低温烧结NiCuZn铁氧体材料及叠层片式电感应用研究

从模拟向数字、定频向变频、接插件向平面片式化的方向发展是当前电子信息技术变革的主要方向,而叠层片式电感器件及其相关的低温共烧铁氧体材料,则是实现无源接插件向平面片式化发展的技术瓶颈。通过理论分析、材料研制以及器件应用验证三位一体的研究模式,实现了从材料微观、宏观性能的分析到材料研制途径和工艺优化以及片式器件设计及制备的综合调控,为开发高性能的低温烧结NiCuZn铁氧体材料及叠层片式电感器件奠定理论和实践基础。在理论研究方面,首先分析了决定低温烧结NiCuZn铁氧体材料主要磁性能:包括起始磁导率、品质因数、饱和磁感应强度、居里温度和矫顽力等的关键影响因素,为材料研制过程中如何控制和改善这些磁性能提供了重要的理论指导。然后又从物质迁移的角度探讨了促进NiCuZn铁氧体低温烧结和致密化的有效途径。此外,为了实现低温烧结NiCuZn铁氧体能够根据磁导率目标要求进行材料配方的"量身定制",还结合理论推导和数值拟合得到NiCuZn铁氧体磁导率的半经验计算公式,并基于遗传算法建立配方优化设计程序,大大提高了材料研发的效率和速度。在材料实验研究方面,分别采用了三种方法,即氧化物法、sol-gel法以及复合法对低温烧结NiCuZn铁氧体展开研究。在氧化法材料研制过程中,首先明确了NiCuZn铁氧体配方设计的基本原则,并在此基础上详细研究了主配方中CuO含量对材料烧结特性、微观形貌及电磁性能的影响,确定当主配方中x(CuO)为10.2%时,能较好兼顾材料低温烧结和高电磁性能的要求。此后通过对比实验,详细研究了预烧温度、球磨时间以及升温速率等制备工艺参数对材料烧结特性和电磁性能的影响。确定了低温烧结NiCuZn铁氧体最佳的预烧温度为800℃;最佳的二次球磨时间为24 h;最佳的升温速率应≤2.5℃/min。最后研究了不同的掺杂组合模式对材料性能的影响,明确了获得高磁导率的掺杂模式为:加入物的最佳质量分数是1.5%Bi2O3+0.3%WO3;兼顾高磁导率和高品质因数的掺杂模式为:1.5%Bi2O3+0.3%WO3+0.2%Co2O3。在sol-gel法低温烧结NiCuZn铁氧体材料研制过程中,首先对工艺过程中形成的干凝胶、自蔓延燃烧粉末以及最终烧结样品的晶相结构进行了分析。明确了经过自蔓延燃烧后的粉末已经铁氧体化,且粉末颗粒尺寸仅为几十纳米,具有很好的表面自由能。然后将sol-gel法与氧化物法制备样品的烧结特性和电磁性能进行了综合对比,详细分析了两种低温烧结铁氧体制备方法各自的技术优劣。此后,又采用了综合氧化物法和sol-gel法的复合法进行低温烧结NiCuZn铁氧体材料的研制。研究发现,纳米铁氧体微粉掺杂对促进NiCuZn铁氧体的低温烧结效果明显。这是由于具有高活性的纳米微粉均匀混合到氧化物法制备的微米级粉料中,增大了颗粒之间的接触面积及互扩散的缘故。同时,复合法能够避免氧化物法和sol-gel法各自技术上的一些缺陷,因而有望获得更好的材料电磁性能。在片式电感应用研究方面,首先基于有限元计算和电磁场仿真的思想,借助HFSS软件,进行片式电感结构的优化设计及性能的仿真预测。明确了对于0603型片式电感,当采取绕线长边长a=1 200μm,短边长b=500μm,绕线线宽w=100μm,绕线距上下边距μ=150μm时,能获得较好的片式电感性能。同时,通过拟合得到片式电感的感量与叠层匝数之间的指数关系。此后,对片式电感制备工艺流程进行了详细分析,明确了一些工艺控制的关键技术。最后,采用研制的低温烧结NiCuZn铁氧体材料,按照优化的片式电感结构,在电子科大LTCC工艺线上进行了片式电感的实际研制。经验证,实际制备的片式电感的感量比仿真预测值偏低,这主要是由于片式电感磁芯的磁导率与标样环有一定的差异所致,但电感量与叠层绕匝数之间的指数关系与预测值较为吻合。     

Effects of BaCu（B2O5 ） addition on sintering temperature and microwave dielectric properties of Ba5Nb4O15–BaWO4 ceramics

The effects of BaCu(B2O5)(BCB) addition on the microstructure, phase formation, and microwave dielectric properties of Ba5Nb4O15–BaWO4ceramic are investigated. As a sintering aid, BaCu(B2O5) ceramic could effectively lower the sintering temperature of Ba5Nb4O15–BaWO4ceramic from 1100?C to 950?C due to the liquid-phase effect. Meanwhile,BaCu(B2O5) addition effectively improves the densification of Ba5Nb4O15–BaWO4ceramic and significantly influences the microwave dielectric properties. X-ray diffraction analysis reveals that Ba5Nb4O15and BaWO4coexist with no crystal phase of BaCu(B2O5) in the sintered ceramics. The Ba5Nb4O15–BaWO4ceramics with 1.0 wt% BaCu(B2O5) sintered at 950?C for 2 h presents good microwave dielectric properties of εr = 19.0, high Q × f of 33802 GHz and low τfof2.5 ppm/?C.     

Cu2+离子A位取代对MgTiO3陶瓷结构及介电性能的影响

采用固相反应制备了Mg_1-xCu_x TiO₃(0.00≤x≤0.20)微波介电陶瓷,研究CuO烧结助剂对MgTiO₃陶瓷的微观结构和微波介电性能的影响。实验结果表明,CuO中的Cu²⁺离子会进入到MgTiO₃晶格中并取代Mg²⁺,形成Mg_1-xCu_x TiO₃固溶体。由于液相效应,适量的CuO可以促进MgTiO₃陶瓷的致密化烧结,降低其烧结温度。Cu²⁺离子的A位取代会改变样品的TiO₆八面体扭曲度。随着Cu²⁺离子含量的增加,会使MgTiO₃陶瓷的结构稳定性降低。随着CuO含量的增加,晶粒的不均匀生长和液相的出现导致样品的品质因数(Qf)下降。同时,Mg_1-xCu_x TiO₃陶瓷的相对密度、结构...     

Zn~(2+)、Sn~(4+)共取代对YIG铁氧体性能的影响

该文通过1 400℃固相烧结制备出Zn2+和Sn4+共取代的Y3Fe5-2xZnxSnxO12(x=0~0.35)铁氧体材料,详细研究了离子取代量对钇铁石榴石铁氧体微观结构及磁性能的影响。研究表明,Zn2+、Sn4+都进入了钇铁石榴石铁氧体的晶格中。随着离子取代量的增加,钇铁石榴石铁氧体的密度与饱和磁化强度先增大后减小;其磁损耗则先减小后增大,在x=0.25时磁损耗取得最小值。该研究进一步说明了Zn2+和Sn4+取代在一定范围内可有效降低材料的磁损耗及控制材料的饱和磁化强度。     

BCB的制备及其对BNBW陶瓷微波性能的影响

在不同条件下采用固相反应法合成BaCu(B2O5)(BCB)粉体,研究了所合成的BCB粉体对Ba5Nb4O15-BaWO4(BNBW)陶瓷的微波介电性能的影响。结果表明,采用无水乙醇作为球磨介质,在800℃煅烧可以得到无杂相的BCB。将BCB作为助烧剂,添加少量于BNBW陶瓷中,在950℃烧结时可有效促进陶瓷致密化。随着BCB的掺量增加,BNBW陶瓷的介电常数εr和谐振频率温度系数τf单调降低,而品质因数与频率之积Q×f值先上升后下降。当w(BCB)=1%时,BNBW陶瓷得到较好微波性能:εr=19.0,Q×f=33 802GHz,τf=2.5×10-6/℃。     

Large Magnetoresistance Based on Double Spin Filter Tunnel Barriers

We propose and theoretically analyse a double magnetic tunnel device that takes advantages of the spin filter effect. Two magnetic tunnel barriers are formed by different spin filters which have different barrier heights. The magnetoresistance of the device is low （high） when the magnetic moments of the two spin filters are parallel （antiparallel）. We present a theoretical calculation of the magnetoresistance based on electric tunnel effect. In addition, the effect of the difference barrier heights and exchange splitting energies between the two spin filters are also analysed in detail. The numerical results show that the spin filter in this configuration gives a magnetoresistance larger than that with standard magnetic tunnel junctions.     

一种新型无芯PCB 平面电感器研究

本文主要介绍了在印制板上制作无芯电感的方法，分析了其结构和性能，并采用数值计算方法建立了平面电感计算模型，为设计电感提供了一条切实可行的途径。采用现代化的印制板技术，可以精确地控制电感器的绕线宽度、线间距，克服了机器绕线一致性差的缺点，并使电感从三维向两维发展，为器件的表面贴装打下了基础。     

The low-temperature sintering and microwave dielectric properties of (Zn_(0.7)Mg_(0.3))TiO_3 ceramics with H_3BO_3

The effects of the addition of H 3 BO 3 on the microstructure, phase formation, and microwave dielectric properties of (Zn 0.7 Mg 0.3 )TiO 3 ceramics sintered at temperatures ranging from 890 ℃ to 950 ℃ are investigated. H 3 BO 3 as a sintering agent can effectively lower the sintering temperature of ZMT ceramics below 950 ℃ due to the liquid-phase effect. The microwave dielectric properties are found to strongly correlate with the amount of H 3 BO 3 . With the increase in H 3 BO 3 content, the dielectric constant (ε r ) monotonically increases, but the quality factor (Q × f ) reaches a maximum at 1 wt% H 3 BO 3 , and the apparent density of ZMT ceramics with H 3 BO 3 ≥ 1 wt% gradually decreases. At 950 ℃, the ZMT ceramics with 1% H 3 BO 3 exhibit excellent microwave dielectric properties: ε r = 19.8, and Q × f = 43800 GHz (8.94 GHz).     

Effects of BaCu（B2Os） addition on sintering temperature and microwave dielectric properties of BasNb4O15-BaWO4 ceramics

The effects of BaCu（B2Os） （BCB） addition on the microstructure, phase formation, and microwave dielectric proper- ties of BasNb4015-BaWO4 ceramic are investigated. As a sintering aid, BaCu（B2Os） ceramic could effectively lower the sintering temperature of BasNb4015-BaWO4 ceramic from 1100 ℃ to 950 ℃ due to the liquid-phase effect. Meanwhile, BaCu（B2Os） addition effectively improves the densification of BasNb4015-BaWO4 ceramic and significantly influences the microwave dielectric properties. X-ray diffraction analysis reveals that BasNb4015 and BaWO4 coexist with no crystal phase of BaCu（B2Os） in the sintered ceramics. The BasNb4015-BaWO4 ceramics with 1.0 wt% BaCu（B2Os） sintered at 950 ℃ for 2 h presents good microwave dielectric properties of er = 19.0, high Q× f of 33802 GHz and low vf of 2.5 ppm/℃.     

BBSZ玻璃掺杂对NiCuZn铁氧体性能的影响

采用传统的陶瓷工艺,低温烧结制备了Bi2O3-H3BO3-SiO2-ZnO(BBSZ)玻璃掺杂的NiCuZn铁氧体材料,研究了BBSZ掺杂量对铁氧体材料烧结密度、微观形貌和电磁性能的影响.研究表明,适量的BBSZ掺杂可以显著改善铁氧体的烧结性能和微观结构,进而对其电磁性能产生明显的影响.当BBSZ掺杂量为质量分数0.7...