TW202243583A - 磁性複合體 - Google Patents

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石井一隆
安賀康二
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日商保德科技股份有限公司
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Abstract

提供一種包括緻密且膜厚較厚、磁性特性及電性特性優異、而且密合性良好的鐵氧體層之磁性複合體。 這種磁性複合體,其為包括樹脂基材、和設置在前述樹脂基材的表面上的鐵氧體層之磁性複合體,其中前述樹脂基材的厚度(d R)為10μm以上,前述鐵氧體層的厚度(d F)為2.0μm以上且以尖晶石型鐵氧體為主要成分,在X射線繞射分析中(222)面的積分強度(I 222)相對於(311)面的積分強度(I 311)的比例(I 222/ I 311)為0.00以上0.03以下。

Description

磁性複合體
本發明係有關於一種磁性複合體。
近年來隨著電子情報通訊技術的急速發展,在電磁波的使用迅速增加的同時,所使用的電磁波也朝高頻化及寬頻化發展,具體而言,除了以行動電話(1.5、2.0GHz)和無線區域網路(LAN)(2.45GHz)為代表的準微波波段的系統以外,高速無線區域網路(65GHz)和防撞雷達(76.5 GHz)等的使用了毫米波段的電波的新系統也正在引進中。
隨著電磁波使用範圍的擴大及高頻化的發展,電磁雜訊所引起的電子設備故障和對人體的不利影響等電磁干擾的問題受到矚目,對於EMC對策的需求日益增加。作為EMC對策的一種手段,已知一種使用電磁波吸收體(電波吸收體)來吸收不需要的電磁波以防止其侵入的方法。
電磁波吸收體使用表現出導電損耗、介電損耗及/或磁性損耗的材料。大多會使用具有高磁導率和高電阻的鐵氧體(ferrite)作為表現出磁性損耗的材料。鐵氧體具有在特定的頻率下引起共振現象以吸收電磁波且將所吸收的電磁波能量轉化為熱能向外輻射的作用。目前提出了包含鐵氧體粉末和黏合劑樹脂的複合材料和鐵氧體薄膜作為使用鐵氧體的電磁波吸收體。再者,作為電磁波吸收體以外的用途,已知在基板上形成鐵氧體膜的技術。
例如,專利文獻1公開了一種電磁波吸收體,其特徵在於在由有機高分子所構成的基體上物理性蒸鍍強磁性體,且記載了該電磁波吸收體具有良好的電磁波吸收特性、體積小、重量輕、有可撓性、堅固(請求項1及[0008])。再者,專利文獻1記載了主要使用氧化物類軟磁性體作為強磁性體,且氧化物類軟磁性材料以鐵氧體為佳,並列舉出EB蒸鍍法、離子電鍍法、磁控濺鍍法、對向靶型磁控濺鍍法等作為物理蒸鍍法(第[0009]、[0010]及[0017]段)。
專利文獻2記載了一種樹脂和脆性材料的複合結構,其特徵在於在樹脂基材表面上形成由密合的黏著性材料所構成的基底層,且在此基底層上的全部或一部分上形成鐵氧體等多晶的脆性材料層(請求項1)。再者,專利文獻2記載了嘗試以微粒子束蒸鍍法在塑膠基板上噴射純度為99%以上的亞微米粒徑的鐵氧體微粒來形成結構,並研究了電波吸收效果,即使是鐵氧體這種脆性材料也穩定地複合於樹脂基材上(第[0036]及[0055]~[0059]段)。
專利文獻3公開了使用AD法或鐵氧體電鍍法製造電波吸收體(第[0020]~[0022]段)。具體而言,調配鐵氧體原料粉末以使得鐵氧體基材的組成為Ni 0.5Zn 0.5Fe 2O 4,且在用混合器混合之後,供應至噴嘴,並將腔室內的壓力調整成7Pa,從噴嘴的前端以5升/分鐘的流量將被氣溶膠化的鐵氧體原料粉末噴射到由聚醯亞胺樹脂所構成的基板上,進而製作出膜厚為5μm的鐵氧體基材,並藉由蝕刻處理在此鐵氧體基材中形成16個直徑為2μm的孔,以得到電波吸收體(第[0020]段)。 [現有技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1] 日本專利特開第2005-045193號公報 [專利文獻2] 日本專利特開第2006-175375號公報 [專利文獻3] 日本專利特開第2006-269675號公報
[發明所欲解決的問題]
雖然如以上所述提出了將在基板上形成含鐵氧體層而製作出的複合體應用於電磁波吸收體等的用途,然而在現有技術中仍存在改善的空間。例如,專利文獻1所提出的電磁波吸收體是藉由物理蒸鍍所形成的,在製造上難以將其形成厚膜,欲提升電磁波吸收特性等的磁性特性是有所極限的。再者,即使能夠形成厚膜,也存在膜容易從基板剝離的問題。在專利文獻2中,為了製作複合結構,需要預先在基材表面上以黏著材料來形成基底層。由於這種基底層的耐熱性差,因此存在複合結構缺乏熱穩定性的問題。再者,還存在製程變得複雜、製造困難的問題。 此外,在實施例中,使用細微的脆性材料微粒作為原料,存在所得到的脆性材料層的緻密性不足的問題。專利文獻3沒有公開鐵氧體原料粉末的粒徑等詳細的製造條件,也不清楚所得到的電波吸收體具有何種程度的緻密性及特性。
有鑑於上述問題,本發明人進行了深入研究。結果發現,在具有樹脂基材和鐵氧體層的磁性複合體中,鐵氧體層的結晶狀態很重要,藉由對其進行控制,能夠得到緻密且膜厚較厚、磁性特性及電性特性優異、而且密合性良好的鐵氧體層。
本發明係基於這種見解而完成的,以提供包括緻密且膜厚較厚、磁性特性及電性特性優異、而且密合性良好的鐵氧體層之磁性複合體為課題。 [用於解決問題的手段]
本發明包含下列(1)~(7)的樣態。另外,在本說明書中,「~」的表述包含其兩端的數值。亦即,「X~Y」的意思等同於「X以上Y以下」。
(1)一種磁性複合體,其為包括樹脂基材、和設置在前述樹脂基材的表面上的鐵氧體層之磁性複合體,其中前述樹脂基材的厚度(d R)為10μm以上,前述鐵氧體層的厚度(d F)為2.0μm以上且以尖晶石型鐵氧體為主要成分,在X射線繞射分析中(222)面的積分強度(I 222)相對於(311)面的積分強度(I 311)的比例(I 222/I 311)為0.00以上0.03以下。
(2)在上述(1)的磁性複合體中,前述鐵氧體層的α-Fe 2O 3含量為0.0質量%以上20.0質量%以下。
(3)在上述(1)或(2)的磁性複合體中,前述鐵氧體層含有鐵(Fe)及氧(O),且還含有選自由鋰(Li)、鎂(Mg)、鋁(Al)、鈦(Ti)、錳(Mn)、鋅(Zn)、鎳(Ni)、銅(Cu)及鈷(Co)所組成的群組中的至少一種元素。
(4)在上述(1)~(3)中任一項的磁性複合體中,前述鐵氧體層的表面算術平均高度(Sa)相對於其厚度(d F)的比例(Sa/d F)超過0.00且為0.20以下。
(5)在上述(1)~(4)中任一項的磁性複合體中,前述鐵氧體層具有含有鐵氧體構成成分且其餘為不可避免的雜質的組成。
(6)在上述(1)~(5)中任一項的磁性複合體中,構成前述樹脂基材的樹脂的比重為0.95g/cm 3以上。
(7)在上述(1)~(6)中任一項的磁性複合體中,構成前述樹脂基材的樹脂為選自由聚碳酸酯(PC)、聚醯亞胺(PI)、聚氯乙烯(PVC)、聚甲醛(POM)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚醚醚酮(PEEK)及聚醯胺 (PA)所構成的群組中的至少一種。 [發明功效]
根據本發明,提供一種包括緻密且膜厚較厚、磁性特性及電性特性優異、而且密合性良好的鐵氧體層之磁性複合體。
[用以實施發明的形態]
對本發明的具體的實施形態(以下稱為「本實施型態」)進行說明。另外,本發明不限定於以下的實施形態,可以在不改變本發明的主旨的範圍內進行各種變更。
<<1.磁性複合體>> 本實施形態的磁性複合體包括樹脂基材、和設置在此樹脂基材上的鐵氧體層。樹脂基材的厚度(d R)為10μm以上。鐵氧體層的厚度(d F)為2.0μm以上。再者,鐵氧體層以尖晶石型鐵氧體為主要成分,在X射線繞射分析中(222)面的積分強度(I 222)相對於(311)面的積分強度(I 311)的比例(I 222/I 311)為0.00以上0.03以下。以下針對磁性複合體進行詳細說明。
構成樹脂基材的樹脂並沒有特別限定。可以是單一樹脂,也可以是兩種以上的樹脂的混合物或共聚物。樹脂以選自由聚碳酸酯(PC)、聚醯亞胺(PI)、聚氯乙烯(PVC)、聚甲醛(POM)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚醚醚酮(PEEK)及聚醯胺 (PA)所構成的群組中的至少一種為佳。這些樹脂具有優異的機械強度、優異的絕緣性。
構成樹脂基材的樹脂的比重以0.95g/cm 3以上為佳。當比重小於0.95g/cm 3的情況下,在成膜時原料粒子與基材碰撞時的碰撞能量容易分散,難以發生原料粒子的塑性變形。因此,變得難以形成鐵氧體層。
樹脂基材的色彩並沒有特別限定。例如,可以使用無色透明或淺色的樹脂。此外,也可以使用著色成可透光的程度的樹脂。使用這種樹脂作為基材所製作出的磁性複合體,當從未形成鐵氧體層的表面進行觀察時,可以透過樹脂看到鐵氧體層。因此,變得可對複合體賦予以電磁波屏蔽性能為首的各種特性,還有在使用不透光的樹脂的情況下無法獲得的設計性。
樹脂基材的形狀並沒有特別限定。基材可以是片狀,也可以是片狀以外的形狀。例如,也可以使用具有三維複雜形狀的樹脂基材。將具有這種複雜形狀的樹脂基材應用於電路的收納殼體,能夠得到具有優異機械強度的殼體。再者,可以在樹脂基材的整個表面上設置鐵氧體層,或者也可以在其一部分上設置鐵氧體層。例如,也可以使用具有複雜形狀的樹脂基材,且在此樹脂基材的一部分表面上設置鐵氧體層。如此一來,能夠對具有複雜形狀的收納殼體的任何表面賦予電磁波屏蔽性能。對複雜形狀的樹脂基材賦予電磁波屏蔽性能,以往需要將片狀的樹脂基材衝壓成型,在衝壓後的部件上貼附鐵氧體片。當使用本實施形態的磁性複合體時,則不需要這種方法就能夠以低成本製作出具有電磁波屏蔽性能等的各種特性的殼體。再者,不同於由樹脂和填料的整體混合物所構成的電磁波屏蔽材料,樹脂基材和鐵氧體層明顯分離,因此能夠擁有以往無法得到的設計性。
樹脂基材的厚度(d R)限定為10μm以上(0.01mm以上)。如果樹脂基材太薄,則變得難以製作出具有足夠機械強度的複合體。在期望賦予彎曲性(可撓性)的情況下,樹脂基材的厚度以25μm以上(0.025mm以上)為佳,且以35μm以上(0.035mm以上)為較佳。在期望增加鐵氧體層的厚度的情況下,以35μm以上(0.035mm以上)為更佳,且以100μm以上(0.1mm以上)為特佳。厚度也可以是5000μm以上(5mm以上)。另一方面,厚度的上限並沒有限定。然而,藉由將樹脂基材適當地薄化,變得可對磁性複合體賦予可撓性。厚度也可以是100000μm以下(100mm以下)、50000μm以下(50mm以下)、10000μm以下(10mm以下)、5000μm以下(5mm以下)、1000μm以下(1mm以下)。
再者,樹脂基材可以是板狀,或者也可以是片狀。然而,以片狀為佳。藉由使用片狀的樹脂基材(樹脂片),變得可製作出具有優異可撓性的磁性複合體。再者,樹脂基材可以僅由樹脂所構成,或者也可以是非樹脂基材和樹脂層的積層體。在此情況下,積層於非樹脂基材上的樹脂層相當於樹脂基材。作為非樹脂基材,可以使用金屬膜等。
另外,在基材為由複數層所構成的積層體的情況下,與鐵氧體層直接接觸的層的厚度相當於基材的厚度。在基材有凹凸的情況下,將要形成鐵氧體層的基材的最薄處和最厚處的算術平均值定義為基材的厚度d R,且將複合體的最薄處和最厚處的算術平均值與基材的厚度d R之間的差異定義為鐵氧體層的厚度d F。在鐵氧體層形成於複合體的兩面的情況下,複合體的最薄處和最厚處的算術平均值與基材的厚度d R之間的差異視為鐵氧體層的厚度的兩倍,進而計算出厚度d F。亦即,在基材兩面形成具有相同膜厚的鐵氧體層的情況下,一面的鐵氧體層的厚度相當於d F。在基材的厚度d R超過2000μm的情況下,將基材的厚度d R視為2000μm來計算厚度比(d F/d R)。
本實施形態的鐵氧體層為以尖晶石型鐵氧體為主要成分的多晶體。亦即,由尖晶石型鐵氧體所構成的結晶粒子的集合體。尖晶石型鐵氧體為具有尖晶石型晶體結構的鐵(Fe)的複合氧化物,大多表現出軟磁性。藉由具有以尖晶石型鐵氧體為主要成分的層,磁性複合體的磁性特性變得優異。尖晶石型鐵氧體的種類並沒有特別限定。例如,可列舉出選自由錳(Mn)類鐵氧體、錳鋅(MnZn)類鐵氧體、鎂(Mg)類鐵氧體、鎂鋅(MgZn)類鐵氧體、鎳(Ni)類鐵氧體、鎳銅(NiCu)類鐵氧體、鎳銅鋅(NiCuZn)類鐵氧體、鈷(Co)類鐵氧體、及鈷鋅(CoZn)類鐵氧體所組成的群組中的至少一種。再者,也可以是複數種的鐵氧體的混晶及/或固溶體。另外,在本說明書中,主要成分意指含量為50.0質量%以上的成分。為了發揮尖晶石型鐵氧體優異的磁性特性,鐵氧體層中的尖晶石型鐵氧體(鐵氧體相)的含有比例以60.0質量%以上為佳,以70.0質量%以上為較佳,以80.0質量%以上為更佳,且以90.0質量%以上為特佳。
本實施形態的鐵氧體層的厚度(d F)限定為2.0μm以上。如果鐵氧體層太薄,則鐵氧體層的膜厚變得不均勻,且磁性特性及電性特性(電絕緣性)有可能會劣化。厚度以3.0μm以上為佳,且以3.5μm以上為較佳。厚度也可以是5.0μm以上、6.0μm以上、或7.0μm以上。厚度的上限並沒有限定。然而,難以在維持緻密度的同時形成過厚的鐵氧體層。再者,如果鐵氧體層太厚,則鐵氧體層的內部應力會變得過大,有可能會導致鐵氧體層剝離。而且,在要對磁性複合體賦予可撓性的情況下,會期望鐵氧體層具有適當薄的厚度。厚度以100.0μm以下為佳,以50.0μm以下為較佳,以20.0μm以下為更佳,且以10.0μm以下為特佳。再者,以鐵氧體層與樹脂基材直接接觸(亦即,在鐵氧體層與樹脂基材之間不存在其他層)為佳。
本實施形態的鐵氧體層,在X射線繞射(XRD)分析中(222)面的積分強度(I 222)相對於(311)面的積分強度(I 311)的比例(I 222/I 311)為0.00以上0.00以上0.03以下(0.00≤I 222/I 311≤0.03)。亦即,當以X射線繞射法分析鐵氧體層時,在X射線繞射曲線中,幾乎沒有觀察到基於尖晶石相的(222)面的繞射峰。這是因為構成鐵氧體層的結晶粒子由微小結晶所構成的緣故。本實施形態的鐵氧體層的結晶粒子在磁性複合體的製造過程中發生塑性變形。因此,微晶直徑小,同時晶格常數的分佈寬。結果,XRD峰變寬,不再觀察到(222)繞射峰。I 222/I 311以0.02以下為佳,且以0.01以下為較佳。相對於此,一般的尖晶石型鐵氧體材料即使在多晶狀態下也具有高結晶度。因此,相對明顯地觀察到(222)面繞射峰。具體而言,XRD峰強度比(I 222/I 311)大約為0.04~0.05(4~5%)。
XRD峰強度比(I 222/I 311)小的本實施形態的鐵氧體層具有緻密的特徵。這是因為受到塑性變形的結晶粒子容易緊密地填充的緣故。再者,本實施形態的鐵氧體層具有與樹脂基材的密合性優異的效果。這是因為結晶粒子受到塑性變形而與樹脂基材之間的接觸面積增加的緣故。而且,可認為由於微晶直徑小和周期性被打亂的晶體結構造成與構成基材的樹脂之間的結合變強也是原因之一。再加上,本實施形態的鐵氧體層具有500MHz以上的高頻區域內的磁性損耗(tanδ)小的特徵。可推測這是由於微晶直徑小造成磁矩的相關長度變短,結果,在高頻區域內的磁疇壁平順地移動的緣故。相對於此,一般的尖晶石型鐵氧體材料的磁矩的相關長度長。雖然在低頻區域可利用外部磁場移動磁疇壁,但在100MHz以上的高頻區域,磁疇壁無法跟隨外部磁場的變動而移動,磁性損耗會變大。
鐵氧體層的微晶直徑以1nm以上10nm以下為佳。藉由將微晶直徑減少到10nm以下,在鐵氧體層的密度及密合性變得更高的同時,抑制磁性損耗增加的效果也變得更加顯著。再者,藉由將微晶直徑設為1nm以上,能夠防止鐵氧體層非晶質化而使磁性特性劣化。微晶直徑以1nm以上5nm以下為較佳,以1nm以上3nm以下為更佳,且以1nm以上2nm以下為特佳。
鐵氧體層中所包含的尖晶石型鐵氧體的晶格常數以8.30Å以上8.80Å以下為佳。藉由將晶格常數設為8.30Å以上8.80Å以下,可得到提高原料粒子的磁性特性的效果。晶格常數以8.30Å以上8.60Å以下為較佳,且以8.30Å以上8.50Å以下為更佳。
鐵氧體層的厚度(d F)相對於樹脂基材的厚度(d R)的比例(d F/d R)以0.0001以上0.5000以下為佳。如果厚度比(d F/d R)太小,則鐵氧體層的膜厚變得不均勻,磁性特性及電性特性(電絕緣性)會劣化。厚度比(d F/d R)以0.0010以上為較佳。另一方面,如果厚度比(d F/d R)太大,則樹脂基材無法承受鐵氧體層的內部應力,樹脂複合體有可能會彎曲。厚度比(d F/d R)以0.4000以下為較佳,以0.3000以下為更佳,且以0.2000以下為特佳。另外,在使用非樹脂基材和樹脂層的積層體的情況下,樹脂層的厚度相當於樹脂基材的厚度。
鐵氧體層的α-Fe 2O 3(赤鐵礦(hematite))含量以0.0質量%以上20.0質量%以下為佳。α-Fe 2O 3為變成尖晶石相的游離氧化鐵。不同於為強磁性體的尖晶石相,α-Fe 2O 3是一種反強磁性體,對外部幾乎不會表現出磁性。因此,如果α-Fe 2O 3的量太多,則鐵氧體層的磁性特性有可能會劣化。α-Fe 2O 3的量以15.0質量%以下為較佳,且以10.0質量%以下為更佳。另一方面,α-Fe 2O 3為高電阻的穩定化合物。藉由在鐵氧體層中適當地含有α-Fe 2O 3,能夠切斷鐵氧體層中的導電路徑,變得可進一步提高電阻。特別是錳(Mn)類鐵氧體和錳鋅(MnZn)類鐵氧體包含價數不穩定的錳(Mn)離子和鐵(Fe)離子,故具有電阻低的傾向。因此,藉由在這些鐵氧體中含有α-Fe 2O 3,可顯著地發揮提高電阻的效果。再者,藉由適當地含有α-Fe 2O 3,能夠期望提升鐵氧體層的緻密化及密合力。α-Fe 2O 3會在製造磁性複合體時的鐵氧體層成膜步驟中產生。亦即,在成膜步驟時,發生鐵氧體結晶粒子的塑性變形及再氧化,進而生成α-Fe 2O 3。這種塑性變形及再氧化對於提高鐵氧體層的緻密化及密合力產生重要的作用。因此,適當地含有α-Fe 2O 3的鐵氧體層具有高密度及密合力。α-Fe 2O 3的量以0.1質量%以上為較佳,以0.5質量%以上為更佳,以1.0質量%以上為特佳,且以5.0質量%以上為最佳。
鐵氧體層以含有鐵(Fe)及氧(O)且還含有選自由鋰(Li)、鎂(Mg)、鋁(Al)、鈦(Ti)、錳(Mn)、鋅(Zn)、鎳(Ni)、銅(Cu)及鈷(Co)所組成的群組中的至少一種元素為佳。
鐵氧體層的表面算術平均高度(Sa)相對於其厚度(d F)的比例(Sa/d F)以超過0.00且為0.20以下(0.00<Sa/d F≤0.20)為佳。如果粗糙度比例(Sa/d F)太大,則鐵氧體層的膜厚具有變得不均勻的傾向。因此,當施加高電壓時電場局部集中,有可能會出現漏電流。粗糙度比例(Sa/d F)以超過0.00且為0.15以下為較佳,以超過0.00且為0.10以下為更佳,以超過0.00且為0.05以下為特佳。
本實施形態的鐵氧體層具有較高的密度。這是因為構成鐵氧體層的鐵氧體結晶粒子反覆受到塑性變形,結果小的微晶直徑沉積成鐵氧體層的緣故。鐵氧體層的相對密度(鐵氧體層的密度/鐵氧體粉末的真比重)以0.40(40%)以上為佳,以0.60(60%)以上為較佳,以0.70(70%)以上為更佳,進一步以0.80(80%)以上為更佳,以0.90(90%)以上為特佳,且以0.95(95%)以上為最佳。藉由提高密度,鐵氧體層的磁性特性、電性特性及密合力的提升效果變得更加顯著。
本實施形態的鐵氧體層具有較高的電阻。這是因為鐵氧體層的密度高,所以造成電阻劣化的水分等的導電成分的吸附少的緣故。再者,可認為構成鐵氧體層的鐵氧體結晶粒子的微晶直徑小也有所影響。事實上,一般的MnZn鐵氧體材料的體積電阻大約為10 3Ω。相對於此,本實施形態的鐵氧體層表現出比較高的電阻值,其原因能夠從微晶直徑的大小來確定。而且,藉由含有適量的α-Fe 2O 3,變得可進一步提高鐵氧體層的電阻。鐵氧體層的表面電阻以10 4Ω以上為佳,以10 5Ω以上為較佳,且以10 6Ω以上為更佳。藉由提高表面電阻,能夠使得鐵氧體層具有優異的絕緣性,且在將磁性複合體應用於裝置(device)時,變得可抑制產生渦流等的問題。
鐵氧體層以具有含有鐵氧體構成成分且其餘為不可避免的雜質的組成為佳。亦即,鐵氧體構成成分以外的有機成分和無機成分的含量以不超過不可避免的雜質為佳。本實施形態的鐵氧體層即使不添加黏合劑等的樹脂成分或燒結助劑等的無機添加成分也可充分緻密。藉由將非磁性材料的含量最小化,能夠充分利用基於鐵氧體的優異磁性特性。另外,所謂的鐵氧體構成成分是構成主要成分的尖晶石型鐵氧體的成分。例如,在鐵氧體層包含錳鋅(MnZn)鐵氧體作為主要成分的情況下,鐵氧體構成成分為鐵(Fe)、錳(Mn)、鋅(Zn)及氧(O)。在鐵氧體層以鎳銅鋅(NiCuZn)鐵氧體作為主要成分的情況下,鐵氧體構成成分為鐵(Fe)、鎳(Ni)、銅(Cu)、鋅(Zn)及氧(O)。此外,所謂的不可避免的雜質是製造時不可避免地混入的成分,其含量通常為1000ppm以下。特別是鐵氧體層以不包含氧化物以外的成分(特別是樹脂成分)為佳。
以利用下列方法製造磁性複合體為佳,此方法包括製備樹脂基材、和平均粒徑(D50)為2.5μm以上10.0μm以下的尖晶石型鐵氧體粉末的步驟(製備步驟)、及利用氣溶膠沉積法將這種鐵氧體粉末在樹脂基材的表面上形成膜的步驟(成膜步驟),其中鐵氧體層中所包含的尖晶石相的晶格常數(LCf)相對於尖晶石型鐵氧體粉末中所包含的尖晶石相的晶格常數(LCp)的比例(LCf/LCp)為0.95以上1.0.5以下(0.95≤LCf/LCp≤1.05)。
磁性複合體的形態也沒有特別限定。如圖1所示,可以是鐵氧體層(鐵氧體膜)設置於樹脂基材的整個表面的樣態。如圖2所示,也可以是鐵氧體層僅設置於樹脂基材表面的一部分的樣態。不僅是樹脂基材的一面,也可以是鐵氧體層設置於兩面的樣態。如圖3所示,也可以是將厚度局部變化的鐵氧體層設置於樹脂基材的表面的樣態。而且,如圖4所示,也可以是將鐵氧體層捲繞於棒狀的樹脂基材的外周的樣態。
磁性複合體能夠適用於各種應用。作為這種應用,可列舉出包括磁性複合體的線圈及/或具有電感器功能的元件或部件、電子裝置、電子部件收納用殼體、電磁波吸收體、電磁波屏蔽、或具有天線功能的元件或部件。
在這方面,以往的電感器元件通常作為電子部件而表面組裝於電路板上。相對於此,若是本實施形態的磁性複合體,能夠在電子基板或可撓性印刷電路板(FPC基板)的內部設置電感元件。因此有助於電子設備的小型化。再加上,由於磁性複合體能夠具有可撓性,因此能夠在以往的技術無法組裝的複雜形狀的基板上形成電路。
再者,在電磁波屏蔽材料的製作中,以往通常是將衝壓成特定形狀的屏蔽材料貼附在已完成的電路基板的特定位置上。相對於此,如果使用本實施形態的複合磁性體,則變得可在特定部件中包含了電磁波屏蔽功能的狀態下一體成型地製作出電路基板。
圖5繪示出磁性複合體應用於電感器的範例。磁性複合體包括樹脂基材、設置於此樹脂基材的一表面上的鐵氧體層(鐵氧體膜)、和設置於此鐵氧體層的表面上的線圈。再者,樹脂基材的背面側設置有背側電極。線圈由金屬等的導電材料所構成。再者,線圈具有螺旋形狀的平面電路圖案,且以線圈的軸向垂直於鐵氧體層的表面的方式形成線圈。如此一來,線圈表現出電感器功能。線圈的電路圖案可藉由化學鍍、使用了含有金屬膠體粒子的漿料之絲網印刷、噴墨印刷、濺鍍、蒸鍍等的方法形成。藉由在鐵氧體層上形成電路圖案,能夠得到具有薄電感器功能的元件。
圖6繪示出磁性複合體應用於電感器的另一範例。在此範例中,以沿著磁性複合體的厚度方向環繞的方式形成繞組線圈。亦即,磁性複合體具有表面電極、背面電極、和連接表面電極及背面電極的貫通電極,且由這些電極形成繞組線圈的電路圖案。在此範例中,以線圈的軸向平行於鐵氧體層的表面的方式形成線圈。
圖7繪示出磁性複合體應用於電感器的又另一範例。在此範例中,在樹脂基材的正反兩面設置有鐵氧體層(鐵氧體膜)及線圈。再者,表面側的線圈和背面側的線圈經由設置於樹脂基材及鐵氧體層的貫通電極而電性連接。藉由在樹脂基材的兩面賦予電感器功能,可製作出小型化的電感器。
圖8繪示出磁性複合體應用於天線元件(UHF-ID標籤)的範例。天線元件(磁性複合體)包括樹脂基材、設置於此樹脂基材的一表面上的鐵氧體層(鐵氧體膜)、設置於鐵氧體層的一表面上的金屬導體、和安裝於金屬導體上的ID標籤用晶片。對設置於鐵氧體層的表面上的金屬導體進行圖案化,以形成天線圖案。由於鐵氧體層具有比周圍的空間更高的磁導率,因此電磁波容易聚集在鐵氧體層。藉由在鐵氧體層上設置天線圖案,能夠提升天線的靈敏度。
<<2.磁性複合體的製造方法>> 本實施形態的磁性複合材料只要滿足上述要求,則其製造方法並沒有限定。然而,適合的製造方法為以下的步驟:製備樹脂基材、和平均粒徑(D50)為2.5μm以上10.0μm以下的尖晶石型鐵氧體粉末的步驟(製備步驟)、及利用氣溶膠沉積法將此鐵氧體粉末在樹脂基材的表面形成膜的步驟(成膜步驟)。
如以上所述,藉由使用特定粒徑的鐵氧體粉末作為原料,並利用氣溶膠沉積法(AD(aerosol deposition)法)形成膜,能夠以高成膜速度製作出相對較厚的鐵氧體層。此鐵氧體層緻密,在具有優異的磁性特性及電性特性的同時,對基板也具有優異的密合性。因此,適合作為磁性複合體的製造方法。以下將詳細說明各個步驟。
<製備步驟> 在製備步驟中,製備出樹脂基材和尖晶石型鐵氧體粉末。樹脂基材的詳細內容如同前述。另一方面,製備出平均粒徑(D50)為2.5μm以上10.0μm以下的粉末作為尖晶石型鐵氧體粉末。平均粒徑以2.5μm以上7.0μm以下為佳。藉由將平均粒徑調整為介於上述範圍內,能夠在後續的成膜步驟中得到緻密且密合力高的鐵氧體層。
鐵氧體粉末的製作方法並沒有限定。但適合將鐵氧體原料混合物在氧濃度比大氣還低的氣氛下進行主燒成來製作燒成物,並將所得到的燒成物粉碎以製作出具有特定粒徑的無定形的粒子。再者,也可以在燒成前對鐵氧體原料混合物施加煅燒、粉碎及/或造粒處理。作為鐵氧體原料,可以使用氧化物、碳酸鹽、及氫氧化物等公知的鐵氧體原料。
鐵氧體粉末的形狀以無定形為佳。具體而言,鐵氧體粉末的形狀係數(SF-2)的平均值以1.02以上1.50以下為佳,以1.02以上1.35以下為較佳,且以1.02以上1.25以下為更佳。此處,SF-2為表示粒子的無定形的程度之指標,越接近1越呈現為真球狀,而數值越大則表示為無定形。如果SF-2太小,則粒子會變得太圓。因此,粒子變得難以附著於基材上,無法提高成膜速度。另一方面,如果SF-2太大,則粒子表面的凹凸會變得過大。因此,雖然成膜速度變快,但由於粒子的表面凹凸而使得所得到的鐵氧體層中容易殘留空隙。當SF-2介於上述範圍內時,變得可以高成膜速度得到緻密的鐵氧體層。另外,根據下式(1)求得SF-2。
[數1]
Figure 02_image001
再者,鐵氧體粉末的長寬比的平均值以1.00以上2.00以下為佳,以1.02以上1.75以下為較佳,且以1.02以上1.50以下為更佳。當長寬比介於上述範圍內時,在成膜時供給原料的氣流很穩定。另一方面,如果超過上述範圍,則原料變得容易在從原料供給容器到噴嘴之間的管線中堵塞。因此,隨著成膜時間增加,成膜速度有可能會變得不穩定。另外,根據下式(2)求得長寬比。
[數2]
Figure 02_image003
此外,鐵氧體粉末的粒徑的CV值以0.5以上2.5以下為佳。此處,CV值表示粉末中粒子的粒徑的變化程度,粒徑越均勻則CV值變得越小,而粒徑越不均勻則CV值變得越大。在用於得到無定形粒子的一般的粉碎法(珠磨機、噴射研磨機等)中,很難得到小於0.5的粉末。另一方面,超過2.5的粉末則容易堵塞從原料供給容器到噴嘴之間的管線。 因此,隨著成膜時間增加,成膜速度有可能會變得不穩定。另外,使用體積粒度分佈中的10%累積直徑(D10)、50%累積直徑(D50;平均粒徑)、及90%累積直徑(D90)根據下式(3)求得CV值。
[數3]
Figure 02_image005
在製作鐵氧體粉末時進行煅燒的情況下,例如可以在大氣氣氛下在500~1100℃×1~24小時的條件下進行煅燒。再者,在進行主燒成的情況下,也可以在大氣或還原性氣氛等的氣氛下在800~1350℃×4~24小時的條件下進行主燒成。再者,以主燒成時的氧濃度低為佳。這是因為能夠特意地在鐵氧體粉末的尖晶石結晶中產生晶格缺陷的緣故。如果結晶中包含晶格缺陷,則在後續的成膜步驟中原料粒子碰撞到基材時,容易以此晶格缺陷為起點而產生塑性變形。因此,變得可容易地得到緻密且密合力高的鐵氧體層。氧濃度以0.001~10體積%為佳,以0.001~5體積%為較佳,且以0.001~2體積%為更佳。此外,在鐵氧體包含銅(Cu)的情況下,以在還原性氣氛下進行燒成為佳。當在還原性氣氛下進行燒成時,氧化銅(II)(CuO)會釋放出一部分的氧原子並轉變為氧化銅(I)(Cu 2O)。此時,容易產生晶格缺陷。再者,使鐵氧體粉末具有富含鐵(Fe)的組成也對於得到緻密的鐵氧體層是有效的。
以使用乾式珠磨機等的粉碎機進行燒成物的粉碎為佳。藉由乾式粉碎,對燒成物進行機械化學處理,在微晶直徑變小的同時表面活性變高。具有高表面活性的粉碎粉末加上適當的粒徑的效果相互作用,有助於在後續的成膜步驟中所得到的鐵氧體層的緻密化。鐵氧體粉末的微晶直徑(CSp)以10Å以上50Å以下為佳。藉由使用微晶直徑細小的鐵氧體粉末,能夠得到緻密的鐵氧體層。
<成膜步驟> 在成膜步驟(沉積步驟)中,利用氣溶膠沉積法(AD法)將鐵氧體粉末在樹脂基材的表面形成膜。氣溶膠沉積法(AD法)是將氣溶膠化的原料微粒高速噴射到基板上並藉由常溫衝擊固化現象以形成披覆膜的方法。由於採用常溫衝擊固化現象,因此可形成緻密且密合力高的膜。再者,由於使用微粒作為供給原料,因此相較於將原料分離成原子等級的濺鍍法和蒸鍍法等的薄膜形成法,能夠以高成膜速度得到厚膜。此外,由於可在常溫下形成膜,因此不需要使裝置的構造複雜化,也具有降低製造成本的效果。
圖9繪示出氣溶膠成膜裝置的構造的範例。氣溶膠沉積成膜裝置(20)包括氣溶膠化腔室(2)、成膜腔室(4)、輸送氣體源(6)、及真空排氣系統(8)。氣溶膠化腔室(2)包括振動器(10)、及設置於其上的原料容器(12)。成膜腔室(4)的內部包括噴嘴(14)和平台(16)。平台(16)的構造是能夠垂直於噴嘴(14)的噴射方向移動。
在成膜時,從輸送氣體源(6)向原料容器(12)內導入輸送氣體,使振動器(10)運作。原料容器(12)中填充有原料微粒(鐵氧體粉末)。原料微粒藉由振動而與輸送氣體混合並被氣溶膠化。再者,成膜腔室(4)利用真空排氣系統(8)抽真空,以降低腔室內的壓力。氣溶膠化的原料微粒藉由壓力差被輸送到成膜腔室(4)的內部,並從噴嘴(14)噴出。噴出的原料微粒與載置於平台(16)上的基板(基材)的表面碰撞進而沉積。此時,藉由氣體輸送而加速的原料微粒的動能在與基板碰撞時局部釋放,實現基板與粒子之間、及粒子與粒子之間的結合。因此,變得可形成緻密的膜。藉由在成膜時移動平台(16),變得可形成在平面方向上擴展的披覆膜。
利用本實施形態的製造方法能夠得到緻密的鐵氧體層的理由推測如下。亦即,通常會說陶瓷是彈性極限高、難以塑性變形的材料。然而,可認為在利用氣溶膠法形成膜時,當原料微粒與基板高速碰撞時,會產生超過彈性極限的很大的衝擊力,微粒產生塑性變形。具體而言,在微粒內部出現晶面位移和位錯移動等的缺陷,為了彌補這些缺陷,在發生塑性變形的同時晶體結構變得微細。再者,在形成新表面時會發生質傳。可認為這些綜合作用的結果,基板與粒子之間、及粒子與粒子之間的結合力提高,且可得到緻密的膜。此外,可認為在塑性變形時鐵氧體的一部分被分解及再氧化,生成有助於高電阻化的α-Fe 2O 3。再者,也推測是否在成膜初期階段,與為基板的樹脂基材碰撞的微粒侵入基材內部,侵入的微粒發揮錨固作用,故提高了鐵氧體層與基材之間的密合力。
對於得到緻密的鐵氧體層而言,原料鐵氧體粉末的平均粒徑很重要。在本實施形態中,鐵氧體粉末的平均粒徑(D50)限定為2.5μm以上10.0μm以下。如果平均粒徑未滿2.5μm,則變得難以得到緻密的膜。這是因為構成平均粒徑小的粉末之粒子的質量小的緣故。氣溶膠化的原料微粒與輸送氣體一起高速碰撞基板。與基材碰撞的輸送氣體改變其方向,並作為排出氣體而流出。粒徑小、質量小的粒子被輸送氣體的排出氣流吹走,降低了與基板表面的碰撞速度、及因碰撞速度而產生的衝擊力。如果衝擊力小,則微粒受到的塑性變形變得不夠充分,晶粒直徑不會變小。所形成的膜不會變得緻密,會成為僅是粉末被壓縮過的壓縮粉末體。這種壓縮粉末體的內部包含大量的空隙,磁性特性及電性特性變得較差。而且,與基材的密合力也不會增加。另一方面,在平均粒徑超過10.0μm而過大的情況下,一個粒子所受到的衝擊力大,但粒子彼此之間的接觸點的數量變少。因此,塑性變形及填充變得不夠充分,變得仍然難以得到緻密的膜。
利用氣溶膠沉積法的成膜條件,只要可得到緻密且密合力高的鐵氧體層則並沒有特別限定。可以使用空氣或惰性氣體(氮氣、氬氣、氦氣等)作為輸送氣體。然而,以易於處理的大氣(空氣)為佳。輸送氣體的流量例如可為1.0~20.0L/min。再者,成膜腔室的內壓例如在成膜前可為10~50Pa,在成膜期間可為50~400Pa。樹脂基材(平台)的掃描速度(移動速度)例如可為1.0~10.0mm/sec。塗佈(成膜)可以僅進行一次,或者也可以進行多次。然而,從確保所得到的鐵氧體層具有足夠的膜厚的觀點來看,以進行多次為佳。塗佈次數例如為5次以上100次以下。
鐵氧體層中所包含的尖晶石相的晶格常數(LCf)相對於原料鐵氧體粉末中所包含的尖晶石相的晶格常數(LCp)的比例(LCf/LCp)以0.95以上1.05以下(0.95≤LCf/LCp≤1.05)為佳。原料鐵氧體粉末中的尖晶石相變成缺氧成分,容易含有晶格缺陷。因此,相較於不存在晶格缺陷的狀態,晶格常數具有變大的傾向。另一方面,當對原料鐵氧體粉末施加氣溶膠成膜處理時,以晶格缺陷為起點而產生塑性變形。再者,在由於塑性變形而產生活性表面的同時,活性表面會氧化。由於發生晶體結構的重構和活性表面的再氧化,因此晶格常數容易變化。藉由將晶格常數比(LCf/LCp)控制在介於上述範圍內,能夠將與晶體結構的重構和活性表面的再氧化相關的α-Fe 2O 3的量調整為所期望的範圍內,結果,能夠形成維持優異的磁性特性的同時具有優異的電性特性(電絕緣性)的鐵氧體層。晶格常數比(LCf/LCp)以0.99以上1.04以下為較佳。
晶格常數的變化程度隨著原料鐵氧體粉末的製造條件和組成、還有基材的材質及種類而有所不同。具體而言,當鐵氧體組成為化學計量組成或富含鐵(Fe)的組成(M xFe 3-xO 4:0<x≤1,M為金屬原子)時,雖然取決於燒成條件,但原料鐵氧體粉末中所包含的氧量實際上容易變得比化學計量比更少。因此,原料鐵氧體粉末的晶格常數具有變大的傾向。另一方面,在利用AD法形成的鐵氧體層中,由於伴隨原料粒子的塑性變形而發生的氧化,晶體結構被重構,因此與原料鐵氧體粉末相比,晶格常數具有變小的傾向。在使用含有鋰(Li)或錳(Mn)的鐵氧體粉末或在比大氣更低的氧濃度下燒成的鐵氧體粉末的情況下,這種傾向特別顯著。因此,在這種情況下,LCf/LCp容易變得未滿1.00。
在Fe的量比鐵氧體的化學計量比(M xFe 3-xO 4:1<x,M是金屬原子)還少的情況下,鐵氧體中所包含的氧量容易變得與化學計量比大致相同。再者,在利用氣溶膠沉積法所形成的鐵氧體層中,由於塑性變形造成的晶格缺陷增加,因此晶格常數具有變大的傾向。在使用含有銅(Cu)的鐵氧體粉末或在大氣氣氛下燒成的鐵氧體粉末的情況下,這種傾向特別顯著。因此,在這種情況下,LCf/LCp具有變得超過1.00的傾向。
可藉由控制氣溶膠沉積成膜的條件來調整晶格常數比(LCf/LCp)。 亦即,藉由提高原料微粒的碰撞速度,能夠促進應變及再氧化的進行。能夠藉由調整腔室內壓等來改變原料微粒的碰撞速度。再者,藉由改變成膜速度,能夠防止再氧化的過度進行。這是因為再氧化從原料微粒的表面進行,故如果提高鐵氧體層的成膜速度,縮短原料微粒暴露於大氣的時間,則可抑制再氧化的進行的緣故。
鐵氧體層中所包含的尖晶石相的微晶直徑(CSf)相對於原料鐵氧體粉末中所包含的尖晶石相的微晶直徑(CSp)的比例(CSf/CSp)以0.01以上0.50以下(0.01≤CSf/CSp≤0.50)為佳。藉由經過氣溶膠沉積成膜,鐵氧體的微晶直徑會發生變化。這是因為在與基材碰撞時發生應變且同時活性表面被再氧化的緣故。即使在微晶直徑比(CSf/CSp)變得太小的條件下形成膜,也無法得到具有緻密且密合力高的鐵氧體層。這是因為鐵氧體層的內部應力變得太大的緣故。再者,即使能夠成膜,鐵氧體層也容易因內部應力而剝離。因此,隨著時間變長會缺乏穩定性。微晶直徑比(CSf/CSp)以0.05以上0.30以下為較佳,且以0.10以上0.20以下為更佳。
如此一來,能夠得到本實施形態的磁性複合體。在所得到的磁性複合體中,由於鐵氧體層緻密,因此具有優異的磁性特性及電性特性(電絕緣性)。再者,與樹脂基材之間的密合力高。實際上,本發明人成功地製作出包括相對密度為0.95以上且具有鉛筆硬度為8H的密合力的鐵氧體層之磁性複合體。此外,鐵氧體層在高頻區域具有較小的磁性損耗。再加上,雖然並沒有限定,但由於包括經薄化的樹脂基材之磁性複合體具有可撓性,故變得可製作出具有複雜形狀的裝置。包括這種鐵氧體層的磁性複合體不僅是電磁波吸收體,還能夠使用於變壓器、電感元件、及阻抗元件等的電子部件的用途,特別是適用於UHF標籤、5G濾波器、高頻用電感器。
就本發明人所知,製作這種本實施形態的磁性複合體的技術在以往是未知的。例如,專利文獻1中所提出的鐵氧體薄膜在製造上難以形成厚膜。實際上,專利文獻1公開了利用對向靶型磁控濺鍍法在聚對苯二甲酸乙二酯膜上形成Mn-Zn類鐵氧體,但鐵氧體層的厚度只有3nm(第[0030]段)。再者,在專利文獻2中,使用亞微米粒徑的鐵氧體微粒作為原料(第[0036]段),而這種微粒原料難以形成緻密且密合力高的鐵氧體膜。專利文獻3公開了使用AD法製作電波吸收體(第[0020]~[0021]段),但沒有公開原料鐵氧體粒子的粒徑,而且對於所得到的鐵氧體層,除了電波吸收特性以外,並不清楚其他特性的細節(第[0020]~[0022]段)。 [實施例]
利用以下的實施例更詳細地說明本發明。然而,本發明並不限定於以下的實施例。
(1)磁性複合體的製作 [範例1] 在範例1中,製作以MnZn類鐵氧體為主要成分的鐵氧體粉末,將所得到的鐵氧體粉末在聚碳酸酯(PC)板(樹脂基材)上成膜,以製作出磁性複合體。根據以下的步驟製作及形成鐵氧體粉末。
<鐵氧體粉末的製作> 以氧化鐵(Fe 2O 3)、四氧化三錳(Mn 3O 4)和氧化鋅(ZnO)為原料,將原料稱量及混合成莫耳比為Fe 2O 3:Mn 3O 4:ZnO=53:12.3:10。使用Henschel混合機進行混合。使用輥壓機將所得到的混合物成型,以得到造粒物(臨時造粒物)。
接著,對造粒的原料混合物(臨時造粒物)進行煅燒,製作出煅燒物。使用迴轉窯在大氣氣氛下在880°C×2小時的條件下進行煅燒。
之後,將所得到的煅燒物粉碎及造粒,製作出造粒物(主造粒物)。首先,在用乾式珠磨機(3/16英寸ψ的鋼球珠)將煅燒物粗粉碎之後,加入水,再用濕式珠磨機(0.65mmψ的氧化鋯珠(zirconia bead))細粉碎而形成漿料。所得到的漿料的固體成分濃度為50質量%,且粉碎粉末的粒徑(漿料粒徑)為2.15μm。以相對於漿料中的固體成分25kg為50cc的比例在所得到的漿料中加入聚羧酸銨鹽作為分散劑,並以500cc的量加入聚乙烯醇(PVA)為10質量%的水溶液作為黏合劑。然後,使用噴霧乾燥機對添加了分散劑和黏合劑的漿料進行造粒,得到主造粒物。
然後,使用電爐,在非氧化性氣氛中在1250°C×4小時的條件下將所得到的主造粒物燒成(主燒成),製作出燒成物。接著,使用乾式珠磨機(3/16英寸ψ的鋼球珠)將所得到的燒成物粉碎,以得到粉碎燒成物。
<成膜> 使用所得到的粉碎燒成物,在樹脂基材的表面形成鐵氧體層。作為樹脂基材,使用厚度為500μm的聚碳酸酯(PC)板。此PC板為無色透明的。再者,利用氣溶膠沉積法(AD法)在以下的條件下進行成膜。
-承載氣體(輸送氣體):空氣 -氣體流量:5.0L/min -成膜腔室內壓(成膜前):30 Pa -成膜腔室內壓(成膜期間):120 Pa -基板掃描速度:5mm/sec -塗佈次數:10次 -從基材到噴嘴之間的距離:20 mm -噴嘴形狀:10 mmx0.4 mm
[範例2] 在範例2中,將成膜時的塗佈次數從10次變更為20次。除此之外,其餘以與範例1相同的方式製作出磁性複合體。
[範例3] 在範例3中,使用厚度為50μm的聚醯亞胺(PI)膜作為樹脂基材。此PI膜為褐色透明的。除此之外,其餘以與範例1相同的方式製作出磁性複合體。
[範例4] 在範例4中,使用厚度為500μm的聚氯乙烯(PVC)板作為樹脂基材。此PVC板為無色透明的。除此之外,其餘以與範例1相同的方式製作出磁性複合體。
[範例5] 在範例5中,使用厚度為500μm的聚甲醛(POM)板作為樹脂基材。此POM板為白色不透明的。除此之外,其餘以與範例1相同的方式製作出磁性複合體。
[範例6] 在範例6中,使用厚度為500μm的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)板作為樹脂基材。此ABS板為乳白色不透明的。除此之外,其餘以與範例1相同的方式製作出磁性複合體。
[範例7] 在範例7中,使用厚度為5000μm的聚醚醚酮(PEEK)板作為樹脂基材。此PEEK板為灰色不透明的。除此之外,其餘以與範例1相同的方式製作出磁性複合體。
[範例8] 在範例8中,使用厚度為5000μm的聚醯胺(PA)板作為樹脂基材。此PA板為藍色不透明的。除此之外,其餘以與範例1相同的方式製作出磁性複合體。
[範例9(比較例)] 在範例9中,使用厚度為500μm的聚丙烯(PP)板作為樹脂基材。此PP板為白色半透明的。除此之外,其餘以與範例1相同的方式製作出磁性複合體。
[範例10(比較例)] 在範例10中,使用厚度為500μm的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)板作為樹脂基材。此PMMA板為無色透明的。除此之外,其餘以與範例1相同的方式製作出磁性複合體。
[範例11] 在範例11中,製作以NiCuZn類鐵氧體為主要成分的原料粒子(鐵氧體粉末),將所得到的鐵氧體粉末在聚碳酸酯(PC)板上成膜,以製作出磁性複合體。根據以下的步驟製作及形成鐵氧體粉末。
<鐵氧體粉末的製作> 以氧化鐵(Fe 2O 3)、氧化鋅(ZnO)、氧化鎳(NiO)和氧化銅(CuO)為原料,將原料稱量及混合成莫耳比為Fe 2O 3:ZnO:NiO:CuO=48.5:33:12.5:6。使用Henschel混合機進行混合。使用輥壓機將所得到的混合物成型,以得到造粒物(臨時造粒物)。
接著,對造粒的原料混合物(臨時造粒物)進行煅燒,製作出煅燒物。使用迴轉窯在大氣氣氛下在910°C×2小時的條件下進行煅燒。
之後,將所得到的煅燒物粉碎及造粒,製作出造粒物(主造粒物)。首先,在用乾式珠磨機(3/16英寸ψ的鋼球珠)將煅燒物粗粉碎之後,加入水,再用濕式珠磨機(0.65mmψ的氧化鋯珠)細粉碎而形成漿料。所得到的漿料的固體成分濃度為50質量%,且粉碎粉末的粒徑(漿料粒徑)為2.77μm。以相對於漿料中的固體成分25kg為50cc的比例在所得到的漿料中加入聚羧酸銨鹽作為分散劑,並以250cc的量加入聚乙烯醇(PVA)為10質量%的水溶液作為黏合劑。然後,使用噴霧乾燥機對添加了分散劑和黏合劑的漿料進行造粒,得到主造粒物。
然後,使用電爐,在氧化性氣氛中在1100°C×4小時的條件下將主造粒物燒成(主燒成),製作出燒成物。接著,使用乾式珠磨機(3/16英寸ψ的鋼球珠)將所得到的燒成物粉碎,以得到粉碎燒成物。
<成膜> 使用所得到的粉碎燒成物,在樹脂基材的表面形成鐵氧體層。作為樹脂基材,使用厚度為500μm的聚碳酸酯(PC)板。以與範例1相同的方法進行成膜。
[範例12(比較例)] 在範例12中,改變以乾式珠磨機處理燒成物時的處理條件,以得到細小的粉碎燒成物。除此之外,其餘以與範例11相同的方式製作出磁性複合體。
[範例13(比較例)] 在範例13中,改變以乾式珠磨機處理燒成物時的處理條件,以得到細小的粉碎燒成物。除此之外,其餘以與範例1相同的方式製作出磁性複合體。
[範例14(比較例)] 在範例14中,將成膜時的塗佈次數從10次變更為1次。除此之外,其餘以與範例1相同的方式製作出磁性複合體。
[範例15(比較例)] 在範例15中,將成膜時的氣體流量從5.0L/min變更為1.0L/min。再者,將成膜腔室內壓(成膜期間)從120Pa變更為80Pa。除此之外,其餘以與範例1相同的方式製作出磁性複合體。
[範例16(比較例)] 在範例16中,將成膜時的氣體流量從5.0L/min變更為2.5L/min。再者,將成膜腔室內壓(成膜期間)從120Pa變更為100Pa。除此之外,其餘以與範例1相同的方式製作出磁性複合體。
[範例17~範例25] 將磁性複合體的製造條件變更成如表1和表2所示來製作出磁性複合體。
對於範例1~範例25,鐵氧體粉末及磁性複合體的製造條件統整於表1及表2。
[表1] 表1  鐵氧粉末的製造條件
組成成分 煅燒 主造粒 主燒成
Fe 2O 3(mol) Mn 3O (mol) MgO (mol) ZnO (mol) NiO (mol) CuO (mol) 溫度 (°C) 氣氛 漿料 粒徑 (μm) 黏合 劑量 (cc) 分散 劑量 (cc) 漿料 濃度 (mass%) 溫度 (°C) 氣氛
範例1 53 12.3 - 10 - - 880 大氣 2.15 500 50 50 1250 非氧化性
範例2 53 12.3 - 10 - - 880 大氣 2.15 500 50 50 1250 非氧化性
範例3 53 12.3 - 10 - - 880 大氣 2.15 500 50 50 1250 非氧化性
範例4 53 12.3 - 10 - - 880 大氣 2.15 500 50 50 1250 非氧化性
範例5 53 12.3 - 10 - - 880 大氣 2.15 500 50 50 1250 非氧化性
範例6 53 12.3 - 10 - - 880 大氣 2.15 500 50 50 1250 非氧化性
範例7 53 12.3 - 10 - - 880 大氣 2.15 500 50 50 1250 非氧化性
範例8 53 12.3 - 10 - - 880 大氣 2.15 500 50 50 1250 非氧化性
範例9* 53 12.3 - 10 - - 880 大氣 2.15 500 50 50 1250 非氧化性
範例10* 53 12.3 - 10 - - 880 大氣 2.15 500 50 50 1250 非氧化性
範例11 48.5 - - 33 12.5 6 910 大氣 2.77 250 50 50 1100 氧化性
範例12* 48.5 - - 33 12.5 6 910 大氣 2.77 250 50 50 1100 氧化性
範例13* 53 12.3 - 10 - - 880 大氣 2.15 500 50 50 1250 非氧化性
範例14* 53 12.3 - 10 - - 880 大氣 2.15 500 50 50 1250 非氧化性
範例15* 53 12.3 - 10 - - 880 大氣 2.15 500 50 50 1250 非氧化性
範例16* 53 12.3 - 10 - - 880 大氣 2.15 500 50 50 1250 非氧化性
範例17 53 12.3 - 10 - - 880 大氣 2.15 500 50 50 1250 非氧化性
範例18 51.5 9.3 - 20.5 - - 880 大氣 2.22 500 50 50 1250 非氧化性
範例19 52 8 - 24 - - 880 大氣 2.42 500 50 50 1250 非氧化性
範例20 48.5 - - 29.25 16 6.25 850 大氣 2.56 500 50 50 1100 氧化性
範例21 48.5 - - 33 12.5 6 910 大氣 2.77 250 50 50 1100 氧化性
範例22 48 - - 32.5 19.5 - 950 大氣 2.61 500 50 50 1250 氧化性
範例23 50.1 13.3 10 - - - 920 大氣 2.13 500 50 50 1180 非氧化性
範例24 80.7 - - 19.3 - - 880 非氧化性 2.45 1000 50 50 1300 非氧化性
範例25 85.7 - - 14.3 - - 880 非氧化性 2.52 1000 50 50 1300 非氧化性
註1)「*」表示比較例。
[表2] 表2  磁性複合體的製造條件
  氣溶膠沉積成膜
承載氣體 氣體流量 (L/min) 成膜腔室內壓(Pa) 基板 掃描速度 (mm/sec) 塗佈次數
成膜前 成膜期間 表面 背面
範例1 大氣 5.0 30 120 5 10 -
範例2 大氣 5.0 30 120 5 20 -
範例3 大氣 5.0 30 120 5 10 -
範例4 大氣 5.0 30 120 5 10 -
範例5 大氣 5.0 30 120 5 10 -
範例6 大氣 5.0 30 120 5 10 -
範例7 大氣 5.0 30 120 5 10 -
範例8 大氣 5.0 30 120 5 10 -
範例9* 大氣 5.0 30 120 5 10 -
範例10* 大氣 5.0 30 120 5 10 -
範例11 大氣 5.0 30 120 5 10 -
範例12* 大氣 5.0 30 120 5 10 -
範例13* 大氣 5.0 30 120 5 10 -
範例14* 大氣 5.0 30 120 5 1 -
範例15* 大氣 1.0 30 80 5 10 -
範例16* 大氣 2.5 30 100 5 10 -
範例17 大氣 2.5 30 100 5 10 10
範例18 大氣 2.5 30 100 5 10 10
範例19 大氣 2.5 30 100 5 10 10
範例20 大氣 2.5 30 100 5 10 10
範例21 大氣 2.5 30 100 5 10 10
範例22 大氣 2.5 30 100 5 10 10
範例23 大氣 2.5 30 100 5 10 10
範例24 大氣 2.5 30 100 5 10 10
範例25 大氣 2.5 30 100 5 10 10
註1)「*」表示比較例。
(2)評估 對於範例1~範例25,如以下所述評估鐵氧體粉末、樹脂基材及磁性複合體的各種特性。
<粒子形狀(原料粉末)> 如以下所述求得鐵氧體粉末的SF-2的平均值及長寬比的平均值。使用粒子影像分析儀(Spectris公司,Morphologi G3)分析鐵氧體粉末,求得30000個粒子的投影周長、投影面積、長軸費雷特(Feret)直徑、及短軸費雷特直徑。使用放大20倍的物鏡進行分析。然後,使用所得到的數據,根據下式(1)及(2)計算出各個粒子的SF-2及長寬比,並求得其平均值。
[數4]
Figure 02_image001
[數5]
Figure 02_image003
<粒度分佈(原料粒子)> 如以下所述測量出鐵氧體粉末的粒度分佈。首先,將0.1g的樣本及20ml的水加入30ml的燒杯中,並加入2滴六偏磷酸鈉作為分散劑。接著,使用超聲波均化器(SMT 股份公司,UH-150型)進行分散。此時,將超聲波均化器的輸出等級設為4,分散20秒。然後,去除燒杯表面出現的氣泡,並導入雷射繞射式粒度分佈測量裝置(島津製作所股份公司,SALD-7500nano)進行測量。藉由上述測量,求得體積粒度分佈中的10%累積直徑(D10)、50%累積直徑(D50;平均粒徑)、及90%累積直徑(D90)。測量條件設為馬達速度7、內置超音波照射時間30、折射率1.70-050i。然後,使用D10、D50及D90,根據下式(3)計算出CV值。
[數6]
Figure 02_image005
<XRD(原料粉末、鐵氧體層)> 利用X射線繞射(XRD)法分析鐵氧體粉末、及磁性複合體的鐵氧體層。分析條件如以下所示。
-X射線繞射儀:帕納科(Panalytical)公司所製造的X'pert MPD(包含高速檢測器) -放射源:Co-Kα -管電壓:45kV -管電流:40mA -掃描速度:0.002°/sec(連續掃描) -掃描範圍(2θ):15~90°
在所得到的X射線繞射曲線中,求得尖晶石相的(222)面繞射峰的積分強度(I 222)和(311)面繞射峰的積分強度(I 311),並計算出XRD峰強度比(I 222/ I 311)。再者,基於X射線繞射曲線,求得尖晶石相和α-Fe 2O 3的各個含有比例。
此外,對X射線繞射曲線進行裏特沃爾德法(Rietveld)解析,估算尖晶石相的晶格常數(LCp、LCf),並進一步根據謝樂(Scherrer)公式求得尖晶石相的微晶直徑(CSp、CSf)。然後,計算出成膜前後的尖晶石相的晶格常數變化率(LCf/LCp)、及微晶直徑變化率(CSf/CSp)。
<磁性特性(原料粒子、磁性複合體)> 如以下所述測量出鐵氧體粉末及磁性複合體的磁性特性(飽和磁化量、殘留磁化量及保磁力)。首先,將樣本裝入內徑為6mm、高度為2mm的單元中,並設置於振動樣本型磁性測量裝置(東英工業股份公司,VSM-C7-10A)。施加外加磁場並掃描至5kOe為止,接著降低外加磁場,繪製出磁滯曲線(hysteresis curve)。根據所得到的曲線的數據,求得樣本的飽和磁化量(σs)、殘留磁化量(σr)及保磁力(Hc)。
另外,在磁性複合體的厚度包含鐵氧體層在內為2mm以下的情況下,將磁性複合體加工成外徑為6mm的圓盤狀之後,將加工後的磁性複合體放入測量用單元。在磁性複合體的厚度包含鐵氧體層在內超過2mm的情況下,對磁性複合體中未形成鐵氧體層的表面(樹脂表面)研磨,並加工至厚度變成500μm,且進一步將其衝壓成外徑為6mm的圓盤狀,將衝壓後的磁性複合體放入單元內進行測量。
<真比重(原料粒子)> 根據JIS Z8837:2018以氣體置換法測量出原料粒子的真比重。
<厚度及元素分佈(鐵氧體層)> 使用場發射型掃描電子顯微鏡(FE-SEM)觀察鐵氧體層的剖面,求得厚度。然後,使用顯微鏡附帶的能量分散型X射線分析儀(EDX),對剖面進行元素分佈分析,得到分佈影像。
<密度(鐵氧體層)> 如以下所述測量出鐵氧體層的密度。首先,測量鐵氧體層成膜前的樹脂基材單體的質量。接著,測量測量鐵氧體層成膜後的樹脂基材的質量,並計算出與樹脂基材單體的質量之間的差異,以求得鐵氧體層的質量。再者,測量鐵氧體層的成膜面積和膜厚。使用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察鐵氧體層的剖面以求得膜厚。 然後,根據下式(4)計算出鐵氧體層的密度。
[數7]
Figure 02_image007
<表面粗糙度(樹脂基材、鐵氧體層)> 使用雷射顯微鏡(Lasertec 股份公司,OPTELICS HYBRID),評估樹脂基材和鐵氧體層的各個表面的算術平均高度(Sa)和最大高度(Sz)。對各個樣本測量10個點,並求得其平均值。根據JIS B 0601-2001進行測量。再者,從鐵氧體層的算術平均高度(Sa)和厚度(d F)計算出粗糙度比例(Sa/d F)。
<表面電阻(樹脂基材、鐵氧體層)> 使用電阻率計(三菱化學股份公司,LorestaHP MCP-T410)測量鐵氧體層的表面電阻。對各個樣本測量10個點,並求得其平均值。
<磁導率(磁性複合體)> 使用矢量網路分析儀(vector network analyzer)(Keysight,PNA N5222B,10MHz~26.5GHz)和磁導率測量夾具(Keycom股份公司),以微帶線(microstrip line)複磁導率測量法測量出磁性複合體的磁導率。具體而言,將磁性複合體切出,並設置於磁導率測量用夾具上作為測量樣本。然後,以對數尺度在100MHz~10GHz的範圍內掃描測量頻率。求得頻率為1GHz的複磁導率的實部μ'及虛部μ'',並根據下式(5)計算出損耗係數(tanδ)。
[數8]
Figure 02_image009
另外,在磁性複合體的厚度包含鐵氧體層在內為1mm以下的情況下,將磁性複合體加工成寬度為5mm、長度為10mm的長條狀,並將加工後的磁性複合體放置於測量夾具上進行測量。而在磁性複合體的厚度包含鐵氧體層在內超過1mm的情況下,對磁性複合體中未形成鐵氧體層的樹脂表面研磨,並加工至厚度變成500μm,且進一步將其加工成寬度為5mm、長度為10mm的長條狀,將加工後的磁性複合體放置於測量夾具上進行測量。
<彎曲性(磁性複合體)> 將磁性複合體(基材厚度50μm)纏繞於英寸管以評估彎曲性。具體而言,準備三種英寸管:外徑為1/16英寸的管子、外徑為1/8英寸的管子、外徑為1/4英寸的管子,將磁性複合體纏繞於每個英寸管,使鐵氧體層位於外側。然後,目視觀察鐵氧體層的狀態,根據以下的標準評價為○~×。
○:在捲繞前後沒有觀察到鐵氧體層的變化。 △:捲繞後的鐵氧體層產生裂紋。 ×:捲繞後鐵氧體層剝離。
<密合性(磁性複合體)> 以鉛筆硬度試驗(鉛筆劃痕試驗)評估鐵氧體層與樹脂基材之間的密合性。根據舊JIS K5400進行測量。在每個試驗中,以具有相同密度符號的鉛筆重複刮劃5次。此時,每刮一次就將鉛筆芯的尖端削尖。另外,鉛筆硬度依照3B、2B、B、HB、F、H、2H、3H、4H、5H、6H、7H、8H、9H、10H的順序遞增,硬度越高則意味著密合性越優異。
<密合性(磁性複合體)> 以劃格(Cross-cut)法對磁性複合體(基材厚度為500μm、5000μm)評估鐵氧體層與樹脂基材之間的密合性。根據JIS K5600-5-6:1999進行測量。再者,基於所得到的評估結果,根據以下的標準對樣本進行評價。
A:切口的邊緣完全平滑,任何格子的網目都沒有剝離。 B:在切口的交叉處出現少量的塗膜剝離。劃格部分受到影響的數量明顯不超過5%。 C:塗膜沿切口的邊緣及/或交叉處剝離。劃格部分受到影響的數量明顯超過5%但未超過15%。 D:塗膜沿切口的邊緣局部或全部大幅地剝離、及/或網目的各部分局部或全部剝離。劃格部分受到影響的數量明顯超過15%但未超過35%。 E:塗膜沿切口的邊緣局部或全部大幅地剝離、及/或數個網目局部或全部剝離。劃格部分受到影響的數量明顯不超過65%。 F:無法以A~E分類的剝離程度。
(3)評估結果 對於範例1~範例25,鐵氧體粉末的特性和樹脂基材的特性分別如表3及表4所示。再者,磁性複合體的特性如表5及表6所示。
如表3所示,在範例1~範例11及範例14~範例25的成膜步驟中所使用的鐵氧體粉末的尖晶石相的含有比例都高達99質量%以上,充分促進尖晶石型鐵氧體的合成。再者,XRD峰強度比(I 222/ I 311)大約為0.04~0.05,不比一般的尖晶石型鐵氧體差。而且,平均粒徑(D50)為3.6~5.2μm,微晶直徑大約為10~18nm。另一方面,範例12及範例13的鐵氧體粉末的尖晶石相的含有比例低至未滿96質量%。再者,微晶直徑小至大約為2~5nm,磁性特性較差。可認為是因為強化了在乾式珠磨處理時的粉碎條件而微粒化,所以原料被氧化。
如表5及表6所示,範例1~範例8、範例11及範例17~25的磁性複合體的鐵氧體層的厚度(d F)為2.0μm以上,XRD峰強度比(I 222/ I 311)為零 (0)。再者,α-Fe 2O 3的量大約為0.5~19.7質量%,微晶直徑小至未滿2.20nm。因此,這些樣本具有相對較高的相對密度及密合力,且表面電阻高。特別是範例1、範例4、範例7及範例8的相對密度為90%以上,非常高,且在密合性試驗的結果中,鉛筆硬度為5H以上也非常優異。再者,範例3、範例17~25的磁性複合體的彎曲性試驗的結果良好。
另一方面,在範例9中,由於使用了比重小的聚丙烯作為基材,因此與基材的密合性弱,形成了密度低的鐵氧體層,因此無法得到充分的磁性特性。再者,在範例10中,樹脂基材被在成膜過程高速噴射的鐵氧體粉末刮削,無法形成鐵氧體層。可認為這是因為構成基材的樹脂(PMMA)與鐵氧體粉末的相容性差,沒有適當地發揮錨固效果的緣故。再者,在範例12~16中,雖然鐵氧體層看似可以成膜,但用手指摩擦時鐵氧體層會立即剝落。特別是在範例12~15中,形成稱為壓縮粉末體的粉末之積層體,結果並沒有順利成膜。因此,在範例10及範例12~16中,成膜不均勻(斑駁色差),無法進行各種特性的測量。
在範例1中所得到的磁性複合體的鐵氧體層,其剖面元素分佈影像如圖10(a)~圖10(f)所示。此處,圖10(a)~圖10(f)分別表示電子束影像(a)、碳(C)分佈影像(b)、氧(O)分佈影像(c)、錳(Mn)分佈影像(d)、鐵(Fe)分佈影像(e)、鋅(Zn)分佈影像(f)。再者,在圖10(a)~圖10(f)中,樹脂基材位於下側,鐵氧體層顯位於上側。
樹脂基材和鐵氧體層的組成元素明確地分離。亦即,碳(C)存在於基材側,錳(Mn)、鐵(Fe)、鋅(Zn)及氧(O)僅存在於鐵氧體層側。由此可知,樹脂基材與鐵氧體層之間沒有發生因反應所引起的元素擴散。
圖11繪示出在範例1中所得到的磁性複合體的磁導率(實部μ',虛部μ'')。可知在從低頻側至1GHz以上的高頻範圍之間,μ''幾乎為0且μ'表示恆定的值,而在1GHz以上的頻率可取得μ''的最大值。
由上述的結果可知,本實施形態的磁性複合體包括緻密且膜厚較厚、磁性特性優異、而且密合性良好的鐵氧體層之磁性複合體。
[表3] 表3  鐵氧粉末的特性
  鐵氧粉末
粒度分佈 SF-2 長寬比 真比重 (g/cm 3) 結晶相 I 222/I 311 晶格常數 LCp (Å) 微晶直徑CSp (nm) 磁性特性@5kOe
D10 (μm) D50 (μm) D90 (μm) 尖晶石相 (mass%) α-Fe 2O 3(mass%) σs (emu/g) σr (emu/g) Hc (Oe)
範例1 1.4 5.0 10.2 1.16 1.49 5.15 99.4 0.6 0.042 8.4950 16.025 85.6 4.2 50.6
範例2 1.4 5.0 10.2 1.16 1.49 5.15 99.4 0.6 0.042 8.4950 16.025 85.6 4.2 50.6
範例3 1.4 5.0 10.2 1.16 1.49 5.15 99.4 0.6 0.042 8.4950 16.025 85.6 4.2 50.6
範例4 1.4 5.0 10.2 1.16 1.49 5.15 99.4 0.6 0.042 8.4950 16.025 85.6 4.2 50.6
範例5 1.4 5.0 10.2 1.16 1.49 5.15 99.4 0.6 0.042 8.4950 16.025 85.6 4.2 50.6
範例6 1.4 5.0 10.2 1.16 1.49 5.15 99.4 0.6 0.042 8.4950 16.025 85.6 4.2 50.6
範例7 1.4 5.0 10.2 1.16 1.49 5.15 99.4 0.6 0.042 8.4950 16.025 85.6 4.2 50.6
範例8 1.4 5.0 10.2 1.16 1.49 5.15 99.4 0.6 0.042 8.4950 16.025 85.6 4.2 50.6
範例9* 1.4 5.0 10.2 1.16 1.49 5.15 99.4 0.6 0.042 8.4950 16.025 85.6 4.2 50.6
範例10* 1.4 5.0 10.2 1.16 1.49 5.15 99.4 0.6 0.042 8.4950 16.025 85.6 4.2 50.6
範例11 0.9 4.5 11.5 1.22 1.43 5.54 99.6 0.4 0.046 8.4104 17.724 50.8 3.0 43.1
範例12* 0.4 0.9 2.1 1.20 1.40 5.48 95.9 4.1 0.036 8.4107 4.482 47.8 7.3 105.5
範例13* 0.4 0.9 1.8 1.15 1.57 5.18 86.1 13.9 0.028 8.4903 2.955 67.8 10.0 117.3
範例14* 1.4 5.0 10.2 1.16 1.49 5.15 99.4 0.6 0.042 8.4950 16.025 85.6 4.2 50.6
範例15* 1.4 5.0 10.2 1.16 1.49 5.15 99.4 0.6 0.042 8.4950 16.025 85.6 4.2 50.6
範例16* 1.4 5.0 10.2 1.16 1.49 5.15 99.4 0.6 0.042 8.4950 16.025 85.6 4.2 50.6
範例17 1.4 5.0 10.2 1.16 1.49 5.15 99.4 0.6 0.042 8.4950 16.025 85.6 4.2 50.6
範例18 1.1 4.2 10.6 1.16 1.52 5.32 99.3 0.7 0.042 8.4821 16.852 57.8 2.0 24.4
範例19 1.1 4.2 9.5 1.24 1.52 5.36 99.2 0.8 0.042 8.4776 16.428 69.2 3.1 39.2
範例20 0.8 4.1 11.0 1.14 1.67 5.47 99.7 0.3 0.046 8.4043 16.682 57.3 4.0 57.2
範例21 0.9 4.5 11.5 1.12 1.57 5.54 99.6 0.4 0.046 8.4104 17.724 50.8 3.0 43.1
範例22 1.1 5.0 11.7 1.31 1.64 5.56 99.6 0.4 0.046 8.4028 16.508 59.5 4.1 57.9
範例23 1.3 3.6 9.0 1.21 1.53 5.07 99.4 0.6 0.042 8.4839 14.603 65.5 6.0 75.4
範例24 1.6 5.2 11.8 1.11 1.71 5.40 99.5 0.5 0.042 8.4104 10.711 95.5 11.6 151.7
範例25 1.6 5.2 11.9 1.11 1.70 5.39 99.4 0.6 0.042 8.4127 11.187 94.8 0.7 142.9
註1)「*」表示比較例。
[表4] 表4  樹脂基材的特性
  樹脂基材
材質 樹脂的比重 (g/cm 3) 厚度d R(μm) 色調 表面粗度Sa (μm) 表面電阻 (Ω)
範例1 PC 1.20 500 無色/透明 0.10 1.0×10 8以上
範例2 PC 1.20 500 無色/透明 0.10 1.0×10 8以上
範例3 PI 1.42 50 褐色/透明 0.35 1.0×10 8以上
範例4 PVC 1.40 500 無色/透明 0.34 1.0×10 8以上
範例5 POM 1.41 500 白色/不透明 0.22 1.0×10 8以上
範例6 ABS 1.04 500 乳白色/不透明 0.20 1.0×10 8以上
範例7 PEEK 1.32 5000 灰色/不透明 0.49 1.0×10 8以上
範例8 PA 1.10 5000 藍色/不透明 0.81 1.0×10 8以上
範例9* PP 0.91 500 白色/半透明 0.50 1.0×10 8以上
範例10* PMMA 1.19 500 無色/透明 0.08 1.0×10 8以上
範例11 PC 1.20 500 無色/透明 0.10 1.0×10 8以上
範例12* PC 1.20 500 無色/透明 0.10 1.0×10 8以上
範例13* PC 1.20 500 無色/透明 0.10 1.0×10 8以上
範例14* PC 1.20 500 無色/透明 0.10 1.0×10 8以上
範例15* PC 1.20 500 無色/透明 0.10 1.0×10 8以上
範例16* PC 1.20 500 無色/透明 0.10 1.0×10 8以上
範例17 PI 1.42 50 褐色/透明 0.35 1.0×10 8以上
範例18 PI 1.42 50 褐色/透明 0.35 1.0×10 8以上
範例19 PI 1.42 50 褐色/透明 0.35 1.0×10 8以上
範例20 PI 1.42 50 褐色/透明 0.35 1.0×10 8以上
範例21 PI 1.42 50 褐色/透明 0.35 1.0×10 8以上
範例22 PI 1.42 50 褐色/透明 0.35 1.0×10 8以上
範例23 PI 1.42 50 褐色/透明 0.35 1.0×10 8以上
範例24 PI 1.42 50 褐色/透明 0.35 1.0×10 8以上
範例25 PI 1.42 50 褐色/透明 0.35 1.0×10 8以上
註1)「*」表示比較例。
[表5] 表5  磁性複合體的特性
  鐵氧體層
厚度d F(μm) 厚度比 d F/d R 密度(g/cm 3) 相對 密度 (%) Sa (μm) Sz (μm) Sa/d F 組成 (mass%) I 222/I 311 晶格常數 LCf(Å) 微晶直徑 CSf(nm) 晶格常數 變化率 LCf/LCp 微晶直徑 變化率 CSf/CSp 表面電阻 (Ω)
表面 背面 尖晶石相 α-Fe 2O 3
範例1 4.10 - 0.0082 4.71 91.5 0.16 3.68 0.038 87.9 12.1 0.00 8.4923 2.1862 1.00 0.14 8.87×10 5
範例2 7.94 - 0.0159 4.54 88.2 0.24 1.94 0.030 85.9 14.1 0.00 8.4896 2.1328 1.00 0.13 1.49×10 5
範例3 4.10 - 0.0820 4.34 84.3 0.18 2.70 0.044 90.1 9.9 0.00 8.4495 1.8842 0.99 0.12 7.32×10 5
範例4 5.20 - 0.0104 4.99 97.0 0.25 3.99 0.048 86.4 13.6 0.00 8.4911 2.1850 1.00 0.14 1.15×10 5
範例5 6.00 - 0.0120 4.63 89.9 0.22 2.85 0.036 85.3 14.7 0.00 8.4903 2.1745 1.00 0.14 4.95×10 4
範例6 5.90 - 0.0118 4.58 89.0 0.20 3.32 0.034 88.4 11.6 0.00 8.4969 2.1541 1.00 0.13 3.03×10 5
範例7 6.19 - 0.0031 4.83 93.8 0.56 5.49 0.090 87.8 12.2 0.00 8.4902 2.1489 1.00 0.13 5.39×10 4
範例8 7.63 - 0.0038 4.72 91.7 0.88 8.15 0.115 85.1 14.9 0.00 8.4899 2.1654 1.00 0.14 4.32×10 5
範例9* 2.70 - 0.0054 2.21 42.9 0.52 4.89 0.193 90.4 9.6 0.04 8.4623 1.9942 1.00 0.12 1.0×10 8以上
範例10* <0.01 - - - - 0.09 1 2.03 1 - - - - - - - - 1.0×10 8以上 1
範例11 4.21 - 0.0084 4.52 81.5 0.12 2.15 0.029 99.5 0.5 0.00 8.3954 1.9070 1.00 0.11 1.0×10 8以上
範例12* <0.01 - - - - 0.11 1 3.5 1 - - - - - - - - 1.0×10 8以上 1
範例13* <0.01 - - - - 0.12 1 3.41 1 - - - - - - - - 1.0×10 8以上 1
範例14* <0.01 - - - - 0.14 1 3.43 1 - - - - - - - - 1.0×10 8以上 1
範例15* <0.01 - - - - 0.12 1 3.51 1 - - - - - - - - 1.0×10 8以上 1
範例16* <0.01 - - - - 0.11 1 3.53 1 - - - - - - - - 1.0×10 8以上 1
範例17 4.10 4.10 0.0820 4.55 88.4 0.16 2.51 0.039 86.4 13.6 0.00 8.4870 1.9114 1.00 0.12 5.32×10 5
範例18 4.40 4.40 0.0880 4.46 83.8 0.21 3.05 0.048 82.6 17.4 0.00 8.4824 1.9036 1.00 0.11 6.58×10 5
範例19 4.35 4.35 0.0870 4.29 80.0 0.27 3.15 0.062 81.9 18.1 0.00 8.4791 1.8878 1.00 0.11 1.14×10 6
範例20 3.90 3.90 0.0780 4.38 80.1 0.19 2.38 0.049 90.1 9.9 0.00 8.4746 1.9031 1.01 0.11 1.0×10 8以上
範例21 3.60 3.60 0.0720 4.71 85.0 0.18 2.99 0.050 88.5 11.5 0.00 8.4710 1.8554 1.01 0.10 1.0×10 8以上
範例22 3.30 3.30 0.0660 4.31 77.5 0.21 3.47 0.064 92.3 7.7 0.00 8.4653 1.8389 1.01 0.11 1.0×10 8以上
範例23 3.80 3.80 0.0760 4.02 79.3 0.19 2.88 0.050 80.3 19.7 0.00 8.4940 1.7894 1.00 0.12 1.0×10 8以上
範例24 3.85 3.85 0.0770 4.11 76.1 0.23 3.18 0.060 97.2 2.8 0.00 8.4931 2.0401 1.01 0.19 2.47×10 4
範例25 3.70 3.70 0.0740 4.21 78.1 0.27 3.61 0.073 98.5 1.5 0.00 8.4873 2.1769 1.01 0.19 3.52×10 4
註1)鐵氧膜幾乎未形成的狀態下的測量值 註2)「*」表示比較例。 註3)「-」表示未測量。
[表6] 表6  磁性複合體的特性
  磁性特性 磁導率 密合性 彎曲性
σs (emu/g) σr (emu/g) Hc (Oe) μ' μ'' tanδ 鉛筆 硬度 劃格 試驗 1/16英寸 1/8英寸 1/4英寸
範例1 2.7 0.1 177.1 2.78 0.58 0.21 8H A - - -
範例2 4.9 0.2 181.9 2.91 0.61 0.21 8H A - - -
範例3 7.9 2.9 140.3 2.87 0.65 0.23 7H -
範例4 3.1 0.2 207.6 2.84 0.67 0.24 8H A - - -
範例5 3.2 0.2 209.6 2.83 0.62 0.22 10H A - - -
範例6 4.2 0.2 156.4 2.64 0.51 0.19 6H B - - -
範例7 1.0 0.0 761.3 2.74 0.57 0.21 10H A - - -
範例8 1.4 0.1 637.3 2.73 0.55 0.20 5H B - - -
範例9* 1.1 0.1 131.8 1.42 0.25 0.17 H D - - -
範例10* - - - - - - HB 1 - - - -
範例11 1.6 0.1 150.9 1.99 0.41 0.21 7H A - - -
範例12* - - - - - B 1 - - - -
範例13* - - - - - - B 1 - - - -
範例14* - - - - - - B 1 - - - -
範例15* - - - - - - B 1 - - - -
範例16* - - - - - - B 1 - - - -
範例17 17.7 6.4 140.9 2.98 0.64 0.22 8H -
範例18 18.1 5.5 120.5 2.81 0.91 0.33 7H -
範例19 19.7 4.2 113.7 3.40 1.41 0.41 8H -
範例20 7.9 2.6 240.4 1.94 0.28 0.14 7H -
範例21 7.6 3.1 237.5 2.06 0.44 0.21 8H -
範例22 8.1 3.6 273.8 1.98 0.22 0.11 7H -
範例23 9.1 3.0 195.6 2.34 0.52 0.22 8H -
範例24 18.1 7.9 334.2 1.86 0.05 0.03 7H -
範例25 15.6 6.6 319.9 2.36 0.13 0.05 7H -
註1)鐵氧膜幾乎未形成的狀態下的測量值 註2)「*」表示比較例。 註3)「-」表示未測量。 [產業利用性]
根據本發明,提供一種包括緻密且膜厚較厚、磁性特性及電性特性優異、而且密合性良好的鐵氧體層之磁性複合體。
雖然參照特定的實施樣態詳細地說明了本發明,然而對本領域技術人員而言,顯然能夠在不偏離本發明的精神和範圍的情況下進行各種更改和修正。 本申請係基於2021年2月9日提交的日本專利申請(專利申請第2021-018761號公報)、2022年2月7日提交的日本專利申請(專利申請第2022-017459號公報)、及2022年2月8日提交的日本專利申請(專利申請第 2022-018310號公報),其內容併入於此作為參照。
2:氣溶膠化腔室 4:成膜腔室 6:輸送氣體源 8:真空排氣系統 10:振動器 12:原料容器 14:噴嘴 16:平台 20:氣溶膠沉積成膜裝置
圖1繪示出磁性複合體的一樣態。 圖2繪示出磁性複合體的另一樣態。 圖3繪示出磁性複合體的又另一樣態。 圖4繪示出磁性複合體的其他樣態。 圖5繪示出磁性複合體應用於電感器的範例。 圖6繪示出磁性複合體應用於電感器的另一範例。 圖7繪示出磁性複合體應用於電感器的又另一範例。 圖8繪示出磁性複合體應用於天線元件(UHF-ID標籤)的範例。 圖9繪示出氣溶膠成膜裝置的構造的範例。 圖10繪示出鐵氧體層的剖面元素分佈影像。 圖11繪示出磁性複合體的磁導率(實部μ',虛部μ'')。
2:氣溶膠化腔室
4:成膜腔室
6:輸送氣體源
8:真空排氣系統
10:振動器
12:原料容器
14:噴嘴
16:平台
20:氣溶膠沉積成膜裝置

Claims (7)

  1. 一種磁性複合體,其為包括樹脂基材、和設置在前述樹脂基材的表面上的鐵氧體層之磁性複合體,其特徵在於:前述樹脂基材的厚度(d R)為10μm以上,前述鐵氧體層的厚度(d F)為2.0μm以上且以尖晶石型鐵氧體為主要成分,在X射線繞射分析中(222)面的積分強度(I 222)相對於(311)面的積分強度(I 311)的比例(I 222/I 311)為0.00以上0.03以下。
  2. 如請求項1所述之磁性複合體,其中前述鐵氧體層的α-Fe 2O 3含量為0.0質量%以上20.0質量%以下。
  3. 如請求項1或2所述之磁性複合體,其中前述鐵氧體層含有鐵(Fe)及氧(O),且還含有選自由鋰(Li)、鎂(Mg)、鋁(Al)、鈦(Ti)、錳(Mn)、鋅(Zn)、鎳(Ni)、銅(Cu)及鈷(Co)所組成的群組中的至少一種元素。
  4. 如請求項1~3中任一項所述之磁性複合體,其中前述鐵氧體層的表面算術平均高度(Sa)相對於其厚度(d F)的比例(Sa/d F)超過0.00且為0.20以下。
  5. 如請求項1~4中任一項所述之磁性複合體,其中前述鐵氧體層具有含有鐵氧體構成成分且其餘為不可避免的雜質的組成。
  6. 如請求項1~5中任一項所述之磁性複合體,其中構成前述樹脂基材的樹脂的比重為0.95g/cm 3以上。
  7. 如請求項1~6中任一項所述之磁性複合體,其中構成前述樹脂基材的樹脂為選自由聚碳酸酯(polycarbonate, PC)、聚醯亞胺(polyimide, PI)、聚氯乙烯(polyvinyl chloride, PVC)、聚甲醛(polyoxymethylene, POM)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(acrylonitrile butadiene styrene, ABS)、聚醚醚酮(polyetheretherketone , PEEK)及聚醯胺(polyamide, PA)所構成的群組中的至少一種。
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