[发明专利]压粉磁芯及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及压粉磁芯及其制造方法。该压粉磁芯适用于开关电源的变压器 和电抗器。

背景技术

近年来各种电子设备已在大小及重量上有所减小，并且相应地对安装在电 子设备上的开关电源的小型化的需求渐增。尤其存在对用于笔记本个人计算 机、小型便携设备、薄CRT以及平板显示器中的开关电源的大小及厚度的减 小的强烈需要。然而，在常规的开关电源中，诸如作为开关电源的主要结构部 件的变压器和电抗器的磁性部件占据了大的体积，从而给大小和厚度的减小带 来了限制。因而，只要这些磁性部件不被制造得小而薄，就难以减小开关电源 的大小和厚度。

已经将诸如铝硅铁粉和透磁合金的金属磁性材料或者诸如铁素体的氧化 物磁性材料用作在该种开关电源中使用的变压器和电抗器的磁性部件。其中， 金属磁性材料通常具有高饱和度的磁通强度和磁导率，但是因为其电阻低，故 而涡流损耗高，尤其在高频区域该损耗更甚。近来出现通过在高频下驱动电源 电路并且降低必须的电感值而使磁性部件小型化的趋势，但是因为涡流损耗效 应无法在高频下使用金属磁性材料。

另一方面，因为氧化物磁性材料具有比金属磁性材料高的电阻，故而即使 在高频区域产生的涡流损耗也很小。然而，因为其饱和磁通强度小，故而该种 材料易于磁饱和，从而使其难以减小体积。换言之，在任何情况下，磁芯体积 是确定电感值最重要的因素，并且除非改善磁性材料的磁特性否则难以减小大 小以及厚度。

因而，限制了使常规的磁性部件小型化的可能性，并且减小电子设备的大 小和厚度的要求没有被充分满足。

作为解决该种问题的一种方法，已经提出了一种高强度的烧结磁体(例如， 参看日本专利申请公开No.56-38402)，其中由大小为1至10μm的粒子构成 的金属磁性材料的表面涂覆有被表示为MFe_xO₄(其中M＝Ni，Mn，Zn，x≤2) 的尖晶石组合物的金属氧化物磁性材料。

此外，例如在国际专利申请小册子No.03/015109和美国专利申请公开No. 2004/0238796 A1中提出了一种合成磁性材料，其中压模了具有铁素体层涂层 的金属或者金属互化物的铁磁性细微粒粉末，并且经由铁磁层在铁磁粒子之间 形成磁路，其中通过在铁磁性细微粒粉末表面上超声电镀受激的铁素体形成该 铁素体涂层。

此外，已经提出了由软磁性金属粒子构成的软磁性粒子，在该软磁性粒子 的表面上涂覆高阻物质，并且在该高阻物质上形成基于磷酸盐转换的涂层，从 而获得具有高密度和高特定阻抗(例如，参加日本专利申请公开No. 2001-85211)的软磁性压模件。

最近提出了一种磁性材料，其中鉴于低阻抗是金属磁性材料的缺点，在具 有高饱和磁通强度和磁导率的软磁性粒子的表面上形成具有高电阻的非磁性 绝缘的氧化物的涂层以增加阻抗。因为通过非磁性绝缘膜的作用增加了电阻， 所以用该种磁性材料有可能抑制涡流，即，使得可在例如兆赫频带的高频下使 用磁性材料。

为了进一步减少通过塑模上述粒子(磁性材料)得到的软磁性模制件在兆 赫频带下的涡流损耗，有必要通过增加在金属粒子表面上形成的绝缘涂层或者 高阻抗层的厚度来增加软磁性塑膜件的阻抗。例如，在日本专利申请公开No. 2001-85211的表1中示出的范例中的特定阻抗大于比较例中的阻抗，但是仍然 不够大，并且仅仅示出了体积铁耗为10千赫的材料。为了使其在1兆赫下工 作，必须进一步增加高阻层的厚度来提高塑膜件的特定电阻。然而，当形成 于金属粒子表面上的绝缘涂层或者高阻层的厚度增加时，金属粒子之间的缝隙 变大且磁导率降低。此外，在绝缘涂层被制得更薄以增加磁导率或者通过压模 获得的软磁性塑膜件的热处理温度被增高时，阻抗的降低导致兆赫频带下涡流 损耗的增加。

根据另一种减小兆赫频带下涡流损耗的方法，压模的压粉磁芯的厚度被减 小并且经由绝缘层被层积(例如，参见日本专利申请公开No.11-74140)。

此外，还提出了一种制造软磁性多层膜的方法，其中通过交替形成软磁性 膜和绝缘膜(例如，参见日本专利申请公开No.2000-54083和9-74016号)来 形成软磁性膜和绝缘膜的层积。