片式电感器用低温烧结nicuzn铁氧体材料研究进展

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1、片式电感器用低温烧结NiCuZn铁氧体材料研究进展1前言近20年来，随着电子技术的飞跃发展，电子设备已越来越趋于小型化、经量化、薄型化以及多功能化。其中，便携电子设备，如：数码相机、数码摄像机、笔记本电脑、PDA、MP3、MP4、手机等，以及多媒体移动通信网络技术的高速发展对迭层片式电感器提出了越来越高的要求，例如：希望尺寸更小，以便于高密度组装；使用频率更高，以便能更有效地抑制高频下的电磁干扰。图1是元件安装密度随年代的变化。按照日本TDK公司K.Yasuda的说法，迭层片式电感器的发展共经历了五个阶段。第1阶段为1980年开始大批量生产迭层片式电感器（图2）

2、，应用了厚膜电路丝网印刷技术，将铁氧体料浆与导体浆料交互印刷，再经叠压烧结而成。该迭层片式电感器由于其独立结构，且磁路是闭合的，避免了器件与线路间的相互信号干扰，同时又适用于高密度组装。第2阶段为1987年开始大批量生产迭层LC滤波器（图3），该滤波器仍是独立结构，其中铁氧体、介电材料以及导电材料被叠压成电感器、电容器以及变压器网络，各元件通过外部端电极或内部通孔相连。第3阶段为1988年开始大批量生产的迭层混合电路器件(MHD)（图4），这是一种功能模块，将半导体器件与无源器件及有源器件集成在一块基片上，这种技术已被广泛应用到高频电路组件中。第4阶段为1990

3、年开始大批量生产的迭层磁珠和磁珠排（图5）。该器件主要应用在EMC领域，近来TDK还开发出适用更高频率的EMC领域的铁氧体材料，并且正在开发具有更好结构的迭层磁珠。迭层磁珠排由4个电感器组成，主要是为了提高组装密度和更易于安装。第5阶段为1994年开始大批量生产的迭层三端子滤波器和滤波器排（图6）。由于电子设备使用频率及时钟频率逐渐向高频方向发展，从而使有用信号频带越来越接近于噪声频带，这就要求器件必须有较强的衰减特性，即只允许有用的信号通过而将噪声阻断。而普通的磁珠与电容不能保证有较强的衰减特性，从而导致三端子滤波器大量涌现。日本TDK现有的三端子滤波器电路形

4、式有T-型、P-型和L-型，并且正在研究更适合的电路与形式，如陈列型。可以预计，随着现代电子技术以及表面组装技术的飞跃发展，片式元件还会进一步向小型化、轻量化以及高性能化方向发展。本文着重介绍适用于迭层片式电感元件的NiCuZn铁氧体材料及工艺等方面近几年来最新研究进展情况。2低温烧结NiCuZn铁氧体材料相图研究早期的NiZn铁氧体材料通常在1100~1300℃之间烧结而成，对于迭层片式电感器来说，要获得高的Q值，必须用纯Ag(100%)作为内部电极，为此，要求作为制作片式电感器的铁氧体材料必须能与Ag共烧，同时还必须满足以下两个条件，即：电阻率较高（以便使铁

5、氧体材料与内导体Ag之间良好绝缘；具有较低的烧结湿度，最好在900℃以下，因Ag的熔点是960℃。众所周知，电阻率高并能在高频下使用的是NiZn铁氧体，而能在低温下烧成的是CuZn铁氧体，因此，NiCuZn铁氧体作为迭层片式电感器用铁氧体材料，其在射频以上频段具有良好的磁特性，且可在低温下烧结而成。但最初的由氧化物法制成NiCuZn铁氧体材料烧结温度在1100℃。左右，为此，中野敦之等人仔细研究了CuO含量及粉料颗粒比表面积对铁氧体密度的影响。图7显示的是CuO含量对NiCuZn铁氧体加热烧结收缩行为的影响，从图中可知，随CuO含量增加，会促进低温烧结；当CuO

6、含量在15mol%以上时，致密度显著增大。但由于铁氧体材料电磁性能与材料成份关系极大，故而不能只从低温烧结的观点去选择成份，因此，CuO的含量不能过多增加。���8显示的是粉碎条件对NiCuZn铁氧体烧结特性的影响。可见，比表面积SSA增大(9~14m2/g)可在低温下促使铁氧体致密化。粉料颗粒越细，铁氧体越易在低温下烧结而成，但过细的铁氧体颗粒很难制成迭层片式电感器用涂料（浆料），因此，不能无限制地使铁氧体颗粒过分细小。图9是NiCuZn铁氧体材料相图，图中给出了Fe2O3为48mol%时，在870℃保温2hr烧结条件下，铁氧体材料性能（测试条件为1MHz，0

7、.5mA）。由图可知，μi随Zn含量增加而增大，但高Q值区域向低频方向移动，居里温度降低。这是由于NiCuZn铁氧体的磁晶各向异性常数k1随Zn含量的增加而减少，故μi增加，材料的电磁特性主要取决于材料配方，可以根据工作频率来选择材料配分。可能是由于国际上各铁氧体公司出于技术保密的缘故，关于NiCuZn铁氧体材料相图方面的资料公布很少。3低温烧结NiCuZn铁氧体材料及工艺方面与研究为了获得较高的品质因数Q值，传统的迭层片式电感器采用电阻率较低的金属Ag作为内导体。野村研究了采用其它贵金属，如：Au、Pt作为内导体对性能的影响，发现直流电阻低的Ag(Rdc=0.

8、88Ω)又获得较高的Q值