一种复合软磁材料及其制备方法、应用技术

本申请公开了一种复合软磁材料，所述复合软磁材料包括软磁材料以及金属，所述金属包括铜、银，所述金属包覆在所述软磁材料的表面；所述软磁材料包括软磁金属、软磁合金。本申请进一步公开了上述复合软磁带状或丝状材料的制备方法。并进一步利用上述复合软磁带状或丝状材料制备了电感线圈。所述电感线圈在高频工况条件具有非常优异的品质因子；在低频工况条件具有非常低的电感量。因此，采用本申请所述的复合软磁带状或丝状材料制备的电感线圈，其能量损耗十分低，尤其适合大规模应用。尤其适合大规模应用。尤其适合大规模应用。

【技术实现步骤摘要】
一种复合软磁材料及其制备方法、应用


[0001]本申请涉及一种复合软磁材料的制备方法，属于感应线圈领域。

技术介绍

[0002]现代电子设备中大量使用片上系统以实现器件的高频化、小型轻量化、高可靠性以及多功能化。片上系统的正常工作离不开高性能的片式电感。电感广泛用于交流(AC)电子设备中，尤其是在无线电设备中，与电容和电阻一起，构成了电子电路的三大无源线性元器件。电感的主要应用包括振荡器、扼流圈、滤波器以及与电容结合使用于调谐电路和阻抗匹配。随着电子信息技术进一步发展，电感作为关键元器件，在电子信息产业中具有举足轻重的作用，尤其在核心电源模块、传感器及射频电路方面，更是系统稳定性和可靠性的重要保障。
[0003]非晶(包括纳米晶结构)软磁材料为20世纪70年代问世的一种新型材料，因具有铁芯损耗小、电阻率高、频率特性好、磁感应强度高、抗腐蚀性强等优点，引起了人们的极大重视，被誉为21世纪新型绿色节能材料。非晶及纳米晶合金的优异的软磁特性都来自于其特殊的组织结构，非晶结构中没有晶粒和晶界，易于磁化；纳米晶结构中的晶粒尺寸小于磁交换作用长度，导致平均磁晶各向异性很小，并且通过调整成分，可以使其磁致伸缩趋近于零。
[0004]非晶软磁材料直接制备电感可以使电感的面积显著减小，同时性能得到有效提升，这将进一步提高电子电路的集成度。但是，相较普通金属或合金，非晶材料电阻率很高，直接作为电感线圈会产生较大的欧姆损耗，将对电感的品质因子产生不良影响。对于电感器来讲，品质因子(Q)是一个很重要的参数。所述品质因子是电感器中存储的能量与损失的能量的比值，电感器的品质因子越高，则表明该电感器的功耗越小、效率越高。而以非晶软磁材料直接作为电感线圈的导线，由于非晶电阻率远大于铜的电阻率(约1.75
×
10
‑2μΩ
·
m)。根据欧姆定律，当有电流流通时，高电阻率的金属线圈产生的欧姆损耗远大于低电阻率的金属线圈，从而导致电感的Q值很低。
[0005]目前报道的提高电感线圈Q值的措施主要有使用低电阻率的金属制作厚金属线圈以减小欧姆损耗，厚金属线圈不会影响电感的机械稳固性能，但是需要厚胶光刻工艺和厚金属电镀工艺，制作难度较大，同时金属厚度的增加也会导致线圈之间的邻近效应和寄生电容效应趋于显著，影响电感的Q值。
[0006]此外，还可以通过减小衬底损耗来改善薄膜电感器的品质因子Q，可以使用高电阻率的硅来抑制诸如涡流之类的衬底感生损耗，但在硅衬底与电介质(SiO2)层之间的界面处积累的电荷使Q因子仍然不适用于许多高频应用。

技术实现思路

[0007]本申请通过在软磁的表面上包覆一层低电阻率金属制备电感线圈，从而减少欧姆损耗，进而提升电感的品质因子。
[0008]根据本申请的第一个方面，提供了一种复合软磁材料。
[0009]一种复合软磁材料，所述复合软磁材料包括软磁材料、低电阻率金属；
[0010]所述复合软磁材料的形状为带状或丝状；
[0011]所述低电阻率金属选自铜、银中的至少一种；
[0012]所述低电阻率金属包覆在软磁材料的表面。
[0013]可选地，所述低电阻率金属与软磁材料的比例，以重量比计，为1:10
–
1:300。
[0014]可选地，所述复合软磁材料的饱和磁感应强度为0.5
–
2.2T；所述复合软磁材料的矫顽力为0.01
–
100A/m。
[0015]可选地，所述复合软磁材料中，软磁材料具有下述化学式：
[0016]Fe
a
Co
b
Ni
c
M
100
‑
a
‑
b
‑
c
；at.％；60≦a+b+c≦100；M选自Si、B、P、C、Cu、Zr、Nb、Mo、Hf、Ag、Au、Cu、Ti、V、Zn、Ga、Sn、Pd、Y、W、Pt、Al中的至少一种。
[0017]可选地，当所述a、b、c中任意一个为100时，所述软磁材料不含M元素。
[0018]根据本申请的第二个方面，提供了上述复合软磁材料的制备方法。
[0019]复合软磁材料的第一种制备方法，包括下述步骤：
[0020]将软磁材料浸渍于含有铜源的溶液中，反应，获得所述复合软磁材料。
[0021]可选地，所述铜源选自硫酸铜、硝酸铜、氯化铜中的至少一种。
[0022]可选地，所述含有铜源的溶液，铜离子的浓度为0.05
–
0.5mol/L。
[0023]可选地，所述反应的时间为15
–
120s。
[0024]可选地，在反应进行之前还可以将软磁材料施加电压。
[0025]可选地，所述电压为1
–
2V。
[0026]根据本申请的第三个方面，提供了上述复合软磁材料的第二种制备方法。
[0027]复合软磁材料的第二种制备方法，包括下述步骤：
[0028]将金属铜包覆于软磁材料的表面，获得所述复合软磁材料。
[0029]可选地，所述包覆，选自热喷涂、超音速冷喷涂、磁控溅射、离子束辅助沉积中的一种。
[0030]基于上述两种方法，均可以在所述软磁材料的表面包覆一层低电阻率金属，通过该包覆金属层，可以有效降低软磁材料的电阻率，从而降低电感线圈的欧姆损耗，进一步得到高电感值、高品质因数的电感线圈。
[0031]通过上述方法获得的复合软磁材料，具有高饱和磁感应强度，由此材料制备的电感线圈具有高功率密度输出特性，有利于实现大规模集成电路中器件的高集成度和小型化。
[0032]通过上述方法获得的复合软磁材料，具有良好的柔韧性和可塑性，可以制备成多种形态，制备工艺简单，所得到的复合软磁材料均匀性高且电感线圈的电磁性能稳定。
[0033]根据本申请的第四个方面，提供了上述复合软磁材料、上述两种制备方法获得的复合软磁材料，在电感线圈中的应用。
[0034]所述电感线圈，在绕线匝数为10匝时，品质因数为2
–
20；
[0035]所述电感线圈，在绕线匝数为10匝时，电感量为0.5
–
10μH。
[0036]本申请能产生的有益效果包括：
[0037]1)本申请所提供的复合软磁材料的制备方法，该方法简单、高效；
[0038]2)本申请所提供的制备复合软磁材料的方法，能够降低软磁材料的电阻率，从而在进一步使用该复合软磁材料制备电感线圈时，能够使电感线圈同时具有高功率密度输出特性和高品质因子，为业内电感线圈优异性能难以兼备的瓶颈问题提供了解决方案。
[0039]3)本申请所提供的高品质因子电感线圈的制备方法，可以通过调控溶液浓度和反应时间来控制镀层的厚度及均匀度。该方法使软磁材料表面形成了低电阻率的铜或银的镀层，大幅度降低电感线圈的欧姆损耗，最终改善其的品质因子。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合软磁材料，其特征在于，所述复合软磁材料包括软磁材料、低电阻率金属；所述复合软磁材料的形状为带状或丝状；所述低电阻率金属选自铜、银中的至少一种；所述低电阻率金属包覆在软磁材料的表面。2.根据权利要求1所述的复合软磁材料，其特征在于，所述低电阻率金属与软磁材料的比例，以重量比计，为1:10
–
1:300。3.根据权利要求1所述的复合软磁材料，其特征在于，所述复合软磁材料的饱和磁感应强度为0.5
–
2.2T；所述复合软磁材料的矫顽力为0.01
–
100A/m。4.根据权利要求1所述的复合软磁材料，其特征在于，所述复合软磁材料中，软磁材料具有下述化学式：Fe
a
Co
b
Ni
c
M
100
‑
a
‑
b
‑
c
；at.％；60≦a+b+c≦100；M选自Si、B、P、C、Cu、Zr、Nb、Mo、Hf、Ag、Au、Cu、Ti、V、Zn、Ga、Sn、Pd、Y、W、Pt、Al中的至少一种；优选地，当所述a、b、c中任意一个为100时，所述软磁材料不含M元素。5.一种权利要求1
–
4中任一项所...

【专利技术属性】
技术研发人员：张岩，陈亚男，向明亮，王军强，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：