[發(fā)明專利]磁性多層片材

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201780015010.4
• 申請(qǐng)日: 2017-02-09
• 公開（公告）號(hào): CN108698369B
• 公開（公告）日: 2021-03-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 寇曉明;M·S·格拉夫;J·M·弗洛爾扎克;S·L·約翰遜;楊瑞;C·A·巴里奧斯;S·D·泰斯;K·W·戈特里克
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 3M創(chuàng)新有限公司
• 主分類號(hào): B32B7/025
• 分類號(hào): B32B7/025;B32B9/00;B32B9/04;B32B15/08;B32B7/12;B32B15/085
• 代理公司: 北京市金杜律師事務(wù)所 11256
• 代理人: 李勇;徐一琨

本發(fā)明描述了多層磁性片材，該多層磁性片材包括由第一電絕緣層隔開的多個(gè)堆疊的磁性部件層。該多個(gè)磁性部件層中的每個(gè)包括多個(gè)隔離的磁性子層，該多個(gè)隔離的磁性子層具有小于一微米的磁性層厚度。多層磁性片材具有介于約5％和約80％之間的磁分率；大于或等于5微米的總磁厚度；以及大于約20的相對(duì)復(fù)合材料磁導(dǎo)率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明整體涉及低芯損耗密度磁性材料。本發(fā)明的材料包括具有多個(gè)薄隔離的磁性子層的雙級(jí)磁性層壓體。

背景技術(shù)

磁芯是在電路中使用的電感器或變壓器中的關(guān)鍵部件。在電子器件中，負(fù)載點(diǎn)(POL)DC/DC轉(zhuǎn)換器將較高的DC電壓轉(zhuǎn)換成較低的DC電壓。現(xiàn)代微處理器在低電壓和高電流下需要精確的電源。POL轉(zhuǎn)換器定位在微處理器附近，以便消除電源和負(fù)載(即，微處理器)之間長(zhǎng)的線長(zhǎng)度。例如，在膝上型計(jì)算機(jī)中，將電源適配器插入壁式插座中并且將110V AC轉(zhuǎn)換成約19V DC。POL位于母板上的中央處理單元CPU附近并且將19V DC轉(zhuǎn)換成通常低于1.5V的DC電壓以便給CPU供電。

功率晶體管、功率電感器和電容器是POL轉(zhuǎn)換器中的關(guān)鍵部件。常規(guī)的電感器通常是體積龐大的，并且可能是供電的電子器件微型化的恒定需求中的瓶頸。可應(yīng)用兩種策略來(lái)減小電感器占有面積：(1)可通過(guò)增加電感器工作頻率來(lái)減小電感器的尺寸。電感器在電路中的功能取決于其阻抗，該阻抗與工作頻率和電感的乘積成比例。對(duì)于所需的阻抗，頻率越高，所需的電感就越低。因此，可使用更小的電感器，從而使用更小的電感器尺寸。(2)可通過(guò)將電感器嵌入印刷電路板(PCB)中來(lái)減小封裝級(jí)集成，這減小了轉(zhuǎn)換器在PCB的表面上利用的占有面積。

近年來(lái)，高速且高功率SiC和GaN晶體管的出現(xiàn)使得通過(guò)增加工作頻率(尤其對(duì)于中等和高功率應(yīng)用)來(lái)減小POL轉(zhuǎn)換器尺寸成為可能。

常規(guī)的非晶和納米晶帶由于其厚度(通常約18μm左右)和其低電阻率(這兩者都可促進(jìn)渦流損耗)而在MHz范圍中損耗太高。盡管研究表明更薄的帶適度地減少了芯損耗，但是薄化工藝(諸如真空中的熔融紡絲、化學(xué)蝕刻和冷軋)是昂貴的并且難以在批量生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)。晶化薄(～3μm)金屬帶(例如，由鐵鎳/FeNi制成)在高制造成本下也顯示出僅芯損耗密度的適度減少。

作為另外一種選擇，大型功率鐵氧體(例如，購(gòu)自飛磁美國(guó)(亞利桑那州吉爾伯特)(Ferroxcube America(Gilbert,AZ))的鎳鋅鐵氧體(諸如4F1))在MHz頻率范圍中廣泛地被采用并且可能具有尺寸、低飽和磁化強(qiáng)度、易于斷裂和高合成溫度的問(wèn)題，這些問(wèn)題阻礙它們與半導(dǎo)體電子裝置集成。

用于在中等到高功率POL轉(zhuǎn)換器中使用的功率電感器的現(xiàn)有一體式磁芯材料包括低溫共燒陶瓷(LTCC)鐵氧體和磁性薄片復(fù)合材料。甚至利用這些材料，獲得在兆赫頻率范圍中具有低芯損耗的材料是具有挑戰(zhàn)性的。(參見圖3，來(lái)自Y.Su等人的“High FrequencyIntegrated Point of Load(POL)Module with PCB Embedded Inductor Substrate(具有PCB嵌入的電感器基底的高頻集成的負(fù)載點(diǎn)(POL)模塊)”，能量轉(zhuǎn)換大會(huì)與博覽會(huì)(EnergyConversion Congress and Exposition，ECCE)，2013IEEE，第1243頁(yè)。LTCC鐵氧體通過(guò)燒結(jié)和按壓綠色膠帶的層壓體來(lái)制成，該綠色膠帶由設(shè)置在粘結(jié)劑中的NiZn鐵氧體粒子構(gòu)成。這種材料在高于2MHz的頻率下具有最低的芯損耗密度(例如，在3MHz下在20mT的激勵(lì)下具有約1100kW/m³的芯損耗密度)。相比之下，由尼克托肯(日本)(NEC Tokin(Japan))研發(fā)的SENFOLIAGE(SF)合金薄片復(fù)合材料在低于2MHz下具有最低芯損耗密度并且在3MHz下在20mT的激勵(lì)下具有約1150kW/m³的芯損耗密度。SF合金復(fù)合材料通過(guò)按壓和燒結(jié)由基于鐵(Fe)的磁性薄片制成。