TWI591657B - 混合磁性粉末和使用混合磁性粉末的電子元件 - Google Patents

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Description

混合磁性粉末和使用混合磁性粉末的電子元件
本發明是有關於一種用於製造電子元件的混合磁性粉末；特別是一種用於製造電感的混合磁性粉末。
由於電子技術的進步和市場的發展趨勢，促使電感元件朝向高頻化、小型化和低功耗的目標發展。將不同的磁性粉末混合再透過壓力成型製程形成磁性體或磁芯用於製造電感元件的技術已為人所熟知。磁性粉末可由軟磁材料和含有黏著材料的軟磁粉末混合物所製成，然後再將這種含有磁性粉末和黏著材料的混合物經由壓力成型製程形成磁性體或磁芯。
一般而言，壓力成型製程的成型壓力越大，磁芯的堆積密度(bulk density)和導磁率(permeability)越大；然而，增加成型壓力對於磁芯密度的提高有其限度，如果壓力過大會導致內部絕緣材料的損壞，而殘餘應力也會造成磁芯的變形。
此外，傳統的磁性粉末係由單一粒徑分佈或是不同硬度的磁性粉末混合而成，已知用於製造前述磁性電子元件之磁芯的一種軟磁材料，包含單一粒徑分佈的磁性粉末，以及由不同硬度的磁性粉末所組成的混合物，這種磁性粉末混合物可以有限度地降低磁性體或磁芯的堆積密度；因此，如何改進磁芯的堆積密度及初始導磁率而不需較高的成型壓力，已為目前相關業界努力的目標。
本發明提出了一種含有混合磁性粉末的軟磁材料，其中混合磁性粉末係由不同粒徑分佈的磁性粉末混合而成，可用於製成高堆積密度和導磁率的磁性體或磁芯。
在本發明的一實施例，揭露了一種用於製造磁性體或磁芯的混合磁性粉末，其中混合磁性粉末包含：第一磁性粉末和第二磁性粉末，其中第一磁性粉末和第二磁性粉末係由相同的軟磁材料製成，其中第一磁性粉末之中位粒徑(D50)和第二磁性粉末之中位粒徑(D50)的比值介於5~12，其中第一磁性粉末之重量為第一磁性粉末和第二磁性粉末之總重量的50~90%，第二磁性粉末之重量為第一磁性粉末和第二磁性粉末之總重量的10~50%。
在本發明的一實施例，所述混合磁性粉末係由非晶質合金粉末製成。
在本發明的一實施例，所述的非晶質合金粉末的奈米壓痕硬度大於或等於7Gpa。
在本發明的一實施例，第一磁性粉末之中位粒徑(D50)和第二磁性粉末之中位粒徑(D50)的比值介於6~9。
在本發明的一實施例，第一磁性粉末之中位粒徑(D50)和第二磁性粉末之中位粒徑(D50)的比值介於10~12。
在本發明的一實施例，第一磁性粉末之重量為混合磁性粉末之總重量的80%，第二磁性粉末之重量為混合磁性粉末之總重量的20%。
在本發明的一實施例，第一磁性粉末之重量為第一磁性粉末和第二磁性粉末之總重量的70%，第二磁性粉末之重量為第一磁性粉末和第二磁性粉末之總重量的30%。
在本發明的一實施例，所述混合磁性粉末係由非晶質合金粉末製成；當第一磁性粉末與第二磁性粉末的中位粒徑比值大於8.97，其中第一磁性粉末與第二磁性粉末的重量比值為6:4；當第一磁性粉末與第二磁性粉末的中位粒徑比值小於8.97，其中第一磁性粉末與第二磁性粉末的重量比值為7:3。
在本發明的一實施例，第一磁性粉末的中位粒徑(D50)介於17~36微米(μm)，第二磁性粉末的中位粒徑(D50)介於1.0~3.5微米(μm)。
在本發明的一實施例，第一磁性粉末的中位粒徑(D50)介於20~34微米(μm)，第二磁性粉末的中位粒徑(D50)介於1.8~3.2微米(μm)。
在本發明的一實施例，第一磁性粉末的中位粒徑(D50)介於17~20微米(μm)，第二磁性粉末的中位粒徑(D50)介於1.0~1.8微米(μm)。
在本發明的一實施例，第一磁性粉末的中位粒徑(D50)介於17~36微米(μm)，第二磁性粉末的中位粒徑(D50)介於1.0~3.5微米(μm)；第一磁性粉末的第10百分位粒徑(D10)介於8~26微米(μm)，第二磁性粉末的第10百分位粒徑(D10)介於0.5~1.7微米(μm)；第一磁性粉末的第90百分位粒徑(D90)介於30~52微米(μm)，第二磁性粉末的第90百分位粒徑(D90)介於2.8~5.6微米(μm)。
在本發明的一實施例，第一磁性粉末的中位粒徑(D50)介於20~34微米(μm)，第二磁性粉末的中位粒徑(D50)介於1.8~3.2微米(μm)；第一磁性粉末的第10百分位粒徑(D10)介於10~23微米(μm)，第二磁性粉末的第10百分位粒徑(D10)介於1.0~1.7微米(μm)；第一磁性粉末的第90百分位粒徑(D90)介於36~52微米(μm)，第二磁性粉末的第90百分位粒徑(D90)介於3.5~5.6微米(μm)。
在本發明的一實施例，第一磁性粉末的中位粒徑(D50)介於17~20微米(μm)，第二磁性粉末的中位粒徑(D50)介於1.0~1.8微米(μm)；第一磁性粉末的第10百分位粒徑(D10)介於8~10微米(μm)，第二磁性粉末的第10百分位粒徑(D10)介於0.5~1.0微米(μm)；第一磁性粉末的第90百分位粒徑(D90)介於30~36微米(μm)，第二磁性粉末的第90百分位粒徑(D90)介於2.8~3.5微米(μm)。
在本發明的一實施例，第一磁性粉末之中位粒徑(D50)的粉末顆粒量和第10百分位粒徑(D10)的粉末顆粒量的比值大於2，第一磁性粉末之中位粒徑(D50)的粉末顆粒量和第90百分位粒徑(D90)的粉末顆粒量的比值大於1；第二磁性粉末之中位粒徑(D50)的粉末顆粒量和第10百分位粒徑(D10)的粉末顆粒量的比值大於2，第二磁性粉末之中位粒徑(D50)的粉末顆粒量和第90百分位粒徑(D90)的粉末顆粒量的比值大於1。
在本發明的一實施例，第一磁性粉末之中位粒徑(D50)和第二磁性粉末之中位粒徑(D50)的比值介於10~12，第一磁性粉末之中位粒徑(D50)的粉末顆粒量和第10百分位粒徑(D10)的粉末顆粒量的比值大於3，第一磁性粉末之中位粒徑(D50)的粉末顆粒量和第90百分位粒徑(D90)的粉末顆粒量的比值大於1.5；以及，其中第二磁性粉末之中位粒徑(D50)的粉末顆粒量和第10百分位粒徑(D10)的粉末顆粒量的比值大於3，第二磁性粉末之中位粒徑(D50)的粉末顆粒量和第90百分位粒徑(D90)的粉末顆粒量的比值大於1.3。
在本發明的一實施例，所述混合磁性粉末係由鐵粉末製成。
在本發明的一實施例，所述混合磁性粉末係由非晶質合金粉末製成，其中第一磁性粉末的組成成分包含重量百分比(wt%)為0.5~1.0%的碳(C)、6.2~7.2%的矽(Si)、0~3.0%的鉻(Cr)、2.2~2.8%的硼(B)、和剩餘比例的鐵(Fe)，其中0%小於5000ppm；以及，第二磁性粉末的組成成分包含重量百分比(wt%)為0.5~1.0%的碳(C)、5.7~7.7%的矽(Si)、0~3.0%的鉻(Cr)、2.0~3.0%的硼(B)、和剩餘比例的鐵(Fe)，其中0%小於10000ppm。
在本發明的一實施例，提出了一種用於製造磁芯或磁性體的方法；所述方法包括：製備第一磁性粉末和第二磁性粉末，其中第一磁性粉末和第二磁性粉末係由相同的材料製成，其中第一磁性粉末的平均粒徑大於第二磁性粉末的平均粒徑，其中第一磁性粉末之中位粒徑(D50)和第二磁性粉末之中位粒徑(D50)的比值介於5~12，其中第一磁性粉末之中位粒徑(D50)的粉末顆粒量和第10百分位粒徑(D10)的粉末顆粒量的比值大於2，第一磁性粉末之中位粒徑(D50)的粉末顆粒量和第90百分位粒徑(D90)的粉末顆粒量的比值大於1；以及，其中第二磁性粉末之中位粒徑(D50)的粉末顆粒量和第10百分位粒徑(D10)的粉末顆粒量的比值大於2，第二磁性粉末之中位粒徑(D50)的粉末顆粒量和第90百分位粒徑(D90)的粉末顆粒量的比值大於1；將所述第一磁性粉末和第二磁性粉末以及黏著材料混合，其中黏著材料的重量為第一磁性粉末和第二磁性粉末之總重量的1~5%；以及進行一壓力成型製程，將含有第一磁性粉末、第二磁性粉末和黏著材料的混合物製成磁芯。
在本發明的一實施例，所述黏著材料為熱固性樹脂(thermoset resin)。
在本發明的一實施例，所述第一磁性粉末和第二磁性粉末係由非晶質合金製成，其中非晶質合金粉末的奈米壓痕硬度大於或等於7Gpa。
在本發明的一實施例，其中壓力成型製程的成型壓力為0.5噸每平方公分至4噸每平方公分。
在本發明的一實施例，所述混合磁性粉末係由非晶質合金粉末製成 ，其中第一磁性粉末的組成成分包含重量百分比(wt%)為0.5~1.0%的碳(C)、6.2~7.2%的矽(Si)、0~3.0%的鉻(Cr)、2.2~2.8%的硼(B)、和剩餘比例的鐵(Fe)，其中0%小於5000ppm；以及，第二磁性粉末的組成成分包含重量百分比(wt%)為0.5~1.0%的碳(C)、5.7~7.7%的矽(Si)、0~3.0%的鉻(Cr)、2.0~3.0%的硼(B)、和剩餘比例的鐵(Fe)，其中0%小於10000ppm。
本發明提出了一種電子元件，包含：一磁性體，磁性體包含：第一磁性粉末和第二磁性粉末，其中第一磁性粉末和第二磁性粉末係由相同的軟磁材料製成，其中第一磁性粉末之中位粒徑(D50)和第二磁性粉末之中位粒徑(D50)的比值介於5~12，其中第一磁性粉末之重量為第一磁性粉末和第二磁性粉末之總重量的60~90%，第二磁性粉末之重量為第一磁性粉末和第二磁性粉末之總重量的10~40%；一黏著材料用以聯結第一磁性粉末和第二磁性粉末；以及一導線。依據本發明的一實施例，導線包括被埋入磁性體中的一埋入部或是位於磁性體中的一線圈部。依據本發明的一實施例，磁性體係由壓力成型製程製成，其中壓力成型製程的成型壓力為6噸每平方公分至11噸每平方公分。在一實施例，成型壓力為6噸每平方公分至11噸每平方公分。
在本發明的一實施例，其中第一磁性粉末與第二磁性粉末的較佳重量比值為7:3。因此，對於前述第一磁性粉末之中位粒徑(D50)和第二磁性粉末之中位粒徑(D50)的比值而言，具有上述較佳重量比值的第一磁性粉末與第二磁性粉末可用於製成高堆積密度和初始導磁率的磁性體。
為使本發明上述及其他之特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
為使本發明上述及其他之特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
為便於說明，在下文說明中所述的D10，D50和D90係用於說明磁性粉末的粒徑分佈。其中粒徑分佈係為樣品的累計粒度分佈百分數，D10意指累計粒度分佈達到10%時所對應的粒徑。D10意指粒徑小於D10所對應的粒徑的磁性粉末顆粒占磁性粉末顆粒總數量的10%，D50意指粒徑小於D50所對應的粒徑的磁性粉末顆粒占磁性粉末顆粒總數量的50%，D90意指粒徑小於D90所對應的粒徑的磁性粉末顆粒占磁性粉末顆粒總數量的90%。
第1圖繪示本發明軟磁材料的一實施例的微結構的放大圖；請參閱第1圖，所述軟磁材料包含：第一磁性粉末10和第二磁性粉末20，其中第一磁性粉末10的平均粒徑大於第二磁性粉末20的平均粒徑，其中第一磁性粉末之中位粒徑(D50)和第二磁性粉末之中位粒徑(D50)的比值介於5~12，第一磁性粉末之中位粒徑(D50)的粉末顆粒量和第10百分位粒徑(D10)的粉末顆粒量的比值大於2，第一磁性粉末之中位粒徑(D50)的粉末顆粒量和第90百分位粒徑(D90)的粉末顆粒量的比值大於1；第二磁性粉末之中位粒徑(D50)的粉末顆粒量和第10百分位粒徑(D10)的粉末顆粒量的比值大於2，第二磁性粉末之中位粒徑(D50)的粉末顆粒量和第90百分位粒徑(D90)的粉末顆粒量的比值大於1。較佳地，第一磁性粉末之中位粒徑(D50)和第二磁性粉末之中位粒徑(D50)的比值介於6~9，其中第一磁性粉末之中位粒徑(D50)的粉末顆粒量和第10百分位粒徑(D10)的粉末顆粒量的比值大於3，第一磁性粉末之中位粒徑(D50)的粉末顆粒量和第90百分位粒徑(D90)的粉末顆粒量的比值大於1.5；第二磁性粉末之中位粒徑(D50)的粉末顆粒量和第10百分位粒徑(D10)的粉末顆粒量的比值大於3，第二磁性粉末之中位粒徑(D50)的粉末顆粒量和第90百分位粒徑(D90)的粉末顆粒量的比值大於1.3。更佳地，第一磁性粉末之中位粒徑(D50)和第二磁性粉末之中位粒徑(D50)的比值介於10~12，其中第一磁性粉末之中位粒徑(D50)的粉末顆粒量和第10百分位粒徑(D10)的粉末顆粒量的比值大於3，第一磁性粉末之中位粒徑(D50)的粉末顆粒量和第90百分位粒徑(D90)的粉末顆粒量的比值大於1.5；以及其中第二磁性粉末之中位粒徑(D50)的粉末顆粒量和第10百分位粒徑(D10)的粉末顆粒量的比值大於3，第二磁性粉末之中位粒徑(D50)的粉末顆粒量和第90百分位粒徑(D90)的粉末顆粒量的比值大於1.3。
在本發明的一實施例，第一磁性粉末10與第二磁性粉末20的重量比值為9:1，其意指第一磁性粉末10佔軟磁材料的總重量的90%，第二磁性粉末20佔軟磁材料的總重量的10%(其中軟磁材料係由第一磁性粉末10和第二磁性粉末20混合成的混合磁性粉末)。較佳地，第一磁性粉末10與第二磁性粉末20的重量比值為8:2，其意指第一磁性粉末10佔軟磁材料的總重量的80%，第二磁性粉末20佔軟磁材料的總重量的20%。更佳地，第一磁性粉末10與第二磁性粉末20的重量比值為7:3，其意指第一磁性粉末10佔軟磁材料的總重量的70%，第二磁性粉末20佔軟磁材料的總重量的30%。
在本發明的一實施例，其中第一磁性粉末的中位粒徑(D50)介於17~36微米(μm)，第二磁性粉末的中位粒徑(D50)介於1.0~3.5微米(μm)；第一磁性粉末的第10百分位粒徑(D10)介於8~26微米(μm)，第二磁性粉末的第10百分位粒徑(D10)介於0.5~1.7微米(μm)；第一磁性粉末的第90百分位粒徑(D90)介於30~52微米(μm)，第二磁性粉末的第90百分位粒徑(D90)介於2.8~5.6微米(μm)。
在本發明的一實施例，較佳地，第一磁性粉末的中位粒徑(D50)介於20~34微米(μm)，第二磁性粉末的中位粒徑(D50)介於1.8~3.2微米(μm)；第一磁性粉末的第10百分位粒徑(D10)介於10~23微米(μm)，第二磁性粉末的第10百分位粒徑(D10)介於1.0~1.7微米(μm)；第一磁性粉末的第90百分位粒徑(D90)介於36~52微米(μm)，第二磁性粉末的第90百分位粒徑(D90)介於3.5~5.6微米(μm)。
在本發明的一實施例，更佳地，第一磁性粉末的中位粒徑(D50)介於17~20微米(μm)，第二磁性粉末的中位粒徑(D50)介於1.0~1.8微米(μm)；第一磁性粉末的第10百分位粒徑(D10)介於8~10微米(μm)，第二磁性粉末的第10百分位粒徑(D10)介於0.5~1.0微米(μm)；第一磁性粉末的第90百分位粒徑(D90)介於30~36微米(μm)，第二磁性粉末的第90百分位粒徑(D90)介於2.8~3.5微米(μm)。
在本發明的一實施例，第一磁性粉末與第二磁粉末的粒徑分佈包括：第一磁性粉末之中位粒徑(D50)的粉末顆粒量(Qd50)和第10百分位粒徑(D10)的粉末顆粒量(Qd10)的比值大於2，其意指第一磁性粉末的(Qd50/ Qd10)大於2；第一磁性粉末之中位粒徑(D50)的粉末顆粒量(Qd50)和第90百分位粒徑(D90)的粉末顆粒量(Qd90)的比值大於1，其意指第一磁性粉末的(Qd50/ Qd90)大於1；以及第二磁性粉末之中位粒徑(D50)的粉末顆粒量(Qd50)和第10百分位粒徑(D10)的粉末顆粒量(Qd10)的比值大於2，其意指第二磁性粉末的(Qd50/ Qd10)大於2；第二磁性粉末之中位粒徑(D50)的粉末顆粒量(Qd50)和第90百分位粒徑(D90)的粉末顆粒量(Qd90)的比值大於1，其意指第二磁性粉末的(Qd50/ Qd90)大於1。
基於前述的說明，第一磁性粉末10和第二磁性粉末20可依據上述的重量比混合在一起，藉由上述第一磁性粉末10和第二磁性粉末20的特殊粒徑分佈，第二磁性粉末20能夠容易地填入第一磁性粉末10的之粉末顆粒間的空隙，相較於習知技術，本發明可藉此提高混合磁性粉末的堆積密度。
在本發明的一實施例，第一磁性粉末10和第二磁性粉末20的材質包括金屬合金粉末。所述的金屬合金包括鐵鉻矽合金粉末、鐵鎳合金粉末、非晶質合金粉末、鐵矽合金粉末和鐵鋁矽合金粉末其中的任一種。
在本發明的一實施例，第一磁性粉末10和第二磁性粉末20的材質包括鐵粉末和鐵合金粉末其中的任一種。
在本發明的一實施例，第一磁性粉末10和第二磁性粉末20係由非晶質合金粉末製成，其中非晶質合金粉末的奈米壓痕硬度大於或等於7Gpa。較佳地，第一磁性粉末10的組成成分包含重量百分比(wt%)為0.5~1.0%的碳(C)、6.2~7.2%的矽(Si)、0~3.0%的鉻(Cr)、2.2~2.8%的硼(B)、和剩餘比例的鐵(Fe)，其中0%小於5000ppm；以及，第二磁性粉末20的組成成分包含重量百分比(wt%)為0.5~1.0%的碳(C)、5.7~7.7%的矽(Si)、0~3.0%的鉻(Cr)、2.0~3.0%的硼(B)、和剩餘比例的鐵(Fe)，其中0%小於10000ppm。
第2圖繪示本發明軟磁材料的一實施例的微結構的放大圖；請參閱第2圖，所述軟磁材料包含：第一磁性粉末10和第二磁性粉末20(如第1圖所示)，以及黏著材料30和第一磁性粉末10和第二磁性粉末20，其中由第一磁性粉末10、第二磁性粉末20以及黏著材料30均勻混合成的軟磁材料混合物M，其中黏著材料30的重量為第一磁性粉末10和第二磁性粉末20之總重量的1~5%。黏著材料30的材質可為熱固性樹脂，例如環氧樹脂。較佳地，第一磁性粉末10和第二磁性粉末20皆為非晶合金粉末。
在本發明的另一方面，揭露了一種用於製造磁性體40的方法(見第3圖)，其中的方法包括：製備一軟磁材料混合物M，軟磁材料混合物包含第一磁性粉末10和第二磁性粉末20，其中第一磁性粉末和第二磁性粉末係由相同的材料製成，其中第一磁性粉末的平均粒徑大於第二磁性粉末的平均粒徑，其中第一磁性粉末之中位粒徑(D50)和第二磁性粉末之中位粒徑(D50)的比值介於5~12，其中第一磁性粉末之中位粒徑(D50)的粉末顆粒量和第10百分位粒徑(D10)的粉末顆粒量的比值大於2，第一磁性粉末之中位粒徑(D50)的粉末顆粒量和第90百分位粒徑(D90)的粉末顆粒量的比值大於1；以及，其中第二磁性粉末之中位粒徑(D50)的粉末顆粒量和第10百分位粒徑(D10)的粉末顆粒量的比值大於2，第二磁性粉末之中位粒徑(D50)的粉末顆粒量和第90百分位粒徑(D90)的粉末顆粒量的比值大於1；將所述第一磁性粉末和第二磁性粉末以及黏著材料混合，其中黏著材料的重量為第一磁性粉末和第二磁性粉末之總重量的1~5%；以及進行一壓力成型製程，將含有第一磁性粉末、第二磁性粉末和黏著材料的混合物製成磁性體40(見第3圖)。
在本發明的一實施例，其中壓力成型製程的成型壓力為0.1噸每平方公分至6噸每平方公分。在本發明磁性體40的製造方法的一實施例，包括一加熱製程用以對該磁性體40加熱，該加熱製程的溫度為300℃。
第3圖繪示由本發明製成之磁性體40的構造斷面圖，使用具有特殊粒徑分佈之磁性粉末混合而成的軟磁材料混合物M，再透過壓力成型製程磁性體40，相較於習知技術，本發明方法製成的磁性體40具有較高的堆積密度和初始導磁率。本發明方法製成的磁性體40可作為電感元件的磁芯並具有較高的導磁率，低能損和低磁芯損耗的優點。另一方面，與已知技術製成的磁性體相比較，在給定目標之堆積密度時，製造具有相同堆積密度之磁性體40的條件下，採用本發明提出的軟磁材料混合物M製成磁性體40所需的成型壓力可以降低。
第4圖繪示一種使用本發明之軟磁材料混合物M，並經壓力成型製程製作而成且內嵌有一線圈50之磁性體40的構造斷面圖。在本發明的一實施例，第4圖繪示的係為一種電感器Ｌ的構造斷面圖，電感器L的線圈50一般是採用具有一層絕緣外層的漆包線，由於本發明的軟磁材料具有較高的堆積密度，能在製造相同密度之磁性體40的條件下降低所需的成型壓力，因此可以避免電子元件的結構(例如前述的漆包線)受損或變形。
基於上述之說明，使用本發明軟磁材料混合物M製造而成的磁性體與習知技術相較具有下列的進步之處：(1) 第一磁性粉末10與第二磁性粉末20的平均粒徑(D50)皆較小，可以大幅降低軟磁材料的渦流損；(2)上述第一磁性粉末10與第二磁性粉末20配合前述的特殊粒徑分佈，更容易達到較高的堆積密度；(3)和習知技術比較，在給定堆積密度時，本發明方法在製造相同密度之磁性體40時，利用壓力成型製程製成磁性體40所需的成型壓力(或稱成型噸數)也可降低。此外，本發明的磁性材料混合物M採用硬度較高的非晶合金粉末，可減少成型過程中的應力殘留，進而降低因應力殘留導致矯頑磁力上升與磁損上升。
為使本發明之上述技術特徵、功效和優點能更明顯易懂，下文特舉數個實驗例並配合各項特性圖表說明如下。
實驗1顯示依據本發明上述之軟磁材料製成之磁性體40，其中第一磁性粉末10和第二磁性粉末20之粒徑分佈對於堆積密度、能損和其他特性的影響。
表1顯示了上述實驗1的磁性體的堆積密度、能損和其他特性。下列各表顯示了依據上述本發明之實施方式製成之磁性體40的密度、特性與能損的數個實驗例，其中包含黏著材料30的含量 (實驗例採用熱固型樹脂) 與成型壓力，為便於說明表1中以 “粗粉” 表示第一磁性粉末10，以 “細粉” 表示第二磁性粉末20。
在第二磁性粉未20的平均粒徑固定為3.21μm的條件下(下文所述的平均粒徑意同中位粒徑D50)，
如表1的實驗所示，在第一磁性粉末10與第二磁性粉末20的重量比值為6:4下，實驗例2、3、4的第一磁性粉末10的平均粒徑由比較例1的33.5μm分別降低至28.8μm、20.4μm、17.6μm，可發現高頻下之能損(1MHz/20 mT) 隨著第一磁性粉末10的平均粒徑降低而分別降低至701.4 kw/m3 、664.8 kw/m3 、643.8 kw/m3 、607.5kw/m3 。這是因為第一磁性粉末10的平均粒徑降低減少了渦電流，進而減少了高頻的損失。比較例1的堆積密度達到5.66g/cm3 ，當第一磁性粉末10的平均粒徑降低，相較於比較例1，實施例2、3和4的堆積密度亦由比較例1的5.66g/cm3 降低為實施例2的5.63g/cm3 ，實施例3的5.62g/cm3 和實施例4的5.38g/cm3 ，並且導致初始導磁率由比較例1的28.5降低至實施例2的27.6，實施例3的26.2和實施例4的21.8，另外、低頻能損(100KHz/20mT)由比較例1的31.8 kw/m3 增加為實施例2的32.4 kw/m3 ，實施例3的36.1 kw/m3 和實施例4的42 kw/m3 ，這是因為導磁率降低使磁滯損上升，這表示隨著第一磁性粉末10的平均粒徑降低，第一磁性粉末10與第二磁性粉末20的重量比值應隨之調整，以提高堆積密度和初始導磁率。 　　　　　　　　　　　　　　　　                                                                                                                             表1
實驗2說明了不同平均粒徑的粗粉與細粉之最佳配比(包含重量比值和中位粒徑比值)
表2顯示了依據上述本發明之製程製成的磁性體40，其中第一磁性粉末10與第二磁性粉末20的最佳配比(包含重量比值和中位粒徑比值)及其對應的特性的實驗結果。表2中所列實驗例標示為 “N-1” 者，表示第一磁性粉末10與第二磁性粉末20的平均粒徑與標示為 “N” 者相同，惟標示為 “N-1” 者的第一磁性粉末10與第二磁性粉末20的重量比值為 7:3 (2.3)。表2中以 “粗粉” 表示第一磁性粉末10，以 “細粉” 表示第二磁性粉末20。 　　　　　　　　　　　　　　                                                  　表2
由表2所示的實驗例可以發現，隨著第一磁性粉末10與第二磁性粉末20的中位粒徑比值(粗粉D50/細粉D50)的改變，第一磁性粉末10與第二磁性粉末20的最佳重量比值也隨之改變。
第5圖和第6圖繪示第一磁性粉末10與第二磁性粉末20的中位粒徑比值、重量比值及其對應之特性的變化趨勢。請參照第5圖和第6圖，當第一磁性粉末10與第二磁性粉末20的中位粒徑比值 (粗粉D50/細粉D50) 大於8.97，第一磁性粉末10與第二磁性粉末20的最佳重量比值為 6:4(1.5)；當第一磁性粉末10與第二磁性粉末20的中位粒徑比值 (粗粉D50/細粉D50) 小於8.97，第一磁性粉末10與第二磁性粉末20的最佳重量比值為7:3(2.3)。無論第一磁性粉末10的平均粒徑為多少(仍介於17~36μm)，製成的磁性體40的堆積密度仍然較高，且初始導磁率可維持在27~28之間，因此低頻能損變異不大，這是因為磁滯損並未加劇。值得注意的是，隨著第一磁性粉末10的平均粒徑的降低，高頻能損仍會降低。由實驗2的內容可知，只要調整第一磁性粉末10與第二磁性粉末20的中位粒徑比值與重量比值，即使整體磁性粉末的粒徑偏細，仍能夠達到導磁率不變但高低頻段之能損降低的期望。
實驗3說明依據本發明的實施例，如何改善非晶合金粉末製成之磁性體之初始導磁率的方法。
下列表3顯示了依據上述本發明之製程製成之軟磁材料混合物M，透過黏著材料30在軟磁材料混合物M中的不同重量百分比、第二磁性粉末20的不同平均粒徑或是不同成型壓力其中的任一者，進而減少磁性粉末間的空隙，增加磁性體40的堆積密度和改善初始導磁率的實驗結果。表3中以 “粗粉” 表示第一磁性粉末10，以 “細粉” 表示第二磁性粉末20。
根據前述實驗1和實驗2的實驗結果可知，透過調整第一磁性粉末10與第二磁性粉末20的平均粒徑和重量比值，可以增加磁性體40的堆積密度，但是初始導磁率最高只達到約28左右。因此，本發明提出了一種可以進一步提升初始導磁率的方法，包括：(1)降低黏著材料30在軟磁材料混合物M中的重量百分比，以及 (2)調整成型壓力由0.5噸每平方公分至1噸每平方公分其中的任一者，進而減少磁性粉末間的空隙，增加磁性體40的密度與提高初始導磁率。　　                                                    表3
請參照表3，其中顯示的實驗例中的第一磁性粉末10和第二磁性粉末20皆為前述的非晶合金粉末，表3中所列實驗例標示為’N-2’者，表示第一磁性粉末10與第二磁性粉末20的平徑粒徑、重量比值及黏著材料30(實驗例採用熱固型樹脂)的含量與標示為’N’或’N-1’者相同，惟標示為’N-2’者的成型壓力為1噸每平方公分。
由表3中所示之實驗例(1 vs 1-2, 3-1 vs 3-2)的實驗結果可以發現，提高成型壓力由0.5噸每平方公分調整至1噸每平方公分，可使磁性體40的密度由5.66g/cm3增加至5.68g/cm3，初始導磁率可增加3~7%；低頻能損(100KHz/20Mt)無顯著改變，惟高頻能損因成型壓力變大，粉粒間距減少，導致渦流損增加，使得高頻能損因而增加約7~10%。
為了兼顧高頻下有較低能損與較高的初始導磁率的目標，本發明藉由調整第二磁性粉末20之平均粒徑或降低黏著材料30的含量達成上述目標，結果如表3中所示的實驗例5和實驗例6。實驗例5與實驗例6的初始導磁率已達29~30。低頻與高頻下的能損也為全部實驗例中最低者，這種具有較低能損與較高的初始導磁率的磁性體40，應用於製造功率電感器將可以達到高品質因子(Q factor)的水準。第7圖繪示出表3中的比較例1和實驗例6及日系同業產品的性能比較圖，請參照第7圖的品質因子與頻率 (Q vs Freq.) 的關係曲線，採用本發明上述磁性體40製成之功率電感器在低於5 MHz處的品質因子大於50。
第8圖繪示採用本發明上述實驗例6之磁性體40製成之功率電感器和日系同業產品的能損與頻率 (Q vs Freq.) 的關係曲線進行比較，由第8圖的結果可知，採用本發明上述實驗例6之磁性體40製成之功率電感器的感值已超越比較例1以及日系同業產品的水準。
雖然本發明已透過上述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習相像技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之專利保護範圍須視本說明書所附之請求項所界定者為準。
10‧‧‧第一磁性粉末
20‧‧‧第二磁性粉末
30‧‧‧黏著材料
40‧‧‧磁性體
50‧‧‧線圈
M‧‧‧軟磁材料混合物
L‧‧‧電感器
第1圖為一斷面圖，繪示本發明軟磁材料的一實施例的微結構。 第2圖為一斷面圖，繪示本發明軟磁材料的另一實施例的微結構。 第3圖為一斷面圖，繪示由本發明軟磁材料製成之磁性體的構造斷面圖。 第4圖為一斷面圖，繪示由本發明軟磁材料製成且內嵌有一線圈之磁性體的構造斷面圖。 第5、6圖繪示第一磁性粉末與第二磁性粉末的重量比的變化，及其對應之特性的變化趨勢。 第7圖繪示由本發明製成的電感器的品質因子與頻率(Q vs Freq.)的關係曲線圖及其與習知產品的比較。 第8圖繪示本發明磁性體之一實施例製成的電感器的能損與頻率(Q vs Freq.)的關係曲線圖及其與習知產品的比較。
10‧‧‧第一磁性粉末
20‧‧‧第二磁性粉末

Claims (10)

  1. 一種電感器，包括：                          一磁性體，該磁性體包含：                          一第一磁性粉末；以及                          一第二磁性粉末，該第一磁性粉末和該第二磁性粉末係由相同的非晶質合金軟磁材料製成，其中，該第一磁性粉末的中位粒徑大於該第二磁性粉末的中位粒徑以使該第二磁性粉末配置於該第一磁性粉末的空隙中從而增加該磁性體之密度，該非晶質合金的奈米壓痕硬度大於或等於7Gpa以減少該磁性體於成型過程中的應力殘留；以及                          一導線，設於該磁性體中。
  2. 一種電感器，包括：                          一磁性體，該磁性體包含：                          一第一磁性粉末；以及                          一第二磁性粉末，其中該第一磁性粉末和該第二磁性粉末係由相同的鐵軟磁材料製成，其中，該第一磁性粉末的中位粒徑大於該第二磁性粉末的中位粒徑以使該第二磁性粉末配置於該第一磁性粉末的空隙中從而增加該磁性體之密度，其中該第一磁性粉末之重量為該第一磁性粉末和該第二磁性粉末之總重量的60~90%；以及該第二磁性粉末之重量為該第一磁性粉末和該第二磁性粉末之總重量的10~40%；以及                          一導線，設於該磁性體中。
  3. 一種電感器，包括：                          一磁性體，該磁性體包含：                          一第一磁性粉末；以及                          一第二磁性粉末，其中該第一磁性粉末和該第二磁性粉末係由相同的軟磁材料製成，其中，該第一磁性粉末的中位粒徑大於該第二磁性粉末的中位粒徑以使該第二磁性粉末配置於該第一磁性粉末的空隙中從而增加該磁性體之密度；以及                          一導線，設於該磁性體中，其中該電感器在低於5 MHz處的品質因子大於50。
  4. 一種混合磁性粉末，可用於製造磁芯，包含：                         一第一磁性粉末；                         一第二磁性粉末，其中該第一磁性粉末和該第二磁性粉末係由相同的軟磁材料製成，其中，該第一磁性粉末的中位粒徑(D50)介於17~36微米(μm)，該第二磁性粉末的中位粒徑(D50)介於1.0~3.5微米(μm) ，其中該第一磁性粉末之重量為該第一磁性粉末和該第二磁性粉末之總重量的60~90%；以及該第二磁性粉末之重量為該第一磁性粉末和該第二磁性粉末之總重量的10~40%。
  5. 一種混合磁性粉末，可用於製造磁芯，包含：                         一第一磁性粉末；                         一第二磁性粉末，其中該第一磁性粉末和該第二磁性粉末係由相同的軟磁材料製成，其中該第一磁性粉末與該第二磁性粉末的重量比值為6:4，該第一磁性粉末與該第二磁性粉末的中位粒徑比值大於8.97。
  6. 一種混合磁性粉末，可用於製造磁芯，包含：                         一第一磁性粉末；                         一第二磁性粉末，其中該第一磁性粉末和該第二磁性粉末係由相同的軟磁材料製成，其中該第一磁性粉末與該第二磁性粉末的重量比值為7:3，該第一磁性粉末與該第二磁性粉末的中位粒徑比值小於8.97。
  7. 一種混合磁性粉末，可用於製造磁芯，包含：                         一第一磁性粉末；                         一第二磁性粉末，其中該第一磁性粉末和該第二磁性粉末係由相同的非晶質合金軟磁材料製成，其中該非晶質合金的奈米壓痕硬度大於或等於7Gpa，其中該第一磁性粉末之重量為該第一磁性粉末和該第二磁性粉末之總重量的60~90%；以及該第二磁性粉末之重量為該第一磁性粉末和該第二磁性粉末之總重量的10~40%。
  8. 一種混合磁性粉末，可用於製造磁芯，包含：                         一第一磁性粉末；                         一第二磁性粉末，其中該第一磁性粉末和該第二磁性粉末係由相同的鐵軟磁材料製成，其中，該第一磁性粉末的中位粒徑(D50)介於17~36微米(μm)，該第二磁性粉末的中位粒徑(D50)介於1.0~3.5微米(μm) ，其中該第一磁性粉末之重量為該第一磁性粉末和該第二磁性粉末之總重量的60~90%；以及該第二磁性粉末之重量為該第一磁性粉末和該第二磁性粉末之總重量的10~40%。
  9. 一種用於製造磁性體的方法；所述方法包括： 　　　　　　製備第一磁性粉末和第二磁性粉末，其中第一磁性粉末和第二磁性粉末係由相同的軟磁材料製成，其中該第一磁性粉末的平均粒徑大於該第二磁性粉末的平均粒徑以使該第二磁性粉末配置於該第一磁性粉末的空隙中從而增加該磁性體之密度； 　　　　　將該第一磁性粉末和該第二磁性粉末以及一黏著材料混合；以及　　　　　　　　 　　　　　進行一壓力成型製程，將含有該第一磁性粉末、該第二磁性粉末和該黏著材料的混合物製成該磁性體，其中該壓力不小於0.1噸每平方公分且不大於6噸每平方公分。
  10. 一種用於製造磁性體的方法；所述方法包括： 　　　　　　製備第一磁性粉末和第二磁性粉末，其中第一磁性粉末和第二磁性粉末係由相同的軟磁材料製成，其中該第一磁性粉末的平均粒徑大於該第二磁性粉末的平均粒徑以使該第二磁性粉末配置於該第一磁性粉末的空隙中從而增加該磁性體之密度； 　　　　　將該第一磁性粉末和該第二磁性粉末以及一黏著材料混合，其中該黏著材料的重量為該第一磁性粉末和該第二磁性粉末之總重量的1~5%；以及　　　　　　　　 　　　　　進行一壓力成型製程，將含有該第一磁性粉末、該第二磁性粉末和該黏著材料的混合物製成該磁性體，其中該壓力不小於0.1噸每平方公分且不大於6噸每平方公分。
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