JP2013055333A - 磁性基板及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】焼成過程で反りを最小化することができる磁性基板及びその製造方法を提供する。
【解決手段】磁性基板１００は、第１の磁性材料から成る第１の磁性層１１０と、第２の磁性材料から成る第２の磁性層１２０とを含み、前記第１の磁性材料と前記第２の磁性材料とは同じ材料で、粒径が異なる。また、前記磁性基板の製造方法は、ベース基板の上面に第２の磁性材料を塗布するステップ（Ａ）と、前記第２の磁性材料の上面に第１の磁性材料を塗布するステップ（Ｂ）と、前記第１の磁性材料の上面に第２の磁性材料を塗布するステップ（Ｃ）と、前記ステップ（Ｃ）の後に磁性材料を焼成するステップ（Ｄ）とを含む。
【選択図】図２

Description

本発明は、磁性基板及びその製造方法に関する。
最近、ディジタルＴＶ、スマートフォン、ノートパソコンなどのような電子機器は、高周波帯域でのデータを送受信する場合が多くなっている。今後にも、このような電子機器はＵＳＢ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、Ｚｉｇｂｅｅなど多様な通信方式で接続されて多機能化・複合機能化され、使用頻度が段々増加すると予想される。
一方、このようなデータ送受信を早く行うために、過去のメガヘルツ(ＭＨｚ)帯域の周波数信号を用いたことを徐徐に高周波帯域の信号を用い、最近には主にギガヘルツ(ＧＨｚ)帯域の高周波数信号を使っている。
ところが、機器間で数十〜数百ＧＨｚにあたる高周波信号を送受信する場合、信号の遅延、送受信歪みなどの妨害要因によって、データをスムーズに処理するに難しさがあった。
特に、ディジタルＴＶのように、通信、影像及び音響信号ライン等の多様なポート・ツー・ポート(ｐｏｒｔ-ｔｏ-ｐｏｒｔ)間の接続時、前述の信号遅延及び送受信歪みのような問題がさらに頻繁に発生している。
このような問題を解決するために、ノイズ減少装置(ＥＭＩ対策部品)などを用いている。既存のＥＭＩ対策部品は、巻線型または積層型タイプで具現されている。サイズが大きく、また電気的特性が比較的低いため、一部の回路基板など限定領域のみに使われていた。
このような巻線型、積層型コモンモードフィルタの問題を解決すると共に、電子機器のスリム化及び小型化の傾向に応じるため、薄膜形コモンモードフィルタへの研究が活発に行われている。
薄膜形コモンモードフィルタは、フェライトなどの磁性体を焼結して形成される磁性体基板上に、絶縁層を形成し、これに導電パターンを形成する方式によって製造される。
ところが、従来の磁性体基板を焼成する過程において収縮率の差による反り（歪み）が生じる。これは磁性層を形成する磁性材料が、焼成過程で横方向、縦方向、厚さ方向に不規則に成長するためである。
日本特許公開第２００４-２２７９８号 韓国公開特許第１０−２００１−００４９５２９号公報
例えば、磁性体基板の外郭部分及び中央部分の厚さが異なるため、反りが発生すると、小さな衝撃にもクラックが発生してしまって信頼性が減少される。
また、磁性体基板の焼成密度の差が発生することもある。該焼成密度の差によって、フォトリソグラフィ工程などに用いられる化学処理液が磁性体基板内に染みこんで、内部空隙をもたらすかまたは浸食を引き起こす。
また、このような磁性体基板上に導電パターンを形成する場合にも、図１（ａ）〜図１（ｃ）に示すように、外郭パターンが崩れるか（図１（ａ））、導電パターンと基板との間が割れるか（図１（ｂ））、導電パターンの上面の形状が変化することになる（図１（ｃ））。
このような場合、コモンモードフィルタの結合係数が減少されるか信頼性が低下するなど、多様な問題をもたらすことになる。
下記の特許文献１には、磁性体セラミック素子をめっき液中に入れ、内部導体層が該磁性体セラミック素子の表面に露出する部分からめっき液を内部に浸透させて磁性体セラミック層と内部導体層との間に空隙が生じるような技術が示されているが、磁性体基板の製造工程上、効率が低く、常用化が困難であった。
本発明は上記の問題点に鑑みて成されたものであって、その目的は、焼成過程で反りを最小化することができる磁性基板及びその製造方法を提供することにある。
上記目的を解決するために、本発明による磁性基板は、第１の磁性材料から成る第１の磁性層と、第２の磁性材料から成る第２の磁性層とを含み、前記第１の磁性材料と前記第２の磁性材料とは同じ材料で、粒径が異なる。
前記第２の磁性材料の粒径は、前記第１の磁性材料の粒径の６〜５０倍である。
前記第１の磁性材料の粒径は１〜５μｍで、前記第２の磁性材料の粒径は３０〜５０μｍである。
前記第１の磁性層の上面及び下面に各々前記第２の磁性層が設けられる。
前記第１の磁性層の厚さは、前記第２の磁性層の厚さの２．５〜１４倍である。
また、前記第１の磁性層の厚さは、５００〜７００μｍで、前記第２の磁性層の厚さは、５０〜２００μｍである。
また、前記第１の磁性層の側面に、前記第２の磁性層がさらに設けられる。
また、前記第１の磁性層の上面及び下面各々の縁部に、前記第２の磁性層が設けられる。
前記第１の磁性層の厚さは、前記第２の磁性層の厚さの２〜７倍である。
また、前記第１の磁性層の厚さは、４００〜７００μｍで、前記第２の磁性層の厚さは、１００〜２００μｍである。
また、前記第１の磁性層の長さは、前記第２の磁性層の長さの３．２〜６．７倍である。
また、前記第１の磁性層の長さは、８〜１２mmで、前記第２の磁性層の長さは、１．８〜２．５mmである。
また、前記第１の磁性層の側面に前記第２の磁性層がさらに設けられる。
また、前記第１の磁性層の上面及び下面に各々前記第２の磁性層が設けられ、前記第１の磁性層の内部に少なくとも一つの第２の磁性層が設けられる。
前記第２の磁性層の厚さは、５０〜２００μｍである。
また、前記第１の磁性層及び第２の磁性層の厚さは各々、５０〜２００μｍである。
また、前記第１の磁性層の側面に、前記第２の磁性層がさらに設けられる。
また、上記目的を解決するために、本発明による磁性基板の製造方法は、ベース基板の上面に第２の磁性材料を塗布するステップ（Ａ）と、前記第２の磁性材料の上面に第１の磁性材料を塗布するステップ（Ｂ）と、前記第１の磁性材料の上面に第２の磁性材料を塗布するステップ（Ｃ）と、前記ステップ（Ｃ）の後に磁性材料を焼成するステップ（Ｄ）とを含み、前記第１の磁性材料と前記第２の磁性材料とは，粒径が異なる。
また、前記第１の磁性材料の粒径は１〜５μｍで、前記第２の磁性材料の粒径は３０〜５０μｍである。
前記ステップ（Ｄ）は，１０〜５０ＭＰａの圧力下で行われる。
また、望ましくは、前記ステップ（Ｄ）は、６００〜９００℃の温度で行われる。
また、望ましくは、前記ステップ（Ｄ）は、６００〜９００℃の温度で、２〜３時間行われる。
前記ステップ（Ｃ）の後に、前記ステップ（Ｂ）にリターンして、前記ステップ（Ｂ）及びステップ（Ｃ）を少なくとも１回さらに行った後，ステップ（Ｄ）を行う。
また、上記目的を解決するために、本発明による磁性基板の製造方法は、ベース基板の上面上の左側部及び右側部の領域に第２の磁性材料を塗布するステップ（Ａ）と、前記第２の磁性材料の上面及び前記ベース基板の上面に第１の磁性材料を塗布するステップ（Ｂ）と、前記第１の磁性材料の上面上の左側部及び右側部の領域に第２の磁性材料を塗布するステップ（Ｃ）と、前記ステップ（Ｃ）の後に磁性材料を焼成するステップ（Ｄ）とを含み、前記第１の磁性材料と前記第２の磁性材料とは、粒径が異なる。
本発明によれば、磁性基板の収縮率のバラツキが従来より減少するという効果が奏する。
また、本発明によれば、磁性基板の収縮率のバラツキを減少すると共に、磁性基板全体が同じ材料からなるため、磁性基板の磁化特性が従来より改善されるという効果が奏する。
図１（ａ）〜図１（ｃ）は、従来技術による磁性体基板の収縮率のバラツキによる導電パターンの不良例を概略的に示す断面図である。 本発明の多様な実施形態による磁性基板を概略的に示す断面図である。 本発明の多様な実施形態による磁性基板を概略的に示す断面図である。 本発明の多様な実施形態による磁性基板を概略的に示す断面図である。 本発明の多様な実施形態による磁性基板を概略的に示す断面図である。 本発明の多様な実施形態による磁性基板を概略的に示す断面図である。 本発明の多様な実施形態による磁性基板を概略的に示す断面図である。 本発明の一実施形態による製造工程を概略的に示す断面図である。 本発明の他の一実施形態による製造工程を概略的に示す断面図である。 図１０（ａ）は、従来技術による磁性基板の微細構造を示す写真であり、図１０（ｂ）は、本発明の一実施形態による磁性基板の微細構造を示す写真である。
以下、本発明の好適な実施の形態は図面を参考にして詳細に説明する。次に示される各実施の形態は当業者にとって本発明の思想が十分に伝達されることができるようにするために例として挙げられるものである。従って、本発明は以下示している各実施の形態に限定されることなく他の形態で具体化されることができる。そして、図面において、装置の大きさ及び厚さなどは便宜上誇張して表現されることができる。明細書全体に渡って同一の参照符号は同一の構成要素を示している。
本明細書で使われた用語は、実施形態を説明するためのものであって、本発明を制限しようとするものではない。本明細書において、単数形は文句で特別に言及しない限り複数形も含む。明細書で使われる「含む」とは、言及された構成要素、ステップ、動作及び／又は素子は、一つ以上の他の構成要素、ステップ、動作及び／又は素子の存在または追加を排除しないことに理解されたい。
以下、添付図面を参照して、本発明の構成及び作用効果について詳記する。
本発明の一実施形態による磁性基板は、各々、粒径が異なり同じ材料からなる第１の磁性材料及び第２の磁性材料から成る第１の磁性層及び第２の磁性層で構成される。
一般に、粒径が小さいほど粒成長が早く進められ、粒径が大きいほど粒成長が遅く行われる。すなわち、粒成長の速度は粒径と反比例関係にある。
これは、粒径が小さいほど該当材料の非表面積が大きくなるようになり、焼結駆動力が大きくなるためである。
このような原理を考慮して、粒径が相対的に小さな第１の磁性材料から成る第１の磁性層が第２の磁性層より速かに焼結される。このような第１の磁性層の焼結の時の収縮率の差によって発生する厚さの偏差や長さの偏差は、第２の磁性層の焼結過程で小さくなる。
望ましくは、前記第２の磁性材料の粒径が、前記第１の磁性材料の粒径の６〜５０倍の範囲で決まる。
詳しくは、前記第１の磁性材料の粒径は１〜５μｍで、前記第２の磁性材料の粒径は３０〜５０μｍである。
第１の磁性材料の粒子大きさが１μｍより小さい場合、空隙が発生し、第１の磁性材料の粒子大きさが５μｍより大きい場合、粒子間の凝集塊が生じて、局所的な強さの低下をもたらす。
また、第２の磁性材料の粒子大きさが３０μｍより小さい場合、第１の磁性層の収縮率のバラツキによる歪みを抑制しにくく、第２の磁性材料の粒子大きさが５０μｍより大きい場合、第１の磁性材料との結合力が低下して、相分離、基板内の空隙発生などの問題が発生すると共に、焼成後の層間剥離、即ちデ−ラミネイション(Ｄｅｌａｍｉｎａｔｉｏｎ)が発生することになる。
図２〜図７は、各々、本発明の多様な実施形態による磁性基板を概略的に示す断面図である。
図２に示すように、本発明の第１の実施形態による磁性基板１００は、第１の磁性層１１０の上面及び下面に各々第２の磁性層１２０が設けられる。
この第１の磁性層１１０の厚さは、第２の磁性層１２０の厚さの２．５〜１４倍である。
詳しくは、前記第１の磁性層１１０の厚さは５００〜７００μｍで、前記第２の磁性層１２０の厚さは、５０〜２００μｍである。
第１の磁性層１１０の厚さに比べて第２の磁性層１２０の厚さが過度に厚ければ、粒成長が大きく発生して空隙の発生及び焼成密度の低下をもたらす。
反対に、第１の磁性層１１０の厚さに比べて第２の磁性層１２０の厚さが過度に薄ければ、第１の磁性層１１０の収縮率のバラツキによる歪みを防止することができなくなる。
これによって、第２の磁性層１２０は、第１の磁性層１１０の焼結の時に発生する収縮率のバラツキによる磁性基板１００の厚さのバラツキを吸収することができるようになる。
図３に示すように、本発明の第２の実施形態による磁性基板２００は、第１の磁性層２１０の上面及び下面各々の縁部に第２の磁性層２２０を備える。
第１の磁性層２１０の厚さは、第２の磁性層２２０の厚さの２〜７倍であり、第１の磁性層２１０の長さは、前記第２の磁性層２２０の長さの３．２〜６．７倍である。
詳しくは、第１の磁性層２１０の厚さは４００〜７００μｍ、第２の磁性層２２０の厚さは１００〜２００μｍである。また、第１の磁性層２１０の長さは８〜１２mmで、第２の磁性層２２０の長さは１．８〜２．５mmである。
第１の磁性層２１０の厚さに比べて第２の磁性層２２０の厚さが過度に厚ければ、粒成長が大きく発生し、空隙の発生や焼成密度の低下が生じるという問題がある。
反対に、第１の磁性層２１０の厚さに比べて第２の磁性層２２０の厚さが過度に薄ければ、収縮率のバラツキによる歪みを充分に抑制することができない。
また、第１の磁性層２１０の長さに比べて第２の磁性層２２０の長さが過度に長ければ、相分離が発生してクラックやデ−ラミネイションが発生する。
反対に、第１の磁性層２１０の長さに比べて第２の磁性層２２０の長さが過度に短ければ、収縮率のバラツキによる歪みを充分に抑制することができない。
第１の磁性層２１０の収縮率のバラツキによる磁性基板２００の歪みは、一般に、縁部で最大になり、前述のように構成された磁性基板２００は、縁部での収縮率のバラツキによる歪みを効果的に減少させることができる。
図４を参照して、本発明の第３の実施形態による磁性基板３００は、第１の実施形態による磁性基板と異なり、第１の磁性層３１０の内部に第２の磁性層３２０が少なくとも一つ形成されている。
また、第１の磁性層３１０及び第２の磁性層３２０の厚さは全て、５０〜２００μｍの範囲にある。
第１の磁性層３１０及び第２の磁性層３２０の厚さが過度に薄ければ、割れやすく、収縮がひどく発生してしまい、第１の磁性層３１０及び第２の磁性層３２０の厚さが過度に厚ければ、加工や表面粗さの制御が困難である。
図５〜図７は各々、前述の第１〜第３の実施形態と異なり、第１の磁性層の側面にも第２の磁性層が設けられることを示している。
そのため、第１の磁性層の収縮率のバラツキによる水平方向の歪みも減少させることができる。
図８は、本発明の一実施形態による製造工程を概略的に示す断面図である。
まず、ベース基板１０の上面に第２の磁性材料１２０ａを塗布する。
続いて、第２の磁性材料１２０ａの上面に第１の磁性材料１１０ａを塗布する。
続いて、第１の磁性材料１１０ａの上面に第２の磁性材料１２０ａを塗布する。
このような過程を完了した後、磁性材料を焼成することによって磁性基板を製造することができる。
第１の磁性材料の粒径は１〜５μｍで、前記第２の磁性材料の粒径は３０〜５０μｍであってもよい。その他の詳細は前述のことと重複するので説明を略する。
前記焼成過程は、望ましくは、押圧板２０を用いて押圧することと同時に行われる。この時、１０〜５０ＭＰａの圧力下で行われることが望ましい。
圧力が過度に大きくなれば、クラックが発生しやすく、局所的な収縮率のバラツキが発生することがあり、圧力が過度に小さいと、焼成密度が低く反りが発生することがある。
また、望ましくは、前記焼成温度は６００〜９００℃の温度で、２〜３時間間行われる。
前記温度範囲を外すと、即ち９００℃を超えると、粒成長によって粒子間の結合力の低下や空隙の発生があり、６００℃より小さいと、パウダの粒子間の凝集力の低下によって焼結密度の低下と共に誘電率、透磁率、Ｑ値のような電気的な材料特性の低下が発生する。
また、前記時間範囲を外すと、基板の焼結が行われなく、焼成密度が低くなり、結晶相が発生しなくて透磁率、Ｑ値のような特性が低下するという問題がある。
図９は、本発明の一実施形態による製造工程を概略的に示す断面図である。
この実施形態は、図３で示す本発明の第２の実施形態による磁性基板２００を製造するための工程にあたる。
図９に示すように、先に、ベース基板１０の上面上の左側部及び右側部の領域に第２の磁性材料２２０ａを塗布する。
この第２の磁性材料２２０ａを塗布する方式は、スクリーンプリンティング方式など多様な方式を適用してもよい。
続いて、第２の磁性材料２２０ａの上面及び前記ベース基板１０の上面に第１の磁性材料２１０ａを塗布する。
続いて、第１の磁性材料２１０ａの上面上の左側部及び右側部の領域に第２の磁性材料２２０ａを塗布する。
続いて、焼成工程を行って磁性基板を完成することになる。
焼成工程の詳細は、前述のようであるため、重複する説明は略することにする。
図１０（ａ）は、従来技術による磁性基板の微細構造を示す写真で、図１０（ｂ）は本発明の一実施形態による磁性基板の微細構造を示す写真である。これらの図面を参照して、本発明の一実施形態による磁性基板で磁性体層の粒成長及び収縮が均一になっていることを分かる。
一方、第１の磁性層のみからなる磁性基板と本発明の一実施形態による磁性基板との平坦度を比較した結果、本発明の一実施形態による磁性基板の平坦度が、第１の磁性層のみからなる場合に比べて、約４倍以上向上していることが認められた。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、前記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
１ 磁性体基板
２ 導電パターン
１０ ベース基板
２０ 押圧板
１１０、２１０、３１０ 第１の磁性層
１２０、２２０、３２０ 第２の磁性層
１１０ａ、２１０ａ、３１０ａ 第１の磁性材料
１２０ａ、２２０ａ、３２０ａ 第２の磁性材料

Claims (26)

  1. 第１の磁性材料から成る第１の磁性層と、
    第２の磁性材料から成る第２の磁性層とを含み、
    前記第１の磁性材料と前記第２の磁性材料とは同じ材料で、粒径が異なる磁性基板。
  2. 前記第２の磁性材料の粒径は前記第１の磁性材料の粒径の６〜５０倍である請求項１に記載の磁性基板。
  3. 前記第１の磁性材料の粒径は１〜５μｍで、前記第２の磁性材料の粒径は３０〜５０μｍである請求項１に記載の磁性基板。
  4. 前記第１の磁性層の上面及び下面に各々前記第２の磁性層が設けられる請求項１に記載の磁性基板。
  5. 前記第１の磁性層の厚さは、前記第２の磁性層の厚さの２．５〜１４倍である請求項４に記載の磁性基板。
  6. 前記第１の磁性層の厚さは、５００〜７００μｍで、前記第２の磁性層の厚さは、５０〜２００μｍである請求項４に記載の磁性基板。
  7. 前記第１の磁性層の側面に前記第２の磁性層がさらに設けられる請求項４に記載の磁性基板。
  8. 前記第１の磁性層の上面及び下面各々の縁部に前記第２の磁性層が設けられる請求項１に記載の磁性基板。
  9. 前記第１の磁性層の厚さは、前記第２の磁性層の厚さの２〜７倍である請求項８に記載の磁性基板。
  10. 前記第１の磁性層の厚さは、４００〜７００μｍで、前記第２の磁性層の厚さは、１００〜２００μｍである請求項８に記載の磁性基板。
  11. 前記第１の磁性層の長さは、前記第２の磁性層の長さの３．２〜６．７倍である請求項８に記載の磁性基板。
  12. 前記第１の磁性層の長さは、８〜１２mmで、前記第２の磁性層の長さは、１．８〜２．５mmである請求項８に記載の磁性基板。
  13. 前記第１の磁性層の厚さは、前記第２の磁性層厚さの２〜７倍で、前記第１の磁性層の長さは、前記第２の磁性層長さの３．２〜６．７倍である請求項８に記載の磁性基板。
  14. 前記第１の磁性層の厚さは、４００〜７００μｍで、その長さは８〜１２mmであり、前記第２の磁性層の厚さは、１００〜２００μｍで、その長さは１．８〜２．５mmである請求項８に記載の磁性基板。
  15. 前記第１の磁性層の側面に前記第２の磁性層がさらに設けられる請求項８に記載の磁性基板。
  16. 前記第１の磁性層の上面及び下面に各々前記第２の磁性層が設けられ、
    前記第１の磁性層の内部に少なくとも一つの第２の磁性層が設けられる請求項１に記載の磁性基板。
  17. 前記第２の磁性層の厚さは、５０〜２００μｍである請求項１６に記載の磁性基板。
  18. 前記第１の磁性層及び第２の磁性層の厚さは各々、５０〜２００μｍの範囲にある請求項１６に記載の磁性基板。
  19. 前記第１の磁性層の側面に前記第２の磁性層がさらに設けられる請求項１６に記載の磁性基板。
  20. ベース基板の上面に第２の磁性材料を塗布するステップ（Ａ）と、
    前記第２の磁性材料の上面に第１の磁性材料を塗布するステップ（Ｂ）と、
    前記第１の磁性材料の上面に第２の磁性材料を塗布するステップ（Ｃ）と、
    前記ステップ（Ｃ）の後に磁性材料を焼成するステップ（Ｄ）とを含み、
    前記第１の磁性材料と前記第２の磁性材料とは、粒径が異なる磁性基板の製造方法。
  21. 前記第１の磁性材料の粒径は１〜５μｍで、前記第２の磁性材料の粒径は３０〜５０μｍである請求項２０に記載の磁性基板の製造方法。
  22. 前記ステップ（Ｄ）は１０〜５０ＭＰａの圧力で行われる請求項２０に記載の磁性基板の製造方法。
  23. 前記ステップ（Ｄ）は６００〜９００℃の温度で行われる請求項２０に記載の磁性基板の製造方法。
  24. 前記ステップ（Ｄ）は６００〜９００℃の温度で２〜３時間間行われる請求項２０に記載の磁性基板の製造方法。
  25. 前記ステップ（Ｃ）の後に、前記ステップ（Ｂ）にリターンして、前記ステップ（Ｂ）及び前記ステップ（Ｃ）を少なくとも１回さらに行った後、前記ステップ（Ｄ）を行う請求項２０に記載の磁性基板の製造方法。
  26. ベース基板の上面上の左側部及び右側部の領域に第２の磁性材料を塗布するステップ（Ａ）と、
    前記第２の磁性材料の上面及び前記ベース基板の上面に第１の磁性材料を塗布するステップ（Ｂ）と、
    前記第１の磁性材料の上面上の左側部及び右側部の領域に第２の磁性材料を塗布するステップ（Ｃ）と、
    前記ステップ（Ｃ）の後に、磁性材料を焼成するステップ（Ｄ）とを含み、
    前記第１の磁性材料と前記第２の磁性材料とは、粒径が異なる磁性基板の製造方法。
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