(57)【要約】【課題】希土類元素を添加して透磁率を改善し、高電流及び高周波数帯域で利用できる磁性材料及びそれを用いるインダクタを提供する。【解決手段】本発明の実施例に係る磁性材料は、鉄（Ｆｅ）、リン（Ｐ）及びホウ素（Ｂ）を含むＦｅ−Ｐ−Ｂ系合金と、ガドリニウム（Ｇｄ）と、を含み、ガドリニウム（Ｇｄ）の含量は０．０５ａｔ％〜２ａｔ％である。インダクタ１００は、この磁性材料を含む磁性体層と、その磁性体層を含む積層本体１１０と、その積層本体の内部に形成された導体パターンを含むコイル部１２０と、そのコイル部と電気的に接続されるように形成された外部電極１３０とを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄（Ｆｅ）、リン（Ｐ）及びホウ素（Ｂ）を含むＦｅ−Ｐ−Ｂ系合金と、
ガドリニウム（Ｇｄ）と、を含む、磁性材料。
【請求項２】
前記ガドリニウム（Ｇｄ）の含量は０．０５ａｔ％〜２ａｔ％である、請求項１に記載の磁性材料。
【請求項３】
前記Ｆｅ−Ｐ−Ｂ系合金はクロム（Ｃｒ）をさらに含む、請求項１に記載の磁性材料。
【請求項４】
前記クロム（Ｃｒ）の含量は２ａｔ％以下である、請求項３に記載の磁性材料。
【請求項５】
前記鉄（Ｆｅ）の含量は７４ａｔ％〜７８ａｔ％である、請求項１に記載の磁性材料。
【請求項６】
前記リン（Ｐ）の含量は８ａｔ％〜１２ａｔ％である、請求項１に記載の磁性材料。
【請求項７】
前記ホウ素（Ｂ）の含量は１０ａｔ％〜１２ａｔ％である、請求項１に記載の磁性材料。
【請求項８】
前記磁性材料は非晶質である、請求項１に記載の磁性材料。
【請求項９】
磁性材料を含む磁性体層と、
前記磁性体層を含む積層本体と、
前記積層本体の内部に形成された導体パターンを含むコイル部と、
前記コイル部と電気的に接続されるように形成された外部電極と、を含み、
前記磁性材料は、鉄（Ｆｅ）、リン（Ｐ）及びホウ素（Ｂ）を含むＦｅ−Ｐ−Ｂ系合金、及びガドリニウム（Ｇｄ）を含むインダクタ。
【請求項１０】
前記ガドリニウム（Ｇｄ）の含量は前記磁性材料の総原子数を基準として０．０５ａｔ％〜２ａｔ％である、請求項９に記載のインダクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁性材料及びそれを用いるインダクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
磁性材料を用いる電子部品には、キャパシタ、インダクタ、圧電体素子、バリスタ、サーミスタなどがある。
【０００３】
無線通信装置は、通話機能だけでなく、インターネット、動画、ゲーム等の様々な機能が同時に具現されるスマートフォンに発展している。このように多様な機能を実行するためには、高周波数及び高電流で使用できるパワーインダクタ等の電子部品が求められる。
【０００４】
このような電子部品用磁性材料としては、フェライト系または金属系磁性材料を用いることができる。フェライト系磁性材料を用いる電子部品は、飽和磁束密度が低くて１アンペア以上の高電流で使用することができず、金属系磁性材料を用いる電子部品は、１ＭＨｚ以上の高周波数帯域で磁気的特性が具現されないという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】韓国公開特許第１０−２０１２−７００１０３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の一実施形態の目的は、希土類元素を添加して透磁率を改善し、高電流及び高周波数帯域で利用できる磁性材料及びそれを用いるインダクタを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一実施形態による磁性材料は、鉄（Ｆｅ）、リン（Ｐ）及びホウ素（Ｂ）を含むＦｅ−Ｐ−Ｂ系合金、及びガドリニウム（Ｇｄ）を含み、ガドリニウム（Ｇｄ）の含量は、０．０５ａｔ％〜２ａｔ％であってもよい。
【０００８】
また、クロム（Ｃｒ）を２ａｔ％以下の含量でさらに含んでもよい。
【０００９】
この場合、鉄（Ｆｅ）の含量は７４ａｔ％〜７８ａｔ％、リン（Ｐ）の含量は８ａｔ％〜１２ａｔ％、ホウ素（Ｂ）の含量は１０ａｔ％〜１２ａｔ％であってもよい。
【００１０】
また、上記磁性材料は非晶質であってもよい。
【００１１】
本発明の他の実施形態による磁性材料を含むインダクタは、磁性材料を含む磁性体層を含む積層本体、コイル部、及び外部電極を含む。このとき、上記磁性材料は、鉄（Ｆｅ）、リン（Ｐ）及びホウ素（Ｂ）を含むＦｅ−Ｐ−Ｂ系合金、及びガドリニウム（Ｇｄ）を含み、上記磁性材料におけるガドリニウム（Ｇｄ）の含量は０．０５ａｔ％〜２ａｔ％であってもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の一実施形態による磁性材料及びそれを用いるインダクタは、希土類元素を添加して透磁性を改善し、高電流及び高周波数帯域で利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態によるインダクタを示した斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態によるインダクタの磁性体層と導体パターンが形成された構造を示した分解斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態によるインダクタを概略的に示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下では、添付の図面を参照し、本発明の好ましい実施形態について説明する。しかし、本発明の実施形態は様々な他の形態に変形されることができ、本発明の範囲は以下で説明する実施形態に限定されない。また、本発明の実施形態は、当該技術分野で平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。図面における要素の形状及び大きさなどはより明確な説明のために誇張されることがある。
【００１５】
磁性材料
本発明の一実施形態による磁性材料は、鉄（Ｆｅ）、リン（Ｐ）及びホウ素（Ｂ）を含むＦｅ−Ｐ−Ｂ系合金、及びガドリニウム（Ｇｄ）を含む。
【００１６】
ガドリニウム（Ｇｄ）を含むことで、ガドリニウム（Ｇｄ）の高いスピンモーメンタム特性によりＦｅ−Ｐ−Ｂ系合金が含まれた磁性材料の透磁率が改善され、高周波及び高電流環境に適する電磁気的特性を有する磁性材料を得ることができる。
【００１７】
電子製品に用いられる磁性材料は、高周波及び高電流環境おける安定的な使用に対する要求が増大している。そのため、電子製品用磁性材料としてフェライト及び金属系軟磁性材料が使用されてきた。しかし、フェライト材料は飽和磁束密度が低くて、１アンペア以上の高電流で使用することができず、金属系軟磁性材料は１ＭＨｚ以上の高周波数帯域で透磁性が低くて、磁気的特性が具現されないという短所がある。従って、金属系軟磁性材料に一部元素を添加して、高周波数でも使用できる比抵抗を有する非晶質合金が用いられている。但し、Ｆｅ−Ｐ−Ｂ系合金だけでは透磁率が低くて、高周波及び高電流環境での電磁気的特性が良くない。
【００１８】
以下、鉄（Ｆｅ）、リン（Ｐ）及びホウ素（Ｂ）を含むＦｅ−Ｐ−Ｂ系合金、及びガドリニウム（Ｇｄ）を含む本発明の一実施形態による磁性材料の成分について説明する。
【００１９】
鉄（Ｆｅ）は磁性を有する元素で、電子部品に使用される磁性材料が高い飽和磁束密度を有するための成分である。
【００２０】
磁性材料内の鉄（Ｆｅ）の含量が低いと、十分な磁化密度が得られず、鉄（Ｆｅ）の含量が高すぎると、磁性材料が十分に非晶質化されない。
【００２１】
従って、磁性材料が十分な飽和磁束密度を有し、かつ非晶質化されるようにするために、鉄（Ｆｅ）の含量は、上記磁性材料の総原子数を基準として７４ａｔ％〜７８ａｔ％であることが好ましい。
【００２２】
リン（Ｐ）は、磁性材料を非晶質化させるために添加する元素である。
【００２３】
リン（Ｐ）の含量が低いと、磁性材料が十分に非晶質化されず、高すぎると、磁性材料の延性が低下する恐れがある。
【００２４】
従って、磁性材料を十分に非晶質化させ、かつ延性を保持することができるリン（Ｆｅ）の含量は、上記磁性材料の総原子数を基準として８ａｔ％〜１２ａｔ％であることが好ましい。
【００２５】
ホウ素（Ｂ）は、磁性材料を非晶質化させるために添加する元素である。
【００２６】
ホウ素（Ｂ）の含量が、一定含量より高いか、低いと、磁性材料が十分に非晶質化されない恐れがある。
【００２７】
従って、磁性材料を十分に非晶質化させるためのホウ素（Ｂ）の含量は、上記磁性材料の総原子数を基準として１０ａｔ％〜１２ａｔ％であることが好ましい。
【００２８】
上記磁性材料は希土類元素であるガドリニウム（Ｇｄ）を含む。ガドリニウム（Ｇｄ）は希土類元素で、多数の最外殻電子を含む。
【００２９】
ガドリニウム（Ｇｄ）を含まないＦｅ−Ｐ−Ｂ系合金は、低い透磁性のために、高周波数及び高電流用に使用される磁性材料の材料としての使用が制限される。
【００３０】
本発明の一実施形態によると、Ｆｅ−Ｐ−Ｂ系合金にガドリニウム（Ｇｄ）を添加することで、カドリニウム（Ｇｄ）の高いスピンモーメンタム特性によりＦｅ−Ｐ−Ｂ系合金が含まれた磁性材料の透磁率を改善する。このように、磁性材料の透磁率を高めることで、高周波数及び高電流環境に適する電磁気的特性を有する磁性材料を得ることができる。
【００３１】
磁性材料の透磁率を改善するためには、一定含量以上のガドリニウム（Ｇｄ）を含まなければならないが、ガドリニウム（Ｇｄ）の含量が高すぎると、ガドリニウム（Ｇｄ）の添加によるＦｅ−Ｐ−Ｂ系合金の非晶質化特性に影響を及ぼし、却って透磁率が減少する。
【００３２】
従って、Ｆｅ−Ｐ−Ｂ系合金の透磁率を高めるためのガドリニウム（Ｇｄ）の含量は、上記磁性材料の総原子数を基準として０．０５ａｔ％〜２ａｔ％であることが好ましい。これに対しては、下表１による実施例をもって具体的に説明する。
【００３３】
上記磁性材料はクロム（Ｃｒ）をさらに含んでもよい。クロム（Ｃｒ）を添加して、磁性材料の耐食性を向上させることができる。
【００３４】
クロム（Ｃｒ）の含量は、上記磁性材料の総原子数を基準として２ａｔ％以下であることが好ましい。
【００３５】
上記磁性材料は非晶質であってもよい。
【００３６】
結晶質のＦｅ系軟磁性材料は比抵抗が低いため、高周波数での低い透磁性及び効率性により、その使用が制限される。しかし、同じ組成で結晶構造が非晶質相である場合、結晶質に比べて比抵抗が高くなり、高周波数でも透磁率が高く、効率が高くなるという利点がある。
【００３７】
磁性材料を用いるインダクタ
図１は本発明の一実施形態によるインダクタの斜視図であり、図２は本発明の一実施形態によるインダクタの磁性体層１１１と導体パターン１２１が形成された構造を示した分解斜視図であり、図３は本発明の実施形態によるインダクタを概略的に示した断面図である。
【００３８】
以下では、本発明の一実施形態による積層型電子部品を、特に積層型インダクタで説明するが、これに限定されない。
【００３９】
図１〜図３を参照すると、本発明の一実施形態による積層型インダクタ１００は、積層本体１１０、コイル部１２０、及び外部電極１３０を含む。
【００４０】
積層本体１１０は複数の磁性体層１１１を厚さ方向に積層してから焼成したもので、該積層本体１１０の形状、寸法、磁性体層１１１の積層数は本実施形態に図示されたものに限定されない。
【００４１】
上記磁性体層１１１に含まれる磁性材料は、鉄（Ｆｅ）、リン（Ｐ）及びホウ素（Ｂ）を含むＦｅ−Ｐ−Ｂ系合金、及びガドリニウム（Ｇｄ）を含んでもよい。
【００４２】
この場合、磁性材料が十分な飽和磁束密度を有し、かつ非晶質化されるようにするために、鉄（Ｆｅ）の含量は、上記磁性材料の総原子数を基準として７４ａｔ％〜７８ａｔ％であってもよい。
【００４３】
リン（Ｐ）の含量は、上記磁性材料の総原子数を基準として８ａｔ％〜１２ａｔ％であってもよい。
【００４４】
ホウ素（Ｂ）の含量は、上記磁性材料の総原子数を基準として１０ａｔ％〜１２ａｔ％であってもよい。
【００４５】
上記磁性材料は、Ｆｅ−Ｐ−Ｂ系合金の透磁率を高めるために希土類元素であるガドリニウム（Ｇｄ）を含んでもよい。ガドリニウム（Ｇｄ）の含量は、上記磁性材料の総原子数を基準として０．０５ａｔ％〜２ａｔ％であってもよい。
【００４６】
上記磁性材料はクロム（Ｃｒ）をさらに含んでもよい。クロム（Ｃｒ）を添加して、磁性材料の耐食性を向上させることができる。ここで、クロム（Ｃｒ）の含量は、上記磁性材料の総原子数を基準として２ａｔ％以下であってもよい。
【００４７】
ここで、磁性材料の成分の具体的な特性及び含量に対する技術的意義は、上述したため、重複を避けるために省略する。
【００４８】
上記複数の磁性体層１１１の一面にはコイル部１２０を形成するための導体パターン１２１が形成され、上記磁性体層１１１の厚さ方向には上下に位置した導電パターンを電気的に接続させるための導電性ビアが貫通形成されてもよい。
【００４９】
従って、各磁性体層１１１に形成された導体パターンの一端は、隣接する磁性体層１１１に形成された導電性ビアを介して互いに電気的に連結されてコイル部１２０を形成する。
【００５０】
そして、このコイル部１２０の両端は、積層本体１１０を介して外部に引出されるようにして、積層本体１１０に形成された一対の外部電極１３０と接触してそれぞれ電気的に連結されることができる。
【００５１】
特に、上記コイル部１２０の両端は、積層本体１１０の両端を介して引出されてもよく、上記一対の外部電極は、コイル部１２０が引出された積層本体１１０の両端に形成されてもよい。
【００５２】
上記導体パターン１２１は、上記磁性体層１１１を形成するためのシートに導体パターン１２１を形成するための導電性ペーストを厚膜印刷、塗布、蒸着、及びスパッタリング等を経て形成してもよいが、本発明はこれに限定されない。
【００５３】
上記導電性ビアは、それぞれのシートの厚さ方向に貫通孔を形成した後、該貫通孔に導電性ペースト等を充填して形成することができるが、本発明はこれに限定されない。
【００５４】
また、導体パターン１２１を形成するための導電性ペーストに含まれる導電性金属は銀（Ａｇ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、及び銅（Ｃｕ）のうち一つまたはこれらの合金等からなるものを使用してもよいが、本発明はこれに限定されない。
【００５５】
実施例
下表１は、磁性材料の磁気特性を評価したものである。
【００５６】
磁性材料に２．５ｗｔ％のエポキシバインダーを添加した後、トロイダル状の成形体を製造し、１６０℃で３０分間不活性雰囲気（ＡｒまたはＮ２）で硬化した。次いで、４００℃で高温アニーリングを行った後、内径が０．５ｍｍであるエナメル線を１０回巻線し、インピーダンス分析機を用いて試料の透磁率を測定した。上記エナメル線は、銅線の表面をエナメルでコーティングしたものである。
【００５７】
【表１】
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【００５８】
インダクタなどの電子部品に使用される磁性材料は、高周波領域では機器の高周波化によって発生するノイズのために透磁率が低くなる。従って、高周波領域でも高い透磁率を有する磁性材料を使用することが求められる。
【００５９】
インダクタなどの電子部品に使用される磁性材料が、高周波数及び高電流で使用されるためには透磁率が２２μ以上であることが好ましい。
【００６０】
上表１を参照すると、比較例は通常のＦｅ−Ｐ−Ｂ系合金を適用したものであり、Ｆｅ  ７６ａｔ％、Ｐ  １０ａｔ％、Ｂ  １２ａｔ％及びＣｒ  ２ａｔ％が含まれている。この場合、透磁率が２０．５４μに過ぎず、高周波及び高電流環境での磁性材料の電磁気的特性が不良である。
【００６１】
実施例１はＦｅ−Ｐ−Ｂ系合金にガドリニウム（Ｇｄ）を０．２ａｔ％含むものである。この場合、透磁率が２０．７９μで、比較例よりは高いが、２２μ以下であるため、高周波及び高電流環境で用られる磁性材料には適さない。
【００６２】
実施例２はＦｅ−Ｐ−Ｂ系合金にガドリニウム（Ｇｄ）を０．５ａｔ％含むものである。この場合、透磁率が２２．１２μで、比較例より高く、２２μ以上であるため、高周波及び高電流環境で用いられる磁性材料に適する。
【００６３】
実施例３はＦｅ−Ｐ−Ｂ系合金にガドリニウム（Ｇｄ）を１．０ａｔ％含むものである。この場合、透磁率が２４．０９μで、比較例及び実施例２より高いことが分かる。
【００６４】
実施例４はＦｅ−Ｐ−Ｂ系合金にガドリニウム（Ｇｄ）を１．５ａｔ％含むものである。この場合、透磁率が２４．９８μで、比較例及び実施例１〜７のうち最も高い透磁率を示す。
【００６５】
実施例５はＦｅ−Ｐ−Ｂ系合金にガドリニウム（Ｇｄ）を２．０ａｔ％含むものである。この場合、透磁率が２３．１５μで、ガドリニウム（Ｇｄ）の含量の少ない実施例４より低い。但し、比較例より高く、２２μ以上であるため、高周波及び高電流環境で用いられる磁性材料に適する。
【００６６】
実施例６はＦｅ−Ｐ−Ｂ系合金にガドリニウム（Ｇｄ）を２．５ａｔ％含むものである。この場合、透磁率が２０．０２μで、ガドリニウム（Ｇｄ）の含量がより少ない実施例１〜５より低く、透磁率が２２μ以下であるため、高周波及び高電流環境で用いられる磁性材料に適さない。
【００６７】
実施例７はＦｅ−Ｐ−Ｂ系合金にガドリニウム（Ｇｄ）を２．７ａｔ％含むもので、透磁率が１９．２８μであるため、比較例に比べて低い透磁性を示している。この場合、透磁率が２２μ以下であるため、高周波及び高電流環境で用いられる磁性材料に適さない。
【００６８】
よって、Ｆｅ−Ｐ−Ｂ系合金に含まれるガドリニウム（Ｇｄ）の含量が０．５〜２ａｔ％の範囲である場合に透磁性が向上して、２２μ以上の透磁率を得ることができる。これにより、高周波数及び高電流で使用できるように十分な透磁率を有する磁性材料を得ることができる。
【００６９】
一方、Ｆｅ−Ｐ−Ｂ系合金に含まれるガドリニウム（Ｇｄ）の含量が２．５ａｔ％以上の場合は、比較例より低い透磁性を示すため、高周波数及び高電流で使用される磁性材料には適さない。
【００７０】
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されず、請求の範囲に記載された本発明の技術的思想から外れない範囲内で多様な修正及び変形が可能であるということは、当技術分野の通常の知識を有する者には明らかである。
【符号の説明】
【００７１】
１００  インダクタ
１１０  積層本体
１１１  磁性体層
１２０  コイル部
１２１  導体パターン
１３０  外部電極
【図１】
2015216335.tif 000004
【図２】
2015216335.tif 000005
【図３】
2015216335.tif 000006