一种平面变压器的pcb板的磁性半固化片及其制备方法
技术领域
1.本发明涉及平面变压器技术领域，尤其涉及一种平面变压器的pcb板的磁性半固化片及其制备方法。
背景技术：
2.近年来随着通讯和消费电子的发展，对于小功率电源的应用提出了更高的要求，尤其是高功率密度、高效率化的要求越来越高，平面变压器由于其体积小，利用率高，散热好得到了大量的应用，由于应用的电流逐渐增大，如何减小铜线损耗成为了而待升级的特性之一，现有的平面变压气通过磁芯和pcb板的组装实现产品，pcb板占据了一定的磁体空间，导致需要更多的铜线来满足变压器的需求，但这样会造成铜线的电阻较高，而简单的在pcb中加入金属材料容易导致pcb的耐电压击穿能力不足。因此开发新的具有磁性能的平面变压器用的pcb板材料十分必要。
3.因此，现有技术存在缺陷，需要改进。
技术实现要素：
4.本发明要解决的技术问题是：提供一种平面变压器的pcb板的磁性半固化片及其制备方法，通过填充磁性材料的设计以及粉末的级配并优化树脂组成，获得的磁性半固化片在较高的耐压水平下保持一定的磁导率，从而满足目前开关电源在高功率密度下对高效化的需求。
5.本发明的技术方案如下：提供一种平面变压器的pcb板的磁性半固化片的制备方法，包括以下步骤。
6.s1：对粒径小于20μm的磁性材料包覆一层二氧化硅层，形成包覆粉末。所述磁性材料成分为79.6～86.85wt％fe、6.5～9.5wt％si、5.5～7.5wt％cr、1.0～3.0wt％b、0.05～0.2wt％al、0.05～0.1wt％c、0.05～0.1wt％mn。al元素、mn元素的作用是：提高磁性材料粉末的绝缘性，因为在制备磁性材料粉末的过程中，al元素、mn元素易于在磁性材料粉末表面析出，形成对应的氧化物，从而可以提升磁性材料粉末的绝缘性。c元素的作用是：c元素用于保护a-fe晶相不易转变，保持磁性材料的磁性。所述包覆粉末的制备方法为：将磁性材料与水解组分混合在35-75℃下发生水解反应，然后干燥形成包覆粉末；其中，所述水解组分为：正硅酸乙酯、氨水、表面活性剂、醇类溶剂、烷烃类溶剂、水；其中，正硅酸乙酯的添加量为磁性材料的0.3wt％～2.0wt％，其中氨水的添加量为磁性材料的0.05wt％～0.1wt％。所述表面活性剂的添加量为磁性材料的0.5wt％～2.5wt％，其中醇类溶剂的添加量为磁性材料的2wt％～5wt％，其中烷烃类溶剂的添加量为磁性材料的10wt％～20wt％，其中水的添加量为磁性材料的0.5wt％～2.0wt％。所述步骤s1的具体步骤为：s11：将磁体粉末、表面活性剂、醇类溶剂、烷烃类溶剂、水混合后搅拌制成含磁体粉末的微乳液；s12：将正硅酸乙酯加入含磁体粉末的微乳液中并继续搅拌；s13：加入氨水使得正硅酸乙酯进行水解，在磁性材料表面包覆一层二氧化硅层。所述表面活性剂为苯基-聚乙二醇，所述醇类溶剂为正己
醇，所述烷烃类溶剂为环己烷。
7.在磁性材料表面包覆一层二氧化硅，能够有效提升磁性材料颗粒之间的绝缘性能。采用将磁体粉末、表面活性剂、醇类溶剂、烷烃类溶剂、水混合后搅拌制成含磁体粉末的微乳液后在加入正硅酸乙酯、氨水来进行水解，能够使得正硅酸乙酯水解后得到的包覆在磁性材料表面的二氧化硅层更加均匀，保证了包覆粉末的性能基本一致。
8.s2：将所述包覆粉末与粒径小于5μm的氧化物、环氧树脂、聚酯树脂、酸酐类催化剂、石蜡混合；获得混合粉末。所述氧化物为氧化硅和/或氧化铝，所述氧化物的添加量为包覆粉末的10wt％～20wt％，其中环氧树脂的添加量为包覆粉末的5wt％～15wt％，其中聚酯树脂的添加量为包覆粉末的5wt％～15wt％，其中酸酐类催化剂的添加量为包覆粉末的0.01wt％～0.1wt％.其中石蜡的添加量为包覆粉末的0.5wt％～2.0wt％。环氧树脂、聚酯树脂、酸酐类催化剂为普通半固化片的原材料。通过加入氧化物，能够进一步提升制成的pcb的绝缘性能。
9.s3：将混合粉末在惰性气体气氛下加热搅拌均匀，冷却后，破碎成粉末，获得造粒粉末；加热温度为大于石蜡的融化温度。混合粉末在惰性气体气氛下加热搅拌1～5小时，造粒粉末粒径为50um～300um；所述惰性气体为氮气。所述石蜡能够改善环氧树脂、聚酯树脂、酸酐类催化剂在加热条件下的流动性，使得各组分混合均匀。所述氮气用于抑制环氧树脂、聚酯树脂、酸酐类催化剂进行固化。
10.s4：造粒粉末在10-100mpa的压力下压制成型，获得磁片胚体。
11.s5：将磁片胚体在140～250℃的惰性气体气氛下半固化，形成磁性半固化片。所述惰性气体为氮气。140～250℃的温度下，磁片胚体在惰性气体中能够半固化，从而制成磁性半固化片。
12.本发明还提供一种平面变压器的pcb板的磁性半固化片，采用前述的平面变压器的pcb板的磁性半固化片的制备方法制成。磁性半固化便可以用于制成平面变压器的pcb板。由于磁性半固化片中含磁性材料，且该磁性材料被二氧化硅包覆，因此可以在满足绝缘的情况下还具有磁性，因此可以满足目前开关电源在高功率密度下对高效化的需求。而且磁性材料、二氧化硅层的导热系数均优于环氧树脂、聚酯树脂、酸酐类催化剂、石蜡，因此还能够有效提升平面变压器的pcb板的导热性能，有利于平面变压器的pcb板中的铜线路散热。
13.采用上述方案，本发明提供一种平面变压器的pcb板的磁性半固化片极其制备方法，由于磁性半固化片中含磁性材料，且该磁性材料被二氧化硅包覆，因此可以在满足绝缘的情况下还具有磁性，因此可以满足目前开关电源在高功率密度下对高效化的需求。而且磁性材料、二氧化硅层的导热系数均优于环氧树脂、聚酯树脂、酸酐类催化剂、石蜡，因此还能够有效提升平面变压器的pcb板的导热性能，有利于平面变压器的pcb板中的铜线路散热。
具体实施方式
14.以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。
15.实施例1
16.本实施例提供一种平面变压器的pcb板的磁性半固化片，制备方法如下：选取磁性
材料成分为79.6wt％fe、9.5wt％si、7.5wt％cr、3.0wt％b、0.05～0.2wt％al、0.1wt％c、0.1wt％mn。其中磁性材料的粒度为3～10um。将磁性材料与由表面活性剂、正己醇、环己烷、水混合后制成的微乳化液混合，然后依次加入正硅酸乙酯(teos)、氨水在50℃下搅拌6小时后干燥形成包覆粉末；其中表面活性剂优选苯基-聚乙二醇，其中添加比例为磁性材料粉末重量的0.5wt％，其中正己醇添加比例为磁性材料粉末重量的2wt％，其中环己烷的添加比例为磁性材料粉末重量的10wt％，其中正硅酸乙酯的添加比例为磁性材料粉末重量的0.3wt％，其中氨水的添加比例为磁性材料粉末重量的0.05wt％，其中水的添加比例为磁性材料粉末重量的0.5wt％。将包覆粉末与1～3um的氧化物、环氧树脂、聚酯树脂、酸酐类催化剂、石蜡混合，获得混合粉末；其中1～3um的氧化物优选氧化硅，其中1～3um的氧化物的添加比例为包覆粉末重量的10wt％，其中环氧树脂占包覆粉末重量的15wt％，其中聚酯树脂占包覆粉末重量的15wt％，其中酸酐类催化剂占包覆粉末重量的0.1wt％。其中石蜡的添加比例为包覆粉末重量的0.5wt％。将混合粉末在氮气气氛下加热搅拌5小时，加热温度大于石蜡的融化温度，冷却后通过破碎机破碎成粉末，获得造粒粉末。其中造粒粉末粒径在50um～300um间。将该造粒粉末通过50mpa的压力压制成型，获得磁片胚体，将磁片胚体在200℃的氮气气氛下固化30分钟，形成磁性半固化片。
17.实施例2：
18.本实施例提供一种平面变压器的pcb板的磁性半固化片，制备方法如下：选取磁性材料成分为86.85wt％fe、6.5wt％si、5.5wt％cr、1.0wt％b、0.05wt％al、0.05wt％c、0.05wt％mn。其中磁性材料的粒度为3～10um。将磁性材料与由表面活性剂、正己醇、环己烷、水混合后制成的微乳化液混合，然后依次加入正硅酸乙酯(teos)、氨水在50℃下搅拌2小时后干燥形成包覆粉末；其中表面活性剂优选苯基-聚乙二醇，其中添加比例为磁性材料粉末重量的2.5wt％，其中正己醇添加比例为磁性材料粉末重量的5wt％，其中环己烷的添加比例为磁性材料粉末重量的20wt％，其中正硅酸乙酯的添加比例为磁性材料粉末重量的2.0wt％，其中氨水的添加比例为磁性材料粉末重量的0.1wt％，其中水的添加比例为磁性材料粉末重量的2.0wt％。将包覆粉末与1～3um的氧化物、环氧树脂、聚酯树脂、酸酐类催化剂、石蜡混合，获得混合粉末；其中1～3um的氧化物优选氧化硅，其中1～3um的氧化物的添加比例为包覆粉末重量的20wt％，其中环氧树脂占包覆粉末重量的5wt％，其中聚酯树脂占包覆粉末重量的5wt％，其中酸酐类催化剂占包覆粉末重量的0.01wt％。其中石蜡的添加比例为包覆粉末重量的2.0wt％。将混合粉末在氮气气氛下加热搅拌1小时，加热温度大于石蜡的融化温度，冷却后通过破碎机破碎成粉末，获得造粒粉末。其中造粒粉末粒径在50um～300um间。将该造粒粉末通过50mpa的压力压制成型，获得磁片胚体，将磁片胚体在160℃的氮气气氛下固化90分钟，形成磁性半固化片。
19.实施例3：
20.本实施例提供一种平面变压器的pcb板的磁性半固化片，制备方法如下：选取磁性材料成分为82.7wt％fe、8.5wt％si、6.5wt％cr、2.0wt％b、0.15wt％al、0.08wt％c、0.07wt％mn。其中磁性材料的粒度为3～10um。将磁性材料与由表面活性剂、正己醇、环己烷、水混合后制成的微乳化液混合，然后依次加入正硅酸乙酯(teos)、氨水在50℃下搅拌4小时后干燥形成包覆粉末；其中表面活性剂优选苯基-聚乙二醇，其中添加比例为磁性材料粉末重量的1.8wt％，其中正己醇添加比例为磁性材料粉末重量的3wt％，其中环己烷的添
加比例为磁性材料粉末重量的15wt％，其中正硅酸乙酯的添加比例为磁性材料粉末重量的1.2wt％，其中氨水的添加比例为磁性材料粉末重量的0.08wt％，其中水的添加比例为磁性材料粉末重量的1.3wt％。将包覆粉末与1～3um的氧化物、环氧树脂、聚酯树脂、酸酐类催化剂、石蜡混合，获得混合粉末；其中1～3um的氧化物优选氧化铝，其中1～3um的氧化物的添加比例为包覆粉末重量的15wt％，其中环氧树脂占包覆粉末重量的10wt％，其中聚酯树脂占包覆粉末重量的8wt％，其中酸酐类催化剂占包覆粉末重量的0.05wt％。其中石蜡的添加比例为包覆粉末重量的1.5wt％。将混合粉末在氮气气氛下加热搅拌3小时，加热的温度大于石蜡的融化温度，冷却后通过破碎机破碎成造粒颗粒。其中造粒颗粒粒径在50um～300um间。将该造粒粉末通过50mpa的压力压制成型，形成磁片胚体，将磁性胚体在185℃的氮气气氛下固化60分钟，形成磁性半固化片。
21.对比例1：
22.本对比例提供一种pcb板半固化片，制备方法如下：1～3um的氧化物与环氧树脂、聚酯树脂、酸酐类催化剂、石蜡混合，获得混合粉末；其中1～3um的氧化物优选氧化硅，其中1～3um的氧化物的添加比例为整体重量的35wt％，其中环氧树脂占整体重量的32wt％，其中聚酯树脂占整体重量的31.2wt％，其中酸酐类催化剂占整体重量的0.3wt％，其中石蜡的添加比例为整体重量的1.5wt％。将混合粉末在氮气气氛下加热搅拌3小时，加热温度大于石蜡的融化温度，冷却后通过破碎机破碎成造粒颗粒。其中造粒颗粒的粒径在50um～300um间。将该造粒粉末通过50mpa的压力压制成型，形成胚体，将胚体在185℃的氮气气氛下固化60分钟，半固化片。
23.为便于测试实施例和对比例，分别将实施例1-3获得的磁性半固化片制成性能测试磁芯，测试磁芯为磁环，磁环的尺寸为外径(od)*内径(id)*厚度(th)＝20.0mm*12.0mm*1.0mm。退火后的磁环使用电感精密分析仪测试磁环样品的起始磁导率μ(1mhz)以及dsm-8104型绝缘耐压测试仪测试磁环击穿电压。对比例获得的半固化片按照测试磁芯的尺寸，制成对比例磁芯。
24.表1.实施例1-3和对比例性能对比
25.测试项目参数单位实施例1实施例2实施例3对比例磁导率-3541击穿电压v》1600v》1600v》1600v》1600v
26.实施例1-3和对比例制备的材料在大于1600v的击穿电压下，实施例1-3的磁导率均优于对比例，因此在实际的应用在平面变压器中有利于降低铜损从而具有低功耗的优势，从而提高产品应用电路的转换效率。这表明果成分控制和工艺处理对低损耗电感十分重要。
27.综上所述，本发明提供一种平面变压器的pcb板的磁性半固化片极其制备方法，由于磁性半固化片中含磁性材料，且该磁性材料被二氧化硅包覆，因此可以在满足绝缘的情况下还具有磁性，因此可以满足目前开关电源在高功率密度下对高效化的需求。而且磁性材料、二氧化硅层的导热系数均优于环氧树脂、聚酯树脂、酸酐类催化剂、石蜡，因此还能够有效提升平面变压器的pcb板的导热性能，有利于平面变压器的pcb板中的铜线路散热。
28.以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。