CN1163924C - 复合导磁体、复合导磁板及其制造方法 - Google Patents

复合导磁体、复合导磁板及其制造方法 Download PDF

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Abstract

在一种制造复合导磁体的方法中，内部应变已被消除的扁平软磁粉和由溶解在一种溶剂之中的粘合剂组成的浆状磁涂料通过压模涂覆、影印涂覆或反向涂覆而被形成在一个平板中，该粘合剂含有一种氯乙烯树脂，其玻璃化转变温度不低于50℃。

Description

复合导磁体、复合导磁板及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种用于防止从电子设备中泄漏出不需要的电磁波、或者用于在内部电路与因外部电磁波而造成的误操作影响之间产生阻碍的电磁干扰抑制装置。具体来说，本发明涉及一种由复合导磁体形成的电磁干扰抑制装置，该复合导磁体由其中扩散有软磁粉末的有机粘合剂组成。
发明背景
近年来，对被涉及用来解决电子设备中电磁环境问题的测量的重要性认识正在逐渐加深。这种认识的加深是建立在这样的一个背景下的，即多种电子设备提供了密集程度比以往更高的电路，而且由半导体器件或类似物构成的主动和被动元件所辐射出的介电噪声也越发的拥挤。这是因为电子设备(如数字电子设备等)的目标是能够满足现有技术背景中加快电路信号处理速度、更高的频率、更高的多功能性能、缩小的尺寸以及更低的产品构型的需求。
结果是，其经常使设备的正常操作受到干扰。其原因在于由静电耦合和电磁耦合而造成线路与线路之间耦合的增加以及受到辐射噪声的干扰。在一些情况下，噪声还有可能影响其它的外部设备。
作为对抗由具有更高处理速度、更先进的功能以及更高密度的电子器件所造成的噪声的措施，具体来说，作为用于对抗在准微波带中所产生的噪声的措施，可以采用低通滤波器、屏蔽罩以及类似装置。但是，对元件的防护需要在电子器件中有安装空间并且需要在设计阶段中就考虑减小元件尺寸以及造型。因此，这种对元件的防护并不适用于紧急测量。另外，电感元件只对磁导率μ’的实数部分有贡献，而其在当前准微波带中的电感却不充分。还有，在进行无意地屏蔽的情况下，还有可能引入二级电磁耦合。
为了解决这些问题，人们已经提出了使用上述复合导磁板来抑制电磁干扰以作为一种对抗准微波带中噪声的措施。例如，在日本未决专利公开No.Hei 7-212079和日本未决专利公开No.Hei 7-183911中就提出了多种采用能够抑制电磁干扰的复合导磁板的方案。
上述复合导磁板对应于准微波带，并且能够减少辐射噪声的穿透性以及二级电磁耦合，因而可以作为在广谱上具有高磁导率的实数部分μ’以及高磁导率的虚数部分μ”的波吸收器。因此，它可以减轻抗噪声措施和产品开发的负担，并能消除在实现缩减尺寸及电路高密度时的障碍。
另外，在市场上，对类似于上述复合导磁体一样易于使用且能够与改进型元件相兼容的采取抗噪声措施的元件的需求很大。采取抗噪声措施的元件最好具有能够产生元件响应的频带，即，准微波带中的低频部分(在10～100MHz之间)。另外，在实现减小电子设备尺寸的情况下，需要使用复合导磁板以具有与上述准微波带相对应的较低造型(profiling)。
上述用于准微波带的复合导磁板可以随着频率的降低而提供更低的磁导率。因此，在结构中提供低造型就受到了限制，并且对电磁干扰的抑制效果也会减低，从μ”的提升频率上就可看清楚这一点。作为另一种可在小型电子设备(如移动通信设备等)中使用的抗噪声措施，可以采用安装铁氧体或橡胶铁氧体的方法。但是，在大部分情况下，由于可能出现断裂或者存在难以放置的问题，所以都不能安装铁氧体。另一方面，即使保留了安装空间，断裂可能性较小的橡胶铁氧体也不能充分地抑制噪声。
如线圈、滤波器等的元件可在约10～100MHz的频率的较低侧和较高侧的频率中得到使用。但是，当前还未发现能够易于在上述频带中使用的抗噪声措施。即使找到了与这样一种抗噪声措施相对应的元件，改变衬底设计或类似原因也需要大量的财力和人力。
为了解决这些问题，有必要提供一种可在较低频率(约10～100MHz)中采用、并且即使在低造型情况下也能够表现出电磁干扰抑制效果的复合导磁板。
为了提供这样一种复合导磁板，提高磁导率μ’和μ”并降低谐振频率是必不可少的。为了响应这些需求，例如，在日本未决专利公开No.Hei 10-168273中提出了这样一种解决方案，即，它对抑制效果在FM波段(约10～100MHz)之中的复合导磁板做出了改进，并将其调整为具有较低的造型。对电磁干扰抑制效果的改进以及在结构上的更低的造型已经通过利用在上述日本未决专利公开中所揭示的技术而得以实现。
此处，只对用于形成上述复合导磁体的方法中的一个例子进行说明。作为形成上述准微波带复合导磁板的方法，它经过了一个湿处理过程和一个干处理过程，在湿处理过程中，由扁平软磁粉、粘合剂以及用来溶解粘合剂的溶剂构成的经混合和搅拌的浆状混合物利用医生的手术刀或类似东西而形成在薄膜之上，在干处理过程中，扁平软磁粉和粘合剂的混合物受到搅拌机等的搅拌，并通过辊子等而得以形成。
另外，在上述日本未决专利公开No.Hei 10-168273所揭示的用于制造复合导磁体的方法中，内部应力-应变已被消除的扁平软磁粉通过湿处理过程而被形成为板状以防止扁平软磁粉在形成过程中出现应变，并且在板表面的竖直方向上加有压力，从而实现了较高的密度。因此，它就可以提高FM频带中的电磁干扰抑制效果并能相应地降低造型。
尽管通过利用日本未决专利公开No.Hei-168273中所揭示的方法可以使10～100MHz附近频率的噪声抑制效果得到提高并可使结构的造型得到降低，从而可以获得其中保留有电磁干扰抑制效果的复合导磁体。但是，利用上述方法而获得的复合导磁体，其阻燃性能较差。
另外，仅靠涂覆是不能充分获得导磁性能的，而且在扁平软磁粉受到压力以通过增加填充因子而获得高磁导率的情况下，扁平软磁粉会最终得到应力并且获得所需的性能将非常困难。
还有，在日本未决专利公开No.Hei-168273中所揭示的复合导磁板，其厚度超过0.3mm，因而柔韧性较差，而且在涂覆过程中，随着厚度的减小，其机械强度也越低，这样就使后处理过程中的控制变得十分困难。
另外，在上述复合导磁板中会出现因水汽进入内部而造成的长期变化现象，具体来说，人们发现了密度降低的情况，而且无论其厚度是多少，都需要在它的表面上涂抹粘合剂以增加抗高温和高湿度的能力。
另外，根据上述干处理过程，内部应变得到消除的扁平软磁粉再次产生了应变。因此就很难获取所需的特性。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种用于电磁干扰抑制装置的复合导磁体以及一种制造该复合导磁体的方法，在此复合导磁体中，强度和电磁干扰抑制效果得到了保留，并且通过高密度地填充内部应变已被消除的扁平软磁粉，就可在此复合导磁体中得到足够的阻燃能力和机械强度。
通过以下的文字说明，本发明的其它目的将变得更加清晰易懂。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于制造复合导磁体的方法，在这种复合导磁体中，内部应变已被消除的扁平软磁粉和粘合剂被混合并搅拌以获得混合物，该混合物通过从由辊子模制、注入模制以及拉伸模制组成的组中所选取的压模装置制成平板，其中，粘合剂是氯化聚乙烯与玻璃化转变温度不低于50℃的氯乙烯树脂的混合物。
粘合剂是氯化聚乙烯与玻璃化转变温度不低于50℃的氯乙烯树脂的混合物。
氯乙烯单体在氯乙烯树脂中的含量为75～90mol％。
氯化聚乙烯和氯乙烯树脂混合的重量比为4∶1至1∶4。
扁平软磁粉可沿复合导磁板的平面方向排列和布置，并且可通过利用从由轧缩辊设备、压延辊设备及压力设备组成的组中所选取的一个设备来对复合导磁板进行辊压处理，从而提高扁平软磁粉的容积密度。
轧缩辊设备和压延辊设备可配备一个辊子，它由橡胶强度不小于90的橡胶或聚合物材料制成。
利用上述方法就可制造出一种复合导磁体或复合导磁板。
根据本发明的另一个方面，还提供了一种用于制造复合导磁体的方法，在这种复合导磁体中，内部应变已被消除的扁平软磁粉和由溶解在一种溶剂之中的粘合剂组成的浆状磁涂料通过从由压模涂覆、影印涂覆和反向涂覆组成的组中所选取的涂覆装置而形成在一个平板中，其中，粘合剂是氯化聚乙烯与玻璃化转变温度不低于50℃的氯乙烯树脂的混合物。
粘合剂是氯化聚乙烯与玻璃化转变温度不低于50℃的氯乙烯树脂的混合物。
氯乙烯单体在氯乙烯树脂中的含量为75～90mol％。
氯化聚乙烯和氯乙烯树脂混合的重量比为4∶1至1∶4。
扁平软磁粉可沿复合导磁板的平面方向排列和布置，并且可通过利用从由轧缩辊设备、压延辊设备及压力设备组成的组中所选取的一个设备来对复合导磁板进行辊压处理，从而提高扁平软磁粉的容积密度。
轧缩辊设备和压延辊设备可配备一个辊子，它由橡胶强度不小于90的橡胶或聚合物材料制成。
利用上述方法就可制造出一种复合导磁体或复合导磁板。
可通过对球状或不规则形状的原料粉进行机械研磨而得到本发明中所使用的扁平软磁粉。在研磨过程中，扁平软磁粉中会产生应变，从而破坏粉末的特性。但是，通过退火处理就可消除上述应变。所以有必要执行退火处理以获得具有所需特性的扁平软磁粉。退火处理的条件由适当的软磁粉材料来决定。
如上所述，在将扁平软磁粉和粘合剂的混合物形成于一平板之中时需要有干处理过程和湿处理过程。其中，湿处理过程更适合于减少施加在扁平软磁粉之上的外力负荷。在本发明中，可通过利用压模涂覆、影印涂覆或反向涂覆来形成薄膜，从而获得软磁粉的平面方向被排列在平板的平面方向上的复合导磁体。
在本发明中，玻璃化转变温度为50℃或更高的氯乙烯树脂被用作粘合剂。因此，粘合剂在室温下的强度得到了提高。这样在工作过程中对复合导磁体进行控制就变得更加容易。
使用氯乙烯树脂可以提高粘合剂中氯的含量。因此，阻燃性能就得到了增强。另外，复合导磁体的抗高温和高湿度的特性也可得到提高，这是因为氯化聚乙烯比普通聚乙烯具有更低的水蒸气透过率。
在本发明中，为了能够充分表现出上述效果，氯乙烯单体在氯乙烯树脂中的最佳含量值为75～90mol％，并且氯化聚乙烯和氯乙烯树脂混合的重量比为4∶1～1∶4。
为了获得具有高磁导率的复合导磁体，最有效的办法就是增加复合导磁体的密度。高密度可通过当形成薄膜并清除溶剂之后在平板上采用辊压处理而得以实现。因此，在根据本发明所述的用于制造复合导磁板的方法中，复合导磁板的表面通过辊子设备利用压力或辊子而受到竖直按压。这种按压所生成的一个附加效果就是提高了扁平软磁粉的定向程度。
在上述过程期间，如果按压工作被无意中施加在复合导磁体上，则扁平软磁粉中会再次产生应变。因此，本发明中所使用的辊子设备配备了一个由橡胶强度不小于90的橡胶组成的、或是由聚合物材料组成的辊子。
附图说明
图1显示了对根据本发明一个优选实施例的复合导磁体的相对磁导率的估计结果；
图2的示意图显示了根据本发明优选实施例的在辊压过程中使用的一个双轴轧缩辊；
图3的示意图显示了在辊压过程中所使用的双轴轧缩辊，在此过程中，双轴轧缩辊被压焊并产生变形；
图4的示意图显示了一种用于对根据本发明优选实施例的复合导磁体的电磁干扰抑制效果进行评价的设备。
具体实施方式
以下将参考图1至图4对根据本发明一个优选实施例所述的复合导磁体和复合导磁板及其制造方法进行说明。
首先，制备一种平均直径为35μm、纵横比不小于5的Fe-Al-Si合金粉末以作为扁平软磁粉。该扁平软磁粉在650℃的环境中经过两个小时的热处理，目的是消除其中的应变。
85％重量比的扁平软磁粉、14％重量比的粘合剂(由氯化聚乙烯和氯乙烯树脂以重量比4∶1混合而成)、1％重量比的钛酸耦合剂、以及200％的重量比作为溶剂的甲苯被分别称量出来。
通过将上述全部原料放入一个混合器并进行搅拌，就可使扁平软磁粉得到耦合溶剂的表面处理。另外，粘合剂也溶解入溶剂之中。由此就可得到用于形成复合导磁体的原料浆。在本发明的这个实施例中，粘合剂被溶解进待与其它材料混合的溶剂中，这样就不会给扁平软磁粉增加应变。
顺便说一下，本实施例中所使用的氯乙烯树脂，其氯乙烯单体的含量的重量百分比为75～90％，而且其玻璃化转变温度不低于50℃。氯乙烯树脂的贡献不仅在于它提高了复合导磁体的阻燃能力，而且它还提高了辊压成型的可操作性。
接下来，上述原料浆通过压模涂覆而形成在一个薄膜之中，该薄膜具有一个平坦的表面，扁平软磁粉就被排列在该平表面方向上，这样复合导磁板就被制作完成。按照上述操作方法产生的复合导磁板，其厚度约为0.08mm。在进行清除溶剂的过程之前，磁场方向可指向排列扁平软磁粉的方向并且有很大的延伸。当然，也可采用影印涂覆或反向涂覆的涂覆方法。
另外，上述粘合剂的构成是根据复合导磁体的柔韧性而决定的。但是，当复合导磁体可以更加坚硬时，氯化聚乙烯和氯乙烯树脂的质量混合比可以为1∶4。通过在1∶4和4∶1的比例之间进行调整，就可获得具有任意机械强度和柔韧性的复合导磁体。因此，产品的结构可以各种各样。例如，当要制造一个厚度不超过0.1mm的很薄的复合导磁体时，考虑到后面处理的可操作性，最好混合入更多量的氯乙烯树脂。
除此之外，如果氯化聚乙烯与氯乙烯树脂的混合比例超出了上述范围，则会出现不需要的效果。即，当氯乙烯树脂太多时，柔韧性就变得较差。另一方面，当氯化聚乙烯太多时，不仅是复合导磁体的机械强度变差，而且其阻燃能力也变小。
然后，上述复合导磁板通过利用图2所示的双轴轧缩辊受到辊压处理。辊压处理的执行是在这样的条件下进行的，即，辊子间距被确定为基本为0，而且温度保持在50℃。在图2所示辊子中的金属辊子23的表面四周形成有一个层22，它由橡胶硬度不小于90的橡胶或聚合物材料构成。此处所提到的橡胶硬度是一个国际橡胶硬度值，它是利用标准为JIS，K6253的橡胶硬度测试方法而测得的。
图3显示出图2所示的由橡胶或聚合物材料构成的层22受到了压焊。因为该部分是弹性形变，而形变会形成图3中所示的特定扩展区域的接触部分31。因此，在该部分中受到辊压的复合导磁板将得到均匀的辊压，而不会在局部产生高的压力。所以，应变就不会被加到扁平软磁粉上。
因此，就可以在不使磁共振频率fr移动至高频侧并且不减少相对磁导率μ’和μ”的情况下使复合导磁板得到辊压。通过辊压处理，复合导磁板的密度将变成经受辊压之前的1.5倍。
图1中显示出了对复合导磁板的相对磁导率特性的测量结果。在图1中，参考序号11和12分别代表了在上述复合导磁板经辊压之后的磁导率μ’和μ”。另一方面，参考序号13和14则分别代表了在上述复合导磁板经辊压之前的磁导率μ’和μ”。另外，参考序号15和16分别代表了利用干处理过程制作出来的复合导磁板的磁导率μ’和μ”。参考序号15和16在说明中起到了比较的作用。
从图1可以明显看出，在根据本发明的这个实施例所述的复合导磁板中，因辊压处理而使相对磁导率得到提高的特性得到了确认。另一方面，在通过干处理过程制造出来的复合导磁板中，磁导率特性的降低也得到了确认，这是因为扁平软磁粉加上了应变的缘故。
另外，尽管此处所做的说明是针对具有双轴辊子的辊压设备进行的，但是，也可采用压延辊设备或压力设备以作为辊压设备。在这种情况下，有必要在上述压延辊设备所配备的辊子中形成一个由橡胶(其橡胶强度不小于90)或聚合物材料构成的层。与使用其中含有辊子的辊压设备的情况相比较，可以通过利用压力设备将大量的平板堆叠起来以制造出加厚的复合导磁板。
接下来，参考图4，对照利用干处理过程制造出来的复合导磁板的电磁干扰抑制效果，说明对根据本发明这个实施例的复合导磁板的电磁干扰抑制效果。图4显示出了用于估计电磁干扰抑制效果的设备的草图。该测量设备含有一个用作电磁场波源42的振荡器，电磁强度测量设备(波谱分析仪)43，用于辐射电磁波的微型环路天线44，以及用于接收电磁波的微型环路天线45。天线44和45的直径都不长于2mm。其中，根据本实施例所述的复合导磁板41被放置在两个微型环路天线之间。对投射衰减测量是以没有复合导磁板的情况为参考的。在这些情况下所使用的复合导磁板，其厚度分别为0.3mm和0.5mm。测量结果如下表所示。
    频率     50MHz     200MHz
    本实施例(厚度为0.5mm) -17dB -13dB
    本实施例(厚度为0.3mm) -12dB -9dB
    通过干处理过程(厚度为0.5mm) -10dB -8dB
如上表所示，从本实施例所述厚度为0.3mm的复合导磁板中获得的电磁干扰抑制效果几乎与利用干处理过程制造出来的厚度为0.5mm的复合导磁板所产生的效果值相同。
此处，说明仅针对利用被称为湿处理的过程制造出来的复合导磁体。但是，与利用湿处理过程制造出来的复合导磁体相类似，也可在利用干处理过程所制造出来的复合导磁体中获得足够的阻燃性和机械强度。尽管通过利用本发明所述的辊压方法可以提高相对磁导率特性。但是，其辊压前后的相对磁导率特性在数值上都低于通过湿处理过程制造出来的复合导磁体的磁导率特性。
按照以上的详细说明，本发明获得了一种其中大量填充了消除应力的扁平软磁粉的复合导磁体，而且在制造过程中还不会使扁平软磁粉再次加上应变。因此，就可以实现复合导磁体的较低造型。另外，它还提高了复合导磁体在10MHz～100MHz频带附近的电磁干扰抑制效果。
还有，根据本发明的复合导磁体具有阻燃特性和高机械强度。因此，就无需在根据本发明所述的复合导磁体的表面上涂覆加固剂。即使厚度很小的复合导磁体也可容易地进行处理。

Claims (12)

1.一种用于制造复合导磁体的方法，在这种复合导磁体中，内部应变已被消除的扁平软磁粉和粘合剂被混合并搅拌以获得一个混合物，所述混合物通过从由辊子模具、注入模具以及拉伸模具组成的组中所选取的压模装置而被形成在平板中，该方法的特征在于，上述粘合剂是氯化聚乙烯与玻璃化转变温度不低于50℃的氯乙烯树脂的混合物。
2.如权利要求1所述的复合导磁体的制造方法，其中，氯乙烯单体在上述氯乙烯树脂中的含量为75～90mol％。
3.如权利要求2所述的复合导磁体的制造方法，其中，上述氯化聚乙烯和上述氯乙烯树脂的混合质量比为4∶1至1∶4。
4.如权利要求3所述的复合导磁体的制造方法，其中，上述扁平软磁粉被沿着复合导磁板的平面方向排列和布置，并且通过利用从由轧缩辊设备、压延辊设备及压力设备组成的组中所选取的一个设备来对上述复合导磁板进行辊压处理，使得扁平软磁粉的容积密度得到了提高。
5.如权利要求4所述的复合导磁体的制造方法，其中，上述轧缩辊设备或压延辊设备配备的辊子中形成由橡胶强度不小于90的橡胶或聚合物材料构成的层。
6.一种用于制造复合导磁体的方法，在这种复合导磁体中，内部应变已被消除的扁平软磁粉和由溶解在一种溶剂之中的粘合剂组成的浆状磁涂料通过从由压模涂覆、影印涂覆和反向涂覆组成的组中所选取的涂覆装置而被形成在平板中，该方法的特征在于，上述粘合剂是氯化聚乙烯与玻璃化转变温度不低于50℃的氯乙烯树脂的混合物。
7.如权利要求6所述的复合导磁体的制造方法，其中，氯乙烯单体在上述氯乙烯树脂中的含量为75～90mol％。
8.如权利要求7所述的复合导磁体的制造方法，其中，上述氯化聚乙烯和上述氯乙烯树脂的混合质量比为4∶1至1∶4。
9.如权利要求8所述的复合导磁体的制造方法，其中，上述扁平软磁粉沿着复合导磁板的平面方向排列和布置，并且通过利用从由轧缩辊设备、压延辊设备及压力设备组成的组中所选取的一个设备来对上述复合导磁板进行辊压处理，使得扁平软磁粉的容积密度得到了提高。
10.如权利要求9所述的复合导磁体的制造方法，其中，上述轧缩辊设备和压延辊设备配备的辊子中形成由橡胶强度不小于90的橡胶或聚合物材料构成的层。
11.一种复合导磁体，其特征在于是一种由内部应变已被消除的扁平软磁粉和粘合剂形成的混合物，其中，所述粘合剂是氯化聚乙烯与玻璃化转变温度不低于50℃的氯乙烯树脂的混合物。
12.如权利要求11的所述复合导磁体，其中，所述复合导磁体为复合导磁板。
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