JP2016063170A - 磁性部材、磁性部材の製造方法およびインダクタ素子 - Google Patents

Abstract

【課題】保磁力を小さくすることで、損失が小さく高い透磁率を高周波で得ることができる磁性部材を提供する。
【解決手段】実施形態の磁性部材は、格子定数変化率が１０００℃で熱処理をしたときの格子定数に対して±１％以下である複数の磁性金属粒子と、複数の磁性金属粒子の少なくとも一部を絶縁被覆し互いに接している複数の絶縁被覆層と、複数の磁性金属粒子と複数の絶縁被覆層の周囲に配置される絶縁性樹脂と、を備えることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明の実施の形態は、磁性部材、磁性部材の製造方法およびインダクタ素子に関する。

近年、通信情報の急増に伴い電子通信機器の小型化、軽量化が図られている。これに伴って、電子部品の小型化、軽量化が望まれている。

通常の高透磁率部材は、Ｆｅ、Ｃｏを成分とする金属、合金または酸化物である。金属もしくは合金は、高周波数では渦電流による伝送損失が顕著になるため、使用が好ましくない。一方、フェライトに代表される酸化物を使用する場合、高抵抗であるため渦電流による損失は抑えられる。しかし、共鳴周波数が数百ＭＨｚであるため、高周波数では共鳴による伝送損失が顕著になり使用が好ましくない。そのため、高周波数での損失が抑制された絶縁性の高透磁率部材が求められている。

特表２００６−５０４２６３号公報 特表２００７−５３５１３４号公報

本発明は、上記事情を考慮してなされたものであり、その目的とするところは、保磁力を小さくすることで、損失が小さく高い透磁率を得ることができる磁性部材およびその製造方法を提供するところにある。

実施形態の磁性部材は、格子定数変化率が１０００℃で熱処理をしたときの格子定数に対して±１％以下である複数の磁性金属粒子と、複数の磁性金属粒子の少なくとも一部を絶縁被覆し互いに接している複数の絶縁被覆層と、複数の磁性金属粒子と複数の絶縁被覆層の周囲に配置される絶縁性樹脂と、を備えることを特徴とする。

第１の実施形態の磁性部材の模式断面図。 第１の実施形態の磁性部材の製造方法の模式図。 第２の実施形態の磁性部材の模式断面図。 第３の実施形態の磁性部材の模式断面図。 第４の実施形態のチップインダクタ素子の模式図。 第４の実施形態のトランス用インダクタ素子の模式図。

以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。

（第１の実施形態）
本実施形態の磁性部材は、格子定数変化率が１０００℃で熱処理をしたときの格子定数に対して±１％以下である複数の磁性金属粒子と、複数の磁性金属粒子の少なくとも一部を絶縁被覆し互いに接している複数の絶縁被覆層と、複数の磁性金属粒子と複数の絶縁被覆層の周囲に配置される絶縁性樹脂と、を備えることを特徴とする。

図１は、本実施形態の複合材料の模式断面図である。

磁性金属粒子１０は、Ｆｅ、ＣｏおよびＮｉからなる第１の群から選択される少なくとも一種類の磁性金属と、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃａ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｇａ、Ｓｃ、Ｖ、Ｙ、Ｎｂ、Ｐｂ、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｓｎおよび希土類元素からなる第２の群から選択される少なくとも一種類の非磁性金属と、Ｂ、Ｃ、Ｔａ、Ｗ、Ｐ、Ｎ、Ｇａからなる第３の群から選択される少なくとも一種類の添加金属と、を含む。

磁性金属は、Ｆｅ（鉄）、Ｃｏ（コバルト）およびＮｉ（ニッケル）からなる第１の群から選択される少なくとも一種類の金属である。磁性金属としては、高い飽和磁化を実現できるＦｅ基合金、Ｃｏ基合金およびＦｅＣｏ基合金が特に好ましく用いられる。ここで、Ｆｅ基合金およびＣｏ基合金としては、第２成分としてＮｉ、Ｍｎ（マンガン）、Ｃｕ（銅）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｃｒ（クロム）などを含有したＦｅＮｉ合金、ＦｅＭｎ合金、ＦｅＣｕ合金、ＦｅＭｏ合金、ＦｅＣｒ合金、ＣｏＮｉ合金、ＣｏＭｎ合金、ＣｏＣｕ合金、ＣｏＭｏ合金、ＣｏＣｒ合金が挙げられる。ＦｅＣｏ基合金としては、第２成分として、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｃｒを含有させた合金などが挙げられる。上記の第２成分は、透磁率を向上させるのに効果的な成分である。

非磁性金属は、Ｍｇ（マグネシウム）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｓｉ（シリコン）、Ｃａ（カルシウム）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｔｉ（チタン）、Ｈｆ（ハフニウム）、Ｚｎ（亜鉛）、Ｍｎ（マンガン）、Ｂａ（バリウム）、Ｓｒ（ストロンチウム）、Ｃｒ（クロム）、Ｍｏ（モリブデン）、Ａｇ（銀）、Ｇａ（ガリウム）、Ｓｃ（スカンジウム）、Ｖ（バナジウム）、Ｙ（イットリウム）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｐｂ（鉛）、Ｃｕ（銅）、Ｉｎ（インジウム）、Ｓｎ（スズ）および希土類元素からなる第２の群から選択される少なくとも一種類の金属である。これらの非磁性金属は酸化物の標準生成ギブスエネルギーが小さく酸化しやすいため、磁性金属粒子１０を被覆する絶縁被覆層２０の絶縁性の安定性の観点から好ましい。その中でも、Ａｌ、Ｓｉは、磁性金属粒子１０の主成分であるＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉと固溶しやすいため熱的安定性の観点から、好ましい。なお、上記の絶縁被覆層２０は、磁性金属粒子１０の構成成分の1つである非磁性金属を1つ以上含む酸化物もしくは複合酸化物であることが好ましい。ここで複合酸化物とは、２種類以上の金属イオンを含む酸化物をいう。

添加金属は、Ｂ（ホウ素）、Ｃ（カーボン）、Ｔａ（タンタル）、Ｗ（タングステン）、Ｐ（リン）、Ｎ（窒素）およびＧａ（ガリウム）からなる第３の群から選択される少なくとも一種類の金属である。添加金属は、磁性金属と固溶する事によって、磁気異方性を大きくすることができる。大きな磁気異方性を有する材料においては、強磁性共鳴周波数が高くなる。ここで強磁性共鳴周波数付近においては、磁性部材１００のμ’（透磁率実数部）が低下し、μ”（透磁率虚数部）は増加してしまう。そのため、強磁性共鳴周波数を高くすることにより、高周波帯域で使用することの出来る材料を作製することができる。ＣおよびＮは磁性金属と固溶しやすいので特に好ましく用いられる。また、添加金属は、磁性金属と非磁性金属と添加金属の合計量に対して０．００１原子％以上２５原子％以下含まれていることが好ましい。０．００１原子％未満では効果を得ることができず、また２５原子％を超えると磁性金属粒子１０の飽和磁化が小さくなりすぎる。

磁性金属と、非磁性金属と、添加金属と、のうち少なくとも２つは、互いに固溶していることが好ましい。固溶することによって、磁気異方性を効果的に向上することができ、それによって高周波磁気特性と機械的特性を向上させることが出来る。固溶しない場合には、非磁性金属や添加金属が磁性金属粒子１０の粒界や表面に偏析してしまい、磁気異方性や機械特性を効果的に向上させることが出来ない。

磁性金属粒子１０は、多結晶粒子、単結晶粒子のいずれでも良いが、単結晶粒子の方が好ましい。単結晶粒子にすることによって、粒子を一体化させる際に磁化容易軸を揃えることができるために、磁気異方性を制御することができ、高周波特性を向上させることが出来る。

磁性金属粒子１０の平均粒径は特に限定されないが、使用する周波数によりその最適値は決定される。渦電流による損失は粒径が大きいほど大きくなり、また、保磁力も粒径依存性を有する。渦電流および保磁力を考慮した最適な粒径を選ぶことが好ましい。例えば保磁力は材料にもよるがおよそ２０ｎｍ付近で最大値となるため、これより小さいところもしくは大きいところでの設計が好ましいが、大きい場合は渦電流損失が大きくなるため、高周波での使用は好ましくない。好ましい磁性金属粒子１０の平均粒径は、たとえば１０ｎｍ以上２０ｎｍ以下である。

磁性金属粒子１０は、球状粒子でも良いが、アスペクト比が大きい扁平粒子または棒状粒子が好ましい。アスペクト比を大きくすると、形状による磁気異方性を付与する事ができ透磁率の高周波特性が向上するだけでなく、粒子を一体化して部材を作製する際に磁場によって配向させやすい。配向することによって透磁率の高周波特性は更に向上するためである。また、アスペクト比が大きくなると、単磁区構造となる限界粒径を大きくすることができ、大きな粒子でも透磁率の高周波特性は劣化しない。たとえば磁性金属粒子１０が球状だと単磁区構造となる限界粒径は５０ｎｍ程度だが、アスペクトの大きな扁平粒子だと限界粒径は大きくなる。一般に粒径の大きな粒子の方が合成しやすいため、製造上の観点からアスペクト比が大きい方が有利となる。さらに、アスペクト比を大きくすることによって、粒子を一体化して部材を作製する際に磁性金属粒子１０の充填率を大きくするができ、それによって部材の体積あたりや重量あたりの飽和磁化を大きくでき、透磁率も大きくすることが可能となる。好ましい磁性金属粒子１０のアスペクト比は、たとえば５以上５００以下である。

磁性金属粒子１０はアモルファスであってもよい。金属単体でも合金でも、更には酸化物や窒化物、炭化物等の絶縁体との混合アモルファスであってもよい。

複数の磁性金属粒子１０の格子定数変化率は、１０００℃で熱処理をしたときの格子定数に対して±１％以下である。１０００℃で磁性部材１００の熱処理をしたときには、磁性金属粒子１０は粉末となって残る。絶縁性樹脂３０は分解しているため、粉末となって残った磁性金属粒子１０は、絶縁性樹脂３０からの応力を受けていない。そのため、粉末となって残った磁性金属粒子１０の格子定数は、磁性部材１００を形成する際に加わる加工歪みがない状態での格子定数である。格子定数変化率が±１％以下であるということは、複数の磁性金属粒子１０に対して加わる歪みが小さいことを示しているため、保磁力が低く透磁率の高い磁性部材１００を得ることができていることを示している。熱処理中の雰囲気は、Ｈ_２ガスやＣＯ等の還元雰囲気中であることが、還元作用があることで磁化が回復するため好ましい。ただし、真空中やＡｒガス等の希ガス雰囲気であってもかまわない。なお、熱処理後に他の残留物が磁性金属粒子１０に混入していてもよい。

格子定数は、Ｘ線回折（ＸＲＤ：Ｘ−ｒａｙ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）法により測定する。まず、上記の１０００℃で熱処理をしたときに粉末となって残った磁性金属粒子１０の格子定数は、粉末Ｘ線回折法によりおこなう。粉末となって残った磁性金属粒子１０に、標準試料であるＳｉ粉末を混合して、粉末Ｘ線評価用のホルダーに、できるだけＸ線が照射される面が平らになるように押しつけて固定する。このとき、粉末の酸化の可能性がある場合には、粉末をたとえば薄い樹脂膜で覆って粉末に空気が触れないようにすることが好ましい。次に、Ｘ線を粉末に照射して反射ピーク位置から反射角θを求め、格子定数ｄを２ｄｓｉｎθ＝ｎλより決定する。ここでｎは整数、λはＸ線の波長である。なお、Ｘ線回折装置の特性等に基づく補正が適宜なされていてもよい。また、粉末Ｘ線評価用のホルダーへの粉末の固定は、あまりにも強すぎると格子定数が変化するおそれがあることに留意する。

磁性部材１００中の磁性金属粒子１０の格子定数は、磁性部材１００を粉砕できる場合にはたとえば乳鉢などを用いて磁性部材１００を粉砕して粉末状にした後に、上記の粉末Ｘ線回折法により測定する。次に、磁性部材１００の粉砕が困難な場合には、たとえば有機溶剤を用いて絶縁性樹脂３０を溶解し、磁石などを用いて磁性金属粒子１０を回収する。その後、粉末Ｘ線回折法により測定する。なお、磁性部材１００の表面に被覆するための層が形成されている場合には、被覆するための層をはがすことにより同様の処理をすることができる。絶縁性樹脂３０を溶解することが困難な場合には、磁性部材１００の一部を切り出して表面上に磁性金属粒子１０を露出させ、露出させた部分に標準試料であるＳｉ粉末を表面に擦りつけて担持させた状態でＸ線を照射して測定をおこなう。

本実施の形態の磁性金属粒子１０は特に限定されないが、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉの少なくとも一種類以上からなる磁性金属がよく、より望ましくは、非磁性金属と、カーボン及び窒素の少なくとも1つとを含む磁性金属粒子１０、及び、磁性金属粒子１０の表面を被覆する酸化物被覆層が前記磁性金属粒子１０の構成成分の1つである非磁性金属を1つ以上含む酸化物もしくは複合酸化物である。

磁性金属粒子１０に含有する非磁性金属、カーボン、窒素の含有量は、磁性金属に対していずれも、２０ａｔ％以下である。含有量がそれ以上になると磁性粒子の飽和磁化を下げてしまい好ましくない。

絶縁被覆層２０は、磁性金属粒子１０の少なくとも一部を絶縁被覆する。これにより、磁性部材１００の絶縁性を向上させ、磁性金属粒子１０本来の高い透磁率を反映した磁性部材１００の作製が可能となる。絶縁被覆層２０は、上記の第１の群、第２の群および第３の群から選択される少なくとも一種類の元素を含む酸化物、窒化物または炭化物であることが、容易に安定な絶縁被覆層２０を形成できるため好ましい。

絶縁被覆層２０の厚さは特に限定されないが、０．１ｎｍ以上１００ｎｍ以下の厚さが好ましい。０．１ｎｍ未満であると、耐酸化性が不十分であるため、空気中に開放したとたんに酸化が進み発熱するなどの問題が起こる可能性があり、磁性金属粒子１０の取り扱いが難しくなる。また、１００ｎｍ以上であると、磁性部材１００を作製する際に磁性部材１００中に含まれる磁性金属粒子１０の充填率を下げ、磁性部材１００の飽和磁化を下げてしまうことにより透磁率を下げてしまい好ましくない。酸化に対して安定で、かつ、透磁率を下げないために効果的な絶縁被覆層２０の厚さは、０．１ｎｍ以上１００ｎｍ以下の厚さである。

本実施形態において、複数の絶縁被覆層２０は、絶縁被覆層同士が接する部分２２のように、互いに接している。これにより、絶縁被覆層２０を有する複数の磁性金属粒子１０の一部は凝集していることとなる。この構造を有することにより、磁性部材１００の低保磁力化が実現可能となる。複数の絶縁被覆層２０が互いに接することにより低保磁力化が実現可能となる理由は明らかでないが、本実施形態の磁性部材１００を製造する際におこなう熱処理の過程で上記の絶縁性樹脂３０が流動的になり、磁性金属粒子１０がこれに伴い不規則に動く過程で格子定数変化率を小さくしながら、一部を凝集させることで界面ひずみを小さくして、さらに近接した磁性金属粒子１０同士が磁気的相互作用をおよぼすことによって小さな保磁力を実現するのではないかと予想している。

絶縁性樹脂３０は、複数の磁性金属粒子１０と複数の絶縁被覆層２０の周囲に配置される。絶縁性樹脂３０は、磁性部材１００の絶縁性を高めるために用いられる。具体的には、ポリイミド系樹脂、シリコーン樹脂あるいはこれらの樹脂の共重合体が用いられる。しかしながらこれに限定されるものではなく、他の樹脂を用いても良い。本実施形態の絶縁性樹脂３０は、耐熱性であることが好ましい。

磁性部材１００は、酸化物、窒化物、炭化物などの無機材料を含有していても良い。具体的には、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２などの酸化物、ＡｌＮなどの窒化物、ＳｉＣなどの炭化物が挙げられる。

なお、本実施形態に係る磁性部材１００およびその製造方法において、材料組織はＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）、ＴＥＭ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）で、回折パターン（固溶の確認を含む）は、ＴＥＭ−Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ、ＸＲＤ（Ｘ−Ｒａｙ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）で、構成元素の同定及び定量分析はＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）発光分析、蛍光Ｘ線分析、ＥＰＭＡ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｒｏｂｅ Ｍｉｃｒｏ−Ａｎａｌｙｓｉｓ）、ＥＤＸ（Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ−Ｒａｙ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ）等で、それぞれ判別（分析）可能である。磁性金属粒子１０の平均粒径は、ＴＥＭ観察、ＳＥＭ観察により、個々の粒子の最も長い対角線と最も短い対角線を平均したものをその粒子径とし、多数の粒子径の平均から求める。保磁力はＶＳＭ（Ｖｉｂｒａｔｉｎｇ Ｓａｍｐｌｅ Ｍａｇｎｅｔｏｍｅｔｅｒ）で測定して求める。比透磁率は、トロイダル形状に成型した試料をインピーダンスアナライザー（Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ Ａｎａｌｙｚｅｒ）で測定して求める。

次に、本実施形態の磁性部材１００の製造方法を説明する。図２は、第１の実施形態の磁性部材１００の製造方法の模式図である。まず、図２（ａ）のように、複数の磁性金属粒子１０を準備する。磁性金属粒子１０を製造する方法は特に限定されないが、たとえば高周波誘導熱プラズマ法やレーザーアブレーション法に代表される乾式合成方法が好ましく用いられる。また、共沈法に代表される湿式合成方法も好ましく用いられる。

合成された磁性金属粒子１０の表面には、炭素等の被覆が施されていることが好ましい。その理由は、磁性金属粒子１０は非常に活性が高く、空気に触れた時に酸化・燃焼するためである。しかしながら不活性ガス中や真空中、また、反応性の低い液体中で取り扱うことで特に炭素等の被覆はなくともよい。更に、例えば炭素を被覆した場合は加熱・還元処理することで炭素をガス化して除去することが好ましい。これは残留炭素が導電性を持つために絶縁材として適さないためである。

次に、図２（ｂ）のように、磁性金属粒子１０の表面に絶縁被覆層２０を形成する。ここで、絶縁被覆層２０の形成の方法は特に限定されない。たとえば、自然酸化などによる酸化やゾルゲル法によりテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）やポリシラザンを用いて絶縁被覆層２０を好ましく形成することが出来る。また、磁性金属粒子１０を熱処理することで表面を酸化して絶縁被覆層２０を形成してもよい。さらに、Ａｌ_２Ｏ_３などの絶縁微粒子を磁性金属粒子１０の表面に担持することにより絶縁被覆層２０を形成してもよい。また、上記の方法を組み合わせることにより複数の絶縁被覆層２０を形成し、より強固な絶縁被覆層２０を得ることもできる。絶縁被覆層２０の成分も特に限定されないが一般的にはＳｉ酸化物を含有するガラス層、Ａｌ酸化物を含有する酸化膜、Ｂ系ガラス、Ａｌ_２Ｏ_３微粒子を機械的に磁性粒子表面に埋め込むように被覆する手法も知られている。耐熱性に優れ、絶縁性が高く、薄く均一に被覆できるものであれば好ましく使用できる。

更に磁性金属粒子１０はコアシェル化していることが好ましい。例えば酸素濃度のきわめて少ない不活性ガス中に放置することで酸化皮膜を構成することで例えばＡｌ_２Ｏ_３を含む被覆層が形成され、比較的安定な状態にすることが好ましい。他にも窒化、炭化することで被覆層を形成しても良い。

次に、図２（ｃ）のように、表面に絶縁被覆層２０が形成された磁性金属粒子１０を絶縁性樹脂３０に分散して分散混合体４０を形成する。ここで分散混合体４０の形成方法については特に限定されないが、たとえば乳鉢混合、ボールミル混合、三本ロール混合、撹拌式造粒機による混合などが例として挙げられる。また、準備する絶縁性樹脂３０は、絶縁性樹脂前駆体であっても良い。ポリイミド系樹脂であれば、前駆体としてたとえばシラン変性ポリアミック酸樹脂のＮＮ−ジメチルアセトアミド溶液が好ましく用いられる。また、たとえばシリコーンモノマーあるいはオリゴマーを用いてもよい。絶縁性樹脂前駆体の濃度は特に限定されない。

次に、図２（ｄ）のように、分散混合体４０を成形して成形体５０を形成する。ここで成形体５０を形成する方法としては特に限定されないが、油圧プレス装置などのプレス装置を用いた成形体形成方法が好ましく用いられる。また、スプレーによる吹付およびドクターブレード法などの塗布法も好ましく用いることができる。さらに、射出成形による成形体５０の形成方法も好ましく用いることができる。なお、プレス圧力は通常０．５ないし３ｔ／ｃｍ^２だがこれに限定されるものではない。

次に、図２（ｅ）のように、成形体５０を３００℃以上絶縁性樹脂３０の分解温度未満の温度で熱処理して磁性部材１００を得る。熱処理の過程で絶縁性樹脂３０を流動的にするためには３００℃以上の温度にすることが好ましい。一方、絶縁性樹脂３０の分解温度以上に温度を上げてしまうと磁性部材１００が破壊してしまう。また、熱処理中の雰囲気は、Ｈ_２ガスやＣＯ等の還元雰囲気中であることが、還元作用があることで磁化が回復するため好ましい。ただし、真空中やＡｒガス等の希ガス雰囲気であってもかまわない。

以下、本実施形態の作用効果について説明する。

磁性部材１００をトランス用インダクタ素子などの大きな電力用の部品に用いる場合は、磁性部材１００のヒステリシス損失を減じることが好ましい。ここでかかるヒステリシス損失は磁性金属粒子１０の保磁力に依存する。

磁性部材１００においては、成形体５０を形成するときに内部応力が磁性金属粒子１０に対して加わる。このとき、磁性金属粒子１０に歪みが加わり、保磁力が増加してしまう。かかる保磁力の増加により、磁性部材１００のヒステリシス損失が増加し、電力用部品の電力損失が大きくなる。さらに、透磁率が低下する。透磁率が低下する理由は、歪みにより磁気異方性が大きくなるためと考えられる。

３００℃以上の温度で熱処理をおこなうと、内部応力は緩和され本来の高い透磁率を得ることができる。しかし、通常の樹脂では分解してしまうため、トランス用インダクタ素子などの大きな電力用部品を製造する上では好ましくない。さらに、耐熱性の樹脂を用いても、磁性金属粒子１０に被覆層がない場合には磁性金属粒子１０同士が凝集して絶縁性が低下していた。

本実施形態によれば、大きな電力用部品への実装に耐えられる磁性金属粒子１０を高強度で被覆し、かつ、保磁力を抑制することで損失が小さく、高い透磁率を高周波で得ることができる磁性部材１００が提供される。

（第２の実施形態）
本実施形態の磁性部材は、絶縁被覆層の少なくとも一部が磁性部材の表面に配置される点で、第１の実施形態の磁性部材と異なっている。ここで、第１の実施形態と重複する点については記載を省略する。

図３は、本実施形態の磁性部材１００の模式断面図である。本実施形態の磁性部材１００においては、絶縁被覆層２０の一部が磁性部材１００の表面に、たとえば突出部２４のように配置されている。かかる構造は、アスペクト比の高い磁性金属粒子１０と絶縁性樹脂３０の混合物を熱処理した時に好ましく形成される構造である。表面に凹凸構造を有することから、磁性部材１００を被覆処理する際に密着強度が向上するため好ましい。また、磁性部材１００の表面を研磨することで突出部２４による凹凸を平坦化して用いることも可能である。この際は部材表面に磁性金属粒子１０と絶縁被覆層２０の断面構造が観察されることがある。

本実施形態の磁性部材によれば、被覆処理する際に密着強度が向上する磁性部材が提供される。

（第３の実施形態）
本実施形態の磁性部材は、格子定数変化率が１０００℃で熱処理をしたときの格子定数に対して±１％以下である複数の磁性金属ナノ粒子と、複数の磁性金属ナノ粒子の周囲に配置される複数の介在相と、複数の介在相の少なくとも一部を絶縁被覆し互いに接している複数の絶縁被覆層と、を有する複数の粒子集合体と、複数の粒子集合体の周囲に配置される絶縁性樹脂と、を備えることを特徴とする。ここで、第１および第２の実施形態と重複する点については、記載を省略する。

図４は、本実施形態の磁性部材の模式断面図である。

磁性金属ナノ粒子１２の粒径は、平均粒径１ｎｍ以上２００ｎｍ以下が好ましく、その中でも特に、１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下が好ましい。粒径が１０ｎｍ未満では、超常磁性が生じて磁束量が足りなくなってしまう。一方、粒径が大きくなると高周波領域で渦電流損が大きくなり、狙いとする高周波領域での磁気特性が低下してしまうだけでなく、単磁区構造よりも多磁区構造をとった方がエネルギー的に安定となる。この時、多磁区構造の透磁率の高周波特性は、単磁区構造の透磁率の高周波特性よりも悪くなってしまう。よって、単磁区構造を有する粒子として存在させる方が好ましい。単磁区構造を保つ限界粒径は、５０ｎｍ程度以下であるため、粒径は５０ｎｍ以下にする方がより望ましい。以上から、磁性金属ナノ粒子１２の平均粒径は１ｎｍ以上２００ｎｍ以下、その中でも特に１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下の範囲におさめることが好ましい。

磁性金属ナノ粒子１２についての他の記載は第１の実施形態の磁性金属粒子１０の記載と重複するので、省略する。

粒子集合体２６は、平均短寸法１０ｎｍ以上２μｍ以下で平均アスペクト比が５以上の形状であることが好ましい。１０ｎｍ未満では上述したように粒径が１０ｎｍ未満になり、磁束量が足らなくなり、２μｍ以上では渦電流のため損失が大きくなる。アスペクト比が大きいと、形状による磁気異方性が付与されるため、磁性粒子を一体化して所望の磁性材料を作製する際に磁場によって容易に配向させることが可能になる。

介在相１４は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉから選ばれる少なくとも１つ以上の磁性金属を含有することが望ましい。これによって、磁性金属ナノ粒子１２と介在相１４との密着性が向上し、熱的安定性および耐酸化性が向上する。

介在相１４は、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃａ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｇａ、Ｓｃ、Ｖ、Ｙ、Ｎｂ、Ｐｂ、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｓｎ、希土類元素から選ばれる少なくとも１つ以上の非磁性金属を含有することが望ましい。その中でも、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃａ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｈｆ、希土類元素、Ｂａ、Ｓｒから選ばれる少なくとも１つ以上の非磁性金属が含有されることが好ましい。これら非磁性金属は、磁性金属ナノ粒子１２の抵抗を向上させ、かつ、熱的な安定性および耐酸化性を向上させることができ好ましい。

介在相１４は、上記列挙した非磁性金属を含む、金属、半導体、酸化物、窒化物、炭化物またはフッ化物であることが望ましく、特に、高い熱的安定性、高い耐酸化性を実現できるという点で、酸化物、窒化物、炭化物であることがより望ましい。

介在相１４は、渦電流等による損失低減の観点から、磁性金属ナノ粒子１２よりも高抵抗であることが望ましい。

介在相１４は、磁性金属ナノ粒子１２がＭｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃａ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｇａ、Ｓｃ、Ｖ、Ｙ、Ｎｂ、Ｐｂ、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｓｎ、希土類元素から選ばれる少なくとも１つ以上の非磁性金属を含有する場合、介在相１４がその非磁性金属の少なくとも一つを含有することが望ましい。これによって、磁性金属ナノ粒子１２と介在相１４との密着性を向上でき、磁性部材１００の熱的安定性および耐酸化性を向上させることが可能となる。

本実施形態の製造方法について記載する。まず、磁性金属を含む粒子を形成する。ここで、磁性金属を含む粒子の形成方法は、上記の磁性金属粒子１０の準備方法と同様である。ここで、磁性金属を含む粒子の表面に酸化膜などの絶縁膜を形成しておくことが、磁性金属を含む粒子保護のため好ましい。

次に、上記の磁性金属を含む粒子を遊星ボールミルやボールミル等で粉砕して処理し、回収した後にたとえば還元雰囲気中で熱処理し、磁性金属ナノ粒子１２が介在相１４中に分散したヘテログラニュラー構造の粒子を作製する。

次に、絶縁被覆層２０を、上述の方法で形成する。その後の製造方法は、第１の実施形態の磁性部材１００の製造方法と同様である。

本実施形態の磁性部材によれば、大きな電力用部品への実装に耐えられる磁性金属粒子１０を高強度で被覆し、かつ、保磁力を抑制することで損失が小さく、高い透磁率を高周波で得ることができる磁性部材が提供される。

（第４の実施形態）
本実施形態は、第１、第２および第３の実施形態に係る磁性部材を用いることを特徴とするインダクタ素子である。ここで、第１、第２および第３の実施形態と重複する点については、記載を省略する。

図５は、本実施形態のチップインダクタ素子２００の模式図である。磁性部材１００の内部にコイル１０２が配置されている。コイル１０２の両端は、２個の電極１０８とそれぞれ接続されている。

図６は、本実施形態のトランス用インダクタ素子３００の模式図である。トランス用インダクタ素子２００は、図６（ａ）のように、磁性部材１００の周囲に第１のコイル１０４と第２のコイル１０６とが巻き付けられている形態を有する。第１のコイル１０４の両端と第２のコイル１０６との両端には、図示しない電極が接続されていてもよい。

図６（ｂ）は、本実施形態のトランス用インダクタ素子３００における磁性金属粒子１０の扁平面の配向の仕方を示したものである。磁性金属粒子１０の扁平面は、図６（ｂ）のように、ｘｙ面内に配向されることが好ましい。これにより、第１のコイル１０４の軸方向および第２のコイル１０６の軸方向における磁性部材の透磁率をより増加させることができるためである。

本実施形態によれば、損失が小さく高い透磁率を高周波で得ることができるインダクタ素子が提供される。

以下に、実施例を比較例と対比しながらより詳細に説明する。

（実施例１）
平均粒径４０ｎｍのＦｅＮｉＳｉ粒子を遊星ボールミルで２０ｍｉｎ処理して、これを回収した。次に、ＴＥＯＳにて絶縁被覆処理を行った後に乾燥してポリイミド樹脂前駆体のＤＭＡ（ジメチルアセトアミド）溶液と乳鉢混合し、造粒した。つぎに、これを１ｔ／ｃｍ^２で成型することで外形の直径７ｍｍφ、内径４ｍｍφ、厚み２ｍｍの磁性部材前駆体を得た。更にこれを水素中で４００℃にて熱処理することで磁性部材１００を得た。本磁性部材１００の保磁力および透磁率を測定したところ保磁力は１５Ｏｅ、比透磁率は１ＭＨｚで１０であった。また、この磁性部材１００を乳鉢で粉砕してＳｉを標準試料として磁性金属粒子１０の格子定数ｄｍを測定した。さらにこの磁性部材１００を１０００℃にて水素中で熱処理し、樹脂を分解した後に格子定数ｄｓを測定した。格子定数の変化率は−０．８５％であった。なお、変化率は（ｄｍ−ｄｓ）／ｄｓにより計算した。

（実施例２）
実施例１と同様の手法で平均粒径１１０ｎｍのＦｅＣｏＳｉ粒子を用いて磁性部材１００を作製、評価したところ保磁力は２９Ｏｅ、比透磁率は１０であった。また、この時の磁性金属粒子１０の格子定数変化率は−０．０６４％であった。

（実施例３）
平均粒径４５ｎｍのＦｅＮｉＡｌ粒子を遊星ボールミルで１２０ｍｉｎ処理して、これを回収、ＴＥＯＳにて絶縁被覆処理を行った後に乾燥してシリコーン樹脂に乳鉢混合し、造粒することで複合粉末を作製した。これを３ｔ／ｃｍ^２で成型することで外形７ｍｍφ、内径４ｍｍφ、厚み２ｍｍの磁性部材前駆体を得た。更にこれを水素中で３５０℃にて熱処理することで磁性部材１００を得た。本磁性部材の保磁力および透磁率を測定したところ保磁力は３０Ｏｅ、比透磁率は７であった。また、この時の磁性金属粒子１０の格子定数変化率は−０．２３％であった。

（実施例４）
扁平状粒子で厚みが８０ｎｍ、アスペクト比２２０のＦｅＳｉＣｒ粒子をＴＥＯＳにて絶縁被覆処理を行った後に乾燥してシリコーン樹脂に乳鉢混合し、造粒することで複合粉末を作製した。これを３ｔ／ｃｍ^２で成型することで外形７ｍｍφ、内径４ｍｍφ、厚み２ｍｍの磁性部材前駆体を得た。更にこれを水素中で３５０℃にて熱処理することで磁性部材１００を得た。本磁性部材の保磁力および透磁率を測定したところ保磁力は１０Ｏｅ、比透磁率は４０であった。また、この時の磁性金属粒子１０の格子定数変化率は０．１２％であった。なおＣｒの含有量はＦｅＳｉに対しておよそ１ａｔｍ％であった。

（実施例５）
平均粒径約１μｍのＦｅ粒子および１ｗｔ％のＡｌ_２Ｏ_３微粒子をボールミルで２０ｍｉｎ処理して絶縁被覆処理を行った後に、これを回収、乾燥してポリイミド樹脂前駆体のＤＭＡ溶液と乳鉢混合し、造粒することで複合粉末を作製した。これを３ｔ／ｃｍ^２で成型することで外形７ｍｍφ、内径４ｍｍφ、厚み２ｍｍの磁性部材前駆体を得た。更にこれを水素中で４００℃にて熱処理することで磁性部材１００を得た。本磁性部材の保磁力および透磁率を測定したところ保磁力は５Ｏｅ、比透磁率は２０であった。また、この時の磁性金属粒子１０の格子定数変化率は０．１０％であった。

（実施例６）
実施例５と同様の方法でＡｌ_２Ｏ_３の代わりにＺｒＯ_２微粒子を用いて被覆層を形成し、磁性部材１００を作製した。磁性部材１００の保磁力は７Ｏｅ、比透磁率は１５であった。また、この時の磁性金属粒子１０の格子定数変化率は０．５７％であった。

（実施例７）
実施例１で作製した磁性部材１００に導線を巻きつけることでインダクタを作製した。損失を測定したところ１ＭＨｚで０．２Ｗ／ｃｃであった。これを電源基盤に実装して用いたところ５０℃以下の発熱であったため使用することが出来た。

（比較例１）
ポリイミド樹脂前駆体のＤＭＡ溶液の代わりにポリビニルブチラールのアセトン溶液を用いることで実施例１と同様の方法で複合粉末を作製した。これを１ｔ／ｃｍ^２で成型することで外形７ｍｍφ、内径４ｍｍφ、厚み２ｍｍの磁性部材前駆体を得た。更にこれを水素中で４００℃にて熱処理することで磁性部材１００は崩壊して磁性部材１００は得られなかった。

（比較例２）
磁性金属粒子１０を被覆しないで実施例１と同様の方法で磁性部材１００を作製したところ、保磁力は１５Ｏｅであったが電気抵抗が小さくなり、ショートとなったため比透磁率は１ＭＨｚでは評価できなかった。

（比較例３）
実施例３と同様に磁性部材前駆体を作製した後、水素中で２５０℃にて熱処理することで磁性部材１００を作製した。保磁力は８０Ｏｅ、比透磁率は５であった。

（比較例４）
熱処理を行わないで、他の手法は比較例１と同様の方法で磁性部材１００を作製したところ、保磁力は１１０Ｏｅ、比透磁率は４であった。

（比較例５）
比較例４の磁性部材１００を用いてインダクタを作製したところ損失が２Ｗ／ｃｃとなった。これを電源基盤に実装して用いたところ８０℃に発熱したため使用することが出来なかった。

（比較例６）
遊星ボールミルの処理条件を変更して実施例１と同様に作製したところ、絶縁被覆層２０は互いに接することがなく、磁性金属粒子１０の凝集はないものであった。保磁力は５０Ｏｅ、比透磁率は５であった。

（比較例７）
遊星ボールミルの処理条件を変更して実施例１と同様に作製したところ、格子定数変化率は−１．２％、保磁力は１２０Ｏｅ、比透磁率は４であった。

（比較例８）
遊星ボールミルの処理条件を変更して実施例１と同様に作製したところ、格子定数変化率は＋１．１％、保磁力は７０Ｏｅ、比透磁率は４であった。

（比較例９）
熱処理温度が５００℃である点以外は実施例１と同様に作製したところ、熱処理温度が絶縁性樹脂３０の分解温度以上であったため、絶縁性樹脂３０が熱分解してしまった。

表１に、格子定数変化率に関する実施例の一部と比較例の一部の結果をまとめた。

表１から明らかなように、格子定数変化率は１０００℃で熱処理をしたときの格子定数に対して±１％以下で、良好な保磁力と比透磁率が得られた。

表２に、熱処理温度に関する実施例の一部と比較例の一部の結果をまとめた。

表２から明らかなように、熱処理温度は３００℃以上絶縁性樹脂３０の分解温度未満の温度において、良好な保磁力と比透磁率が得られた。

実施例４，５，６は磁性金属粒子１０を使用した磁性部材１００の結果、他は磁性金属ナノ粒子１２を使用した磁性部材１００の結果である。

以上述べた少なくとも一つの実施形態の磁性部材によれば、格子定数変化率が１０００℃で熱処理をしたときの格子定数に対して±１％以下である複数の磁性金属粒子と、複数の磁性金属粒子の少なくとも一部を絶縁被覆し互いに接している複数の絶縁被覆層と、複数の磁性金属粒子と複数の絶縁被覆層の周囲に配置される絶縁性樹脂と、を備えることにより、保磁力を小さくすることで、損失が小さく高い透磁率を高周波で得ることができる磁性部材の提供が可能となる。

本発明のいくつかの実施形態および実施例を説明したが、これらの実施形態および実施例は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０ 磁性金属粒子
１２ 磁性金属ナノ粒子
１４ 介在相
２０ 絶縁被覆層
２２ 絶縁被覆層同士が接する部分
２４ 突出部
２６ 粒子集合体
３０ 絶縁性樹脂
４０ 分散混合体
５０ 成形体
１００ 磁性部材
１０２ コイル
１０４ 第１のコイル
１０６ 第２のコイル
１０８ 電極
２００ チップインダクタ素子
３００ トランス用インダクタ素子

Claims (16)

1. 格子定数変化率が１０００℃で熱処理をしたときの格子定数に対して±１％以下である複数の磁性金属粒子と、
   前記複数の磁性金属粒子の少なくとも一部を絶縁被覆し互いに接している複数の絶縁被覆層と、
   前記複数の磁性金属粒子と前記複数の絶縁被覆層の周囲に配置される絶縁性樹脂と、
   を備えることを特徴とする磁性部材。
2. 前記磁性金属粒子が、Ｆｅ、ＣｏおよびＮｉからなる第１の群から選択される少なくとも一種類の磁性金属を含むことを特徴とする請求項１記載の磁性部材。
3. 前記磁性金属粒子が、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃａ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｇａ、Ｓｃ、Ｖ、Ｙ、Ｎｂ、Ｐｂ、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｓｎおよび希土類元素からなる第２の群から選択される少なくとも一種類の非磁性金属をさらに含むことを特徴とする請求項１または請求項２記載の磁性部材。
4. 前記磁性金属粒子が、Ｂ、Ｃ、Ｔａ、Ｗ、Ｐ、ＮおよびＧａからなる第３の群から選択される少なくとも一種類の添加金属をさらに含み、前記添加金属が前記磁性金属と前記非磁性金属と前記添加金属の合計量に対して０．００１原子％以上２５原子％以下含まれていることを特徴とする請求項１ないし請求項３いずれか一項記載の磁性部材。
5. 前記絶縁被覆層が、前記第１の群、前記第２の群および前記第３の群から選択される少なくとも一種類の元素を含む酸化物、窒化物または炭化物であることを特徴とする請求項１ないし請求項４いずれか一項記載の磁性部材。
6. 前記絶縁被覆層の少なくとも一部が前記磁性部材の表面に配置されることを特徴とする請求項１ないし請求項５いずれか一項記載の磁性部材。
7. 請求項１ないし請求項６いずれか一項記載の磁性部材を用いることを特徴とするインダクタ素子。
8. 複数の磁性金属粒子を準備し、
   前記複数の磁性金属粒子の表面に複数の絶縁被覆層を形成し、
   前記表面に前記複数の絶縁被覆層が形成された前記複数の磁性金属粒子を絶縁性樹脂に分散して分散混合体を形成し、
   前記分散混合体を成形して成形体を形成し、
   前記成形体を３００℃以上前記絶縁性樹脂の分解温度未満の温度で熱処理する、
   磁性部材の製造方法。
9. 格子定数変化率が１０００℃で熱処理をしたときの格子定数に対して±１％以下である複数の磁性金属ナノ粒子と、前記複数の磁性金属ナノ粒子の周囲に配置される複数の介在相と、前記複数の介在相の少なくとも一部を絶縁被覆し互いに接している複数の絶縁被覆層と、を有する複数の粒子集合体と、
   前記複数の粒子集合体の周囲に配置される絶縁性樹脂と、
   を備えることを特徴とする磁性部材。
10. 前記磁性金属ナノ粒子が、Ｆｅ、ＣｏおよびＮｉからなる第１の群から選択される少なくとも一種類の磁性金属を含むことを特徴とする請求項９記載の磁性部材。
11. 前記磁性金属ナノ粒子が、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃａ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｇａ、Ｓｃ、Ｖ、Ｙ、Ｎｂ、Ｐｂ、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｓｎおよび希土類元素からなる第２の群から選択される少なくとも一種類の非磁性金属をさらに含むことを特徴とする請求項９または請求項１０記載の磁性部材。
12. 前記磁性金属ナノ粒子が、Ｂ、Ｃ、Ｔａ、Ｗ、Ｐ、ＮおよびＧａからなる第３の群から選択される少なくとも一種類の添加金属をさらに含み、前記添加金属が前記磁性金属と前記非磁性金属と前記添加金属の合計量に対して０．００１原子％以上２５原子％以下含まれていることを特徴とする請求項９ないし請求項１１いずれか一項記載の磁性部材。
13. 前記絶縁被覆層が、前記第１の群、前記第２の群および前記第３の群から選択される少なくとも一種類の元素を含む酸化物、窒化物または炭化物であることを特徴とする請求項９ないし請求項１２いずれか一項記載の磁性部材。
14. 前記複数の磁性金属ナノ粒子の平均粒径が１ｎｍ以上２００ｎｍ以下で、前記粒子集合体の平均短寸法が１０ｎｍ以上２μｍ以下で平均アスペクト比が５以上であることを特徴とする請求項９ないし請求項１３いずれか一項記載の磁性部材。
15. 前記絶縁被覆層の少なくとも一部が前記磁性部材の表面に配置されることを特徴とする請求項９ないし請求項１４いずれか一項記載の磁性部材。
16. 請求項９ないし請求項１５いずれか一項記載の磁性部材を用いることを特徴とするインダクタ素子。