專利名稱：復(fù)合磁性體、磁性元件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于復(fù)合磁性體，進(jìn)而關(guān)于電感器、扼流圈、變壓器及其他中使用的磁性元件，特別是關(guān)于大電流用的小型磁性元件，及其制造方法。
伴隨著電子設(shè)備的小型化，所用部件和設(shè)備也強(qiáng)烈要求小型化、薄型化。另一方面，CPV等LSI也向高速化、高集成化發(fā)展，對于向它們提供的電源電路，也需要供給數(shù)A～數(shù)拾A的電流。因此，在電感器中，要求小型化的同時(shí)，與此相反，還要求抑制因線圈導(dǎo)體低電阻化產(chǎn)生的發(fā)熱，和抑制因直流重疊引起的電感降低。也要求通過使用頻率高頻化，降低高頻區(qū)的損失。進(jìn)而從降低成本考慮，也希望以簡單的工序組裝簡單形狀的元件。即，要求廉價(jià)提供一種能使用在高頻區(qū)內(nèi)流動(dòng)大電流的，而且是小型化、薄型化的電感器。
關(guān)于這種電感器中使用的磁體，飽和磁通密度越高，越能改善直流重疊特性。導(dǎo)磁率越高，越能得到高的電感值，但是，很容易形成成磁飽和，所以直流重疊特性也會(huì)劣化。因此，根據(jù)用途選擇最佳的導(dǎo)磁率范圍。并希望提高電阻率，降低磁損失。
作為實(shí)際使用的磁性體材料，大致分成鐵氧體系(氧化物系)和金屬磁性體系。鐵氧體系，就該材料自身講，是高導(dǎo)磁率、低飽和磁通密度、高電阻、低磁損失的材料。金屬磁性體系，就該材料自身講，是高導(dǎo)磁率，高飽和磁通密度、低電阻、高磁損失。
在實(shí)際中使用的最一般的電感器是具有EE型和EI型鐵氧體芯和線圈的元件。在該元件中，鐵氧體材料，由于導(dǎo)磁率高、飽和磁通密度低，當(dāng)其原樣使用時(shí)，因磁飽和引起電感極大降低，使直流重疊特性變壞。為了改善直流重疊特性，通常在芯磁路中設(shè)置空隙，降低表現(xiàn)導(dǎo)磁率而使用。然而，當(dāng)設(shè)置空隙時(shí)，以交流驅(qū)動(dòng)時(shí)，在該空隙部分芯子形成振動(dòng)，發(fā)出噪音。即使降低導(dǎo)磁率，飽和磁通密度仍很低，使用金屬磁性體粉末時(shí)，直流重疊特性更不好。
作為芯材料，雖然可使用飽和磁通密度比鐵氧體更大的Fe-Si-Al系合金、Fe-Ni系合金等，但這些金屬系材料，由于電阻很低，如最近使用頻率為數(shù)百KHz～MHz進(jìn)行高頻化時(shí)，渦流損失變得很大，不能原封不動(dòng)的直接使用。因此，開發(fā)了一種將磁性體粉末分散在樹脂中的復(fù)合磁性體。
在這種復(fù)合磁性體中，作為磁性體，也有使用電阻率高的氧化物磁性體(鐵氧體)的。這種情況，由于鐵氧體自身的電阻率很高，所以內(nèi)藏線圈時(shí)不會(huì)產(chǎn)生任何問題。然而，在不顯示塑性變形的氧化物磁性體中，難以提高其填充率，而且，氧化物磁性體本質(zhì)上飽和磁通密度就很低，即使埋設(shè)線圈也得不到充分的特性。另一方面，使用飽和磁通密度高、且能顯示塑性變形的金屬磁性體粉末時(shí)，由于其自身的電阻率很低，當(dāng)提高填充率時(shí)，因粉末彼此接觸，導(dǎo)致整個(gè)磁性體的電阻率降低。這樣，在以前的復(fù)合磁性體中存在的問題是，雖然能保持較高的電阻率，但不能得到充分的特性。
本發(fā)明的目的是解決以前復(fù)合磁性體存在的問題，提供一種復(fù)合磁性體，以及用它制得的磁性元件。本發(fā)明的目的是提供一種使用這種復(fù)合磁性體制造磁性元件的方法。
本發(fā)明的復(fù)合磁性體是含有金屬磁性體粉末和熱硬化性樹脂的復(fù)合磁性體，其特征在于上述金屬磁性體粉末的填充率為65～90體積％(最好為70～85體積％)，電阻率在104Ω·cm以上。本發(fā)明的復(fù)合磁性體，提高了金屬磁性體粉末的填充率，即保持了高電阻率，又獲得了良好的磁特性。
本發(fā)明的磁性元件，其特征是含有上述復(fù)合磁性體和埋設(shè)在該復(fù)合磁性體中的線圈。本發(fā)明磁性元件的制造方法，其特征是包括以下工序，即，將含有金屬磁性體粉末和末硬化狀態(tài)的熱硬化性樹脂的材料混合而得到混合體的工序，將埋設(shè)了線圈的上述混合體加壓成形得到成形體的工序，和將上述成形體加熱使上述熱硬化性樹脂硬化的工序。


圖1是本發(fā)明磁性元件的一種方案示意斷面圖。
圖2是本發(fā)明磁性元件的第二種方案示意斷面圖。
圖3是本發(fā)明磁性元件的第三種方案示意斷面圖。
圖4是本發(fā)明磁性元件的第四種方案示意斷面圖。
圖5是磁性元件制作方法的一種方案示意斜視圖。
以下說明本發(fā)明的最佳實(shí)施方案。
首先，對本發(fā)明的復(fù)合磁性體進(jìn)行說明。
在本發(fā)明的復(fù)合磁性體中，金屬磁性體粉末是從Fe、Ni和Co中選出的磁性金屬為主成分(50重量％以上)，最好占90重量％以上的粉末。金屬磁性體粉末還可含有選自Si、Al、Cr、Ti、Zr、Nb和Ta中的至少1種非磁性元素，但作為含有的非磁性元素，其合計(jì)量最好占金屬磁性體粉末的10重量％以下。
在本發(fā)明的復(fù)合磁性體中可以只通過熱硬化性樹脂保持絕緣性，也可以含有熱硬化性樹脂以外的電絕緣性材料。
最好的電絕緣性材料實(shí)例是在金屬磁性體粉末的表面上形成的氧化膜。利用這種氧化膜被覆磁性體粉末的表面時(shí)，很容易形成高電阻率和高填充率。氧化膜最好含有選自Si、Al、Cr、Ti、Zr、Nb和Ta中的至少1種非磁性元素，最好是具有比自然形成的氧化膜厚的膜厚，例如為10nm～500nm的膜厚。
作為最好的電絕緣性材料另一實(shí)例是含選自有機(jī)硅化合物、有機(jī)鈦化合物、和硅酸系化合物中的至少1種的材料。
電絕緣性材料的另一優(yōu)選例，是具有平均粒徑是金屬磁性體粉末平均粒徑的1/10以下的固體粉末。
最好的電絕緣性材料的再一個(gè)實(shí)例是板狀或針狀的粒子。這種形狀的粒子有利于同時(shí)保持高的電阻率和金屬磁性體粉末的填充率。上述粒子最好是縱橫尺寸比為3/1以上的板狀體或針狀體。此處所說的縱橫尺寸比是該粒子最長徑(最大長度)對最小徑(最小長度)的比率，例如相當(dāng)于板狀體的面內(nèi)方向最長徑用板厚除的值、針狀體的長度用針徑除的值。上述粒子，其最長徑的平均值最好是金屬磁性體粉末的平均粒子徑的0.2倍～3倍。
板狀或針狀的粒子最好含有選自滑石、氮化硼、氧化鋅、氧化鈦、氧化硅、氧化鋁、氧化鐵、硫鋇和云母中的至少1種。
作為電絕緣性材料也可用具有潤滑性(滑性)的材料。作為這樣的材料例如，可例示的是選自脂肪酸鹽、氟樹脂、滑石和氮化硼中的至少1種。
如上所述，復(fù)合磁性體最好由金屬磁性體粉末、電絕緣性材料和熱硬化性樹脂構(gòu)成(但，熱硬化性樹脂可兼作電絕緣性材料)。以下對構(gòu)成復(fù)合磁性體的各材料進(jìn)行說明。
首先，對金屬磁性體粉末進(jìn)行說明。
作為金屬磁性體粉末，具體可使用Fe、和Fe-Si、Fe-Si-Al、Fe-Ni、Fe-Co、Fe-Mo-Ni系合金等。
在只由磁性金屬形成的金屬粉末中，由于電阻值和絕緣耐壓不足，所以在金屬磁性體粉末中最好含有Si、Al、Cr、Ti、Zr、Nb、Ta等副成分。這種副成分可濃縮地包含在表面上極薄存在的自然氧化薄膜中，利用這種自然氧化膜可稍稍提高電阻值。在對金屬磁性體粉末進(jìn)行積極式加熱形成氧化膜時(shí)可添加上述副成分。上述元素中，若使用Al、Cr、Ti、Zr、Nb、Ta，也可提高耐銹性。
磁性金屬以外的副成分量過大時(shí)，會(huì)使飽和磁通密度降低，使粉末自身產(chǎn)生硬化，副成分合計(jì)在10重量％以下，最好在6重量％以下。
在金屬磁性體粉末中，作為副成分，除上述列舉元素外，還有來自原料的、或在粉末制造工序中混入的微量成分(例如O、C、Mn、P等)，允許這種微量成分，以不損害本發(fā)明的目的為限。通常，微量成分的最佳上限為1重量％。
若考慮到副成的上限，最一般的磁性合金的鐵硅鋁磁性合金組成(Fe-9.6％Si-5.4％Al)，并不排除在本發(fā)明中使用，但副成分仍稍稍過多。
本說明書中的組成式，按重量％表示，主成分(鐵硅鋁磁性合金中Fe)按照慣例使用，因此不付與數(shù)值，但該主成分基體上(沒有排除微量成分的意思)占據(jù)了其余部分。
作為粉末的粒子徑為1～100μm，最好在30μm以下。粒徑過大時(shí)，高頻域中的渦流損失會(huì)增大，過小時(shí)，強(qiáng)度又很容易降低。作為制造上述范圍粒子徑的粉末的方法，雖然可用粉碎法，但最好使用可制造出更均勻的細(xì)微粉末的氣體粉化法和水粉化法。
以下對電絕緣性材料進(jìn)行說明。
該絕緣性材料，只要達(dá)到本發(fā)明目的即可，對其成分、形狀等沒有限定，也可以用下述的熱硬化性樹脂進(jìn)行代替，但最好是①形成覆蓋金屬磁性體粉末表面的，或②以粉末進(jìn)行分散(粉末分散法)的。
作為覆蓋金屬磁性體粉末表面形成的電絕緣性材料，可使用有機(jī)系、無機(jī)系，任何一種材料。使用有機(jī)系材料時(shí)，最好使用將材料添加到金屬磁性體粉末中并被覆粉末的方法(添加被覆法)。使用無機(jī)系材料時(shí)，雖然可用添加被覆法，但也可用將金屬磁性體粉末表面進(jìn)行氧化，用這種氧化膜被覆粉末的方法(自身氧化法)。
作為有機(jī)系材料，合適的是對粉末表面被覆性良好的材料，例如有有機(jī)硅化合物、有機(jī)鈦化合物。作為有機(jī)硅化合物，可舉出的有硅酮樹脂、硅酮油、硅烷系偶合劑等。作為有機(jī)鈦化合物，可舉出的有鈦系偶合劑、鈦醇鹽、鈦螯合物等。作為有機(jī)系材料，可用熱硬化性樹脂。這種情況，為獲得高電阻，在將熱硬化性樹脂添加到金屬磁性體粉末中后，在正式成形(正式硬化)前，進(jìn)行預(yù)加熱，降低樹脂的粘度，以提高對粉末的被覆性，而且可以形成半硬化。
適用添加被覆法的材料，不限于有機(jī)系，也可使用適當(dāng)?shù)臒o機(jī)系材料，例如水玻璃等硅酸系化合物。
在自身氧化法中，將金屬磁性體粉末表面的氧化膜用作絕緣性材料。這種表面氧化膜，即使在放置狀態(tài)下也會(huì)某種程度產(chǎn)生，但過于薄(通常5nm以下)，僅這種膜，難以獲得所需要的絕緣電阻和耐壓。在自身氧化法中，通過將金屬磁性體粉末在大氣中等含氧環(huán)境下進(jìn)行加熱，在其表面上形成厚達(dá)數(shù)十～數(shù)百nm，例如10～50nm的氧化膜覆蓋表面，可提高電阻值和耐壓性。在使用自身氧化法時(shí)，最好使用含Si、Al、Cr等上述成分的金屬磁性體粉末。
作為利用粉末分散法分散的電絕緣性材料粉末(電絕緣性粒子)，只要是具有所需要的電絕緣性，并是能降低金屬磁性體粉末彼此接觸幾率的粉末即可，對組成等沒有限制，但特別是使用球狀乃至略呈球狀的粉末(例如由縱橫尺寸比1.5/1以下的粒子形成的粉末)時(shí)，其平均粒徑最好是金屬磁性體粉末的平均粒徑的1/10(0.1倍以下)以下。使用這樣的細(xì)粉末時(shí)，因?yàn)樘岣吡朔稚⑿裕院苌倭烤湍苄纬筛唠娮?，以相同電阻值就能獲得更優(yōu)良的特性。
電絕緣性粒子的形狀，雖然是球狀，也可以是其他形狀，最好是板狀或針狀。使用這種形狀的電絕緣性粒子時(shí)，比使用球狀體，更能以少量獲得高電阻，或以相同電阻值比較，能獲得更優(yōu)良的特性。具體講，縱橫尺寸比在3/1以上，最好4/1以上，更好5/1以上。反之，以更大的縱橫尺寸比，10/1也可以，100/1也可以，但實(shí)際中獲得的縱橫尺寸比上限為50/1。
對于板狀或針狀的粒子尺寸，當(dāng)其最大長度比金屬磁性體粉末的粒子徑過于小時(shí)，有時(shí)只能得到和混合球狀粉末時(shí)相同的效果。另一方面，該最大長度過于大時(shí)，和金屬磁性體粉末混合時(shí)被粉碎，即使不被粉碎，在成形工序中，為了獲得高填充率，需要很高的壓力。
因此，在使用板狀或針狀粉末的電絕緣性粒子時(shí)，使最大長度為金屬磁性體粒子的平均粒徑的0.2-3倍，最好是0.5～2倍，當(dāng)和金屬磁性體粒子的粒徑大致相等時(shí)，可獲得最大的添加效果。
作為具有這種縱橫尺寸比的電絕緣性粒子，沒有特殊限制，例如可以使用氮化硼、滑石、云母、氧化鋅、氧化鈦、氧化硅、氧化鋁、氧化鐵、硫酸鋇。
即使縱橫尺寸比不高，將具有潤滑性的材料作電絕緣性粒子進(jìn)行分散時(shí)，以相同的添加量仍能獲得更高密度的磁性體。作為具有潤滑性的絕緣性粒子，具體地可舉出的有脂肪酸鹽(例如硬脂酸鋅等硬脂酸鹽)，從耐環(huán)境穩(wěn)定性考慮，最好是聚四氟乙烯(PTFE)等氟樹脂、滑石、氮化硼?；勰┖偷鸱勰?，由于是板狀，具有潤滑性，所以特別適宜作電絕緣性粒子。
電絕緣性粒子占全體磁性體的體積比率為1-20體積％，最好在10體積％以下。體積比率過低時(shí)，電阻也會(huì)過低。體積比率過高時(shí)，導(dǎo)磁率、飽和磁通密度過低，很不利。
添加被覆法和自身氧化法，將電絕緣性材料以液體或流動(dòng)體混合后，進(jìn)行干燥，或者，氧化，需要在高溫下進(jìn)行熱處理的工序。因此，從制造成本考慮，粉末分散法是有利的。
最后，對熱硬化性樹脂進(jìn)行說明。
熱硬化樹脂，在將復(fù)合磁性體做成成形體時(shí)，起到固化的作用，制作成電感器時(shí)，起到內(nèi)藏線圈的作用。作為熱硬化性樹脂，可使用環(huán)氧樹脂、酚樹脂、硅酮樹脂等。在熱硬化性附脂中，為了改善和金屬磁性體粉末的分散性，也可添加微量的分散劑，也可添加適宜的少量增塑劑等。
作為熱硬化性樹脂，最好是未硬化時(shí)的主劑在常溫下為固體粉末或液體的樹脂。最好這樣進(jìn)行，將常溫下固體樹脂溶解在溶劑中，與磁性體粉末等混合后，再蒸發(fā)掉溶劑，但為了以溶液狀態(tài)很好地和粉末混合，必須用大量的溶劑。這種溶劑，由于需要最后去除，所以導(dǎo)致成本增高，而且也產(chǎn)生環(huán)境問題。若使用未硬化時(shí)的主劑在常溫下為固體粉末狀的熱硬化性樹脂，不與溶劑混合，可與含金屬磁性體粉末的混合材料其余部分混合。
使用主劑在未硬化時(shí)常溫下為固體粉末狀樹脂時(shí)，至少在正式固化處理以前，可使熱硬化性樹脂主劑和硬化劑以不均勻地混合狀態(tài)保管。當(dāng)均勻混合主劑和硬化劑時(shí)，即使在室溫下也慢慢進(jìn)行硬化反應(yīng)，粉末性狀也會(huì)變化，當(dāng)形成不均勻混合狀態(tài)時(shí)，即使放置，硬化反應(yīng)也只能是部分進(jìn)行。即使在不均勻狀態(tài)下，在正式硬化時(shí)，利用加熱降低固體樹脂的粘度，形成液狀，也會(huì)達(dá)到均勻化，對硬化反應(yīng)的進(jìn)行沒有障礙。為了加熱時(shí)迅速均勻化，固體粉末狀樹脂的平均粒子徑最好在200μm以下。另外在難以進(jìn)行后述的制粒(造粒)時(shí)，常溫下主劑為粉末，也可以使用硬化劑為液體的熱硬化性樹脂。
另一方面，未硬化時(shí)常溫下為液體的樹脂，由于比固體粉末狀樹脂更加柔軟，很容易提高加壓成形的填充率，也容易獲得很高的電感，因此，為了獲得高特性，最好使用液狀樹脂，為了以低成本獲得穩(wěn)定的特性，最好使用固體粉末狀樹脂(不用溶劑的原樹脂)。
金屬磁性體粉末和熱硬化性樹脂的混合比，最好根據(jù)金屬磁性體粉末所要求的填充度來確定，一般是存在以下關(guān)系熱硬化性樹脂(vol％)≤100-金屬磁性體粉末(vol％)-絕緣性材料(vol％)。
熱硬化性樹脂的比率過低時(shí)，由于磁性體的強(qiáng)度降低，所以最好在5體積％以上，更好在10體積％以上。為了使金屬磁性體粉末的填充率達(dá)到65體積％以上，則需要35體積％以下的熱硬化性樹脂，最好25體積％以下。
混合了樹脂成分的金屬磁性體粉末，也可原樣成形，例如，利用通過篩網(wǎng)等方法進(jìn)行制粒，形成顆粒時(shí)可提高粉末的流動(dòng)性。形成顆粒時(shí)，金屬磁性體粉末由熱硬化性樹脂相互結(jié)合形成柔軟狀態(tài)。而且，金屬磁性體粉末變得比其自身的粒徑還大，所以提高了流動(dòng)性。顆粒的平均粒徑比金屬磁性體粉末的平均粒徑大數(shù)mm以下，例如最好1mm以下。這種顆粒成形時(shí)，一大半發(fā)生變形，形成崩碎狀。
熱硬化性樹脂和金屬磁性體粉末在混合中或混合后，在65℃(以上，在熱硬化性樹脂的正式硬化溫度以下，隨樹脂而不同，大概在200℃以下，最好進(jìn)行加熱。通過這種預(yù)加熱處理，樹脂一旦形成低粘度化，就會(huì)包覆金屬磁性體粉末，而且，顆粒表面的樹脂形成半硬化狀態(tài)。因此，提高了顆粒的流動(dòng)性，能夠很好地導(dǎo)入到模具中和向線圈內(nèi)填充，結(jié)果也提高了磁特性。也就是說，成形時(shí)，阻礙了金屬磁性體粉末彼此接觸，獲得更高的電阻。特別是使用液體狀樹脂時(shí)，在原樣使用時(shí)，由于樹脂的粘接性而降低粉末的流動(dòng)性，所以最好進(jìn)行預(yù)加熱處理。在低于65℃下加熱，樹脂幾乎不產(chǎn)生低粘度化和半硬化反應(yīng)。預(yù)加熱處理，不管是在金屬磁性體粉末和樹脂的混合中或混合后，只要是成形之前，在制顆粒狀前后，都可以進(jìn)行。
當(dāng)進(jìn)行預(yù)加熱處理時(shí)，在含有其他絕緣性材料的情況下，可形成更高電阻。在不含有其他絕緣性材料的情況下，熱硬化性樹脂自身就起到絕緣性材料的作用，仍可獲得絕緣性。然而，前硬化進(jìn)行過度時(shí)，成型時(shí)密度又難以提高，或完全硬化后機(jī)械強(qiáng)度又會(huì)降低。為此，將熱硬化性樹脂分成二部分，其中一部分首先混合成絕緣皮膜形成用的，進(jìn)行預(yù)加熱處理，再混合其余部分，使其完全硬化。
電絕緣性粉末，在與樹脂成分混合前，也可與金屬磁性體粉末混合，也可3種成分一起混合，將其中一部分預(yù)先與金屬磁性體粉末混合，在和樹脂成分混合后，進(jìn)行制粒后，再與其余部分混合。這樣混合時(shí)，電絕緣性粉末難以發(fā)生偏析，其效果可以降低金屬磁性體粉末彼此的接觸幾率。由于后添加的絕緣性粉末的潤滑性，提高了顆粒的流動(dòng)性，有時(shí)也變得很容易使用。因此，以相同添加量很容易獲得更高的電阻和電感值。這時(shí)也可改變所添加絕緣性粉末的種類。例如，在樹脂旨混合前添加熱穩(wěn)定性高的滑石粉末，在樹脂混合后添加少量的熱穩(wěn)定性低，潤滑性高的硬脂酸鋅，可形成穩(wěn)定性、特性都很好的電感器。但是，在形成顆粒后所加絕緣性粉末的量過多時(shí)，有時(shí)會(huì)降低成形體的機(jī)械強(qiáng)度。樹脂混合后所添加絕緣性粉末的量，最好是占所添加絕緣性粉末總量的30重量％以下。
將制成顆粒狀的混合體裝入型具中，以所要求的填充率將金屬磁性體粉末加壓成形。提高壓力使填充率過度提高時(shí)，飽和磁通密度和導(dǎo)磁率也會(huì)很高，但容易降低絕緣電阻和絕緣耐壓。另一方面，加壓不足，填充率過低時(shí)，飽和磁通密度和導(dǎo)磁率也會(huì)很低，得不到充分的電感值和直流重疊特性。在完全不使粉末塑性變形進(jìn)行填充時(shí)，其填充率達(dá)不到65％。而且，以此填充率，會(huì)導(dǎo)致飽和磁通密度、導(dǎo)磁率過低。因此，通過加壓成形，使至少一部分的金屬磁性體粉末進(jìn)行塑性變形，可以獲得65體積％以上，更好70體積％以上的填充率。
填充率的上限，只要能確保電阻率為104Ω·cm就行，對此沒有特殊限制。當(dāng)考慮到模具壽命時(shí)，加壓成形的壓力最好在5t/cm2(約490Mpa)以下。當(dāng)考慮到這些情況時(shí)，填充率最好在90體積％以下，更好在85體積％以下，成形壓力最好為1～5t/cm2(約98～490Mpa)左右，更好為2～4t/cm2(約196～392Mpa)。
利用加壓成形得到的成形體，進(jìn)行加熱使樹脂硬化。然而，在使用模具加壓成形時(shí)，可同時(shí)將熱硬化性樹脂加熱到硬化溫度，進(jìn)行硬化，很容易提高電阻率，成形體難以產(chǎn)生裂痕。但是，在這種方法中，由于制造效率很低，所以希望高生率時(shí)，例如，在室溫下加壓成形后，也可以進(jìn)行樹脂的加熱硬化。
如以上所述，金屬磁性體粉末的百分比填充率為65～90體積％，電阻率在104Ω·cm以上，例如飽和磁通密度最好1.0T以上，可獲得導(dǎo)磁率為15-100左右的復(fù)合磁性體。
以下參照附圖對本發(fā)明的磁性元件進(jìn)行說明。在以下，以扼流圈等中使用的電感器為重點(diǎn)進(jìn)行說明，但本發(fā)明不限于此，也適用于需2次繞線的變壓器等。
本發(fā)明的磁性元件，含有上述說明的復(fù)合磁性體，和埋置在該復(fù)合磁性體中的線圈。上述復(fù)合磁性體，像通常的鐵氧燒結(jié)體和模制鐵粉芯一樣，加工成EE型和EI型等，和卷繞成繞線管的線圈組裝在一起使用。然而，當(dāng)考慮到本發(fā)明磁性體的導(dǎo)磁率不怎么高時(shí)，最好是將線圈埋置在復(fù)合磁性體內(nèi)制成元件。
在圖1所示的磁性元件中，在復(fù)合磁性體1內(nèi)埋置導(dǎo)體線圈2，在磁性體的外部從線圈兩端引出一對端子3。而在圖2～圖4中所示的磁性元件中，將復(fù)合磁性體1作為第1磁性體，使用導(dǎo)磁率比第1磁性體高的第2磁性體4。
第2磁性體4在任何一個(gè)元件中的配置，都是使復(fù)合磁性體1和第2磁性體4一起經(jīng)過由線圈確定的磁路5。磁路，一般可以這樣講，在線圈中流過所產(chǎn)生的主要磁通通過元件內(nèi)的閉合通路。磁通，不僅通過導(dǎo)磁率高的部分，而且也經(jīng)過線圈的內(nèi)部和外部。因此，圖2～圖4中的配置，也可以換言之，只經(jīng)過第2磁性體，不形成通過線圈的內(nèi)側(cè)和外側(cè)的閉合通路的配置。進(jìn)行這樣的配置，由主要磁通形成的閉合通路，若是使復(fù)合磁性體1和第2磁性體4中至少通過1次的結(jié)構(gòu)，可確保較大的磁路斷面積，同時(shí)，通過調(diào)整兩者中的磁路長度，可根據(jù)用途獲得最適宜的導(dǎo)磁率。
在圖1-圖3的元件中，線圈2卷繞在與頂面(圖面上下面)垂直軸的周圍，在圖4的元件中，線圈2卷繞在與頂面平行軸的周圍。在前者結(jié)構(gòu)中，雖然得到大的磁路斷面積，但難以增加卷繞線數(shù)。在后者結(jié)構(gòu)中，難以得到大的磁路斷面積，但很容易增加卷線線數(shù)。
圖中所示元件，雖然設(shè)定為3～30mm左右的四邊形板狀電感元件，厚度1-10mm左右，一邊的長度/厚=2/1～8/1左右，但并不限于這種尺寸形狀，也可以是圓板狀等其他形狀。即使對于線圈的卷繞和導(dǎo)線的斷面形狀，并不限于圖示的形態(tài)。
圖5是圖1磁性元件組裝工序的示意斜視圖。在圖示的形態(tài)中，作為線圈11，使用了被覆的卷繞成2段的圓銅線。線圈的端子部分12、13加工成扁平狀，大致彎曲成直角。按上述說明的，準(zhǔn)備由金屬磁性體粉末、絕緣性材料、熱硬化性樹脂形成的顆粒，將一部分顆粒裝入插入一半下沖頭22的模具23中，使其表面形成平坦?fàn)?。這時(shí)使用上下沖頭21,22，也可以以低壓力，暫時(shí)進(jìn)行加壓成形。接著，將線圈11置于模具中的成形體上，使端子部分12,13插入模具23的切槽部24,25內(nèi)，再填充顆粒，通過上下沖頭21,22進(jìn)行正式加壓成形。將得到的成形體從模具中取出，將樹脂成分加熱硬化后，再次彎曲加工，使端子部分的端部彎繞在元件的下面。這樣得到圖1所示的磁性元件。端子的引出方法并不限于此，例如，上下分開取出。
圖2～圖4中所示的元件，基本上按和上述相同的方法制作。圖2的元件，使用了預(yù)先卷繞線圈2的第2磁性體4，通過成形時(shí)將第2磁性體4插入線圈2的中心處，進(jìn)行制作。圖3的元件，通過配置第2磁性體4以便成形時(shí)與上下沖頭21、22相接，使第2磁性體4貼合在預(yù)成形的元件上下上，進(jìn)行制作。圖4的元件，通過使用預(yù)先卷繞線圈2的第2磁性體4進(jìn)行制作。
導(dǎo)體線圈2的形狀，可根據(jù)結(jié)構(gòu)和用途、所需要的電感值和電阻值，適當(dāng)選擇圓線、扁平線、箔狀線等。導(dǎo)體的材質(zhì)，由于要求低阻值，所以是銅或銀，通常最好的是銅。線圈的表面也可以用絕緣性樹脂被覆。
作為第2磁性體4，最好使用高導(dǎo)磁率、大飽和磁通密度，而且，高頻特性優(yōu)良的材料。作為可使用的材料是選自鐵氧體和模制鐵粉芯中的至少1種，具體有將MnZn鐵氧體NiZn鐵氧體等鐵氧體燒結(jié)體、Fe粉末、Fe-Si-Al系合金和Fe-Ni系合金等金屬磁性體粉末用硅酮樹脂或玻璃等粘接劑固定，使填充率在90％左右以上的致密化模制鐵粉芯。
鐵氧體燒結(jié)體，導(dǎo)磁率高、高頻特性優(yōu)良，成本低，但飽和磁通密度低。模制鐵粉芯雖然能確保高飽和磁通密度，某種程度的高頻特性，但是導(dǎo)磁率比鐵氧體低。因此，根據(jù)用途可適當(dāng)從鐵氧體燒結(jié)體和模制鐵粉芯中選取。但是，在考慮到在大電流下使用時(shí)，最好用飽和磁通密度高的模制鐵粉芯。就模制鐵粉芯自身講，與本發(fā)明的磁性體比較，電阻低。因此，模制鐵粉芯，從元件的表面特別是從下面露出時(shí)，根據(jù)用途需要對該面進(jìn)行絕緣化。在使用模制鐵粉芯時(shí)，如圖2所示，最好配置不使第2磁性體4露出表面(用復(fù)合磁性體1復(fù)蓋)。作為第1磁性體，可以組合使用2種以上的磁性體，例如，將NiZn鐵氧體燒結(jié)體和模制鐵粉芯組合使用。
本發(fā)明的復(fù)合磁性體，可同時(shí)具有以前的模制鐵粉芯和復(fù)合磁性體的特點(diǎn)。即，導(dǎo)磁率、飽和磁通密度比以前的復(fù)合磁性體更高，電阻值比模制鐵粉芯更高，而且，將線圈埋置在其內(nèi)部，可增加磁路斷面積。根據(jù)用途，也可獲得具有比模制鐵粉芯和復(fù)合磁性體更高特性的磁性體。進(jìn)而，和具有更高導(dǎo)磁率的第2磁性體組合，可形成最適宜的實(shí)效導(dǎo)磁率，獲得小型高特性的磁性元件。然而，在其制作中，由于適用粉末成形的工藝，所以基本上在成形時(shí)或成形后以1百幾十度進(jìn)行樹脂的硬化處理。像模制鐵粉芯一樣，在高壓下成形，而且沒有必要為產(chǎn)生特性而在高溫下進(jìn)行退火。像復(fù)合磁性體一樣，也沒有必要形成糊狀化時(shí)對其處理。因此，制作元件容易，在批量生產(chǎn)過程中能將制造成本抑制到足夠低。
以下根據(jù)實(shí)施例更詳細(xì)地說明本發(fā)明，但本發(fā)明不受下述實(shí)施例所限制。以下，表示填充率的％都是體積％。
實(shí)施例1作為金屬磁性體粉末，準(zhǔn)備平均粒徑為15μm的Fe-3.5％Si粉末(如上述說明那樣Fe為其余部分)。將這種粉末在空氣中550℃下加熱10分鐘，在其表面形成氧化膜。此時(shí)的重量增加為0.7重量％。將所得粉末的表面組成，利用俄歇電子分光法，一邊使用Ar噴濺一邊從表面沿深度方向進(jìn)行分析，表面附近形成以Si和O作為主成分，并含一部分Fe的氧化物膜，隨著進(jìn)入內(nèi)部，Si和O的濃度會(huì)降低，實(shí)際上把O的濃度看作為0的范圍幾乎是恒定的，形成主成分為Fe、副成分為Si的本來合金組成。這樣就能確認(rèn)，該粉末的表面，由以Si和O作為主成分，含一部分Fe的氧化物膜所覆蓋。這種氧化物覆蓋膜的厚度(在上述測定中，認(rèn)為O濃度梯度的范圍)，約為100nm。
在這種金屬磁性體粉末中，加入表1所示量的環(huán)氧樹脂，充分混合，過篩制粒。將這種制粒粉末在模具中以3t/cm2(約294Mpa)左右的各種壓力進(jìn)行加壓成形，從模具中取出后，以125℃加熱處理1小時(shí)，使環(huán)氧樹脂硬化，得到直徑12mm、厚度1mm的圓板狀試料。
從這些試料的尺寸和重量計(jì)算出密度，從該值和樹脂混合量求出金屬磁性體粉末的填充率。由該填充率和壓力之間的關(guān)系，調(diào)整成形壓力，形成表1的金屬填充率，制成試料。為了比較，也制作在金屬磁性體粉末上未形成表面氧化膜的試料。
在這樣所得試料的上下面上涂布形成In-Ga電極，將電極置于其上，在100V電壓下測定上下面間的電阻率。接著，每次100V，使電壓升高到500V的范圍，同時(shí)測定電阻，測定電阻急劇降低的電壓，將此時(shí)的電壓作為絕緣耐壓。在同樣條件下制作的圓板狀試料的中央形成穴，實(shí)施卷繞線，測定作為磁性體的飽和磁通密度和在500KHz下的相對導(dǎo)透磁率。結(jié)果示于表1。
正如從表1明確的那樣，形成氧化膜后混合樹脂時(shí)，在填充率低于65％的No.1、2中，與樹脂量無關(guān)，相對導(dǎo)磁率非常低，飽和磁通密度也很低。在填充率為95％的No.9中，電阻率、耐壓都非常低。與此相反，在填充率為65～90％的No.3～8，特別是70～85％的No.4～7中。電阻率、耐壓、飽和磁通密度、導(dǎo)磁率都非常好。填充率90％的No.8的飽和磁通密度和相對導(dǎo)磁率雖然高，但和No.4～7比較，電阻、耐壓都低，而且還存在機(jī)械強(qiáng)度低的缺點(diǎn)。另一方面，即使是相同的填充率75％，在未混合樹脂的No.10中，雖然相對導(dǎo)磁率高，但電阻率和絕緣耐壓也稍低，完全沒有得到磁性體自身的機(jī)械強(qiáng)度，實(shí)際上是不能使用的。即使混合樹脂，而沒有形成氧化膜的No.11中，電阻率、絕緣耐壓極低。只有既形成氧化膜，又混合樹脂，金屬磁性體粉末的填充率為65～90％，更好是70～85％的各實(shí)施例中，才能獲得可使用的特性。
實(shí)施例2作為金屬磁性體粉末，準(zhǔn)備平均粒徑約10μm的表2所示各種組成粉末。將這些粉末在空氣中以表2所示溫度下加熱10分鐘，進(jìn)行熱處理，求得任何一個(gè)此時(shí)重量增加達(dá)到1.0重量％時(shí)的溫度，在該條件下形成表面氧化薄膜。在得到的粉末中，加入占總體20體積％的環(huán)氧樹脂，充分混合，過篩制粒。將該制粒粉末在模具中以規(guī)定的壓力加工成形，最終成形體中金屬磁性體粉末的填充率大致為75％，從模具中取出后，以125℃加熱處理1小時(shí)，使熱硬化性樹脂硬化，得到直徑12mm、厚1mm的圓板狀試料。對所得試料的電阻率、絕緣耐壓、飽和磁通密度、相對導(dǎo)磁率，以和實(shí)施例1相同的方法進(jìn)行評價(jià)。結(jié)果示于表2。
如表2所明確的那樣，盡管氧化重量增加比實(shí)施例1大，僅含磁性元素的No.1、14電阻率和耐壓仍有所降低。這些中，當(dāng)添加了Si、Al、Cr時(shí)，電阻率、耐壓都得到改善。比較Si、Al、Cr時(shí)，根據(jù)No.4、10、11，在同一添加量中Al和Cr需要提高成形壓力，導(dǎo)磁率比較低，此處沒有記載，但磁損失趨于提高。關(guān)于非磁性元素的添加量，如No.1-9和No.12、13所明確的那樣，伴隨著增加，電阻率、耐壓也增高，超過8％時(shí)，電阻、耐壓反而趨于降低。氧化熱處理溫度和成形壓也必須提高，飽和磁通密度也降低。因此，非磁性元素的添加量在10％以下，最好為1-6％。除這些外，對添加Ti、Zr、Nb、Ta的體系也進(jìn)行了研究，比Si、Al、Cr特性更差，比不添加時(shí)，電阻率、耐壓都趨于改善。
對于這些試料，在70℃、90％的高溫高濕條件下放置240小時(shí)，確認(rèn)在添加了Al、Cr、Ti、Zr、Nb、Ta體系中，具有抑制產(chǎn)生銹的效果。
實(shí)施例3作為金屬磁性體粉末，準(zhǔn)備平均粒徑約10μm的Fe-1％Si粉末。將該粉末實(shí)施表3中示出的各種處理。即，添加1重量％的二甲基聚硅氧烷、聚四丁氧鈦或水玻璃(硅酸鈉)，充分混合，空氣中450℃下加熱10分鐘，進(jìn)行氧化1重量％的任何一種前處理，或者將它門組合的2種前處理。接著向前處理完的粉末中加入環(huán)氧樹脂，使金屬磁性體粉末和樹脂的體積比率為85/15，充分混合，過篩制粒。對于這些制粒粉末，準(zhǔn)備在125℃下進(jìn)行10分鐘前加熱處理的和不進(jìn)行加熱處理的，在模具中以不同的壓力進(jìn)行成形，最終成形體中金屬磁性體粉末的填充率為75％，從模具中取出后，在125℃下加熱處理1小時(shí)使熱硬化性樹脂完全硬化，得到直徑12mm，厚1mm的圓板狀試料。以和實(shí)施例1相同的方法評價(jià)所得試料的電阻率、絕緣耐壓、相對導(dǎo)磁率。結(jié)果示于表3。
如表3中明確的那樣，與沒進(jìn)行任何處理的只是將熱硬化性樹脂和金屬粉末混合的No.1比較，添加了有機(jī)Ti、有機(jī)Si、水玻璃中任何一種、或進(jìn)行氧化熱處理，或制粒后進(jìn)行預(yù)加熱處理的No.2～6都獲得了很高的絕緣電阻。這些中，僅有機(jī)系處理的No.3～4電阻率高、絕緣耐壓低；僅無機(jī)系處理的No.5電阻率趨向于降低；在No.3～6中綜合起來最優(yōu)良的是進(jìn)行氧化熱處理的No.6。同時(shí)進(jìn)行氧化熱處理和有機(jī)處理的No.8,9的特性更好。同時(shí)進(jìn)行無機(jī)系的氧化處理和被覆處理的No.7與只進(jìn)行單獨(dú)處理的比較，也具有良好的特性。在No.7～9中，變換了第1處理和第2處理的順序，電阻率都降低了1位數(shù)左右，得到大致同等的結(jié)果。
實(shí)施例4作為金屬磁性體粉末，準(zhǔn)備平均粒徑20、10、5μm3種Fe-3％Si-3％Cr粉末。向該粉末中添加表4中所示各平均粒徑的Al2O3粉末，充分混合。向該混合粉末中加入3重量％的環(huán)氧樹脂，充分混合，過篩制粒。將這樣的制粒粉末在模具中以4t/cm2(約392Mpa)的壓力進(jìn)行加壓形，從模具中取出后，在150℃下硬化1小時(shí)，得到直徑12mm，厚1.5mm的圓板試料。從這些試料的尺寸和重量計(jì)算出密度，由該值和Al2O3粉末和樹脂的混合量，分別求出金屬磁性體和Al2O3占總體試料的填充率。以和實(shí)施例1相同的方法測定所得試料的電組率、絕緣耐壓、相對導(dǎo)磁率。結(jié)果示于表4。
如表4所明確的那樣，相對于10μm的磁性體粉末，所添加的Al2O3的粒徑很大時(shí)，即使增加添加量，也不能提高電阻值，No.4中添加20體積％的2μmAl2O3，雖然達(dá)到了104Ω·cm，但金屬磁性體粉末的填充率降低了，得不到導(dǎo)磁率。與此相反，將Al2O3的粒徑取為1μm以下的No.5～No.7，特別是將粒徑取為0.5μm以下的No.6～No.7中，添加少量的Al2O3粉末，就能獲得很高的電阻值，提高金屬磁性體粉末的填充率，就能獲得很高的導(dǎo)磁率。
另一方面，將磁性體粉末的粒徑取為20μm時(shí)，Al2O3的粒徑在2μm以下，將磁性體粉末的粒徑取為5μm時(shí)，Al2O3的粒徑在0.5μm以下，電阻值可達(dá)到104Ω·cm。這樣，通過添加具有粒徑是金屬磁性體粉末的平均粒徑的1/10以下，最好1/20以下的電絕緣性材料，可獲得很高的電阻率。
實(shí)施例5作為金屬磁性體粉末，準(zhǔn)備平均粒徑約13μm的Fe-3％Si粉末，向該粉末中添加板徑約8μm、板厚約1μm的氮化硼粉末，充分混合。向該混合粉末中加入環(huán)氧樹脂充分混合，過篩制粒。將該制粒粉末，在模具中以3t/cm2(約294Mpa)左右的各種壓力進(jìn)行加壓成形，從模具中取出后，150℃下加熱處理1小時(shí)，使熱硬化性樹脂硬化，得到直徑12mm、厚1.5mm的圓板狀試料。從這些試料的尺寸和重量計(jì)算出密度，根據(jù)該值和氮化硼與樹脂的混合量，求出金屬磁性體粉末的填充率，氮化硼取為3體積％，金屬填充率如表5所示，調(diào)整氮化硼量、樹脂量、成形壓力，制作試料。為了比較，也制作不混合氮化硼的試料，以和實(shí)施例1相同的方法，測定試料的電阻率、絕緣耐壓、相對導(dǎo)磁率。結(jié)果示于表5。
如表5所明確的那樣，添加氮化硼、混合樹脂時(shí)，填充率低于65％的No.1,2中，與樹脂量無關(guān)的相對導(dǎo)磁率極低，飽和磁通密度也低。另一方面，在填充率為93％的No.9中，電阻率、耐壓都極低。與其相反，在填充率為65～90％的No.3～8，特別是70～85％的No.4～7中，電阻率、耐壓、飽和磁通密度、導(dǎo)磁率都很好。填充率為90％的No.8中，雖然飽和磁通密度和相對導(dǎo)磁率者很高，但和No.4～7比較，電阻，耐壓都很低，再者，由于樹脂量少，所以存在機(jī)械強(qiáng)度低的缺點(diǎn)。另一方面，填充率即使為75％，在未混合樹脂的No.10中，雖然相對導(dǎo)透磁率很高，但電阻率、絕緣耐壓稍有降低，得不到磁性體自身的機(jī)械強(qiáng)度，實(shí)際上是不能用的。即使混合樹脂，在未添加混合氮化硼的No.11中，電阻率、絕緣耐壓極低。只有添加氮化硼，而且混合樹脂，金屬磁性體粉末的填充率為65～90％，最好70～85％的實(shí)施例中，才能獲得可使用的特性。
實(shí)施例6作為金屬磁性體粉末，準(zhǔn)備平均粒徑約10μm的Fe-2％Si粉末。向該粉末中混合表6中所示的板徑約10μm、板厚約1μm的各種板狀粉末，或針長約10μm、針徑約2μm的針狀粉末、和環(huán)氧樹脂，以和實(shí)施例1相同的方法，得到金屬磁性體粉末的填充率為75％、各種板狀或針狀粉末的體積％為表6所示的直徑約12mm、厚度約1.5mm的圓板狀試料。為比較，也制作使用粒徑10μm球狀添加物的試料。以和實(shí)施例1相同的方法評價(jià)試料的電阻率、絕緣耐壓、相對導(dǎo)磁率。結(jié)果示于表6。
表6
如表6所明確的那樣，與未添加的No.1比較，在添加了板狀SiO2的No.2-7中，形成高電阻化、高絕緣耐壓化。然而，添加量低于1體積％的No.2，電阻、耐壓不充足，超過10體積％的No.7中，導(dǎo)磁率極低，此處雖然沒有記載，但為了使金屬磁性體粉末的填充率達(dá)到75％，所需要的成形壓力非常高。因此，作為板狀SiO2的添加量，在10體積％以下，更好為1～5體積％。除SiO2外，添加3體積％板狀或針狀的ZnO、TiO2、Al2O3、Fe2O3、BN、BaSO4、滑石、云母粉末的No.8～15，都是高電阻、高絕緣耐壓化。對于這些粉末，除了表6所示之外，本發(fā)明者們對各種體積％的混合比率進(jìn)行研究，同樣在10體積％以下，更好在1-5體積％，得到了很好的電阻率、耐壓、導(dǎo)磁率的平衡結(jié)果。在以相同的SiO2和Al3O3，添加了球狀粉末的No.16、17中怎么也測定不出高電阻化的效果。
實(shí)施例7作為金屬磁性體粉末，準(zhǔn)備平均粒徑約16μm的表7所示各種組成的粉末。向這些粉末中加入板徑約10μm、板厚約1μm的SiO2和環(huán)氧樹脂，充分混合，以和實(shí)施例1相同的方法，得到最終成形體中金屬磁性體粉末、樹脂和SiO2的體積百分率分別為75％、20％、3％的，直徑為12mm、厚度約1.5mm圓板狀硬化了的試料。以和實(shí)施例1相同的方法評價(jià)所得試料的電阻率、絕緣耐壓、飽和磁通密度、相對導(dǎo)磁率。結(jié)果示于表7。
如表7所明確的那樣，僅含有磁性元素的No.1、14，電阻率和耐壓比較低。這些中添加了Si、Al、Cr時(shí)，電阻率、耐壓都得到改善。當(dāng)比較Si、Al、Cr時(shí)，與No.4、10、11相比，Al和Cr的導(dǎo)磁率稍低，雖然此處沒有記載，但將金屬磁性體的填充率取作相同時(shí)的成形壓力增高，而且磁損失也趨于增高。非磁性元素的添加量，從No.1～9，和No.12、13就很明確的那樣，伴隨著增加，電阻率、耐壓雖然增高，但超過10重量％時(shí)，飽和磁通密度降低，而且此處沒有記載，金屬磁性體的填充率取作相同時(shí)的成形壓力增高。因此，非磁性元素在10重量％以下，最好為1～5重量％。
實(shí)施例8作為金屬磁性體粉末，準(zhǔn)備平均粒徑約13μm的Fe-4％Al粉末。向該粉末中添加作為具有潤滑性的固體粉末的球狀聚四氟乙烯(PTFE)粉末，充分混合。向該混合粉末中加入環(huán)氧系熱硬化性樹脂，充分混合，70℃下加熱1小時(shí)后，過篩制粒。將該制粒粉末，在模具中以3t/cm2(約294Mpa)左右的各種壓力下加壓成形，從模具中取出后，150℃下加熱處理1小時(shí)，使熱硬化性樹脂硬化，得到直徑約12mm、厚約1.5mm圓板狀的試料。由這些試料的尺寸和重量計(jì)算出密度，根據(jù)該值和PTFE與樹脂的混合量，求出金屬磁性體粉末的填充率，PTFE和金屬的填充率如表8所示，調(diào)整PTFE量、樹脂量、成形壓力制作試料。為比較，也制作不混合PTFE的試料。以和實(shí)施例1相同的方法，測定所得試料的電阻率、絕緣耐壓、相對導(dǎo)透磁率、結(jié)果示于表8。
如表8中所明確的那樣，在金屬磁性體粉末的填充率為60％時(shí)，即使不添加PTFE，初期電阻很高，但耐壓很低(No.1)。向其中添加PTFE，雖然提高了耐壓(No.2)，但飽和磁通密度和導(dǎo)磁率很低。當(dāng)將金屬磁性體粉末的填充率提高到85％時(shí)，導(dǎo)磁率和飽和磁通密度上升，電阻、耐壓卻趨于降低，將PTFE取為1～15％時(shí)，得到105Ω以上的電阻和200V以上的耐壓(No.3,4,6,7,8,10)。然而，沒有添加PTFE的No.5，電阻、耐壓都很低，反之，在PTFE取為20體積％的N0.9中，導(dǎo)磁率降低。PTFE的添加量最好為1～15體積％。在該實(shí)施例中，當(dāng)金屬磁性體粉末的填充率超過90％時(shí)，PTFE和樹脂的體積％必然降低，電阻、耐壓降低，機(jī)械強(qiáng)度也降低。
為比較，也制作添加沒有潤滑性的球狀氧化鋁粉末的試料，添20體積％以下時(shí)，電阻幾乎沒有升高。
實(shí)施例9作為金屬磁性體粉末，準(zhǔn)備平均粒徑約15μm的49％Fe-49％Ni-2％Si的粉末。將該粉末在空氣中500℃下加熱10分鐘，使其表面形成氧化膜。此時(shí)增加的氧化重量為0.63重量％，向得到的粉末中加環(huán)氧樹脂，充分混合，使金屬磁性體粉末和樹脂的體積比率為77/23，良好混合后過篩制粒。接著，用1mm直徑的被覆銅線，準(zhǔn)備內(nèi)徑5.5mm的2層4.5圈的線圈。將一部分制粒粉末，如圖5所示，裝入12.5mm四方型的模具中，輕輕壓平后，裝入線圈，再裝入粉末，以3.5t/cm2(約343Mpa)的壓力加壓成形，從模型具中取出后，125℃下加熱處理1小時(shí)，使熱硬化性樹脂硬化。所得成形體的尺寸為12.5×12.5×3.4mm，金屬粉末的填充率為73％，以0A和30A測定這種磁性元件的電感值，分別為1.2μH、1.0μH。而且，電流值依賴性很小。線圈導(dǎo)體的電阻為3.0mΩ。
實(shí)施例10作為金屬磁性體粉末，準(zhǔn)備平均粒徑約15μm的97％Fe-3％Si的粉末。將該粉末在空氣中525℃下分別加熱10分鐘，使其表面形成氧化膜。這時(shí)增加的氧化物重量為0.63重量％。向得到的粉末中加入環(huán)氧樹脂，使金屬磁性體粉末和樹脂的體積比率為85/15，良好混合后過篩制粒，用這種制粒粉末，以和實(shí)施例9相同的方法，制作尺寸為12.5×12.5×3.4mm、金屬磁性體粉末填充率為76％的磁性元件。以0A和30A測量這種磁性元件的電感值，分別為1.4μH、1.2μH，而且電流值依賴性減小。線圈導(dǎo)體的電阻為3.0mΩ。
實(shí)施例11作為金屬磁性體粉末，準(zhǔn)備平均粒徑約10μm的Fe-4％Si的粉末，將該粉末在空氣中以550℃下加熱30分鐘，使其表面形成氧化膜。向得到的粉末中加入環(huán)氧樹脂，充分混合，使金屬磁性體粉末和樹脂的體積比率為77/23，過篩制粒。接著向粒徑20μm的50％Fe-50％Ni粉末中添加硅酮樹脂，以10t/cm2(約980Mpa)成形后，在氮?dú)庵羞M(jìn)行退火處理，制作準(zhǔn)備填充密度為95％、直徑5mm、厚度2mm的模制鐵粉芯。在這種模制鐵粉芯周圍，用直徑1mm的被覆銅線以2層卷繞4.5圈。使用在其中芯具有模制鐵粉芯的線圈和制粒粉末，以和實(shí)施例9相同的方去，使粉末和帶有模制鐵粉芯的導(dǎo)體形成一個(gè)整體，125℃下加熱處理1小時(shí)，使熱硬化性樹脂硬化，得到具有和圖2相同結(jié)構(gòu)的成形體。所得成形體的尺寸為12.5×12.5×3.5mm。以0A和30A測定這種磁性元件的電感值，分別為2.0μH、1.5μH，比不使用模制鐵粉芯的實(shí)施例9元件更大，而且電流值依賴性減小。線圈導(dǎo)體的電阻值為3.0mΩ。
實(shí)施例12作為金屬磁性體粉末，準(zhǔn)備平均粒徑約15μm的Fe-3.5％Si的粉末。向該粉末中加入板徑約10μm，板厚約1μm的氮化硼粉末和環(huán)氧樹脂，充分混合，使金屬磁性體粉末和氮化硼和樹脂的體積比率為76/20/4，過篩制粒。接著，用1mm直徑的被覆銅線制作內(nèi)徑5.5mm、2層4.5圈的線圈。用該線圈和制粒粉末以和實(shí)施例9相同的方法加壓成形，從模具中取出后，在150℃下加熱處理1小時(shí)，使熱硬化性樹脂硬化。得到的成形體尺寸為12.5×12.5×3.4mm，金屬磁性體粉末的填充率為74％。以0A和30A測量這種磁性元件的電感值分別是1.5μH、1.1μH，而且電流值依賴性很小。接著，在線圈端子和元件外面，和元件外面的2處，夾住鱷口夾子，測定線圈端子/元件多面之間和元件外面2點(diǎn)間的電阻，都在1010Ω以上，耐電壓也在400V以上，完全絕緣。線圈導(dǎo)體自身的電阻為3.0mΩ。
實(shí)施例13作為金屬磁性體粉末，準(zhǔn)備平均粒徑約10μm的Fe-1.5％Si粉末，向該粉末中加入板徑約10μm、板厚約1μm的氮化硼粉末，和環(huán)氧樹脂，充分混合，使金屬磁性體粉末和樹脂和氮化硼的體積比率為77/20/3，過篩制粒。接著，用直徑0.7mm的被覆酮線制作內(nèi)徑4mm的1圈線圈。利用該線圈和制粒粉末，以和實(shí)施例12相同的方法制作6×6×2mm尺寸的磁性元件。以0A和30A測量這種磁性元件的電感值，分別是0.16μH、0.13μH，而且電流值依賴性很小。接著在線圈端子和元件外面，及元件外面2處，夾住鱷口夾子，測量線圈端子/元件外面之間和元件外面2點(diǎn)之間的電阻值，都在1010Ω以上，耐電壓也在400V以上，完全絕緣。線圈導(dǎo)體自身的電阻為1.3mΩ。
實(shí)施例14作為金屬磁性體粉末，準(zhǔn)備平均粒徑約10μm的Fe-3.5％Al粉末、滑石粉末、環(huán)氧樹脂、硼旨酸鋅粉末。首先將金屬磁性體粉末和滑石粉末充分混合，再向其中加入環(huán)氧樹脂，再次混合，70℃下加熱1小時(shí)后，過篩制粒。向該制粒粉中加入硬脂酸鋅，混合。這時(shí)，金屬磁性體粉末、滑石粉末、熱硬化性樹脂、硬脂酸鋅粉末的體積比率為81∶13∶5∶1。
接著，用1mm直徑的被覆銅線，制作內(nèi)徑5.5mm的2層4.5圈的線圈，用12.5mm的四方形模具，以和實(shí)施例12相同的方法制作試料。所得成形體的尺寸為12.5×12.5×3.4mm，金屬磁性體粉末的填充率為78％，以0A和20A測量這種磁性元件的電感值，分別為1.4μH、1.2μH，而且電流值的依賴性很小。接著，在線圈端子和元件外面，及元件外面的2處，夾住鱷口夾子，測量線圈端子/元件外面之間和元件外面的2點(diǎn)之間電阻，都在108Ω以上，耐電壓也在400V以上，完全絕緣。線圈導(dǎo)體自身的電阻為3.0MΩ。
實(shí)施例15作為金屬磁性體粉末，準(zhǔn)備平均粒徑約13μm的Fe-3％Al的粉末。向該粉末中加入4重量％表9所示的環(huán)氧樹脂，充分混合，在表9所示條件下進(jìn)行處理后，過篩，制成100～500μm的顆粒。表中記載在MEK中溶解的是使用環(huán)氧樹脂，預(yù)先將其溶解在1.5倍重量的甲基乙基酮溶液中。所用的固體粉末狀的環(huán)氧樹脂(常溫下主劑為粉末狀，硬化劑為液狀)的平均粒子徑約為60μm。
接著，用1mm的被覆導(dǎo)線，制作內(nèi)徑5.5mmφ的2層卷繞4.5圈的線圈(厚度2mm，直流電阻3.0mΩ)。將這種線圈藏于內(nèi)部，用表9的各粉末，在模具中，以3.5t/cm2(約343Mpa)左右的各種壓力進(jìn)行加壓成形，從模具中取出后，150℃下加熱處理1小時(shí)，使熱硬化性樹脂硬化，制作12.5mm四方形、厚度3.5mm的試料。為比較，也準(zhǔn)備不進(jìn)行加熱處理和制粒的粉末，同樣制作試料。以100KHz測定這些試料的直流重疊電流0A和20A的電感值。結(jié)果示于表9。
如表9中所明確的那樣，使用液狀樹脂，不進(jìn)行預(yù)加熱，或加熱溫度很低的No.1、2，得到很大的電感值，由于粉末的流動(dòng)性極低，在實(shí)際制作時(shí)，存在難以向模具中填充的缺點(diǎn)。溫度在65℃以上，在樹脂原本硬化溫度150℃以下，進(jìn)行預(yù)加熱，制粒的No.3～6，粉末流動(dòng)性很好，電感值也充分實(shí)用。預(yù)加熱溫度為170℃的No.7，電感值降低。進(jìn)行加熱處理的，但不進(jìn)行制粒的No.8，流動(dòng)性稍稍降低，但可以使用。
使用粉末樹脂時(shí)，即使不進(jìn)行預(yù)加熱和制粒處理，也能獲得某種程度的流動(dòng)性，稍進(jìn)行處理，流動(dòng)性就很好。對液狀樹旨和粉末樹脂進(jìn)行比較時(shí)，總體中使用粉末樹脂的電感值很低，特別是溶解在MEK中使用的No.12～14，電感值全都降低。
如以上說明，本發(fā)明提供了具有優(yōu)良特性的復(fù)合磁性體，用它制作的電感器、扼流線圈、變壓器等磁性元件，具有極大的工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。
權(quán)利要求
1．一種復(fù)合磁性體，是含有金屬磁性體粉末和熱硬化性附脂的復(fù)合磁性體，其特征是上述金屬磁性體粉末的填充率為65～90體積％，電阻率在104Ω·cm以上。
2．根據(jù)權(quán)利要求1記載的復(fù)合磁性體，其特征是金屬磁性體粉末的填充率為70～85體積％。
3．根據(jù)權(quán)利要求1記載的復(fù)合磁性體，其特征是金屬磁性體粉末是將從Fe、Ni和Co中選出的磁性金屬作主成分，是副成分的非磁性元素合計(jì)量在10重量％以下。
4．根據(jù)權(quán)利要求1記載的復(fù)合磁性體，其特征是金屬磁性體粉末含有從Si、Al、Cr、Ti、Zr、Nb和Ta中至少選出的1種非磁性元素。
5．根據(jù)權(quán)利要求1記載的復(fù)合磁性體，其特征是還含有除了熱硬化性樹脂以外的電絕緣性材料。
6．根據(jù)權(quán)利要求5記載的復(fù)合磁性體，其特征是電絕緣性材料含有在金屬磁性體粉末表面上形成的氧化膜。
7．根據(jù)權(quán)利要求6記載的復(fù)合磁性體，其特征是氧化膜含有從Si、Al、Cr、Ti、Zr、Nb和Ta中至少選出的1種非磁性元素。
8．根據(jù)權(quán)利要求7記載的復(fù)合磁性體，其特征是氧化膜的厚度為10～500nm。
9．根據(jù)權(quán)利要求5記載的電絕緣性復(fù)合磁性體，其特征是電絕緣性材料含有從有機(jī)硅化合物、有機(jī)鈦化合物和硅酸系化合物中選出的至少1種。
10．根據(jù)權(quán)利要求5記載的復(fù)合磁性體，其特征是電絕緣性材料是具有是金屬磁性體粉末平均粒子徑的1/10以下的平均粒子徑的固體粉末。
11．根據(jù)權(quán)利要求5己錄的復(fù)合磁性體，其特征是電絕緣性材料是板狀或針狀的粒子。
12．根據(jù)權(quán)利要求11記載的復(fù)合磁性體，其特征是板狀或針狀的粒子縱橫尺寸比在3/1以上。
13．根據(jù)權(quán)利要求11記載的復(fù)合磁性體，其特征是板狀或針狀粒子的最長徑平均值是金屬磁性體粉末平均粒子徑的0.2～3倍。
14．根據(jù)權(quán)利要求11記載的復(fù)合磁性體，其特征是板狀或針狀粒子包括從滑石、氮化硼、氧化鋅、氧化鈦、氧化硅、氧化鋁、氧化鐵、硫酸鋇和云母中選出的至少1種。
15．根據(jù)權(quán)利要求5記載的復(fù)合磁性體，其特征是電絕緣性材料是從脂肪酸鹽、氟樹脂、滑石和氮化硼中選出的至少1種。
16．一種磁性元件，是含有金屬磁性體粉末和熱硬化性樹脂的復(fù)合磁性體，其特征是包含上述金屬磁性體粉末的填充率為65～90體積％，電阻率在104Ω·cm以上的復(fù)合磁性體和埋設(shè)在上述復(fù)合磁性體中的線圈。
17．根據(jù)權(quán)利要求16記載的磁性元件，其特征是將復(fù)合磁性體作為第1磁性體，還包含比第1磁性體導(dǎo)磁率更高的第2磁性體。
18．根據(jù)權(quán)利要求17記載的磁性元件，其特征是配置上述線圈和上述第2磁性體，以便僅經(jīng)由第2磁性體，不形成通過線圈的內(nèi)側(cè)和外側(cè)的閉合通路。
19．根據(jù)權(quán)利要求17記載的磁性元件，其特征是第2磁性體是從鐵氧體和模制鐵粉芯中至少選出1種。
20．一種磁性元件的制造方法，是包括含有金屬磁性體粉末和熱硬化性樹脂并使上述金屬磁性體粉末的填充率為65～90體積％，電阻率在104Ω·cm以上的復(fù)合磁性體，和埋設(shè)在上述復(fù)合磁性體中線圈的磁性元件的制造方法，其特征是包括以下工序，即，將含有上述金屬磁性體粉末和未硬化狀態(tài)的上述熱硬化性樹脂的材料進(jìn)行混合，得到混合體的工序，將埋設(shè)上述線圈的上述混合體進(jìn)行加壓成形而得到成形體的工序、和通過加熱上述成形體使上述熱硬化性樹脂硬化的工序。
21．根據(jù)權(quán)利要求20記載的磁性元件的制造方法，其特征是還包括在使熱硬化性樹脂硬化之前，對含有金屬磁性體粉末和未硬化狀態(tài)的上述熱硬化性樹脂的混合體，在65～200℃下進(jìn)行加熱的工序。
22．根據(jù)權(quán)利要求20記載的磁性元件的制造方法，其特征是還包括將含有金屬磁性體粉末和未硬化狀態(tài)的熱硬化性樹脂的混合體進(jìn)行制粒的工序。
23．根據(jù)權(quán)利要求20記載的磁性元件的制造方法，其特征是將未硬化時(shí)的主劑在常溫下為粉末的熱硬化性樹脂，不溶解在溶劑中，而是與含有金屬磁性體粉末的混合材料的其余部分進(jìn)行混合。
24．根據(jù)權(quán)利要求20記載的磁性元件的制造方法，其特征是熱硬化性樹脂的主劑在常溫下為液體。
全文摘要
本發(fā)明提供的復(fù)合磁性體,含有金屬磁性體粉末和熱硬化性樹脂,金屬磁性體粉末的填充率為65～90體積%,電阻率在10
文檔編號H01F27/02GK1321991SQ0111966
公開日2001年11月14日 申請日期2001年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2000年4月28日
發(fā)明者井上修, 加藤純一, 松谷伸哉, 藤井浩, 高橋岳史 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社