JP3722391B2

JP3722391B2 - Composite magnetic body and electromagnetic interference suppressor using the same

Info

Publication number: JP3722391B2
Application number: JP23520496A
Authority: JP
Inventors: 栄▲吉▼ ▲吉▼田; 光晴佐藤; 英州菅原; 島田　　寛
Original assignee: NEC Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 1996-09-05
Filing date: 1996-09-05
Publication date: 2005-11-30
Anticipated expiration: 2016-09-05
Also published as: JPH1079302A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波領域に於いて優れた複素透磁率特性を有する複合磁性材料およびそれを用いた電磁波吸収体に関し、高周波電子回路や装置に於いて問題となる電磁干渉の抑制に有効な手段を提供するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、デジタル電子機器をはじめ高周波を利用する電子機器類の普及が進み、中でも準マイクロ波帯域を使用する移動通信機器類の普及がめざましい。それに伴い、インダクタンス部品や電波吸収体に用いられる軟磁性体材料にも高周波化への対応が求められている。加えて、その用途が携帯電話機等の小型、軽量な通信機器の場合には、軟磁性体への要求特性に、軽量、肉薄、堅牢等が追加される。
【０００３】
軟磁性材料の高周波化を阻む主な要因の一つは、渦電流損失であり、その低減化手段として、表皮深さを考慮した薄膜化及び高電気抵抗化が挙げられ、前者の例としては、磁性体層と誘電体層を交互に積層製膜したもの、また後者の代表としては高電気抵抗のＮｉ−Ｚｎ系フェライトを挙げることができる。
【０００４】
準マイクロ波帯域における軟磁性体の用途は、前述のインダクタンス部品及び電波吸収体が主であり、インダクタンス部品には実部透磁率μ′が用いられ、電波吸収体には虚数部透磁率μ″が用いられる。
【０００５】
しかしながら、インダクタンス部品には高いＱ値が要求される場合が多いものの、準マイクロ波帯域では必要なインダクタンスが極めて小さな値となる為に、磁芯材料としての用途は限られている。
【０００６】
一方、虚数部透磁率μ″を用いる電波吸収体としての用途は、高周波機器類の普及と共に拡大しつつある。
【０００７】
例えば、携帯電話に代表される移動体通信機器には、とりわけ小型化軽量化の要求が顕著であり、電子部品の高密度実装化が最大の技術課題の一つとなっている。従って、過密に実装された電子部品類やプリント配線あるいはモジュール間配線等が互いに極めて接近することになり、更には、信号処理速度の高速化も図られているため、静電及び電磁結合による線間結合の増大化や放射ノイズによる干渉などが生じ、機器の正常な動作を妨げる事態が少なからず生じている。
【０００８】
このようないわゆる電磁障害に対して従来は、主に導体シールドを施す事による対策がなされてきた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、導体シールドは空間とのインピーダンス不整合に起因する電磁波の反射を利用する電磁障害対策であるために、遮蔽効果は得られても不要輻射源からの反射による電磁結合が助長され、その結果二次的な電磁障害を引き起こす場合が少なからず生じている。
【００１０】
この二次的な電磁障害対策として、磁性体の磁気損失、即ち虚数部透磁率μ″を利用した不要輻射の抑制が有効である。
【００１１】
即ち、前記シールド体と不要輻射源の間に磁気損失の大きい磁性体を配設する事で不要輻射を抑制することが出来る。
【００１２】
ここで、磁性体の厚さｄは、μ″＞μ′なる関係を満足する周波数帯域にてμ″の大きさに反比例するので、前記した電子機器の小型、軽量化要求に迎合する薄い電磁干渉抑制体即ち、シールド体と磁性体からなる複合体を得るためには、虚数部透磁率μ″の大きな磁性体が必要となる。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
懸る要求に対応すべく透磁率の高周波特性に優れ、磁気損失体として機能する磁性体即ち、低周波数領域にてμ′の値が大きく、更にμ″＞μ′なる周波数領域に於いてμ″が大きな値を示す磁性体の検討を行った。
【００１４】
本発明者らは、以前に扁平形状を有し、表面に酸化被膜を有する軟磁性合金粉末をマトリックス中に配向配列させた複合磁性体が優れた高周波透磁率特性を有することを示した（日本応用磁気学会誌２０，４２１−４２４（１９９６））。ここで用いた扁平状の軟磁性合金粉末は、略球状ないし不定形状の粗粉末を溶媒中で機械的に摩砕処理することにより得られるもので、前記粗粉末は、原料メルトを冷媒中にアトマイズする直接造粒や、原料インゴットを出発原料とし、これを機械粉砕することで得られるものである。このような製法にて代表的な軟磁性材料であるＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金（センダスト）を扁平状の粉末に加工し、その磁気特性について、粉末化および扁平化プロセスとの関連を調べたところ、粉末の比表面積の増大化と共に前記Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金組成中のＳｉおよびＡｌの選択的な酸化、即ち合金の組成ずれが進行することが判明した。Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金においては、Ｆｅ８５％、Ｓｉ９．６％、Ａｌ５．４％近傍に透磁率μが極めて大きくなる領域が存在し、このときの結晶異方性定数及び磁歪定数は共に殆どゼロとなっている（この領域のＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金は一般にセンダストとよばれる）。
【００１５】
従って、前述の様に微細化されたＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金粉末では、特定組成（ＳｉおよびＡｌ）の選択的酸化によって合金組成のずれが生じ、この為に結晶異方性定数及び磁歪定数が共にゼロでは無くなり透磁率μの大幅な劣化が生じることになる。
【００１６】
ところで、磁性合金の組成分析は、通常、元素分析により行われるが、この方法では、構成元素がメタル状態で存在するのか或いは酸化物となっているのかの区別が不能である。別の分析手段、例えば原子間の結合エネルギーの違いを利用してメタル状態と酸化物状態を分別する手法もあるが、被分析試料が微細な粉末であるため定量性に高い精度が望めないという問題がある。
【００１７】
本発明は、軟磁性合金の粉末化に伴う特定合金組成の選択的欠乏を予め出発原料の段階で補っておき、粉末化された軟磁性合金の有効組成がバルク合金の設計組成と略同一となる様にすることで、優れた透磁率特性を実現するものであり、更には粉末の有効組成をキュリー温度Ｔｃの測定により精度良く検証可能とするものである。バルク軟磁性合金の設計組成は、通常結晶異方性定数が略ゼロの組成または／及び磁歪定数が略ゼロとなる組成であることが多く、本発明の組成基準となる出発原料の合金組成は、通常結晶異方性定数又は／及び磁歪定数が略ゼロの合金組成とした。これらを実現することで高い透磁率と、応力歪みの影響を受けない安定した磁気特性が得られる。
【００１８】
また、磁性体のキュリー温度Ｔｃは、合金組成により一義的に定まるものであり、磁気天秤等をもちいて磁化の温度変化を測定することにより粉末状態でも容易に精度良く求めることができるので、本発明の目的である粉末状態での合金組成の最適化を判定する手段として極めて適している。
【００１９】
即ち、本発明によれば、少なくとも表面が酸化されている扁平状の軟磁性合金粉末と結合剤からなる複合磁性体であって、前記軟磁性合金粉末は表面の酸化物部分と粉末内部の非酸化物部分からなり、前記軟磁性合金粉末の非酸化物部分が、結晶異方性定数または磁歪定数がゼロであるような挙動を示していることを特徴とする複合磁性体が得られる。
【００２０】
また、本発明によれば、少なくとも表面が酸化されている扁平状の軟磁性合金粉末と結合剤からなる複合磁性体であって、前記軟磁性合金粉末の非酸化物組成が、そのキュリー温度Ｔｃと結晶異方性定数または磁歪定数がゼロである軟磁性合金バルク材のキュリー温度とで管理され、前記軟磁性合金粉末が結晶異方性定数または磁歪定数がゼロであるような挙動を示していることを特徴とする複合磁性体が得られる。
【００２２】
また、本発明によれば、前記軟磁性合金粉末は、前記複合磁性体中において配向配列されていることを特徴とする複合磁性体が得られる。
【００２３】
また、本発明によれば、前記複合磁性体と導電性材料とから実質的になる電磁干渉抑制体が得られる。
【００２４】
また、本発明によれば、酸化性の組成を含む軟磁性合金粉末の製造方法であって、結晶異方性定数または磁歪定数ゼロの組成のバルク材のキュリー温度を測定し、前記バルク材の組成からあらかじめズレた組成を有する出発原料バルク材を粉末化してなる軟磁性合金粉末のキュリー温度Ｔｃを測定し、前記キュリー温度Ｔｃを前記結晶異方性定数または磁歪定数ゼロの組成のバルク材のキュリー温度と共に用いて、前記軟磁性体合金粉末の非酸化物の組成を管理することを特徴とする軟磁性合金粉末の製造方法の製造方法が得られる。
【００２５】
また、本発明によれば、酸化性の組成を含む軟磁性合金粉末及び結合剤から実質的になる複合磁性体の製造方法であって、結晶異方性定数または磁歪定数ゼロの組成のバルク材のキュリー温度を測定し、前記バルク材の組成からあらかじめズレた組成を有する出発原料バルク材を粉末化してなる軟磁性合金粉末のキュリー温度Ｔｃを測定し、前記キュリー温度Ｔｃを前記結晶異方性定数または磁歪定数ゼロの組成のバルク材のキュリー温度と共に用いて、前記軟磁性体合金粉末の非酸化物の組成を管理することを特徴とする複合磁性体の製造方法が得られる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
本発明に於いては、高周波透磁率の大きなＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金（センダスト）、Ｆｅ−Ｓｉ合金或いは各種アモルファス合金等の金属軟磁性材料を原料素材として用いることが出来る。
【００２７】
本発明では、これらの粗原料を摩砕、延伸〜引裂加工等により扁平化し、そのアスペクト比を概ね１０以上とする。所望のアスペクト比を得るには、例えば溶媒中で摩砕処理する方法が挙げられ、具体的には、ボールミル、アトライタ、ピンミル等を用いることができ、前記した条件を満足するアスペクト比が得られれば扁平化手段に制限はない。また、原料メルトを、回転する冷却コーン上に噴霧し直接扁平粒子を得る方法を用いても良い。
【００２８】
また、本発明に於いては、個々の磁性粉末同士の電気的な隔離、即ち複合磁性体の非良導性を磁性粉の高充填状態においても確保出来る様、軟磁性粉末は、その表面に誘電体層が形成されている必要がある。この誘電体層は、金属磁性粉末の表面を酸化させることにより得られる構成元素と酸素からなる金属酸化物層であり、例えばＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金（センダスト）の場合には、主にＡｌＯ_x及びＳｉＯ_xであると推察される。金属粉末の表面を酸化させる手段の一例として、特に粉末の大きさが比較的小さく、活性度の高いものについては、炭化水素系有機溶媒中あるいは不活性ガス雰囲気中にて酸素分圧の制御された窒素−酸素混合ガスを導入する液相徐酸法或いは気相徐酸法により酸化処理する事が酸化反応制御の容易性、安定性及び安全性の点で好ましい。
【００２９】
本発明の副材料として用いる有機結合剤としては、ポリエステル系樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリウレタン樹脂、セルロース系樹脂、ＡＢＳ樹脂、ニトリル−ブダジエン系ゴム、スチレン−ブタジエン系ゴム、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、アミド系樹脂、イミド系樹脂或いはそれらの共重合体を挙げることが出来る。
【００３０】
以上述べた本発明の構成要素を混練・分散し複合磁性体を得る手段には特に制限はなく、用いる結合剤の性質や工程の容易さを基準に好ましい方法を選択すればよい。
【００３１】
この混練・分散された磁性体混合物中の磁性粒子を配向・配列させる手段としては、せん断応力による方法と磁場配向による方法があり、いずれの方法を用いても良い。
【００３２】
【実施例】
次に本発明を、以下の実施例に基づき詳細に説明する。
【００３３】
はじめに、結晶異方性定数及び磁歪定数が共にほぼゼロであるセンダスト中心組成（Ｆｅ８５％、Ｓｉ９．４％、Ａｌ５．６％）を有する原料インゴット（バルク合金材）を用意し、これを溶解して水アトマイズ法によりＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金の粗粉末を作製した。次にアトライタを用いて摩砕加工を行い、摩砕処理時間の異なる複数の試料を作製した。ここで得られた各試料に関し、炭化水素系有機溶媒中で酸素分圧３５％の窒素−酸素混合ガスを導入しながら８時間撹拌し液相徐酸処理した後、表面に酸化被膜を有する粉末の試料を得た。得られた粉末を表面分析した結果、金属酸化物の生成が明確に確認され、試料粉末の表面に於ける酸化被膜の存在が認められた。
【００３４】
ここで得られたアトライタ摩砕処理時間の異なる扁平形状で表面に酸化被膜を有する粉末試料について、外部磁界５ｋエルステッドにて磁気天秤により飽和磁化の温度変化を測定し、得られた飽和磁化の温度特性より各粉末試料のキュリー温度Ｔｃを求めた。図１に各粉末試料のキュリー温度Ｔｃのアトライタ摩砕処理時間依存性を示す。
【００３５】
図１より、試料粉末のキュリー温度Ｔｃが、アトライタ摩砕処理時間の進行と共に単調に上昇していることが分かる。
【００３６】
この結果に加えて、更に試料粉末の出発原料である原料インゴット（バルク合金材）のキュリー温度が約４５０℃であること、及び純鉄のキュリー温度が約７７０℃であることから、アトライタによる摩砕処理の進行により、試料粉末の合金組成がＦｅ過剰となる、言い換えればＳｉ及び／又はＡｌの選択的欠落が生じると推定できる。その理由は、Ｓｉ及び／又はＡｌの金属→酸化物変化における標準生成Ｇｉｂｂｓエネルギー値、および合金中での移動度がＦｅに比べて大きいことにより、Ｓｉ及び／又はＡｌが選択的に粉末表面にて酸化される為と考えられる。従って、粉末の表面積が大きい程、Ｓｉ及び／又はＡｌの酸化が促進され、その結果としてキュリー温度Ｔｃの変化も大きくなると予想される。図２は、アトライタ摩砕時間の異なる各試料について、キュリー温度ＴｃをＢＥＴ比表面積の関数として示した図であり、キュリー温度ＴｃがＢＥＴ比表面積に略比例すること、即ち、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金においては、Ｓｉ及び／又はＡｌの選択的な酸化が粉末の表面積の大きさに応じて生じ、その結果合金組成が変化し、キュリー温度の上昇がおこることが分かる。
【００３７】
本発明の効果を検証するにあたり、合金組成の異なる出発バルク原料から作製した各種の粉末試料を用いて以下に述べる複合磁性体を作製し、μ−ｆ特性及び電磁干渉抑制効果を調べた。
【００３８】
μ−ｆ特性の測定には、トロイダル形状に加工された複合磁性体試料を用いた。これを１ターンコイルを形成するテストフィクスチャに挿入し、インピーダンスを計測することによりμ′及びμ″を求めた。
【００３９】
一方、電磁干渉抑制効果の検証は、図３に示される評価系により行い、試料となる電磁干渉抑制体１０としては、複合磁性体１に銅板２を裏打ちしてなる厚さ２ｍｍで一辺の長さが２０ｃｍのものを用いた。ここで波源用素子及び受信用素子としては、ループ径１．５ｍｍの電磁界送信用微小ループアンテナ３及び電磁界受信用微小ループアンテナ４を用い、結合レベルの測定にはネットワークアナライザを使用した。なお５は電磁界波源用発信器、６は電磁界強度測定器である。
【００４０】
（検証用試料１）
センダスト中心組成（Ｆｅ８５％、Ｓｉ９．６％、Ａｌ５．４％）よりもＳｉ及びＡｌ過剰の組成（Ｆｅ８４％、Ｓｉ１０％、Ａｌ６％）からなる原料インゴットを作製し、これを粗粉砕後、扁平状に加工し粉末試料を得た。この粉末試料を用いて、表１に示した配合からなる軟磁性体ペーストを調合し、これをドクターブレード法により製膜し、熱プレスを施した後に８５℃にて２４時間キュアリングを行い検証用試料１を得た。
【００４１】
【表１】

【００４２】
なお、得られた試料１を走査型電子顕微鏡を用いて解析したところ、扁平磁性粒子は試料膜面内方向に配向配列されていた。
【００４３】
（比較用試料２）
センダスト中心組成（Ｆｅ８５％、Ｓｉ９．６％、Ａｌ５．４％）からなる原料インゴットを作製し、これを粗粉砕後、扁平状に加工し粉末試料を得た。この粉末試料を用いて、表２に示した配合からなる軟磁性体ペーストを調合し、これをドクターブレード法により製膜し、熱プレスを施した後に８５℃にて２４時間キュアリングを行い比較用試料２を得た。
【００４４】
【表２】

【００４５】
なお、得られた試料２を走査型電子顕微鏡を用いて解析したところ、扁平磁性粒子は試料膜面内方向に配向配列されていた。
【００４６】
（比較用試料３）
センダスト中心組成（Ｆｅ８５％、Ｓｉ９．６％、Ａｌ５．４％）からなる原料インゴットを作製し、これを粗粉砕後、扁平状に加工し粉末試料を得た。この粉末試料を用いて、表３に示した配合からなる軟磁性体ペーストを調合し、これをドクターブレード法により製膜し、熱プレスを施した後に８５℃にて２４時間キュアリングを行い比較用試料３を得た。
【００４７】
【表３】

【００４８】
なお、得られた試料３を走査型電子顕微鏡を用いて解析したところ、扁平磁性粒子は試料膜面内方向に配向配列されていた。
【００４９】
得られた各試料の実部透磁率μ′及び磁気共鳴周波数ｆr を表４に示す。
【００５０】
【表４】

【００５１】
図４は、本発明の検証例である試料１及び比較例である試料２のμ−ｆ特性であり、磁気共鳴周波数ｆr は、試料２が高く、実部透磁率μ′の値は試料１が大きな値を示している。また、表４から明らかな様に試料３の磁気共鳴周波数ｆr 、及び実部透磁率μ′の値は、共に試料１と試料２の中間に位置している。
【００５２】
これらの結果より、本発明の実施例である粉末化による特定組成の選択的欠落を予め補った合金組成からなる粉末を用いた検証用試料１は、ほぼセンダスト中心組成を有する出発原料からなる原料磁性粉末を用いた比較用試料である試料２乃至試料３に比べて実部透磁率μ′および虚数部透磁率μ″が共に大きく、その差は歴然である。
【００５３】
以上より、磁性粉末の組成を、粉末のキュリー温度Ｔｃが粉末の出発原料となるバルク合金材の結晶異方性定数又は／及び磁歪定数が略ゼロになる組成のキュリー温度と略等しくなるようにすることで、高周波域にて高い透磁率が得られることが明白である。
【００５４】
また軟磁性合金粉末と結合剤とからなる複合磁性体に於いて、軟磁性合金の粉末化に伴って生じる特定合金組成の選択的欠乏を予め出発原料の段階で補っておき、粉末化された軟磁性合金の有効組成がバルク合金の設計組成と略同一となる様にする。これと共に、粉末化された状態でのキュリー温度Ｔｃを測定することで軟磁性合金粉末のメタル組成をモニターし、これを出発原料組成配合にフィードバックさせる。具体的には、軟磁性合金粉末の非酸化物組成を、キュリー温度Ｔｃの測定を伴って管理する。これにより、優れた透磁率特性を実現することが出来る。
【００５５】
また、本発明の一効果として、粉末での磁歪定数をほぼ０とすることが出来るので、第１表中に示した粉末のアニール処理によるμ′の変化率が小さいことから推察出来るように、粉末に加工時の応力歪みが残留している場合でも磁気特性の劣化は殆ど生じず、粉末の焼鈍処理が不要となる。
【００５６】
更には、本発明の複合磁性体をインダクタンス素子用磁芯として用いる場合でも、巻線、樹脂モールド等による歪みの影響を受けないので、温度特性の良好なインダクタンス素子を実現することも可能となる。
【００５７】
次に、検証用試料１及び比較用試料２の表面抵抗、及び電磁干渉抑制効果を表５に示す。
【００５８】
【表５】

【００５９】
ここで、表面抵抗はＡＳＴＭ−Ｄ−２５７法による測定値であり、電磁干渉抑制効果の値は、銅板を基準（０ｄＢ）としたときの信号減衰量である。
【００６０】
図４及び表５より以下に述べる効果が明白である。
【００６１】
即ち、本発明による複合磁性体は、磁気損失項μ″の値が大きいことにより、信号減衰量が磁気損失項μ″の小さな比較用試料に比べて大きな値を示しており、高周波不要輻射の抑制を目的とする電磁干渉抑制体として好適である。
【００６２】
なお、本発明の試料及び比較試料共、表面抵抗の値が１０⁷〜１０⁸Ωとなっており、少なくとも表面が酸化された磁性粉末を用いる事によって、複合磁性体を非良導性とする事が出来、導体やバルクの金属磁性体等にてみられるようなインピーダンス不整合による電磁波の表面反射を抑制出来る。
【００６３】
また、本実施例では、軟磁性合金としてＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金を例に取り上げたが、本発明の効果は無論これに限定されるものではなく、例えば鉄珪素合金や、各種アモルファス合金にも適応することが可能であり、磁性体の種類に限定されない。
【００６４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、移動体通信機器をはじめとする高周波電子機器類内部での電磁波の干渉抑制に有効な複合磁性体および電磁干渉抑制体を得ることが出来る。この複合磁性体及び電磁干渉抑制体によると、優れた透磁率特性を実現することが出来、高周波領域にて大きな磁気損失が得られるので、優れた電磁干渉抑制効果が実現される。
【００６５】
また、本発明による複合磁性体および電磁干渉抑制体は、その構成要素から判るように容易に可撓性を付与することが可能であり、複雑な形状への対応や厳しい耐振動、衝撃要求への対応が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】水アトマイズ法により作製したＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金粉末試料のキュリー温度Ｔｃのアトライタ摩砕処理時間依存性を示した図。
【図２】アトライタ摩砕時間の異なるＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金粉末試料におけるキュリー温度ＴｃのＢＥＴ比表面積依存性を示した図。
【図３】電磁干渉抑制体の特性評価に用いた評価系を示す概略図。
【図４】検証例１及び比較例２の条件にて作製した各試料のμ−ｆ特性図。
【符号の説明】
１複合磁性体
２銅板
３電磁界送信用微小ループアンテナ
４電磁界受信用微小ループアンテナ
５電磁界波源用発振器
６電磁界強度測定器
１０電磁干渉抑制体[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a composite magnetic material having excellent complex permeability characteristics in a high frequency region and an electromagnetic wave absorber using the same, and an effective means for suppressing electromagnetic interference which is a problem in high frequency electronic circuits and devices. It is to provide.
[0002]
[Prior art]
In recent years, digital electronic devices and other electronic devices that use high frequencies have spread, and in particular, mobile communication devices that use a quasi-microwave band are remarkable. Accordingly, soft magnetic materials used for inductance components and radio wave absorbers are also required to cope with higher frequencies. In addition, when the application is a small and light communication device such as a mobile phone, lightness, thinness, and robustness are added to the required characteristics of the soft magnetic material.
[0003]
One of the main factors hindering the increase in the frequency of soft magnetic materials is eddy current loss. As a means for reducing the loss, thinning and high electrical resistance considering the skin depth can be mentioned. In addition, a magnetic material layer and a dielectric layer that are alternately laminated and formed, and a typical example of the latter is a Ni-Zn ferrite having a high electrical resistance.
[0004]
The applications of the soft magnetic material in the quasi-microwave band are mainly the above-described inductance component and radio wave absorber, and the real part permeability μ ′ is used for the inductance component, and the imaginary part permeability μ ″ is used for the radio wave absorber. Is used.
[0005]
However, in many cases, a high Q value is required for the inductance component, but since the required inductance is extremely small in the quasi-microwave band, the use as a magnetic core material is limited.
[0006]
On the other hand, the use as a radio wave absorber using the imaginary part permeability μ ″ is expanding with the spread of high frequency devices.
[0007]
For example, mobile communication devices typified by mobile phones are particularly demanded for miniaturization and weight reduction, and high density mounting of electronic components is one of the biggest technical issues. Accordingly, electronic components mounted overly densely, printed wiring, inter-module wiring, and the like are extremely close to each other, and further, the signal processing speed is also increased. Interference caused by increased coupling and radiation noise has occurred, and there are not a few situations that hinder the normal operation of equipment.
[0008]
Conventionally, countermeasures have been made mainly by applying a conductor shield to such so-called electromagnetic interference.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, since the conductor shield is a countermeasure against electromagnetic interference that uses reflection of electromagnetic waves due to impedance mismatch with the space, even if the shielding effect is obtained, electromagnetic coupling due to reflection from unwanted radiation sources is promoted, and as a result There are many cases that cause secondary electromagnetic interference.
[0010]
As a countermeasure against this secondary electromagnetic interference, it is effective to suppress unnecessary radiation using the magnetic loss of the magnetic material, that is, the imaginary part permeability μ ″.
[0011]
That is, unnecessary radiation can be suppressed by disposing a magnetic body having a large magnetic loss between the shield body and the unnecessary radiation source.
[0012]
Here, since the thickness d of the magnetic material is inversely proportional to the size of μ ″ in a frequency band satisfying the relationship of μ ″> μ ′, it is a thin electromagnetic material that meets the above-described requirements for downsizing and weight reduction of electronic devices. In order to obtain an interference suppressor, that is, a composite composed of a shield body and a magnetic body, a magnetic body having a large imaginary part permeability μ ″ is required.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to meet the demands, the magnetic material has excellent high frequency characteristics of magnetic permeability and functions as a magnetic loss body, that is, the value of μ ′ is large in the low frequency region, and μ ″ in the frequency region of μ ″> μ ′. A magnetic material exhibiting a large value was investigated.
[0014]
The present inventors have previously shown that a composite magnetic material having a soft magnetic alloy powder having a flat shape and an oxide film on the surface oriented in a matrix has excellent high-frequency permeability characteristics (Japan) Applied Magnetics Society Journal 20, 421-424 (1996)). The flat soft magnetic alloy powder used here is obtained by mechanically grinding roughly spherical or irregularly shaped coarse powder in a solvent. It can be obtained by direct granulation to be atomized or by starting from raw material ingots and mechanically pulverizing them. Fe-Si-Al alloy (Sendust), which is a typical soft magnetic material, is processed into a flat powder by such a manufacturing method, and its magnetic properties are examined for its relationship with powdering and flattening processes. It has been found that the selective oxidation of Si and Al in the Fe—Si—Al alloy composition, that is, the alloy composition shift proceeds with the increase in the specific surface area of the powder. In the Fe—Si—Al alloy, there is a region where the magnetic permeability μ is extremely large in the vicinity of Fe 85%, Si 9.6%, and Al 5.4%, and the crystal anisotropy constant and magnetostriction constant at this time are almost zero. (A Fe—Si—Al alloy in this region is generally called sendust).
[0015]
Therefore, in the Fe-Si-Al alloy powder refined as described above, deviation of the alloy composition occurs due to selective oxidation of the specific composition (Si and Al), and therefore, the crystal anisotropy constant and magnetostriction constant are reduced. Both are not zero, and the magnetic permeability μ is greatly deteriorated.
[0016]
By the way, composition analysis of a magnetic alloy is usually performed by elemental analysis, but with this method it is impossible to distinguish whether a constituent element exists in a metal state or an oxide. There is another analysis means, for example, a method of separating the metal state and the oxide state using the difference in bond energy between atoms, but because the sample to be analyzed is a fine powder, high accuracy cannot be expected in the quantitative property There's a problem.
[0017]
The present invention compensates for the selective deficiency of the specific alloy composition accompanying the powdering of the soft magnetic alloy in advance at the starting material stage, and the effective composition of the powdered soft magnetic alloy is substantially the same as the design composition of the bulk alloy. By doing so, excellent magnetic permeability characteristics are realized, and furthermore, the effective composition of the powder can be verified with high accuracy by measuring the Curie temperature Tc. The design composition of a bulk soft magnetic alloy is usually a composition having a substantially zero crystal anisotropy constant or / and a composition having a substantially zero magnetostriction constant. In general, the alloy composition has substantially zero crystal anisotropy constant and / or magnetostriction constant. By realizing these, high magnetic permeability and stable magnetic characteristics that are not affected by stress strain can be obtained.
[0018]
Further, the Curie temperature Tc of the magnetic material is uniquely determined by the alloy composition, and can be easily and accurately obtained even in a powder state by measuring the temperature change of magnetization using a magnetic balance or the like. The present invention is extremely suitable as a means for determining the optimization of the alloy composition in the powder state.
[0019]
That is, according to the present invention, there is provided a composite magnetic body comprising at least a flat soft magnetic alloy powder having an oxidized surface and a binder, wherein the soft magnetic alloy powder has a surface oxide portion and a non-internal portion of the powder. A composite magnetic body comprising an oxide portion, wherein the non-oxide portion of the soft magnetic alloy powder exhibits a behavior such that the crystal anisotropy constant or magnetostriction constant is zero is obtained.
[0020]
According to the present invention, there is provided a composite magnetic body comprising at least a flat soft magnetic alloy powder whose surface is oxidized and a binder, wherein the non-oxide composition of the soft magnetic alloy powder has a Curie temperature Tc. And the Curie temperature of the soft magnetic alloy bulk material whose crystal anisotropy constant or magnetostriction constant is zero, and the soft magnetic alloy powder exhibits a behavior such that the crystal anisotropy constant or magnetostriction constant is zero. Thus , a composite magnetic body characterized by the above is obtained.
[0022]
Further, according to the present invention, the soft magnetic alloy powder, the composite magnetic body is obtained, characterized in that it is oriented arranged before Symbol composite magnetic body.
[0023]
In addition, according to the present invention, an electromagnetic interference suppressing body substantially comprising the composite magnetic body and a conductive material can be obtained.
[0024]
Further, according to the present invention, there is provided a method for producing a soft magnetic alloy powder containing a composition of acid-resistant, measuring the Curie temperature of the bulk material in the composition of the crystal anisotropy constant or magnetostriction constant zero, the bulk material The Curie temperature Tc of a soft magnetic alloy powder obtained by pulverizing a starting material bulk material having a composition shifted in advance from the composition of the above is measured, and the Curie temperature Tc is a bulk material having a composition with zero crystal anisotropy constant or magnetostriction constant In this way, a non-oxide composition of the soft magnetic alloy powder is controlled using the Curie temperature, and a method for producing a soft magnetic alloy powder is obtained.
[0025]
Further, according to the present invention, there is provided a method for producing a composite magnetic body consisting essentially of soft magnetic alloy powder and a binder comprising a composition of acid-resistant, the composition of the crystal anisotropy constant or magnetostriction constant zero bulk The Curie temperature of the material is measured, the Curie temperature Tc of the soft magnetic alloy powder obtained by pulverizing the starting raw material bulk material having a composition deviated in advance from the composition of the bulk material is measured, and the Curie temperature Tc is measured by the anisotropic crystal A method for producing a composite magnetic body characterized by controlling the composition of the non-oxide of the soft magnetic alloy powder by using it together with the Curie temperature of a bulk material having a composition having a sex constant or a magnetostriction constant of zero .
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the present invention, a metal soft magnetic material such as Fe-Si-Al alloy (Sendust), Fe-Si alloy or various amorphous alloys having a high high-frequency magnetic permeability can be used as a raw material.
[0027]
In the present invention, these raw materials are flattened by grinding, stretching to tearing, or the like, and the aspect ratio thereof is approximately 10 or more. In order to obtain a desired aspect ratio, for example, a method of grinding in a solvent can be used. Specifically, a ball mill, an attritor, a pin mill, or the like can be used, and an aspect ratio satisfying the above-described conditions can be obtained. There is no limitation on the flattening means. Alternatively, the raw material melt may be sprayed on a rotating cooling cone to directly obtain flat particles.
[0028]
Further, in the present invention, the soft magnetic powder is formed on the surface so that the individual magnetic powders can be electrically isolated from each other, that is, the non-conductivity of the composite magnetic material can be ensured even in a highly filled state of the magnetic powder. A dielectric layer needs to be formed. This dielectric layer is a metal oxide layer composed of oxygen and a constituent element obtained by oxidizing the surface of the metal magnetic powder. For example, in the case of an Fe—Si—Al alloy (Sendust), mainly AlO _x. And SiO _x . As an example of means for oxidizing the surface of the metal powder, the oxygen partial pressure is controlled in a hydrocarbon-based organic solvent or in an inert gas atmosphere especially for a powder having a relatively small size and high activity. It is preferable from the viewpoint of easy control of oxidation reaction, stability, and safety to carry out an oxidation treatment by a liquid phase slow acid method or a gas phase slow acid method in which a nitrogen-oxygen mixed gas is introduced.
[0029]
Examples of the organic binder used as an auxiliary material of the present invention include polyester resins, polyethylene resins, polyvinyl chloride resins, polyvinyl butyral resins, polyurethane resins, cellulose resins, ABS resins, nitrile-butadiene polymers, styrene-butadiene resins. Examples thereof include rubber, epoxy resin, phenol resin, amide resin, imide resin, and copolymers thereof.
[0030]
The means for kneading and dispersing the constituent elements of the present invention described above to obtain a composite magnetic material is not particularly limited, and a preferred method may be selected based on the properties of the binder used and the ease of the process.
[0031]
Means for orienting and arranging the magnetic particles in the kneaded and dispersed magnetic substance mixture include a method using shear stress and a method using magnetic field orientation, and either method may be used.
[0032]
【Example】
Next, the present invention will be described in detail based on the following examples.
[0033]
First, a raw material ingot (bulk alloy material) having a sendust center composition (Fe 85%, Si 9.4%, Al 5.6%) in which both the crystal anisotropy constant and the magnetostriction constant are almost zero is prepared and melted. A coarse powder of Fe-Si-Al alloy was prepared by water atomization. Next, grinding was performed using an attritor to produce a plurality of samples having different grinding times. Each sample obtained here was stirred for 8 hours while introducing a nitrogen-oxygen mixed gas having an oxygen partial pressure of 35% in a hydrocarbon-based organic solvent, and then subjected to liquid phase gradual acid treatment, and then a powder having an oxide film on the surface Samples were obtained. As a result of surface analysis of the obtained powder, the formation of metal oxide was clearly confirmed, and the presence of an oxide film on the surface of the sample powder was confirmed.
[0034]
With respect to the obtained powder samples having flat shapes with different attritor grinding times and having an oxide film on the surface, the temperature change of the saturation magnetization was measured with a magnetic balance at an external magnetic field of 5 k Oersted, and the temperature of the saturation magnetization obtained The Curie temperature Tc of each powder sample was determined from the characteristics. FIG. 1 shows the dependence of the Curie temperature Tc of each powder sample on the attritor grinding time.
[0035]
From FIG. 1, it can be seen that the Curie temperature Tc of the sample powder increases monotonously with the progress of the attritor grinding time.
[0036]
In addition to this result, the Curie temperature of the raw material ingot (bulk alloy material), which is the starting material of the sample powder, is about 450 ° C, and the Curie temperature of pure iron is about 770 ° C. With the progress of the crushing process, it can be estimated that the alloy composition of the sample powder becomes excessive in Fe, in other words, selective loss of Si and / or Al occurs. The reason for this is that Si and / or Al is selectively deposited on the powder surface due to the standard generation Gibbs energy value in the change of metal and oxide of Si and / or Al and the mobility in the alloy is larger than that of Fe. This is thought to be due to oxidation. Therefore, it is expected that the larger the surface area of the powder, the more the oxidation of Si and / or Al is promoted, and as a result, the change in the Curie temperature Tc is also increased. FIG. 2 is a graph showing the Curie temperature Tc as a function of the BET specific surface area for each sample having different attritor milling times. The Curie temperature Tc is approximately proportional to the BET specific surface area, that is, Fe—Si—Al. In the alloy, selective oxidation of Si and / or Al occurs according to the size of the surface area of the powder, and as a result, the alloy composition changes and the Curie temperature rises.
[0037]
In verifying the effect of the present invention, composite magnetic materials described below were prepared using various powder samples prepared from starting bulk materials having different alloy compositions, and the μ-f characteristics and the electromagnetic interference suppression effect were examined.
[0038]
For measuring the μ-f characteristic, a composite magnetic material sample processed into a toroidal shape was used. This was inserted into a test fixture forming a one-turn coil, and μ ′ and μ ″ were obtained by measuring impedance.
[0039]
On the other hand, the electromagnetic interference suppression effect is verified by the evaluation system shown in FIG. 3. As the electromagnetic interference suppression body 10 as a sample, the composite magnetic body 1 has a thickness of 2 mm and a length of one side formed by lining the copper plate 2. A length of 20 cm was used. Here, as a wave source element and a receiving element, an electromagnetic field transmitting minute loop antenna 3 and an electromagnetic field receiving minute loop antenna 4 having a loop diameter of 1.5 mm were used, and a network analyzer was used for measuring the coupling level. Reference numeral 5 denotes an electromagnetic wave source transmitter, and reference numeral 6 denotes an electromagnetic field intensity measuring device.
[0040]
(Verification sample 1)
A raw material ingot composed of a composition containing more Si and Al (Fe84%, Si10%, Al6%) than the center composition of Sendust (Fe85%, Si9.6%, Al5.4%) was prepared, and this was roughly crushed and then flattened. To obtain a powder sample. Using this powder sample, a soft magnetic paste having the composition shown in Table 1 was prepared, formed into a film by the doctor blade method, subjected to hot pressing, and then cured at 85 ° C. for 24 hours for verification. Sample 1 was obtained.
[0041]
[Table 1]

[0042]
When the obtained sample 1 was analyzed using a scanning electron microscope, the flat magnetic particles were aligned in the in-plane direction of the sample film.
[0043]
(Comparative sample 2)
A raw material ingot having a sendust center composition (Fe 85%, Si 9.6%, Al 5.4%) was produced, and this was roughly crushed and then processed into a flat shape to obtain a powder sample. Using this powder sample, a soft magnetic paste having the composition shown in Table 2 was prepared, formed into a film by the doctor blade method, subjected to hot pressing, and then cured at 85 ° C. for 24 hours for comparison. Sample 2 was obtained.
[0044]
[Table 2]

[0045]
When the obtained sample 2 was analyzed using a scanning electron microscope, the flat magnetic particles were aligned in the in-plane direction of the sample film.
[0046]
(Comparative sample 3)
A raw material ingot having a sendust center composition (Fe 85%, Si 9.6%, Al 5.4%) was produced, and this was roughly crushed and then processed into a flat shape to obtain a powder sample. Using this powder sample, a soft magnetic paste having the composition shown in Table 3 was prepared, formed into a film by the doctor blade method, subjected to hot pressing, and then cured at 85 ° C. for 24 hours for comparison. Sample 3 was obtained.
[0047]
[Table 3]

[0048]
When the obtained sample 3 was analyzed using a scanning electron microscope, the flat magnetic particles were aligned in the in-plane direction of the sample film.
[0049]
Table 4 shows the real permeability μ ′ and the magnetic resonance frequency fr of each of the obtained samples.
[0050]
[Table 4]

[0051]
FIG. 4 shows the μ-f characteristics of the sample 1 as a verification example of the present invention and the sample 2 as a comparative example. The magnetic resonance frequency fr is higher in the sample 2 and the value of the real part permeability μ ′ is the sample 1. Indicates a large value. Further, as apparent from Table 4, the magnetic resonance frequency fr and the real part permeability μ ′ of the sample 3 are both located between the sample 1 and the sample 2.
[0052]
From these results, the verification sample 1 using the powder composed of the alloy composition that compensated for the selective lack of the specific composition by pulverization, which is an example of the present invention, is a raw material composed of a starting material having a sendust center composition. Both the real part permeability μ ′ and the imaginary part permeability μ ″ are larger than those of Samples 2 to 3, which are comparative samples using magnetic powder, and the difference is clear.
[0053]
From the above, the composition of the magnetic powder is set so that the Curie temperature Tc of the powder is substantially equal to the Curie temperature of the composition in which the crystal anisotropy constant and / or magnetostriction constant of the bulk alloy material that is the starting material of the powder is substantially zero. By doing so, it is clear that a high magnetic permeability can be obtained in a high frequency range.
[0054]
Moreover, in the composite magnetic body composed of the soft magnetic alloy powder and the binder, the selective lack of the specific alloy composition caused by pulverization of the soft magnetic alloy was compensated in advance at the starting material stage, and the powder was pulverized. The effective composition of the soft magnetic alloy is made substantially the same as the design composition of the bulk alloy. At the same time, the metal composition of the soft magnetic alloy powder is monitored by measuring the Curie temperature Tc in the powdered state, and this is fed back to the starting material composition. Specifically, the non-oxide composition of the soft magnetic alloy powder is managed with the measurement of the Curie temperature Tc. Thereby, the outstanding magnetic permeability characteristic is realizable.
[0055]
Further, as one effect of the present invention, since the magnetostriction constant in the powder can be almost zero, it can be inferred from the small change rate of μ ′ due to the annealing treatment of the powder shown in Table 1. Even when the stress strain at the time of processing remains in the powder, the magnetic characteristics hardly deteriorate, and the powder annealing process becomes unnecessary.
[0056]
Furthermore, even when the composite magnetic body of the present invention is used as a magnetic core for an inductance element, it is not affected by distortion due to winding, resin mold, etc., so that it is possible to realize an inductance element with good temperature characteristics. .
[0057]
Next, Table 5 shows the surface resistance and the electromagnetic interference suppressing effect of the sample 1 for verification and the sample 2 for comparison.
[0058]
[Table 5]

[0059]
Here, the surface resistance is a value measured by the ASTM-D-257 method, and the value of the electromagnetic interference suppression effect is a signal attenuation when the copper plate is used as a reference (0 dB).
[0060]
The effects described below are clear from FIG. 4 and Table 5.
[0061]
That is, the composite magnetic body according to the present invention has a large value of the magnetic loss term μ ″, so that the signal attenuation is larger than that of the comparative sample having a small magnetic loss term μ ″, and the high frequency unnecessary radiation is reduced. It is suitable as an electromagnetic interference suppressor for the purpose of suppression.
[0062]
Note that, in both the sample of the present invention and the comparative sample, the value of the surface resistance is 10 ⁷ to 10 ⁸ Ω, and at least the surface is oxidized to make the composite magnetic body non-conducting. It is possible to suppress electromagnetic wave surface reflection due to impedance mismatching as seen in conductors and bulk metallic magnetic materials.
[0063]
In this embodiment, the Fe-Si-Al alloy is taken as an example of the soft magnetic alloy, but the effect of the present invention is not limited to this. For example, the present invention is applicable to iron silicon alloys and various amorphous alloys. It can be adapted and is not limited to the type of magnetic material.
[0064]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to obtain a composite magnetic body and an electromagnetic interference suppressor effective for suppressing interference of electromagnetic waves inside high-frequency electronic devices such as mobile communication devices. According to this composite magnetic body and electromagnetic interference suppressor, excellent magnetic permeability characteristics can be realized, and a large magnetic loss can be obtained in a high frequency region, so that an excellent electromagnetic interference suppression effect is realized.
[0065]
In addition, the composite magnetic body and electromagnetic interference suppressor according to the present invention can be easily provided with flexibility as can be seen from its constituent elements, to cope with complicated shapes, severe vibration resistance, and impact requirements. Is possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a graph showing the dependence of the Curie temperature Tc on the attritor grinding time of an Fe—Si—Al alloy powder sample produced by a water atomization method.
FIG. 2 is a graph showing the BET specific surface area dependence of the Curie temperature Tc in Fe—Si—Al alloy powder samples having different attritor milling times.
FIG. 3 is a schematic diagram showing an evaluation system used for evaluating the characteristics of an electromagnetic interference suppressor.
4 is a μ-f characteristic diagram of each sample manufactured under the conditions of Verification Example 1 and Comparative Example 2. FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Composite magnetic body 2 Copper plate 3 Micro loop antenna for electromagnetic field transmission 4 Micro loop antenna for electromagnetic field reception 5 Oscillator for electromagnetic wave source 6 Electromagnetic field strength measuring instrument 10 Electromagnetic interference suppression body

Claims

A composite magnetic body comprising at least a flat soft magnetic alloy powder having an oxidized surface and a binder, the soft magnetic alloy powder comprising an oxide portion on the surface and a non-oxide portion inside the powder, A composite magnetic body characterized in that the non-oxide portion of the magnetic alloy powder exhibits a behavior such that the crystal anisotropy constant or magnetostriction constant is zero .

A composite magnetic body comprising at least a flat soft magnetic alloy powder having an oxidized surface and a binder, wherein the non-oxide composition of the soft magnetic alloy powder has a Curie temperature Tc and a crystal anisotropy constant or magnetostriction. The composite magnetism is controlled by the Curie temperature of a soft magnetic alloy bulk material having a constant of zero, and the soft magnetic alloy powder exhibits a behavior such that the crystal anisotropy constant or magnetostriction constant is zero. body.

The composite magnetic body according to claim 1, wherein the soft magnetic alloy powder is oriented and aligned in the composite magnetic body.

An electromagnetic interference suppressor substantially comprising the composite magnetic body according to any one of claims 1 to 3 and a conductive material.

A method of manufacturing a soft magnetic alloy powder containing a composition of acid-resistant, the Curie temperature of the bulk material in the composition of the crystal anisotropy constant or magnetostriction constant zero is measured, the pre-shift was the composition from the composition of the bulk material Measuring the Curie temperature Tc of the soft magnetic alloy powder obtained by pulverizing the starting raw material bulk material, and using the Curie temperature Tc together with the Curie temperature of the bulk material having a composition of zero crystal anisotropy constant or magnetostriction constant, A method for producing a soft magnetic alloy powder, wherein the composition of the non-oxide of the soft magnetic alloy powder is controlled.

A method of manufacturing a composite magnetic body consisting essentially of soft magnetic alloy powder and a binder comprising a composition of acid-resistant, measuring the Curie temperature of the bulk material in the composition of the crystal anisotropy constant or magnetostriction constant zero, The Curie temperature Tc of a soft magnetic alloy powder obtained by pulverizing a starting material bulk material having a composition deviated in advance from the composition of the bulk material is measured, and the Curie temperature Tc is a composition having zero crystal anisotropy constant or magnetostriction constant And a Curie temperature of the bulk material, and the composition of the non-oxide of the soft magnetic alloy powder is managed.