JP2022028764A - コイル部品用磁性粉末及びこれを含むコイル部品 - Google Patents

Abstract

【課題】高飽和磁束特性（Ｍｓ）を有するコイル部品用磁性粉末及びこれを含むコイル部品を提供する。【解決手段】本発明は、Ｆｅ－Ｓｉ－Ｂ－Ｃ－Ｃｒ系の鉄系粉末を含み、上記鉄系粉末は非晶質粒子と結晶質粒子を含むコイル部品用磁性粉末を提供する。【選択図】図３

Description

本発明は、コイル部品用磁性粉末及びこれを含むコイル部品に関するものである。

コイル部品のうちの一つであるインダクタ（ｉｎｄｕｃｔｏｒ）は、抵抗、キャパシタとともに電子回路を構成してノイズ（Ｎｏｉｓｅ）を除去する代表的な受動素子でありコイル部品である。かかるインダクタは、電磁気特性を用いてキャパシタと組み合わせることで特定の周波数帯域の信号を増幅させる共振回路やフィルタ（Ｆｉｌｔｅｒ）回路などの構成に使用される。

最近、各種の通信デバイスやディスプレイデバイスなどのＩＴデバイスの小型化及び薄膜化が加速しつつある。よって、かかるＩＴデバイスに採用されるインダクタ、キャパシタ、トランジスタなどの各種の素子も小型化及び薄型化のための研究が継続的に行われている。

このような小型化にも拘らず、コイル部品の性能に対しては、従来と同一であるか、または次第に高くなることが要求される傾向にある。コイル部品のうちの一つであるインダクタでは、インダクタンス（容量）、直流重畳特性及び損失効率などの特性が重要とされている。

かかるコイル部品の性能は、コイル部品の本体に用いられる合金粉末の特性が大きく影響する。

したがって、コイル部品の性能を向上させることができるコイル部品用磁性粉末が必要な実情である。

韓国公開特許第２０１５－００３８７５１号公報 韓国公開特許第２０１３－００９４３１６号公報

本発明の目的のうちの一つは、高飽和磁束特性（Ｍｓ）を有するコイル部品用磁性粉末及びこれを含むコイル部品を提供することにある。

上述の課題を解決するための方法として、本発明による一例は、コイル部品用磁性粉末を提案する。具体的には、Ｆｅ－Ｓｉ－Ｂ－Ｃ－Ｃｒ系の鉄系粉末を含み、上記鉄系粉末は非晶質粒子と結晶質粒子を含む。

上述の課題を解決するための方法として、本発明による他の例は、コイル部品を提案する。具体的には、コイル部品用磁性粉末を含む本体と、上記本体の内側に配置され、両端部が上記本体の外側に露出するコイルと、上記本体の外側に配置され、上記コイルの端部とそれぞれ接続される外部電極と、を含み、上記コイル部品用磁性粉末は、Ｆｅ－Ｓｉ－Ｂ－Ｃ－Ｃｒ系の鉄系粉末を含み、上記鉄系粉末は非晶質粒子と結晶質粒子を含む。

本発明の一実施形態によるコイル部品用磁性粉末は、Ｆｅ－Ｓｉ－Ｂ－Ｃ－Ｃｒ系の鉄系粉末を含み、上記鉄系粉末は非晶質粒子と結晶質粒子を含むため、高飽和磁束特性（Ｍｓ）を有することができる。

また、本発明の他の実施形態によるコイル部品は、Ｆｅ－Ｓｉ－Ｂ－Ｃ－Ｃｒ系の鉄系粉末を含み、上記鉄系粉末は非晶質粒子と結晶質粒子を含むコイル部品用磁性粉末を含むため、高ＤＣ－ｂｉａｓ性能を有することができる。

比較例によるコイル部品用磁性粉末をＸＲＤ（Ｘ－Ｒａｙ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）で測定したもので、非晶質粒子のみからなる磁性粉末のＸＲＤシグナルを概略的に示したものである。 比較例によるコイル部品用磁性粉末をＶＳＭ（Ｖｉｂｒａｔｉｎｇ Ｓａｍｐｌｅ Ｍａｇｎｅｔｏｍｅｔｅｒ）で測定したものである。 本発明の一実施形態によるコイル部品用磁性粉末をＸＲＤ（Ｘ－Ｒａｙ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）で測定したもので、非晶質粒子と結晶質粒子が混合された磁性粉末のＸＲＤシグナルを概略的に示したものである。 本発明の一実施形態によるコイル部品用磁性粉末をＶＳＭ（Ｖｉｂｒａｔｉｎｇ Ｓａｍｐｌｅ Ｍａｇｎｅｔｏｍｅｔｅｒ）で測定したものである。 結晶質粒子の含有量が互いに異なる磁性粉末のＸＲＤシグナルを概略的に示したものである。 結晶質粒子の含有量が互いに異なる磁性粉末のＸＲＤシグナルを概略的に示したものである。 結晶質粒子の含有量が互いに異なる磁性粉末のＸＲＤシグナルを概略的に示したものである。 ＸＲＤによる測定結果、結晶質ピークが観察されていない場合のＴＥＭイメージとＳＡＭパターンの結果を示したものである。 ＸＲＤによる測定結果、結晶質ピークが観察された場合のＴＥＭイメージとＳＡＤパターンの結果を示したものである。 本発明の他の実施形態によるコイル部品の断面図を概略的に示したものである。

以下では、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。しかし、本発明の実施形態は様々な他の形態に変形されることができ、本発明の範囲は以下で説明する実施形態に限定されない。また、本発明の実施形態は、当該技術分野で平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。したがって、図面における要素の形状及び大きさなどはより明確な説明のために拡大縮小表示（または強調表示や簡略化表示）がされることがあり、図面上の同一の符号で示される要素は同一の要素である。

コイル部品用磁性粉末
本発明の一実施形態によるコイル部品用磁性粉末は、Ｆｅ－Ｓｉ－Ｂ－Ｃ－Ｃｒ系の鉄系粉末を含み、上記鉄系粉末は非晶質粒子と結晶質粒子を含む。

従来のコイル部品に用いられる高Ｍｓ特性を有する鉄系粉末とは、Ｆｅの含有量が７８～８４ａｔ％であり、飽和磁束密度（Ｂｓ）が約１．５４～１．６３Ｔレベルであり、保磁力が１００Ａ／ｍ以下のレベルを有することを意味する。

特に、特定の熱処理工程が適用された磁性粉末の場合、保磁力が１００Ａ／ｍ以下レベルであり、粉末の粒度分布（Ｄ_５０）が２０～２５μｍの条件下においてトロイダルコアを基準に透磁率の値は１ＭＨｚの周波数で３２～３５の範囲内とならねばならず、磁束密度０．０２Ｔ（テスラ）かつ周波数１ＭＨｚの条件下において磁心損失は５５０ｋＷ／ｍ^３以下の特性を満たさねばならない。

Ｆｅの含有量が高い鉄系粉末の場合は、上述の特性を満たすために、Ｘ線回折法（ＸＲＤ）で測定した際に非晶質粒子を含んでいることを確認する必要がある。

このような非晶質性を示し、且つＦｅの含有量が高い鉄系粉末のＸＲＤシグナルは、図１のようにハロー（ｈａｌｏ）状を示す。

非晶質粒子のみを含む比較例によるコイル部品用磁性粉末のＭｓ特性をＶＳＭで測定すると、図２のとおりとなる。

図２に示される比較例によるコイル部品用磁性粉末は、８１ａｔ％のＦｅ、４ａｔ％のＳｉ、１３ａｔ％のＢ、１ａｔ％のＣ、及び１％のＣｒの組成を有し、図１に示すように、非晶質粒子のみを含むことが分かる。

図２を参照すると、非晶質粒子のみを含む比較例によるコイル部品用磁性粉末のＭｓは約１７２．７ｅｍｕ／ｇであることが分かる。

図３は、本発明の一実施形態によるコイル部品用磁性粉末をＸＲＤ（Ｘ－Ｒａｙ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）で測定したもので、非晶質粒子と結晶質粒子が混合された磁性粉末のＸＲＤシグナルを概略的に示したものである。

ＸＲＤ及びＶＳＭによる測定に用いられた本発明の一実施形態によるコイル部品用磁性粉末は、８１ａｔ％のＦｅ、４ａｔ％のＳｉ、１３ａｔ％のＢ、１ａｔ％のＣ、及び１％のＣｒの組成を有する。これにより、上述の比較例によるコイル部品用磁性粉末と同一の組成であることが分かる。

上述の比較例とは異なり、本発明の一実施形態によるコイル部品用磁性粉末は、非晶質粒子と結晶質粒子が混合されたヘテロジニアス（ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓ）粉末であるため、ＸＲＤで測定した際に、結晶性粒子に対するピーク（約４５ｄｅｇ）が確認されることが分かる。

すなわち、本発明の一実施形態によるコイル部品用磁性粉末は、Ｆｅ－Ｓｉ－Ｂ－Ｃ－Ｃｒ系の鉄系粉末を含み、上記鉄系粉末は非晶質粒子と結晶質粒子を含むため、ＸＲＤシグナルの測定結果において、結晶質ピークの高さｈ１と結晶質ピークの高さｈ２の比ｈ１／ｈ２は１～１．５であることが確認できる。

この際、本発明の一実施形態によるコイル部品用磁性粉末において結晶質粒子が占める含量は５～６ｖｏｌ％であることができる。

結晶質ピークの高さｈ１と結晶質ピークの高さｈ２の比ｈ１／ｈ２が１未満の場合は、磁心損失が非常に高くＭｓが低いという問題があり、結晶質のピークの高さｈ１と結晶質ピークの高さｈ２の比ｈ１／ｈ２が１．５を超えると、透磁率が低くなり磁心損失も増加するという問題がある。

よって、結晶質ピークの高さｈ１と結晶質ピークの高さｈ２の比ｈ１／ｈ２が１～１．５である場合、低磁心損失特性、適正な水準の透磁率、及び高Ｍｓ特性を有することができる。

図４は、本発明の一実施形態によるコイル部品用磁性粉末をＶＳＭ（Ｖｉｂｒａｔｉｎｇ Ｓａｍｐｌｅ Ｍａｇｎｅｔｏｍｅｔｅｒ）で測定したものである。

図４を参照すると、本発明の一実施形態によるコイル部品用磁性粉末は、非晶質粒子と結晶質粒子が混合されたヘテロジニアス（ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓ）粉末であるため、比較例と同一の組成にも拘らず、ＶＳＭによる測定結果、本発明の一実施形態によるコイル部品用磁性粉末のＭｓは約１８２．６ｅｍｕ／ｇと比較例によるコイル部品用磁性粉末のＭｓ測定値よりも約５～６％高いことが分かる。

測定方法についてより詳細に説明すると、先ず８１ａｔ％のＦｅ、４ａｔ％のＳｉ、１３ａｔ％のＢ、１ａｔ％のＣ、及び１％のＣｒの組成を有する非晶質粒子のみからなる比較例によるコイル部品用磁性粉末、及び比較例と同一の組成を有し、且つ非晶質粒子と結晶質粒子が混合された本発明の一実施形態によるコイル部品用磁性粉末を用意した。

次に、用意された比較例によるコイル部品用磁性粉末、及び本発明の一実施形態によるコイル部品用磁性粉末は、それぞれ粗粉を７０～９０ｗｔ％、微粉を１０～３０ｗｔ％含むように調節した。

その後、比較例によるコイル部品用磁性粉末、及び本発明の一実施形態によるコイル部品用磁性粉末を用いてトロイダルコアを製造した。

次に、比較例によるトロイダルコア、及び本発明の一実施形態によるトロイダルコアの電磁気特性に対する評価を行った。その結果、透磁率、品質係数、磁心損失などの電磁気特性の水準が互いに類似することが確認できた。

しかし、入力された電流当たりの透磁率（％）は、比較例によるトロイダルコアの場合は約８７．９％であり、本発明の一実施形態によるトロイダルコアの場合は約９０．８％であるため、非晶質粒子と結晶質粒子が混合された場合のトロイダルコアのＤＣ－ｂｉａｓ性能が高いことが確認できた。

本発明の一実施形態によるコイル部品用磁性粉末は、Ｆｅの含有量が８０～８１ａｔ％であり、Ｓｉの含有量が４～８ａｔ％であり、Ｂの含有量が１２～１４ａｔ％であり、Ｃの含有量が０．１５～１．０ａｔ％であり、Ｃｒの含有量が１～１．５ａｔ％であることができる。

コイル部品には高Ｂｓ値が要求されるが、一般に、Ｂｓが高い合金粉末の材料設計はＦｅ元素が豊かな組成に基づく。

具体的には、Ｆｅ元素が豊かな組成にＳｉ、Ｂ、Ｃなどの半金属（ｍｅｔａｌｌｏｉｄ）系元素を少量添加して母合金（Ｉｎｇｏｔ）を作成し、噴霧（ａｔｏｍｉｚｅｒ）装置を用いて粉末化する。この際、ガラス質化（Ｇｌａｓｓ Ｆｏｒｍｉｎｇ Ａｂｉｌｉｔｙ；ＧＦＡ）できるように、コイル部品用磁性粉末の組成を調節することが重要である。

本発明の一実施形態によるコイル部品用磁性粉末は、Ｆｅの含有量が８０～８１ａｔ％であるため、高Ｂｓ値を有するようになる。

また、本発明の一実施形態によるコイル部品用磁性粉末は、Ｓｉの含有量が４～８ａｔ％であり、Ｂの含有量が１２～１４ａｔ％であり、Ｃの含有量が０．１５～１．０ａｔ％であるため、磁性粒子の一部がガラス質化できるようになる。

特に、本発明の一実施形態によるコイル部品用磁性粉末は、Ｃｒの含有量が１．０～１．５ａｔ％であるため、耐腐食性に優れるとともに、磁気時効を防止し、Ｂｓを１．５Ｔ以上実現することができる。

また、本発明の一実施形態によるコイル部品用磁性粉末は、コイル部品用磁性粉末にＣｒを１～１．５ａｔ％添加し、Ｆｅ－Ｓｉ－Ｂ－Ｃ－Ｃｒ系の鉄系粉末の表面にＣｒＯ_ｘ層を形成する。このように、Ｆｅ－Ｓｉ－Ｂ－Ｃ－Ｃｒ系の鉄系粉末の表面をリン酸塩系コーティング体でコーティングする場合、Ｆｅ－Ｓｉ－Ｂ－Ｃ－Ｃｒ系の鉄系粉末とリン酸塩系コーティング体の接合性を大幅に向上させ、優れた絶縁抵抗特性及び再現性を確保することができる。

本発明の一実施形態によるコイル部品に含まれる鉄系粉末のアスペクト比は、１．１～１．３であることができる。

もし、鉄系粉末のアスペクト比が１．１未満であると、磁心損失が大きくなり、Ｍｓの値が非常に低くなる。逆に、鉄系粉末のアスペクト比が１．３を超えると、低透磁率及び高磁心損失特性を有するようになる。

まとめると、本発明の一実施形態によるコイル部品用磁性粉末は、Ｆｅ－Ｓｉ－Ｂ－Ｃ－Ｃｒ系の鉄系粉末を含み、上記鉄系粉末は非晶質粒子と結晶質粒子を含むため、粗粉と微粉を８：２の割合で混合して製造した２０パイのトロイダルコアを基準に１ＭＨｚの周波数で透磁率３２以上、磁心損失５００ｋＷ／ｍ^３以下、品質係数６５以上を満たすとともに、１８０ｅｍｕ／ｇ以上の高Ｍｓ測定値を有することができるという優れた効果がある。

図５～図７は、結晶質粒子の含有量が互いに異なる磁性粉末のＸＲＤシグナルを概略的に示したものである。

具体的には、図５はｈ１／ｈ２が０の場合、図６はｈ１／ｈ２が１．３の場合、及び図７はｈ１／ｈ２が２．８２の場合における磁性粉末のＸＲＤシグナルを示したものである。

一方、図５～図７の磁性粉末の透磁率（１ＭＨｚ）、磁心損失、及びＭｓをそれぞれ測定した。

図５のようにｈ１／ｈ２が１未満の場合、すなわち、結晶質ピークが観察されていない場合、透磁率は２１．６、磁心損失は８７９ｋＷ／ｍ^３、及びＭｓは１７２ｅｍｕ／ｇであることが確認できる。

これとは異なり、図７のようにｈ１／ｈ２が１．５を超えると、透磁率は１７．３、磁心損失は８８１ｋＷ／ｍ^３、及びＭｓは１８４．４ｅｍｕ／ｇであることが確認できる。

すなわち、ｈ１／ｈ２が１未満の場合は、磁心損失が高くＭｓが低いという問題があり、ｈ１／ｈ２が１．５を超えると、磁心損失が高く透磁率が低いという問題がある。

しかし、図６のように、ｈ１／ｈ２が１～１．５である場合、透磁率は２１．５、磁心損失は７１７ｋＷ／ｍ^３、及びＭｓは１８２ｅｍｕ／ｇと、高透磁率及びＭｓ値を有するとともに低い磁心損失を有することが分かる。

図８は、ＸＲＤによる測定結果、結晶質ピークが観察されていない場合のＴＥＭイメージとＳＡＭパターンの結果を示したものである。また、図９は、ＸＲＤによる測定結果、結晶質ピークが観察された場合のＴＥＭイメージとＳＡＤパターンの結果を示したものである。

図８及び図９を参照すると、ＸＲＤによる測定結果、結晶質ピークが観察されている場合は、ＴＥＭ写真からも非晶質粒子と結晶質粒子が混在していることが確認でき、この際、結晶質粒子のグレインサイズ（粒径）は約９～１０ｎｍであることが分かる。

コイル部品
図１０は、本発明の他の実施形態によるコイル部品１００の断面図を概略的に示したものである。

図１０を参照すると、本発明の他の実施形態によるコイル部品１００は、本体１１０と、本体１１０の内側に配置され、両端部が本体１１０の外側に露出するコイル１２０と、本体１１０の外側に配置され、コイル１２０の端部とそれぞれ接続される外部電極１３０と、を含む。

本体１１０は、磁性体シート１１１を積層することで形成することができるが、これに限定されるものではない。

本体１１０は、本発明の一実施形態によるコイル部品用合金磁性粉末を含むことで形成することができる。

本発明の一実施形態によるコイル部品用磁性粉末は、Ｆｅ－Ｓｉ－Ｂ－Ｃ－Ｃｒ系の鉄系粉末を含み、上記鉄系粉末は非晶質粒子と結晶質粒子を含む。

すなわち、本発明の一実施形態によるコイル部品用磁性粉末は、Ｆｅ－Ｓｉ－Ｂ－Ｃ－Ｃｒ系の鉄系粉末を含み、上記鉄系粉末は非晶質粒子と結晶質粒子を含むため、ＸＲＤシグナルの測定結果において、結晶質ピークの高さｈ１と非晶質ピークの高さｈ２の比ｈ１／ｈ２は１～１．５であることが確認できる。

また、本発明の一実施形態によるコイル部品用磁性粉末は、Ｆｅの含有量が８０～８１ａｔ％であり、Ｓｉの含有量が４～８ａｔ％であり、Ｂの含有量が１２～１４ａｔ％であり、Ｃの含有量が０．１５～１．０ａｔ％であり、Ｃｒの含有量が１～１．５ａｔ％であることができる。

コイル部品を製造する際に用いられる本発明の一実施形態によるコイル部品用磁性粉末の鉄系粉末は、粗粉を７０～９０ｗｔ％含み、微粉を１０～３０ｗｔ％含むことができる。

磁性体シート１１１を用いてコイル部品を形成するにあたり、磁性体シート１１１にコイルパターンをらせん状に形成し、かかる磁性体シート１１１を積層して、積層方向において隣接する各コイルパターンを、導電性ビアを介して互いに接続することでコイル１２０を形成することができる。コイル１２０は、投射平面図を見ると、コイルパターンが互いに重なり合って環状の軌道を構成するようになる。

コイル１２０は、リードを介して本体１１０の長さ方向Ｌの両端面に配置される外部電極１３０と電気的に接続されるようにする。

本発明の他の実施形態によるコイル部品は、本体１１０が、本発明の一実施形態によるコイル部品用磁性粉末を含むため、本発明の一実施形態によるコイル部品用磁性粉末について上述したとおり優れた効果を有することができる。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の技術的範囲はこれに限定されず、特許請求の範囲に記載された本発明の技術的思想から外れない範囲内で多様な修正及び変形が可能であるということは、当技術分野の通常の知識を有する者には明らかである。

１００ コイル部品
１１０ 本体
１１１ 磁性体シート
１２０ コイル
１３０ 外部電極

Claims (12)

1. Ｆｅ－Ｓｉ－Ｂ－Ｃ－Ｃｒ系の鉄系粉末を含み、
   前記鉄系粉末は単一粉末内に非晶質粒子と結晶質粒子が含まれた形であり、
   前記Ｆｅの含有量は８０～８１ａｔ％であり、
   前記Ｂの含有量は１２～１４ａｔ％である、コイル部品用磁性粉末。
2. 前記コイル部品用磁性粉末のＸＲＤシグナルを測定した結果であって、
   結晶質ピークの高さｈ１と非晶質ピークの高さｈ２の比ｈ１／ｈ２は１～１．５である、請求項１に記載のコイル部品用磁性粉末。
3. 前記結晶質粒子の含有量は５～６ｖｏｌ％である、請求項１または請求項２に記載のコイル部品用磁性粉末。
4. Ｓｉの含有量は４～８ａｔ％であり、
   Ｃの含有量は０．１５～１．０ａｔ％であり、
   Ｃｒの含有量は１～１．５ａｔ％である、請求項１から請求項３の何れか一項に記載のコイル部品用磁性粉末。
5. 前記コイル部品用磁性粉末は、粗粉を７０～９０ｗｔ％含み、微粉を１０～３０ｗｔ％含む、請求項１から請求項４の何れか一項に記載のコイル部品用磁性粉末。
6. 前記鉄系粉末のアスペクト比は１．１～１．３である、請求項１から請求項５の何れか一項に記載のコイル部品用磁性粉末。
7. コイル部品用磁性粉末を含む本体と、
   前記本体の内側に配置され、両端部が前記本体の外側に露出するコイルと、
   前記本体の外側に配置され、前記コイルの端部とそれぞれ接続される外部電極と、を含み、
   前記コイル部品用磁性粉末は、
   Ｆｅ－Ｓｉ－Ｂ－Ｃ－Ｃｒ系の鉄系粉末を含み、
   前記鉄系粉末は単一粉末内に非晶質粒子と結晶質粒子が含まれた形であり、
   前記Ｆｅの含有量は８０～８１ａｔ％であり、
   前記Ｂの含有量は１２～１４ａｔ％である、コイル部品。
8. 前記コイル部品用磁性粉末のＸＲＤシグナルを測定した結果であって、
   結晶質ピークの高さｈ１と非晶質ピークの高さｈ２の比ｈ１／ｈ２は１～１．５である、請求項７に記載のコイル部品。
9. 前記結晶質粒子の含有量は５～６ｖｏｌ％である、請求項７または請求項８に記載のコイル部品。
10. Ｓｉの含有量は４～８ａｔ％であり、
    Ｃの含有量は０．１５～１．０ａｔ％であり、
    Ｃｒの含有量は１～１．５ａｔ％である、請求項７から請求項９の何れか一項に記載のコイル部品。
11. 前記コイル部品用磁性粉末は、粗粉を７０～９０ｗｔ％含み、微粉を１０～３０ｗｔ％含む、請求項７から請求項１０の何れか一項に記載のコイル部品。
12. 前記鉄系粉末のアスペクト比は１．１～１．３である、請求項７から請求項１１の何れか一項に記載のコイル部品。

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