KR950009172B1 - Composite for emi noise filter in a high frequency band - Google Patents
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Abstract
Description
제1a도 내지 제1r도은 각 시편의 주파수 변화에 의한 임피던스(Z), 페라이트에 작용하는 리액턴스(XL) 및 저항값(R)을 나타낸 그래프.1a to 1r are graphs showing impedance (Z), reactance acting on ferrite (X L ), and resistance value (R) due to the frequency change of each specimen.
제2a도 내지 제2e도는 각 시편의 주파수 변화에 의한 삽입손실을 나타낸 그래프.2a to 2e is a graph showing the insertion loss due to the frequency change of each specimen.
본 발명은 고주파대역 노이즈 필터 제조용 Ni-Cu-Zn계 페라이트 조성에 관한 것으로, Ni-Cu-Zn계 기본조성에 Mn2O3와 Co2O3를 각각 또는 동시에 소량 첨가하여 손실특성과 투자율의 향상을 도모하고 노이즈제거 주파수(Cut-off-frequency)의 제어가 가능하도록 한 고주파대역 EMI(Elecfromagnetic Interference)노이즈 필터 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to a Ni-Cu-Zn-based ferrite composition for manufacturing a high frequency band noise filter, and a small amount of Mn 2 O 3 and Co 2 O 3 are added to the Ni-Cu-Zn-based basic composition, respectively, at the same time. The present invention relates to a high frequency electromagnetic interference (EMI) noise filter composition which enables improvement and control of a cut-off frequency.
최근 전자통신기술의 급속한 발달과 정보통신기기의 보급확대에 의해 전자파를 사용하는 기기가 다양화되고 고도화됨에 따라 전파환경이 현저히 악화되었고 이러한 전파환경의 악화에 의해서 일상생활에 미치는 악영향의 종류와 정도가 심화되고 있는 실정이다.Recently, due to the rapid development of electronic communication technology and the expansion of information communication equipment, the use of electromagnetic waves has diversified and advanced, and the radio environment has been significantly deteriorated. Is intensifying.
이에 따라, 최근에는 EMI대책 또는 불요전자파에 대한 대책의 일환으로 회로, 전파전송 및 재료개발등의 종합적인 검토와 연구가 활발하게 진행되고 있다.Accordingly, in recent years, comprehensive reviews and researches on circuits, radio wave transmission, and material development have been actively conducted as part of countermeasures against EMI or unnecessary electromagnetic waves.
EMI대책의 대표적인 형태로 전자실드(Electromagnetic Shielding)를 들 수 있는데, 전자실드란 매질공간을 전자기적으로 분리하는 것으로 의미하는 것으로 전송되는 전자에너지를 억제하는 것을 말한다.Electromagnetic shielding is a representative form of EMI measures, which mean electromagnetic separation of media space and suppress transmission of electronic energy.
이와 같은 전자실드 효과와 관련된 구체적인 실시형태는 접지(Grounding), 차폐(Shielding) 및 여과(Filtering)의 3가지로 분류된다.Specific embodiments related to such an electron shielding effect are classified into three categories: grounding, shielding, and filtering.
이들 중에서 특히 필터는 장치 경계면에서의 전자파 잡음 제거장치를 총칭하는 것으로 필터는 그 용도에 따라 전원용과 신호용으로 구분되며 선별 주파수에 따라 하이패스(High pass), 로우패스(Low pass), 밴드패스(Band pass) 및 밴드리젝트(Band reject)의 4가지로 분류되는데, 특히 필터는 단독으로 사용되는 경우에 비해 접지나 차폐등과 조합하여 함께 사용될 때 한층 상승된 효과를 나타내는 것으로 알려져 있다.Among them, the filter is a general term for the electromagnetic noise canceling device at the interface of the device. The filter is divided into the power supply and the signal according to its use, and the high pass, low pass and band pass ( Band pass and band reject are classified into four types. In particular, the filter is known to have a much higher effect when used in combination with grounding or shielding, compared to the case where the filter is used alone.
한편, 페라이트의 응용에 대한 연구는 지난 수십년간 활발하게 진행되어 왔는데, 이러한 페라이트 재료를 응용한 종래의 연구는 높은 투자율과 낮은 손실특성을 갖는 연질페라이트의 개발에 중점을 두어 행해져 왔는 바, 이는 페라이트가 주로 인덕터용 재료로 사용되어 왔기 때문이다.On the other hand, the research on the application of ferrite has been actively conducted for several decades, and the conventional research applying the ferrite material has been focused on the development of soft ferrite with high permeability and low loss characteristics. Is mainly used as an inductor material.
그러나, 최근에는 전자파 장애(EMI)를 방지하기 위한 전자기적 손실재료의 개발 필요성이 대두되어 고손실 페라이트의 개발에 관심이 모아지고 있는 실정이다.However, in recent years, the need for the development of electromagnetic loss materials to prevent electromagnetic interference (EMI) has emerged, the situation is attracting attention to the development of high-loss ferrite.
고손실 페라이트는 노이즈를 반사하여 필터링하는 인덕터와는 달리 전자파를 흡수하여 노이즈를 열로 바꾸어 제거하는 특성을 지님에 따라 인덕터나 캐패시터에 의한 고손실 페라이트를 이용한 필터는 반사된 노이즈에 의한 EMI를 일으키지 않는 장점을 지니고 있다.Unlike inductors that reflect and filter noise, high-loss ferrite absorbs electromagnetic waves and removes them by converting them to heat. Therefore, filters using high-loss ferrite by inductors or capacitors do not cause EMI due to reflected noise. It has advantages.
그리고, 고손실 페라이트를 이용한 필터는 라인 시그널(line signal)에는 거의 영향을 미치지 않으면서 불요 노이즈만을 감쇠시키는 특성을 나타냄에 따라 가장 경제적인 노이즈 제거방법으로 알려져 있다.In addition, a filter using a high loss ferrite is known to be the most economical noise removal method as it exhibits a characteristic of attenuating only unwanted noise with little effect on a line signal.
고손실 페라이트를 이용한 로우패스필터(Low pass filter)는 기준주파수 이하만을 통과시키며 이때의 기준주파수를 노이즈제거 주파수(cut-off-frequency)라 하며 입력파워레벨(power level)이 50%(-3dB)로 감소되는 주파수로 정의된다.Low pass filter using high loss ferrite passes only below the reference frequency and the reference frequency is called cut-off-frequency and the input power level is 50% (-3dB). Is defined as the frequency reduced by
페라이트 필터의 종류로는 기본적으로 페라이트 토로이탈(toroidal) 형태의 방사 노이즈 제거용, 사각모양의 페라이트에 여러개의 구멍을 형성한 커넥터용, 리드선이 페라이트 코어내부로 통과되어 결합된 비드형태 및 페라이트와 유전체를 접합하여 페라이트 비드와 관통형 콘덴서를 함께 사용한 효과를 나타내는 것(Pisection filter, Distributed filter)등 여러가지 형태의 제품이 실용화되고 있다.Types of ferrite filters are basically for removing ferrite toroidal radiation noise, for connectors with multiple holes in rectangular ferrite, bead type and ferrite with lead wires passed through the ferrite core. Various types of products have been put into practical use, such as the use of a ferrite bead and a through capacitor in combination with a dielectric (Pisection filter, Distributed filter).
또한, 최근의 전자기기는 디지xkf 회로의 도입으로 고기능화가 급속 진행되고, 대량의 데이타를 동시에 처리하기 위해 고속화가 필요하게 됨에 따라 노이즈발생 레벨이 증대됨과 아울러 노이즈발생 주파수의 상한이 확대되어 고주파대역에서 사용가능한 필터의 개발이 요구되고 있다.In addition, the recent advance in high functionalization with the introduction of the digital xkf circuit and the need for high speed to process a large amount of data at the same time increases the noise generation level and increases the upper limit of the noise generation frequency. There is a need for the development of filters that can be used in.
이와같은 최근의 추세에 따라 필터는 부피가 작고 표면실장이 가능하면서 고속신호에서 우수한 성능을 발휘하는 칩형태에 관심이 모아지고 있다.As a result of these recent trends, the filter has been attracting attention in the form of a chip that is small in volume and can be surface mounted and shows excellent performance in a high speed signal.
따라서, 본 발명은 고주파대역에서 높은 임피던스와 손실특성을 유지하면서도 노이즈제거 주파수의 제어가 가능한 필터조성으로서의 Ni-Cu-Zn계를 기본조성으로 하여 MnO2와 Co2O3가 소량 첨가되어 이루어진 고주파대역 EMI 노이즈 필터 조성물을 제공하는데 목적이 있다.Therefore, the present invention is based on the Ni-Cu-Zn system as a filter composition capable of controlling the noise rejection frequency while maintaining high impedance and loss characteristics in the high frequency band, and a small amount of MnO 2 and Co 2 O 3 are added. It is an object to provide a band EMI noise filter composition.
본 발명의 필터 조성에서 Ni-Cu-Zn계 기본 조성에 첨가제로 소량 첨가되는 Mn2O3와 Co2O3는 단독 또는 조함하여 첨가되는데 이때 Mn2O3나 Co2O3의 단독첨가시 첨가범위는 0.2∼3.0wt%가 바람직하며 이들 두 첨가원소가 조합되 첨가되는 경우 Mn2O30.2∼3.0wt%, Co2O3 0.2∼3.0wt%의 범위가 적절하다.In the filter composition of the present invention, a small amount of Mn 2 O 3 and Co 2 O 3 added as additives to the Ni-Cu-Zn-based base composition are added alone or in combination, where Mn 2 O 3 or Co 2 O 3 is added alone. The addition range is preferably 0.2 to 3.0 wt%, and when these two additive elements are added in combination, the range of 0.2 to 3.0 wt% Mn 2 O 3 and 0.2 to 3.0 wt% Co 2 O 3 is appropriate.
첨가원소인 Mn2O3와 Co2O3의 특성을 설명하면 다음과 같다.The characteristics of the additive elements Mn 2 O 3 and Co 2 O 3 are as follows.
페라이트의 투자율(μ)은 포화자화(Ms)의 자승에 비례하므로 자기모멘트가 큰 물질의 첨가로 투자율이 증가되나 와전류 손실이 큰 경우에는 투자율이 감소되기도 하는 것으로 이러한 특성을 고려하여 본 발명에서는 자기모멘트가 크고 비저항을 증가시키는 재료로 알려진 Mn2O3를 첨가제로 선택하였다.Since the permeability of ferrite (μ) is proportional to the square of the saturation magnetization (Ms), the permeability is increased by the addition of a material having a large magnetic moment, but the permeability is decreased when the eddy current loss is large. Mn 2 O 3 , known as a material having a large moment and increasing specific resistance, was selected as an additive.
Mn2O3의 최적 첨가범위를 알아보기 위하여 Mn2O3의 첨가량을 변화시켜 가면서 초투자율에 대한 측정을 행하였던 바, Mn2O3를 1wt% 첨가할때까지 초투자율이 증가하드가 Mn2O3의 첨가량이 1wt%를 초과하게 되면 오히려 초투자율이 감소한다는 사실을 발견하였다.Mn 2 O In order to examine the optimal addition of from 3 who perform the measurements on going by changing the addition amount of Mn 2 O 3 in the initial permeability bar, Mn 2 O 3 is the initial permeability is increased hard until the addition of 1wt% Mn It was found that when the added amount of 2 O 3 exceeds 1 wt%, the initial permeability decreases.
이때, Mn2O3의 첨가에 의해 초투자율이 증가하게 되는 이유는 Mn3+가 옥타사이트(Octa Site)의 Ni2+이온을 치환함에 따른 포화자화의 증가로 투자율이 증가하기 때문이며, 이에 반하여 Mn2O3가 2wt% 이상 첨가될 때 초투자율이 감소되는 것은 미세구조에 의한 영향이 Mn3+의 치환에 의한 포화자화의 증가효과보다 우세하기 때문이다.The reason why the initial permeability is increased by the addition of Mn 2 O 3 is that the permeability increases due to the increase in saturation magnetization as Mn 3+ substitutes for the Ni 2+ ions of the octasite. The initial permeability decreases when Mn 2 O 3 is added 2wt% or more because the effect of the microstructure is superior to the increase effect of saturation magnetization by the substitution of Mn 3+ .
Mn2O3의 첨가에 의해 공진주파수(fr : 투자율 허수 즉, μ가 최대인 주파수)나 그 이하의 주파수에서의 복수투자율값은 변화되지 않고, 다만 공진주파수 이상에서의 복수투자율값만 Mn2O3의 첨가에 의한 초투자율의 변화와 동일하게 변화한다.The addition of Mn 2 O 3 does not change the plural permeability value at the resonant frequency (fr: permeability imaginary, ie, the frequency at which μ is the maximum) or less, but only the multi permeability value above the resonant frequency Mn 2. the same change with the change of the initial permeability by the addition of O 3.
이와같은 복수투자율의 변화는 Mn2O3를 첨가하면 임피던스가 고주파(10㎒∼)에서는 변화가 없고 저주파(1∼9㎒)에서만 변화하게 된다.Such a change in the multi-permeability, when Mn 2 O 3 is added, the impedance does not change at high frequencies (10 MHz to 10 MHz) and changes only at low frequencies (1 to 9 MHz).
본 발명에서는 Mn2O3를 첨가하므로서 손실을 증가시키면서 동시에 낮은 주파수대에서만 임피던스를 변화시켜 노이즈제거 주파수(cut-off frequency)를 조절할 수 있는 바, 이때 Mn2O3의 최적 첨가범위는 0.2∼3wt%이다.In the present invention, by adding Mn 2 O 3 to increase the loss and at the same time can change the impedance in the low frequency band only to control the noise cut-off frequency (cut-off frequency), where the optimum range of Mn 2 O 3 is 0.2 ~ 3wt %to be.
한편, 고주파대역 노이즈 필터 제조시 손실과 투자율의 제어뿐만 아니라 노이즈제거 주파수의 제어도 중요하게 작용한다.On the other hand, the control of the noise removal frequency as well as the control of the loss and permeability when manufacturing a high frequency band noise filter is important.
이에 따라, 본 발명은 Ni-Cu-Zn계 페라이트 기본조성에 Co2O3를 0.2∼3wt% 첨가하여 자구벽(domain wall)의 안정화에 의한 투자율의 감소효과를 공진주파수가 고주파대역으로 이동하도록 하여 노이즈제거 주파수를 고주파대역으로 조절가능하도록 하고 있다.Accordingly, the present invention adds 0.2 to 3 wt% of Co 2 O 3 to the Ni-Cu-Zn-based ferrite base composition so that the resonance frequency can be shifted to the high frequency band by reducing the magnetic permeability. The noise canceling frequency can be adjusted to a high frequency band.
그리고, Ni-Cu-Zn 페라이트 원료조성에 Mn2O3 0.2∼3wt%와 Co2O30.2∼3wt%를 첨가하는 경우에는 상대손실계수(Loss factor)와 삽입감쇠의 주파수분산이 일어나며 Mn2O3와 Co2O3를 동시에 첨가하므로서 Co2O3만을 단독으로 첨가하는 경우에 비해 상대손실계수는 증가하고 노이즈제거 주파수는 Mn2O3만을 첨가하는 경우에 비해 보다 고주파대역으로 이동가능하다.In addition, when 0.2 to 3 wt% of Mn2O3 and 0.2 to 3 wt% of Co 2 O 3 are added to the Ni-Cu-Zn ferrite raw material composition, the relative loss factor and frequency attenuation of insertion attenuation occur, and Mn 2 O 3 and By adding Co 2 O 3 at the same time, the relative loss coefficient is increased compared to the case where only Co 2 O 3 is added alone, and the noise removal frequency can be moved to a higher frequency band than when only Mn 2 O 3 is added.
이상과 같이 본 발명은 Ni-Cu-Zn계 페라이트 원료조성에 Mn2O3나 Co2O3를 첨가하여 고주파대역(＜10㎒)에서 높은 임피던스 및 손실특성을 유지하면서도 소정의 주파수대역으로 노이즈제거 주파수의 이동이 가능하며, Mn2O3와 Co2O3를 동시에 첨가하는 경우에는 투자율과 손실증가의 효과와 Co2O3에 의한 공진주파수 상승의 효과를 발휘하게 된다.As described above, the present invention adds Mn 2 O 3 or Co 2 O 3 to the Ni-Cu-Zn-based ferrite raw material composition to maintain noise at a predetermined frequency band while maintaining high impedance and loss characteristics in the high frequency band (<10 MHz). The removal frequency can be shifted, and when Mn 2 O 3 and Co 2 O 3 are added at the same time, the permeability and the loss are increased and the resonance frequency is increased by Co 2 O 3 .
본 발명의 실시예는 다음과 같다.Embodiments of the present invention are as follows.
[실시예]EXAMPLE
원료조성으로 고순도, 극미립자의 Fe2O349.06몰%, ZnO 20.31몰%, CuO 5.73몰%과 Mn2O3및 Co2O3를 아래의 표 1에 나타나 있는 시편의 조성이 되도록 평량하여 혼합하였다.As a raw material composition, 49.06 mol% of Fe 2 O 3 , 20.31 mol% of ZnO, 5.73 mol% of CuO and Mn 2 O 3 and Co 2 O 3 of high purity and ultra fine particles are weighed to obtain the composition of the specimen shown in Table 1 below. Mixed.
[표 1. 시편조성][Table 1. Specimen Composition]
상기 혼합원료조성 및 에탄올과 강구(steel ball)를 무게비가 1 : 2 : 3이 되도록 조합하여 24 시간동안 180rpm으로 혼합한 후 80℃의 오븐에서 10시간 건조하였다.The mixed raw material composition and the ethanol and steel ball (steel ball) were combined so that the weight ratio is 1: 2: 3 at 180rpm for 24 hours and then dried in an oven at 80 ℃.
다음, 건조된 시료를 70℃에서 2시간 동안의 하소한 후 5wt% PVA 수용액을 1wt% 첨가하여 24시간 동안 재분쇄한 후 건조하였다.Next, the dried sample was calcined at 70 ° C. for 2 hours, and then, 1 wt% of 5 wt% PVA aqueous solution was added thereto, followed by regrinding for 24 hours, followed by drying.
건조가 완료된 분말을 650㎏/㎠ 압력으로 성형한 후 1050℃의 대기 분위기로 2시간 동안 소결하여 동축형(coaxial), 토로이달(toroidal) 및 원판(disk) 형태의 시편을 제작하였다.The dried powder was molded at 650 kg / cm 2 pressure and then sintered for 2 hours in an atmosphere of 1050 ° C. to prepare specimens in the form of coaxial, toroidal, and disk.
토로이달 시편에 0.35㎜의 에나멜선을 20회 감은 후 임피던스 애널라이저(impedance analyzer)(HP 4194A)를 사용하여 인덕턴스를 측정한 후 계산에 의해 초투자율을 구하였으며, 복소투자율은 동축형 시편에 대해 네트워크 애널라이저(Network analyzer)(HP 3577A)를 이용하여 동축선법으로 측정하였는바, 그 측정결과는 아래의 표 2와 같다.After winding 0.35mm enameled wire 20 times on the toroidal specimen, the inductance was measured using an impedance analyzer (HP 4194A), and the ultra-permeability was calculated by calculation. It was measured by the coaxial method using a network analyzer (HP 3577A), the measurement results are shown in Table 2 below.
[표 2. 시편의 특성, 컷-오프(cut-off)주파수 및 삽입손실][Table 2. Specimen Characteristics, Cut-off Frequency and Insertion Loss]
필터크기 : 내경 1.3㎜Filter size: 1.3mm inside diameter
외경 3.5㎜Ø 3.5 mm
길이 10㎜10mm in length
상기 표 1과 표 2에서 시편 Z1 내지 Z8은 Ni-Cu-Zn 페라이트 조성만으로 이루어진 비교예 시편이고, 시편 M1 내지 M4는 Cu-Ni-Zn 기본조성에 Mn2O3가 소량 첨가된 본 발명 시편이며, 시편 C1 내지 C4는 Ni-Cu-Zn 기본조성에 Co2O3가 소량 첨가된 본 발명 시편이고, MC1과 MC2는 Cu-Ni-Zn 기본조성에 Mn2O3가 조합하여 소량첨가된 본 발명 시편이다.In Table 1 and Table 2, the specimens Z1 to Z8 are comparative examples made of only Ni-Cu-Zn ferrite composition, and the specimens M1 to M4 are the present invention specimens in which a small amount of Mn 2 O 3 is added to the basic composition of Cu-Ni-Zn. Specimen C1 to C4 are the specimens of the present invention in which a small amount of Co 2 O 3 is added to the Ni-Cu-Zn basic composition, and MC1 and MC2 are small amounts added by combining Mn 2 O 3 with the Cu-Ni-Zn basic composition. Invention specimens.
한편, 제1a도 내지 제1r도는 각 시편의 주파수 변화에 의한 임피던스(Z), 페라이트에 작용하는 리액턴스(XL) 및 저항값(R)을 보인 것이며, 제2a도 내지 제2e도는 각 시편의 주파수 변화에 의한 삽입손실(insertion loss in db)을 나타내고 있다.1A to 1R show the impedance Z due to the frequency change of each specimen, the reactance X L acting on the ferrite, and the resistance value R, and FIGS. 2A to 2E show the specimens. Insertion loss in db due to frequency change is shown.
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