JP3939086B2

JP3939086B2 - Magnetic material, coil component using the same, and method of manufacturing magnetic material

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Publication number: JP3939086B2
Application number: JP2000309671A
Authority: JP
Inventors: 綱伊藤; 文吾桜井; 達也島崎
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2000-10-10
Filing date: 2000-10-10
Publication date: 2007-06-27
Anticipated expiration: 2020-10-10
Also published as: JP2002118015A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波領域で使用される磁性材料とその磁性材料を含有するコアを有するコイル部品と磁性材料の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、各種電子機器の小型化、軽量化に伴い、それらを構成する電子部品についても小型化、軽量化が進んでいる。コイル、トランス等のコイル部品も例外ではなく、小型化、軽量化が進み、一方で電子機器の高周波化も進んでいる。特に移動体通信機器においては１０ＭＨｚ以上の周波数帯でコイル等が使用されており、小型で高周波領域まで動作し、高いＱ値を持つコイル等が望まれている。
【０００３】
高周波用コイル部品としては、磁性体でなるコイル用コアにワイヤを巻き付けたコイルが主に使用される。磁性体からなるコイル用コアは磁性粉末にバインダーを加えて造粒した後に所定の形状に成形し、加工し、空気中で８５０℃から１３００℃程度で焼成したコイル用コア（コアは焼成後に加工する場合もある）にＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｐｔ、Ｓｎ、Ｎｉ、Ｐｂ、Ａｌ、Ｃｏまたはそれらの合金等からなるワイヤを巻いて作製する。
【０００４】
コイルにおいては、磁性体層（コア）の比抵抗が高いことが要求される。すなわちコアにワイヤにより巻線を施す際に、比抵抗が低ければボビン等の絶縁物が必要となり、コアの小型化の障害となり、さらにメッキによりコアに電極を形成する場合は比抵抗が低いとメッキの信頼性が劣化する。また、コアの比抵抗が低いとコアの素地までメッキされるおそれがあり、コイルとしての信頼性も著しく低下する。
【０００５】
そこで、コイル用コアとして、高周波領域で使用される磁性材料としてＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系のフェライトが一般に用いられる。その理由は、フェライトが立方晶の結晶構造であり、比抵抗が高く、一般に透磁率を有しており、空芯コイルや非磁性体をコイルのコアとして用いたコイルと同等のインダクタンスを得るのであれば、これらに比べて巻線数を減らすことができ、素子の小型化に有利であり、また、高周波領域まで高いＱ値を得ることができるという特徴を有している。
【０００６】
高周波領域でのＱ特性を向上させることを目的として、特許第２８９３３０２号公報には、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｆｅの酸化物を主成分として含有するスピネル型フェライト焼結体に対し、ＮｉＯ相を０〜６０ｗｔ％（但し０を含まず）分散含有したものが開示されている。このような組成とすれば、高周波領域でのＱ特性が良好となり、Ｑの最大値が高周波側にシフトし、コイル用コア材料のμ値については１０ＭＨｚの値を用い、インダクタンス値が高くとれ、さらにその効果として、前記の手法により高周波帯域用磁芯材料として適用可能な酸化物磁性材料が安価に得られる旨の記載がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
コイル部品の品質を量る因子として品質係数：Ｑ値が挙げられる。これはコイルのリアクタンス成分と交流抵抗成分の位相角をθ（deg）とすると、９０（deg）−θ（deg）で表される損失角δ（deg）を用いて表される損失：tanδの逆数であり、Ｑ＝１／tanδで表される。
【０００８】
スピネル型フェライトの透磁率と周波数にはスヌーク（ｓｎｏｅｋ）の限界線（透磁率の低いフェライト程、高い周波数まで透磁率を維持する）が成り立ち、コイルの形状および巻線数とそのパターンを同等とした場合、透磁率の異なる材料をコイルに使用することにより、適用する周波数を変えることが可能となる。これは前記スヌークの限界線からも分かる通り、周波数が高周波になることにより透磁率が低下する。この透磁率の減少が生じる周波数は透磁率の大小により異なるが、一般的にはスヌークの周波数限界線に沿って透磁率が減少する。また、透磁率は複素成分を含めて表すと、実数成分μ’と虚数成分μ”に分けられる。
【０００９】
透磁率の実数成分であるμ’は一定の周波数まで一定の値を保持し、その後周波数の増加と共に前述したスヌークの限界線に沿って減少する。また、虚数部分μ”は周波数の増加と共に増加し、μ’成分がフラット領域の値の約半分に減少する周波数付近で最大となり、その後周波数の増加と共に減少する。
【００１０】
このような複素透磁率の実数部分μ’と虚数部分μ”はコイルのインダクタンスＬと交流抵抗Ｒを用いると、下記の式で表される。
【００１１】
μ’＝ｌ_ｅ×Ｌ／（μ_０×Ａ_０×ｎ^２）
μ”＝ｌ_ｅ×（Ｒ_ｅｆｆ−Ｒ_ｗ）／（μ_０×ω×Ａ_０×ｎ^２）
ここに、ｌ_ｅ：実測による試料の実効磁路長（ｍ）
μ_０：真空透磁率４×π×１０^−７（Ｈ／ｍ）
Ａ_０：実測による試料の実効断面積（ｍ^２）
ｎ：試料のコイル巻数
ω：角周波数（ラジアン／ｓ）ω＝２×π×ｆ
ここに、π：円周率、ｆ：測定周波数（Ｈｚ）
Ｌ：コイルのインダクタンス（Ｈ）
Ｒ_ｅｆｆ：試料を含めたコイルの損失抵抗（Ω）
Ｒ_ｗ：ワイヤの交流抵抗（Ω）
このような複素透磁率の実数部分μ’と虚数部分μ”とを用いると、品質係数ＱはＱ＝μ’／μ”＝１／tanδで表される。このように、コイル用コアにフェライトを用いる場合、使用するフェライト材料の複素透磁率のμ’成分はもとより、虚数成分であるμ”の大小がその特性を決める要因となる。スヌークの限界線から分かるように、所望の周波数領域で品質係数の高い（損失の少ない）コイルを得ようとすれば、適宜効果の高い透磁率の磁性材料を用いることが肝要である。
【００１２】
しかしながら、１００ＭＨｚ以上の高周波領域の品質係数の高い（損失の少ない）コイルを得ようとすれば、透磁率およびその実数部分μ’が低く、さらに虚数部分μ”の増加を低く抑えた磁性材料を用いることが望ましい。
【００１３】
前記した特許第２８９３３０２号公報においては、Ｑ値の向上、高周波化は窺えるものの、コイルの性能を左右する高周波領域における透磁率の虚数成分であるμ”の記載がなく、実数部分であるμ’についても実効透磁率として１０ＭＨｚの値が挙げられているにすぎない。コイルとして高周波領域の信頼性を量る上ではμ’／μ”で表されるＱ値の他にμ’もしくはμ”についても明確にし、制御を行うことが必要である。
【００１４】
なお、特許第２８９３３０２号公報においては、スピネル型フェライト焼結体にＮｉＯ相を適宜分散含有させたものとしているが、このＮｉＯ相の存在が明確でない。なぜならば、スピネル相とＮｉＯ相の析出量の測定をＸ線回折線の強度比からの推定で行っているが、使用する回折ピークはスピネル相が（３１１）相反射と（２２２）相反射と（４００）相反射からであり、ＮｉＯ相の測定に使用した回折ピークは（１１１）相反射と（２００）相反射である。ところがＮｉＯ相の測定に使用した（１１１）相反射は回折角２θ＝５６．５°、（２００）相反射は回折角２θ＝６６．３°であり、これらはそれぞれスピネル相の（２２２）相反射の回折角２θ＝５６．６°と（４００）相反射の回折角２θ＝６６．３°に等しい。このように、ＮｉＯ相とスピネル相は回折ピークが重なるため、ＮｉＯ析出を断定することには疑問があり、ＮｉＯがスピネル相に固溶しているとも考えられる。さらに前記公報には、「焼結体の結晶組織を観察したところ、結晶が局部的に著しく偏在しているような状態は認められず、ＮｉＯ相に分散した状態になっていることが判明した」との記載があるように、ＮｉＯのスピネル相への固溶状態を示すものと考えられる。
【００１５】
本発明は、上記問題点に鑑み、スピネル相以外の第２相を出現させると共に、この出現を明確にしてその量を調整することにより、高周波領域での複素透磁率の虚数成分μ”を制御し、これにより極めて良好なＱ値が得られる磁性材料とこれを用いたコイル部品と磁性材料の製造方法を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段と作用、効果】
請求項１の磁性材料は、少なくともＦｅ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｏの酸化物を主成分として含有するスピネル型フェライト焼結体であって、
前記主成分中のＦｅ _２Ｏ _３の含有率が１０．０〜４０．０ｍｏｌ％、Ｆｅ _２Ｏ _３／ＮｉＯのｍｏｌ比が０．８１８以下であり、
前記主成分である酸化物の同時焼成によって生成する（Ｃｕ_０．２Ｎｉ_０．８）酸化物相を、前記スピネル型フェライト焼結体に分散含有する
ことを特徴とする。
【００１７】
このように、（Ｃｕ_０．２Ｎｉ_０．８）酸化物相をフェライト焼結体とは別に分散含有することにより、透磁率の虚数成分μ”の増加する周波数が高周波化し、高周波領域で極めて良好なＱ値が得られる。
【００１８】
請求項２の磁性材料は、請求項１の磁性材料において、
主成分としてさらにＺｎを含有する
ことを特徴とする。
【００１９】
このように主成分としてＺｎを含有させることにより、初透磁率を高めることができる。
【００２０】
請求項３の磁性材料は、請求項１または２の磁性材料において、
前記（Ｃｕ_０．２Ｎｉ_０．８）酸化物相を０から３１ｗｔ％（ただし０を含まず）分散含有する
ことを特徴とする。
【００２１】
前記（Ｃｕ_０．２Ｎｉ_０．８）酸化物相の含有率を３１ｗｔ％以下に設定することにより、良好なＱ値が得られる。
【００２２】
請求項４のコイル部品は、請求項１から３までのいずれかの磁性材料からなるコアを有する
ことを特徴とする。
【００２３】
このようなコアは、粉体にバインダーを加え、造粒した後に所定の形状に成形加工した後、空気中で８５０℃〜１３００℃でコアとして焼成し、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｒｔ、Ｓｎ、Ｎｉ、Ｐｂ、Ａｌ、Ｃｏまたはこれらの合金等からなるワイヤを巻いて作製する。なお、前記コアの加工は焼成後に行ってもよい。本発明のコイル部品は、前記磁性材料で作製されたコアを有するため、高周波領域において、高いＱ値を持つ。
【００２４】
請求項５の磁性材料の製造方法は、少なくともＦｅ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｏの酸化物を主成分とし、
これらの主成分中のＦｅ _２Ｏ _３の含有率を１０．０〜４０．０ｍｏｌ％、Ｆｅ _２Ｏ _３／ＮｉＯのｍｏｌ比を０．８１８以下として、これらの酸化物を同時焼成することによって（Ｃｕ _０．２Ｎｉ _０．８）酸化物相を分散含有するスピネル型フェライト焼結体を得る
ことを特徴とする。
【００２５】
【発明の実施の形態】
本発明の酸化物磁性材料は、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｏを主成分とするものであり、さらに必要に応じてＺｎを加えて主成分とする。さらにこのフェライト焼結体に好ましくは（Ｃｕ_０．２Ｎｉ_０．８）Ｏ相を有するものである。この（Ｃｕ_０．２Ｎｉ_０．８）Ｏ相の含有率は好ましくは０〜３１ｗｔ％（但し０を含ます）である。また、不純物として、Ｐ、Ａｌ、Ｂ、Ｍｎ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｐｂ、Ｗ、Ｖ、Ｍｏ等を含有してもよい。
【００２６】
なお、主成分の組成は、所定値以上の透磁率、焼結体密度の特性を得る上で好ましくはＦｅ_２Ｏ_３は５〜５１ｍｏｌ％、ＮｉＯは１０〜９４．４９ｍｏｌ％、ＣｕＯは０．５〜３５ｍｏｌ％、ＺｎＯは０〜３５ｍｏｌ％、ＣｏＯは０．０１〜５ｍｏｌ％である。
【００２７】
ここで、Ｆｅ_２Ｏ_３は５ｍｏｌ％未満であると、焼結体密度に劣化が見られる。そして、Ｆｅ_２Ｏ_３は化学量論組成を超えた範囲から、空気中の焼成ではＦｅ_２Ｏ_３の析出により、焼結体密度の劣化およびコアとしての比抵抗の劣化が始まる。この析出が顕著に見られるのは、５１ｍｏｌ％を超える範囲である。
【００２８】
また、ＮｉＯが１０ｍｏｌ％未満であると、（Ｃｕ_０．２Ｎｉ_０．８）Ｏ相の析出が見られず、Ｑ特性が向上しない。ＮｉＯはＦｅ_２Ｏ_３、ＣｕＯ、ＺｎＯ、ＣｏＯの最低量がそれぞれ最低含有率となる場合の残り全部を占める含有率（９４．４９ｍｏｌ％）まで含有させることができる。ただし、本発明において、（Ｃｕ _０．２Ｎｉ _０．８）Ｏ相の析出を行なうためには、Ｆｅ _２Ｏ _３の含有率が１０．０〜４０．０ｍｏｌ％、Ｆｅ _２Ｏ _３／ＮｉＯのｍｏｌ比が０．８１８以下であることが好ましい。
【００２９】
また、ＣｕＯが０．５ｍｏｌ％未満であると、（Ｃｕ_０．２Ｎｉ_０．８）Ｏ相の析出が見られず、３５ｍｏｌ％を超えると、コアの比抵抗の劣化が見られる。
【００３０】
初透磁率は、使用する周波数により適宜決定すればよいが、初透磁率を管理する上で最も大きな要因となるのがＺｎＯである。所望の初透磁率が低い場合にはＺｎＯ量を０とし、これより高い初透磁率を得たい場合はＺｎＯ量を増加させることが必要となる。但し、３５ｍｏｌ％を超えるとキュリー点が下がり、実用上この値が限界である。
【００３１】
透磁率の実数部分μ’および虚数部分μ”の制御を行う上で要因となるのがＣｏＯ量であるが、この量が増加することにより、除々にではあるが、初透磁率が低下し、高周波におけるＱ特性が向上する。このＣｏＯの添加の効果が現れるのは０．０１ｍｏｌ％以上である。但しこのＣｏＯの添加量が増加すると、透磁率の温度特性に劣化が見られ、５ｍｏｌ％を超えると、透磁率の温度に対する変化率が増加するので、実用上のこの値が限界である。
【００３２】
【実施例】
（試料）
表１の実施例１、２、３に示す組成となるように主成分として酸化鉄（α−Ｆｅ_２Ｏ_３）と酸化ニッケル（ＮｉＯ）と酸化第２銅（ＣｕＯ）と酸化亜鉛（ＺｎＯ）と四三酸化コバルト（Ｃｏ_３Ｏ_４）とをボールミルにより５時間湿式混合した。次にこれらの原料混合粉末を大気中９００℃で２時間仮焼した後、ボールミルにて比表面積が４ｍ^２／ｇとなるように湿式粉砕し、成形用粉末を得た。
【００３３】
これらの粉砕粉末にバインダーとして鹸化度が９８．５、重合度２４００のポリビニールアルコール（ＰＶＡ１２４）の３ｗｔ％水溶液を１０重量部加えて造粒し、後述の測定条件等に合わせて所定の形状に成形し、空気中で１１２０℃で焼成してコアを作製した。また、比較例として、（Ｃｕ_０．２Ｎｉ_０．８）Ｏ相の析出が見られないＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎフェライトを比較例１、２とし、本発明の実施例１、２、３と同様の製造条件により作製した磁性材料を用意し、コアを作製した。なお、前記成形用粉末の比表面積の測定は、（株）島津製作所製流動式比表面積自動測定装置、フローソープ２３００型でＢＥＴ−点法により測定した。
【００３４】
（（Ｃｕ_０．２Ｎｉ_０．８）Ｏ相の同定）
前述のように、９００℃に仮焼成して粉砕した成形用粉末について、表１に示した各サンプルの（Ｃｕ_０．２Ｎｉ_０．８）Ｏ相の有無の検出と析出量の測定をＸ線回折装置により行なった。
【００３５】
（Ｃｕ_０．２Ｎｉ_０．８）Ｏ相の定量はＸ線回折線の強度比により行なった。Ｘ線回折装置は、日本電子（株）社製ＪＤＸ−３５３０を用い、線源はＣｒ−Ｋα線を使用した。測定条件は、ステップスキャン法、ステップ角度０．０４°、計数時間２０秒／ステップで行った。
【００３６】
【表１】

【００３７】
ここで、（Ｃｕ_０．２Ｎｉ_０．８）Ｏ相の析出を確認した根拠について説明する。Ｘ線回折の結果から、サンプル３、４（実施例１、実施例２）には、サンプル１、２（比較例１、２）には見られない回折角２θ＝１０２°、１４４°に第２相の出現が見られた。さらに、スピネルのピークと同位置ではあるが、回折角２θ＝５６．５°、６６．３°に強度の増加が見られた。これら４つのピークは、相と回折角２θとの関係を表すＡＳＴＭカードＮｏ．２５−１０４９に示される（Ｃｕ_０．２Ｎｉ_０．８）Ｏ相のピークと重なることから、析出が確認された相を（Ｃｕ_０．２Ｎｉ_０．８）Ｏ相と同定したものである。
【００３８】
また、前記カードによれば、回折角２θ＝１０２°は（Ｃｕ_０．２Ｎｉ_０．８）Ｏ相における（２２０）反射、２θ＝１４４°は（２２２）反射、２θ＝５６．５°は（１１１）反射、２θ＝６６．３°は（２００）反射であることが確認された。
【００３９】
さらにＥＰＭＡによる面分析から、ＮｉとＣｕの元素分布は同位置に存在することが確認された。このことは、先に示したＸ線回折の結果と一致し、析出が確認された相を（Ｃｕ_０．２Ｎｉ_０．８）Ｏ相と断定した。
【００４０】
また、サンプル１（比較例１）はＣｕＯを含まないフェライトである。このサンプル１においては、（Ｃｕ_０．２Ｎｉ_０．８）Ｏとスピネルの重なり合うピークである回折角２θ＝５６．５°および２θ＝６６．３°のピークは増大するものの、スピネルのピークと重ならない２θ＝１０２°の出現が無いことから、（Ｃｕ_０．２Ｎｉ_０．８）Ｏのような第２相の存在は認められない。
【００４１】
すなわちサンプル１のように、ＣｕＯを含まず、化学量論的に余剰のＮｉＯが析出されると考えられる組成において、Ｃｒ線源を用いても得られた回折角のピークはスピネル相と重なりあうものとしか見られなかった。
【００４２】
サンプル２は、ＣｕＯを含むフェライトであるが、（Ｃｕ_０．２Ｎｉ_０．８）Ｏとスピネルの重なり合うピークである２θ＝５６．５°と２θ＝６６．３°のピークは増大するものの、スピネルのピークと重ならない２θ＝１０２°のピークの出現が無いことから、（Ｃｕ_０．２Ｎｉ_０．８）Ｏのような第２相の存在は認められない。
【００４３】
表２に（Ｃｕ_０．２Ｎｉ_０．８）Ｏ相の定量結果を示す。（Ｃｕ_０．２Ｎｉ_０．８）Ｏの析出量の算出については、同定した（Ｃｕ_０．２Ｎｉ_０．８）Ｏ相をＡＳＴＭカードＮｏ.２５−１０４９に示される３強線と同じ回折ピークから、その強度比を用い、スピネル相との相対比率を算出した。
【００４４】
【表２】

【００４５】
（μ’、μ”、Ｑ測定）
各サンプルの成型用粉末を用いて、外径３０ｍｍ、内径１８ｍｍ、高さ８ｍｍのトロイダル型となるように成形し、空気中で１１２０℃で焼成し、ワイヤを３回巻きにすることにより実際にコイル部品を作製した。そして、インピーダンスアナライザ（ヒューレットパッカード社製４２９１Ａ）により、磁界を０．４Ａ／ｍ印加し、周波数を１、２、３、５、７、１０、２０、３０、５０、７０、１００、１５０、２００、２８０、３３０、４３０、５００ＭＨｚとしてインダクタンスおよび交流抵抗、ワイヤの直流抵抗を測定し、前述した式からμ’、μ”を求めた。また、μ’をμ”で除算することにより、Ｑ値を求めた。各サンプルについてのμ’、μ”、Ｑ値の周波数による変化を、それぞれ図１、図２、図３に示す。
【００４６】
（評価）
図１に示すように、（Ｃｕ_０．２Ｎｉ_０．８）Ｏ相の析出の有無に関わらず、実数部分μ’の挙動に大きな差は見られない。一方、虚数部分μ”は、図２から明らかなように、実施例１〜３の場合、比較例に比較し、周波数の増加に伴う虚数部分μ”の増加する周波数が高周波化している。
【００４７】
さらに、Ｑ値については、実施例１〜３の場合、比較例に比較し、ピーク値の高周波化が窺え、その値も大きく向上していることが分かる。このように、（Ｃｕ_０．２Ｎｉ_０．８）Ｏ相からなる第２相の出現により虚数部分μ”の高周波化が可能であり、また、（Ｃｕ_０．２Ｎｉ_０．８）Ｏ相の量を調整することによって高周波領域での虚数部分μ”を制御することにより、極めて良好なＱ値が得られる磁性材料とこれを用いたコイル部品が得られる。
【００４８】
なお、ＣｕはＮｉと同様にＦｅとの固溶状態を形成しやすいため、Ｎｉに対するＦｅの含有率を低減することにより、（Ｃｕ_０．２Ｎｉ_０．８）Ｏの析出が実現し易くなる。表１において、サンプル３の実施例１の場合は、Ｆｅ _２Ｏ _３／ＮｉＯのｍｏｌ比は他の実施例より高く、０．８１８となる。この実施例１のＮｉに対するＦｅの原子組成比（Ｆｅ／Ｎｉ）は２×４０／４８．９＝１．６４である。また、表１、表２の対比から明らかなように、特にサンプル４、５の場合のように、Ｎｉに対するＦｅの原子組成比（Ｆｅ／Ｎｉ）が１以下である場合（サンプル４の場合、２×１０．０／８６．７＝０．２３、サンプル５の場合、２×２２．９／６７．７＝０．６８）に（Ｃｕ_０．２Ｎｉ_０．８）Ｏの析出が出現しやすくなり、図３に示すように、Ｑ値の高い周波数領域が高周波化される。
【図面の簡単な説明】
【図１】表１に示す実施例および比較例の磁性材料を用いて作製したコアの複素透磁率の実数部分μ’と周波数の関係を示す特性図である。
【図２】表１に示す実施例および比較例の磁性材料を用いて作製したコアの複素透磁率の虚数部分μ”と周波数の関係を示す特性図である。
【図３】表１に示す実施例および比較例の磁性材料を用いて作製したコアの複素透磁率の実数部分μ’と虚数部分μ”から算出されたＱ値と周波数の関係を示す特性図である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a magnetic material used in a high frequency region, a coil component having a core containing the magnetic material, and a method for manufacturing the magnetic material .
[0002]
[Prior art]
In recent years, with the reduction in size and weight of various electronic devices, the size and weight of electronic components constituting them have also been increasing. Coil components such as coils and transformers are no exception and are becoming smaller and lighter, while electronic devices are also becoming higher in frequency. In particular, in mobile communication devices, coils and the like are used in a frequency band of 10 MHz or higher, and a coil and the like having a small size, operating to a high frequency region, and having a high Q value are desired.
[0003]
As a high-frequency coil component, a coil in which a wire is wound around a coil core made of a magnetic material is mainly used. A coil core made of a magnetic material is granulated by adding a binder to magnetic powder, then shaped into a predetermined shape, processed, and fired in air at about 850 ° C. to 1300 ° C. (the core is processed after firing) In some cases, a wire made of Au, Ag, Cu, Fe, Pt, Sn, Ni, Pb, Al, Co, or an alloy thereof is wound around.
[0004]
The coil is required to have a high specific resistance of the magnetic layer (core). That is, when winding the core with a wire, if the specific resistance is low, an insulator such as a bobbin is required, which hinders the miniaturization of the core, and when the electrode is formed on the core by plating, the specific resistance is low. The reliability of plating deteriorates. Moreover, if the specific resistance of the core is low, the core base may be plated, and the reliability as a coil is significantly reduced.
[0005]
Therefore, Ni—Cu—Zn based ferrite is generally used as a magnetic material used in the high frequency region as the coil core. The reason for this is that ferrite has a cubic crystal structure, high specific resistance, generally magnetic permeability, and an inductance equivalent to that of an air core coil or a coil using a non-magnetic material as the core of the coil. If there are, the number of windings can be reduced compared to these, which is advantageous for downsizing of the element, and a high Q value can be obtained up to a high frequency region.
[0006]
For the purpose of improving the Q characteristics in the high frequency region, Japanese Patent No. 2893302 discloses a NiO phase for a spinel ferrite sintered body containing an oxide of Ni, Cu, Co, and Fe as a main component. A dispersion containing 0 to 60 wt% (excluding 0) is disclosed. With such a composition, the Q characteristic in the high frequency region becomes good, the maximum value of Q shifts to the high frequency side, the value of 10 MHz is used for the μ value of the coil core material, and the inductance value can be increased, Further, as an effect thereof, there is a description that an oxide magnetic material applicable as a magnetic core material for a high frequency band can be obtained at a low cost by the above method.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
As a factor for measuring the quality of the coil component, there is a quality factor: Q value. This is a loss represented by a loss angle δ (deg) represented by 90 (deg) −θ (deg): tan δ, where θ (deg) is the phase angle of the reactance component and the AC resistance component of the coil. The reciprocal is represented by Q = 1 / tan δ.
[0008]
The permeability and frequency of spinel type ferrite have a snoek limit line (the lower the permeability, the higher the frequency, the higher the permeability is), and the coil shape and number of windings and the pattern are equivalent. In this case, the frequency to be applied can be changed by using materials having different magnetic permeability for the coil. As can be seen from the Snook limit line, the permeability decreases as the frequency becomes high. The frequency at which this decrease in permeability varies depending on the magnitude of the permeability, but generally the permeability decreases along the Snook frequency limit line. Further, the magnetic permeability including a complex component is divided into a real component μ ′ and an imaginary component μ ″.
[0009]
Μ ′, which is a real component of the magnetic permeability, maintains a constant value up to a certain frequency, and then decreases along the Snook limit line as the frequency increases. In addition, the imaginary part μ ″ increases with an increase in frequency, reaches a maximum in the vicinity of a frequency at which the μ ′ component decreases to about half of the flat region value, and then decreases with an increase in frequency.
[0010]
The real part μ ′ and the imaginary part μ ″ of the complex magnetic permeability are expressed by the following equations using the coil inductance L and AC resistance R.
[0011]
μ ′ = l _e × L / (μ ₀ × A ₀ × n ² )
μ ”= l _e × (R _eff −R _w ) / (μ ₀ × ω × A ₀ × n ² )
Here, l _e : Effective magnetic path length of sample by actual measurement (m)
μ ₀ : Vacuum permeability 4 × π × 10 ⁻⁷ (H / m)
A ₀ : Effective cross-sectional area of sample by actual measurement (m ² )
n: number of coil turns of sample
ω: angular frequency (radians / s) ω = 2 × π × f
Here, π: Circumference ratio, f: Measurement frequency (Hz)
L: Coil inductance (H)
R _eff : Loss resistance of the coil including the sample (Ω)
R _w : AC resistance of the wire (Ω)
When the real part μ ′ and the imaginary part μ ″ of such complex permeability are used, the quality factor Q is expressed by Q = μ ′ / μ ″ = 1 / tan δ. Thus, when ferrite is used for the coil core, the magnitude of μ ”, which is an imaginary component, as well as the μ ′ component of the complex permeability of the ferrite material to be used is a factor that determines the characteristics. From the Snook limit line As can be seen, in order to obtain a coil having a high quality factor (low loss) in a desired frequency region, it is important to use a magnetic material having a magnetic permeability that is appropriately effective.
[0012]
However, in order to obtain a coil with a high quality factor (low loss) in a high frequency region of 100 MHz or higher, a magnetic material that has a low permeability and its real part μ ′ is low and further suppresses an increase in the imaginary part μ ″. It is desirable to use it.
[0013]
In the above-mentioned Japanese Patent No. 2893302, although improvement of Q value and high frequency can be obtained, there is no description of μ ”which is an imaginary component of magnetic permeability in a high frequency region that affects the performance of the coil, and μ ′ which is a real part. As for the effective permeability, only a value of 10 MHz is listed.In measuring the reliability of the coil in the high frequency region, in addition to the Q value represented by μ ′ / μ ″, μ ′ or μ ″ It is also necessary to clarify and control.
[0014]
In Japanese Patent No. 2893302, the spinel ferrite sintered body is appropriately dispersed and containing the NiO phase, but the existence of this NiO phase is not clear. This is because the precipitation amount of the spinel phase and the NiO phase is measured by estimation from the intensity ratio of the X-ray diffraction lines, but the diffraction peaks used are (311) phase reflection and (222) phase reflection. From (400) phase reflection, the diffraction peaks used for measuring the NiO phase are (111) phase reflection and (200) phase reflection. However, the (111) phase reflection used in the measurement of the NiO phase has a diffraction angle 2θ = 56.5 °, and the (200) phase reflection has a diffraction angle 2θ = 66.3 °, which are respectively the (222) phase of the spinel phase. The reflection diffraction angle 2θ = 56.6 ° is equal to the (400) phase reflection diffraction angle 2θ = 66.3 °. As described above, since the diffraction peaks overlap between the NiO phase and the spinel phase, there is a doubt in determining NiO precipitation, and it is considered that NiO is dissolved in the spinel phase. Further, in the above publication, “the observation of the crystal structure of the sintered body revealed that the crystal was not locally unevenly distributed and was dispersed in the NiO phase. It is considered that the solid solution state of NiO in the spinel phase is indicated.
[0015]
In view of the above problems, the present invention controls the imaginary component μ ″ of the complex permeability in the high frequency region by causing the second phase other than the spinel phase to appear and adjusting the amount by clarifying this appearance. Then, it aims at providing the manufacturing method of the magnetic material which can obtain very favorable Q value by this, a coil component using the same, and a magnetic material .
[0016]
[Means, actions and effects for solving the problems]
The magnetic material of claim 1 is a spinel ferrite sintered body containing at least an oxide of Fe, Ni, Cu, Co as a main component ,
The content of Fe ₂ O ₃ in the main component is 10.0 to 40.0 mol %, and the molar ratio of Fe ₂ O ₃ / NiO is 0.818 or less,
A (Cu _0.2 Ni _0.8 ) oxide phase generated by simultaneous firing of the oxide as the main component is dispersedly contained in the spinel ferrite sintered body .
[0017]
Thus, by containing the (Cu _0.2 Ni _0.8 ) oxide phase separately from the ferrite sintered body, the frequency at which the imaginary component μ ″ of the magnetic permeability increases, and the frequency increases extremely in the high frequency region. A good Q value can be obtained.
[0018]
The magnetic material of claim 2 is the magnetic material of claim 1,
Further, Zn is contained as a main component.
[0019]
Thus, by including Zn as a main component, the initial permeability can be increased.
[0020]
The magnetic material of claim 3 is the magnetic material of claim 1 or 2,
The (Cu _0.2 Ni _0.8 ) oxide phase is dispersedly contained in an amount of 0 to 31 wt% (excluding 0).
[0021]
By setting the content of the (Cu _0.2 Ni _0.8 ) oxide phase to 31 wt% or less, a good Q value can be obtained.
[0022]
A coil component according to a fourth aspect has a core made of the magnetic material according to any one of the first to third aspects.
[0023]
Such a core is obtained by adding a binder to the powder, granulating it, molding it into a predetermined shape, firing it in the air at 850 ° C. to 1300 ° C., Au, Ag, Cu, Fe, Rt, A wire made of Sn, Ni, Pb, Al, Co, or an alloy thereof is wound around. The core may be processed after firing. Since the coil component of the present invention has a core made of the magnetic material, it has a high Q value in a high frequency region.
[0024]
The method for producing a magnetic material according to claim 5 comprises at least an oxide of Fe, Ni, Cu, Co as a main component,
By co-firing these oxides, the content ratio of Fe ₂ O ₃ in these main components is 10.0 to 40.0 mol % and the molar ratio of Fe ₂ O ₃ / NiO is 0.818 or less ( Cu _0.2 Ni _0.8 ) A spinel ferrite sintered body containing a dispersed oxide phase is obtained.
It is characterized by that.
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The oxide magnetic material of the present invention contains Fe, Ni, Cu, and Co as main components, and further contains Zn as a main component if necessary. Furthermore, this ferrite sintered body preferably has a (Cu _0.2 Ni _0.8 ) O phase. The content of the (Cu _0.2 Ni _0.8 ) O phase is preferably 0 to 31 wt% (including 0). Moreover, you may contain P, Al, B, Mn, Ba, Sr, Pb, W, V, Mo etc. as an impurity.
[0026]
The composition of the main component is preferably ₅ to 51 mol% for Fe ₂ O _{3, 10} to 94.49 mol% for NiO, and 0.8 for CuO in order to obtain characteristics of magnetic permeability and sintered body density of a predetermined value or more. 5-35 mol%, ZnO is 0-35 mol%, and CoO is 0.01-5 mol%.
[0027]
Here, when the Fe ₂ O ₃ content is less than 5 mol%, the sintered body density is deteriorated. Then, Fe ₂ O ₃ starts from a range exceeding the stoichiometric composition, and when sintered in air, the density of the sintered body and the specific resistance as a core begin to deteriorate due to precipitation of Fe ₂ O ₃ . This precipitation is noticeable in a range exceeding 51 mol%.
[0028]
On the other hand, when NiO is less than 10 mol%, precipitation of (Cu _0.2 Ni _0.8 ) O phase is not observed and Q characteristics are not improved. NiO can be contained up to the content (94.49 mol%) occupying the entire remaining amount when the minimum amount of Fe ₂ O ₃ , CuO, ZnO, and CoO is the minimum content. However, in the present invention, in order to precipitate the (Cu _0.2 Ni _0.8 ) O phase, the content of Fe ₂ O ₃ is 10.0 to 40.0 mol%, Fe ₂ O ₃ / NiO The molar ratio is preferably 0.818 or less.
[0029]
Moreover, when CuO is less than 0.5 mol%, the precipitation of (Cu _0.2 Ni _0.8 ) O phase is not observed, and when it exceeds 35 mol%, the specific resistance of the core is deteriorated.
[0030]
The initial permeability may be appropriately determined depending on the frequency to be used, but ZnO is the largest factor in managing the initial permeability. When the desired initial magnetic permeability is low, the ZnO amount is set to 0, and when a higher initial magnetic permeability is desired, the ZnO amount needs to be increased. However, if it exceeds 35 mol%, the Curie point decreases, and this value is practically the limit.
[0031]
The amount of CoO is a factor in controlling the real part μ ′ and the imaginary part μ ″ of the magnetic permeability, but as this amount increases, the initial permeability gradually decreases, The Q characteristic at high frequency is improved, and the effect of the addition of CoO appears at 0.01 mol% or more, but when the amount of CoO added increases, the temperature characteristic of the magnetic permeability is deteriorated and 5 mol% is reduced. If exceeded, the rate of change of permeability with respect to temperature increases, so this value is practical.
[0032]
【Example】
(sample)
Iron oxide (α-Fe ₂ O ₃ ), nickel oxide (NiO), cupric oxide (CuO), and zinc oxide (ZnO) as main components so as to have the compositions shown in Examples 1 , 2 , and 3 in Table 1. And cobalt tetroxide (Co ₃ O ₄ ) were wet mixed by a ball mill for 5 hours. Next, these raw material mixed powders were calcined at 900 ° C. for 2 hours in the atmosphere, and then wet pulverized with a ball mill so as to have a specific surface area of 4 m ² / g to obtain a molding powder.
[0033]
These pulverized powders are granulated by adding 10 parts by weight of a 3 wt% aqueous solution of polyvinyl alcohol (PVA124) having a saponification degree of 98.5 and a polymerization degree of 2400 as a binder, and having a predetermined shape in accordance with the measurement conditions described later. Molded and fired at 1120 ° C. in air to produce a core. In addition, as a comparative example, Ni—Cu—Zn ferrite in which no precipitation of (Cu _0.2 Ni _0.8 ) O phase is observed is referred to as Comparative Examples 1 and 2, and the same as Examples 1, 2, and 3 of the present invention. A magnetic material prepared according to the manufacturing conditions was prepared, and a core was manufactured. In addition, the measurement of the specific surface area of the said powder for shaping | molding was measured by the BET-point method by Shimadzu Corporation fluid type | mold specific surface area automatic measuring apparatus and the flow soap 2300 type | mold.
[0034]
(Identification of (Cu _0.2 Ni _0.8 ) O phase)
As described above, with respect to the molding powder preliminarily fired at 900 ° C., the presence or absence of the (Cu _0.2 Ni _0.8 ) O phase of each sample shown in Table 1 and the measurement of the amount of precipitation were measured. This was performed with a line diffractometer.
[0035]
_(Cu 0.2 _{Ni 0.8)} O-phase quantification was performed by the intensity ratio of X-ray diffraction lines. JDX-3530 manufactured by JEOL Ltd. was used as the X-ray diffractometer, and Cr—Kα ray was used as the radiation source. The measurement conditions were a step scan method, a step angle of 0.04 °, and a counting time of 20 seconds / step.
[0036]
[Table 1]

[0037]
Here, the grounds for confirming the precipitation of the (Cu _0.2 Ni _0.8 ) O phase will be described. From the X-ray diffraction results, the samples 3 and 4 (Examples 1 and 2) have diffraction angles 2θ = 102 ° and 144 ° which are not found in Samples 1 and 2 (Comparative Examples 1 and 2). The appearance of two phases was seen. Further, although the same position as the spinel peak, an increase in intensity was observed at diffraction angles 2θ = 56.5 ° and 66.3 °. These four peaks are ASTM card Nos. Representing the relationship between phase and diffraction angle 2θ. Since it overlaps with the peak of the (Cu _0.2 Ni _0.8 ) O phase shown in 25-1049, the phase in which precipitation was confirmed was identified as the (Cu _0.2 Ni _0.8 ) O phase. .
[0038]
According to the card, the diffraction angle 2θ = 102 ° is (220) reflection in the (Cu _0.2 Ni _0.8 ) O phase, 2θ = 144 ° is (222) reflection, and 2θ = 56.5 ° is (111) reflection, 2θ = 66.3 ° was confirmed to be (200) reflection.
[0039]
Furthermore, from the surface analysis by EPMA, it was confirmed that the element distributions of Ni and Cu exist at the same position. This coincided with the result of X-ray diffraction shown above, and the phase in which precipitation was confirmed was determined as the (Cu _0.2 Ni _0.8 ) O phase.
[0040]
Sample 1 (Comparative Example 1) is a ferrite containing no CuO. In this sample 1, although the peaks at diffraction angles 2θ = 56.5 ° and 2θ = 66.3 °, which are peaks in which (Cu _0.2 Ni _0.8 ) O and spinel overlap, increase, Since there is no appearance of 2θ = 102 ° that does not overlap, the presence of the second phase such as (Cu _0.2 Ni _0.8 ) O is not recognized.
[0041]
That is, as in Sample 1, in a composition that does not contain CuO and that a stoichiometric surplus NiO is deposited, the peak of the diffraction angle obtained using a Cr source overlaps with the spinel phase. I could only see it.
[0042]
Sample 2 is a ferrite containing CuO, but the peaks at 2θ = 56.5 ° and 2θ = 66.3 °, which are peaks where (Cu _0.2 Ni _0.8 ) O and spinel overlap, increase. Since there is no 2θ = 102 ° peak that does not overlap with the spinel peak, the presence of the second phase such as (Cu _0.2 Ni _0.8 ) O is not recognized.
[0043]
Table 2 shows the quantitative results of the (Cu _0.2 Ni _0.8 ) O phase. For the calculation of the precipitation amount of (Cu _0.2 Ni _0.8 ) O, the identified (Cu _0.2 Ni _0.8 ) O phase has the same diffraction as the three strong lines shown in ASTM card No. 25-1049. From the peak, the relative ratio with the spinel phase was calculated using the intensity ratio.
[0044]
[Table 2]

[0045]
(Μ ', μ ", Q measurement)
By using the powder for molding of each sample, it is molded into a toroidal mold having an outer diameter of 30 mm, an inner diameter of 18 mm, and a height of 8 mm, fired in air at 1120 ° C., and actually wound three times. Coil parts were produced. A magnetic field of 0.4 A / m is applied by an impedance analyzer (Hewlett Packard 4291A), and frequencies are 1, 2, 3, 5, 7, 10, 20, 30, 50, 70, 100, 150, 200. The inductance, AC resistance, and DC resistance of the wire were measured as 280, 330, 430, and 500 MHz, and μ ′ and μ ″ were obtained from the above-described formula. Also, by dividing μ ′ by μ ″, the Q value was obtained. Asked. Changes in μ ′, μ ″, and Q value for each sample according to the frequency are shown in FIG. 1, FIG. 2, and FIG. 3, respectively.
[0046]
(Evaluation)
As shown in FIG. 1, there is no significant difference in the behavior of the real part μ ′ regardless of the presence or absence of (Cu _0.2 Ni _0.8 ) O phase precipitation. On the other hand, as is clear from FIG. 2, the imaginary part μ ″ has a higher frequency in the imaginary part μ ″ as the frequency increases in the first to third embodiments than in the comparative example.
[0047]
Furthermore, with respect to the Q value, in the case of Examples 1 to 3, it can be seen that the peak value has a higher frequency and the value is greatly improved as compared with the comparative example. Thus, the appearance of the second phase composed of the (Cu _0.2 Ni _0.8 ) O phase can increase the frequency of the imaginary part μ ″, and the (Cu _0.2 Ni _0.8 ) O phase. By controlling the imaginary part μ ″ in the high frequency region by adjusting the amount of the magnetic material, it is possible to obtain a magnetic material capable of obtaining an extremely good Q value and a coil component using the magnetic material.
[0048]
In addition, since Cu is easy to form a solid solution state with Fe similarly to Ni, precipitation of (Cu _0.2 Ni _0.8 ) O is easily realized by reducing the content ratio of Fe with respect to Ni. . In Table 1, in the case of Example 1 of Sample 3, the molar ratio of Fe ₂ O ₃ / NiO is higher than that of the other examples, which is 0.818. The atomic composition ratio of Fe to Ni (Fe / Ni) in Example 1 is 2 × 40 / 48.9 = 1.64. In addition, as is clear from the comparison between Tables 1 and 2, especially in the case of Samples 4 and 5, when the atomic composition ratio of Fe to Ni (Fe / Ni) is 1 or less (in the case of Sample 4, In the case of 2 × 10.0 / 86.7 = 0.23 and Sample 5, 2 × 22.9 / 67.7 = 0.68), (Cu _0.2 Ni _0.8 ) O precipitates. As shown in FIG. 3, the frequency region having a high Q value is increased in frequency.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a characteristic diagram showing a relationship between a real part μ ′ of a complex permeability of a core manufactured using magnetic materials of Examples and Comparative Examples shown in Table 1 and a frequency.
FIG. 2 is a characteristic diagram showing the relationship between frequency and the imaginary part μ ″ of the complex permeability of cores manufactured using the magnetic materials of the examples and comparative examples shown in Table 1.
FIG. 3 is a characteristic diagram showing the relationship between the Q value calculated from the real part μ ′ and the imaginary part μ ″ of the complex permeability of the core manufactured using the magnetic materials of the examples and comparative examples shown in Table 1 and the frequency. It is.

Claims

A spinel ferrite sintered body containing at least an oxide of Fe, Ni, Cu, Co as a main component ,
The content of Fe ₂ O ₃ in the main component is 10.0 to 40.0 mol %, and the molar ratio of Fe ₂ O ₃ / NiO is 0.818 or less,
A magnetic material, characterized in that an oxide phase (Cu _0.2 Ni _0.8 ) produced by simultaneous firing of the oxide as the main component is dispersedly contained in the spinel ferrite sintered body .

The magnetic material of claim 1,
A magnetic material characterized by further containing Zn as a main component.

The magnetic material according to claim 1 or 2,
A magnetic material comprising the (Cu _0.2 Ni _0.8 ) oxide phase dispersed in an amount of 0 to 31 wt% (excluding 0).

A coil component comprising a core made of the magnetic material according to claim 1.

The main component is at least an oxide of Fe, Ni, Cu, Co,
Fe in these main components _２2 O _３3 The content of 10.0 to 40.0 mol%, Fe _２2 O _３3 By co-firing these oxides with a / NiO molar ratio of 0.818 or less (Cu _０．２0.2 Ni _０．８0.8 ) Obtain a spinel ferrite sintered body containing dispersed oxide phase
A method for producing a magnetic material.