專利名稱：鎳鋅鐵氧體磁屏蔽電感器產品及其制造方法
技術領域：
本發明屬于磁性材料產品技術領域，涉及一種采用鎳鋅鐵氧體材料制得的磁屏蔽電感器產品以及該電感器的制造方法。
背景技術：
隨著CPU、FPGA以及不同種類的片式ASIC(專用集成電路)技術產品的發展，低電壓大電流正成為DC-DC電源的發展趨勢。目前，用3. 3V代替5V已成為最普遍的直流供電電壓，而供電電壓采用2. 5V、1. 8V、1. 5V、1. 2V甚至低于IV，電流達到40A、6 0A、80A、100A、160A甚至更高的DC-DC電源也正逐漸成為市場產品的主流。作為獲得這樣大電流的電路技術，現在已普遍采用幾個DC-DC變換器組成多相型電源電路，而不僅只用一個DC-DC變換器電源電路。多相型電源電路一般根據整機的不同而有一定差異(例如筆記本電腦是將DC-DC變換器分成2 4個)，這也就需要一定數量的功率電感器，并使其應用數量進一步增加。與過去產品相比較，對應節省空間和高密度組裝技術要求，本領域迄今迫切需要功率電感器進一步實現小型化、薄型化，以滿足整機廠對電感元件新的需求，為此近年來各電感器元件廠商也正加大力度以研發出符合上述要求之電感——超薄式一體成型電感。目前，作為在DC-DC變換器中的功率電感器大多為工字結構的電感器，其制作材料幾乎全部采用軟磁鐵氧體材料。一般來說，軟磁鐵氧體材料主要有錳鋅鐵氧體材料和鎳鋅鐵氧體材料，其中錳鋅鐵氧體相對于鎳鋅鐵氧體要具有較高的飽和磁通密度Bs、較高的起始磁導率μ i和較低的損耗。但是，因為錳鋅材料晶粒結構致密，電阻率較低(一般在IO2 Ω m數量級)，在電子設備日益小型化、高頻化的趨勢下，電感元件的磁芯很容易與接近其的銅芯線發生高壓擊穿，為此在磁芯與線圈端子、引出線之間就必須要保持相當大的絕緣距離或采取嚴密的絕緣措施，才能確保必要的絕緣耐壓，但這樣勢必又導致電感器體積增大。反之，鎳鋅材料屬于多孔細晶粒結構，其電阻率高(一般在107Ωπι數量級)，應用頻段也較錳鋅材料的高，因而它成為制作電感器的較好的材料。現有技術中，按照當今電感器小型化、高頻化的使用要求，本領域曾經提出過多種改進技術的方案。例如，在申請號為01802430. O的中國專利申請文件曾公開了一種NiCuZn鐵氧體材料，該材料的主成份包括氧化鐵、氧化錳、氧化鋅、氧化鎳等，并且相對于主成份添加了輔助成分氧化鉍、氧化硅、氧化鎂和氧化鈷，其中添加的氧化鉍按Bi2O3換算在O. 5 6. Owt %,氧化娃按SiO2換算在O.1 2. Owt %,氧化鎂按MgO換算在O. 05 1. Owt %,氧化鈷CoO換算在O. 02 1. Owt%，但是上述材料磁導率為μ i彡200，材料中Bi2O3添加量過多，并且添加有貴重金屬氧化物CoO，以致造成機械強度的降低，影響電感器的可靠性和制作材料成本的上升。另外，在專利申請文件中也未提出材料的飽和磁通密度和直流疊加特性的改進方法。申請號為200410051436. X的中國專利申請文件曾公開了一種鎳鋅軟磁鐵氧體材料制造方法，該鎳鋅軟磁鐵氧體材料包括主成份、第一輔助成份和第二輔助成份，其中的主成份是Fe203、Ni0、Cu0和ZnO，第一輔助成份是Co2O3,第二輔助成份是Bi2O3和/或Μη02。但是該材料在實際應用中仍存在有溫度特性不佳、飽和磁通密度不高等問題。
發明內容
本發明的一個目的在于提供一種具有高的飽和磁通密度和低的剩余磁通密度以及具有高的磁導率和良好的溫度特性的鎳鋅鐵氧體磁屏蔽電感器，用以克服現有技術存在的不足，滿足電感器小型化、薄型化、高頻化的要求，提高電感器的抗干擾性能和工作可靠性。本發明的另一個目的是提供一種用于制備上述鎳鋅鐵氧體磁屏蔽電感器的制造方法。本發明產品的實施方案是這樣的所提供的磁屏蔽電感器的制作材料采用鎳鋅鐵氧體材料，該鎳鋅鐵氧體材料包括重量單位為100的主成分和同一重量單位不超過O. 8的輔助成分，所述的主成分由下述摩爾百分比的物質原料組成氧化鐵(Fe2O3)46. O 50. O,氧化鎳(NiO) 19. O 22. 0，氧化鋅(ZnO) 20. O 23. 0，剩余為氧化銅(CuO);所述的輔助成 分的物質原料為三氧化二鉍(Bi2O3)或三氧化鑰(MoO3)或五氧化二釩(V2O5)。相對與主成分，輔助成分所選用各物質原料的重量單位為三氧化二鉍(Bi2O3)O O. 5，三氧化鑰(MoO3)O O. 6，五氧化二釩(V2O5)O O. 8 ;其優選方案為三氧化二鉍O O. 3，三氧化鑰O O. 4，五氧化二釩O O. 5。采用本發明所述鎳鋅鐵氧體磁屏蔽電感器的優點是通過采用特殊的電感器結構和組裝方法，使電感器實現對外界電磁場屏蔽的作用，可提高電感器抗干擾的能力；采用高飽和磁通密度的鎳鋅鐵氧體材料(飽和磁通密度> 410mT)，可提高電感器耐直流疊加的能力，減小電感器的尺寸，從而滿足電感器小型化、薄型化、高頻化和高性能等的要求。用于制造上述鎳鋅鐵氧體磁屏蔽電感器的方法包括下述的工藝步驟I)采用鎳鋅鐵氧體材料；2)將組成鎳鋅鐵氧體材料的各物質原料混合后，采用燒結法將其制備成粉料；3)將經步驟2)后的粉料壓制成棒狀磁芯和方形帽狀磁芯毛坯，具體實施中可利用全自動旋轉壓機將粉料壓制成棒狀磁芯和方形帽狀磁芯毛坯；4)經步驟3)后得到的方形帽狀磁芯毛坯放入空氣窯爐中并加熱到1120°C 1200°C，燒結2 3小時，優選的燒結溫度為1150°C 1190°C ；5)用彈簧機繞制螺線管線圈；6)將螺線管線圈安裝在經步驟3)后得到的棒狀磁芯上，并用粘合劑粘接；7)將步驟6)后得到的附有線圈的棒狀磁芯裝在燒結后的方形帽狀磁芯內，并用粘合劑粘接，制得磁屏蔽電感器產品。
圖1是本發明所述磁屏蔽電感器的結構示意圖。圖中標號I為螺線管線圈，2為方形帽狀磁芯，3為棒狀磁芯，4為粘合劑。圖2是該磁屏蔽電感器的電感量隨直流疊加電流變化的曲線圖。圖3是該磁屏蔽電感器的溫升隨直流疊加電流變化的曲線圖。
具體實施例方式以下結合附圖和實施例對本發明內容作進一步說明。如前所述，軟磁鐵氧體材料包括錳鋅系材料和鎳鋅系材料，本發明電感器所用的鐵氧體材料是鎳鋅系的鐵氧體材料。構成該材料實質的主成分物質包括氧化鐵、氧化鎳、氧化鋅和氧化銅，以摩爾百分數計，所含有的氧化鐵按Fe2O3換算在46. O 50. O摩爾％，氧化鎳按NiO換算在19. O 22摩爾％，氧化鋅按ZnO換算在20. O 23. O摩爾％，剩余的摩爾百分數為氧化銅(CuO)。本發明的輔助成分物質選自三氧化二鉍(Bi2O3)、三氧化鑰(MoO3)、五氧化二釩(V2O5)中的任何一種。相對于本發明的主成份，輔助成份各物料的重量百分比含量為=Bi2O3O O. 5wt%, MoO3 O O. 6wt%、V2O5 O O. 8wt%，優選方案為 Bi2O3O O. 3wt%> MoO3 O O. 4wt%、V2O5 O 0.5wt%。輔助成份的總量相對于主成份不能超過O. 8wt % ο·
在本發明材料的組成范圍中，如果Fe2O3的摩爾百分數不足46%，則就會產生起始磁導率偏低的不適宜情況，而若當Fe2O3超過50. O摩爾％時，則又會發生品質因素Q降低的不適宜情況；如果ZnO的摩爾百分數不足20. 0%時，會發生起始磁導率偏低的不適宜情況，而如果ZnO超過22摩爾％時，則又會發生居里溫度偏低的不適宜情況；另外，如在材料內不添加Bi2O3,將會出現燒結密度偏低、飽和磁通密度下降的不適宜情況，而如果Bi2O3超過主成分O. 5wt%時，則又會出現晶粒過粗、強度下降的不適宜情況。本發明制造方法的基本工藝步驟如下所述首先，將主成分原料在本發明的規定范圍內按規定稱量，并在振動磨機中振動15分鐘；之后在箱式爐中對混合好的材料進行預燒，預燒溫度保持在750°C 900°C，預燒時間在2. 5 3小時為宜；然后再將得到的預燒材料通過球磨機等粉碎，在粉碎過程時添加本發明的輔助成分原料；粉碎后烘干添加適量的聚乙烯醇制成粉料，再通過全自動旋轉壓機將粉料壓制成型為規定形狀的棒狀磁芯和方形帽狀磁芯毛坯，將成型好的毛坯在箱式爐中燒結，燒結溫度為1120°C 1200°C，燒結時間為2 3小時；最后再依次通過繞制螺線管線圈、在棒狀磁芯上安裝螺線管線圈和將棒狀磁芯裝于方形帽狀磁芯內的工序制得磁屏蔽電感器產品。實施例一將作為本發明主成分的Fe203、Ni0、Zn0、Cu0按照下表定出的比例配好，
權利要求
1.一種鎳鋅鐵氧體磁屏蔽電感器，其特征在于電感器的制作材料采用鎳鋅鐵氧體材料，該鎳鋅鐵氧體材料包括重量單位為100的主成分和同一重量單位不超過O. 8的輔助成分，所述的主成分由下述摩爾百分比的物質原料組成氧化鐵46. O 50. 0，氧化鎳19. O 22.0，氧化鋅20. O 23. 0，剩余為氧化銅；所述的輔助成分的物質原料為三氧化二鉍或三氧化鑰或五氧化二釩。
2.根據權利要求1所述的鎳鋅鐵氧體磁屏蔽電感器，其特征在于相對于主成分，輔助 成分所選用物質原料的重量單位為三氧化二鉍O O. 5，三氧化鑰O O. 6，五氧化二釩O O. 8。
3.根據權利要求1所述的鎳鋅鐵氧體磁屏蔽電感器，其特征在于相對于主成分，輔助成分所選用物質原料的重量單位為三氧化二鉍O O. 3，三氧化鑰O O. 4，五氧化二釩O O. 5。
4.一種用于制造權利要求1所述鎳鋅鐵氧體磁屏蔽電感器的方法，其特征在于包括下述的工藝步驟 4.1采用鎳鋅鐵氧體材料； 4.2將組成鎳鋅鐵氧體材料的各物質原料混合后，采用燒結法將其制備成粉料； 4.3將經步驟4. 2后的粉料壓制成棒狀磁芯和方形帽狀磁芯毛坯； 4.4經步驟4. 3后得到的方形帽狀磁芯毛坯放入空氣窯爐中加熱到1120°C 1200°C燒結2 3小時； 4.5用彈簧機繞制螺線管線圈； 4.6將螺線管線圈安裝在經步驟4. 3后得到的棒狀磁芯上，并用粘合劑粘接； 4.7將步驟4. 6后得到的附有線圈的棒狀磁芯裝在燒結后的方形帽狀磁芯內，并用粘合劑粘接，制得磁屏蔽電感器產品。
5.根據權利要求4所述的制備鎳鋅鐵氧體磁屏蔽電感器的方法，其特征在于將經步驟4.2后的粉料用全自動旋轉壓機壓制成棒狀磁芯和方形帽狀磁芯毛坯。
6.根據權利要求4所述的制備鎳鋅鐵氧體磁屏蔽電感器的方法，其特征在于將放入空氣窯爐中的方形帽狀磁芯毛坯加熱到1150°C 1190°C，燒結2 3小時。
全文摘要
本發明涉及一種鎳鋅鐵氧體磁屏蔽電感器產品及其制造方法，制作該磁屏蔽電感器的物質原料的主成分為氧化鐵、氧化鎳、氧化鋅和氧化銅，輔助成分為三氧化二鉍、三氧化鉬或五氧化二釩。其制造方法是將上述各物料混合后燒結制成粉料，將粉料壓制成棒狀磁芯和方形帽狀磁芯毛坯，將方形帽狀磁芯毛坯放入空氣窯爐內燒結，在棒狀磁芯上安裝螺線管線圈后裝在燒結后的方形帽狀磁芯內，制得磁屏蔽電感器。本發明通過采用特殊的電感器結構和組裝方法，使電感器實現對外界電磁場屏蔽的作用，可提高電感器抗干擾的能力；采用高飽和磁通密度的鎳鋅鐵氧體材料，可提高電感器耐直流疊加的能力，從而滿足電感器小型化、薄型化、高頻化和高性能等的要求。
文檔編號H01F41/00GK103000326SQ201110268439
公開日2013年3月27日 申請日期2011年9月9日 優先權日2011年9月9日
發明者徐保田, 李蕾, 陳元星 申請人:丹鳳縣榮毅電子有限公司