磁性材料和包含其的多层电感器的制作方法

本发明涉及电子器件领域，具体而言，涉及用于功率应用的多层电感器结构体，具体而言，所述多层电感器用于功率传输的电压电流转化，数据传输及处理的阻抗匹配，和电磁干扰的过滤。

背景技术：

1、作为无源器件中的一种，电感器通常可以分为：绕组型电感器，通过将线圈缠绕在铁氧体芯上并在其两端形成电极而制造；多层型电感器，通过在磁层或介电层上印刷内电极然后堆叠磁层或介电层而制造。

2、近年来，由于厚膜印刷工艺和ltcc材料发展，需要无源器件如电阻、电容和电感进一步小型化。作为小型电路板中尺寸小型化和低成本的最佳smt电感器的解决方案，与绕组型电感器相比，多层型电感器逐渐取得主导地位。

3、通常，多层电感器包括多层本体，其由多个磁性片形成，该磁性片具有在其一个表面上形成的线圈图案的内部电极。

4、作为本体材料或磁芯材料，通常使用铁氧体材料；而作为电极材料，通常使用银等金属。在将电感磁芯与银等金属轨道共烧得到整体结构时，磁芯的烧结温度通常要在900℃以下，这低于银的熔点(约963℃)。因此，需要加入额外的组合物，这将降低芯磁性能，此外，需要高芯体电阻来绝缘银导电迹线，这也将降低磁性能。

5、现有技术中存在多种改进此种磁性材料的技术。例如，cn112341179a提出了一种高频锰锌铁氧体材料，其包括主晶相和掺杂晶相，其中掺杂晶相均匀地掺杂在晶界和主晶相中。cn107004478a提出了一种磁性材料，其包含磁性相和晶界相，其中晶界相包括至少一种金属，并且熔融温度低于磁性相。cn106486236a提出了一种磁芯材料，其包括结晶相和绝缘膜，其中，绝缘膜包围结晶相形成。

6、但是，上述技术对磁芯材料的磁性特性或磁通密度改善非常小。因此，本领域中仍对研发改善磁芯材料的磁性特性或磁通密度的技术存在需求。

技术实现思路

1、技术问题

2、有鉴于此，本发明涉及提供一种用于多层电感器的磁芯的磁性材料，通过在该磁性材料中添加特定的无机添加剂以帮助磁性粉末的形成，可以改善低烧结温度下的晶界电阻，并使非磁性材料的比例最小化。

3、本发明的发明人发现，通过si、bi、ca等促溶元素，可以促进铁氧体材料的烧结，其中，si可促进铁氧体低温烧成，同时可以在晶界形成高电阻析出物，bi可以形成低熔点的相，促进铁氧体粒子成长，同时通过降低温度烧结，降低烧成粒径，增加晶界电阻，降低fe的比例，减小铁氧体中的fe2+的产生；ca也可以达到增加晶界电阻，同时与si元素一起起到促溶作用，达到降低烧成温度的目的；而且，通过增加高电阻率的ni含量，可以整体提升电阻，由此完成了本发明。

4、本发明的另一方面涉及一种多层电感器，通过改善其磁芯材料，可以实现优异的磁性特性或磁通密度。

5、技术方案

6、根据本发明的第一方面，提供了一种用于多层电感器的磁芯的磁性材料，其通过将用于形成铁氧体材料的氧化物和掺杂氧化物烧结而成，其特征在于，所述磁性材料具有晶体结构，且所述掺杂氧化物以掺杂相形式分布在所述晶体结构的晶界上，并且，基于所述磁性材料的总重量，所述掺杂氧化物的含量为5重量％以下。

7、在一个实施方式中，所述掺杂氧化物包括二氧化硅、氧化铋、可选的氧化钙或其组合。

8、在一个实施方式中，所述磁性材料包含形成晶体结构中的晶粒的铁氧体材料，主体材料为fe2o3。

9、另外，在一个具体实施方式中，所述铁氧体材料还包含选自mn3o4、nio、cuo、和zno中的至少一种作为添加剂。

10、在一个具体实施例中，铁氧体材料是nicuzn铁氧体，化学式为nicuznfe2o4。

11、在一个具体实施方式中，基于用于形成铁氧体材料的氧化物的总重量，fe2o3的含量可以为62至65重量％；nio的含量可以为10至13重量％；zno的含量可以为19至22重量％；cuo的含量可以为2至5重量％；mn3o4的含量可以为0至1重量％，优选0.1至1重量％。

12、在一个实施方式中，基于所述磁性材料的总重量，基于用于形成铁氧体材料的氧化物的总重量，所述掺杂氧化物的优选含量为：sio2：0.01至0.15重量％；bi2o3：1至3重量％；cao：0至1.5重量％。

13、根据本发明的另一方面，提供了一种多层电感器，其包括多个磁性层和形成在磁性层上的金属电极轨道，所述磁性层包括本发明的用于多层电感器的磁芯的磁性材料。

14、在一个实施方式中，所述金属电极包括银(ag)、铂(pt)、钯(pd)、铜(cu)、金(au)、镍(ni)或它们的合金或它们的复合体。

15、根据本发明的又一方面，提供了一种用于制备本发明的磁性材料的方法，所述方法包括以下步骤：

16、(a)将用于形成铁氧体材料的氧化物与水和可选的分散剂混合并研磨，并对所得产物进行造粒和干燥；

17、(b)将(a)中所得的颗粒粉加入预烧炉进行预烧，以除去颗粒中的co32+，并进行初步预反应；

18、(c)将(b)中预烧后的产物粉碎，并与掺杂氧化物混合，加入水和可选的分散剂，并进行充分研磨、干燥，由此获得磁性材料粉末。

19、在一个实施方式中，所述方法还包括：

20、(d)将(c)中所得的磁性材料粉末制备成叠层电感体，并进行烧结。

21、在一个实施方式中，用于形成铁氧体材料的氧化物包括fe2o3和作为添加剂的nio、mn3o4、cuo和zno中的一种或多种。

22、在一个实施方式中，所述步骤(a)包括将fe2o3和作为添加剂的nio、mn3o4、cuo和zno粉末中的一种或多种加入球磨机中，进行充分搅拌混合，然后通过喷雾造粒机进行喷干。

23、在一个实施方式中，所述步骤(a)和(c)通过球磨机进行。

24、在一个实施方式中，所述步骤(a)中的分散剂包括醇类分散剂，例如peg400。

25、在一个实施方式中，所述步骤(c)通过喷雾造粒机进行喷干。

26、在一个实施方式中，所述步骤(d)通过流延成型的方式进行。

27、有益效果

28、根据本发明，通过在磁性材料的晶体结构的晶界上添加特定的掺杂氧化物颗粒，可以改善低烧结温度下的晶界电阻，并使非磁性材料的比例最小化。

29、另外，通过掺杂氧化物颗粒，能够降低铁氧体材料的烧结温度，例如至890℃以下，同时可以获得较高的表面电阻。表面电阻提高后，可以增加高频下的等效电阻，也可以增加高频下的阻抗；同时提高的表面电阻也为线路设计提供更高的可靠性，使得线路布局可以更为接近，而不至于在通电时造成整体产品的短路。

30、另外，通过包含本发明的磁性材料，本发明的多层电感器可以实现优异的磁性特性或磁通密度。

技术特征：

1.一种用于多层电感器的磁芯的磁性材料，其通过将用于形成铁氧体材料的氧化物和掺杂氧化物烧结而成，其特征在于，所述磁性材料具有晶体结构，且所述掺杂氧化物以掺杂相形式分布在所述晶体结构的晶界上，并且，基于所述磁性材料的总重量，所述掺杂氧化物的含量为5重量％以下。

2.如权利要求1所述的磁性材料，其中，所述掺杂氧化物包括二氧化硅、氧化铋、可选的氧化钙或其组合。

3.如权利要求1所述的磁性材料，其中，所述铁氧体材料包含fe2o3，以及作为添加剂的选自mn3o4、nio、cuo、和zno中的至少一种。

4.如权利要求1所述的磁性材料，其中，基于用于形成铁氧体材料的氧化物的总重量，所述铁氧体材料包含以下组分：

5.如权利要求1所述的磁性材料，其中，基于用于形成铁氧体材料的氧化物的总重量，所述掺杂氧化物的含量为：

6.一种用于制备权利要求1至5中任一项所述的磁性材料的方法，所述方法包括以下步骤：

7.如权利要求6所述的方法，其还包括：

8.如权利要求6所述的方法，其中：

9.一种多层电感器，其包括多个磁性层和形成在磁性层上的金属电极轨道，所述磁性层包括权利要求1至5中任一项所述的磁性材料。

10.如权利要求9所述的多层电感器，其中，所述金属电极包括银(ag)、铂(pt)、钯(pd)、铜(cu)、金(au)、镍(ni)或它们的合金或它们的复合体。

技术总结
本发明涉及磁性材料和包含其的多层电感器。具体而言，其通过将用于形成铁氧体材料的氧化物和掺杂氧化物烧结而成，其特征在于，所述磁性材料具有晶体结构，且所述掺杂氧化物以掺杂相形式分布在所述晶体结构的晶界上，并且，基于所述磁性材料的总重量，所述掺杂氧化物的含量为5重量％以下。根据本发明，所述磁性材料可以改善低烧结温度下的晶界电阻，并可以增大磁性材料的阻抗。

技术研发人员：张宏年,张日胜,庞文善
受保护的技术使用者：斯特华(佛山)磁材有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/5/16