[发明专利]软磁复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及软磁复合材料及其制备方法。一种制备软磁复合材料的方法包括：制备软磁复合材料的易面磁粉；将易面磁粉和粘结材料按预定配比制成混合浆料；在外磁场中使混合浆料中的易面磁粉的易磁化面取向为平行排列；对混合浆料进行干燥和热压以制成软磁复合材料。制备易面磁粉可包括制备软磁材料的微颗粒，进行热处理以消除应力，进行球磨处理以制备易面磁粉，以及进行洗涤、过滤和干燥。制备易面磁粉也可包括在衬底上沉积牺牲层，在牺牲层上沉积软磁材料层，刻蚀软磁材料层以分成期望尺寸的多个区域，去除牺牲层以剥离软磁材料层，获得易面磁粉，以及对易面磁粉进行洗涤、过滤和干燥。

技术领域

本发明总体上涉及高频软磁材料技术领域，更特别地，涉及能用于兆赫兹以上频段的电磁能量及信号传输和转换应用的高频软磁材料及其制备方法。

背景技术

高频软磁材料是电力和通讯等领域电子设备必不可少的重要基础性材料，在电力设备中的作用是将发电装置上获取的“粗电”通过转化和调节，变成适合用户电子设备用的“精电”。随着智能终端领域、新能源汽车、便携电子装置以及5G设备等的发展和普及，电子设备正在朝向更高工作效率、更低损耗和小型化的方向发展，以适应相关领域技术发展和节能减耗的需求。目前认为，高频化是提高电子设备工作效率，降低损耗最有效的途径。第三代宽禁带(WBG)半导体的出现可使电源设备的工作频率上升至更高的频率，为实现高频化的电子设备提供了进一步的可能。然而，作为电子设备必用的基础性材料，目前商用的软磁材料都不能在该更高频段有效地工作。

根据Snoek法则，对于目前广泛使用的软磁材料，其Snoek乘积[(μ_i-1)·f_r]为定值，其中μ_i为起始磁导率，f_r为自然共振频率(或称为截止频率)。也就是说，随着工作频率f_r的增加，软磁材料的磁导率μ_i会显著下降，使其在高频段下不能有效地工作。因此，传统的软磁材料已经不能满足第三代半导体器件的配套需求。

本申请人在已授权发明专利201910000894.7中提出了一种二维磁矩软磁复合材料，其通过使微粉的磁矩取向在二维平面内，并且使分散在绝缘基质中的二维磁矩微粉取向为使其磁矩分布在二维平面中，可以突破Snoek极限，满足高频应用的需求。不过，这种新材料对制造工艺提出了新的挑战。期望能有一种工艺，能够高效地制备满足上述要求的软磁复合材料，并且适合于工业化的大规模生产。

发明内容

本发明提出的高频软磁复合材料包括易面型软磁材料微粉，例如FeNi材料的易面磁粉，其易磁化方向在易面磁粉的片层平面内，磁粉内磁矩的平面取向度能达到95％以上。由于该软磁材料的易磁化轴只分布在特定的平面内，可以突破Snoek极限，在高频下获得更高的磁导率。在由这种易面磁粉制成的软磁复合材料中，通过使易面磁粉的易磁化面沿外加取向磁场平面平行排列，将会在最终的块体复合材料中沿该平面获得高达30MHz以上的有效工作频率和较高的磁导率。本发明的制造方法能高效率地制备这种易面磁粉，因此非常适合于工业化大规模生产用于高频电子器件的软磁复合材料。

根据一实施例，提供一种制备软磁复合材料的方法，包括：制备软磁材料的易面磁粉，所述磁粉具有易磁化面；将所述软磁复合材料的易面磁粉和粘结材料按预定配比制成混合浆料；在外磁场中使所述混合浆料中的易面磁粉的易磁化面取向为沿所述外磁场平行排列；以及对经外磁场取向后的所述混合浆料进行干燥和热压处理，以制成软磁复合材料。其中，制备软磁复合材料的易面磁粉可包括：制备软磁材料的微颗粒；对所述软磁材料的微颗粒进行热处理以消除应力；对所述软磁材料的微颗粒进行球磨处理以制备易面磁粉；对所述软磁材料的易面磁粉进行洗涤、过滤和干燥。或者，制备软磁材料的易面磁粉可包括：在衬底上沉积牺牲层；在所述牺牲层上沉积软磁材料层；刻蚀所述软磁材料层以将其分成具有期望尺寸的多个区域；去除所述牺牲层以从所述衬底剥离所述软磁材料层，获得所述软磁材料的易面磁粉；以及对所述软磁材料的易面磁粉进行洗涤、过滤和干燥。