磁性片及使用该磁性片的线圈组件的制作方法

磁性片及使用该磁性片的线圈组件
1.本技术要求于2020年11月17日在韩国知识产权局提交的第10-2020-0153255号韩国专利申请的优先权的权益，所述韩国专利申请的公开内容通过引用被全部包含于此。
技术领域
2.本公开涉及一种磁性片及使用该磁性片的线圈组件。


背景技术：

3.磁性片用在诸如电感器的线圈组件中。在这种情况下，磁性片可用于形成线圈组件的主体。
4.另外，为了确保线圈组件的可靠性(诸如，引线耐热性、粘合强度等)需要改善主体的耐应力性。


技术实现要素：

5.本公开的一方面在于提供一种磁性粉末颗粒与树脂之间的粘合性得到改善的磁性片以及使用该磁性片的线圈组件。
6.本公开的另一方面在于提供一种具有改善的耐应力性的磁性片以及使用该磁性片的线圈组件。
7.本公开的另一方面在于提供一种具有改善的可靠性(诸如，引线耐热性、粘合强度等)的磁性片以及使用该磁性片的线圈组件。
8.根据本公开的一个方面，一种磁性片包括：树脂；以及磁性颗粒，分散在所述树脂中，并且包括磁性粉末颗粒、设置在所述磁性粉末颗粒的表面上的绝缘层以及设置在所述绝缘层的表面上的表面处理层。
9.根据本公开的另一方面，一种线圈组件包括：主体，包括树脂和分散在所述树脂中的磁性颗粒；线圈单元，设置在所述主体内部；以及外电极，设置在所述主体上并且连接到所述线圈单元，其中，所述磁性颗粒包括磁性粉末颗粒、设置在所述磁性粉末颗粒的表面上的绝缘层以及设置在所述绝缘层的表面上的表面处理层。
附图说明
10.通过以下结合附图进行的详细描述，将更清楚地理解本公开的以上和其他方面、特征和优点，在附图中：
11.图1a是示意性地示出根据本公开的示例实施例的磁性片的截面图；
12.图1b是示出根据示例实施例的包括在磁性片中的磁性颗粒的放大图；
13.图2a是示意性地示出根据示例实施例的线圈组件的立体图；
14.图2b是示意性地示出根据另一示例实施例的线圈组件的立体图；
15.图3是示出根据示例1和比较示例的表面处理层的成分分析的傅里叶变换红外(ft-ir)光谱图；
16.图4是示出根据示例1和比较示例的磁性片的成分分析的气相色谱-质谱(gc-ms)图；
17.图5是示出根据示例1和比较示例的表面处理层的碳含量分析的能量色散x射线光谱(eds)图；
18.图6是示出根据示例1和比较示例的磁性片的应力、应变和韧性的分析的示图；
19.图7是示出根据示例2的表面处理层的成分分析的傅里叶变换红外(ft-ir)光谱图；
20.图8是示出根据示例2和比较示例的磁性片的成分分析的气相色谱-质谱(gc-ms)图；
21.图9是示出根据示例2和比较示例的表面处理层的碳含量分析的能量色散x射线光谱(eds)图；以及
22.图10是示出根据示例2和比较示例的磁性片的应力、应变和韧性的分析的示图。
具体实施方式
23.在下文中，将参照附图描述本公开。为了清楚起见，附图中的每个组件的形状、尺寸等可能被放大或缩小。
24.磁性片
25.图1a是示意性地示出根据本公开的示例实施例的磁性片的截面图。
26.图1b是示出根据示例实施例的包括在磁性片中的磁性颗粒的放大图。
27.参照图1a和图1b，根据示例实施例的磁性片包括树脂110和分散在树脂110中的磁性颗粒120。
28.树脂110可用作将磁性颗粒120混合并且将磁性颗粒120与树脂110本身混合在一起的粘合剂树脂。
29.用于形成树脂110的材料没有特别限制，而可以是热塑性树脂、热固性树脂等。环氧树脂、酚醛树脂等可用作热固性树脂，并且聚酰亚胺、液晶聚合物(lcp)等可用作热塑性树脂。
30.磁性颗粒120包括磁性粉末颗粒121、设置在磁性粉末颗粒121的表面上的绝缘层122以及设置在绝缘层122的表面上的表面处理层123。由于在磁性粉末颗粒121与绝缘层122之间还可包括附加构造元件，因此绝缘层122被描述为设置在磁性粉末颗粒121的表面上方。相比之下，表面处理层123是与绝缘层122相邻并且直接形成在绝缘层122的表面上的构造元件，因此被描述为设置在绝缘层122的表面上。
31.磁性粉末颗粒121可以是铁氧体粉末颗粒或磁性金属粉末颗粒。磁性粉末颗粒121可具有球形形状，但不限于此。
32.铁氧体粉末颗粒可以是尖晶石型铁氧体(诸如，mg-zn基铁氧体、mn-zn基铁氧体、mn-mg基铁氧体、cu-zn基铁氧体、mg-mn-sr基铁氧体、ni-zn基铁氧体等)、六角晶系铁氧体(诸如，ba-zn基铁氧体、ba-mg基铁氧体、ba-ni基铁氧体、ba-co基铁氧体、ba-ni-co基铁氧体等)、石榴石型铁氧体(诸如，y基铁氧体等)和li基铁氧体中的至少一种。
33.磁性金属粉末颗粒可包括从由铁(fe)、硅(si)、硼(b)、铬(cr)、铌(nb)、铜(cu)、磷(p)、钴(co)、镍(ni)和铝(al)组成的组中选择的至少一种。例如，磁性金属粉末颗粒可以是
fe粉末颗粒、fe-si合金粉末颗粒、fe-al合金粉末颗粒、fe-si-al合金粉末颗粒或通过混合所述粉末颗粒中的两种或更多种获得的粉末颗粒。
34.磁性金属粉末颗粒可以是非晶的、结晶的或纳米晶的。例如，磁性金属粉末颗粒可以是fe-si-b-cr基非晶合金粉末颗粒，但不必须局限于此。
35.具有绝缘特性的材料可用作用于形成绝缘层122的材料。例如，绝缘层122可以是包括铁(fe)、铝(al)、硅(si)、钛(ti)、镁(mg)、铬(cr)、锌(zn)、磷(p)和硼(b)中的至少一种的氧化物膜。可选地，绝缘层122可通过磷酸盐涂层(诸如，磷酸锌涂层、磷酸铁涂层、磷酸锰涂层等)或有机涂层(诸如，环氧树脂涂层)来形成。
36.表面处理层123可通过利用表面处理剂对设置在磁性粉末颗粒121表面上的绝缘层122的表面进行处理来形成。
37.优选使用对磁性粉末颗粒121的其上形成有绝缘层122的表面具有优异粘合性并且与树脂110具有优异偶联性的材料作为表面处理剂。例如，油酸(oleic acid)和硅烷偶联剂中的至少一种可用于形成表面处理层123。聚氨酯类硅烷(urethane-based silane)偶联剂可用作硅烷偶联剂。
38.另外，使用环氧树脂作为本公开中的树脂110。在改善与环氧树脂的偶联性方面，在示例1和示例2中，分别使用油酸和聚氨酯类硅烷偶联剂作为表面处理剂。
39.表面处理层123可包括包含烷基基团、羰基基团和聚氨酯丙烯酸酯(urethane acrylate)中的至少一种官能团的成分。已经证实，在示例1中检测到烷基基团和羰基基团(从油酸衍生的偶联成分)，并且在示例2中检测到聚氨酯丙烯酸酯(从聚氨酯类硅烷偶联剂衍生的偶联成分)。在这种情况下，可使用傅里叶变换红外(ft-ir)光谱法来检测包括在表面处理层123中的官能团。
40.另外，磁性片可包括油酸、油酸衍生物和碳酸单酰胺n-烯丙基新戊酯(carbonic acid monoamide n-allyl neopentyl ester)中的至少一种。油酸衍生物可包括油酸甲酯(oleic acid methyl ester)、油酸丁酯(butyl oleate)和油酸3-羟丙酯(oleic acid 3-hydroxypropyl ester)中的至少一种。在示例1的情况下，已经证实，检测到了油酸和油酸衍生物(诸如，油酸甲酯、油酸丁酯和油酸3-羟丙酯)，油酸衍生物为从包括在表面处理层中的油酸衍生的成分。此外，在示例2中已经证实，检测到了碳酸单酰胺n-烯丙基新戊酯，碳酸单酰胺n-烯丙基新戊酯为从聚氨酯类硅烷偶联剂衍生的成分。可通过气相色谱-质谱(gc-ms)法来检测包括在磁性片中的成分。
41.磁性颗粒120可包括具有不同平均粒度的两种或更多种磁性颗粒1201、1202和1203。例如，磁性颗粒120可包括第一磁性颗粒1201和第二磁性颗粒1202，第二磁性颗粒1202的平均粒度小于第一磁性颗粒1201的平均粒度。除了第一磁性颗粒1201和第二磁性颗粒1202之外，磁性颗粒120还可包括第三磁性颗粒1203，第三磁性颗粒1203的平均粒度小于第二磁性颗粒1202的平均粒度。
42.磁性颗粒120的平均粒度可通过磁性粉末颗粒121的平均粒度来确定。平均粒度可指根据表示为d50或d90的粒度分布的直径。例如，包括在第二磁性颗粒1202中的磁性粉末颗粒121的平均粒度可小于包括在第一磁性颗粒1201中的磁性粉末颗粒121的平均粒度，并且包括在第三磁性颗粒1203中的磁性粉末颗粒121的平均粒度可小于包括在第二磁性颗粒1202中的磁性粉末颗粒121的平均粒度。因此，第一磁性颗粒1201、第二磁性颗粒1202和第
三磁性颗粒1203可具有所述尺寸顺序的平均粒度。设置在第一磁性颗粒1201、第二磁性颗粒1202和第三磁性颗粒1203中的每个上的绝缘层122和表面处理层123的厚度可彼此相同或彼此不同。
43.包括在第一磁性颗粒1201中的磁性粉末颗粒121的平均粒度基于d50可为约30μm，基于d90可为约60μm至约70μm，但不限于此。包括在第二磁性颗粒1202中的磁性粉末颗粒121的平均粒度基于d50可为约2μm，基于d90可为约8μm至约9μm，但不限于此。包括在第三磁性颗粒1203中的磁性粉末颗粒121的平均粒度基于d50可为约150nm至约200nm，基于d90可为约1μm或更小，但不限于此。
44.测量磁性粉末颗粒的粒度的方法包括但不限于使用sem的方法。具体地，通过如下方法来测量磁性粉末颗粒的粒度：分析通过使用xhr sem以5k放大倍率扫描样品磁性片的横截面获得的图像。使用作为粒度测量软件的zootos测量扫描图像上的颗粒的费雷特(feret)直径，并且将费雷特直径用作磁性粉末颗粒的粒度。
45.另外，在磁性片上可能存在树脂110与磁性颗粒120之间发生界面劣化的情况，并且树脂110与磁性颗粒120之间的粘合性会影响磁性片的应力。此外，磁性片的可靠性(诸如，引线耐热性和粘合强度)会受到影响。特别是在树脂110与磁性颗粒120之间的粘合性降低的高温条件下，树脂110与磁性颗粒120之间的界面劣化更频繁地发生。
46.在根据本公开的磁性片的情况下，磁性颗粒120包括表面处理层123，通过表面处理层123可提供在磁性颗粒120与树脂110之间的粘合性得到改善的磁性片。这使得不仅提供了具有改善的应力的磁性片，而且提供了具有改善的可靠性(诸如，引线耐热性和粘合强度)的磁性片。
47.线圈组件
48.图2a是示意性地示出根据示例实施例的线圈组件的立体图。
49.参照图2a，根据本公开的线圈组件包括：主体100，包括树脂110和分散在树脂110中的磁性颗粒120；线圈单元200，设置在主体100内部；以及外电极300，设置在主体100上并且连接到线圈单元200。
50.主体100可形成根据示例实施例的线圈组件的外型，并且可用于将线圈单元200埋入其中。主体100整体可形成为具有六面体形状，但不限于此。
51.主体100可通过堆叠包括树脂110和分散在树脂110中的磁性颗粒120的一个或更多个磁性片来形成。因此，主体100包括根据示例实施例的作为构造元件的树脂110和分散在树脂110中的磁性颗粒120。
52.因此，在根据示例实施例的线圈组件的情况下，其中堆叠有多个磁性片的主体100包括从表面处理剂衍生的成分。也就是说，主体100可包括油酸、油酸衍生物和碳酸单酰胺n-烯丙基新戊酯中的至少一种。油酸衍生物可包括油酸甲酯、油酸丁酯和油酸3-羟丙酯中的至少一种。在示例1的情况下，已经证实，检测到油酸和油酸衍生物(诸如，油酸甲酯、油酸丁酯和油酸3-羟丙酯)，油酸衍生物为从油酸衍生的成分。可通过气相色谱-质谱(gc-ms)法来检测包括在磁性片中的成分。
53.上面已经参照图1a和图1b描述了树脂110和磁性颗粒120，因此将省略树脂110和磁性颗粒120的详细描述。
54.线圈单元200埋在主体100中以显示线圈组件的特性。例如，当本示例实施例的线
圈组件用作功率电感器时，线圈单元200可用于通过将电场存储为磁场并且保持输出电压来使电子装置的电力稳定。
55.线圈单元200可包括支撑基板210和线圈220，线圈220设置在支撑基板210的至少一个表面上。例如，线圈220可以是通过镀覆工艺形成在支撑基板210的一个表面或两个表面上的线圈图案，并且如此形成的线圈图案可包括通过无电镀覆形成的作为种子层的无电镀层和通过电解镀覆形成在种子层上的镀层。然而，线圈单元200的形状不限于此，并且线圈单元200可使用已知的方法形成而没有限制。
56.外电极300可设置在主体100的至少一个表面上，以连接到线圈单元200。外电极300可通过已知的方法(诸如，镀覆方法、膏印刷方法等)形成。外电极300可利用诸如铜(cu)、铝(al)、银(ag)、锡(sn)、金(au)、镍(ni)、铅(pb)、铬(cr)、钛(ti)或它们的合金的导电材料形成，但不限于此。外电极300可包括多个层；例如，包括cu的第一层、设置在第一层上并且包括ni的第二层以及设置在第二层上并且包括sn的第三层。
57.另外，在线圈组件的主体100中，树脂110与磁性颗粒120之间可能发生界面劣化，并且树脂110与磁性颗粒120之间的粘合性会影响主体100的应力。此外，主体100的可靠性(诸如，引线耐热性和粘合强度)会受到影响。特别是在树脂110与磁性颗粒120之间的粘合性降低的高温条件下，树脂110与磁性颗粒120之间的这种界面劣化更频繁地发生。
58.在根据本公开的线圈组件的情况下，磁性颗粒120包括表面处理层123，以提供在磁性颗粒120与树脂110之间的粘合性得到改善的线圈组件。这使得提供具有改善的应力的线圈组件以及具有改善的可靠性(诸如，引线耐热性和粘合强度)的线圈组件。
59.图2b是示意性地示出根据另一示例实施例的线圈组件的立体图。
60.参照图2a和图2b，在根据本公开的另一实施例的线圈组件中，线圈单元200的形状与根据本发明的示例实施例的线圈组件的形状不同。
61.具体地，线圈单元200包括模具230和线圈220。线圈220可以是通过缠绕模具230而形成的缠绕线圈，因此，模具230包括被缠绕线圈缠绕的区域。例如，模具230可包括圆柱形区域，并且线圈220可沿着圆柱形区域的外周缠绕。
62.线圈组件的其他部分可与根据本发明的示例实施例的线圈组件中的上面描述的相应部分大体上相同，并且将省略其详细描述。
63.在下文中，将参照示例实施例更详细地描述本实施例的构造之中的表面处理层123。
64.图3是示出根据示例1和比较示例的表面处理层的成分分析的示图。
65.图4是示出根据示例1和比较示例的磁性片的成分分析的示图。
66.图5是示出根据示例1和比较示例的表面处理层的碳含量分析的示图。
67.图6是示出根据示例1和比较示例的磁性片的应力、应变和韧性的分析的示图。
68.图7是示出根据示例2的表面处理层的成分分析的示图。
69.图8是示出根据示例2和比较示例的磁性片的成分分析的示图。
70.图9是示出根据示例2和比较示例的表面处理层的碳含量分析的示图。
71.图10是示出根据示例2和比较示例的磁性片的应力、应变和韧性的分析的示图。
72.比较示例
73.在比较示例中，在磁性粉末颗粒121(磁性粉末颗粒121为fe粉末颗粒)的表面上形
成包含铝、磷、锌、硅和硼的氧化物膜的绝缘层122，其中，未对绝缘层122进行表面处理。也就是说，比较示例的磁性颗粒不包括表面处理层123。将如此形成的磁性颗粒分散在树脂110(树脂110为环氧树脂)中，然后固化以形成磁性片。
74.示例1
75.在示例1的情况下，在磁性粉末颗粒121(磁性粉末颗粒121为fe粉末颗粒)的表面上形成包含铝、磷、锌、硅和硼的氧化物膜的绝缘层122，并且利用油酸处理绝缘层122的表面以形成表面处理层123。将如此形成的磁性颗粒120分散在树脂110(树脂110为环氧树脂)中，然后固化以形成磁性片。
76.参照图3，如上所述，可以看出，在示例1的表面处理层123上检测到烷基基团和羰基基团，烷基基团和羰基基团是从油酸衍生的偶联成分。使用了傅里叶变换红外(ft-ir)光谱法来检测包括在表面处理层123中的官能团。
77.参照图4，如上所述，可以看出，在示例1的磁性片中检测到油酸和油酸衍生物(诸如，油酸甲酯、油酸丁酯和油酸3-羟丙酯)，油酸衍生物是从油酸衍生的成分。可通过气相色谱-质谱(gc-ms)法来检测包括在磁性片中的成分。另外，在示例1中分析了磁性片的成分。对于本领域技术人员将显而易见的是，可在通过堆叠多个磁性片形成的主体100中检测到相同的成分。
78.参照图5，可以看出，在示例1的表面处理层123上检测到高含量的碳(c)。具体地，在接近25℃的室温下，磁性颗粒的表面的c含量在比较示例的情况下为17.6wt％，在示例1的情况下为60.6wt％，表明示例1中的c含量高于比较示例中的c含量。即使在260℃左右的高温下，磁性颗粒的表面的c含量在比较示例中为15.7wt％，在示例1中为76.4wt％，表明示例1中的c含量高于比较示例中的c含量。在这种情况下，是通过能量色散x射线光谱(eds)法来测量c含量的。c成分被确定为从环氧树脂(磁性颗粒分散在环氧树脂中)衍生的成分，这表明保留在磁性颗粒的表面上的树脂的量增加。也就是说，可以看出，磁性颗粒与树脂之间的粘合强度得到改善。
79.参照图6，可以看出，与比较示例相比，在示例1中，磁性片在接近25℃的室温下的应力、应变和韧性分别增加了65％、263％和540％。此外，可以看出，即使在接近260℃的高温下，与比较示例相比，在示例1中，磁性片的应力、应变和韧性也分别增加了37％、0％和30％。也就是说，可以看出，在室温和高温两种情况下，示例1在应力、应变和韧性方面优于比较示例。另外，在示例1中评估了磁性片的应力。对于本领域技术人员将显而易见的是，在通过堆叠多个磁性片形成的主体100中可得到类似的结果。
80.示例2
81.在示例2的情况下，在磁性粉末颗粒121(磁性粉末颗粒121为fe粉末颗粒)的表面上形成包含铝、磷、锌、硅和硼的氧化物膜的绝缘层122，并且利用聚氨酯类硅烷偶联剂处理绝缘层122的表面以形成表面处理层123。将如此形成的磁性颗粒120分散在树脂110(树脂110为环氧树脂)中，然后固化以形成磁性片。
82.参照图7，如上所述，可以看出，在如上所述的示例2的表面处理层123上检测到聚氨酯丙烯酸酯，聚氨酯丙烯酸酯是从包括在表面处理层中的聚氨酯类硅烷偶联剂衍生的偶联成分。使用了傅里叶变换红外(ft-ir)光谱法来检测包括在表面处理层123中的官能团。
83.参照图8，如前所述，可以看出，在示例2的磁性片中检测到碳酸单酰胺n-烯丙基新
戊酯，碳酸单酰胺n-烯丙基新戊酯是从包括在表面处理层中的聚氨酯类硅烷偶联剂衍生的成分。可通过气相色谱-质谱(gc-ms)法来检测包括在磁性片中的成分。另外，在示例2中分析了磁性片的成分。对于本领域技术人员将显而易见的是，可在通过堆叠多个磁性片形成的主体100中检测到相同的成分。
84.参照图9，可以看出，在示例2的表面处理层123上检测到高的碳(c)含量。具体地，在接近25℃的室温下，磁性颗粒的表面的c含量在比较示例的情况下为17.6wt％，在示例2的情况下为41.2wt％，表明示例2中的c含量相对高于比较示例中的c含量。即使在260℃左右的高温下，磁性颗粒的表面的c含量在比较示例的情况下为15.7wt％，在示例2的情况下为59.1wt％，表明示例2中的c含量高于比较示例中的c含量。在这种情况下，是通过能量色散x射线光谱(eds)法来测量c含量的。c成分被确定为从环氧树脂(磁性颗粒分散在环氧树脂中)衍生的成分，这表明保留在磁性颗粒的表面上的树脂的量增加。也就是说，可以看出，磁性颗粒与树脂之间的粘合强度得到改善。
85.参照图10，可以看出，与比较示例相比，在示例2中，磁性片在接近25℃的室温下的应力、应变和韧性分别增加了68％、228％和347％。此外，可以看出，即使在接近260℃的高温下，与比较示例相比，在示例2中，磁性片的应力、应变和韧性也分别增加了30％、52％和50％。也就是说，可以看出，在室温和高温两种情况下，示例2在应力、应变和韧性方面优于比较示例。另外，在示例2中评估了磁性片的应力。对于本领域技术人员将显而易见的是，在通过堆叠多个磁性片形成的主体100中可得到类似的结果。
86.如以上所阐述的，根据本公开，可提供一种磁性颗粒与树脂之间的粘合性得到改善的磁性片以及使用该磁性片的线圈组件。
87.根据本公开，可提供一种具有改善的应力的磁性片以及使用该磁性片的线圈组件。
88.根据本公开，可提供一种具有改善的可靠性(诸如，引线耐热性、粘合强度等)的磁性片以及使用该磁性片的线圈组件。
89.在整个说明书中，将理解的是，当元件或层被称为“连接到”或“结合到”另一元件或另一层时，可理解为“直接连接到”或“直接结合到”所述另一元件或所述另一层，或者可存在中间元件或中间层。还将理解是，术语“包含”和/或“包括”列举元件的存在，而不排除一个或更多个其他元件的存在或添加。
90.术语“示例”不是指同一示例实施例，而是被提供为强调和描述不同的独特特征。然而，上面提出的示例可实现为与另一示例的特征组合。例如，除非另外描述，否则即使在特定示例中描述的细节在另一示例中未被描述，也可被理解为与另一示例相关的描述。
91.此外，术语“第一”、“第二”等用于将一个组件与另一组件区分开，而不限制相应组件的顺序、重要性等。在一些情况下，在不脱离本公开的范围的情况下，第一组件可被称为第二组件，并且类似地，第二组件也可被称为第一组件。
92.本公开中使用的术语仅用于描述示例而不是限制本公开的范围。这里，除非在上下文中另外解释，否则单数形式包括复数形式。
93.虽然上面已经示出和描述了示例实施例，但对于本领域技术人员将显而易见的是，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下，可进行修改和变型。