TW543044B - Magnetic material and inductor - Google Patents
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Description
543044
543044 五、發明說明（2) 化小，即抗應力特性良好之鐵氧磁性體。 因此，為順應此等需求 # 數，且具有良好抗岸力#、 、V磁率具有負溫度係 碉民对柷應力特性之磁性材料。 =導磁率之溫度係數為負的鐵氧磁 JP-A-59-l2l8〇3 ' JP_A_59_1218〇4 、 jp JP-A-59M21155^JF-A-5 9- 1 2 1 1 56 ^,iM/-^^21'0^ 溫度係數在G及8G t之間範圍内同樣，鐵(磁率之 此外，此箄公止夕與浐点丨相_以， 、之鐵乳磁性體。 甘1 士 貝例顯不燒結密實體的密戶接古，曰 …可有效地改良產品的強度。然而，其無法ς告: 部應力時之電感變化的問題。 …、 /、畜產生卜 中二枯^JP-A — 1 一 1 7940 2提及一種電感器之鐵心，豆 中u括3鎳為必要成份之氧化物的鐵氧磁性體 至5重量百分比之及VA的至少一種，由此儘管 =丄電感之變化仍小 '然而，此組成物之鐵氧磁性體、 材料無法順應使導磁率之溫度係數為負的需求。 JP-A-3 -93 66 7說明一種高頻磁性材料，1呈有託至“莫 耳百分比之Fe2〇3，〇至20莫耳百分比之Zn〇，、其餘為Νι〇及、 CuO，且NiO之莫耳比大於Cu0之莫耳比之尖晶石型纽成 物’其包含0·1至12重量百分比之BiJ3及0〇5至4〇重量百 分比之si〇2為少量成份，且其即使係在高於1 MHz下之損 耗仍小。此外’將〇·〇1至1.5重量百分比之以…或與其等 量之氧化始或碳化鈷加至以上的高頻磁性材料作為另一例 子。其之一例子經由施加壓力而測量電感之變化，且顯示 電感對壓力的變化小。然而’起始導磁率之相對溫度係數
C:\專利案件總檔案\90\90127009\90127009(替換hl.ptc第6頁 543044
i號 90〗2700Q 五、發明說明（3) 皆法滿足使導磁率之溫度係數為負的需求。 莫耳百八卜^記述一種鐵氧磁性體組成物，其係25至40 ic!o，刀且=2〇3，°至20莫耳百分比之Ζη0，其餘〇 ΓνΛ: ?莫耳比大於Cu0之莫耳比之尖晶石型組成 分比：人分比之叫〇3及°_ °5至4. 〇重量百 38 = 4 份。然而’此例子僅顯示將Μ : 38.2莫耳百分比， 百分比及CuO : 3丨莫耳百分比之/#刀/匕Zn〇 : 8. 4莫耳 番旦百八A C · ή斗比基礎組成物加入Bi2〇3 ·· 3 里刀 12 ·0 ·8重量百分比的組成物。關於此實 鉍例，經由施加電壓測量電感之 ' ' Γ而=得之變化率並非利用預定以 ί，：=;將樹脂溶融前後之電感計算所得之值。： 此，未看到在例如，50 kpa之壓于徂u 内。此外，關於電感之溫度係、數，感是否係在±5% 使導磁率之溫度係數為負的需求值’且其無法滿足 主成份包含‘二87揭不至少包含氧化鐵及氧化鎳之 羊 私、乳化飢、氧化磷及氧仆石朋夕 插十工 種以上為添加劑，且盆尨，v笼_ A牛及乳化硼之一種或兩 加。添加劑諸如氧化㈣主：份 比。第-次成份為氧化矽，及A 至15重1百分 ίο. 〇重量百分比。第二次成份4成^之比為〇.1至 及氧化锶之一種或兩種以上，且氧化鈣、氧化鋇 10.0重量百分比。關於此種磁=成J之比為0.1至 壓力時之電感的變化率传在二:：性體’當施加50 kPa之 千你在± 5/0内，且在一“至⑽它之溫
543044
案號 90127009 五、發明說明（4) 度範圍内之起始導磁率的相對溫度係數
然而，在其實施例中，起始導磁料~ 20 ppm / C 立I、、表、Θ1 * 午t相對係數皆為正，且 其無法滿足使導磁率之溫度係數為負 發明之概沭 、 而衣。 如前所述，從未存在任何對起始 數，反呈古/尾S [Τ 4*1 4士 率'具有負溫度係 數且具有優異抗應力特性之磁性材料。因此，本發明之 一目的為提供起始導磁率之相對溫度 磁性材料。本發明之另-目的=供士= =性“斗之對電感具有負溫度係數，且具有小的電感容 許度之樹脂模塑型電感器。 本發明之第一態樣之磁性材料的特徵在於將包含46· 0至 51· 〇莫耳百分比之Fe2〇3、0· 5至15· 0莫耳百分比之Cu〇及其 餘為\ι〇之1〇〇份重量之主成份加入以“2〇3計為4· 〇至1〇· 〇 伤重里之氧化絲、以MgO计為ΐ·〇至5·〇份重量之氧化鎮、 以Si 〇2計為2· 〇至8. 〇份重量之氧化矽、及以c〇〇計為〇· 2至 0 · 5份重量之氧化鈷之添加劑。 在第一態樣之磁性材料中，起始導磁率之相對溫度係數 為負’且可得到優異的抗應力特性。因此，利用此磁性材 料可產生對電感具有負溫度係數，且具有小的電感容許度 之樹脂模塑型電感器。 在此，指定前述組成物的理由如下。在主成份中，如 Fe2〇3低於46· 0莫耳百分比，則燒結密實體之密度下降。燒 結密實體之密度及作為鐵心之比電阻經由F 〇4於大氣中燃 燒之沈殿，而開始自超過化學計量組成物之F 〇3的範圍下
C:\專利案件總檔案\90\90127009\90127009(替換第8頁 543044 案號 90127009
A 月 曰 修正 五、發明說明（5) 降。在F e2 超過5 1 · 0莫耳百八+少f m ^ ^ , ^ t 2 3 六寸曰分比之靶圍内可顯著地看到此 沈澱。 如CuO低於〇.j莫耳百分比，則鐵氧磁性體之燒結性質劣 匕，且燒結密實體之密度下降。相對地，當其多於丨5. 〇莫 耳百^7比日可’鐵心之比電阻降低。 在本發明’NiO係經包含為其餘的主成份，且此意味各 ，特性係由其他成份作調整’以產生其餘物。如未包含 N1 0，則比電阻減低。 另-方® ’在添加劑中，當氧化鉍潤濕及散佈於晶粒邊 界中時，抗應力特性尤其獲得改良。如包含許多氧化錢， 則溫度特性之改良效果亦提高。如氧化鉍之包含比低於 4. 〇份重量，則抗應力特性幾乎未改良，且具有起始導磁 率之負溫度係數的溫度特性亦劣化。如氧化鉍之包含比多 = 10.0份重量，則特性分散，其自燒結中的物質流出，黏 著其他的鐵心，且污染燒結儀器諸如安裝器。 、此外，經由包含氧化鎂之添加劑，可將溫度特性改良成 為具有負的起始導磁率之溫度係數的溫度特性。如氧化鎂 之比低於1 · 0份重量’則無法提供溫度特性的改良效果。 相對地，如氧化鎮之組成物比超過5· 〇份重量，則抗應力 特性將變差。 此外，經由在氧化鎂之外再包含氧化矽，溫度特性及抗 應力特性更為改良，且改良效果較單獨添加氧化鎂更為顯 著。如氧化矽之組成物比低於2 · 〇份重量，則幾乎無法得 到溫度特性的改良效果。如氧化矽之組成物比多於8. 〇份
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MM 9〇i27nnQ 發明說明（6) 重量’則抗應力特性變差。 此外’經由包含氧化鈷之添加劑，可改良前述的溫度特 性’且亦可提高q值。如氧化鈷之組成物比低於〇 · 2份重 ΐ ’則幾乎無法得到溫度特性的改良效果，且亦無法提高 Q值。另一方面，如氧化鈷之組成物比超過〇 · 5份重量，則 Q值上升’但溫度特性下降。 ^發明之第二態樣之磁性材料的特徵在於在本發明之第 悲樣中’氣化鎂及氧化石夕之添加劑係以滑石 [Mg3Si401G(〇H)2]計3· 〇至ι〇· 〇份重量加至1〇〇份之主成份 中 〇 士在第二態樣之磁性材料中，氧化鎂及氧化矽係以滑石同 日寸添加、。經由以滑石加入，可得到以其少量而具有負的起 始導磁率之溫度係數的溫度特性，且可改良抗應力特性。 如滑石之組成物比低於3. 0份重量，則幾乎無法提供溫度 特性的改良效果。另一方面，如組成物比超過丨〇· 〇份重 量，抗應力特性將劣化。 第三態樣之磁性材料的特徵在於在第一或第二態樣中， 在-2 0至20 t之間之溫度範圍内及在2〇至60。〇之間之溫度 範圍内之起始導磁率的相對溫度係數為負。 關於本發明之磁性材料，在—2〇至6〇 〇c之範圍内，磁性 材料係經構成使起始導磁率之溫度係數在2〇它以上及2〇 以下之各別範圍内成為負。因此，起始導磁率之溫度係數 在以上範圍的一部分内並未變為負，且在此種結合其他正 溫度係數之電子零件的電路中避免受溫度的改變。
543044 _案號90127009 _车月曰 修正___ 五、發明說明（7) 第四態樣之磁性材料的特徵在於在第一至第三態樣之任 何一者中，當在5 〇 kPa之壓力下加壓時之電感的變化率係 在± 5%内。 第四態樣之磁性材料可以使當在50 kPa之壓力下加壓時 之電感的變化率係在± 5 %内之方式而具有實際上足夠的抗 應力特性。 第五態樣之電感器的特徵在於電感器包括一含記述於第 一至第四態樣任一者中之磁性材料之鐵心，且此鐵心係利 用樹脂模塑。 當將包含本發明之磁性材料之鐵心應用至利用樹脂模塑 之電感器時，可產生具有對電感之負溫度係數、高抗應力 特性及小感應容許度之樹脂模塑型電感器。 致」圭具體例之詳細説明 根據本發明之磁 係製造如下。關於 Ni〇及氧化銅CuO。 鎂、氧化矽及氧化 化物之各種化合物 種類之以上所列的 比，作為終組成物 性材料包括前述的主 主成份，使用氧化鐵 關於經列舉成為添加 始，可使用經由燃燒 ’及以氧化物較佳， 氧化物。將原料混合 成份及添加劑，且 a-Fe2〇3、氧化鎳 劑之氧化紐、氧化 而改變成為此等氧 尤其希望使周各別 成為前述的組成物 接者將混合物煅燒。煅燒一般可在大-溫度為8 0 0至1 1 〇 〇 °c，及般燒時間兔] < 亍’且煅 、接下來，利用諸如球磨機將製得的煅製 土。 成為預定大小為止。於將緞製材料粉i4碎，直 设’適當地加
543044 曰 修正
__案號 90127〇nQ 五、發明說明（8) 適當的黏合劑如聚乙烯醇，以形成為預定的形狀。 接著將成形材料燃燒。燃燒一般可在大氣中進行，且般 燒溫度為9 0 0至1 20 0。(：較佳，及燃燒時間為2至5小時較又 佳0 將本發明之鐵氧磁性體加工成為預定形狀的鐵心，及於 盤繞必需的線材之後，將其樹脂模塑，並使用作為各別種 類之機械設備諸如電視機、錄影機、或行動通訊設備，例 如，行動電話及車用電話之固定電感器或晶片電感器。鐵 心之形狀並無特殊之限制，可列舉外徑及長度皆為2毫米 以下（例如1 · 8毫米X 1 · 5毫米）之鼓形鐵心。 使用作為模塑材料（屏蔽材料）之樹脂並無特殊之限制， 其可列出，例如，熱塑性樹脂及熱固性樹脂，及實際上為 聚烯烴樹脂、聚醯胺樹脂、聚碳酸酯樹脂、聚胺甲酸酯樹 脂、酚系樹脂、脲樹脂、環氧樹脂、聚酯等等。關於將模 塑材料成型之方式，可使用浸潰、塗布或吹氣成型，且可 使用射出成型或鑄塑成型。 圖1係顯不使用本發明之鐵氧磁性體之晶片電感器之一 組成例子之部分透明及透視圖。此例舉的晶片電感器使用 本發明之鐵氧磁性體，且其包括在兩端具有大直徑之邊的 鼓型鐵心1、盤繞於鐵心丨之筒上的線材2、將線材2之末端 4刀連接至外部電路及將鐵心丨固定於樹脂（模塑材料）内 之端電極3、及覆蓋此等元件之模塑材料4。 曰:曰二電感器之結構並不限於所示之例子，而係可採用各 種具體例。舉例來說，將例％，導線自鐵心之圓柱形軸之
543044 案號 90127009 曰 修. 五、發明說明（9) 中心部分連接至軸向之結構即足夠。此外，將在鐵心上設 有線材或導線之線圈胚材插於盒狀樹脂盒内及利用模塑材 料將開口部分密封之結構亦足夠。 ϋΜ 將各別主成份之原料及添加劑之原料稱重至表丨Α所示之 組成物比’並於球磨機中混合5小時。附帶一提，各別添 加劑之組成物比係相對於100份重量之主成份。樣品1至7 係在本發明之組成物範圍内的實施例，及樣品8至丨〇係超 出本發明之組成物範圍的比較實施例。 將如岫所述而製得之混合物於大氣中在9 〇 〇。〇下煅燒2小 時，。混合20小時，並於球磨機中粉碎。將粉碎後之混合物 乾燥亚加入1· 〇重量百分比之聚乙烯醇，然後在丨〇〇 kPa之 壓力下成形，以製得尺寸為5〇毫米χ 10毫米χ 7毫米之方 形及20毫米外徑、1〇毫米内徑及5毫米高度之環形。將此 等成形體在大氣中於表1A所示之溫度下燃燒2小時，而製 得各包括鐵氧磁性體之方形的鐵心樣品及環形的鐵心樣 品。 將方形的鐵心樣品於中心部分上盤繞丨4圈線材，並在定 速度下施加單軸壓縮，連續測量此時的電感值，及由所得 之測量值，計算電感的變化率。表1B顯示當施加50 kPa之 單軸壓縮時之電感的變化率AL/L。在此，L為在施加壓力 刖之電感，及△ L為經由施加壓力之電感的改變量，即在 施加壓力下之電感值減去在施加壓力前之電感。 附咿一提，利用艾可工程公司（Aik〇 Engineering
〕:\專利案件總檔案\90\90127009\90127009(替換)-l.ptc 第 ^ 543044 _案號90127009_年月日 修正_ 五、發明說明（10) I n c ·)製造之負荷試驗機器（測量台（M e a s u r i n g S t a n d) 1321 型、測量放大器（Measuring Amplifier)1011 CREEP 型及測力器（LOAD CELL) 38 0 0型）產生單軸壓力，及利用惠 普公司（Hewlett-Packard Company)製造之精密LCR計 4 284A測量電感值。 將線材於環形鐵心樣品上盤繞4 〇圈，然後利用LCR計測 量電感值。利用方程式1計算在1〇〇 kHz下之起始導磁率 (// i)，及在-2 0至2 0 °C及2 0至6 0 °C下之相對溫度係數 a // i r。在方程式1中，L及了2分別為測量導磁率之溫度， //込及// i2分別為在溫度乃及丁2下之起始導磁率。 [方程式1 ] β β h 1 a β ir = —---- ii2 T2-T\ 此外，對於一些樣品，將線材盤繞三圈，及利用惠普公 司製造之網路/光譜分析儀（Network/Spectrum Analyzer) 4195A測量在2 0 0 MHz下之Q，而求得Q2QD。結果 示於表1 A及1 B。
C:\專利案件總檔案\90\90]27009\90127009(替換)-l.ptc 第 14 頁 543044 _案號90127009_年月日 修正 五、發明說明（11) [表 1 A ] ·ί-:-ώ Γ_Ί 々永叩 編號 組成物比 主成份(莫耳％) 添加劑(份重量） _ 烘烤 )囚1在 •/皿反 (cC) Fe2〇3 Ni〇 Cu〇 Bi2〇3 Mg〇 Si02 CoO 滑石 1 47.4 51 . 6 1.0 6.0 2.2 4.3 0.25 1030 2 47.9 51.1 1.0 6.0 2.2 4.3 0.20 1030 3 47.9 51.1 1 . 0 6.〇 2.2 4.3 0.25 1030 4 47.9 51.1 1. 0 6.0 2.2 4.3 0.30 1000 5 47.9 51.1 1.0 6.0 2.2 4.3 0.35 1000 6 48.4 50.6 1 . 0 6.0 2.2 4.3 0.25 1030 7. 47.9 51.1 1. 0 6.0 0.25 6.5 1030 8(比較） 47.4 51.6 1.0 2 .〇 0.7 1.3 1030 9(比較） 48.4 50.6 1 . 0 6.0 2.2 4.3 0.6 1030 1〇(比較） 48.4 50.6 1.0 6.0 2.2 4.3 0.9 1030
C:\專利案件總檔案\90\90127009\90127009(替換)-].ptc 第 15 頁 543044
样口 今氷m:丨 特性 編號 μΐ 〇(pir (~2〇~2〇〇C) (ppm/°c) cvpir (20〜60oc) (ppm/°c) △ L/L (¾) Q:oo 1 5.8 -16.5 -3.1 -3.3 30 2 7.6 -5.6 -6.1 -3.1 18 3 6.4 -6.5 -8.1 — 3-3 21 4 5.7 -0.4 -4 . 8 -3.2 31 5 5.6 -1 · 6 -1.3 -3 · 2 33 6 6.8 -4.7 -1.7 -1.9 14 7 6.9 -5.2 -6.9 -2.7 21 比較） 6.2 + 47.9 + 49. 3 -15.7 6 9(比較） 6.2 + 6.3 + 5.4 - 3.Ί 32 1〇(比較） 6.1 +121.5 + 43.5 -3. S 51 [表 1 B ] 如由表1 A及1 B所見，關於在本發明之範圍内的樣品1至 7 ’在-20至20 °C及20至60 °C之溫度範圍内，電感之相對溫 度係數a /z ir皆為負。電感之變化率al/l為—5· 0以下， 且可得到良好的抗應力特性。相對地，如Bi2〇3、MgO及 S i 〇2之組成物比係低於本發明之範圍如樣品8之比較實施 例’及當不存在C 〇 0時，電感之相對溫度係數α # i r為 正’且不僅此值大，並且電感之變化率△ L / L顯著地大， 及抗應力特性差。在C〇0之組成物比係高於本發明之範圍 的樣品9及1 0中，電感之相對溫度係數# i r為正。
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Claims (1)
- 543044 修正 直號90127咖 六、申請專利範圍 1 · 一種磁性材料，包含： 八^括0至51. 〇莫耳百分比之Fe2〇3、〇. 5至15. 〇莫耳百 刀比之CuO及其餘為以〇之主成份；及 相對於1 〇 〇份重|p本成份 4 更里之忒主成切包括以Bl2 03計為4.0至 1〇.〇t重”氧化紐、以Mg0計為1〇至5.〇份重量之氧化 η/二: 2.0至8.〇份重量之氧化石夕、及以㈤計為 0 · 2至0. 5份重量之氧化鈷之添加劑。 2 ·如申請專利範圍第1項之磁性材料， 二中4添加劑之該氧化鎂及該氧化矽係相對於1 0 〇份 重該主成份，以滑石[Mg3Si4〇]D(〇H)2]計為3.〇至1〇 〇 份重量添加。 3 ·如申请專利範圍第1項之磁性材料， 其中，在―20及20。〇之間之溫度範圍内及在20及60 °C之 間之溫度辄圍内之起始導磁率的相對溫度係數為負。 4 ·如申請專利範圍第1項之磁性材料， 其中，在50 kPa之壓力下加壓時之電感的變化率 5% 内。 一 5· —種電感器，包含由磁性材料製成之鐵心，該磁性 料包括： 包括46.0至51.〇莫耳百分比之{?^〇3、〇5至15〇莫耳百 分比之CuO及其餘為Ni〇之主成份；及 相對於1〇〇份重量之該主成份，包括以“2〇3計為4 〇至 10.0份重量之氧化鉍、以Mg0計為1〇至5. 〇份重量之氧化 鎂、以Sl〇2計為2.0至8·〇份重量之氧化矽、及以c〇〇計為1111 rh；1\\八326\專利案件總檔·\則27〇〇9\9〇丨27〇〇9(替換卜]._第19 頁 543044 _案號90127009_年月曰 修正_ 六、申請專利範圍 0 · 2至0 · 5份重量之氧化名古之添力口劑， 其中，該鐵心係利用樹脂模塑。 6. 如申請專利範圍第5項之電感器， 其中，該添加劑之該氧化鎂及該氧化矽係相對於1 0 0份 重量之該主成份，以滑石[1^33丨401。（0}〇2]計為3.0至10.0 份重量添加。 7. 如申請專利範圍第5項之電感器， 其中，在-20及20 °C之間之溫度範圍内及在20及60 °C之 間之溫度範圍内之起始導磁率的相對溫度係數為負。 8. 如申請專利範圍第5項之電感器， 其中，在5 0 kPa之壓力下加壓時之電感的變化率係在土 5%内0\\A326\專利案件總檔\90\90]27009\90127009(替換)-：l.ptc第 20 頁
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