复合磁性体及其制造方法、使用复合磁性体的电路板以及使用复合磁性体的电子设备的制作方法

专利名称：复合磁性体及其制造方法、使用复合磁性体的电路板以及使用复合磁性体的电子设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及高频电路板与高频电子部件，特别涉及适合作为上述高频 电路板与高频电子部件的材料的复合磁性体及其制造方法。
背景技术：
随着信息通信设备的高速化、高密度化，强烈要求搭载在电子设备上 的电子部件和电路板小型化与低耗电化。通常已知由于在材料内传播的电
磁波的波长Xg可以使用在真空中传播的电磁波的波长人O与材料的相对介 电常数sr与相对磁导率iar，用下述数l式表示，所以相对介电常数sr与相对 磁导率pr越大，波长縮短率越大，从而能将电子部件和电路板小型化。 [数l]
另外，报道了下述尝试材料的特性阻抗Zg可以使用真空的特性阻抗 Z0，用下面的数2式表示，例如，增大相对磁导率^，增加特性阻抗Zg与 终端电阻的电阻值，减小流通配线的电流，由此降低电子部件和电路板的 耗电。
徵2]<formula>formula see original document page 8</formula>
但是，在信息通信设备等所用的高频带中，在磁性材料的表面产生涡 电流，由于该涡电流在消除施加的磁场变化的朝向上产生磁场，所以导致 材料表观上导磁率降低。另外，由于涡电流增大产生因焦耳热导致的能量 损耗，所以难以用作电路板和电子部件等的材料。为了减少涡电流，减少磁性粉末的直径使其小于下述数3式表示的表皮深度d是有效的。
徵3]
d = 1/ (n' f 'iiO ,yr 'a) 1/2
此处，f为信号频率，a为磁性粉末的导电率，)aO为真空的导磁率。
近年，随着纳米技术的进步，磁性粒子微细化发展，报导了几个抑制 高频下材料的相对磁导率F降低的事例。
专利文献l中公开了通过在树脂中分散扁平状纳米结晶磁性体粉末， 升高将用复磁导率表示导磁率时的作为磁损耗项的虚数部导磁率W，由此 可以形成具有优异的电波吸收特性的电磁波吸收体。
另外，专利文献2中，通过使用用螺杆搅拌与超声波搅拌进行的分散 混合方法，将多种粒径的磁性体粒子分散到树脂中，提供在300MHz左右 以下损耗少的复合磁性体。
另外，在日本专利申请2007-12092号中，本发明人使用用分散介质的 自转公转式混合将球状磁性粉末或扁平状磁性粉末理想地混合分散在树 脂中，由此提供在500MHz lGHz下相对磁导率(ir大于l、且介质损耗角正 切tan5为0.1以下的复合磁性体。
专利文献l:日本特开平ll-354973号公报
专利文献2:日本特开2006-269134号公报

发明内容
专利文献l中公开了通过将扁平状纳米结晶磁性体粉末与树脂复合， 可以形成在宽广频带中具有优异的电波吸收特性的电磁波吸收体。但是， 专利文献1中，对于磁性粒子的分散方法并没有具体描述，并且为了隔离、 吸收电磁波，提出了在使用频率下作为磁损耗项的虚数部导磁率f较大的 材料。
但是，磁损耗较大的材料不适用于电路板或电子部件等之类要求磁损 耗小的用途中。
另一方面，专利文献2中公开了低耗电、可以抑制交叉串扰及放射噪 音、适合电路板和电子部件的复合磁性体。但是，如专利文献2所示，使用球状的磁性体粉末时，由于各个磁性体粒子的反磁场系数增大，所以导
致相对磁导率F降低。此时，为了提高相对磁导率(ir，必须增加混合浓度，
增大混合浓度时，具有难以得到均匀的分散性等产生制造上困难的倾向。 另外，微小磁性微粒除施加电双层的相互作用与范德华力的引力能量 之外，还施加磁的相互作用，所以引起凝集，容易形成凝集体。复合磁性 体中的微小磁性微粒的凝集体作为一个较大的磁性粒子运动，所以容易在 高频下产生涡电流，导致磁特性降低，所以进行螺杆搅拌、超声波分散等， 以不产生磁性体粒子凝集的方式制造复合磁性体。
但是，明确了专利文献2所示的混合方法中，由于从外部对凝集体施
加的能量比形成凝集体的能量小，所以并没有在绝缘材料中均匀分散，在
数百MHz 数GHz频带中，可以充分降低磁损耗。即，专利文献2所示的 混合方法中，对于破碎凝集体是不充分的。
另外，由于含有具有多种粒径的磁性体粒子，所以不仅必须筛选磁性 粉末，也必须筛选磁性粉末的粒径，具有导致制造工序变复杂的缺点。
此处，磁性粉末为金属磁性粉末时，具有高饱和磁化与导磁率，但由 于电阻率低(10" l(T^cm)，所以如上所述，在高频区域中涡电流损耗增 大，导致磁特性劣化，所以必须在复合磁性体中均匀分散磁性粉末。另外， 通过使用铁系金属磁性粉末，与镍或钴系金属磁性粉末相比，可以以工业 规模低制造成本安全且有效地制造。另一方面，为金属氧化物磁性粉末时， 与金属磁性材料相比，电阻率高(l l()SQcm)，所以在高频区域中涡电流 损耗小，磁特性劣化少。但是，由于饱和磁束密度为金属磁性材料的1/3 1/2，所以必须在复合磁性体中高密度含有磁性粉末。
进而，在日本专利申请2007-12092号中，本发明人发现通过理想地实 施磁性粉末的分散，即使在500MHz lGHz的频率带中，也能减少损耗。 但是，形成复合磁性体的78-透磁合金(78Ni-22Fe合金)由于塑性变形性能 小，所以无法充分除去反磁场的影响，并且由于结晶取向性小，所以难以 使高频磁场与易磁化轴一致，阻碍进一步高导磁率化。
为此，本发明的第l目的在于提供一种复合磁性体，其是将磁性粉末 分散在绝缘性材料中而构成的复合磁性体，其中，所述磁性粉末的形状为球状或扁平状，在1GHZ的频率下，相对磁导率^大于1，并且介质损耗角
正切tanS为0.1以下。
另外，本发明的第2目的在于提供一种复合磁性体，其是在合金粒子 中添加金属元素，受机械应力时容易相对于特定的结晶方向(此处为易磁化 轴方向)发生塑性变形的包含磁性粉末及绝缘性材料的复合磁性体，所述扁 平状磁性粉末的长轴方向与易磁化轴的方向一致，在1.2GHz以下的频率 下，相对磁导率p大于lO,并且介质损耗角正切tanS为0.3以下。
另外，本发明的第3目的在于提供一种复合磁性体，其中，即使使用 金属磁性粉末与金属氧化物磁性粉末中的任意一种材料，也可以在数百 MHz 数GHz频带中赋予足够小的磁损耗。
另外，本发明的第4目的在于提供一种制造所述任意一种复合磁性体 的方法。
本发明的第5目的在于提供使用上述任意一种复合磁性体的电路板、 电子部件及电子设备等。
本发明人进行了潜心研究，结果发现通过适当地实施磁性粉末的分 散，即使在数百MHz 数GHz的频率带中，也能降低损耗，进而，通过适 当地实施扁平状磁性粉末的分散与取向，在1.2GHz以下的频率带中，能进 一步提高导磁率。
艮口，根据本发明的第l方案，能得到一种复合磁性体，其是在将磁性 粉末分散在绝缘性材料中而构成的复合磁性体，所述磁性粉末为球状或扁 平状，所述复合磁性体具有下述(a) (c)中的任意一种特性。
(a) 在lGHz或500MHz的频率下，相对磁导率pr大于l，并且介质损耗 角正切tan5为0.1以下；
(b) 在1.2GHz以下的频率下的复导磁率的实部F'大于10，并且介质损 耗角正切tan5为0.3以下；以及
(c) 复导磁率的实部(^，在4GHz以下的频率下大于l，且在lGHz以下的 频率下，介质损耗角正切tanS为O.l以下。
此处，在本发明的上述方案中，所述复合磁性体优选在lGHz以下的 频率下的复介电常数的实部sr，为10以上，或在lGHz以下的频率下的复介电常数的实部sr'为10以下。
另外，根据本发明的第2方案，能得到一种复合磁性体的制造方法，
其特征在于，包括下述工序使绝缘性材料及球状或扁平状磁性粉末分散 在溶剂中，进行混合，制造浆料的工序；将所述浆料进行涂布、干燥、烧
成的工序，所述浆料的制造工序包括制造在溶剂中添加有表面活性剂的分 散溶剂的工序，和在该分散溶剂中混合所述磁性粉末的工序，其中，混合 所述磁性粉末的工序包括添加分散介质的工序，和进行自转公转式混合的 工序。
此处，在本发明的上述方案中，所述自转公转式混合优选在公转速度
为100rpm以上、自转速度为100rpm以上进行，更优选在公转速度为500rpm 以上、自转速度为200rpm以上进行。
另外，根据本发明的第3方案，能得到一种电路板，其特征在于，其 具有所述至少一种复合磁性体，另外，能得到一种电子设备，其特征在于 至少具有上述电路板。
根据本发明的第4方案，能得到一种电子部件，其特征在于，其至少 具有所述任意一种复合磁性体。
另外，根据本发明的第5方案，能得到一种电子设备，其特征在于， 其至少具有所述电子部件。
另外，根据本发明的第6方案，能得到一种电路板，其特征在于，其 至少具有由上述任意一种制造方法制得的复合磁性体。
根据本发明的第7方案，能得到一种电子设备，其特征在于，其至少 具有所述电路板。
根据本发明的第8方案，能得到一种电子部件，其特征在于，其至少 具有由所述任意一种制造方法制得的复合磁性体。
进而，根据本发明的第9方案，能得到一种电子设备，其特征在于， 其至少具有所述电子部件。
根据本发明，可以提供一种复合磁性体，其特征在于，通过适当地将 球状磁性粉末或扁平状磁性粉末混合分散在绝缘性材料中，在lGHz的频 率下，相对磁导率pr大于l，并且介质损耗角正切tanS为O.l以下。通过将本发明的复合磁性体用作电路板及/或电子部件的材料，能实现仅利用电介体
的电路板或电子部件难以实现的在数百MHz lMHz频带中的信息通信设
备小型化、低耗电化。
另外，根据本发明，可以提供一种复合磁性体和使用该复合磁性体的 电子设备，其特征在于，在合金粒子中添加金属元素，受机械应力时容易 相对特定的结晶方向(例如易磁化轴方向)发生塑性变形的包含磁性粉末和 绝缘性材料的复合磁性体，所述扁平状磁性粉末的长度方向与易磁化轴方
向一致，在1.2GHz以下的频率下相对磁导率iar大于10，并且介质损耗角正 切tanS为0.3以下。通过将具有本发明的高导磁率的复合磁性体适用作电路 板及/或电子部件的材料，能实现数百MHz lGHz频带中的信息通信设备 的进一步小型化、低耗电化。
进而，根据本发明，可以提供一种复合磁性体，其特征在于，通过将 作为磁性粉末的铁系金属磁性粉末或金属氧化物磁性粉末适当地混合分 散在绝缘性材料中，在4GHz以下的频率下相对磁导率^大于l并且在lGHz 以下的频率下介质损耗角正切tan5为0.1以下。通过将该复合磁性体用作电 路板与电子部件的材料，可以实现仅利用电介体的电子部件难以实现的数 十 数百MHz频带中的信息通信设备的小型化、低耗电化。


是相对于频率示出由本发明的实施例l得到的复合磁性体的磁特 性的值的图。是本发明的实施例1得到的复合磁性体的扫描型电子显微镜照片。是相对于频率示出本发明的实施例2得到的复合磁性体的磁特性 的值的图。是本发明的实施例2得到的复合磁性体的扫描型电子显微镜照片。是相对于频率示出用现有方法得到的复合磁性体的磁特性的值 的图。[图6]是用现有方法得到的复合磁性体的扫描型电子显微镜照片。 [图7]是表示本发明的实施例3的高频电路板构成的简图。是相对于频率示出图7所示的高频电路板的传输特性与反射特性
的值的图。是表示本发明实施例4的天线构成的简图。 [图10]是相对于频率示出图9所示的天线的输入反射特性的图。 [图11]是相对于频率示出本发明实施例5得到的复合磁性体的磁特性 的值。是本发明实施例5得到的复合磁性体的扫描型电子显微镜照片。 [图13]是表示本发明实施例5得到的复合磁性体的X射线衍射结果的图。是相对于频率示出由现有方法得到的复合磁性体的磁特性的值。是用现有方法得到的复合磁性体的扫描型电子显微镜照片。 [图16]是表示用现有方法得到的复合磁性体的X射线衍射结果的图。 [图17]是表示本发明的实施例6的天线构成的简图。 [图18]是相对于频率表示天线的输入反射特性的图。 [图19]是相对于频率示出本发明的实施例7得到的复合磁性体的磁特 性的值的图。是本发明实施例7得到的复合磁性体的扫描型电子显微镜像。 [图21]是相对于频率示出本发明实施例8得到的复合磁性体的磁特性 的值。是本发明实施例8得到的复合磁性体的扫描型电子显微镜像。
符号说明
IO复合磁性体基板
12导体线路
14馈电口
16复合磁性体天线20复合磁性体 22带状导体
24导体地板 ' 26馈电点
具体实施例方式
首先，说明构成本发明实施方案的复合磁性体的磁性粉末。 作为所述磁性粉末的材质，可以举出铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)中的至少 一种金属或合金或化合物，优选在具有高饱和磁化的铁或铁系合金铁(Fe)、 透磁合金(Fe-Ni合金)、超高导磁率合金(Fe-Ni-Mo合金)、铁硅铝(Fe-Si-Al 合金)、Fe-Si合金、Fe-Co系合金、Fe-Cr合金、Fe-Cr-Si合金、铁(Fe)-氮(N) 系合金、铁(Fe)-碳(C)系合金、铁(Fe)-硼(B)系合金、铁(Fe)-磷(P)系合金、 铁(Fe)-铝(Al)等中添加钛(Ti)、铝(A1)、铬(Cr)、锰(Mn)、钴(Co)、铜(Cu)、 锌(Zn)、铌(Nb)、钼(Mo)、钒(V)、铟(In)、锡(Sn)等金属元素中的至少一种 以上金属元素的铁或铁系合金。将上述金属元素添加在铁或铁系合金中得 到的磁性粉末由于变软、塑性变形性提高，所以受机械应力时容易塑性变 形，从而容易得到具有高纵横尺寸比的扁平状磁性粉末。另外，由于该扁 平状磁性粉末的长度方向与易磁化结晶的轴一致，所以能提高复合磁性体 的导磁率。
所述金属元素的添加量优选处于0.1重量％以上且90重量％以下的范 围。其原因在于，金属元素的添加量小于0.1重量％时，所述软磁性粉末得 不到充分的塑性变形性能，另一方面，由于所述金属元素本身的磁矩小， 所以添加量超过90重量％时，所述磁性粉末的饱和磁化减小。
另外，也优选具有高电阻率的磁铁矿(Fe304)、锰(Mn)-锌(Zn)铁氧体、 镍(Ni)-锌(Zn)铁氧体、钴(Co)铁氧体、锰(Mn)铁氧体、镍(Ni)铁氧体、铜(Cu) 铁氧体、锌(Zn)铁氧体、镁(Mg)铁氧体、锂(Li)铁氧体、锰(Mn)-镁(Mg)铁 氧体、铜(Cu)-锌(Zn)铁氧体、锰(Mn)-锌(Zn)铁氧体之类的铁氧体化合物。
所述复合磁性体中所含的所述磁性粉末含量优选为10vol。/。以上且 95voP/。以下，优选为10vol。/。以上，特别优选为10vol。/。以上90voP/。以下的范围。原因在于，为10vol。/。以下时，所述磁性粉末的含量过少，得不到高 相对磁导率F，另一方面，随着磁性粉末的含量增多，复合磁性体的涂布 变困难，特别是超过95vol。/。时，在所述复合磁性体中所述磁性粉末的比例 变得过多，在所述绝缘材料中无法均匀地涂布，形成凝集体，介质损耗角
正切tanS增大。
作为上述材质的磁性粉末，可以使用球状或扁平形状的粉末，但所述 磁性粉末的粒径优选为0.01(im以上且10^im以下。优选0.01pm以上且10(im 以下的原因在于，所述磁性粉末的粒径与饱和磁化密接相关，粒径较小时， 个数增加，导致每个粒子的体积減少、总表面积增加等变化。较之于体积， 总表面积增加，导致与表面相关的特性被粒子支配。通常，表面层具有与 内部不同的组成，结构，所以粒子减小时，有利于磁性的原子相对减少，饱 和磁化减小。因此，必须具有至少0.01pm以上的平均粒径。另外，粒径增 加过大时，由于在高频中也产生涡电流，所以平均粒径的上限值为10jLim。
另外，在分散溶剂中混合磁性粉末的工序中，通过分散介质的剪切应 力使球状磁性粉末机械地变形为扁平状，优选扁平状磁性粉末具有0.1 lpm的厚度。难以制造厚度小于0.1pm的扁平状磁性粉末，并且操作也困 难。另外，扁平状磁性粉末的厚度超过l(im时，产生涡电流，导致在高频 下的磁特性降低，所以不优选。另外，所述扁平状磁性粉末的纵横尺寸比 (长度/厚度)小于2时，粉末的反磁场系数增加，复合磁性体的相对磁导率^ 降低，所以不优选。
下面，说明构成复合磁性体的绝缘性材料。
使用所述复合磁性体作为电路板的材料时，从提高特性阻抗的观点考 虑，优选介电常数较低者，作为所述绝缘性材料，优选选择聚酰亚胺树脂、 聚苯并噁唑树脂、聚亚苯基树脂、聚苯并环丁烯树脂、聚亚芳基醚树脂、 聚硅氧烷树脂、环氧树脂、聚酯树脂、氟树脂、聚烯烃树脂、聚环烯烃树 脂、氰酸酯树脂、聚亚苯基醚树脂、聚苯乙烯树脂等低介电常数的合成树 脂。
电容器或天线元件等要求高介电常数性时，可以适当使用Al203、Si02、
Ti02、 2MgOSi02、 MgTi03、 CaTi03、 SrTi03、 BaTi03等陶瓷或上述无机物与有机物的混合物等。
以下，说明本实施方案的复合磁性体的具体制作方法。
首先，为了比较评价，检验了本发明人公开的专利文献2中列举的方
法作为现有方法。通过自转公转搅拌和超声波照射搅拌混合lg平均粒径为
0.15(im的78-透磁合金磁性粉末(Ni:78。/。-Fe:22。/。合金)禾卩下述的分散液，所 述分散液是在二甲苯与环戊酮4:l的混合液10g中溶解含氮的接枝聚合物作 为表面活性剂而得到的，制作浆料液。通过自转公转搅拌与超声波照射搅 拌混合该浆料液和0.5g下述的树脂清漆，所述树脂清漆是将聚环烯烃树脂 以固态成分比率为40%稀释得到的，由此得到糊料，通过将该糊料实施浓 縮、涂布、干燥、热处理与加压成形来形成复合磁性体。该复合磁性体的 复磁导率通过平行线法来测定，结果可知在lGHz的频率下，相对磁导率 pr=4、磁损耗tan 5=0.3，虽然磁特性在2 300MHz左右的频率下显示良好 的值，但是在300MHz以上的频率下磁损耗增加(参见图5)。另外，用扫描 型电子显微镜确认磁性粉末在该复合磁性体片中的分散性时，可知球状粒 子凝集，形成大于liam的凝集体(参见图6)。
为此，本发明人鉴于上述内容进行反复潜心研究，结果通过使用以下 的制造方法进行混合，可以得到在lGHz以下的频率下相对磁导率^大于l、 且介质损耗角正切tanS为O.l以下的复合磁性体。
本发明的制造工序的最大特征在于，在溶剂中将具有高饱和磁化的铁 或铁系合金或具有高电阻率的铁氧体化合物与绝缘材料进行混合搅拌时， 在混合容器中投入分散介质，在混合容器中投入分散介质，以高速(公转速 度为100rpm以上、自转速度为100rpm以上，优选公转速度为500rpm以上， 自转速度为200rpm以上)进行自转公转搅拌，在分散介质所产生的强剪切 应力的作用下，磁性粒子被扁平化或者凝集粒子被破碎，分散性得到了提 高，从而可以将所述磁性粉末均匀且高浓度地配置在所述复合磁性体中。
具体说明如下，本发明的制造方法在使磁性粉末或添加有金属元素的 磁性粉末分散在溶剂中进行混合来制造浆料的工序中包括下述工序制造 在溶剂中添加有表面活性剂的分散溶剂的工序和在分散溶剂中混合磁性 粉末的混合工序，将该磁性粉末混合于分散溶剂中时，添加分散介质，在添加分散介质的状态下，进行自转公转式混合，在分散介质的机械应力的 作用下，将在某特定的结晶面方向发生塑性变形的磁性粉末扁平化，然后， 向其中添加、混合绝缘性材料。
如上所述，生成包含溶剂、表面活性剂、磁性粉末、分散介质及绝缘 性材料的混合体的浆料，结束自转公转式混合时，进行由该混合体分离分 散介质的工序。需要说明的是，分离分散介质的工序可以在绝缘性材料的 添加々昆合前进行。分离分散介质的工序可以为静置混合体直至分散介质从 其他溶剂等分离为止的工序，还可以为通过对混合体实施离心分离来从混 合体中分离分散介质的工序。
作为能用于混合溶剂、表面活性剂、磁性粉末、分散介质及绝缘性材 料的上述混合工序的装置，有捏合机、辊磨机、销棒粉碎机、砂磨机、球 磨机、行星球磨机等，但为了使用本发明的分散介质，适合砂磨机、球磨 机、行星球磨机等。
另外，作为分散介质，可以举出铝、钢、铅等金属类或金属氧化物类、 氧化铝、氧化锆、二氧化硅、二氧化钛等氧化物烧结体、氮化硅等氮化物 烧结体、碳化硅等硅化物烧结、钠玻璃、铅玻璃、高比重玻璃等玻璃类等， 但作为本发明的分散介质，从混合效率的观点来看优选比重为6以上的氧 化锆、钢、不锈钢等。该分散介质的特征在于硬度比磁性粉末大。
另外，由于上述混合通过分散介质的冲击来进行，所以冲击次数增加 时，分散性也提高。因此，分散介质的平均粒径越小，填充在每单位体积 中的个数增加，冲击次数增加，分散性也优化，但另一方面，粒径过小时，
难以从浆料中分离。因此，必须具有至少为0.1mm以上的平均粒径。另外， 分散介质的粒径过大时，上述冲击次数减少，分散性能降低，所以平均粒 径的上限值为3.0mm。
另外，混合搅拌时间过短时，球状磁性粒子未被充分扁平化，另外， 过长时，扁平化的磁性粒子被进一步磨碎，不能保持适当的纵横尺寸比(长 度/厚度)，所以在高频中磁特性变差。因此，混合搅拌时间优选为30分钟 左右，但这需要通过原材料的初始投入量、搅拌的自转公转速度来适当调下面，说明所得浆料的涂布方法。涂布方法可以使用公知的成形方法、 例如加压法、刮刀法、喷射成形法将浆料成型为任意的片材形状，制作干 式膜。上述方法中，为了形成复合磁性体的层叠体，优选通过刮刀法成型 为片状。为了调整适合上述涂布方法的粘度，使溶剂挥发，在浓缩后进行 涂布。如果有需要，可以在浆料涂布后、干燥前进行取向处理，即根据磁 场的取向使扁平状磁性粉末取向为与片材平行的方向。此时，所述扁平状 粒子取向为与片材面平行的方向。此时，由于所述扁平状粒子内的易磁化 轴朝向扁平状粉末的长轴方向，所以形状各向异性与结晶各向异性同时被 取向。
最后，通过将如上所述得到的干式膜在还原性气氛或真空中进行热处 理及加压成型，得到复合磁性体。
本发明的最大特征在于，构成复合磁性体的所述扁平状磁性粉末容易 相对于特定的结晶方向(此处为易磁化轴方向)发生塑性变形，受机械应力 时容易塑性变形，具有高纵横尺寸比，制作复合磁性体时施加外部磁化， 由此在特定方向上平行排列(取向)，所以可以降低复合磁性体的面方向的 反磁场系数，同时所述扁平状磁性粉末的长度方向与易磁化结晶轴一致， 从而提高复合磁性体的导磁率。
在上述本发明的制造方法中，由于可以缓和复合磁性体中的局部磁性
粒子凝集，所以能同时提高高频中的相对磁导率F与减少磁损耗tanS。
以下，通过实施例1至8具体说明本发明，但本发明并不限定于这些实施例。
实施例l
将lg平均粒径为0.15(im的78-透磁合金磁性粉末(Ni:78。/。-Fe:22。/。合金) 混合于下述的分散液中，所述分散液是在二甲苯与环戊酮4:l的混合液10g 中溶解含氮的接枝聚合物作为表面活性剂而得到的，进而添加平均粒径为
200^im的氧化锆珠作为分散介质，在该状态下实施行星搅拌30分钟，将磁 性粉末制成扁平状。在如上所述得到的浆料中添加0.5g下述的树脂清漆， 所述树脂清漆是将聚环烯烃树脂以固形分比率为40%稀释而得到的，进一 以步行星搅拌5分钟。进而，添加氧化锆珠作为分散介质，以行星搅拌混合5分钟。行星搅拌时的公转速度均为2000rpm，自转速度均为800rpm。
然后，静置所得的混合液，使分散介质沈降(磁性粉末的比重为7 8， 氧化锆的比重为6 7，氧化锆珠的粒径为200pm，相对于此，磁性粉末的 粒径为0.15iim，所以氧化锆珠较重，而氧化锆珠发生沈降)，将上清液导 入旋转蒸发仪中，在5(TC、 2.7kPa的减压下(由于减压，溶剂沸点降低)使 溶剂蒸发，调制成能用刮刀涂布的浓度。将上述得到的混合液用刮刀法成 型为膜状后，施加1.6xl()SA/m的磁场，边使磁性粒子取向，边在常温下使 其干燥。将如上所述得到的干式膜通过减压加压装置进行加压烧成。加压 条件为在常压下经20分钟升温至13(TC，然后施加2MPa的压力，保持5分 钟，然后升温至16(TC保持40分钟，使树脂固化，得到面积为30mm见方、 厚度为约60pm的复合磁性体。通过平行线法测定该复合磁性体的复磁导 率，结果在lGHz下相对磁导率^F6、磁损耗tan 5=0.08(参见图1)。表示该 复合磁性体结构的显微镜照片示于图2。可知磁性粒子被扁平化，向施加 磁场的方向取向。 实施例2
使用lg平均粒径为0.15pm的45-透磁合金磁性粉末(Ni:45c/。-Fe:55。/。合 金)，在与上述实施例l相同的条件下制作复合磁性体，得到面积30mm见 方、厚度为60[im的复合磁性体。通过平行线法测定该复合磁性体的复磁导 率，结果在lGHz下相对磁导率(ii^5、磁损耗tan 5=0.05(参见图3)。显示该 复合磁性体结构的显微镜照片如图4所示。
实施例3
给出将本复合磁性体应用于电路板的实施例。首先，层叠6张在实施 例l所示的过程中所得的厚度为约6(Him的复合磁性干式膜，进行加压烧成， 由此制作厚度约为350pm的复合磁性材料。进而，将该复合磁性材料用低 介电常数树脂膜夹持后，加热，使树脂固化后，对树脂表面实施镀铜，形 成长度为30mm、宽度为0.9mm的布线图案(微波传送带线路)。图7表示本 电路板的外观图。另外，虽然图8表示本电路板的传输特性与反射特性， 但实际测定结果与用电磁场模拟装置HFSS得到的计算值非常一致，可知 在高频中能得到所希望的相对磁导率与损耗。实施例4
作为将本复合磁性体应用于电子部件的一例，给出使用复合磁性体的 移动设备用天线的事例。如图9所示，天线元件结构如下用2张长度为
42mm、宽度为5mm、厚度为0.35mm的本复合磁性材料夹持长度为44mm、 宽度为1.5mm的导体线，将该天线元件连接在长度为80mm、宽度为35mm、 厚度为lmm的导体板，在连接点给电50Q。图10表示该天线的输入反射特 性，但'实际测定结果与用电磁场模拟装置HFSS得到的计算值非常一致， 可知在高频中能得到所希望的导磁率以及损耗。 实施例5
将2g添加有金属元素的平均粒径为0.25pm的透磁合金磁性粉末混合 于下述的分散液中，所述分散液是在二甲苯与环戊酮4:l的混合液10g中溶 解含氮的接枝聚合物作为表面活性剂而得到的，进而，添加平均粒径为 200pm的氧化锆珠作为分散介质，在该状态下，实施50分钟行星搅拌，将 磁性粉末制成扁平状。在如上所述得到的浆料中添加0.5g下述的树脂清漆， 所述树脂清漆是将聚环烯烃树脂稀释成固态成分比率为40%而得到的，进 一步用行星搅拌混合5分钟。行星搅拌时的公转速度均为2000rpm，自转速 度均为800rpm。
然后，静置所得的混合液，使分散介质沈降(磁性粉末的比重为7 8， 氧化锆的比重为6 7，氧化锆珠的粒径为200^im，相对于此，磁性粉末的 粒径为0.25)im，所以氧化锆珠较重，而氧化锆珠沈降)，将上清液导入旋 转蒸发仪中，在50。C、 2.7kPa的减压下(由于减压，溶剂沸点降低)使溶剂 蒸发，通过刮刀法成型为膜状后，施加1.6xl()SA/m的磁场，边使磁性粒子 取向边在常温下干燥。层叠6张如上所述得到的干式膜，通过减压装置进 行加压烧成。加压条件在常压的状态下经20分钟升温到13(TC，然后施加 2MPa的压力，保持5分钟，然后，升温至16(TC保持40分钟，使树脂固化， 制作厚度为350nm的复合磁性材料。
所得的复合磁性材料中的磁性粉末最终具有下述形态在结晶的易磁 化轴方向扁平化，与易磁化轴平行的结晶面在厚度方向重叠。
通过平行线法测定该复合磁性材料的复磁导率，结果在1.2GHz下相对磁导率pFll、磁损耗tan 5=0.25(参见图11)，通过平行平板法测定介电常 数，结果相对介电常数=12，介质损耗tan 5=0.05。
该复合磁性体的结构照片如图12所示。磁性粒子被扁平化，向一定方 向取向。此时的扁平粒子的大小平均时，厚度约为0.03pm，长度约为lpm， 纵横尺寸比为约33。进而，通过如图13所示的X射线衍射结果，可知特定 的结晶面取向。作为比较，不施加直流磁场并通过现有方法制作的复合磁 性体的导磁率特性、截面照片、X线衍射结果分别示于图14、图15、图16， 此时扁平粒子不在一定方向排列，并且在结晶面也未见取向性。结果可知， 相对磁导率仅得到7左右。
实施例6
作为将本复合磁性体应用于电子部件的一例，给出使用复合磁性体的 单极天线的事例。如图17所示，天线元件结构如下使用2张长度为50mm、 宽度为5mm、厚度为0.5mm的复合磁性体20夹持长度为55mm、宽度为 1.5mm的带状导体22。将该天线元件连接在300mm见方的导体地板24的中 央，以连接点作为馈电点26，给电50Q。
图18表示天线的输入反射特性，但实际测定结果与在电磁场模拟装置 HFSS中输入本复合磁性体的材料常熟求得的计算值非常一致。另外，比 较装载有复合磁性体的天线(图18中标记为有MD)与未装载的天线(图18中 标记为无MD)的共振频率时，通过装载复合磁性体20，共振频率从1.26GHz 转移到0.88GHz。即，通过复合磁性体的相对磁导率及相对介电常数的效 果，能得到波长大幅縮短的效果，在本天线的情况下能小型化至30%左右。
实施例7
将lg平均粒径为0.&m的Fe磁性粉末混合于下述的分散液中，所述分 散液是在二甲苯与环戊酮4:l的混合液10g中溶解含氮的接枝聚合物作为表 面活性剂而得到的，使用氧化锆珠实施行星搅拌30分钟。行星搅拌时的公 转速度为2000rpm，自转速度为800rpm。进一步用使用氧化锆珠的行星搅 拌将如上所述得到的浆料与0.5g下述的树脂清漆混合5分钟，所述树脂清漆 是将聚环烯烃树脂稀释成固形分比率为40%得到的。
然后，将所得的混合液导入旋转蒸发仪中，在5(TC、 2.7kPa下使溶剂蒸发，用刮刀调制成可以涂布的粘度。
将上述得到的混合液用刮刀法成型为膜状后，施加1.6xl()SA/m的磁
场，边使磁性粒子取向，边在常温下干燥。将由此得到的干式膜通过减压
加压装置进行加压烧成。加压条件在常压的情况下经20分钟升温至13(TC ， 然后施加2MPa的压力，保持5分钟，接着升温至160。C，保持40分钟，使 树脂固化，得到面积为30mm见方、厚度约为60iim的复合磁性体。通过平 行线法测定该复合磁性体的复磁导率时，在lGHz中，相对磁导率iiF5，磁 损耗加3=0.1(参见图19)。该复合磁性体的结构照片如图20所示。 实施例8
使用lg平均粒径为0.1iam的磁铁矿(Fe3O4)磁性粉末，在与上述实施例l 相同的条件下制作复合磁性体，得到面积为30mm见方、厚度为60pm的复 合磁性体。通过平行线法测定该复合磁性体的复磁导率时，在lGHz中， 相对磁导率^=5，磁损耗tan S-0.1(参见图21)。该复合磁性体的结构照片 示于图22。
产业上的可利用性
本发明适用于半导体装置、电路元件、平板显示装置、其他高频用电 子部件，还适用于搭载上述元件的高频用电路板，能小型化、低耗电化。 因此，适用本发明的所有电子部件及/或搭载电路板的高频电子设备均能小 型化、低耗电化。
进而，本发明的复合磁性体适用于天线，可以获得该天线的小形化。
权利要求
1、一种复合磁性体，其是将磁性粉末分散在绝缘性材料中而构成的复合磁性体，其特征在于，所述磁性粉末为球状或扁平状，所述复合磁性体具有下述(a)～(c)中的任意一种特性(a)在1GHz或500MHz的频率下，相对磁导率μr大于1，且介质损耗角正切tanδ为0.1以下；(b)在1.2GHz以下的频率下的复磁导率的实部μr’大于10，且介质损耗角正切tanδ为0.3以下；以及(c)在4GHz以下的频率下复磁导率的实部μr’大于1，且在1GHz以下的频率下介质损耗角正切tanδ为0.1以下。
2、 如权利要求l所述的复合磁性体，其特征在于， 所述复合磁性体在lGHz以下的频率下的复介电常数的实部sr'为10以上。
3、 如权利要求l所述的复合磁性体，其特征在于， 所述复合磁性体在lGHz以下的频率下的复介电常数的实部sr'为10以下。
4、 如权利要求l所述的复合磁性体，其特征在于， 所述绝缘性材料中含有10 95vol。/o的所述磁性粉末。
5、 如权利要求l所述的复合磁性体，其特征在于， 所述磁性粉末在受机械应力时容易相对于易磁化轴方向发生塑性变形。
6、 如权利要求l所述的复合磁性体，其特征在于， 所述磁性粉末的粒径为0.01 10(am。
7、 如权利要求1 6中任一项所述的复合磁性体，其特征在于， 所述磁性粉末的形状为扁平状，其厚度为0.01 l(im，长度为0.02 m，且长度/厚度的尺寸比为2以上。
8、 如权利要求7所述的复合磁性体，其特征在于， 所述扁平状磁性粉末是在将磁性粉末混合于分散溶剂的工序中，使球状磁性粉末机械地变形为扁平状而得到的。
9、 如权利要求7所述的复合磁性体，其特征在于， 所述扁平状磁性粉末在所述绝缘性材料中取向于一定方向。
10、 如权利要求7所述的复合磁性体，其特征在于， 构成所述扁平状磁性粉末的结晶的特定结晶面取向于所述扁平状磁性粉末的一定方向。
11、 如权利要求7所述的复合磁性体，其特征在于， 所述扁平状磁性粉末的长轴方向与易磁化轴一致。
12、 如权利要求l所述的复合磁性体，其特征在于， 所述磁性粉末的材质是镍(Ni)或透磁合金(Fe-Ni合金)，或者是添加有铝(A1)、铬(Cr)、锰(Mn)、钴(Co)、铜(Cu)、锌(Zn)、铌(Nb)、钼(Mo)、铟 (In)、锡(Sn)中的任意一种以上的金属元素的透磁合金(Fe-Ni合金)。
13、 如权利要求12所述的复合磁性体，其特征在于， 添加在所述磁性粉末中的金属元素的浓度为0.1重量％ 90重量％。
14、 如权利要求l所述的复合磁性体，其特征在于， 所述磁性粉末为铁系金属磁性粉末或金属氧化物磁性粉末。
15、 如权利要求14所述的复合磁性体，其特征在于， 所述铁系金属磁性粉末的材质为选自由铁((Fe))、铁(Fe)-硅(Si)系合金、铁(Fe)-氮(N)系合金、铁(Fe)-碳(C)系合金、铁(Fe)-硼(B)系合金、铁(Fe)-磷(P)系合金、铁(Fe)-铝(Al)系合金、铁(Fe)-铝(Al)-硅(Si)系合金构成的组 中的至少一种。
16、 如权利要求15所述的复合磁性体，其特征在于， 所述铁系金属磁性粉末的材质为添加有选自钛(Ti)、钒(V)、铬(Cr)、锰(Mn)、钴(Co)、铜(Cu)、锌(Zn)、铌(Nb)、钼(Mo)、铟(In)、锡(Sn)中的 任意一种以上的金属元素的所述铁系金属磁性粉末。
17、 如权利要求16所述的复合磁性体，其特征在于，添加在所述磁性粉末中的金属元素的浓度为0.1重量％ 卯重量％。
18、 如权利要求14所述的复合磁性体，其特征在于， 所述金属氧化物磁性粉末的材质为选自由针铁矿(FeOOH)、赤铁矿(Fe203)、磁铁矿(Fe304)、锰(Mn)-锌(Zn)铁氧体、镍(Ni)-锌(Zn)铁氧体、 钴(Co)铁氧体、锰(Mn)铁氧体、镍(Ni)铁氧体、铜(Cu)铁氧体、锌(Zn)铁氧 体、镁(Mg)铁氧体、锂(Li)铁氧体、锰(Mn)-镁(Mg)铁氧体、铜(Cu)-锌(Zn) 铁氧体、锰(Mn)-锌(Zn)铁氧体构成的组中的至少一种。
19、 如权利要求l所述的复合磁性体，其特征在于， 所述绝缘性材料是含有选自聚酰亚胺树脂、聚苯并噁唑树脂、聚亚苯基树脂、聚苯并环丁烯树脂、聚亚芳基醚树脂、聚硅氧垸树脂、环氧树脂、 聚酯树脂、氟树脂、聚烯烃树脂、聚环烯烃树脂、氰酸酯树脂、聚亚苯基 醚树脂以及聚苯乙烯树脂中的至少一种的合成树脂或液相树脂，或者是选 自由八1203、 Si02、 Ti02、 2MgOSi02、 MgTi03、 CaTi03、 SrTi03以及BaTi03 的陶瓷构成的组中的至少一种陶瓷的原料。
20、 一种复合磁性体的制造方法，其特征在于，包括下述工序 使绝缘性材料与球状或扁平状磁性粉末分散在溶剂中，进行混合，制造浆料的工序，将所述浆料进行涂布、干燥、烧成的工序，其中，所述浆料的制造工序包括制造在溶剂中添加有表面活性剂的 分散溶剂的工序，和在该分散溶剂中混合所述磁性粉末的工序，混合所述磁性粉末的工序包括添加分散介质的工序和进行自转公转 式混合的工序。
21、 如权利要求20所述的复合磁性体的制造方法，其特征在于， 所述自转公转式混合在公转速度为100rpm以上、自转速度为100rpm以上进行。
22、 如权利要求20所述的复合磁性体的制造方法，其特征在于， 所述浆料的制造工序包括进一步将绝缘性材料添加在浆料中并混合的工序，和 在所述绝缘性材料的添加前或添加后从所述浆料中分离所述分散介质的工序。
23、 如权利要求22所述的复合磁性体的制造方法，其特征在于，分离所述分散介质的工序包括将所述混合体进行静置或离心分离，将所述混合体分离为含有所述分 散介质的部分和不含有所述分散介质的部分的工序。
24、 如权利要求20所述的复合磁性体的制造方法，其特征在于， 所述磁性粉末的材质使用镍(Ni)或透磁合金(Fe-Ni合金)，或者使用添加有铝(A1)、铬(Cr)、锰(Mn)、钴(Co)、铜(Cu)、锌(Zn)、铌(Nb)、钼(Mo)、 铟(In)、锡(Sn)中的至少一种以上的金属元素的透磁合金(Fe-Ni合金)。
25、 如权利要求20所述的复合磁性体的制造方法，其特征在于， 所述磁性粉末使用铁系金属磁性粉末或金属氧化物粉末。
26、 如权利要求25所述的复合磁性体的制造方法，其特征在于， 所述铁系金属磁性粉末的材质为选自由铁(Fe)、铁(Fe)-硅(Si)系合金、铁(Fe)-氮(N)系合金、铁(Fe)-碳(C)系合金、铁(Fe)-硼(B)系合金、铁(Fe)-磷(P)系合金、铁(Fe)-铝(Al)系合金、铁(Fe)-铝(Al)-硅(Si)系合金构成的组 中的至少一种。
27、 如权利要求26所述的复合磁性体的制造方法，其特征在于， 所述铁系金属磁性粉末的材质为添加有钛(Ti)、钒(V)、铬(Cr)、锰(Mn)、钴(Co)、铜(Cu)、锌(Zn)、铌(Nb)、钼(Mo)、铟(In)、锡(Sn)中的任意一种 以上的金属元素的所述铁系金属磁性粉末。
28、 如权利要求25所述的复合磁性体的制造方法，其特征在于， 所述金属氧化物磁性粉末的材质为选自由针铁矿(FeOOH)、赤铁矿(Fe203)、磁铁矿(Fe304)、锰(Mn)-锌(Zn)铁氧体、镍(Ni)-锌(Zn)铁氧体、钴 (Co)铁氧体、锰(Mn)铁氧体、镍(Ni)铁氧体、铜(Cu)铁氧体、锌(Zn)铁氧体、 镁(Mg)铁氧体、锂(Li)铁氧体、锰(Mn)-镁(Mg)铁氧体、铜(Cu)-锌(Zn)铁氧 体、锰(Mn)-锌(Zn)铁氧体构成的组中的至少一种。
29、 如权利要求20所述的复合磁性体的制造方法，其特征在于， 所述绝缘性材料是含有聚酰亚胺树脂、聚苯并噁唑树脂、聚亚苯基树脂、聚苯并环丁烯树脂、聚亚芳基醚树脂、聚硅氧垸树脂、环氧树脂、聚酯树脂、氟树脂、聚烯烃树脂、聚环烯烃树脂、氰酸酯树脂、聚亚苯基醚 树脂以及聚苯乙烯树脂中的至少一种的合成树脂或液相树脂，或者是选自由八1203、 Si02、 Ti02、 2MgO.Si02、 MgTi03、 CaTi03、 SrTi03以及BaTi03的陶瓷构成的组中的至少一种陶瓷的原料。
30、 如权利要求20所述的复合磁性体的制造方法，其特征在于， 在将所述磁性粉末混合于分散溶剂的工序中，使球状磁性粉末机械地变形为扁平状。
31、 如权利要求20所述的复合磁性体的制造方法，其特征在于， 在所述磁性体粉末的混合工序中所添加的分散介质为选自由金属、金属氧化物、氧化物烧结体、氮化物烧结体、硅化物烧结及玻璃构成的组中 的至少一种粒状体。
32、 如权利要求31所述的复合磁性体的制造方法，其特征在于， 所述分散介质含有铝、钢、铅、铁氧化物、氧化铝、氧化锆、二氧化硅、二氧化钛、氮化硅、碳化硅、钠玻璃、铅玻璃以及高比重玻璃中的至 少一种。
33、 如权利要求31所述的复合磁性体的制造方法，其特征在于， 所述分散介质的比重为6以上。
34、 如权利要求33所述的复合磁性体的制造方法，其特征在于， 所述分散介质含有氧化锆、钢、不锈钢中的任意一种。
35、 如权利要求20所述的复合磁性体的制造方法，其特征在于， 所述分散介质是平均粒径为0.1mm以上、3.0mm以下的粒状体。
36、 一种电路板，其特征在于， 具有权利要求1 19中任一项所述的复合磁性体。
37、 一种电子设备，其特征在于， 至少具有权利要求36所述的电路板。
38、 一种电子部件，其特征在于， 至少具有权利要求1 19中任一项所述的复合磁性体。
39、 一种电子设备，其特征在于， 其至少具有权利要求38所述的电子部件。
40、 一种电路板，其特征在于，至少具有由权利要求20 35中任一项所述的制造方法制作的复合磁性体。
41、 一种电子设备，其特征在于， 至少具有权利要求40所述的电路板。
42、 一种电子部件，其特征在于，至少具有由权利要求20 35中任一项所述的制造方法制作的复合磁 性体。
43、 一种电子设备，其特征在于， 至少具有权利要求42所述的电子部件。
全文摘要
本发明提供在数百MHz～数GHz的频率下磁损耗足够小的复合磁性体及其制造方法。在将磁性粉末分散在绝缘性材料中而构成的复合磁性体中，所述磁性粉末为球状或扁平状，所述复合磁性体具有下面的(a)～(c)中的任意一种特性。(a)1GHz或500MHz的频率下，相对磁导率μr大于1，并且介质损耗角正切tanδ为0.1以下，(b)在1.2GHz以下的频率下的复磁导率的实部μr’大于10，且介质损耗角正切tanδ为0.3以下，以及(c)复磁导率的实部μr’在4GHz以下的频率下大于1，且在1GHz以下的频率下介质损耗角正切tanδ为0.1以下。
文档编号H05K9/00GK101589443SQ200880002769
公开日2009年11月25日 申请日期2008年1月22日 优先权日2007年1月23日
发明者大见忠弘, 寺本章伸, 日高宣浩, 白方恭, 石塚雅之 申请人:国立大学法人东北大学;住友大阪水泥股份有限公司;株式会社友华