JP7477603B2 - 磁性樹脂組成物、硬化物および電子部品 - Google Patents
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Description
磁性粒子と、
エポキシ当量が400g/eq以上のエポキシ樹脂と、
を含み、かつ
上記磁性粒子の充填率が面積基準で70%以上である、磁性樹脂組成物、
に関する。
本発明の一態様にかかる磁性樹脂組成物(以下、単に「組成物」とも記載する。)は、磁性粒子とエポキシ当量が400g/eq以上のエポキシ樹脂とを含み、かつ上記磁性粒子の充填率が面積基準で70%以上である。
剥離処理が施された剥離面を有する支持体(例えば樹脂フィルム)を市販品として入手するか公知の方法で作製して準備する。充填率を求める対象の組成物を、支持体の剥離面に塗布した後に内部雰囲気温度80℃の熱処理装置において1時間加熱する。その後、設定温度120℃のホットプレートで10分間加熱する。通常、こうして上記組成物が部分的に硬化したフィルムが支持体の剥離面上に作製される。このフィルムを支持体の剥離面から剥離した後、内部雰囲気温度150℃の熱処理装置において20分間加熱する。この加熱後のフィルムを用いて、以下の方法によって充填率を求める。
上記1.で作製したフィルムの無作為に定めた位置からミクロトーム等の公知の手段によって断面観察用試料を切り出す。この断面観察用試料を走査型電子顕微鏡(SEM;Scanning Electron Microscope)により観察し、断面画像(SEM像)を撮影する。SEMとしては、電界放射型走査型電子顕微鏡(FE(Field Emission)-SEM)を用いる。撮影されるSEM像は、二次電子(Secondary Electron)像である。FE-SEMを用いて、断面観察用試料をステージにセットし、加速電圧3kVおよび観察倍率3000倍の条件にて、視野が32μm×42μmの断面SEM像を得る。得られた断面SEM像をグレースケース像に変換後、磁性粒子の輝度とそれ以外の領域の輝度の中間の輝度で二値化処理することで磁性粒子の部分を特定し、特定された磁性粒子の部分が占める割合(面積基準)を算出する。また、後述の空隙率についても、上記のように得られた断面SEM像をグレースケース像に変換後、空隙部分の輝度とそれ以外の領域の輝度の中間の輝度で二値化処理することで空隙の部分(磁性粒子も樹脂も任意に含まれ得る添加剤も存在しない部分)を特定し、特定された空隙の部分が占める割合(面積基準)を算出する。尚、必要に応じて断面観察用試料の元素分析を行うことにより、断面SEM像における磁性粒子の部分および/または空隙の部分を特定することもできる。
以上の操作を、上記1.で作製したフィルムの異なる位置から切り出された5つの断面観察用試料について行い、得られた5つの値の算術平均として、磁性粒子の充填率を求めることができる。この点は、空隙率についても同様である。
(充填率)
上記磁性樹脂組成物の磁性粒子の充填率(面積基準)は70%以上である。このことが、この組成物を硬化した硬化物が高周波数帯域において高い透磁率μr’を示すことができることに寄与し得る。より一層の高透磁率化の観点から、上記充填率は、71%以上であることが好ましく、72%以上であることがより好ましい。また、上記充填率は、例えば、90%以下、85%以下、80%以下または75%以下であることができる。ただし、更なる高透磁率化の観点からは磁性粒子の充填率が高いことは好ましいため、上記充填率はここで例示した値を上回ってもよい。
本発明および本明細書において、「金属粒子」には、単一の金属元素からなる純金属の粒子と、1種以上の金属元素と1種または2種以上の他の金属元素および/または非金属元素との合金の粒子と、が包含される。金属粒子について、結晶性の有無は問わない。即ち、金属粒子は、結晶粒子であってもよく、アモルファス粒子であってもよい。金属粒子に含まれる金属または非金属の元素としては、Ni、Fe、Co、Mo、Cr、Si、B、P等を挙げることができる。金属粒子は、金属(合金を包含する)の構成元素以外の成分を含んでもよく、含まなくてもよい。金属粒子は、金属(合金を包含する)の構成元素に加えて、任意に添加され得る添加剤に含まれる元素および/または金属粒子の製造工程において意図せずに混入し得る不純物に含まれる元素を任意の含有率で含み得る。金属粒子において、金属(合金を包含する)の構成元素の含有率は、90.0質量%以上であることが好ましく、95.0質量%以上であることがより好ましく、また、100質量%でもよく、100質量%未満、99.9質量%以下または99.0質量%以下でもよい。
粒子を、透過型電子顕微鏡を用いて撮影倍率3000倍で撮影し、粒子の写真を得る。得られた写真から目的の粒子を選びデジタイザーで粒子の輪郭をトレースし粒子(一次粒子)のサイズを測定する。一次粒子とは、凝集のない独立した粒子をいう。
以上の測定を、無作為に抽出した500個の粒子について行う。こうして得られた500個の粒子の粒子サイズの算術平均を、その粒子の平均粒子サイズとする。上記走査型電子顕微鏡としては、例えば日立製作所製FE-SEM S4800を用いることができる。また、粒子サイズの測定は、公知の画像解析ソフト、例えばカールツァイス製画像解析ソフトKS-400を用いて行うことができる。
(1)針状、紡錘状、柱状(ただし、高さが底面の最大長径より大きい)等の場合は、粒子を構成する長軸の長さ、即ち長軸長で表され、
(2)板状または柱状(ただし、厚みまたは高さが板面または底面の最大長径より小さい)の場合は、その板面または底面の最大長径で表され、
(3)球形、多面体状、不定形等であって、かつ形状から粒子を構成する長軸を特定できない場合は、円相当径で表される。円相当径とは、円投影法で求められるものを言う。
上記磁性粒子としては、フェライト粒子を使用することもでき、より一層の高透磁率化の観点からは、金属粒子とフェライト粒子とを組み合わせて使用することが好ましい。フェライト粒子の含有量は、金属粒子100質量部に対して、1質量部以上であることが好ましく、2質量部以上であることがより好ましく、3質量部以上であることが更に好ましい。また、フェライト粒子の含有量は、金属粒子100質量部に対して、例えば、20質量部以下、15質量部以下または10質量部以下であることができる。
上記磁性樹脂組成物は、エポキシ当量が400g/eq以上のエポキシ樹脂を含む。エポキシ樹脂は、エポキシ基を含む樹脂であって熱硬化性樹脂である。エポキシ樹脂を含む組成物は、エポキシ樹脂に含まれるエポキシ基が加熱により開環して架橋構造を形成することよって硬化することができる。上記磁性樹脂組成物では、磁性粒子とともに含まれるエポキシ樹脂のエポキシ当量が400g/eq以上であることが、この組成物から加工時のクラック発生が抑制された硬化物を作製することを可能にすることに寄与し得る。エポキシ当量は、400g/eq以上であり、401g/eq以上であることが好ましく、403g/eq以上であることがより好ましく、405g/eq以上であることが更に好ましい。また、上記磁性樹脂組成物から形成される硬化物の強度向上の観点からは、エポキシ当量は、2000g/eq以下であることが好ましく、1800g/eq以下であることがより好ましく、1600g/eq以下であることが更に好ましい。
上記磁性樹脂組成物は、一形態では、1種以上の磁性粒子と1種以上のエポキシ樹脂のみを含むことができる。また、他の一形態では、上記磁性樹脂組成物は、公知の添加剤を任意の量で含むことができる。添加剤としては、例えば、エポキシ樹脂に対して硬化剤として機能し得る成分、磁性粒子に対して分散剤として機能し得る成分、カップリング剤、界面活性剤等を挙げることができる。そのような成分は公知であり、例えば、フェノール化合物、アミン化合物、イミダゾール化合物、酸無水物、ポリマー系分散剤等を挙げることができる。例えば、分散剤を使用することは、上記磁性樹脂組成物における磁性粒子の分散性を高めて充填率を向上させることに寄与し得る。また、磁性粒子の分散性を高めることによって空隙率を下げることもできる。
上記磁性樹脂組成物について、先に記載した方法によって求められる空隙率(面積基準)が低いことは、磁性粒子の充填率を高めること、および/または、この組成物から形成される硬化物のより一層の高透磁率化に寄与し得る。この点から、上記磁性樹脂組成物の空隙率は、0.30%未満であることが好ましく、0.25%以下であることがより好ましく、0.20%以下であることが更に好ましく、0.15%以下であることが一層好ましく、0.10%以下であることがより一層好ましく、0.08%以下であることが更に一層好ましく、0.06%以下であることが更により一層好ましく、0.04%以下であることが尚より一層好ましい。上記磁性樹脂組成物の空隙率は、例えば0%以上、0%超または0.01%以上であることができる。
本発明の一態様は、磁性樹脂組成物を硬化した硬化物に関する。
各磁性粒子の平均粒子サイズは、走査型電子顕微鏡(FE-SEM)として、日立製作所製FE-SEM S4800、画像解析ソフトとしてカールツァイス製画像解析ソフトKS-400を用いて、先に記載の方法によって測定された値である。
各磁性粒子について、振動試料型磁力計(東英工業社製)を用いて磁場強度15000Oeで測定して得られたヒステリシス曲線(「M-H曲線」と呼ばれる。)から保磁力Hcを求めた。
<塗布液(磁性樹脂組成物)の調製>
プラスチックボトルに、金属粒子としてモリブデンパーマロイ合金粒子(平均粒子サイズ:表1参照、保磁力Hc:7.0Oe、Ni含有率:79.8質量%、Fe含有率:16.2質量%、Mo含有率:3.9質量%)100質量部、エポキシ樹脂(DIC社製EXA-4816、エポキシ当量:表1参照)6質量部、イミダゾール型硬化剤(三菱ケミカル社製jERキュアIBMI12)0.2質量部、分散剤(ビックケミー・ジャパン社製DISPERBYK-108)0.5質量部、およびメチルエチルケトン4質量部を加え、振とう式撹拌機で30分間混合して塗布液を調製した。
剥離処理済みPETフィルム(ニッパ社製PET75TR)の剥離面に塗布ギャップ100μmのブレードコーターによって上記塗布液を塗布し、内部雰囲気温度80℃の乾燥装置内で1時間乾燥させ、その後ホットプレート(設定温度:120℃)で10分間加熱して部分硬化状態のフィルムとした。このフィルムを剥離処理済みPETフィルムから剥離し、内部雰囲気温度150℃のオーブン内で20分間加熱して硬化処理済みフィルムとした。
上記硬化処理済みフィルムから2mm×10mmのサイズの矩形試料を切り出し、マイクロメーターによって10点の厚みを測定した。厚みの算術平均は30μmであった。矩形試料について、透磁率測定装置per01(キーコム社製)を用いて100MHzの周波数での透磁率(μr’およびμr”)を測定した。測定された透磁率(μr’およびμr”)から損失正接tanδを算出した。
上記硬化処理済フィルムからミクロトームを用いて断面観察用試料を切り出した。走査型電子顕微鏡(FE-SEM)として、日立製作所製FE-SEM S4800を用いて、先に記載した方法によって磁性粒子の充填率および空隙率を求めた。
上記硬化処理済みフィルムからカッターを用いて2cm×2cmのサイズのフィルム片を切り出し、フィルム片の表面を目視にて観察して外周縁部のクラックの有無を確認した。
上記硬化処理済みフィルムから2mm×10mmのサイズの矩形試料を切り出して透磁率測定装置per01(キーコム社製)を用いて100MHzの周波数での透磁率(μr’)を測定した。ここで測定された透磁率を、「浸漬前透磁率」と呼ぶ。
その後、この矩形試料を、濃度10質量%の塩酸10gに30分間浸漬した後に取り出して水洗いし乾燥させた後、上記と同様に100MHzの周波数での透磁率(μr’)を測定した。ここで測定された透磁率を、「浸漬後透磁率」と呼ぶ。
以下の式によって塩酸浸漬前後の透磁率比を算出した。算出される透磁率比の値が大きいほど、酸性環境での透磁率の低下が少ないということができる。
透磁率比=[(浸漬後透磁率-1)/(浸漬前透磁率-1)]×100
金属粒子を鉄基アモルファス合金(平均粒子サイズ:表1参照、保磁力Hc:4.7Oe、Fe含有率:87.2質量%、Si含有率:6.8質量%、Cr含有率:2.5質量%、B含有率:2.5質量%)に変更した点以外は実施例1と同様に硬化処理済みフィルムの作製および各種測定を行った。
金属粒子をモリブデンパーマロイ合金粒子(平均粒子サイズ:表1参照、保磁力Hc:8.1Oe、Ni含有率:79.8質量%、Fe含有率:16.2質量%、Mo含有率:3.9質量%)に変更した点以外は実施例1と同様に硬化処理済みフィルムの作製および各種測定を行った。
塗布液の調製時、Ni-Znフェライト粒子(平均粒子サイズおよび保磁力:表1参照)を6質量部加えた以外は実施例1と同様に硬化処理済みフィルムの作製および各種測定を行った。
金属粒子をモリブデンパーマロイ合金粒子(平均粒子サイズ:表1参照、保磁力Hc:6.2Oe、Ni含有率:79.8質量%、Fe含有率:16.2質量%、Mo含有率:3.9質量%)に変更した点以外は実施例1と同様に硬化処理済みフィルムの作製および各種測定を行った。
Ni-Znフェライト粒子として表1に示す平均粒子サイズおよび保磁力のNi-Znフェライト粒子を使用した点以外は実施例4と同様に硬化処理済みフィルムの作製および各種測定を行った。
Ni-Znフェライト粒子として表1に示す平均粒子サイズおよび保磁力のNi-Znフェライト粒子を使用した点以外は実施例4と同様に硬化処理済みフィルムの作製および各種測定を行った。
金属粒子を鉄基アモルファス合金粒子(平均粒子サイズ:表1参照、保磁力Hc:4.7Oe、Fe含有率:87.2質量%、Si含有率:6.8質量%、Cr含有率:2.5質量%、B含有率:2.5質量%)に変更した点以外は実施例4と同様に硬化処理済みフィルムの作製および各種測定を行った。
金属粒子を鉄ニッケル合金粒子(平均粒子サイズ:表1参照、保磁力Hc:12.3Oe、Fe含有率:49.5質量%、Ni含有率:50.3質量%)に変更した点以外は実施例4と同様に硬化処理済みフィルムの作製および各種測定を行った。
エポキシ樹脂を三菱ケミカル社製JER871(エポキシ当量:表1参照)に変更した点以外は実施例4と同様に硬化処理済みフィルムの作製および各種測定を行った。
金属粒子をモリブデンパーマロイ合金粒子(平均粒子サイズ:表1参照、保磁力Hc:8.1Oe、Ni含有率:79.8質量%、鉄16.2質量%、モリブデン含有率:3.9質量%)に変更した点以外は実施例4と同様に硬化処理済みフィルムの作製および各種測定を行った。
Ni-Znフェライト粒子として表1に示す平均粒子サイズおよび保磁力のNi-Znフェライト粒子を使用した点以外は実施例4と同様に硬化処理済みフィルムの作製および各種測定を行った。
Ni-Znフェライト粒子として表1に示す平均粒子サイズおよび保磁力のNi-Znフェライト粒子を使用した点以外は実施例4と同様に硬化処理済みフィルムの作製および各種測定を行った。
塗布液の調製時、分散剤を使用しなかった点以外は実施例2と同様に硬化処理済みフィルムの作製および各種測定を行った。
エポキシ樹脂を三菱ケミカル社製JER827(エポキシ当量:表1参照)に変更した点以外は実施例4と同様に硬化処理済みフィルムの作製および各種測定を行った。
エポキシ樹脂を三菱ケミカル社製JER152(エポキシ当量:表1参照)に変更した点以外は実施例4と同様に硬化処理済みフィルムの作製および各種測定を行った。
Claims (8)
- 磁性粒子と、
エポキシ当量が400g/eq以上のエポキシ樹脂と、
を含み、
前記磁性粒子は、平均粒子サイズが10.0μm未満の金属粒子を含み、
前記磁性粒子は、保磁力Hcが50.0Oe以下のフェライト粒子を更に含み、
かつ
前記磁性粒子の充填率が面積基準で70%以上である、磁性樹脂組成物。 - 空隙率が面積基準で0.30%未満である、請求項1に記載の磁性樹脂組成物。
- 前記金属粒子は、NiおよびFeを含む、請求項1または2に記載の磁性樹脂組成物。
- 前記金属粒子は、Moを更に含む、請求項3に記載の磁性樹脂組成物。
- 前記フェライト粒子の平均粒子サイズは1.0μm未満である、請求項1~4のいずれか1項に記載の磁性樹脂組成物。
- 前記フェライト粒子の保磁力Hcは30.0Oe以上50.0Oe以下である、請求項1~5のいずれか1項に記載の磁性樹脂組成物。
- 請求項1~6のいずれか1項に記載の磁性樹脂組成物を硬化した硬化物。
- 請求項7に記載の硬化物を含む電子部品。
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