抗偏置低温烧结NiCuZn铁氧体及在功率片式电感中的应用研究

摘要

近年来，电子设备的便携化、多功能化和集成化的发展趋势，促使了叠层片式功率电感等无源元器件的快速发展。叠层片式功率电感广泛应用于低噪声放大器、开关电源等器件中，要求其满足小型化和高性能化的同时，还需要在外加偏置直流电流的工作状态下具有高的稳定性和可靠性。叠层片式功率电感的基体铁氧体材料及器件结构是影响其抗直流偏置性能的关键因素。因此，本论文的主要工作是研制出具有较好抗直流偏置性能的低温烧结铁氧体，并基于该铁氧体材料设计和制作叠层片式功率电感，以验证该材料在叠层片式功率电感中的实用性。
　　材料方面，本论文主要研究了SnO2和SiO2分别掺杂对低温烧结NiCuZn铁氧体综合电磁性能，尤其是抗直流偏置性能的影响。研究发现，SnO2掺杂没有引入杂相，但对材料的Q值、增量磁导率、Bs、Hc和抗直流偏置性能影响较明显。随着 SnO2掺杂量的增多，样品的晶粒尺寸逐渐减小、气孔增多。当 SnO2掺杂量为0.75 wt％时样品性能最好，此时样品的相对起始磁导率?i为120，H70%为568 A/m。同样，SiO2掺杂对低温烧结NiCuZn铁氧体的微观形貌和磁性能影响也很明显，尤其是材料的起始磁导率随SiO2掺杂量的增加下降很快。实验采用微量SiO2掺杂低磁导率铁氧体（A组）和相对较多的SiO2重掺杂高磁导率铁氧体（B组）的方案。研究发现，材料的Bs、ΔB、Hc对抗直流偏置性能有影响，且通过对比两种掺杂方案下有相同起始磁导率的样品A0.35和B0.75的性能参数发现，样品的矫顽力Hc对材料的抗直流偏置性能的影响起主导作用，尤其是当叠加的偏置直流电流较大时，高 Hc有利于获得更好的抗直流偏置性能。从相对起始磁导率和抗直流偏置参数H70%两个重要参量考虑，0.75 wt%SiO2掺杂B组NiCuZn铁氧体的B0.75材料性能最佳，?i为57.3，H70%为866 A/m。
　　最后，为了验证自制的B0.75材料在叠层片式功率电感中应用的可行性。采用B0.75材料作为叠层片式功率电感的基体材料，并用 LTCC工艺制备了功率片式电感样品，样品测试结果达到设计指标，电感量满足1.0±20%μH，自谐振频率高于50 MHz，直流电阻满足0.06±25%Ω，额定电流高于1000 mA。试验结果表明，B0.75材料作为叠层片式功率电感的基体材料可以很好地促进功率电感向大电流、小型化方向发展。

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第一章 绪 论

1.1 论文研究背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本论文研究内容及章节安排

第二章 低温烧结NiCuZn铁氧体的相关理论及性能表征分析

2.1 低温烧结NiCuZn铁氧体材料

2.2 NiCuZn铁氧体的固相反应法制备工艺

2.3 NiCuZn铁氧体的性能表征参数分析及实验样品的测试

2.4 本章小结

第三章 SnO2掺杂对低温烧结NiCuZn铁氧体的抗偏置性能研究

3.1 引言

3.2 低温烧结NiCuZn铁氧体的制备

3.3 SnO2掺杂对低温烧结NiCuZn铁氧体性能影响

3.4 本章小结

第四章 SiO2掺杂对低温烧结NiCuZn铁氧体的抗偏置性能研究

4.1 引言

4.2 SiO2微量掺杂低磁导率Ni0.35Cu0.18Zn0.45Co0.02Fe1.95O4铁氧体的研究

4.3 SiO2重掺杂高磁导率Ni0.3Cu0.18Zn0.5Co0.02Fe1.95O4铁氧体的研究

4.4 样品A0.35和B0.75性能对比

4.5 本章小结

第五章 叠层片式功率电感的研制

5.1 引言

5.2 叠层片式功率电感的基本理论及性能参数

5.3 叠层片式功率电感的结构设计及优化

5.4 叠层片式功率电感的LTCC制备工艺过程

5.5 叠层片式功率电感的性能测试

5.6 本章小结

第六章 结 论

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果