KR20170037914A - 코일 부품 - Google Patents

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다이요 유덴 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 성형 시에 높은 압력을 필요로 하지 않는 복합 자성 재료를 포함하는 코일 부품을 제공한다.
합금 입자와 수지를 포함하는 복합 자성(磁性) 재료; 및 코일;로 구성되는 코일 부품으로서, 상기 합금 입자의 표면의 산소 비율은 조사한 에칭의 누적 시간 10분 이내의 범위에서 이온 비율로 50% 이하이고, 상기 합금 입자는 Fe를 포함하고, Si, Al, Cr, Ni, Mo 및 Co 중 1종류 이상을 포함하고, 상기 합금 입자에 포함된 Si, Al, Cr, Ni, Mo 및 Co 중 1종류 이상의 합계는 5wt% 내지 10wt%인 코일 부품이 제공된다.

Description

코일 부품{COIL COMPONENT}
본 발명은 금속 자성(磁性) 입자와 수지를 포함하는 복합 자성 재료, 복합 자성 재료가 소정의 고형(固形) 형상을 이루는 자성체 및 자성체를 구성 요소로 하는 코일 부품에 관한 것이다.
휴대기기를 비롯한 전자기기에서는 고성능화가 진행되고 있기 때문에 사용되는 부품에도 높은 성능이 요구되고 있다. 또한 전자기기에 탑재되는 부품 갯수는 증가 경향에 있기 때문에 부품의 소형화 움직임이 한층 더 높아지고 있다. 특히 종래에 페라이트를 이용하는 경우가 많았던 예컨대 3mm 이하의 소형 부품에서도 높은 성능이 요구되고, 금속 자성 재료를 이용하는 검토가 이루어지고 있다.
금속 자성 재료를 사용한 코일 부품으로서 특허문헌 1에 기재되는 바와 같이 합금 분말의 압분체(壓粉體) 중에 코일을 매립하는 방법이 있다. 특허문헌 1의 기술에서는 입자 지름이 비교적 작은 합금 분말을 사용하는 것에 의해 손실을 낮추는 검토가 이루어지고 있다. 하지만 단순하게 입자 지름을 작게 하면 비(比)표면적이 커지기 때문에 성형성은 저하되는 경향이 있다. 따라서 결과적으로는 높은 성형 압력을 가하여 압분체를 형성했었다.
1. 일본 특개 2013-145866호 공보
하지만 종래의 방법으로는 특허문헌 1의 실시예에 기재되는 바와 같이 예컨대 600MPa라는 상당히 높은 성형 압력이 요구되고, 이러한 압력으로는 코일이 받는 스트레스를 무시할 수 없다. 특히 섬세한 도선을 이용한 코일은 변형하기 쉽거나, 단선(斷線)을 발생하기 쉽다. 이와 같이 높은 성형 압력을 전제로 하기 때문에 사용 가능한 도선의 선택사항이 한정되는 요인이 되었다. 또한 높은 압력을 가하는 것에 의해 합금 입자에는 응력이 걸려 투자율이 저하하는 경우가 있었다. 또한 별도의 방법으로서 금속 자성 입자의 표면 처리 등이 있다. 예컨대 커플링 제(劑)를 이용하는 것에 의해 금속 자성 입자는 유성(濡性)이 좋아져서 안정된 복합 자성 재료를 얻을 수 있다. 하지만 이 방법에서도 커플링 제가 존재하는 만큼 합금 입자의 충전율을 저하시키는 원인이 되었다.
이러한 점으로부터 높은 압력에 의존하지 않고 자성체를 형성하는 것이 소형화를 진행시키는 데 있어서 중요하다. 본 발명은 성형 시에 높은 압력이 불필요한 복합 자성 재료를 제공하는 것 및 그러한 복합 자성 재료를 포함하는 코일 부품을 제공하는 것을 과제로 한다.
높은 압력이 불필요한 자성체의 형성 방법으로서는 금속 자성 입자와 수지의 복합 자성 재료를 이용하여 이 수지를 용해시킬 수 있는 온간(溫間) 성형을 들 수 있다. 온간 성형에서는 수지의 비율을 증가시킬 필요가 있어, 압분 성형과 같이 금속 자성 입자의 충전율을 향상시키는 것이 어려웠다. 그렇기 때문에 본 발명자는 금속 자성 입자 이외의 첨가물의 비율을 증가시키지 않는 것을 전제로 검토를 수행했다. 이 결과, 금속 자성 입자 표면의 산화 상태가 자성 입자와 수지의 복합 자성 재료의 유동성에 영향을 미쳐 충전성을 높인다는 것을 발견했다. 구체적으로는 금속 자성 입자 표면의 산소는 적게 수지와의 상용성(相溶性)이 좋아지고, 금속 자성 입자를 혼합한 복합 자성 재료로서의 점도 물성이 저하한다. 즉 이 자성 입자와 수지의 복합 자성 재료의 점도 물성을 낮추는 것에 의해 유동성이 좋아져 높은 충전이 가능해진다는 것을 발견했다.
상기 지견을 출발점으로 하여 한층 더 예의 검토한 결과, 본 발명자는 다음과 같은 본 발명을 완성했다.
(1) 합금 입자와 수지를 포함하는 복합 자성 재료; 및 코일;로 구성되는 코일 부품으로서, 상기 합금 입자의 표면의 산소 비율은 조사한 에칭의 누적 시간 10분 이내의 범위에서 이온 비율로 50% 이하인 코일 부품.
(2) 상기 산소 비율이 30% 내지 40%인 (1)의 코일 부품.
(3) (1) 또는 (2) 중 어느 하나의 코일 부품으로서, 복합 자성 재료에 매립된 코일을 포함하는 코일 부품.
(4) (1) 또는 (2) 중 어느 하나의 코일 부품으로서, 복합 자성 재료의 내측에 형성된 코일을 포함하는 코일 부품.
본 발명에 의하면, 합금 입자 표면의 산소 비율이 50% 이하의 합금 입자를 이용하는 것에 의해 합금 입자 표면과 수지의 유성이 좋아진다. 이 복합 자성 재료의 점도 저항이 작아지는 것에 의해 유동성이 좋아지고, 압력이 낮거나 또는 압력을 가하지 않는 경우에도 합금 입자의 충전을 높일 수 있어, 입자 내부에 응력이 걸리지 않고 투자율의 저하를 해소할 수 있다. 이와 같이 이 금속 자성 입자와 수지와 복합화하는 것에 의해 높은 저항과 높은 특성의 코일 부품을 얻을 수 있다. 본 발명의 바람직한 형태에 의하면, 복합 자성 재료는 산소 비율이 30% 내지 40%인 합금 입자를 이용하는 것에 의해 수지량을 증가시키지 않고 안정된 충전이 가능해지고, 자성체의 두께가 예컨대 0.2mm 정도로 얇은 경우에도 높은 충전율을 유지할 수 있다. 특히 종래보다 제품 높이가 더 낮은 소형 부품을 만들 수 있다.
본 발명의 코일 부품은 수지와 합금 입자를 포함하는 복합 자성 재료에 의한 것이다. 합금 입자는 산화되지 않는 금속 부분에서 자성이 발현되도록 구성되는 재료이며, 예컨대 산화되지 않는 합금 입자 또는 그 입자들 주위에 산화물 등이 설치되어 이루어지는 입자 등을 들 수 있다. 구체적으로는 합금 입자 제조의 공지(公知)의 방법을 채택해도 좋고, 예컨대 Epson Atmix(주) 사제 PF-20F, Nippon Atomized Metal Powders(주) 사제 SFR-FeSiCr 등으로서 시판되는 것도 이용할 수 있다. 단, 종래의 합금 입자는 철(Fe원소)을 50wt% 내지 90wt% 전후 포함하고, 철(Fe원소) 이외의 원소의 비율도 10wt% 이상 포함하는 것이 많다. 이는 절연을 높이는 경우나 코어 로스를 향상시키는 경우 등에 크롬(Cr)이나 규소(Si) 등의 원소의 비율을 높이는 경우가 많았다. 이러한 점으로부터 종래와 같은 조성으로는 합금 입자 표면은 산화되기 쉬운 성질을 이용하거나 또는 열처리하는 것에 의해 합금 입자 표면을 산화시키는 방법 등에 의해 입자 표면의 절연성을 높이는 것이 검토되고 있었다. 이에 따라 이들 합금 입자는 합금 입자 표면의 산소 비율이 높고 복합 자성 재료로서의 점도 저항이 높아져, 압력을 가하지 않는 용도에는 적합하지 않았다.
그렇기 때문에 합금 입자의 조성으로서 Fe원소의 함유율이 높은 것이 바람직하다. 비정질(非晶質)의 합금 입자에서는 Fe원소의 함유율은 77wt%이며, 결정질(結晶質)의 합금 입자에서는 Fe원소의 함유율은 92.5wt% 이상이며, 불순물로서 Mn, P, S, Mo 등의 원소가 포함되어도 좋다. 또한 비정질 합금 입자의 Fe원소의 함유율은 79.5wt% 이하이며, 결정질 합금 입자의 Fe원소의 함유율은 95.5wt% 이하이며, 이에 의해 절연성을 확보하기 쉬워진다. 또한 Fe 원소 외에 Al, Cr 등 Fe보다 산화하기 쉬운 물질을 포함해도 좋다. Fe원소 이외의 원소로서는 Si, Al, Cr, Ni, Mo, Co 중 어느 하나의 합계가 5wt% 내지 10wt%인 것이 바람직하다. 이에 의해 합금 입자 표면의 과잉 산화를 억제할 수 있어, 안정된 산소 비율로 할 수 있다. 예컨대 가스 아토마이즈법으로 만들어진 분말이나 물 아토마이즈법으로 만들어진 분말에서는 환원 분위기에서 열처리하는 것에 의해 산소 비율의 조정을 수행할 수 있다. 이때 합금 입자 표면의 산소가 지나치게 적으면 저항이 저하하고, 저항값을 확보하기 위해서 수지량을 증가시키는 등 금속 자성 입자 이외 것의 비율을 증가시킬 필요가 있어, 결과적으로는 충전율을 저하시킨다. 따라서 산소 비율은 이온 비율로 30% 이상이 되도록 조정하는 것이 바람직하다. 합금 입자는 예컨대 결정질 합금계에서는 FeSiCr, FeSiAl, FeNi, 비정질 합금계에서는 FeSiCrBC, FeSiBC 등이 있다.
또한 이들 2개 이상의 합금 입자를 혼합시킨 재료나 Fe입자를 혼합한 재료 등을 들 수 있고, 이들 입자는 입자 지름이나 조성을 조합하여 필요한 특성을 얻을 수 있는 것이 바람직하게 이용된다. 보다 바람직하게는 이들 금속 자성 입자의 형상은 구형(球形)이 바람직하다. 이는 입자 표면적이 작은 것이 입자 표면의 산소량을 적게 할 수 있고, 또한 입자 표면으로부터 산소가 존재하는 범위를 최소한으로 할 수 있어, 입자 내의 금속 부분의 비율을 크게 할 수 있다. 또는 입자 표면의 표면 거칠기에 대해서도 마찬가지이며, 매끄러운 입자 표면인 것이 바람직하고, 바람직하게는 표면 거칠기 Ra가 1nm 내지 100nm이다.
합금 입자의 산소 비율은 2차 이온 질량 분석법(TOF-SIMS: Time of Flight Secondary Ion Mass Spectrometry, ULVAC-PHI 사제 TRIFT-II)로 측정된다. TOF-SIMS에서는 시료(試料)(합금 입자) 표층에 펄스 형상의 1차 이온 빔을 조사(照射)하고, 그 이온과 시료 표면의 분자·원자 레벨에서의 충돌에 의한 시료 표층이 교반(攪拌)되는 것에 의해 발생하는 2차 이온을 비행 시간형 질량 분석계(ULVAC-PHI 사제 TRIFT-II)로 검출하는 것에 의해 고체 성분의 정성(定性), 정량(定量)이 수행된다. 정량된 산소 이온 농도는 검출된 2차 이온의 총량에 차지하는 산소 비율에 상당한다.
본 발명에서 합금 입자 표면의 산소 비율은 50% 이하다. 보다 바람직하게는 30% 내지 40%다. 합금 입자 표면의 산소 비율은 합금 입자 표층으로부터 내부를 향하여 깊이마다 존재하는 산소 비율의 변화를 파악하는 것에 의해 얻어지는 수치를 나타낸다. 검출은 갈륨의 1차 이온 빔을 가속 전압 15kV, 펄스 폭 13nsec의 이온 빔 펄스 전류 600pA, 조사 시간 60sec, 조사 각도 40°(2차 이온 검출기에 대한 각도)의 조건 설정으로 조사하고, 검출되는 2차 이온으로부터 시료 표층에 존재하는 각 성분의 이온수를 검출하고, 각 성분의 이온수에 기초하여 여기서는 산소 비율을 구한다. 시료 표층으로부터 내측을 향하여 존재하는 산소 비율을 구하기 위해서는 시료 표층의 에칭이 필요하며, 이 에칭은 갈륨의 스패터 이온을 가속 전압 15kV로, 이온 빔 전류 600pA의 조건 설정으로 연속 조사하여 수행된다. 검출과 에칭은 각각 교호(交互)적으로 60sec의 시간으로 수행하고, 0분(스패터 이온을 조사하는 에칭 전) 내지 1/30분 간격의 에칭 시간마다 검출이 수행되고, 결론적으로 합금 표층으로부터 깊이마다의 성분을 검출할 수 있다. 또한 각각의 이온 조사 범위는 1μm 내지 5μm의 범위에서 수행했다. 측정하는 금속 자성 입자는 이 범위에 수용되도록 수행했다. 또한 이 측정은 금속 자성 입자의 단계에서도 가능하지만, 예컨대 유기 성분을 포함할 수 있는 자성체로 수행하는 경우에는 유기 성분 등의 금속 자성 입자 유래의 성분 이외의 성분이 중량비로 20%를 초과하지 않도록 했다. 이에 의해 자성체이어도 파탄면의 관찰에 의해 금속 자성 입자 표면으로서의 측정을 수행할 수 있다.
각각 검출되는 2차 이온의 산소 비율은 스패터 이온을 조사한 에칭의 시간이 누적으로 10분 이내, 바람직하게는 1분 내지 5분 사이에 최대가 된다. 여기서는 에칭의 누적 시간 10분 이내를 합금 입자 표면으로 했다. 본 발명의 합금 입자는 에칭의 누적 시간 10분 이내의 범위에서 산소 비율의 최대값을 얻을 수 있기 때문에 입자 표면으로 하는 것이 산소 비율을 정확하게 평가할 수 있다.
결론적으로 「합금 입자 표면의 산소 비율」은 전술한 바와 같이 에칭 전후의 1분마다 산소 비율을 구했을 때의 에칭 시작부터 10분까지의 상기 비율 중 최대값을 가리킨다.
즉 합금 입자 표면의 산소 비율이 설계된다. 이에 의해 입자 표면은 수지의 유성이 좋아지고, 복합 자성 재료의 점도 저항을 작게 한다. 이는 합금 입자 표면의 산소량을 적게 하는 것에 의해 합금 입자 표면의 수산기(水酸基)를 적게 할 수 있고, 수(水)분자의 막을 감소할 수 있기 때문에, 소수계(疎水系) 수지와 금속 계면(界面)의 상용성이 증가하여 합금 입자 표면과 수지의 유성이 좋아진다. 이 복합 자성 재료의 점도 저항이 작아지는 것에 의해 유동성이 좋아지고, 압력이 낮거나 또는 압력을 가하지 않는 경우에도 합금 입자의 충전을 높일 수 있어, 입자 내부에 응력이 걸리지 않고 투자율의 저하를 해소할 수 있다. 이에 의해 유동성이 높아져, 낮은 압력으로 높은 충전을 실현할 수 있다. 또한 합금 입자 표면의 산소 비율은 합금 입자 표층으로부터 10분의 범위에 산소 비율의 피크점을 가지고, 여기에는 Fe원소 이외의 원소의 피크점도 존재한다. Fe원소 이외의 원소는 합금 입자의 조성에 의해 결정되고, Si, Al, Cr, Ni, Mo, Co를 들 수 있다. 이는 합금 입자 표면의 산소와 Fe원소 이외의 존재에 의해 절연성이 담보되고, 또한 과잉 산화를 억제하는 것에 직결된다. 이에 의해 수지와 복합화한 경우에 높은 저항과 높은 자성 특성을 얻을 수 있다. 산소 비율은 50% 이하이며, 바람직하게는 30% 내지 40%이다. 이와 같이 산소 비율을 50% 이하로 하는 것에 의해 입자 표층(에칭 전)의 산소 비율을 25% 이하로 할 수 있어, 입자 표면의 산소 비율을 낮게 억제할 수 있다. 또한 산소 비율을 40% 이하로 하면, 입자 표층(에칭 전)의 산소 비율을 20% 이하로 할 수 있다. 바람직하게는 20개 이상의 금속 자성 입자에서의 산소 비율의 최대가 되는 검출 시작부터의 시간의 평균값은 10분 이내다. 바람직하게는 20개 이상의 금속 자성 입자에서의 산소 비율의 평균값은 50% 이하다. 여기서의 TOF-SIMS의 조건에 대해서는 Fe원소를 77wt% 이상 포함하는 금속 자성 입자에 에칭의 스패터 이온을 조사한 경우의 금속 자성 입자 표층이 삭감되는 속도는 Fe원소 이외의 성분이 다른 금속 자성 입자이어도 모두 5% 이내의 범위에 수용되고, 거의 일정하다. 또한 금속 표층이 삭감된 양에 대해서는 검출된 2차 이온을 체적으로 환산하고, 환산한 체적을 1차 이온의 조사 면적으로 나누는 것에 의해 금속 표층면으로부터 삭감된 깊이를 구할 수 있다.
본 발명의 복합 자성 재료에는 상기와 같은 합금 입자가 포함될 필요가 있으며, 바람직하게는 복합 자성 재료에 포함되는 모은 금속 자성 입자의 체적 비율로 80vol% 이상의 합금 입자의 산소 비율이 30% 내지 40%를 포함한다. 이에 의해 충전율을 높일 수 있어, 코일 부품으로서의 인덕턴스를 높일 수 있다.
본 발명의 복합 자성 재료에는 상기와 같은 합금 입자가 포함될 필요가 있으며, 바람직하게는 복합 자성 재료에 포함되는 합금 입자의 평균 입자 지름이 2μm 내지 20μm을 가진다. 이에 의해 높은 충전율의 복합 자성 재료이어도 코어 로스를 억제할 수 있다.
바람직하게는 복합 자성 재료에는 제1 금속 자성 입자와 제2 금속 자성 입자가 포함되고, 제1 금속 자성 입자와 제2 금속 자성 입자는 평균 입자 지름이 서로 다르다. 본 발명에서 적어도 제1 금속 자성 입자는 비정질 합금이다. 적어도 일방(一方)의 합금 입자를 비정질 합금 입자로 한다. 이에 의해 코어 로스를 억제할 수 있다. 또한 타방(他方)의 합금 입자를 일방의 합금 입자보다 평균 입자 지름이 작은 비정질 합금 입자로 한다. 이에 의해 보다 충전율을 높일 수 있다. 특히 각각의 평균 입자 지름의 비율을 5배 이상으로 하는 것에 의해 가장 충전율을 높일 수 있다. 한편, Fe입자를 이용하는 경우에도 평균 입자 지름의 비율을 5배 이상으로 하는 것에 의해 충전율을 높이고, 전류 특성을 한층 더 향상시킬 수 있다. 또한 제1 및 제2 금속 자성 입자와 다른 Fe함유 비율을 나타내는 제3(이후)의 금속 자성 입자가 포함되어도 좋다.
본 발명의 복합 자성 재료에 포함되는 수지의 종류는 특히 한정되지 않고, 전자 부품 등에 이용되는 수지를 적절히 이용할 수 있고, 바람직하게는 열경화 수지이며, 예컨대 에폭시 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리이미드 수지 등을 들 수 있다. 이 복합 자성 재료는 압력에 의존하지 않고 열을 가하는 것에 의해 자성체를 형성한다. 특히 열을 가했을 때의 점도를 낮출 수 있으면 좋고, 수지의 용해 온도가 50℃ 내지 200℃이면 좋다. 또한 피복 도선을 이용하는 코일의 경우에는 50℃ 내지 150℃이면 피복 도선에 특별한 처치를 하지 않아도 품질적인 영향을 방지할 수 있다. 상기 점으로부터 일 예로서 노볼락(novolak)형의 에폭시 수지를 들 수 있다. 또한 절연성의 확보와 전기적 특성의 향상의 양립이라는 관점에서 복합 자성 재료에는 수지가 바람직하게는 5wt% 내지 10wt% 포함된다. 또한 수지는 10wt%보다 많게 하는 것에 의해 복합 자성 재료의 유동이 좋아진다. 하지만 금속 자성 입자의 충전율로서는 반대로 저하되기 때문에 10wt%보다 적은 것이 바람직하다.
본 명세서에서는 전술한 금속 자성 입자와 수지를 포함하는 조성물을 그 형태는 문제로 삼지 않는 개념으로서 복합 자성 재료라고 부른다. 예컨대 복합 자성 재료의 수지는 경화해도 좋고 경화하지 않아도 좋다. 복합 자성 재료에서의 수지가 경화하여 복합 자성 재료 전체도 또한 일정 형상의 고형 형상을 이룰 때, 그러한 상태의 복합 자성 재료를 「자성체」라고 부른다. 자성체도 또한 본 발명의 일 실시 형태다.
본 발명에서는 자성체를 얻을 때에, 바꿔 말하면 경화할 때에 압력을 필요로 하지 않는다. 예컨대 전술한 금속 자성 입자와 미경화의 열경화 수지를 금형에 주입하여 수지의 경화 온도보다 고온으로 하는 것에 의해 수지를 경화시키고, 이에 따라 복합 자성 재료 자체도 또한 일정 형상으로 굳어지는 것에 의해 본 발명의 자성체를 얻을 수 있다. 이에 의해 금속 자성 입자에 왜곡이 발생하지 않고, 특성 저하를 억제할 수 있다. 복합 자성 재료로부터 자성체를 얻는 방법에 대해서는 수지에서의 종래의 경화 기술 등을 적절히 참조할 수 있다.
본 발명의 자성체는 코일 부품의 일부로서 유용하다. 본 발명의 자성체의 외측 또는 내측에 절연 피복 도선 등에 의해 코일부를 형성하는 것에 의해 본 발명의 코일 부품을 얻을 수 있다. 코일 부품이 구체적인 구성이나 제조법에 대해서는 특히 한정되지 않고, 종래 기술 등을 적절히 참조할 수 있다.
[실시예]
이하, 실시예에 의해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 단, 본 발명은 이 실시예에 기재된 형태에 한정되지 않는다.
<실시예1>
이하의 요령으로 코일 부품을 제조했다.
제품 사이즈: 2.5×2.0×1.2mm
자성체의 최소 두께: 0.25mm
금속 자성 입자: FeSiCr(Fe 92.5wt%, Si 4wt%, Cr 3.5wt%로 하고, 대기(大氣) 중에서의 물 아토마이즈법에 의해 평균 입자 지름 15μm의 분말을 제작하고, 500℃의 환원 분위기 중에서 1시간의 열처리를 수행했다. 이 금속 자성 입자를 결정질 합금 입자c라고 한다.)
수지: 에폭시 수지 3wt%
공심(空芯) 코일: 폴리이미드 피막 부착 평각선(0.3×0.1mm), α권회로 주회수 9.5t
성형: 금형 내부에 공심 코일을 배치하고, 몰드 성형에서 복합 자성 재료를 150℃의 금형에 주입하고 임시 경화하여 자성체를 형성함.
경화: 임시 경화의 자성체를 금형으로부터 취출(取出)하고, 200℃로 경화함.
단자 전극: 공심 코일의 단부를 연마하여 자성체로부터 노출시키고, Ag를 스패터링 하고, Ag가 포함된 도전성 페이스트를 부착하고, Ni, Sn를 도금 처리함.
상기 순서는 다음과 같이 수행했다. 코일을 제작하고, 금형의 중앙과 공심 코일의 중심이 일치하도록 배치한다. 여기에 미리 금속 자성 입자와 수지를 혼합해둔 복합 자성 재료를 150℃로 가열하고, 이 복합 자성 재료를 150℃로 가열한 금형에 주입하여, 자성체의 기본을 얻을 수 있다. 그 후, 200℃로 수지를 더 경화하여 자성체가 된다. 이 자성체에 필요한 처리(커트, 연마, 방청 처리)를 수행하여 마지막으로 단자 전극을 형성하고, 코일 부품을 얻는다. 또한 여기서의 성형 시의 압력은 15MPa이며, 종래의 압력에 대하여 상당히 낮은 것이었다.
<비교예1>
금속 자성 입자로서 상기 환원 분위기 중에서의 열처리를 수행하지 않는 FeSiCr를 이용한 것 외에는 실시예1과 마찬가지로 수행하여 코일 부품을 얻었다. 이 금속 자성 입자를 결정질 합금 입자a라고 한다.
<비교예2>
금속 자성 입자 외에는 실시예1과 마찬가지로 수행하여 코일 부품을 얻었다. 금속 자성 입자는 FeSiAlCr에서 Fe 90wt%, Si 5wt%, Al 4wt%, Cr 1wt%로 하고, 대기 중에서의 물 아토마이즈법에 의해 평균 입자 지름 15μm의 분말을 제작하고, 500℃의 환원 분위기 중에서 1시간의 열처리를 수행했다. 이 금속 자성 입자를 결정질 합금 입자b라고 한다.
<비교예3>
금속 자성 입자 외에는 실시예1과 마찬가지로 수행하여 코일 부품을 얻었다.
금속 자성 입자는 FeSiCrBC에서 Fe 70wt%, Si 8wt%, Cr 5wt%, B 15wt%, C 2wt%로 하고, 대기 중에서의 물 아토마이즈법에 의해 평균 입자 지름 15μm의 분말을 제작했다. 이 금속 자성 입자를 비정질 합금 입자d라고 한다.
<실시예2>
금속 자성 입자 외에는 실시예1과 마찬가지로 수행하여 코일 부품을 얻었다. 금속 자성 입자는 FeSiCrBC에서 Fe 77wt%, Si 6wt%, Cr 4wt%, B 13wt%, C 2wt%로 하고, 대기 중에서의 물 아토마이즈법에 의해 평균 입자 지름 15μm의 분말을 제작했다. 이 금속 자성 입자를 비정질 합금 입자e라고 한다.
<실시예3>
금속 자성 입자 외에는 실시예1과 마찬가지로 수행하여 코일 부품을 얻었다.
금속 자성 입자는 FeSiBC에서 Fe 79.5wt%, Si 5wt%, B 13.5wt%, C 2wt%로 하고, 대기 중에서의 물 아토마이즈법에 의해 평균 입자 지름 15μm의 분말을 제작했다. 이 금속 자성 입자를 비정질 합금 입자f라고 한다.
<실시예4>
금속 자성 입자 외에는 실시예1과 마찬가지로 수행하여 코일 부품을 얻었다. 금속 자성 입자는 실시예3에서 이용한 비정질 합금 입자f와, 실시예2에서 이용한 비정질 합금 입자e와는 입자 지름이 다른 평균 입자 지름 10μm을 이용하여 각각을 6: 4의 비율이 되도록 혼합하고, 복합 자성 재료로 했다.
<실시예5>
여기서는 제품 높이를 1.0mm, 자성체의 최소 두께를 0.2mm로 변경하여, 실시예4와 마찬가지의 복합 자성 재료에 의해 코일 부품을 얻었다.
<실시예6>
금속 자성 입자 외에는 실시예5와 마찬가지로 수행하여 코일 부품을 얻었다.
금속 자성 입자는 실시예3에서 이용한 비정질 합금 입자f와, 실시예2에서 이용한 비정질 합금 입자e와는 입자 지름이 다른 평균 입자 지름 10μm을 이용하여 각각을 8: 2의 비율이 되도록 혼합하고, 복합 자성 재료로 했다.
<실시예7>
금속 자성 입자 외에는 실시예5와 마찬가지로 수행하여 코일 부품을 얻었다. 금속 자성 입자는 실시예3에서 이용한 비정질 합금 입자f와, 실시예2에서 이용한 비정질 합금 입자e와는 입자 지름이 다른 평균 입자 지름 10μm을 이용하여 각각을 9: 1의 체적 비율이 되도록 혼합하고, 복합 자성 재료로 했다.
<실시예8>
금속 자성 입자 외에는 실시예5와 마찬가지로 수행하여 코일 부품을 얻었다. 금속 자성 입자는 실시예3에서 이용한 비정질 합금 입자f와, 실시예2에서 이용한 비정질 합금 입자e와는 입자 지름이 다른 평균 입자 지름 2μm을 이용하여 각각을 8: 2의 체적 비율이 되도록 혼합하고, 복합 자성 재료로 했다.
<실시예9>
금속 자성 입자 외에는 실시예5와 마찬가지로 수행하여 코일 부품을 얻었다. 금속 자성 입자는 실시예3에서 이용한 비정질 합금 입자f와, 실시예2에서 이용한 비정질 합금 입자e와는 입자 지름이 다른 평균 입자 지름 1.5μm을 이용하여 각각을 8: 2의 체적 비율이 되도록 혼합하고, 복합 자성 재료로 했다.
<실시예10>
금속 자성 입자 외에는 실시예5와 마찬가지로 수행하여 코일 부품을 얻었다. 금속 자성 입자는 실시예3에서 이용한 비정질 합금 입자f와, Fe입자(Fe가 99.6wt%, Fe 외에는 불순물)의 평균 입자 지름 1.5μm을 이용하여 각각을 8: 2의 체적 비율이 되도록 혼합하고, 복합 자성 재료로 했다.
복합 자성 재료에 포함되는 금속 자성 입자의 SIMS 측정 결과는 다음과 같다.
금속 자성 입자 표면의 산소 비율
결정질 합금 입자a 53%
결정질 합금 입자b 52%
결정질 합금 입자c 48%
비정질 합금 입자d 51%
비정질 합금 입자e 40%
비정질 합금 입자f 30%
Fe입자 31%
상기에서 「표면의 산소 비율」은 전술한 SIMS 측정에서의 산소 비율의 최대값(단, 에칭 시간 0분 내지 10분까지의 1분마다의 측정에서의 최대값)이다. 상기 SIMS의 측정은 각각의 복합 자성 재료마다 20개의 입자에 대하여 수행했다. 상기는 그 결과의 평균값이다.
복합 자성 재료의 수지량 및 코일 부품 인덕턴스는 다음과 같다.
충전율 인덕턴스
실시예1 74.0vol% 1.02μH
비교예1 70.3vol% 0.8μH
비교예2 71.2vol% 0.85μH
비교예3 71.3vol% 0.86μH
실시예2 75.2vol% 1.1μH
실시예3 75.4vol% 1.12μH
실시예4 75.8vol% 1.15μH
실시예5 75.5vol% 1.04μH
실시예6 76.4vol% 1.1μH
실시예7 76.1vol% 1.07μH
실시예8 77.3vol% 1.1μH
실시예9 75.5vol% 1.02μH
실시예10 75.5vol% 1.02μH
상기에서 「수지량」은 복합 자성 재료의 제조 시에 첨가한 수지량이며, 「충전율」은 자성체 단면(斷面)의 금속 자성 입자가 차지하는 비율을 현미경 관찰 상으로부터 구한 것이다. 「인덕턴스」는 LCR미터를 이용하여 구한 1MHz에서의 코일 부품 인덕턴스 값을 나타낸다.
비교예는 모두 충전율이 낮고, 코일 주변에 충전 부족에 따른 결함(도선의 노출)이 존재한다. 그 결과, 전기적 특성에서도 실시예와 비교해서 낮은 값을 나타내는 결과가 되고, 모두 코일 부품으로서는 충분한 것이었다. 이 결과와 같이 종래에는 자성체의 두께가 얇은 부분을 형성할 수 없었다. 이에 대하여 실시예에서는 충전에 따른 결함을 발생하지 않고, 두께 0.25mm, 또한 0.2mm의 자성체를 얻을 수 있다. 이에 의해 높은 압력으로 형성하던 압분에서는 불가능했던 박형화에 대응할 수 있어, 부품의 소형화가 가능해진다.
<실시예11>
이 실시예는 드럼 코어에 권선(卷線)을 수행하고, 권선의 외측에 복합 자성 재료를 형성하는 것에 의해 수행했다.
제품 사이즈: 2.5×2.0×1.2mm
드럼 코어: FeSiCr(Fe 90wt%, Si 6wt%, Cr 4wt%로 하고, 대기 중에서 1시간의 열처리를 수행했다.)
복합 자성 재료: 전술한 비정질 합금 입자e를 이용했다.
코일: 폴리이미드 피막 부착 도선(평각선0.3×0.1mm), α권회로 주회수 9.5t
성형: 고무 형(型) 내부에 권선을 수행한 드럼 코어를 배치하고, 복합 자성 재료를 고무 형에 주입하고, 임시 경화하여 자성체를 형성함.
경화: 임시 경화의 자성체를 금형으로부터 취출하고, 200℃로 경화함.
단자 전극: 드럼 코어의 날밑의 외측면에 Ti, Ag를 스패터링하고, Ag가 포함된 도전성 페이스트를 부착하고, Ni, Sn를 도금 처리함.
상기 순서는 다음과 같이 수행하였다. 드럼 코어를 FeSiCr의 자성 재료를 성형하고 열처리를 수행하여 작성한다. 다음으로 드럼 코어의 날밑의 외측의 면에 단자 전극을 형성하고, 드럼 코어의 축의 외측에 권선을 수행한 도선을 단자 전극에 접속한다. 마지막으로 권선한 드럼 코어를 고무 형에 배치하고, 코일의 외측에 미리 금속 자성 입자와 수지를 혼합해둔 복합 자성 재료를 50℃로 가열하고, 코일의 외측에 복합 자성 재료를 형성하고, 또한 고무 형으로부터 얻어진 코일 부품을 취출하고, 또한 200℃로 수지를 경화하여 코일 부품을 얻는다. 또한 여기서의 성형 시의 압력은 5MPa이며, 종래의 압력에 대하여 상당히 낮은 것이었다.
상기와 마찬가지로 코일 부품의 평가를 수행한 결과, 1.15μH의 인덕턴스와 74.5vol%의 충전율이 측정되었고, 전류 특성이 양호했다. 또한 충전에 따른 결함을 발생하지 않고 안정된 부품을 만들 수 있다. 이와 같이 본 발명의 복합 자성 재료를 이용하는 것에 의해 종래에는 불가능했던 자성체의 박형화나, 소형이며 고성능 부품의 제조가 가능해진다.
또한 전기적 특성 이외의 평가를 이하에 나타낸다. 복합 자성 재료는 각각 단면에 의해 평가할 수 있다. 금속 자성 입자의 충전율은 주사형(走査型) 전자현미경(SEM)을 이용하여 SEM상(3000배)을 취득하고, 화상 처리를 수행한다. 이에 의해 얻어진 단면에 존재하는 금속 자성 입자와, 금속 자성 입자 이외의 각각의 면적으로부터 금속 자성 입자의 면적의 비율을 충전율이라고 한다. 단면에서 금속 자성 입자의 단별(斷別)은 산소의 유무에 의해 수행되고, 단면으로부터 보이는 입자의 크기(최대의 길이)에서 1μm 이상의 것을 금속 자성 입자로 간주하여 수행했다. 이는 금속 자성 입자의 입자 지름에서 1μm보다 작은 것은 자기(磁氣)적인 특성에 대한 영향이 작기 때문에 이 범위로 한 것이다.
금속 자성 입자에서의 철(Fe원소)의 함유 비율은 SEM-EDX에 의해 측정하는 것도 가능하다. 복합 자성 재료의 단면의 SEM상(3000배)을 취득하고, 매핑에 의해 같은 조성의 입자를 선택하고, 20개 이상의 금속 자성 입자에 철(Fe원소)의 함유 비율에 의해 평균값을 구한다. 또한 매핑에 의해 조성이 다른 것이 존재하면, 다른 조성의 금속 자성 입자를 혼합한 것이라고 판단할 수 있다. 또한 금속 자성 입자의 입자 지름은 복합 자성 재료의 단면의 SEM상(약 3000배)을 취득하고, 측정 부분에서의 평균적인 크기의 입자를 300개 이상 선출(選出)하고, 그들의 SEM상에서의 면적을 측정하고, 입자가 구체(球體)라고 가정하여 입자 지름을 산출한다. 또한 얻어진 입자 지름의 분포로부터 피크점이 2개 존재하면 다른 평균 입자 지름의 금속 자성 입자를 혼합한 것이라고 판단할 수 있다. 각각의 측정은 복합 자성 재료로 형성된 자성체의 단면의 중앙 부분을 선택하여 수행했다. 또한 모두 단면으로 보이는 입자의 크기에서 1μm 이상의 것을 대상으로 수행했다.

Claims (5)

  1. 합금 입자와 수지를 포함하는 복합 자성(磁性) 재료; 및
    코일;
    로 구성되는 코일 부품으로서,
    상기 합금 입자의 표면의 산소 비율은 조사한 에칭의 누적 시간 10분 이내의 범위에서 이온 비율로 50% 이하이고,
    상기 합금 입자는 Fe를 포함하고, Si, Al, Cr, Ni, Mo 및 Co 중 1종류 이상을 포함하고, 상기 합금 입자에 포함된 Si, Al, Cr, Ni, Mo 및 Co 중 1종류 이상의 합계는 5wt% 내지 10wt%이고,
    상기 복합 자성 재료에는 제1 금속 자성 입자와 제2 금속 자성 입자가 포함되고,
    상기 제1 금속 자성 입자와 상기 제2 금속 자성 입자는 평균 입자 지름이 서로 다른 것인 코일 부품.
  2. 제1항에 있어서,
    적어도 상기 제1 금속 자성 입자는 비정질 합금인 것인 코일 부품.
  3. 제1항 및 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 산소 비율이 30% 내지 40%인 코일 부품.
  4. 제1항 및 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코일은 상기 복합 자성 재료에 매립되는 코일 부품.
  5. 제1항 및 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코일은 상기 복합 자성 재료의 내측에 형성되는 코일 부품.
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