專利名稱：一種復(fù)合材料片式感性元件及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電子元件領(lǐng)域，特別涉及一種以三相復(fù)合材料為磁介質(zhì)、采用熱壓工 藝制備的片式感性元件及其制備方法，可用于甚/超高頻段的片式感性元件。
技術(shù)背景感性元件作為三大無源元件之一，在各種電子產(chǎn)品中應(yīng)用非常廣泛。隨著電子 計算機及通信技術(shù)的發(fā)展，電子電路的工作頻率越來越高，已經(jīng)超過GHz，這就要求 相應(yīng)電子元件的應(yīng)用頻率高于GHz。目前，片式感性元件采用NiZnCu鐵氧體作為磁 介質(zhì)，但NiZnCu鐵氧體受其立方系晶體結(jié)構(gòu)的限制，截止頻率很低，無法用于甚/ 超高頻段。平面六角結(jié)構(gòu)的鐵氧體(Y型、Z型、M型)，由于具有平面各向異性， 截止頻率超過GHz,可用作甚/超高頻段片式電感類元件的核心材料。電感是儲能元件，多用于電源濾波回路，側(cè)重于抑止傳導(dǎo)性干擾，用在LC振蕩 電路、中低頻的濾波電路等；而磁珠是能量轉(zhuǎn)換(消耗)器件，多用于信號回路，主 要用于抑制電磁干擾(EMI)方面，像一些RF電路、振蕩電路、含超高頻存儲器電 路等都需要在電源輸入部分加磁珠。當感性元件的核心材料在高頻區(qū)磁導(dǎo)率高并且損 耗低時，元件可用作電感。當感性元件的核心材料在高頻區(qū)具有高損耗時，元件可用 作磁珠。目前，片式感性元件采用疊層共燒法制備而成，將鐵氧體磁介質(zhì)層與內(nèi)電極層 交疊共燒成多層獨石結(jié)構(gòu)片式元件。其中鐵氧體與內(nèi)電極的異質(zhì)共燒是該工藝的關(guān)鍵 和難點，鐵氧體的燒結(jié)溫度一般在110(TC以上，而且需要在氧氣氣氛中燒結(jié)，采用疊 層共燒法制備片式感性元件時，需要先用各種辦法降低鐵氧體的燒結(jié)溫度至內(nèi)電極金 屬的熔點以下，但是這種方法僅能有限降低鐵氧體的燒結(jié)溫度，因此內(nèi)電極材料仍必 須具有高熔點和很好的抗氧化能力。為了滿足抗氧化和高熔點的要求，必須選擇Ag或Ag-Pd合金等貴金屬作為內(nèi)電極材料，使用貴金屬作內(nèi)電極使片式感性元件的成本 大幅度提高。目前，片式元件廠商普遍使用相對廉價的Ag作為片式感性元件的內(nèi)電 極材料，但是內(nèi)電極材料的成本仍超過整個片式感性元件成本的50%以上。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一類采用復(fù)合材料的片式感性元件及其制備方法，解決疊層共燒工藝中的異質(zhì)共燒難題，以賤金屬作為內(nèi)電極大幅降低元件的成本。一種復(fù)合材料片式感性元件及其制備方法，其特征在于所述的片式感性元件采 用三相復(fù)合材料作為磁介質(zhì)，由埋入式的螺旋形內(nèi)電極和與之直接相連的端電極，采 用熱壓成型工藝制備而成。本發(fā)明涉及的片式感性元件采用三相復(fù)合材料作為磁介 質(zhì)，復(fù)合材料含有平面六角鐵氧體粉末、磁性金屬顆粒和耐熱高分子樹脂。三相復(fù)合 材料中平面六角軟磁鐵氧體的體積百分比是30~80%，耐熱高分子樹脂的體積百分比在5~70%，磁性金屬顆粒的體積百分比是1 30%。其中Y型平面六角鐵氧體分子式 為Ba2Me2Fe12022， Me為Co、 Zn、 CoCu、 ZnCu、 MZn、 MnZn、 CoCuZn、 NiZnCo、 CoFe。 Z型平面六角鐵氧體分子式為Ba3Me2Fe24041， Me為Co、 Zn、 CoCu、 ZnCu、 NiZn、 MnZn、 CoCuZn、 NiZnCo、 CoFe。 M型平面六角鐵氧體必須具有適量的Ti、 Zn、 Co取代，才可顯示軟磁特性，M型平面六角鐵氧體分子式為BaFe12.2xTixMex019， 其中x=l.l~1.4， Me為Zn或Co。鐵氧體粉末分散于樹脂中的復(fù)合材料在高達GHz 頻帶時，它的磁導(dǎo)率不會顯著降低，而且能夠保持高的Q值。在該復(fù)合材料中加入磁 性金屬顆粒，可以提高材料的磁導(dǎo)率，能夠獲得在GHz頻帶的高電感量。當復(fù)合材 料中金屬顆粒含量低于滲流閾值時，復(fù)合材料的磁導(dǎo)率增加，而損耗不會明顯升高， 材料可用于片式電感；當復(fù)合材料中金屬顆粒含量接近或超過滲流閾值時，復(fù)合材料 的電導(dǎo)特性顯著變化，損耗會明顯增加，材料即可用于抗電磁干擾的片式磁珠。復(fù)合 材料中的磁性金屬顆粒用于調(diào)節(jié)材料電磁特性，可以采用Fe、 Ni、 Co、 Fe-Ni合金、 Fe-Co合金、Fe-Ni合金等高磁導(dǎo)率金屬或合金。本發(fā)明中所述的三相復(fù)合材料采用耐高溫高分子樹脂，因此本發(fā)明所述片式感性 元件適應(yīng)回流焊的要求，可進行自動化表面貼裝。耐高溫樹脂可在以下選擇聚砜、 聚酯酰亞胺、聚酰胺酰亞胺、耐熱酚醛樹脂、耐熱環(huán)氧樹脂、聚芳砜、聚苯硫醚、聚 二烯丙基鄰苯二甲酸酯、可熔性聚酰亞胺、四氟乙烯、六氟丙烯共聚物、聚酰亞胺、 聚四氟乙烯、聚苯基喹噁啉等。本發(fā)明所述片式感性元件采用聚合物熱壓工藝制備而成，其工藝過程簡單，成型 溫度低，避免了疊層共燒工藝中異質(zhì)共燒難題，因此可以采用Ni、 Cu、 Zn、 Al、 Sn 等賤金屬作為內(nèi)電極材料，使電子元件的成本大幅降低。當然，如果不考慮成本的限 制，也可以選擇Ag、 Au、 Pd、 Rh、 Ag-Pd合金等貴金屬做為內(nèi)電極材料。內(nèi)電極線 圈完全埋入磁介質(zhì)之中，有效避免了漏磁現(xiàn)象，電磁屏蔽效果好。本發(fā)明所述的片式感性元件的的生產(chǎn)工藝如下步驟(1) 將平面六角鐵氧體和金屬磁性顆粒分別研磨成均勻的顆粒；平面六角鐵氧 體的顆粒尺寸范圍是500nm 50(^m,金屬顆粒的尺寸范圍是10nm 2(^m;(2) 將步驟(1)所得的平面六角鐵氧體顆粒、金屬磁性顆粒與樹脂粉末按比例 均勻混合，得到三相復(fù)合材料；(3) 將金屬絲按符合設(shè)計要求制成一定尺寸的螺旋形內(nèi)電極；(4) 將步驟(3)制得的內(nèi)電極與端電極直接相連；(5) 將步驟(4)所得電極放入模具內(nèi)，并固定位置；(6) 將步驟(2)所制得復(fù)合材料填入熱壓模具之中，完全沒過內(nèi)電極線圈；(7) 將熱壓模具升溫至樹脂的軟化點溫度以上1(TC;(8) 施加壓力4-7MPa;(9) 保持壓力15 20分鐘；(10) 降溫；(11) 卸除壓力；(12) 脫模；(13) 后期表面打磨處理。即制備出本發(fā)明的片式電感類元件。因此，本發(fā)明提供了一種可以適用于甚/超高頻帶的片式感性元件及其制備方法。該類電子元件具有質(zhì)量輕、體積小、磁屏蔽效果好、可滿足自動化回流焊工藝的要求等優(yōu)點；而且其生產(chǎn)工藝簡單、生產(chǎn)周期短、技術(shù)參數(shù)易于控制、生產(chǎn)能耗低，可進行大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景和巨大的經(jīng)濟效益。


圖1為本發(fā)明的片式感性元件的結(jié)構(gòu)示意圖。圖1中1是磁性材料介質(zhì)，填充在 電子元件內(nèi)；2和3分別是端電極和內(nèi)電極，內(nèi)電極3埋在磁介質(zhì)內(nèi)部，端電極2直 接連接在內(nèi)電極3的兩端。圖2為本發(fā)明的片式感性元件的制備裝置示意圖。圖2中4和7分別是裝置的上 下壓頭，用以給模具內(nèi)的復(fù)合材料提供足夠的壓力；5是制備的感性元件，元件在模 具內(nèi)成型；6是模具的熱壓模套，緊帖在模具的周圍，用于提供熱壓需要的溫度；8 和IO分別是元件的端電極和內(nèi)電極線圈，內(nèi)電極線圈埋在磁性介質(zhì)內(nèi)，端電極直接 連接在內(nèi)電極線圈的兩端；9是作為元件磁介質(zhì)的三相復(fù)合材料，填充在模具內(nèi)。
具體實施方式
實施例一片式Co2Y-Ni-PPS電感的制備將體積比為60%、顆粒直徑為8微米左右的Co2Y (Ba2Co2Fe12022)，體積比為 8%、顆粒直徑為0.5微米的Ni粉和體積比為32。/。的聚苯硫醚。按照上述比例分別稱 取6.54克Co2Y、 1.42克鎳粉和0.86克PPS，然后充分混合均勻。取一根細銅線做成螺旋形內(nèi)電極，與端電極連接，放入模具并固定位置。取適量 混合均勻的復(fù)合材料粉末填入模具中，完全沒過內(nèi)電極線圈。將裝有復(fù)合材料粉末和內(nèi)電極的熱壓模具放到自動壓機上，升溫至290°C，加 4MPa的壓力，并保持15min，然后降溫，降至室溫后脫模即得到Co2Y-Ni-PPS復(fù)合 片式電感。實施例二片式BaM-Ni-PPS電感的制備將體積比為60%、顆粒直徑為8微米左右的Ti取代的BaM (BaFe,Tiu022)， 體積比為8%、顆粒直徑為0.5微米的Ni粉和體積比為32%的聚苯硫醚。按照上述比 例分別稱取6.36克BaM、 1.42克鎳粉和0.86克PPS，然后充分混合均勻。取一根細銅線做成螺旋形內(nèi)電極，與端電極連接，放入模具并固定位置。取適量 混合均勻的復(fù)合材料粉末填入模具中，完全沒過內(nèi)電極線圈。將裝有復(fù)合材料粉末和內(nèi)電極的熱壓模具放到自動壓機上，升溫至290°C，加 4MPa的壓力，并保持15min，然后降溫，降至室溫后脫模即得到BaM-Ni-PPS復(fù)合 片式電感。實施例三片式Co2Z-Fe-PPS磁珠的制備將體積比為58%、顆粒直徑為8微米左右的Co2Z(Ba3Co2Fe2404i)，體積比為12%、 顆粒直徑為0.5微米的Fe粉和體積比為30%的聚苯硫醚。按照上述比例分別稱取6..22 克Co2Z、 1.77克鐵粉和0.8克PPS，充分混合均勻。取一根細銅線做成螺旋形內(nèi)電極，與端電極電連接，放入模具并固定位置。取適 量混合均勻的復(fù)合材料粉末填入模具中，完全沒過內(nèi)電極線圈。將裝有復(fù)合材料粉末和內(nèi)電極的熱壓模具放到自動壓機上，升溫至290'C，加以 4MPa的壓力，并保持15min，然后降溫，降至室溫后脫模即得到Co2Z-Fe-PPS復(fù)合 片式磁珠。
權(quán)利要求
1、一種復(fù)合材料片式感性元件，其特征在于片式感性元件采用三相復(fù)合材料作為磁介質(zhì)(1)，由埋入式的螺旋形內(nèi)電極(2)和與之直接相連的端電極(3)采用熱壓成型工藝制備而成；其中所述的三相復(fù)合材料是由平面六角軟磁鐵氧體、耐熱高分子樹脂和磁性金屬顆粒組成；平面六角軟磁鐵氧體的體積百分比是30～80％，耐熱高分子樹脂樹脂的體積百分比在5～70％，磁性金屬顆粒的體積百分比是1～30％。
2、 如權(quán)利要求1所述的一種復(fù)合材料片式感性元件，其特征在于三相復(fù)合材料 中所述的平面六角鐵氧體是Y型平面六角鐵氧體Ba2Me2Fe]2022， Me為Co或Zn 或CoCu或ZnCu或NiZn或MnZn或CoCuZn或NiZnCo或CoFe。
3、 如權(quán)利要求1所述的一種復(fù)合材料片式感性元件，其特征在于三相復(fù)合材料 中所述的平面六角鐵氧體是Z型平面六角鐵氧體Ba3Me2Fe24041， Me為Co或Zn 或CoCu或ZnCu或NiZn或MnZn或CoCuZn或NiZnCo或CoFe。
4、 如權(quán)利要求1所述的一種復(fù)合材料片式感性元件，其特征在于三相復(fù)合材料 中所述的平面六角鐵氧體是M型平面六角鐵氧體BaFe12.2xTixMex019，其中 x=l.l~1.4， Me為Zn或Co。
5、 如權(quán)利要求1所述的一種復(fù)合材料片式感性元件，其特征在于三相復(fù)合材料 中所述的耐熱高分子樹脂為聚砜或聚酯酰亞胺或聚酰胺酰亞胺或耐熱酚醛樹脂或耐 熱環(huán)氧樹脂或聚芳砜或聚苯硫醚或聚二烯丙基鄰苯二甲酸酯或可熔性聚酰亞胺或四氟乙烯或六氟丙烯共聚物或聚酰亞胺或聚四氟乙烯或聚苯基喹噁啉。
6、 如權(quán)利要求1所述的一種復(fù)合材料片式感性元件，其特征在于所述的磁性金 屬顆粒為Ni或Fe或Co或Fe-Ni合金或Ni-Co合金或Fe-Co合金。
7、 如權(quán)利要求1所述的一種復(fù)合材料片式感性元件，其特征在于所述的螺旋形 內(nèi)電極和端電極的材料為Cu或Ni或Al或Zn或Sn ，或者是Rh或Ag或Au或Pt或 Pd或Ag-Pd合金。
8、 一種復(fù)合材料片式感性元件的制備方法，其特征在于工藝過程如下(1) 將平面六角鐵氧體和金屬磁性顆粒分別研磨成粒度尺寸均勻的顆粒；平面 六角鐵氧體的顆粒尺寸范圍是500nm 50(Vm，金屬顆粒的尺寸范圍是10nm 20^im;(2) 將步驟(1)所得的平面六角鐵氧體顆粒、金屬磁性顆粒與樹脂粉末按比例均勻混合；(3) 將金屬絲制成符合設(shè)計要求的螺旋形內(nèi)電極；(4) 將步驟(3)制得的內(nèi)電極與端電極直接相連；(5) 將步驟(4)所得電極放入模具內(nèi)，并固定位置；(6) 將步驟(2)所制得復(fù)合材料填入熱壓模具之中，完全沒過內(nèi)電極線圈;(7) 將熱壓模具升溫至耐熱高分子樹脂的軟化點溫度以上l(TC;(8) 施加壓力4~7MPa;(9) 保持壓力15 20分鐘；(10) 降溫；(11) 卸除壓力；(12) 脫模；(13) 后期表面打磨處理，即制備出本發(fā)明的片式電感類元件。
全文摘要
一種復(fù)合材料片式感性元件及其制備方法，可用于甚/超高頻段的片式感性元件，它采用包含平面六角軟磁鐵氧體粉末、金屬磁性顆粒與耐高溫樹脂的三相復(fù)合材料作為磁介質(zhì)，可依據(jù)三相復(fù)合雙滲流理論調(diào)節(jié)材料的電磁特性；具有埋入式的螺旋型內(nèi)電極和與之直接相連的端電極，可以使用Ni、Cu等賤金屬作為內(nèi)電極材料，大大降低了元件的成本；采用聚合物熱壓工藝制備而成，避免了傳統(tǒng)片式感性元件的疊層共燒技術(shù)中存在的異質(zhì)共燒難題。本發(fā)明所述產(chǎn)品具有質(zhì)量輕、體積小、磁屏蔽效果好、可滿足自動化回流焊工藝的要求等優(yōu)點，而且其生產(chǎn)工藝簡單、生產(chǎn)周期短、技術(shù)參數(shù)易于控制、生產(chǎn)能耗低，可進行大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號H01F1/34GK101325126SQ20081008908
公開日2008年12月17日 申請日期2008年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月14日
發(fā)明者喬利杰, 芳 徐, 洋 白 申請人:北京科技大學