磁性合金粉及其制造方法、线圈部件和电路板
阅读说明：本技术 磁性合金粉及其制造方法、线圈部件和电路板 (Magnetic alloy powder, method for producing same, coil component, and circuit board ) 是由 织茂洋子 柏智男 于 2020-02-26 设计创作，主要内容包括：本发明提供磁性合金粉及其制造方法、线圈部件和电路板。磁性合金粉由合金相(1)被氧化膜(2)覆盖的磁性颗粒(100)构成,将上述合金相(1)形成为Fe的含量为98质量％以上并且含有Si和至少一种比Fe容易氧化的Si以外的元素(M元素)的合金相,上述氧化膜(2)形成为,在膜厚方向的元素分布中,在以质量比例表示的Si的含量成为最大的部位的该Si的含量比在该部位的Fe的含量和上述M元素的含量分别都多。本发明的磁性合金粉,其金属中的Fe的含量多且绝缘性优异。(The invention provides a magnetic alloy powder, a method for producing the same, a coil component and a circuit board. The magnetic alloy powder is composed of magnetic particles (100) in which an alloy phase (1) is covered with an oxide film (2), wherein the alloy phase (1) is formed as an alloy phase containing Si and at least one element (M element) other than Si which is more easily oxidized than Fe, and the content of Fe in a portion where the content of Si is the largest in terms of mass ratio in an element distribution in a film thickness direction is larger than the content of Fe and the content of M element in the portion. The magnetic alloy powder of the present invention has a high Fe content in the metal and is excellent in insulation properties.)
技术领域
本发明涉及磁性合金粉及其制造方法、和由磁性合金粉制作的线圈部件及载置该线圈部件的电路板。
背景技术
近年来，伴随着电气电子设备的高性能化，对电感器等线圈部件要求提高性能和小型化。线圈部件的性能受到所含的磁性材料的量影响，因此为了使关系到所含的磁性材料的量的减少的部件小型化与高性能化得以兼顾，要求磁性材料高性能化。
关于线圈部件中的流通比较大的电流的部分，要求使电流导致的电感的变化较小。为了应对该要求，作为磁性材料采用以Fe为主成分的金属的方式较为广泛。
以Fe为主成分的金属材料具有导电性，因此在将其粉末成形而形成磁性体时，需要将构成该粉末的颗粒彼此电绝缘。因此，要进行在构成金属材料粉末的各颗粒的表面形成绝缘性的覆膜的步骤。
例如，在专利文献1中公开了如下内容，即：将组成按重量％为9.4的Si、5.2的Al、其余为Fe的金属磁性粉末在氧浓度按体积％为2％的氧-氮混合气体气氛中在850℃、1小时的条件下进行氧化处理，形成绝缘性氧化覆膜等。
此外，在专利文献2中公开了以下技术思想，即：在纯铁粉末的颗粒表面形成硅树脂层，在成形之后以600～650℃的温度在非氧化气氛中进行热处理，在该颗粒表面形成绝缘覆膜。
另外，在专利文献3中公开了以下的内容，即：将Fe-1％Si雾化合金颗粒在将水蒸气混入氮气形成相对湿度100％(常温)的非常低氧浓度的气氛中在450℃下进行2小时氧化反应，其结果是在颗粒表面形成由膜厚5nm的SiO2氧化膜构成的绝缘性纳米薄膜。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2007-299871号公报
专利文献2：日本特开2015-70222号公报
专利文献3：日本特开2006-49625号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
如专利文献1所示，在通过将金属磁性粉末在氧化气氛中进行热处理而形成绝缘性覆膜的情况下，需要在金属中以一定程度的量含有Al等Fe以外的元素。因此，金属中的Fe的含量变得相对较少，存在不能获得充分的磁特性的问题。
另一方面，如专利文献2所示，在采用纯铁等Fe的含量多的金属磁性粉末的情况下，由于通过金属中的成分的氧化而形成绝缘性覆膜是比较困难的，所以需要通过将金属颗粒表面覆盖等其他方式形成绝缘性覆膜。因此，绝缘性覆膜形成得较厚，在成形时，由于绝缘性覆膜的厚度而金属颗粒间的距离变得较大，存在磁特性降低的问题。另外，也存在如下问题，即：由于金属颗粒与绝缘性覆膜的接合强度低，所以在成形时发生绝缘性覆膜的剥离或缺损等的问题；以及覆盖处理的成本变高的问题等。
另外，如专利文献3所示，在使金属中少量含有的Fe以外的成分即Si在弱氧化性气氛中氧化而形成绝缘膜的情况下，由于SiO2氧化膜薄且脆，因此有可能在处理时发生剥离或皲裂，金属部分露出，导致绝缘性降低。另外，由于金属部分暴露在大气中，与氧发生反应而容易氧化，这也成为磁特性降低的原因。因此，对在制作成形体时的加压压力产生限制，难以兼顾绝缘性和填充率这两者。
因此，本发明的目的在于提供能够解决上述问题的、Fe的含量较多且绝缘性优异的磁性合金粉及其简单的制造方法。
用于解决技术问题的技术方案
本发明人为了解决上述的问题而进行了各种研究，发现将Fe的含量非常多且含有Si和比Fe更容易氧化的Si以外的元素的磁性合金粉在氧的存在下进行热处理，在构成该磁性合金粉的各颗粒的表面形成富含Si的氧化物的膜，由此能够解决该问题，从而完成了本发明。
即，用于解决上述技术问题的本发明的第一实施方式是一种磁性合金粉，其特征在于：由合金相被氧化膜覆盖的磁性颗粒构成，上述合金相中Fe的含量为98质量％以上，并且含有Si和至少一种M元素，上述M元素是比Fe容易氧化的Si以外的元素，上述氧化膜的膜厚方向的元素分布中，在以质量比例表示的Si的含量成为最大的部位的该Si的含量比在该部位的Fe的含量和上述M元素的含量分别都多。
另外，本发明的第二实施方式是一种磁性合金粉的制造方法，其特征在于：上述磁性合金粉由合金相被氧化膜覆盖的磁性颗粒构成，上述磁性合金粉的制造方法包括：准备磁性合金的原料粉的步骤，上述磁性合金的原料粉中Fe的含量为96.5质量％～99质量％，并且包含Si和至少一种M元素，上述M元素是比Fe容易氧化的Si以外的元素；以及对该原料粉进行热处理，在构成该原料粉的各颗粒的表面形成氧化膜来获得磁性合金粉的步骤，上述磁性合金粉中，在上述合金相中的Fe的含有比例比上述原料粉高，并且在上述氧化膜中的膜厚方向的元素分布中，在以质量比例表示的Si的含量成为最大的部位的该Si的含量比在该部位的Fe的含量和上述M元素的含量分别都多。
发明效果
依照本发明，能够提供合金中的Fe的含量多且绝缘性优异的磁性合金粉。
附图说明
图1是表示构成本发明的第一实施方式的磁性合金粉的磁性颗粒的结构的示意图。
图2是本发明的实施方式的复合材料线圈部件的结构例的说明图。
图3是本发明的实施方式的绕线线圈部件的结构例的说明图，其中图3的(a)是整体立体图，图3的(b)是(a)的A-A截面图。
图4是本发明的实施方式的层叠线圈部件的结构例的说明图，其中图4的(a)是整体立体图，图4的(b)是(a)的B-B截面图。
图5是本发明的实施方式的薄膜线圈部件的结构例的说明图。
图6是实施例6的磁性合金粉和原料粉中的、氧化膜的膜厚方向的元素分布的测量结果，其中实线表示磁性合金粉，虚线表示原料粉。
附图标记的说明
100 磁性颗粒
1 合金相
2 氧化膜。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的结构和作用效果穿插着技术思想来进行说明。但是，作用机制包括推断，其正确与否并不限定本发明。另外，以下的实施方式中的构成要素中，对于表示最上位概念的独立权利要求中没有记载的构成要素，能够作为任意的构成要素来说明。此外，关于数值范围的记载(将2个数值用“～”连接的记载)，意为也包含记为下限和上限的数值。
(磁性合金粉)
本发明的第一实施方式的磁性合金粉(以下有时简单记作“第一实施方式”。)，如图1所示，其特征在于，由合金相1被氧化膜2覆盖的磁性颗粒100构成，上述合金相1中Fe的含量为98质量％以上、且包含Si和至少一种比Fe更容易氧化的Si以外的元素(以下，有时记载为“M元素”。)，上述氧化膜2在膜厚方向的元素分布中，在以质量比例表示的Si的含量成为最大的部位的该Si的含量，比在该部位的Fe的含量和上述M元素的含量分别都多。
第一实施方式中的合金相1，作为构成元素含有98质量％以上的Fe。合金相部分的Fe的含量较多，因此在形成磁性体时，成为导磁率等磁特性优异的磁性体。优选合金相1中的Fe的含量为99质量％以上。
上述合金相1除了Fe以外还包含至少一种M元素。由于合金相1含有Si，能够在磁性颗粒的表面形成电绝缘性高且具有光滑的表面的氧化膜2。另外，由于含有M元素，能够抑制作为合金相1的主成分的Fe的氧化，在形成磁性体时导磁率等的磁特性稳定。
作为M元素，能够举例Cr、Al、Ti、Zr或者Mg等。这些元素中，考虑到Fe的氧化抑制效果高这一点，优选Cr或者Al，尤其优选Cr。
M元素可以在合金相1中仅包含1种，也可以包含2种以上。
关于第一实施方式，由上述合金相1被氧化膜2覆盖的磁性颗粒100构成。
磁性颗粒100表面的氧化膜2，在膜厚方向的元素分布中，在以质量比例表示的Si的含量成为最大的部位的该Si的含有比例在该部位的Fe的含量和M元素的含量分别都多。这意味着氧化膜2具有作为构成元素包含Si最多的薄层。这样的薄层，其绝缘性优异，因此具有该薄层的氧化膜2和磁性颗粒100表现出较高的绝缘性。
磁性颗粒100表面的氧化膜2优选Si的总含有比例Fe的总含量和上述M元素的总含量分别都多。氧化膜2由于富含Si而能够获得更高的绝缘性。
另外，氧化膜2优选含有M元素。由于氧化膜2含有M元素，能够抑制位于其内部的合金相1中的Fe的氧化，在形成磁性体时导磁率等磁特性稳定。
在此，合金相1和氧化膜2中的各元素的质量比例通过以下的方法测量。使用X射线光电子能谱仪(ULVAC-PHI,INCORPORATED.制造的PHI Quantera II)，反复进行构成磁性合金粉的磁性颗粒表面的以铁(Fe)为首的各元素的含有比例(原子％)的测量、和该颗粒表面的溅射，由此能够获得在颗粒的深度方向(径向)上的各元素的分布。各元素的含有比例的测量，作为X射线源使用单色化的AlKα射线并将检测区域设为100μm
在第一实施方式中，优选Si和M元素中的、在合金相1中含有的全部元素被包含在氧化膜2整体中。这些元素被包含在氧化膜2整体中的情况，可以说表示通过合金相1中的成分的扩散而形成氧化膜2。关于经过该过程形成有氧化膜2的磁性合金粉，在构成它的颗粒内，各元素的分布从颗粒内部至颗粒的外周面是连续的，因此能够减小在颗粒内部产生的应力。由此，能够抑制颗粒自身的导磁率的降低。
在此，Si和M元素中的合金相1所含的全部元素被包含在氧化膜2整体中这一情况，能够通过如下方式来确认，即：在通过测量上述的合金相1和氧化膜2中的各元素的质量比例而得到的深度方向(径向)的各元素的分布中，在位于形成为氧化膜2的区域的全部测量点能够检测出全部该各元素。
为了得到Si和M元素中的合金相1所含的全部元素被包含在氧化膜2整体中的磁性颗粒100中，如后文所述，将磁性合金的原料粉在低氧气氛中(大概5ppm～500ppm以下)进行热处理是有效的。通过形成这样的氧化气氛，能够抑制激烈的氧化反应。由此，能够使比Fe容易氧化的元素有选择性地氧化。特别是，作为比Fe容易氧化的元素，能够推进Si的氧化。另外，当形成在此基础上更低的氧气氛的情况下，虽然能够获得同样的氧化反应，但热处理的时间需要较长时间，另外能够供给氧的范围容易受限，成为基于颗粒彼此有无接触而氧化反应不均的原因。为此，优选形成上述那样的低氧气氛。
在第一实施方式中，优选氧化膜2具有10nm以上的厚度。通过使氧化膜2的厚度为10nm以上，能够使磁性颗粒100间的电绝缘性更高。而且，即使在进行处理时氧化膜2发生损伤也能够防止合金相1与大气接触，并且能够抑制大气中的氧由于扩散而到达金属部分，由此能够抑制Fe的氧化导致的磁特性的降低。氧化膜2的厚度更优选为20nm以上。
氧化膜2的厚度的上限没有特别地限定，优选为500nm以下。当将氧化膜2的厚度形成为500nm以下时，能够维持氧化膜2的表面的平滑性。当比500nm厚时，Si以外的成分的比例变多，与此相伴地容易在表面产生凹凸。氧化膜2的厚度更优选为200nm以下。通过使氧化膜2的厚度为200nm以下，能够抑制在处理时由于颗粒的碰撞等导致氧化膜2发生破裂或缺损。另外，在形成磁性体时，能够得到较高的导磁率。氧化膜2的厚度更优选为100nm以下。并且，从提高磁性颗粒100表面的平滑性形成流动性优异的磁性合金粉这一点考虑，更优选氧化膜2的厚度为50nm以下。
在此，氧化膜2的厚度是通过以下方式计算的，即：利用扫描透射电子显微镜(STEM)(日本电子株式会社制JEM-2100F)观察构成磁性合金粉的磁性颗粒100的截面，对于根据与颗粒内部的合金相1的基于组成的差别的对比度(明度)的差异来识别氧化膜2，在不同的颗粒的10个部位用500,000倍的倍率测量其厚度，求取平均值。
第一实施方式的粒径没有特别地限定，例如，能够使根据按体积基准测量出的粒度分布计算出的平均粒径(中值直径(D50))为0.5μm～30μm。平均粒径优选为1μm～10μm。该平均粒径能够使用例如利用了激光衍射/散射法的粒度分布测量装置进行测量。
另外，在第一实施方式中，比表面积S(m2/g)与平均粒径D50(μm)的关系优选满足下述式(1)。
(式1)
logS≤-0.98logD50+0.34 (1)
该式是根据比表面积S(m2/g)的常用对数与平均粒径D50(μm)的常用对数成直线关系这样的经验原则而导出的。粉末的比表面积的值不仅受到构成该粉末的颗粒表面的凹凸的影响，还受到该颗粒的粒径影响，因此不能认为只要是比表面积的值小的粉末就是由表面的凹凸少的光滑的颗粒构成的。因此，根据上述式(1)，将颗粒的表面状态对比表面积的影响与粒径对比表面积的影响分离，将由于前者的影响而具有较小的比表面积的磁性合金粉作为具有凹凸少的光滑的表面的磁性合金粉。通过使S与D50的关系满足上述式(1)，能够形成为流动性更加优异的粉末。
比表面积S(m2/g)和平均粒径D50(μm)的关系更优选满足下式(2)，进一步优选满足下列式(3)。
(式2)
logS≤-0.98logD50+0.30 (2)
(式3)
logS≤-0.98logD50+0.25 (3)
在此，比表面积S是通过全自动比表面积测量装置(Mountech Co.,Ltd.制Macsorb)使用氮气吸附法来测量、计算的。首先，在加热器内将测量试样脱气之后，通过使测量试样吸附、脱离氮气来测量吸附氮量。接着，根据所获得的吸附氮量使用BET1点法来计算单分子层吸附量，并根据该值使用1个氮分子占据的面积和阿佛加德罗常数(Avogadro’snumber)的值来计算试样的表面积。最后，将所获得的试样的表面积除以该试样的质量，得到粉末的比表面积S。
另外，平均粒径D50是通过利用激光衍射/散射法的粒度分布测量装置(株式会社堀场制作所(HORIBA,Ltd.)制LA-950)来测量、计算的。首先，湿式贯流分析池(flow cell)中放入作为分散剂的水，将事先已充分粉碎的粉末以能够得到适当的检测信号的浓度投入到该池中来测量粒度分布。接着，计算所获得的粒度分布中的中值直径，将该值作为平均粒径D50。
(磁性合金粉的制造方法)
本发明的第二实施方式的磁性合金粉的制造方法(以下，有时简称为“第二实施方式”。)中，准备磁性合金的原料粉，其Fe的含量为96.5质量％～99质量％并且包含Si和至少一种M元素，对该原料粉进行热处理，得到由合金相被氧化膜覆盖的磁性颗粒构成的磁性合金粉。并且，使上述磁性合金粉形成为上述合金相中的Fe的含有比例比上述原料粉高，且在上述氧化膜中的膜厚方向的元素分布中，在以质量比例表示的Si的含量成为最大的部位的该Si的含有比例在该部位的Fe的含量和M元素的含量分别都多。
在第二实施方式中使用的磁性合金的原料粉中，作为构成元素含有96.5质量％～99质量％的Fe。通过使Fe的含量为96.5质量％以上，利用后述的热处理能够得到具有Fe含量高的合金相的磁性合金粉，在形成磁性体时，成为导磁率等磁特性优异的磁性体。Fe的含量优选为97质量％以上。另一方面，通过使Fe的含量为99质量％以下，能够抑制后述的热处理导致的Fe的氧化，能够抑制导磁率等磁特性的降低。合金相中Fe的含量优选为98质量％以下。
上述原料粉不仅包含Fe还包含Si。由于原料粉含有Si，通过后述的热处理能够在磁性颗粒的表面形成富含Si的氧化膜，能够得到较高的电绝缘性。
另外，上述原料粉含有至少一种M元素。由于原料粉含有M元素，利用后述的热处理而M元素在磁性颗粒的表面扩散，能够形成含有M元素的氧化膜。由此，能够抑制Fe的氧化，抑制导磁率等磁特性的降低。M元素的含量没有特别地限定，不过从有效地抑制Fe的氧化这一点考虑，优选为0.2质量％以上，更优选为0.5质量％以上。
作为M元素，能够举例Cr、Al、Ti、Zr或者Mg等。这些元素中，从Fe的氧化抑制效果较高这一点考虑，优选Cr或者Al，尤其优选Cr。
M元素可以在合金相中仅含有一种，也可以包含2种以上。
原料粉的粒径没有特别地限定，例如，能够使根据按体积基准测量的粒度分布计算的平均粒径(中值直径(D50))为0.5μm～30μm。平均粒径优选为1μm～10μm。该平均粒径例如能够使用利用激光衍射/散射法的粒度分布测量装置来测量。
在第二实施方式中，优选将原料粉在氧浓度为5ppm～500ppm的气氛中进行热处理。通过使氧浓度在该范围内，能够推进Si的氧化并且能够抑制Si以外的氧化。由此，能够制作较多地含有Si的氧化膜，能够形成凹凸较少的表面状态。而且，通过使热处理气氛中的氧浓度为5ppm以上，能够促进Si向磁性颗粒表面的扩散，能够形成富含Si的、电绝缘性优异的氧化膜。另外，同时，M元素的扩散也被促进，通过形成包含M元素的氧化膜，能够有效地抑制合金中的Fe的氧化。热处理气氛中的氧浓度更优选为50ppm以上，进一步优选为100ppm以上。另外，通过在低氧气氛下进行热处理，在磁性颗粒表面能够形成具有微小的凹凸少的光滑的表面的氧化膜，因此优选使热处理气氛中的氧浓度为500ppm以下，更优选为400ppm以下，进一步优选为300ppm以下。
原料粉的热处理温度优选为600℃以上。通过使热处理温度为600℃以上，Si在构成原料粉的各个颗粒的表面充分地扩散，能够形成电绝缘性高的氧化膜，并且合金相中的Fe的含有比例增加，导磁率等磁特性提高。另外，同时M元素也充分地扩散而成为包含该元素的氧化膜，由此能够有效地抑制合金中的Fe的氧化。热处理温度优选为650℃以上，更优选为700℃以上。热处理温度的上限没有特别地限定，从抑制Fe的过度氧化来获得磁特性优异的磁性体这一点考虑，优选为850℃以下，更优选为800℃以下，进一步优选为750℃以下。
原料粉的热处理时间优选为4小时以上。通过进行这样的热处理，能够抑制Fe的氧化，同时促进Fe以外的成分的氧化，相对于原料粉提高Fe的含有比例。因此，合金相的内部的Fe的含有比例增加，能够提高磁饱和特性。另外，虽然使Si氧化，但在合金相中仍残留Si，由此能够维持导磁率和损失的特性。这在微观上能够解释为：通过长时间的热处理，原料粉中所含的Si和M元素在磁性颗粒表面充分地扩散，合金相中的Fe的含有比例增加，从而导磁率等磁特性提高。热处理时间优选为5小时以上，更优选为10小时以上。关于热处理时间的上限没有特别地限定，但从在短时间内使热处理完成来提高生产性的方面考虑，优选使热处理时间为24小时以下，更优选为12小时以下。
第二实施方式中的热处理可以是批量处理也可以是流水处理(Flow processing：流水作业)。作为流水处理的例子，能够举例如下方法，即：将放入有磁性合金的原料粉的多个耐热容器不间断而连续地投入到隧道窑中，使其以规定的时间通过保持为规定的气氛和温度的区域中。
依照上述的第一实施方式和第二实施方式，能够获得Fe的含量较多且绝缘性优异的磁性合金粉。利用该磁性合金粉，能够得到高性能的线圈部件。由磁性合金粉制造的线圈部件中，包括所谓的复合材料(Composite)线圈部件即线圈部、和埋设有该线圈部的芯部，该芯部是包含磁性合金粉和树脂的部分，基于第一实施方式和第二实施方式的上述优点突出，因此形成为磁特性、耐久性和可靠性优异的部件，也能够实现部件的小型化。另外，也能够实现搭载这样的线圈部件的电路板的高性能化和小型化。因此，对于作为本发明的优选的方式的复合材料线圈部件和电路板，作为第三实施方式和第四实施方式在下面分别进行说明。
(线圈部件)
本发明的第三实施方式的线圈部件(以下，有时简称为“第三实施方式”。)为线圈部件，其特征在于：该线圈部件包括由金属导体构成的线圈部和包含磁性合金颗粒的磁性基体，上述磁性合金颗粒是构成第一实施方式的磁性合金粉的磁性合金颗粒。
关于线圈部的配置，也可以埋设在磁性基体中。另外，也可以卷绕在磁性基体的周围。
磁性基体含有构成第一实施方式的磁性合金粉的磁性合金颗粒。
关于磁性基体的结构，可以除了磁性合金颗粒之外还含有树脂，是能够通过该树脂的作用来保形的结构。另外，也可以为能够通过磁性合金颗粒彼此的利用上述氧化膜的结合来保形的结构。
作为第三实施方式，例示如图2所示的复合材料线圈部件、图3所示的绕线线圈部件、图4所示的层叠线圈部件和图5所示的薄膜线圈部件等。
作为第三实施方式的制法，例如为复合材料线圈部件的情况下，典型的是，将磁性合金粉和树脂混合调制成混合物之后，将该混合物投入到预先配置有空心线圈的金属模具等成形模具中，实施加压成形之后，使树脂固化而得到线圈部件。
关于所使用的磁性合金粉，因为已在上文说明，所以省略说明。
所使用的树脂只要是将磁性合金粉的颗粒彼此接合而能够成形和保形的树脂即可，其种类没有限制，能够使用环氧树脂或硅树脂等各种树脂。树脂的使用量也没有限制，例如可以为相对于磁性合金粉100质量部使用1～10质量部。在第二实施方式中，在使用通过将原料粉在低氧气氛中进行热处理的方式而获得的磁性合金粉的情况下，由于该磁性合金粉具有的优异的流动性，能够降低树脂的使用量而增大磁性合金粉的比例，因此优选树脂的使用量相对于磁性合金粉100质量部为3质量部以下。
关于磁性合金粉和树脂的混合以及对成形模具投入混合物的投入方法没有限制，除了将混合了两者的流动状态的混合物投入到成形模具中的方法以外，也能够采用将表面涂敷了树脂的磁性合金粉的造粒分投入到成形模具中的方法等。另外，作为使上述混合物向成形模具的投入和后述的加压成形一起进行的方法，也可以采用通过加压将成形为片状的上述混合物导入到成形模具中的方法。
关于加压成形的温度和压力没有限制，根据配置在模具内的空心线圈的材质和形状、所投入的磁性合金粉的流动性、以及所投入的树脂的种类和量等适当地决定即可。
关于树脂的固化温度，也根据使用的树脂适当决定即可。
第三实施方式的磁性基体可以在将磁性合金粉和树脂的混合物加压成形之后，将所得到的成形体在比树脂的固化温度高的温度下进行热处理而形成。在该情况下，由于热处理而树脂分解，并且磁性合金颗粒表面的氧化膜生长，利用该氧化膜而磁性合金颗粒彼此结合。此外，因热处理而树脂成分基本被分解，不过在局部仍可以残留有碳。
在如此获得的磁性基体进行绕线，能够得到绕线线圈部件。绕线线圈部件也是第三实施方式的线圈部件的一例。
另外，在线圈部件是层叠线圈部件的情况下，能够通过薄片法来制作。作为薄片法的处理顺序，首先，将磁性合金粉和树脂混合调制出混合物之后，用刮刀法等将其涂敷为片状，将其裁断之后，用激光等在规定的位置做出贯通孔，在规定的位置印刷内部图案。接着，将这些片以规定的顺序层叠，进行热压接而得到层叠体。接着，根据需要，将该层叠体利用切割机或激光切断机等切断机按各个部件的尺寸切断。最后，对该层叠体进行热处理，得到层叠线圈部件。层叠线圈部件也是第三实施方式的线圈部件的一例。
并且，在线圈部件为薄膜线圈部件的情况下，能够采用光刻法。薄膜线圈部件也是第三实施方式的一例。
除了以上所例示的制法以外，当然也能够采用与线圈部件的形状等对应的公知的制法。
第三实施方式中，作为磁性合金粉使用了Fe的含量较多且绝缘性优异的磁性合金粉，因此形成为高性能的线圈部件。由此，由于能够减小用于获得相同电感所需的元件体积，因此能够使线圈部件小型化。
(电路板)
本发明的第四实施方式的电路板(以下，有时简称为“第四实施方式”。)是搭载有第三实施方式的线圈部件的电路板。
电路板的结构等没有限定，采用与目的相应的电路板即可。
第四实施方式中，通过使用第三实施方式的线圈部件，能够实现高性能化和小型化。
(实施例)
以下，通过实施例对本发明进行更具体的说明，但本发明并不限定于该实施例。
(实施例1)
将具有Fe为96质量％、Si为2质量％、Cr为1质量％、Al为1质量％的组成且平均粒径为4.0μm的磁性合金的原料粉放入氧化锆制的容器中，配置在真空热处理炉内。
接着，将炉内排气使氧浓度为5ppm之后，以升温速度5℃/min升温至650℃，保持5小时进行热处理之后，将炉冷却至室温，得到了实施例1的磁性合金粉。
关于所获得的磁性合金粉，用上述的方法测量了构成其的磁性颗粒的合金相中的各元素的质量比例，Fe为98.0质量％、Si为1.0质量％、Cr为0.8质量％以及Al为0.2质量％。
另外，关于所获得的磁性合金粉，用上述的方法测量了构成其的磁性颗粒的氧化膜中的各元素的质量比例，确认了在Si含量成为最大的测量位置，含有最多的元素为Si，另外在该测量位置含有Cr和Al。
并且，关于所获得的磁性合金粉，用上述的方法测量了形成在磁性颗粒的表面的氧化膜的厚度，为20nm。
(实施例2)
以使热处理时气氛的氧浓度为100ppm，除此以外与实施例1相同，以这样的方式得到了实施例2的磁性合金粉。
关于所获得的磁性合金粉，用与实施例1同样的方法测量了构成其的磁性颗粒的合金相中的各元素的质量比例，Fe为98.1质量％、Si为0.8质量％、Cr为0.7质量％以及Al为0.4质量％。
另外，关于所获得的磁性合金粉，用与实施例1同样的方法测量了构成其的磁性颗粒的氧化膜中的各元素的质量比例，确认了在Si含量成为最大的测量位置，含有最多的元素为Si，另外在该测量位置含有Cr和Al。
并且，关于所获得的磁性合金粉，用与实施例1同样的方法测量了形成在磁性颗粒的表面的氧化膜的厚度，为45nm。
(实施例3)
使热处理的保持时间为10小时，除此以外与实施例1相同，以这样的方式得到了实施例3的磁性合金粉。
关于所获得的磁性合金粉，用与实施例1同样的方法测量了构成其的磁性颗粒的合金相中的各元素的质量比例，Fe为98.3质量％、Si为1.7质量％、Cr为0.6质量％以及Al为0.4质量％。
另外，关于所获得的磁性合金粉，用与实施例1同样的方法测量了构成其的磁性颗粒的氧化膜中的各元素的质量比例，确认了在Si含量成为最大的测量位置，含有最多的元素为Si，另外在该测量位置含有Cr和Al。
(比较例1)
将具有Fe为96质量％、Si为2质量％、Cr为2质量％的组成且平均粒径为4.0μm的磁性合金的原料粉放入氧化锆制的容器中，配置在热处理炉内。
接着，在大气气氛中以升温速度5℃/min升温至650℃，保持5小时进行热处理，之后将炉冷却至室温，得到了比较例1的磁性合金粉。
关于所获得的磁性合金粉，用上述的方法测量了构成其的磁性颗粒的合金相中的各元素的质量比例，Fe为97.3质量％、Si为1.8质量％以及Cr为0.9质量％。
另外，关于所获得的磁性合金粉，用与上述实施例1同样的方法测量了构成其的磁性颗粒的氧化膜中的各元素的质量比例，确认了在Si含量成为最大的测量位置，含有最多的元素为Cr，另外在该测量位置含有Si。
(比较例2)
作为磁性合金的原料粉，使用具有Fe为98质量％以及Si为2质量％的组成且平均粒径为4.0μm的原料粉，除此以外与实施例3相同，以这样的方式得到了比较例2的磁性合金粉。
关于所获得的磁性合金粉，用与上述实施例1同样的方法测量了形成在磁性颗粒的表面的氧化膜的厚度，为320nm。在本比较例中，由于在原料粉中不包含M元素，能够理解为在热处理中对Si进行了氧化，较厚地形成了氧化膜。
根据实施例1、2、3的原料粉与磁性合金粉的组成的对比，判断出，通过热处理而合金相中的Fe的质量比例增加，相反Si、Cr或者Al的质量比例减少。在形成在构成磁性合金粉的磁性颗粒的表面的氧化膜中，由于Si、Cr或者Al的质量比例比合金相高，可以说通过热处理而合金相中的Si、Cr或者Al扩散到磁性颗粒表面形成了氧化物。
本实施例中的磁性合金粉，由于磁性颗粒的合金相中的Fe的质量比例高，可以说能够形成相对于电流，电感变化小的线圈部件。而且，在磁性颗粒的表面形成有富含Si的氧化膜，因此本实施例的磁性合金粉可以说绝缘性优异。并且，本实施例的磁性合金粉，在氧化膜中含有作为M元素的Cr或Al，因此可以说耐氧化性优异。实际上，将本实施例的磁性合金粉在大气中放置数日之后，测量了磁性颗粒的组成和氧化膜的厚度，确认没有变化。
(实施例4)(线圈部件的评价)
将实施例1的磁性合金粉与树脂混合而形成混合物，将该混合物填充到配置有空心线圈的成形模具中，进行加压成形之后，通过加热使树脂固化而得到了磁性体。在磁性体的表面形成电极，通过使其与线圈导通而形成了线圈部件。
所获得的线圈部件，正如根据构成磁性合金粉的磁性颗粒的结构即合金相中的Fe的质量比例高、在颗粒表面形成有富含Si的氧化膜的结构所预想的那样，具有较高的比导磁率和饱和磁通密度以及优异的绝缘性。
(实施例5)
为了研究热处理温度对磁性颗粒的元素分布造成的影响，在实施例5、6中，改变原料粉的热处理温度制造了磁性合金粉。
使热处理温度为700℃，除此以外与实施例1相同，以这样的方式得到了实施例5的磁性合金粉。
关于所获得的磁性合金粉，用与实施例1同样的方法测量了构成其的磁性颗粒的合金相中的各元素的质量比例，Fe为98.1质量％、Si为1.0质量％、Cr为0.7质量％以及Al为0.2质量％。
另外，关于所获得的磁性合金粉，用与实施例1同样的方法测量了构成其的磁性颗粒的氧化膜中的各元素的质量比例，确认了在Si含量成为最大的测量位置，含有最多的元素是Si，另外在该测量位置中含有Cr和Al。
(实施例6)
使热处理温度为750℃，除此以外与实施例1相同，以这样的方式得到了实施例6的磁性合金粉。
关于所获得的磁性合金粉，用与实施例1同样的方法测量了构成其的磁性颗粒的合金相中的各元素的质量比例，Fe为98.3质量％、Si为1.1质量％、Cr为0.4质量％以及Al为0.2质量％。
另外，关于所获得的磁性合金粉和所使用的原料粉，分别用与实施例1同样的方法测量了构成其的磁性颗粒的氧化膜中的各元素的质量比例。将结果表示在图6中。在图中，用实线表示实施例6的磁性合金粉的结果，用虚线表示所使用的原料粉的结果。根据该结果，确认了在膜厚方向的元素分布中，在Si的含量成为最大的测量位置(距表面6nm附近)的该Si的含量比Fe和M元素(Cr和Al的合计量)多，以及在该测量位置含有M元素。
根据实施例1、5、6的对比，确认了随着热处理温度变成高温而磁性颗粒的合金相中的Fe的含有比例增加。根据该结果，可以说通过在Fe不会过度地氧化的范围内提高热处理温度，能够提高合金相中的Fe的含有比例而改善磁饱和特性。
(实施例7)
在本实施例中，确认了即使原料粉中所含的M元素仅为1种，也能够得到具有所希望的微小结构的磁性合金粉。
作为原料粉，使用了具有Fe为96.5质量％、Si为2质量％、Cr为1.5质量％的组成的磁性合金，除此以外与实施例1相同，以这样的方式得到了实施例7的磁性合金粉。
关于所获得的磁性合金粉，使用与实施例1同样的方法测量了构成其的磁性颗粒的合金相中的各元素的质量比例，Fe为98.3质量％、Si为1.0质量％以及Cr为0.7质量％。
另外，关于所获得的磁性合金粉，使用与实施例1同样的方法测量了构成其的磁性颗粒的氧化膜中的各元素的质量比例，确认了在Si含量成为最大的测量位置，含有最多的元素为Si，另外在该测量位置含有Cr。
产业上的可利用性
本发明提供一种合金相中的Fe的含量多且绝缘性优异的磁性合金粉。该磁性合金粉在能够形成磁特性优异的磁性体和高性能的线圈部件的方面是有用的。另外，氧化膜包含M元素的本发明的优选方式中，由于合金相中的Fe不容易氧化，所以在能够获得稳定的磁特性方面是有用的。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：用于使用双冷却路径来冷却超导开关的系统和方法