高频铁氧体材料与片式电感制备文献综述

 2021-09-26 11:09

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文献综述

1引言

软磁铁氧体材料是发展最早的一类铁氧体材料，它是20世纪40年代迅速发展起来的一种磁性材料[1]。随着电子技术﹑表面贴装技术（SMT）[2]的发展应用和逐渐完善，电子产品逐渐向小﹑轻﹑薄化方向发展。片式化不仅能使电子产品小型化，而且能实现广泛应用，使电子产品制造方式也发生巨大变化[3]。同时对元件和软磁铁氧体材料提出了新的要求，如器件的小型化﹑片式化﹑高频化﹑低损耗等，这些特点使得使无源元件得到迅猛发展。其中片式电感起步晚，发展相对缓慢，而电阻器和电容器技术发展很快，它们的发展方向是叠层片式元器件。

目前，为了开发高性能的叠层片式电感，必须克服两大技术难题[4]：一是要研制出性能优良的低温共烧铁氧体材料；二是能利用先进的叠层片式工艺技术。此外，为了优化片式电感器件的电磁性能，在器件结构设计及性能优化方面也需要开展大量工作。近年来，在急剧增大的市场需求和丰厚的利润驱动下，国内的多家企业和研究机构，包括深圳顺络电子﹑风华高科和电子科大等陆续引进了多条国外先进的片式电感生产线，积极开展对片式电感器件的研究和开发。但在低温共烧铁氧体材料和片式电感结构设计方面并未取得突破性进展，还处在购买国外的原材料和模仿国外同类产品设计的阶段，不仅制备成本高昂，而且产品技术含量低，严重的制约了我国在片式电感器件技术领域的发展。而现今，制备高性能片式电感技术被日本，美国等发达国家所垄断，如日本的TDK﹑太阳诱电和村田，美国的FERRO等。

2LTCF概述

2.1分类及特点

铁氧体材料按晶格类型分为三种，即：尖晶石型铁氧体，石榴石型铁氧体和磁铅石型铁氧体。其中尖晶石型铁氧体在中高频具有优良的软磁性能，是制备叠层片式感性器件或组件最适合的候选材料。而尖晶石软磁铁氧体又包括两大类，即MnZn铁氧体和NiZn铁氧体材料，前者由于烧结温度高(1300℃~1450℃)﹑烧结时需气氛保护，因此用来制造片式器件成本高且工艺实现困难。此外，MnZn系铁氧体材料电阻率及截止频率都较低，也大大限制了其在叠层片式感性器件领域的应用。相比之下，NiZn系铁氧体电阻率高，截止频率最高可达到300MHz，且采用适当的方法还可以实现低温烧结，因此NiZn系铁氧体便成了制造制备叠层片式感性器件用LTCF的首选材料。但是，单纯的NiZn铁氧体烧结温度一般都在1200℃以上，为此，需要引入第三组元CuO，在维持其电磁性能无明显变化的同时，显著降低烧结温度，这就构成了NiCuZn铁氧体。

2.2低温共烧NiCuZn铁氧体改性

NiZn铁氧体因其优良的高频软磁性能以及高电阻率的特性，是一种应用十分广泛的铁氧体材料。但单纯NiZn铁氧体的烧结温度一般都在1200℃以上，即便大剂量掺杂低熔玻璃相物质或各种助烧剂，也很难将烧结温度降至900℃，且其磁性能也将大受影响。为此，可在NiZn铁氧体的基础上，用CuO部分替代NiO，将相当数量的CuO作为化学组分加入到NiZn铁氧体中共熔形成NiZn固熔体。其烧结温度可降低到1050℃以下，且电磁性能与NiZn铁氧体相比也不相上下。在此基础上，再加入少量的助烧剂或将粉料作微细化处理，可使铁氧体材料的烧结温度降低到900℃左右，并且能保持较好的电磁性能满足片式电感元件制备工艺的要求。因此，目前世界各大公司所生产的中高频片式电感器件，关键的磁芯材料几乎都选用的是低温烧结的NiCuZn铁氧体。

为了实现NiCuZn铁氧体材料的低温烧结，从促进低温致密化的角度分析，可行的技术途径有以下三个方面:

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