KR100483739B1 - 페라이트산화물 자성재료 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기본성분으로서 Fe2O3로 환산하여 11 내지 19 몰%의 산화철, ZnO로 환산하여 11 내지 25 몰%의 산화아연, CuO로 환산하여 0 내지 10 몰%의 산화구리 및 잔부 산화니켈을 함유하고, 또한 상기 기본성분에 대하여 부성분으로서 PbO로 환산하여 0.01 내지 15 중량%의 산화납, SiO2로 환산하여 0.01 내지 15 중량%의 산화규소 및/또는 탈크를 추가로 함유하며; 초기 자성투과율이 8이하이고, 소결밀도가 4.8g/cm3 이상, 또한 자성화 방향과 평행한 P=5(kg/mm2)의 압축응력하에서 1000G의 자장 인가조건에 의한 인덕턴스의 변화율 △L/L로 환산하여 항응력 항자장특성이 ±5%이내임을 특징으로 하는 페라이트 산화물 자성재료에 관한 것이다.
Description
본 발명은 인덕턴스 소자(inductance device)의 코어재료로 사용되는 페라이트산화물 자성재료, 특히 수지 몰드 타이프 치프인덕터의 코어재료로 사용되는 페라이트 산화물 자성재료에 관한 것이다.
최근 텔레비젼 세트, 비데오 레코더, 이동 통신기기 등의 분야에서 수요가 급속히 확대하고 있는 수지 몰드 타입의 치프 인덕터, 고정 코일 등의 분야에 있어서 소형, 경량, 고정밀도 등의 요구에 부응하기 위하여, 이들 부품에 대한 좁은 공차화(工差化) 및 높은 신뢰성화의 요구가 높아지고 있다. 이와같은 요구에 부합하기 위하여 이들 부품의 자성 코어재료로 사용되는 페라이트 코어재료는 다음과 같은 특성을 가질 필요가 있다.
(1) 재료가 권선(winding)에 의한 인덕턴스의 미세 조정을 위해 낮은 초기 자성 투과율(μi)을 갖는다. 특히 종방향 위치 형 페라이트 코어의 경우, 1/2 턴(turn)에서의 미세 조정이 이루어질 수 있도록 초기 자성 투과율이 낮을 것이 필요하다(μi : 8이하).
(2) 재료가 높은 소결 밀도를 갖는다.
(3) 재료가 몰드 수지에 의한 외부응력에 대하여 인덕턴스 변화가 작은 특성을 갖는다. 외부응력에 대한 인덕턴스 변화의 비, 즉 자성화 방향과 평행하게 로드형(rod-like) 샘플에 가한 하중에 대한 인덕턴스 변화율을 이후에 항응력 특성이라 언급한다. 즉, 재료는 우수한 항응력 특성을 갖는다.
(4) 재료가 몰드 수지에 의한 외부응력과 재료에 가해지는 외부자장에 대하여 인덕턴스 변화가 작은 특성을 갖는다. 외부응력과 외부자장에 대한 인덕턴스 변화율, 즉 로드형 샘플에 자성화 방향과 평행하게 가해진 하중과, 외부자장을 인가하고 해제하였을 때의 인덕턴스 변화율을 이후에 항응력 항자장 특성이라 언급한다. 즉 재료는 우수한 항응력 항자장 특성을 갖는다.
특히, 항응력 항자장 특성은 몰드 인덕터 소자를 어셈블리 하였을 때 높은 자성속 밀도의 자장에 노출되는 경우가 있다. 따라서, 특히 항응력 항자장 특성에 있어서는 초기특성을 유지할 수 있는가 여부 또는 소자로서 소정의 인덕턴스 값으로 조정된 경우에도 실제로 최종제품으로 조입(組??)되었는가 여부 등 중요한 문제점이 있었다. 또한 소자가 실제로 최종제품에 조입된 후에라도 치프 인덕터 자체는 자성적으로 쉴드(shield)되지 않는다. 따라서 치프 인덕터 주위의 전기자성 부품으로부터 발생되는 자성화에 의한 나쁜 영향을 피할 필요성도 또한 있었다.
상술한 바와같은 요구에 부응하기 위한 시도로서, 예를들면 일본국 특개평 2-60110호 및 2-137301호 공보에 기술되어 있는 기본조성의 페라이트를 사용하여 항응력 특성을 개선하는 시도가 공지되어 있다. 그러나 이들 기본 조성의 페라이트 재료를 사용하여 μi : 8이하의 낮은 초기자성 투과율을 갖는 코어재료를 얻으려면 실용상 만족할 있 수 있을 정도로 충분히 높은 소결밀도를 실현할 수 없었다. 소결밀도의 저하는 항응력 특성의 저하나 수지 또는 접착제의 페라이트 코어의 기공(pore)로의 침입 등의 문제를 일으킨다. 따라서 소결밀도는 저하될 수 없다. 한편, 소결밀도가 증가되는 경우 초기 자성투과율이 8 이상으로 증가된다. 어느 경우에도 실용상 만족할 수 있는 특성을 갖는 코어재료를 얻는 것이 곤란하다.
일본국 특개평 8-51011호 및 8-51012호 공보에는 외부응력에 의한 인덕턴스의 변화를 줄이고 또한 외부자장을 인가한 후의 인덕턴스의 저하를 작게하기 위해, Fe2O3 5 내지 24 몰%, CuO 0 내지 30 몰% (0 몰% 제외), CuO 0 내지 30 몰% (0 몰% 제외) 및 잔부 NiO로 이루어진 주성분에 추가하여 SiO2 0 내지 10중량% (0 중량% 제외) 및 Bi2O3 0 내지 10중량% (0 중량%제외)를 함유하는 산화물 자성재료; 상기 주성분에 추가하여 Co3O4 0 내지 0.5 중량% (0 중량% 제외)을 함유하는 산화물 자성재료; Fe2O3 5 내지 24몰%, ZnO 0 내지 30 몰% (0 몰% 제외), CuO 0 내지 30몰% (0 몰% 제외) 및 잔부 NiO로 이루어진 산화물자성재료; 및 상기 주성분에 추가하여 Co3O4 0 내지 0.5중량% (0 중량% 제외), SiO2 0 내지 10 중량% (0 중량% 제외) 및 Bi2O3 0 내지 10 중량% (0 중량% 제외)을 함유하는 산화물 자성재료가 기재되어 있다.
그러나, 일본국 특개평 8-51011호 및 8-51012호 공보에서 실시예를 통하여 검토되었던 조성은 Fe2O3: 5, 10, 20 및 24.5 몰%; ZnO: 7 및 30 몰% (다른 구성원소는 생략한다)이다. 즉, 이들 조성을 벗어나는 조성은 일본국 특개평 8-51011호 및 8-51012호 공보에서 검토되지 않았다. 또한 이들 조성범위내에서 얻어진 코어는 항응력 항자장 특성이 충분하지 않다. 따라서 높은 정밀도 및 높은 신뢰성의 요구에 부응하기 위해서는 초기 자성투과율, 소결밀도, 항자장 특성, 항응력 특성 및 항응력 항자장 특성 등을 포함한 총합 특성에 있어서 더욱 성능의 향상이 요망되고 있다.
예를들면, 전술한 기본조성을 함유하는 종래기술의 페라이트 코아재료로서 기본조성이
Fe2O3 : 48 몰%;
NiO : 49 몰%; 및
CuO : 3 몰%
을 함유하고 또한 이 기본조성에 추가하여 부성분으로서,
PbO : 6 중량%; 및
탈크 : 6.5 중량%
를 함유하는 것의 특성은 소결밀도가 4.6 g/cm3, 초기 자성투과율μi=6, 및 항응력 특성△L/L (%) = -9% (1톤/cm2)로 된다. 종래기술의 페라이트 코어재료에서 초기 자성투과율μi 약6 정도의 것을 얻으려면 소결밀도가 4.6 g/cm3 으로 낮고, 항응력 특성도 -9% (1톤/cm2)로 크게 되어 버린다.
또한 도 8에는 상술한 조성의 페라이트에 있어서 PbO-SiO2 글래스량이 변화하였을 경우 PbO-SiO2 글래스량과 초기 자성투과율μi의 관계를 나타낸다. 도 8로부터 분명한 바와같이 이 조성을 갖는 페라이트에서는 PbO-SiO2 글래스량을 증가시켜도 초기 자성투과율은 거의 저하하지 않음을 알 수 있다.
또한 일본국 특개평 3-91209호 공보에는 25 내지 45 몰%의 Fe2O3, 0 내지 20 몰%의 ZnO 및 잔부가 NiO와 CuO이며, NiO의 몰비가 CuO의 몰비보다도 많은 스피넬(spinel) 형 조성물이고, 소량성분으로서 0.1 내지 12 중량%의 Bi2O3 및 0.05 내지 4.0중량%의 SiO2를 추가로 함유하는 페라이트 조성물로부터 형성된 드럼형 코어에 코일로 권회하고, 추가로 에폭시 수지로 몰드한 것을 특징으로 하는 치프 인덕터가 기재되어 있다. 또한 일본국 특개평 3-91209호 공보에는 에폭시 수지에 의해 응력이 치프 인덕터에 가해지며 또한 외부자장이 이러한 치프인덕터에 가해지는 경우에 인덕턴스가 저하한다는 추가의 설명이 기재되어 있다.
본 발명의 목적은 좁은 공차화 및 높은 신뢰성을 갖는 수지-몰드 형 인덕터 또는 고정코일이 얻어질 수 있도록 낮은 초기 자성투과율, 높은 소결밀도, 우수한 항 자장 특성, 우수한 항응력 특성 및 우수한 항응력 항자장 특성을 갖는 페라이트 코어를 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 전술한 목적이 다음과 같은 구성에 의해 달성된다.
기본조성으로서 Fe2O3로 환산하여 11 내지 19 몰%의 산화철, ZnO로 환산하여 11 내지 25 몰%의 산화아연, CuO로 환산하여 0 내지 10 몰%의 산화구리 및 잔부 산화니켈을 함유하는 페라이트 산화물 자성재료;
상기 기본조성에 대하여 부성분으로서 PbO로 환산하여 0.01 내지 15 중량%의 산화납, 및 SiO2로 환산하여 0.01 내지 15 중량%의 산화규소 및/또는 탈크를 추가로 함유하는 페라이트 산화물 자성재료;
초기 자성투과율이 8 이하이고, 소결밀도가 4.8 g/cm3 이상, 또한 자성화 방향과 평행한 P=5(kg/mm2)의 압축응력하에서 1000G의 자장 인가조건에 의한 인덕턴스의 변화율 △L/L로 환산하여 항응력 항자장특성이 ±5%이내인 페라이트 산화물 자성재료이다.
바람직하게, 페라이트 산화물 자성재료의 상기 항자장 특성은 1000G 자장의 조건으로 인한 인덕턴스의 변화율 △L/L로 환산하여 -4% 내지 0% 범위로 항자장 특성을 갖는다.
더욱 바람직하게, 페라이트 산화물 자성재료의 항응력 항자장 특성은 자성화 방향과 평행한 압축응력 P=5(kg/mm2)하에 1000G 자장의 인가조건에 의한 인덕턴스의 변화율 △L/L로 환산하여 ±3%의 범위를 갖는다. 추가로, 기본조성으로서 Fe2O3로 환산하여 14 내지 19 몰%의 산화철; ZnO로 환산하여 14 내지 22 몰%의 산화아연; CuO로 환산하여 0 내지 6 몰%의 산화구리; 및 잔부 산화니켈을 함유하는 페라이트 산화물 자성재료.
더욱더, 본 발명에 따르면, 상술한 바와같이 페라이트 산화물 자성재료로 만든 코어를 갖는 수지-몰드 치프 인덕터가 제공된다.
그러나, 일본국 특개평 3-91209호 공보에 기술된 치프 인덕터는 25 내지 45 몰%의 Fe2O3를 함유하기 때문에, 상기 조성범위는 본 발명에 따라 Fe2O
3로 환산하여 11 내지 19 몰%의 산화철의 조성범위와는 분명히 다르다. 또한 본 발명에 따른 산화물 자성재료는 강도저하를 방지하기 위해 낮은 자성투과율 및 높은 밀도를 가지며 또한 항응력 특성 및 항 자장 특성을 갖는다. 그외에 본 발명에 따른 산화물 자성재료는 수지의 침투를 예방하는 효과를 갖는다. 이러한 특성은 일본국 공개평 3-91205호에 기술된 치프 인덕터에 없는 것이며 본 발명에 고유한 것이다.
이하 본 발명의 바람직한 실시태양을 구체적으로 설명한다.
본 발명에 따른 페라이트 산화물 자성재료는 기본조성으로서:
Fe2O3로 환산하여 11 내지 19 몰%의 산화철;
ZnO로 환산하여 11 내지 25 몰%의 산화아연;
CuO로 환산하여 0 내지 10 몰%의 산화구리; 및
잔부 산화니켈
을 함유하고;
상기 페라이트 산화물 자성재료는 전술한 기본조성에 대하여 부성분으로서:
PbO로 환산하여 0.01 내지 15 중량%의 산화납; 및
SiO2로 환산하여 0.01 내지 15 중량%의 산화규소 및/또는 탈크
를 함유하고;
상기 페라이트 산화물 자성재료는 초기 자성투과율이 8 이하이고, 소결밀도가 4.8 g/cm3 이상, 또한 자성화 방향과 평행한 P=5(kg/mm2)의 압축응력하에서 1000G의 자장 인가조건에 의한 인덕턴스의 변화율 △L/L로 환산하여 항응력 항자장특성이 ±5% 범위이다. 전술한 기본조성으로 함으로써 화학량론적 조성에 근사한 조성을 갖는 페라이트에 비하여 산화철 자성상이 감소하고, 임계적으로 초기 자성투과율μi이 감소한다.
기본 조성에 있어서의 산화철의 함유량은 Fe2O3로 환산하여 11 내지 19 몰%, 바람직하게는 14 내지 19 몰%, 특히 16 내지 19 몰%이다. 산화철의 함유량이 19 몰%를 초과하면, 항응력 항자장 특성은 밀도가 너무 높아 초기 자성 투과율을 감소시킬 수 없기 때문에 나빠진다. 산화철 함유량이 19 몰% 이하이면, 산화철은 미량으로라도 함유되어야 한다. 바람직하게 산화철 함유량의 하한치는 상술한 범위내이다. 산화철의 함유량이 감소되면 자성재료의 작용은 페라이트 코어중의 자성성분이 적게되기 때문에 저하한다.
산화철과 치환하는 2가 금속의 예로서는 산화니켈, 산화아연, 산화구리, 산화마그네슘 등을 포함한다. 산화아연의 첨가량이 상술한 범위내로 선택되면 매우 우수한 항응력 항자장 특성이 얻어진다. 이들 금속에 추가하여 산화구리는 CuO로 환산하여 0 내지 10 몰%, 바람직하게 0 내지 6 몰%의 량으로 첨가할 수 있다. 산화구리는 소성온도의 조정에 사용하지만, 산화철의 첨가량이 너무 많으면 CuOx이 생성되어 특성이 변화되는 원인이 된다.
본 발명에 따른 페라이트 산화물 자성재료는 전술한 기본조성에 추가하여 부성분으로서:
PbO로 환산하여 0.01 내지 15 중량%의 산화납; 및
SiO2로 환산하여 0.01 내지 15 중량%의 산화규소 및/또는 탈크
를 함유한다.
바람직하게, 본 발명에 따른 페라이트 산화물 자성재료는 부성분으로서:
PbO로 환산하여 0.1 내지 10 중량%의 산화납; 및
SiO2로 환산하여 0.1 내지 10 중량%의 산화규소 및/또는 탈크
를 함유한다.
이들 부성분을 첨가함으로써 항응력 특성이 개선되며, 따라서 전술한 기본조성의 바람직한 소성온도를 약 1100 내지 약 1300℃ 범위로부터 약 950 내지 약 1050℃ 범위, 특히 약 970 내지 약 1030℃ 범위와, 약 100 내지 약 300℃ 범위로 저하시킬 수 있다. 따라서 보다 저온에서 양호한 소성밀도를 얻는 것이 바람직하다. 부성분의 첨가량이 너무 작으면 소성 촉진효과를 얻기가 힘들다. 부성분의 첨가량이 30 중량%를 초과하면, 글래스가 코어 표면에 석출하고, 코어 그룹이 부착하거나 코어가 세터(setter)로 부착하는 등의 로 재료 및 소성도구의 오염문제를 일으킨다.
본 발명에 따른 페라이트 산화물 자성재료는 초기 자성투과율μi 이 8 이하이고, 소결밀도가 4.8 g/cm3 이상이다. 초기 자성투과율은 7 이하, 특히 6 이하가 바람직하다. 초기 자성투과율의 하한은 구체적으로 제한되어 있는 것은 아니지만 약 2이다. 소결밀도는 바람직하게는 5 g/cm3 이상, 특히 5.2 g/cm3 이상이 바람직하다. 소결밀도의 상한은 구체적으로 한정되어 있지는 않지만 약 6 g/cm3 이다. 초기 자성 투과율이 8 이상이면 권선에 의한 인덕턴스의 미조정이 곤란하게 된다. 소결밀도가 4.8 g/cm3 미만이면 항응력 특성이 저하하며 따라서 페라이트 산화물 재료를 인덕턴스로서 사용한 경우에 특성의 변동을 일으키며 수지나 접착제가 코어 등의 기공에 염입하는 등의 문제를 생기게 한다.
또한 본 발명에 따른 페라이트 산화물 자성재료는 자성화 방향과 평행한 P=5(kg/mm2)의 압축 응력하에서 응력의 인가방향과 직각이 되는 1000G의 직류 자장 인가 조건에 의한 인덕턴스의 변화율 △L/L로 환산하여 , 항응력 항자장 특성이 ± 5% 범위이고 바람직하게는 ± 3% 범위, 특히 ± 2% 범위를 갖는다. 또한 본 발명에 따른 페라이트 산화물 자성재료는 1000G의 직류 항자장 인가시에 인덕턴스의 변화율 △L/L로 환산하여, 바람직하게는 -4% 내지 0% 범위의 항자장 특성을 갖는다. 항자장 특성이 상기 범위내이면 외부자장에 의한 전자기특성에 나쁜 영향을 받기 어려워 바람직하다. 또한 전술한 직류자장은 인덕턴스 측정시에 측정시료의 근처에 가해지는(측정되는) 자장강도를 표시한다.
본 발명에 따른 페라이트 산화물 자성재료는 소정 형상의 코어재료로 몰드된다. 코어재료는 필요한 권선으로 권회한 후 수지-몰드한다. 따라서 코어재료는 고정 인덕터, 치프 인덕터 등으로, 텔레비젼 세트, 비데오 레코더, 휴대 전화나 자동차 전화 등의 이동통신 장비 등 다양한 종류의 전자기기에 사용된다. 코어의 형상이 구체적으로 제한된 것은 아니지만, 코어의 예로는 외부직경 2 mm이하 및 길이 2mm이하 (예를들면 직경 1.8mm × 길이 1.3 mm)의 드럼형 코어, 트로이달 코어, I-형 코어 등을 열거할 수 있다. 몰딩 재료 (피복재료)로서 사용되는 수지는 구체적으로 한정되지 않는다. 이 수지의 예로는 열가소성 수지, 열경화성 수지 등을 포함한다. 이 수지의 구체예는 폴리올레핀 수지, 폴리에스터 수지, 폴리아미드 수지, 폴리카보네니트 수지, 폴리우레탄 수지, 페놀수지, 우레아 수지, 에폭시 수지 등을 포함한다. 몰딩재료를 몰딩하는 수단의 예는 디핑(dipping), 도포, 스프레이 등이나 사출성형, 캐스트 성형 등을 포함한다.
본 발명에 따른 페라이트 산화물 자성재료를 사용하는 치프 인덕터의 대표적인 구성예를 도면을 참고하여 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 페라이트 산화물 자성재료를 사용한 치프 인덕터의 구성예를 나타낸 개략적인 구성도이다. 도 3에 도시된 구성예에서 치프 인덕터는 본 발명에 따른 페라이트 산화물 자성재료를 사용하고 양단에 직경이 큰 턱부분을 갖는 코어 1과, 이 코어 1의 트렁크 부분에 권회된 권선 2와, 권선 2의 양단부에 외부 전기회로를 접속하고 코어 1을 수지내에 고정하는 접촉개시 금속박 6과, 이들 부품의 외부를 피복하도록 설치된 몰드재료 3를 갖는다.
치프 인덕터의 구성은 도면에 도시된 실시예로 제한되어 있지 않지만 여러 가지 실시태양으로 할 수 있다. 예를들면 치프 인덕터는 리드선(lead wire)을 코어의 원통축의 중심부로부터 축방향으로 접속하도록 구성하여도 좋으며, 또는 치프 인덕터는 박스형의 수지케이스 내에 코어에 권선, 리드선 등을 설치한 코일소체를 삽입하고, 수지케니스의 개구부를 몰드재로 밀봉하도록 구성하여도 좋다.
다음에 본 발명에 따른 페라이트 산화물 자성재료의 제조방법에 대하여 설명한다.
먼저, 기본 조성원료, 필요에 따라 부성분 원료와의 혼합물을 준비한다. 기본성분 원료로서는 산화철(α-Fe2O3), 및 상기 첨가 금속 산화물, 또는 소성에 의해 상기 산화물을 형성하는 금속, 바람직하게는 상술한 금속 산화물이다. 각각의 원료는 페라이트의 최종조성이 전술한 비율을 갖도록 혼합한다.
이어서 기본조성 성분원료는 필요에 따라 부성분 원료와 혼합하고, 예비소결한다. 예비소결(preliminary baking)은 바람직하게는 산화성 분위기하에, 일반적으로 공기하에서 수행한다. 예비소결 온도는 바람직하게는 800 내지 1000℃이다. 예비소결 시간은 바람직하게는 1 내지 3시간이다.
예비소결 물질은 볼밀(ball mill) 등에 의해 소정의 크기로 분쇄된다.
예비 소결물을 분쇄한 후, 적당한 바인더, 예를들면 폴리비닐알콜 등을 적당량 첨가하고 얻어진 혼합물을 소망하는 형상으로 성형한다.
이어서 성형체를 소성한다. 소성은 바람직하게는 산화성 분위기하에, 일반적으로 공기하에서 수행한다. 소결온도는 바람직하게는 1100 내지 1300℃이다. 전술한 부성분을 첨가한 경우에 소결온도는 약 950 내지 약 1050℃ 이다. 소성시간은 바람직하게는 2 내지 5 시간이다.
실시예
이하 실시예에 의거하여 본 발명을 구체적으로 설명한다.
실시예 1
Fe2O3 분말, NiO분말, CuO분말, PbO 분말 및 SiO2 분말을 원료물질로서 제조하였다. 원료물질 분말을 혼합하여 최종조성이 다음과 같은 조성을 갖도록 하였다. 혼합물을 900℃에서 3시간 예비소성시키고 예비소성된 페라이트 분말로 분쇄하였다. 바인더를 페라이트 분말에 첨가한 후, 페라이트 분말을 외부직경 약 21 mm를 갖는 도너츠형 토로이달 코어로 가압성형하였다. 토로이달 코어를 950 내지 1200℃의 온도에서 2시간 소성시켜 페라이트 산화물 자성재료의 코어 샘플을 얻었다. 소성 후 코어샘플은 외부직경 약 18mm, 내부직경 약 10mm 및 높이 약 4.3mm이었다.
Fe2O3 : 12 내지 24 몰%
CuO : 1 몰%
NiO : 잔량
첨가성분 (기본 조성성분의 전량을 100 중량%로 한다는 조건하에)
PbO : 5.0 중량%
SiO2 : 3.1 중량%
이와같이 하여 수득된 토로이달 코어 샘플에 대하여 초기 자성 투과율μi 및 소결밀도d를 측정하였다. 도 1은 코어 샘플중의 Fe2O3의 량이 12 내지 24 몰% 범위로 변화하는 경우에 초기자성 투과율μi 및 소결밀도의 관계를 나타낸다. 도 1로부터 Fe2O3 12 내지 24 몰%를 함유하는 코어샘플은 Fe2O3 함량이 감소함에 따라 소결밀도가 증가하고, 즉 Fe2O3 함량이 감소함에 따라 더 낮은 초기 자성 투과율을 갖는 코어샘플을 얻을 수 있음이 명백하다. 이것은 Fe2O3 함량이 감소함에 따라 자성상이 감소하고 비 자성상이 증가하기 때문인 것으로 생각된다. Fe2O3 12 내지 24 몰%를 함유하는 코어샘플은 고밀도에서 낮은 초기 자성 투과율μi를 나타낸다는 것이 더욱 명백하다. 또한 소결밀도의 변화에 대한 초기 자성투과율μi의 의존성이 감소하기 때문에 대량생산 제품의 변화가 감소될 수 있다.
실시예 2
Fe2O3분말, NiO분말, ZnO분말, PbO분말 및 SiO2분말을 원료물질로서 준비하였다. 원료물질 분말을 혼합하여 최종조성이 다음과 같은 조성을 갖도록 하였다. 혼합물을 900℃에서 3시간 예비소성시키고 페라이트 분말로 분쇄하였다. 바인더를 페라이트 분말에 첨가한 후, 페라이트 분말을 소정 형태의 토로이달 코어로 가압성형하였다. 토로이달 코어를 950 내지 1200℃에서 2시간 소성하여 페라이트 산화물 자성재료의 코어 샘플을 얻었다.
Fe2O3 : 18 몰%
ZnO : 18 몰%
NiO : 64 몰%
첨가성분 (기본 조성성분 전량을 100중량%로 한다는 조건하에)
PbO : 5.0 중량%
SiO2 : 3.1 중량%
이와같이 하여 수득된 샘플에 대하여 초기 자성 투과율μi, 소결밀도d 및 상대온도계수αμ ir을 실시예 1과 동일한 방법으로 측정하였다. 길이 약 10 mm, 폭 약 10mm 및 높이 약 50mm의 I-형 코어를 성형하고 소성하여 항응력 특성을 측정하였다. 그 결과 다음과 같이 우수한 특성이 얻어졌다: 초기자성 투과율μi = 4.5; 소결밀도d = 5.1 (g/cm3); αμ ir = 1 (ppm/℃); 및 항응력특성△L/L = 1% (1 톤/cm2).
또한, 본 발명에 따른 재료와, 도 8에 도시된 종래기술의 재료 (기본조성으로
Fe2O3 : 48 몰%
NiO : 49 몰%, 및
CuO : 3 몰%
을 함유하고 또한 기본조성에 대하여 부성분으로서
PbO : 6 중량%, 및
탈크 : 6.5 중량%
를 함유함), 및 일본국 특개평 2-60110호 및 2-137301호 공보에 기재되어 있는 종래기술 재료인 일반재료 (기본조성으로서
Fe2O3 : 49 몰%
NiO : 43 몰%, 및
CuO : 6 몰%
을 함유하고 부성분은 함유하지 않음)에 대하여, 0 내지 1 (톤/cm2)의 하중에 대한 항응력 특성을 측정하였다. 그 결과를 도 2에 나타낸다.
도 2로부터 분명한 바와같이 본 발명에 따른 페라이트 산화물 자성재료는 상기 일반재료, 상기 종래재료에 비하여 하중의 변화에 대한 항응력 특성의 변화율이 낮다는 우수한 특성을 나타낸다.
실시예 3
실시예 2에서 얻은 시료와 동일한 재료를 사용하여 높이 약 1.3mm를 가지며 직경 약 1.0 mm 의 코어 트렁크 부분 및 직경 약 1.8 mm의 양측 플랜지 부분을 갖는 드럼형 코어를 제작하였다. 상술한 종래기술 재료를 사용하여 제작한 동일형상을 갖는 드럼형 코어와 함께, 도 3에 도시된 수지 몰드 타이프 치프 인덕터를 드럼형 코어 각각으로부터 제작하였다. 수지몰딩 후 각각의 치프 인덕터에서의 인덕턴스L의 변화율을 평가하였다. 그 결과를 다음과 같이 나타낸다.
| 단일 코일의 L(μH) | 수지 몰드후 L(μH) | L의 변화율(%) | |
| 종래기술 재료 | 0.930 | 0.910 | -2.2 |
| 본 발명 재료 | 0.625 | 0.632 | 1.1 |
상기 결과로부터 명백한 바와같이 본 발명에 다른 치프 인덕터는 종래기술 재료로부터 제조한 치프 인덕터와 비교하여 수지 몰드의 응력에 의한 인덕턴스L의 변화율이 더 낮다는 것을 알 수 있다.
실시예 4
Fe2O3분말, NiO분말, ZnO분말, PbO분말 및 SiO2분말을 원료물질로서 준비하였다. 원료물질 분말을 혼합하여 최종조성이 다음과 같은 조성을 갖도록 하였다. 혼합물을 900℃에서 3시간 예비소성시키고 페라이트 분말로 분쇄하였다. 바인더를 페라이트 분말에 첨가한 후, 페라이트 분말을 소정 형태의 드럼 코어로 가압성형하였다. 드럼 코어를 950 내지 1200℃의 온도에서 2시간 소성하여 페라이트 산화물 자성재료의 코어 샘플을 얻었다.
Fe2O3 : 18 몰%
ZnO : 18 내지 24 몰%
NiO : 잔량
첨가성분 (기본 조성성분 전량을 100 중량%로 한다는 조건하에)
PbO : 5.0 중량%
SiO2 : 3.1 중량%
이와같이 하여 수득된 샘플에 대하여 소정의 권선으로 권회하였다. 즉 도 4에 도시된 바와같이 높이 약 1.3mm를 가지며 직경 약 1.0 mm 의 코어 트렁크 부분 및 직경 약 1.8 mm의 양측 플랜지 부분을 갖는 코어샘플 10을 권선 11로 귄회하였다. 권선 11에 의해 발생하는 자력선과 평행한 방향으로 가압기 12에 의해 샘플에 압축응력 13을 0 내지 4 kg 인가하고 항응력 특성 △L/L을 측정하였다. 추가로 4kg의 응력 인가시에 응력의 인가 방향과 직각방향이 되는 자력선 14로 표시되는 외부자계 1000G를 샘플에 30초간 인가한 후 해방하였다. 이때 인덕턴스의 변화율 △L/L을 측정하여 항응력 항자장특성으로 하였다. 그 결과를 도 5에 나타낸다. 또한 도 5에 있어서, 인가된 힘 F(kg)에 대응하는 압력 P(kg/mm2)을 코어의 단면적을 기준으로 다음과 같이 계산하였다: F = 1일 때 P = 1.3; F = 2일 때 P = 2.6; F = 3일 때 P = 3.9; F = 4일 때 P = 5.2; 및 F = 5일 때 P = 6.4.
실시예 5
Fe2O3분말, NiO분말, ZnO분말, PbO분말 및 SiO2분말을 원료물질로서준비하였다. 원료물질 분말을 혼합하여 최종조성이 다음과 같은 조성을 갖도록 하였다. 혼합물을 900℃에서 3시간 예비소성시키고 페라이트 분말로 분쇄하였다. 바인더를 페라이트 분말에 첨가한 후, 높이 약 1.3mm를 가지며 직경 약 1.0 mm 의 코어 트렁크 부분 및 직경 약 1.8 mm의 양측 플랜지 부분을 갖는 드럼 코어로 페라이트 분말을 가압성형하였다. 드럼 코어를 950 내지 1200℃의 온도에서 2시간 소성하여 페라이트 산화물 자성재료의 코어 샘플을 얻었다.
(샘플 1)
Fe2O3 : 7 몰%
ZnO : 18 몰%
NiO : 75 몰%
첨가성분 (기본 조성성분 전량을 100 중량%로 한다는 조건하에)
PbO : 5.0 중량%
SiO2 : 3.1 중량%
(샘플 2)
Fe2O3 : 18 몰%
ZnO : 15 몰%
NiO : 67 몰%
첨가성분 (기본 조성성분 전량을 100 중량%로 한다는 조건하에)
PbO : 5.0 중량%
SiO2 : 3.1 중량%
(샘플 3)
Fe2O3 : 18 몰%
ZnO : 18 몰%
NiO : 64 몰%
첨가성분 (기본 조성성분 전량을 100 중량%로 한다는 조건하에)
PbO : 5.0 중량%
SiO2 : 3.1 중량%
(비교샘플)
Fe2O3 : 10 몰%
ZnO : 7.5 몰%
NiO : 82.5 몰%
첨가성분 (기본 조성성분 전량을 100 중량%로 한다는 조건하에)
PbO : 0.5 중량%
SiO2 : 0.5 중량%
이와같이 하여 수득된 샘플 각각에 대한 항응력 특성 및 항응력 항자장 특성을 실시예 4와 동일한 방법으로 측정하였다. 그 결과를 도 6에 나타낸다. 또한 도 6에 있어서, 인가된 힘 F(kg)에 대응하는 압력 P (kg/mm2)을 코어의 단면적을 기준으로 다음과 같이 계산하였다: F = 1일 때 P = 1.3; F = 2일 때 P = 2.6; F = 3일 때 P = 3.9; F = 4일 때 P = 5.2; 및 F = 5일 때 P = 6.4.
도 6으로부터 명확한 바와같이 본 발명에 따른 샘플 1 내지 3은 항응력 항자장 특성 △L/L이 ±2% 이내로 매우 우수한 값을 나타낸다. 한편 비교 샘플은 항응력 항자장 특성 △L/L이 -15% 이하이었다.
실시예 6
Fe2O3분말, NiO분말, ZnO분말, PbO분말 및 SiO2분말을 원료물질로서준비하였다. 원료물질 분말을 혼합하여 최종조성이 다음과 같은 조성을 갖도록 하였다. 혼합물을 900℃에서 3시간 예비소성시키고 페라이트 분말로 분쇄하였다. 바인더를 페라이트 분말에 첨가한 후, 페라이트 분말을 소정 형상의 드럼코어로 가압성형하였다. 드럼 코어를 950 내지 1200℃의 온도에서 2시간 소성하여 페라이트 산화물 자성재료의 코어 샘플을 얻었다.
Fe2O3 : 18 몰%
ZnO : 12 내지 18 몰%
NiO : 잔량
첨가성분 (기본 조성성분 전량을 100 중량%로 한다는 조건하에)
PbO : 5.0 중량%
SiO2 : 3.1 중량%
이와같이 하여 수득된 시료의 항자장 특성은 1000G의 자장을 샘플에 인가하였을 때의 인덕턴스의 변화율△L/L로서 측정하였다. 그 결과를 도 7에 나타낸다.
도 7로부터 명백한 바와같이 ZnO 12 내지 18 몰%를 함유하는 코어 샘플은 항자장 특성이 0 내지 -5 % 범위로 우수한 값을 나타낸다.
비교예 1
실시예 5에서 사용한 비교 샘플과 동일한 조성의 시료에 대하여 초기 자성 투과율μi, 소결밀도d 및 상대온도계수αμ ir을 실시예 1과 동일한 방법으로 측정하였다. 또한 샘플의 항응력 특성을 전술한 바와같이 측정하였다. 그 결과 샘플은 초기자성 투과율μi = 5; 소결밀도d = 4.9 (g/cm3); αμ ir = 10 (ppm/℃); 및 항응력특성△L/L = -5% (1 톤/cm2)를 나타냈다. 따라서 샘플은 본 발명에 따른 샘플에 비해 열등하였다.
추가로, 수득된 샘플의 항자장 특성은 실시예 6과 동일한 방법으로 측정하였다. 그 결과 항자장 특성은 -7%이었다. 따라서 이 샘플은 본 발명에 따른 샘플에 비해 열등하였다.
이상 설명한 바와같이, 본 발명에 따르면 협소한 공차화, 높은 신뢰성화의 수지 몰드 형 인덕터, 고정 코일을 실현가능한 낮은 초기자성 투과율, 높은 소결밀도를 가지며 우수한 항자장 특성, 항응력 특성, 항응력 항자장 특성을 갖는 페라이트 코어를 제공할 수 있다.
도 1은 Fe2O3량과 관련하여 초기 자성투과율μi과 소결밀도d의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명에 따른 코어재료, 종래기술의 코어재료 및 일반적인 코어재료에 대하여 0 내지 1톤/cm2의 하중에 대한 항응력 특성의 측정을 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명에 따른 페라이트 산화물 자성재료를 사용한 치프 인덕터(chip inductor)의 구성예를 나타낸 개략적인 구성도이다.
도 4는 항응력 항자장 특성을 측정하는 구성을 나타낸 개념도이다.
도 5는 샘플의 산화아연 함유량이 변화할 때 샘플의 항응력 항자장 특성을 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명에 따른 샘플 및 비교샘플 각각에 대하여 항응력 항자장 특성을 나타낸 그래프이다.
도 7은 산화아연의 첨가량과 항자장 특성의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 8은 일반적인 조성을 갖는 종래기술의 페라이트재료에서 PbO-SiO2글래스 량을 변화시켰을 때 PbO-SiO2 글래스량과 초기 자성투과율μi의 관계를 나타낸 그래프이다.
Claims (8)
- 기본성분 조성 및 부성분 조성을 함유하는 페라이트 산화물 자성재료로서, 상기 기본성분은 실질적으로:Fe2O3로 환산하여 11 내지 19 몰%의 산화철;ZnO로 환산하여 11 내지 25 몰%의 산화아연;CuO로 환산하여 0 내지 10 몰%의 산화구리; 및잔부 산화니켈을 함유하고, 또한 상기 부성분은:PbO로 환산하여 0.01 내지 15 중량%의 산화납;SiO2로 환산하여 0.01 내지 15 중량%의 산화규소 및/또는 탈크를 함유하며; 또한 초기 자성투과율이 8이하이고, 소결밀도가 4.8 g/cm3 이상, 또한 자성화 방향과 평행한 P=5 (kg/mm2)의 압축응력하에서 1000G의 자장 인가조건에 의한 인덕턴스의 변화율 △L/L로 환산하여 항응력 항자장특성이 ±5% 이내임을 특징으로 하는 페라이트 산화물 자성재료.
- 제 1항에 있어서, 상기 1000G 자장의 조건에 의한 인덕턴스의 변화율 △L/L로 환산한 상기 항자장 특성의 범위는 -4% 내지 0%인 것을 특징으로 하는 페라이트 산화물 자성재료.
- 제 1항에 있어서, 상기 자성화 방향과 평행한 압축응력 P=5(kg/mm2)하에서 상기 1000G 자장의 조건에 의한 인덕턴스의 변화율 △L/L로 환산한 상기 항응력 항자장 특성의 범위는 ±3% 인것을 특징으로 하는 페라이트 산화물 자성재료.
- 기본성분 조성 및 부성분 조성을 함유하는 페라이트 산화물 자성재료로서, 상기 기본성분은 실질적으로:Fe2O3로 환산하여 14 내지 19 몰%의 산화철;ZnO로 환산하여 14 내지 22 몰%의 산화아연;CuO로 환산하여 0 내지 6 몰%의 산화구리; 및잔부 산화니켈을 함유하고, 또한 상기 부성분은:PbO로 환산하여 0.01 내지 15 중량%의 산화납;SiO2로 환산하여 0.01 내지 15 중량%의 산화규소 및/또는 탈크를 함유하며; 또한 초기 자성투과율이 8이하이고, 소결밀도가 4.8 g/cm3 이상, 또한 자성화 방향과 평행한 P=5 (kg/mm2)의 압축응력하에서 1000G의 자장 인가조건에 의한 인덕턴스의 변화율 △L/L로 환산하여 항응력 항자장특성이 ±5% 이내임을 특징으로 하는 페라이트 산화물 자성재료.
- 기본성분 조성 및 부성분 조성을 갖는 페라이트 산화물 자성재료로부터 만든 코어를 포함하며,상기 기본성분이 실질적으로Fe2O3로 환산하여 11 내지 19 몰%의 산화철;ZnO로 환산하여 11 내지 25 몰%의 산화아연,CuO로 환산하여 0 내지 10 몰%의 산화구리; 및잔부 산화니켈을 함유하고, 또한 상기 부성분은PbO로 환산하여 0.01 내지 15 중량%의 산화납;SiO2로 환산하여 0.01 내지 15 중량%의 산화규소 및/또는 탈크를 함유하며, 여기서 상기 페라이트 산화물 자성재료는 초기 자성투과율이 8이하이고, 소결밀도가 4.8g/cm3 이상, 또한 자성화 방향과 평행한 P=5(kg/mm2)의 압축응력하에서 1000G의 자장 인가조건에 의한 인덕턴스의 변화율 △L/L로 환산하여 항응력 항자장특성이 ±5%이내임을 특징으로 하는 수지-몰드 치프 인덕터.
- 제 5항에 있어서, 상기 페라이트 산화물 자성재료의 상기 항자장특성은 상기 자장 1000G의 조건에 의한 인덕턴스 변화율 △L/L로 환산하여 -4% 내지 0% 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 수지-몰드 치프 인덕터.
- 제 5항에 있어서, 상기 페라이트 산화물 자성재료의 상기 항응력 항자장특성은 상기 자성화 방향과 평행한 압축응력 P = 5 (kg/mm2)하에 상기 자장 1000G의 조건에 의한 인덕턴스 변화율 △L/L로 환산하여 ±3% 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 수지-몰드 치프 인덕터.
- 기본성분 조성 및 부성분 조성을 갖는 페라이트 산화물 자성재료로부터 만든 코어를 포함하며,상기 기본성분은 실질적으로Fe2O3로 환산하여 14 내지 19 몰%의 산화철;ZnO로 환산하여 11 내지 22 몰%의 산화아연;CuO로 환산하여 0 내지 6 몰%의 산화구리; 및잔부 산화니켈을 함유하고, 또한 상기 부성분은PbO로 환산하여 0.01 내지 15 중량%의 산화납;SiO2로 환산하여 0.01 내지 15 중량%의 산화규소 및/또는 탈크를 함유하며, 여기서 상기 페라이트 산화물 자성재료는 초기 자성투과율이 8이하이고, 소결밀도가 4.8g/cm3 이상, 또한 자성화 방향과 평행한 P=5(kg/mm2)의 압축응력하에서 1000G의 자장 인가조건에 의한 인덕턴스의 변화율 △L/L로 환산하여 항응력 항자장특성이 ±5%이내임을 특징으로 하는 수지-몰드 치프 인덕터.
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