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随着表面贴装技术(SurfaceMountingTechnology,SMT)及电子信息产品小型化、轻量化和集成化发展趋势,NiCuZn系低温烧结铁氧体(LowTemperatureCo-firedFerrite,LTCF)材料,因其低烧结温度、优异的电磁性能、高电阻率及良好的稳定性,已广泛应用于制备叠层片式电感(MultilayerChipInductor,MLCI)、LC滤波器等感性元器件。低温烧结NiCuZn铁氧体材料的高性能化以及后续的片式化技术近些年已成为研究的热点。 本文以低温烧结NiCuZn铁氧体、生料带及其制备的片式电感为研究对象,探讨了配方各成分含量对NiCuZn铁氧体电磁性能影响;探索了添加剂低熔点硼硅酸盐玻璃、B2O3-MoO3、B2O3-WO3及B2O3-WO3-Co2O3的添加量对NiCuZn铁氧体烧结特性、微观结构及电磁性能的影响;采用LTCF技术制备了不同层数及结构的片式电感,研究了铁氧体与Ag内导体的共烧匹配性,厚度及结构对片式电感电磁性能,尤其是叠加电流特性的影响。 固定NiCuZn配方中CuO含量10.2mol%,改变Ni/Zn摩尔比对配方体积密度无明显影响。925℃保温3h的试样,随着Ni/Zn摩尔比减小,在100kHz频率下铁氧体配方磁导率先由111.2升至652.58,后急剧下降至156.27,(Ni0.2Cu0.2Zn0.6O)1.02(Fe2O3)0.98具有最大磁导率。Co2+取代Cu2+对(Ni0.2Cu0.2-xCoxZn0.6O)1.02(Fe2O3)0.98(0.00≤x≤0.10)铁氧体烧结特性及微观结构影响不大,但使材料电磁性能产生巨大变化。随着Co2+取代量增加,烧结温度对磁导率的改善明显变缓,同时Co2+取代Cu2+使得K1和λs增加导致材料磁导率降低,但材料温度稳定性、居里温度(Tc)以及饱和磁感应强度(Bs)都得到显著改善。当x=0.10时,(Ni0.2Cu0.1Co0.1Zn0.6O)1.02(Fe2O3)0.98铁氧体具有最佳的直流叠加特性。 添加低熔点硼硅酸盐玻璃可在烧结过程中形成液相,降低烧结温度,实现材料低温致密化,但过多添加硼硅酸盐玻璃会产生晶粒不均匀长大现象,导致试样体积密度下降。引入硼硅酸盐玻璃虽然会导致材料磁导率及饱和磁感应强度降低,但有利于品质因素、温度稳定性及直流叠加特性的改善。复合添加B2O3-MoO3和B2O3-WO3对NiCuZn铁氧体烧结特性及电磁性能影响相似,皆可在较低烧结温度下形成液相,促进晶粒均匀长大,改善材料的微观结构。复合添加0.05wt%B2O3和0.5wt%MoO3在925℃保温3h的试样性能:ρ=5.10g·cm-3、μi=985.29、Bs=279.54mT、Br=102.93mT和Hc=33.88A·m-1。复合添加0.03wt%B2O3和0.7wt%WO3在900℃保温3h的试样性能:ρ=5.07g·cm-3、μi=913.46、Bs=293.40mT、Br=103.96mT和Hc=38.39A·m-1。适量添加Co2O3有利于提高品质因素及居里温度,但会降低材料磁导率。故添加Co2O3时需根据产品性能要求来确定合适的添加量。复合添加0.03wt%B2O3和0.7wt%WO3的基础上,Co2O3添加量为0.6wt%、900℃保温3h的试样具有最高品质因素110,磁导率423.21。 采用LTCF技术制备片式电感,900℃保温3h烧结,铁氧体与Ag内导体未发生反应或渗透现象,连接孔中的导体与Ag内导体紧密连接,具有较好的共烧匹配性。片式电感的Ag内导体线条厚度一致性较好,线条之间平行度高,未出现断路现象。片式电感的层数及其结构对性能影响显著,尤其是叠加电流特性。随着片式电感叠压层数的增加,电感值、品质因素以及直流电阻都增大。较少层数或圆形绕线方式有利于磁通密度在片式电感中均匀分布,片式电感不易被磁化至饱和,有利于改善叠加电流特性。在中间有通孔的圆形绕线片式电感中,采用通孔中加入T型磁柱的方式,可试制具有优异叠加电流及电感量可调的系列化片式电感。