氧化磁性材料、 使用所述材料的片式元件及它们的制备方法 本发明涉及片式元件如片式电感器或片式垫片、或用于屏蔽电磁波的元件如体型电感器的氧化磁性材料及其制备方法，以及采用这种氧化磁性材料的体型线圈元件或叠片线圈元件及其制备方法，更具体地讲，涉及能在用作片式元件内部导体的银的熔点或更低的温度下烧制的氧化磁性材料，以及采用具有优异高频特性的氧化磁性材料生产体型或片型电感器的方法。
近来，以电子元件的微型化(即将其制成薄膜和改进其在设备上的安装)为基础的电子或通信设备的显著发展建立了新的工业结构，但这样的工业发展有双方面的趋势，它由于诱发新的问题而引起社会问题，即以往所忽略的环境和通信的困扰。
尤其是，因为普遍使用无线通信设备及电磁环境被破坏，所以各国加强了电磁干扰管制。比如，要求发展用于去除有害的电磁波(EMI/EMC)地元件，因此元件快速增加，同时，伴随的关于磁性和温度特性、高集成和宽频范围的功能元件的复杂性已朝向高效能方向发展。
顺便指出，用作消除元件电磁困扰的电子元件的种板材料或用于元件如电源变压器的氧化磁性材料的应用范围，是按性能如按频率范围划分的。另外，对制备方法而言，制备多层元件的方法的研究已经从传统粉末冶金制备方法积极发展，并转入实际运用，且如陶瓷电子元件制备领域内的微型片式元件的制备技术一样在当今得到巩固。
一般说来，用于片式电感器、片式电感电容滤波器和片式互感器的氧化磁性材料需要高电感，列举这种氧化磁性材料有Mn-Zn铁氧体、Ni铁氧体、Ni-Zn铁氧体或Ni-Cu-Zn铁氧体。
就Mn-Zn铁氧体而言，因为磁导率高和电功率损失小，所以它用于电源变压器的磁心材料或电源线滤波器的磁心材料，但由于它的高频性能差，因此，要将Mn-Zn铁氧体用于1MHz或更高的频率范围较困难，这是不利的。目前，可用在这么高的频率范围的磁心，有Ni铁氧体、Ni-Zn铁氧体或Ni-Cu-Zn铁氧体。
另一方面，先有技术的制备上述氧化磁性材料的方法是在约1000-1400℃温度下，历时1-5小时的烧结处理中进行的。Ag电极常用于电子元器件如叠层片式电感器的内导体，但上述的焙烤温度已超过作为内导体的Ag的熔点(960℃)，且传统方法涉及到一个问题，即因为Ag在非常高的温度条件下熔融并扩散进入制备的元件中，高频损失很大，所以要达到要求的电感非常困难。
通常如JP-A-9-63826提出采用CoO作为用于降低烧结温度以减少损失的芯片制备中的添加剂。但CoO降低的电感温度特性与其加入量成正比，且存在影响产品可靠性的问题。
因此，为解决上述先有技术所存在问题，本发明的目的是提供Ni-Cu-Zn基的氧化磁性材料和采用该材料的片式元件，以及通过加入添加剂来制备氧化磁性材料的方法和制备片式元件的方法，其中如果添加剂与原料的主要成分反应，则电磁性能降低最少以及所述电感的温度特性也降低最少，因此不仅内导体在非常低的焙烤温度下得到稳定，而且在100MHz或更高的高频范围内的性能是优异的。
为达到上述目的，本发明要提供下列(1)-(9)的氧化磁性材料和采用所述氧化磁性材料的片式元件，以及制备所述氧化磁性材料的方法和制备这种片式元件的方法。
(1)氧化磁性材料组成为：Fe2O3:35.0-51.0％(摩尔)，CuO:1.0-35.0％(摩尔)，NiO:38.0-64.0％(摩尔)，及ZnO:0-10.0％(摩尔，包括0％)。
(2)在以上(1)中所提出的氧化磁性材料，含Ca:0.3％(重量)或更少(不包括0％)。
(3)在以上(2)中所提出的氧化磁性材料，含CoO:0.7％(重量)或更少(不包括0％)。
(4)一种制备氧化磁性材料的方法，其特征在于组成如下：Fe2O3:35.0-51.0％(摩尔)，CuO:1.0-35.0％(摩尔)，NiO:38.0-64.0％(摩尔)，及ZnO:0-10.0％(摩尔，包括0％)的氧化磁性材料含有0.5％(重量，但不包括0％)的Ca3(PO4)2，并将该氧化磁性材料烧结。
(5)以上(4)提出的制备氧化磁性材料的方法，其特征在于含有0.7％(重量)或更少的CoO，并将该氧化磁性材料烧结。
(6)片式元件，其特征在于采用含Fe2O3:35.0-51.0％(摩尔)，CuO:1.0-35.0％(摩尔)，NiO:38.0-64.0％(摩尔)，及ZnO:0-10.0％(摩尔，包括0％)的氧化磁性材料的烧结体，或还含有0.3％(重量)或更少(不包括0％)的Ca，或含有0.3％(重量)或更少(不包括0％)的Ca和含0.7％(重量)或更少(不包括0％)的CoO的磁性材料烧结体构成的体型线圈元件。
(7)片式元件，其特征在于采用含Fe2O3:35.0-51.0％(摩尔)，CuO:1.0-35.0％(摩尔)，NiO:38.0-64.0％(摩尔)，及ZnO:0-10.0％(摩尔，包括0％)的氧化磁性材料的烧结体，或还含有0.3％(重量)或更少(不包括0％)的Ca，或含有0.3％(重量)或更少(不包括0％)的Ca和含0.7％(重量)或更少(不包括0％)的CoO的氧化磁性材料烧结体构成的叠片线圈元件，且在所述烧结体内的氧化磁性材料含电传导层。
(8)以上(7)提出的片式元件，其特征在于内导体由含Ag或Ag-Pd合金作为主要成分的导体组成。
(9)一种制备片式元件的方法，它采用含Fe2O3:35.0-51.0％(摩尔)，CuO:1.0-35.0％(摩尔)，NiO:38.0-64.0％(摩尔)，及ZnO:0-10.0％(摩尔，包括0％)的氧化磁性材料的烧结体，或还含有0.3％(重量)或更少(不包括0％)的Ca，或含有0.3％(重量)或更少(不包括0％)的Ca和含0.7％(重量)或更少(不包括0％)的CoO的磁性材料烧结体，并将这些磁性材料作为电传导层或电导体用于烧结体中，导体含Ag或Ag-Pd合金作为主要成分，其特征在于在880-920℃温度下焙烤磨成粉的氧化磁性材料和内导体。
因此，表现出下列研究成果。
(1)可得到低初始磁导率、高烧结密度、几乎无涡流损耗并可以低温烧结、可以在本发明产品使用的100MHz或更高频率范围使用的氧化磁性材料。
(2)通过加入0.3％(重量)或更少的Ca，可得到低初始磁导率、高烧结密度和优异的电感温度特性的氧化磁性材料。
(3)通过加入0.3％(重量)或更少的Ca和进一步加入0.7％(重量)或更少的CoO，可得到低初始磁导率、高烧结密度和优异的电感温度特性的氧化磁性材料。
(4)通过加入0.5％(重量)或更少的Ca3(PO4)2，可得到低初始磁导率、高烧结密度和优异的电感温度特性的氧化磁性材料。
(5)通过加入0.7％(重量)或更少的CoO而不是0.5％(重量)或更少的Ca3(PO4)2，可得到低初始磁导率、高烧结密度和优异的电感温度特性的氧化磁性材料。
(6)因为片式元件由低初始磁导率、高烧结密度和优异的电感温度特性的氧化磁性材料组成，所以可提供具备这些优异的特性的片式元件。
(7)因为叠片线圈元件由低初始磁导率、高烧结密度和优异的电感温度特性的氧化磁性材料组成，且焙烤温度低，所以可提供具备这些优异的特性和优秀质量因数Q的叠片元件。
(8)因为片式元件由导体组成，其中的内导体含采用低初始磁导率、高烧结密度和优良电感温度特性的氧化磁性材料的Ag或Ag·Pd合金的主要成分，且焙烤温度低，所以，可提供具备这些优良特性和优秀质量因数Q的片式元件。
(9)因为片式元件通过采用低初始磁导率、高烧结密度和优异的电感温度特性的氧化磁性材料的步骤组成，且这些材料有含主要成分为Ag或Ag·Pd合金、作为内导体的导体，且在880-920℃温度下焙烤，所以可提供具备这些优异的特性和优秀质量因数Q的片式元件。
参考本发明的一个实施例。磁性材料根据组成往往有不同的频率范围特性。本发明中，在本发明产品所用的100MHz或更高频率范围中，要采用的Ni-Cu-Zn铁氧体是软磁铁氧体，其中的ZnO较少，而NiO相对较多。
实现本发明的一种方法是提供在Ni-Cu-En基氧化磁性材料中含Fe2O3:35.0-51.0％(摩尔)，CuO:1.0-35.0％(摩尔)，NiO:38.0-64.0％(摩尔)，及ZnO:0-10.0％(摩尔，包括0％)的氧化磁性材料。
只要不影响储如磁导率、烧结密度特性或电感温度特性，可包括作为杂质的Si、Al、B、Mn、Mg、Ba、Sr、Bi、Pb、W、V或Mo。
因此，可得到初始磁导率为25或更低的、烧结密度为4.75g/cm3或更高及电感温度特性在±20％的氧化磁性材料。
如作为主要相的Fe2O3少于35.0％(摩尔)，则烧结密度低于4.75g/cm3，而多于51.0％(摩尔)，则电阻率下降，涡流损耗增加，导致磁损耗增加。
CuO可有效加速低温下的烧结，就此而言，提高其量是有好处的，但如大于35.0％(摩尔)，则CuO作为杂相在晶界析出，并产生晶界应力从而降低电感温度特性。如CuO少于1％(摩尔)，则烧结密度将被降低。
ZnO影响初始磁导率。所述频率特性取决于初始磁导率和必要的高频率区，有必要将初始磁导率控制在低值。优选初始磁导率为25或更低，更优选为18或更低，并进一步优选为13或更低。既然初始磁导率与ZnO含量成正比变得更高，那么要用于100-500MHz范围的氧化磁性材料中的ZnO为10％(摩尔)或更少。
所以为保持平衡，有必要相应地用38.0-64.0％(摩尔)的NiO替代。
而且，在上述Ni-Cu-Zn基氧化磁性材料，即在组成为：Fe2O3:35.0-51.0％(摩尔)，CuO:1.0-35.0％(摩尔)，NiO:38.0-64.0％(摩尔)，及ZnO:0-10.0％(摩尔)的氧化磁性材料中，本发明含0.3％(重量)或更少的Ca，或0.3％(重量)或更少的Ca和0.7％(重量)或更少的CoO，或0.5％(重量)或更少的Ca3(PO4)2和烧结物，或0.5％(重量)的Ca3(PO4)2和0.7％(重量)的CoO或更少和烧结物。
参考本发明的实施例。作为含Ni-Cu-Zn铁氧体的主要成分，即作为氧化磁性材料的主要成分，含有45.5％(摩尔)的NiO、6.0％(摩尔)的CuO、0％(摩尔)ZnO和48.5％(摩尔)的Fe2O3的物质用3mm直径的部分稳定氧化锆(PSZ)作为介质珠，通过湿式内循环型介质搅拌研磨机进行湿式混合，并在干燥后于780℃下煅烧。
接着，用PSZ小球作为介质珠，通过湿式内循环型介质搅拌研磨机将焙烧过的物质制成密度为33％，并研成细粉。然后，如表1所示选择CoO、Ca3(PO4)2、Ca和P并加入上述煅烧过的物质中，再研成细粉。顺便指出，表1所示的CoO、Ca和P与Co3O4、CaCO3和P2O5一起加入。
当材料的平均直径为0.5μm时，即当比表面积为8m2/g时，将其干燥以制得最终粉末。
将干燥过的粉末输送通过过滤器，取得平均颗粒，将作为粘结剂的3％的PVA124的水溶液加入其中，在后面介绍的条件下，研磨、模压成要求的形状，并在910℃下于空气中烧结2个小时。[表1A] 加入量(重量％)实施例 CoO Ca3(PO4)2 Ca P样品1样品2 0.70样品3 0.75样品4 1.00样品5 0.025样品6 0.05样品7 0.10样品8 0.20样品9 0.30样品10 0.40样品11 0.025样品12 0.05样品13 0.10样品14 0.0025样品15 0.005样品16 0.05样品17 0.10样品18 0.50样品19 1.00样品20 0.70 0.10样品21 0.70 0.20样品22 0.50 0 0025样品23 0.65 0.005样品24 0.50 0.10样品25 0.70 0.10样品26 1.00 0.10[表1B]Ex初始磁导率μi烧结密度(g/cm3) 电感的温度特性(％) 备注 -20至20℃20-80℃Sam.1 20.9 5.03 5.00 3.38 Inv.Sam.2 14.5 5.11 21.56 13.45 Com.Sam.3 14.3 5.11 24.48 15.39 Com.Sam.4 11.1 5.04 29.04 36.38 Com.Sam.5 20.1 5.08 4.86 4.06 Inv.Sam.6 19.4 5.01 4.43 3.54 Inv.Sam.7 17.8 4.95 3.12 2.38 Inv.Sam.8 16.7 4.86 2.44 1.95 Inv.Sam.9 15.9 4.77 1.89 1.14 Inv.Sam.10 13.2 4.72 1.01 0.56 Com.Sam.11 12.8 4.65 -1.21 0.37 Com.Sam.12 10.1 4.31 -0.90 -0.45 Com.Sam.13 6.7 3.68 -0.45 -1.00 Com.Sam.14 20.4 5.14 4.36 3.6 Inv.Sam.15 20.2 5.13 4.03 3.29 Inv.Sam.16 16.7 4.94 2.26 1.22 Inv.Sam.17 16.0 4.93 1.98 1.16 Inv.Sam.18 12.8 4.76 1.17 0.32 Inv.Sam.19 9.6 4.58 0.36 -0.52 Com.Sam.20 14.0 4.91 19.01 11.44 Inv.Sam.21 12.9 4.82 18.12 10.88 Inv.Sam.22 15.0 5.11 4.78 6.02 Inv.Sam.23 14.3 5.10 11.34 7.64 Inv.Sam.24 12.4 4.80 2.89 7.44 Inv.Sam.25 11.7 4.88 19.57 11.51 Inv.Sam.26 9.1 4.71 24.75 30.44 Com.Ex.：实施例 Inv.：本发明的实施例 Com.：比较实施例Sam.：样品
煅烧和研磨成细粉的主要成分中没有加入添加剂，但如上述般研磨，并模压及在910℃于空气中烧结2小时，制得表1的样品1。
煅烧和研磨成细粉的主要成分中加入Co3O4添加剂，其量为表1中以CoO表示的量，如上述般研磨，并模压及烧结，制得样品2至4。
煅烧和研磨成细粉的主要成分中加入CaCO3添加剂，其量为表1中以Ca表示的量，如上述般研磨，并模压及烧结，制得样品5至10。
煅烧和研磨成细粉的主要成分中加入P2O5添加剂，其量为表1中以P表示的量，如上述般研磨，并模压及烧结，制得样品11-13。
煅烧和研磨成细粉的主要成分中加入Ca3(PO4)2添加剂，其量如表1中所示，如上述般研磨，并模压及烧结，制得样品14-19。
当如样品18中所示加入0.5％(重量)的Ca3(PO4)2时，焙烤后在氧化磁性材料内，Ca存在量为0.2％(重量)及P存在量为0.1％(重量)。
煅烧和研磨成细粉的主要成分中加入Co3O4和CaCO3添加剂，其量为表1中以CoO和Ca表示的量，如上述般研磨，并模压及烧结，制得样品20至21。
煅烧和研磨成细粉的主要成分中加入Co3O4复合添加剂，其量为表1中以CoO和Ca3(PO4)2表示的量，如上述般研磨，并模压及烧结，制得样品22和26。
通过评估列于表1的初始磁导率、表观密度和电感的温度特性来对磁性材料作出评估。
通过将所述磁性材料模压成18mm(外径)×10mm(内径)×3.1mm(高度)的环形，在上述预定温度下于空气中焙烤，圈成20倍于实际要制备线圈的线材，通过阻抗分析仪(Hewlett Packard公司制造的4291A)施加0.4A/m的磁场，测量100KHz的电感并计算从该形状所得的系数，测得初始磁导率和电感的温度特性。
本文中，通过初始磁导率观察烧结产物的高频特性。初始磁导率越低，峰值频率越向高频漂移。为使得到频率区的特性符合本发明的条件，优选初始磁导率为25或更低(100MHz区域)，更优选为18或更低(300MHz区域)，进一步优选为13或更低(500MHz区域)。
就电感的温度特性而言，当测量烧结产物的特性时，与在20℃的电感值L相关的温度在-20至+80℃范围间变化，并且从各存在的温度相关的电感值L有关的变化率(ΔL/L)可知，所述电感的温度特性是需要的，因此，既然它与可靠性有本质上的联系，应将变化率控制到最大。优选可确保可靠性的电感的温度特性为±20％，更优选为±15％。
通过烧结材料外廓尺寸得到体积，再用质量除以体积得到外观密度。用外观密度来判断烧结级别的“好”或“差”。如外观密度低，则表明在烧结物的内有许多空穴。如采用低外观密度的材料制备元件，则会出现由于这种空穴不足的恶劣状态影响可靠性，或物理强度变脆的问题。不产生这类问题的外观密度一般为4.75g/cm3或更高，这一外观密度为Ni-Cu-Zn铁氧体的理论密度5.24g/cm3的90％或更高。
通过上述介绍，以下是显而易见的。
样品1，即本发明的基本组分具有低于25的初始磁导率、大于4.75g/cm3的烧结密度及温度特性低于±20％的特性。
如样品2-4所示，即使将CoO单独加入基本组分中，电感的温度特性也超出本发明的范围。
如样品5-9所示，当Ca为0.3％(重量)或更少(不包括0％)时，所述初始磁导率、烧结密度和电感的温度特性可符合上述预定值，但如样品10所示，若Ca多于0.3％(重量)，所述烧结密度变小且不符合所述预定值。
如样品11-13所示，即使将P单独加入，所述烧结密度变小且不符合所述预定值。
如样品14-18所示，当加入0.5％(重量)或更少的Ca3(PO4)2(不包括0％)并进行焙烤时，所述初始磁导率、烧结密度和电感的温度特性符合上述预定值，但如样品19所示，若Ca3(PO4)2多于0.5％(重量)，所述烧结密度变小且不符合预定值。
如样品20和21所示，如将含有0.3％(重量)或更少Ca的0.7％(重量)或更少CoO加入产物中，该产物具有低初始磁导率、高烧结密度和优异的电感的温度特性。
如样品22-25所示，当加入0.5％(重量)或更少的Ca3(PO4)2及CoO为0.7％(重量)或更低时，所述初始磁导率、烧结密度和电感的温度特性符合所述预定值，但如样品26所示，若CoO多于0.7％(重量)，所述烧结密度小于预定值，电感的温度特性变大并超过且不符合所述预定值。
如上所述，根据本发明用于体型线圈的磁心通过将粘合剂加到所述烧结和湿粉状的氧化磁性材料中，研磨、模压成预定形状，处理并在900-1300℃于空气中焙烧来制备。顺便指出，所述磁心可在焙烧后加工。接着，在磁心上缠绕由Au、Ag、Cu、Fe、Pt、Sn、Ni、Pb、Al、Co或它们的合金组成的线材。
相反，所述叠片线圈是通过常规的方法生产，所述方法包括：通过厚膜技术如印刷方法或刮片方法，整体层压所述磁性层的氧化磁性材料糊剂和内部电导层，焙烧，并对用在所提供的烧结表面上的外部电极的糊剂进行印刷和焙烧。用于内部电极的糊剂通常含导电元件，粘合剂和溶剂。为了电感器的质量因数Q得到提高，导电元件的材料适合采用Ag或Ag·Pd合金。可根据磁性物质或导电元件的材料适当地决定焙烤条件或焙烤气氛。优选焙烤温度为800-950℃，更优选880-920℃。在焙烧温度低于880℃的情况下，烧结易于不充分，并需要长时间的焙烤，当超过920℃时，电极材料易于渗出破坏芯片的电磁特性，并因此在短时间内完成焙烤。在低于800℃的情况下，烧结较差，而超过950℃的情况下，电极材料渗出。因此，焙烤条件为800-920℃×5分钟至3小时。
根据本发明，可表现出如下效果。
(1)可得到低初始磁导率、高烧结密度、几乎无涡流损耗并可以低温烧、可以在100MHz或更高频率范围使用的氧化磁性材料。
(2)通过加入0.3％(重量)或更少的Ca，可得到低初始磁导率、高烧结密度和优良电感温度特性的氧化磁性材料。
(3)通过加入0.3％(重量)或更少的Ca和0.7％(重量)或更少的CoO，可得到低初始磁导率、高烧结密度和优良电感温度特性的氧化磁性材料。
(4)通过加入0.5％(重量)或更少的Ca3(PO4)2，可得到低初始磁导率、高烧结密度和优良电感温度特性的氧化磁性材料。
(5)通过加入0.7％(重量)或更少的CoO而不是0.5％(重量)或更少的Ca3(PO4)2，可得到低初始磁导率、高烧结密度和优良电感温度特性的氧化磁性材料。
(6)因为片式元件由低初始磁导率、高烧结密度和优良电感温度特性的氧化磁性材料组成，所以可提供具备这些各种优良特性的片式元件。
(7)因为叠片线圈元件由低初始磁导率、高烧结密度和优良电感温度特性的氧化磁性材料组成，且焙烤温度低，所以可提供具备这些各种优良特性和优秀质量因数Q的多层元件。
(8)因为片式元件由导体组成，其中的内导体含采用低初始磁导率、高烧结密度和优良电感温度特性的氧化磁性材料的Ag或Ag·Pd合金的主要成分，且焙烤温度低，所以，可提供具备这些优良特性和优秀质量因数Q的片式元件。
(9)因为片式元件通过采用低初始磁导率、高烧结密度和优良电感温度特性的氧化磁性材料的步骤组成，且这些材料有含主要成分为Ag或Ag·Pd合金、作为内导体的导体，且在880-920℃温度下焙烤，所以可提供具备这些优良特性和优秀质量因数Q的片式元件。