JP2004123404A

JP2004123404A - Spinel ferrite sintered compact for high-frequency band, spinel ferrite particle powder and green sheet using the same

Info

Publication number: JP2004123404A
Application number: JP2002286080A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Kimura; 木村　哲也; Hideo Takamizawa; 高見沢　秀男; Yoji Okano; 岡野　洋司
Original assignee: Toda Kogyo Corp
Current assignee: Toda Kogyo Corp
Priority date: 2002-09-30
Filing date: 2002-09-30
Publication date: 2004-04-22

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide spinel ferrite for an electronic component such as an inductance element working at a frequency band ranging from a low frequency to a frequency over 1 GHz. <P>SOLUTION: A spinel ferrite sintered compact has a composition comprising 40-60 mol% Fe<SB>2</SB>O<SB>3</SB>, 20-60 mol% CoO, 1-40 mol% ZnO and 0-15 mol% MO (wherein M is at least one element chosen from the group consisting of Cu, Mn, Ni and Mg). In the spinel ferrite sintered compact for high-frequency band, a real part μ' of its magnetic permeability starts decreasing at a frequency over 1 GHz. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、低周波から１ＧＨｚを越える周波数までの周波数帯で動作するインダクタンス素子等の電子部品用スピネル型フェライトに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、通信、情報機器は、高速化、小型化が進み高周波化が必然となりつつあり、ノイズフイルター、コイル、トランス等のインダクタンス素子においても高周波化の対応が求められるようになってきている。
【０００３】
従来、これらの材料には低周波数帯では透磁率の大きいマンガン亜鉛系フェライトが用いられているが、その透磁率の実数部（以後μ′で表す）は数ＭＨｚの周波数帯で減少する為、それ以上の高い周波数帯では電子部品として使用できなかった。
【０００４】
また、比較的高い周波数帯で使用される材料として電気絶縁抵抗が高いニッケル亜鉛系フェライトが実用化されているが、後出比較例１（図１参照）に示すように、低周波帯でμ′＝５．６であるニッケル亜鉛系フェライトでも、μ′は０．５ＧＨｚ付近から減少を始める。また、磁気損失の目安となる透磁率の虚数部（以後μ″で表す）は０．２ＧＨｚ付近から徐々に大きくなり、０．９ＧＨｚ付近の共鳴周波数で最大となる。従って、ニッケル亜鉛系フェライトは、０．５ＧＨｚ以上の高い周波数帯では電子部品としては使用が困難であった。
【０００５】
これは、マンガン亜鉛系フェライトやニッケル亜鉛系フェライトの結晶磁気異方性が小さいことにより、低い周波数帯で磁気損失が始まることに原因があり、これらのフェライトを用いた１ＧＨｚ以上の高周波帯用のコイル、トランス等の電子部品は実用化されていない。
【０００６】
また近年、インダクタンス素子、インダクタンス素子とキャパシタンス素子等の複合部品、及び回路機能をモジュール化したモジュール部品は、携帯機器などの小型部品として用いられているが、その小型化の為にグリーンシート積層技術が用いられている。これら積層部品の内部配線や電極には、導電性に優れ空気中で比較的低い温度で焼結が出来る銀導体が用いられている。従って、焼結温度は銀の融点以下であって、銀の蒸発が少なく、しかも、良く焼結させることができる８００℃〜９００℃での温度範囲である場合が多い。このため前記積層部品に用いられるフェライト材料も、銀導体と同時焼結ができる、即ち、低温焼結が可能な材料が求められている。
【０００７】
これまで、無反射終端器として、酸化コバルト、酸化鉄及び酸化亜鉛からなるフェライトに酸化ビスマスを添加した焼結体を用いる技術（特許文献１）、高周波磁心用フェライト材料として、コバルトを含有する亜鉛フェライトを用いる技術（特許文献２）、マイクロ波抵抗体として、コバルト亜鉛フェライト又は該コバルト亜鉛フェライトとアルミナとを成分とする技術（特許文献３及び特許文献４）、ニッケル、コバルト及び異種金属元素を含有するスピネル型フェライトと樹脂からなる複合磁性材料（特許文献５）が知られている。
【０００８】
【特許文献１】
特開昭５８−７９３０２号公報
【特許文献２】
特開昭６１−８０８０７号公報
【特許文献３】
特開平２−１８３５３号公報
【特許文献４】
特開平３−８３８７４号公報
【特許文献５】
特開２００１−１２６９１３号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
前出特許文献１は、５．９〜６．４ＧＨｚで使用される無反射終端器に関するもので、電磁気特性としては５．９〜６．４ＧＨｚにおける反射損失だけが考慮されており、透磁率等に関する記載は皆無であることから、低周波から１ＧＨｚを越える周波数帯で動作するインダクタンス素子等への応用は困難である。
【００１０】
前出特許文献２は、酸化亜鉛を多量に含有するフェライト材料に関するものであり、また０．２５ＧＨｚ以上の周波数帯での特性は全く考慮されていない。
【００１１】
前出特許文献３及び特許文献４には、コバルト亜鉛フェライト又は該コバルト亜鉛フェライトとアルミナの混合物からなるマイクロ波抵抗体が記載されているが、電磁気特性としては５．９〜６．４ＧＨｚにおける反射損失と耐電力だけが考慮されており、透磁率等に関する記載は皆無であることから、低周波から１ＧＨｚを越える周波数帯で動作するインダクタンス素子等への応用は困難である。
【００１２】
前出特許文献５は、フェライト組成としてＮｉＯを１０モル％以上と多量に含有するものであり、高周波帯で十分な特性を有するとは言い難いものである。また、フェライトと樹脂の混合物であるので、熱に対する耐性が十分あるとは言い難い。
【００１３】
そこで、本発明はμ′が１ＧＨｚを越える周波数で減衰を始める高周波帯用スピネル型フェライト焼結体を提供することを技術的課題とする。
【００１４】
【課題を解決する為の手段】
【００１５】
前記技術的課題は、次の通りの本発明によって達成できる。
【００１６】
即ち、本発明は、４０〜６０ｍｏｌ％のＦｅ_２Ｏ_３、２０〜６０ｍｏｌ％のＣｏＯ、１〜４０ｍｏｌ％のＺｎＯ及び０〜１５ｍｏｌ％のＭＯ（Ｍは、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｍｇから選ばれる少なくとも１種以上の元素）からなる組成を有するスピネル型フェライト焼結体であって、当該スピネル型フェライト焼結体の透磁率の実数部μ′が１ＧＨｚを越える周波数で減衰を始めることを特徴とする高周波帯用スピネル型フェライト焼結体である（本発明１）。
【００１７】
また、本発明は、４０〜６０ｍｏｌ％のＦｅ_２Ｏ_３、２０〜６０ｍｏｌ％のＣｏＯ、１〜４０ｍｏｌ％のＺｎＯ及び０〜１５ｍｏｌ％のＭＯ（Ｍは、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｍｇから選ばれる少なくとも１種以上の元素）からなる組成を有するスピネル型フェライトに、０．１〜５重量部のＢｉ_２Ｏ_３を添加したスピネル型フェライト焼結体であって、当該スピネル型フェライト焼結体の透磁率の実数部μ′が１ＧＨｚを越える周波数で減衰を始めることを特徴とする高周波帯用スピネル型フェライト焼結体である（本発明２）。
【００１８】
また、本発明は、４０〜６０ｍｏｌ％のＦｅ_２Ｏ_３、２０〜６０ｍｏｌ％のＣｏＯ、１〜４０ｍｏｌ％のＺｎＯ及び０〜１５ｍｏｌ％のＭＯ（Ｍは、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｍｇから選ばれる少なくとも１種以上の元素）からなる組成を有するスピネル型フェライト粒子粉末であって、当該スピネル型フェライト粒子粉体を焼結して得られるスピネル型フェライト焼結体の透磁率の実数部μ′が１ＧＨｚを越える周波数で減衰を始めることを特徴とするスピネル型フェライト粒子粉末である（本発明３）。
【００１９】
また、本発明は、４０〜６０ｍｏｌ％のＦｅ_２Ｏ_３、２０〜６０ｍｏｌ％のＣｏＯ、１〜４０ｍｏｌ％のＺｎＯ及び０〜１５ｍｏｌ％のＭＯ（Ｍは、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｍｇから選ばれる少なくとも１種以上の元素）からなる組成を有するスピネル型フェライトに、０．１〜５重量部のＢｉ_２Ｏ_３を添加したスピネル型フェライト粉末であって、当該スピネルフェライト粒子粉末を焼結して得られるスピネル型フェライト焼結体の透磁率の実数部μ′が１ＧＨｚを越える周波数で減衰を始めることを特徴とするスピネル型フェライト粒子粉末である（本発明４）。
【００２０】
また、本発明は、本発明３又は本発明４のスピネル型フェライト粒子粉末を用いてシート状に成膜してなるグリーンシートである。
【００２１】
本発明の構成をより詳しく説明すれば次の通りである。
【００２２】
先ず、本発明に係る高周波帯用スピネル型フェライト焼結体について述べる。
【００２３】
本発明に係る高周波帯用スピネル型フェライト焼結体は、４０〜６０ｍｏｌ％のＦｅ_２Ｏ_３、２０〜６０ｍｏｌ％のＣｏＯ、１〜４０ｍｏｌ％のＺｎＯ及び０〜１５ｍｏｌ％のＭＯ（Ｍは、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｍｇから選ばれる少なくとも１種以上の元素）からなる組成を有するスピネル型フェライトからなる。
【００２４】
Ｆｅ_２Ｏ_３含有量が４０ｍｏｌ％未満の場合には、スピネル型単相の焼結体が得られない。６０ｍｏｌ％を越える場合には、μ′が１に近い値となり磁性体として機能しない。好ましくは４３〜５５ｍｏｌ％であり、より好ましくは４３〜５３ｍｏｌ％である。
【００２５】
ＣｏＯの含有量が２０ｍｏｌ％未満の場合には、１ＧＨｚ以下の低い周波数でμ′が減衰を始める。６０ｍｏｌ％を越える場合には、μ′が１に近い値となり、磁性体として機能しない。好ましくは２０〜５５モル％であり、より好ましくは２２〜５０ｍｏｌ％である。
【００２６】
ＺｎＯの含有量が１ｍｏｌ％未満の場合には、μ′が１に近い値となり、磁性体として機能しない。４０ｍｏｌ％を越える場合には、１ＧＨｚ以下の低い周波数でμ′が減衰を始める。好ましくは１〜３５ｍｏｌ％であり、より好ましくは２〜３０ｍｏｌ％である。
【００２７】
本発明に係る高周波帯用スピネル型フェライト焼結体は、８００〜９５０℃の低い温度範囲で本焼成する必要がある場合には、１５ｍｏｌ％以下のＣｕＯ、又は１５ｍｏｌ％以下のＣｕＯと０．１〜５重量部のＢｉ_２Ｏ_３を含有することが好ましい。
【００２８】
ＣｕＯの含有量が１５ｍｏｌ％を越える場合には、μ′が１に近い値となり、磁性体として機能しない。
【００２９】
Ｂｉ_２Ｏ_３の含有量が０．１重量部未満の場合には、８００〜９５０℃の低い温度では十分に焼結しないので、μ′が１に近い値となり磁性体として機能しない。Ｂｉ_２Ｏ_３の含有量が５重量部を越える場合には、μ′が１に近い値となり、磁性体として機能しない。
【００３０】
本発明において、ＣｕＯ又はＣｕＯとＢｉ_２Ｏ_３を含有する高周波帯用スピネル型フェライト焼結体は、８００〜９５０℃の低い温度範囲で焼結することができる為、銀導体と同時焼成する方法によって積層部品を製造することが可能となる。
【００３１】
本発明に係る高周波帯用スピネル型フェライト焼結体は、ＣｕＯ、ＭｎＯ、ＮｉＯ、ＭｇＯを含有することにより、所望のμ′を有するスピネル型フェライト焼結体を容易に得ることができる。
【００３２】
本発明に係る高周波帯用スピネル型フェライト焼結体のμ′は、１ＧＨｚを越える周波数で減衰を始める。１ＧＨｚ未満でμ′の減衰が始まれば、これは従来のニッケル亜鉛系フェライトとほぼ同じ周波数特性であり、高周波帯で十分な特性を有するとは言い難いものである。μ′は減衰せず一定値を有することが好ましいが、本発明においては、１ＧＨｚを越える周波数まで一定値を有することで高周波帯用として十分に使用できる。
【００３３】
本発明に係る高周波帯用スピネル型フェライト焼結体のμ′は、１ＧＨｚでの値が１．５〜１０の範囲にあることが好ましい。１ＧＨｚでのμ′が１．５未満の場合、ほとんど非磁性体と変わらないので、フェライト焼結体を電子部品に用いる効果がなくなる。１ＧＨｚでのμ′が１０を越える場合、１ＧＨｚ未満でμ′の減衰が既に始まっており、高周波帯で十分な特性を有するとは言い難いものである。
【００３４】
本発明に係る高周波帯用スピネル型フェライト焼結体の熱膨張係数は５×１０^−５ｃｍ／ｃｍ℃以下である。好ましくは３×１０^−５ｃｍ／ｃｍ℃以下、より好ましくは２×１０^−５ｃｍ／ｃｍ℃以下である。高周波帯用スピネル型フェライト焼結体を電子部品として使用する場合は、半田を用いて回路基板に表面実装されることが多い。その際、数百℃の温度にさらされることから、電子部品の熱膨張係数を回路基板の熱膨張係数（約１×１０^−５ｃｍ／ｃｍ℃）と同じ程度にすることが要求される。電子部品と回路基板の熱膨張係数が大きく異なる場合、例えば電子部品がフェライトと共に樹脂（一般的に熱膨張係数は約１０×１０^−５ｃｍ／ｃｍ℃である）を含む時には、熱膨張係数の差により電子部品又は回路基板に破損を生じる可能性がある。
【００３５】
次に、本発明に係る高周波帯用スピネル型フェライト焼結体の製造法について述べる。
【００３６】
まず、前記組成割合になるように配合した各元素の酸化物原料、炭酸塩原料、シュウ酸塩原料及び水酸化物原料等の混合物を大気中において６００〜１２００℃の温度範囲で１〜２０時間仮焼成した後、粉砕してスピネル型フェライト粒子粉末を得る。Ｂｉ_２Ｏ_３を添加する場合は、仮焼成後の粉砕時に添加し、仮焼成物の粉砕と、Ｂｉ_２Ｏ_３と仮焼成物の混合を同時に行ってもよい。
【００３７】
次に、前記スピネル型フェライト粒子粉末を所望の形状に成型した成型体、又は該粒子粉末、有機バインダー及び有機溶剤等からなるスラリーをドクターブレード法により成膜して得られたグリーンシートを８００〜１４００℃の温度範囲で１〜２０時間本焼成することにより高周波帯用スピネル型フェライト焼結体を得ることができる。
【００３８】
本発明におけるスピネル型フェライト粒子粉末の平均粒子径は、０．５〜２０μｍが好ましい。この範囲外である場合には、緻密な焼結体を得ることが困難になる。より好ましくは０．５〜１０μｍである。
【００３９】
本発明におけるスピネル型フェライト粒子粉末のＢＥＴ比表面積は、０．５〜２０ｍ^２／ｇが好ましい。この範囲外である場合には、緻密な焼結体を得ることが困難になる。より好ましくは０．５〜１０ｍ^２／ｇである。
【００４０】
【発明の実施の形態】
本発明の代表的な実施の形態は、次の通りである。
【００４１】
スピネル型フェライト焼結体の透磁率の周波数特性は、ネットワークアナライザーＨＰ８７２０Ｄ及びＨＰ８７５３Ｃ（アジレント・テクノロジー（株）製）を用いて同軸管法により測定した。
【００４２】
スピネル型フェライト焼結体の熱膨張係数は、得られた焼成板を棒状に加工し、ＴＭＡ１００（セイコー電子工業（株）製）によって測定した。
【００４３】
結晶構造の同定には、Ｘ線回折装置ＲＡＤ−ＡＩＩ（理学電機（株）製）を用いた。
【００４４】
平均粒子径は、レーザー回折式粒度分布測定装置（ＳｙｍｐａｔｅｃＧｍｂＨ製）で測定したｘ_５０の値で示した。
【００４５】
ＢＥＴ比表面積は、Ｍｏｎｏｓｏｒｂ　ＭＳ−ＩＩ（湯浅アイオニックス（株）製）を用いてＢＥＴ法により求めた。
【００４６】
＜高周波帯用スピネル型フェライト焼結体の製造＞
Ｆｅ_２Ｏ_３４９ｍｏｌ％、ＣｏＯ４０ｍｏｌ％、ＺｎＯ１１ｍｏｌ％になるよう各原料を秤量し、水を分散媒としてボールミルポットで２４時間混合した後、固液分離、乾燥して原料混合粉末を得た。この粉末を９００℃の温度で３時間仮焼成して仮焼成物を得られた。ここに得た仮焼物を粉砕してスピネル型フェライト粒子粉末を得た。得られた粒子粉末の結晶構造はスピネル型単相であり、平均粒子径は３．４μｍ、ＢＥＴ比表面積は２．２ｍ^２／ｇであった。該スピネル型フェライト粒子粉末を有機バインダー、有機溶剤を用いてスラリー化しドクターブレード法によって１００μｍの厚さに成膜した。これらのシートを１００ｍｍ角に切断し１５枚積層した後、温度が８０℃、圧力が４００ｋｇ／ｃｍ^２の条件で積層成型した。
【００４７】
この積層成型物を１２５０℃の温度で３時間本焼成して得られた焼結板の結晶構造を評価した後、該焼結板をトロイダル状に加工し、透磁率の周波数特性を測定した。また、得られた焼結板を棒状に加工して熱膨張係数を測定した。
【００４８】
得られた焼結板の結晶構造はスピネル型単相であった。μ′は０．５ＧＨｚでは３．４、１ＧＨｚでは３．４、３ＧＨｚでは３．４、５ＧＨｚでは３．４であり、低周波から１ＧＨｚを超える周波数までμ′はほぼ一定であった。そのμ′の周波数特性を図２に示す。熱膨張係数は１．２×１０^−５ｃｍ／ｃｍ℃であった。
【００４９】
【作用】
本発明においては、高い結晶磁気異方性を有するコバルトフェライトのＣｏをＺｎで置換し、更にＦｅ、Ｃｏ及びＺｎを特定の組成範囲にしたことによって、透磁率の実数部が低周波から１ＧＨｚを越える周波数までほぼ一定であり、その減衰が１ＧＨｚを越える周波数で始まる高周波帯用スピネル型フェライト焼結体が得られる。
【００５０】
従って、従来のニッケル亜鉛系フェライト焼結体が使用される周波数帯よりも高い周波数帯、即ち１ＧＨｚを越える周波数帯まで動作するインダクタンス素子等の材料として有用である。
【００５１】
【実施例】
次に、実施例及び比較例を示す。
【００５２】
実施例１〜１０
高周波帯用スピネル型フェライト焼結体の組成、Ｂｉ_２Ｏ_３の添加量、仮焼成温度、仮焼成時間、本焼成温度、本焼成時間を種々変化させた以外は、前記発明の実施の形態と同様にして高周波帯用スピネル型フェライト焼結体を製造した。このときの製造条件と得られたスピネル型フェライト焼結体の諸特性を表１、表２に示す。
【００５３】
比較例１
Ｆｅ_２Ｏ_３４７ｍｏｌ％、ＮｉＯ４６ｍｏｌ％、ＺｎＯ２ｍｏｌ％、ＣｕＯ５ｍｏｌ％になるよう各原料を秤量し、水を分散媒としてボールミルポットで２４時間混合した後、固液分離、乾燥して原料混合粉末を得た。この粉末を８００℃の温度で３時間仮焼成して得られた仮焼成物を粉砕してニッケル亜鉛系フェライト粉末を得た。得られた粒子粉末の結晶構造はスピネル型単相、平均粒子径は１．０μｍ、ＢＥＴ比表面積は４．２ｍ^２／ｇであった。該スピネル型フェライト粒子粉末を有機バインダー、有機分散媒を用いてスラリー化しドクターブレード法によって１００μｍの厚さに成膜した。これらのシートを１００ｍｍ角に切断し１５枚積層した後、温度が８０℃、圧力が４００ｋｇ／ｃｍ^２の条件で積層成型した。
【００５４】
この積層成型物を９００℃の温度で３時間本焼成して得られた焼結板の結晶構造を評価した後、該焼結板をトロイダル状に加工し、透磁率の周波数特性を測定した。また、得られた焼結板を棒状に加工して熱膨張係数を測定した。
【００５５】
その結果、結晶構造はスピネル型単相であった。μ′は０．５ＧＨｚでは６．３、１ＧＨｚでは４．６、３ＧＨｚでは１．６、５ＧＨｚでは１．１であり、１ＧＨｚ以下の周波数においてμ′は減衰を始めていた。そのμ′の周波数特性を図１に示す。これらのことから１ＧＨｚを越える周波数帯で使用される電子部品への応用は困難である事がわかる。熱膨張係数は１．１×１０^−５ｃｍ／ｃｍ℃であった。
【００５６】
比較例２〜５
スピネル型フェライト焼結体の組成、Ｂｉ_２Ｏ_３の添加量、仮焼成温度、仮焼成時間、本焼成温度、本焼成時間を種々変化させた以外は、前記発明の実施の形態と同様にしてスピネル型フェライト焼結体を製造した。このときの製造条件及び得られたスピネル型焼結体の諸特性を表１、表２に示す。
【００５７】
【表１】

【００５８】
【表２】

【００５９】
【発明の効果】
本発明に係る高周波帯用スピネル型フェライト焼結体は、従来のニッケル亜鉛系フェライト焼結体を用いた電子部品が動作しなかった高周波帯、即ち、１ＧＨｚを越える周波数帯までμ′がほぼ一定であるので、その周波数帯で動作するインダクタンス素子、積層部品用の材料として好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来から使用されているニッケル亜鉛系フェライト焼結体における透磁率の周波数特性
【図２】発明の実施の形態で得られた高周波帯用スピネル型フェライト焼結体における透磁率の周波数特性[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to a spinel type ferrite for electronic components such as an inductance element that operates in a frequency band from a low frequency to a frequency exceeding 1 GHz.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, communication and information devices have become faster and smaller, and higher frequencies have become inevitable. Inductance elements such as noise filters, coils, and transformers have also been required to cope with higher frequencies.
[0003]
Conventionally, these materials use manganese zinc-based ferrite having high magnetic permeability in the low frequency band, but the real part of the magnetic permeability (hereinafter expressed by μ ') decreases in the frequency band of several MHz. It could not be used as an electronic component in the higher frequency band.
[0004]
As a material used in a relatively high frequency band, nickel-zinc-based ferrite having a high electric insulation resistance has been put into practical use. However, as shown in Comparative Example 1 (see FIG. 1), μ in a low frequency band is used. Even in the nickel-zinc ferrite where '= 5.6, μ' starts decreasing around 0.5 GHz. The imaginary part of the magnetic permeability (hereinafter referred to as μ ″), which is a measure of magnetic loss, gradually increases from around 0.2 GHz and becomes maximum at a resonance frequency around 0.9 GHz. In a high frequency band of 0.5 GHz or more, it has been difficult to use it as an electronic component.
[0005]
This is because the manganese-zinc ferrite and nickel-zinc ferrite have small crystal magnetic anisotropy, so that magnetic loss starts in a low frequency band, and these ferrites are used for high-frequency bands of 1 GHz or more. Electronic components such as coils and transformers have not been put to practical use.
[0006]
In recent years, inductance components, composite components such as inductance components and capacitance components, and module components having modularized circuit functions have been used as small components such as portable devices. Is used. A silver conductor which has excellent conductivity and can be sintered at a relatively low temperature in air is used for the internal wiring and electrodes of these laminated components. Therefore, the sintering temperature is lower than the melting point of silver, and is often in a temperature range of 800 ° C. to 900 ° C. at which silver is less evaporated and sintering can be performed well. For this reason, a ferrite material used for the laminated component can be sintered simultaneously with the silver conductor, that is, a material that can be sintered at a low temperature is required.
[0007]
Heretofore, a technology using a sintered body obtained by adding bismuth oxide to a ferrite composed of cobalt oxide, iron oxide and zinc oxide as a non-reflective terminator (Patent Document 1), zinc containing cobalt as a ferrite material for a high-frequency magnetic core A technique using ferrite (Patent Document 2), a technique using cobalt zinc ferrite or the cobalt zinc ferrite and alumina as components (Patent Documents 3 and 4) as a microwave resistor, nickel, cobalt, and a different metal element. A composite magnetic material comprising spinel-type ferrite and resin contained therein (Patent Document 5) is known.
[0008]
[Patent Document 1]
JP-A-58-79302 [Patent Document 2]
JP-A-61-80807 [Patent Document 3]
JP-A-2-18353 [Patent Document 4]
JP-A-3-83874 [Patent Document 5]
JP 2001-126913 A
[Problems to be solved by the invention]
The above-mentioned Patent Document 1 relates to a non-reflection terminator used at 5.9 to 6.4 GHz, and considers only reflection loss at 5.9 to 6.4 GHz as an electromagnetic characteristic. Since there is no description about this, it is difficult to apply it to an inductance element or the like that operates in a frequency band from a low frequency to over 1 GHz.
[0010]
Patent Document 2 mentioned above relates to a ferrite material containing a large amount of zinc oxide, and does not consider characteristics in a frequency band of 0.25 GHz or more at all.
[0011]
Patent Document 3 and Patent Document 4 described above describe a microwave resistor made of cobalt zinc ferrite or a mixture of the cobalt zinc ferrite and alumina. The microwave resistor has an electromagnetic characteristic of 5.9 to 6.4 GHz. Since only loss and withstand power are taken into account and there is no description about magnetic permeability or the like, it is difficult to apply the present invention to an inductance element or the like that operates in a frequency band from a low frequency to over 1 GHz.
[0012]
Patent Document 5 mentioned above contains a large amount of NiO as a ferrite composition of 10 mol% or more, and it is difficult to say that the ferrite composition has sufficient characteristics in a high frequency band. Further, since it is a mixture of ferrite and a resin, it is difficult to say that it has sufficient heat resistance.
[0013]
Accordingly, it is a technical object of the present invention to provide a spinel type ferrite sintered body for a high frequency band in which μ ′ starts to attenuate at a frequency exceeding 1 GHz.
[0014]
[Means for solving the problem]
[0015]
The technical problem can be achieved by the present invention as described below.
[0016]
That is, the present invention is 40 to 60 mol% of _Fe 2 _O 3, _20~60mol% of CoO, ZnO and 0～15Mol% of MO (M of 1～40Mol% is selected Cu, Mn, Ni, and Mg At least one or more elements), wherein the real part μ ′ of the magnetic permeability of the spinel-type ferrite sintered body starts to attenuate at a frequency exceeding 1 GHz. The present invention is a spinel type ferrite sintered body for a high frequency band (present invention 1).
[0017]
Further, the present invention relates to 40 to 60 mol% of Fe ₂ O ₃ , 20 to 60 mol% of CoO, 1 to 40 mol% of ZnO, and 0 to 15 mol% of MO (M is selected from Cu, Mn, Ni, and Mg. a spinel ferrite having a composition consisting of at least one element), a spinel type ferrite sintered body obtained by adding Bi ₂ O ₃ of 0.1 to 5 parts by weight, of the spinel-type ferrite sintered body A spinel type ferrite sintered body for a high frequency band, wherein the real part μ ′ of magnetic permeability starts to attenuate at a frequency exceeding 1 GHz (the present invention 2).
[0018]
Further, the present invention relates to 40 to 60 mol% of Fe ₂ O ₃ , 20 to 60 mol% of CoO, 1 to 40 mol% of ZnO, and 0 to 15 mol% of MO (M is selected from Cu, Mn, Ni, and Mg. (At least one or more elements), and the real part μ ′ of the magnetic permeability of a spinel-type ferrite sintered body obtained by sintering the spinel-type ferrite particle powder is as follows. A spinel-type ferrite particle powder characterized in that attenuation starts at a frequency exceeding 1 GHz (the present invention 3).
[0019]
Further, the present invention relates to 40 to 60 mol% of Fe ₂ O ₃ , 20 to 60 mol% of CoO, 1 to 40 mol% of ZnO, and 0 to 15 mol% of MO (M is selected from Cu, Mn, Ni, and Mg. a spinel ferrite having a composition consisting of at least one element), a spinel type ferrite powder added to Bi ₂ O ₃ of 0.1 to 5 parts by weight, and sintering the spinel ferrite particles The spinel-type ferrite particles are characterized in that the real part μ 'of the magnetic permeability of the obtained spinel-type ferrite sintered body starts to attenuate at a frequency exceeding 1 GHz (the present invention 4).
[0020]
Further, the present invention is a green sheet formed into a sheet by using the spinel-type ferrite particle powder of the present invention 3 or the present invention 4.
[0021]
The configuration of the present invention will be described in more detail as follows.
[0022]
First, the high frequency band spinel type ferrite sintered body according to the present invention will be described.
[0023]
Spinel ferrite sintered body for high-frequency band according to the present invention, 40 to 60 mol% of _Fe 2 _O 3, _20~60mol% of CoO, ZnO and 0～15Mol% of MO (M of 1～40Mol% is, Cu , Mn, Ni, at least one element selected from Mg).
[0024]
When the content of Fe ₂ O ₃ is less than 40 mol%, a single-phase spinel sintered body cannot be obtained. When it exceeds 60 mol%, μ ′ becomes a value close to 1 and does not function as a magnetic material. Preferably it is 43-55 mol%, More preferably, it is 43-53 mol%.
[0025]
When the content of CoO is less than 20 mol%, μ ′ starts to attenuate at a low frequency of 1 GHz or less. When it exceeds 60 mol%, μ ′ becomes a value close to 1 and does not function as a magnetic material. Preferably it is 20-55 mol%, More preferably, it is 22-50 mol%.
[0026]
When the content of ZnO is less than 1 mol%, μ ′ becomes a value close to 1 and does not function as a magnetic material. When it exceeds 40 mol%, μ ′ starts to attenuate at a low frequency of 1 GHz or less. Preferably it is 1-35 mol%, More preferably, it is 2-30 mol%.
[0027]
The spinel-type ferrite sintered body for a high frequency band according to the present invention, when it is necessary to perform main sintering in a low temperature range of 800 to 950 ° C., contains 15 mol% or less of CuO or 15 mol% or less of CuO and 0.1 mol%. preferably contains _Bi 2 _{O 3} of 5 parts by weight.
[0028]
When the content of CuO exceeds 15 mol%, μ ′ becomes a value close to 1 and does not function as a magnetic material.
[0029]
When the content of Bi ₂ O ₃ is less than 0.1 part by weight, the sintering is not sufficiently performed at a low temperature of 800 to 950 ° C., and μ ′ becomes a value close to 1 and does not function as a magnetic material. When the content of Bi ₂ O ₃ exceeds 5 parts by weight, μ ′ becomes a value close to 1 and does not function as a magnetic material.
[0030]
In the present invention, the spinel ferrite sintered body for high frequency band containing CuO or CuO and Bi ₂ O ₃ can be sintered in a low temperature range of 800 to 950 ° C. This makes it possible to manufacture laminated components.
[0031]
The spinel-type ferrite sintered body for a high frequency band according to the present invention can easily obtain a spinel-type ferrite sintered body having a desired μ ′ by containing CuO, MnO, NiO, and MgO.
[0032]
Μ ′ of the spinel type ferrite sintered body for a high frequency band according to the present invention starts to attenuate at a frequency exceeding 1 GHz. If μ ′ begins to attenuate below 1 GHz, this has almost the same frequency characteristics as conventional nickel-zinc ferrites, and it is hard to say that it has sufficient characteristics in the high frequency band. Although it is preferable that μ ′ has a constant value without being attenuated, in the present invention, by having a constant value up to a frequency exceeding 1 GHz, it can be sufficiently used for a high frequency band.
[0033]
It is preferable that the value μ ′ of the spinel type ferrite sintered body for a high frequency band according to the present invention has a value at 1 GHz in a range of 1.5 to 10. When μ ′ at 1 GHz is less than 1.5, it is almost the same as a non-magnetic material, and the effect of using the ferrite sintered body for an electronic component is lost. When μ ′ at 1 GHz exceeds 10, the attenuation of μ ′ has already started at less than 1 GHz, and it cannot be said that the characteristics have sufficient characteristics in a high frequency band.
[0034]
The thermal expansion coefficient of the spinel type ferrite sintered body for a high frequency band according to the present invention is 5 × 10 ⁻⁵ cm / cm ° C. or less. It is preferably at most 3 × 10 ⁻⁵ cm / cm ° C., more preferably at most 2 × 10 ⁻⁵ cm / cm ° C. When a high-frequency band spinel ferrite sintered body is used as an electronic component, it is often mounted on a circuit board using solder. In this case, since the electronic component is exposed to a temperature of several hundred degrees Celsius, it is required that the thermal expansion coefficient of the electronic component is made to be approximately equal to the thermal expansion coefficient of the circuit board (about 1 × 10 ⁻⁵ cm / cm ° C.). When the thermal expansion coefficient of the electronic component and the circuit board is significantly different, for example, when the electronic component contains a resin (generally, the thermal expansion coefficient is about 10 × 10 ⁻⁵ cm / cm ° C.) together with ferrite, the thermal expansion coefficient The difference may cause damage to the electronic component or the circuit board.
[0035]
Next, a method for producing the spinel type ferrite sintered body for a high frequency band according to the present invention will be described.
[0036]
First, a mixture of an oxide raw material, a carbonate raw material, an oxalate raw material, a hydroxide raw material, and the like of each element blended so as to have the above composition ratio in air at a temperature range of 600 to 1200 ° C. for 1 to 20 hours. After calcining, it is pulverized to obtain spinel type ferrite particles. When Bi ₂ O ₃ is added, it may be added at the time of pulverization after pre-baking, and pulverization of the pre-baked product and mixing of Bi ₂ O ₃ and the pre-baked product may be performed simultaneously.
[0037]
Next, a green body obtained by forming a film formed by molding the spinel-type ferrite particle powder into a desired shape, or a slurry comprising the particle powder, an organic binder, an organic solvent, and the like by a doctor blade method is 800 to By performing main firing in a temperature range of 1400 ° C. for 1 to 20 hours, a spinel type ferrite sintered body for a high frequency band can be obtained.
[0038]
The average particle diameter of the spinel type ferrite particles in the present invention is preferably 0.5 to 20 μm. If it is out of this range, it becomes difficult to obtain a dense sintered body. More preferably, it is 0.5 to 10 μm.
[0039]
The BET specific surface area of the spinel type ferrite particle powder in the present invention is preferably 0.5 to ²⁰ m ² / g. If it is out of this range, it becomes difficult to obtain a dense sintered body. More preferably, it is 0.5 to 10 m ² / g.
[0040]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
A typical embodiment of the present invention is as follows.
[0041]
The frequency characteristics of the magnetic permeability of the spinel-type ferrite sintered body were measured by a coaxial tube method using a network analyzer HP8720D and HP8753C (manufactured by Agilent Technologies).
[0042]
The coefficient of thermal expansion of the spinel-type ferrite sintered body was measured by processing the obtained fired plate into a rod shape and using TMA100 (manufactured by Seiko Electronic Industry Co., Ltd.).
[0043]
For the identification of the crystal structure, an X-ray diffractometer RAD-AII (manufactured by Rigaku Corporation) was used.
[0044]
The average particle diameter is expressed by the value of _{x 50} was measured with a laser diffraction type particle size distribution measuring apparatus (manufactured by SympatecGmbH).
[0045]
The BET specific surface area was determined by BET method using Monosorb MS-II (manufactured by Yuasa Ionics Co., Ltd.).
[0046]
<Manufacture of spinel type ferrite sintered body for high frequency band>
Each raw material was weighed so as to be 49 mol% of Fe ₂ O _3, 40 mol% of CoO, and 11 mol% of ZnO, mixed in a ball mill pot using water as a dispersion medium for 24 hours, and then separated into solid and liquid and dried to obtain a raw material mixed powder. This powder was calcined at 900 ° C. for 3 hours to obtain a calcined product. The calcined product obtained here was pulverized to obtain a spinel type ferrite particle powder. The crystal structure of the obtained particle powder was a spinel single phase, the average particle size was 3.4 μm, and the BET specific surface area was 2.2 m ² / g. The spinel-type ferrite particles were slurried using an organic binder and an organic solvent, and formed into a film having a thickness of 100 μm by a doctor blade method. After cutting these sheets into 100 mm squares and laminating 15 sheets, lamination molding was performed under the conditions of a temperature of 80 ° C. and a pressure of 400 kg / cm ² .
[0047]
After estimating the crystal structure of the sintered plate obtained by firing the laminated molded product at a temperature of 1250 ° C. for 3 hours, the sintered plate was processed into a toroidal shape, and the frequency characteristics of the magnetic permeability were measured. Further, the obtained sintered plate was processed into a rod shape, and the thermal expansion coefficient was measured.
[0048]
The crystal structure of the obtained sintered plate was a spinel type single phase. μ ′ was 3.4 at 0.5 GHz, 3.4 at 1 GHz, 3.4 at 3 GHz, and 3.4 at 5 GHz, and μ ′ was almost constant from low frequencies to frequencies exceeding 1 GHz. FIG. 2 shows the frequency characteristics of μ ′. The coefficient of thermal expansion was 1.2 × 10 ⁻⁵ cm / cm ° C.
[0049]
[Action]
In the present invention, by replacing Co of cobalt ferrite having high crystal magnetic anisotropy with Zn and further setting Fe, Co and Zn in a specific composition range, the real part of the magnetic permeability is from 1 GHz to 1 GHz. Thus, a spinel type ferrite sintered body for a high frequency band, which is substantially constant up to the frequency exceeding and whose attenuation starts at a frequency exceeding 1 GHz, is obtained.
[0050]
Therefore, it is useful as a material for an inductance element or the like that operates up to a frequency band higher than the frequency band in which a conventional nickel zinc ferrite sintered body is used, that is, a frequency band exceeding 1 GHz.
[0051]
【Example】
Next, examples and comparative examples will be described.
[0052]
Examples 1 to 10
Except that the composition of the spinel type ferrite sintered body for high frequency band, the amount of added Bi ₂ O ₃ , the pre-baking temperature, the pre-baking time, the main baking temperature, and the main baking time were variously changed, Similarly, a spinel type ferrite sintered body for a high frequency band was manufactured. Tables 1 and 2 show the production conditions and various properties of the obtained spinel ferrite sintered body.
[0053]
Comparative Example 1
Each raw material was weighed so as to be 47 mol% of Fe ₂ O _3, 46 mol% of NiO, ₂ mol% of ZnO, and 5 mol% of CuO, mixed in a ball mill pot using water as a dispersion medium for 24 hours, then solid-liquid separated and dried to obtain a raw material mixed powder. Was. This powder was calcined at a temperature of 800 ° C. for 3 hours, and the calcined product was pulverized to obtain a nickel-zinc ferrite powder. The crystal structure of the obtained particle powder was a single-phase spinel type, the average particle diameter was 1.0 μm, and the BET specific surface area was 4.2 m ² / g. The spinel-type ferrite particles were slurried using an organic binder and an organic dispersion medium, and formed into a film having a thickness of 100 μm by a doctor blade method. After cutting these sheets into 100 mm squares and laminating 15 sheets, lamination molding was performed under the conditions of a temperature of 80 ° C. and a pressure of 400 kg / cm ² .
[0054]
After estimating the crystal structure of a sintered plate obtained by firing this laminated molded product at a temperature of 900 ° C. for 3 hours, the sintered plate was processed into a toroidal shape, and frequency characteristics of magnetic permeability were measured. Further, the obtained sintered plate was processed into a rod shape, and the thermal expansion coefficient was measured.
[0055]
As a result, the crystal structure was a spinel type single phase. μ ′ was 6.3 at 0.5 GHz, 4.6 at 3 GHz, 1.6 at 3 GHz, and 1.1 at 5 GHz. μ ′ began to attenuate at frequencies below 1 GHz. FIG. 1 shows the frequency characteristics of μ ′. From these facts, it is understood that application to electronic components used in a frequency band exceeding 1 GHz is difficult. The coefficient of thermal expansion was 1.1 × 10 ⁻⁵ cm / cm ° C.
[0056]
Comparative Examples 2 to 5
Except that the composition of the spinel-type ferrite sintered body, the amount of added Bi ₂ O ₃ , the pre-baking temperature, the pre-baking time, the main baking temperature, and the main baking time were variously changed, A spinel type ferrite sintered body was manufactured. Tables 1 and 2 show the production conditions at this time and various characteristics of the obtained spinel type sintered body.
[0057]
[Table 1]

[0058]
[Table 2]

[0059]
【The invention's effect】
The spinel-type ferrite sintered body for a high-frequency band according to the present invention has a substantially constant μ 'up to a high-frequency band where an electronic component using a conventional nickel-zinc-based ferrite sintered body did not operate, that is, a frequency band exceeding 1 GHz. Therefore, it is suitable as a material for an inductance element or a laminated component that operates in the frequency band.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows the frequency characteristics of the magnetic permeability of a conventionally used nickel zinc based ferrite sintered body. FIG. 2 shows the frequency of the magnetic permeability of the spinel type ferrite sintered body for a high frequency band obtained in the embodiment of the present invention. Characteristic

Claims

40 to 60 mol% of _Fe 2 _O 3, _20~60mol% of CoO, ZnO and 0～15Mol% of MO (M of 1～40Mol% is, Cu, Mn, at least one or more elements Ni, selected from Mg Wherein the real part μ 'of the magnetic permeability of the spinel-type ferrite sintered body starts attenuating at a frequency exceeding 1 GHz. Ferrite sintered body.

40 to 60 mol% of _Fe 2 _O 3, _20~60mol% of CoO, ZnO and 0～15Mol% of MO (M of 1～40Mol% is, Cu, Mn, at least one or more elements Ni, selected from Mg a spinel ferrite having a composition consisting of) a spinel ferrite sintered body obtained by adding Bi ₂ O ₃ of 0.1 to 5 parts by weight, the real part of the permeability of the spinel ferrite sintered body μ 'Starts attenuating at a frequency exceeding 1 GHz.

40 to 60 mol% of _Fe 2 _O 3, _20~60mol% of CoO, ZnO and 0～15Mol% of MO (M of 1～40Mol% is, Cu, Mn, at least one or more elements Ni, selected from Mg ) Wherein the real part μ 'of the magnetic permeability of the spinel ferrite sintered body obtained by sintering the spinel ferrite particle powder attenuates at a frequency exceeding 1 GHz. A spinel type ferrite particle powder.

40 to 60 mol% of _Fe 2 _O 3, _20~60mol% of CoO, ZnO and 0～15Mol% of MO (M of 1～40Mol% is, Cu, Mn, at least one or more elements Ni, selected from Mg a spinel ferrite having a composition consisting of) a spinel ferrite powder added with Bi ₂ O ₃ of 0.1 to 5 parts by weight, spinel ferrite sintered obtained by sintering the spinel ferrite particles A spinel type ferrite particle powder characterized in that the real part μ 'of the magnetic permeability of the aggregate starts to attenuate at a frequency exceeding 1 GHz.

A green sheet formed by using the spinel-type ferrite particle powder according to claim 3 or 4 to form a film.