TW201530573A - 磁性體及使用其之電子部件 - Google Patents

Abstract

本發明之課題在於提供一種可同時提高絕緣電阻及填充性之新穎磁性體及使用此種磁性體之電子零件。 本發明之磁性體1係含有包含硫原子(S)之Fe-Si-M系軟磁性合金(其中，M為比Fe容易氧化之金屬元素)，較佳為含有0.004~0.012wt%之S、1.5~7.5wt%之Si、及2~8wt%之金屬M之磁性粒子11彼此經由氧化膜12相互結合而成。

Description

磁性體及使用其之電子部件

本發明係關於一種可於線圈、電感器等電子零件中主要用作磁心之磁性體及使用該磁性體之電子零件。

電感器、扼流線圈、變壓器等電子零件(所謂之線圈零件、電感零件)包含作為磁心之磁性體、及形成於上述磁性體之內部或表面之線圈。作為磁性體之材料，一般使用Ni-Cu-Zn系鐵氧體等鐵氧體。

近年來，對此種電子零件要求大電流化(係指額定電流之高值化)，為了滿足該要求，研究將磁性體之材料自先前之鐵氧體替換為Fe-Cr-Si合金。Fe-Cr-Si合金或Fe-Al-Si合金之材料本身之飽和磁通密度高於鐵氧體。但另一方面，材料本身之體積電阻率遠遠低於先前之鐵氧體。

專利文獻1中，旨在指出為了獲得絕緣性與強度，重要的是於磁性材料間填滿玻璃。專利文獻2中，揭示有於磁性材料之表面形成氧化膜，成形後再次形成氧化膜之內容。並且旨在指出，自確保絕緣性之觀點而言，重要的是使氧化膜較厚。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開2010-62424號公報

[專利文獻2]日本專利特開2007-299871號公報

然而，於上述各專利文獻之技術中，為了確保絕緣性，必須使玻璃或氧化膜充分地厚，此種情況會妨礙填充性之提高，結果制約零件之小型化。

考慮到該等情況，本發明之課題在於提供一種可同時提高絕緣電阻及填充性之新磁性體、及使用此種磁性體之電子零件。

本發明者等人經過努力研究，結果完成如下本發明。

(1)一種磁性體，其係含有包含硫原子(S)之Fe-Si-M系軟磁性合金(其中，M為比Fe容易氧化之金屬元素)之磁性粒子彼此經由氧化膜相互結合而成。

(2)如(1)之磁性體，其含有0.004~0.012wt%之S。

(3)如(1)或(2)之磁性體，其由1.5~7.5wt%之Si、2~8wt%之金屬M、S、Fe、氧原子及不可避免之雜質組成。

(4)如(1)至(3)之磁性體，其視密度為5.7~7.2g/cm³。

(5)如(1)至(4)之磁性體，其中金屬M為Cr或Al。

(6)如(1)至(5)之磁性體，其中上述磁性粒子係利用霧化法製造而成。

(7)如(1)至(5)之磁性體，其中上述磁性粒子係利用霧化法而製造，且於利用上述霧化法製造時添加S而成。

(8)如(1)至(7)之磁性體，其中上述氧化膜包含磁性粒子本身之氧化物，且經由上述氧化膜之結合係藉由熱處理而完成。

(9)一種電子零件，其含有包含如(1)至(8)之磁性體之磁心。

根據本發明，藉由添加硫可提高絕緣性，結果提供一種即便於形成直接安裝型電極之情形時，亦難以產生鍍敷延伸，可高精度地形成電極之磁性體。自可維持絕緣性且提高成形密度之方面而言，期待提高熱處理中之磁導率，結果有助於電子零件之小型化。經確認，藉由添加硫，即便為較低之熱處理溫度，亦可表現出磁導率提高效果。因此，熱處理所需之熱量可較少，例如，藉由維持熱處理溫度且縮短保持時間等操作，可期待熱處理時間之縮短、甚至生產性之提高。

1‧‧‧磁性體

11‧‧‧磁性粒子

12‧‧‧氧化膜

21‧‧‧金屬粒子彼此之結合部

22‧‧‧經由氧化膜之結合部

30‧‧‧空隙

圖1係模式性地表示本發明之磁性體之微細結構之剖面圖。

以下，一面適當參照圖式一面對本發明進行詳細說明。但，本發明並不限定於圖示之態樣，又，圖式中存在強調表現發明之特徵性部分之情況，故而未必能確保圖式各部分中之縮小比例之正確性。

圖1係模式性地表示本發明之磁性體之微細結構之剖面圖。本發明中，磁性體1自微觀上來看，可理解為原本獨立之多個磁性粒子11彼此結合而成之集合體，各個磁性粒子11遍及其大概整個周圍形成有氧化膜12，藉由該氧化膜12而確保磁性體1之絕緣性。鄰接之磁性粒子11彼此主要經由位於各磁性粒子11周圍之氧化膜12而結合，結果構成具有一定形狀之磁性體1。根據本發明，鄰接之磁性粒子11亦可部分地如符號21表示般使金屬部分彼此結合。先前之磁性體係使用在經硬化之有機樹脂之基質中分散有磁性粒子或數個程度之磁性粒子之結合體之磁性體、或在經硬化之玻璃成分之基質中分散有磁性粒子或數個程度之磁性粒子之結合體之磁性體。於本發明中，較佳為實質上不存在包含有機樹脂之基質及包含玻璃成分之基質。

各個磁性粒子11主要由特定之軟磁性合金構成。本發明中，磁性粒子11包含Fe-Si-M系軟磁性合金，該合金進而包含硫(S)作為必須成 分。此處，M為比Fe容易氧化之金屬元素，典型而言，可列舉Cr(鉻)、Al(鋁)、Ti(鈦)等，較佳為Cr或Al。

磁性體1中之Si之含有率較佳為1.5~7.5wt%。若Si之含量較多，則自高電阻、高磁導率之方面而言較佳，若Si之含量較少，則成形性良好，考慮到該等情況而提出上述較佳範圍。

磁性體1中之上述金屬M之含有率較佳為2.0~8.0wt%。若金屬M之含量較多，則自高電阻、高磁導率之方面而言較佳，若金屬M之含量較少，則成形性良好。金屬M之存在自熱處理時形成鈍態而抑制過度氧化並且表現強度及絕緣電阻之方面而言較佳，另一方面，自提高磁特性之觀點而言，較佳為M較少，考慮到該等情況而提出上述較佳範圍。

磁性體1中之S之含有率較佳為0.004~0.012wt%。若為上述範圍，則可用較高之水準兼具絕緣性與磁導率，結果有助於電子零件之小型化。

磁性體1中，Si、金屬M、S、氧原子以外之剩餘部分較佳為除了不可避免之雜質以外為Fe。氧原子主要指存在於氧化膜12中之氧原子，重量極其微量。作為除了Fe、Si及M以外亦可含有之金屬元素，可列舉Mn(錳)、Co(鈷)、Ni(鎳)、Cu(銅)等。

又，磁性粒子亦可列舉使用不同組成之磁性粒子或不同粒度分佈之磁性粒子之混合粉之方法。

關於磁性體1之化學組成，例如可使用掃描式電子顯微鏡(SEM，Scanning Electron Microscope)對磁性體1之剖面進行拍攝，藉由利用能量分散型X射線分析(EDS，Energy Dispersive X-ray Spectroscopy)之ZAF法而算出。

構成磁性體1之各個磁性粒子11於其周圍形成有氧化膜12。氧化膜12可於形成磁性體1前之原料粒子之階段形成，亦可於原料粒子之 階段不存在氧化膜或存在極少之氧化膜，而於成形過程中生成氧化膜。較佳為氧化膜12包含磁性粒子11其本身之氧化物。換言之，為了形成氧化膜，較佳為不另外添加上述合金以外之材料。於對成形前之磁性粒子實施熱處理而獲得磁性體1時，較佳為使磁性粒子之表面之部分發生氧化而生成氧化膜12，經由該生成之氧化膜12使複數個磁性粒子11結合。氧化膜12之存在可於掃描式電子顯微鏡(SEM)之3000倍程度之拍攝圖像中作為對比度(明亮度)之差異而被認識到。藉由氧化膜12之存在，可確保作為磁性體整體之絕緣性。

於氧化膜12中，較佳為上述M表示之金屬元素相對於Fe元素之莫耳比大於磁性粒子11。為了獲得此種構成之氧化膜12，可列舉如下等方法：讓用以獲得磁性體之原料粒子中儘量少含Fe之氧化物或儘量不含Fe之氧化物，於獲得磁性體1之過程中，藉由加熱處理等使合金之表面之部分發生氧化。藉由此種處理，選擇性地使比Fe容易氧化之金屬M氧化，結果氧化膜12中金屬M相對於Fe之莫耳比相對大於磁性粒子11中金屬M相對於Fe之莫耳比。藉由使氧化膜12中M所表示之金屬元素之含量多於Fe元素，具有抑制合金粒子之過度氧化之優點。

對磁性體1中之氧化膜12之化學組成進行測定之方法如下所述。首先，進行使磁性體1斷裂等操作，露出其剖面。繼而，藉由離子研磨等形成平滑面，利用掃描式電子顯微鏡(SEM)進行拍攝，藉由能量分散型X射線分析(EDS)，以ZAF法算出氧化膜12之部分。

於磁性體1中，粒子彼此之結合部主要為經由氧化膜12之結合部22。經由氧化膜12之結合部22之存在例如可藉由如下等方式而明確地判斷：於放大約3000倍之SEM觀察圖像等中，視認到鄰接之磁性粒子11所具有之氧化膜12為相同相。藉由經由氧化膜12之結合部22之存在，可謀求機械強度與絕緣性之提高。較佳為遍及磁性體1整體，經由鄰接之磁性粒子11所具有之氧化膜12而結合，即便部分結合，亦可 謀求機械強度與絕緣性之相應提高，此種形態亦可謂本發明之一個態樣。又，亦可部分如符號21表示般，不經由氧化膜12結合，而存在磁性粒子11彼此之結合。進而，鄰接之磁性粒子11亦可既不存在經由氧化膜12之結合部，亦不存在磁性粒子11彼此之結合部21，而僅部分存在不過是物理性地接觸或接近之形態。

為了產生經由氧化膜12之結合部22，例如可列舉如下方法等：當製造磁性體1時，於存在氧之環境下(例如空氣中)，以下述特定之溫度進行熱處理。

上述磁性粒子11彼此之結合部21之存在例如可於放大約3000倍之SEM觀察圖像(剖面照片)中視認。藉由磁性粒子11彼此之結合部21之存在而謀求磁導率之提高。

為了產生磁性粒子11彼此之結合部21，例如可列舉如下等方法：使用氧化膜較少之粒子作為原料粒子，或於用以製造磁性體1之熱處理中以下述方式調節溫度或氧分壓，或調節自原料粒子獲得磁性體1時之成形密度。

用作原料之磁性粒子(以下亦稱為原料粒子)之合金組成反映為最終獲得之磁性體中之合金組成。因此，可根據最終欲獲得之磁性體之合金組成，適當選擇原料粒子之合金組成，其較佳之組成範圍與上述磁性體之較佳之組成範圍相同。

各個原料粒子之尺寸實質上等同於最終獲得之磁性體中構成磁性體1之粒子之尺寸。作為原料粒子之尺寸，若考慮到磁導率與粒內渦電流損失，則d50較佳為2~30μm。原料粒子之d50可藉由利用雷射繞射/散射之測定裝置而測定。

用作原料之磁性粒子較佳為利用霧化法而製造。於霧化法中，向高頻熔解爐中添加成為主要原材料之Fe、Cr(鉻鐵)、Si及FeS(硫化鐵)而使該等原材料熔解。此處，確認主成分之重量比及S之重量比。 S之重量比係藉由下述燃燒紅外吸收法而測定。自該結果進行反饋，以S之重量比成為最終欲獲得之重量比之方式進而添加FeS，藉由該方式調節S之量。將以此種方式獲得之材料利用水霧化進行噴霧，從而可獲得磁性粒子。

於上述燃燒紅外吸收法中，在高頻感應加熱爐中一面通入純氧一面加熱至高溫而使測定試樣燃燒。利用氧氣流，將藉由燃燒自S獲得之二氧化硫(SO₂)送出，並利用紅外線吸收法測定其量。根據本發明者等人之確認，亦可對成形後之磁性體利用該方法測定S之量，成形前後包含S在內之各元素之組成比未發生變化。於成形時實施熱處理之情形時，認為磁性粒子11之一部分發生氧化，但重量比率之變化係無法感知到之極微量。

自原料粒子獲得成形體之方法並無特別限定，可適當採用粒子成形體製造中之公知方法。以下，作為典型之製造方法，對使原料粒子於非加熱條件下成形後供於加熱處理之方法進行說明。本發明中，並不限定於該製法。

使原料粒子於非加熱條件下成形時，較佳為添加有機樹脂作為黏合劑。作為有機樹脂，自熱處理後難以殘留黏合劑之方面而言，較佳為使用包含熱分解溫度為500℃以下之丙烯酸系樹脂、丁醛樹脂、乙烯樹脂等之有機樹脂。成形時亦可添加公知之潤滑劑。作為潤滑劑，可列舉有機酸鹽等，具體而言，可列舉硬脂酸鋅、硬脂酸鈣等。潤滑劑之量相對於原料粒子100重量份，較佳為0~1.5重量份。所謂潤滑劑之量為零，係指不使用潤滑劑。於對原料粒子任意添加黏合劑及/或潤滑劑並攪拌後成形為所需之形狀。成形時，例如可列舉施加1~30t/cm²之壓力之方法等。

對熱處理之較佳態樣進行說明。

熱處理較佳為於氧化環境下進行。更具體而言，加熱中之氧濃 度較佳為1%以上，藉此容易產生經由氧化膜之結合部22。氧濃度之上限並無特別限定，考慮到製造成本等，可列舉空氣中之氧濃度(約21%)。關於加熱溫度，自磁性粒子11本身發生氧化而生成氧化膜12，容易經由該氧化膜12而產生結合之觀點而言，較佳為600~800℃。就容易產生經由氧化膜12之結合部22之觀點而言，加熱時間較佳為0.5~3小時。

藉由加熱獲得之磁性體1之視密度較佳為5.7~7.2g/cm³。視密度係藉由依據JIS R1620-1995之氣體置換法而測定。視密度可主要藉由上述成形壓力進行調節。若視密度為上述範圍內，則可兼具高磁導率與高電阻。再者，磁性體1內亦可存在空隙30。

可將以此種方式獲得之磁性體1用作各種電子零件之磁心。例如，亦可藉由在本發明之磁性體之周圍捲繞絕緣被覆導線而形成線圈。或者，亦可用公知之方法形成包含上述原料粒子之生片，並利用印刷等在生片形成特定圖案之導體膏後，藉由積層印刷過之生片並進行加壓而成形，繼而於上述條件下實施熱處理，藉由該方式獲得於本發明之磁性體之內部形成線圈而成之電子零件(電感器)。此外，藉由將本發明之磁性體用作磁心並於其內部或表面形成線圈，可獲得各種電子零件。電子零件可為表面安裝型或通孔安裝型等各種安裝形態，關於自磁性體獲得電子零件之方法，可參考下述實施例之記載，又，亦可適當採用電子零件領域中之公知之製造手法。

以下，利用實施例對本發明進行更加具體之說明。但，本發明並不限定於該等實施例所記載之態樣。

(磁性粒子)

利用霧化法製備磁性粒子。於霧化法中，將Fe、Cr(鉻鐵)、Si、Al、FeS作為原料。磁性粒子之組成及粒徑如表1中之記載所示。關於組成，藉由燃燒紅外吸收法進行確認，表1中之記載以外之成分全部 為Fe。

(磁性體之製造)

將該原料粒子100重量份與熱分解溫度為400℃之丙烯酸系黏合劑1.5重量份一併攪拌混合，並添加0.5重量份之硬脂酸鋅作為潤滑劑。其後，以表1記載之成形壓力成形為環形形狀，於氧濃度20.6%之氧化環境中以650℃進行1小時熱處理，獲得磁性體。

(評價)

利用燃燒紅外吸收法對各磁性體測定組成，經確認直接反映磁性粒子之組成。

對各磁性體進行SEM觀察，經確認磁性粒子經由氧化膜相互結合。

視密度係利用依據JIS R1620-1995之氣體置換法而測定。

作為鍍敷性之評價，自磁性體之端部，利用鍍銀製作0.3mm長之電極，將產生鍍敷延伸，結果電極長度變為0.35mm以上之情況評價為×，否則便評價為○。

製造各磁性體時，於成形後(熱處理前)及熱處理後測定磁導率 μ。若熱處理後之μ比熱處理前之μ大5%以上，則μ評價為○，否則便評價為×。

將各評價結果記載於表2。

1‧‧‧磁性體

11‧‧‧磁性粒子

12‧‧‧氧化膜

21‧‧‧金屬粒子彼此之結合部

22‧‧‧經由氧化膜之結合部

30‧‧‧空隙

Claims (9)

1. 一種磁性體，其係含有包含硫原子(S)之Fe-Si-M系軟磁性合金(其中，M為比Fe容易氧化之金屬元素)之磁性粒子彼此經由氧化膜相互結合而成。
2. 如請求項1之磁性體，其含有0.004~0.012wt%之S。
3. 如請求項1或2之磁性體，其由1.5~7.5wt%之Si、2~8wt%之金屬M、S、Fe、氧原子及不可避免之雜質組成。
4. 如請求項2之磁性體，其視密度為5.7~7.2g/cm³。
5. 如請求項2之磁性體，其中金屬M為Cr或Al。
6. 如請求項2之磁性體，其中上述磁性粒子係利用霧化法製造而成。
7. 如請求項2之磁性體，其中上述磁性粒子係利用霧化法而製造，且於利用上述霧化法製造時添加S而成。
8. 如請求項2之磁性體，其中上述氧化膜包含磁性粒子本身之氧化物，且經由上述氧化膜之結合係藉由熱處理而完成。
9. 一種電子零件，其含有包含如請求項1至8中任一項之磁性體之磁心。