專利名稱：高頻用磁性材料、高頻設(shè)備以及磁性粒子的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高頻用磁性材料、高頻設(shè)備以及磁性粒子。
背景技術(shù)：
至今為止，磁性材料被用于各種磁性應(yīng)用產(chǎn)品中。將這些磁性材料中的在弱磁場中產(chǎn)生大的磁化變化的材料稱為軟磁性材料。軟磁性材料根據(jù)材料的種類被分為金屬系材料、非結(jié)晶材料、氧化物材料。在軟磁性材料中的頻率為兆赫以上的高頻的軟磁性材料中使用電阻率高，能夠抑制渦流損失的氧化物材料(鐵氧體材料)。例如，作為在高頻中使用的鐵氧體材料，已知Ni-Zn鐵氧體材料等。在包含這樣的鐵氧體材料的軟磁性材料中，在IGHz左右的高頻波中產(chǎn)生伴隨磁共振的復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率實部Re ( μ )的衰減和復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率虛部Im ( μ )的增加。其中，復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率虛部Im ( μ )產(chǎn)生由P=l/2 * ω μ 0Im ( μ ) H2表示的能量損失P，因此，當(dāng)復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率虛部Im ( μ )為高的值時，這在磁芯或者天線的應(yīng)用上，在實用方面不理想。在此，ω表示角頻率，μ ^表示真空的磁導(dǎo)率，H表示磁場的強度。另一方面，復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率實部Re ( μ )是表示收集電磁波的效果或者針對電磁波的波長縮短效應(yīng)的大小的值，因此在實用方面高的值較為理想。此外,作為表示磁性材料的能量損失(磁損)的指標(biāo)，有時使用tan δ (tan δ =Im(μ ) /Re ( μ ))。當(dāng)tan δ是大的值時，在磁性材料中磁能被變換為熱能，必要的能量的傳輸效率變壞。因此，理想的是tan δ為小的值。以下，將磁損作為tan δ來進行說明。在軟磁性材料中存在在高頻帶(GHz頻帶)中tan δ低的薄膜材料。例如，存在Fe基高電阻軟磁性膜或Co系高電阻膜這樣的薄膜材料。但是，薄膜材料其體積小，所以適用范圍被限制。此外，存在薄膜生成的工藝復(fù)雜，必須使用高價設(shè)備的問題。因此，在GHz頻帶附近，不存在實用的磁性材料。為了解決這樣的問題，具有對于在樹脂中分散了磁性材料的合成磁性材料應(yīng)用樹脂成型技術(shù)的例子。例如公知如下技術(shù)通過將納米結(jié)晶軟磁性材料制成粉末而得的材料與樹脂合成，能夠提供在寬帶中電波吸收特性優(yōu)秀的電磁波吸收體(例如參照專利文獻I )?，F(xiàn)有技術(shù)文獻專利文獻專利文獻I :日本特開平11-354973號公報

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的課題如上述專利文獻I所示，在將合成磁性材料(高頻用磁性材料)用作電磁波吸收體時，作為電波吸收體要求的特性表示tan δ為大的值。因此，在滿足作為電磁波吸收體的特性時，無法實現(xiàn)tan δ的降低(低損失化)，在對于天線等的應(yīng)用上，在實用方面不理想。
本發(fā)明的課題是實現(xiàn)高頻用磁性材料的低損耗。
用于解決課題的手段為了解決上述課題，根據(jù)本發(fā)明，提供一種由磁性粒子和樹脂的復(fù)合材料形成的高頻用磁性材料，所述磁性粒子是單金屬、合金或金屬間化合物，具有正的磁滯伸縮系數(shù)，具有通過機械處理而扁平化的粒子形狀。此外，理想的是所述磁性粒子與厚度方向正交的xy平面內(nèi)是高磁導(dǎo)率面。此外，理想的是所述磁性粒子分散在樹脂或橡膠材料中，并且與厚度方向正交的高磁導(dǎo)率面相互被定向。
此外，理想的是所述磁性粒子通過注塑成型或者壓縮成型在所述材料中被相互定向。此外，理想的是應(yīng)用了所述高頻用磁性材料的天線、電路基板以及電感器中的至少一個構(gòu)成的高頻設(shè)備。此外，根據(jù)本發(fā)明，所述磁性粒子是單金屬、合金或者金屬間化合物，具有正的磁滯伸縮常數(shù)，具有通過機械處理扁平化的粒子形狀。此外，理想的是所述磁性粒子在與厚度方向正交的xy平面內(nèi)具有高磁導(dǎo)率面。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)高頻用磁性材料的低損耗。


圖I是表示磁性粒子的直徑(d)和厚度(t)的圖。圖2是表示磁共振頻率和殘余應(yīng)力的關(guān)系的圖。圖3是表示高頻用磁性材料的截面SEM像的圖。圖4A是表示現(xiàn)有例的磁導(dǎo)率Re ( μ )以及tan δ的頻率特性和本發(fā)明的磁導(dǎo)率Re ( μ )以及tan δ的頻率特性的圖。圖4Β是200MHz、700MHz處的本發(fā)明和現(xiàn)有例的磁導(dǎo)率Re ( μ )以及tan δ的特性表。圖5Α是表示應(yīng)用了高頻用磁性材料的天線的一例的圖。圖5Β是表示應(yīng)用了高頻用磁性材料的天線的一例的圖。圖5C是表示應(yīng)用了高頻用磁性材料的天線的一例的是表示應(yīng)用了高頻用磁性材料的天線的一例的圖。圖6是表示應(yīng)用了高頻用磁性材料的天線的一例的圖。圖7是表示應(yīng)用了高頻用磁性材料的電感器的一例的圖。圖8是表不應(yīng)用了聞頻用磁性材料的電路基板的一例的圖。
具體實施例方式以下，參照附圖詳細說明本發(fā)明的實施方式。但是，發(fā)明的范圍并不限于圖示的例子。圖I是表示磁性粒子的概要圖。d表示磁性粒子的直徑，t表示磁性粒子的厚度。xyz表示結(jié)晶的軸向。其中，z軸方向(厚度方向)表示壓縮軸方向(在將磁性粒子加工為扁平的處理中，壓縮力的作用方向)。使磁性粒子形狀成為扁平的處理(以下稱為扁平化處理)是通過軋輥、珠磨機、球磨機或磨碎機等來進行機械地使磁性粒子成為扁平的處理(機械處理)。由圖I所示的磁性粒子中的殘余變形引起的磁彈性能量E。用下式(I)表示。[數(shù)學(xué)式I] Εσ = —-^-/i,cr(cos" θ—-)( I )
在此，λ表示磁滯伸縮常數(shù)，σ表示殘余應(yīng)力，Θ表示壓縮軸和磁化所成的角。此外，當(dāng)通過殘余變形引起的一軸磁各向異性常數(shù)Ku。表示(I)式時，用下式(2)來表示。[數(shù)學(xué)式2]
OIEa = -^-/^(cos2 P - J.)=-人· cos... O ( 2 )在此，在磁滯伸縮常數(shù)為正(λ > 0)，殘余應(yīng)力為壓縮(σ < O)的情況下，Ku。為負，通過與一部分的六方晶系鐵氧體一樣的機理產(chǎn)生磁共振頻率fr的移動。如果將此時的扁平面(與為厚度方向的z軸正交的xy平面)內(nèi)的各向異性磁場設(shè)為Hal，將壓縮軸方向的各向異性磁場設(shè)為Ha2，則磁共振頻率fr用式(3)來表示。[數(shù)學(xué)式3]fr = — · \^a\ .d + H 1)( 3 )
2π在此，V是陀螺儀磁常數(shù)。并且，如果使用Hal=2 IK11/Is, Ha2=2 | Kuo |/Is,則磁共振頻率用式(4)來表示。[數(shù)學(xué)式4]
丄 I取丨取I j 2丨^ V ^KI-(KI+KctI) v ^斗(W+I圳)⑷
2π i Is κ Is Is πIsπIs在此，K1是磁各向異性常數(shù)，Is是飽和磁化。使用式(4)，以扁平化處理后的Co-50at%Fe為例計算磁共振頻率fr。本組分的Co-Fe的主要方向的磁滯伸縮常數(shù)λ ■以及λ m都為正，在多數(shù)的粒子中發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的效果。此外，飽和磁化大，頻率界限(snook的界限)高，因此比較理想。此外，在本實施方式中，作為磁性粒子，以Co-Fe (合金)為一例進行說明，但是，磁性粒子可以為單金屬或者金屬間化合物。關(guān)于磁共振頻率fr 的計算，通過將 Is=2. 35 (ffb/m2)> K1=-Il X IO3 (J/m3)、λ =150X10' y=l. 105X IO5g (m/A · s) =2. 210X IO5 (m/A · s)作為 Co_50at%Fe 中的各值，代入到式(4)中來進行。圖2表示將上述各值代入到式(4)而得的fr和殘余應(yīng)力σ的關(guān)系?？v軸表示磁共振頻率fr，縱軸表示殘余應(yīng)力σ。如圖2所示，隨著殘余應(yīng)力σ增加磁共振頻率fr變高。當(dāng)磁共振頻率fr變高時，tan δ的頻率特性移動到高頻側(cè)(參照圖4)。然后，在磁共振頻率以下的頻帶，tan δ減少。圖3表示將高頻用磁性體混入橡膠材料中，進行壓縮成型而得的高頻用磁性材料的截面SEM像。具體的成型條件為磁性材料Co-50Wt%Fe、平均粒徑5. 8 μ m、扁平化方法珠研磨機、橡膠材料=CPE (鹽酸聚乙烯樹脂)、成型方法熱壓縮(壓縮成型)、成型體大小80(mm) X80 (mm) X I (mmt),磁性粒子填充率20vol%。此外，圖5所示的SEM像為在場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FESEM)、加速電壓10kV、觀察倍率2000倍的條件下進行拍攝得到的圖像。此時，作為成型方法使用壓縮成型，因此，通過成型時的壓縮，作為各磁性粒子的高磁導(dǎo)率面的扁平面(xy平面內(nèi)方向與作為厚度方向的z軸正交的平面內(nèi)方向)平行地排列(定向)。此外，作為成型方法可以使用注塑成型。在使用注塑成型的情況下，在將加熱熔融后的高頻用磁性體(熱可塑性樹脂以及磁性材料)射出注 入到金屬模具內(nèi)時，磁性粒子的高磁導(dǎo)率方向被定向為電阻低的方向(即xy平面內(nèi)方向)。成型方法不限于此方法，可以在溶液中分散本磁性粒子后，使用鑄型法(cast)、旋轉(zhuǎn)涂膠、浸泡涂膠在基體上涂敷，使其固化。此外，此時，可以不使用機械成型(壓縮成型、注塑成型)，而是施加磁場來對高磁導(dǎo)率方向進行定向。 圖4A表不磁導(dǎo)率Re ( μ )以及tan δ和頻率的關(guān)系。具體來說，圖4Α表不現(xiàn)有例(Fe)的磁導(dǎo)率Re ( μ )以及tan δ的頻率特性和本發(fā)明(具有正的磁滯伸縮常數(shù)，包含將粒子形狀處理成扁平后的磁性粒子的高頻用磁性材料在圖3中說明的高頻用磁性材料CoFe)的磁導(dǎo)率Re ( μ )以及tan δ的頻率特性?？v軸表示磁導(dǎo)率Re ( μ )以及tan δ，橫軸表示頻率。在此，通常使用的比磁導(dǎo)率相當(dāng)于復(fù)數(shù)比磁導(dǎo)率的實部Re( μ )。在本實施方式中，僅作為磁導(dǎo)率Re (μ)來說明。如圖4Α所示，在本發(fā)明的特性中，在從IOOMHf 7GHz的寬頻范圍，tan δ變低。IOOMHz以下的tan δ，因為測定界限而無法取值，但是，從原理上講本發(fā)明的效果自然明了。由此，可以將高頻用磁性材料應(yīng)用于天線。圖4Β是200MHz、700MHz的本發(fā)明和現(xiàn)有例的磁導(dǎo)率Re ( μ )以及tan δ的特性表。如圖4Β所示，在200MHz、700MHz，本發(fā)明的tan δ成為比現(xiàn)有例中的tan δ小的值。此夕卜，本發(fā)明的磁導(dǎo)率Re ( μ )在從200MHz到700MHz，值(3. 6)不變化，維持現(xiàn)狀。然后，參照圖5A 圖8，說明使用本發(fā)明的高頻用磁性材料形成的高頻設(shè)備(天線、電感器、電路基板)的一例。圖5A 圖以及圖6是表示使用高頻用磁性材料形成(應(yīng)用)的天線的一例的圖。圖5A所示的天線ANTl具備高頻用磁性材料1A、接地板2A和電極3A。ANTl是在接地板2A上形成高頻用磁性材料1A，在高頻用磁性材料IA上形成電極3A的結(jié)構(gòu)。圖5B所示的天線ANT2具備高頻用磁性材料1B、電極3B和交流電源4。交流電源4表示交流電源的供電點(圖5C、圖以及圖6所示的交流電源也相同)。ANT2是在高頻用磁性材料IB上形成電極3B的結(jié)構(gòu)。此時，可以是在高頻用磁性材料IB中嵌入電極3B的結(jié)構(gòu)。圖5C所示的天線ANT3具備高頻用磁性材料1C、電極3C和交流電源4。ANT3可以是在高頻用磁性材料IC的內(nèi)部配置了電極3C的結(jié)構(gòu)。圖所示的天線ANT4具備高頻用磁性材料1D、接地板2D、電極3D和交流電源4。ANT4是在接地板2D上形成高頻用磁性材料1D，在高頻用磁性材料ID中嵌入電極3D的結(jié)構(gòu)。此外，也可以是將電極3D配置在高頻用磁性材料IC的內(nèi)部的結(jié)構(gòu)。
圖6所示的天線ANT5具備高頻用磁性材料1E、接地板2E、電極3E。ANT5是在與接地板2E的至少一個面相同高度處形成高頻用磁性材料IE的一個面，在高頻用磁性材料IE上形成電極3E的結(jié)構(gòu)。然后，參照圖7說明應(yīng)用了高頻用磁性材料的電感器111的一例。如圖7所示，電感器111具備高頻用磁性材料1F、端子11和線圈12。通過該結(jié)構(gòu)，將高頻用磁性材料IF應(yīng)用于電感器111。然后，參照圖8說明應(yīng)用了聞頻用磁性材料的電路基板121的一例。如圖8所不，電路基板具備高頻用磁性材料1F、焊點21、通孔22、內(nèi)部電極23和安裝部件24、25。圖8在整個層中使用了高頻用磁性材料1F，但是，可以在其中至少一層中使用高頻用磁性材料IF0通過該結(jié)構(gòu)將高頻用磁性材料IF應(yīng)用于電路基板121。 以上，根據(jù)本實施方式，包含具有正的磁滯伸縮常數(shù)、粒子形狀被處理成扁平形狀的磁性粒子(例如Co-Fe)的高頻用磁性材料的tan δ的頻率特性移動到高頻側(cè)。由此，tan δ變低的頻帶寬,在低頻區(qū)域中可以實現(xiàn)tan δ的降低。具體地說,橫跨100MHz 7GHz的寬范圍以及IOOMHz以下的頻帶范圍內(nèi)，與現(xiàn)有例相比可以降低tan δ。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)高頻用磁性材料的低損失化。此外，粒子間的靜磁的相互作用對磁特性影響小，因此，在提高填充率時，磁導(dǎo)率的頻率特性的惡化、tan δ的增加少。因此，選擇與產(chǎn)品設(shè)計(磁應(yīng)用產(chǎn)品)相應(yīng)的適當(dāng)?shù)奶畛渎实淖杂啥茸兏?。此外，高頻用磁性材料通過對高頻用磁性體進行壓縮成型或者注塑成型來進行制造，因此，能夠容易地在平面內(nèi)(xy平面內(nèi))對高磁導(dǎo)率方向進行定向。此外，能夠?qū)⒏哳l用磁性材料應(yīng)用到天線、電路基板以及電感器中的至少一個中。由此，例如通過在天線中應(yīng)用tanS低的高頻用磁性材料，能夠提高天線的發(fā)射功率。此外，上述實施方式的說明僅是本發(fā)明的高頻用磁性材料、高頻用磁性體以及高頻設(shè)備的一例，并不限于此。例如，以粒子間的絕緣為目的，在磁性粒子的表面鍍膜非磁性材料(磷酸鹽、二氧化硅等)，可以使用該鍍膜后的磁性粒子來形成高頻用磁性材料。此外，在上述實施方式中，將磁性材料和樹脂的復(fù)合材料作為高頻用磁性材料，但是并不限于于此。例如，可以將磁性材料和無機物質(zhì)(無機電介質(zhì)、玻璃填充劑、導(dǎo)電材料)的復(fù)合材料作為高頻用磁性材料。此外，作為樹脂可以使用各種熱硬化樹脂或者各種熱可塑性樹脂。此外，作為樹脂材料(具有流動性的樹脂材料)和磁性粒子的混合裝置，可以使用壓出成型機、自動公轉(zhuǎn)式混合裝置、球磨機等。此外，作為成型方法可以使用壓出成型。產(chǎn)業(yè)上的應(yīng)用本發(fā)明可以用于磁性粒子、由該磁性粒子和樹脂的復(fù)合材料形成的高頻用磁性材料以及應(yīng)用了該高頻用磁性材料的高頻設(shè)備。符號說明ΙΑ、1B、1C、ID、IE、IF 高頻用磁性材料2A、2D、2E 接地板
3A、3B、3C、3D、3E 電極
權(quán)利要求
1.一種高頻用磁性材料，其由磁性粒子和樹脂的復(fù)合材料形成，該高頻用磁性材料的特征在于， 所述磁性粒子是單金屬、合金或金屬間化合物，具有正的磁滯伸縮系數(shù)，具有通過機械處理而扁平化的粒子形狀。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高頻用磁性材料，其特征在于， 所述磁性粒子在與厚度方向正交的xy平面內(nèi)具有高磁導(dǎo)率面。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的高頻用磁性材料，其特征在于， 所述磁性粒子分散在樹脂或橡膠材料中，并且與厚度方向正交的高磁導(dǎo)率面被相互定向。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高頻用磁性材料，其特征在于， 所述磁性粒子在所述材料中通過注塑成型或壓縮成型被相互定向。
5.一種高頻設(shè)備，其特征在于， 由使用權(quán)利要求Γ4的任意一項所述的高頻用磁性材料形成的天線、電路基板以及電感器中的至少一個來構(gòu)成。
6.一種磁性粒子，其特征在于， 該磁性粒子是單金屬、合金或金屬間化合物，具有正的磁滯伸縮系數(shù)，具有通過機械處理而扁平化的粒子形狀。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的磁性粒子，其特征在于， 在與厚度方向正交的xy平面內(nèi)具有高磁導(dǎo)率面
全文摘要
實現(xiàn)高頻用磁性材料的低損耗化。一種由磁性粒子和樹脂的復(fù)合材料構(gòu)成的高頻用磁性材料，所述磁性粒子是單金屬、合金或金屬間化合物，具有正的磁滯伸縮常數(shù)，具有通過機械處理而扁平化的粒子形狀。
文檔編號H01F1/26GK102667972SQ201080057919
公開日2012年9月12日 申請日期2010年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月21日
發(fā)明者中村明 申請人:三美電機株式會社