JP2674623B2 - Magnetic material for high frequency - Google Patents
Magnetic material for high frequencyInfo
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Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は、1MHz以上の高周波で用いられるインダクタ
ー、例えばTV、ビデオテープレコーダ等に用いられるイ
ンダクター、とりわけエポキシ樹脂などで被覆されるイ
ンダクター用の磁性材料に関するものである。
（従来の技術）
この1MHz以上の高周波で用いられるインダクター用の
磁性材料としては、Ni−Zn系フェライトが用いられてい
た。
この従来のNi−Zn系フェライトとしては、Fe2O346〜5
0mol％、ZnO0〜15mol％、残りがNiO及びCuOの組成のも
のが用いられていた。
（発明が解決しようとする問題点）
従来のNi−Zn系フェライトでは、ZnOの量が多過ぎる
と損失の周波数特性が悪く、インダクターとして1MHz以
上の高周波で用いることは、実用上困難であった。一方
ZnOの少ない組成では、フェライトの磁歪が大きくなる
ことはよく知られており、この為大きな応力のかかる用
途では透磁率が低下し、インダクターとしての性能、即
ちインダクタンスＬが変動するという難点があった。
また、1MHz以上の高周波で用いられるインダクター
は、所定のインダクタンス、小型化にともなう寸法精度
及び強度などが重要な特性であることは他のインダクタ
ーと同様であるが、それに加えて、このようなインダク
ターは、エポキシ等の樹脂で被覆されることがあり、こ
のような場合、コアに加わる応力によってインダクタン
スが低下する加圧特性が小さいこと、更には、外部から
加わる磁界によりインダクタンスが低下する磁界特性が
小さいことが要求されている。
しかし、従来の組成では、上記の加圧特性及び磁場特
性が大きく、問題となっていた。
本発明は、上記の事を鑑みて、加圧特性及び磁場特性
の小さい、特性の安定した新規な高周波用磁性材料を提
供することを目的とするものである。
（問題点を解決するための手段）
本発明は、31〜46mol％のFe2O3、15〜29mol％のZnO、
残りがNiOとCuOであり、NiOのモル比がCuOのモル比より
も多いスピネル型組成物であって、小量成分として0.33
〜1.0wt％のCo3O4又はこれに相当する量のコバルト酸化
物又はコバルト炭酸化物等、及び0.05〜4.0wt％のSiO2
を含む磁性材料が1MHz以上の高周波においても損失が少
なく、かつ外部からの加圧及び磁場印加に対するインダ
クタンスの低下が少ない優れた磁性材料であることを見
い出したものである。
また、本発明の上記の組成において、以下のような置
換又は添加を行っても同様の効果を得ることができた。
ｉ）0.01〜6.0mol％のTiO2をこれの1/2のモル比に相当
するFe2O3と置換すること。
ii）0.01〜8.0mol％のAl2O3をFe2O3と置換すること。
iii）0.01〜8.0mol％のCr2O3をFe2O3と置換すること。
iv）0.1〜10mol％のMgOをNiOと置換すること。
ｖ）0.1〜3mol％のLi2O及びLi2Oと同モル量のFe2O3を、
又はこれらに相当する量の炭酸塩又は水酸化物を、相当
する金属原子数のNiOと置換すること。
vi）0.1〜6mol％相当のMn酸化物又は炭酸化物を添加す
ること。
vii）0.1〜12wt％のBi2O3又はPbO又はBiCO3又はPb3O4を
添加すること。
本発明の磁性材料は、密度4.6g/cm3以上で初透磁率30
〜200、相対温度係数０〜30ppm/℃の磁気特性をもつNi
−Zn系フェライトであり、加圧劣化合、磁場劣化が極め
て小さいことが大きな特徴である。
本発明において、上記の如く組成範囲に限定した理由
を以下に述べる。
ｉ）主成分が、上記組成範囲以外では、加圧特性、磁場
特性が劣化する。
ii）添加物SiO2は、初透磁率の値を制御するために使用
するものであり、SiO2を4.0wt％より多く含有せしめた
場合、コアの焼結性が悪化し、密度がとれず、コア自体
の強度が低下する。このため、添加量は、0.05〜4.0wt
％の範囲とする。
iii）Co3O4は、Ｑの周波数特性を改善するために使用す
るものである。但し、その添加量を増すことにより、相
対温度係数が30ppm/℃を超えるため、0.33〜1.0wt％の
範囲とする。
（実施例）
Fe2O341.5mol％、NiO20.8mol％、ZnO27.4mol％、CuO1
0.4mol％の主成分に、SiO21.13wt％、Co3O40.5wt％を添
加した原料を振動ミルにて混合し、800〜900℃で仮焼
し、この仮焼粉体を振動ミルにて粉砕し、バインダを加
え造粒し、外径30mm、内径20mm、高さ7mmのトロイダル
コア、及び長さ50mm、幅10mm,厚さ5mmの板状コアを成形
し、この成形体を1050℃で焼成した。このコアの密度
は、4.6g/cm3以上とした。これは第１表の試料Ａ−２で
ある。同様の方法で、第１表に示す各組成について試料
を作成した。
この各試料の板状コアから、２×２×10mmの角柱コア
401を切り出し、消磁した後、直径0.1mmの被膜銅線402
を40turns密巻きにし、インダクタンスを測定した。こ
のときのインダクタンスをL1とする。この様子を第４図
に示す。さらに、コア401内部の磁束方向と同方向（矢
印Ａ）に荷重を加え、インダクタンス（L2）を測定し
た。さらに荷重を加えたまま、外部より1000Gaussの磁
界を第４図の矢印Ｂ方向に瞬間的に加え、この外部磁界
を取り去った後のインダクタンス（L3）を測定した。こ
のインダクタンスL1、L2、L3から加圧特性、磁場特性を
次式により算定した。
ｉ）加圧特性
ii）磁場特性
各試料の加圧特性、磁場特性及び密度、磁気特性を第
２表に示す。
この初透磁率は、1MHz、相対損失係数は、2.5MHzで測
定し、相対温度係数は、−20〜20℃の範囲で測定した。
又、加圧特性及び磁場特性は、角形コアに5kg/mm2の圧
力を加えたときのものであり、いずれも1MHzの周波数で
測定した。
第１図及び第２図に、荷重に対する加圧特性及び磁気
特性を示す。この第１図及び第２図において、本発明の
材料は、第１表の試料名Ａ−２であり、従来材料は、Fe
2O349.0mol％、NiO38.0mol％、ZnO10.0mol％、CuO3.0mo
l％の組成のものである。この第１図及び第２図から、
従来材料に比較し、本発明材料は、明らかにＬの変化率
が少ない。
また第３図に、含有するFe2O3量と、実際にドラムコ
ア（外径1.8mm、全長1.3mm、芯径0.7mm）をエポキシ樹
脂で被覆し、外部より1000Gaussの磁場を加えたときの
Ｌの変化率を示す。尚、第３図における各試料の組成を
第３表に示す。同一条件で測定した従来材料の場合、Ｌ
の変化率は10〜15％であり、本発明の材料の改善効果の
著しいことがわかる。
（発明の効果）
本発明は、加圧特性及び磁場特性に優れた磁性材料で
あり、比較的温度特性が安定で、1MHz以上の高周波にお
いても損失が少ない材料を実現したものであり、産業上
極めて有益なものである。
また、今後、チップインダクターの回路への自動装着
化が進み、強力な磁石でコアが保持される等、外部磁界
にさらされることが十分予想されるが、このような場合
においてもコアのインダクタンスの変化が少なく、回路
の信頼性の向上も可能である。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Industrial field of application) The present invention relates to an inductor used at a high frequency of 1 MHz or more, for example, an inductor used for a TV, a video tape recorder, etc., particularly an inductor covered with an epoxy resin or the like. It relates to a magnetic material. (Prior Art) As a magnetic material for an inductor used at a high frequency of 1 MHz or more, Ni-Zn ferrite has been used. As this conventional Ni-Zn ferrite, Fe 2 O 3 46-5
The composition of 0 mol%, ZnO 0 to 15 mol% and the balance of NiO and CuO were used. (Problems to be solved by the invention) In the conventional Ni-Zn type ferrite, when the amount of ZnO is too large, the frequency characteristic of loss is poor, and it was practically difficult to use it as a high frequency inductor of 1 MHz or more. . on the other hand
It is well known that ferrite has a large magnetostriction with a composition containing a small amount of ZnO. Therefore, in applications where a large amount of stress is applied, the magnetic permeability decreases, and the performance as an inductor, that is, the inductance L fluctuates. . In addition, inductors used at high frequencies of 1MHz and above are similar to other inductors in that important properties such as predetermined inductance and dimensional accuracy and strength associated with miniaturization are the same as other inductors. May be coated with a resin such as epoxy. In such a case, the pressure characteristic that the inductance decreases due to the stress applied to the core is small, and the magnetic field characteristic that the inductance decreases due to the magnetic field applied from the outside It is required to be small. However, in the conventional composition, the above-mentioned pressurizing characteristics and magnetic field characteristics are large, which has been a problem. The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a novel magnetic material for high frequency, which has a small pressurizing characteristic and a magnetic field characteristic and has stable characteristics. (Means for Solving Problems) The present invention provides 31 to 46 mol% Fe 2 O 3 , 15 to 29 mol% ZnO,
The balance is NiO and CuO, a spinel type composition in which the molar ratio of NiO is more than the molar ratio of CuO, and 0.33 as a minor component.
~ 1.0 wt% Co 3 O 4 or equivalent amount of cobalt oxide or cobalt carbonate, etc., and 0.05 ~ 4.0 wt% SiO 2
It has been found out that the magnetic material containing is less magnetic loss even at a high frequency of 1 MHz or more, and less deteriorated in inductance due to external pressurization and magnetic field application. Further, in the above composition of the present invention, similar effects could be obtained even if the following substitutions or additions were carried out. i) Substituting 0.01 to 6.0 mol% of TiO 2 with Fe 2 O 3 corresponding to a 1/2 molar ratio thereof. ii) Replacing 0.01 to 8.0 mol% of Al 2 O 3 with Fe 2 O 3 . iii) Replacing 0.01 to 8.0 mol% of Cr 2 O 3 with Fe 2 O 3 . iv) Replacing 0.1-10 mol% MgO with NiO. v) 0.1 to 3 mol% of Li 2 O and the same molar amount of Fe 2 O 3 as Li 2 O,
Or, replace the equivalent amount of carbonate or hydroxide with NiO having the corresponding number of metal atoms. vi) Add 0.1 to 6 mol% of Mn oxide or carbonate. vii) Add 0.1 to 12 wt% of Bi 2 O 3 or PbO or BiCO 3 or Pb 3 O 4 . The magnetic material of the present invention has a density of 4.6 g / cm 3 or more and an initial magnetic permeability of 30.
Ni with magnetic characteristics of ~ 200, relative temperature coefficient 0 ~ 30ppm / ℃
It is a Zn-based ferrite, and its major feature is that the deterioration of pressure and the deterioration of magnetic field are extremely small. In the present invention, the reason why the composition range is limited as described above will be described below. i) When the main component is outside the above composition range, the pressurizing property and the magnetic field property deteriorate. ii) The additive SiO 2 is used to control the value of the initial magnetic permeability, and when the content of SiO 2 is more than 4.0 wt%, the sinterability of the core deteriorates and the density cannot be removed. The strength of the core itself is reduced. Therefore, the addition amount is 0.05-4.0wt.
% Range. iii) Co 3 O 4 is used to improve the frequency characteristic of Q. However, the relative temperature coefficient exceeds 30 ppm / ° C by increasing the addition amount, so the range is 0.33 to 1.0 wt%. (Example) Fe 2 O 3 41.5mol%, NiO20.8mol%, ZnO27.4mol%, CuO1
Raw materials in which SiO 2 1.13 wt% and Co 3 O 4 0.5 wt% were added to the main component of 0.4 mol% were mixed in a vibration mill and calcined at 800 to 900 ° C. Crushed with a binder and granulated to form a toroidal core with an outer diameter of 30 mm, an inner diameter of 20 mm and a height of 7 mm, and a plate-shaped core with a length of 50 mm, a width of 10 mm and a thickness of 5 mm. Baked at ° C. The density of this core was 4.6 g / cm 3 or more. This is Sample A-2 in Table 1 . In the same manner, samples were prepared for each composition shown in Table 1. 2 × 2 × 10 mm prismatic core from the plate-shaped core of each sample
After cutting out 401 and demagnetizing, coated copper wire 402 with a diameter of 0.1 mm
Was tightly wound at 40 turns and the inductance was measured. The inductance at this time is L 1 . This is shown in FIG. Further, a load was applied in the same direction as the magnetic flux direction inside the core 401 (arrow A), and the inductance (L 2 ) was measured. While further applying a load, a magnetic field of 1000 Gauss was momentarily applied from the outside in the direction of arrow B in FIG. 4, and the inductance (L 3 ) after removing this external magnetic field was measured. The pressurization characteristics and magnetic field characteristics were calculated from the inductances L 1 , L 2 and L 3 by the following equations. i) Pressurization characteristics ii) Magnetic field characteristics Table 2 shows the pressure characteristics, magnetic field characteristics and density, and magnetic characteristics of each sample. The initial magnetic permeability was measured at 1 MHz, the relative loss coefficient was measured at 2.5 MHz, and the relative temperature coefficient was measured at -20 to 20 ° C.
Further, the pressurizing property and the magnetic field property were obtained when a pressure of 5 kg / mm 2 was applied to the rectangular core, and both were measured at a frequency of 1 MHz. 1 and 2 show the pressure characteristic and magnetic characteristic with respect to the load. In FIG. 1 and FIG. 2, the material of the present invention is the sample name A-2 in Table 1, and the conventional material is Fe.
2 O 3 49.0mol%, NiO 38.0mol%, ZnO 10.0mol%, CuO3.0mo
It has a composition of 1%. From this FIG. 1 and FIG.
Compared with the conventional material, the material of the present invention obviously has a smaller change rate of L. In addition, Fig. 3 shows the amount of Fe 2 O 3 contained and the actual drum core (outer diameter 1.8 mm, total length 1.3 mm, core diameter 0.7 mm) coated with epoxy resin and a magnetic field of 1000 Gauss applied from the outside. The rate of change of L is shown. The composition of each sample in FIG. 3 is shown in Table 3. For conventional materials measured under the same conditions, L
The change rate is 10 to 15%, which shows that the material of the present invention has a remarkable improvement effect. (Advantages of the Invention) The present invention is a magnetic material having excellent pressurization characteristics and magnetic field characteristics, has relatively stable temperature characteristics, and has realized a material with little loss even at high frequencies of 1 MHz or higher. It is extremely useful. Also, in the future, it is fully expected that the chip inductor will be automatically attached to the circuit and the core will be held by a strong magnet, and it will be fully exposed to the external magnetic field. Changes little and the reliability of the circuit can be improved.
【図面の簡単な説明】
第１図は、荷重に対する加圧特性であり、第２図は、荷
重に対する磁場特性であり、第３図は、Fe2O3量に対す
るＬの変化率であり、第４図は、加圧特性及び磁場特性
の測定の様子を示す図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a pressurizing characteristic with respect to a load, FIG. 2 is a magnetic field characteristic with respect to a load, and FIG. 3 is a change rate of L with respect to the amount of Fe 2 O 3 , FIG. 4 is a diagram showing how the pressurizing characteristic and the magnetic field characteristic are measured.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−28235（ＪＰ，Ａ) 特公 昭48−5559（ＪＰ，Ｂ１) ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (56) References Japanese Patent Laid-Open No. 1-28235 (JP, A) Japanese Patent Publication Sho 48-5559 (JP, B1)
Claims (1)
OとCuOであり、NiOのモル比がCuOのモル比よりも多いス
ピネル型組成物であって、小量成分として0.33〜1.0wt
％のCo3O4又はこれに相当する量のコバルト酸化物又は
コバルト炭酸化物等、及び0.05〜4.0wt％のSiO2を含む
ことを特徴とする1MHz以上の高周波でも損失の少ない高
周波用磁性材料。(57) [Claims] 1.31 to 46 mol% Fe 2 O 3 , 15 to 29 mol% ZnO, and the balance Ni
O and CuO, a spinel type composition in which the molar ratio of NiO is higher than the molar ratio of CuO, and 0.33 to 1.0 wt% as a minor component.
% Co 3 O 4 or an equivalent amount of cobalt oxide or cobalt carbonate, etc., and 0.05 to 4.0 wt% of SiO 2 containing a magnetic material for high frequency with low loss even at high frequency of 1 MHz or more. .
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Country Status (1)
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1987
- 1987-10-14 JP JP62259897A patent/JP2674623B2/en not_active Expired - Lifetime
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