KR101255154B1

KR101255154B1 - Ｚ형 페라이트 및 이를 포함하는 전자 부품

Info

Publication number: KR101255154B1
Application number: KR1020110045196A
Authority: KR
Inventors: 류병훈; 성원모; 안원기
Original assignee: 주식회사 이엠따블유
Priority date: 2011-05-13
Filing date: 2011-05-13
Publication date: 2013-04-22
Also published as: KR20120127007A

Abstract

본 발명은 Z형 페라이트 및 이를 포함하는 전자 부품에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 Ba과 Fe의 일부가 최적의 몰비로 각각 Sr과 Ca로 치환되어 화학식 1과 같이 구성됨으로써 투자율을 유지하면서도 낮은 투자손실 특성을 확보할 수 있는 가용 주파수 대역이 1.2㎓까지 확장된 Z형 페라이트 및 이를 포함하는 전자 부품에 관한 것이다:
[화학식 1]

(식 중, 2.0 ≤ x ≤ 2.5이고, 0.05 ≤ y ≤ 0.5임).

Description

Ｚ형 페라이트 및 이를 포함하는 전자 부품 {Z-TYPE FERRITE AND ELECTRONIC PART COMPRISING THE SAME}

본 발명은 투자율을 유지하면서도 낮은 투자손실 특성을 확보할 수 있는 가용 주파수 대역이 1.2㎓까지 확장된 Z형 페라이트 및 이를 포함하는 전자 부품에 관한 것이다.

페라이트(ferrite)는 자성 재료로서 통상 구조에 따라 스피넬(spinel) 타입, 헥사(hexagonal) 타입 및 가넷(garnet) 타입 등으로 분류된다. 이 중, 스피넬 타입은 전자파 흡수체, ㎒ 미만의 주파수 대역에서 노이즈 차폐용 재료로 사용되고, 헥사 타입은 자기기록매체의 원료로 사용되며, 가넷 타입은 고주파용 써큘레이터(circulator)의 재료로 사용되고 있다. 이와 같은 페라이트는 수백 ㎒의 고주파수 대역에서는 투자손실이 크다는 단점이 있어, 고주파용 전자 부품 중 투자손실이 커도 적용에 어려움이 없는 전자 부품에만 적용되는 한계가 있었다.

최근에는 휴대 전화, 무선 랜, 노트북과 같은 컴퓨터 등에 적용되는 신호의 고주파화에 따라 이들 전자 기기에 장착되는 부품 자체도 수백 ㎒ 내지 수 ㎓의 고주파 대역에서 적용 가능할 것이 요구되고 있다. 예컨대, 현재 국내에서는 700㎒ 이상의 고주파 대역에서 이동 통신용과 방송용으로 주파수가 다수 분배되고 있는 실정이므로, 1㎓ 이상의 주파수 대역에서도 적용 가능한 소재가 요구된다.

이러한 요구에 대하여, 종래 주로 사용되어 온 스피넬 페라이트는 특정 주파수 대역까지는 일정한 투자율을 가지나 수백 ㎒ 이상의 고주파 대역에서 스뇌크(Snoek)의 한계에 의해 투자율이 급속하게 저하되는 주파수 한계가 존재하기 때문에 적용하기 어렵다. 이에 육방 결정 구조를 갖는 헥사 페라이트가 고주파 대역에서 주파수 한계를 극복할 수 있는 재료로서 연구되고 있다. 특히, 헥사 페라이트 중에서도 Co를 포함하는 Z형 페라이트가 비교적 높은 투자율을 가지며 우수한 고주파 특성을 나타낸다는 점에서 주로 검토되고 있다.

그러나, Z형 페라이트도 수백 ㎒ 이상의 고주파 대역, 예컨대 700㎒ 이상의 고주파 대역에서는 투자손실이 급격하게 증가하여 1㎓의 주파수 대역까지 적용하는 것은 불가능하였다.

따라서, 가용 주파수 대역이 확장되어 수백 ㎒ 내지 수 ㎓의 고주파 대역에서 높은 투자율을 유지하면서도 낮은 투자손실을 확보할 수 있어 각종 전자 부품에 적용 가능한 페라이트가 요구된다.

본 발명은 투자율을 유지하면서도 낮은 투자손실 특성을 확보할 수 있는 가용 주파수 대역이 1.2㎓까지 확장된 Z형 페라이트를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 1㎓ 이하의 주파수 대역에서는 이동 통신 또는 방송용 전자 부품의 재료로 적용되고, 1㎓ 이상의 주파수 대역에서는 노이즈 제거용 전자 부품의 재료로 적용될 수 있는 Z형 페라이트를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 Z형 페라이트를 포함하는 전자 부품을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.

1. 하기 화학식 1로 표시되는 Z형 페라이트:

(식 중, 2.0 ≤ x ≤ 2.5이고, 0.05 ≤ y < 0.5임).

2. 위 1에 있어서, 2.0 ≤ x ≤ 2.3인 Z형 페라이트.

3. 위 2에 있어서, 0.1 ≤ y ≤ 0.3인 Z형 페라이트.

4. 위 1 내지 3 중 어느 한 항의 Z형 페라이트를 포함하는 전자 부품.

5. 위 4에 있어서, 1㎓ 이하의 가용 주파수 대역에서 사용되는 이동 통신 또는 방송용인 전자 부품.

6. 위 4에 있어서, 1㎓ 이상의 가용 주파수 대역에서 사용되는 노이즈 제거용인 전자 부품.

본 발명은 주파수 대역이 1㎓ 이상으로 확장되는 경우에도 투자율을 유지하면서도 투자손실의 저하를 억제할 수 있는, 단일상에 가까운 결정 구조를 갖는 Z형 페라이트 및 이를 포함하는 전자 부품을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 Z형 페라이트는 5 내지 7의 투자율을 유지하면서도 0.2 미만의 투자손실을 확보할 수 있는 가용 주파수 대역을 1.2㎓까지 확장시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 Z형 페라이트는 700㎒ 내지 1㎓ 이하의 주파수 대역에서는 이동 통신 또는 방송용 전자 부품의 재료로 적용되고, 1㎓ 이상의 주파수 대역에서는 증가하는 투자손실을 이용하여 노이즈 제거용 전자 부품의 재료로 적용되기 적합하다.

본 발명은 투자율을 유지하면서도 낮은 투자손실을 확보할 수 있는 가용 주파수 대역이 1.2㎓까지 확장된 Z형 페라이트 및 이를 포함하는 전자 부품에 관한 것이다.

이하 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명의 페라이트는, 통상 Ba₃Co₂Fe₂₄O₄₁로 표시되는 Z형 페라이트를 구성하는 Ba의 일부가 최적의 몰비로 Sr로 치환되고, 이와 동시에 Fe의 일부가 최적의 몰비로 Ca로 치환되어 하기 화학식 1로 표시되는 Z형 페라이트인 것을 특징으로 한다:

[화학식 1]

(식 중, 2.0 ≤ x ≤ 2.5이고, 0.05 ≤ y < 0.5임).

Sr은 5주기 2족에 속하는 금속으로서, 헥사 페라이트에 필수적으로 포함되는 기본 성분이며 6주기 2족에 속하는 Ba의 일부를 치환하여 주파수 대역을 확장시키고 소결 온도를 낮게 조절할 수 있는 금속 성분이다.

x는 Sr의 몰비를 나타내는 것으로서 0이 아닌 양수이며, 본 발명에서는 특히 이 몰비의 값이 최적의 범위가 되도록 구성된다. 구체적으로, Sr의 몰비는 2.0 ≤ x ≤ 2.5인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 2.0 ≤ x ≤ 2.3, 가장 바람직하게는 x = 2.1인 것이 좋다. 이와 같은 범위인 경우 Fe의 일부를 치환하는 Ca와 함께 주파수 대역이 1.2㎓의 고주파 대역까지 확장시킬 수 있으며, 이 경우에도 투자손실의 값을 낮게, 예컨대 0.1 이하로 유지할 수 있게 한다. x < 2.0인 경우 1.2㎓까지 주파수 대역을 확장시키기 어렵고, x > 2.5인 경우 주파수 대역을 확장시킬 수는 있으나 투자손실의 저하를 억제하기 어렵다.

Ca는 5주기 2족에 속하는 금속으로서, Fe의 일부를 치환하여 소결 시 소결 밀도를 증가시켜 주파수 대역이 1.2㎓의 고주파 대역까지 확장되는 경우 투자손실의 저하를 억제할 수 있는 금속 성분이다.

y는 Ca의 몰비를 나타내는 것으로서 0이 아닌 양수이며, 본 발명에서는 특히 이 몰비의 값이 최적의 범위가 되도록 구성된다. 구체적으로, Ca의 몰비는 0.005 ≤ y < 0.5인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.1 ≤ y ≤ 0.3, 가장 바람직하게는 y = 0.2인 것이 좋다. 이와 같은 범위인 경우 단일상에 가까운 Z형 페라이트 결정상을 얻을 수 있고 소결밀도가 좋아져 주파수 대역이 1.2㎓의 고주파 대역까지 확장되는 경우에도 투자손실을 0.1 이하로 유지할 수 있게 한다. y < 0.05인 경우 1.2㎓의 고주파 대역에서 투자손실 저하를 충분히 억제하기 어렵고, y ≥ 0.5인 경우 단일 결정상을 확보하기 어렵다.

본 발명의 Z형 페라이트는 x = 2.1이면서 0.1 ≤ y ≤ 0.3인 것이 보다 바람직하고, 가장 바람직하게는 x = 2.1이고 y = 0.2인 것이 좋다. 이 경우, 5 내지 7의 투자율을 유지하면서도 0.2 미만의 투자손실을 갖는 가용 주파수 대역의 확장이 용이하다.

본 발명의 Z형 페라이트는 적정 투자율을 유지하면서도 투자손실의 저하가 최소화된 가용 주파수 대역이 1.2㎓까지, 바람직하게는 1.17㎓까지 확장된 것이다. 구체적으로, 1.2㎓ 이하, 바람직하게 100㎒ 내지 1.17㎓, 보다 바람직하게 700㎒ 내지 1.17㎓의 주파수 대역에서 5 내지 7의 투자율을 유지하면서도 0.2 미만의 투자손실을 가진다.

상기한 바와 같은 본 발명의 Z형 페라이트는 다음과 같은 방법으로 제조된다.

먼저, Ba 화합물, Sr 화합물, Co 화합물, Ca 화합물 및 Fe 화합물을 소정의 몰비로 혼합하여 원료를 준비한다. 예컨대, BaCO₃, SrCO₃, Co₃O₄, CaCO₃ 및 Fe₂O₃를 각각 0.5-1 : 2-2.5 : 2/3 : 0.05-0.5 : 11.975-11.751의 몰비로 혼합하여 원료를 준비한다. 이러한 몰비로 혼합된 원료는 Ba의 일부를 최적의 몰비로 Sr로 치환하는 동시에 Fe의 일부를 최적의 몰비로 Ca로 치환할 수 있어 본 발명의 효과를 달성할 수 있다.

그 다음, 준비된 원료를 볼밀(ball mill)을 이용하여 45 내지 50시간, 바람직하게 48시간 동안 혼합한다. 이때, 혼합의 균일도를 향상시키기 위해 이온교환필터로 정수한 물(이온교환수) 등을 첨가하여 슬러리 형태로 습식 혼합할 수도 있다.

그 다음, 혼합물을 90 내지 160℃, 바람직하게 100 내지 150℃에서 12시간 이상, 바람직하게 12 내지 15시간 동안 건조 후 해쇄시킨다. 해쇄방법은 특별히 한정되지 않으며, 통상의 방법을 이용할 수 있다.

그 다음, 해쇄된 분말을 800 내지 1100℃, 바람직하게 1000℃에서 1 내지 5시간 동안 1차 열처리한다.

그 다음, 1차 열처리된 분말을 6시간 이상, 에컨대 6 내지 8시간 동안 분쇄시킨 후 1100 내지 1350℃, 바람직하게 1200℃에서 1 내지 5시간, 바람직하게 3시간 동안 2차 열처리한다. 분쇄방법 또한 특별히 한정되지 않으며, 분쇄 시 분말의 입경 크기도 특별히 한정되지 않으며, 예컨대 0.1 내지 10㎛일 수 있다.

그 다음, 2차 열처리된 분말을 에컨대 볼밀 등을 이용하여 12시간 이상, 예컨대 12 내지 15시간 동안 분쇄시킨 후 위 2차 열처리에서와 동일한 조건으로 3차 열처리한다.

본 발명은 상기 Z형 페라이트를 포함하는 전자 부품을 제공한다.

Z형 페라이트는 예컨대, 막, 시트 또는 블록 등과 같은 형상의 성형체로서 각종 전자 부품에 적용될 수 있다.

Z형 페라이트 성형체의 제조방법은 특별히 제한되지 않으며, 당 분야에서 통상적으로 이용되는 방법, 예컨대 건식 가압 성형방법을 채용할 수 있다. 구체적으로, Z형 페라이트, 바인더 및 물을 혼합하여 슬러리를 제조한 후 이를 과립화하고, 과립을 가압 성형하는 방법으로 페라이트 성형체를 제조할 수 있다.

전자 부품의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 가용 주파수 대역의 범위에 따라 선택될 수 있다. 바람직하게, 1㎓ 이하의 주파수 대역에서는 이동 통신 또는 방송용 전자 부품에 적용될 수 있고, 1㎓ 이상의 주파수 대역에서는 투자손실이 커도 적용에 어려움이 없는 노이즈 제거용 전자 부품에 적용될 수 있다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 이들 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 첨부된 특허청구범위를 제한하는 것이 아니며, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 실시예에 대한 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.

실시예

실시예 1. Ba _0.9 Sr _2.1 Co ₂ Ca _0.2 Fe _23.8 O ₄₁

BaCO₃, SrCO₃, Co₃O₄, CaCO₃ 및 Fe₂O₃을 0.9 : 2.1 : 2/3 : 0.2 : 11.9의 몰비로 혼합하여 원료를 준비한 후 볼밀을 이용하여 48시간 동안 습식 혼합하였다. 혼합물을 100℃에서 12시간 동안 건조한 후 해쇄시켰다. 해쇄된 분말을 1000℃에서 3시간 동안 1차 열처리하였다. 열처리된 분말을 볼밀을 이용하여 6시간 동안 분쇄시킨 후 1200℃에서 3시간 동안 2차 열처리하였다. 2차 열처리된 분말을 볼밀을 이용하여 12시간 동안 분쇄시킨 후 1200℃에서 3시간 동안 3차 열처리하여 Ba_0.9Sr_2.1Co₂Ca_0.2Fe_23.8O₄₁의 조성을 갖는 Z형 페라이트를 제조하였다.

실시예 2, 비교예 1-3

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 하기 표 1에서와 같은 성분 및 조성으로 제조하였다.

구분	화학식	성분(몰비)
구분	화학식	BaCO₃	SrCO₃	Co₃O₄	CaCO₃	Fe₂O₃
실시예1	Ba_0.9Sr_2.1Co₂Ca_0.2Fe_23.8O₄₁	0.9	2.1	2/3	0.2	11.9
실시예2	Ba_0.9Sr_2.1Co₂Ca_0.3Fe_23.7O₄₁	0.9	2.1	2/3	0.3	11.85
비교예1	Ba₃Sr₀Co₂Ca₀Fe₂₄O₄₁	3	0	2/3	0	12
비교예2	Ba_0.9Sr_2.1Co₂Ca₀Fe₂₄O₄₁	0.9	2.1	2/3	0	12
비교예3	Ba_0.9Sr_2.1Co₂Ca_0.5Fe_23.5O₄₁	0.9	2.1	2/3	0.5	11.75

시험예

상기 실시예 및 비교예에서 제조된 페라이트의 주파수에 따른 투자율(permeability)과 투자손실(magnetic loss) 특성을 임피던스 애널라이저를 이용하여 측정하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

구분	투자율			투자손실
구분	700㎒	1㎓	1.17㎓	700㎒	1㎓	1.17㎓
실시예1	5.8	6.16	6.63	0.054	0.08	0.14
실시예2	5.8	6.25	6.63	0.065	0.11	0.14
비교예1	12.9	-	8.13	0.27	-	1.08
비교예2	6.29	6.79	7.26	0.065	0.11	0.22
비교예3	Z형 단결정상이 형성되지 않음

위 표 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따라 Ba의 일부가 Sr로 치환되고 Fe의 일부가 Ca로 최적의 몰비로 치환된 실시예 1 및 2의 Z형 페라이트는 단일 결정상으로 형성되었으며, 5 내지 7의 투자율을 유지하면서도 0.2 미만의 낮은 투자손실을 확보할 수 있는 가용 주파수 대역이 확장된 것을 알 수 있었다. 특히, 실시예 1에서와 같이 Ba_0.9Sr_2.1Co₂Ca_0.2Fe_23.8O₄₁의 조성을 갖는 페라이트의 경우 0.2 미만의 낮은 투자손실을 확보할 수 있는 가용 주파수 대역이 1.2㎓까지, 구체적으로 1.17㎓로 확장되어 가장 바람직하였다.

반면, 일반식 Ba₃Co₂Fe₂₄O₄₁로 표시되는 비교예 1의 통상의 Z형 페라이트는 8 이상의 투자율을 나타내나 700㎒ 이상으로 주파수가 증가함에 따라 투자손실이 0.3-0.4로 증가하여 1.17㎓에서는 1.08로 크게 증가하는 것을 알 수 있었다. 또한, Ba의 일부가 Sr로 치환된 비교예 2의 Z형 페라이트는 6.5 이상의 투자율을 나타내는 반면 주파수가 900㎒ 이상, 구체적으로 935㎒ 초과로 증가하는 경우 투자손실이 0.1 이상, 1.17㎓에서는 0.2 이상이 되는 것을 알 수 있다. 즉, 0.2 미만의 낮은 투자손실을 확보하기 위한 가용 주파수 대역은 935㎒로 실시예에 비해 낮았다.

또한, 비교예 3의 경우 Fe의 일부를 치환하는 Ca의 몰비가 커 Z형 단일 결정상을 형성하기 어려웠다.

Claims

하기 화학식 1로 표시되는 Z형 페라이트:
[화학식 1]

(식 중, 2.0 ≤ x ≤ 2.5이고, 0.05 ≤ y < 0.5임).
청구항 1에 있어서, 2.0 ≤ x ≤ 2.3인 Z형 페라이트.
청구항 2에 있어서, 0.1 ≤ y ≤ 0.3인 Z형 페라이트.
청구항 1 내지 3 중 어느 한 항의 Z형 페라이트를 포함하는 전자 부품.
청구항 1 내지 3 중 어느 한 항의 Z형 페라이트를 포함하는 1㎓ 이하의 가용 주파수 대역에서 사용되는 이동 통신 또는 방송용인 전자 부품.
청구항 1 내지 3 중 어느 한 항의 Z형 페라이트를 포함하는 1㎓ 이상의 가용 주파수 대역에서 사용되는 노이즈 제거용인 전자 부품.