基于LTCC技术的抗直流偏置铁氧体材料及叠层电感研究

发布时间：2020-10-02 10:11

　　 最近几年,电子设备不断向方便携带,功能齐全等方向前进,这就带动我们设计的电路走向小尺寸,多功能。而想要提升电路的密度,最为直接的措施就是减小器件的大小。在开关电源设计中常常用到片式电感,不仅要求其满足低损耗和小尺寸,还能在外加大的偏置电流的情况下,保持电感值的平稳和有效性。而要达到此目标,最为关键的两点就是改善电感的基体材料性能和改进器件内部构造。所以,本文就是要研制出性能很好的基体材料,并且运用该材料来制作出应用到实际开关电源电路中的叠层片式电感基板。最后测得器件的性能参数,来证明材料的实用性。首先在材料方面,本论文选择NiCuZn铁氧体作为器件的基体材料。主要研究了ZnSiO_4、CaCO_3、Al_2O_3和Nb_2O_5各自掺杂对样品耐直流特性的影响。进行实验时,要在统一的主配方内掺杂不同量掺杂剂来寻找磁导率相同的样品,再通过对比,寻找出性能最好的掺杂剂。实验结果显示四种掺杂都与NiCuZn铁氧体充分反应,样品都呈现单晶相。对于四种掺杂的样品而言,随掺杂量的增多时,它们电磁性能有着一致的变化趋势。当它们的含量增加时,材料的晶粒尺寸出现下降。材料晶粒之间的缝隙增多,其密度下降。正是如此,材料的起始磁导率才会下降。研究已经证明,材料的Bs、(35)B、Hc对其耐叠加直流偏置的能力有较大影响。但是综合来看,Hc对材料的耐大直流电流的特性影响最大。而在本文实验中,ZnSiO_4、CaCO_3、Al_2O_3和Nb_2O_5这四种掺杂对低温烧结NiCuZn铁氧体的Hc都有提升作用。因此这四种掺杂对NiCuZn铁氧体的耐大直流电流偏置能力都有所提升,但不同的是有些掺杂例如Al_2O_3和Nb_2O_5,它们相比ZnSiO_4和CaCO_3更容易在晶界处堆积,所以会抑制晶粒的生长,对材料Hc的影响更大,进而对提高材料耐大直流电流偏置特性的效果还要好。最后通过实验的对比我们发现在相同磁导率的条件下(起始磁导率_i?为70),ZnSiO_4、CaCO_3、Al_2O_3和Nb_2O_5这四种掺杂的样品的H_(70%)分别为673.2 A/m、783.6 A/m、820.1 A/m和839.6 A/m。所以掺杂Nb_2O_5的材料性能最优。之后采用掺Nb_2O_5的材料作为电感基板器件的基体材料。器件的设计目标为:电感值达到0.6±20%μH,稳定工作在1 MHz下,额定电流能到10 A,直流阻抗小于0.01±25%Ω。试验结果表明,尽管未能达到预期目标。但掺杂Nb_2O_5确实能够加快电感器件往耐大直流、小尺寸目标前进。
【学位单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TM277;TN86
【部分图文】：

图 1-1 MLCI 内部组成结构简易示图作为 LTCC 技术的一种，LTCF 是一种专门用来制作小尺寸电感器或者装技术。再利用 LTCC 制作出其他如电阻电容等器件。将这两者结合，出像滤波器等无源组件。这些器件可以单独使用，也可以将其制作到一内。若是做到基板内部，我们就可以在基板外部表面制作好电路连线，器件相连，做成一个有完整功能的电路系统，从而使得整个电路系统更。如下图 1-2 所示，此为一个完整的基于 LTCC 工艺制作的 DC-DC 转。

图 1-1 MLCI 内部组成结构简易示图作为 LTCC 技术的一种，LTCF 是一种专门用来制作小尺寸电感器或者变压器的封装技术。再利用 LTCC 制作出其他如电阻电容等器件。将这两者结合，就可以制作出像滤波器等无源组件。这些器件可以单独使用，也可以将其制作到一个大的基板内。若是做到基板内部，我们就可以在基板外部表面制作好电路连线，将其与有源器件相连，做成一个有完整功能的电路系统，从而使得整个电路系统更加密集[18-20]。如下图 1-2 所示，此为一个完整的基于 LTCC 工艺制作的 DC-DC 转换器概念图。

LTCC 具有以下众多独特优点[21]：1.使用铜或银等金属材料作为导体材料，它们的电阻率低，会降低电感的导损耗；2.电感的内电极线宽能够做的很细，器件可以在 3D 立体结构上制作；3.能够结合其它工艺将多种器件埋入其中，会有效地提升电路的密集度，减产品的尺寸；4.除了电容、电感以及电阻外，还可以将压敏或光敏等无源器件、磁珠等许不同功能的元器件集成到一块；5.可以制作成电路基板样式。类似 PCB 板，可以将各种有源器件通过各种式连接到基板上，做成一个完整的电路；6.做成的器件性能出色，器件性能稳定，能工作在很差的环境中；7.器件成品率高，可以随时对每一步制作过程所获得的成品做测试，在生产时能减少残次品的数量，减少成本；8.能和薄膜布线技术相结合；

【参考文献】

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本文编号：2832273