JP2004040053A

JP2004040053A - 磁性体複合材料及び高周波フェライト材料の製造方法

Info

Publication number: JP2004040053A
Application number: JP2002198859A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Naoe; 直江　正幸
Original assignee: Koa Corp
Current assignee: Koa Corp
Priority date: 2002-07-08
Filing date: 2002-07-08
Publication date: 2004-02-05

Abstract

【目的】六方晶系フェライトのもつＧＨｚ周波数領域での優れた磁気特性を利用するとともに、９５０度Ｃ以下の低い温度で焼結でき、Ａｇ内部導体と同時焼成出来る磁性体複合材料を提供するにある。
【構成】Ｓ１からＳ４で作製したＢａ_２Ｃｏ_２Ｆｅ_１２Ｏ_２２で表される組成のＹ型六方晶系フェライト粉体ｘ（ｗｔ％）（７０≦ｘ≦９０）と、Ｓ１１からＳ１４で作製したＮｉＣｕＺｎ系スピネル型フェライト粉体ｙ（ｗｔ％）（１０≦ｙ≦３０）の混合粉体１００重量部に、焼結助剤としてＢｉ_２Ｏ_３をｚ重量部（３≦ｚ≦７）加えて（Ｓ２１）粉砕し（Ｓ２２）し、これを乾燥させて（Ｓ２３）、成形し（Ｓ２４）、その後９００〜９５０度Ｃの範囲の温度で焼結して（Ｓ２５）高周波フェライトを作る。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁性体複合材料及び高周波フェライト材料の製造方法に関し、例えばＧＨｚ（ギガヘルツ）周波数領域での優れた磁気特性を示す低温焼結型高周波フェライト材料に用いるのに適した磁性体複合材料及び高周波フェライト材料の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年のデジタル機器の高速・高周波化に伴い、素子の実装密度が上がり、素子間の相互干渉やノイズ輻射が機器の動作に悪影響を及ぼす虞が出てきた。これらの問題は使用する信号の高調波であり、この高調波を抑制することによりノイズの発生を抑える必要があった。特に最近の動作の高速化に伴い、マイクロコンピュータの動作クロック周波数も数百ＭＨｚに達しており、この動作クロック信号の高調波はＧＨｚ周波数帯域となっており、ＧＨｚ周波数帯域でのノイズ対策が求められてきている。
【０００３】
また携帯電話などではＧＨｚ周波数帯域の信号を使用しており、ＧＨｚ周波数帯域のノイズを除去する必要性がますます高まってきている。
【０００４】
従来は、このノイズ対策部品として銀（Ａｇ）内部導体と同時焼成できる低温焼結ＮｉＣｕＺｎフェライトを使用した積層型チップ部品が用いられていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このＮｉＣｕＺｎフェライトは、スヌーク（Ｓｎｏｅｋ）の限界で示される制約により周波数が約３００ＭＨｚ以上で透磁率（μ）が急激に低下する。このため、ＧＨｚ周波数帯域では磁気特性が得られないため、ＧＨｚ周波数帯域でのノイズ対策として用いることができなかった。
【０００６】
一方、六方晶フエライトはスヌークの限界を超える高周波フェライト材料として知られているが、焼結させるには通常１１００度Ｃ以上の温度が必要とされるため、積層技術に必要なＡｇ内部導体との同時焼成は不可能であり低コスト化が不可能であった。
【０００７】
これらの点を解決するために特開２００１−２６０６１５号に記載された発明は、Ｚ型六方晶系フェライトを用いて高周波フェライト材料を作製していた。しかし、Ｚ型六方晶系フェライトは１０００度Ｃ〜１３００度Ｃといった高い温度で仮焼成しなければならず、仮焼に多くの電力を必要とするなどコストが高いものであった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は上述した課題を解決することを目的としてなされたもので、六方晶系フェライトのもつＧＨｚ周波数領域での優れた磁気特性を利用するとともに、９５０度Ｃ以下の低い温度で焼結でき、銀Ａｇ内部導体と同時焼成出来る磁性体複合材料を提供することを目的とする。かかる目的を達成する一手段として例えば以下の構成を備える。
【０００９】
即ち、一般式Ｂａ_２Ｃｏ_２Ｆｅ_１２Ｏ_２２で表される組成のＹ型六方晶系フェライト粉体と、ＮｉＣｕＺｎ系スピネル型フェライト粉体との混合粉体に、Ｂｉ_２Ｏ_３を加えてなることを特徴とする磁性体複合材料とする。
【００１０】
そして例えば、Ｙ型六方晶系フェライト粉体をｘ（ｗｔ％）（７０≦ｘ≦９０）、ＮｉＣｕＺｎ系スピネル型フェライト粉体をｙ（ｗｔ％）（１０≦ｙ≦３０）とする混合粉体１００重量部に、Ｂｉ_２Ｏ_３をｚ重量部（３≦ｚ≦７）加えてなることを特徴とする。
【００１１】
また例えば、前記Ｙ型六方晶系フェライト粉体は、Ｆｅ_２Ｏ_３とＢａＣＯ_３とＣｏ_３Ｏ_４とを秤量して粉砕、乾燥させた後焼成するものであることを特徴とする。
【００１２】
さらに例えば、前記ＮｉＣｕＺｎ系スピネル型フェライト粉体は、Ｆｅ_２Ｏ_３が３５〜４８ｍｏｌ（モル）％、ＮｉＯが７〜４４ｍｏｌ％、ＣｕＯが５〜４４ｍｏｌ％、ＺｎＯが１〜４ｍｏｌ％とになるように秤量して粉砕、乾燥させた後焼成するものであることを特徴とする。
【００１３】
そして、以上のいずれかの磁性体複合材料を造粒して成形し、その後焼成してトロイダルコア型に成形して高周波フェライトとすることを特徴とする。
【００１４】
又は、Ｆｅ_２Ｏ_３とＢａＣＯ_３とＣｏ_３Ｏ_４とをＢａ_２Ｃｏ_２Ｆｅ_１２Ｏ_２２の組成になるように秤量する第１の秤量工程と、秤量した材料を混合粉砕する第１の混合工程と、前記第１の混合工程で混合した材料を整粒して仮焼する第１の仮焼工程とによりＹ型六方晶系フェライト粉体を完成させ、Ｆｅ_２Ｏ_３が３５〜４８ｍｏｌ（モル）％、ＮｉＯが７〜４４ｍｏｌ％、ＣｕＯが５〜４４ｍｏｌ％、ＺｎＯが１〜４ｍｏｌ％とになるように秤量する第２の秤量工程と、秤量した材料を混合粉砕する第２の混合工程と、前記第２の混合工程で混合した材料を整粒して仮焼する第２の仮焼工程とによりＮｉＣｕＺｎフェライト粉体を完成させ、前記完成させたＹ型六方晶系フェライト粉体とＮｉＣｕＺｎフェライト粉体とＢｉ_２Ｏ_３を混合して粉砕する第３の混合工程とを有する高周波フェライト材料の製造方法とすることを特徴とする。
【００１５】
さらにまた、Ｙ型六方晶系フェライトと、ＮｉＣｕＺｎ系スピネル型フェライトと、Ｂｉ_２Ｏ_３とを混合焼成してなる高周波フェライト部品であることを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る一発明の実施の形態例を詳細に説明する。本発明の磁性複合材料は、Ｙ型六方晶系フェライト粉体と、スピネル型フェライト粉体とからなる。そしてこの磁性複合材料を例えば９００〜９５０度Ｃの範囲の温度で焼結して高周波フェライト材料とする。
【００１７】
Ｙ型六方晶系フェライト粉体としては一般式Ｂａ_２Ｃｏ_２Ｆｅ_１２Ｏ_２２で表される組成のものを用いる。スピネル型フェライト粉体としては、ＮｉＣｕＺｎ系スピネル型フェライト粉体を用いる。
【００１８】
各材料を混合して混合材料を作製し、作製した混合材料を例えば９００〜９５０度Ｃの範囲の温度で焼結して高周波フェライト材料とする。
【００１９】
〔第１の実施の形態例〕
以下図１を参照して本発明に係る一発明の実施の形態例を具体的に説明する。図１は、本発明に係る一発明の実施の形態例における高周波フェライト材料の作製手順を説明するためのフローチャートである。
【００２０】
［Ｙ型六方晶系フェライト粉体の作製］
まずステップＳ１において、本実施の形態例のＹ型六方晶系フェライト粉体の原材料となるＦｅ_２Ｏ_３とＢａＣＯ_３とＣｏ_３Ｏ_４とをＢａ_２Ｃｏ_２Ｆｅ_１２Ｏ_２２の組成になるように秤量する。
【００２１】
続いてステップＳ２において、秤量した材料を鉄球メディアを入れた鉄製ボールミルに入れる。そしてボールミルに純水を加えて回転駆動し、混合粉砕する。
【００２２】
次にステップＳ３で混合した材料を乾燥させる。乾燥後ステップＳ４で目開き３００μｍの篩い（メッシュ）を通して整粒し、整粒した材料をコウ鉢に入れ、おおよそ１１７０度Ｃで２〜４時間、好ましくは３時間仮焼してＹ型六方晶系フェライト粉体を完成させる。
【００２３】
以上の方法で作成した粉末をＸ線回折で調べた結果、Ｂａ_２Ｃｏ_２Ｆｅ_１２Ｏ_２２であることが確認できた。
【００２４】
［ＮｉＣｕＺｎフェライト粉体の作製］
同じようにステップＳ１１でＮｉＣｕＺｎフェライト粉体の原材料であるＦｅ_２Ｏ_３が４８ｍｏｌ（モル）％、ＮｉＯが７ｍｏｌ％、ＣｕＯが４２ｍｏｌ％、ＺｎＯが３ｍｏｌ％とになるように秤量する。
【００２５】
続いてステップＳ１２において、秤量した材料を鉄球メディアを入れた鉄製ボールミルに入れる。そして、純水を加えて回転駆動し、混合粉砕する。
【００２６】
その後ステップＳ１３で混合粉体を乾燥させる。乾燥後にステップＳ１４に示すように３００μｍの篩い（メッシュ）を通して整粒し、整粒後コウ鉢に入れ７００度Ｃで３時間仮焼することによりＮｉＣｕＺｎフェライト粉体を完成させる。
【００２７】
以上の方法で作製した粉末をＸ線回折で調べた結果スピネル単相となっていることが確認できた。
【００２８】
［高周波フェライト材料の試作品作製］
以後は、ステップＳ２１に示すようにステップＳ１乃至ステップＳ４で作製したＹ型六方晶系フェライト粉体がｘ（ｗｔ％）（４５≦ｘ≦９５）で、ステップＳ１１乃至ステップＳ１４で作製したＮｉＣｕＺｎ系スピネル型フェライト粉体がｙ（ｗｔ％）（５≦ｙ≦５５）となる様に混合させた混合粉体１００重量部に、焼結助剤としてＢｉ_２Ｏ_３をｚ重量部（１≦ｚ≦９）の配合比で秤量して混合粉体を作製する。
【００２９】
なお、この配合比は、後述する表１に示すように種々変更して複数種類を作成して各配合比での特性を測定することとしている。従って、より好ましくは、それらのうちの最適配合比でＹ型六方晶系フェライト粉体とＮｉＣｕＺｎ系スピネル型フェライト粉体とＢｉ_２Ｏ_３を配合することになる。
【００３０】
次にステップＳ２２において、作製した混合粉体を鉄球メディアを入れた０．７Ｌ鉄製ボールミルに入れ、純水を加えて回転駆動し、混合粉砕する。
【００３１】
その後ステップＳ２３で粉砕した混合材料を乾燥させることにより、平均粒径２〜３μｍの粉体を得ることができる。なお、Ｘ線回折でこの混合粉体がＢａ_２Ｃｏ_２Ｆｅ_１２Ｏ_２２，ＮｉＣｕＺｎフェライトスピネル、及びＢｉ_２Ｏ_３ピークを有することを確認した。
【００３２】
そして次にステップＳ２４で、この混合粉体にＰＶＡ水溶液を加えて造粒し、圧力成形する。そして例えばφ１８×φ１２×４．５ｔのトロイダルコア型成形品とする。
その後ステップＳ２５において、成形品を１０度Ｃ／ｈ乃至４００度Ｃ／ｈ、好ましくは２００度Ｃ／ｈで焼成最高温度まで昇温させ、後述する表１に記載の最高温度で２時間保持した後１０度Ｃ／ｈ乃至４００度Ｃ／ｈ、好ましくは２００度Ｃ／ｈで降温して焼成品を得る。
【００３３】
なお、以上の工程で作製した試作品をＸ線回折で確認した結果を図２に示す。図２は本実施の形態例の高周波フェライト材料の試作品のＸ線回折で確認した結果例を示した図である。
【００３４】
図２に示すように、試作焼成品についてもＢａ_２Ｃｏ_２Ｆｅ_１２Ｏ_２２とＮｉＣｕＺｎフェライトスピネルの混相を確認することができ、試作品においてＹ型六方晶系フェライトとＮｉＣｕＺｎ系スピネルフェライトの複合体を形成している。
［特性測定］
以上のようにして作製した本実施の形態例の高周波フェライト材料の混合比（材料組成比）、焼成温度を変えて作製し、高周波フェライト材料の透磁率の周波数特性を、インピーダンスアナライザー（ＨＰ４９９１Ａ）を使用して３ＧＨｚまで測定した。測定結果を表１に示す。
【００３５】
【表１】

【００３６】
表１は、本実施の形態例の材料組成と焼結体の特性の特性測定結果を示す表である。表１において、焼結体特性はスヌーク限界線よリ高周波側にμ’のピークを持つ材料（適用可能な材料）については○で示し、限界線上または低周波側にμ’ピークを持つ材料（適用不可能な材料）については×で示した。
【００３７】
なお、表１の実施例では、ＮｉＣｕＺｎフェライトの組成としてＦｅ_２Ｏ_３が４８ｍｏｌ％、ＮｉＯが４２ｍｏ１％、ＣｕＯが７ｍｏｌ％、ＺｎＯが３ｍｏｌ％の組成でＮｉＣｕＺｎ系スピネル型フェライトを作製した例を示している。
表１に示すように、多くの混合比でスヌーク限界線を越えたμ’の特性が得られた。
【００３８】
表１に示すようにＹ型六方晶系フェライト粉体とＮｉＣｕＺｎ系スピネル型フェライト粉体とＢｉ_２Ｏ_３を種々の配合比で配合して測定した結果、「試料番号＊１、＊２、＊３、＊７および＊１２」はＡｇ内部導体と同時焼成できる最高温度の９５０度Ｃでは焼結しない、もしくは焼結度が不足してもろい。このため、これらの試料番号は不適当と判断した。
【００３９】
「試料番号＊１１」はＢｉ_２Ｏ_３含有率が多いためか自己共振がＮｉＣｕＺｎフェライトのスヌークの限界線以下となってしまった。このためやはり不適当と判断した。
【００４０】
「試料番号＊２０〜＊２６」は、Ｂｉ_２Ｏ_３が多いため、過焼結となってしまい六方晶フェライトの粒界に存在するＮｉＣｕＺｎフェライトの粒成長が大きくなってしまい、フェライト材料がもろく、破損し易かった。このため、不適当と判断した。
【００４１】
また「試料番号＊２０〜＊２６」においては、六方晶フェライト含有率が少ないためと考えられるが、自己共振がＮｉＣｕＺｎフェライトのスヌークの限界線上、もしくはスヌークの限界線以下になるため、不適当と判断した。
【００４２】
一方、「試料番号５〜６，８〜１０及び１３〜１８」については、焼結温度がほぼ９５０度Ｃ以下となる温度で焼結した。その結果、これらの試料番号の場合では、スヌークの限界線より高周波側に自己共鳴ピークを持つことが確認された。この結果、この試料番号の材料を用いれば、ＧＨｚ周波数帯域で使用する積層部品に適用できる材料といえる。
【００４３】
具体的な測定結果の例として「試料番号９」の場合の測定結果を図３に示す。図３は本実施の形態例における表１の「試料番号９」の組成での高周波フェライト材料の透磁率の周波数特性を示す図である。
【００４４】
表１の「試料番号９」の例では、図３に実施例９として示されているように、一般的なＮｉＣｕＺｎフェライト１（μ’＝２５）とＮｉＣｕＺｎフェライト２（μ’＝５）から想定したスヌーク限界線より越えたμ’、μ”の特性が得られた。
【００４５】
以上の測定結果を踏まえて、本実施の形態例では、ほぼ上記ステップＳ１乃至ステップＳ４で作製したＹ型六方晶系フェライト粉体がｘ（ｗｔ％）（７０≦ｘ≦９０）で、ステップＳ１１乃至ステップＳ１４で作製したＮｉＣｕＺｎ系スピネル型フェライト粉体がｙ（ｗｔ％）（１０≦ｙ≦３０）となる様に混合させた混合粉体１００重量部に、焼結助剤としてＢｉ_２Ｏ_３をｚ重量部（３≦ｚ≦７）の配合比で秤量して混合粉体を作製することにより、ＧＨｚ周波数帯域でノイズの影響を軽減できる積層部品が提供できる。
【００４６】
以上説明したように本実施の形態例によれば、六方晶系フェライトのもつＧＨｚ周波数領域での優れた磁気特性を利用するとともに、９５０度Ｃ以下の低い温度で焼結でき、Ａｇ内部導体と同時焼成出来る磁性体複合材料を提供することができる。
【００４７】
〔第２の実施の形態例〕
以上に説明した第１の実施の形態例のステップＳ１１では、ＮｉＣｕＺｎフェライトの組成としてＦｅ_２Ｏ_３が４８ｍｏｌ％、ＮｉＯが４２ｍｏ１％、ＣｕＯが７ｍｏｌ％、ＺｎＯが３ｍｏｌ％とになるように秤量する例について説明した。しかし本発明は以上の秤量例に限定されるものではなく、同様の結果が得られれば他の割合の秤量であってもよいことはもちろんである。
【００４８】
ＮｉＯとＣｕＯの配合比を変えた本発明にかかる第２の発明の実施の形態例を以下に説明する。
【００４９】
第２の実施の形態例のＮｉＣｕＺｎフェライトの組成を変えて作成した場合の測定結果の例を表２に示す。
【００５０】
【表２】

【００５１】
表２に示すように、ＮｉＯとＣｕＯの配合比を変えて秤量して試作品を作成して特性を測定したが、ＮｉＯが４４〜５ｍｏｌ％、ＣｕＯが５〜４４ｍｏｌ％の範囲でも効果があることを確認できた。
【００５２】
以上に説明したように第１の及び第２の実施の形態例によれば、
（１）一般式Ｂａ_２Ｃｏ_２Ｆｅ_１２Ｏ_２２で表される組成のＹ型六方晶系フェライト粉体ｘ（ｗｔ％）（７０≦ｘ≦９０）と、ＮｉＣｕＺｎ系スピネル型フェライト粉体ｙ（ｗｔ％）（１０≦ｙ≦３０）の混合粉体１００重量部に、焼結助剤としてＢｉ_２Ｏ_３をｚ重量部（３≦ｚ≦７）加えて９００〜９５０度Ｃの範囲の温度で焼結できる磁性体複合材料を提供できる。
（２）焼結助剤に強磁性のＮｉＣｕＺｎ系スピネルフェライトを用いることで、ＧＨｚ帯においてもμ＝３〜７の透磁率を発生できる磁性体複合材料とすることができる。
（３）焼結助剤に高抵抗率のＮｉＣｕＺｎ系スピネルフェライト及びＢｉ_２Ｏ_３を用いることで１０^９Ω・ｃｍ以上の抵抗率（直流）を発揮できる磁性体複合材料が提供できる。
（４）Ｙ型六方晶フェライトは、一般の六方晶フェライトよりも焼成温度（仮焼温度）が低いため電力コストを低減できる。
といった優れた作用効果を奏することができる。
【００５３】
このようにして作製した磁性体複合材料をステップＳ２３に示すように粉砕して乾燥させ、これを例えばステップＳ２４でトロイダルコア型に成形してステップＳ２５に示すように焼成することにより、ＧＨｚ周波数帯域のノイズを有効に減衰できるトロイダルコアが提供できる。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、六方晶系フェライトのもつＧＨｚ周波数領域での優れた磁気特性を利用するとともに、９５０度Ｃ以下の低い温度で焼結でき、Ａｇ内部導体と同時焼成出来る磁性体複合材料を提供することができる。
【００５５】
またこの磁性体複合材料を配合して高周波フェライト材料を製作することにより、ＧＨｚ周波数帯域のノイズを効率よく低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る一発明の実施の形態例における高周波フェライト材料の作製手順を説明するためのフローチャートである。
【図２】本実施の形態例の高周波フェライト材料の試作品のＸ線回折で確認した結果例を示した図である。
【図３】本実施の形態例における表１の「試料番号９」の組成での高周波フェライト材料の透磁率の周波数特性を示す図である。

Claims

一般式Ｂａ_２Ｃｏ_２Ｆｅ_１２Ｏ_２２で表される組成のＹ型六方晶系フェライト粉体と、ＮｉＣｕＺｎ系スピネル型フェライト粉体との混合粉体に、
Ｂｉ_２Ｏ_３を加えてなることを特徴とする磁性体複合材料。
Ｙ型六方晶系フェライト粉体をｘ（ｗｔ％）（７０≦ｘ≦９０）、ＮｉＣｕＺｎ系スピネル型フェライト粉体をｙ（ｗｔ％）（１０≦ｙ≦３０）とする混合粉体１００重量部に、Ｂｉ_２Ｏ_３をｚ重量部（３≦ｚ≦７）加えてなることを特徴とする請求項１記載の磁性体複合材料。
前記Ｙ型六方晶系フェライト粉体は、Ｆｅ_２Ｏ_３とＢａＣＯ_３とＣｏ_３Ｏ_４とを秤量して粉砕、乾燥させた後焼成するものであることを特徴とする請求項１乃至請求項２記載の磁性体複合材料。
前記ＮｉＣｕＺｎ系スピネル型フェライト粉体は、Ｆｅ_２Ｏ_３が３５〜４８ｍｏｌ（モル）％、ＮｉＯが７〜４４ｍｏｌ％、ＣｕＯが５〜４４ｍｏｌ％、ＺｎＯが１〜４ｍｏｌ％とになるように秤量して粉砕、乾燥させた後焼成するものであることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の磁性体複合材料。
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の磁性体複合材料を造粒して成形し、その後焼成してトロイダルコア型に成形することを特徴とする高周波フェライト。
Ｆｅ_２Ｏ_３とＢａＣＯ_３とＣｏ_３Ｏ_４とをＢａ_２Ｃｏ_２Ｆｅ_１２Ｏ_２２の組成になるように秤量する第１の秤量工程と、
秤量した材料を混合粉砕する第１の混合工程と、
前記第１の混合工程で混合した材料を整粒して仮焼する第１の仮焼工程とによりＹ型六方晶系フェライト粉体を完成させ、
Ｆｅ_２Ｏ_３が３５〜４８ｍｏｌ（モル）％、ＮｉＯが７〜４４ｍｏｌ％、ＣｕＯが５〜４４ｍｏｌ％、ＺｎＯが１〜４ｍｏｌ％とになるように秤量する第２の秤量工程と、
秤量した材料を混合粉砕する第２の混合工程と、
前記第２の混合工程で混合した材料を整粒して仮焼する第２の仮焼工程とによりＮｉＣｕＺｎフェライト粉体を完成させ、
前記完成させたＹ型六方晶系フェライト粉体とＮｉＣｕＺｎフェライト粉体とＢｉ_２Ｏ_３を混合して粉砕する第３の混合工程とを有することを特徴とする高周波フェライト材料の製造方法。
Ｙ型六方晶系フェライトと、
ＮｉＣｕＺｎ系スピネル型フェライトと、
Ｂｉ_２Ｏ_３とを混合焼成してなることを特徴とする高周波フェライト部品。