CN104332265A - 一种磁性材料及其制备方法和包括磁性材料的电子部件 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种磁性材料及其制备方法和包括磁性材料的电子部件。该磁性材料含有多个复合磁性颗粒和在所述多个复合磁性颗粒间存在的铁素体，所述复合磁性颗粒包括形成在其表面上的氧化物层。所述磁性材料具有高饱和磁化值、低涡流损耗和低磁滞损耗。

Description

一种磁性材料及其制备方法和包括磁性材料的电子部件

相关申请的交叉引用

该申请要求2013年7月22日在韩国知识产权局递交的韩国专利申请号10-2013-0086105的优先权，将其公开的内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及一种磁性材料、所述磁性材料的制备方法以及包括所述磁性材料的电子部件。

背景技术

使用陶瓷材料的电子元件可以包括电容器、电感器、压电元件、压敏电阻、热敏电阻等。

在这些陶瓷电子元件中，电感器可以与电阻和电容器一起为构成电路的主要的无源元件，通常可以作为去除噪声或构成LC谐振电路的部件。

电感器可以通过在铁素体磁芯上缠绕或印刷，然后在其两端上形成电极而制备，或者可以通过在磁性材料或电介质材料上印刷内部电极，然后堆叠内部电极而制备。

电感器可以根据其结构分为几种类型，如层叠型电感器、卷绕型电感器、薄膜型电感器等。鉴于电感器的制备方法以及它们的应用范围，各种电感器可能也会有所不同。

在这些电感器中，卷绕型电感器可以通过在铁素体磁芯周围缠绕线圈而形成，例如，在一种情况下，为了获得较高的电感、线圈间的杂散电容（straycapacitance），可以增加线圈的匝数，也就是说，导线之间的电容可能会产生以降低产品的高频特性。

此外，层叠型电感器可以被制造成层压体的形式，在该层压体中，由铁素体或低介电质形成的多个陶瓷片被层叠。

在这种情况下，具有线圈形状的金属图案可以在各个陶瓷片上形成，并且形成在各个陶瓷片上的具有线圈形状的金属图案接着可以通过形成在各个陶瓷片中的导电通孔（conductive vias）连接，并且可以在所述片堆叠的垂直方向上彼此重叠。

根据相关技术，构成层叠型电感器的电感器体通常可以使用铁素体材料形成，该铁氧体材料包括镍（Ni）-锌（Zn）-铜（Cu）-铁（Fe）4种元素。

然而，由于铁素体材料的饱和磁化强度值低于金属材料，最近电子产品所需的高电流性能可能无法实施。

因此，构成层叠型电感器的电感器体通常使用金属部件形成，该电感器体的饱和磁化强度值相对高于上面提到的铁素体的饱和磁化强度值，然而，在这种情况下，涡流损耗也会在高的频率下增加，从而可能使得材料损耗增加。

在相关技术中，为了降低材料损耗，金属粉末颗粒通过将聚合物树脂应用在其间从而使其彼此绝缘。然而，在这种情况下，金属的体积分数降低，从而可能使得磁导率下降。

专利文献1中公开了一种磁性材料，但是，在专利文献1中没有公开在金属粉末颗粒之间提供铁素体的结构。

相关技术文献

（专利文献1）日本专利特开2012-238840号公报。

发明内容

本发明的一个方面提供了一种磁性材料及其制备方法以及包括磁性材料的电子部件。

根据本发明的一个方面，提供了一种磁性材料，所述磁性材料含有多个复合磁性颗粒以及在所述多个复合磁性颗粒间存在的铁素体。

所述氧化物层可以包括三氧化二铬（Cr₂O₃）。

所述复合磁性颗粒可以包括铁（Fe）系金属。

所述复合磁性颗粒可以包括铬（Cr）。

所述复合磁性颗粒可以包括含有铬（Cr）的铁（Fe）系金属。

根据本发明的另一个方面，提供了一种磁性材料的制备方法，该方法包括以下步骤：制备第一磁性粉末颗粒；制备平均粒径小于所述第一磁性粉末颗粒的第二磁性粉末颗粒；制备平均粒径小于所述第一磁性粉末颗粒的添加剂粉末颗粒；通过混合所述第一磁性粉末颗粒、所述第二磁性粉末颗粒和所述添加剂粉末颗粒制备混合粉末颗粒；以及热处理所述混合粉末颗粒以形成多个复合磁性颗粒和在多个复合磁性颗粒间存在的铁素体，所述复合磁性颗粒包括其表面上的氧化物层。

所述第一磁性粉末颗粒可以包括铁（Fe）系金属。

所述第一磁性粉末颗粒可以包括含有铬（Cr）的铁（Fe）系金属。

所述第二磁性粉末颗粒可以包括铁（Fe）系金属。

所述第二磁性粉末颗粒可以包括纯铁。

所述第二磁性粉末颗粒的平均粒径可以等于或小于所述第一磁性粉末颗粒的平均粒径的1/2。

所述第二磁性粉末颗粒的平均粒径可以小于5μm。

所述添加剂粉末颗粒的平均粒径可以小于所述第二磁性粉末颗粒的平均粒径。

所述添加剂粉末颗粒的平均粒径可以小于1μm。

所述添加剂粉末颗粒可以包括至少一种能够通过与氧化铁反应形成铁素体的金属及其氧化物。

所述添加剂粉末颗粒可以包括镍（Ni）、锌（Zn）、铜（Cu）以及它们的氧化物中的至少一种。

所述混合粉末颗粒的热处理可以包括在含氧气氛下焙烧所述混合粉末颗粒。

所述复合磁性颗粒可以通过热处理所述第一磁性粉末颗粒形成。

所述第一磁性粉末颗粒可以包括铬（Cr），并且所述氧化物层可以包括通过将包括在所述第一磁性粉末颗粒中的铬（Cr）在含氧气氛下热处理而氧化形成的三氧化二铬（Cr₂O₃）。

所述铁素体可以由通过氧化所述第二磁性粉末颗粒形成的所述第二磁性粉末颗粒的氧化物和通过将所述添加剂粉末颗粒在含氧气氛下热处理而氧化形成的所述添加剂粉末颗粒的氧化物形成，或者，也可以由所述第二磁性粉末颗粒的氧化物和所述添加剂粉末颗粒形成。

根据本发明的另一个方面，提供了一种电子部件，所述电子部件包括：含有磁性材料的主体部分、形成在所述主体部分中的线圈以及与外部线圈电连接的外部电极，其中，所述磁性材料含有多个复合磁性颗粒以及在所述多个复合磁性颗粒间存在的铁素体，所述复合磁性颗粒包括形成在其表面上的氧化物层。

附图说明

下面将结合附图的详细描述来更清楚地理解本发明的上述和其它方面、特征以及其它优点，其中：

图1示意性地示出了根据本发明的一种实施方式来制备磁性材料的方法以及根据所述方法制备的磁性材料；

图2为显示根据本发明的一种实施方式制备磁性材料的方法的流程图；

图3为示意性地显示根据本发明的一种实施方式的电子部件的透视图；

图4为根据本发明的实施方式的电子部件的主体的分解透视图；以及

图5为根据本发明的实施方式的电子部件的截面图。

具体实施方式

在下文中，本发明的实施方式将参考附图详细描述。然而，本发明可以体现在许多不同的形式中，并且不应该被解释为限于这里所阐述的实施方式。相反，提供这些实施方式是为了使公开全面和完整，并且能够充分地向本领域技术人员传达本发明的范围。为清楚起见，元件的形状和尺寸可以被夸大，并且相同的附图标记将贯穿于本文中用于指定相同的或相似的元件。

图1示意性地示出了根据本发明的一种实施方式来制备磁性材料的方法以及根据所述方法制备的磁性材料。图2为显示根据本发明的一种实施方式制备磁性材料的方法的流程图。

参考图1和图2，根据本发明的实施方式的磁性材料10可以通过以下制备方法制备得到：制备第一磁性粉末颗粒1（S1）；制备平均粒径小于所述第一磁性粉末颗粒1的第二磁性粉末颗粒2（S2）；制备平均粒径小于所述第一磁性粉末颗粒1的添加剂粉末颗粒3（S3）；通过混合所述第一磁性粉末颗粒1、所述第二磁性粉末颗粒2和所述添加剂粉末颗粒3制备混合粉末颗粒（S4）；以及热处理所述混合粉末颗粒以形成多个复合磁性颗粒11（S5）和在多个复合磁性颗粒11（S5）间存在的铁素体13，所述复合磁性颗粒11（S5）包括形成在其表面上的氧化物层12。

所述第一磁性粉末颗粒1可以包括铁（Fe）系金属，并且所述铁（Fe）系金属可以包括反应性高于铁的金属，也就是说，所述第一磁性粉末颗粒可包括含有铬（Cr）的铁（Fe）系金属。

所述第二磁性粉末颗粒2可以包括铁（Fe）系金属，并且在所述第二磁性粉末颗粒中含有的铁（Fe）系金属可以是纯铁。从严格的意义上说，纯铁表示完全不含有杂质、纯度为100%的铁。然而，因为它可能难以从铁中完全除去杂质，例如碳、氮、硅、磷、硫等，所以纯铁一般是指具有高于其他大多数铁的纯度的铁，并且在本发明中，就具有一般意义而言使用术语“纯铁”。

所述添加剂粉末颗粒3可以包括至少一种能够通过与氧化铁反应形成铁素体的金属及其氧化物，例如，为镍（Ni）、锌（Zn）、铜（Cu）以及它们的氧化物中的至少一种，但本发明并不限于此。

所述第一磁性粉末颗粒的平均粒径可以大于所述第二磁性粉末颗粒和所述添加剂粉末颗粒的平均粒径。具体地，所述第二磁性粉末颗粒的平均粒径等于或小于所述第一磁性粉末颗粒平均粒径的1/2。

另外，所述添加剂粉末颗粒的平均粒径小于所述第二磁性粉末颗粒的平均粒径。

所述第一磁性粉末颗粒的平均粒径可以为5μm或更大，所述第二磁性粉末颗粒的平均粒径可以小于5μm，所述添加剂粉末颗粒的平均粒径可以小于1μm，但是本发明并不限于此。

将所述第一磁性粉末颗粒、所述第二磁性粉末颗粒与所述添加剂粉末颗粒混合制备混合粉末颗粒。

在这里，所述第二磁性粉末颗粒的平均粒径和所述添加剂粉末颗粒的平均粒径被形成比所述第一磁性粉末颗粒的平均粒径更小，因此所述第二磁性粉末颗粒和所述添加剂粉末颗粒可以设置在所述第一磁性粉末颗粒之间的间隙中。所述添加剂粉末颗粒的平均粒径小于所述第二磁性粉末颗粒的平均粒径，因此所述添加剂粉末颗粒可以设置在所述第一磁性粉末颗粒和所述第一磁性粉末颗粒之间的间隙中，从而提高了混合粉末颗粒的密度。

随后，根据本发明的实施方式，可以将所述混合粉末颗粒热处理以形成磁性材料。所述热处理可以包括在含氧气氛下焙烧所述混合粉末颗粒，所述热处理也可以通过对所述混合粉末颗粒施加预定的压力来实施。当在含氧气氛下焙烧所述混合粉末颗粒时，在含有包括具有比铁更高反应性的金属的铁（Fe）系金属的所述第一磁性粉末颗粒中，具有更高反应性的金属可以首先被氧化，从而可以形成具有在其表面上形成的氧化物层12的复合磁性颗粒11。所述氧化物层可以保护第一磁性粉末颗粒中的金属，以防止所述金属被氧化。当所述第一磁性粉末颗粒包括含有铬（Cr）的铁（Fe）系金属时，在所述第一磁性粉末颗粒表面形成含有三氧化二铬(Cr₂O₃)的氧化物层的同时，可以所述复合磁性颗粒形成。

另外，由于所述第二磁性粉末颗粒不含有具有高度反应性的单独金属（separate metal），因此所述第二磁性粉末颗粒可以在含氧气氛下被氧化。特别是，当所述第二磁性粉末颗粒含有纯铁时，即使在常压（大约为100MPa或更小）条件下焙烧的热处理过程中，由于纯铁的延展性，可能会使所述混合粉末颗粒填充密度显著改善。所述第二磁性粉末颗粒可以包括铁（Fe）系金属，并且所述铁（Fe）系金属可以在含氧气氛下被氧化成三氧化二铁（Fe₂O₃）。

所述添加剂粉末颗粒可以包括至少一种能够通过与氧化铁反应形成铁素体的金属及其氧化物。并且在所述添加剂粉末颗粒包括所述金属的情况下，所述添加剂粉末颗粒可以在所述第二磁性粉末颗粒被氧化形成所述添加剂粉末颗粒的氧化物相的气氛下被氧化。

例如，在所述添加剂粉末颗粒包括镍（Ni）的情况下，所述添加剂粉末颗粒可以在热处理时变成氧化镍（NiO）。

此外，所述铁素体可以通过热处理，在高温下使所述第二磁性粉末颗粒的氧化物和所述添加剂粉末颗粒的氧化物（当所述添加剂粉末颗粒起初包括金属氧化物的情况下，所述添加剂粉末颗粒可以作为其氧化物）反应而形成。

例如，在所述第二磁性粉末颗粒包括纯铁并且所述添加剂粉末颗粒包括镍的情况下，可以通过将纯铁氧化形成的氧化铁（Fe₂O₃）与通过将镍氧化形成的氧化镍(NiO)相互反应以形成镍-铁素体。

所述铁素体可以存在于多个复合磁性颗粒之间，所述复合磁性颗粒由所述第一磁性粉末颗粒以及由其控制的成分、所述第二磁性粉末颗粒和所述添加剂粉末颗粒形成，所述铁素体可以覆盖所述复合磁性颗粒。

也就是说，包括多个复合磁性颗粒（包括在其表面上形成的氧化物层）以及所述多个复合磁性颗粒间的所述铁素体的所述磁性材料可以由以上描述的方式获得。

根据本发明实施方式，由于所述复合磁性颗粒中存在的磁性金属没有被氧化，所述磁性材料可以具有高饱和磁化强度值。所述氧化物层可以在所述复合磁性颗粒的表面形成以有效地绝缘所述磁性金属，在所述复合磁性颗粒表面的所述磁性金属没有被氧化，从而使得涡流损耗和磁滞损耗可能降低。

在复合磁性颗粒之间存在的所述铁素体可以作为所述复合磁性颗粒间的绝缘体，从而可能使得涡流损耗和磁滞损耗显著降低。此外，存在于所述磁性材料间的磁性材料的体积分数由于铁素体而增加，从而可能使得所述材料的磁导率增加。专利文件1公开了一种磁性材料，其中，表面有氧化物薄膜的磁性颗粒间隙填充了聚合材料。但是，在本发明中，所述复合磁性颗粒的间隙填充了铁素体以实现绝缘，从而可以提高所述磁性材料的饱和磁化强度值。

特别是，在将上述形成的铁素体和所述磁性颗粒混合以形成所述磁性材料的情况下，所述磁性材料包括诸如聚合物的粘接剂，以将所述铁素体和所述磁性颗粒粘接在一起从而降低饱和磁化强度值。然而，根据本发明的实施方式，所述铁素体可以通过形成铁素体的粉末颗粒在焙烧过程中反应而形成，从而使得所述铁素体可以用作粘接剂。

此外，在所述第二磁性粉末颗粒和所述添加剂粉末颗粒形成铁素体的过程中，由于其体积增加，所述复合磁性颗粒间的间隙可以被更有效地填充所述铁素体，从而使得所述磁性材料的密度得到提高。

此外，根据本发明的实施方式，所述磁性材料可以由不同粒径的粉末颗粒混合而成，并且可以包括细的添加剂粉末颗粒以改善所述磁性材料的表面粗糙特性。

在本发明下面的实施方式中，例证了含有根据本发明实施方式的铁素体的电子部件可以作为层叠型电感器设备，但本发明并不限定于此。

图3为示意性地显示根据本发明的一种实施方式的电子部件的透视图。

图4为根据本发明的实施方式的电子部件的主体的分解透视图。图5为根据本发明的实施方式的电子部件的截面图。

参照图3-5，根据本发明的实施方式，层叠型电感器100可以包括主体部分110、线圈部分120和外部电极130。

所述主体部分110可以通过将多个磁性层111在厚度方向上层叠并进行焙烧形成，主体部分110的形状和大小以及层叠的磁性层111的数目不限于本实施方式中所示出的。

所述主体部分110的形状没有特别限定，例如可以为六面体形状。在本实施方式中，为了便于说明，所述主体部分110在厚度方向上相对的表面被定义为上表面和下表面，在长度方向上连接上下表面并相对的表面被定义为两个端面，在宽度方向上与两个端面垂直相交并相对的表面被定义为两个侧面。

根据本发明的实施方式，所述磁性层包括所述磁性材料，为防止重复，与上面重叠的描述说明将在此省略。

多个磁性层可以具有形成在其表面上的导电图案120a，以形成所述线圈部分120，还可以具有在厚度方向上贯通的导电通孔120b，在垂直方向上电连接导电图案的导电通孔120c。

因此，形成在各所述磁性层上的导电图案各自的一个端部可以通过形成在相邻磁性层中的导电通孔电连接到另一端部，以形成线圈部分120。

所述线圈部分可以包括银（Ag）、钯（Pd）、铂（Pt）、镍（Ni）和铜（Cu）或它们的合金等导电金属中的至少一种，但本发明并不限于此。

所述线圈部分120的两端可以通过主体部分110暴露在外部，并且可以分别与在主体部分110中形成的一对外部电极130接触，以与所述外部电极130电连接。

特别是，线圈部分120的两端可以通过主体部分110的两端露出，所述外部电极130对可以在线圈部分120露出的所述主体部分110的两端形成。

在所述主体部分110的上表面和下表面中的至少一个表面可以形成至少一个覆盖层111c。所述覆盖层111c和磁性层111有相同的材料和相同的结构，不同之处在于所述线圈部分的导电图案不包括在其中。所述覆盖层111c可以基本上保护线圈部分120免受物理或化学应力的损害。

所述外部电极130可以分别与通过所述主体部分110而暴露的所述线圈部分120的两端接触以电连接。所述外部电极130可以通过用导电胶浸渍主体部分110，或者通过各种可实施的方法，例如印刷法、沉积法和溅射法而在主体部分110上形成。

所述导电胶可以由包括银（Ag）、铜（Cu）和铜（Cu）合金的材料形成，但本发明并不限定于此。

此外，如果必要，所述外部电极20的外表面可以设置有镍（Ni）镀层（图中未示出）和锡（Sn）镀层（图中未示出）。

如上所述，根据本发明的实施方式，提供了一种具有高饱和磁化值、低涡流损耗和低磁滞损耗的磁性材料，一种制备所述磁性材料的方法，以及包括所述磁性材料的电子部件。

虽然已经在结合实施方式显示和描述了本发明，但在不脱离随附的权利要求定义的本发明的精神和范围的情况下，各种修改和变型对本技术领域的技术人员来说都是显而易见的。

Claims (21)

1.一种磁性材料，该磁性材料含有多个复合磁性颗粒和在所述多个复合磁性颗粒间存在的铁素体，所述复合磁性颗粒包括形成在其表面上的氧化物层。

2.根据权利要求1所述的磁性材料，其中，所述氧化物层包括三氧化二铬。

3.根据权利要求1所述的磁性材料，其中，所述复合磁性颗粒包括铁系金属。

4.根据权利要求1所述的磁性材料，其中，所述复合磁性颗粒包括铬。

5.根据权利要求1所述的磁性材料，其中，所述复合磁性颗粒包括含有铬的铁系金属。

6.一种磁性材料的制备方法，该方法包括：

制备第一磁性粉末颗粒；

制备平均粒径小于所述第一磁性粉末颗粒的第二磁性粉末颗粒；

制备平均粒径小于所述第一磁性粉末颗粒的添加剂粉末颗粒；

通过混合所述第一磁性粉末颗粒、所述第二磁性粉末颗粒和所述添加剂粉末颗粒制备混合粉末颗粒，以及

热处理所述混合粉末颗粒以形成多个复合磁性颗粒和在所述多个复合磁性颗粒间存在的铁素体，所述复合磁性颗粒包括形成在其表面上的氧化物层。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述第一磁性粉末颗粒包括铁系金属。

8.根据权利要求6所述的方法，其中，所述第一磁性粉末颗粒包括含有铬的铁系金属。

9.根据权利要求6所述的方法，其中，所述第二磁性粉末颗粒包括铁系金属。

10.根据权利要求6所述的方法，其中，所述第二磁性粉末颗粒包括纯铁。

11.根据权利要求6所述的方法，其中，所述第二磁性粉末颗粒的平均粒径等于或者小于所述第一磁性粉末颗粒平均粒径的1/2。

12.根据权利要求6所述的方法，其中，所述第二磁性粉末颗粒的平均粒径小于5μm。

13.根据权利要求6所述的方法，其中，所述添加剂粉末颗粒的平均粒径小于所述第二磁性粉末颗粒的平均粒径。

14.根据权利要求6所述的方法，其中，所述添加剂粉末颗粒的平均粒径小于1μm。

15.根据权利要求6所述的方法，其中，所述添加剂粉末颗粒包括至少一种能够通过与氧化铁反应形成铁素体的金属及其氧化物。

16.根据权利要求6所述的方法，其中，所述添加剂粉末颗粒包括镍、锌、铜以及它们的氧化物中的至少一种。

17.根据权利要求6所述的方法，其中，所述混合粉末颗粒的热处理包括在含氧气氛下焙烧所述混合粉末颗粒。

18.根据权利要求6所述的方法，其中，所述复合磁性颗粒通过热处理所述第一磁性粉末颗粒形成。

19.根据权利要求6所述的方法，其中，所述第一磁性粉末颗粒包括铬，并且所述氧化物层包括通过将包括在所述第一磁性粉末颗粒中的铬在含氧气氛下热处理而氧化形成的三氧化二铬。

20.根据权利要求6所述的方法，其中，所述铁素体由通过氧化所述第二磁性粉末颗粒形成的所述第二磁性粉末颗粒的氧化物和通过将所述添加剂粉末颗粒在含氧气氛下热处理而氧化形成的所述添加剂粉末颗粒的氧化物形成，或者由所述第二磁性粉末颗粒的氧化物和所述添加剂粉末颗粒形成。

21.一种电子部件，该电子部件包括：

含有磁性材料的主体部分；

形成在所述主体部分中的线圈部分；以及

与所述线圈部分电连接的外部电极；

其中，所述磁性材料含有多个复合磁性颗粒和在所述多个复合磁性颗粒间存在的铁素体，所述复合磁性颗粒包括形成在其表面上的氧化物层。