WO2011046125A1 - 高周波用磁性材料及び高周波デバイス - Google Patents

高周波用磁性材料及び高周波デバイス Download PDF

Info

Publication number
WO2011046125A1
WO2011046125A1 PCT/JP2010/067907 JP2010067907W WO2011046125A1 WO 2011046125 A1 WO2011046125 A1 WO 2011046125A1 JP 2010067907 W JP2010067907 W JP 2010067907W WO 2011046125 A1 WO2011046125 A1 WO 2011046125A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
magnetic
magnetic particles
tan
high frequency
frequency
Prior art date
Application number
PCT/JP2010/067907
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
明 中村
Original Assignee
ミツミ電機株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from JP2009238902A external-priority patent/JP2011086788A/ja
Priority claimed from JP2009240074A external-priority patent/JP5568944B2/ja
Application filed by ミツミ電機株式会社 filed Critical ミツミ電機株式会社
Priority to US13/502,200 priority Critical patent/US20120217431A1/en
Priority to CN2010800459493A priority patent/CN102598164A/zh
Publication of WO2011046125A1 publication Critical patent/WO2011046125A1/ja

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F1/00—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
    • H01F1/01—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
    • H01F1/03—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
    • H01F1/12—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials
    • H01F1/14—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials metals or alloys
    • H01F1/20—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials metals or alloys in the form of particles, e.g. powder
    • H01F1/22—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials metals or alloys in the form of particles, e.g. powder pressed, sintered, or bound together
    • H01F1/24—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials metals or alloys in the form of particles, e.g. powder pressed, sintered, or bound together the particles being insulated
    • H01F1/26—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials metals or alloys in the form of particles, e.g. powder pressed, sintered, or bound together the particles being insulated by macromolecular organic substances
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F1/00—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
    • H01F1/01—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
    • H01F1/03—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
    • H01F1/12—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials
    • H01F1/34—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials non-metallic substances, e.g. ferrites
    • H01F1/36—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials non-metallic substances, e.g. ferrites in the form of particles
    • H01F1/37—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials non-metallic substances, e.g. ferrites in the form of particles in a bonding agent
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q7/00—Loop antennas with a substantially uniform current distribution around the loop and having a directional radiation pattern in a plane perpendicular to the plane of the loop
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q7/00—Loop antennas with a substantially uniform current distribution around the loop and having a directional radiation pattern in a plane perpendicular to the plane of the loop
    • H01Q7/06—Loop antennas with a substantially uniform current distribution around the loop and having a directional radiation pattern in a plane perpendicular to the plane of the loop with core of ferromagnetic material
    • H01Q7/08—Ferrite rod or like elongated core
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/16—Resonant antennas with feed intermediate between the extremities of the antenna, e.g. centre-fed dipole
    • H01Q9/26—Resonant antennas with feed intermediate between the extremities of the antenna, e.g. centre-fed dipole with folded element or elements, the folded parts being spaced apart a small fraction of operating wavelength
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/16—Resonant antennas with feed intermediate between the extremities of the antenna, e.g. centre-fed dipole
    • H01Q9/28—Conical, cylindrical, cage, strip, gauze, or like elements having an extended radiating surface; Elements comprising two conical surfaces having collinear axes and adjacent apices and fed by two-conductor transmission lines
    • H01Q9/285—Planar dipole

Definitions

  • the present invention relates to a high frequency magnetic material and a high frequency device.
  • magnetic materials have been used in various magnetic application products.
  • a material that changes greatly in magnetization with a weak magnetic field is called a soft magnetic material.
  • the attenuation of the complex magnetic permeability real part Re ( ⁇ ) and the increase of the complex magnetic permeability imaginary part Im ( ⁇ ) occur at a high frequency of about 1 GHz.
  • ⁇ is the angular frequency
  • ⁇ 0 is the magnetic permeability of the vacuum
  • H is the strength of the magnetic field.
  • the complex permeability real part Re ( ⁇ ) is a value indicating the magnitude of the electromagnetic wave collecting effect or the wavelength shortening effect on the electromagnetic wave, and is preferably a high value in practice.
  • the tangent delta is a large value, the magnetic energy is converted into heat energy in the magnetic material, and the transmission efficiency of the necessary energy deteriorates. For this reason, the tangent delta is preferably a low value.
  • the magnetic loss will be described as tangent delta (tan ⁇ ).
  • Soft magnetic materials include thin film materials having a low tan ⁇ even in a high frequency band (GHz band).
  • thin film materials such as Fe-based high electrical resistance soft magnetic films and Co-based high electrical resistance films.
  • the volume of the thin film material is small, the application range is limited.
  • there is a problem that the process of forming a thin film is complicated and expensive equipment must be used.
  • a resin molding technique is applied to a composite magnetic material in which a magnetic material is dispersed in a resin.
  • a technique for providing an electromagnetic wave absorber having excellent radio wave absorption characteristics in a wide band by combining a nanocrystalline soft magnetic material obtained as a powder with a resin is known (see, for example, Patent Document 1). ).
  • the object of the present invention is to reduce the loss of high-frequency magnetic materials by optimizing the conditions related to magnetic particles, or by applying magnetization treatment to composite magnetic materials containing magnetic particles isolated and dispersed in resin. It is to be.
  • a magnetic material for high frequency in which magnetic particles are dispersed in a resin material,
  • the magnetic particles are substantially spherical, the resin material contains 1 to 60 vol% of the magnetic particles, the saturation flux density of the magnetic particles is 1 T or more, and the magnetic anisotropy constant of the magnetic particles is
  • Ku ⁇ 400 ⁇ 10 3 (J / m 3 ) For cubic materials, K1 ⁇ 800 ⁇ 10 3 (J / m 3 ), and for uniaxial anisotropic materials, Ku ⁇ 400 ⁇ 10 3 (J / m 3 ).
  • a magnetic material for high frequency in which magnetic particles are dispersed in a resin material,
  • the magnetic particles are substantially spherical, the average particle diameter d is 0.1 ⁇ d ⁇ 1 ( ⁇ m), and the relative particle volume f (d) at each particle diameter is ⁇ ⁇ f (d) ⁇ d 2. ⁇ ⁇ 6.7 ⁇ 10 ⁇ 12 is satisfied.
  • the flatness of the magnetic particles is preferably 0.36 to 2.50.
  • a magnetic material for high frequency in which magnetic particles are dispersed in a resin material, The magnetic particles have a substantially spherical shape and are magnetized.
  • the magnetization distribution inside the magnetic particles preferably has a vortex reflux structure.
  • the magnetizing treatment is preferably performed during or after the treatment for dispersing the magnetic particles in the resin material.
  • the magnetization process is performed in a direction parallel to the main direction of the applied magnetic field in the device to be used.
  • the high-frequency device includes at least one of an antenna, a circuit board, and an inductor to which the high-frequency magnetic material is applied.
  • the loss of the magnetic material for high frequency can be reduced by optimizing the conditions related to the magnetic particles or by applying the magnetizing treatment to the composite magnetic material containing the magnetic particles isolated and dispersed in the resin. can do.
  • FIG. It is the figure which showed an example of the antenna to which the magnetic material for high frequencies was applied. It is the figure which showed an example of the antenna to which the magnetic material for high frequencies was applied. It is the figure which showed an example of the antenna to which the magnetic material for high frequencies was applied. It is the figure which showed an example of the antenna to which the magnetic material for high frequencies was applied. It is the figure which showed an example of the antenna to which the magnetic material for high frequencies was applied. It is the figure which showed an example of the antenna to which the magnetic material for high frequencies was applied. It is the figure which showed an example of the inductor to which the magnetic material for high frequencies was applied. It is the figure which showed an example of the circuit board to which the magnetic material for high frequencies was applied.
  • FIG. 1 is a view showing the calculation result of the magnetic permeability Re ( ⁇ ) with respect to the particle diameter of the magnetic particles.
  • the horizontal axis indicates the particle size of the magnetic particles.
  • the vertical axis represents the magnetic permeability Re ( ⁇ ).
  • the magnetic permeability Re ( ⁇ ) was a substantially constant value “7”.
  • FIG. 2 is a diagram showing a calculation result of tan ⁇ with respect to the particle size of the magnetic particles.
  • the horizontal axis indicates the particle size of the magnetic particles.
  • the vertical axis represents tan ⁇ . Tan ⁇ was calculated by separating the magnetic loss component (tan ⁇ m) and the eddy current loss component (tan ⁇ e). Of these, the magnetic loss component (tan ⁇ m) was calculated using micromagnetic simulation.
  • a value obtained by adding the magnetic loss component and the eddy current loss component was calculated as tan ⁇ .
  • the flatness corresponds to the diameter (d) / thickness (t) of the magnetic particles shown in FIG. 3A.
  • the horizontal axis in FIG. 3B indicates the flatness ratio (d / t).
  • the vertical axis indicates the values of magnetic permeability Re ( ⁇ ) and tan ⁇ at 1 GHz.
  • tan ⁇ shows a low value of about 0.1 or less in the range of the flatness of 0.36 to 2.50.
  • the horizontal axis of FIG. 4 shows the value Ms (T) of the saturation magnetic flux density of the magnetic particles.
  • the vertical axis indicates the values of magnetic permeability Re ( ⁇ ) and tan ⁇ at 1 GHz.
  • tan ⁇ shows a low value of about 0.1 or less.
  • FIG. 5 is a diagram showing the characteristics of the magnetic permeability Re ( ⁇ ) and tan ⁇ with respect to the magnetic anisotropy constant K1 when the magnetic particles are cubic.
  • the horizontal axis in FIG. 5 represents the magnetic anisotropy constant K1 in the cubic material.
  • the vertical axis indicates the values of magnetic permeability Re ( ⁇ ) and tan ⁇ at 1 GHz.
  • tan ⁇ shows a low value of about 0.1 or less within the range of magnetic anisotropy constant K1 ⁇ 800 ⁇ 10 3 (J / m 3 ).
  • FIG. 6 is a diagram showing the characteristics of the magnetic permeability Re ( ⁇ ) and tan ⁇ with respect to the magnetic anisotropy constant Ku when the magnetic particles are uniaxial anisotropic materials.
  • the horizontal axis of FIG. 6 shows the magnetic anisotropy constant Ku in the uniaxial anisotropic material.
  • the vertical axis indicates the values of magnetic permeability Re ( ⁇ ) and tan ⁇ at 1 GHz.
  • tan ⁇ shows a low value of about 0.1 or less within the range of the magnetic anisotropy constant Ku ⁇ 400 ⁇ 10 3 (J / m 3 ).
  • the permeability Re ( ⁇ comp. ) And tan ⁇ comp. Of the composite material (magnetic material for high frequency) when the content (filling rate) of the magnetic particles in the resin is changed .
  • the calculation result of will be described.
  • the magnetic permeability in the high-frequency magnetic material is Re ( ⁇ comp. )
  • the tangent delta is tan ⁇ comp. . Will be described.
  • the filling rate was defined as the volume ratio of the magnetic particles to the total volume of the composite material.
  • FIG. 7 shows magnetic permeability Re ( ⁇ comp. ) And tan ⁇ comp. Obtained by changing the filling rate when Fe particles having a particle diameter of 0.2 ⁇ m are used . It is the figure which showed the characteristic of the calculation result.
  • the horizontal axis indicates the filling rate ⁇ .
  • the vertical axis represents magnetic permeability Re ( ⁇ comp. ) And tan ⁇ comp. Indicates.
  • the magnetic permeability Re ( ⁇ comp. ) And tan ⁇ comp. By referring to the relationship, it is possible to select an appropriate filling rate according to product design (design of magnetic application products). In addition, when selecting the filling rate, increasing the filling rate excessively deteriorates kneadability and moldability, and increases magnetization loss through magnetic interaction between magnetic particles. That is, it is not preferable to increase the filling rate excessively. For this reason, the filling rate is preferably 1 to 60 vol%.
  • the particle size of the particles that can be actually prepared has a distribution, and as shown in FIG. An increase in tan ⁇ due to current loss occurs.
  • tan ⁇ due to eddy current loss considering the particle size distribution is represented by ⁇ ⁇ f (d) ⁇ tan ⁇ e ⁇ .
  • the relative particle volume f (d) is the ratio of the total volume of the particles included in the particle size range having the particle size d as a representative value to the total volume of all the particles.
  • FIG. 8 shows the permeability Re ( ⁇ comp. ) And tan ⁇ comp. (Corresponding to the conventional example (1) and (2) in FIG. 8) and the conditions selected based on the calculation results in FIGS.
  • the magnetic particles are substantially spherical, the content of the magnetic particles is 1 to 60 vol%, the saturation magnetic flux density 1T or more, the magnetic anisotropy constant ⁇ 800 ⁇ 10 3 is a cubic material (J / m 3) of magnetic particles, the uniaxial anisotropic material with ⁇ 400 ⁇ 10 3 (J / m 3) Permeability) Re ( ⁇ comp. ) And tan ⁇ comp. (Corresponding to the present invention in FIG. 8).
  • the evaluation method of the molded body (magnetic material for high frequency) according to the present invention shown in FIG. 8 will be described.
  • the molded object (magnetic material for high frequency) demonstrated below has distribution in a particle size.
  • the average particle diameter is defined as the median diameter (D50) in the volume-based particle size distribution.
  • the measurement of the particle size distribution can be evaluated by a static light scattering method or the like.
  • This molded body was made into a length 4 (mm) ⁇ width 4 (mm) ⁇ thickness 0.7 (mm) by mechanical processing, and using a commercially available high-frequency permeability measuring device, permeability Re ( ⁇ comp. ) And tan ⁇ comp. Evaluated.
  • FIG. 8 shows the evaluation results. Further, the conventional example shown in FIG. 8 includes a composite material (high-frequency magnetic body) using Fe particles having an average particle diameter of 1.9 ⁇ m and a composite material (high-frequency magnetic body using Ni particles having an average particle diameter of 0.4 ⁇ m). ) Permeability Re ( ⁇ comp. ) And tan ⁇ comp. It is.
  • FIG. 9A, FIG. 9B, FIG. 9C, FIG. 9D, and FIG. 10 are diagrams showing an example of an antenna to which a high-frequency magnetic material is applied.
  • An antenna ANT1 shown in FIG. 9A includes a high-frequency magnetic material 1A, a ground plate 2A, and an electrode 3A.
  • the ANT1 is configured such that the high frequency magnetic material 1A is formed on the ground plate 2A, and the electrode 3A is formed on the high frequency magnetic material 1A.
  • the antenna ANT2 shown in FIG. 9B includes a high-frequency magnetic material 1B, an electrode 3B, and an AC power source 4.
  • the AC power supply 4 indicates a power supply point of the AC power supply (the same applies to the AC power supply 4 shown in FIGS. 9C, 9D, and 10).
  • the ANT2 is configured such that the electrode 3B is formed on the high-frequency magnetic material 1B. At this time, the electrode 3B may be incorporated in the high-frequency magnetic material 1B.
  • the antenna ANT3 shown in FIG. 9C includes a high-frequency magnetic material 1C, an electrode 3C, and an AC power source 4.
  • the ANT3 may have a configuration in which the electrode 3C is disposed inside the high-frequency magnetic material 1C.
  • the antenna ANT4 shown in FIG. 9D includes a high-frequency magnetic material 1D, a ground plate 2D, an electrode 3D, and an AC power supply 4.
  • the ANT 4 is configured such that the high-frequency magnetic material 1D is formed on the ground plate 2D, and the electrode 3D is incorporated into the high-frequency magnetic material 1D.
  • the electrode 3D may be arranged inside the high-frequency magnetic material 1C.
  • the antenna ANT5 shown in FIG. 10 includes a high-frequency magnetic material 1E, a ground plate 2E, and an electrode 3E.
  • the ANT 5 is configured such that one surface of the high-frequency magnetic material 1E is formed at the same height as at least one surface of the ground plate 2E, and the electrode 3E is formed on the high-frequency magnetic material 1E.
  • the inductor 111 includes a high-frequency magnetic material 1 ⁇ / b> F, a terminal 11, and a winding 12. With this configuration, the high frequency magnetic material 1 ⁇ / b> F is applied to the inductor 111.
  • the circuit board 121 to which the high-frequency magnetic material is applied includes a high-frequency magnetic material 1 ⁇ / b> F, lands 21, via holes 22, internal electrodes 23, and mounting components 24 and 25.
  • the high-frequency magnetic material 1F is used for all layers, but the high-frequency magnetic material 1F may be used for at least one of these layers. With this configuration, the high-frequency magnetic material 1 ⁇ / b> F is applied to the circuit board 121.
  • the magnetic particles are substantially spherical, the content is 1 to 60 vol%, the saturation magnetization is 1 T or more, and the magnetic anisotropy constant is ⁇ 800 ⁇ 10 3 (J / m 3 for a cubic material).
  • tan ⁇ can be reduced to 0.1 or less by setting it to ⁇ 400 ⁇ 10 3 (J / m 3 ). For this reason, the loss of the magnetic material for high frequency can be reduced.
  • Tan ⁇ can be made 0.1 or less when the flatness is in the range of 0.36 to 2.50. For this reason, the flatness condition is allowed to be in the range of 0.36 to 2.50, so that it is not necessary to strictly control the magnetic particle manufacturing process conditions, and the cost for producing the magnetic material for high frequency is reduced. be able to.
  • the magnetic material for high frequency can be applied to at least one of an antenna, a circuit board, and an inductor.
  • the radiation efficiency of the antenna can be increased by applying a high-frequency magnetic material having a low tan ⁇ to the antenna.
  • FIG. 13 shows a state in which magnetization is stable from a random magnetization state (random magnetization state) when the magnetic material Fe (iron), the particle diameter is 1 ⁇ m, and the magnetic particle shape is substantially spherical ( Stable magnetization state) is obtained and shown as the magnetization distribution on the XY plane.
  • the Z direction indicates a direction orthogonal to the X and Y directions shown in FIG.
  • the direction of the arrow shown in FIG. 13 indicates the direction of magnetization.
  • the magnetization forms vortices in the XY plane. For this reason, no net magnetization occurs in the X and Y directions. In addition, magnetization in the Z direction exists at the center of the magnetic particle.
  • FIG. 14A is a diagram showing the magnetic permeability Re ( ⁇ ) when a magnetic field is applied in the X direction and the Z direction.
  • the horizontal axis indicates the frequency.
  • the vertical axis represents the magnetic permeability Re ( ⁇ ).
  • FIG. 14B is a diagram showing tan ⁇ when a magnetic field is applied in the X direction and the Z direction.
  • the horizontal axis indicates the frequency.
  • the vertical axis represents tan ⁇ . *
  • the magnetic permeability Re ( ⁇ ) was calculated using a micromagnetic simulation.
  • tan ⁇ was obtained as a magnetic loss component by the same micromagnetic simulation. This result does not include eddy current loss.
  • the magnetic permeability Re ( ⁇ ) is about 7 in each of the X direction and the Z direction.
  • tan ⁇ shows different values depending on the direction of the applied magnetic field. Specifically, tan ⁇ in the Z direction is smaller than that in the X direction. This indicates that tan ⁇ in the magnetization direction has been reduced. Specifically, since the direction of the local magnetization of most of the magnetic particles (only the XY in-plane component and not the Z component) and the magnetic field direction (Z direction) are orthogonal, hysteresis loss and domain wall resonance loss are By decreasing, tan ⁇ in the residual magnetization direction (Z direction) of the magnetic particles is decreased. Then, the rotating surface of the vortex and the residual magnetization direction are switched by the magnetization process, and tan ⁇ in the magnetization direction is reduced. In addition, it has been confirmed that the results shown in FIG.
  • the molded object (magnetic material for high frequency) demonstrated below has distribution in a particle size.
  • the average particle diameter is defined as the median diameter (D50) in the volume-based particle size distribution.
  • the measurement of the particle size distribution can be evaluated by a static light scattering method or the like.
  • the molded body is produced by using Fe particles having an average particle diameter of 1 ⁇ m as magnetic particles, using PPS (polyphenylene sulfide resin) as a resin, and further performing heat kneading with a kneader.
  • the kneading temperature was 270 ° C.
  • the kneading time was 30 minutes
  • the volume filling rate was 30 vol%.
  • This molded body was mechanically processed to 10 ⁇ 10 ⁇ 1 mmt, and magnetic permeability Re ( ⁇ ) and tan ⁇ corresponding to the magnetization direction were evaluated using a magnetic material property measurement system manufactured by Keycom.
  • the direction of the magnetization magnetic field is parallel to the direction of the measurement magnetic field (parallel magnetization) (for example, when the magnetization direction is the Z direction)
  • the direction of the magnetization magnetic field is the direction of the measurement magnetic field.
  • Magnetization was performed when it was vertical (perpendicular magnetization) (for example, when the magnetization direction was the X direction or the Y direction). Magnetization was performed by inserting a sample (molded body) into the opposing permanent magnet gap and setting the magnetic field strength to 5 kOe.
  • 15A and 15B are diagrams showing the relationship between the direction of the measurement magnetic field (measurement system) and the coordinate axes (XYZ axes).
  • 15A and 15B 31 indicates a ground, 32 indicates a sample (magnetic material for high frequency), and 33 indicates a signal line.
  • Reference numeral 34 denotes an arrow of the measurement magnetic field.
  • FIG. 15A shows a top view of the measurement system.
  • FIG. 15B shows a side view of the measurement system.
  • the XYZ axes correspond to the coordinate axes in FIG. 15B. Therefore, the arrow 34 indicates the measurement magnetic field in the Z direction.
  • FIG. 16A is a diagram showing evaluation results of permeability Re ( ⁇ ) and tan ⁇ when parallel magnetization is performed.
  • FIG. 16B is a diagram showing the evaluation results of the magnetic permeability Re ( ⁇ ) and tan ⁇ when perpendicular magnetization is performed.
  • the magnetic permeability Re ( ⁇ ) has almost the same value regardless of the magnetization direction.
  • tan ⁇ varies depending on the magnetization direction. Specifically, when measurement was performed five times in each magnetization direction, tan ⁇ at 1.5 GHz was 0.071 +0.004 ⁇ 0.002 in the case of parallel magnetization, and the vertical magnetization was In this case, it was 0.10 +0.008 -0.004 . That is, it was confirmed that tan ⁇ is lower in parallel magnetization than in vertical magnetization.
  • the direction of magnetization is determined by the direction of the main working magnetic field during operation (the direction in which tan ⁇ is desired to be lowered) in an actual product (high frequency device) to which the high frequency magnetic material is applied.
  • the actual product is an antenna
  • the magnetizing process is performed in the direction of the main working magnetic field during the operation of the antenna.
  • FIG. 15A, FIG. 15B, FIG. 16A, and FIG. 16B have been described with respect to the case where the magnetic particles are dispersed in the resin material and then subjected to the magnetization treatment. It is good also as performing a magnetizing process during manufacture of this.
  • the high-frequency magnetic material according to this embodiment may be applied to the high-frequency devices (antennas, inductors, circuit boards) shown in FIGS. 9A to 12.
  • the magnetization direction may be non-linear instead of one direction.
  • the magnetization direction may be the circumferential direction.
  • the antenna 101 may be configured by individually magnetizing the member 101 and the member 102 in the direction of the arrow and integrating the member 101 and the member 102.
  • the members 101 and 102 include a high-frequency magnetic material 103 and an electrode 104.
  • the antenna ANT100 can be manufactured by integrating the member 101 and the member 102.
  • the electrode 104 may be formed on the high-frequency magnetic materials 101 and 102 or may be configured to penetrate the high-frequency magnetic materials 101 and 102.
  • tan ⁇ can be reduced by performing the magnetization process on the high-frequency magnetic material in which the substantially spherical magnetic particles are dispersed in the resin material. For this reason, low loss of the magnetic material for high frequency can be realized.
  • the magnetizing treatment can be performed during or after the treatment for dispersing the magnetic particles in the resin material.
  • the magnetic material for high frequency can be applied to at least one of an antenna, a circuit board, and an inductor.
  • the radiation efficiency of the antenna can be increased by applying a high-frequency magnetic material having a low tan ⁇ to the antenna.
  • the description in the said embodiment is an example of the magnetic material for high frequencies and high frequency device which concern on this invention, and is not limited to this.
  • the surface of the magnetic particles may be coated with a nonmagnetic material (phosphate, silica, etc.), and the magnetic material for high frequency may be formed using the coated magnetic particles.
  • a nonmagnetic material phosphate, silica, etc.
  • the composite material of the magnetic material and the resin is the magnetic material for high frequency, but is not limited to this.
  • a composite material of a magnetic material and an inorganic substance inorganic dielectric, glass filler, conductive material
  • the high frequency magnetic material may be used as the high frequency magnetic material.
  • thermosetting resins or various thermoplastic resins may be used as the resin.
  • a kneading device an extruder, a kneader, a bead mill or the like may be used.
  • injection molding extrusion molding, compression molding, or the like may be used.
  • the present invention can be used in a high-frequency magnetic material in which magnetic particles are dispersed in a resin material and a high-frequency device to which the high-frequency magnetic material is applied.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Soft Magnetic Materials (AREA)

Abstract

　高周波用磁性材料の低損失化を実現する。　磁性粒子が樹脂材料中に分散されてなる高周波用磁性材料であって、磁性粒子は略球形であり、樹脂材料に磁性粒子は１～６０ｖｏｌ％含まれており、磁性粒子の飽和磁束密度は１テスラ以上であり、磁性粒子の磁気異方性定数は、立方晶系材料ではＫ１＜±８００×１０３（Ｊ／ｍ３）、一軸異方性材料ではＫｕ＜±４００×１０３（Ｊ／ｍ３）である。

Description

高周波用磁性材料及び高周波デバイス
　本発明は、高周波磁用性材料及び高周波デバイスに関する。
　従来から、磁性材料は、各種磁気応用製品に用いられている。このような磁性材料のうち、弱い磁界で大きな磁化の変化をする材料をソフト磁性材料という。
　ソフト磁性材料は、材料の種別から金属系材料、アモルファス材料、酸化物材料に分類される。ソフト磁性材料のうち、周波数がＭＨｚ以上の高周波では、抵抗率が高く、うず電流損失を抑制できる酸化物材料（フェライト材料）が用いられている。例えば、高周波で用いられるフェライト材料として、Ｎｉ－Ｚｎフェライト材料などが知られている。
　このようなフェライト材料を含むソフト磁性材料では、１ＧＨｚ程の高周波において、磁気共鳴に伴う複素透磁率実部Ｒｅ（μ）の減衰と複素透磁率虚部Ｉｍ（μ）の増加が生じる。このうち、複素透磁率虚部Ｉｍ（μ）は、Ｐ＝１／２・ωμ０Ｉｍ（μ）Ｈ２で表されるエネルギー損失Ｐを生じさせるため、複素透磁率虚部Ｉｍ（μ）が高い値であることは、磁心あるいはアンテナといった応用の上では実用上好ましくない。ここで、ωは角周波数、μ０は、真空の透磁率、Ｈは磁界の強さを示す。
　一方、複素透磁率実部Ｒｅ（μ）は、電磁波を集める効果あるいは電磁波に対する波長短縮効果の大きさを示す値であるため、高い値であることが実用上好ましい。
　また、磁性材料のエネルギー損失（磁気損失）を表す指標として、タンジェントデルタ（ｔａｎδ＝Ｉｍ（μ）／Ｒｅ（μ））が用いられる場合もある。タンジェントデルタが大きい値であると、磁性材料中で磁気エネルギーが熱エネルギーに変換され、必要なエネルギーの伝達効率が悪化する。このため、タンジェントデルタは低い値であることが好ましい。以下、磁気損失をタンジェントデルタ（ｔａｎδ）として説明する。
　ソフト磁性材料には、高周波帯（ＧＨｚ帯）においてもｔａｎδの低い薄膜材料が存在する。例えば、Ｆｅ基高電気抵抗軟磁性膜やＣｏ系高電気抵抗膜といった薄膜材料が存在する。しかし、薄膜材料はその体積が小さいがゆえに、適用範囲が制限されてしまう。加えて、薄膜作成のプロセスが複雑であり高価な設備を使用しなければならないという問題がある。
　このような問題を解決するために、樹脂中に磁性材料を分散させた複合磁性材料に対して、樹脂成型技術を適用した例がある。例えば、ナノ結晶軟磁性体材料を粉末として得たものを樹脂と複合することによって、広帯域における電波吸収特性に優れている電磁波吸収体を提供する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。　
特開平１１－３５４９７３号公報
　樹脂成型技術を用いて、高周波用の各種磁気応用製品に適用可能な磁性材料（高周波用磁性材料）を成型する場合、磁性粒子に関する条件（磁性粒子の形状、磁性粒子の樹脂への含有量、磁性粒子の飽和磁化及び磁性粒子の磁気異方性定数）は、ｔａｎδの低下（低損失化）を実現するために重要なパラメータである。
　また、高周波用磁性材料を成型する場合において、例えば応用製品が磁性体アンテナの場合は、低いｔａｎδを有する高周波用磁性材料を適用する事で、放射効率を高めることが可能となる。このため、高周波用磁性材料の低損失化を実現する要請があった。
　本発明の課題は、磁性粒子に関する条件を最適化すること、又は樹脂中に孤立分散した磁性粒子を含む複合磁性材料に対して着磁処理を施す事で高周波用磁性材料の低損失化を実現することである。
　上記課題を解決するため、本発明によると、
　磁性粒子が樹脂材料中に分散されてなる高周波用磁性材料であって、
　前記磁性粒子は略球形であり、前記樹脂材料に前記磁性粒子は１～６０ｖｏｌ％含まれており、前記磁性粒子の飽和磁束密度は１Ｔ以上であり、前記磁性粒子の磁気異方性定数は、立方晶系材料ではＫ１＜±８００×１０３（Ｊ／ｍ３）、一軸異方性材料ではＫｕ＜±４００×１０３（Ｊ／ｍ３）である。
　また、本発明によると、
　磁性粒子が樹脂材料中に分散されてなる高周波用磁性材料であって、
　前記磁性粒子は略球形であり、平均粒径ｄが０．１＜ｄ＜１（μm）であり、かつ各粒径における相対粒子体積ｆ(ｄ)が、Σ｛ｆ（ｄ）・ｄ２｝ ＜ ６．７×１０－１２なる関係を満たす。
　また、前記磁性粒子は、扁平率が０．３６から２．５０であることが好ましい。
　また、本発明によると、
　磁性粒子が樹脂材料中に分散されてなる高周波用磁性材料であって、
　前記磁性粒子は略球形であり、着磁処理が施されている。
　また、前記磁性粒子の内部における磁化分布は、うず状還流構造であることが好ましい。
　また、前記着磁処理は、前記磁性粒子を前記樹脂材料に分散させる処理中又は処理後に行われることが好ましい。
　また、前記着磁処理は、使用されるデバイスにおける主な作用磁界方向と平行な方向に施されることが好ましい。
　また、前記高周波用磁性材料を適用したアンテナ、回路基板及びインダクタの少なくとも１つからなる高周波デバイスであることが好ましい。
　本発明によれば、磁性粒子に関する条件を最適化すること、又は樹脂中に孤立分散した磁性粒子を含む複合磁性材料に対して着磁処理を施す事で高周波用磁性材料の低損失化を実現することができる。　
磁性粒子の粒径に対する透磁率Ｒｅ（μ）の計算結果を示した図である。 磁性粒子の粒径に対する透磁率Ｒｅ（μ）及びｔａｎδの計算結果を示した図である。 磁性粒子の直径（ｄ）と厚さ（ｔ）とを示した図である。 磁性粒子の扁平率に対する透磁率Ｒｅ（μ）及びｔａｎδの計算結果を示した図である。 磁性粒子の飽和磁束密度に対する透磁率Ｒｅ（μ）及びｔａｎδの計算結果を示した図である。 磁性粒子が立方晶系の場合における磁気異方性定数Ｋ１に対する透磁率Ｒｅ（μ）及びｔａｎδの計算結果を示した図である。 磁性粒子が一軸異方性材料の場合における磁気異方性定数Ｋｕに対する透磁率Ｒｅ（μ）及びｔａｎδの計算結果を示した図である。 樹脂に対する磁性粒子の充填率を変えた場合の高周波用磁性材料の透磁率Ｒｅ（μｃｏｍｐ．）及びｔａｎδｃｏｍｐ．の計算結果を示した図である。 従来の高周波用磁性材料と、本発明の高周波用磁性材料とにおける透磁率Ｒｅ（μｃｏｍｐ．）及びｔａｎδｃｏｍｐ．を示した図である。 高周波用磁性材料を適用したアンテナの一例を示した図である。 高周波用磁性材料を適用したアンテナの一例を示した図である。 高周波用磁性材料を適用したアンテナの一例を示した図である。 高周波用磁性材料を適用したアンテナの一例を示した図である。 高周波用磁性材料を適用したアンテナの一例を示した図である。 高周波用磁性材料を適用したインダクタの一例を示した図である。 高周波用磁性材料を適用した回路基板の一例を示した図である。 磁性粒子内部の磁化分布を示した図である。 Ｘ方向及びＺ方向に磁界を印加したときの透磁率Ｒｅ（μ）を示した図である。 Ｘ方向及びＺ方向に磁界を印加したときのｔａｎδを示した図である。 測定系の上面図である。 測定系の側面図である。 平行着磁をした場合における透磁率Ｒｅ（μ）及びｔａｎδの評価結果を示した図である。 垂直着磁をした場合における透磁率Ｒｅ（μ）及びｔａｎδの評価結果を示した図である。 トロイダルコイルに着磁処理を施す場合、着磁方向を円周方向にしたことを示す図である。 個別に着磁処理を施した複数の部材を一体化して製造することを示した図である。
　以下、添付図面を参照して、本発明に係る第１実施形態及び第２実施形態を詳細に説明する。ただし、発明の範囲は、図示例に限定されない。
〔第１実施形態〕
　本発明に係る第１実施形態について以下説明する。先ず、図１及び図２を参照して、複素透磁率実部Ｒｅ（μ）及びｔａｎδの計算結果について説明する。
　図１及び図２に示す複素透磁率実部Ｒｅ（μ）及びｔａｎδの計算においては、材料はＦｅ（鉄）、磁性材料の形状は球形、周波数は１ＧＨｚとし、磁性粒子の孤立粒子単体の特性を計算した。ここで、高周波の複素比透磁率（高周波複素比透磁率）μ＝Ｒｅ（μ）－ｊ・Ｉｍ（μ）（ｊは、虚数単位）、ｔａｎδ＝Ｉｍ（μ）／Ｒｅ（μ）で定義される。通常用いられる比透磁率とは複素比透磁率の実部Ｒｅ（μ）に相当する。以下、本実施形態では、単に透磁率Ｒｅ（μ）として説明する。　
　図１は、磁性粒子の粒径に対する透磁率Ｒｅ（μ）の計算結果を示した図である。横軸は磁性粒子の粒径を示す。縦軸は透磁率Ｒｅ（μ）を示す。透磁率Ｒｅ（μ）の計算は、マイクロマグネティックシミュレーションを用いた。マイクロマグネティックシミュレーションでは、高周波磁界に対する磁化応答をフーリエ変換し、複素磁化率χ＝Ｒｅ（χ）－ｊ・Ｉｍ（χ）を求め、透磁率Ｒｅ（μ）＝１＋Ｒｅ（χ）として求めた。
　上記条件に基づいて計算を行うと、図１に示すように、磁性粒子の粒径が０．１～１μｍにおいて、透磁率Ｒｅ（μ）は、ほぼ一定値「７」となった。
　図２は、磁性粒子の粒径に対するｔａｎδの計算結果を示した図である。横軸は磁性粒子の粒径を示す。縦軸はｔａｎδを示す。ｔａｎδは磁気損失成分（ｔａｎδｍ）と、うず電流損失成分（ｔａｎδｅ）とを分離して計算した。このうち、磁気損失成分（ｔａｎδｍ）の計算はマイクロマグネティックシミュレーションを用いて計算した。また、うず電流損失成分（ｔａｎδｅ）の計算はｔａｎδｅ＝πｄ２μ０Ｒｅ（μ）ｆ／ｃρ（ｄ：粒径、μ０：真空の透磁率、Ｒｅ（μ）：透磁率、ｆ：周波数（１ＧＨｚ）、ｃ：形状係数（球形では２０）、ρ：抵抗率）を用いて計算した。そして、磁気損失成分と、うず電流損失成分とを合算した値をｔａｎδとして計算した。
　上記条件に基づいて計算を行うと、図２に示すように、粒径０．１～１μｍにおいて、ｔａｎδ＝０．１以下の値が得られる。また、粒径が０．２～０．５μｍの範囲では、ｔａｎδ＝０．０５以下といった、より低い値が得られる。
　次に、図３Ａ及び図３Ｂを参照して、磁性粒子の扁平率に対する透磁率Ｒｅ（μ）及びｔａｎδの特性（計算結果）について説明する。扁平率は、図３Ａに示す磁性粒子の直径（ｄ）／厚さ（ｔ）に相当する。図３Ｂの横軸は扁平率（ｄ／ｔ）を示す。縦軸は１ＧＨｚにおける透磁率Ｒｅ（μ）及びｔａｎδの値を示す。図３Ｂに示すように、扁平率０．３６～２．５０の範囲において、ｔａｎδは約０．１以下の低い値を示す。
　次に、図４を参照して、磁性粒子の飽和磁束密度に対する透磁率Ｒｅ（μ）及びｔａｎδの特性について説明する。図４の横軸は、磁性粒子の飽和磁束密度の値Ｍｓ（Ｔ）を示す。縦軸は１ＧＨｚにおける透磁率Ｒｅ（μ）及びｔａｎδの値を示す。図４に示すように、飽和磁束密度が１Ｔ以上の場合、ｔａｎδは約０．１以下の低い値を示す。
　次に、図５及び図６を参照して、磁気異方性定数に対する透磁率Ｒｅ（μ）及びｔａｎδの特性について説明する。図５は、磁性粒子が立方晶系の場合における磁気異方性定数Ｋ１に対する透磁率Ｒｅ（μ）及びｔａｎδの特性を示した図である。図５の横軸は立方晶系材料における磁気異方性定数Ｋ１を示す。縦軸は１ＧＨｚにおける透磁率Ｒｅ（μ）及びｔａｎδの値を示す。図５に示すように、磁気異方性定数Ｋ１＜±８００×１０３（Ｊ／ｍ３）の範囲内では、ｔａｎδは約０．１以下の低い値を示す。
　図６は、磁性粒子が一軸異方性材料の場合における磁気異方性定数Ｋｕに対する透磁率Ｒｅ（μ）及びｔａｎδの特性を示した図である。図６の横軸は一軸異方性材料における磁気異方性定数Ｋｕを示す。縦軸は１ＧＨｚにおける透磁率Ｒｅ（μ）及びｔａｎδの値を示す。図６に示すように、磁気異方性定数Ｋｕ＜±４００×１０３（Ｊ／ｍ３）の範囲内では、ｔａｎδは約０．１以下の低い値を示す。
　次に、図７を参照して、樹脂への磁性粒子の含有率（充填率）を変えた場合の複合材料（高周波用磁性材料）の透磁率Ｒｅ（μｃｏｍｐ．）及びｔａｎδｃｏｍｐ．の計算結果を説明する。本実施形態では、図１～図６に示す磁性粒子単体の透磁率Ｒｅ（μ）及びｔａｎδと区別するために、高周波用磁性材料における透磁率をＲｅ（μｃｏｍｐ．）、タンジェントデルタをｔａｎδｃｏｍｐ．として説明する。充填率とは複合材料全体の体積に対する磁性粒子の体積割合と定義した。
　具体的には、図７は、粒径０．２μｍのＦｅ粒子を用いた場合において、充填率を変えることで得られる透磁率Ｒｅ（μｃｏｍｐ．）及びｔａｎδｃｏｍｐ．の計算結果の特性を示した図である。横軸は充填率αを示す。縦軸は透磁率Ｒｅ（μｃｏｍｐ．）及びｔａｎδｃｏｍｐ．を示す。ここで、複合材料としての特性は充填率αを用いて、透磁率Ｒｅ（μｃｏｍｐ．）＝１＋α・Ｒｅ（χ）、ｔａｎδｃｏｍｐ．＝αＩｍ（χ）／（１＋αＲｅ（χ））で表される。この式を計算することにより、図７に示す透磁率Ｒｅ（μｃｏｍｐ．）とｔａｎδｃｏｍｐ．との関係が得られる。　
　図７に示す透磁率Ｒｅ（μｃｏｍｐ．）とｔａｎδｃｏｍｐ．との関係を参照することにより、製品設計（磁気応用製品の設計）に応じた適当な充填率を選ぶことが可能となる。また、充填率を選ぶ際に、充填率を過剰に高くすることは、混練性及び成形性を悪化させ、かつ磁性粒子間の磁気的相互作用を通じて磁化損失を増加させる。すなわち、充填率を過剰に高くすることは好ましくない。このため、充填率は、１～６０ｖｏｌ％が好ましい。
　以上は単一の粒径を有する場合の計算結果であったが、現実に調製できる粒子の粒径は分布を有しており、図２に示したように粒径が大きい粒子が混在すると渦電流損失によるｔａｎδの増加が生じる事となる。各粒径における相対粒子体積をｆ（ｄ）とすると、粒径分布を考慮した渦電流損失によるｔａｎδは、Σ｛ｆ（ｄ）・ｔａｎδｅ｝で表される。ここで相対粒子体積ｆ（ｄ）とは、粒径ｄを代表値とする粒径範囲に含まれる粒子の合計体積が全粒子の合計体積に対して占める割合の事である。ｔａｎδｅ＝πｄ２μ０Ｒｅ（μ）ｆ／ｃρなる関係と、μ０＝４π×１０－７、Ｒｅ（μ）＝６．７（図１における粒径０．１から１μｍにおける平均の透磁率）、ｆ＝１（ＧＨｚ）、ｃ＝２０、ρ＝８．９×１０－８（Ω・ｍ）を用いると、次の関係を満たす場合に、ｔａｎδは０．１未満の低い値が得られる。
　Σ｛ｆ（ｄ）・ｄ２｝＜ ６．７×１０－１２
　次に、図１～図７の計算結果に基づく条件により作製した成形体（高周波用磁性材料）の特性について説明する。図８は、従来の高周波用磁性材料における透磁率Ｒｅ（μｃｏｍｐ．）及びｔａｎδｃｏｍｐ．（図８の従来例（１）（２）に該当）と、図１～図７の計算結果に基づき選定した条件（磁性粒子は略球形、磁性粒子の含有量は１～６０ｖｏｌ％、飽和磁束密度は１Ｔ以上、磁性粒子の磁気異方性定数は立方晶系材料では±８００×１０３（Ｊ／ｍ３）、一軸異方性材料では±４００×１０３（Ｊ／ｍ３）との条件）に基づいて作製した高周波用磁性材料における透磁率Ｒｅ（μｃｏｍｐ．）及びｔａｎδｃｏｍｐ．（図８の本発明に該当）とを示した図である。
　図８に示す本発明に係る成形体（高周波用磁性材料）の評価方法について説明する。なお、以下に説明する成形体（高周波用磁性材料）は粒径に分布を持っている。このため、本実施形態では、平均粒径を体積基準の粒度分布におけるメジアン径（Ｄ５０）と定義して説明する。粒度分布の測定は、静的光散乱法などによって評価することが可能である。
　先ず、自公転式混錬装置を用いて、平均粒径０．４μｍのＦｅ粒子を熱硬化性エポキシ樹脂に分散させ、ペースト状の流動体を得た。また、このとき、Ｆｅ粒子の熱硬化性エポキシ樹脂に対する充填率は３０ｖｏｌ％とした。そして、ペースト状の流動体を、ホットプレート上６０℃で３．５時間加熱硬化させ、縦１０（ｍｍ）×横１０（ｍｍ）×厚さ１（ｍｍ）の成形体を得た。この成形体を、機械的加工によって縦４（ｍｍ）×横４（ｍｍ）×厚さ０．７（ｍｍ）とし、市販の高周波透磁率測定装置を用いて透磁率Ｒｅ（μｃｏｍｐ．）及びｔａｎδｃｏｍｐ．を評価した。図８は、この評価結果を示したものである。また、図８に示す従来例は、平均粒径１．９μｍのＦｅ粒子を用いた複合材料（高周波用磁性体）及び平均粒径０．４μｍのＮｉ粒子を用いた複合材料（高周波用磁性体）の透磁率Ｒｅ（μｃｏｍｐ．）及びｔａｎδｃｏｍｐ．である。
　図８に示すように、本発明におけるｔａｎδｃｏｍｐ．は、全周波数領域にわたって従来例のｔａｎδｃｏｍｐ．よりも値が低減されている。
　次に、図９Ａ～図１２を参照して、本発明に係る高周波用磁性材料を高周波デバイス（アンテナ、インダクタ、回路基板）に適用した一例を説明する。
　図９Ａ、図９Ｂ、図９Ｃ、図９Ｄ及び図１０は、高周波用磁性材料を適用したアンテナの一例を示した図である。図９Ａに示すアンテナＡＮＴ１は、高周波用磁性材料１Ａと、グランド板２Ａと、電極３Ａと、を備えて構成される。ＡＮＴ１は、グランド板２Ａの上に高周波用磁性材料１Ａが形成され、高周波用磁性材料１Ａの上に電極３Ａが形成される構成となる。
　図９Ｂに示すアンテナＡＮＴ２は、高周波用磁性材料１Ｂと、電極３Ｂと、交流電源４と、を備えて構成される。交流電源４は、交流電源の給電ポイントを示す（図９Ｃ、図９Ｄ及び図１０に示す交流電源４も同様）。ＡＮＴ２は、高周波用磁性材料１Ｂの上に電極３Ｂが形成される構成となる。このとき、高周波用磁性材料１Ｂに電極３Ｂが組み込まれる構成としてもよい。
　図９Ｃに示すアンテナＡＮＴ３は、高周波用磁性材料１Ｃと、電極３Ｃと、交流電源４と、を備えて構成される。ＡＮＴ３は、電極３Ｃが高周波用磁性材料１Ｃの内部に配される構成としても良い。
　図９Ｄに示すアンテナＡＮＴ４は、高周波用磁性材料１Ｄと、グランド板２Ｄと、電極３Ｄと、交流電源４と、を備えて構成される。ＡＮＴ４は、グランド板２Ｄの上に高周波用磁性材料１Ｄが形成され、高周波用磁性材料１Ｄに電極３Ｄが組み込まれる構成となる。また、電極３Ｄが高周波用磁性材料１Ｃの内部に配される構成としても良い。
　図１０に示すアンテナＡＮＴ５は、高周波用磁性材料１Ｅと、グランド板２Ｅと、電極３Ｅと、を備えて構成される。ＡＮＴ５は、グランド板２Ｅの少なくとも一面と同じ高さに高周波用磁性材料１Ｅの一面が形成され、高周波用磁性材料１Ｅの上に電極３Ｅが形成される構成となる。
　次に、図１１を参照して、高周波用磁性材料を適用したインダクタ１１１の一例について説明する。図１１に示すように、インダクタ１１１は、高周波用磁性材料１Ｆと、端子１１と、巻線１２と、を備えて構成される。この構成により、高周波用磁性材料１Ｆはインダクタ１１１に適用される。
　次に、図１２を参照して、高周波用磁性材料を適用した回路基板１２１の一例について説明する。図１１に示すように、回路基板は、高周波用磁性材料１Ｆと、ランド２１と、ビアホール２２と、内部電極２３と、実装部品２４，２５と、を備えて構成される。図１２は全層に高周波磁性材料１Ｆが用いられているが、この内の少なくとも１層に高周波磁性材料１Ｆを用いるとしても良い。この構成により、高周波用磁性材料１Ｆは回路基板１２１に適用される。
　以上、本実施形態によれば、磁性粒子を略球形、含有量を１～６０ｖｏｌ％、飽和磁化を１Ｔ以上、磁気異方性定数を立方晶系材料では±８００×１０３（Ｊ／ｍ３）、一軸異方性材料では±４００×１０３（Ｊ／ｍ３）とすることにより、ｔａｎδを０．１以下にすることができる。このため、高周波用磁性材料の低損失化を図ることができる。
　また、扁平率が０．３６から２．５０の範囲では、ｔａｎδを０．１以下とすることができる。このため、扁平率の条件として、０．３６から２．５０の範囲まで許容されるので、磁性粒子製造プロセス条件の厳密な制御が不要となり、高周波用磁性材料を作製するためのコストを低減することができる。
　また、高周波用磁性材料を、アンテナ、回路基板及びインダクタの少なくとも１つに適用することができる。これにより、例えば、アンテナにｔａｎδの低い高周波用磁性材料を適用することで、アンテナの放射効率を高めることができる。
〔第２実施形態〕
　本発明に係る第２実施形態について以下説明する。先ず、図１３を参照して、マイクロマグネティックシミュレーションにより計算した磁性粒子内部の磁化分布について説明する。具体的には、図１３は、磁性材料Ｆｅ（鉄）、粒径１μｍ、磁性粒子の形状が略球形である場合において、磁化分布がランダムな状態（ランダム磁化状態）から磁化が安定した状態（安定磁化状態）を求め、ＸＹ面の磁化分布として示したものである。
　Ｚ方向は、図１に示すＸ，Ｙ方向に直行する方向を示すものである。具体的には、図１３には、（１）Ｚ＝１００μｍ、（２）３００μｍ、（３）５００μｍ、（４）７００μｍ、（５）９００μｍにおける各断面図が示されている。また、図１３に示す矢印の方向は、磁化の方向を示す。
　図１３に示すように、磁性粒子内部の大部分において、磁化はＸＹ平面内でうずを形成する。このため、Ｘ方向及びＹ方向においては正味の磁化は生じていない。また、磁性粒子の中心部ではＺ方向の磁化が存在する。
　次に、図１４Ａ及び図１４Ｂを参照して、磁性粒子（Ｆｅ）に磁界を印加したときの磁性粒子の特性について説明する。ここで、高周波の複素透磁率（高周波複素透磁率）に関しては、μ＝Ｒｅ（μ）－ｊ・Ｉｍ（μ）（ｊは、虚数単位）、ｔａｎδ＝Ｉｍ（μ）／Ｒｅ（μ）で定義される。通常用いられる意味での比透磁率とは複素比透磁率の実部Ｒｅ（μ）に相当する。以下、本実施形態では、単に透磁率Ｒｅ（μ）として説明する。
　図１４Ａは、Ｘ方向及びＺ方向に磁界を印加したときの透磁率Ｒｅ（μ）を示した図である。横軸は周波数を示す。縦軸は透磁率Ｒｅ（μ）を示す。図１４Ｂは、Ｘ方向及びＺ方向に磁界を印加したときのｔａｎδを示した図である。横軸は周波数を示す。縦軸はｔａｎδを示す。　
　なお、透磁率Ｒｅ（μ）の計算は、マイクロマグネティックシミュレーションを用いた。マイクロマグネティックシミュレーションでは、高周波磁界に対する磁化応答をフーリエ変換し、複素磁化率χ＝Ｒｅ（χ）－ｊ・Ｉｍ（χ）を求め、透磁率Ｒｅ（μ）＝１＋Ｒｅ（χ）として求めた。
　また、ｔａｎδは同様のマイクロマグネティックシミュレーションにより、磁気損失成分として求めた。この結果にうず電流損失は含まれない。
　図１４Ａに示すように、透磁率Ｒｅ（μ）は、Ｘ方向、Ｚ方向それぞれにおいて、７程度である。また、図１４Ｂに示すようにｔａｎδは、印加磁界の方向によって、異なる値を示すことがわかる。具体的には、Ｚ方向のｔａｎδはＸ方向よりも小さい。これは、着磁方向のｔａｎδの低減がなされていることを示す。具体的には、磁性粒子の大部分の局所磁化の方向（ＸＹ面内成分のみでありＺ成分を持たない）と磁界の方向（Ｚ方向）とは直行するため、ヒステリシス損失及び磁壁共鳴損失が小さくなることで磁性粒子の残留磁化方向（Ｚ方向）のｔａｎδは低くなる。そして、着磁処理によって磁化うずの回転面および残留磁化方向が切り替えられ、着磁方向のｔａｎδの低減がなされる。
　また、図１４Ｂに示す結果は、少なくとも粒径０．１～２μｍでも得られることが確認されている。
　次に、図１５Ａ、図１５Ｂ、図１６Ａ及び図１６Ｂを参照して、磁性粒子を樹脂材料に分散させて成形体（高周波用磁性材料）を作製し、当該作製後に着磁処理を施した場合の透磁率Ｒｅ（μ）及びｔａｎδについて説明する。なお、以下に説明する成形体（高周波用磁性材料）は粒径に分布を持っている。このため、本実施形態では、平均粒径を体積基準の粒度分布におけるメジアン径（Ｄ５０）と定義して説明する。粒度分布の測定は、静的光散乱法などによって評価することが可能である。
　成形体は、磁性粒子として平均粒径１μｍのＦｅ粒子を用い、樹脂としてＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド樹脂）を用い、さらに、ニーダーによる熱混錬を行うことで作製されたものである。このとき、混練温度は２７０℃、混練時間は３０分、体積充填率は３０ｖｏｌ％とした。
　この成形体を機械的加工によって、１０×１０×１ｍｍｔとし、キーコム社製磁性材料特性測定システムを用いて、着磁方向に応じた透磁率Ｒｅ（μ）及びｔａｎδを評価した。評価では、着磁磁界の方向が測定磁界の方向と平行（平行着磁）である場合（例えば、着磁の方向がＺ方向である場合）と、着磁磁界の方向が測定磁界の方向と垂直（垂直着磁）である場合（例えば、着磁の方向がＸ方向又はＹ方向である場合）とにおいて着磁を施した。また、着磁は、対向する永久磁石ギャップに試料（成形体）を挿入し、磁界の強さを５ｋＯｅとして行った。
　図１５Ａ及び図１５Ｂは、測定磁界の方向（測定系）と座標軸（ＸＹＺ軸）との関係を示した図である。図１５Ａ及び図１５Ｂに示す３１はグランド、３２は試料（高周波用磁性材料）、３３は信号線を示す。３４は、測定磁界の矢印を示す。図１５Ａは測定系の上面図を示す。図１５Ｂは、測定系の側面図を示す。また、ＸＹＺ軸は、図１５Ｂの座標軸に対応する。したがって、矢印３４は、Ｚ方向の測定磁界を示す。
　図１６Ａは、平行着磁をした場合における透磁率Ｒｅ（μ）及びｔａｎδの評価結果を示した図である。図１６Ｂは、垂直着磁をした場合における透磁率Ｒｅ（μ）及びｔａｎδの評価結果を示した図である。評価結果のうち、透磁率Ｒｅ（μ）は、着磁方向によらずほぼ同一の値となる。
　これに対して、ｔａｎδは、着磁方向により異なる値となる。具体的には、各着磁方向に対して５回の計測を行ったところ、１．５ＧＨｚでのｔａｎδは、平行着磁の場合、０．０７１＋０．００４ －０．００２、垂直着磁の場合、０．１０＋０．００８ －０．００４であった。すなわち、平行着磁では、垂直着磁よりもｔａｎδが低いことが確認された。
　また、着磁処理を行わない等方的試料（透磁率Ｒｅ（μ）やｔａｎδが３軸方向で等方的な高周波磁性体）の場合には、Ｘ／Ｙ／Ｚ方向の平均特性が得られると考えられる。この場合、ｔａｎδは、Ｘ方向で０．１０、Ｙ方向で０．１０、Ｚ方向で０．０７１であるので、等方的試料におけるｔａｎδ＝（０．１０＋０．１０＋０．０７１）／３＝０．０９となる。すなわち、平行着磁を施した高周波用磁性材料は、着磁処理を行わない等方的な高周波用磁性材料よりもｔａｎδが低くなる。
　なお、着磁の方向は、高周波用磁性材料が適用される実製品（高周波デバイス）における動作時の主要な作用磁界の方向（ｔａｎδを下げたい方向）により決定される。例えば、実製品がアンテナの場合、アンテナの動作時の主要な作用磁界の方向に着磁処理が施される。
　また、図１５Ａ、図１５Ｂ、図１６Ａ及び図１６Ｂでは、磁性粒子を樹脂材料に分散させた後に着磁処理を施した場合について説明したが、磁性粒子を樹脂材料に分散させる処理中（成形体の作製中）に着磁処理を施すこととしてもよい。
　また、第１実施形態と同様に、本実施形態に係る高周波用磁性材料を図９Ａ～図１２に示す高周波デバイス（アンテナ、インダクタ、回路基板）に適用してもよい。
　また、着磁方向は、一方向でなく非直線としてもよい。例えば、図１７に示すようなトロイダルコイル９１に高周波用磁性材料を適用し、当該トロイダルコイル９１に着磁処理を施す場合、着磁方向を円周方向としてもよい。
　また、個別に着磁処理を施した複数の部材を一体化することとしてもよい。例えば、図１８に示すように、部材１０１と部材１０２とについて個別に矢印の方向に着磁を施し、部材１０１と部材１０２とを一体化してアンテナＡＮＴ１００を構成することとしてもよい。ここで、部材１０１及び１０２は、高周波用磁性材料１０３と、電極１０４とを備える。部材１０１と部材１０２とを一体化することでアンテナＡＮＴ１００を製造することが可能となる。この場合、電極１０４は、高周波用磁性材料１０１及び１０２の上に形成される構成としてもよいし、高周波用磁性材料１０１及び１０２の内部を貫通する構成としてもよい。
　以上、本実施形態によれば、略球形の磁性粒子が樹脂材料中に分散されてなる高周波磁性材料に着磁処理を施すことにより、ｔａｎδを低下させることができる。このため、高周波用磁性材料の低損失化を実現することができる。
　また、磁性粒子を樹脂材料に分散させるための処理中又は処理後に着磁処理を施すことができる。
　また、高周波用磁性材料を、アンテナ、回路基板及びインダクタの少なくとも１つに適用することができる。これにより、例えば、アンテナにｔａｎδの低い高周波用磁性材料を適用することで、アンテナの放射効率を高めることができる。
　なお、上記実施形態における記述は、本発明に係る高周波用磁性材料及び高周波デバイスの一例であり、これに限定されるものではない。
　例えば、磁性粒子の表面に非磁性材料（リン酸塩、シリカ等）がコーティングされており、当該コーティングされた磁性粒子を用いて高周波用磁性材料を形成することとしてもよい。
　また、上記実施形態では、磁性材料と樹脂との複合材料を高周波用磁性材料としたがこれに限定されるものではない。例えば、磁性材料と無機物質（無機誘電体、ガラスフィラー、導電材料）との複合材料を高周波用磁性材料としてもよい。
　また、樹脂として、各種熱硬化性樹脂又は各種熱可塑性樹脂を用いることとしてもよい。
　また、混錬装置として、押出機、ニーダー、ビーズミル等を用いることとしてもよい。
　また、成形方法として、射出成形、押出成形、圧縮成形等を用いることとしてもよい。
  本発明は、磁性粒子が樹脂材料中に分散されてなる高周波磁性材料及び当該高周波磁性材料を適用した高周波デバイスにおいて利用可能性がある。
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ 高周波用磁性材料
２Ａ，２Ｄ，２Ｅ グランド板
３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅ　 電極

Claims (8)

  1. 　磁性粒子が樹脂材料中に分散されてなる高周波用磁性材料であって、
    　前記磁性粒子は略球形であり、前記樹脂材料に前記磁性粒子は１～６０ｖｏｌ％含まれており、前記磁性粒子の飽和磁束密度は１Ｔ以上であり、前記磁性粒子の磁気異方性定数は、立方晶系材料ではＫ１＜±８００×１０３（Ｊ／ｍ３）、一軸異方性材料ではＫｕ＜±４００×１０３（Ｊ／ｍ３）である高周波用磁性材料。
  2. 　磁性粒子が樹脂材料中に分散されてなる高周波用磁性材料であって、
    　前記磁性粒子は略球形であり、平均粒径ｄが０．１＜ｄ＜１（μm）であり、かつ各粒径における相対粒子体積ｆ(ｄ)が、Σ｛ｆ（ｄ）・ｄ２｝ ＜ ６．７×１０－１２なる関係を満たす高周波用磁性材料。
  3. 　前記磁性粒子は、扁平率が０．３６から２．５０である請求項１又は２に記載の高周波用磁性材料。
  4. 　磁性粒子が樹脂材料中に分散されてなる高周波用磁性材料であって、
    　前記磁性粒子は略球形であり、着磁処理が施された高周波用磁性材料。
  5. 　前記磁性粒子の内部における磁化分布は、うず状還流構造である請求項４に記載の高周波用磁性材料。
  6. 　前記着磁処理は、前記磁性粒子を前記樹脂材料に分散させる処理中又は処理後に行われる請求項４又は５に記載の高周波用磁性材料。
  7. 　前記着磁処理は、使用されるデバイスにおける主な作用磁界方向と平行な方向に施される請求項４乃至６のいずれか一項に記載の高周波用磁性材料。
  8. 　請求項１乃至７のいずれか一項に記載の高周波用磁性材料を適用したアンテナ、回路基板及びインダクタの少なくとも１つからなる高周波デバイス。
PCT/JP2010/067907 2009-10-16 2010-10-13 高周波用磁性材料及び高周波デバイス WO2011046125A1 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/502,200 US20120217431A1 (en) 2009-10-16 2010-10-13 Magnetic material for high frequency applications and high frequency device
CN2010800459493A CN102598164A (zh) 2009-10-16 2010-10-13 高频磁性材料及高频装置

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009-238902 2009-10-16
JP2009238902A JP2011086788A (ja) 2009-10-16 2009-10-16 高周波用磁性材料及び高周波デバイス
JP2009-240074 2009-10-19
JP2009240074A JP5568944B2 (ja) 2009-10-19 2009-10-19 高周波用磁性材料及び高周波デバイス

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2011046125A1 true WO2011046125A1 (ja) 2011-04-21

Family

ID=43876175

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2010/067907 WO2011046125A1 (ja) 2009-10-16 2010-10-13 高周波用磁性材料及び高周波デバイス

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20120217431A1 (ja)
CN (1) CN102598164A (ja)
WO (1) WO2011046125A1 (ja)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9461355B2 (en) 2013-03-29 2016-10-04 Intel Corporation Method apparatus and material for radio frequency passives and antennas
JP6612676B2 (ja) * 2016-05-17 2019-11-27 株式会社リケン 近傍界用ノイズ抑制シート
CN114496440B (zh) * 2022-01-10 2023-04-18 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种高磁感高频纳米晶软磁合金及其制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04343207A (ja) * 1991-05-20 1992-11-30 Kenichi Arai 磁性材料および誘導電磁器の製造方法
JPH06168815A (ja) * 1992-11-30 1994-06-14 Sony Corp フェライト樹脂及びその成形方法
JPH08264311A (ja) * 1995-03-28 1996-10-11 Sony Corp モールド樹脂およびその製造方法
JP2006303298A (ja) * 2005-04-22 2006-11-02 Ken Takahashi 磁性材料並びに磁気デバイス
JP2008041973A (ja) * 2006-08-08 2008-02-21 Sumida Corporation 低背型インダクタ
JP2008181905A (ja) * 2007-01-23 2008-08-07 Tohoku Univ 複合磁性体、その製造方法、それを用いた回路基板、及びそれを用いた電子機器

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5244747A (en) * 1989-11-13 1993-09-14 Bauer Hammar International, Inc. Thermoplastic core and method of using
JPH11354973A (ja) * 1998-06-04 1999-12-24 Hitachi Metals Ltd 電磁波吸収体
US6707361B2 (en) * 2002-04-09 2004-03-16 The Electrodyne Company, Inc. Bonded permanent magnets

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04343207A (ja) * 1991-05-20 1992-11-30 Kenichi Arai 磁性材料および誘導電磁器の製造方法
JPH06168815A (ja) * 1992-11-30 1994-06-14 Sony Corp フェライト樹脂及びその成形方法
JPH08264311A (ja) * 1995-03-28 1996-10-11 Sony Corp モールド樹脂およびその製造方法
JP2006303298A (ja) * 2005-04-22 2006-11-02 Ken Takahashi 磁性材料並びに磁気デバイス
JP2008041973A (ja) * 2006-08-08 2008-02-21 Sumida Corporation 低背型インダクタ
JP2008181905A (ja) * 2007-01-23 2008-08-07 Tohoku Univ 複合磁性体、その製造方法、それを用いた回路基板、及びそれを用いた電子機器

Also Published As

Publication number Publication date
US20120217431A1 (en) 2012-08-30
CN102598164A (zh) 2012-07-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Lu et al. Microwave absorption properties of the core/shell-type iron and nickel nanoparticles
Liu et al. Microstructure and magnetic properties of soft magnetic powder cores of amorphous and nanocrystalline alloys
Dosoudil et al. Electromagnetic wave absorption performances of metal alloy/spinel ferrite/polymer composites
Verma et al. Microwave studies on strontium ferrite based absorbers
Luo et al. Fe3O4 cladding enhanced magnetic natural resonance and microwave absorption properties of Fe0. 65Co0. 35 alloy flakes
Sharma et al. Magnetic and dielectric property studies in Fe-and NiFe-based polymer nanocomposites
Guo et al. High microwave attenuation performance of planar carbonyl iron particles with orientation of shape anisotropy field
Jin et al. FeSiAl/(Ni0. 5Zn0. 5) Fe2O4 magnetic sheet composite with tunable electromagnetic properties for enhancing magnetic field coupling efficiency
Li et al. Synthesis and enhancement of microwave absorption property by coating silicon dioxide and polyaniline for Fe-Co alloy
Guo et al. Electromagnetic and microwave absorption properties of carbonyl-iron/Fe91Si9 composites in gigahertz range
US20120256118A1 (en) Magnetic material for high-frequency use, high-frequency device and magnetic particles
WO2011046125A1 (ja) 高周波用磁性材料及び高周波デバイス
Raj et al. Cobalt–polymer nanocomposite dielectrics for miniaturized antennas
Luo et al. Enhanced microwave absorption of SiO 2-Coated Fe 0.65 Co 0.35 flakes at a wide frequency band (1–18 GHz)
Li et al. The studies of high-frequency magnetic properties and absorption characteristics for amorphous-filler composites
JP6242568B2 (ja) 高周波用圧粉体、及びそれを用いた電子部品
JPH1097913A (ja) 複合磁性体及びその製造方法ならびに電磁干渉抑制体
JP2011086788A (ja) 高周波用磁性材料及び高周波デバイス
KR20150049672A (ko) 강자성 나노 금속분말
JP5568944B2 (ja) 高周波用磁性材料及び高周波デバイス
JP4097160B2 (ja) 電磁干渉抑制体の製造方法
CN109722005B (zh) 具有高工作频段的二维磁矩软磁复合材料及其制备方法
Li et al. Comparison of the magnetic and absorption properties of flaky super sendust and sendust alloys
Baek et al. Subwavelength electromagnetic wave absorption with ferroelectric particles that enhance the magnetic permeability in magnetodielectric composites
Tsutaoka et al. High frequency permeability of Fe-Al-Si granular composite materials

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 201080045949.3

Country of ref document: CN

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 10823393

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 13502200

Country of ref document: US

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 10823393

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1