[发明专利]MnZn铁氧体磁芯及其制备方法

说明书

一种用于制备在1MHz以上的频率和75mT以下的励磁磁通密度下使用的MnZn铁氧体磁芯的方法，所述MnZn铁氧体包含作为主成分的53‑56摩尔％的Fe(以Fe₂O₃计算)和3‑9摩尔％的Zn(以ZnO计算)，余量为Mn(以MnO计算)，以及相对于总计100质量份的主成分(以氧化物计算)，包含作为副成分的0.05‑0.4质量份的Co(以Co₃O₄计算)，所述方法包括将用于MnZn铁氧体的原料粉末成型以得到坯体的步骤；烧结坯体并且将其冷却至低于150℃的温度以得到MnZn铁氧体的烧结体的步骤；和进行热处理的步骤，所述热处理包括将MnZn铁氧体的烧结体加热至满足200℃以上的条件1和(Tc‑90)℃至(Tc+100)℃的条件2的温度，其中Tc是由在MnZn铁氧体的主成分中含有的Fe₂O₃和ZnO的摩尔百分数计算的居里温度(℃)，将烧结体在上述温度保持预定的时间段，然后将烧结体从保持温度以50℃/小时以下的速度冷却。

发明领域

本发明涉及用于制备在电子器件中使用的MnZn铁氧体磁芯，所述电子器件为在开关式电源等中的功能性元件如变压器、扼流圈(choke coil)等。

发明背景

在电动汽车(EV)、混合动力电动汽车(HEV)、移动通讯设备(手机、智能电话等)、个人电脑、服务器等中，开关式电源用于需要电源的多种电子装置中的电源电路中。

从能量效率的方面来看，最近的电子装置越来越需要变小和轻量化，消耗更少的电力。因此，在电子装置中使用的大规模集成电路(LSI)如数字信号处理器(DSP)、微处理单元(MPU)等以及功能性元件也需要更小并且具有更高的性能和更低的电力消耗。另一方面，最近在LSI中归因于更细布线的晶体管的更高集成度降低了晶体管的击穿电压并且增加了电流消耗，导致工作电压越来越低并且电流越来越大。

用于为LSI提供电力的电源电路如DC-DC转换器也应当适应于LSI的较低电压、较高电流工作。例如，降低LSI的工作电压使可正常工作的电压范围变窄，由于来自电源电路的电压纹波(ripple)而导致LSI的电源电压波动，从而LSI的工作变得不稳定。因此，已经增加了电源电路的开关频率，例如增加至500kHz以上。

在减小构成在电路中使用的电子器件如变压器、扼流圈等的磁芯的尺寸方面，电源电路的较高的频率和电流是有利的。例如，当变压器以正弦波工作时，施加至初级线圈的电压Ep(V)由下式表示：

Ep＝4.44x Np x A x f x Bm x 10^-7，

其中Np表示初级线圈的匝数，A表示磁芯的横截面积(cm²)，f表示频率(Hz)，并且Bm表示励磁磁通密度(mT)。

该式表明，当向初级线圈施加具有较高开关频率f的电压时，磁芯可以具有较小的横截面积A，得到较小的尺寸。此外，较高的电流使最大励磁磁通密度Bm(以下称为“励磁磁通密度”)增大，得到较小的磁芯。

在高频率范围内在高励磁磁通密度下工作的适当小型化的磁芯主要由作为磁性材料的MnZn铁氧体制成。MnZn铁氧体的初始磁导率和饱和磁通密度大于Ni铁氧体等的初始磁导率和饱和磁通密度，并且磁芯损耗小于Fe系非晶形合金、Co系非晶形合金、纯铁以及磁性金属(如Fe-Si、Fe-Ni、Fe-Si-Cr和Fe-Si-Al)的磁芯的磁芯损耗。在抑制电源电路的电力消耗方面，小的磁芯损耗是有利的。常规上已经通过多种手段从晶粒、组成、制备方法等方面降低MnZn铁氧体的磁芯损耗。已知通过减小MnZn铁氧体的晶粒尺寸并且用含有Si和Ca的高电阻晶界相使晶粒绝缘而在高频率范围内有效降低了磁芯损耗。

电源电路可能会经历由构成器件和周边电路的发热导致的高于100℃、环境温度等，使得它们需要可在这样的高温稳定工作。