CN101855174B - 磁粉制造方法、磁片制造方法及天线模块制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种磁粉制造方法、一种磁片制造方法、及一种天线模块制造方法，它们能够减小磁性颗粒的尺寸、实现变薄及低损耗、并改善磁导率而不会降低磁导率。将至少两种氧化物基磁性材料进行混合(步骤102)、预煅烧(步骤103)、以及粉碎(步骤104)。通过将经粉碎的磁性材料分散在有机溶剂中而将其典型地形成为浆料，并且在经受消泡处理后，将磁性材料涂覆在薄膜上(步骤105)。从而，形成片状磁性材料(51)。将片状磁性材料(51)切割成预定尺寸，从而将其粉碎成颗粒，结果，形成了磁性颗粒(52)(步骤106)。

Description

磁粉制造方法、磁片制造方法及天线模块制造方法
技术领域
本发明涉及一种用在例如RFID(射频识别)系统的非接触数据通信中的磁粉的制造方法、一种磁片的制造方法及一种天线模块的制造方法。
背景技术
在RFID系统中，非接触型IC标签是众所周知的，在该非接触型IC标签中，IC芯片(具有记录在其上的信息)和共振电容器(resonance capacitor)被电连接至天线线圈。作为非接触型IC标签，还存在卡片类型及结合在便携式电话等中的类型。
作为被用于非接触型IC标签的相关技术的天线模块，存在这样一种天线模块，在该天线模块中，磁性组件(磁片)设置在平面型天线线圈中，该平面型天线线圈在平面内螺旋缠绕，从而磁性组件基本上平行于平面型天线线圈的平面。具有高磁导率的材料被用于在这种天线模块中所使用的磁片。通过这种磁片，平面型天线线圈的电感变大，通信距离变长。
用于磁片的磁性材料的实例包括具有主要组分为Fe的诸如Ni-Zn-基材料和Mn-Zn-基材料的铁氧体基磁性材料。例如，通过混合并煅烧诸如Fe2O3、NiO及ZnO的氧化物的原材料并在此后将它们粉碎成合适的尺寸，制备扁平的铁氧体粉末(例如，见专利文献1)。
使磁性颗粒变扁平的原因在于，当在RFID系统中使用由磁性材料所形成的磁性设备时，在将磁场施加至磁性材料时能够降低该材料中磁性颗粒的退磁，因此，能够改善磁导率(magneticpermeability)。
专利文献1：日本专利申请特开第2001-284118号(第[0035]～[0043]段，图2)
发明内容
发明所解决的问题
在专利文献1的制造方法中，在煅烧(900℃～1200℃)之后进行粉碎。在这种情况下，在粉碎过程中磁性材料损坏，从而降低了磁性材料的磁导率。磁导率的降低导致了天线线圈的电感系数(inductance)的降低以及天线的性能的劣化。
通常，为了改善磁性材料的磁导率，需要增大磁粉的颗粒尺寸，从而增加其磁性颗粒的粒度。但是，如果磁粉的颗粒尺寸增大变薄，块状氧化物基磁性材料中的粒度也增大，例如，则颗粒易于破裂。此外，在可用频率(f＝13.56MHz)处的损耗变大。
鉴于如上所述的情况，本发明的一个目的在于提供一种磁粉制造方法、一种磁片制造方法及一种天线模块制造方法，它们能够减小磁性颗粒的尺寸、实现变薄和低损耗、并改善磁导率而不会降低磁导率。
用于解决该问题的方法
为了达到上述目的，根据本发明，提供了一种磁粉制造方法，该方法包括：将包括至少两种氧化物基磁性材料的磁性材料形成为片状；通过切割形成为片状的磁性材料以使得该磁性材料被粉碎成颗粒来形成磁性颗粒；以及煅烧该磁性颗粒。
通常，磁性材料的磁导率实际上由制造工艺中最后执行的煅烧步骤确定。在本发明中，通过分裂切割片状磁性材料，减小了磁性颗粒的尺寸并将磁性颗粒扁平，此后煅烧颗粒。结果，可以防止如专利文献1中的磁性材料在粉碎过程中被损坏因此降低磁导率的情况发生。
此外，通过将氧化物基磁性材料形成为片并对其进行切割使其被粉碎成颗粒，可以在煅烧前减小磁性材料的尺寸并使磁性材料变平。
在本发明中，磁粉制造方法进一步包括在磁性颗粒的形成与磁性颗粒的煅烧之间研磨磁性颗粒的步骤。在本发明中，通过切割形成为片状的磁性材料使其被粉碎成颗粒，将磁性颗粒的尺寸减小到一定程度，并且通过研磨能够实现另外的尺寸减小和变薄。结果，例如，在使用磁粉形成磁性设备的情况下，能够增大磁性设备的磁性颗粒的密度，并且能够实现高磁导率。
在本发明中，例如，通过滚磨执行磁性颗粒的研磨。
在本发明中，氧化物基磁性材料为包括Fe2O3的铁氧体基磁性材料，并且包括NiO、CuO、ZnO、MnO2、CoO及Sb2O3中的至少一种。
根据本发明，提供了一种磁片制造方法，该方法包括：将包括至少两种类型的氧化物基磁性材料的磁性材料形成片状；通过切割形成为片状的磁性材料以使得磁性材料被粉碎成颗粒来形成磁性颗粒；煅烧磁性颗粒；将经煅烧的磁性颗粒与树脂和橡胶中的至少之一进行混合；并且将所得混合物形成为片状。例如，该磁片典型地用在RFID系统的天线模块中。
根据本发明，提供了一种天线模块制造方法，该方法包括：将包括至少两种类型的氧化物基磁性材料的磁性材料形成为片状；通过切割形成为片状的磁性材料以使得磁性材料被粉碎成颗粒来形成磁性颗粒；煅烧磁性颗粒；将经煅烧的磁性颗粒与树脂和橡胶中的至少之一进行混合；将所得混合物形成片状以形成磁片；将磁片处理成预定形状；并且将经处理的磁片连接至天线线圈部。
发明的效果
如上所述，根据本发明，能够实现磁性颗粒的尺寸减小而不会降低磁导率。
附图说明
图1示出了根据本发明的实施例的包括由磁粉制造的磁片的天线模块的结构的分解透视图。
图2示出了图1中所示的天线模块的横截面图。
图3示出了图1中所示的天线模块的平面图。
图4示出了外部读/写器与天线部进行通信的状态的示图。
图5示出了作为移动终端装置的便携式电话的一部分的示意图，该移动终端装置中结合了非平面线圈类型的天线线圈。
图6示出了沿图5的A-A线截取的截面图，该图示出了天线线圈和磁片的截面。
图7示出了用于顺序说明在制造磁片中所使用的制造磁粉的方法的示图。
图8示出了图7的后续步骤的示图。
图9示出了由Fe2O3、NiO、CuO及ZnO所形成的块状磁性材料的组分图。
图10示出了例如在煅烧后(或在滚磨后)获得的圆盘状磁性颗粒(磁粉)的放大照片。
图11示出了通过煅烧所获得的球形和平面形Ni-Zn-Cu铁氧体基磁性材料的μ′和μ″的频率特性的示图。
图12示出了图11中所示的示图的原始数据表。
图13示出了平面形Ni-Zn-Cu铁氧体基磁性材料的长宽比与磁片的磁导率μ′之间的关系的示图。
图14示出了图13中所示的示图的原始数据表。
图15示出了平面形Ni-Zn-Cu铁氧体基磁性材料的磁导率μ′与其通信距离之间的关系的示图。
图16示出了共振频率(f0)相对于Ni-Zn-Cu铁氧体基磁性材料和当前金属基磁性材料而改变的情况下的可通信范围的示图。
参考标号说明
10、110  天线模块
15、115  天线线圈
18、118  磁片
51       片状磁性材料
52、53   磁性颗粒
54       磁性材料(磁粉)
具体实施方式
下文中，将参照附图描述本发明的实施例。
图1示出了根据本发明的实施例的包括由磁粉制造的磁片的天线模块的结构的分解透视图，图2是其横截面图，而图3是其平面图。天线模块10典型地用在RFID系统中。
天线模块10具有多层结构，该多层结构包括：基板14、磁片18及金属屏蔽板19。通过双面粘合板13A层压基板14和磁片18，并且通过双面粘合板13B层压磁片18和金属屏蔽板19。应当注意的是，在图2中省略了双面粘合板13A和13B的图示。
基板14与磁片18不是必须通过双面粘合板13来粘结，而是可以替代地通过膏状粘合剂、液体粘合剂等来粘结。可选地，可以通过其它方法将基板14和磁片18连接。
基板14由具有绝缘性能的弹性基底(flexible substrate)构成，即，由例如聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)及聚萘二甲酸乙二醇酯(polyethylene naphthalate，PEN)所形成的塑料薄膜组成，但该基板也可以由玻璃纤维环氧树脂等所形成的刚性基底构成。
基板14配备有天线线圈15，该天线线圈在平面内以环形缠绕。天线线圈15是用于非接触型IC标签功能的天线线圈，并且如图4中所示与外部读/写器20的天线部21感应耦合，以进行通信。天线线圈15通过在基板14上图案化形成的铜、铝等的金属图案来形成。基板14和天线线圈15组成天线线圈部。
在这个实施例中，天线线圈15包括在平面内缠绕的环形部及用于与信号处理电路16(将在稍后描述)电连接的配线部(wiringportion)。但是，在图1和图3中仅示出环形部。
应当注意的是，也可以在天线模块10中设置用于读/写器功能的第二天线线圈。在这种情况下，第二天线线圈例如可以设置在基板14上的天线线圈15的内周侧上，但不限于该位置。
例如，在基板14的磁片18侧(正面)上安装信号处理电路16。信号处理电路16设置在天线线圈15的内侧，并与天线线圈15电连接。
信号处理电路16是存放非接触数据通信必需的信号处理电路和信息的封装组件。信号处理电路16可以由单个组件或多个组件构成。
当天线模块10被安装在移动终端装置(未示出)上时，信号处理电路16通过连接至基板14的外部连接线17被连接至移动终端装置(未示出)的主电路板等。移动终端装置的实例包括诸如便携式电话、便携式音乐播放器、PDA(个人数字助理)及其它紧凑型PC(个人计算机)的各种装置。天线模块10不限于安装在移动终端装置上的情况，也可以安装在作为IC卡的卡片上。
磁片18用作天线线圈15的核心。磁片18还通过插入到基板14与作为下部层的金属屏蔽板19之间来提供防止在天线线圈15与金属屏蔽板19之间出现电磁干扰的功能。在磁片18的中心部，形成了用于容纳安装在基板14上的信号处理电路16的开口18a。在磁片18的一侧，在与基板14层压时，形成了用于外部连接配线17的缓解部(relief portion)18b。稍后将详细描述磁片18。
金属屏蔽板19由诸如不锈钢板、铜板及铝板的非磁性材料形成。如将要在稍后所描述的，例如，天线模块10被容纳在移动终端装置机壳中的预定位置处。因此，设置金属屏蔽板19以保护天线线圈15免于与设置在机壳内部主电路板上的金属部(组件、配线)发生电磁干扰。
金属屏蔽板19用于粗略地调节天线模块10的共振频率(在该实例中为13.56MHz)。换句话说，金属屏蔽板19具有防止天线模块10的共振频率在天线模块10被单独使用时与天线模块10被结合至移动终端装置时两者之间产生很大差异的功能。
在图1中，已经将天线模块10的天线线圈15描述为平面型线圈。但是，可以提供如下的天线线圈。
图5示出了作为移动终端装置的便携式电话100的一部分的示意图，该移动终端装置中结合了天线线圈。
便携式电话100包括主体105和显示部(未示出)，该主体中中结合了主电路板102。操作按钮(未示出)等通常设置到主体105上。作为便携式电话100，存在各种类型，诸如其中主体105和显示部可折叠的类型和其中主体105和显示部滑动的类型。还存在主体105和显示部结合成一体的直板类型。
尽管将便携式电话100作为其中结合了天线模块110的装置的例子，但是除此之外，PDA、紧凑型PC、其它电子装置、卡等也可以作为例子。
主体105包括被电连接至电路板102的电池组(battery pack)103，天线线圈115及磁片118设置在电池组103的周围。天线线圈115电连接至安装在电路板102上的IC芯片。天线线圈115和磁片118为包含在用于RFID系统中的天线模块110中的元件。
图6示出了沿图5的A-A线所截取的截面图，该图示出了天线线圈115和磁片118的截面。
天线线圈115在便携式电话100的主体105的厚度方向(图5和图6中所示的Z方向)上绕轴缠绕预定的圈数。通过诸如FPC(柔性印刷电路)和FFC(柔性扁平电缆)的柔性材料107将天线线圈115结合。下文中，通过结合柔性材料107和天线线圈115所形成的元件将被称作天线电缆111。
磁片118被插入在天线电缆111与电池组103之间，并且通过粘合板或粘合剂或者通过其它方法被粘结至天线电缆111。在某些情况下，具有与金属屏蔽板19相同功能的金属片被插入磁片118与电池组103之间。
接下来，将描述在制造磁片18或118的过程中所使用的磁粉的制造方法。图7和图8为用于说明制造方法的示图。
参照图7，对磁性材料的组分材料进行称量(步骤101)。组分材料为包括Fe2O3的铁氧体基磁性材料和至少一种诸如NiO、CuO、ZnO及MnO2的氧化物基磁性材料。
典型地，使用由Fe2O3、NiO、CuO及ZnO所组成的磁性材料。图9是由Fe2O3、NiO、CuO及ZnO组成的磁性材料的组分图。在组分图中，CuO为7.8mol％并且恒定。Ni-Zn-Cu铁氧体材料的μ′和μ″随着NiO组分比的升高而变得更小，并且固有共振频率能够被定位于比天线模块10或110的可用频率(在这个实例中为13.56MHz)更高的频率侧。在这种情况下，关于磁性材料的μ″组分，被称作剩余损耗的共振损耗变为主导。
此处，在可用频率中，能够通过磁片18或118的复磁导率的实部μ′和虚部μ″来表示磁性材料的磁导率μ。具体地，μ＝μ′-i*μ″成立。此外，当通过Q表示损耗系数(loss coefficient)tanδ＝μ″/μ′的逆数(inverse number，倒数)时，μ′*Q被称作性能指标。μ″表示其相位由于不能够跟随外部磁场而延迟90度的组分，并且被称作磁导率的损耗项。
应当注意的是，在图9中所示的组分图中的μ′和μ″为步骤109的煅烧后被测量的片形磁性材料的μ′和μ″，该步骤在稍后要描述的图7的步骤105之后执行，而没有执行步骤106～108。
当天线模块10或110的可用频率为13.56MHz时，被用作磁片18或118的Ni-Zn-Cu铁氧体材料具有如下的组分范围。单位为mol％
Fe2O3  47～49.5
NiO    15～33
ZnO    12～28
例如，CuO的范围为6～12，并且设置在这样的一个范围内，在该范围中可以在约为900℃的相对低温下进行煅烧，并且使颗粒尺寸小而均匀。
这个组分范围为由图9中的椭圆形A1实际包围的范围。
氧化物基磁性材料(例如，Ni-Zn-Cu铁氧体基磁性材料)中的至少一种可以包含0.1wt％～1.0wt％的CoO。因此，可以稳定温度特性，并且能够抑制通信特性相对于环境(天线模块10或110在该环境中使用)的温度变化的波动。可选地，氧化物基磁性材料中的至少一种可以包含Sb2O3。
对至少两种氧化物基磁性材料进行混合(步骤102)、预煅烧(步骤103)、并粉碎(步骤104)。预煅烧的温度为700℃～800℃，典型地为730℃，但不限于此。
被粉碎的磁性材料典型地被分散在有机溶剂中，从而形成浆料(paste)，并且该磁性材料在经受消泡处理后被涂覆在由PET、PTT、PBT或其它材料所形成的膜上(步骤105)。因此，形成了片状磁性材料51。片状磁性材料51的厚度为0.02mm～0.06mm，典型为0.03mm，但不限于此。
通过将片状磁性材料51切割成预定尺寸从而将其粉碎成颗粒来形成磁性颗粒52(步骤106)。在这种情况下，作为切割方法，存在通过冲模打孔(punch-out with a die)或通过切割机切割的方法。切割机的实例包括机械切割机、激光切割机、及使用液压的切割机。
由于在步骤105中磁性材料51被形成为片，所以尽管将每个磁性颗粒52尽管描述为颗粒，但每个磁性颗粒是板状的。其表面形状可以为，例如，圆形、椭圆形、蜂窝形、三角或多角的多边形、或其它不规则形状。预定尺寸为，例如，表面上的最大长度为0.5mm～1.5mm，但不限于这个范围。
在切割后，预煅烧磁性颗粒52(步骤107)。因此，固化具有柔性的磁性颗粒52。此外，通过加热熔化了在上面步骤105中所使用的膜，或者在预煅烧之前剥离该膜。此外，在步骤107中，去除作为粘合剂的有机溶剂等。预煅烧的温度约为650℃～750℃，但不限于这个范围。
对通过预煅烧而被煅烧并固化的磁性颗粒52进行滚磨(barrel)(步骤108)。可以采用干类型滚磨或湿类型滚磨，并且可以使用任意的金属、陶瓷、矿石、液体等作为滚磨介质。可选地，可以采用其它众所周知的研磨方法，而不采用滚磨。通过这样的研磨，磁性颗粒52与其在步骤106中被切割的尺寸相比，其尺寸进一步减小，并且进一步被压平。因此，在使用磁性颗粒53构成磁片18或118的情况下，例如，能够增加包括在磁片18或118中的磁性颗粒52的密度，从而，能够获得高的磁导率。
在滚磨后，对磁性颗粒52进行煅烧(步骤109)。煅烧温度为850℃～950℃，典型地约为900℃，但不限于此。结果，形成了晶体，并且确定了实际的磁导率，从而，完成了磁粉的制备。
如上所述，在该实施例中，通过分裂切割片状磁性材料51并且在之后进行煅烧，减小了磁性颗粒52的尺寸，并且使磁性颗粒52变平。结果，可以防止在粉碎期间磁性材料被损坏而因此降低了磁导率的情况的发生。
此外，由于磁性材料51是在步骤105中被形成为片之后被切割从而粉碎成颗粒的，所以在步骤109的煅烧前，可以减小磁性材料的尺寸，并且能够使磁性材料变平。
接下来，将磁性颗粒53进行分类。例如，根据尺寸(磁性颗粒52表面的最大长度或直径)或厚度来执行分类。例如，使用直径为0.2mm～0.8mm的磁性颗粒53，但不限于此。
例如，图10示出了在煅烧后(或在滚磨后)所获得的圆盘状磁性颗粒53(磁粉)的放大照片。磁性颗粒的直径约为0.3mm。
参照图8，磁性颗粒53在分类(步骤111)后与树脂(例如，丙烯醛基等)和/或橡胶混合并形成浆料。此后，将所得的混合物涂覆到由PET、PTT、PBT等所形成的膜上(步骤112)。结果，形成了片状磁性材料，并且通过热压处理等形成具有与磁片18或118相似形状的磁片(步骤113)。在步骤113中，可以使用激光处理或其它处理方法，而不使用按压处理。可选地，可以采用注入成型(injection molding)、挤压成型等，而不采用步骤112和113的涂覆和按压处理。
此后，将磁片作为天线模块10或110的一部分进行组装(步骤114)。
图11是示出了通过煅烧获得的球形或平面形Ni-Zn-Cu铁氧体基磁性材料的μ′和μ″的频率特性的曲线图。图12示出了该图的原始数据表。此处，Ni-Zn-Cu铁氧体基磁性材料以下面的组分进行实验。单位为mol％。
Fe2O3  48.00
NiO    21.63
ZnO    22.57
CuO    7.8
(+CoO+Sb2O3)
此外，在该实验中，图11的(b)和(d)为其中磁粉的颗粒结构为球形(或块状)的Ni-Zn-Cu铁氧体基磁性材料的μ′和μ″，而(a)和(c)为其中磁粉的颗粒结构为平面形的Ni-Zn-Cu铁氧体基磁性材料的μ′和μ″。另外，球形(或块状)的Ni-Zn-Cu铁氧体基磁性材料的颗粒的直径(最大长度)的中值(median)或平均值约为80μm，而平面形的Ni-Zn-Cu铁氧体基磁性材料的直径为300μm。
从图11和图12中可以看出，在包括作为典型使用频率的13.56MHz的宽的频率范围内，颗粒为平面形的磁性材料比颗粒为球形(或块状)的磁性材料具有更高的μ′值和更高的性能指标(μ′*Q)值。此外，通过实验获得了磁导率μ′值为35或以上、并且μ″值为0.1或以下的结果。
换句话说，根据该实施例，由于能够增大磁片中铁氧体基磁性颗粒的密度，所以能够获得高磁导率。
图13是示出了平面形Ni-Zn-Cu铁氧体基磁性材料的长宽比与磁片的磁导率μ′之间的关系的曲线图，其基本上为正比例关系。长宽比由直径(Do)/厚度(t)来表示。图14是示出了在图13中所示的曲线图的原始数据表。结果，可以得到相对于约为15或以上的长宽比的30或以上的磁导率μ′。
图15是示出了平面形Ni-Zn-Cu铁氧体基磁性材料的磁导率μ′与其通信距离之间的关系的曲线图。假设实际使用IC标签的情况，通信距离期望为90mm或以上或100mm或以上。因此，基于该曲线图，磁导率μ′期望为20或以上、22或以上、或30或以上。例如，当期望30或以上的磁导率μ′时，根据图13的结果，如上所述，长宽比仅需要约为15或以上。
图16是示出了在共振频率(f0)关于Ni-Zn-Cu铁氧体基磁性材料和当前金属基磁性材料而变化的情况下的可通信范围的曲线图。当前金属基磁性材料为Fe-Si-Cr合金磁片，该磁片用于当前便携式电话的IC标签的天线。在该曲线图中，Ni-Zn-Cu铁氧体基磁性材料为厚度是30μm的磁片，而当前金属基磁性材料为厚度是2μm的磁片。可以确定的是，在整个频率范围内Ni-Zn-Cu铁氧体基磁性材料的可通信范围大于当前金属基磁性材料的可通信范围。
本发明的实施例不限于上面的实施例，各种其它的实施例也是可能的。
对于-Zn-Cu铁氧体基磁性材料已经给出关于图9及随后的示图的描述。但是，在Ni-Zn铁氧体基磁性材料、Mn-Zn铁氧体基磁性材料等中能够看到与Ni-Zn-Cu铁氧体基磁性材料相同的趋势。

Claims (8)

1.一种磁粉制造方法，包括：
将包括至少两种类型的氧化物基磁性材料的磁性材料形成为片状；
通过切割形成为片状的磁性材料以使得磁性材料被粉碎成颗粒来形成磁性颗粒；以及
煅烧所述磁性颗粒。
2.根据权利要求1所述的磁粉制造方法，进一步包括以下步骤：
在所述磁性颗粒的形成与所述磁性颗粒的煅烧之间研磨所述磁性颗粒。
3.根据权利要求2所述的磁粉制造方法，
其中，通过滚磨进行所述磁性颗粒的所述研磨。
4.根据权利要求2所述的磁粉制造方法，
其中，所述氧化物基磁性材料为包括Fe2O3的铁氧体基磁性材料，并且包括NiO、CuO、ZnO、MnO2、CoO及Sb2O3中的至少一种。
5.一种磁片制造方法，包括：
将包括至少两种类型的氧化物基磁性材料的磁性材料形成为片状；
通过切割形成为片状的磁性材料以使得磁性材料被粉碎成颗粒来形成磁性颗粒；
煅烧所述磁性颗粒；
将经煅烧的所述磁性颗粒与树脂进行混合；以及
将得到的混合物形成为片。
6.根据权利要求5所述的磁片制造方法，其中，在混合步骤中将经煅烧的所述磁性颗粒与橡胶进行混合。
7.一种天线模块制造方法，包括：
将包括至少两种类型的氧化物基磁性材料的磁性材料形成为片状；
通过切割形成为片状的磁性材料以使得磁性材料被粉碎成颗粒来形成磁性颗粒；
煅烧所述磁性颗粒；
将经煅烧的所述磁性颗粒与树脂进行混合；
将得到的混合物形成为片以形成磁片；
将所述磁片处理成预定形状；以及
将经处理的所述磁片连接至天线线圈部。
8.根据权利要求7所述的天线模块制造方法，其中，在混合步骤中将经煅烧的所述磁性颗粒与橡胶进行混合。
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