大电流叠层片式电感器制备技术研究

黎锐 高泮嵩 徐建平 张孟熙 张肖羽

摘要：本文围绕大电流叠层片式电感器制备技术进行了探讨，重点围绕电感器镍锌铁氧体材料配方的研制、材料低温共烧机理以及掺杂对铁氧体材料稳定性的影响等方面进行了分析，并对大电流叠层片式电感器关键工艺技术进行了论述。旨在推动我国叠层片式电感器制备技术快速发展，早日摆脱进口依赖，迈入全球领先行列。

关键词：电感器、叠层片式、制作工艺

1引言

当前，我国已经成为世界电感器生产大国，产量占据全球产量的约25%，但产品主要集中在技术含量较小的中低端领域。片式电感器由于受到结构相对复杂、制作难度高等因素影响，国内生产技术能力不足，片式电感器大部分依赖进口。在日益复杂的国际政治经济形势下，加快攻克叠层片式电感器装备技术难题，是国内企业及从业人员关注和研究的重要问题。

2疊层片式电感器制作工艺分析

叠层型片式电感器主要有干法、湿法、干湿法结合三种生产工艺。干法工艺采用干法薄膜流延――机械或激光打孔――叠层印刷的制作流程;湿法工艺分两种，一种是采用瀑布流延――叠层印刷的流程，另一种是采用交迭印刷方式的制作工艺。干湿法结合工艺采用烘料――配料球磨――流延――叠层印刷的制作流程。干湿法结合工艺是钢带流延的干法膜片与湿法介质结合。

3大电流叠层片式电感器装备材料的研制

材料选择上的设计，拟使用Bi2O3、Co3O4、CaO、ZrO2、SiO2等多组掺杂组成的复合NiCuZn铁氧体材料，使其在低温烧结特性、高电阻率、高Bs、低矫顽力、高居里温度、低损耗、高频特性等方面进行综合改善，达到最优的材料特性，满足智能化装备需求。主要研究内容为：

3.1镍锌铁氧体材料配方

镍锌铁氧体材料应用在1MHz以上时，具有多孔型及高电阻率，低损耗，磁导率的温度系数低，高频稳定性高等特点，综合性能优于同是软磁铁氧体的Mn-Zn铁氧体，非常适宜在高频电路中使用，同时NiZn/NiCuZn可以在空气中烧结，工艺比其它铁氧体简单。镍锌铁氧体属于尖晶右型铁氧体，与天然矿物尖晶石MgAl2O4结构相同。单位晶胞由氧离子面心立方密堆而成，具有立方对称性。金属离子由于半径较小，故镶嵌在密堆的氧离子间隙中，会形成间隙位置，这些空位对配方不准所造成的成分偏离及掺杂有利。

3.2材料低温共烧机理

基于液相烧结的传质机理与动力学原理分析，以液相在晶粒边界引起的毛细管压力及溶解-淀析过程中化学势能的变化为烧结驱动力，将烧结温度、时间与烧结后的最终晶粒大小、相对密度联系起来，模拟低温烧结动态过程中相对密度的变化趋势，掌握材料体系致密化过程及匹配共烧的基本控制方法及其规律，为材料体系的配方设计、制备工艺和掺杂技术的改进提供理论指导。

3.3掺杂对铁氧体材料稳定性的影响

片式电感器需要大电流，常规材料在大电流条件下损耗会增加，导致电感器可靠性降低。降低材料的损耗，主要从降低材料的涡流损耗、磁滞损耗、剩余损耗三个方面考虑。材料损耗不可避免，降低空间有限，从降低涡流损耗入手是增加电感器稳定性的有效途径。

3.4材料制备工艺技术

磁粉工艺流程：

原材料处理→一次配料→一次球磨→干燥→打粉或过筛→预烧→二次配料→超细磨→混浆→干燥→打粉或过筛→包装、入库。

原材料处理及配料过程先采用球磨工艺，然后再与主材料FeNiCuZn铁氧体材料配料，使添加剂分布更加均匀，颗粒粒度小，比表面积大，适合低温烧结。

4大电流叠层片式电感器设计

4.1片式电感器设计

①电感器结构设计：采用铁氧体材料、高银材料、非导磁材料共烧的方式，以及介质膜湿法流延方式，电极采用高精密印刷方式，每一层与非导电极与电极之间的连接方式为精密印刷与化学排斥相结合。为了提高电流，绕圈内部掺入非导磁介质材料从电感器工作的磁路上进行间隙短距离隔离，这样既不影响电感感量及损耗，又能够提升电流叠加特性。

4.2关键工艺技术研究

①流延浆料的配制与制备技术：开发新型的绿色环保流延溶剂和分散剂，改善流延浆料的流动性和稳定性;系统研究高性能材料与流延黏合剂、增塑剂、分散剂、溶剂等的优化配比关系，并配合适当的流延工艺参数制作符合应用要求的流延膜片;

②内电极图形设计：为提升电感器应用中的转换效率，降低电感器在电源中的能量损耗，必须大大降低电感器本身内阻。一方面通过使用高导的银浆降低内阻，另一方面通过设计电极图形在同样感量的基础上降低设计圈数;

③成型印刷技术：印刷工艺中的难题是在表面不是很平整的条件下一次性印刷小于8μm的均匀介质及一次性印刷大于30μm的介质或电极。通过控制选择合适的银浆及根据不同膜厚要求、印刷圈数等情况，制备不同技术参数的介质浆料;

④由于电极厚度偏厚，电极宽度偏宽，产品内部电极面积增加，减少了层与层之间的介质结合力，通过对层压进行前处理及后处理，保证内部结合致密，同时解决使用高固含量内电极银浆和介质磁体收缩率匹配一致性的问题;

⑤晶粒的大小及均匀性直接影响电感产品的电流叠加特性及电感量值，采用控制介质材料的粒度及比表面积，控制材料的最高温度而改变烧结曲线从而控制铁氧体材料的晶粒生长，保证晶粒尺寸;

⑥产品烧结过程中有高导银浆、铁氧体材料、非导磁材料，完全共烧是非常关键的问题，一方面通过前期材料特性的控制达到匹配的效果，另一方面通过层压及排胶、烧结曲线的试验来实现其共烧;

⑦铁氧体材料配方体系限制了其烧结后表面电阻率相对比较低，产品在沉积过程中易发生爬镀现象，采用沉积前后处理，保证电感表面绝缘电阻更高，使产品在沉积过程中不会产生爬镀现象。

5大电流叠层片式电感器应用

大电流叠层片式电感器具有高自谐振频率、高可靠性、100MHZ以上的高频设计、可实现高密度安装、无引线端头、寄生电容小等技术优势，能够应用于各种高频回路、移动通信设备终端、轻型化便携电子装备，如移动电话、卫星通讯、手机等电子设备直流电源线的滤波、扼流线路上。在航天、航空、船舶、兵器等军用电子领域也有较大的需求。

6结语

大电流叠层片式电感器可靠性高，广泛应用于军用和高端民用等多电子领域。据统计数据，目前全球电感器产业市场需求已超过100亿美元，未来5年将继续以超过2%的年均复合增长率发展，市场空间广阔。本文对大电流叠层片式电感器装备应用技术进行了论述，旨在推动国内大电流叠层片式电感器制备技术水平不断提升，满足国内新型电子组装技术发展需求。

参考文献

[1]叠层片式电感器制造工艺及小型化研究[R]，樊应县，电子科技大学，2011