磁性多层片材的制作方法

技术领域

本发明整体涉及低芯损耗密度磁性材料。本发明的材料包括具有多个薄隔离的磁性子层的双级磁性层压体。

背景技术：

磁芯是在电路中使用的电感器或变压器中的关键部件。在电子器件中，负载点(POL)DC/DC转换器将较高的DC电压转换成较低的DC电压。现代微处理器在低电压和高电流下需要精确的电源。POL转换器定位在微处理器附近，以便消除电源和负载(即，微处理器)之间长的线长度。例如，在膝上型计算机中，将电源适配器插入壁式插座中并且将110V AC转换成约19V DC。POL位于母板上的中央处理单元CPU附近并且将19V DC转换成通常低于1.5V的DC电压以便给CPU供电。

功率晶体管、功率电感器和电容器是POL转换器中的关键部件。常规的电感器通常是体积庞大的，并且可能是供电的电子器件微型化的恒定需求中的瓶颈。可应用两种策略来减小电感器占有面积：(1)可通过增加电感器工作频率来减小电感器的尺寸。电感器在电路中的功能取决于其阻抗，该阻抗与工作频率和电感的乘积成比例。对于所需的阻抗，频率越高，所需的电感就越低。因此，可使用更小的电感器，从而使用更小的电感器尺寸。(2)可通过将电感器嵌入印刷电路板(PCB)中来减小封装级集成，这减小了转换器在PCB的表面上利用的占有面积。

近年来，高速且高功率SiC和GaN晶体管的出现使得通过增加工作频率(尤其对于中等和高功率应用)来减小POL转换器尺寸成为可能。

常规的非晶和纳米晶带由于其厚度(通常约18μm左右)和其低电阻率(这两者都可促进涡流损耗)而在MHz范围中损耗太高。尽管研究表明更薄的带适度地减少了芯损耗，但是薄化工艺(诸如真空中的熔融纺丝、化学蚀刻和冷轧)是昂贵的并且难以在批量生产中实现。晶化薄(～3μm)金属带(例如，由铁镍/FeNi制成)在高制造成本下也显示出仅芯损耗密度的适度减少。

作为另外一种选择，大型功率铁氧体(例如，购自飞磁美国(亚利桑那州吉尔伯特)(Ferroxcube America(Gilbert,AZ))的镍锌铁氧体(诸如4F1))在MHz频率范围中广泛地被采用并且可能具有尺寸、低饱和磁化强度、易于断裂和高合成温度的问题，这些问题阻碍它们与半导体电子装置集成。

用于在中等到高功率POL转换器中使用的功率电感器的现有一体式磁芯材料包括低温共烧陶瓷(LTCC)铁氧体和磁性薄片复合材料。甚至利用这些材料，获得在兆赫频率范围中具有低芯损耗的材料是具有挑战性的。(参见图3，来自Y.Su等人的“High Frequency Integrated Point of Load(POL)Module with PCB Embedded Inductor Substrate(具有PCB嵌入的电感器基底的高频集成的负载点(POL)模块)”，能量转换大会与博览会(Energy Conversion Congress and Exposition，ECCE)，2013IEEE，第1243页。LTCC铁氧体通过烧结和按压绿色胶带的层压体来制成，该绿色胶带由设置在粘结剂中的NiZn铁氧体粒子构成。这种材料在高于2MHz的频率下具有最低的芯损耗密度(例如，在3MHz下在20mT的激励下具有约1100kW/m³的芯损耗密度)。相比之下，由尼克托肯(日本)(NEC Tokin(Japan))研发的SENFOLIAGE(SF)合金薄片复合材料在低于2MHz下具有最低芯损耗密度并且在3MHz下在20mT的激励下具有约1150kW/m³的芯损耗密度。SF合金复合材料通过按压和烧结由基于铁(Fe)的磁性薄片制成。

虽然已经表明具有高达甚至GHz频率范围的吸引的磁特性的磁性膜，但是它们是相对薄的。经常，真实世界应用比迄今为止在这一性能水平下已经实现的需要更厚的材料。例如，用于中等到高功率POL转换器的电感器芯材料经常需要磁性材料的厚度高达毫米厚，这可能由于在沉积以形成更厚的膜期间破裂、起皱和/或脱层而难以制成。

因此，存在对具有低芯损耗密度、高饱和磁化强度、大磁导率、集成兼容性和高于1MHz的工作频率的磁芯材料的需要。

技术实现要素：

在一个实施方案中，本说明书涉及具有多层结构的磁性材料片材。多层结构包括由第一电绝缘层隔开的多个堆叠的磁性部件层，其中该多个磁性部件层中的每个包括多个隔离的磁性子层。磁性子层中的每个具有小于一微米的磁性层厚度。磁性材料具有介于约5％和约80％之间的磁分率、大于或等于5微米的总磁厚度、以及大于约20的相对复合材料磁导率。

在一个方面，隔离的磁性子层中的每个包括单个磁性金属元素、磁性合金或磁性纳米颗粒膜中的至少一者。

示例性磁性材料还可包括设置在隔离的磁性子层中的每个之间的无机绝缘层。无机绝缘层是无机氧化物层、无机氟化物层和无机氮化物层中的一者。

本发明的上述发明内容并不旨在描述本发明的每个例示的实施方案或每个具体实施方式。附图及其后的详细描述更具体地举例说明这些实施方案。

附图说明

图1是本发明的示例性磁性材料的示意图。

图2是图1的示例性磁性材料的磁性部件层的示意性细部图。

图3A和图3B示出了用于形成本发明的示例性磁性材料的示例性工艺。

图4示出了用于产生本发明的磁性材料的另一个示例性工艺400。

图5A和图5B是由图4所示的工艺产生的磁性材料的两个示意图。

附图未必按比例绘制。图中使用的相似数字指代相似的部件。然而，应当理解，在给定图中使用数字指代部件不旨在限制另一图中用相同数字标记的部件。

具体实施方式

在以下优选实施方案的具体描述中参考了附图，这些附图示出了可实践本发明的具体实施方案。图示的实施方案并非旨在囊括根据本发明的所有实施方案。应当理解，在不脱离本发明范围的情况下，可利用其它实施方案，并且可进行结构性或逻辑性的改变。因而，不能认为以下的详细描述具有限制意义，并且本发明的范围由所附权利要求书限定。

低芯损耗密度磁性材料在本文进行描述。本发明的材料包括具有多个薄隔离的磁性子层的双级磁性层压体。双级磁性层压体是具有包括磁性部分和非磁性绝缘部分的多个层级的结构，其中每个磁性部分包括多个薄隔离的磁性子层。

这一磁性层压体可用作适用于具有处于MHz范围内的工作频率的负载点(POL)DC/DC转换器应用的电感器芯材料。另外的应用包括无线电力充电应用、近场通信/射频识别(RFID)应用、电磁干扰(EMI)/电磁兼容性(EMC)控制应用或其它电力电子器件应用。与常规的磁性材料相比，本文所述的示例性材料具有更低的芯损耗、更高的磁导率、柔性，并且与印刷电路板(PCB)集成工艺兼容。应注意：除非另外指明，否则术语“磁导率”和相对磁导率在本公开中被认为是类似的。

为了与PCB板集成工艺兼容，示例性材料需要以平面片材形式获得，并且应足够薄以便在常规的PCB层压工艺中进行处置。在本发明的一个方面，示例性磁性材料足够厚以满足用于在中等到高转换器应用中使用的要求，同时仍足够薄以便与标准的PCB集成工艺兼容。

在图1所示的第一实施方案中，示例性磁性材料100具有平面多层级多层结构，该平面多层级多层结构由已经被层压在一起以形成一体式材料的多个多层子单元或层级110构成。多层子单元中的每个表示最终构造中的层级。每个层级包括磁性部件层120和第一电绝缘层140，由此使得当磁性材料形成时，该磁性材料具有由第一电绝缘层隔开的多个堆叠的磁性部件层。最终层压体中的层级数目可表示为m，其中磁性材料的层级介于约10个和约5000个之间或(10≤m≤5000)。

示例性材料的总厚度T等于单个层级的厚度(磁性部件层厚度tmc加上第一绝缘层厚度ti的总和)乘以层级的数目或：

T＝m(tmc+ti)

示例性材料的总厚度可以是约10微米至约5mm，优选约100微米至约2mm。磁性部件层厚度可以是约0.5微米至约5微米，优选约1微米至约3微米。高于5微米，磁性部件可能破裂和脱层，而低于0.5微米，磁性部件层可能不具有足够的磁强度。

第一绝缘层应尽可能薄，使得磁含量尽可能高。因此，在示例性方面，第一绝缘层将具有小于25微米的第一绝缘层厚度。在另一个示例性方面，第一绝缘层将具有介于约0.5微米和20微米之间、优选介于约0.5微米和10微米之间、最优选介于约0.5微米和5微米之间的第一绝缘层厚度。

多个磁性部件层120中的每个由多个隔离的磁性子层125组成，其中磁性子层中的每个具有小于一微米的磁性层厚度。第二绝缘层或无机绝缘子层130设置在隔离的磁性子层中的每个之间。磁性部件层可通过常规的气相沉积工艺在第一绝缘层上形成。具体地，可将薄的磁性材料和无机绝缘材料的交替层气相沉积在第一绝缘层上。一个隔离的磁性子层和一个无机绝缘子层构成子层对122(参见图2)。在磁性部件层中存在n个子层对，其中n介于2和约50之间，优选介于约10和约30之间。

隔离的磁性子层125中的每个可由包括单个磁性金属元素、磁性合金或磁性纳米颗粒膜的磁性材料制成。磁性材料可处于晶化状态或非晶状态。隔离的磁性子层125中的每个可具有磁性层厚度tms，其中tms介于15nm和约1000nm之间。对在高频率下具有低损耗的期望驱动了对薄的电绝缘磁性子层的需要。与具有更厚磁性材料层的材料相比，使隔离的磁性层保持薄的可导致芯损耗密度得以改善以及减少了所得磁性材料中的涡流。

示例性单个磁性金属元素可包括但不限于铁(Fe)、镍(Ni)、钴(Co)等。示例性磁性合金包括镍钴合金、坡莫合金(一种镍和铁的合金)(诸如Ni80Fe20)、铁钴合金(诸如Fe65Co35)、磁性钴铌合金(诸如Co83Nb17)、铁钴镍合金(诸如Fe54Ni29Co17)和铁钴硼合金(诸如Fe40Co40B20)。

用于无机绝缘层130的示例性材料包括无机氧化物，诸如二氧化硅(SiO2)、一氧化硅(SiO)、氧化锆(ZrO2)、氧化铝(Al2O3)、氧化铪(IV)(HfO2)、氧化锌(ZnO)、三氧化二硼(B2O3)和氧化铬(III)(Cr2O3)、无机氟化物(诸如氟化镁(MgF2))和无机氮化物(诸如氮化硅(Si3N4))。

在本发明的一个方面，期望在最终构造中具有尽可能多的磁性材料。因此，可最小化无机绝缘材料的量。无机绝缘层130可具有绝缘子层厚度tis，其中tis小于约200nm；优选介于约2nm和约200nm之间。

示例性磁性纳米颗粒膜由嵌入绝缘基质中的纳米尺寸的磁性金属粒子制成。绝缘基质可以是无机氧化物或有机材料，诸如聚四氟乙烯(PTFE)。纳米粒子彼此足够靠近以磁性地耦合。绝缘基质针对微波能的低损耗穿透提供高的电阻率。示例性磁性纳米颗粒膜可具有二氧化硅基质中的铁钴粒子(FeCo-SiO2)、氧化铪(IV)基质中的铁钴粒子(FeCo-HfO2)、二氧化硅基质中的镍铁粒子(NiFe-SiO2)、氧化锌基质中的钴粒子(Co-ZrO2)或氧化铝基质中的钴粒子(Co-Al2O3)。

用于第一电绝缘层的示例性材料可以是选自例如聚酯(PET)、聚酰亚胺(PI)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)聚合物家族的聚合物材料。在示例性方面，第一电绝缘层材料可以辊的形式供应在载体150(图3A)上，以有利于在辊到辊涂布工艺中磁性部件层到第一电绝缘层的表面上的沉积。在一个方面，载体应具有小于约75微米的载体厚度。

示例性材料可包括具有购自特卡拉(威斯康星州新柏林)(Tekra(New Berlin,WI))的双轴向取向的聚丙烯(BOPP)载体的1.4μm厚的PET基底和购自纳克斯奥吾公司(阿拉巴马州汉斯维尔)(NeXolve Corporation(Huntsville,AL))的50μm PET载体上的2.5μm或5μmCP1聚酰亚胺。

因此，每个磁性部件层的厚度是：

tmc＝n(tms+tis)

其中n是每个磁性部件层中隔离的磁性子层的数目。

磁性材料100的总磁厚度Tm可大于或等于5μm。总磁厚度是隔离的磁性子层厚度乘以每个磁性部件层中的隔离的磁性子层的数目乘以磁性材料中层级的数目，并且可由如下公式计算：

Tm＝(n×m×tms)。

在示例性方面，磁性材料100的磁含量或磁分率Mf介于示例性磁性材料的最终体积的约5％至约80％，并且是总磁厚度对总复合材料厚度的比率，其可由如下公式计算：

Mf＝Tm/T×100。

在变压器和电感器芯中使用的磁性材料通常是具有低矫顽磁力的软磁材料。因此，在另一方面，磁性材料100可具有小于50奥斯特的矫顽磁力。

在另一方面，磁性材料100的相对磁导率μmm应大于或等于20，并且这可根据在隔离的磁性子层中使用的材料的相对磁导率μms通过如下公式近似得出：

μmm＝μms×Mf。

用于产生磁性材料100的示例性工艺200在图3A和图3B中示出。这些图表示用于形成示例性磁性材料100的分批连续工艺。该工艺的第一步是通过将磁性部件层120沉积在第一绝缘层140的顶部上来产生多层子单元110，其中第一绝缘层由图3A所示的载体150支撑。包括磁性材料和无机绝缘材料的交替层的磁性部件层可使用常规的物理气相沉积工艺(诸如蒸发沉积工艺、溅射沉积工艺或烧蚀沉积工艺)来进行气相沉积，其中用使靶材材料蒸发的高能射束(例如，激光、高能电子或阴极电弧)轰击靶材，该靶材材料随后沉积在工件上。沉积腔室可配备有两个靶材，一个由磁性材料构成并且一个由无机绝缘材料构成，从而允许磁性材料和无机绝缘材料的交替层通过简单地改变给定道次中使用的靶材来连续地形成。

一旦多层子单元110已经被构建至所需数目的磁性材料层，将支撑在载体150上的多层子单元的辊从沉积腔室中移除。然后可通过将多个多层子单元层压在一起来将多层子单元材料构建到示例性磁性材料中。这可在分段片材工艺中完成，或者层压体可由诸如图3B所示的半连续工艺200形成。

将载体150从多层子单元110剥去以使第一绝缘层的表面暴露并且包在开卷卷筒220上，而将多层子单元卷绕在收集卷筒240上。在移除载体之后，可将第一绝缘层的暴露表面用溶剂260喷涂以使第一绝缘层的表面增粘。当收集卷筒旋转时，新的多层子单元层将利用收集卷筒上的张力(从而提供必要的压力)抵靠增粘表面设置，以将该新的多层子单元层层压至已经设置在卷筒上的先前的层。

一旦所期望数目的层已经被卷绕到收集卷筒上，就通过收集的材料制成至少一个切口270，该收集的材料然后可从收集卷筒移除。然后可将收集的材料平放以产生示例性磁性材料100的片材，该示例性磁性材料100的片材可被转换成用于在PCB、电感器芯等中使用的所需尺寸和形状。

示例性增粘溶剂可以是丙酮、异丁基甲基酮(MIBK)、甲基乙基酮(MEK)、二甲基甲酰胺(DMF)、苯酚、氯苯酚、硝基苯和二甲基亚砜(DMSO)、四氢呋喃(THF)、甲苯、二甲苯等的一种，这取决于用于第一绝缘层的材料。在另选的方面，可将喷涂粘合剂或转移粘合剂的薄层施加到第一绝缘层的暴露表面。

用于产生本发明的磁性材料的另一个示例性工艺在图4中示出。该工艺的第一步骤是将第一绝缘层340气相沉积(由图4中的参考标号430表示)到载体350上，如美国公布2015/0221886中所描述，其以引用的方式并入本文。用于施加第一绝缘层的示例性气相涂布工艺包括例如物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)以及它们的组合。气相涂布的第一绝缘层的厚度可以在约0.01微米至约10微米的范围内。

沉积的第一绝缘层可由各种前体形成，例如，(甲基)丙烯酸酯(甲基)丙烯酸酯或(甲基)丙烯酸甲酯单体和/或低聚物，其包括诸如(甲基)丙烯酸氨基甲酸酯、(甲基)丙烯酸异冰片酯、双季戊四醇五(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸环氧基酯、与苯乙烯共混的(甲基)丙烯酸环氧基酯、二-三羟甲基丙烷四(甲基)丙烯酸酯、二乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、1,3-丁二醇二(甲基)丙烯酸酯、五(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇四(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇三(甲基)丙烯酸酯、乙氧基化(3)三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、乙氧基化(3)三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、烷氧基化三官能(甲基)丙烯酸酯、二丙二醇二(甲基)丙烯酸酯、新戊二醇二(甲基)丙烯酸酯、乙氧基化(4)双酚A二甲基(甲基)丙烯酸酯、三环癸烷二甲醇二(甲基)丙烯酸酯、环己烷二甲醇二(甲基)丙烯酸酯、甲基(甲基)丙烯酸异冰片酯、环状二(甲基)丙烯酸酯和三(2-羟乙基)异氰脲酸三(甲基)丙烯酸酯、前述甲基(甲基)丙烯酸酯的(甲基)丙烯酸酯和前述(甲基)丙烯酸酯的甲基(甲基)丙烯酸酯。优选地，第一绝缘层前体包含(甲基)丙烯酸酯单体。应注意，上文关于单体、低聚物或化合物所使用的术语“(甲基)丙烯酸酯”意指作为醇与丙烯酸或甲基丙烯酸的反应产物形成的乙烯基官能烷基酯。

第一绝缘层340可以这样形成：通过将一层单体或低聚物施加到载体350的表面上并且使该层交联以原位形成(共)聚合物，例如，通过辐射可交联单体的闪蒸和气相沉积，然后使用例如电子束装置、UV光源、放电装置或其它合适的装置来交联。可通过使所述基底冷却来改善涂布效率。

也可使用常规的涂布方法诸如辊涂(例如，凹版辊涂布)或喷涂(例如，静电喷雾涂布)将单体或低聚物施加至载体350，然后如上文所述进行交联。第一电绝缘层也可通过施加溶剂中包含低聚物或(共)聚合物的层以及干燥这样施加的层以移除溶剂来形成。在一些情况下也可采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)。另选地，第一电绝缘层通过闪蒸和气相沉积工艺，随后通过上述方法之一进行交联来形成。

接着，多层子单元或层级310通过将磁性部件层320沉积在第一电绝缘层340的顶部上来形成，其中第一电绝缘层由图4所示的载体350支撑。包括如先前描述的磁性材料和无机绝缘材料的交替层的磁性部件层可使用常规的物理气相沉积工艺(诸如蒸发沉积工艺、溅射沉积工艺或烧蚀沉积工艺)来进行气相沉积(在图4中由参考标号460表示)，其中用使靶材材料蒸发的高能射束(例如，激光、高能电子或阴极电弧)轰击靶材，该靶材材料随后沉积在工件上。沉积腔室可配备有两个靶材，一个由磁性材料构成并且一个由无机绝缘材料构成，从而允许磁性材料和无机绝缘材料的交替层通过简单地改变给定道次中使用的靶材来连续地形成。

一旦磁性部件层320的表面已经被构建至所需数目的磁性材料层，将支撑在载体350上的多层子单元的辊从沉积腔室中移除。然后可将粘合剂层370形成在磁性部件层的暴露表面上。粘合剂可通过喷涂工艺、溶剂涂布工艺或能够涂布薄粘合剂层的其它常规连续的粘合剂涂布工艺来施加。另选地，粘合剂层可通过将膜粘合剂层压至表面磁性部件层的暴露表面来形成。粘合剂层可具有约0.1μm至约10μm，优选地约0.8μm至约3μm的厚度。

薄粘合剂层可通过涂布技术(包括液体涂布和气相涂布)来制备。合适的液体涂布方法包括溶液或溶剂基涂布，例如凹版涂布、辊涂或模涂、喷墨涂布和转移涂布。液体涂布组合物可包括单体、低聚物或聚合物材料。示例性气相涂布方法包括单体蒸发、冷凝和固化，如在美国专利4,842,893和6,045,864中所描述，该专利以引用的方式并入本文。气相涂布组合物可包括单体或低聚物材料。

可用于本发明的示例性粘合剂包括环氧树脂粘合剂、酚醛树脂粘合剂、聚氨基甲酸酯粘合剂、丙烯酸粘合剂、水和溶剂基丙烯酸粘合剂、厌氧丙烯酸粘合剂、氰基丙烯酸酯粘合剂、硅树脂粘合剂、聚硫化物粘合剂、弹性粘合剂、聚酰亚胺粘合剂、聚苯基喹噁啉粘合剂、聚苯并咪唑粘合剂、聚丁基弹性体粘合剂、聚醋酸乙烯酯粘合剂、碳氟化合物粘合剂和聚醚有机硅粘合剂。粘合剂可直接涂布到磁性部件层的表面上，或者可以是层压到磁性部件层的表面上的形式或胶带或膜粘合剂。

正如先前的实施方案，当示例性磁性多层片材形成时，载体350将被剥去。因此，平衡第一电绝缘层340与载体层的粘合性是重要的。第一电绝缘层与载体的粘合性应足以使磁性部件层能够沉积，但应当足够低以允许在形成磁性多层材料期间彻底移除载体层。

然后可通过将多个多层子单元层压在一起来将粘合剂涂布的多层子单元材料构建到示例性磁性多层材料中。这可在分段片材工艺中完成，或者层压体可由如先前描述的半连续工艺形成。例如，可将一层粘合剂涂布的多层子单元材料或非粘合剂涂布的多层子单元材料设置在卷绕的收集卷筒220(图3B)上，其中粘合剂层暴露。第二层和连续层可通过将粘合剂涂布的多层子单元材料层压到先前的层上并且剥去载体350，之后施加下一层来形成。

一旦具有期望数目的层的层压体已经被卷绕到收集卷筒220上，就通过收集的材料制成至少一个切口270，该收集的材料然后可从收集卷筒移除。然后可将收集的材料平放以产生示例性磁性材料100的片材，该示例性磁性材料100的片材可被转换成用于在PCB、电感器芯等中使用的所需尺寸和形状。

图5A和图5B是包括多个第一电绝缘层、磁性部件层和粘合剂层的示例性多层磁性材料的示意图。

实施例

材料

实施例1

第一示例性多层子单元材料使用辊到辊涂布机(加利福尼亚州费利蒙的马克50，CHA工业公司(Mark 50,CHA Industries,Inc.,Fremont,CA))制备以将磁性部件层沉积到第一电绝缘层上。基部压力为1×10^-6托。NiFe和AlOx的层分别以和的沉积速率沉积。蒸发材料从帕拉斯材料公司(加利福尼亚州利弗莫尔)(Plasmaterials,Inc.(Livermore,CA))获得。磁性部件层将5对交替的100nm坡莫合金磁性子层和无机绝缘子层的16nm氧化铝层包括到具有双轴向取向的聚丙烯(BOPP)载体的1.4μm厚的PET基底上。

静态磁性特性用振动样品磁强计(VSM，莱克肖尔7307)表征。在横向和纵向上发现矫顽磁力分别为约2.5奥斯特和1.5奥斯特，从而意味着膜是软磁的并且磁滞损耗将是低的，甚至在高的激励下。

在低激励下的磁导率谱用同轴测量夹具(达马斯科斯公司(Damaskos,Inc.))测得为50MHz至2GHz。在低频率下，相对磁导率μ’的实部为约560，因此假定μ在1MHz至50MHz的范围内为至少560是合理的。磁导率μ”的虚部在更低频率下降低至最小值，从而意味着低涡流损耗。

因此，这一材料可用作具有较厚样品的低芯损耗材料的基础。

实施例2

第二示例性多层子单元材料使用CHA辊到辊涂布机(加利福尼亚州费利蒙的马克50，CHA工业公司(Mark 50,CHA Industries,Inc.,Fremont,CA))制备以将磁性部件层沉积到第一电绝缘层上。基部压力为1×10^-6托。NiFe和AlOx层分别以和的沉积速率沉积。蒸发材料从帕拉斯材料公司(加利福尼亚州利弗莫尔)(Plasmaterials,Inc.(Livermore,CA))获得。磁性部件层将10对交替的100nm坡莫合金磁性子层和无机绝缘子层的16nm氧化铝层包括到50μm PET载体上的5μm CP1聚酰亚胺(即，第一电绝缘层)上。这一多层子单元材料被指示为[Ni80FE20(100nm)/AlOx(16nm)]10。

实施例3

第三示例性多层子单元材料使用CHA辊到辊涂布机(加利福尼亚州费利蒙的马克50，CHA工业公司(Mark 50,CHA Industries,Inc.,Fremont,CA))制备以将磁性部件层沉积到第一电绝缘层上。基部压力为1×10^-6托。NiFe和AlOx层分别以和的沉积速率沉积。蒸发材料从帕拉斯材料公司(加利福尼亚州利弗莫尔)(Plasmaterials,Inc.(Livermore,CA))获得。磁性部件层将10对交替的100nm坡莫合金磁性子层和无机绝缘子层的16nm氧化铝层包括到50μm PET载体上的2.5μm CP1聚酰亚胺(即，第一电绝缘层)上。这一多层子单元材料被指示为[Ni80FE20(100nm)/AlOx(16nm)]10。

实施例4

使用一块双面胶带使层压体由25层5μm CP1聚酰亚胺上的[Ni80FE20(100nm)/AlOx(16nm)]10和22层2.5μm CP1聚酰亚胺上的[Ni80FE20(100nm)/AlOx(16nm)]10形成。将每个样品切割成单独的片材。

将PET载体从示例性多层子单元材料层的第一片材移除以使CPI聚酰亚胺暴露。将MEK施加到多层子单元材料的第一片材的暴露的CP1聚酰亚胺表面，以使聚酰亚胺表面增粘。将多层子单元材料的第二片材的磁性部件层设置在增粘的聚酰亚胺的顶部上，并且施加压力以产生由两个堆叠的多层子单元层构成的中间材料。重复该工艺，直到示例性磁性材料由47个多层子单元层构成。所得的材料的总厚度T是346μm，并包括内部的滞留空气。约50μm厚的双面胶带用来将两个部分粘贴在一起，这使样品厚度增加至396μm。层压体中的坡莫合金的总厚度是47个多层子单元层厚度的总和，从而产生约12％的磁含量。

静态磁性特性用振动样品磁强计(VSM，莱克肖尔7307)测试。样品的矫顽磁力被发现为约1奥斯特，从而意味着材料是软磁的并且材料的磁滞曲线(未示出)表明低磁滞损耗，甚至在高激励下。

在低激励下的磁导率谱用同轴测量夹具(达马斯科斯公司(Damaskos,Inc.))测得为50MHz至3GHz。在低频率下，磁导率μ’的实部为约65，因此假定μ在1MHz至50MHz范围内为至少65是合理的。磁导率μ”的虚部在更低频率下降低至最小值，从而意味着低涡流损耗。

芯损耗测量使用在M.Mu等人的“New core loss measurement method for high-frequency magnetic materials(用于高频磁性材料的新芯损耗测量方法)”，第4374页，IEEE电力电子学报(IEEE Transactions on Power Electronics)，第29卷，第8期(2014)中描述的测试方法执行。示例性磁性材料在20MHz下在20mT的最大磁感应下具有23000kW/m³的芯损耗密度。在40MHz下在20mT的最大磁感应下，芯损耗密度是60000kW/m³。

实施例5

第三示例性多层子单元材料使用AJA溅射涂布机(AJA国际公司(马萨诸塞州斯基尤特)((AJA International Inc.(Scituate,MA)))制备以将磁性部件层沉积到设置在50μm PET载体上的2.5μm CP1聚酰亚胺(即，第一电绝缘层)上。基部压力为1×10^-7托。HfO2和CoNb的交替层分别以和的沉积速率沉积。磁性部件层包括40对交替的50nm CoNb磁性子层和无机绝缘子层的3nm氧化铪层。这一多层子单元材料被指示为[CoNb(50nm)/HfO2(3nm)]40。

示例性磁性多层片材通过将20层[CoNb(50nm)/HfO2(3nm)]40层压在2.5μm CP1聚酰亚胺上来形成。将PET载体从示例性多层子单元材料层的第一片材移除以暴露CPI聚酰亚胺。将MEK施加到多层子单元材料的第一片材的暴露的CP1聚酰亚胺表面，以使聚酰亚胺增粘。将多层子单元材料的第二片材的磁性部件层设置在增粘的聚酰亚胺的顶部上，并且施加压力以产生由两个堆叠的多层子单元层构成的中间材料。重复该工艺，直到示例性磁性材料由20个多层子单元层构成。所得的材料的总厚度T为约200μm，包括内部的滞留空气。层压体中的CoNb的总厚度是20个多层子单元层厚度的总和，从而产生约20％的磁含量。

发现样品的矫顽磁力为约1.6奥斯特，从而意味着材料是软磁的并且材料的磁滞曲线(未示出)表明低磁滞损耗，甚至在高激励下。在低激励下的磁导率谱用同轴测量夹具(达马斯科斯公司(Damaskos,Inc.))测得为50MHz至3GHz。发现磁导率μ’的实部在50MHz和200MHz之间为约50，因此假定μ在1MHz至50MHz范围内为至少50是合理的。磁导率μ”的虚部在更低频率下降低至最小值，从而意味着低涡流损耗，并且μ”保持低的直到达到100MHz。执行芯损耗测量并且发现材料在20MHz下在20mT的最大磁感应下具有22000kW/m3的芯损耗密度。在40MHz下在20mT的最大磁感应下，芯损耗密度为55000kW/m3。

本公开中描述的示例性磁性材料是通过将多个多层子单元层压在一起以形成柔性平面磁性片材而形成的多层结构。

尽管已在本文中为描述优选实施方案的目的而示出并描述了具体实施方案，但本领域的普通技术人员将理解，在不脱离本发明的范围的前提下，可存在多种备选或等效的实施方式来取代所示和所述的具体实施方案。本领域中的那些技术人员将容易理解，可以通过众多实施方案来实施本发明。本专利申请旨在涵盖本文中所讨论的实施方案的任何改变或变型。