(jié)合點等，借此，可明確判斷金屬粒子11彼此的結(jié)合部21的存在。因存在金屬粒子11彼此的結(jié)合部21，所以可提高磁導率，這是本發(fā)明的主要效果之
O為了生成金屬粒子11彼此的結(jié)合部21，可列舉例如，將氧化覆膜較少的粒子用作原料粒子、或在用以制造粒子成形體I之熱處理中對溫度或氧分壓以如下方式進行調(diào)節(jié)、或?qū)τ谟稍狭Ｗ荧@得粒子成形體I時的成形密度進行調(diào)節(jié)等。關(guān)于熱處理的溫度，優(yōu)選為金屬粒子11彼此結(jié)合、且難以生成氧化物的程度，關(guān)于具體的理想溫度范圍將于下文敘述。關(guān)于氧分壓，例如，也可為空氣中的氧分壓，且氧分壓越低則越難以生成氧化物，結(jié)果容易產(chǎn)生金屬粒子11彼此的結(jié)合。根據(jù)本發(fā)明的理想狀態(tài)，在粒子成形體I中，相鄰金屬粒子11間的大部分結(jié)合部是中介著氧化覆膜12而成的結(jié)合部22，且部分地存在金屬粒子彼此的結(jié)合部21?？蓪⒔饘倭Ｗ颖舜说慕Y(jié)合部21的存在程度以如下方式進行定量化。切斷粒子成形體1，針對其截面獲得放大到約3000倍的SEM觀察像。對于SEM觀察像，以拍攝30 100個金屬粒子11的方式對視野等進行調(diào)節(jié)。數(shù)出該觀察像中金屬粒子11的數(shù)量N、及金屬粒子11彼此的結(jié)合部21的數(shù)量B。將這些數(shù)值的比率B/N作為金屬粒子彼此的結(jié)合部21的存在程度的評估指標。關(guān)于所述N及B的計數(shù)方法，以圖I的狀態(tài)為例進行說明。在已獲得如圖I所示的像的情況下，金屬粒子11的數(shù)量N為8，金屬粒子11彼此的結(jié)合部21的數(shù)量B為4。因此，在此狀態(tài)下，所述比率B/N為O. 5。在本發(fā)明中，所述比率B/N優(yōu)選為O. I 0.5，更優(yōu)選為O. I O. 35，進而優(yōu)選為O. I O. 25。若B/N較大則磁導率提高，相反，若B/N較小則絕緣電阻提高，因此，考慮到磁導率與絕緣電阻的兼顧而提出所述理想范圍。本發(fā)明的磁性材料可通過使包含特定合金的金屬粒子成形而制造。此時，相鄰金屬粒子彼此主要中介著氧化覆膜而結(jié)合，而且，有一部分未中介著氧化覆膜而結(jié)合，借此，整體上可獲得所需形狀的粒子成形體。用作原料的金屬粒子(以下，也稱為原料粒子)主要使用包含F(xiàn)e-Si-M系軟磁性合金的粒子。原料粒子的合金組成可由最終獲得的磁性材料的合金組成而反映。因此，可根據(jù)最終所欲獲得的磁性材料的合金組成，而適當?shù)剡x擇原料粒子的合金組成，且其理想的組成范圍是與所述磁性材料的理想的組成范圍相同。各個原料粒子也可由氧化覆膜覆蓋。換而言之，各個原料粒子也可包括包含特定的軟磁性合金的芯、及覆蓋該芯周圍的至少ー部分的氧化覆膜。各個原料粒子的尺寸實質(zhì)上與最終獲得的磁性材料中構(gòu)成粒子成形體I的粒子的尺寸相同。作為原料粒子的尺寸，若考慮到磁導率與粒內(nèi)渦流損耗，則d50優(yōu)選為2 30 μ m,更優(yōu)選為2 20 μ m，d50的進而優(yōu)選的下限值為5 μ m。原料粒子的d50可由利用雷射繞射散射的測定裝置而測定。
原料粒子是例如以霧化法所制造的粒子。如上所述，粒子成形體I中不僅存在中介著氧化覆膜12而成的結(jié)合部22，也存在金屬粒子11彼此的結(jié)合部21。因此，原料粒子中雖也可存在氧化覆膜但最好是不過剩地存在。由霧化法制造的粒子在氧化覆膜較少這一方面較為理想。原料粒子中的包含合金的芯與氧化覆膜的比率可以如下方式進行定量化。對于原料粒子使用XPS (x-ray photoelectron spectroscopy, X射線光電子光譜法)進行分析，著眼于Fe之峰值強度，求出Fe以金屬狀態(tài)存在的峰值(706. 9eV)的積分值Fesfetal、與Fe以氧化物的狀態(tài)存在的峰值的積分值Feaxide，計算出Fesfetal/(FeMetal+FeQxide)，以此進行定量化。此處，在Fetaide 的計算過程中，是以 Fe2O3(710. 9eV)、Fe0(709. 6eV)及Fe3O4(710. 7eV)這三種氧化物的結(jié)合能(association energy)為中心的正態(tài)分布(normal distribution)的重疊與實測數(shù)據(jù)一致的方式進行擬合(fitting)。結(jié)果，計算出Feftdde作為峰值分離后的積分面積之和。就通過使得在熱處理時容易產(chǎn)生合金彼此的結(jié)合部21結(jié)果來提高磁導率的觀點而言，所述值優(yōu)選為0.2以上。所述值的上限值并無特別限定，就制造的容易度等觀點而言，可列舉例如0. 6等，上限值優(yōu)選為0. 3。作為提高所述值的方法，可列舉在還原環(huán)境下實施熱處理、或利用酸除去表面氧化層等化學處理等。作為還原處理，可列舉例如，于氮中或氬中包含25 35%的氫的環(huán)境下，以750 850°C保持0. 5 I. 5小時等。作為氧化處理，可列舉例如，在空氣中以400 600°C保持0. 5 I. 5小時等。如上所述的原料粒子也可采用制造合金粒子的周知方法，例如也可使用作為EPSON ATMIX株式會社制造的PF20-F、日本霧化加工株式會社制造的SFR-FeSiAl等而市售的產(chǎn)品。關(guān)于市售品，未考慮到所述Fesfetal/(FeMrtal+Fe(M(J的值的可能性極高，因此，挑選原料粒子、或?qū)嵤┧鰺崽幚砘蚧瘜W處理等預處理也為優(yōu)選方法。關(guān)于由原料粒子獲得成形體的方法并無特別限定，可適當采取制造粒子成形體的周知方法。以下，作為典型的制造方法而說明如下方法在非加熱條件下使原料粒子成形之后對其實施加熱處理。本發(fā)明并未限定于該制造方法。在非加熱條件下使原料粒子成形吋，作為粘合劑優(yōu)選為添加有機樹脂。作為有機樹脂，可使用包含熱分解溫度為500°C以下的丙烯酸系樹脂、縮丁醛樹脂、こ烯樹脂等的有機樹脂，這樣，在熱處理后粘合劑不容易殘留的方面較為理想。在成形時，也可添加周知的潤滑剤。作為潤滑劑，可列舉有機酸鹽等，具體而言可列舉硬脂酸鋅、硬脂酸鈣等。潤滑劑的量相對于原料粒子100重量份而言優(yōu)選為O I. 5重量份,更優(yōu)選為0. I I. O重量份。所謂潤滑劑的量為零是表示未使用潤滑剤。相對于原料粒子任意添加粘合劑及/或潤滑劑并攪拌后，成形為所需的形狀。在成形時可列舉施加例如5 lOt/cm2的壓カ等。
以下對于熱處理的理想的狀態(tài)進行說明。熱處理優(yōu)選為在氧化環(huán)境下進行。更具體而言，加熱中的氧濃度優(yōu)選為1%以上，借此，中介著氧化覆膜而成的結(jié)合部22及金屬粒子彼此的結(jié)合部21兩者均容易生成。氧濃度的上限并未特別規(guī)定，但考慮到制造成本等可列舉空氣中的氧濃度(約21%)。關(guān)于加熱溫度，就容易生成氧化覆膜12而生成經(jīng)由氧化覆膜12而成的結(jié)合部的觀點而言優(yōu)選為600°C以上，就適度抑制氧化而維持金屬粒子彼此的結(jié)合部21的存在從而提高磁導率的觀點而言優(yōu)選為900°C以下。加熱溫度更優(yōu)選為700 800°C。就使得中介著氧化覆膜12而成的結(jié)合部22及金屬粒子彼此的結(jié)合部21兩者均容易生成的觀點而言，加熱時間優(yōu)選為O. 5 3小時。在所獲得的粒子成形體I的內(nèi)部也可存在空隙30。圖2是示意性地表示本發(fā)明 的磁性材料的另一例的微細結(jié)構(gòu)的截面圖。根據(jù)圖2中記載的實施方式，粒子成形體I內(nèi)部所存在的空隙的至少一部分中含浸有高分子樹脂31。在含浸高分子樹脂31時，可列舉如下方法例如，在液體狀態(tài)的高分子樹脂或高分子樹脂的溶液等高分子樹脂的液狀物中浸潰粒子成形體I而降低制造系統(tǒng)的壓力、或?qū)⑺龈叻肿訕渲囊籂钗锿坎加诹Ｗ映尚误wI上而使其滲入到表面附近的空隙30等。因粒子成形體I之空隙30中含浸有高分子樹月旨，所以具有增加強度或抑制吸濕性的優(yōu)點。作為高分子樹脂，并無特別限定，可列舉環(huán)氧樹脂、氟樹脂等有機樹脂、或娃酮樹脂(silicone resin)等?？蓪⒁源朔N方式獲得的粒子成形體I制成磁性材料而用作各種零件的構(gòu)成要素。例如，也可藉由將本發(fā)明的磁性材料用作磁心并于其周圍纏繞絕緣被覆導線從而形成線圏?；蛘?，也可以周知的方法形成包含所述原料粒子的生片(green sheet)，在其上利用印刷等方法形成特定圖案的導電膏(conductive paste)之后，將印刷完畢的生片積層并加壓從而成形，接著，在所述條件下實施熱處理，借此獲得在本發(fā)明的磁性材料的內(nèi)部形成著線圈的電感器(線圈零件)。此外，使用本發(fā)明的磁性材料，在其內(nèi)部或表面形成線圈，借此可獲得各種線圈零件。線圈零件也可為表面安裝型或通孔(through hole)安裝型等各種安裝形態(tài)，包括構(gòu)成這些安裝形態(tài)的線圈零件的方法在內(nèi)，關(guān)于由磁性材料獲得線圈零件的方法，也可參考下述實施例的記載，另外，可適當采用電子零件領(lǐng)域中周知的制造手法。以下，通過實施例進ー步具體地說明本發(fā)明。然而，本發(fā)明并不限定于這些實施例中所記載的狀態(tài)。[實施例I](原料粒子)將以霧化法制造的具有Cr 4. 5wt%,Si 3. 5wt%、剰余部分為Fe的組成且平均粒徑d50為10 μ m的市售的合金粉末用作原料粒子。對該合金粉末的集合體表面以XPS進行分析，計算所述F
^Metal / (FeMetal+Fe Oxide )，結(jié)果為O. 25。(粒子成形體的制造)將該原料粒子100重量份與熱分解溫度為400°C的丙烯酸系粘合劑I. 5重量份一起攪拌混合，添加O. 5重量份的硬脂酸鋅作為潤滑剤。其后，以8t/cm2成形為特定的形狀，在氧濃度為20. 6%的氧化環(huán)境中以750°C進行I小時熱處理，獲得粒子成形體。對所獲得的粒子成形體的特性進行測定，結(jié)果為，熱處理前的磁導率為36，相對于此，熱處理后的磁導率成為48。比電阻為2 X IO5 Ω cm，強度為7. 5kgf/mm2。獲得粒子成形體的3000倍的SEM觀察像，確認金屬粒子11的數(shù)量N為42，金屬粒子11彼此的結(jié)合部21的數(shù)量B為6，B/N比率為O. 14。對所獲得的粒子成形體中氧化覆膜12的組成進行分析，結(jié)果為，相對于I摩爾的Fe元素,含有I. 5摩爾的Cr元素。[比較例I]作為原料粒子，除了所述Fesfetal/(FeMetal+FeQxide)為O. 15以外，使用與實施例I相同的合金粉末，藉由與實施例I相同的操作來制造粒子成形體。與實施例I的情況不同，在比較例I中，為了可使市售的合金粉末干燥而以200°c在恒溫槽內(nèi)保管12小吋。熱處理前的磁導率36，相對于此，熱處理后的磁導率也是36，且在粒子成形體中磁導率未增加。根據(jù)該粒子成形體的3000倍的SEM觀察像，未發(fā)現(xiàn)存在金屬粒子彼此的結(jié)合部21。換而言之，在該觀察像中，金屬粒子11的數(shù)量N為24，金屬粒子11彼此的結(jié)合部21的數(shù)量B為0，比率B/N為O。圖9是示意性地表示比較例I中粒子成形體的微細結(jié)構(gòu)的截面圖。如圖9中示意性地表示的粒子成形體2那樣，在由該比較例所獲得的粒子成形體中不存在金屬粒子11彼此的結(jié)合，而僅發(fā)現(xiàn)中介著氧化覆膜12而成的結(jié)合。對所獲得的粒子成形體中氧化覆 膜12的組成進行分析，結(jié)果為，相對于I摩爾的Fe元素，含有O. 8摩爾的Cr元素。[實施例2](原料粒子)將以霧化法制造的具有Al 5. 0wt%,Si 3. 0wt%、剰余部分為Fe的組成且平均粒徑d50為10 μ m的市售的合金粉末用作原料粒子。對該合金粉末的集合體表面以XPS進行分析，計算所述F
^Metal / (FeMetal+Fe Oxide )，結(jié)果為O. 21。
(粒子成形體的制造)將該原料粒子100重量份與熱分解溫度為400°C的丙烯酸系粘合劑I. 5重量份ー起攪拌混合，添加O. 5重量份的硬脂酸鋅作為潤滑剤。其后，以8t/cm2成形為特定的形狀，在氧濃度為20. 6%的氧化環(huán)境中以750°C進行I小時熱處理，獲得粒子成形體。對所獲得的粒子成形體的特性進行測定，結(jié)果為，熱處理前的磁導率為24，相對于此，熱處理后的磁導率成為33。比電阻為3X IO5 Ω cm，強度為6. 9kgf/mm2。在SEM觀察像中，金屬粒子11的數(shù)量N為55、金屬粒子11彼此的結(jié)合部21的數(shù)量B為11，B/N比率為O. 20。對所獲得的粒子成形體中氧化覆膜12的組成進行分析，結(jié)果為，相對于I摩爾的Fe元素，含有2. I摩爾的Al元素。[實施例3](原料粒子)將以霧化法制造的具有Cr 4. 5wt%,Si 6. 5wt%、剰余部分為Fe的組成且平均粒徑d50為6 μ m的市售的合金粉末用作原料粒子。對該合金粉末的集合體表面以XPS進行分析，計算所述F
^Metal / (FeMetal+Fe Oxide )，結(jié)果為O. 22。(粒子成形體的制造)將該原料粒子100重量份與熱分解溫度為400°C的丙烯酸系粘合劑I. 5重量份ー 起攪拌混合，添加O. 5重量份的硬脂酸鋅作為潤滑剤。其后，以8t/cm2成形為特定的形狀，在氧濃度為20. 6%的氧化環(huán)境中以750°C進行I小時熱處理，獲得粒子成形體。對所獲得的粒子成形體的特性進行測定，結(jié)果為，熱處理前的磁導率為32，相對于此，熱處理后的磁導率成為37。比電阻為4X IO6 Ω cm，強度為7. 8kgf/mm2。在SEM觀察像中，金屬粒子11的數(shù)量N為51，金屬粒子11彼此的結(jié)合部21的數(shù)量B為9，B/N比率為O. 18。對所獲得的粒子成形體中氧化覆膜12的組成進行分析，結(jié)果為，相對于I摩爾的Fe元素，含有I. 2摩爾的Cr元素。[實施例4](原料粒子)對以霧化法制造的具有Cr 4. 5wt%, Si 3. 5wt %、剰余部分為Fe的組成且平均粒徑d50為10 μ m的市售的合金粉末于氫環(huán)境中以 700°C進行I小時熱處理后，將該合金粉末用作原料粒子。對該合金粉末的集合體表面以XPS進行分析，計算所述Fesfetal/(FeMetal+Fe0xide)，結(jié)果為 O. 55。(粒子成形體的制造)將該原料粒子100重量份與熱分解溫度為400°C的丙烯酸系粘合劑I. 5重量份ー起攪拌混合，添加O. 5重量份的硬脂酸鋅作為潤滑剤。其后，以8t/cm2成形為特定的形狀，在氧濃度為20. 6%的氧化環(huán)境中以750°C進行I小時熱處理，獲得粒子成形體。對所獲得的粒子成形體的特性進行測定，結(jié)果為，熱處理前的磁導率為36，相對于此，熱處理后的磁導率成為54。比電阻為8 X IO3 Ω cm，強度為2. 3kgf/mm2。在所獲得的粒子成形體的SEM觀察像中，金屬粒子11的數(shù)量N為40，金屬粒子11彼此的結(jié)合部21的數(shù)量B為15，B/N比率為O. 38。對所獲得的粒子成形體中氧化覆膜12的組成進行分析，結(jié)果為，相對于I摩爾的Fe元素，含有I. 5摩爾的Cr元素。本例中Fesfetal/(FeMetal+FeQxide)較大，比電阻與強度略低，但可獲得磁導率増加的效果。[實施例5](原料粒子)使用與實施例I同等的合金粉末作為原料粒子。(粒子成形體的制造)將該原料粒子100重量份與熱分解溫度為400°C的丙烯酸系粘合劑I. 5重量份ー起攪拌混合，添加O. 5重量份的硬脂酸鋅作為潤滑剤。其后，以8t/cm2成形為特定的形狀，在氧濃度為20. 6%的氧化環(huán)境中以850°C進行I小時熱處理，獲得粒子成形體。對獲得的粒子成形體的特性進行測定，結(jié)果為，熱處理前的磁導率為36，相對于此，熱處理后的磁導率成為39。比電阻為6. O X IO5 Ω cm，強度為9. 2kgf/mm2。在所獲得的粒子成形體的SEM觀察像中，金屬粒子11的數(shù)量N為44，金屬粒子11彼此的結(jié)合部21的數(shù)量B為5，B/N比率為O. 11。對所獲得的粒子成形體中氧化覆膜12的組成進行分析，結(jié)果為，相對于I摩爾的Fe元素,含有I. I摩爾的Cr元素。[實施例6]在該實施例中，制造作為線圈零件之卷線型芯片電感器。圖3是表示以該實施例制造的磁性材料的外觀的側(cè)視圖。圖4是表示以該實施例制造的線圈零件的一例的一部分的透視側(cè)視圖。圖5是表示圖4的線圈零件的內(nèi)部構(gòu)造的縱截面圖。圖3所示的磁性材料110用作磁心，以卷繞卷線型芯片電感器的線圈。鼓型磁心111包括板狀的卷芯部111a，用于卷繞并列配設(shè)在電路基板等的安裝面上的線圈；及一對凸緣部111b，分別配設(shè)在卷芯部Illa的相互對向的端部；且該鼓型磁心111的外觀呈鼓型。線圈的端部與形成在凸緣部Illb表面上的外部導體膜114電性連接。卷芯部Illa的尺寸是，寬度為I. Omm、高度為O. 36臟、長度為I. 4臟。凸緣部Illb的尺寸是，寬度為I. 6mm、高度為O. 6mm、厚度為O. 3mm。作為該線圈零件的卷線型芯片電感器120包括所述磁心111與省略圖示的ー對板狀磁心112。該磁心111及板狀磁心112包含由與實施例I中相同的原料粒子在與實施例I相同的條件下所制造的磁性材料110。板狀磁心112分別連接在磁心111的兩凸緣部IllbUllb之間。板狀磁心112的尺寸是，長度為2. 0mm、寬度為O. 5mm、厚度為O. 2mm。在磁心111的凸緣部Illb的安裝面上分別形成著ー對外部導體膜114。另外，在磁心111的卷芯部Illa卷繞著包含絕緣被覆導線的線圈115而形成卷繞部115a，并且兩端部115b分別熱壓接合于凸緣部Illb的安裝面的外部導體膜114。外部導體膜114包括燒附導體層114a，形成在磁性材料110的表面；Ni鍍層114b，積層形成在該燒附導體層114a上；及Sn鍍層114c。所述板狀磁心112是利用樹脂系接著劑而與所述磁心111的凸緣部IllbUllb 接著。外部導體膜114形成在磁性材料110的表面，且外部導體膜114連接于磁心的端部。外部導體膜114是將在銀中添加了玻璃的膏體于特定的溫度下燒附在磁性材料110上而形成。在制造磁性材料110表面的外部導體膜114的燒附導體膜層114a時，具體而言，是在包含磁性材料110的磁心111的凸緣部Illb的安裝面上，涂布含有金屬粒子與玻璃料的燒附型電極材料膏體(本實施例中為燒附型Ag膏)，并于大氣中進行熱處理，借此，使電極材直接燒結(jié)固著在磁性材料110的表面。以此種方式制造作為線圈零件的卷線型芯片電感器。[實施例7]在該實施例中，制造作為線圈零件的積層電感器。圖6是積層電感器的外觀立體圖。圖7是沿圖6的Sll-Sll線的放大截面圖。圖8是圖6所示的零件主體的分解圖。在圖6中，以該實施例制造的積層電感器210的長度L約為3. 2_、寬度W約為I. 6_、高度H約為O. 8_，整體呈長方體形狀。該積層電感器210包括長方體形狀的零件主體211、與設(shè)置在該零件主體211的長度方向的兩端部的ー對外部端子214及215。如圖7所示，零件主體211包括長方體形狀的磁性體部212、及由該磁性體部212覆蓋的螺旋狀的線圈部213，該線圈部213的一端與外部端子214連接且另一端與外部端子215連接。如圖8所示，磁性體部212具有由共計20層的磁性體層MLl ML6一體化而成的構(gòu)造，長度約為3. 2mm、寬度約為I. 6mm、高度約為O. 8mm。各磁性體層MLl ML6的長度約為3. 2mm、寬度約為I. 6mm、厚度約為40 μ m。線圈部213具有如下構(gòu)造共計5個線圈段CSl CS5、與連接該線圈段CSl CS5的共計4個轉(zhuǎn)接段ISl IS4呈螺旋狀一體化，且其卷數(shù)約為3. 5。該線圈部213是將d50為5 μ m的Ag粒子作為原料。4個線圈段CSl CS4呈コ字狀，I個線圈段CS5呈帶狀，各線圈段CSl CS5的厚度約為20 μ m、寬度約為O. 2mm。最上位的線圈段CSl連續(xù)具有用干與外部端子214連接的L字狀引出部分LS1，最下位的線圈段CS5連續(xù)具有用干與外部端子15連接的L字狀引出部分LS2。各轉(zhuǎn)接段ISl IS4是呈貫通磁性體層MLl ML4的柱狀，且各自的口徑約為15μπι。各外部端子214及215遍及零件主體211的長度方向的各端面與該端面附近的4個側(cè)面，且其厚度約為20 μ m。其中的一外部端子214與最上位的線圈段CSl的引出部分LSl的端緣連接，另ー外部端子215與最下位的線圈段CS5的引出部分LS2的端緣連接。該各外部端子214及215是將d50為5 μ m之Ag粒作為原料。在制造積層電感器210時，使用刮刀(doctor blade)作為涂布機，將預先準備的磁膏涂布在塑料制的基底膜(base film，省略圖示)的表面，對其使用熱風干燥機于約80°C、約5min的條件下進行干燥，而分別制作對應(yīng)于磁性體層MLl ML6 (參照圖8)且尺寸適合于多腔模的第I 第6片材。作為磁膏，實施例I中使用的原料粒子為85wt%、丁基卡必醇(溶剤)為13wt%、聚こ烯醇縮丁醛(粘合剤)為2wt%。然后，使用打孔加工機，在對應(yīng)于磁性體層MLl的第I片材上進行穿孔，以特定排列來形成對應(yīng)于轉(zhuǎn)接段ISl的貫通孔。同樣，分別在對應(yīng)于磁性體層ML2 ML4的第2 第4片材上，以特定排列來形成對應(yīng)于轉(zhuǎn)接段IS2 IS4的貫通孔。然后，使用網(wǎng)版(screen)印刷機,將預先準備的導電膏印刷在對應(yīng)于磁性體層MLl的第I片材的表面，對其使用熱風干燥機等于約80°C、約5min的條件下進行干燥，以特定排列來制作對應(yīng)于線圈段CSl的第I印刷層。同樣，分別在對應(yīng)于磁性體層ML2 ML5的第2 第5片材的表面上，以特定排列來制作對應(yīng)于線圈段CS2 CS5的第2 第5印刷層。關(guān)于導電膏的組成，Ag原料為85wt%、丁基卡必醇(溶剤)為13wt%、聚こ烯醇縮丁醛(粘合劑)為2wt%。分別形成在對應(yīng)于磁性體層MLl ML4的第I 第4片材上的特定排列的貫通孔位干與特定排列的第I 第4印刷層各自的端部重合的位置，因此，在印 刷第I 第4印刷層時一部分導電膏填充于各貫通孔中，所以形成對應(yīng)于轉(zhuǎn)接段ISl IS4之第I 第4填充部。然后，使用吸附搬送機與沖壓機(均省略圖示)，將設(shè)置著印刷層及填充部的第I 第4片材(對應(yīng)于磁性體層MLl ML4)、僅設(shè)置著印刷層的第5片材(對應(yīng)于磁性體層ML5)、及未設(shè)置印刷層及填充部的第6片材(對應(yīng)于磁性體層ML6)，以如圖8所示的順序堆積并進行熱壓接合，從而制作積層體。然后，使用切割(dicing)機，將積層體切斷成零件主體尺寸，制作加熱處理前芯片(包含加熱處理前的磁性體部及線圈部)。然后，使用焙燒爐等，在大氣環(huán)境下對多個加熱處理前芯片一起進行加熱處理。該加熱處理包含脫脂(debinder)制程與氧化物膜形成制程，脫脂制程是于約300°C、約Ihr的條件下執(zhí)行，氧化物膜形成制程是于約750°C、約2hr的條件下執(zhí)行。然后，使用浸潰式涂布機，將所述導電膏涂布在零件主體211的長度方向的兩端部，對其使用焙燒爐于約600°C、約Ihr的條件下進行燒附處理，利用該燒附處理使溶劑及粘合劑消失且使Ag粒子群燒結(jié)，從而制作外部端子214及215。以此種方式制造作為線圈零件的積層電感器。
權(quán)利要求
1.ー種磁性材料，包含粒子成形體， 該粒子成形體包括多個金屬粒子，包含F(xiàn)e-Si-M系軟磁性合金(其中，M是較Fe更易氧化的金屬元素)；及氧化覆膜，形成在所述金屬粒子的表面；且所述氧化覆膜是Fe-Si-M系軟磁性合金(其中，M是較Fe更易氧化的金屬元素)的氧化物，該合金的氧化物中以所述M表示的金屬元素相對于Fe元素的摩爾比，大于所述金屬粒子中以M表示的金屬元素相對于Fe元素的摩爾比， 該粒子成形體具有中介著形成在相鄰金屬粒子表面的氧化覆膜而成的結(jié)合部、及不存在氧化覆膜的部分中的金屬粒子彼此的結(jié)合部。
2.根據(jù)權(quán)利要求第I項所述的磁性材料，其中在所述中介著氧化覆膜而成的結(jié)合部，形成在相鄰金屬粒子表面的氧化覆膜在SEM觀察像中呈同一相。
3.根據(jù)權(quán)利要求第I項所述的磁性材料,其中Fe-Si-M系軟磁性合金均為Fe-Cr-Si系軟磁性合金。
4.根據(jù)權(quán)利要求第2項所述的磁性材料，其中Fe-Si-M系軟磁性合金均為Fe-Cr-Si系軟磁性合金。
5.根據(jù)權(quán)利要求第I項至第4項中任一項所述的磁性材料，其中所述粒子成形體的截面中金屬粒子彼此的結(jié)合部的數(shù)量B、與金屬粒子的粒子數(shù)量N的比率B/N為O. I O. 5。
6.根據(jù)權(quán)利要求第I項至第4項中任一項所述的磁性材料，其是通過使以霧化法所制造的多個金屬粒子成形并在氧化環(huán)境下對其進行熱處理而獲得。
7.根據(jù)權(quán)利要求第5項所述的磁性材料，其是通過使以霧化法所制造的多個金屬粒子成形并在氧化環(huán)境下對其進行熱處理而獲得。
8.根據(jù)權(quán)利要求第I項所述的磁性材料，其中粒子成形體的內(nèi)部具有空隙，且在所述空隙的至少一部分中含浸高分子樹脂。
9.一種線圈零件，包括根據(jù)權(quán)利要求第I項至第8項中任一項所述的磁性材料、及形成在所述磁性材料的內(nèi)部或表面的線圈。
全文摘要
本發(fā)明提供磁性材料及使用其的線圈零件。特別是提供一種可同時提高絕緣電阻及磁導率的新穎磁性材料，同時，提供使用此種磁性材料的線圈零件。該磁性材料包含粒子成形體(1)，且該粒子成形體(1)包括多個金屬粒子(11)，包含F(xiàn)e-Si-M系軟磁性合金(其中，M是較Fe更易氧化的金屬元素)；及氧化覆膜(12)，形成在所述金屬粒子的表面；且該粒子成形體(1)具有中介著形成在相鄰金屬粒子表面的氧化覆膜(12)而成的結(jié)合部(22)、及不存在氧化覆膜(12)的部分中的金屬粒子(11)彼此的結(jié)合部(21)。
文檔編號H01F1/20GK102693801SQ20121012551
公開日2012年9月26日 申請日期2012年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月27日
發(fā)明者大竹　健二, 松浦　準 申請人:太陽誘電株式會社