专利名称：复合磁片及其制造方法
背景技术：
本发明涉及到一种复合磁体以及制造这种复合磁体的方法。复合磁体在电子设备中可用做电磁干扰抑制器，用来防止向外泄漏额外的无线电波，防止内部电路之间的干扰，以及防止诸如误动作等外部无线电波导致的影响。
近年来，电子设备的电磁环境问题越来越受到关注。按照背景技术，对电子设备例如数字电子设备有各种各样的要求，以提高电路的信号处理速度，使用更高的频率，并提供改进的功能，缩小产品设计的尺寸和厚度等等。为了满足这些需求就要增大电路的密度，将有源元件和诸如半导体元件等发射感应噪声的无源元件混合使用。
这样会由于电容耦合及电磁耦合而增加线路中的耦合，并且由于辐射噪声而产生干扰，往往会影响设备的正常操作。有时候这种噪声还会影响到外部设备。
为了改善电子设备的处理速度、功能及其密度，作为一种抗噪声防范措施，特别是在亚微米波段中的一种抗噪声防范措施，有人建议安装低通滤波器和使用屏蔽。在使用附加部件的抗噪声防范措施中，需要有一定的安装空间，为了缩小尺寸和厚度，在设计阶段就必须考虑到这一问题。因而不能满足应急的需求。
针对上述问题，作为一种抗噪声防范措施，有人提出在亚微米波段中使用复合磁片来抑制上述电磁干扰。例如在日本待审专利公开(JP-A)H07-212079号和日本待审专利公开(JP-A)H09-35927号的说明书中就提出了能够抑制电磁干扰的复合磁片。
作为一种覆盖亚微米波段并且利用高实数部分磁导率μ′和广泛分布的虚数部分磁导率μ′的射频吸收器，这些复合磁片能够抑制辐射噪声的传输和二次电磁耦合。这样就能减轻抗噪声防范措施和产品研发的负担，并且消除缩小电路尺寸和增加密度所面临的障碍。
在市场上迫切需要一种能够象上述复合磁体那样便于使用的抗噪声部件，在允许使用这种部件作为抗干扰措施的频带内例如是在亚微米波段中的低频(数十到数百MHz)范围内，并且可以将其安装到现有的设备上。另外，随着电子设备小型化的进程，也需要进一步缩小适合上述亚微米波段的复合磁片的厚度。
随着频率的降低，在亚微米波段中使用的上述复合磁片的磁导率就不够了。因此，厚度的减少会受到限制，并且抑制电磁干扰的效果也会随之下降，因为在这一频率上的“μ”增大了。在诸如移动通信设备这样的小型电子设备中，需要考虑其它的抗干扰措施。然而，不能安装铁磁体，因为它有可能破碎，并且还存在定位问题。橡胶铁磁体不容易破碎，尽管安装空间是有保证的，但是不足以抑制噪声。
因此，在低频和数十到数百MHz的高频范围内，可以使用诸如线圈和滤波器等等部件。然而，在上述频带内，目前还没有找到任何适用的抗噪声部件。即使有这种适用的部件，对基片等等的设计修改上也需要投入大量的人力和物力。
为了解决上述问题，就出现了对能够抑制电磁干扰的复合磁片的需求，它应该能适合低频范围(数十到数百MHz)，并且即使厚度缩小也具有抑制电磁干扰的效果。
为了满足上述需求，就需要明显地改善磁导率CPME014966P和μ″并且降低μ′的磁谐振频率。针对这种需求，就出现了以日本待审专利公开(JP-A)2000-40g7号的说明书为例的一种复合磁片，它能够在FM频带(数十到数百MHz)中改善电磁干扰抑制效果，并且能够缩小厚度。如果采用上述申请中描述的技术，就能够实现对电磁干扰抑制效果的改善并且缩小厚度。
以下要说明一例制作上述复合磁体的方法。在上述复合磁片被用于亚微米波段的情况下可以采用湿法和干法。具体地说，按照湿法技术，将平滑的软磁粉末、一种粘合剂以及用来溶解粘合剂的一种溶剂混合搅拌后获得一种糊状混合物，用刮片技术形成一种薄膜。按照干法技术，用搅拌机搅拌平滑的软磁粉末和一种粘合剂，获得一种用滚筒形成的混合物。
在上述日本待审专利公开(JP-A)2000-4097号中所描述的复合磁体的制造方法中，使用了一种没有应力应变的平滑的软磁粉末，并且用湿法技术将其制成片，在形成步骤中不会给粉末带来应力应变。另外，在与片的平面垂直的方向上对片加压以获得高密度。这样就能改善在FM频带中的电磁干扰抑制效果，并且能缩小厚度。
如上所述，制造由平滑的软磁粉末和粘合剂构成的复合磁体的常规方法可以分成采用溶剂的湿法技术和不采用溶剂的干法技术两类。
在上述日本待审专利公开(JP-A)2000-4097号中所描述的复合磁体的制造方法采用了上述湿法技术。然而，单单通过薄膜成形不能获得足够的μ′值，因此，可以通过加压来获得高磁导率。这样，在产量增加的情况下就难以降低成本。为了采用这种方法实现大批量生成，需要有大规模的设备投资。
按照上述干法技术，在机加工过程中往往需要对平滑的软磁粉末施加各种外力。在这种情况下，就会在没有应力应变的平滑的软磁粉末中再次产生机械应力应变，因而不能获得理想的磁特性。实际上，实数部分磁导率μ′的磁谐振频率fr的降低以及μ′和μ″值的降低已经得到了证实。
出于以上理由，在按照上述方法制造适合数十到数百MHz之间的频带的复合磁体时会面临许多问题。
本发明的另一个目的是提供一种复合磁片，它能够在FM频带(数十到数百MHz)中改善电磁干扰抑制效果，同时不会降低没有应力应变的平滑的软磁粉末中的高磁导率，并且成本很低。
随着以下的说明就可以看出本发明的其它目的。
按照本发明提供了一种制造复合磁体的方法，它包括以下步骤，制备经过退火以除去应力应变的平滑的软磁粉末，将上述平滑的软磁粉末、一种粘合剂、以及用于溶解上述粘合剂的一种溶剂混合成一种糊状混合物，将上述混合物制成薄膜，并且从上述薄膜中除去上述溶剂以制成上述复合磁体的片。
按照本发明的另一方面还提供了一种用上述方法制成的复合磁体。
按照本发明的再一方面还提供了一种复合磁体，它包括一种经过退火除去应力应变的平滑的软磁粉末，以及和上述平滑的软磁粉末混合的一种粘合剂。
按照本发明的又一方面还提供了一种复合磁性元件，它包括一个具有两个表面的平面导电材料，以及按照权利要求12布置在平面导电材料的上述两个表面中的复合磁体。
本发明所使用的平滑的软磁粉末可以通过将球形或不定形的粗粉末机械研磨成平滑的粉末而获得。在研磨步骤中会在粉末中产生应力应变而造成特性的畸变。然而，通过退火就可以消除上述应力应变。为了获得具有理想特性的平滑的软磁粉末，必须要退火。退火条件是根据软磁粉末的材料而适当确定的。
如上所述，将平滑软磁粉末与粘合剂的混合物制成片的方法可分为干法和湿法。为了减少对平滑的软磁粉末施加外力的负担，适合采用湿法技术。通过用刮片技术制成薄膜，就能获得这种复合磁体，使软磁粉末的平滑方向在片的平面中取向。
为了获得具有高磁导率的复合磁体，一种有效的方法是改善复合磁体的密度。在薄膜成形和除去溶剂之后对这种片加压就能获得这样的高密度。为此，在按照本发明的制造复合磁体的方法中，在与复合磁片的平面垂直的方向上使用压力机或是包括轧辊的滚轧机对复合磁片加压。加压还具有提高平滑软磁粉末的取向度的附加效果。
然而，复合磁片的密度会随着时间的流逝而降低。除了在粉末压力成形之后观察到的所谓回弹现象之外，这可能是由于湿气渗入复合磁体所造成的结果。因而就需要改善其在高温和高湿度条件下的耐久性。
按照本发明，为了解决上述问题，可以使用偶联剂对软磁粉末进行表面处理。通过用偶联剂进行表面处理可以改善软磁粉末和粘合剂之间的亲和力，防止湿气渗入粘合剂和软磁粉末之间并且提供疏水性，也就是让软磁粉末的表面具有防水性。这样就能明显改善高温和高湿度条件下的耐久性。
偶联剂可以是一种化合物，它包括诸如硅，钛，铝和锆等等金属原子，还有一种诸如氨族和羧族等的功能团，并且要根据经受表面处理的具体材料来适当选择。按照对这些偶联剂的测试结果，含硅或钛的偶联剂对于本发明的复合磁体最有效。因此，本发明所使用的偶联剂是一种硅基或是钛基的偶联剂。
本发明所使用的粘合剂可以采用各种热塑性大分子和各种热固性大分子。为了高密度装填粉末，要求其具有高粘度，从产品的使用方式来看应该富有柔软性，而考虑到生产加工应该在室温下能够溶入溶剂中等等。考虑到这些要求，可用的粘合剂也就自动被限定了。氯化聚乙烯最适用。
按照本发明，必须在与片的平面垂直的方向上对薄膜成形后的片进行加压，以期增大复合磁片的密度。最方便的加压技术是采用压力机的压力加工方法。然而，压力加工方法不能执行连续加工。对于大批量生产可以采用包括多个轧辊和一条用多个皮带轮支撑的环形皮带的滚轧机。
如上所述，为了避免特性的畸变，需要对复合磁片施加压力，但不能在软磁粉末中产生应力应变。本发明的实施方式是采用一个在表面上施加有树脂涂层的轧辊，或者是采用一个由橡胶或者是具有90或更高橡胶硬度的一种大分子材料制成的轧辊，来作为滚轧机中的至少一个轧辊。上述的橡胶硬度值是符合JIS K6253橡胶硬度测试标准的国际橡胶硬度。
在使用上述轧辊的情况下，当两个轧辊彼此相对并且形成压力接触时，至少一个轧辊的表面部位会发生弹性变形，形成与相对轧辊的外圆周接合的受压部位。这样在两个轧辊之间形成具有预定面积的接触面。
当复合磁片从两个轧辊之间通过时，对复合磁片加压使其密度增大，但不会给软磁粉末带来应力应变。另外，因为粘合剂由具有热塑性的氯化聚乙烯制成，在加压的同时加热可以增强加压的效果。为此就需要向压板或是轧辊内输送热蒸汽，或者是安装一个采用电加热例如是感应加热的加热器。
如果将多个复合磁片层叠在一起并且加压这些片以形成一整体结构，就能够改善磁导率特性。这是因为复合磁体的密度会由于层叠和加压而进一步增大，并且因为软磁粉末在片的平面内的取向度会随着由加压导致的剪切变形而提高。
在按照上述刮片技术形成薄膜的过程中，一次薄膜成形步骤所形成的片的厚度是有限的。因此，上述的层叠和加压方法还有助于调节复合磁片的厚度。
在电磁干扰抑制器中，在复合磁体内部夹置一层平面导电材料例如金属箔、金属板、由金属线构成的网、以及碳纤维制成的无纺布是有效的。按照本发明，将上述导电材料夹置在复合磁片之间，然后对复合磁片加压而形成一个整体结构，这样就易于获得内部夹置有导电材料的复合磁片。
平滑软磁粉末是用Sendust(Fe-Si-Al)制备好的合金粉末，平均颗粒度为35μm，长宽比在5以上。为了消除应力应变，在氮气环境中用650℃将平滑的软磁粉末退火2小时。
在退火之后进行测量，有85wt％(重量百分比)的平滑软磁粉末，14wt％的氯化聚乙烯作为粘合剂，1wt％的偶联剂以及20wt％的甲苯作为溶剂。对于钛酸酯基和硅烷基的偶联剂，要分别制备单独的采样。
接着将平滑软磁粉末送入一个行星混合器中。在搅拌的同时掺入偶联剂。搅拌要执行五分钟。然后提供预先溶解到预定量溶剂中的氯化聚乙烯并且再继续搅拌30分钟。这样就获得了均匀的糊状混合物。
采用刮片技术用上述混合物形成厚度为0.1mm的薄膜，将其用作上面带有隔离剂的聚乙烯对苯二甲酸乙二醇酯(PET)片基体材料。然后除去溶剂。将由此获得的10个复合磁体层叠在一起获得一个复合磁片，以测量其磁导率。
如图2所示用一个滚轧机对这种复合磁片加压。每个轧辊20的直径是150mm，在其表面上设有一个树脂层。树脂层的橡胶硬度是90。此处将轧辊的表面温度设定在50℃。复合磁片10从轧辊之间通过的输送速度是80cm/min。两个轧辊之间的空隙基本上等于0mm。为了比较，还制造了一种用图6所示的没有树脂层的金属轧辊压制的复合磁片。
图1的示意图表示对这种复合磁片的磁导率的测量结果。标号11和12分别代表复合磁片在加压之前的μ′和μ″。标号13和14分别代表用图2所示的滚轧机压制而成的复合磁片的μ′和μ″。标号15和16分别代表用图6所示的金属轧辊压制而成的复合磁片的μ′和μ″。
从图1中可见，即使在对复合磁片加压之前获得的相对磁导率μ′也有50(±10％)。这是因为可以以很高的密度装填平滑的软磁粉末，由于在湿法技术中使用氯化聚乙烯作为粘合剂形成薄膜而不会产生应力应变。这一数值与常规的产品相比可达到其1.5倍。
比较图1中的数据就可以看出，用图2的滚轧机压制的复合磁片是整体成形的，在压制到高频一侧之前不会移动磁谐振频率fr，也不会降低相对磁导率μ′和μ″。
使图2中轧辊之间的空隙等于零。然后让复合磁片从轧辊之间通过。在这种情况下，轧辊上的树脂层的一部分变成一个平面，这样就展宽了与片的接触区。这样就能避免压在一个很窄的直线区内，不会在局部对平滑的软磁粉末施加过大的外力。因而就能整体形成复合磁片，不会在软磁粉末中产生应力应变。
用具有预定面积的平面压制复合磁体，就可以改善平滑软磁粉末在这一平面内的取向度。根据推测，这样还有助于改善μ′。
以下要参照图3到5说明各种滚轧机。例如，如图3所示，其它金属轧辊31可以是由多个皮带轮33支撑的环形皮带32来代替轧辊形状。在这种情况下，皮带最好是采用橡胶或其它具有柔性的大分子材料制成。
例如图4A所示，可以在一侧采用金属轧辊31，而在另外一侧采用橡胶或大分子材料的轧辊41。如图4B所示，可以在一侧采用金属轧辊31，而在另外一侧采用具有树脂层的轧辊20。如图5所示，环形皮带32可以装在金属轧辊31之间。
除了上述方法之外还可以采用其它方法。例如在执行压制时可以根据介于两个轧辊之间的复合磁片的厚度来调节轧辊的两轴之间的间隙。然而，在改变磁片厚度时调节间隙需要用很长的时间。因此这种方法不适合大批量生产。
还可以在轧辊之间施加较小的压力来执行压制。在这种情况下，为了获得理想的特性，可以让复合磁片反复通过轧辊。
接着要检验由此获得的复合磁片在高温和高湿度下的耐久性。在温度为85℃、相对湿度85％的条件下经过96小时之后测量从1mm厚度起的变化。作为对比，表1中表示了采用钛酸酯基和硅烷基偶联剂以及没有使用偶联剂的情况下的结果。表中表示的值是厚度增加的比例。
从表1中可以看出，使用偶联剂与没有偶联剂相比能够将高温/高湿度下的耐久性改善10％以上。
接着要说明的一个实施例是复合磁体及夹置在中间的导电材料是整体形成的。首先用刮片技术按上述方法将形成薄膜的混合物制成薄膜，用一种平面导电材料作为衬底，获得一种一侧贴有复合磁体的平面导电材料。另一个复合磁片被贴在另外一侧上并且用上述方法被整体成形。这样就易于获得一种三层结构的复合磁片。
具体如图7A所示，在一个铝板71上设有圆孔72。接着如图7B所示在铝板71的一个表面上用刮片技术形成一个复合磁片10。然后，另外一个复合磁片10被装在另一表面面上并且用上述方法被整体成形。此时，通过铝板上形成的孔可以进一步加强复合磁体的整体性。在必要时可以层叠多层复合磁片。也可以用铝线材料构成的筛网74代替铝板71。
如上所述，按照本发明，，使用没有应力应变的平滑软磁粉末就可以获得相对磁导率得到改善的复合磁片，不会改变实数部分磁导率μ′的磁谐振频率。这是因为采用了湿法技术用氯化聚乙烯作为粘合剂形成薄膜，并且用具有弹性轧辊的滚轧机压制磁片，这样就能提高复合磁体的密度，但不会给平滑的软磁粉末带来应力应变。另外，在偶联剂的作用下还可以防止复合磁体在压制之后随着时间的流逝而改变。这样就能改善复合磁片在FM频带内的电磁干扰抑制效果。
权利要求
1.一种制造复合磁体的方法，包括以下步骤制备一种经过退火以除去应力应变的平滑的软磁粉末；将上述平滑的软磁粉末、一种粘合剂、以及用于溶解上述粘合剂的一种溶剂混合形成一种糊状混合物；将上述混合物制成薄膜；并且从上述薄膜中除去上述溶剂以制成上述复合磁体的片。
2.按照权利要求1的方法，其特征是用一种偶联剂对上述平滑的软磁粉末进行表面处理。
3.按照权利要求2的方法，其特征是上述偶联剂是硅烷基偶联剂和钛酸酯基偶联剂当中的一种。
4.按照权利要求1的方法，其特征是上述粘合剂是氯化聚乙烯。
5.按照权利要求1的方法，其特征是在与上述片的平面垂直的方向上压制所述的片。
6.按照权利要求5的方法，其特征是用以下机器当中的至少一种对所述的片加压，该机器为热压机，包括多个轧辊以在其之间压制上述片的滚轧机，包括一个环形皮带和一个轧辊以在其之间压制上述片的滚轧机，包括多个环形皮带以在其之间压制上述片的滚轧机。
7.按照权利要求5的方法，其特征是用包括多个轧辊的滚轧机压制所述的片，在轧辊之间压制所述的片，至少一个上述轧辊是一种其表面涂有树脂的表面可以变形的轧辊，或者是一种由橡胶和橡胶硬度在90或以上的大分子材料之一制成的且具有一个可以弹性变形的表面部位的表面可以变形的轧辊。
8.按照权利要求5的方法，其特征是用包括多个轧辊的滚轧机压制所述的片，在轧辊之间压制所述的片，至少一个上述轧辊具有一个可以弹性变形的表面部位，上述至少一个轧辊具有与另一轧辊形成压力接触的外圆周面，以便具有一个与另一轧辊的外圆周面接合的受压部位。
9.按照权利要求1的方法，其特征是上述片是通过层叠复合磁体的多个片元件并且进行加压以形成一种整体结构而制成的。
10.按照权利要求9的方法，其特征是在片元件之间夹置有一种导电材料。
11.一种用权利要求1的方法制成的复合磁体。
12.一种复合磁体，包括经过退火以除去应力应变的平滑的软磁粉末；以及和上述平滑的软磁粉末混合的一种粘合剂。
13.按照权利要求12的复合磁体，其特征是用一种偶联剂对上述平滑的软磁粉末进行表面处理。
14.按照权利要求13的复合磁体，其特征是上述偶联剂是硅烷基偶联剂和钛酸酯基偶联剂当中的一种。
15.按照权利要求12的复合磁体，其特征是上述粘合剂是氯化聚乙烯。
16.一种复合磁性元件，包括一个具有两个表面的平面导电材料；以及布置在平面导电材料的所述两个表面中的按照权利要求12所述的复合磁体。
全文摘要
一种制造复合磁体的方法,制备一种经过退火以除去应力应变的平滑的软磁粉末,并且混入一种粘合剂以及用于溶解粘合剂的一种溶剂,以形成一种糊状混合物。将混合物制成薄膜。然后除去溶剂就制成了复合磁体的片。
文档编号H05K9/00GK1339165SQ00803271
公开日2002年3月6日 申请日期2000年8月23日 优先权日1999年9月28日
发明者小野典彦 申请人:株式会社东金