专利名称：：复合磁性材料和感应器元件的制作方法
技术领域：
：本发明涉及含有铁氧体粉末和树脂的复合磁性材料与采用它构造的感应器元件。具体地说，本发明涉及可有利地用于用作高频用途的电子零件中的复合磁性材料和感应器元件。在用于包括便携式电话机、无线电LAN等的移动通讯装置的高频电路中，具有磁芯线圈结构，可用于高达几个GHz的感应器元件，例如芯片感应器，可用于阻抗匹配、共振的目的或用作扼波器。然而，磁芯线圈是将线绕在非磁性材料的磁芯上而制成，即在非磁性材料上形成圈形，这样就有必要使线圈的圈数很大，来获得所要求的阻抗，结果限制了向小型化的发展。因为线圈的电阻随缠绕圈数的数目增大而增高，就也存在一个问题，即不能得到高Q(增益)的感应器。为了解决这些问题，也研究了具有用于高频的铁氧体粉末磁芯的感应器。使用铁氧体粉末磁芯，就有可能与磁芯材料的磁导率成比例地降低线圈的缠绕圈数，实现小型化。作为用于上述高频用途的铁氧体粉末，在c平面上具有易磁化轴的六方铁氧体粉末是已知的。这种具有面内磁性各向异性的六方铁氧体粉末通常称为六方结构氧体平面型铁氧体粉末。六方结构氧体平面型铁氧体粉末与尖晶石型铁氧体粉末相比具有较大的各向异性常数，而且具有超过频率限度(斯诺克峰)的磁导率。然而，即使如上所述使用六方结构氧体平面型铁氧体的烧结元件(认为它具有最优秀的高频性能)，仍存在来自于磁畴边界运动的频率松弛现象，而且只有当频率限制在最大约300MHZ时，才能够保持高的Q值。因此，本发明的目的是提供这样一种磁性材料，它与非磁性材料相比在从几个MHZ到几个GHz的频带上具有较大的磁导率，而且在大到几个GHz的频带能够保持较高增益的Q值。本发明的另一个目的是提供感应器元件，通过使用上述磁性材料，它能够小型化，而且仍然能够提供高的Q值。本发明复合磁性材料含有铁氧体粉和树脂，其中铁氧体粉末或者含有钴取代的Y型六方铁氧体(2BaO·2CoO·6Fe2O3)，或者含有钴取代的Z型六方铁氧体(3BaO·2CoO·12Fe2O3)，在2GHz的磁导率为1MHZ的磁导率的90％或以上。优选地，本复合磁性材料具有107欧姆·厘米或更大的比电阻。本复合磁性材料适宜用作感应器的磁性元件。根据本发明，将钴取代的Y型六方铁氧体粉末或钴取代的Z型六方铁氧体粉末分散于树脂中，就能够获得这样的磁性复合材料，在高达GHz的频带，其磁导率不会降低，而且能够保持高的Q值。因此，使用本磁性材料，就有可能提供一种可使用于高达GHz的频带的感应器元件。由此，就能够制成小型化而且仍然具有高Q值的感应器元件。为了说明本发明，示出了附图和几种目前优选的实施方式，然而应当明白，本发明并不局限于所示的具体安排和方式。图1是说明感应器元件1的透视图，它用本发明的实施方式制成，图中一部分是外露的。下面参照附图详细说明本发明的优选实施方式。铁氧体烧结元件材料具有这样一种磁化机理，在AC磁化场内从低频到高频时，它是先通过磁畴边界运动松弛然后达到旋转磁化共振。从磁性材料的Q值频率特性的角度来看，Q值在发生磁畴边界运动松弛的频率处急剧降低，当趋向旋转磁化共振点时进一步降低。为了在高达几个GHz的频带仍保持高的Q值，首先需要使磁畴边界运动完全停止，然后，将旋转磁化共振频率迁移至高于几个GHz的频率。各种研究的结果确认，通过将铁氧体粉末分散于非磁性基质中，而该粉末具有可使每个铁氧体粒子都保持单畴颗粒的粒度，就能够使磁畴边界运动导致的Q下降完全停止。总的来说，粉末中每个粒子的最大粒度应大约小于3微米。本发明人从这些事实注意到，采用通过将铁氧体粉末以高浓度分散于树脂中而获得的复合铁氧体材料，就能够得到适用于高频感应器的磁芯的性能，就完成了本发明。也就是说，本发明涉及一种复合磁性材料。该复合磁性材料的主要特征在于它是将铁氧体粉末分散于树脂制成的，该铁氧体粉末含有钴取代的Y型六方铁氧体(2BaO·2CoO·6Fe2O3)或钴取代的Z型六方铁氧体(3BaO·2CoO·12Fe2O3)。如上所述，即使六方结构氧体平面型的铁氧体如果保持烧结体的形式，它仅在高达300MHZ的范围能够保持高的Q值。然而，根据本发明，研磨钴取代的Y型六方铁氧体或钴取代的Z型六方铁氧体，然后分散于树脂中，就能够在高达1-2GHz的范围保持高的Q值。另外，本发明的复合磁性材料的特征在于，在2GHz的磁导率为1MHZ的磁导率的90％或以上。因此，当本发明的复合磁性材料应用于高频感应器元件时，就能够在高达GHz的频率范围大大避免电感的下降。本发明还涉及一种装有以上述复合磁性材料作磁性元件的感应器元件。图1是说明本发明一个实施方式的感应器元件1的外观的透视图。在图1中，表示的感应器元件1是部分外露的。感应器元件1是一个芯片感应器，装有一个圆柱形磁芯2。具有涂层的线的线圈3缠绕在磁芯2的外周上。磁芯2的两端各覆有帽型的金属接头元件4或5。将线圈3两端的涂层除去，将其一端与接头元件4电连接，其另一端与接头元件5电连接。本发明的复合磁性材料能够有利地用作例如构成上述感应器元件1的磁芯2的材料，也可以用作结构不同的感应器元件的磁性元件材料。本发明的复合磁性材料含有钴取代的Y型六方铁氧体(2BaO·2CoO·6Fe2O3)或钴取代的Z型六方铁氧体(3BaO·2CoO·12Fe2O3)的粉末和树脂。该复合磁性材料在2GHz的磁导率为1MHZ的磁导率的90％或以上。所要求的是，当回流焊接应用到用本复合磁性材料构成的感应器元件时，其中的树脂应当在该回流温度(约260℃)下具有耐热性。作为所用树脂的例子，能够列举的是热塑性树脂例如液晶聚合物、聚苯硫、聚酰胺、聚四氟乙烯、聚酰亚胺、聚砜、聚醚醚酮、间同立构聚苯乙烯，和热固性树脂例如环氧树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺或邻苯二甲酸二烯丙酯树脂。热固性树脂可以用溶剂稀释。更好的是，树脂在高达GHz频率范围应具有低介电常数和低介质损耗。也可以向本发明的复合磁性材料中加入添加剂，例如整理剂、分散剂或阻燃剂。可以使用任何添加剂，只要该添加剂用于感应器时在GHz频带内不降低磁性能，而且不显著降低Q值。另外，关于加入整理剂，可以用整理剂对铁氧体粉本实施预处理。也可以采用整体混合加入法，即当铁氧体粉与树脂混合时同时加入整理剂。对用来制备钴取代的Y型六方铁氧体粉末或钴取代的Z型六方铁氧体粉末的方法和用来混合／捏合铁氧体粉末与树脂的方法没有什么限制，可以采用任何方法，只要它们对铁氧体粉末和复合磁性材料的磁性能没有负面影响。下面根据一些实施例说明本发明的复合磁性材料。实施例1以碳酸钡(BaCO3)、氧化钴(Co3O4)和氧化铁氧体(Fe2O3)作原料，用球磨机湿混，然后在温度为1200-1300℃的空气中烘烤，对混合物进行煅烧，再用球磨机进一步湿磨，制备了具有3BaO·2CoO·12Fe2O3化学组分比的钴取代Z型六方铁氧体粉末。将该铁氧体粉与体积相等的环氧树脂捏合，制备复合磁性材料。实施例2以碳酸钡(BaCO3)、氧化钴(Co3O4)和氧化铁氧体(Fe2O3)作原料，用球磨机湿混，然后在温度为1000-1200℃的空气中对混合物进行煅烧，再用球磨机进一步湿磨，制备了具有3BaO·2CoO·12Fe2O3化学组分比的钴取代Y型六方铁氧体粉末。将该铁氧体粉末与体积相等的环氧树脂捏合，制备复合磁性材料。对比例1以氧化镍(NiO)和氧化铁氧体(Fe2O3)作原料，用球磨机湿混。然后在900-1000℃的空气中对混合物进行煅烧，再用球磨机进一步湿磨。接着，将这样得到的粉末进行模压，然后在温度1200-1300℃空气烧结，制备了具有NiO·Fe2O3化学组分比的尖晶石型铁氧体烧结体。对比例2以碳酸钡(BaCO3)、氧化钴(Co2O3)和氧化铁氧体(Fe2O3)作原料，用球磨机湿混。然后在1200-1300℃的空气中对混合物进行煅烧，再用球磨机进一步湿磨。接着，将这样得到的粉末进行模压，然后在1200-1300℃空气烧结，制备了具有3BaO·2CoO·12Fe2O3化学组分比的钴取代Z型六方铁氧体烧结体。对比例3以碳酸钡(BaCO3)、氧化钴(Co2O3)和氧化铁氧体(Fe2O3)作原料，用球磨机湿混。然后在温度为1000-1200℃的空气中对混合物进行煅烧，再用球磨机进一步湿磨。接着，将这样得到的粉末进行模压，然后在1000-1200℃空气烧结，制备了具有2BaO·2CoO·6Fe2O3化学组分比的钴取代Y型六方铁氧体烧结体。上述根据实施例1和2和对比例1、2和3制备的每种铁氧体样品，都用S-参数法测量了磁性能，并测量了比电阻。关于磁性能，根据Nicholson-RossWeir方法，使用内径为3毫米和外径为7毫米的圆柱状样品，分别在1MHZ、1GHz和2GHz频率下，测量了复数磁导率的实数部分μ′和虚数部分μ″。由这两个数值计算了Q值。表1显示了实施例1和2、和对比例1、2和3的样品分别在1MHZ、1GHz和2GHz频率下的一些特征、磁导率(其实数部分μ′和虚数部分μ″)、Q值和2GHz频率下的比电阻。表1<tablesid="table1"num="001"><table>实施例1实施例2对比例1对比例2对比例3铁氧体钴取代Z型六方铁氧体钴取代Y型六方铁氧体尖晶石型铁氧体钴取代Z型六方铁氧体钴取代Y型六方铁氧体铁氧体的形式粉末粉末烧结体烧结体烧结体树脂环氧树脂环氧树脂---磁导率(μ′)(1MHZ)(1GHz)(2GHz)2．52．52．52．02．02．09．73．61．810．110．13．53．03．02．5Q值(2GHz)3060＜1＜110比电阻(欧姆·厘米)1071071010106106</table></tables>如表1所示，根据实施例1和2，在高达GHz的频带，磁导率不会降低，而且能够保持高Q值。实施例1和2也显示出2GHz的磁导率不低于1MHZ的磁导率的90％，即有100％。实施例1和2也显示出比电阻高达107欧姆·厘米。虽然已经揭示了本发明的优选实施方式，但是实现这里所揭示的原理的各种方式都被视为在所附权利要求书的范围内。因此，应当明白，本发明的范围不受限制，只要不超出权利要求书的限制。权利要求1．含有铁氧体粉末和树脂的复合磁性材料，其中所述的铁氧体粉末含有钴取代的Y型六方铁氧体(2BaO·2CoO·6Fe2O3)或钴取代的Z型六方铁氧体(3BaO·2CoO·12Fe2O3)，其在2GHz的磁导率为1MHZ的磁导率的90％或以上。2．如权利要求1所述的复合磁性材料，它具有107欧姆·厘米或以上的比电阻。3．如权利要求2所述的复合磁性材料，其中所述的树脂选自液晶聚合物、聚苯硫、聚酰胺、聚四氟乙烯、聚酰亚胺、聚砜、聚醚醚酮、间同立构聚苯乙烯、环氧树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺和邻苯二甲酸二烯丙酯树脂。4．如权利要求3所述的复合磁性材料，其中所述的树脂是环氧树脂。5．如权利要求4所述的复合磁性材料，其中所述的铁氧体是钴取代的Y六方铁氧体。6．如权利要求4所述的复合磁性材料，其中所述的铁氧体是钴取代的Z六方铁氧体。7．如权利要求2所述的复合磁性材料，其中所述的铁氧体是钴取代的Y六方铁氧体。8．如权利要求2所述的复合磁性材料，其中所述的铁氧体是钴取代的Z六方铁氧体。9．如权利要求1所述的复合磁性材料，其中所述的铁氧体是钴取代的Y六方铁氧体。10．如权利要求1所述的复合磁性材料，其中所述的铁氧体是钴取代的Z六方铁氧体。11．一种感应器元件，它装有使用权利要求10所述复合磁性材料的磁性元件。12．一种感应器元件，它装有使用权利要求9所述复合磁性材料的磁性元件。13．一种感应器元件，它装有使用权利要求8所述复合磁性材料的磁性元件。14．一种感应器元件，它装有使用权利要求7所述复合磁性材料的磁性元件。15．一种感应器元件，它装有使用权利要求6所述复合磁性材料的磁性元件。16．一种感应器元件，它装有使用权利要求5所述复合磁性材料的磁性元件。17．一种感应器元件，它装有使用权利要求4所述复合磁性材料的磁性元件。18．一种感应器元件，它装有使用权利要求3所述复合磁性材料的磁性元件。19．一种感应器元件，它装有使用权利要求2所述复合磁性材料的磁性元件。20．一种感应器元件，它装有使用权利要求1所述复合磁性材料的磁性元件。全文摘要一种含有铁氧体粉末和树脂的复合磁性材料,其中铁氧体粉末含有钴取代的Y型六方铁氧体(2BaO·2CoO·6Fe文档编号C01G49/00GK1294392SQ0013300公开日2001年5月9日申请日期2000年10月26日优先权日1999年10月27日发明者伴野国三郎,福岛光宏,丸泽博,大沢隆司,户田崇申请人:株式会社村田制作所