KR102258927B1 - Manufacturing method of magnetic material - Google Patents

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KR102258927B1 KR1020200039974A KR20200039974A KR102258927B1 KR 102258927 B1 KR102258927 B1 KR 102258927B1 KR 1020200039974 A KR1020200039974 A KR 1020200039974A KR 20200039974 A KR20200039974 A KR 20200039974A KR 102258927 B1 KR102258927 B1 KR 102258927B1
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Abstract

A magnetic material of the present invention comprises: a soft magnetic material coarse grain powder with the grain size range of 10-40㎛; a Fe small powder with the grain size range of 1-5㎛; and a mixed powder of an Fe nano powder with the grain size range of 30-200㎚ having a silane compound coating layer formed on the surface, wherein the Fe nano powder having a silane compound coating layer formed on the surface undergoes an aging process. Here, the Fe nano powder undergoes an aging process at a low temperature for a long period of time after the silane compound coating layer is formed on the surface to form a uniform surface, thereby having a uniform and reinforced coupling with an epoxy binder which is added afterward for formability. Furthermore, dispersing and viscoelastic properties between powders can be increased such that the Fe nano powder may be more effectively inserted to fill an empty space between the soft magnetic material coarse grain powder and the Fe small powder, thereby significantly increasing the packing density and magnetic permeability of a final magnetic material. Therefore, the magnetic material powder according to the present invention provides a great advantage for the production of an ultrathin-type flexible power inductor having electrical characteristics with high magnetic permeability.

Description

자성체의 제조방법 {MANUFACTURING METHOD OF MAGNETIC MATERIAL}Manufacturing method of magnetic body {MANUFACTURING METHOD OF MAGNETIC MATERIAL}

본 발명은 자성체의 제조방법에 관한 것으로, 특히 충진밀도와 투자율이 향상되어 가요성 초박형의 우수한 투자율을 갖는 파워 인덕터의 제조에 적합한 자성체의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a magnetic material, and in particular, to a method of manufacturing a magnetic material suitable for manufacturing a power inductor having an excellent magnetic permeability of a flexible ultra-thin type due to improved filling density and permeability.

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최근 스마트폰 등 휴대용 기기의 슬림화 추세에 따라 소형화 및 고집적화가 가능한 적층형 칩 부품 형태로서 적층형 인덕터의 사용이 요구된다. 이러한 적층형 인덕터는 권선형 인턱터에 비해 전류 인가에 따른 인덕턴스값의 변화가 상대적으로 크지만, 초소형화가 가능하여 예컨대 휴대용 기기의 슬림화뿐만 아니라 배터리의 소모를 최소화할 수 있다.In accordance with the recent trend of slimmer portable devices such as smart phones, it is required to use a multilayered inductor as a multilayered chip component capable of miniaturization and high integration. The multilayer inductor has a relatively large change in the inductance value according to the application of current compared to the wound inductor, but can be miniaturized, so that not only the portable device can be slimmed, but also the consumption of the battery can be minimized.

일반적으로 적층형 인덕터는 벌크 또는 박막 형태의 자성체로서 제조되므로, 인덕터의 전기적 특성은 이를 이루는 자성체의 물성에 전적으로 좌우된다. 자성체를 구성하는 연자성 분말로는 페라이트계와 금속자성계의 분말이 있다.In general, since the multilayer inductor is manufactured as a bulk or thin film type magnetic material, the electrical properties of the inductor are entirely dependent on the physical properties of the magnetic material forming the inductor. The soft magnetic powder constituting the magnetic body includes ferritic and metallic magnetic powders.

페라이트계 연자성체로서는 일반적으로 Ni-Zn 페라이트계 조성 등이 있으며, 전기 비저항이 매우 높고(대략 102~1010 Ω·㎝) 와전류가 매우 낮아 인덕터 재료로서 주로 사용된다. 그러나, 낮은 포화자화값으로 인해 낮은 전류에서도 쉽게 자기 포화되어 인덕턴스의 저하가 큰 열악한 DC 바이어스 특성을 보일뿐만 아니라 직류 중첩특성이 나빠 적층형 인덕터로서는 사용가능한 전류범위가 작다.As a ferritic soft magnetic material, there is generally a Ni-Zn ferritic composition, and the electrical resistivity is very high (about 10 2 ~ 10 10 Ω·cm) and the eddy current is very low, so it is mainly used as an inductor material. However, due to the low saturation magnetization value, not only does it self-saturate easily at a low current, and thus exhibits poor DC bias characteristics, which leads to a large decrease in inductance, as well as poor DC superposition characteristics, so that the usable current range for a multilayer inductor is small.

반면, 금속 연자성체로서는 일반적으로 Fe계인, Fe-Ni 조성, Fe-Cr 조성, Fe-Si 조성 등이 있으며, 상기 페라이트계 연자성체와는 달리 낮은 보자력을 가져 히스테리시스 손실이 낮고 고전류에서 높은 안정성을 나타내므로, 저손실 및 고전류 특성의 파워 인덕터로서 적합하다.On the other hand, metal soft magnetic materials generally include Fe-based, Fe-Ni composition, Fe-Cr composition, and Fe-Si composition, and unlike the ferritic soft magnetic material, they have low coercivity, resulting in low hysteresis loss and high stability at high currents. Therefore, it is suitable as a power inductor with low loss and high current characteristics.

일반적으로, 자성체 분말은 바인더 및 분산제 등과 혼합한 후, 압분 성형하여 벌크를 형성하거나 또는 테이프캐스팅하여 후막 시트들을 형성 및 적층하고 이를 열처리 소성함으로써 적층형 인덕터로서 제조된다. 특히, 상기 Fe-Si 분말 조성은 연자성 특성이 우수하여 고주파용 인덕터 재료로서 주목받는다. 그러나, Si의 취성 특성으로 인해 제조시 자성체 내부에 크랙(crack)이 발생하기 쉽고 낮은 성형밀도를 보여 기계적 강도가 낮을뿐만 아니라 고손실과 낮은 투자율의 전기적 특성을 나타내어 개선이 필요하다.In general, magnetic powder is mixed with a binder and a dispersant, and then compacted to form a bulk, or tape-casting to form and laminate thick film sheets, and heat-treated and fired to form a multilayer inductor. Particularly, the Fe-Si powder composition has excellent soft magnetic properties and thus attracts attention as a high frequency inductor material. However, due to the brittle nature of Si, cracks are easily generated inside the magnetic body during manufacture, and it shows low molding density, so that mechanical strength is low, and electrical properties of high loss and low permeability are exhibited, and thus improvement is required.

1. 공개특허공보 제10-2004-0047452호 (2004.06.05 공개)1. Unexamined Patent Publication No. 10-2004-0047452 (published on June 5, 2004) 2. 공개특허공보 제10-2013-0014848호 (2013.02.12 공개)2. Unexamined Patent Publication No. 10-2013-0014848 (published on Feb. 12, 2013) 3. 공개특허공보 제10-2002-0064713호 (2002.08.09 공개)3. Unexamined Patent Publication No. 10-2002-0064713 (published on Aug. 9, 2002)

따라서, 본 발명은 충진밀도와 투자율이 향상되어 가요성 초박형의 우수한 투자율을 갖는 파워 인덕터의 제조에 적합한 자성체의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a magnetic material suitable for manufacturing a power inductor having an excellent magnetic permeability of a flexible ultra-thin type with improved filling density and permeability.

위 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 의한 자성체는, 10~40㎛ 입경범위의 연자성체 조대 분말과, 1~5㎛ 입경범위의 Fe 미립 분말과, 표면상에 형성된 실란계 화합물 코팅막을 포함한 30~200㎚ 입경범위의 Fe 나노 분말의 혼합 분말을 포함한다.The magnetic material according to one aspect of the present invention for solving the above problems includes a coarse soft magnetic material powder in a particle size range of 10 to 40 μm, an Fe fine particle powder in a particle size range of 1 to 5 μm, and a silane-based compound coating film formed on the surface. It includes a mixed powder of Fe nano-powder in a particle size range of 30 to 200 nm including

또한, 선택적으로, 상기 연자성체 조대 분말의 함량(xwt%) : 상기 Fe 미립 분말의 함량(ywt%)의 비율은 6≤x<10 : 0<y≤4일 수 있다.In addition, optionally, a ratio of the content of the soft magnetic coarse powder (xwt%): the content of the Fe fine powder (ywt%) may be 6≦x<10:0<y≦4.

또한, 선택적으로, 상기 Fe 나노 분말의 함량은 상기 혼합 분말의 총량 대비 0.1~10 wt%일 수 있다.In addition, optionally, the content of the Fe nano-powder may be 0.1 to 10 wt% based on the total amount of the mixed powder.

또한, 선택적으로, 상기 연자성체 조대 분말의 조성은 Fe-Ni, Fe-Cr, Fe-Si, Zr-Al-Ni, Zr-Al-Cu, Zr-Al-Ni-Cu, Zr-Ti-Al-Ni-Cu, Zr-Ga-Ni, Ln-Al-Ni, Ln-Al-Cu, Ln-Al-Ni-Cu, Ln-Ga-Ni, Ln-Ga-Cu, Fe-Zr-B, Fe-Hf-B, Fe-Zr-Hf-B, Fe-Co-Ln-B, Co-Zr-Nb-B, Fe-(Al,Ga)-메탈로이드(metalloid), Mg-Ln-Ni, Mg-Ln-Cu, Zr-Ti-Be-Ni-Cu, Pd-Ni-P, Pd-Cu-Ni-P 및 Pt-Ni-P로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있다.In addition, optionally, the composition of the soft magnetic coarse powder is Fe-Ni, Fe-Cr, Fe-Si, Zr-Al-Ni, Zr-Al-Cu, Zr-Al-Ni-Cu, Zr-Ti-Al -Ni-Cu, Zr-Ga-Ni, Ln-Al-Ni, Ln-Al-Cu, Ln-Al-Ni-Cu, Ln-Ga-Ni, Ln-Ga-Cu, Fe-Zr-B, Fe -Hf-B, Fe-Zr-Hf-B, Fe-Co-Ln-B, Co-Zr-Nb-B, Fe-(Al,Ga)-metalloid, Mg-Ln-Ni, Mg It may be at least one selected from the group consisting of -Ln-Cu, Zr-Ti-Be-Ni-Cu, Pd-Ni-P, Pd-Cu-Ni-P, and Pt-Ni-P.

또한, 선택적으로, 상기 연자성체 조대 분말의 조성은 Fe-Si이고 Si의 함량은 Fe 함량대비 3.5~6.5wt%일 수 있다.In addition, optionally, the composition of the soft magnetic coarse powder may be Fe-Si and the content of Si may be 3.5 to 6.5 wt% based on the Fe content.

또한, 선택적으로, 상기 실란계 화합물 코팅막의 두께는 0.5~5㎚ 범위일 수 있다.In addition, optionally, the thickness of the silane-based compound coating film may be in the range of 0.5 to 5 nm.

그리고, 본 발명의 다른 일 측면에 의한 자성체의 제조방법은 다음의 단계들을 포함한다:And, a method of manufacturing a magnetic material according to another aspect of the present invention includes the following steps:

- 30~200㎚ 입경범위의 Fe 나노 분말을 실란 용액으로 표면처리하여 상기 Fe 나노 분말의 표면에 실란계 화합물 코팅막을 형성한 후 에이징 처리하는 단계와;-Forming a silane-based compound coating film on the surface of the Fe nano-powder by surface-treating the Fe nano-powder in a particle size range of 30 to 200 nm with a silane solution, followed by aging treatment;

- 10~40㎛ 입경범위의 연자성체 조대 분말과, 1~5㎛ 입경범위의 Fe 미립 분말과, 상기 실란계 화합물 코팅막을 형성하여 에이징 처리한 Fe 나노 분말을 혼련하여 혼합 분말을 제조하는 단계와;-Preparing a mixed powder by mixing coarse soft magnetic powder in a particle size range of 10 to 40 µm, fine Fe powder in a particle size range of 1 to 5 µm, and Fe nano-powder subjected to aging treatment by forming the silane-based compound coating film; and ;

- 상기 혼합 분말에 에폭시 바인더를 첨가하여 자성체 슬러리를 제조하는 단계와;-Preparing a magnetic slurry by adding an epoxy binder to the mixed powder;

상기 자성체 슬러리를 테이프캐스팅하여 자성체 시트를 제작하는 단계.Tape-casting the magnetic material slurry to produce a magnetic material sheet.

그리고, 본 발명의 또 다른 일 측면에 의한 자성체의 제조방법은 다음의 단계들을 포함한다:And, a method of manufacturing a magnetic material according to another aspect of the present invention includes the following steps:

- 30~200㎚ 입경범위의 Fe 나노 분말을 실란 용액으로 표면처리하여 상기 Fe 나노 분말의 표면에 실란계 화합물 코팅막을 형성한 후 에이징 처리하는 단계와;-Forming a silane-based compound coating film on the surface of the Fe nano-powder by surface-treating the Fe nano-powder in a particle size range of 30 to 200 nm with a silane solution, followed by aging treatment;

- 10~40㎛ 입경범위의 연자성체 조대 분말과, 1~5㎛ 입경범위의 Fe 미립 분말과, 상기 실란계 화합물 코팅막을 형성하여 에이징 처리한 Fe 나노 분말을 혼련하여 혼합 분말을 제조하는 단계와;-Preparing a mixed powder by mixing coarse soft magnetic powder in a particle size range of 10 to 40 µm, fine Fe powder in a particle size range of 1 to 5 µm, and Fe nano-powder subjected to aging treatment by forming the silane-based compound coating film; and ;

- 상기 혼합 분말에 에폭시 바인더를 첨가하고 성형 압력을 인가하여 벌크 자성체를 제조하는 단계.-Preparing a bulk magnetic body by adding an epoxy binder to the mixed powder and applying a molding pressure.

또한, 선택적으로, 상기 에이징 처리하는 단계는 1~10℃ 온도 범위에서 수행될 수 있다.In addition, optionally, the step of aging treatment may be performed in a temperature range of 1 to 10°C.

또한, 선택적으로, 상기 에이징 처리하는 단계는 1~72 시간 범위에서 수행될 수 있다.Also, optionally, the aging process may be performed within a range of 1 to 72 hours.

또한, 선택적으로, 상기 실란계 화합물 코팅막을 형성하여 에이징 처리한 Fe 나노 분말의 함량은 상기 혼합 분말의 총량 대비 0.1~10 wt%로 조절할 수 있다.In addition, optionally, the content of the Fe nano-powder subjected to the aging treatment by forming the silane-based compound coating film may be adjusted to 0.1 to 10 wt% based on the total amount of the mixed powder.

또한, 선택적으로, 상기 연자성체 조대 분말의 조성은 Fe-Ni, Fe-Cr, Fe-Si, Zr-Al-Ni, Zr-Al-Cu, Zr-Al-Ni-Cu, Zr-Ti-Al-Ni-Cu, Zr-Ga-Ni, Ln-Al-Ni, Ln-Al-Cu, Ln-Al-Ni-Cu, Ln-Ga-Ni, Ln-Ga-Cu, Fe-Zr-B, Fe-Hf-B, Fe-Zr-Hf-B, Fe-Co-Ln-B, Co-Zr-Nb-B, Fe-(Al,Ga)-메탈로이드(metalloid), Mg-Ln-Ni, Mg-Ln-Cu, Zr-Ti-Be-Ni-Cu, Pd-Ni-P, Pd-Cu-Ni-P 및 Pt-Ni-P로 이루어진 군에서 하나 이상 선택할 수 있다.In addition, optionally, the composition of the soft magnetic coarse powder is Fe-Ni, Fe-Cr, Fe-Si, Zr-Al-Ni, Zr-Al-Cu, Zr-Al-Ni-Cu, Zr-Ti-Al -Ni-Cu, Zr-Ga-Ni, Ln-Al-Ni, Ln-Al-Cu, Ln-Al-Ni-Cu, Ln-Ga-Ni, Ln-Ga-Cu, Fe-Zr-B, Fe -Hf-B, Fe-Zr-Hf-B, Fe-Co-Ln-B, Co-Zr-Nb-B, Fe-(Al,Ga)-metalloid, Mg-Ln-Ni, Mg -Ln-Cu, Zr-Ti-Be-Ni-Cu, Pd-Ni-P, Pd-Cu-Ni-P, and one or more may be selected from the group consisting of Pt-Ni-P.

또한, 선택적으로, 상기 연자성체 조대 분말의 조성은 Fe-Si이고 여기서 Si의 함량은 Fe 함량대비 3.5~6.5wt% 범위일 수 있다.In addition, optionally, the composition of the soft magnetic coarse powder is Fe-Si, wherein the content of Si may range from 3.5 to 6.5 wt% of the Fe content.

또한, 선택적으로, 상기 실란 용액은 실란 커플링제를 용매에 용해시켜 제조되고, 상기 용매는 물(H2O), 에탄올(C2H5OH), 메탄올(CH3OH), 메틸에틸케톤(CH3COC2H5) 및 벤젠(C6H6)을 포함한 군에서 하나 이상 선택될 수 있다.In addition, optionally, the silane solution is prepared by dissolving a silane coupling agent in a solvent, and the solvent is water (H 2 O), ethanol (C 2 H 5 OH), methanol (CH 3 OH), methyl ethyl ketone ( CH 3 COC 2 H 5 ) and benzene (C 6 H 6 ) It may be one or more selected from the group including.

또한, 선택적으로, 상기 실란 커플링제는 3-글리시드 옥시프로필 트리메톡시실란, 3-글리시드 옥시프로필 트리에톡시실란, 비닐 트리메톡시실란, 비닐 트리에톡시실란, 3-아미노프로필 트리메톡시실란, 3-아미노프로필 트리에톡시실란, 3-메타크릴옥시프로필 트리메톡시실란, 3-메타크릴 옥시프로필 트리에톡시실란, 3-머캅토프로필 트리메톡시실란, 비닐에톡시실란, 비닐-톨릴(2-메톡시-에톡시)실란, γ-메타크릴옥시프로필 트리메톡시실란, γ-아미노프로필 트리메톡시실란, γ-아미노프로필 트리에톡시실란, N-페닐-γ-아미노프로필 트리메톡시실란, N-β-(아미노에틸)-γ-아미노프로필 트리메톡시실란, N-β-(아미노에틸)-γ-아미노프로필 트리에톡시실란, N-페닐-γ-아미노프로필 트리메톡시실란, β-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸 트리메톡 시실란, γ-글리시독시프로필 트리메톡시실란, 및 γ-메르캅토프로필 트리메톡시실란로 이루어진 군에서 하나 이상 선택될 수 있다.In addition, optionally, the silane coupling agent is 3-glycid oxypropyl trimethoxysilane, 3-glycid oxypropyl triethoxysilane, vinyl trimethoxysilane, vinyl triethoxysilane, 3-aminopropyl trimethoxysilane. Oxysilane, 3-aminopropyl triethoxysilane, 3-methacryloxypropyl trimethoxysilane, 3-methacryl oxypropyl triethoxysilane, 3-mercaptopropyl trimethoxysilane, vinylethoxysilane, vinyl -Tolyl(2-methoxy-ethoxy)silane, γ-methacryloxypropyl trimethoxysilane, γ-aminopropyl trimethoxysilane, γ-aminopropyl triethoxysilane, N-phenyl-γ-aminopropyl Trimethoxysilane, N-β-(aminoethyl)-γ-aminopropyl trimethoxysilane, N-β-(aminoethyl)-γ-aminopropyl triethoxysilane, N-phenyl-γ-aminopropyl tri Methoxysilane, β-(3,4-epoxycyclohexyl)ethyl trimethoxysilane, γ-glycidoxypropyl trimethoxysilane, and γ-mercaptopropyl trimethoxysilane. have.

또한, 선택적으로, 상기 실란 용액의 양은 상기 Fe 나노 분말의 총량대비 0.05~5 wt% 범위로 조절할 수 있다.In addition, optionally, the amount of the silane solution may be adjusted in the range of 0.05 to 5 wt% relative to the total amount of the Fe nano powder.

또한, 선택적으로, 상기 자성체 슬러리를 제조하는 단계는 상기 혼합 분말에 분산제를 더 첨가하는 것을 포함할 수 있다.In addition, optionally, the step of preparing the magnetic material slurry may include further adding a dispersant to the mixed powder.

또한, 선택적으로, 상기 성형 압력은 1.8~6.25 ton/㎝2 범위로 인가할 수 있다.In addition, optionally, the molding pressure may be applied in the range of 1.8 to 6.25 ton/cm 2.

그리고, 본 발명의 또 다른 일 측면에 의한 자성체의 제조방법은, 10~40㎛ 입경범위의 연자성체 조대 분말, 1~5㎛ 입경범위의 Fe 미립 분말 및 30~200㎚ 입경범위의 Fe 나노 분말의 혼합 분말을 제조하고, 상기 혼합 분말에 에폭시 바인더를 첨가하여 상기 혼합 분말이 충진된 자성체를 제조하는 것을 포함하고, 상기 Fe 나노 분말은 상기 에폭시 바인더와의 결합을 증대시키도록 미리 실란 용액으로 표면처리하여 상기 Fe 나노 분말의 표면에 실란계 화합물 코팅막을 형성한 후 1~10℃ 온도 범위에서 에이징 처리한다.In addition, the method of manufacturing a magnetic material according to another aspect of the present invention is a soft magnetic coarse powder in a particle size range of 10 to 40 μm, a fine Fe powder in a particle size range of 1 to 5 μm, and a nano powder of Fe in a particle size range of 30 to 200 nm. Preparing a mixed powder of, and adding an epoxy binder to the mixed powder to prepare a magnetic body filled with the mixed powder, wherein the Fe nano-powder is surfaced with a silane solution in advance to increase bonding with the epoxy binder. After treatment to form a silane-based compound coating film on the surface of the Fe nano-powder, the aging treatment is performed at a temperature range of 1 to 10°C.

본 발명에 의해 제조된 자성체 분말은 추후 성형성을 위하여 첨가되는 에폭시 바인더와 균일하면서도 강화된 결합을 갖고 분말들 간의 분산성과 점탄성을 증대시켜 상기 Fe 나노 분말이 상기 연자성체 조대 분말과 Fe 미립 분말 간의 빈 공간에 더 효과적으로 비집고들어가 채울 수 있도록 함으로써 최종 제조된 자성체의 충진밀도와 투자율을 크게 증가시킨다. 이러한 자성체 분말은 초박형으로서 가요성을 가지면서도 높은 투자율의 전기적 특성을 갖는 파워 인덕터의 제조에 매우 유리하다.The magnetic powder prepared according to the present invention has a uniform and reinforced bond with an epoxy binder added for later moldability, and increases dispersibility and viscoelasticity between the powders, so that the Fe nano powder is formed between the soft magnetic coarse powder and the Fe fine powder. By making it more effective to pinch and fill empty spaces, the filling density and permeability of the finally manufactured magnetic material are greatly increased. These magnetic powders are ultra-thin and are very advantageous in manufacturing a power inductor having high electrical permeability while having flexibility.

도 1는 본 발명에 따라 Fe 나노 분말 표면에 실란 커플링제의 가수분해 및 탈수축합 반응을 통해 실란계 화합물 코팅막을 형성하는 메커니즘을 차례로 (i)~(iii) 단계들에 걸쳐 설명하는 모식도이다.
도 2는 본 발명에 따라 도 1의 (iii) 단계에서 Fe 나노 분말 입자 표면에 형성된 실란계 화합물 코팅막과 추후 성형을 위해 첨가되는 에폭시 바인더와의 균일하면서도 강력한 결합성을 나타내는 도면으로서, (a)는 실란계 화합물 코팅막과 에폭시 바인더와의 결합상태를, (b)는 에폭시 바인더가 흡착된 Fe 나노 분말 입자를, (c)는 상기 (a)의 파선부분의 확대도를 각각 보인다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 사용된 각 분말의 전자현미경 사진으로서, (a)는 대략 40㎛ 입경의 Fe-6.5Si 연자성체 조대 분말을, (b)는 대략 3㎛ 입경의 Fe 미립 분말을, (c)는 대략 100㎚ 입경의 Fe 나노 분말(실란 용액으로 코팅전)을 각각 보인다.
도 4은 본 발명의 일 실시예에 따라 대략 40㎛ 입경의 Fe-6.5Si 연자성체 조대 분말과 대략 3㎛ 입경의 Fe 미립 분말의 혼합분말로 제조된 벌크 자성체의 전자현미경 사진으로서, (a)~(l)은 상기 연자성체 조대 분말과 Fe 미립 분말의 혼합비(Ratio) 및 성형압력 크기(Pressure)에 따른 미세구조를 각각 보인다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 대략 40㎛ 입경의 Fe-6.5Si 연자성체 조대 분말과 대략 3㎛ 입경의 Fe 미립 분말의 혼합비 및 성형압력 크기에 따른 벌크 자성체의 충진율(Volume fraction) 및 투자율(Macroscopic relative permeability: μ') 간의 변화 플롯을 보이고, 부가하여 실선은 전술한 Ollendorf 방정식(식 1)의 이론값을, 파선은 실제 반자장값을 고려한 실제값을 각각 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 사용된 대략 100㎚ 입경의 Fe 나노 분말의 전자현미경 사진으로서, (a)는 실란 용액으로 표면처리하기 이전의 것을, (b)와 (c)는 실란 용액으로 표면처리한 상태의 것을 각각 보인다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 표 2의 SPL1, SPL3, SPL4 분말조성으로 제조된 벌크 자성체의 충진율(Volume fraction) 및 투자율(Macroscopic relative permeability: μ') 간의 변화 플롯을 보이고, 부가하여 파선은 전술한 Ollendorf 방정식(식 1)의 실제 반자장값을 고려한 실제값을 나타낸다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 표 2의 분말 조성을 사용하여 형성한 자성체 시트의 형상과 전자현미경 사진으로서, (a)는 표 2의 SPL1 분말 조성, (b)는 표 2의 SPL2 분말 조성, (c)는 표 2의 SPL4 분말 조성으로 제조된 각 자성체 시트를 보인다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 표 2의 분말 조성을 사용하여 형성한 자성체 시트의 형상과 전자현미경 사진으로서, (a)는 표 2의 SPL1 분말 조성, (b)는 표 2의 SPL3 분말 조성, (c)와 (d)는 표 2의 SPL4 분말 조성으로 제조된 각 자성체 시트의 전자현미경 사진이다.
도 10a는 본 발명의 일 실시예에 따라 표 3의 분말 조성으로 제조된 자성체 시트의 분말 조성에 따른 충진율(Volume Fraction) 변화를 나타내는 그래프이고, 도 10b는 표 3의 분말 조성으로 제조된 자성체 시트의 충진율 변화에 대한 투자율(Macroscopic relative permeability) 변화를 나타내는 그래프이며, 부가된 파선은 전술한 Ollendorf 방정식(식 1)의 실제 반자장값을 고려한 실제값을 나타낸다.
1 is a schematic diagram illustrating a mechanism for forming a silane-based compound coating film through a hydrolysis and dehydration condensation reaction of a silane coupling agent on the surface of an Fe nanopowder according to the present invention through steps (i) to (iii) in turn.
FIG. 2 is a diagram showing uniform and strong bonding properties between a silane-based compound coating film formed on the surface of Fe nano-powder particles in step (iii) of FIG. 1 and an epoxy binder added for later molding according to the present invention, (a) Shows the bonding state of the silane-based compound coating film and the epoxy binder, (b) shows the Fe nano-powder particles adsorbed with the epoxy binder, and (c) shows the enlarged view of the broken line in (a).
3 is an electron micrograph of each powder used according to an embodiment of the present invention, where (a) is an Fe-6.5Si soft magnetic coarse powder having a particle diameter of approximately 40 μm, and (b) is an Fe having a particle diameter of approximately 3 μm. Fine powder, (c) shows Fe nano-powder (before coating with a silane solution) having a particle diameter of approximately 100 nm, respectively.
FIG. 4 is an electron micrograph of a bulk magnetic material made of a mixed powder of a coarse Fe-6.5Si soft magnetic material having a particle diameter of about 40 μm and a fine Fe powder having a particle size of about 3 μm according to an embodiment of the present invention, (a) ~(l) shows the microstructure according to the mixing ratio of the coarse soft magnetic powder and the fine Fe powder and the size of the molding pressure.
FIG. 5 is a volume fraction of a bulk magnetic material according to a mixing ratio of a coarse Fe-6.5Si soft magnetic material having a particle diameter of about 40 μm and a fine Fe powder having a particle size of about 3 μm and a molding pressure according to an embodiment of the present invention. A plot of the change between the permeability (Macroscopic relative permeability: μ') is shown. In addition, the solid line represents the theoretical value of the Ollendorf equation (Equation 1), and the broken line represents the actual value considering the actual half magnetic field value.
6 is an electron micrograph of Fe nano-powder having a particle diameter of about 100 nm used according to an embodiment of the present invention, (a) is before surface treatment with a silane solution, (b) and (c) is a silane It shows each one in the state of surface treatment with a solution.
FIG. 7 shows a plot of changes between the filling rate (Volume fraction) and the magnetic permeability (Macroscopic relative permeability: μ') of the bulk magnetic material prepared with the powder composition of SPL1, SPL3, and SPL4 in Table 2 according to an embodiment of the present invention, and additionally The broken line represents the actual value in consideration of the actual half magnetic field value of the Ollendorf equation (Equation 1) described above.
8 is a shape and electron micrograph of a magnetic sheet formed using the powder composition of Table 2 according to an embodiment of the present invention, (a) is the SPL1 powder composition of Table 2, (b) is the SPL2 powder of Table 2 Composition, (c) shows each magnetic sheet made of the SPL4 powder composition of Table 2.
9 is a shape and electron micrograph of a magnetic sheet formed using the powder composition of Table 2 according to an embodiment of the present invention, (a) is the SPL1 powder composition of Table 2, (b) is the SPL3 powder of Table 2 Compositions, (c) and (d) are electron micrographs of each magnetic sheet prepared with the SPL4 powder composition shown in Table 2.
10A is a graph showing the change in the volume fraction according to the powder composition of the magnetic sheet prepared with the powder composition of Table 3 according to an embodiment of the present invention, and FIG. 10B is a magnetic sheet prepared with the powder composition of Table 3 It is a graph showing the change in macroscopic relative permeability with respect to the change in the filling rate of, and the added broken line represents the actual value in consideration of the actual half magnetic field value of the Ollendorf equation (Equation 1) described above.

일반적으로 연자성 분말이 충진되어 형성되는 자성체에서 연자성 분말의 충진율(

Figure 112020034231245-pat00001
)과 자성체의 투자율(μ)은 아래의 Ollendorf 방정식(식 1)에 보이듯이 상호 비례 관계이다.In general, the filling rate of the soft magnetic powder in the magnetic body formed by filling the soft magnetic powder (
Figure 112020034231245-pat00001
) And the magnetic permeability (μ) are mutually proportional as shown in the Ollendorf equation (Equation 1) below.

Figure 112020034231245-pat00002
(식 1)
Figure 112020034231245-pat00002
(Equation 1)

이때,At this time,

μ: 투자율(permeability);μ: permeability;

Figure 112020034231245-pat00003
: 충진율(volume packing fraction);
Figure 112020034231245-pat00003
: Volume packing fraction;

N: 반자기장(diamagnetic field) 계수 (0≤N≤1); N: anti-magnetic field (diamagnetic field) coefficient (0≤ N ≤1);

μm: 물질(벌크)의 고유 투자율(intrinsic permeability); 이고μ m: specific magnetic permeability (intrinsic permeability) of the material (bulk); ego

μ0 = 4π×10-7 H/m 이다.μ 0 = 4π×10 -7 H/m.

통상적으로 자성체를 형성하는데 사용되는 연자성 분말은 대략 50~100㎛ 범위 내외의 입경크기를 갖는 조대분말로 구성되므로, 이들 조대분말을 충진하여 자성체를 제조하는 경우 이들 분말 간에는 빈 공간이 많이 형성되고 이들 빈 공간으로 인하여 자성체의 전체 투자율은 저하된다. 따라서, 이러한 조대분말과 상대적으로 작은 크기의 미립분말을 혼합하여 자성체를 형성하는 경우, 자성체 내부에서 상기 미립분말이 상기 조대분말들 간의 빈 공간을 효과적으로 채우면서 충진율을 향상시킬 수 있으며 이는 곧 자성체의 투자율 향상으로 이어진다.Generally, soft magnetic powders used to form magnetic materials are composed of coarse powders having a particle size in the range of about 50 to 100 μm, so when the magnetic material is manufactured by filling these coarse powders, a lot of empty spaces are formed between these powders. Due to these empty spaces, the total permeability of the magnetic material is lowered. Therefore, when the magnetic body is formed by mixing the coarse powder and the relatively small-sized fine powder, the fine powder inside the magnetic body effectively fills the empty space between the coarse powders and improves the filling rate. This leads to an improvement in permeability.

본 발명에 의한 조성물은 연자성체 조대 분말에 자성체의 자성을 나타내는 주 성분인 Fe 분말을 혼합하여 구성하되, 상기 Fe 분말은 Fe 미립 분말과 Fe 나노 분말의 혼합물로 구성된다.The composition according to the present invention is composed of a soft magnetic coarse powder mixed with Fe powder, which is a main component that exhibits magnetism of a magnetic material, wherein the Fe powder is composed of a mixture of Fe fine powder and Fe nano powder.

이러한 구성의 본 발명 조성물은 상기 연자성체 조대 분말들 간의 빈 공간을 상기 Fe 미립 분말과 상기 Fe 나노 분말이 채우고, 또한 상기 Fe 미립 분말들 간의 빈 공간은 상기 Fe 나노 분말이 차례로 채움으로써 분체의 충진율이 획기적으로 증가하고, 아울러 자성을 나타내는 Fe 분말의 함량이 증가함으로써 자성체의 투자율이 크게 향상된다. In the composition of the present invention, the Fe fine powder and the Fe nano-powder fill the empty spaces between the soft magnetic coarse powders, and the Fe nano-powder sequentially fills the empty spaces between the Fe fine powders. This drastically increases, and the magnetic permeability of the magnetic body is greatly improved by increasing the content of the Fe powder exhibiting magnetism.

본 발명의 일 실시양태에서, 상기 연자성체 조대 분말의 입경은 대략 10~40㎛ 범위, 바람직하게는 대략 20~40㎛ 범위이다. 또한, 상기 Fe 미립 분말의 입경은 대략 1~5㎛ 범위, 바람직하게는 대략 1.8~3㎛ 범위이다. 또한, 상기 Fe 나노 분말의 입경은 대략 30~200㎚ 범위, 바람직하게는 대략 70~100㎚ 범위이다.In one embodiment of the present invention, the particle diameter of the soft magnetic coarse powder is in the range of about 10 to 40 μm, preferably in the range of about 20 to 40 μm. In addition, the particle diameter of the Fe fine powder is in the range of about 1 to 5 μm, preferably in the range of about 1.8 to 3 μm. In addition, the particle diameter of the Fe nano-powder is in the range of about 30 to 200 nm, preferably in the range of about 70 to 100 nm.

다만, 본 발명의 상기 조성물에 함유되는 상기 Fe 나노 분말은 비표면적이 매우 높으므로, 제조시 분말들 간의 마찰력을 크게 증가시킴으로써 성형시 높은 압력을 가해도 일정 수준(예컨대, 70% 이상)의 상대밀도를 얻기 힘들다. 이러한 현상은 기존대비 매우 많은 양(예컨대, 대략 5~6배 이상의 양)의 바인더를 첨가하여도 현재의 바인딩 시스템으로는 개선이 어렵다. 결국, 이렇게 열악한 상대밀도는 형성된 자성체의 포화자속 밀도를 저하시키고 낮은 전류에서도 쉽게 자기 포화되어 인덕턴스의 저하가 큰 열악한 DC 바이어스 특성을 야기한다. 이는 추후 기재하는 본 발명 실시예에 대한 비교예로서 관찰된다.However, since the Fe nano-powder contained in the composition of the present invention has a very high specific surface area, the frictional force between the powders is greatly increased during manufacturing, so that even if a high pressure is applied during molding, a certain level (e.g., 70% or more) It is difficult to obtain density. This phenomenon is difficult to improve with the current binding system even when a very large amount of binder (eg, about 5 to 6 times or more) is added compared to the existing one. As a result, such poor relative density lowers the saturation magnetic flux density of the formed magnetic material and is easily self-saturated even at a low current, resulting in poor DC bias characteristics with a large decrease in inductance. This is observed as a comparative example to the examples of the present invention described later.

이를 해결하기 위한 것으로, 특히 본 발명에 의하면, 본 발명 조성물에 함유되는 상기 Fe 나노 분말은 실란 커플링제(silan coupling agent)로써 표면처리되어 표면이 실란계 화합물로 코팅된다. 본 발명에서, 상기 실란 커플링제를 용매에 용해시킨 실란 용액은 가수분해되어 반응성이 우수한 실란올기(Si-OH)가 생성되는데, 이는 상기 Fe 나노 분말 표면의 수산기(-OH)와 수소결합함으로써 실란계 화합물 코팅막을 형성한다. 그리고, 특히, 이러한 실란계 화합물 코팅막은 위와 같은 급격한 반응을 통해 불균일한 두께로 형성되므로, 이후 상기 실란계 화합물 코팅막을 저온(대략 1~10℃ 범위)에서 장시간(대략 1~72 시간) 동안 에이징(aging) 처리함으로써 탈수 축합(dehydration condensation) 반응을 진행시키고 산소를 매개로 하는 상기 Fe 나노 분말 표면과의 공유결합을 형성시킨다.In order to solve this problem, in particular, according to the present invention, the Fe nano-powder contained in the composition of the present invention is surface-treated with a silane coupling agent so that the surface is coated with a silane-based compound. In the present invention, the silane solution in which the silane coupling agent is dissolved in a solvent is hydrolyzed to generate a silanol group (Si-OH) having excellent reactivity, which is hydrogen-bonded with a hydroxyl group (-OH) on the surface of the Fe nanopowder. To form a coating film of the system compound. And, in particular, since such a silane-based compound coating film is formed with a non-uniform thickness through the rapid reaction as described above, the silane-based compound coating film is then aged for a long time (about 1 to 72 hours) at a low temperature (approximately 1 to 10°C). (aging) treatment proceeds a dehydration condensation reaction and forms a covalent bond with the surface of the Fe nano-powder via oxygen.

도 1는 위와 같은 본 발명에 따라 Fe 나노 분말 표면에 실란 커플링제의 가수분해 및 탈수축합 반응을 통해 실란계 화합물 코팅막을 형성하는 메커니즘을 차례로 (i)~(iii) 단계들에 걸쳐 설명하는 모식도이다. 1 is a schematic diagram illustrating a mechanism for forming a silane-based compound coating film through a hydrolysis and dehydration condensation reaction of a silane coupling agent on the surface of an Fe nanopowder according to the present invention as described above over steps (i) to (iii). to be.

또한, 도 2는 도 1의 (iii) 단계에서 Fe 나노 분말 입자 표면에 형성된 실란계 화합물 코팅막과 추후 성형을 위해 첨가되는 에폭시 바인더와의 균일하면서도 강력한 결합성을 나타내는 도면으로서, (a)는 실란계 화합물 코팅막과 에폭시 바인더와의 결합상태를, (b)는 에폭시 바인더가 흡착된 Fe 나노 분말 입자를, (c)는 상기 (a)의 파선부분의 확대도를 각각 보인다.In addition, FIG. 2 is a diagram showing uniform and strong bonding properties between the silane-based compound coating film formed on the surface of the Fe nano-powder particles in step (iii) of FIG. 1 and the epoxy binder added for later molding, (a) The bonding state of the system compound coating film and the epoxy binder is shown, (b) shows the Fe nano-powder particles adsorbed with the epoxy binder, and (c) shows the enlarged view of the broken line portion of (a).

도 1을 참조하며, 더 상세히 설명하면, 먼저 출발물질로서 실란 커플링제를 용매에 용해시켜 실란 커플링제의 알콕시기(Si-OR)가 물(H2O)에 의해 가수분해되어 실록산 결합(-Si-O-Si-)이 발생한 실란 용액을 "Fe 나노 분말 입자 표면"에 도포한다(도 1의 "(i)"). 일 실시예에서, 상기 도포는 상기 Fe 나노 분말을 상기 실란 용액에 침지함으로써 수행될 수 있다. Referring to FIG. 1 and describing in more detail, first, as a starting material, a silane coupling agent is dissolved in a solvent, so that the alkoxy group (Si-OR) of the silane coupling agent is hydrolyzed by water (H 2 O) to form a siloxane bond (- A silane solution in which Si-O-Si-) is generated is applied to the "Fe nano powder particle surface"("(i)" in FIG. 1). In one embodiment, the coating may be performed by immersing the Fe nano-powder in the silane solution.

또한, 본 발명의 일 실시양태에서, 상기 실란 커플링제는 3-글리시드 옥시프로필 트리메톡시실란, 3-글리시드 옥시프로필 트리에톡시실란, 비닐 트리메톡시실란, 비닐 트리에톡시실란, 3-아미노프로필 트리메톡시실란, 3-아미노프로필 트리에톡시실란, 3-메타크릴옥시프로필 트리메톡시실란, 3-메타크릴 옥시프로필 트리에톡시실란, 3-머캅토프로필 트리메톡시실란, 비닐에톡시실란, 비닐-톨릴(2-메톡시-에톡시)실란, γ-메타크릴옥시프로필 트리메톡시실란, γ-아미노프로필 트리메톡시실란, γ-아미노프로필 트리에톡시실란, N-페닐-γ-아미노프로필 트리메톡시실란, N-β-(아미노에틸)-γ-아미노프로필 트리메톡시실란, N-β-(아미노에틸)-γ-아미노프로필 트리에톡시실란, N-페닐-γ-아미노프로필 트리메톡시실란, β-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸 트리메톡 시실란, γ-글리시독시프로필 트리메톡시실란, 및 γ-메르캅토프로필 트리메톡시실란로 이루어진 군에서 하나 이상 선택될 수 있다.In addition, in one embodiment of the present invention, the silane coupling agent is 3-glycid oxypropyl trimethoxysilane, 3-glycid oxypropyl triethoxysilane, vinyl trimethoxysilane, vinyl triethoxysilane, 3 -Aminopropyl trimethoxysilane, 3-aminopropyl triethoxysilane, 3-methacryloxypropyl trimethoxysilane, 3-methacryl oxypropyl triethoxysilane, 3-mercaptopropyl trimethoxysilane, vinyl Ethoxysilane, vinyl-tolyl (2-methoxy-ethoxy) silane, γ-methacryloxypropyl trimethoxysilane, γ-aminopropyl trimethoxysilane, γ-aminopropyl triethoxysilane, N-phenyl -γ-aminopropyl trimethoxysilane, N-β-(aminoethyl)-γ-aminopropyl trimethoxysilane, N-β-(aminoethyl)-γ-aminopropyl triethoxysilane, N-phenyl- In the group consisting of γ-aminopropyl trimethoxysilane, β-(3,4-epoxycyclohexyl)ethyl trimethoxysilane, γ-glycidoxypropyl trimethoxysilane, and γ-mercaptopropyl trimethoxysilane More than one can be selected.

또한, 본 발명의 일 실시양태에서, 상기 실란 커플링제의 상기 용매로서는 물(H2O), 에탄올(C2H5OH), 메탄올(CH3OH), 메틸에틸케톤(CH3COC2H5) 및 벤젠(C6H6)을 포함한 군에서 선택된 하나 이상의 용매를 사용할 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되지않는다. In addition, in one embodiment of the present invention, the solvent of the silane coupling agent is water (H 2 O), ethanol (C 2 H 5 OH), methanol (CH 3 OH), methyl ethyl ketone (CH 3 COC 2 H 5 ) and benzene (C 6 H 6 ), but one or more solvents selected from the group including, may be used, but the present invention is not limited thereto.

그리하면, "Fe 나노 분말 입자 표면"의 수산기(-OH)와 실록산 화합물의 실란올기(Si-OH)가 자기조립되어 수소결합을 형성한 실란계 화합물 코팅막이 형성된다(도 1의 "(ii)").Then, the hydroxyl group (-OH) of the "Fe nano-powder particle surface" and the silanol group (Si-OH) of the siloxane compound are self-assembled to form a silane-based compound coating film in which hydrogen bonds are formed ("(ii )").

그리고, 급격한 반응으로 불균일하게 형성된 상기 실란계 화합물 코팅막을 균일해지도록 표면 처리하기 위하여 이를 대략 1~10℃ 범위의 저온에서 대략 1~72 범위의 장시간동안 에이징하며 탈수축합 반응을 진행시켜 균일한 표면층을 형성한다(도 1의 "(iii)"). 일 실시예에서, 최종 형성된 상기 실란계 화합물 코팅막의 두께는 대략 0.5~5㎚ 범위, 바람직하게는 5㎚이다. And, in order to surface-treat the silane-based compound coating film formed unevenly through a rapid reaction, it is aged for a long time in the range of about 1 ~ 72 at a low temperature in the range of about 1 ~ 10 ℃, and the dehydration condensation reaction proceeds to make a uniform surface layer. To form ("(iii)" in FIG. 1). In one embodiment, the thickness of the finally formed silane-based compound coating film is in the range of about 0.5 to 5 nm, preferably 5 nm.

특히, 본 발명에서, 도 2에 도시하듯이, 상기 Fe 나노 분말 입자 표면(10)에 형성된 상기 실란계 화합물 코팅막(20)은 추후 성형을 위해 혼합 분말에 첨가되는 에폭시 바인더(30)와 균일하면서도 강력한 결합성을 갖는다. 이로써 성형시 비표면적이 큰 상기 Fe 나노 분말에 상기 에폭시 바인더가 균일하게 흡착되도록하여 분말들간에 마찰력을 감소시킴과 동시에, 분말들 간의 분산성과 점탄성을 증대시켜 상기 Fe 나노 분말이 상기 연자성체 조대 분말과 Fe 미립 분말 간의 빈 공간에 더 효과적으로 비집고 들어가 채울 수 있도록 한다. 이에 따라, 자성체 분말의 충진밀도가 향상되고 투자율이 향상된다.In particular, in the present invention, as shown in Fig. 2, the silane-based compound coating film 20 formed on the surface of the Fe nano-powder particles 10 is uniform with the epoxy binder 30 added to the mixed powder for later molding. It has strong binding properties. As a result, the epoxy binder is uniformly adsorbed to the Fe nano-powder with a large specific surface area during molding, thereby reducing frictional force between the powders, and increasing dispersibility and viscoelasticity between the powders, so that the Fe nano-powder is the soft magnetic coarse powder. It makes it possible to more effectively squeeze and fill the empty space between the and Fe fine powder. Accordingly, the filling density of the magnetic powder is improved and the magnetic permeability is improved.

본 발명에서, 상기 연자성체 조대 분말 조성은 공지된 임의의 연자성체로 될 수 있다. 본 발명의 일 실시양태에서, 상기 연자성체 조대 분말 조성은 Fe-Ni, Fe-Cr, Fe-Si, Zr-Al-Ni, Zr-Al-Cu, Zr-Al-Ni-Cu, Zr-Ti-Al-Ni-Cu, Zr-Ga-Ni, Ln-Al-Ni, Ln-Al-Cu, Ln-Al-Ni-Cu, Ln-Ga-Ni, Ln-Ga-Cu, Fe-Zr-B, Fe-Hf-B, Fe-Zr-Hf-B, Fe-Co-Ln-B, Co-Zr-Nb-B, Fe-(Al,Ga)-메탈로이드(metalloid), Mg-Ln-Ni, Mg-Ln-Cu, Zr-Ti-Be-Ni-Cu, Pd-Ni-P, Pd-Cu-Ni-P 및 Pt-Ni-P로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 조성분말로 될 수 있다. 본 발명의 일 실시양태에서, 상기 연자성체 조대 분말 조성은 바람직하게는 Fe-Si 분말 조성이고, 더 바람직하게는 Fe-Si 분말 조성이되 Si의 함량은 Fe 함량대비 3.5~6.5wt%이고, 가장 바람직하게는 Fe-Si 분말 조성이되 Si의 함량은 Fe 함량대비 6.5wt%이다.In the present invention, the soft magnetic coarse powder composition may be any known soft magnetic material. In one embodiment of the present invention, the soft magnetic coarse powder composition is Fe-Ni, Fe-Cr, Fe-Si, Zr-Al-Ni, Zr-Al-Cu, Zr-Al-Ni-Cu, Zr-Ti -Al-Ni-Cu, Zr-Ga-Ni, Ln-Al-Ni, Ln-Al-Cu, Ln-Al-Ni-Cu, Ln-Ga-Ni, Ln-Ga-Cu, Fe-Zr-B , Fe-Hf-B, Fe-Zr-Hf-B, Fe-Co-Ln-B, Co-Zr-Nb-B, Fe-(Al,Ga)-metalloid, Mg-Ln-Ni , Mg-Ln-Cu, Zr-Ti-Be-Ni-Cu, Pd-Ni-P, Pd-Cu-Ni-P and Pt-Ni-P. In one embodiment of the present invention, the soft magnetic coarse powder composition is preferably Fe-Si powder composition, more preferably Fe-Si powder composition, but the content of Si is 3.5 to 6.5 wt% relative to the Fe content, Most preferably, the composition is Fe-Si powder, but the content of Si is 6.5wt% based on the Fe content.

또한, 본 발명의 일 실시양태에서, 상기 연자성체 조대 분말의 함량(xwt%) : 상기 Fe 미립 분말의 함량(ywt%)의 비율은 대략 6≤x<10 : 0<y≤4 이다. In addition, in an embodiment of the present invention, the ratio of the content of the soft magnetic coarse powder (xwt%): the content of the Fe fine powder (ywt%) is approximately 6≤x<10:0<y≤4.

또한, 본 발명의 일 실시양태에서, 상기 Fe 나노 분말의 함량은 상기 연자성체 조대 분말과 Fe 미립 분말 및 Fe 나노 분말이 혼합된 혼합분말의 총량 대비 0.1~10 wt%이고, 가장 바람직하게는 0.5wt%이다. 일 실시예에서, 상기 Fe 나노 분말의 함량이 상기 0.5wt%일 때, 최고의 충진율 및 투자율을 보였고, 특히 그보다 더 많을 경우에는 나노분말의 응집이 다소 관찰된다. 또한, 상기 Fe 나노 분말의 가장 바람직한 입경은 대략 100㎚이다.In addition, in one embodiment of the present invention, the content of the Fe nano-powder is 0.1 to 10 wt% based on the total amount of the mixed powder in which the soft magnetic coarse powder, Fe fine powder, and Fe nano powder are mixed, and most preferably 0.5 wt%. In one embodiment, when the content of the Fe nano-powder was 0.5 wt%, the highest filling rate and permeability were exhibited, and in particular, aggregation of the nano-powder was somewhat observed when the content was higher than that. In addition, the most preferable particle diameter of the Fe nano-powder is approximately 100 nm.

또한, 본 발명의 바람직한 일 실시양태에서, 상기 Fe 나노 분말을 표면처리하기위한 상기 실란 용액의 첨가량은 상기 Fe 나노 분말 총량대비 0.05~5 wt% 범위이고 가장 바람직하게는 0.1wt%이다.In addition, in a preferred embodiment of the present invention, the amount of the silane solution for surface treatment of the Fe nano powder is in the range of 0.05 to 5 wt %, and most preferably 0.1 wt %, based on the total amount of the Fe nano powder.

또한, 본 발명의 바람직한 일 실시양태에서, 상기 실란 용액으로 표면처리된 상기 Fe 나노 분말의 에이징 단계는 대략 1~10℃ 온도범위, 가장 바람직하게는 3℃의 저온에서, 대략 1~72 시간 범위의 장시간으로 진행된다.In addition, in a preferred embodiment of the present invention, the aging step of the Fe nano-powder surface-treated with the silane solution is in a temperature range of approximately 1 to 10°C, most preferably at a low temperature of 3°C, in a range of approximately 1 to 72 hours. Proceeds for a long time.

위와 같은 본 발명의 바람직한 실시예들을 아래에서 상세히 설명한다. 다만, 본 발명이 하술하는 실시예들은 본 발명의 전반적인 이해를 돕기 위하여 제공되는 것이며, 본 발명은 하기 실시예들로만 한정되는 것은 아니다.The preferred embodiments of the present invention as described above will be described in detail below. However, the embodiments described below by the present invention are provided to aid in an overall understanding of the present invention, and the present invention is not limited to the following examples.

실시예Example

먼저, Si의 함량이 Fe 함량대비 6.5wt%인 Fe-6.5Si 조성분말로 된 대략 40㎛ 입경의 연자성체 조대 분말과 대략 3㎛ 입경의 Fe 미립 분말을 7:3~10:0 범위의 함량비율(wt%)로 혼합하여 제1혼합분말을 제조하였다. 한편, 대략 100㎚ 입경의 Fe 나노 분말을 실란용액으로 표면처리한 후 24시간 동안 3℃에서 저온 에이징 처리하고, 이 Fe 나노 분말을 상기 제1혼합분말에 상기 제1혼합분말 총량 대비 0.5wt%의 함량으로 혼련하였다. 상기 혼련은 프리믹서(pre-mixer)를 이용하여 50RPM에서 1시간의 조건으로 진행하였다. 그리고, 혼련된 분말에 3.5wt% 에폭시 바인더와 1wt% 분산제 및 에탄올 6.5wt%를 첨가하여 자성체 슬러리를 제작하였다. 제작된 슬러리는 음향 공명 진동 믹서(resonance acoustic mixer)를 이용하여 64Hz의 주파수에서 3분간의 조건으로 분산 및 혼합을 진행하였다. 준비된 자성체 슬러리는 닥터 블레이드로 테이프캐스팅하여 자성체 시트를 제작하였다.First, a soft magnetic coarse powder with a particle diameter of about 40 μm and a fine powder of Fe with a particle diameter of about 3 μm made of an Fe-6.5Si composition powder with a Si content of 6.5 wt% relative to the Fe content in the range of 7:3-10:0 The mixture was mixed at a ratio (wt%) to prepare a first mixed powder. On the other hand, after surface treatment of Fe nano-powder having a particle diameter of approximately 100 nm with a silane solution, low-temperature aging treatment at 3° C. for 24 hours, and 0.5 wt% of the total amount of the first mixed powder to the first mixed powder of the Fe nano-powder It was kneaded in the content of. The kneading was carried out under conditions of 1 hour at 50 RPM using a pre-mixer. Then, a magnetic slurry was prepared by adding 3.5 wt% epoxy binder, 1 wt% dispersant, and 6.5 wt% ethanol to the kneaded powder. The prepared slurry was dispersed and mixed under conditions of 3 minutes at a frequency of 64 Hz using a resonance acoustic mixer. The prepared magnetic material slurry was tape-casted with a doctor blade to prepare a magnetic material sheet.

또한, 자성체에서 분말간의 최적 혼합비 및 충진율과 전자기적 특성을 정확하게 측정하기위하여 상기 혼합분말을 사용하여 토로이달(toroidal) 형태의 벌크 자성체를 제작하였다. 상기 토로이달은 외경 30㎜, 내경 20㎜ 및 두께 10㎜의 형태로서 이의 형성을 위하여 상기 혼련된 분말에 상기 에폭시 바인더를 첨가하고 성형 압력을 인가하되 상기 성형 압력은 1.8~6.25 ton/㎝2로 하였다. 제작된 각각의 토로이달은 전자현미경(SEM)으로 미세구조 분석을 진행하였으며, 아르키메데스 저울을 이용하여 밀도 및 충진률을 각각 평가하였다. 이후, 상기 연자성체 조대 분말:상기 Fe 미립 분말:상기 Fe 나노 분말의 최적의 혼합비인 7:2.5:0.5(wt%)로 자성체 시트를 만들어 충진률 및 시트의 물성을 평가하였다. In addition, in order to accurately measure the optimum mixing ratio, filling rate and electromagnetic properties between the powders in the magnetic body, a toroidal type bulk magnetic body was fabricated using the mixed powder. The toroidal has an outer diameter of 30 mm, an inner diameter of 20 mm, and a thickness of 10 mm. To form it, the epoxy binder was added to the kneaded powder and a molding pressure was applied, but the molding pressure was 1.8 to 6.25 ton/cm 2 I did. Each of the manufactured toroidal was subjected to microstructure analysis with an electron microscope (SEM), and the density and filling rate were evaluated using an Archimedes scale, respectively. Thereafter, a magnetic sheet was made at an optimal mixing ratio of 7:2.5:0.5 (wt%) of the soft magnetic coarse powder: the Fe fine powder: the Fe nano powder to evaluate the filling rate and the physical properties of the sheet.

또한, Fe 나노 분말의 표면처리를 위한 실란 용액은 에폭시계 실란 커플링제(Shinetsu사)를 증류수와 4:1의 배합비로 제조하여 사용하였다.In addition, the silane solution for the surface treatment of the Fe nano powder was prepared by using an epoxy-based silane coupling agent (Shinetsu Co., Ltd.) in a mixing ratio of 4:1 with distilled water.

먼저, 도 3은 본 실시예에서 사용된 각 분말의 전자현미경 사진으로서, (a)는 대략 40㎛ 입경의 Fe-6.5Si 연자성체 조대 분말을, (b)는 대략 3㎛ 입경의 Fe 미립 분말을, (c)는 대략 100㎚ 입경의 Fe 나노 분말(실란 용액으로 코팅전)을 각각 보인다. 도 3의 (a)를 보면, 상기 조대 분말들 간에 빈 공간이 많이 발생하여 낮은 충진율이 관찰되며 이러한 빈 공간들은 자성체의 투자율을 저하시킨다.First, FIG. 3 is an electron micrograph of each powder used in this example, where (a) is an Fe-6.5Si soft magnetic coarse powder having a particle diameter of about 40 μm, and (b) is a fine Fe powder having a particle size of about 3 μm. , (C) shows Fe nano-powder (before coating with a silane solution) having a particle diameter of approximately 100 nm, respectively. 3A, a lot of empty spaces are generated between the coarse powders, so a low filling rate is observed, and these empty spaces lower the magnetic permeability.

한편, 아래 표 1은 대략 40㎛ 입경의 Fe-6.5Si 연자성체 조대 분말과 대략 3㎛ 입경의 Fe 미립 분말의 혼합비(Ratio) 및 성형압력(Pressure) 크기에 따른 충진율(Volume fraction)과 투자율(μ')의 변화 데이터를 보인다. On the other hand, Table 1 below shows the volume fraction and permeability (Volume fraction) and permeability (Volume fraction) of approximately 40㎛ particle diameter Fe-6.5Si soft magnetic coarse powder and Fe fine particle powder approximately 3㎛ particle diameter according to the size of the mixing ratio ( μ') of change data is shown.

Figure 112020034231245-pat00004
Figure 112020034231245-pat00004

아울러, 표 1과 연계하여, 도 4의 (a)~(l)은 각각 대략 40㎛ 입경의 Fe-6.5Si 연자성체 조대 분말과 대략 3㎛ 입경의 Fe 미립 분말의 혼합비(Ratio) 및 성형압력 크기(Pressure)에 따른 벌크 자성체의 전자현미경 사진을 보인다.In addition, in connection with Table 1, (a) to (l) of Fig. 4 show the mixing ratio and molding pressure of the coarse Fe-6.5Si soft magnetic material powder of approximately 40 μm particle diameter and the Fe fine particle powder of approximately 3 μm particle diameter, respectively. The electron micrograph of the bulk magnetic material according to the pressure is shown.

그리고, 표 1과 연계하여, 도 5는 대략 40㎛ 입경의 Fe-6.5Si 연자성체 조대 분말과 대략 3㎛ 입경의 Fe 미립 분말의 혼합비 및 성형압력 크기에 따른 벌크 자성체의 충진율(Volume fraction) 및 투자율(Macroscopic relative permeability: μ') 간의 변화 플롯을 보이고, 부가하여 실선은 전술한 Ollendorf 방정식(식 1)의 이론값을, 파선은 실제 반자장값을 고려한 실제값을 각각 나타낸다.And, in connection with Table 1, FIG. 5 shows the filling ratio of the bulk magnetic material according to the mixing ratio of the coarse Fe-6.5Si soft magnetic material powder having a particle diameter of about 40 μm and the fine Fe powder having a particle size of about 3 μm and the size of the molding pressure (Volume fraction) and A plot of the change between the permeability (Macroscopic relative permeability: μ') is shown. In addition, the solid line represents the theoretical value of the Ollendorf equation (Equation 1), and the broken line represents the actual value considering the actual half magnetic field value.

표 1을 참조하면, Fe 미립 분말의 함량이 증가할수록 그리고 성형압력이 증가할수록 자성체의 충진율과 투자율이 증가하며, 이는 도 4~5에서도 각각 확인된다. 특히, Fe-6.5Si 연자성체 조대 분말과 Fe 미립 분말의 혼합비가 7:3인 조성에서 전반적으로 높은 투자율이 관찰되며, 이는 상대적으로 작은 크기의 미립 분말들이 조대 분말들 간의 빈공간을 효과적으로 채우면서 충진율이 향상되었기 때문이다. 또한, 도 5를 참조하면, Fe 미립 분말이 전혀 함유되지 않은 자성체와는 달리, Fe 미립 분말이 함유된 자성체의 경우 Ollendorf 방정식(식 1)의 실제 반자장값을 고려한 추세에 따르며 상관성이 높음을 알 수 있다.Referring to Table 1, as the content of the Fe fine powder increases and as the molding pressure increases, the filling rate and permeability of the magnetic material increase, which is also confirmed in FIGS. 4 to 5, respectively. In particular, a high permeability was observed in the composition where the mixing ratio of the Fe-6.5Si soft magnetic coarse powder and the Fe fine powder was 7:3, and this was observed while the relatively small-sized fine powder effectively filled the voids between the coarse powders. This is because the filling rate has improved. In addition, referring to FIG. 5, unlike a magnetic body containing no Fe fine powder, a magnetic body containing Fe fine powder follows the trend in consideration of the actual half magnetic field value of the Ollendorf equation (Equation 1), and has a high correlation. Able to know.

한편, 도 6은 본 실시예에서 사용된 대략 100㎚ 입경의 Fe 나노 분말의 전자현미경 사진으로서, (a)는 실란 용액으로 표면처리하기 이전의 것을, (b)와 (c)는 실란 용액으로 표면처리한 상태의 것을 각각 보인다. 도 6의 (b)와 (c)를 참조하면, Fe 나노 분말의 표면상에 대략 5㎚ 두께의 실란 화합물 코팅층이 형성되었음이 확인된다.On the other hand, Figure 6 is an electron micrograph of the Fe nano-powder having a particle diameter of about 100 nm used in this example, (a) is before surface treatment with a silane solution, (b) and (c) is a silane solution. Each of the surface-treated ones is shown. Referring to (b) and (c) of Figure 6, it is confirmed that a silane compound coating layer having a thickness of about 5 nm was formed on the surface of the Fe nano-powder.

또한, 아래 표 2는 다음 각 조성의 벌크 자성체의 충진율(Volume fraction)과 투자율(μ')의 변화 데이터를 보인다.In addition, Table 2 below shows the change data of the volume fraction and the permeability (μ') of the bulk magnetic material of each of the following compositions.

Figure 112020034231245-pat00005
Figure 112020034231245-pat00005

이때, 표 2에서 상기 SPL1~SPL4 분말 조성은 다음과 같다:At this time, the SPL1 ~ SPL4 powder composition in Table 2 is as follows:

- SPL1: 대략 40㎛ 입경의 Fe-6.5Si 연자성체 조대 분말과, 대략 3㎛ 입경의 Fe 미립 분말을 혼합한 분말 조성;-SPL1: a powder composition obtained by mixing a coarse Fe-6.5Si soft magnetic body powder having a particle diameter of approximately 40 μm and a fine particle Fe powder having a particle diameter of approximately 3 μm;

- SPL2: 상기 Fe-6.5Si 연자성체 조대 분말과, 상기 Fe 미립 분말과, 실란 용액으로 표면처리하지않은 대략 100㎚ 입경의 Fe 나노 분말을 혼합한 분말 조성;-SPL2: a powder composition in which the Fe-6.5Si soft magnetic coarse powder, the Fe fine powder, and Fe nano-powder having a particle diameter of about 100 nm not surface-treated with a silane solution are mixed;

- SPL3: 상기 Fe-6.5Si 연자성체 조대 분말과, 상기 Fe 미립 분말과, 실란 용액으로 표면처리된 상기 Fe 나노 분말을 혼합한 분말 조성; 및-SPL3: a powder composition of the Fe-6.5Si soft magnetic coarse powder, the Fe fine powder, and the Fe nano-powder surface-treated with a silane solution; And

- SPL4: 상기 Fe-6.5Si 연자성체 조대 분말과, 상기 Fe 미립 분말과, 실란 용액으로 표면처리한 후 3℃ 저온에서 24시간 에이징 처리한 상기 Fe 나노 분말을 혼합한 분말 조성.-SPL4: A powder composition obtained by mixing the Fe-6.5Si soft magnetic coarse powder, the Fe fine powder, and the Fe nano-powder subjected to aging treatment at a low temperature of 3° C. for 24 hours after surface treatment with a silane solution.

또한, 표 2와 연계하여, 도 7은 표 2의 SPL1, SPL3, SPL4 분말조성으로 제조된 벌크 자성체의 충진율(Volume fraction) 및 투자율(Macroscopic relative permeability: μ') 간의 변화 플롯을 보이고, 부가하여 파선은 전술한 Ollendorf 방정식(식 1)의 실제 반자장값을 고려한 실제값을 나타낸다.In addition, in connection with Table 2, FIG. 7 shows a plot of change between the filling rate (Volume fraction) and the magnetic permeability (Macroscopic relative permeability: μ') of the bulk magnetic body prepared with the powder composition of SPL1, SPL3, and SPL4 of Table 2, and additionally The broken line represents the actual value in consideration of the actual half magnetic field value of the Ollendorf equation (Equation 1) described above.

특히, 표 2를 참조하면, 실란 용액으로 표면처리를 하지않은 Fe 나노 분말을 첨가한 SPL2 분말 조성의 경우, 전술했듯이 그의 매우 높은 비표면적으로 인해 성형시 마찰력이 크게 증가하여 제조된 벌크 자성체에서 크랙(crack)이 다수 발생하여 투자율과 충진율의 측정이 불가능하였다. In particular, referring to Table 2, in the case of the SPL2 powder composition to which Fe nano-powder was added without surface treatment with a silane solution, as described above, due to its very high specific surface area, the frictional force during molding increased significantly and cracked in the manufactured bulk magnetic body. Due to the occurrence of a large number of cracks, it was impossible to measure the permeability and filling rate.

반면에, 표 2와 도 7을 참조하면, 실란 용액으로 표면처리를 한 Fe 나노 분말을 첨가한 SPL3 분말 조성은 충진율이 3.5% 향상되고 투자율이 소폭 향상되었으며, 특히 실란 용액으로 표면처리를 한 후 에이징 처리한 Fe 나노 분말을 첨가한 SPL4 분말 조성은 충진율이 6.6% 향상되고 투자율이 10% 향상되었음이 확인된다. 전술했듯이, 상기 Fe 나노 분말이 표면처리되어 입자 표면에 형성된 실란계 화합물 코팅막은 추후 성형을 위해 혼합 분말에 첨가되는 에폭시 바인더와 강력한 결합성을 갖는다. 특히, 형성된 상기 실란계 화합물 코팅막은 저온에서 장시간 에이징 처리됨으로써 균일한 표면을 형성하며 이는 에폭시 바인더와 균일하면서도 더욱 강화된 결합을 유도한다. 이러한 에폭시 바인더와 균일하면서도 더욱 강화된 결합은 분말들 간의 분산성과 점탄성을 더욱 증대시켜 상기 Fe 나노 분말이 상기 연자성체 조대 분말과 Fe 미립 분말 간의 빈 공간에 더 효과적으로 비집고들어가 채울 수 있도록 함으로써, 자성체의 충진밀도와 투자율을 증가시킨다.On the other hand, referring to Table 2 and FIG. 7, the composition of the SPL3 powder to which Fe nano-powder was surface-treated with a silane solution was added, the filling rate was improved by 3.5% and the magnetic permeability was slightly improved. It is confirmed that the composition of the SPL4 powder containing the aging-treated Fe nano-powder has improved the filling rate by 6.6% and the permeability by 10%. As described above, the silane-based compound coating film formed on the surface of the particles by surface treatment of the Fe nano-powder has strong binding properties with the epoxy binder added to the mixed powder for later molding. In particular, the silane-based compound coating film formed forms a uniform surface by aging treatment at a low temperature for a long time, which induces a uniform and reinforced bond with the epoxy binder. The uniform and reinforced bonding with this epoxy binder further increases the dispersibility and viscoelasticity between the powders so that the Fe nanopowder can more effectively penetrate and fill the empty space between the soft magnetic coarse powder and the Fe fine powder. Increase filling density and permeability.

한편, 도 8과 도 9는 표 2의 분말 조성을 사용하여 형성한 자성체 시트의 형상과 전자현미경 사진이다. 도 8에서 (a)는 표 2의 SPL1 분말 조성, (b)는 표 2의 SPL2 분말 조성, (c)는 표 2의 SPL4 분말 조성으로 제조된 각 자성체 시트를 보인다. 그리고, 도 9에서 (a)는 표 2의 SPL1 분말 조성, (b)는 표 2의 SPL3 분말 조성, (c)와 (d)는 표 2의 SPL4 분말 조성으로 제조된 각 자성체 시트의 전자현미경 사진이다.Meanwhile, FIGS. 8 and 9 are photographs of a shape and an electron microscope of a magnetic sheet formed using the powder composition of Table 2. In FIG. 8, (a) shows the SPL1 powder composition of Table 2, (b) shows the SPL2 powder composition of Table 2, and (c) shows each magnetic sheet prepared with the SPL4 powder composition of Table 2. And, in Figure 9 (a) is the SPL1 powder composition of Table 2, (b) is the SPL3 powder composition of Table 2, (c) and (d) is an electron microscope of each magnetic sheet prepared with the SPL4 powder composition of Table 2 It's a picture.

도 8의 (b)를 참조하면, 전술했듯이, 실란 용액으로 표면처리를 하지않은 SPL2 분말 조성으로 제조한 자성체 시트는 크랙이 다수 발생한 부위가 관찰된다. 이는 Fe 나노 분말의 매우 높은 비표면적으로 인해 성형시 마찰력이 크게 증가하였기때문이다. 반면에, 도 8의 (c)와 도 9의 (b)~(d)에서 확인되듯이, Fe 나노 분말이 실란 용액으로 표면처리된 경우 비표면적이 큰 Fe 나노 분말의 표면에 에폭시 바인더가 균일하게 흡착됨으로써 고충진이 가능해짐을 알 수 있다. 이는 가요성을 가지면서 높은 투자율의 전기적 특성을 갖는 초박형 파워 인덕터의 제조에 특히 유리한 것이다.Referring to (b) of FIG. 8, as described above, in the magnetic sheet made of the SPL2 powder composition not subjected to surface treatment with a silane solution, a large number of cracks are observed. This is because the frictional force during molding was greatly increased due to the very high specific surface area of the Fe nanopowder. On the other hand, as shown in Figs. 8(c) and 9(b) to (d), when the Fe nanopowder is surface-treated with a silane solution, the epoxy binder is uniform on the surface of the Fe nanopowder with a large specific surface area. It can be seen that high filling is possible by being adsorbed properly. This is particularly advantageous for manufacturing an ultra-thin power inductor having flexibility and high electrical permeability.

또한, 아래 표 3은 표 2의 분말 조성인 SPL1, SPL3 및 SPL4로 제조된 각 자성체 시트의 표면조도(Ra: 산술평균조도, Rb: 10점평균조도)와 밀도(Density) 및 충진율(Volume Fraction)을 보인다.In addition, Table 3 below shows the surface roughness (R a : arithmetic average roughness, R b : 10-point average roughness), density and filling rate ( Volume Fraction).

Figure 112020034231245-pat00006
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또한, 표 3과 연계하여, 도 10a는 표 3의 분말 조성으로 제조된 자성체 시트의 분말 조성에 따른 충진율(Volume Fraction) 변화를 나타내는 그래프이고, 도 10b는 표 3의 분말 조성으로 제조된 자성체 시트의 충진율 변화에 대한 투자율(Macroscopic relative permeability) 변화를 나타내는 그래프이며, 부가된 파선은 전술한 Ollendorf 방정식(식 1)의 실제 반자장값을 고려한 실제값을 나타낸다.In addition, in connection with Table 3, FIG. 10A is a graph showing the change in the volume fraction according to the powder composition of the magnetic sheet prepared with the powder composition of Table 3, and FIG. 10B is a magnetic sheet prepared with the powder composition of Table 3. It is a graph showing the change in macroscopic relative permeability with respect to the change in the filling rate of, and the added broken line represents the actual value in consideration of the actual half magnetic field value of the Ollendorf equation (Equation 1) described above.

표 3을 참조하면, SPL1 분말 조성(즉, 대략 40㎛ 입경의 Fe-6.5Si 연자성체 조대 분말과 대략 3㎛ 입경의 Fe 미립 분말을 혼합한 분말 조성)으로 제조된 자성체 시트의 경우 평균 Ra=2.01㎛, Rz=12.7㎛ 정도로 큰 반면, 실란 표면처리된 나노분말이 적용된 SPL3 분말 조성(즉, 상기 Fe-6.5Si 연자성체 조대 분말과 상기 Fe 미립 분말과 실란 용액으로 표면처리된 Fe 나노 분말을 혼합한 분말 조성)으로 제조된 자성체 시트는 평균 Ra=1.7㎛, Rz=10.8㎛ 정도로서 작아져 표면 특성이 개선되었음이 확인된다. 이에 더하여, SPL4 분말 조성(즉, 상기 Fe-6.5Si 연자성체 조대 분말과 상기 Fe 미립 분말과 실란 용액으로 표면처리한 후 3℃ 저온에서 24시간 에이징 처리한 Fe 나노 분말을 혼합한 분말 조성)으로 제조된 자성체 시트의 경우는 평균 Ra=0.8㎛, Rz=5.2㎛ 정도로서 시트의 표면 특성이 현격하게 개선되었다. 이는 이종물질 간의 결합력을 향상시키는 실란계 화합물 코팅막이 Fe 나노 분말 표면에 균일하게 형성되어 바인더와의 결합력이 크게 향상되었기 때문이다.Referring to Table 3, in the case of a magnetic sheet made of SPL1 powder composition (that is, a powder composition obtained by mixing a coarse Fe-6.5Si soft magnetic material powder having a particle diameter of about 40 μm and an Fe fine particle powder having a particle size of about 3 μm), the average R a =2.01㎛, R z =12.7㎛, while the SPL3 powder composition to which the silane surface-treated nanopowder was applied (that is, the Fe-6.5Si soft magnetic coarse powder and the Fe fine powder and the Fe nano-treated with a silane solution It was confirmed that the magnetic sheet prepared with powder composition) was small as an average of R a =1.7 µm and R z =10.8 µm, and improved surface characteristics. In addition, SPL4 powder composition (i.e., a powder composition of the Fe-6.5Si soft magnetic coarse powder, the Fe fine powder, and the Fe nano-powder aging at a low temperature of 3° C. for 24 hours after surface treatment with a silane solution) In the case of the manufactured magnetic sheet, the average of R a =0.8 µm and R z =5.2 µm, and the surface characteristics of the sheet were remarkably improved. This is because a silane-based compound coating film that improves the bonding strength between dissimilar materials is uniformly formed on the surface of the Fe nano-powder, so that the bonding strength with the binder is greatly improved.

표 3 및 도 10a를 참조하면, SPL4 분말 조성(즉, 상기 Fe-6.5Si 연자성체 조대 분말과 상기 Fe 미립 분말과 실란 용액으로 표면처리한 후 3℃ 저온에서 24시간 에이징 처리한 Fe 나노 분말을 혼합한 분말 조성)으로 제조된 자성체 시트가 최대의 충진율을 나타낸다. Referring to Table 3 and FIG. 10A, SPL4 powder composition (that is, the Fe-6.5Si soft magnetic coarse powder, the Fe fine powder, and the Fe nano-powder subjected to aging treatment at a low temperature of 3° C. for 24 hours after surface treatment with a silane solution. The magnetic sheet made of the mixed powder composition) shows the maximum filling rate.

또한, 도 10b는 파선 영역과 그의 확대도를 함께 나타내며, "Toroidal"은 앞서 도 7에서 관찰한 벌크 자성체를, "Sheet"는 자성체 시트를 가리키며 둘 다 SPL1, SPL3 및 SPL4 분말 조성으로 각각 제조되었다. 벌크 자성체("Toroidal")는 제조시 압력이 인가되어 제작되는 반면, 자성체 시트("Sheet")는 공정상 압력이 인가되지않으므로, 도 10b의 확대도에서 보이듯이 서로간에 충진율의 차이가 발생한다.In addition, FIG. 10B shows a broken line area and an enlarged view thereof, and "Toroidal" indicates the bulk magnetic material observed in FIG. 7 above, and "Sheet" indicates the magnetic material sheet, both of which were prepared in SPL1, SPL3, and SPL4 powder compositions. . While the bulk magnetic material ("Toroidal") is manufactured by applying pressure during manufacturing, the magnetic material sheet ("Sheet") is manufactured by applying no pressure during the process, so as shown in the enlarged view of FIG. 10B, a difference in filling rate occurs between each other. .

위와 같이, 본 발명에 의한 자성체 분말은 연자성체 조대 분말과, Fe 미립 분말과, 표면상에 실란계 화합물 코팅막이 형성된 Fe 나노 분말을 혼합한 분말 조성의 혼합물을 포함한다.As described above, the magnetic powder according to the present invention includes a powder composition of a mixture of a soft magnetic coarse powder, an Fe fine powder, and an Fe nano powder having a silane-based compound coating film formed on the surface thereof.

또한, 상기 Fe 나노 분말은 표면상에 실란계 화합물 코팅막이 형성된 후 저온에서 장시간 에이징 처리됨으로써 균일한 표면을 형성하며 이는 추후 성형성을 위하여 첨가되는 에폭시 바인더와 균일하면서도 더욱 강화된 결합을 유도한다. 이렇게 에폭시 바인더와 균일하면서도 더욱 강화된 결합은 분말들 간의 분산성과 점탄성을 더욱 증대시켜 상기 Fe 나노 분말이 상기 연자성체 조대 분말과 Fe 미립 분말 간의 빈 공간에 더 효과적으로 비집고들어가 채울 수 있도록 함으로써, 최종 제조된 자성체의 충진밀도와 투자율을 크게 증가시킨다. In addition, the Fe nano-powder forms a uniform surface by aging treatment at a low temperature for a long time after the silane-based compound coating film is formed on the surface, which induces uniform and reinforced bonding with the epoxy binder added for later moldability. This uniform and reinforced bond with the epoxy binder further increases the dispersibility and viscoelasticity between powders, so that the Fe nano powder can more effectively squeeze and fill the empty space between the soft magnetic coarse powder and the Fe fine powder. It greatly increases the packing density and permeability of the magnetic material.

앞서 고찰되었지만, 본 발명과 달리, 상기 Fe 나노 분말의 표면에 상기 실란계 화합물 코팅막을 형성하지않고 상기 연자성체 조대 분말 및 Fe 미립 분말과 혼합하여 자성체를 제조한 경우, 상기 Fe 나노 분말의 매우 높은 비표면적으로 인하여 제조시 분말들 간의 마찰력이 크게 증가하여 최종 자성체에 크랙이 발생하여 성형이 어렵고 투자율 특성도 크게 열화되어버린다.Although discussed above, unlike the present invention, when a magnetic body is produced by mixing with the soft magnetic coarse powder and Fe fine powder without forming the silane-based compound coating film on the surface of the Fe nano powder, the Fe nano powder is very high. Due to the specific surface area, the frictional force between the powders is greatly increased during manufacture, and cracks are generated in the final magnetic body, making molding difficult and the permeability characteristics greatly deteriorated.

따라서, 본 발명에 의한 메커니즘은 초박형으로서 가요성을 가지면서도 높은 투자율의 전기적 특성을 갖는 파워 인덕터의 제조에 매우 유리하다.Accordingly, the mechanism according to the present invention is very advantageous in manufacturing a power inductor having an ultra-thin, flexible, and high permeability electrical characteristic.

이상, 상술된 본 발명의 구현예 및 실시예에 있어서, 조성분말의 평균입도, 분포 및 비표면적과 같은 분말특성과, 원료의 순도, 불순물 첨가량 및 소결 조건에 따라 통상적인 오차범위 내에서 다소 변동이 있을 수 있음은 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 지극히 당연하다. In the above-described embodiments and examples of the present invention, the powder characteristics such as the average particle size, distribution, and specific surface area of the composition powder, and the purity of the raw material, the amount of impurities added, and the sintering conditions slightly vary within the usual error range. It is very natural for those of ordinary skill in the field that this may exist.

아울러 본 발명의 바람직한 구현예 및 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가 등이 가능할 것이고, 이러한 수정, 변경, 부가 등은 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 한다. In addition, preferred embodiments and embodiments of the present invention are disclosed for the purpose of illustration, and anyone of ordinary skill in the relevant field will be able to make various modifications, changes, additions, etc. within the spirit and scope of the present invention. , Changes, additions, etc. should be regarded as belonging to the scope of the claims.

Claims (19)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 30~200㎚ 입경범위의 Fe 나노 분말을 실란 용액으로 표면처리하여 상기 Fe 나노 분말의 표면에 실란계 화합물 코팅막을 형성하고 이어서 상기 실란계 화합물 코팅막의 표면이 보다 균일해지도록 에이징 처리하는 단계와;
10~40㎛ 입경범위의 연자성체 조대 분말과, 1~5㎛ 입경범위의 Fe 미립 분말과, 상기 에이징 처리된 상기 실란계 화합물 코팅막을 갖는 상기 Fe 나노 분말을 혼련하여 혼합 분말을 제조하는 단계와;
상기 혼합 분말에 에폭시 바인더를 첨가하여 자성체 슬러리를 제조하는 단계와;
상기 자성체 슬러리를 테이프캐스팅하여 자성체 시트를 제작하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자성체의 제조방법.
Forming a silane-based compound coating film on the surface of the Fe nano-powder by surface-treating the Fe nano-powder in a particle size range of 30 to 200 nm with a silane solution, followed by aging treatment so that the surface of the silane-based compound coating film becomes more uniform;
Preparing a mixed powder by kneading the coarse soft magnetic powder in a particle size range of 10 to 40 µm, fine Fe powder in a particle size range of 1 to 5 µm, and the Fe nano-powder having the aging-treated silane compound coating film; and ;
Adding an epoxy binder to the mixed powder to prepare a magnetic slurry;
And tape-casting the magnetic material slurry to produce a magnetic material sheet.
30~200㎚ 입경범위의 Fe 나노 분말을 실란 용액으로 표면처리하여 상기 Fe 나노 분말의 표면에 실란계 화합물 코팅막을 형성하고 이어서 상기 실란계 화합물 코팅막의 표면이 보다 균일해지도록 에이징 처리하는 단계와;
10~40㎛ 입경범위의 연자성체 조대 분말과, 1~5㎛ 입경범위의 Fe 미립 분말과, 상기 에이징 처리된 상기 실란계 화합물 코팅막을 갖는 상기 Fe 나노 분말을 혼련하여 혼합 분말을 제조하는 단계와;
상기 혼합 분말에 에폭시 바인더를 첨가하고 성형 압력을 인가하여 벌크 자성체를 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자성체의 제조방법.
Forming a silane-based compound coating film on the surface of the Fe nano-powder by surface-treating the Fe nano-powder in a particle size range of 30 to 200 nm with a silane solution, followed by aging treatment to make the surface of the silane-based compound coating film more uniform;
Preparing a mixed powder by kneading the coarse soft magnetic powder in a particle size range of 10 to 40 µm, fine Fe powder in a particle size range of 1 to 5 µm, and the Fe nano-powder having the aging-treated silane-based compound coating film; and ;
And preparing a bulk magnetic material by adding an epoxy binder to the mixed powder and applying a molding pressure.
제7항 또는 제8항에 있어서,
상기 에이징 처리하는 단계는 1~10℃ 온도 범위에서 수행되는 것을 특징으로 하는 자성체의 제조방법.
The method according to claim 7 or 8,
The aging process is a method of manufacturing a magnetic material, characterized in that performed at a temperature range of 1 ~ 10 ℃.
제9항에 있어서,
상기 에이징 처리하는 단계는 1~72 시간 범위에서 수행되는 것을 특징으로 하는 자성체의 제조방법.
The method of claim 9,
The method of manufacturing a magnetic material, wherein the aging treatment is performed within a range of 1 to 72 hours.
제7항 또는 제8항에 있어서,
상기 에이징 처리된 상기 실란계 화합물 코팅막을 갖는 상기 Fe 나노 분말의 함량은 상기 혼합 분말의 총량 대비 0.1~10 wt%로 조절하는 것을 특징으로 하는 자성체의 제조방법.
The method according to claim 7 or 8,
The method for producing a magnetic material, characterized in that the content of the Fe nano-powder having the aging-treated silane-based compound coating film is adjusted to 0.1 to 10 wt% based on the total amount of the mixed powder.
제7항 또는 제8항에 있어서,
상기 연자성체 조대 분말의 조성은 Fe-Ni, Fe-Cr, Fe-Si, Zr-Al-Ni, Zr-Al-Cu, Zr-Al-Ni-Cu, Zr-Ti-Al-Ni-Cu, Zr-Ga-Ni, Ln-Al-Ni, Ln-Al-Cu, Ln-Al-Ni-Cu, Ln-Ga-Ni, Ln-Ga-Cu, Fe-Zr-B, Fe-Hf-B, Fe-Zr-Hf-B, Fe-Co-Ln-B, Co-Zr-Nb-B, Fe-(Al,Ga)-메탈로이드(metalloid), Mg-Ln-Ni, Mg-Ln-Cu, Zr-Ti-Be-Ni-Cu, Pd-Ni-P, Pd-Cu-Ni-P 및 Pt-Ni-P로 이루어진 군에서 하나 이상 선택하는 것을 특징으로 하는 자성체의 제조방법.
The method according to claim 7 or 8,
The composition of the soft magnetic coarse powder is Fe-Ni, Fe-Cr, Fe-Si, Zr-Al-Ni, Zr-Al-Cu, Zr-Al-Ni-Cu, Zr-Ti-Al-Ni-Cu, Zr-Ga-Ni, Ln-Al-Ni, Ln-Al-Cu, Ln-Al-Ni-Cu, Ln-Ga-Ni, Ln-Ga-Cu, Fe-Zr-B, Fe-Hf-B, Fe-Zr-Hf-B, Fe-Co-Ln-B, Co-Zr-Nb-B, Fe-(Al,Ga)-metalloid, Mg-Ln-Ni, Mg-Ln-Cu, Zr-Ti-Be-Ni-Cu, Pd-Ni-P, Pd-Cu-Ni-P, and a method of manufacturing a magnetic material, characterized in that one or more selected from the group consisting of Pt-Ni-P.
제7항 또는 제8항에 있어서,
상기 연자성체 조대 분말의 조성은 Fe-Si이고 여기서 Si의 함량은 Fe 함량대비 3.5~6.5wt% 범위인 것을 특징으로 하는 자성체의 제조방법.
The method according to claim 7 or 8,
The composition of the soft magnetic coarse powder is Fe-Si, wherein the content of Si is in the range of 3.5 to 6.5 wt% based on the Fe content.
제7항 또는 제8항에 있어서,
상기 실란 용액은 실란 커플링제를 용매에 용해시켜 제조되고, 상기 용매는 물(H2O), 에탄올(C2H5OH), 메탄올(CH3OH), 메틸에틸케톤(CH3COC2H5) 및 벤젠(C6H6)을 포함한 군에서 하나 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 자성체의 제조방법.
The method according to claim 7 or 8,
The silane solution is prepared by dissolving a silane coupling agent in a solvent, and the solvent is water (H 2 O), ethanol (C 2 H 5 OH), methanol (CH 3 OH), methyl ethyl ketone (CH 3 COC 2 H 5 ) And benzene (C 6 H 6 ) Method for producing a magnetic material, characterized in that one or more selected from the group including.
제14항에 있어서,
상기 실란 커플링제는 3-글리시드 옥시프로필 트리메톡시실란, 3-글리시드 옥시프로필 트리에톡시실란, 비닐 트리메톡시실란, 비닐 트리에톡시실란, 3-아미노프로필 트리메톡시실란, 3-아미노프로필 트리에톡시실란, 3-메타크릴옥시프로필 트리메톡시실란, 3-메타크릴 옥시프로필 트리에톡시실란, 3-머캅토프로필 트리메톡시실란, 비닐에톡시실란, 비닐-톨릴(2-메톡시-에톡시)실란, γ-메타크릴옥시프로필 트리메톡시실란, γ-아미노프로필 트리메톡시실란, γ-아미노프로필 트리에톡시실란, N-페닐-γ-아미노프로필 트리메톡시실란, N-β-(아미노에틸)-γ-아미노프로필 트리메톡시실란, N-β-(아미노에틸)-γ-아미노프로필 트리에톡시실란, N-페닐-γ-아미노프로필 트리메톡시실란, β-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸 트리메톡 시실란, γ-글리시독시프로필 트리메톡시실란, 및 γ-메르캅토프로필 트리메톡시실란로 이루어진 군에서 하나 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 자성체의 제조방법.
The method of claim 14,
The silane coupling agent is 3-glycid oxypropyl trimethoxysilane, 3-glycid oxypropyl triethoxysilane, vinyl trimethoxysilane, vinyl triethoxysilane, 3-aminopropyl trimethoxysilane, 3- Aminopropyl triethoxysilane, 3-methacryloxypropyl trimethoxysilane, 3-methacryl oxypropyl triethoxysilane, 3-mercaptopropyl trimethoxysilane, vinylethoxysilane, vinyl-tolyl (2- Methoxy-ethoxy) silane, γ-methacryloxypropyl trimethoxysilane, γ-aminopropyl trimethoxysilane, γ-aminopropyl triethoxysilane, N-phenyl-γ-aminopropyl trimethoxysilane, N-β-(aminoethyl)-γ-aminopropyl trimethoxysilane, N-β-(aminoethyl)-γ-aminopropyl triethoxysilane, N-phenyl-γ-aminopropyl trimethoxysilane, β -(3,4-epoxycyclohexyl)ethyl trimethoxysilane, γ-glycidoxypropyl trimethoxysilane, and γ-mercaptopropyl trimethoxysilane Manufacturing method.
제7항 또는 제8항에 있어서,
상기 실란 용액의 양은 상기 Fe 나노 분말의 총량대비 0.05~5 wt% 범위로 조절하는 것을 특징으로 하는 자성체의 제조방법.
The method according to claim 7 or 8,
The method of manufacturing a magnetic material, characterized in that the amount of the silane solution is adjusted in the range of 0.05 to 5 wt% relative to the total amount of the Fe nano powder.
제7항에 있어서,
상기 자성체 슬러리를 제조하는 단계는 상기 혼합 분말에 분산제를 더 첨가하는 것을 포함함을 특징으로 하는 자성체의 제조방법.
The method of claim 7,
The step of preparing the magnetic material slurry comprises further adding a dispersant to the mixed powder.
제8항에 있어서,
상기 성형 압력은 1.8~6.25 ton/㎝2 범위로 인가하는 것을 특징으로 하는 자성체의 제조방법.
The method of claim 8,
The method of manufacturing a magnetic material, characterized in that the molding pressure is applied in the range of 1.8 to 6.25 ton/cm 2.
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