WO2005005341A1 - 磁性フェライトおよびそれを用いた磁性素子 - Google Patents

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Tsutomu Inuzuka
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Definitions

  • the present invention relates to a magnetic ferrite used for various electronic devices and a magnetic element using the same.
  • magnetic ferrites are spinel ferrites containing iron oxide, zinc oxide, nickel oxide, manganese oxide, and magnesium oxide as main components, that is, Mn-Zn ferrite, Ni-Zn ferrite, M
  • the basic composition is g ferrite.
  • hexagonal ferrites containing iron oxide, barium oxide, and strontium oxide as main components have been used in electronic circuits in the band exceeding 20 O MHz.
  • JP-A-5-36517 An example of a magnetic material using this hexagonal ferrite is disclosed in JP-A-5-36517.
  • the frequency at which the loss component 2 "sharply increases is less than 1 GHz.
  • the magnetic element using the conventional magnetic ferrite as a magnetic core has a frequency up to 1 GHz.
  • Use of Use is the limit.
  • high-frequency technology accompanying the digitalization of electronic devices using these magnetic elements has been remarkably advanced.
  • the present invention solves the above-mentioned conventional problems, and realizes a magnetic ferrite having a frequency at which a loss component "abruptly increases" has a frequency of 1 GHz or more, and 1 GH using the magnetic ferrite.
  • a magnetic element which can be used at a frequency of z or more.
  • the present invention provides at least one of the group consisting of iron oxide, cobalt oxide, and zinc oxide as main components and at least titanium, tantalum, indium, zirconium, lithium, tin, and vanadium as accessory components.
  • a magnetic ferrite including the one and a magnetic element using the same.
  • FIG. 1 is a characteristic diagram of the magnetic ferrite according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a characteristic diagram showing the relationship between the magnetic permeability and the amount of the subcomponent added in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a perspective view illustrating a structure of an insulator used for an inductance element as an example of a magnetic element according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 4 shows an example of a magnetic element according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 4 is a partially cutaway perspective view of the inductance element of FIG.
  • FIG. 5 is a diagram showing a laminated structure of an impedance element as another example of the magnetic element according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a perspective view of an impedance element as another example of the magnetic element according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 7 is a perspective view of a ring-shaped core according to Embodiment 4 of the present invention.
  • FIG. 8 is a partially cutaway perspective view of a common mode noise filter as another example of the magnetic element according to the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a perspective view of a ferrite core used for an antenna element as another example of the magnetic element according to the fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a partially cutaway perspective view of an antenna element as another example of the magnetic element according to the fifth embodiment of the present invention.
  • BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION a magnetic ferrite of the present invention and a magnetic element using the same will be described in detail with reference to the drawings.
  • Embodiment 1 will be described with reference to FIG. 1 and FIG.
  • the granulated powder is formed into a ring shape, and fired at a temperature at which the fired body becomes dense, for example, at a temperature of 1200 to 130 ° C., to obtain a toroidal core (this is referred to as product 1 of the present invention).
  • a toroidal core was prepared using hexagonal ferrite with almost the same magnetic permeability (referred to as Comparative Product 1).
  • Figure 1 shows a comparison of the properties of the two toroidal cores obtained.
  • a and B in the figure represent and of the product 1 of the present invention, respectively.
  • C and D in the figure represent, and of Comparative Product 1, respectively.
  • the frequency at which the loss component "(curve D) sharply increases is around 0.8 GHz in the comparative product 1.
  • the loss component increases as shown by the curve B. The frequency is shifted to the high frequency side near 1.5 GHz.
  • the magnetic permeability ⁇ ' is maintained at about 3 up to around 6 GHz.
  • the product of the present invention has magnetic properties that can be sufficiently used as a magnetic ferrite used in the GHz band.
  • the magnetic ferrite of the present invention 1 to 12 has a higher magnetic permeability 'and a smaller loss component ⁇ "than the comparative product 2. Further, it can be seen that the effect is particularly large in the range surrounded by the compositions of the products 2 to 7 of the present invention.
  • the product of the present invention is a high-frequency magnetic ferrite having excellent characteristics for use in the GHz band.
  • FIG. 2 shows the change in the magnetic permeability at 2 GHz when various auxiliary components were added to the ferrite calcined powder having the composition of the product 1 of the present invention.
  • the permeability / z ′ was increased as the added amount was increased, and a characteristic improvement of up to about 60% was observed.
  • the increase in permeability ' was slight, and the addition of 2.5 wt% It can be seen that the addition of the component lowers the magnetic permeability ⁇ 'as compared with the case where no subcomponent is added.
  • At least one of the group consisting of titanium, tantalum, indium, zirconium, lithium, tin, and vanadium is added as an accessory component in an amount of 0.2 to 2.0 wt% in terms of oxide. It turns out that it is preferable.
  • a toroidal core was produced from the magnetic ferrite obtained by adding the plurality of subcomponents shown in Table 2 as additives to the ferrite calcined powder of the present invention product 1 through the same process as described above. (Referred to as the present invention 13 to 19).
  • a toroidal core was prepared using magnetic ferrite without adding an auxiliary component to the ferrite calcined powder of the product 1 of the present invention (referred to as comparative product 3).
  • Table 2 shows their magnetic properties.
  • oxide or the added sub-component as a raw material of the main component different oxides or carbonates thereof valences, examples Ebaji 0_Rei, (0 2 0 3, (3 0 2 ⁇ 4, C o C_ ⁇ It has been confirmed that a similar effect can be obtained in any of the three cases.
  • Embodiment 2 will be described with reference to FIG. 3 and FIG.
  • insulator 1 is a magnetic ferrite having the composition shown in Table 3.
  • a conductor coil 2 made of copper, silver, or the like is formed on the surface of the insulator 1
  • an insulating layer 3 made of resin or the like is formed on the surface of the conductor coil 2, and two conductors connected to both ends of the conductor coil 2 are formed.
  • One external electrode 4 is formed to constitute an inductance element.
  • a ferrite calcined powder having the same composition as the product 1 of the present invention is prepared.
  • the oxide shown in Table 3 was added to the calcined ferrite powder as an auxiliary component and kneaded to obtain a granulated powder through a process similar to that of the first embodiment.
  • the granulated powder is filled in a mold, molded under predetermined molding conditions, and then calcined at a temperature at which the calcined body becomes dense, for example, at a temperature of 1200 to 130 ° C.
  • a conductor coil 2 is formed on the insulator 1 by winding or the like, and then an insulator layer 3 is formed using an insulating resin or an insulating inorganic material. In this way, the inductance element shown in FIG. 4 is obtained (referred to as present invention products 20 to 26).
  • Table 3 shows the characteristics of these inductance elements.
  • the inductance element of the comparative product 5 has a frequency at which the Q value has a maximum value of about 0.8 GHz, and at frequencies of 1 GHz or more, the loss is large and cannot be used in the GHz band.
  • the frequencies showing the maximum Q value are all 1 to 3 GHz. In other words, it can be seen that this is an inductance element that can be used in the GHz band.
  • the same effect can be obtained by forming the insulator 1 by laminating green sheets and cutting or punching to a desired size other than the compression molding method of the granulated powder.
  • the conductor coil 2 instead of winding, it is also possible to form a spiral coil using a laser cut or a grindstone after forming the entire surface using plating technology or thin film technology. Similar effects can be obtained.
  • a magnetic material may be mixed in the insulator layer 3. With such a configuration, the inductance value can be further improved.
  • the magnetic material to be put into the insulator layer 3 it is preferable to use the powder of the magnetic ferrite according to the present invention.
  • the Q value increases as the particle size of the magnetic ferrite powder increases, it is most preferable to set the particle size to 45 m or more.
  • the inductance element by forming a conductor coil on the magnetic ferrite.
  • the larger the value the larger the inductance value can be designed or the size can be reduced.
  • the smaller the loss component ⁇ "of the magnetic ferrite used the larger the Q value, so that the The higher the Q value, the better the high-frequency inductance element.
  • the meandering conductor 5 is formed of platinum, palladium, or the like.
  • a magnetic ferrite 6 is formed by laminating a magnetic ferrite green sheet or the like with the conductor 5 interposed therebetween. This magnetic light 6 is an insulator.
  • two external electrodes 7 connected to both ends of the conductor 5 formed therein are formed to constitute an impedance element.
  • the impedance element used as a noise suppression component is realized by covering the conductor 5 as a signal line with the magnetic ferrite 6.
  • the frequency at which the loss component of the magnetic ferrite 6 rapidly increases is taken as the cutoff frequency, and at higher frequencies, the impedance value of the impedance element is selectively increased, so that it has a frequency component higher than the cutoff frequency.
  • the impedance value can be designed to be larger, and this is an excellent impedance element.
  • an appropriate amount of pure water is added thereto, mixed using a pole mill, and dried at 120 to obtain a mixed powder. After calcining this mixed powder at 900 ° C, it is pulverized using a planetary pole mill until the maximum particle size becomes 8 m or less to obtain a calcined ferrite powder.
  • the additives shown in Table 4 are added to the calcined ferrite powder as additives.
  • This ferrite slurry is applied by a doctor blade method to obtain a ferrite green sheet.
  • a pattern of the conductor 5 is printed using a Pt paste.
  • a plurality of ferrite green sheets on which the pattern of the conductor 5 is formed by printing and a plurality of ferrite green sheets on which the conductor 5 is not formed are formed so as to have a desired thickness. Then, it is cut into individual pieces to obtain a chip-shaped molded product.
  • a sintered body of magnetic ferrite having the conductor 5 formed in the inner layer is obtained.
  • Two external electrodes 7 connected to both ends of the conductor 5 are formed at both ends of the sintered body of the magnetic ferrite.
  • the impedance element shown in FIG. 6 can be completed (referred to as present invention products 27 to 33).
  • an impedance element was fabricated using hexagonal ferrite (referred to as comparative product 6).
  • Table 4 shows a comparison of the electrical characteristics of the impedance elements thus obtained.
  • the products of the present invention 27 to 33 have a higher power-off frequency (meaning the frequency at which the impedance becomes 10 ⁇ ) than the comparative product 6, and as noise filters for the GHz band.
  • This is an impedance element that can be used.
  • the impedance value is large, indicating that it is an excellent impedance element.
  • the Pt pattern of the conductor 5 formed inside may be other than the meander shape.
  • a ferrite green chip through a via The coils may be formed in a spiral by stacking the coils.
  • the distance it is desirable to increase the distance, and it is most preferable that the distance be 200 m or more.
  • the material forming the conductor 5 may be Pd or an alloy of Pt and Pd, but Pt or Pd is preferable for increasing the conductivity.
  • Embodiment 4 will be described with reference to FIG. 7 and FIG.
  • the ring-shaped core 9 is made of magnetic ferrite, and two conductor coils 10 made of copper or silver are formed on the surface of the core.
  • An insulator layer 11 made of resin or the like is formed on the surfaces of the two conductor coils 10. Further, four external electrodes 12 connected to the terminals of the two conductor coils 10 are formed to form a common mode noise filter. Le Yu is composed. .
  • a common mode noise filter used for a differential transmission line of a general electronic circuit has a structure in which two conductor coils 10 are wound around a ring-shaped core 9 of magnetic ferrite in the same direction.
  • the magnetic coupling between the two differential transmission lines is enhanced by using the magnetic permeability of the magnetic ferrite, and the common mode component is removed.
  • the smaller the loss component of the magnetic ferrite used at this time is, the smaller the loss of the differential mode, that is, the loss of the signal level to be transmitted, is an excellent common mode noise filter.
  • an excellent common mode noise filter that can be used in the GHz band can be realized.
  • the granulated powder is formed into a ring shape and fired at 1200 to 130 ° C. to obtain a ring-shaped core 9. Double winding is performed on the ring-shaped core 9 in the same direction to form two conductor coils 10.
  • the insulator layer 11 is formed by resin molding, and the external electrodes 12 connected to the terminals of the two conductor coils 10 are formed.
  • the ring-shaped core 9 with the winding is molded with the insulator layer 11 to realize surface mounting, the two conductor coils 10 are directly connected to a substrate etc. without resin molding. A similar effect can be obtained.
  • Embodiment 5 will be described with reference to FIG. 9 and FIG.
  • the ferrite core 13 is made of a magnetic ferrite.
  • a conductor coil 14 made of copper or silver is formed on the surface of the ferrite core 13, and an insulator layer 15 made of resin or the like is formed on the surface of the conductor coil 14 to form an antenna element. ing.
  • the manufacturing method of the antenna element configured as described above will be described below.
  • the subcomponents shown in Table 6 are added as additives to the same main components as the product 1 of the present invention, and a granulated powder is obtained through a process similar to that of the first embodiment.
  • the granulated powder is formed into a rod, it is fired at 1200 to 130 ° C. Thereafter, the ferrite core 13 of the antenna element is obtained by cutting the shape shown in FIG. Next, a metal having a low resistance such as copper or silver is formed on the entire surface of the ferrite core 13 by a plating method or the like, and laser cutting is performed in a spiral shape to form the conductor coil 14.
  • the ferrite core 13 on which the conductor coil 14 is formed is molded by resin molding and covered with an insulator layer 15.
  • the antenna element shown in FIG. 10 is completed (referred to as present invention products 41 to 47).
  • an antenna element using a resin having a similar shape as a core (Comparative Product 8) and an antenna element using hexagonal ferrite as a ferrite core 13 (Comparative Product 9) were produced.
  • the present invention 47 v 2 o 3 2 7 1-1.7
  • Comparative product 9 1 8.8 From the results in Table 6, it can be seen that the antenna element of the present invention has a smaller size as the magnetic permeability of the magnetic ferrite used is larger than the antenna element having a resin core.
  • the antenna element using hexagonal ferrite as the ferrite core 13 has a large radiation loss, and the size of the antenna element could not be determined accurately.
  • the radiation loss of the antenna element using the hexagonal ferrite is large, it can be seen that the radiation loss of the present invention product is so small that it can be actually used in the 2 GHz band.
  • connection to the circuit may be performed by soldering or caulking, but it is more preferable to secure the connection strength by forming the connection portion into a screw shape.
  • This screw shape may be a powder pressing method using a split mold other than the cutting method.
  • Ag, Cu, Au, A1, Ni, Pt, Pd, and the like are used as the material for metal plating, but Ag and Cu having high conductivity are more preferable.
  • the method of forming the conductor coil 14 may be a method of winding a wire or a method of punching a metal sheet into a coil, and the same effect can be obtained.
  • a thin nonmagnetic material film may be formed between the surface of the ferrite core 13 and the conductor coil 14.
  • the antenna element may be covered with a resin mold or a resin molded product cap. Further, since the effect of shortening the wavelength due to the magnetic permeability ⁇ 'is used, it goes without saying that a similar effect can be obtained not only for the helical type antenna element but also for an antenna element such as a patch antenna. Absent.
  • the magnetic ferrite of the present invention is a magnetic ferrite containing iron oxide, cobalt oxide, and zinc oxide as main components, and at least any of titanium, tantalum, indium, zirconium, lithium, tin, and vanadium as accessory components.
  • the frequency at which the loss component rapidly increases is 1 GHz or more, and a magnetic ferrite having a small loss component and a high magnetic permeability ′ at 1 GHz or more can be realized.
  • Magnetic ferrite of the present invention iron oxide: cobalt oxide: the mixing ratio of zinc oxide F e 2 ⁇ 3, C O_ ⁇ , Z n O translated at 5 0: 4 7: 3, 5 0: 4 2: 8 , 45: 52: 3, 44:42:14, 42: 52: 6, 42: 44: 14mo Magnetic ferrite within the composition range enclosed by 1% A magnetic ferrite having more excellent high-frequency characteristics can be realized.
  • the magnetic ferrite of the present invention contains at least 0.2 to 2.0 wt% of any of titanium, tantalum, indium, zirconium, lithium, tin, and vanadium as oxides as accessory components.
  • a magnetic ferrite having a high magnetic permeability can be realized by setting the component ratio.
  • the magnetic ferrite of the present invention comprises: a rod-shaped insulator; a conductor coil spirally provided on the insulator; an insulator layer covering the conductor coil; A magnetic element comprising two external electrodes connected to the conductor coil, wherein the insulator is an inductance element using the magnetic ferrite according to any one of claims 1 to 3, and 1 GHz Even above, an inductance element having a large Q and capable of shortening the internal conductor line can be realized.
  • the magnetic ferrite of the present invention comprises: a magnetic insulator; a conductor coil provided in a meandering shape inside the magnetic insulator; and two external electrodes connected to the conductor coil.
  • a magnetic element which is an impedance element using the magnetic ferrite according to any one of claims 1 to 3, wherein a cut-off frequency of a low-pass filter can be set to 1 GHz or more and has a large impedance value. Therefore, an impedance element capable of efficiently cutting noise can be realized.
  • the magnetic ferrite of the present invention comprises a ring-shaped core, two conductor coils wound in the same direction on the ring-shaped core, an insulator layer covering the conductor coil, and four conductors connected to the conductor coil.
  • a magnetic element comprising a common mode noise filter using the magnetic ferrite according to any one of claims 1 to 3 as the ring-shaped core, and a frequency band of a transmission signal.
  • a common mode noise filter with a large coupling coefficient that can be designed at 1 GHz or higher and used in the GHz band can be realized.
  • the present invention comprises a ferrite core, a conductor coil spirally wound around the core, and an insulator layer covering the conductor coil.
  • the ferrite core according to any one of claims 1 to 3, A magnetic element that is an antenna element using magnetic ferrite. A small antenna element at z can be realized.
  • the magnetic ferrite of the present invention can provide a magnetic element that can be used in an electronic circuit used in the GHz band.

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Abstract

GHz帯で優れた性能を有する磁性フェライトと、この磁性フェライトを磁芯とする高周波特性に優れた磁性素子を提供する。 酸化鉄と酸化コバルトと酸化亜鉛とを主成分とし、さらに副成分としてチタン、タンタル、インジウム、ジルコニウム、リチウム、錫、バナジウムからなる群のうちの少なくともいずれか一つを含む構成とする。

Description

明細書
磁性フェライ トおよびそれを用いた磁性素子 技術分野
本発明は各種電子機器に用いられる磁性フェライ トおよびそれ を用いた磁性素子に関する。 背景技術
従来、 磁性フェライ トは酸化鉄、 酸化亜鉛、 酸化ニッケル、 酸 化マンガン、 酸化マグネシウムを主成分としたスピネル型フェラ イ ト、 すなわち M n— Z nフェライ ト、 N i — Z nフェライ ト、 M gフェライ 卜を基本組成としている。 そして、 主成分の配合 比率や副成分の添加量の調整を行う ことにより、 低周波から 2 0 O MH z前後までの高周波の電子回路に用いられている。
これらの電子回路に用いられる磁性素子は、 磁芯に用いられる 磁性フェライ トの複素透磁率 = ' - {1 " X i ( ζ ' : 透磁率、 ": 損失成分) を利用してさまざまな特性を実現している。
さらに、 最近では 2 0 O MH z を超える帯域の電子回路には、 酸化鉄、 酸化バリウム、 酸化ス トロンチウムを主成分とした六方 晶フェライ トが用いられている。
なお、 この六方晶フェライ トを用いた磁性材料の例が、 特開平 5 - 3 6 5 1 7号公報が開示されている。
しかしながら、 上記従来の磁性フェライ トは、 損失成分 2 " が 急激に増大する周波数が 1 GH z未満である。 その結果、 従来 の磁性フェライ トを磁芯に用いた磁性素子は、 1 GH z までの使 用が限界である。 一方、 これらの磁性素子を用いる電子機器の デジタル化に伴う高周波化技術は、 著しく進展している。
これらの高速大容量の信号を処理するためには、 より高周波化 に対応できる部品の実現が不可欠である。
本発明は、 上記従来の問題点を解決するものであり、 損失成分 " が急激に増大する周波数が 1 G H z以上を有する磁性フェラ イ トを実現するとともに、 その磁性フェライ トを用いた 1 G H z 以上の周波数での使用が可能な磁性素子を提供する。 発明の開示
本発明は、酸化鉄と、酸化コバルトと酸化亜鉛とを主成分とし、 副成分として少なく ともチタン、 タンタル、 インジウム、 ジルコ 二ゥム、 リチウム、 錫、 バナジウムからなる群の内の少なく とも いずれか一つを含む磁性フェライ トおよびそれを用いた磁性素子 を提供する。 図面の簡単な説明
図 1 は、 本発明の実施の形態 1 における磁性フェライ トの特性 図である。
図 2は、 本発明の実施の形態 1 における透磁率と副成分の添加 量との関係を示す特性図である。
図 3は、 本発明の実施の形態 2 における磁性素子の一例として のインダク夕ンス素子に用いる碍子の構造を説明するための斜視 図である。
図 4は、 本発明の実施の形態 2 における磁性素子の一例として のインダクタンス素子の一部切り欠き斜視図である。
図 5は、 本発明の実施の形態 3における磁性素子の他の例とし てのインピーダンス素子の積層の構造を示す図である。
図 6は、 本発明の実施の形態 3 における磁性素子の他の例とし てのインピーダンス素子の斜視図である。
図 7は、 本発明の実施の形態 4におけるリ ング状コアの斜視図 である。
図 8は、 本発明の実施の形態 4における磁性素子の他の例とし てのコモンモードノイズフィル夕の一部切り欠き斜視図である。
図 9は、 本発明の実施の形態 5における磁性素子の他の例とし てのアンテナ素子に用いるフェライ トコアの斜視図である。
図 1 0は、 本発明の実施の形態 5 における磁性素子の他の例と してのアンテナ素子の一部切り欠き斜視図である。 発明を実施するための最良の形態 以下、 本発明の磁性フェライ トおよびそれを用いた磁性素子に ついて、 図面を参照しながら詳細に説明する。
なお、 図面は模式図であり、 各位置を寸法的に正しく示したも のではない。
(実施の形態 1 )
実施の形態 1 を図 1 と図 2 を参照しながら説明する。 本発明 の磁性フェライ トの出発原料である市販の酸化鉄粉と酸化亜鉛粉 と酸化コバルト粉を、 F e 203 : Z n O : C o〇 = 4 8. 0 : 6. 5 : 4 5. 5 m o 1 %の組成比で配合する。
次に、 これに純水を適量加えてポールミルを用いて混合した後 1 2 0 °Cで乾燥して混合粉を得る。 この混合粉を 9 0 0 °Cで仮 焼した後、 遊星ポールミルを用いて最大粒径が 8 以下になる まで粉砕してフェライ ト仮焼粉を得る。 このフェライ ト仮焼粉 に l w t %の S n〇2を加えて混合する。 さらに、 この混合粉に P V A (ポリ ビニルアルコール) 水溶液を適量添加して混練する ことにより、 平均粒径約 2 0 mの造粒粉を作製する。
この造粒粉をリ ング形状に成形し、 焼成体が緻密になる温度、 例えば 1 2 0 0〜 1 3 0 0 °Cで焼成し、トロイダルコアを得る(こ れを本発明品 1 という)。 比較のために透磁率の殆ど等しい六方 晶フェライ トを用いて、 トロイダルコアを作製した (比較品 1 と いう)。 得られた 2つのトロイダルコアの特性を比較したものを 図 1 に示す。 図中の Aと Bは、 本発明品 1 の と をそれ ぞれ表している。 図中の Cと Dは、 比較品 1 の , と をそ れぞれ表している。 図 1 に示すように、 比較品 1では損失成分 " (曲線 D )が急激に増大する周波数が 0 . 8 G H z付近である。 一方、 本発明品 1では、 曲線 Bが示すように増大する周波数は 1 . 5 G H z付近の高周波側へシフ トしている。
また、 曲線 Aが示すように、 透磁率 ^ ' は 6 G H z付近まで約 3 を維持している。 つまり、 本発明品は、 G H z帯で用いる磁 性フェライ トとして十分利用できる磁気特性を有していることが わかる。
また、 同様のプロセスを用いて酸化鉄、 酸化亜鉛および酸化コ バルトを表 1 に示す主成分の組成比となるように配合し、 副成分 として S n〇2を 2 w t %添加した トロイダルコアを作製した(本 発明品 1〜 1 2 )。 られた各種.トロイダルコアの磁気特性を表 1 に示す 表 1
Figure imgf000007_0001
E : F e 9 O , F : C o O G : S n O 表 1の結果より、本発明品 1〜 1 2は比較品 2 に比べて透磁率 ' が高く、 損失成分 ^ " が小さい磁性フェライ トを実現しているこ とがわかる。 さらに、 本発明品 2〜 7の組成に囲まれた範囲内 において、 特にその効果が大きいことがわかる。
これらのことから、 本発明品は G H z帯で用いるために優れた 特性を有する高周波用の磁性フェライ トであることがわかる。
次に、 本発明品 1 の組成を有するフェライ ト仮焼粉に、 各種副 成分を添加したときの 2 G H z における透磁率 の変化を図 2 に示す。 図 2 に示すように、添加する副成分の添加量が 2 w t % までは、 添加量が多くなるほど透磁率/ z ' は大きくなり、 最大約 6 0 %もの特性向上が認められた。 ただし、 0 . 1 w t %の添 加では透磁率 ' の増大はわずかであり、 また 2 . 5 w t %の副 成分の添加は副成分を添加しない場合に比べて透磁率 ^ ' が低下 していることがわかる。 以上の結果より、 副成分として少なく ともチタン、 タンタル、 インジウム、 ジルコニウム、 リチウム、 錫、 バナジウムからなる群のうちのいずれか一つを、 酸化物換算 で 0 . 2〜 2 . 0 w t %添加することが好ましいことがわかる。
次に、 前記本発明品 1 のフェライ ト仮焼粉に、 表 2で示した複 数の副成分を添加物として加えた磁性フェライ トから、 前記と同 様のプロセスを経てトロイダルコアを作製した (本発明品 1 3〜 1 9 という)。 また比較のために、 本発明品 1 のフェライ ト仮焼 粉に副成分を添加しない磁性フェライ トを用いてトロイダルコア を作製した (比較品 3 という)。
そしてそれらの磁気特性を、 表 2 に示す。
表 2
Figure imgf000008_0001
表 2の結果より、 本発明品 1 3〜 1 9では副成分を同時に 2つ 以上添加した場合においても、 副成分を添加しない比較品 3 に対 して 2 G H z における透磁率 ' が大きくなつていることがわか る。 これらの副成分は主成分の焼成挙動に促進的に作用し、 複 合添加した場合にも副次的に焼結を阻害することなく作用してい るものと思われる。 なお、 主成分である酸化鉄、 酸化亜鉛、 酸 化コバルトの組成範囲が、 本発明品 2から本発明品 7 の組成範囲 内においても副成分の複数の添加による同様な効果が認められた また、 主成分の原料となる酸化物や添加した副成分が、 価数の 異なる酸化物もしくは炭酸物、例ぇばじ 0〇, ( 0 2 0 3 , (3 0 24 , C o C〇3 のいずれであっても同様な効果が得られることを確認 している。
(実施の形態 2 )
実施の形態 2 を、 図 3 と図 4を参照しながら説明する。
図 3および図 4において、 碍子 1 は表 3に示した組成を有する 磁性フェライ トである。 この碍子 1 の表面には銅もしくは銀な どからなる導体コイル 2 を形成し、 導体コイル 2 の表面には樹脂 などからなる絶縁体層 3 を形成し、 導体コイル 2 の両端に接続さ れる二つの外部電極 4を形成してインダク夕ンス素子が構成され ている。
以上のように構成されたインダクタンス素子について、 以下に その製造方法を説明しながら、 その構造および電気特性について 説明する。
まず初めに、 本発明品 1 と同じ組成を有するフェライ ト仮焼粉 を準備する。 次に、 このフェライ ト仮焼粉に副成分として表 3 に示した酸化物を加えて混練することにより、 実施の形態 1 と同 様なプロセスを経て造粒粉を得た。
次に、 この造粒粉を金型内に充填し、 所定の成形条件にて成形 した後、 焼成体が緻密になる温度、 例えば 1 2 0 0〜 1 3 0 0 °C で焼成することにより碍子 1 を得る。 次に、 この碍子 1 に巻き線などにより導体コイル 2 を形成し、 その後絶縁性樹脂あるいは絶縁性無機材料を用いて絶縁体層 3 を 形成する。 このようにして、 図 4に示すインダクタンス素子を 得る (本発明品 2 0〜 2 6 という)。
比較のために、 アルミナを碍子 1 として用いたインダクタンス 素子 (比較品 4 ) と、 六方晶フェライ トを碍子 1 として用いたィ ンダクタンス素子 (比較品 5 ) とを作製した。
これらのインダクタンス素子の特性を表 3 に示す。
表 3
Figure imgf000010_0001
表 3の結果より、 本発明品 2 0〜 2 6は比較品 4 と比較して透 磁率 ' が大きくなるに従ってインダクタンス値が大きくなつて いる。 つまり、 高周波回路におけるインダク夕ンス素子として 大きな特性改善が認められる。
また、 比較品 5のインダクタンス素子は、 Q値の最大を示す周 波数が 0. 8 GH z前後であり、 1 GH z以上の周波数では損失 が大きくなり GH z帯で使用できない。 一方、 本発明品 2 0〜 2 6では Q値の最大を示す周波数はすべて 1〜 3 GH zである。 つまり、 G H z帯での使用が可能なインダク夕ンス素子である ことがわかる。
なお、 碍子 1 は造粒粉体の圧縮成形法以外にもグリーンシート を積層し、 所望のサイズに切断もしくは打ち抜きにより作製して も同様の効果が得られる。
また、 導体コイル 2の形成においても巻き線ではなく、 全面に めっき技術或いは薄膜技術を用いて形成した後、 らせん状にレー ザ一カッ トあるいは砥石を用いてスパイラル状のコイルを形成し ても同様の効果を得ることができる。
また、 絶縁体層 3の中に磁性材料を混合して用いても良い。 このような構成とすることにより、 インダク夕ンス値をさらに 向上することができる。 絶縁体層 3の中に入れる磁性材料は、 本発明による磁性フェライ トの粉末を用いることが好ましい。
さらに、 この磁性フェライ トの粉末の粒子径は大きいほど Q値 が大きくなることから、 4 5 m以上とすることが最も好ましい。 所望のインダクタンス値を実現したりあるいはインダクタンス 値の増大、 素子の小型化を実現するために、 前記磁性フェライ ト に導体コイルを形成してインダクタンス素子を得ることができる この磁性フェライ トの透磁率 ' が大きいほど、 インダクタンス 値を大きく設計したりあるいはサイズを小型化することができる また、 用いる磁性フェライ トの損失成分^ " が小さいほど Q値 を大きくすることができるので、 使用する周波数帯域での Q値が 大きいほど優れた高周波用のインダクタンス素子である。
(実施の形態 3 )
実施の形態 3 を図 5 と図 6を参照しながら説明する。 図 5および図 6 において、 ミアンダ状の導体 5は、 白金やパラ ジゥムなどで形成される。 導体 5 を上下に挟んで磁性フェライ トのグリーンシートなどを積層して、 磁性フェライ ト 6 を形成し ている。 この磁性フヱライ ト 6は絶縁体である。 磁性フェラ イ ト 6の両端には内部に形成された導体 5の両端と接続される二 つの外部電極 7 を形成して、インピーダンス素子を構成している。
このようにノィズ対策部品として用いられるインピーダンス素 子は、 信号ラインである導体 5 を磁性フェライ ト 6で覆う ことに より実現している。 この磁性フェライ ト 6の損失成分 " の急 激に増大する周波数をカッ トオフ周波数とし、 それ以上の周波数 でインピーダンス素子のインピーダンス値が選択的に大きくなる ため、 カッ トオフ周波数よりも高い周波数成分を持つノイズが除 去される。 このとき、 磁性フェライ ト 6の透磁率 が大きい ほどインピ一ダンス値を大きく設計することができ、 優れたイン ピーダンス素子である。
以上のように構成されたインピーダンス素子について、 以下に その製造方法を説明する。
酸化鉄、 酸化亜鉛および酸化コバル卜を F e 23: Z n O : C o O = 4 8 . 0 : 6 . 5 : . 4 5 . 5 m o l %の比で配合する。 次に、これに純水を適量加えてポールミルを用いて混合した後、 1 2 0 で乾燥して混合粉を得る。 この混合粉を 9 0 0 °Cで仮 焼した後、 遊星ポールミルを用いて最大粒径が 8 m以下になる まで粉砕して、 フェライ ト仮焼粉を得る。 このフェライ ト仮焼 粉に、 表 4で示した副成分を添加物として加える。
さらに、 プチラール樹脂と酢酸プチルを適量加え、 ポールミル を用いて十分に分散させて、 フェライ トスラリーを得る。
このフェライ トスラリーをドクターブレード法により塗布し、 フェライ トグリーンシートを得る。 このフェライ トグリーンシ ートの上に、 P t ペース トを用いて導体 5のパターンを印刷形成 する。 導体 5のパターンを印刷形成したフェライ トグリーンシ —トと、 導体 5を印刷形成していないフェライ トグリーンシート とを所望の厚みになるように複数枚積層する。 その後、 個片に切 断してチップ状の成形品を得る。 この成形品を 1 2 0 0〜 1 3 0 0 °Cで焼成することにより、 導体 5 を内層に形成した磁性フエ ライ トの焼結体を得る。 この磁性フェライ トの焼結体の両端に、 導体 5の両端部と接続する二つの外部電極 7 を形成する。
このようにして、 図 6に示すインピーダンス素子を完成するこ とができる (本発明品 2 7〜 3 3 という)。
比較のために、 六方晶フェライ トを用いてインピーダンス素子 を作製した (比較品 6 という)。 このようにして得られたインピ —ダンス素子の電気特性を比較して表 4に示す。
表 4の結果より、 本発明品 2 7〜 3 3は比較品 6 に対して力ッ トオフ周波数 (インピーダンスが 1 0 Ωとなる周波数をいう) が 高く、 G H z帯用のノイズフィル夕一として用いることのできる インピーダンス素子である。
用いる磁性フェライ トの透磁率 ' が大きくなるためにインピ 一ダンス値が大きくなることから優れたインピーダンス素子であ ることがわかる。
また、 内部に形成する導体 5の P tパターンは、 ミアンダ形状 以外でもよい。 例えば、 ビアを通じてフェライ トグリーンシ一 トを積層することにより、 らせん状にコイルを形成してもよい 表 4
Figure imgf000014_0001
その場合、 らせん状の導体コイル 5の端部と外部電極 7間の距 離が短いとインピーダンス値が低下してしまう。
したがって、 この間隔を広く取ることが望ましく、 この間隔が 2 0 0 m以上あることが最も好ましい。
また、 導体 5を形成する材料は P dもしくは P t と P d の合金 でもよいが、 導電率を大きくするためには P t もしくは P dが好 ましい。
(実施の形態 4 )
実施の形態 4を、 図 7 と図 8 を参照しながら説明する。
図 7および図 8 において、 リ ング状コア 9は磁性フェライ ト からなり、 その表面には銅もしくは銀などからなる二つの導体コ ィル 1 0 を形成する。
二つの導体コイル 1 0 の表面には、 樹脂などからなる絶縁体層 1 1 を形成する。 さらに、 二つの導体コイル 1 0 の端子に接続 される四つの外部電極 1 2 を形成して、 コモンモードノイズフィ ル夕が構成されている。.
一般の電子回路の差動伝送ラインに用いられるコモンモードノ ィズフィルタは、 磁性フェライ トのリ ング状コア 9 に 2本の導体 コイル 1 0を同一方向に巻きつけた構造になっている。
このようにして、 磁性フェライ トの透磁率 ' を利用して 2本 の差動伝送ラインの磁気結合を高めて、 コモンモード成分を除去 する。. このとき用いる磁性フェライ トの損失成分 " が小さい ほど、 ディ ファレンシャルモードの損失すなわち伝えるべき信号 レベルの損失が小さくなり、 優れたコモンモードノイズフィルタ である。 上記構成において、 本発明の磁性フェライ トをリング 状コア 9 に用いることにより、 G H z帯で用いることができる優 れたコモンモードノイズフィルタを実現することができる。
以上のように構成されたコモンモードノイズフィルタについて 以下にその製造方法を説明する。
表 5で示した副成分を本発明品 1 の主成分に添加物として加え 実施の形態 1 と同様なプロセスを経て、 造粒粉を得る。
この造粒粉をリ ング状に成形し、 1 2 0 0〜 1 3 0 0 °Cで焼成 してリ ング状コア 9 を得る。 このリ ング状コア 9 に、 同一方向 に 2重の巻き線を施して二つの導体コイル 1 0 を形成する。
次に、 樹脂モ一ルド成形で絶縁体層 1 1 を形成し、 二つの導体 コイル 1 0の端子に接続される外部電極 1 2 を形成する。
このようにして、 図 8 に示したコモンモードノイズフィルタを 実現することができる (本発明品 3 4〜 4 0 )。 比較のために、 リ ング状コア 9 に六方晶フェライ トを用いたコモンモードノイズ フィルタを作製した (比較品 7 )。 得られたコモンモードノイズフィル夕の特性を表 5 に示す 表 5
Figure imgf000016_0001
表 5の結果より、 本発明品 3 4 ~ 4 0では比較品 7よりも 1 G H zでの透磁率^ ' が大きく、 損失成分 " が小さくなるために 結合係数が大きくなつていることがわかる。
なお、 面実装を実現するために巻き線を施したリ ング状コア 9 を絶縁体層 1 1でモールドしているが、 樹脂モールドせずに二つ の導体コイル 1 0 を直接基板などに接続しても同様な効果が得ら れる。
(実施の形態 5 )
実施の形態 5 を、 図 9 と図 1 0 を参照しながら説明する。
図 9および図 1 0において、 フェライ トコア 1 3は磁性フェラ ィ トからなる。 このフェライ トコア 1 3の表面には銅もしくは 銀などからなる導体コイル 1 4を形成し、 この導体コイル 1 4 の 表面には樹脂などからなる絶縁体層 1 5 を形成してアンテナ素子 を構成している。
以上のように構成されたアンテナ素子について、 以下にその製 造方法を説明する。 表 6で示した副成分を、 本発明品 1と同じ主成分に添加物とし て加え、 実施の形態 1と同様なプロセスを経て、 造粒粉を得る。
この造粒粉を棒状に成形した後に、 1 2 0 0〜 1 3 0 0 °Cで焼 成する。 その後、 図 9に示す形状に切削加工をすることにより アンテナ素子のフェライ トコア 1 3を得る。 次に、 このフェラ ィ トコア 1 3の全表面に銅あるいは銀などの低抵抗を有する金属 をめつき法などにより形成した後、 らせん状にレーザーカッ トを 施して導体コイル 14を形成する。
次に、 導体コイル 1 4を形成したフェライ トコア 1 3を樹脂モ 一ルド成形して絶縁体層 1 5で覆う。 このようにして、 図 1 0 に示すアンテナ素子を完成する (本発明品 4 1〜47という)。 比較のために、 相似形状の樹脂をコアとして用いたアンテナ素 子 (比較品 8) と、 六方晶フェライ トをフェライ トコア 1 3とし て用いたアンテナ素子 (比較品 9 ) とを作製した。
得られたアンテナ素子の放射損失と、 樹脂をコアとしたアンテ ナ素子のサイズを 1 0 0 (比較品 8 ) として本発明品のアンテナ 素子のサイズを相対値 (%) で表すサイズ効果とを表 6に示す。
表 6
添加物 アンテナのサイズ 放射損失
名称 添加量
w t % 相対値 (%) - d B
本発明品 41 Ti02 2 83 — 1. 7
本発明品 42 In203 2 8 1 一 1. 9
本発明品 43 Ta205 2 8 1 一 1. 8
本発明品 44 Zr02 2 79 一 1. 6
本発明品 45 Li02 2 79 — 1. 8
本発明品 46 Sn02 2 73 一 1. 6
本発明品 47 v2o3 2 7 1 — 1. 7
比較品 8 1 00 一 0. 52
比較品 9 一 8. 8 表 6の結果より、 本発明品のアンテナ素子は用いる磁性フェラ イ トの透磁率 が大きいほど、 樹脂をコアとしたアンテナ素子 よりもサイズが小さくなつていることがわかる。
また、 六方晶フェライ トをフェライ トコア 1 3 としたアンテナ 素子は、 放射損失が大きくアンテナ素子のサイズを正確に決定す ることができなかった。
また、 六方晶フェライ トを用いたアンテナ素子の放射損失が大 きいのに対して、 本発明品は 2 G H z帯で実際に使用できるほど 放射損失が小さいことがわかる。
なお、 回路への接続ははんだ付けまたはかしめでも良いが、 接 続部分をネジ形状にすることによって、 接続強度を確保すること ができるのでより好ましい。
このネジ形状は切削工法以外にも分割金型を用いた粉体プレス 工法でも良い。
また、 金属めつきの材料として、 A g, C u, A u , A 1 , N i , P t , P dなどが用いられるが、 導電率の大きい A g , C u がより望ましい。
また、 導体コイル 1 4の形成方法は、 ワイヤーを巻きつける方 法や金属の板金を打ち抜いてコイルにする方法でも良く、 同様な 効果が得られる。
また、 フェライ トコア 1 3の表面と導体コイル 1 4の間に薄く 非磁性材料の膜が形成されていてもよい。
また、 アンテナ素子は樹脂モールドあるいは樹脂成形品のキヤ ップで覆われていてもよい。 また、 透磁率^ ' による波長短縮の効果を利用していることか ら、 前記ヘリカルタイプのアンテナ素子以外にもパッチアンテナ などのアンテナ素子に対しても同様な効果が得られることはいう までもない。
本発明の磁性フェライ トは、 酸化鉄と、 酸化コバルトと酸化亜 鉛とを主成分とし、 副成分として少なく ともチタン、 タンタル、 インジウム、 ジルコニウム、 リチウム、 錫、 バナジウムのいずれ かを含む磁性フェライ トであり、 損失成分 " が急激に増大する 周波数が 1 GH z以上であり、 かつ 1 GH z以上で損失成分 が小さく、 透磁率 ' が大きい磁性フェライ トを実現することが できる。
本発明の磁性フェライ トは、 酸化鉄 : 酸化コバルト : 酸化亜鉛 の配合比が F e 23, C o〇, Z n O換算で 5 0 : 4 7 : 3、 5 0 : 4 2 : 8、 4 5 : 5 2 : 3、 4 4 : 4 2 : 1 4、 4 2 : 5 2 : 6、 4 2 : 4 4 : 1 4 m o 1 %で囲まれる組成範囲内である磁性 フェライ トであり、 より優れた高周波特性を有する磁性フェライ トを実現することができる。
本発明の磁性フェライ トは、 副成分として少なく ともチタン、 タンタル、 インジウム、 ジルコニウム、 リチウム、 錫、 バナジゥ ムのいずれかを酸化物換算で 0. 2〜 2. 0 w t %含む請求項 1 に記載の磁性フェライ トであり、 構成成分比率にすることにより 透磁率 が大きいという磁性フェライ トを実現することができ る。
本発明の磁性フェライ トは、 棒状の碍子と、 この碍子にらせん 状に設けられた導体コイルと、この導体コイルを覆う絶縁体層と、 この導体コイルに接続される二つの外部電極とからなり、 前記碍 子に請求項 1〜 3のいずれか一つに記載の磁性フェライ トを用い てインダクタンス素子とした磁性素子であり、 1 G H z以上でも Qが大きく、 内部導体ラインを短縮することができるインダクタ ンス素子を実現することができる。
本発明の磁性フェライ トは、 磁性絶縁体と、 この磁性絶縁体の 内部にミアンダ状に設けられた導体コイルと、 この導体コイルに 接続される二つの外部電極とからなり、 前記磁性絶縁体に請求項 1〜 3のいずれか一つに記載の磁性フェライ トを用いてインピー ダンス素子とした磁性素子であり、 ローパスフィルターのカッ ト オフ周波数を 1 G H z帯以上にでき、 大きなインピーダンス値を 有することからノイズを効率よくカツ 卜することができるインピ 一ダンス素子を実現することができる。
本発明の磁性フェライ トは、 リング状コアと、 このリ ング状コ ァに同一方向に巻かれた二つの導体コイルと、 この導体コイルを 覆う絶縁体層と、 この導体コイルに接続される四つの外部電極と からなり、 前記リ ング状コアに請求項 1〜 3のいずれか一つに記 載の磁性フェライ トを用いてコモンモードノイズフィルタとした 磁性素子であり、 伝送信号の周波数帯を 1 G H z以上に設計でき るとともに G H z帯で用いる結合係数の大きいコモンモードノィ ズフィルタを実現することができる。
本発明は、 フェライ トコアと、 このコアにらせん状に巻かれた 導体コイルと、 この導体コイルを覆う絶縁体層とからなり、 前記 フェライ トコアに請求項 1〜 3のいずれか一つに記載の磁性フエ ライ トを用いてアンテナ素子とした磁性素子であり、 1〜 3 G H z における小型のアンテナ素子を実現することができる。 産業上の利用可能性
本発明の磁性フェライ トは、 G H z帯域で使用される電子回路 に用いることのできる磁性素子を提供することができる。

Claims

請求の範囲
1. 酸化鉄と、 酸化コバルトと、 酸化亜鉛とを主成分とし、 副成分としてチタン、 タンタル、 インジウム、 ジルコニウム、 リ チウム、 錫、 バナジウムからなる群の内の少なく とも一つを含む 磁性フェライ ト。
2. 酸化鉄 : 酸化コバルト : 酸化亜鉛の配合比が F e 23, C o〇, Z n〇換算で 5 0 : 4 7 : 3、 5 0 : 4 2 : 8、 4 5 : 5 2 : 3、 4 4 : 4 2 : 1 4、 4 2 : 5.2 : 6、 4 2 : 4 4 : 1 4 m 0 1 %で囲まれる組成範囲内である請求項 1 に記載の磁性フ エラィ 卜。
3. 副成分としてチタン、 タンタル、 インジウム、 ジルコ二 ゥム、 リチウム、 錫、 バナジウムの内の少なく ともいずれか一つ を酸化物換算で 0. 2〜 2. 0 w t %含む請求項 1 に記載の磁性 フェライ 卜。
4. 棒状の碍子と、 前記碍子にらせん状に設けられた導体コ ィルと、 前記導体コイルを覆う絶縁体層と、 前記導体コイルに接 続される二つの外部電極とからなる磁性素子であって、 前記碍子 は請求項 1〜' 3のいずれか一つに記載の磁性フェライ トを用いた インダク夕ンス素子である磁性素子。
5. 磁性絶縁体と、 前記磁性絶縁体の内部にミアンダ状に設 けられた導体コイルと、 前記導体コイルに接続される二つの外部 電極とからなる磁性素子であって、 前記磁性絶縁体は請求項 1〜 3 のいずれか一つに記載の磁性フェライ トを用いたインピーダン ス素子である磁性素子。
6. リ ング状コアと、 前記リ ング状コアに同一方向に巻かれ た二つの導体コイルと、 前記導体コイルを覆う絶縁体層と、 前記 導体コイルに接続される四つの外部電極とからなる磁性素子であ つて、 前記リ ング状コアは請求項 1 〜 3のいずれか一つに記載の 磁性フェライ トを用いたコモンモードノイズフィルタである磁性 素子。
7 . フェライ トコアと、 前記フェライ トコアにらせん状に巻 かれた導体コイルと、 前記導体コイルを覆う絶縁体層とからなる 磁性素子であって、 前記フェライ トコァは請求項 1 〜 3のいずれ か一つに記載の磁性フェライ トを用いたアンテナ素子である磁性 素子。
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