CN110998762B - 磁膜 - Google Patents
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Abstract
本公开提供了一种磁膜,所述磁膜包含分布在所述磁膜的相对的第一主表面和第二主表面之间的铁和铜。所述铜在距所述第一主表面的第一深度d1处具有第一原子浓度C1,并且在距所述第一主表面的第二深度d2处具有第二峰值原子浓度C2,d2>d1,C2/C1≥5。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年8月18日提交的美国临时申请序列号62/547,737的优先权,该申请的公开内容全文以引用方式并入本文。
背景技术
可穿戴电子系统诸如智能电话的出现和发展,促成了高效功率存储、功率转换和功率传输方面的技术进步。功率传输应用需要高性能的磁性材料来实现功能,诸如对系统其余部分的杂散射频功率进行电感耦合和电磁干扰屏蔽。
电感耦合是指在两个磁耦合线圈之间的能以相同频率谐振的电能的近场无线传输。电感耦合广泛用于无线电力系统。在该方法中,一个设备中的发射线圈将电力跨短距离传输至其他设备中的接收线圈。线圈之间的电感耦合可以通过使用高磁导率磁性材料来增强。
发明内容
磁膜包含分布在该磁膜的相对的第一主表面和第二主表面之间的铁和铜。铜在距第一主表面的第一深度d1处具有第一原子浓度C1,并且在距第一主表面的第二深度d2处具有第二峰值原子浓度C2,d2>d1,C2/C1≥5。
根据一些实施方案,磁膜包含分布在磁膜的相对的第一主表面和第二主表面之间的铁和铜。铜在相应的第一主表面和第二主表面处具有原子浓度C1和C2,并且在膜的位于第一主表面和第二主表面之间的内部区域中具有峰值原子浓度C3,C3/Cs≥5,Cs是C1和C2中的较大者。
根据一些实施方案,磁膜包括多个互连的通道,这些通道形成导电磁岛状物的二维阵列。这些通道至少部分地抑制由磁场在磁膜内感应的涡电流。每个磁岛状物包括铁和磁岛状物的每个主表面处的铜迁移层,该铜迁移层通过将铜从磁岛状物内部区域迁移到迁移层形成。
根据一些实施方案,磁膜包含含有铁、硅、硼、铌和铜的合金,其中铜的至少一部分已与合金实现相分离,并且从更远离磁膜的第一主表面的磁膜的第一区域迁移到更靠近第一主表面的磁膜的第二区域,从而第二区域具有比第一区域更高的铜原子%浓度。
本申请的这些方面和其他方面根据下面的描述将是显而易见的。然而,在任何情况下都不应将上面的总结理解为是对所要求保护的主题的限制,该主题仅仅由所附权利要求限定。
附图说明
图1A至图1C是根据一些实施方案的磁膜在制造过程的各个阶段的示意图;
图2是示出了图1A和图1B所示的磁膜可用于的无线充电系统的示意图;
图3A是示出了根据一些实施方案的形成包括磁膜的多层构造的过程中几个阶段的流程图;
图3B示出了根据一些实施方案的用于制造磁膜的多阶段热处理,该热处理包括两个N2(氮气)子阶段和一个NH3(氨气)子阶段;
图3C示出了根据一些实施方案的用于制造磁膜的多阶段热处理,该热处理包括三个N2(氮气)子阶段;
图4A描绘了用于制造磁膜的单阶段热处理;
图4B描绘了根据一些实施方案的用于制造磁膜的多阶段热处理,包括NH3子阶段或N2子阶段;
图5A显示了根据一些实施方案的在通过开裂而破碎之前具有迁移区域的磁膜;
图5B显示了根据一些实施方案的在通过开裂而破碎之后具有迁移区域的磁膜;
图6提供了根据一些实施方案的在磁膜的第一表面和第二表面附近的铜的原子%浓度的叠加曲线图;
图7A和图7B是示出了根据一些实施方案的在磁膜的第一表面和第二表面附近的磁膜中铜的示例性组成分布的曲线图;
图8A显示了根据图4A所示的热处理1进行热处理的磁膜样品的透射电子显微镜(TEM)图像;
图8B显示了根据一些实施方案的磁膜样品的TEM图像,该磁膜样品至少包括使用图4B所示的热处理2生产的铁、硅和铜;
图9显示了根据一些实施方案的在磁膜的第一主表面和第二主表面附近的锰分布原子%浓度的叠加曲线图;
图10是示出了根据一些实施方案的磁膜中锰的示例性组成分布的曲线图;
图11显示了根据一些实施方案的在磁膜的第一主表面附近的硼、氮、硅、锰、铁、铜和铌的原子%浓度的叠加曲线图;
图12显示了在图11所示的磁膜的第二主表面附近的硼、氮、硅、锰、铁、铜和铌的原子%浓度的叠加曲线图;
图13显示了根据一些实施方案的在磁膜主表面附近的磁膜区域中硅、铁和铜的原子%浓度的叠加曲线图;
图14包括表示根据一些实施方案的在与第一主表面和/或第二主表面相邻的深度d1中硼、锰和铁的原子%浓度的曲线图;
图15显示了根据一些实施方案的在磁膜主表面附近的硼、氮、硅和铁的原子%浓度的曲线图;
图16显示了根据一些实施方案的在磁膜主表面附近的氮、锰、铁、铜和铌的原子%浓度的曲线图;
图17A是具有直径d和厚度t的磁盘形状的未开裂磁膜的示意图;
图17B是具有直径d和厚度t的磁盘形状的开裂磁膜的示意图;
图18A显示了通过振动样品磁强计(VSM)测试获得的样品磁膜的MH曲线;
图18B显示了图18A的MH曲线的特写;
图19显示了通过连接到矢量网络分析仪(VNA)的同轴波导针对样品磁膜的外加磁场H的多个值测得的相对实磁导率随频率的变化;
图20是显示了样品磁膜的复磁导率的相对实部分量(μ')和虚部分量(μ")随频率变化而变化的曲线图;
图21显示了样品磁膜的比率μ'/μ"随频率的变化;
图22显示了几种磁膜的μ'和μ"随频率变化的叠加曲线图;
图23和图24分别显示了磁膜在50倍和15000倍放大率下的扫描电子显微镜(SEM)图像;
图25是结合有如本文所公开的磁膜的组件的框图;
图26显示了通过使用图25的测试装置进行测量获得的几种磁膜的Q值随频率变化的曲线图;
图27显示了用于对磁膜进行分析的系统的框图;
图28显示了图27所示系统的Tx线圈上的原始铁氧体的磁导率;
图29是用于测量在图27的测试装置中使用的线圈的阻抗的系统的框图;
图30是显示了在40℃下三种磁膜样品类型的接收线圈电流(IRX)与发射线圈电流(ITX)的比率的叠加图的曲线图;
图31是显示了在22.4℃下三种磁膜样品类型的IRX/ITX比率的图的曲线图;
图32是显示了在80℃下三种磁膜样品类型的IRX/ITX比率的图;
图33是显示了图30至图32的叠加图的合并曲线图;
图34是显示了几种磁膜在接收电流为1.5安培时,接收电流与发射电流的比率随温度变化的叠加图的曲线图;
图35是显示了对于磁性堆叠体多层构造,在40℃下,接收线圈的接收功率与发射线圈的发射功率的比率PRX/PTX随PRX变化的叠加图的曲线图;以及
图36是显示了对于磁性堆叠体多层构造,当PRX为约23.5瓦时,接收线圈的接收功率与发射线圈的发射功率的比率PRX/PTX随温度变化的叠加图的曲线图。
图未必按照比例绘制。图中使用的相似数字指代相似的部件。然而,应当理解,在给定图中使用数字指代部件不旨在限制另一图中用相同数字标记的部件。
具体实施方式
本公开涉及软磁膜及其制备方法。诸如本文所描述的那些软磁膜已应用于为诸如移动电话的电子设备供电的电池的无线充电中。例如,磁膜可用于在无线充电期间引导磁场,以屏蔽电池和/或其他电子设备部件免受电磁场影响,减少由磁场感应的涡电流,并且/或者增强无线充电系统的传输效率和/或品质因数。
图1A至图1C是磁膜在如图3A至图3C所示的制造过程200的各个阶段的示意图。图1A是磁膜101的横截面图,该磁膜具有以下更详细描述的材料、磁性和/或功能特征。磁膜101由如图3A的流程图所示的制造过程中的带状物形成310阶段和热处理320阶段形成。在一些具体实施中,在形成磁膜101之后,将膜101破裂成具有随机形状和排布结构的多个碎片。
图1A显示了未开裂的磁膜101的剖视图,图1B显示了破裂的(开裂的)磁膜102的透视图,该破裂的(开裂的)磁膜可具有以下更详细描述的材料、磁性和/或功能特征。图1A显示了未开裂的磁膜101的剖视图,该未开裂的磁膜可具有以下更详细描述的材料、磁性和/或功能特征。开裂的膜102包括多个互连的通道111,这些通道形成导电磁岛状物112的阵列,例如二维或三维阵列。许多通道111可延伸穿过膜102的厚度。通道111和岛状物112被配置为抑制当存在磁场时可能在膜102中产生的涡电流。在一些实施方案中,通道111可被部分地(小于50%)、大量地(大于50%)或甚至完全地(100%)填充有不同于磁岛状物112材料的材料。例如,在一些实施方案中,通道可容纳非导电材料和/或非磁性材料。通道中的材料可以包括例如氧化物和/或粘合剂。图1A所示的未开裂的磁膜101可特别适用于磁屏蔽。图1B所示的开裂的磁膜102可特别适用于无线充电。
用于无线充电和/或磁屏蔽的多层构造可包括一个或多个磁膜,诸如一个或多个膜101和/或一个或多个膜102。图1C描绘了包括磁膜的堆叠体123(例如,2、3、4或5个磁膜,诸如膜101和/或膜102)的这种多层构造。
成品构造103还可包括与堆叠体123的第一表面相邻地设置的粘合剂层122,该粘合剂层用于将多层结构固定到位。粘合剂层122可包括例如压敏粘合剂,并且/或者可具有约5μm的厚度。可移除衬垫121可与粘合剂层122相邻地设置。在一些实施方案中,可移除衬垫是厚度为约50-60μm的透明聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。
根据一些实施方案,多层构造103包括覆盖膜124,诸如黑色PET膜,该膜具有约5μm至约8μm的厚度。可移除保护膜125可设置在覆盖膜124上。例如,保护膜125可以是厚度为约80-90μm的透明PET膜。本文讨论的值和范围仅作为示例提供,其他值也是可能的。
图2是示出了本文所述的磁膜可用于的无线充电系统的示意图。电力发射设备210产生磁场,用于对电力接收设备220进行感应充电。例如,接收设备可以是移动电话或其他便携式电子设备。发射设备210的发射线圈212布置在基底211上,该基底可包括如本文所述的软磁膜。
接收线圈221设置在电力接收设备220内。接收线圈221被电耦合以对电力接收设备220的电池223充电。如本文所讨论的软磁膜222可设置在电池223和接收线圈221之间。
当将交流信号施加到发射线圈212时,发射线圈212在接收线圈221中产生感应电动势(emf)的磁场。接收线圈221中感应的emf为电池223充电。设置在接收线圈221和电池223之间的磁膜222可引导磁膜内的磁场,基本上阻止了接收线圈产生的磁场到达电池和/或由电池供电的电子设备的其他部件,减少在附近的导电材料(诸如电池本身的情况)中感应的涡电流,并且/或者增强充电系统的功率传输。
制备具有高磁导率的磁膜的方法依次包括以下步骤:1)提供包含铁合金的无定形或纳米晶体软磁层;2)在氮气气氛下在第一升高的温度将软磁层加热第一时间间隔;3)在氨气或氮气气氛下在高于第一升高的温度的第二升高的温度将软磁层加热第二时间间隔;并且4)在氮气环境下在高于第二升高的温度的第三升高的温度将软磁层加热第三时间间隔。
图3A是示出了形成包括磁膜的多层构造(诸如图1C所示的多层构造103)的过程中几个阶段的流程图。磁膜通过将沉积在快速旋转的冷却转筒上的熔融材料快速固化而形成310。熔融材料可包括元素的组合,例如包括Fe、Cu、Nb、Si、B和Mn的任何组合。当沉积在冷却转筒上时,熔融材料形成包含熔融材料元素的带状无定形磁膜。在一些实施方案中,无定形磁膜包含74.5原子%的铁、1.0原子%的铜、3.0原子%的铌、15.5原子%的硅和1.5原子%的硼。在一些实施方案中,该膜包含73.6原子%的铁、1.0原子%的铜、3.0原子%的铌、15.5原子%的硅,以及6.9原子%的硼。在一些实施方案中,该磁膜包含镁。在形成后,对磁膜进行热处理320。热处理阶段320可包括几个子阶段。图3B和图3C示出了热处理阶段的两种可能的变型。在热处理阶段320期间,磁膜纳米晶体化为两相结构,该两相结构包括嵌入无定形残余相中的平均直径为约10nm至约20nm的细晶粒。制造过程300的热处理阶段320赋予了增强磁膜功能的各种特征,如下文更详细地讨论。例如,就结合了如图2所示磁膜的无线充电系统的磁膜的电力传输效率而言,通过热处理阶段320赋予磁膜的特征可提高磁膜这方面的性能。
图3B和图3C示出了根据一些实施方案的多阶段热处理。根据一些实施方案,如图3B所示,第一子阶段321包括在第一升高的温度下加热软磁层,包括将温度从室温升高到约520℃,并将软磁层在约520℃下的N2环境中保持约2小时。
第二子阶段322包括在第二升高的温度下加热软磁层,具体方式为将温度从约520℃升高到约580℃,在此期间软磁膜的环境从N2转变为NH3。在温度上升之后,将磁膜在第二升高的温度下保持约2小时。
在第三子阶段323期间,温度从约580℃升高到约600℃。将软磁膜在约600℃下保持约1小时的时间。在第二次加热期间将磁膜的环境改变为NH3的实施方案中,第三次加热将环境改变回N2。在第三次加热之后,使软磁膜冷却。
图3C示出了根据一些实施方案的另一个可能的多阶段热处理。图3C所示的多阶段热处理包括第一子阶段324,其使温度从室温升高到约520℃,并将软磁层在约520℃下的N2环境中保持约2小时。
第二子阶段325在第一子阶段324之后,在第二子阶段期间,温度从520℃升高到约580℃。磁膜在N2环境中在约580℃的温度下加热约2小时。
在第三子阶段326期间,温度从约580℃升高到约600℃。磁膜在N2环境中在约600℃下加热约1小时。在第三子阶段326之后,使磁膜冷却至室温。
可选的层压阶段330在热处理阶段320之后,在该层压阶段期间,将粘合剂膜122和衬垫121层压至磁膜的第一主表面。粘合剂层与衬垫膜的层压可有助于随后的可选图案化子阶段324。
在图案化阶段340期间,磁膜开裂成由通道隔开的碎片。在一些具体实施中,当膜在两个辊之间被压缩时发生开裂。由辊施加到磁膜上的压力将膜压碎成不规则和随机形状的碎片。在一些实施方案中,压碎膜迫使一些粘合剂从粘合剂膜122进入碎片之间的通道。
在可选的第二层压阶段360中,可施用覆盖膜和/或可移除保护膜。
图3B和图3C中概述的热处理阶段320改变了预热处理的磁膜的材料特征。相较于未经过根据图3B和图3C所示方法进行热处理的磁膜,本文所公开的磁膜提供了增强的性能特征。
分析了使用不同工艺形成的磁膜。在以下条件下形成测试的磁膜:1)未进行热处理(在本文中称为“未经处理”);2)在根据图4A所示的时间和温度曲线进行热处理之后(在本文中称为“热处理1”);以及3)在根据图4B所示的时间和温度曲线进行热处理之后(本文中称为“热处理2”)。图4B所示的处理与图3B或图3C所示的多阶段热处理相同。
使用多种分析技术测试如上所述处理的磁膜的材料特性。这些分析技术表明,与未经热处理或已根据图4A所示的处理(热处理1)进行热处理的膜相比,根据图4B所示的处理(热处理2)制成的膜有着明显的变化。观察到的变化包括在磁膜表面的视觉变化、在磁膜表面的材料组成分布的变化,以及磁膜的磁导率的变化等等变化,这些将在下文更详细地讨论。
图5A显示了在通过开裂而破碎之前的磁膜501,并且图5B显示了开裂之后的磁膜502。膜501和膜502可任选地设置在基底上,诸如PET膜(见图1C)或其他类型的基底上。如前所述,在热处理之后,膜可以任选地开裂。如图5B的磁膜502所示,使薄膜开裂会产生由互连的通道527隔开的导电磁岛状物526的二维或三维阵列。通道527和磁岛状物526至少部分地抑制由磁场在磁膜内感应的涡电流。每个磁岛状物526可包括磁膜的材料,诸如铁、铜、硅、硼、锰和铌中的一种或多种。通道527可容纳一种或多种非导电和/或非磁性材料,诸如粘合剂和/或氧化物。
根据一些实施方案,图4B中所示的热处理2可形成磁膜,包括在如图5A和图5B所描绘的磁膜501、502的主表面513、515、523、525附近的一个或多个迁移区域512、514、522、524。例如,在一些实施方案中,磁膜501、502可以包括合金,该合金包含铁、硅、硼、锰、铜和铌中的一种或多种。膜中的至少一种材料可在热处理期间从一个位置迁移到另一个位置,使得迁移区域中材料的原子%浓度改变。材料的迁移改变了迁移区域中材料的原子%浓度,使得迁移区域中材料的原子%浓度与未经受热处理的具有相同组成的比较磁膜中材料的原子%浓度不同。例如,比较膜可以不经处理或可以经受图4A所示的处理而不是热处理。
在一些实施方案中,图4B中所示的热处理可形成磁膜501、502中的Cu迁移区域。图6提供了在磁膜的第一表面和第二表面附近的铜的原子%浓度的叠加曲线图。通过X射线光电子能谱(XPS)分析获得原子%浓度。图6显示了在磁膜的第一主表面和第二主表面的约40nm内的铜分布原子%浓度的曲线图。曲线图611、612分别显示了未经处理的磁膜的第一表面和第二表面附近的铜的原子%浓度分布。曲线图621、622分别显示了在通过图4A所示的热处理1制成之后的磁膜的第一表面和第二表面附近的铜的原子%浓度分布。曲线图631、632显示了在通过图4B所示的热处理2制成的磁膜的第一表面和第二表面的铜的原子%浓度分布。
未经处理的磁膜(611、612)和经热处理1的磁膜(621、622)的曲线图的比较表明,在磁膜的表面附近铜的迁移量相对较小。在未经处理的和经热处理1的磁膜之间,铜的迁移导致磁膜表面处的铜的组成分布的变化相对较小。将未经处理的磁膜(曲线图611、612)或经热处理1的磁膜(曲线图621、622)中的铜的组成分布的曲线图与通过热处理2制成的磁膜(曲线图631、632)进行比较,表明:热处理2会导致大量铜迁移。
返回图5A和图5B,根据一些实施方案,分别显示了未开裂的磁膜501和开裂的磁膜502。磁膜501、502在热处理后可包括Cu迁移层512、514。铜的至少一部分可与合金实现相分离并且从更远离磁膜501、502的第一主表面513、523或第二主表面515、525的磁膜501、502的第一区域511、521迁移到更靠近第一主表面513、523或第二主表面515、525的磁膜501、502的第二区域512、522和/或第三区域514、524。在一些实施方案中,第二区域512、522和/或第三区域514、524可具有比第一区域511、521更高的铜原子%浓度。在一些实施方案中,铜迁移层512、522、514、524在距磁膜501、502的主表面513、515、523、525约17nm至约7nm的深度处可具有铜的峰值原子%浓度。主表面513、515中的一者或两者附近的铜的原子%浓度可以是非线性的。在一些实施方案中,铜从第一区域511、521到第二区域512、522和/或到第三区域514、524的迁移是在热处理2期间磁膜501、502的磁导率增加的至少一部分原因,使得与没有经过根据图4B所示热处理2的多阶段热处理的相同磁膜相比,磁膜501、502具有更大的磁导率。
图7A和图7B是示出了根据一些实施方案的在磁膜的第一表面和第二表面附近的磁膜中铜的示例性组成分布的曲线图。图7A和图7B所示的铜的组成分布针对经过了多阶段热处理(例如,图4B所示的热处理2)的磁膜。根据一些具体实施,经过热处理之后,磁膜至少包括分布在磁膜的相对的第一主表面和第二主表面之间的铜和铁。磁膜也可包括硅、锰、硼、氮和铌中的一种或多种。
如图7A所示,铜在距磁膜的第一主表面的第一深度d1处具有第一原子%浓度C1,并且在距第一主表面的第二深度d2处具有第二峰值原子%浓度C2,其中d2>d1。d2处的铜浓度C2至少是d1处的铜浓度C1的五倍,以使C2/C1≥5。例如,d1可以小于约5nm,或者小于约3nm。根据一些实施方案,d2可以介于约5nm至约20nm之间。
如图7A所示,存在从磁膜的第二主表面测得的第三深度d3处的铜的第三原子%浓度C3。从磁膜的第二主表面测得的第四深度d4处的铜的第四峰值原子%浓度C4,其中d4大于d3,并且C4至少为C3的5倍,使得C4/C3≥5。
例如,d3可以小于约5nm,或者小于约3nm。根据一些实施方案,d4可以介于约5nm至约20nm之间。在一些实施方案中,第一原子%浓度C1可以大约等于第三原子%浓度C3,第二原子%浓度C2可以大约等于第四原子%浓度C4。第一距离d1可以大约等于第三距离d3,并且第二距离d2可以大约等于第四距离d4。在一些实施方案中,d1的值和d3的值彼此相差约5%、约10%、约15%、约20%或约25%。在一些实施方案中,d2的值和d4的值彼此相差约5%、约10%、约15%、约20%或约25%。
根据一些实施方案,如图7B的铜原子%浓度分布所示,已经经过了多阶段热处理(热处理2)的磁膜包括分布在磁膜的相对的第一主表面和第二主表面之间的铜。铜在相应的第一主表面和第二主表面处具有原子浓度C1和C2,并且在膜的位于第一主表面和第二主表面之间的内部区域中具有峰值原子浓度C3。浓度C3至少是Cs的五倍,Cs是C1和C2中的较大者。
在磁膜的样品中,透射电子显微镜图像(TEM)表明多阶段热处理(图4A所示的热处理2)增加了存在于膜的表面的金属铜颗粒的存在。图8A显示了根据图4A所示的热处理1进行热处理的磁膜样品的TEM图像,该磁膜样品至少包含铁、硅和铜。图8B显示了磁膜样品的TEM图像,该磁膜样品至少包含根据图4B所示的热处理2制备的铁、硅和铜。
图8B中磁膜样品的图像显示出分布在磁膜中的基本上结晶的铜颗粒,最大横截面直径小于约50nm、小于约40nm或甚至小于约30nm。铜颗粒可以沿着膜的厚度方向不均匀地分布。在一些实施方案中,XPS和/或TEM分析的回顾表明,铜颗粒分散在磁膜中,使得Cu在距磁膜的主表面约50nm的深度处具有第一峰值原子浓度。
在一些实施方案中,图4B中所示的多阶段热处理2可在磁膜内生成锰迁移区域。图9显示了如通过XPS获得的在磁膜的第一主表面和第二主表面的约20nm内的锰分布原子%浓度的叠加曲线图。
曲线图911、912表示未经处理的磁膜的第一表面和第二表面的锰分布组成。曲线图921、922显示了在经过图4A的热处理1之后的磁膜的第一表面和第二表面的锰分布组成。曲线图931、932显示了在经过图4B的热处理2之后的磁膜的第一表面和第二表面的锰分布组成。曲线图911、912显示了未经处理的磁膜的锰原子%浓度表明未经处理的膜表面中的锰的量非常少。如曲线图921、922所示,在经过图4A所示的热处理1之后,在主表面附近的锰迁移层包括相对少量的锰。曲线图931、932表示在根据图4B的热处理2进行处理之后的磁膜表面附近的锰的量。与未经处理和退火的膜相比,磁膜表面附近迁移区域中的锰的量增加(将曲线图911、912、922、923与曲线图931、932比较)。
我们再次转向图5A和图5B,其分别显示了未开裂的磁膜501和开裂的磁膜502。磁膜501、502可以粘结到基底,诸如图1C的覆盖膜124。在一些实施方案中,在热处理阶段之后,磁膜501、502可包括在磁膜的表面513、515中的一者或者两者附近的锰迁移区域512、514。根据一些实施方案,当根据热处理2进行处理时,锰的至少一部分可能已与合金实现相分离,并从更远离磁膜501、502的第一主表面513、523或第二主表面515、525的磁膜501、502的第一区域511、521迁移到更靠近第一主表面513、523或第二主表面515、525的磁膜501、502的第二区域512、522和/或第三区域514、524。在高磁导率磁膜510、502中,第二区域512、522和/或第三区域514、524具有比第一区域511、521更高的锰原子%浓度。主表面513、515中的一者或两者附近或上的Mn的原子%浓度可以是非线性的。在一些具体实施中,Mn迁移层512、522、514、524可在距主表面约15nm至约2nm之间的深度处(例如,在距磁膜501、502的主表面513、515、523、525约7nm、约5nm或甚至2.5nm处)具有峰值锰浓度。例如,锰迁移层中锰的峰值原子%浓度可大于约3%、大于约5%或甚至大于约9%。根据一些实施方案,锰从第一区域511、521到第二区域512、522和/或到第三区域514、524的迁移是在多阶段热处理2期间磁膜501、502的磁导率增加的至少一部分原因,使得与没有经过热处理或经过根据图4A所示热处理1的热处理的相同磁膜相比,磁膜501、502具有更大的磁导率。
图10是示出了根据一些实施方案的磁膜中锰的示例性组成分布的曲线图。根据一些具体实施,经过图4B所示多阶段热处理之后,磁膜至少包括分布在磁膜的相对的第一主表面和第二主表面之间的锰和铁。磁膜也可包括例如硅、铜、硼、氮和铌和/或其他元素中的一种或多种。
如图10所示,高磁导率磁膜中的锰浓度在距第一主表面的第一深度d1内具有第一峰值原子浓度C1。根据一些实施方案,在贯穿第一深度d1中锰的原子浓度大于约4%,大于约5%,大于约7%或甚至大于约8%。例如,深度d1可以小于约4nm,或者甚至小于约3nm。
根据一些实施方案,磁膜可至少包括分布在磁膜的相对的第一主表面和第二主表面之间的铁和锰。磁膜中的锰在距第一主表面的第一深度d1内具有第一峰值原子浓度C1,并且在距第二主表面的第二深度d2内具有第二峰值原子浓度C2,其中C1和C2均大于约4%。例如,峰值原子%浓度C1和/或C2可大于约5%,大于约7%或甚至大于约8%。根据一些构型,d1和d2的值可能彼此相差约20%。在一些构型中,d1和d2可能均小于约10nm。
图11显示了通过XPS分析获得的在磁膜的第一主表面附近的硼1101、氮1102、硅1103、锰1104、铁1105、铜1106和铌1107的原子%浓度的叠加曲线图。图12显示了通过XPS分析获得的在图11的磁膜的第二主表面附近的硼1201、氮1202、硅1203、锰1204、铁1205、铜1206和铌1207的原子%浓度的叠加曲线图。
在一些实施方案中,磁膜至少包括分布在磁膜的相对的第一主表面和第二主表面之间的铁、硅和铜。图13显示了在磁膜的主表面附近的磁膜的区域中的硅1303、铁1305和铜1306的原子%浓度的叠加曲线图。如由图13的叠加曲线图所示,在该实施方案中,硅的原子%浓度可在距磁膜的主表面的第一深度d1处具有第一峰值原子%浓度C1。铜可在距主表面的第二深度d2处具有第二峰值原子%浓度C2。在一些实施方案中,d1<d2和/或C1>C2。例如,距离d1和d2可在距主表面的约20nm内。铁的原子%浓度可以在主表面与d1之间增加,并且在d1与d2之间大幅增加。
根据一些实施方案,磁膜至少包括分布在磁膜的相对的第一主表面和第二主表面之间的硼、锰和铁。如图14的叠加图所示,在与第一和/或第二主表面相邻的深度d1中,硼1401和铁1405的原子%浓度沿深度d1的厚度方向增加,并且锰在d1内具有第一峰值原子浓度C1。深度d1可沿着磁膜的厚度方向从主表面延伸约20nm。
在一些实施方案中,磁膜至少包括分布在磁膜的相对的第一主表面和第二主表面之间的铁、硅、硼和氮。图15显示了根据一些实施方案的在磁膜的主表面附近的硼1501、氮1502、硅1503和铁1505的原子%浓度的曲线图。如曲线图1502所示,氮的原子%浓度在距主表面第一非零深度d1处具有第一峰值原子浓度C1。在第一深度d1处,磁膜中的硼具有如曲线图1501所示的原子浓度C2,铁具有如曲线图1505所示的原子浓度C3,而硅具有如曲线图1503所示的原子浓度C4。在磁膜的一些实施方案中,C4>C3>C2>C1。例如,深度d1可在主表面的约20nm内。
在一些实施方案中,磁膜至少包括分布在磁膜的相对的第一主表面和第二主表面之间的氮、锰、铁、铜和铌。图16显示了根据一些实施方案的在磁膜主表面附近的氮1602、锰1604、铁1605、铜1606和铌1607的原子%浓度的曲线图。在距主表面的第一深度d1到距第一主表面的第二深度d2之间延伸的第一区域中,锰的原子浓度大于氮、铁、铜和铌的原子浓度。在磁膜的从距主表面的第三深度d3到距主表面的第四深度d4之间延伸的整个第二区域上,锰具有比铁、铜、氮和铌中的每一者都小的原子浓度,其中d4>d3≥d2>d1。
如本文所讨论的由图4B的热处理形成的在磁膜的主表面附近的各种材料的浓度会使膜的磁性产生变化。根据图4A的热处理1制成的磁膜的样品和根据图4B的热处理2制成的磁膜的样品,在将磁膜破碎之前和之后使用振动样品磁强计进行分析。图17A和图17B分别显示了使用振动样品磁强计(VSM)分析的未开裂和开裂的高磁导率磁盘样品。图18A显示了通过VSM测试获得的样品磁膜的MH曲线。
VSM测试仅限于非常低的频率,通常远小于1Hz(下文中的直流)。为了测量材料在工作频率下的磁导率,采用Goldfarb和Bussey的方法通常很有用(《科学仪器评论》,第58卷,第624页,1987年,第624-627页)。该方法通过将同轴波导(磁性材料插入波导短接端)的实测阻抗值与没有样品的同一波导的阻抗值进行比较,从而得出μ'和μ"的值随频率的变化。近年来,这已变成为一种标准的测量方法。是德科技(Keysight Technologies)是销售用于实现此方法的设备的公司之一(Component Test PGU-Kobe,日本兵库县神户市西区室谷1-3-2,651-2241(1-3-2,Murotani,Nishi-ku,Kobe-shi,Hyogo,651-2241 Japan))。在测量中,我们根据Keysight用户指南中的说明操作使用了Keysight“阻抗分析仪E4990A”、“42942A终端适配器”和“16454A磁性材料测试夹具(大)”。我们的环形测试样品的外径为约18mm,内径为约6mm。以下的样品全都是以此构型制备和测量的。
样品A是使用热处理1制成的未开裂的磁膜;
样品B是在第二热循环中使用热处理2在N2环境下制成的未开裂的磁膜;
样品C是在第二热循环中使用热处理2在NH3环境下制成的未开裂的磁膜;
样品D是使用热处理1制成的开裂的磁膜;以及
样品E是在第二热循环中使用热处理2在NH3环境下制成的开裂的磁膜。
图18B显示了图18A的MH曲线的特写。表1中提供了从VSM测试获得的测量数据,使用矢量网络分析仪根据同轴波导数据(其中H场是轴向的)进行的测试,以及基于从VSM测试获得的测量数据来计算的数据。所有直流VSM数据均在测量标签中标有“VSM”,而具有特定频率的数据均来自同轴波导测量。
表1
根据一些实施方案,如图17A所示,磁膜1700至少包括分布在磁膜1700的相对的第一主表面1701和第二主表面1702之间的铁、硅和锰中的一种或多种。图17A所示的磁膜1700为磁盘的形状,具有约6mm的直径d和约20微米的厚度t。如图17B所示,使磁盘1700开裂会产生多个互连的裂纹1721,这些裂纹限定了多个导电磁岛状物1722。对于基本上垂直于磁盘1700的厚度方向(厚度方向是图17A和图17B中的z方向)外加的直流磁场,使膜开裂会使磁盘的测得的直流磁导率改变小于约10%。
例如,对于基本上垂直于磁盘厚度方向外加的直流磁场,磁盘的测得的相对磁导率可以大于约100且小于约500,可以大于约150且小于约400,或者可以大于约200且小于约300。
在一些实施方案中,磁膜1700可具有最小横向尺寸d和最大厚度t,其中比率d/t大于或等于约100。对于基本上沿磁膜1700的横向方向(图17A和图17B中的x方向)外加的直流磁场,使磁膜开裂形成多个导电磁岛状物1722会使磁膜1700的测得的直流磁导率改变小于约10%。
在一些实施方案中,包含分布在磁膜的第一主表面和第二主表面之间的铁、硅和锰的磁膜具有1kHz下的相对复磁导率的实部μ'和饱和磁化强度Ms,其中Ms/μ'≥2.5G。
根据一些具体实施,磁膜1700包括多个互连的通道1721,这些通道形成导电磁岛状物1722的多维阵列。这些通道1721至少部分地抑制由磁场在磁膜1700内感应的涡电流。每个磁岛状物1722包括在该岛状物1722内部具有峰值原子浓度的铜。该膜具有所测量的直流磁导率的实部μ'和基本上沿着磁膜的横向方向外加的直流磁场的矫顽磁力HC。μ'与Hc的比率(μ'/Hc)可以大于约1000Oe-1,大于约2000Oe-1,甚至大于约3000Oe-1。
图19显示了根据针对样品磁膜的外加磁场H的多个值进行的同轴波导和VNA测量,相对实磁导率随频率的变化。在该测试中,使用热处理2制成的磁膜的相对实磁导率的变化对于不同的外加磁场而言变化显著。相比之下,普通膜的相对实磁导率的变化是适度的。在包括由多个互连的通道隔开的多个导电磁岛状物1的磁膜中,这些通道至少部分地抑制了由磁场在磁膜内感应的涡电流。磁膜具有在外加的磁场H和频率f下测得的实际磁导率μ'。而在一些实施方案中,f在约100kHz至约500kHz的范围内,并且H在约0.75Oe至约15Oe的范围内,μ'变化大于约20%、大于约50%、大于约80%或甚至大于约100%。
图20是显示了样品磁膜的复磁导率的相对实部分量(μ')和虚部分量(μ")随频率变化而变化的曲线图。μ"的峰值作为频率的函数出现在频率fg下,在此被称为“中心趋肤深度频率”,在该频率下磁场基本上不再能够穿透到带状物的中心。在频率fg下,仅针对磁膜的表面部分探测材料的铁磁共振频率(FMR)。该频率(以Hz为单位)是磁膜中辐射的趋肤深度变为膜厚度一半时的频率,可使用MKS单位计算为:
其中ρel是磁膜的电阻率,单位为Ω-m,μ0是自由空间的磁导率(4π×10-7H/m),μdc是直流下的相对磁导率,以及d是磁膜的厚度,单位为米。
术语“趋肤深度”是指在具有电阻率ρ、介电常数ε和磁导率μ的材料内的深度,在该深度处,辐射的场强降低到材料外部的场强值的1/e。趋肤深度δ的完整公式如下所示,所有单位均以MKS为单位。
在该公式中ω=2πf,μ=μ0μr,其中μ0是自由空间的磁导率(在MKS系统中为4π×10-7H/m),μr是带状物的相对磁导率,以及ε=ε0εr,其中ε0是自由空间的MKS介电常数,为约8.85pF/m,εr是带状物的相对介电常数。通常,ε中的项足够小,以至于出于实际目的可以忽略。因此,通常的做法是仅使用上述公式中的第一个根来近似δ。当我们提到上述fg公式计算趋肤深度为1/2d时的频率时,遵循此标准做法。
根据一些实施方案,开裂的磁膜至少包含分布在裂纹的相对的第一主表面和第二主表面之间的铁、硅和锰,该裂纹限定了多个导电岛状物,如图17B所示。当开裂的磁膜1700为直径约6mm、厚度约20微米的圆盘形式时,开裂的磁盘1700具有使磁膜中的辐射的趋肤深度变为膜厚度的一半时的频率fgc,该频率至少是磁膜(该膜是未开裂的相同磁膜)中辐射的趋肤深度变为膜厚度一半时的频率fgun的五倍。
如以上讨论的,图21比较了样品A到样品E的比率μ'/μ"随频率的变化。曲线图2101对应于样品D;曲线图2102对应于样品E;曲线图2103对应于样品A,曲线图2104对应于样品B;曲线图2105对应于样品C。如样品E的曲线图2102所示,根据一些实施方案,磁膜包括形成导电磁岛状物的二维阵列的多个互连的通道,其中这些通道至少部分地抑制由磁场在磁膜内感应的涡电流。每个磁岛状物包括在该岛状物内部具有峰值原子浓度的铜。磁膜具有复磁导率,其包括实部μ'、虚部μ"以及比率μ'/μ"。根据一些实施方案,根据本文所公开的实施方案中的磁膜的μ'/μ"在105的频率下在6和14之间(6≤μ'/μ"≤14),并且在约3×105的频率下μ'/μ"≤6。
图22显示了样品D和样品E膜以及比较膜1至4的μ'和μ"与频率的函数关系的叠加曲线图。实线代表每个膜的μ'随频率的变化,虚线代表每个膜的μ"随频率的变化。应当理解,样品E膜比样品D膜表现出更高的磁导率实部和磁导率虚部。样品E膜在1MHz时的磁导率的实部分量可以大于400,大于500,大于750或甚至大于1000。样品E膜在1MHz时的磁导率的复数分量可以大于100,大于200或甚至大于300。
当与制成的其他类型的磁膜相比时,例如使用图4A中所示的热处理1制成的磁膜,使用图4B中所示的热处理2制成的膜表现出不同的开裂行为。图23和图24显示了在第二子阶段期间在NH3环境下使用图4B所示的热处理2制成的磁膜在50倍和15000倍放大率下的扫描电子显微镜(SEM)图像。根据一些实施方案,电磁干扰抑制多层堆叠体包括一个或多个堆叠的磁膜。每个磁膜包括形成导电磁岛状物的二维阵列的多个互连间隙,这些间隙基本上竖直地在磁膜的相对的第一主表面和第二主表面之间延伸,并且至少部分地抑制由磁场在磁膜内感应的涡电流。在一些实施方案中,多个互连间隙中的间隙的最大宽度小于约500nm,或小于约450nm,或小于约400nm,或甚至小于约350nm。
在一些实施方案中,多层堆叠体包括至少两个堆叠的磁膜。另选地,干扰抑制多层堆叠体可包括一个或多个堆叠的重复单元,每个重复单元包括一个或多个堆叠的磁膜中的磁膜和粘合剂层。
测试了结合有如本文所公开的磁膜的组件2500的Q值。在图25的框图中显示了用于测试Q值的组件2500。组件2500包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)支撑膜2501,设置在支撑膜2501上方的利兹线线圈2502,以及设置在线圈2502上方的待测磁膜2503。磁膜2503通过粘合剂2505粘附到金属板2506。金属板2506可以由铝制成并且在一些实施方案中可具有约0.2mm至约1mm的厚度,例如约0.4mm。磁膜2503和金属板2506的尺寸可以是约50mm×约50mm。如图25所示,可以在磁膜2503上设置可选的介电层2504。磁膜2503和金属板2506结构以线圈2502为中心,精度小于约1mm。所使用的线圈2502是购自WURTH Electronics的WE760308111,并且移除了原始铁氧体。线圈2502具有平行的两条导线(利兹线)。在一些实施方案中,多股导线的总直径可以为约1mm,单股导线直径为约80μm。例如,线圈的内径为约20mm,线圈的外径为约43mm,但是其他尺寸也是可以的。线圈的匝数可以是5。根据一些实施方案,线圈的直流电阻为0.0218Ohm。
LS-RS测量是使用Keysight阻抗分析仪E4990A和16047E测试夹具进行的。直流电阻测量使用Keithley(Solon,OH)2400数字源表在4线感应模式下进行。
图26显示了通过使用图25的组件2500进行测量获得的几种磁膜的Q值随频率变化的曲线图。图26中的品质因数取决于构型的几何形状,并且等于2πfL/R,其中L是紧挨着板的线圈的电感,并且R是紧挨着板的线圈的测量电阻。选择R使得总耗散功率=I2R,尽管某些功率损耗可能是由于μ",而不仅仅是由于线圈的电阻。
图26中所示的样品F是包含镍和锌的铁氧体非导电膜,其被包括以用于比较。曲线图2601显示了样品F的Q值随频率的变化。曲线图2603显示了样品E的五层构造的Q值随频率的变化。五层构造中的每个磁膜以NH3作为第二子阶段的环境并使用图4B所示的热处理2制成。曲线图2602显示了样品D的五层构造的Q值随频率的变化。五层构造中的每个磁膜使用图4A中的热处理1制成。用作比较,曲线图2604显示了空线圈的Q值。
根据一些实施方案,在氨气(NH3)或氮气(N2)气氛下在超过530℃的温度对磁膜进行热处理(如图4B所示),并有意使其开裂以形成多个互连的裂纹,这些裂纹基本上覆盖整个磁膜。这些裂纹限定多个导电磁岛状物。通过堆叠五个重复单元来形成磁性堆叠体,每个重复单元包括平均厚度在约15微米至约25微米范围内的磁膜和厚度在约2微米至约10微米范围内的粘合剂层。通过将磁性堆叠体设置在金属板和线圈之间来形成组件。线圈具有在约40mm至约45mm的范围内的外径,在约15mm至约25mm的范围内的内径,并且通过将两条平行的铜线缠绕预选的匝数而形成。每条铜线具有在约0.5mm至约1.5mm范围内的线径。对于通过线圈的在约8毫安至约12毫安的范围内的电流,该组件在约400kHz的频率下具有小于约90的Q值,在约800kHz的频率下具有小于约60的Q值。
例如,在每个重复单元内的磁膜可具有在约16微米至约24微米、或约17微米至约23微米、或约18微米至约22微米、或约18微米至约21微米、或约18微米至约20微米范围内的平均厚度。
每个重复单元内的粘合剂层可具有在约2微米至约8微米、或约3微米至约7微米、或约4微米至约6微米范围内的厚度。在一些实施方案中,每个重复单元内的粘合剂层具有约5微米的厚度。
金属板可以是铝板,具有在约0.2mm至约1mm范围内的厚度,或约0.4mm的厚度。
线圈可具有在约41mm至约44mm或约42mm至约44mm的范围内的外径。在一些具体实施中,线圈具有约43mm的外径。
线圈可具有在约16mm至约24mm的范围内,或在约17mm至约23mm的范围内,或在约18mm至约22mm的范围内,或在约19mm至21mm的范围内的内径。例如,线圈的内径可为约20mm。
预选的匝数可在2至10之间,或在3至8之间,或在4至7之间,或在4至6之间。在一些实施方案中,预选的匝数是5。
铜线直径可在约0.6mm至约1.4mm的范围内,或在约0.7mm至约1.3mm之间,或在约0.8mm至约1.2mm之间,或在约0.9mm至约1.1mm之间。例如,铜线直径可以是约1mm。在一些实施方案中,铜线可以是具有约1mm直径的绝缘线和具有约80微米直径的铜芯导体。
对于通过线圈的在约9毫安至约11毫安范围内的电流,在400kHz的频率下,Q值可小于约90。对于通过线圈的在约9毫安至约11毫安范围内的电流,在800kHz的频率下,Q值可小于约60。
根据一些实施方案,对于通过线圈的约10毫安的电流,Q值在约400kHz的频率下可小于约90并且/或者在约800kHz的频率下可小于约60。
根据一些实施方案,对于通过线圈的约10毫安的电流,Q值在约400kHz的频率下可小于约80并且/或者在约800kHz的频率下可小于约55。
根据一些实施方案,对于通过线圈的约10毫安的电流,Q值在约400kHz的频率下可小于约70并且/或者在约800kHz的频率下可小于约50。
对于通过线圈的约10毫安的电流,Q值在约400kHz的频率下可小于约65并且/或者Q值在约800kHz的频率下可小于约45。
线圈可具有在约2mm至约3mm的范围内,或在约2.2mm至约2.8mm之间,或在约2.4mm至约2.6mm之间的厚度。
磁性堆叠体可进一步包括设置在五个重复单元上的介电覆盖层。介电覆盖物可具有在约2至10微米的范围内,或在约3至9微米的范围内,或在约2至10微米的范围内的厚度。
磁膜的系统级性能可由使用如图27的框图所示的测试装置获得,该测试装置模拟了无线充电应用。在发射侧,发射线圈(Tx)以铁氧体层为中心,而铁氧体层以铝散热器为中心,如图所示。发射线圈、铁氧体和散热器可在XY平面内移动并锁定在Z方向上。
接收侧包括待测的磁膜构造、在磁膜构造上的粘合剂层,该粘合剂层将磁膜粘附到铝板上。使用导热粘合剂将铝板附接到加热器上。热电偶与加热器紧密热接触。磁膜(和接收侧的其他层)以接收线圈(Rx)为中心,精度小于或等于1mm。接收侧(接收线圈、磁膜、膜上的粘合剂层、铝板、导热粘合剂和加热器)锁定在XY平面中,并且可在Z方向上移动。接收侧上的总构造在XY平面上的横截面尺寸可为例如约50mm×50mm。测试装置的示例性尺寸如图27所示,但可使用其他值。
Tx和Rx线圈是购自沃思电子有限公司(WURTH Electronics,Inc)的WE760308111线圈。这些线圈由利兹线缠绕,并具有两根平行的导线。例如匝数可以是N=5。不带绝缘层的单线尺寸可能为约1mm,带绝缘层的尺寸可能为约1.2mm。这些导线是多股的,股直径为约80μm。线圈的直流电阻为约0.0218Ohm。购买时,线圈包括铁氧体层,该铁氧体层在用于Rx线圈时被移除。如图27所示,将带有原始铁氧体的Tx线圈安装在散热器上。Tx线圈上原始铁氧体的磁导率如图28所示,其中曲线图2801是磁导率的实部分量,而曲线图2802是磁导率的虚部分量。
使用图29中所示的带有Keysight E4980A LCR测量仪和阻抗评估测试夹具16047E的装置,在包含线圈引线的情况下测量线圈的阻抗:L=6.0767μH,Rac=54.93mOhm@128kHz。
发射线圈的总接线阻抗:TX线圈—L为约217nH,R为约13mOhm@128kHz;RX负载—L为约180nH,R为约12mOhm@128kHz;接收器负载(电阻)阻抗:R=10.23Ohm,X=<60mOhm@128kHz。接收线圈“看到”的包括导线和负载电阻在内的总阻抗为R=10.24Ohm,X=83.3mOhm@128kHz。
使用图27至图29的测试装置测量的量包括:
电流振幅I(主谐波)
电压振幅V(主谐波)
测试信号为正弦波,导通时间为230μs(最大电流/功率至TX),截止时间为20ms(无电流/功率至TX),开/关电流比率>=300@I=5安培(振幅)
TX电流/功率控制的信号发生器(SG)振幅为约2+/-0.3dBm,放大器增益变化以达到所需的电流/功率。
每个新样品的XY位置被调整为在TX电流振幅为约0.4-0.5安培时达到最大Irx。
将温度控制为优于设定值的<3%。达到设定温度10分钟后,进行温度测量(T>23℃)。
使用的设备包括:
Stanford Research任意函数发生器,DS345
Stanford Research脉冲延迟发生器,DG 535
Amplifier Research高功率放大器,100A250A
Tektronix示波器,TDS 3014B
·Tektronix电流探头,P6022
·Tektronix电压探头,P6138
温度测量与控制
·测量—带有Keithley 2000和2000-SCAN Keithley Switch万用表的K型热电偶
·温度控制—购自Omega Engineering(美国康涅狄格州大街800号,诺华克5N01室,邮编06854(800Connecticut Ave,Suite 5N01,Norwalk,CT 06854))的柔性加热器KHLV-202/10,具有源表Keithley 2400
表2显示了使用图27至图29的测试系统获得的样品D、样品E和样品F膜在各种温度下的Rx电流、Rx功率、Rx/Tx电流和Rx/Tx功率。
表2
图30是显示了表2中所示的三种样品类型在40℃下的接收线圈电流(IRX)与发射线圈电流(ITX)电流比率的叠加图的曲线图。图30至图33显示了在各个温度下使用D型和E型磁膜样品的五层构造的IRX/ITX数据。
根据一些实施方案,在氨气气氛下在超过530℃的温度对磁膜进行热处理,并有意使其开裂以形成多个互连的裂纹,这些裂纹基本上覆盖整个磁膜。这些裂纹限定多个导电磁岛状物。可通过堆叠五个重复单元来形成磁性堆叠体,每个重复单元包括磁膜和粘合剂层。每个磁膜可具有在约18微米至约22微米的范围内的平均厚度,并且每个粘合剂层可具有在约4微米至约6微米的范围内的厚度。通过将磁性堆叠体设置在金属板和接收线圈之间来形成接收器组件。接收线圈具有在约42mm至约44mm的范围内的外径,在约19mm至约21mm的范围内的内径,并且通过将两条平行的绝缘铜线缠绕4至6匝而形成。每条绝缘铜线具有在约0.9mm至约1.1mm的范围内的线径,铜芯直径为约80微米。接收线圈端接约9.7Ohm至约10.7Ohm的负载电阻。通过将发射线圈设置在具有约2mm至约3mm范围内的厚度的参考磁膜上来形成发射组件。发射线圈可以基本上与接收线圈相同。参考磁膜包括电绝缘磁性材料,该材料包括具有实部μ'和虚部μ"的复磁导率。例如,在128kHz下,μ'可以在约640至约710的范围内,并且μ"<10。接收组件设置在发射组件上,其中接收线圈面朝发射线圈并且与发射线圈间隔开约4.5mm至5.5mm范围内的间隔距离。发射线圈中流动的电流ITX在负载电阻中感应电流IRX,其中,当IRX为约2安培并且磁性堆叠体的温度为约40℃时,IRX/ITX会大于或等于约0.245。
根据一些实施方案,当IRX为约2安培并且磁性堆叠体的温度为约40℃时,IRX/ITX大于或等于约0.26。
在一些实施方案中,参考磁膜是铁氧体膜。在一些实施方案中,参考磁膜是包含了镍和锌的铁氧体膜。
图31是显示图30中的样品类型在22.4℃下的IRX/ITX比率的图的曲线图。图32是图30中的样品类型在80℃下的IRX/ITX比率的图。图33是显示了图30至图32的叠加图的合并曲线图。表2和图30至图33表明了包含多层磁膜样品类型E的构造的温度稳定性。在一些实施方案中,当磁性堆叠体的温度在约35℃至约45℃的范围内,并且ITX被改变以使IRX从约0.5安培变化至约2安培,IRX/ITX比率变化不超过约10%,或不超过约5%,或不超过约4%。
根据包括多层磁膜样品E的磁性堆叠体构造表现出的行为,在一些实施方案中,当磁性堆叠体的温度为约40℃,并且ITX被改变以使IRX从约0.5安培变化至约2安培时,IRX/ITX保持大于约0.27,并且变化不超过约3%,或不超过约2%。
图34是显示了5层磁性堆叠体样品E、5层磁性堆叠体样品D和铁氧体层(样品F)在接收电流为1.5安培时,接收电流与发射电流的比率随温度变化的叠加图的曲线图。在指定的温度范围内,堆叠体样品E表现出更高的接收电流与发射电流的比率。
根据一些实施方案,在氨气气氛下在超过530℃的温度对磁膜进行热处理,并有意使其开裂以形成多个互连的裂纹,这些裂纹基本上覆盖整个磁膜,这些裂纹限定多个导电磁岛状物。通过堆叠五个重复单元来形成磁性堆叠体,每个重复单元包括平均厚度在约18微米至约22微米范围内的磁膜和厚度在约4微米至约6微米范围内的粘合剂层。通过将磁性堆叠体设置在金属板和接收线圈之间来形成接收器组件。接收线圈具有在约42mm至约44mm的范围内的外径,在约19mm至约21mm的范围内的内径,并且通过将两条平行的绝缘铜线缠绕4至6匝而形成。每条绝缘铜线具有在约0.9mm至约1.1mm的范围内的线径,铜芯直径为约80微米。接收线圈端接约9.7Ohm至约10.7Ohm的负载电阻。通过将发射线圈设置在具有约2mm至约3mm范围内的厚度的参考磁膜上来形成发射组件,发射线圈基本上与接收线圈相同。参考磁膜包括具有复磁导率的电绝缘磁性材料,该复磁导率包括实部μ'和虚部μ",其中在128kHz下,μ'在约640至约710的范围内,并且μ"<10。接收组件设置在发射组件上,其中接收线圈面朝发射线圈并且与发射线圈间隔开约4.5mm至5.5mm范围内的间隔距离。在发射线圈中流动的电流ITX在负载电阻中感应电流IRX。根据一些具体实施,当IRX为约1.5安培并且磁性堆叠体的温度为约80℃时,IRX/ITX≥0.18。根据一些实施方案,当IRX为约1.5安培并且磁性堆叠体的温度为约80℃时,IRX/ITX≥0.265。
图35是显示了对于包括样品类型E和样品类型D以及铁氧体磁膜样品F的磁性堆叠体多层构造,在40℃下,接收线圈的接收功率与发射线圈的发射功率的比率PRX/PTX随PRX变化的叠加图的曲线图。根据一些构型,在氨气气氛下在超过530℃的温度对磁膜进行热处理,并有意使其开裂以形成多个互连的裂纹,这些裂纹基本上覆盖整个磁膜,这些裂纹限定多个导电磁岛状物。通过堆叠五个重复单元来形成磁性堆叠体构造,每个重复单元包括平均厚度在约18微米至约22微米范围内的磁膜和厚度在约4微米至约6微米范围内的粘合剂层。通过将磁性堆叠体设置在金属板和接收线圈之间来形成接收组件,该接收线圈具有在约42mm至约44mm的范围内的外径,在约19mm至约21mm的范围内的内径,并且通过将两条平行的绝缘铜线缠绕4至6匝而形成。每条绝缘铜线具有在约0.9mm至约1.1mm的范围内的线径,铜芯直径为约80微米。接收线圈端接约9.7Ohm至约10.7Ohm的负载电阻。通过将发射线圈设置在具有约2mm至约3mm范围内的厚度的参考磁膜上来形成发射组件。发射线圈可以基本上与接收线圈相同。参考磁膜包括具有复磁导率的电绝缘磁性材料,该复磁导率包括实部μ'和虚部μ",在128kHz下,μ'在约640至约710的范围内,并且μ"<10。接收组件设置在发射组件上,其中接收线圈面朝发射线圈并且与发射线圈间隔开约4.5mm至5.5mm范围内的间隔距离。传递到发射线圈的功率PTX感应传输到负载电阻的功率PRX。根据一些实施方案,当PRX为约40W并且磁性堆叠体的温度为约40℃时,PRX/PTX大于或等于约0.45,或者大于或等于约0.50。
图36是显示了对于包括样品类型E和样品类型D以及铁氧体磁膜样品F的磁性堆叠体多层构造,当PRX为约23.5瓦时,接收线圈的接收功率与发射线圈的发射功率的比率PRX/PTX随温度变化的叠加图的曲线图。
根据一些实施方案,在氨气气氛下在超过530℃的温度对磁膜进行热处理,并有意使其开裂以形成多个互连的裂纹,这些裂纹基本上覆盖整个磁膜,这些裂纹限定多个导电磁岛状物。通过堆叠五个重复单元来形成磁性堆叠体,每个重复单元包括平均厚度在约18微米至约22微米范围内的磁膜和厚度在约4微米至约6微米范围内的粘合剂层。通过将磁性堆叠体设置在金属板和接收线圈之间来形成接收组件,该接收线圈具有在约42mm至约44mm范围内的外径,在约19mm至约21mm的范围内的内径,并且通过将两条平行的绝缘铜线缠绕4至6匝而形成,每条绝缘铜线具有在约0.9mm至约1.1mm范围内的线径,铜芯直径为约80微米,接收线圈端接约9.7Ohm至约10.7Ohm的负载电阻。通过将发射线圈设置在具有约2mm至约3mm范围内的厚度的参考磁膜上来形成发射组件,该发射线圈基本上与接收线圈相同,该参考磁膜包括具有复磁导率的电绝缘磁性材料,该复磁导率包括实部μ'和虚部μ",在128kHz下,μ'在约640至约710的范围内,并且μ"<10。接收组件设置在发射组件上,其中接收线圈面朝发射线圈并且与发射线圈间隔开约4.5mm至5.5mm范围内的间隔距离。当PRX为约23.5W并且磁性堆叠体的温度为约80℃时,传递到发射线圈的功率PTX感应传输到负载电阻的功率PRX,PRX/PTX大于或等于约0.35,或者甚至大于或等于约0.52。
本公开中讨论的项目包括以下项目:
项目1.一种磁膜,包含分布在磁膜的相对的第一主表面和第二主表面之间的铁和铜,该铜在距第一主表面的第一深度d1处具有第一原子浓度C1,并且在距第一主表面的第二深度d2处具有第二峰值原子浓度C2,d2>d1,C2/C1≥5。
项目2.根据项目1所述的磁膜,其中d1<5nm。
项目3.根据项目1所述的磁膜,其中d1<3nm。
项目4.根据项目1所述的磁膜,其中5nm<d2<20nm。
项目5.根据项目1所述的磁膜,其中铜在距第二主表面的第三深度d3处具有第三原子浓度C3,并且在距第二主表面的第四深度d4处具有第四峰值原子浓度C4,d4>d3,C4/C3≥5。
项目6.根据项目5所述的磁膜,其中d1和d3彼此相差20%。
项目7.根据项目5所述的磁膜,其中d2和d4彼此相差20%。
项目8.根据项目1至7中任一项所述的磁膜,还包含硅。
项目9.一种磁膜,包含分布在磁膜的相对的第一主表面和第二主表面之间的铁和铜,该铜在相应的第一主表面和第二主表面处具有原子浓度C1和C2,并且在膜的位于所述第一主表面和所述第二主表面之间的内部区域中具有峰值原子浓度C3,C3/Cs≥5,Cs是C1和C2中的较大者。
项目10.一种磁膜,包括形成导电磁岛状物的二维阵列的多个互连的通道,这些通道至少部分地抑制由磁场在磁膜内感应的涡电流,每个磁岛状物包括铁和磁岛状物的每个主表面处的铜迁移层,铜迁移层通过将铜从磁岛状物的内部区域迁移到所述迁移层而形成。
项目11.一种磁膜,包含含有铁、硅、硼、铌和铜的合金,其中铜的至少一部分已与合金实现相分离,并且从更远离磁膜的第一主表面的磁膜的第一区域迁移到更靠近第一主表面的磁膜的第二区域,使得第二区域具有比所述第一区域更高的铜原子%浓度。
项目12.根据项目11所述的磁膜,至少部分地由于铜从第一区域向第二区域的迁移而具有较大的磁导率。
项目13.一种磁膜,包含铁、硅和分布在其中的多个铜颗粒,其中铜颗粒在磁膜的厚度方向上不均匀地分布。
项目14.根据项目13所述的磁膜,其中铜颗粒的平均尺寸小于约50nm。
项目15.根据项目13至14中任一项所述的磁膜,其中铜颗粒基本上是结晶的。
项目16.一种磁膜,包含分散在其中的多个铜颗粒,使得铜在自磁膜的第一主表面起并且远离第一主表面约50nm的深度内具有第一峰值原子浓度。
项目17.一种磁膜,包含分布在磁膜的相对的第一主表面和第二主表面之间的铁和锰,锰在距第一主表面的第一深度d1内具有第一峰值原子浓度C1,其中在贯穿第一深度中锰的原子浓度大于约4%。
项目18.根据项目17所述的磁膜,其中d1<4nm。
项目19.根据项目17所述的磁膜,其中d1<3nm。
项目20.根据项目17至19中任一项所述的磁膜,其中C1>5%。
项目21.根据项目17至19中任一项所述的磁膜,其中C1>7%。
项目22.根据项目17至19中任一项所述的磁膜,其中C1>8%。
项目23.根据项目17至22中任一项所述的磁膜,其中锰在距第二主表面的第二深度d2内具有第二峰值原子浓度C2,其中贯穿第二深度中锰的原子浓度大于约4%。
项目24.根据项目23所述的磁膜,其中d1和d2彼此相差20%。
项目25.根据项目23所述的磁膜,其中C2>7%。
项目26.根据项目17至25中任一项所述的磁膜,还包含硅。
项目27.一种磁膜,包含分布在磁膜的相对的第一主表面和第二主表面之间的铁和锰,锰在距第一主表面的第一深度内具有第一峰值原子浓度C1,并且在距第二主表面的第二深度内具有第二峰值原子浓度C2,其中C1和C2均大于约4%。
项目28.根据项目27所述的磁膜,其中d1和d2均小于约10nm。
项目29.一种电磁干扰抑制膜,包括具有结合到其上的导电软磁材料层的基底,其中导电软磁材料层包括通过互连间隙的网络彼此隔开的多个导电软磁岛状物,每个磁岛状物包括铁和与所述磁岛状物的每个主表面相邻的区域,并且沿所述区域的厚度方向具有不均匀的锰原子浓度。
项目30.一种磁膜,包含含有铁、硅、硼、铌和锰的合金,其中锰的至少一部分从更远离磁膜的第一主表面的磁膜的第一区域迁移到更靠近第一主表面的磁膜的第二区域,使得第二区域具有比第一区域更高的锰原子%浓度。
项目31.根据项目30所述的磁膜,至少部分地由于锰从第一区域向第二区域的迁移而具有较大的磁导率。
项目32.一种磁膜,包含分布在磁膜的相对的第一主表面和第二主表面之间的铁、铜、氮、铌和锰,在磁膜的从距第一主表面的第一深度d1到距第一主表面的第二深度d2之间延伸的整个第一区域上,锰具有比铁、铜、氮和铌中的每一者都大的原子浓度,在磁膜的从距第一主表面的第三深度d3到距第一主表面的第四深度d4之间延伸的整个第二区域上,锰具有比铁、铜、氮和铌中的每一者都小的原子浓度,其中d4>d3≥d2>d1。
项目33.一种磁膜,包含分布在磁膜的相对的第一主表面和第二主表面之间的铁、硅和铜,硅在距第一主表面的第一深度d1处具有第一峰值原子浓度C1,铜在距第一主表面的第二深度d2处具有第二峰值原子浓度C2,其中d1<d2,并且C1>C2。
项目34.一种磁膜,包含分布在磁膜的相对的第一主表面和第二主表面之间的铁、硼和锰,使得在与第一主表面相邻的第一区域中,铁和硼的原子浓度沿着第一区域的厚度方向增加,并且锰具有第一峰值原子浓度C1。
项目35.一种磁膜,包含分布在磁膜的相对的第一主表面和第二主表面之间的铁、硅和锰,使得在与第一主表面相邻的第一区域中,铁和硼的原子浓度沿着第一区域的厚度方向增加,并且锰具有第一峰值原子浓度C1。
项目36.一种磁膜,包含分布在磁膜的相对的第一主表面和第二主表面之间的铁、硅、硼和氮,氮在距第一主表面的第一非零深度d1处具有第一峰值原子浓度C1,其中在第一深度d1处,硼具有原子浓度C2,铁具有原子浓度C3并且硅具有原子浓度C4,并且其中C4>C3>C2>C1。
项目37.一种制造具有高磁导率的磁膜的方法,依次包括以下步骤:
提供包含铁合金的纳米晶体软磁层;
在氮气气氛下在第一升高的温度将软磁层加热第一时间间隔;
在氨气或氮气气氛下在高于第一升高的温度的第二升高的温度将软磁层加热第二时间间隔;以及
在氮气气氛下在高于第二升高的温度的第三升高的温度将软磁层加热第三时间间隔。
项目38.根据项目37所述的方法,其中在氨气气氛下进行在第二升高的温度下将软磁层加热第二时间间隔。
项目39.根据项目37所述的方法,其中在氮气气氛下进行在第二升高的温度下将软磁层加热第二时间间隔。
项目40.一种磁膜,包含分布在磁膜的相对的第一主表面和第二主表面之间的铁、硅和锰,使得当磁膜为直径约6mm并且厚度约20微米的圆盘形式时,使磁盘开裂以形成多个互连的裂纹,这些裂纹限定多个导电磁岛状物,对于基本上垂直于磁盘的厚度方向施加的直流磁场,使磁盘开裂会使磁盘的测得的直流磁导率改变小于约10%。
项目41.根据项目40所述的磁膜,其中对于基本上垂直于磁盘的厚度方向外加的直流磁场,磁盘的测得的直流磁导率大于100并且小于500。
项目42.根据项目40所述的磁膜,其中对于基本上垂直于磁盘的厚度方向外加的直流磁场,磁盘的测得的直流磁导率大于150并且小于400。
项目43.根据项目40所述的磁膜,其中对于基本上垂直于磁盘的厚度方向外加的直流磁场,磁盘的测得的直流磁导率大于200并且小于300。
项目44.一种磁膜,包含分布在所述磁膜的相对的第一主表面和第二主表面之间的铁、硅和锰,磁膜具有最小横向尺寸d和最大厚度h,d/h≥100,使得对于基本上沿磁膜的横向方向施加的直流磁场,使磁膜开裂而形成多个导电磁岛状物会使磁膜的测得的直流磁导率改变小于约10%。
项目45.一种磁膜,包含分布在所述磁膜的相对的第一主表面和第二主表面之间的铁、硅和锰,磁膜具有在1kHz下的相对磁导率μ'和饱和磁化强度M,M/μ'≥2.5G。
项目46.一种磁膜,包含形成导电磁岛状物的二维阵列的多个互连的通道,这些通道至少部分地抑制由磁场在磁膜内感应的涡电流,每个磁岛状物包括在该岛状物内部具有峰值原子浓度的铜,对于基本上沿磁膜的横向方向外加的直流磁场,该磁膜包括相应的测得的直流磁导率μ'和矫顽磁力HC,μ'/Hc≥1000Oe-1。
项目47.一种磁膜,包括由多个互连的通道隔开的多个导电磁岛状物,这些通道至少部分地抑制由磁场在所述磁膜内感应的涡电流,所述磁膜具有在外加磁场H和频率f下测得的相对磁导率μ',使得对于在约100kHz至约500kHz的范围内的f以及在约0.75Oe至约15Oe的范围内的H,μ'变化大于约20%。
项目48.一种磁膜,至少包含分布在所述磁膜的相对的第一主表面和第二主表面之间的铁、硅和锰,磁膜具有多个互连的裂纹,这些裂纹限定了多个导电岛状物,其中磁场基本上不再能够穿透到膜的中心的中心趋肤深度频率fg至少是不包括限定多个导电岛状物的多个互连的裂纹的相同磁膜的中心趋肤深度频率fgun的五倍。
项目49.一种磁膜,包括形成导电磁岛状物的二维阵列的多个互连的通道,这些通道至少部分地抑制由磁场在磁膜内感应的涡电流,每个磁岛状物包括在该岛状物内部具有峰值原子浓度的铜,该磁膜包括具有实部μ'和虚部μ"的复磁导率,在105Hz的频率下6≤μ'/μ"≤14,并且在3×105Hz的频率下μ'/μ"≤6。
项目50.一种磁膜,在超过530℃的温度在氨气或氮气气氛下对磁膜进行热处理,并有意使其开裂以形成多个互连的裂纹,这些裂纹基本上覆盖整个磁膜,裂纹限定多个导电磁岛状物,使得当通过堆叠五个重复单元来形成磁性堆叠体时,每个重复单元包括平均厚度在约15微米至约25微米范围内的磁膜和厚度在约2微米至约10微米范围内的粘合剂层,并且通过将磁性堆叠体设置在金属板和线圈之间来形成组件,线圈具有在约40mm至约45mm范围内的外径,在约15mm至约25mm范围内的内径,并且通过将两条平行的铜线缠绕预定的匝数而形成,每条铜线具有在约0.5mm至约1.5mm范围内的线径,对于通过线圈的在约8毫安至约12毫安的范围内的电流,组件在约400kHz的频率下具有小于约90的Q值并且在约800kHz的频率下具有小于约60的Q值。
项目51.根据项目50所述的磁膜,其中每个重复单元中的磁膜具有在约16微米至约24微米范围内的平均厚度。
项目52.根据项目50所述的磁膜,其中每个重复单元中的磁膜具有在约17微米至约23微米范围内的平均厚度。
项目53.根据项目50所述的磁膜,其中每个重复单元中的磁膜具有在约18微米至约22微米范围内的平均厚度。
项目54.根据项目50所述的磁膜,其中每个重复单元中的磁膜具有在约18微米至约21微米范围内的平均厚度。
项目55.根据项目50所述的磁膜,其中每个重复单元中的磁膜具有在约18微米至约20微米范围内的平均厚度。
项目56.根据项目50所述的磁膜,其中每个重复单元中的粘合剂层具有在约2微米至约8微米范围内的厚度。
项目57.根据项目50所述的磁膜,其中每个重复单元中的粘合剂层具有在约3微米至约7微米范围内的厚度。
项目58.根据项目50所述的磁膜,其中每个重复单元中的粘合剂层具有在约4微米至约6微米范围内的厚度。
项目59.根据项目50所述的磁膜,其中每个重复单元中的粘合剂层具有约5微米的厚度。
项目60.根据项目50所述的磁膜,其中金属板是具有在约0.2mm至1mm范围内的厚度的铝板。
项目61.根据项目50所述的磁膜,其中金属板是具有0.4mm的厚度的铝板。
项目62.根据项目50所述的磁膜,其中线圈具有在约41mm至约44mm范围内的外径。
项目63.根据项目50所述的磁膜,其中线圈具有在约42mm至约44mm范围内的外径。
项目64.根据项目50所述的磁膜,其中线圈具有约43mm的外径。
项目65.根据项目50所述的磁膜,其中线圈具有在约16mm至约24mm范围内的内径。
项目66.根据项目50所述的磁膜,其中线圈具有在约17mm至约23mm范围内的内径。
项目67.根据项目50所述的磁膜,其中线圈具有在约18mm至约22mm范围内的内径。
项目68.根据项目50所述的磁膜,其中线圈具有在约19mm至约21mm范围内的内径。
项目69.根据项目50所述的磁膜,其中线圈具有约20mm的内径。
项目70.根据项目50所述的磁膜,其中预定的匝数在2至10之间。
项目71.根据项目50所述的磁膜,其中预定的匝数在3至8之间。
项目72.根据项目50所述的磁膜,其中预定的匝数在4至7之间。
项目73.根据项目50所述的磁膜,其中预定的匝数在4至6之间。
项目74.根据项目50所述的磁膜,其中预定的匝数为5。
项目75.根据项目50所述的磁膜,其中铜线直径在约0.6mm至约1.4mm的范围内。
项目76.根据项目50所述的磁膜,其中铜线直径在约0.7mm至约1.3mm的范围内。
项目77.根据项目50所述的磁膜,其中铜线直径在约0.8mm至约1.2mm的范围内。
项目78.根据项目50所述的磁膜,其中铜线直径在约0.9mm至约1.1mm的范围内。
项目79.根据项目50所述的磁膜,其中铜线直径为约1mm。
项目80.根据项目50所述的磁膜,其中铜线是具有约1mm直径的绝缘线和具有约80微米直径的铜芯导体。
项目81.根据项目50所述的磁膜,其中对于通过线圈的在约9毫安至约11毫安的范围内的电流,Q值在约400kHz的频率下小于约90,并且Q值在约800kHz的频率下小于约60。
项目82.根据项目50所述的磁膜,其中对于通过线圈的为约10毫安的电流,Q值在约400kHz的频率下小于约90,并且Q值在约800kHz的频率下小于约60。
项目83.根据项目50所述的磁膜,其中对于通过线圈的为约10毫安的电流,Q值在约400kHz的频率下小于约80,并且Q值在约800kHz的频率下小于约55。
项目84.根据项目50所述的磁膜,其中对于通过线圈的为约10毫安的电流,Q值在约400kHz的频率下小于约70,并且Q值在约800kHz的频率下小于约50。
项目85.根据项目50所述的磁膜,其中对于通过线圈的为约10毫安的电流,Q值在约400kHz的频率下小于约65,并且Q值在约800kHz的频率下小于约45。
项目86.根据项目50所述的磁膜,其中线圈具有在约2mm至约3mm范围内的厚度。
项目87.根据项目50所述的磁膜,其中线圈具有在约2.2mm至约2.8mm范围内的厚度。
项目88.根据项目50所述的磁膜,其中线圈具有在约2.4mm至约2.6mm范围内的厚度。
项目89.根据项目50所述的磁膜,其中磁性堆叠体还包括设置在五个重复单元上的介电覆盖层,该介电覆盖层具有在约2至10微米范围内的厚度。
项目90.根据项目50所述的磁膜,其中磁性堆叠体还包括设置在五个重复单元上的介电覆盖层,该介电覆盖层具有在约3至9微米范围内的厚度。
项目91.根据项目50所述的磁膜,其中磁性堆叠体还包括设置在五个重复单元上的介电覆盖层,该介电覆盖层具有在约2至10微米范围内的厚度。
项目92.一种电磁干扰抑制多层堆叠体,包括一个或多个堆叠的磁膜,每个磁膜包括形成导电磁岛状物的二维阵列的多个互连间隙,这些间隙基本上竖直地在磁膜的相对的第一主表面和第二主表面之间延伸,并且至少部分地抑制由磁场在磁膜内感应的涡电流,多个互连间隙中的间隙的最大宽度小于约500nm。
项目93.根据项目92所述的电磁干扰抑制多层堆叠体,包括至少两个堆叠的磁膜。
项目94.根据项目92所述的电磁干扰抑制多层堆叠体,包括一个或多个堆叠的重复单元,每个重复单元包括一个或多个堆叠的磁膜中的磁膜和粘合剂层。
项目95.根据项目92至94中任一项所述的电磁干扰抑制多层堆叠体,其中多个互连间隙中的间隙的最大宽度小于约450nm。
项目96.根据项目92至94中任一项所述的电磁干扰抑制多层堆叠体,其中多个互连间隙中的间隙的最大宽度小于约400nm。
项目97.根据项目92至94中任一项所述的电磁干扰抑制多层堆叠体,其中多个互连间隙中的间隙的最大宽度小于约350nm。
项目98.一种磁膜,在氨气气氛下在超过530℃的温度对磁膜进行热处理,并有意使其开裂以形成多个互连的裂纹,这些裂纹基本上覆盖整个磁膜,这些裂纹限定多个导电磁岛状物,使得:
通过堆叠五个重复单元来形成磁性堆叠体,每个重复单元包括平均厚度在约18微米至约22微米范围内的磁膜和厚度在约4微米至约6微米范围内的粘合剂层;
通过将磁性堆叠体设置在金属板和接收线圈之间来形成接收组件,接收线圈具有在约42mm至约44mm范围内的外径,在约19mm至约21mm的范围内的内径,并且通过将两条平行的绝缘铜线缠绕4至6匝而形成,每条绝缘铜线具有在约0.9mm至约1.1mm范围内的线径,铜芯直径为约80微米,接收线圈端接约9.7Ohm至约10.7Ohm的负载电阻;
通过将发射线圈设置在具有约2mm至约3mm范围内的厚度的参考磁膜上来形成发射组件,发射线圈基本上与接收线圈相同,参考磁膜包括具有复磁导率的电绝缘磁性材料,复磁导率包括实部μ'和虚部μ",在128kHz下,μ'在约640至约710的范围内,并且μ"<10;以及
接收组件设置在发射组件上,其中接收线圈面朝发射线圈并且与发射线圈间隔开约4.5mm至5.5mm范围内的间隔距离,发射线圈中流动的电流ITX在负载电阻中感应电流IRX,当IRX为约2安培并且磁性堆叠体的温度为约40℃时,IRX/ITX≥0.245。
项目99.根据项目98所述的磁膜,其中当IRX为约2安培并且磁性堆叠体的温度为约40℃时,IRX/ITX≥0.245。
项目100.根据项目98所述的磁膜,其中参考磁膜包括铁氧体。
项目101.根据项目98所述的磁膜,其中参考磁膜包括含有镍和锌的铁氧体。
项目102.一种磁膜,在氨气下在超过530℃的温度对磁膜进行热处理,并有意使其开裂以形成多个互连的裂纹,这些裂纹基本上覆盖整个磁膜,这些裂纹限定多个导电磁岛状物,使得:
通过堆叠五个重复单元来形成磁性堆叠体,每个重复单元包括平均厚度在约18微米至约22微米范围内的磁膜和厚度在约4微米至约6微米范围内的粘合剂层;
通过将磁性堆叠体设置在金属板和接收线圈之间来形成接收组件,接收线圈具有在约42mm至约44mm范围内的外径,在约19mm至约21mm的范围内的内径,并且通过将两条平行的绝缘铜线缠绕4至6匝而形成,每条绝缘铜线具有在约0.9mm至约1.1mm范围内的线径,铜芯直径为约80微米,接收线圈端接约9.7Ohm至约10.7Ohm的负载电阻;
通过将发射线圈设置在具有约2mm至约3mm范围内的厚度的参考磁膜上来形成发射组件,发射线圈基本上与接收线圈相同,参考磁膜包括具有复磁导率的电绝缘磁性材料,复磁导率包括实部μ'和虚部μ",在128kHz下,μ'在约640至约710的范围内,并且μ"<10;以及
接收组件设置在发射组件上,其中接收线圈面朝发射线圈并且与发射线圈间隔开约4.5mm至5.5mm范围内的间隔距离,发射线圈中流动的电流ITX在负载电阻中感应电流IRX,使得当磁性堆叠体的温度在约35℃至约45℃的范围内,并且ITX被改变以使IRX从约0.5安培变化至约2安培时,IRX/ITX变化不超过约10%。
项目103.根据项目102所述的磁膜,其中当磁性堆叠体的温度为约40℃,并且ITX被改变以使IRX从约0.5安培变化至约2安培时,IRX/ITX变化不超过约5%。
项目104.根据项目102所述的磁膜,其中当磁性堆叠体的温度为约40℃,并且ITX被改变以使IRX从约0.5安培变化至约2安培时,IRX/ITX变化不超过约4%。
项目105.根据项目102所述的磁膜,其中当磁性堆叠体的温度为约40℃,并且ITX被改变以使IRX从约0.5安培变化至约2安培时,IRX/ITX保持大于约0.27,并且变化不超过约3%。
项目106.根据项目102所述的磁膜,其中当磁性堆叠体的温度为约40℃,并且ITX被改变以使IRX从约0.5安培变化至约2安培时,IRX/ITX保持大于约0.27,并且变化不超过约2%。
项目107.一种磁膜,在氨气气氛下在超过530℃的温度对磁膜进行热处理,并有意使其开裂以形成多个互连的裂纹,这些裂纹基本上覆盖整个磁膜,这些裂纹限定多个导电磁岛状物,使得:
通过堆叠五个重复单元来形成磁性堆叠体,每个重复单元包括平均厚度在约18微米至约22微米范围内的磁膜和厚度在约4微米至约6微米范围内的粘合剂层;
通过将磁性堆叠体设置在金属板和接收线圈之间来形成接收组件,接收线圈具有在约42mm至约44mm范围内的外径,在约19mm至约21mm的范围内的内径,并且通过将两条平行的绝缘铜线缠绕4至6匝而形成,每条绝缘铜线具有在约0.9mm至约1.1mm范围内的线径,铜芯直径为约80微米,接收线圈端接约9.7Ohm至约10.7Ohm的负载电阻;
通过将发射线圈设置在具有约2mm至约3mm范围内的厚度的参考磁膜上来形成发射组件,发射线圈基本上与接收线圈相同,参考磁膜包括具有复磁导率的电绝缘磁性材料,复磁导率包括实部μ'和虚部μ",在128kHz下,μ'在约640至约710的范围内,并且μ"<10;以及
接收组件设置在发射组件上,其中接收线圈面朝发射线圈并且与发射线圈间隔开约4.5mm至5.5mm范围内的间隔距离,发射线圈中流动的电流ITX在负载电阻中感应电流IRX,当IRX为约1.5安培并且磁性堆叠体的温度为约80℃时,IRX/ITX≥0.18。
项目108.一种磁膜,在氨气气氛下在超过530℃的温度对磁膜进行热处理,并有意使其开裂以形成多个互连的裂纹,这些裂纹基本上覆盖整个磁膜,这些裂纹限定多个导电磁岛状物,使得:
通过堆叠五个重复单元来形成磁性堆叠体,每个重复单元包括平均厚度在约18微米至约22微米范围内的磁膜和厚度在约4微米至约6微米范围内的粘合剂层;
通过将磁性堆叠体设置在金属板和接收线圈之间来形成接收组件,接收线圈具有在约42mm至约44mm范围内的外径,在约19mm至约21mm的范围内的内径,并且通过将两条平行的绝缘铜线缠绕4至6匝而形成,每条绝缘铜线具有在约0.9mm至约1.1mm范围内的线径,铜芯直径为约80微米,接收线圈端接约9.7Ohm至约10.7Ohm的负载电阻;
通过将发射线圈设置在具有约2mm至约3mm范围内的厚度的参考磁膜上来形成发射组件,发射线圈基本上与接收线圈相同,参考磁膜包括具有复磁导率的电绝缘磁性材料,复磁导率包括实部μ'和虚部μ",在128kHz下,μ'在约640至约710的范围内,并且μ"<10;以及
接收组件设置在发射组件上,其中接收线圈面朝发射线圈并且与发射线圈间隔开约4.5mm至5.5mm范围内的间隔距离,传递到发射线圈的功率PTX感应传输到负载电阻的功率PRX,当PRX为约40W并且磁性堆叠体的温度为约40℃时,PRX/PTX≥0.45。
项目109.一种磁膜,在氨气气氛下在超过530℃的温度对该磁膜进行热处理,并有意使其开裂以形成多个互连的裂纹,这些裂纹基本上覆盖整个磁膜,这些裂纹限定多个导电磁岛状物,使得:
通过堆叠五个重复单元来形成磁性堆叠体,每个重复单元包括平均厚度在约18微米至约22微米范围内的磁膜和厚度在约4微米至约6微米范围内的粘合剂层;
通过将磁性堆叠体设置在金属板和接收线圈之间来形成接收组件,接收线圈具有在约42mm至约44mm范围内的外径,在约19mm至约21mm的范围内的内径,并且通过将两条平行的绝缘铜线缠绕4至6匝而形成,每条绝缘铜线具有在约0.9mm至约1.1mm范围内的线径,铜芯直径为约80微米,接收线圈端接约9.7Ohm至约10.7Ohm的负载电阻;
通过将发射线圈设置在具有约2mm至约3mm范围内的厚度的参考磁膜上来形成发射组件,发射线圈基本上与接收线圈相同,参考磁膜包括具有复磁导率的电绝缘磁性材料,复磁导率包括实部μ'和虚部μ",在128kHz下,μ'在约640至约710的范围内,并且μ"<10;以及
接收组件设置在发射组件上,其中接收线圈面朝发射线圈并且与发射线圈间隔开约4.5mm至5.5mm范围内的间隔距离,传递到发射线圈的功率PTX感应传输到负载电阻的功率PRX,当PRX为约23.5W并且磁性堆叠体的温度为约80℃时,PRX/PTX≥0.35。
除非另外指明,否则本说明书和权利要求书中所使用的表达特征尺寸、量和物理特性的所有数在所有情况下均应理解成由术语“约”修饰。因此,除非有相反的说明,否则在上述说明书和所附权利要求书中列出的数值参数均为近似值,这些近似值可根据本领域的技术人员利用本文所公开的教导内容来寻求获得的期望特性而变化。由端点表述的数值范围的使用包括该范围内的所有数字(例如,1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4和5)以及该范围内的任何范围。
这些实施方案的各种修改和更改对于本领域的技术人员将是显而易见的,并且应当理解,该公开的范围不限于本文所阐述的例示性实施方案。例如,读者应当认为一个公开的实施方案中的特征部也可应用于所有其他公开的实施方案,除非另外指明。
Claims (5)
1.一种磁膜,包含分布在所述磁膜的相对的第一主表面和第二主表面之间的铁和铜,所述铜在距所述第一主表面的第一深度d1处具有第一原子浓度C1,并且在距所述第一主表面的第二深度d2处具有第二峰值原子浓度C2,d2>d1,C2/C1≥5,其中所述磁膜包括形成导电磁岛状物的二维阵列的多个互连的通道,所述通道至少部分地抑制由磁场在所述磁膜内感应的涡电流,每个磁岛状物包括铁和所述磁岛状物的每个主表面处的铜迁移层,所述铜迁移层通过将铜从所述磁岛状物的内部区域迁移到所述迁移层而形成。
2.一种磁膜,包含分布在所述磁膜的相对的第一主表面和第二主表面之间的铁和铜,所述铜在相应的第一主表面和第二主表面处具有原子浓度C1和C2,并且在所述膜的位于所述第一主表面和所述第二主表面之间的内部区域中具有峰值原子浓度C3,C3/Cs≥5,Cs是C1和C2中的较大者,其中所述磁膜包括形成导电磁岛状物的二维阵列的多个互连的通道,所述通道至少部分地抑制由磁场在所述磁膜内感应的涡电流,每个磁岛状物包括铁和所述磁岛状物的每个主表面处的铜迁移层,所述铜迁移层通过将铜从所述磁岛状物的内部区域迁移到所述迁移层而形成。
3.根据权利要求1所述的磁膜,包含含有铁、硅、硼、铌和铜的合金,其中所述铜的至少一部分已与所述合金实现相分离,并且从更远离所述磁膜的第一主表面的所述磁膜的第一区域迁移到更靠近所述第一主表面的所述磁膜的第二区域,使得所述第二区域具有比所述第一区域更高的铜原子%浓度。
4.根据权利要求1所述的磁膜,包含铁、硅和分布在其中的多个铜颗粒,其中所述铜颗粒在所述磁膜的厚度方向上不均匀地分布。
5.根据权利要求1所述的磁膜,包含分散在其中的多个铜颗粒,使得所述铜在自所述磁膜的第一主表面起并且远离所述第一主表面约50nm的深度内具有第一峰值原子浓度。
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