JP6962480B2 - 磁性ペースト - Google Patents
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Description
このような磁性粉体の偏在化が生じた場合、例えば、形成された磁性層において、磁性粉体の含有量が少なくなった磁性ペースト部分では、所望の比透磁率が得られない場合や、粘度やチキソトロピーが低下し磁性層の形成が困難になる場合がある。また、ディスペンサを用いて磁性層を形成する場合、ディスペンサからの磁性ペーストの吐出性が低下することがある。
[1] (A)磁性粉体、及び(B)バインダー樹脂を含み、
(A)成分の粒径分布における10%粒径(D10)が0.2μm以上2.0μm以下、50%粒径(D50)が2.0μm以上4.3μm以下、及び90%粒径(D90)が4.3μm以上8.5μm以下である、磁性ペースト。
[2] (B)成分が、エポキシ樹脂を含む、[1]に記載の磁性ペースト。
[3] (A)成分が、軟磁性粉体である、[1]又は[2]に記載の磁性ペースト。
[4] (A)成分が、酸化鉄粉である、[1]〜[3]のいずれかに記載の磁性ペースト。
[5] 酸化鉄粉が、Ni、Cu、Mn、及びZnから選ばれる少なくとも1種を含むフェライトである、[4]に記載の磁性ペースト。
[6] (A)成分が、Fe−Mn系フェライトである、[1]〜[5]のいずれかに記載の磁性ペースト。
[7] Fe−Mn系フェライト中のMnの含有量は、3.0質量%以上15質量%以下である、[6]に記載の磁性ペースト。
[8] (A)成分の含有量が、磁性ペースト中の不揮発成分を100質量%としたとき、60質量%以上である、[1]〜[7]のいずれかに記載の磁性ペースト。
[9] (D90−D10)/D50が、2.5以下である、[1]〜[8]のいずれかに記載の磁性ペースト。
[10] インダクタ素子形成用である、[1]〜[9]のいずれかに記載の磁性ペースト。
[11] [1]〜[10]のいずれかに記載の磁性ペーストの硬化物である磁性層を含む、インダクタ素子。
[12] [11]に記載のインダクタ素子を含む、回路基板。
本発明の磁性ペーストは、(A)磁性粉体、及び(B)バインダー樹脂を含み、(A)成分の粒径分布における10%粒径(D10)が0.2μm以上2.0μm以下、50%粒径(D50)が2.0μm以上4.3μm以下、及び90%粒径(D90)が4.3μm以上8.5μm以下である。
磁性ペーストは、(A)磁性粉体を含有する。(A)磁性粉体は、この粒径分布における10%粒径(D10)が0.2μm以上2.0μm以下、50%粒径(D50)が2.0μm以上4.3μm以下、及び90%粒径(D90)が4.3μm以上8.5μm以下である。このような粒径分布を有する(A)磁性粉体を磁性ペーストに含有させることで、磁性ペースト中の磁性粉体の偏在化を抑制することが可能となる。また、このような粒径分布を有する(A)磁性粉体を磁性ペーストに含有させることで、磁性ペーストの硬化物における比透磁率を向上させることが可能になる。なお上記粒径分布は磁性ペースト中に含まれる(A)磁性粉体全体の粒径分布を表す。
なお、本発明において、磁性ペースト中の各成分の含有量は、別途明示のない限り、磁性ペースト中の不揮発成分を100質量%としたときの値である。
磁性ペーストは、(B)バインダー樹脂を含有する。(B)バインダー樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、フェノール系樹脂、ナフトール系樹脂、ベンゾオキサジン系樹脂、活性エステル系樹脂、シアネートエステル系樹脂、カルボジイミド系樹脂、アミン系樹脂、酸無水物系樹脂等の熱硬化性樹脂;フェノキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、ブチラール樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、及びポリスルホン樹脂等の熱可塑性樹脂が挙げられる。(B)バインダー樹脂としては、配線板の絶縁層を形成する際に使用される熱硬化性樹脂を用いることが好ましく、中でもエポキシ樹脂が好ましい。(B)バインダー樹脂は1種単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。以下、各樹脂について説明する。
ここで、フェノール系樹脂、ナフトール系樹脂、ベンゾオキサジン系樹脂、活性エステル系樹脂、シアネートエステル系樹脂、カルボジイミド系樹脂、アミン系樹脂、及び酸無水物系樹脂のように、エポキシ樹脂と反応して磁性ペーストを硬化させられる成分をまとめて「硬化剤」ということがある。
熱硬化性樹脂としてのエポキシ樹脂は、例えば、グリシロール型エポキシ樹脂;ビスフェノールA型エポキシ樹脂;ビスフェノールF型エポキシ樹脂;ビスフェノールS型エポキシ樹脂;ビスフェノールAF型エポキシ樹脂;ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂;トリスフェノール型エポキシ樹脂;フェノールノボラック型エポキシ樹脂;tert−ブチル−カテコール型エポキシ樹脂;ナフトールノボラック型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、ナフトール型エポキシ樹脂、アントラセン型エポキシ樹脂等の縮合環構造を有するエポキシ樹脂;グリシジルアミン型エポキシ樹脂;グリシジルエステル型エポキシ樹脂;クレゾールノボラック型エポキシ樹脂;ビフェニル型エポキシ樹脂;線状脂肪族エポキシ樹脂;ブタジエン構造を有するエポキシ樹脂;脂環式エポキシ樹脂;複素環式エポキシ樹脂;スピロ環含有エポキシ樹脂;シクロヘキサンジメタノール型エポキシ樹脂;トリメチロール型エポキシ樹脂;テトラフェニルエタン型エポキシ樹脂等が挙げられる。エポキシ樹脂は1種単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。エポキシ樹脂は、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、及びビスフェノールF型エポキシ樹脂から選ばれる1種以上であることが好ましい。
熱可塑性樹脂のポリスチレン換算の重量平均分子量は、好ましくは3万以上、より好ましくは5万以上、さらに好ましくは10万以上である。また、好ましくは100万以下、より好ましくは75万以下、さらに好ましくは50万以下である。熱可塑性樹脂のポリスチレン換算の重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)法で測定される。具体的には、熱可塑性樹脂のポリスチレン換算の重量平均分子量は、測定装置として島津製作所社製「LC−9A/RID−6A」を、カラムとして昭和電工社製「Shodex K−800P/K−804L/K−804L」を、移動相としてクロロホルム等を用いて、カラム温度を40℃にて測定し、標準ポリスチレンの検量線を用いて算出することができる。
磁性ペーストは、任意の成分として、さらに(C)硬化促進剤を含んでいてもよい。
磁性ペーストは、任意の成分として、さらに(D)分散剤を含んでいてもよい。
磁性ペーストは、さらに必要に応じて、(E)その他の添加剤を含んでいてもよく、斯かる他の添加剤としては、例えば、ポットライフ向上のためのホウ酸トリエチル等の硬化遅延剤、無機充填材(但し、磁性粉体に該当するものは除く)、難燃剤、有機充填材、有機銅化合物、有機亜鉛化合物及び有機コバルト化合物等の有機金属化合物、並びに増粘剤、消泡剤、レベリング剤、密着性付与剤、及び着色剤等の樹脂添加剤等が挙げられる。
磁性ペーストは、例えば、配合成分を、3本ロール、回転ミキサー、高速回転ミキサーなどの撹拌装置を用いて撹拌する方法によって製造できる。本発明の磁性ペーストは、製造後等に脱泡を行ってよい。例えば、静置による脱泡、遠心分離による脱泡、真空脱泡、撹拌脱泡、およびこれらの組合せ等による脱泡が挙げられる。
本発明の磁性ペーストは、所定の粒径分布を有する磁性粉体を含有するので、磁性ペースト中の磁性粉体の偏在化が抑制されるという特性を示す。具体的には、例えば、磁性ペーストを遠心分離機(例えば、シンキー社製、自転公転攪拌機「あわとり錬太郎」ARE−250やARE−310等)を使用し、回転数2000rpmで5分間遠心分離し、遠心分離前の磁性ペーストと遠心分離後の容器最上層の磁性ペーストの粘度を、例えば、E型粘度計(東機産業社製「RE−80U」等)を用い、3°×R9.7コーンロータ、サンプル温度25±2℃の条件で、回転数が0.5rpmの場合及び5rpmの場合にて測定する。(0.5rpmの粘度)/(5rpmの粘度)より、チキソトロピーインデックスT.I.を算出し、遠心分離前の磁性ペーストのチキソトロピーインデックスT.I.をT.I.(α)、遠心分離後の容器最上層の磁性ペーストのチキソトロピーインデックスT.I.をT.I.(β)とし、チキソトロピーインデックスの比(T.I.(β)/T.I.(α))を算出する。その結果、T.I.(β)/T.I.(α)としては、好ましくは0.7以上1.0以下、より好ましくは0.8以上1.0以下、さらに好ましくは0.9以上1.0以下である。T.I.(β)/T.I.(α)の測定の詳細は、後述する実施例に記載の方法により測定することができる。
本発明のインダクタ素子は、本発明の磁性ペーストの硬化物である磁性層を含む。ここで、インダクタ素子には、電子部品としてのインダクタ素子だけでなく、回路基板に含まれるインダクタ素子が包含される。図1は、本発明の一実施形態に係るインダクタ素子の模式的な平面図である。インダクタ素子1は、基板11と、磁性層12と、導体で形成された配線13とを備え、配線13は、磁性層12に覆われるとともに、配線13はコア部14を中心として渦巻状に形成されている。また、コア部14は、磁性層12が埋め込まれている。
(1)磁性ペーストを基板上に吐出させ、該磁性ペーストを熱硬化させ、第1の磁性層を形成する工程、
(2)第1の磁性層上に配線を形成する工程、
(3)第1の磁性層、コア部及び配線上に磁性ペーストを吐出し、該磁性ペーストを熱硬化させ、第2の磁性層を形成する工程、
を含む。ここで、磁性層12は、第1及び第2の磁性層を含めたものである。
工程(1)は、磁性ペーストを基板上に吐出させ、該磁性ペーストを熱硬化させ、第1の磁性層を形成する。工程(1)を行うにあたって、磁性ペーストを準備する工程を含んでいてもよい。磁性ペーストは、上記において説明したとおりである。
工程(2)では、工程(1)で形成した第1の磁性層上に配線を形成する。配線の形成方法は、例えば、めっき法、スパッタ法、蒸着法などが挙げられ、中でもめっき法が好ましい。好適な実施形態では、セミアディティブ法、フルアディティブ法等の適切な方法によって第1の磁性層の表面にめっきして、渦巻状の配線パターンを有する配線を形成する。
工程(3)は、第1の磁性層、コア部及び配線上に磁性ペーストを吐出し、該磁性ペーストを熱硬化させ、第2の磁性層を形成する。第2の磁性層の形成方法は、第1の磁性層と同様である。第1の磁性層を形成する磁性ペーストと、第2の磁性層を形成する磁性ペーストとは、同一でも相異なっていてもよい。
回路基板は、本発明のインダクタ素子を含む。回路基板は、半導体チップ等の電子部品を搭載するための配線板として用いることができ、かかる配線板を内層基板として使用した(多層)プリント配線板として用いることもできる。また、かかる配線板を個片化したチップインダクタ部品として用いることもでき、該チップインダクタ部品を表面実装したプリント配線板として用いることもできる。
球状の磁性粉体として、軟磁性粒子粉末(Fe−Mn系フェライト、商品名「Mシリーズ」、球状、パウダーテック社製)を用いた。乾式分級器(日清エンジニアリング社製、ターボクラシファイアTC−15NS)を用いて、回転羽根の回転速度1850rpm、風量1.5m3/minの条件で、この軟磁性粒子粉末に送風し、重量の軽い粒子を吹き飛ばし、重量の重い粒子を採取することにより、磁性粉体aを得た。
磁性粉体aを調整する際の回転羽根の回転速度及び風量を適宜変更することで磁性粉体b〜gを調製した。磁性粉体b〜gの粒径分布を実施例1と同様にして測定したところ、下記表1のとおりであった(単位はすべてμm)。
磁性粉体aを80質量部に対して、エポキシ樹脂(「ZX−1059」、ビスフェノールA型エポキシ樹脂とビスフェノールF型エポキシ樹脂の混合品、日鉄ケミカル&マテリアル社製)を15質量部、硬化促進剤(「2P4MZ」、イミダゾール系硬化促進剤、四国化成社製)を5質量部加え、高速回転ミキサーで均一に分散し磁性ペースト1を得た。
下記表2に示す配合割合で各成分を配合し、実施例1と同様にして高速回転ミキサーで均一に分散し、磁性ペースト2〜7を得た。
各磁性ペースト1〜7を25±2℃に保ち、E型粘度計(東機産業社製「RE−80U」、3°×R9.7コーンロータ(測定サンプル0.22ml)、回転数は0.5rpm及び5rpm)を用いて粘度を測定し、(0.5rpmの粘度)/(5rpmの粘度)より、チキソトロピーインデックスT.I.(α)を算出した。次に磁性ペースト1〜7を遠心分離機(シンキー社製、自転公転攪拌機「あわとり錬太郎」ARE−250、150ml容器、2000rpm、5分)により遠心脱泡を行った。サンプル容器最上層の樹脂ペーストを分析用サンプルとして採取し、各磁性ペーストを25±2℃に保ち、E型粘度計(東機産業社製「RE−80U」、3°×R9.7コーンロータ(測定サンプル0.22ml)、回転数は0.5rpm及び5rpm)を用いて粘度を測定し、(0.5rpmの粘度)/(5rpmの粘度)より、各磁性ペーストのチキソトロピーインデックスT.I.(β)を算出した。遠心分離前の磁性ペーストのチキソトロピーインデックスT.I.であるT.I.(α)、遠心分離後の容器最上層の磁性ペーストのチキソトロピーインデックスT.I.であるT.I.(β)について、T.I.(β)/T.I.(α)の値を算出した。
各磁性ペースト1〜7をシリンジ(武蔵エンジニアリング社製、PSY−10E、プランジャーMLP−B−10E)に充填し、遠心分離機(武蔵エンジニアリング社製、AWATORN3、2000rpm、5分)による遠心脱泡を行った。シリンジにニードル(武蔵エンジニアリング社製、ゲージ22、内径0.42mm)を接続し、ディスペンサ(武蔵エンジニアリング社製、IMAGE MASTER350PC SmartSMΩX、吐出圧力200MPa・s、吐出時間0.2sec)にて吐出試験(10分ごとにガラスプレート上に100点を吐出、1mm×1mm、クリアランスギャップ100μm)を行い、以下の基準で評価した。
○:磁性ペーストが詰まることなくシリンジから吐出が可能。
×:吐出時に磁性ペーストが詰まり、シリンジから吐出することができない。
支持体として、シリコン系離型剤処理を施したポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム(リンテック社製「PET501010」、厚さ50μm)を用意した。各磁性ペースト1〜7を上記PETフィルムの離型面上に、乾燥後のペースト層の厚みが100μmとなるよう、ドクターブレードにて均一に塗布し、樹脂シートを得た。得られた樹脂シートを180℃で90分間加熱することによりペースト層を熱硬化し、支持体を剥離することによりシート状の硬化物を得た。得られた硬化物を、幅5mm、長さ18mmの試験片に切断し、評価サンプルとした。この評価サンプルを、アジレントテクノロジーズ(Agilent Technologies社製、「HP8362B」)を用いて、3ターンコイル法にて測定周波数を100MHzとし、室温23℃にて比透磁率(μ’)を測定した。
一方、比較例1〜3より、磁性粉体の粒径分布が所定の範囲外であると、遠心分離後の磁性ペースト中の磁性粉体の偏在化によりチキソトロピーの変化が顕著となっていることが分かる。また吐出性の評価では、チキソトロピーの増大に起因すると考えられる磁性ペーストの詰まりによってシリンジからの吐出が困難となった。さらに、得られる硬化物の比透磁率も低くなることが分かる。
11 基板
12 磁性層
13 配線層
14 コア部
Claims (12)
- (A)磁性粉体、及び(B)バインダー樹脂を含み、
(A)成分の粒径分布における10%粒径(D10)が0.2μm以上2.0μm以下、50%粒径(D50)が2.0μm以上4.3μm以下、及び90%粒径(D90)が4.3μm以上8.5μm以下であり、(D 90 −D 10 )/D 50 が、1.5以上2.5以下であり、D 90 −D 10 が、4.3以上8.3以下である、磁性ペースト。 - (B)成分が、エポキシ樹脂を含む、請求項1に記載の磁性ペースト。
- (A)成分が、軟磁性粉体である、請求項1又は2に記載の磁性ペースト。
- (A)成分が、酸化鉄粉である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の磁性ペースト。
- 酸化鉄粉が、Ni、Cu、Mn、及びZnから選ばれる少なくとも1種を含むフェライトである、請求項4に記載の磁性ペースト。
- (A)成分が、Fe−Mn系フェライトである、請求項1〜5のいずれか1項に記載の磁性ペースト。
- Fe−Mn系フェライト中のMnの含有量は、3.0質量%以上15質量%以下である、請求項6に記載の磁性ペースト。
- (A)成分の含有量が、磁性ペースト中の不揮発成分を100質量%としたとき、60質量%以上である、請求項1〜7のいずれか1項に記載の磁性ペースト。
- 溶剤の含有量が、磁性ペーストの全質量に対して1.0質量%未満である、又は溶剤を含有しない、請求項1〜8のいずれか1項に記載の磁性ペースト。
- インダクタ素子形成用である、請求項1〜9のいずれか1項に記載の磁性ペースト。
- 請求項1〜10のいずれか1項に記載の磁性ペーストの硬化物である磁性層を含む、インダクタ素子。
- 請求項11に記載のインダクタ素子を含む、回路基板。
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