DE60024395T2

DE60024395T2 - Verwendung eines Ferritsinterkörpers

Info

Publication number: DE60024395T2
Application number: DE60024395T
Authority: DE
Inventors: Hidenobu Chuo-ku Umeda; Taku Chuo-ku Murase; Isao Chuo-ku Kanada; Tatsuya Chuo-ku Shimazaki
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1999-10-29
Filing date: 2000-09-11
Publication date: 2006-08-03
Anticipated expiration: 2020-09-12
Also published as: EP1095916B1; EP1095916A2; CN1187282C; CN1294098A; TW527334B; US6375862B1; DE60024395D1; KR100436639B1; EP1095916A3; JP2001130954A; KR20010067220A

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Verwendung eines gesinterten Ferritpreßkörpers zum Abschneiden unnötiger Strahlungsstörung mit hoher Frequenz (der hier in einigen Fällen als "gesinterter Ferritpreßkörper zum Absorbieren von Strahlungsstörung hoher Frequenz" bezeichnet werden kann).
Beschreibung des Standes der Technik
Seit kurzem gibt es mit dem raschen Fortschreiten der Informationskommunikationstechnologie oder der Überflutung mit verschiedenen Arten elektronischer Komponenten ein Problem, das eine unnötige elektromagnetische Störung die verschiedenen elektronischen Vorrichtungen nachteilig beeinträchtigt.
Im allgemeinen wird Ferrit für eine EMI (elektromagnetische Interferenz)-Maßnahme zum Abschneiden von unnötigem Strahlungsgeräusch einer Zielfrequenz durch Verwendung eines Impedanzmerkmals verwendet. Die Impedanz des Ferrit wird durch eine Komplexverhältnispermeabilität gebildet, und die Impedanz pro eine Drehung wird durch den folgenden Ausdruck dargestellt. Z = μ''Aω + iμ'Aω (Z: Impedanz, μ': realer Teil der Komplexverhältnispermeabilität, μ'': imaginärer Teil der Komplexverhältnispermeabilität, A: geometrischer Faktor eines magnetischen Körpers, ω: Winkelfrequenz).
Da eine Frequenz eines Grundtaktgebers nicht weniger als 55 MHz und eine Taktgeberfrequenz eines CPU nicht weniger als 450 MHz ist, ist eine hervorzuhebende Frequenzbande, wenn Ferrit für die EMI-Maßnahme verwendet wird, 50 bis 1000 MHz. Daher wird im Ferrit eine hohe Impedanz ab etwa 50 MHz gefordert.
Da das Ferrit des Standes der Technik fähig ist, die unnötige Strahlungsstörung in einer derartig hohen Frequenz auszuschneiden, wurde NiCuZn-Ferrit verwendet.
Das NiCuZn-Ferrit, das das oben beschriebene Merkmal hat, hat allerdings das Problem, daß kein kostengünstiger Ferritpreßkörper bereitgestellt werden kann, da NiO-Material teuer ist. Es gibt die Bewegung, daß MgCuZn-Ferrit oder MnMgCuZn-Ferrit unter Verwendung von Mg(OH)₂, MgO oder MgCO₃, das billiger als das NiO-Material ist, hergestellt wird und das auf diese Weise erhaltene Produkt als der gesinterte Ferritpreßkörper verwendet wird, der fähig ist, unnötiges Strahlungsgeräusch in der hohen Frequenz auszuschneiden. Als Stand der Technik, die einen solchen gesinterten Ferritpreßkörper betrifft, können zum Beispiel die japanische Patentschrift Nr. 2727403 und die japanische Offenlegungsschrift Nr. 324564-1998 genannt werden.
EP 0951024A beschreibt ein Magnesium-Zink-System-Ferrit, das als Radiowellenabsorptionsmittel verwendet wird.
Allerdings kann die Fähigkeit zum Abschneiden der Strahlungsstörung bzw. des Strahlungsgeräuschs nicht zufriedenstellend sein, selbst wenn die gemäß der oben genannten Schrift verwendete Technik, so wie sie ist, angewendet wird, und es wird kein gewünschtes Merkmal zum Erreichen eines Levels, den die Erfinder der vorliegenden Erfindung anstreben, erhalten.
In der in der japanischen Patenschrift Nr. 2747403 und in der japanischen Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Nr. 324564-1998 offenbarten Technik wird zum Beispiel eine Anfangspermeabilität als Referenz für ein Verfahren zur Kontrolle der Impedanz verwendet. Wenn allerdings der MgCuZn-Ferrit oder der MnMgZn-Ferrit, der Mn oder Cu wie in einem Artikel, Journal of Japan Society of Powder and Powder Metallurgy 42 (1995), 22 und einem anderen Artikel, Journal of the Japan Society of Powder and Powder Metallurgy 43 (1996), 1399, beschrieben ersetzt, verwendet wird, kann die Impedanz einer hohen Frequenz nicht notwendigerweise mit der Anfangspermeabilität kontrolliert werden, da ein Relaxationsphänomen, das heißt eine Verringerung der Anfangspermeabilität, die durch Erhöhung in der Frequenz involviert ist, auftritt.
Wie oben beschrieben wurde, wird die Impedanz des Ferrits durch eine Komplexverhältnispermeabilität gebildet und die Komplexverhältnispermeabilität wird im wesentlichen durch den Magnetisierungsspin und die Domänenwandverschiebung beeinflußt. Daher wird davon ausgegangen, daß ein Parameter, der den Magnetisierungsspin und die Domänenwandverschiebung betrifft, gefunden werden muß, der kontrolliert wird, um so die Strahlungsstörung effizient abzuschneiden.
Außerdem hat die Impedanz des Ferrits, wie es oben beschrieben wurde, nicht nur die Komplexverhältnispermeabilität sondern auch den Vorteil einer Magnetkörperform. Es wird davon ausgegangen, daß eine Messung der Komplexverhältnispermeabilität als Materialkonstante, die nicht durch die Form beeinflußt ist, vorteilhaft ist, um einen gesinterten Ferritpreßkörper auf effizientes Abschneiden unnötiger Strahlungsstörung zu beurteilen.
Die vorliegende Erfindung wird unter einer solchen Aktualität gemacht und eine Aufgabe besteht in der Bereitstellung eines gesinterten Ferritpreßkörpers, der eine hohe Impedanz bei einer Frequenz von nicht weniger als 50 MHz durch Auswahl eines billigen Materials haben kann und Strahlungsstörung effizient abschneidet.
Zusammenfassung der Erfindung
Zur Lösung eines solchen Problems betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung eines gesinterten Ferritpreßkörpers auf MgCuZn-Basis, der aus 7,5 bis 23,0 mol-% Magnesiumoxid, 7,0 bis 20,0 mol-% Kupferoxid, 19,0 bis 24,2 mol-% Zinkoxid und 48,5 bis 50,3 mol-% Eisen(III)-oxid besteht, worin der mittlere Teilchendurchmesser des gesinterte Ferritpreßkörpers im Bereich von 1,10 bis 7,3 μm liegt und die Standardabweichung σ der Größenverteilung im Bereich von 0,60 bis 10,0 liegt, zum Abschneiden unnötiger Strahlungsstörung mit hoher Frequenz.
Als bevorzugter Modus ist der gesinterte Ferritpreßkörper gemäß der Erfindung so aufgebaut, daß ein realer Teil μ' der Komplexpermeabilität nicht weniger 85 ist und ein imaginärer Teil μ'' der Komplexpermeabilität nicht mehr als 170 ist, und zwar bei einer Frequenz von 30 MHz und einer Temperatur von 25°C; der reale Teil μ' der Komplexpermeabilität ist nicht kleiner als 45 und der imaginäre Teil μ'' der Komplexpermeabilität ist nicht kleiner als 100 bei einer Frequenz von 50 MHz und einer Temperatur von 25°C; und der reale Teil μ' der Komplexpermeabilität ist nicht kleiner als –1,8 und der imaginäre Teil μ'' der Komplexpermeabilität ist nicht kleiner als 16 bei einer Frequenz von 500 MHz und einer Temperatur von 25°C.
Als anderer bevorzugter Modus ist der gesinterte Ferritpreßkörper gemäß der vorliegenden Erfindung so aufgebaut, daß ein realer Teil μ' der Komplexpermeabilität nicht weniger als 15 ist und ein imaginärer Teil μ'' der Komplexpermeabilität nicht weniger als 71 ist bei einer Frequenz von 100 MHz und einer Temperatur von 25°C; und der reale Teil μ' der Komplexpermeabilität nicht kleiner als –0,3 ist und der imaginäre Teil μ'' der Komplexpermeabilität nicht weniger als 27 ist bei einer Frequenz von 300 MHz und einer Temperatur von 25°C.
Als noch ein anderer bevorzugter Modus ist der gesinterte Ferritpreßkörper gemäß der vorliegenden Erfindung so aufgebaut, daß er bei einer Brenntemperatur von weniger als 1200°C gebrannt wurde.
Detaillierte Beschreibung der vorliegenden Erfindung
Ein gesinterter Ferritpreßkörper gemäß der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend detaillierter beschrieben. Der gesinterte Preßkörper gemäß der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf einen gesinterten Ferritpreßkörper, der fähig ist, unnötige Strahlungsstörung mit hoher Frequenz und insbesondere mit 50 bis 100 MHz abzuschneiden. Mit anderen Worten, sie bezieht sich auf einen gesinterten Ferritpreßkörper, dessen Impedanz plötzlich ab etwa 50 MHz erhöht ist und der im Bereich von 50 bis 1000 MHz eine hohe Impedanz haben kann.
Der in der vorliegenden Erfindung verwendete gesinterte Ferritpreßkörper ist ein gesinterter Ferritpreßkörper auf MgCuZn-Basis, bestehend aus 7,5 bis 23,0 mol-% Magnesiumoxid, 7,0 bis 20,0 mol-% Kupferoxid, 19,0 bis 24,2 mol-% Zinkoxid und 48,5 bis 50,3 mol-% Eisen(III)-oxid als Materialzusammensetzungen. Ein weiter bevorzugter Bereich dieser Zusammensetzungen ist 7,5 bis 17,3 mol-% Magnesiumoxid, 15,0 bis 20,0 mol-% Kupferoxid, 20,0 bis 23,5 mol-% Zinkoxid und 49,2 bis 49,6 mol-% Eisen(III)-oxid.
Im gesinterten Ferritpreßkörper, der in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist die Feinstruktur des gesinterten Preßkörpers wie folgt eingestellt. Das heißt, der mittlere Teilchendurchmesser ist auf 1,10 bis 7,30 μm eingestellt und die Standardabweichung σ der Größenverteilung ist in einem Bereich von 0,60 bis 10,00 eingestellt. Diese Werte können durch das folgende Verfahren erreicht werden. Das heißt, 300 polykristalline Teilchen, die durch ein optisches Mikroskop betrachtet werden, werden als Population herausgenommen und in Werte von Durchmessern, die einem Kreis entsprechen, umgewandelt. Dann werden diese umgewandelten Werte verwendet, um ein Mittel von Durchmessern (mittlerer Durchmesser) bzw. die Standardabweichung σ zu errechnen. Die Standardabweichung σ ist wie folgt definiert:
In dieser Gleichung bezeichnet n die Zahl der Daten, x bezeichnet den Mittelwert der Daten und x_i bezeichnet den i-ten Ordnungswert von x.
In dem in der vorliegenden Erfindung verwendeten gesinterten Ferritkörper auf MgCuZn-Basis können durch Einstellen der Feinstruktur nach dem Brennen und eines Zusammensetzungsbereichs, wie er oben beschrieben wurde, der Magnetisierungsspin- und eine Domänenwandverschiebung kontrolliert werden und es können Frequenzcharakteristika des realen Teils und des imaginären Teils der Komplexverhältnispermeabilität, die durch die vorliegende Erfindung beabsichtigt sind, erhalten werden; dadurch kann eine hohe Impedanz im Bereich von 50 bis 1000 MHz erhalten werden.
Es ist zu betonen, daß die Impedanz des Ferrits durch die Komplexverhältnispermeabilität, wie sie oben beschrieben wurde, gebildet wird und daß die Impedanz pro eine Drehung durch den folgenden Ausdruck dargestellt werden kann: Z = μ''Aω + iμ'Aω
In diesem Ausdruck stellt Z eine Impedanz dar; μ' stellt einen realen Teil einer Komplexverhältnispermeabilität dar; μ'' stellt einen imaginären Teil der Komplexverhältnispermeabilität dar; A stellt einen geometrischen Faktor eines Magnetkörpers dar und ω stellt eine Winkelfrequenz dar.
Im obigen Zusammensetzungsbereich zeigen, wenn die Menge an Zinkoxid vom obigen Einstellungsbereich abweicht, der imaginäre Teil μ'' der Komplexverhältnispermeabilität die Neigung, verringert zu sein und der Curie-Punkt zeigt auch die Neigung, verringert zu sein. Eine Verringerung im Curie-Punkt ist nicht günstig, da dies zur Wärmeerzeugung unter Produktion der charakteristischen Verschlechterung führen kann, welche dann zu dem sogenannten thermischen Runaway führen kann.
Wenn die Menge an Zinkoxid über dem obigen Einstellungsbereich liegt, zeigen der reale Teil μ' der Komplexverhältnispermeabilität und der imaginäre Teil μ'' der Komplexverhältnispermeabilität die Tendenz, verringert zu sein, und auch der Curie-Punkt zeigt die Tendenz, reduziert zu sein.
Wenn die Menge an Eisen(III)-oxid von dem obigen Einstellungsbereich abweicht, zeigen entsprechend der reale Teil μ' der Komplexverhältnispermeabilität und der imaginäre Teil μ'' der Komplexverhältnispermeabilität die Tendenz, verringert zu sein, und auch der Curie-Punkt zeigt die Tendenz, reduziert zu sein.
Es ist auch zu bemerken, daß Magnesiumoxid Verhältnismengen von anderen Komponenten aufrechterhält und eine füllende Rolle spielt.
Wenn der mittlere Teilchendurchmesser im gesinterten Ferritpreßkörper gemäß der vorliegenden Erfindung von dem oben beschriebenen Bereich von 1,10 bis 7,30 μm abweicht oder wenn die Standardabweichung σ der Größenverteilung über den oben genannten Bereich von 0,60 bis 10,00 hinausgeht, können die Zielfrequenzcharakteristika des realen Teils μ' der Komplexverhältnispermeabilität und des imaginären Teils μ'' der Komplexverhältnispermeabilität nicht erhalten werden und daher tritt der Nachteil auf, daß zum Beispiel eine hohe Impedanz im Bereich von 50 bis 100 MHz erhalten werden kann.
Außerdem ist das Impedanzmerkmal, das der gesinterte Ferritpreßkörper gemäß der vorliegenden Erfindung hat, wie es im folgenden beschrieben wird.

(1) Der reale Teil μ' der Komplexpermeabilität ist nicht weniger als 85 und der imaginäre Teil μ'' der Komplexpermeabilität ist nicht mehr als 170 bei einer Frequenz von 30 MHz und einer Temperatur von 25°C. Bei einer Frequenz von 30 MHz muß ein Signal durchgelassen werden und μ'', das eine Verlustkomponente ist, muß daher unterdrückt werden.
(2) Der reale Teil μ' der Komplexpermeabilität ist nicht kleiner als 45 und der imaginäre Teil μ'' der Komplexpermeabilität ist nicht weniger als 100 mit einer Frequenz von 50 MHz und bei einer Temperatur von 25°C. Dieses Merkmal wird für den Zweck der Ermöglichung einer Bereitstellung einer hohen Impedanz im Bereich von 50 bis 1000 MHz und eines Abschneidens von unnötiger Strahlstörung mit der folgenden Anforderung in (3) gegeben.
(3) Der reale Teil μ' der Komplexpermeabilität ist nicht weniger als –1,8 und der imaginäre Teil μ'' der Komplexpermeabilität ist nicht weniger als 16 mit einer Frequenz von 500 MHz und bei einer Temperatur von 25°C. Dieses Merkmal wird zum Zweck der Ermöglichung einer Bereitstellung einer hohen Impedanz in einem Bereich von 50 bis 1000 MHz und einem Abschneiden von unnötiger Strahlungsstörung mit der obigen Anforderung in (2) angegeben.

Wenn die obigen Charakteristika (1) bis (3) gegeben sind, kann die vorliegende Erfindung zufriedenstellenderweise den Vorteil zeigen, aber vorsichtshalber werden die folgenden (4) und (5) als bestätigende Anforderungen angeführt. Es ist zu betonen, daß das von den Erfindern der vorliegenden Erfindung durchgeführte Experiment bestätigt hat, daß die folgenden Anforderungen (4) und (5) notwendigerweise erfüllt sein können, wenn die oben genannten Anforderungen (1) bis (3) erfüllt sind.

(4) Der reale μ' der Komplexpermeabilität ist nicht weniger als 15 und der imaginäre Teil μ'' der Komplexpermeabilität ist nicht weniger 71 bei einer Frequenz von 100 MHz und einer Temperatur von 25°C.
(5) Der reale Teil μ' der Komplexpermeabilität ist nicht weniger als –0,3 und der imaginäre Teil μ'' der Komplexpermeabilität ist nicht weniger als 27 bei einer Frequenz von 300 MHz und einer Temperatur von 25°C.

Um den gesinterten Ferritpreßkörper gemäß der vorliegenden Erfindung herzustellen, ist die Brenntemperatur nicht weniger als 1200°C und das Sintern wird insbesondere bei einer Temperatur von 980 bis 1100°C durchgeführt. Wenn MgCuZn-Ferrit, das im oben beschriebenen Zusammensetzungsbereich liegt, bei einer Temperatur von nicht weniger 1200°C gebrannt wird, können die Zielfrequenzcharakteristika des realen Teils μ' der Komplexverhältnispermeabilität und des imaginären Teils μ'' der Komplexverhältnispermeabilität nicht erhalten werden und es tritt das Problem auf, daß die hohe Impedanz im Bereich von 50 bis 100 MHz nicht bereitgestellt werden kann. Da insbesondere eine Temperatur von nicht weniger von 1200°C den Schmelzpunkt von CuO übersteigt, wird eine flüssige Phase erzeugt, die in einem abnormalen Kornwachstum und in der Produktion einer großen Menge an abgesonderten Substanzen resultiert. Das die Brenntemperatur zunimmt, kann außerdem leicht eine Absonderung von Mg als nicht-magnetischer Phase erzeugt werden, das mit hoher Geschwindigkeit diffundiert. Wenn daher der Zusammensetzungsbereich nicht im Bereich dieser Anmeldung liegt, kann die oben beschriebene Feinstruktur der vorliegenden Erfindung nicht erzielt werden und der Magnetisierungsspin und die Domänenwandverschiebung können nicht kontrolliert werden.
Die vorliegende Erfindung wird nun nachfolgend in Verbindung mit einer spezifischen Ausführungsform im Detail beschrieben.
Wie in Tabelle 1 angegeben ist, wurden vorbestimmte Mengen an MgO, CuO, ZnO und Fe₂O₃ nach Compoundieren durch eine Stahlkugelmühle für etwa 15 Stunden naßvermischt. Das vermischte Pulver wurde außerdem für 2 Stunden bei 900°C calciniert und dann für 15 Stunden durch die Stahlkugelmühle naßvermahlen. 10 Gew.-% Polyvinylalkohol-Lösung wurde zu dem erhaltenen Ferritpulver, das zu granulieren war, gegeben und dieses Gemisch wurde zu einer zylindrischen Form mit einem Außendurchmesser von 15 mm, einem Innendurchmesser von 7 mm und einer Höhe von 18 mm durch einen Druck von 1 t/cm² geformt. Der so geformte Preßkörper wurde für 3 Stunden bei der in Tabelle 1 angegebenen Brenntemperatur in der Atmosphäre gebrannt, um verschiedene gesinterte Ferritpreßproben herzustellen.
Für jede erhaltene Probe wurden (1) ein Wert des realen Teils μ' und ein Wert des imaginären Teils μ'' der Komplexverhältnispermeabilität bei jeder der Frequenzen 30 MHz, 50 MHz, 100 MHz, 300 MHz und 500 MHz, (2) ein mittlerer kristalliner Teilchendurchmesser, (3) eine Standardabweichung σ der Größenverteilung und (4) ein Curie-Punkt erhalten.
Die Resultate sind in Tabelle 1 gezeigt.
Im übrigen wurde bestätigt, daß ein Impedanzwert, der nahezu gleich dem eines gesinterten Zielferritpreßkörpers auf NiCuZn-Basis ist, aus dem erfindungsgemäßen gesinterten Ferritpreßkörper, wie er oben beschrieben wurde, erhalten werden kann. Das heißt, im Ferrit auf MgCuZn-Basis gemäß der vorliegenden Erfindung, der 7,5 bis 17,3 mol-% MgO, 15,0 bis 20,0 mol-% CuO, 20,0 bis 23,5 mol-% ZnO und 49,2 bis 49,6 mol-% Fe₂O₃ enthält, wurden die jeweiligen Impedanzwerte von 92,0 bis 93,5 Ω (30 MHz), 108,6 bis 124,7 Ω (50 MHz), 133,5 bis 151,1 Ω (100 MHz), 153,6 bis 181,3 Ω (300 MHz), 156,6 bis 188,6 Ω (500 MHz) erhalten. Die entsprechenden Impedanzwerte sind auf demselben Level wie werte von 101,6 Ω (30 MHz), 124,4 Ω (50 MHz), 150,6 Ω (100 MHz), 158,3 Ω (300 MHz) und 165,6 Ω (500 MHz) bei dem gesinterten Zielferritpreßkörper auf NiCuZn-Basis.
Die Vorzüge der vorliegenden Erfindung werden aus den oben beschriebenen Resultaten klar. Das heißt, die vorliegende Erfindung kann einen gesinterten Ferritpreßkörper auf MgCuZn-Basis bereitstellen, bestehend aus 7,5 bis 23,0 mol-% Magnesiumoxid, 7,0 bis 20,0 mol-% Kupferoxid, 19,0 bis 24,2 mol-% Zinkoxid und 48,5 bis 50,3 mol-% Eisen(III)-oxid; der gemittelte Teilchendurchmesser des gesinterten Ferritpreßkörpers liegt im Bereich von 1,10 bis 7,30 μm, während die Standardabweichung σ der Größenverteilung im Bereich von 0,60 bis 10,00 liegt, was in dem gesinterten Ferritpreßkörper resultiert, der eine hohe Impedanz bei einer Frequenz von nicht weniger als 30 MHz hat, der zum effizienten Abschneiden von Strahlungsstörung verwendet wird, wobei billige Materialien ausgewählt werden.

Claims

Verwendung eines MgCuZn enthaltenden, gesinterten Ferritpresskörpers, worin der gesinterte Ferritpresskörper aus 7,5 bis 23,0 mol-% Magnesiumoxid, 7,0 bis 20,0 mol-% Kupferoxid, 19,0 bis 24,2 mol-% Zinkoxid und 48,5 bis 50,3 mol-% Eisen(III)oxid besteht, worin der mittlere Teilchendurchmesser des gesinterten Ferritpresskörpers im Bereich von 1,10 bis 7,30 μm liegt und die Standardabweichung σ der Grössenverteilung davon in einem Bereich von 0,60 bis 10,00 liegt und die Standardabweichung σ wie folgt definiert ist:
worin n die Zahl der Daten bezeichnet, x den Mittelwert der Daten bezeichnet und x_i den i-ten Ordnungswert von x bezeichnet, zum Abschneiden unnötiger Strahlungsstörung mit hoher Frequenz.
Verwendung gemäss Anspruch 1, worin der gesinterte Ferritpresskörper bei einer Brenntemperatur von weniger als 1.200°C gebrannt wurde.