專利名稱：：磁性合成物及其制造和使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明公開的內(nèi)容一般涉及磁性合成物，更具體地涉及高頻應(yīng)用中使用的磁性糊料。
背景技術(shù)：
：電子電路中磁性元件的集成度已經(jīng)成為減小電子元件尺寸的重要障礙。當前微米級大小的磁性材料只能用于低頻。例如，高磁導(dǎo)率塊狀鐵氧體只能用于低于1兆赫茲(MHz)的頻率，而可用到約100MHz的塊狀鎳鐵氧體不具有最佳初始磁導(dǎo)率。因此，現(xiàn)有的商業(yè)變換器設(shè)計為運行在低于約2MHz的頻率。將較高頻率的磁性元件集成在電路中的一種方法是通過厚膜絲網(wǎng)印刷。厚膜絲網(wǎng)印刷允許以糊料的形式在陶瓷襯底上沉積磁性材料。糊料材料通常包括懸浮在聚合物糊料中的陶瓷或金屬粒子。不幸地，這些糊料的磁導(dǎo)率非常低(例如，小于3)，導(dǎo)致了很大渦流損耗。印刷之后，糊料要經(jīng)過熱處理，這最終蒸發(fā)了聚合物，并致密或燒結(jié)陶瓷或金屬材料。最終產(chǎn)物是由陶瓷或金屬材料形成的致密紋理。例如，使用該技術(shù)可以在鐵氧體層上印刷傳導(dǎo)線圈，并用鐵氧體的另一層覆蓋傳導(dǎo)線圈，從而形成感應(yīng)線圈。印刷連續(xù)的多層以提高元件的感應(yīng)系數(shù)。熱處理可使磁導(dǎo)率提高，但是也伴隨著在較高頻率下渦流損耗的提高。此外，熱處理的高溫(約700-900攝氏度)可使糊料與低溫的印刷線路板(PTO)或印刷電路板(PCB)不相容。因此，在該領(lǐng)域需要新的改進的糊料，其結(jié)合了理想的特性，如在所需頻率下的感應(yīng)系數(shù)、磁導(dǎo)率和/或介電常數(shù)，以及可以用于在低溫下處理的元件。
發(fā)明內(nèi)容磁性糊料包括磁性組分和液體有機組分，其中磁性組分包括多個離散的納米粒子、多個包含納米粒子的組合體(assembly),其中多個包含納米粒子的組合體中的每一個組合體的平均最大長度是約0.5-約150微米，或者磁性組分包括上述二者。磁性元件包括磁性組分和固體有機組分，其中磁性組分包括多個離散的納米粒子、多個包含納米粒子的組合體，其中多個包含納米粒子的組合體中的每一個組合體的平均最大長度是約0.5-約150微米，或者磁性組分包括上述二者。功率變換器包括襯底，其中襯底包含印刷電路板，硅晶片或陶瓷材料，及在功率變換器的襯底上布置的薄膜，其中薄膜包括磁性組分和固體有機組分，其中磁性組分包括多個離散的納米粒子、多個包含納米粒子的組合體，其中多個包含納米粒子的組合體中的每一個組合體的平均最大長度是約0.5-約150微米，或者磁性組分包括上述二者。變壓器包括襯底，其中襯底包括印刷電路板，硅晶片或陶瓷材料，及在變壓器的襯底上布置的薄膜，其中薄膜包括磁性組分和固體有機組分，其中磁性組分包括多個離散的納米粒子、多個包含納米粒子的組合體，其中多個包含納米粒子的組合體中的每一個組合體的平均最大長度是約0.5-約150微米，或者磁性組分包括上述二者。電感器包括襯底，其中襯底包括印刷電路板，硅晶片或陶瓷材料，及在電感器的襯底上布置的薄膜，其中薄膜包括磁性組分和固體有機組分，其中磁性組分包括多個離散的納米粒子、多個包含納米粒子的組合體，其中多個包含納米粒子的組合體中的每一個組合體的平均最大長度是約0.5-約150微米，或者磁性組分包括上述二者。用于制造磁性糊料的方法包括結(jié)合磁性組分與液體有機組分，其中磁性組分包括多個離散的納米粒子、多個包含納米粒子的組合體，其中多個包含納米粒子的組合體中的每一個組合體的平均最大長度是約0.5-約150微米，或者磁性組分包括上述二者。用于制造磁性元件的方法包括結(jié)合磁性組分與液體有機組分以構(gòu)成糊料，其中磁性組分包括多個離散的納米粒子、多個包含納米粒子的組合體，其中多個包含納米粒子的組合體中的每一個組合體的平均最大長度是約0.5-約150微米，或者磁性組分包括上述二者；在襯底上沉積糊料；及固化糊料。上述以及其他特征通過以下附圖和詳細說明解釋。參考附圖，圖中為示例性實施例，其中相同的元件以相同的標記圖1是合成組合體(co即ositeassembly)的示意圖2是微觀的粒子組合體的示意圖3是具有多模態(tài)磁性組分的磁性糊料的示意圖4是凝聚之前的多個(Ni^Zn。.jFeA晶粒的高分辨率透射電子顯微鏡(TEM)圖像；圖5是表示多個實質(zhì)上是球形的、噴霧干燥的(NiuZnu)FeA團塊的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像；圖6是硬化之后多模態(tài)糊料的典型橫截面圖像；圖7是糊料的振實密度示圖，糊料具有不同比率的10和35微米的(Ni。.sZn".5)Fe204團；圖8是具有一、二和三組團塊群的糊料的振實密度示圖；圖9是使用多模態(tài)糊料形成的電感的典型光學(xué)顯微鏡圖像；圖10是具有不同的(肌。.5211。.5)6204填充量的四種樣品的磁導(dǎo)率作為頻率的函數(shù)的示圖11是裸銅線圈和電感的感應(yīng)系數(shù)作為頻率的函數(shù)的示圖12是(Ni。.5Zn。.5)Fe2(V凃覆的銅線圈的感應(yīng)系數(shù)作為薄膜厚度的函數(shù)的示圖13是在銅線圈上沉積1毫米和1.5毫米厚的(Ni。.5Zn。.5)Fe^薄膜，感應(yīng)系數(shù)作為直徑的函數(shù)的示圖14是分散在苯并環(huán)丁垸(亮區(qū))中的離散的IO納米鈷粒子(暗區(qū))的TEM圖像；圖15是使用離散納米粒子糊料構(gòu)成的電感的典型光學(xué)顯微鏡圖圖16是使用鈷納米粒子的重量百分比約為90%的糊料制造的電感的磁導(dǎo)率作為頻率的函數(shù)的示圖。具體實施例方式以下說明了磁性納米粒子糊料、糊料的制造和使用方法和包含磁性納米粒子糊料的元件。與現(xiàn)有技術(shù)相比，在此公開的糊料、方法和元件利用了離散的納米粒子和/或納米粒子組合體(assembly)以構(gòu)成糊料。有優(yōu)點的是，在糊料沉積到襯底上之后，沒有必要使用高溫?zé)崽幚砣コ袡C組分和燒結(jié)(即致密)糊料，因此糊料與印刷線路板(PWB)/印刷電路板(PCB)處理相容，或可以使用在其中。在此所用術(shù)語"納米粒子"是指晶粒大小小于約250納米(nm)的粒子。在此所用術(shù)語"糊料"是指具有一定程度粘性的非固體合成物，并包括濃稠的粘性合成物以及易流動合成物。而且，在此所用術(shù)語"第一"、"第二"和類似的用語不代表順序和重要性，而是用于分辨一個和另一個要素，并且術(shù)語"一個"、"這個"不代表限定數(shù)量，而是代表至少一個引用項目的出現(xiàn)。此外，指向給定組分或測量結(jié)果的同一數(shù)量的所有范圍不包括端點且可獨立三口口o磁性糊料通常包括液體有機組分和磁性組分，磁性組分包括多個離散的納米粒子和/或包含納米粒子的組合體(assembly)。液體有機組分可以是有機樹脂合成物，其與磁性組分和糊料將沉積其上的襯底都相容(也就是說，實質(zhì)上不會對在此所述的合成物和物品的制造和處理有負面影響)。液體有機組分還具有足夠低的粘性，以使磁性組分能夠分散，根據(jù)所需的方法分散，并且當沉積到襯底上時可以流動(如果需要)。因此，合適的液體有機組分合成物可以包括熱塑樹脂、熱固樹脂或其組合。通常，使用熱固合成物有益，因為其在固化之前可流動，且在固化之后為固態(tài)。合適的樹脂合成物包括熱塑塑料，如聚苯乙烯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚亞苯基氧化物、聚砜、聚酰亞胺及類似物質(zhì)，還包括熱固材料，如環(huán)氧樹脂、聚亞氨酯、醇酸樹脂、己二烯酞酸脂、三聚琴氰胺、酚醛塑料、聚酯、及硅酮乙基纖維素、苯并環(huán)丁烯(BCB)和類似物質(zhì)。也可以使用不同熱塑和/或熱固合成物的組合。液體有機組分可以進一步包括催化劑、引發(fā)劑、促進劑、交聯(lián)劑、穩(wěn)定劑、表面活性劑、分散劑、粘度調(diào)節(jié)劑和其他添加劑，或添加劑的組合。納米粒子通常包括磁性金屬(例如，鐵、鎳、銅、鉬、鈷、錳、鉻、鋅，包含上述至少一種金屬的合金，以及類似物質(zhì))。例如，納米粒子可以包括金屬本身。也可以使用氧化物、氮化物或包含其結(jié)合的其他多元磁性金屬，例如鐵氧化物基的合成物(例如鐵氧體)、氮化物基的合成物(例如，F(xiàn)e:sN、Fe4N、Fe,晶和類似物質(zhì))，或者包含上述物質(zhì)中至少一種的組合(例如，鎳鐵氧體、鈷鐵氧體、鋅鐵氧體、鎳鋅鐵氧體、錳鋅鐵氧體、YIG鐵氧體和類似的物質(zhì))。可選地，包含納米粒子的磁性金屬可以用絕緣體單獨涂覆，絕緣體可以或不能具有與液體有機組分相同的合成物。當使用離散的納米粒子時，其可以是任何幾何形狀。理想地，其是球形或?qū)嵸|(zhì)上是球形，以便于在糊料中獲得高填充密度的磁性組分。在示例性實施例中，糊料中納米粒子間的間隔是約1-100nm。當使用納米粒子組合體時，組合體也可以是任意幾何形狀，但是也需要其是球形或?qū)嵸|(zhì)上是球形，以便于在糊料中獲得高填充密度的磁性組分。組合體的平均最大長度是約0.5-約150微米(/m)。在一實施例中，組合體本身是包含多個分散在絕緣基體中的單獨磁性納米粒子的固體合成物。該類示例性組合體IO表示在圖1中，并在普通轉(zhuǎn)讓的美國專利第6，720，074號中進行了充分的說明，在此引用結(jié)合其全部內(nèi)容。分散單個的納米粒子12，從而納米粒子間隔為約1-約100nm。當直接相鄰的單個金屬納米粒子12之間的晶粒間相互作用提供所需的磁特性時，絕緣基體14的材料提供高電阻率，其極大地降低了任何渦流損耗。合成物組合體10的粒子大小為約10-約50微米(pm)。具體的，合成物組合體的平均粒子大小為約30pm。適合于合成物組合體10的絕緣基體14的材料包括高電介質(zhì)材料(即，介電常數(shù)大于等于約3)，包括非晶體或晶體陶瓷，如氧化鋁、二氧化硅、氧化鋯和類似物質(zhì)，以及高電介質(zhì)聚合物和聚合合成物。絕緣基體材料既可以是非磁性也可以是磁性(如高阻鐵氧體)材料。重要的是應(yīng)當注意，組合體10的這一類型的絕緣基體材料可以具有與糊料的液體有機組分相同的材料，除了在將合成物組合體10放置到液體有機組分以形成糊料之前，其己經(jīng)聚合為固體。這些合成物組合體10的示例包括Co/Si02、Fe-Ni/SiO2、Fe/Si02、Co/聚合物和Fe/NiFe204。在一實施例中，在磁性納米粒子分散到絕緣基體14之前，用絕緣合成物(未示出)涂覆磁性納米粒子的至少一部分。絕緣涂層合成物可以不同于絕緣基體14的合成物。制造合成物組合體10的方法包括由初級粒子合成物制造預(yù)合成物；形成由來自于預(yù)合成物的基體層包圍或涂覆的磁性納米結(jié)構(gòu)粒子；及鈍化所包圍的納米結(jié)構(gòu)粒子的表面。在另一實施例中，組合體是包含多個凝聚的納米粒子的微觀粒子。例如，可以燒結(jié)多個納米粒子以形成微觀粒子。示例性微觀粒子組合體15如圖2所示。用于形成微觀粒子組合體15的納米粒子12可以是高阻磁性材料或高導(dǎo)磁性材料。此外，納米粒子12可以是相同的或不同的合成物。微觀粒子組合體15的粒子大小是約0.5-約150微米(拜)。在一實施例中，微觀粒子組合體15(例如，微觀粒子包括多個燒結(jié)的納米粒子)的形成通過在溶液中混合磁性納米粒子和/或具有聚合粘合劑的納米合成物，球磨研磨溶液混和物以形成均勻的漿液，從漿液凝聚納米粒子以形成微觀粒子，及等離子致密微觀粒子。該過程可以進一步包括在等離子致密化之前根據(jù)大小分離微觀粒子。制造糊料包括混合致密的微觀粒子與液體有機組分。適合于混合原材料(即，納米粒子和/或納米合成物)的有機粘合劑包括可購買到的聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、羧甲基纖維素(CMC)或其他水溶聚合粘合劑。粘合劑占總?cè)芤旱闹亓堪俜直?wt%)的約O.5%-10%。更具體地，粘合劑占總?cè)芤旱闹亓堪俜直?wt%)的約1%-約10%。溶液的配重是理想的去離子蒸餾水(DD水)。在充分混合之后，在例如高能盤磨機中球磨研磨混和物，從而對粒子進行"去凝聚"并形成均勻的漿液。在球磨研磨期間可以優(yōu)化的參數(shù)包括球磨研磨能量、時間和球?qū)Ψ勰櫥瑒┑募虞d比率。根據(jù)公開的內(nèi)容，本領(lǐng)域的技術(shù)人員不需要過多的實驗可以容易地確定這些參數(shù)。根據(jù)最終的凝聚或重構(gòu)微觀粒子所需的特性，可以在球磨研磨期間向溶液中加入表面活性劑，從而使分散在漿液中的納米粒子均勻。涉及相對于表面活性劑的優(yōu)化的參數(shù)包括固體比率、溶劑裝填和漿液的流變。類似地，根據(jù)公開的內(nèi)容，本領(lǐng)域的技術(shù)人員不需要過多的實驗可以容易地確定這些參數(shù)。一旦形成了合適的漿液，下一步是在微觀粒子中凝聚或重構(gòu)單個的納米粒子，其中每一個微觀粒子是由有機粘合劑粘連的單個納米粒子的組合體。可以使用噴霧干燥過程完成該步驟。涉及優(yōu)化凝聚過程的參數(shù)包括漿液濃度、漿液給料速度、干燥溫度和物化速度。根據(jù)公開的內(nèi)容，本領(lǐng)域的技術(shù)人員不需要過多的實驗可以容易地確定這些參數(shù)。在噴霧干燥過程期間，不同的凝聚粉末可以根據(jù)尺寸范圍隔離。在一實施例中，使用室式收集器和氣旋收集器完成該步驟。室式收集器通過重力降落收集大于約15微米的粒子。氣旋收集器收集細微的粒子(例如，小于約15微米)，這些粒子由干燥漿液的熱氣攜帶。重構(gòu)的微觀粉末通過放電燒結(jié)過程致密化。放電燒結(jié)過程蒸發(fā)有機粘合劑，燒結(jié)和/或熔化微觀粒子以形成致密的主體，及冷卻用于粉末收集的燒結(jié)和/或熔化的液滴，所有步驟非常迅速。致密化應(yīng)當允許其后緊隨快速冷卻的快速燒結(jié)，從而不允許任何粒子生長?？梢允褂萌魏尉植炕吣軣嵩赐瓿煞烹姛Y(jié)過程，如等離子體噴槍(空氣等離子體、微波等離子體、感應(yīng)等離子體)，或高速火焰(HVOF)噴槍。由室式或氣旋收集器收集的大于約1pm的凝聚粒子可以直接饋送到工業(yè)等離體或HVOF進料器。但是，小于約l微米的粒子要求額外的給料技術(shù)。在一實施例中，約0.5-1pm的凝聚粒子分散在DD水中以形成另一種槳液，其可以通過液體進料器直接饋送給等離體或HVOF噴槍。按照這種方式，水分子快速蒸發(fā)，且進一步加熱固體導(dǎo)致快速燒結(jié)和/或熔化進入到經(jīng)過快速冷卻的液滴中的粒子。如前所述，微觀粒子的粒子大小是約0.5-約150pm。在另一實施例中，構(gòu)成微觀粒子組合體15通過加工初級粒子合成物，由初級粒子合成物形成球形氫氧化物，將球形氫氧化物轉(zhuǎn)化成磁性納米粒子，及燒結(jié)密集填充在微觀粒子中的多個納米粒子。隨后制造糊料包括混合致密的微觀粒子與液體有機組分。該過程在普通轉(zhuǎn)讓的美國專利第6,162，530號中進行了說明，在此引用結(jié)合其全部內(nèi)容。加工初級粒子合成物包括在DD水中溶解所需化學(xué)計算量比率的原材料。形成球形氫氧化物包括霧化初級粒子合成物和稀釋的氫氧化物(即NH40H)溶液。添加可控量的固體種子材料將導(dǎo)致形成溫度提高后球形粒子生長的晶核中心。該步驟后緊隨燒結(jié)步驟以形成所需的最終微觀產(chǎn)物。然后清洗和過濾這些緊密填充的氫氧化物微觀粒子以獲得干燥的粉末。根據(jù)熱處理中所使用的氣體環(huán)境，可以形成金屬的、金屬/絕緣體納米合成物或者鐵氧體。涉及優(yōu)化的參數(shù)是加熱速度、停留時間和冷卻時間。根據(jù)公開的內(nèi)容，本領(lǐng)域的技術(shù)人員不需要過多的實驗可以容易地確定這些參數(shù)。當離散的納米粒子和/或納米粒子組合體形成時，糊料形成。在一實施例中，糊料的形成包括在液體有機組分中分散磁性組分(即，多個離散的納米粒子和/或多個納米粒子組合體)，隨后混合充分的時間段以形成均勻的合成物。由于單個納米粒子的磁各向異性高，隔離的單個納米粒子具有的磁特性不理想。但是，將相鄰納米粒子之間的間距減小到納米范圍導(dǎo)致新穎的磁連接現(xiàn)象，產(chǎn)生較高的磁導(dǎo)率和較低的磁各向異性。無需理論制約，磁導(dǎo)率的提高是由于粒子間的交換耦合效應(yīng)。晶?；蚪M合體中的磁排序的交換作用向外延伸到特性距離內(nèi)的相鄰環(huán)境(通過旋轉(zhuǎn)極化或超級交換作用機制)。組合體中的交換作用也引起單個粒子的磁各向異性和去磁作用的消除，導(dǎo)致極優(yōu)良的磁特性。通過選擇具有高隧道激勵能量的系統(tǒng)，利用在添加到液體有機組分中形成糊料之前形成納米粒子組合體的技術(shù)，可以實現(xiàn)電阻率的大幅提高。因為納米范圍的粒子，在組合體中產(chǎn)生的渦流電流可以忽略不計，導(dǎo)致緊密填充的離散納米粒子和/或納米粒子組合體與現(xiàn)有的納米材料相比，渦流電流損耗相當小。在此公開糊料包括體積百分比(V0l%)大于或等于40%的磁性組分。具體地，糊料包括體積百分比約40%-約92%的磁性組分和體積百分比約8%-約60%的液體有機組分。此外，磁性組分的每一個組合體的填充密度大于或等于90%的理論密度。在一實施例中，磁性組分是多模態(tài)的(即，磁性組分包括兩個或多個不同大小的團塊或離散的納米粒子)。在液體有機組分24中具有多模態(tài)磁性組分22的示例性磁性糊料20如圖3所示。磁性組分包括三種不同大小的微觀組合體26、28和30。這三種大小的粒子群排列方式為包括最大粒子的第一粒子群26將形成磁性組分的主體，第二粒子群28將填充緊密裝填第一粒子群26的粒子的留下的空白或空隙，最后，第三粒子群30將填充緊密裝填第一粒子群26的粒子和第二粒子群28的粒子的留下的空白或空隙。第三粒子群30的粒子大小與第二粒子群28的的粒子大小比率是約0.1:1-約0.8:1。相似地，第二粒子群28的粒子大小與第一粒子群26的粒子大小的比率是約0.1:1-約0.8:1。與包含統(tǒng)一大小的組合體10的糊料相比，以這種方式形成的磁性組分可以實現(xiàn)相當大的體積百分比和/或填充密度。一旦糊料形成，使用已知的沉積或平面印刷技術(shù)其可以容易的沉積到襯底上。例如，在一實施例中，糊料絲網(wǎng)印刷到襯底上。在另一實施例中，糊料作為細小的液滴噴射到襯底上。將糊料沉積到襯底上之后，可以固化糊料的液體有機組分，例如交聯(lián)，從而形成磁性元件。在有催化劑、加熱或輻射參與的情況下，使用適合于所選的樹脂的方法完成固化，輻射如紅外、紫外或e射線輻射。也可以結(jié)合使用上述固化機制。如果使用加熱，特別注意溫度不要超過實質(zhì)上會對沉底造成有害影響(例如，熔化、分解、裂解及類似現(xiàn)象)的溫度。在眾多需要磁性元件的應(yīng)用中可以采用糊料。糊料可以沉積在PWB/PCB、硅晶片、陶瓷襯底材料或類似材料上。合適的應(yīng)用包括天線、功率變流器或開關(guān)電源(例如，DC-DC變換器)、電感、磁性濾波器或噪音濾波器、射頻(RF)元件(例如，射頻識別標簽或無線電發(fā)射機應(yīng)答器)、微波和毫米波循環(huán)器、寬帶元件、電子傳感器、便攜電話、有線電視(CATV)、雷達元件、傳感器、遙感元件、可植入醫(yī)學(xué)元件和類似元件。固化或硬化的糊料可以代替在現(xiàn)有高頻應(yīng)用中使用的大體積圓形和/或E形電感。有優(yōu)點地，由在此公開的磁性糊料形成的元件的磁導(dǎo)率在頻率大于約1兆赫茲時大于或等于約3，甚至可以大于或等于IO。由磁性糊料形成的元件的介電常數(shù)大于或等于3，甚至可以大于或等于10，和/或感應(yīng)系數(shù)在頻率大于約1兆赫茲時大于或等于0.4微亨(pH)，甚至可以大于或等于lpH。此外，由磁性糊料形成的元件感應(yīng)系數(shù)比不具有磁性組分元件，如裸電感(例如，裸銅線圈)，高至少二倍，甚至高達至少五倍。公開的內(nèi)容通過以下非限定性示例進一步說明。例l.形成微觀粒子組合體10磅(lbs)結(jié)晶粒度小于lOOnm的鎳鋅鐵氧體(NiO.5Zn。.JFeA與45.4克(g)的在去離子蒸餾水(DD水)中重量百分比(wt%)為10%的PVA溶液混合，并分散在DD水中以形成混合物，球磨研磨混合物以獲得均勻的漿液。球磨研磨使用18型的UnionProcessStegvariAttritor系統(tǒng)，球/粉末裝填比率為約4:1，球磨研磨速度為每分鐘300轉(zhuǎn)(rpm)，時間為1小時。形成的漿液隨后噴霧干燥以形成凝聚的、實質(zhì)上球形的粒子。噴霧干燥參數(shù)包括600g/min的給料速率，475華氏度(°F)的入口溫度，和1258攝氏度(°C)的出口溫度。粉末使用室式和氣旋口收集。在室式口收集的粉末總重約6.51bs，在氣旋口收集的粉末約2.51bs。下一步，這些粉末送入等離子體噴槍(鎳-鋁粉狀復(fù)合材料9MB的熱噴射裝置)，用于燒結(jié)成為致密組合體。等離子體噴射過程參數(shù)包括作為主要的等離子體工作氣體使用的氬氣的流速約每小時80-120標準立方英尺(SCFH)，等離子體功率為25-45千瓦，以及粉末送料速率約2-5lbs/hr。在等離子體致密化過程中，通過粉末噴射口將粉末送入等離子體噴槍，隨后加熱以消除任何有機粘合劑，然后在兒毫秒內(nèi)從超過200(TC到室溫快速熔化/燒結(jié)/冷卻這些液滴。由從氣旋口(小于約20/xm)和室式口(約20-約收集的噴霧干燥粉末形成的最終組合體如表1所列。表1.組合體的致密化粉末等級和振實密度<table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>例2.加工磁性糊料約26克的、振實密度為2.94的、氣旋收集的等離子體致密(Ni。.5Zn.5)FeA粉末與4.27克的環(huán)氧樹脂(由環(huán)氧樹脂獲得的ETC30-3019RCLR，ETC)在燒杯中使用壓舌板手動混合約0.5小時，直到形成均勻的糊料。糊料混合物中環(huán)氧樹脂的重量百分比為14.1%,(Ni('.5Zn.5)FeA的重量百分比為85.9%。類似地，約20克的、振實密度為2.94的、氣旋收集的等離子體致密(Ni.5Zn。.5)FeA粉末與23.5克的Cat105(環(huán)氧樹脂，ETC)在燒杯中使用壓舌板手動混合。應(yīng)當注意，通過混合重量百分比為約16份的在Cat105中形成的糊料與重量百分比為100份的用ETC30-3019RCLR樹脂形成的糊料，從而在上述元件制造期間加熱的情況下使用Cat105來使環(huán)氧樹脂(ETC30-3019RCLR)開始硬化。試用不同的環(huán)氧樹脂與鐵氧體的比率，由各種糊料形成的薄膜的最終特性如表2所列。表2.由磁性糊料形成的薄膜的特性<table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>應(yīng)當注意裝填較多鐵氧體的糊料與粉末的振實密度增大有關(guān)聯(lián)，且導(dǎo)致了所制造的薄膜的感應(yīng)系數(shù)值升高，如下進一步所示。例3.制造多模態(tài)磁性糊料約29克的、平均粒子大小為約30微米的、室式收集的(Ni。.5Zru5)FeA粉末與9.45克的、平均粒子大小為約3微米的、氣旋收集的(Ni。.5Zn。.5)Fe^粉末混合。粉末混合物與2.8克的環(huán)氧樹脂(由環(huán)氧樹脂獲得的ETC30-3019RCLR，ETC)在燒杯中使用壓舌板手動混合約0.5小時，直到形成均勻的糊料。糊料合成物環(huán)氧樹脂的重量百分比為11.8%，(Ni。.5Zn。5)Fe204裝填的重量百分比為88.2%。類似地，約10克的、平均粒子大小為約30微米的、室式收集的(Ni。.5Zn。.5)Fe^粉末與3.75克的、平均粒子大小為約3微米的、氣旋收集的(Ni()5Zn。.5)Fe晶粉末混合。粉末混合物隨后與1.9克的Cat105(環(huán)氧樹脂，ETC)在燒杯中使用壓舌板手動混合。糊料合成物中Cat105的重量百分比為12%，(Ni。.5Zn。.5)FeA裝填的重量百分比為88%。再一次，通過混合重量百分比為約16份的在Cat105中形成的糊料與重量百分比為100份的用ETC30-3019RCLR形成的糊料，從而在薄膜制造期間加熱的情況下使用Cat105來使環(huán)氧樹脂(ETC30-3019RCLR)開始硬化。例4.表征多模態(tài)磁性糊料制造和表征各種(Ni。.5Zn。.5)Fe^的多模態(tài)磁性糊料。圖4是在凝聚之前原始鎳鋅鐵氧體的高分辨率透射電子顯微鏡(TEM)圖像。如顯微圖所示，平均結(jié)晶粒度小于10nm，為了說明的目的，箭頭指向兩相鄰晶粒的晶界。噴霧千燥(Ni。.5Zn()5)Fe^漿液產(chǎn)生的實質(zhì)上球形的團塊，如圖5的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像所示。不同大小的團塊與如上所述的環(huán)氧樹脂結(jié)合，從而形成緊密填充的糊料，每一個團塊由多個單個的(Ni。.sZn。.5)FeA晶粒構(gòu)成。固化環(huán)氧樹脂之后多模態(tài)糊料的典型橫截面圖像如圖6所示。糊料的質(zhì)量和/或磁性能可以通過變化磁性粒子的裝填量調(diào)整。例如，通過使用不同的團塊混合物觀測到約2g/cc-約4g/cc的振實圖7突出顯示稱為多模態(tài)糊料的振實密度的差異，多模態(tài)糊料由不同比率的大小為35微米和2微米的團塊構(gòu)成。如圖所示，獲得最高振實密度的是35微米的團塊的重量百分比占40%-60%的樣本，更具體地，重量百分比占55%的樣本。類似地，當三種不同大小的團塊用于制造糊料時，觀測到了振實密度的提高。圖8表示了觀察到的單模態(tài)、雙模態(tài)和三模態(tài)的糊料的振實密度的變化。如圖所示，三模態(tài)糊料的振實密度達到了4g/cc，實現(xiàn)了理論密度的約80%。通過擴展圖7和8中的數(shù)據(jù)，應(yīng)當理解使用附加的團塊群和/或不同比率的團塊群可以用于提高振實密度，正如具體應(yīng)用所需。不同(Ni。.5Zn。.5)Fe^團塊的振實密度如表3所示。表3.不同(Ni。.5Zn.5)FeA團塊的振實密度<table>tableseeoriginaldocumentpage19</column></row><table>例5.使用多模態(tài)糊料形成電感在FR-4(即耐火、玻璃布加強環(huán)氧樹脂)印刷電路板上絲網(wǎng)印刷(Ni。.sZn。.5)Fe20,多模態(tài)糊料形成電感。所用糊料的鐵氧體裝填為重量百分比的約80%-約90%，配重為環(huán)氧粘合劑。圖9是電感的典型光學(xué)顯微鏡圖像，并說明了襯底、(Ni"5Zn".5)FeA厚膜和銅線圈之間的位置關(guān)系。在所制造的電感中，薄膜與紋理結(jié)構(gòu)之間的粘接極好，沒有觀察到薄膜與襯底之間的分層。從約10kHz-約13MHz測量每一個電感的磁導(dǎo)率。圖10表示了由鐵氧體的重量百分比為約87%-約90%的糊料制造的四個樣品的磁導(dǎo)率。實現(xiàn)了約19的磁導(dǎo)率。應(yīng)當強調(diào)，對于每一個樣品渦流電流的損耗相當小，且在整個頻率范圍內(nèi)品質(zhì)因數(shù)Q大于約70。同樣測量每一個樣品的感應(yīng)系數(shù)。對于直徑5毫米、100微米厚的線圈，未涂覆(即，在絲網(wǎng)印刷和硬化(Ni。.5Zn。.5)Fe^磁性糊料之前)紋理的銅線圈的感應(yīng)系數(shù)在測量頻率下為0.183(aH。在將約l毫米厚的磁性糊料絲網(wǎng)印刷和硬化到銅線圈上之后，感應(yīng)系數(shù)提高到大于l叩。圖11表示了約0.9毫米厚的(服。.52仏,5)6204薄膜沉積到線圈上，作為頻率的函數(shù)的感應(yīng)系數(shù)。如圖所示，沉積鐵氧體涂層后觀察到感應(yīng)系數(shù)4倍的增長，從約200納亨增長到約800-1000納亨。圖12表示給定線圈的作為薄膜厚度的函數(shù)的感應(yīng)系數(shù)。如圖所示，薄膜厚度增加到約1毫米，感應(yīng)系數(shù)顯著增大。圖13表示在銅線圈上沉積1毫米和1.5毫米的厚膜，作為整體電感直徑的函數(shù)的感應(yīng)系數(shù)。在如移動電話的開關(guān)電源的應(yīng)用中，所需的感應(yīng)系數(shù)在5MHz下為約1微亨。因此，從圖11-13中的數(shù)據(jù)可知，使用在此公開的糊料的、厚度為lmm的薄膜將足以達到所需的感應(yīng)系數(shù)。例6.由離散的納米粒子制造磁性糊料羰基鈷在no。c的甲苯中分解為鈷納米粒子分散系。鈷納米粒子的平均粒子尺寸約10nm。在鈷/甲苯混合物中添加苯并環(huán)丁烯(BCB)導(dǎo)致BCB涂覆鈷粒子。在氬氣中蒸發(fā)甲苯之后，獲得濃稠的糊料。圖14是在氮氣中用l°C/min的加熱速率在250°C加熱1小時固化BCB之后，糊料的TEM圖像。例7.使用離散納米粒子糊料制造電感例6的離散鈷納米粒子糊料通過絲網(wǎng)印刷或繪制沉積在FR-4印刷電路板上，隨后固化PCB。圖15是電感的典型光學(xué)顯微鏡圖像，說明了襯底、厚膜、鈷和銅線圈之間的位置關(guān)系。在所制造的電感中，薄膜與紋理結(jié)構(gòu)之間的粘接極好，沒有觀察到薄膜與襯底之間的分層。從約10MHz_約600MHz測量電感的磁導(dǎo)率。電感顯示出磁導(dǎo)率的增加是鈷裝填量的函數(shù)。達到90%的鈷裝填時，在600MHz觀測到的磁導(dǎo)率為6，如圖16所示。圖中頂部的線代表p'，或者復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率的實數(shù)部分，指示在交變磁場中磁化過程的柔和度。圖中底部的線代表W，或者復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率的虛數(shù)部分，指示在磁化過程中能量的損失。應(yīng)當強調(diào)，對于每一個樣品渦流電流的損耗相當小，且在整個頻率范圍內(nèi)品質(zhì)因數(shù)Q(由p'除以p〃的商代表)大于約50。雖然在此參考示例性實施例說明了公開內(nèi)容，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當理解不脫離公開的范圍可以做出多種變化和要素的等效替代。此外，不脫離本發(fā)明的實質(zhì)范圍可以對公開的教導(dǎo)做出修改以適應(yīng)具體的情況和材料。因此，公開的范圍不限于作為實施本發(fā)明的最佳實施方式而公開的具體實施例，但是公開的范圍包括所有落入權(quán)利要求書范圍內(nèi)的所有實施例。權(quán)利要求1、一種磁性糊料，包括磁性組分和液體有機組分，其中磁性組分包括多個離散的納米粒子、多個包含納米粒子的組合體，其中多個包含納米粒子的組合體中的每一個組合體的平均最大長度是約0.5-約150微米，或者磁性組分包括上述二者。2、如權(quán)利要求1所述的磁性糊料，其中多個包含納米粒子的組合體中的一個組合體是包括多個分散在絕緣基體中的分離的導(dǎo)電納米粒子的固體合成物。3、如權(quán)利要求2所述的磁性糊料，其中納米粒子間的距離是約1-約100納米。4、如權(quán)利要求2所述的磁性糊料，其中絕緣基體包括高介電質(zhì)的材料。5、如權(quán)利要求2所述的磁性糊料，其中至少一部分分離的導(dǎo)電納米粒子由絕緣合成物涂覆。6、如權(quán)利要求1所述的磁性糊料，其中多個包含納米粒子的組合體中的一個組合體是包含多個凝聚的納米粒子的微觀粒子。7、如權(quán)利要求1所述的磁性糊料，其中液體有機組分是環(huán)氧樹脂、聚酰亞胺、聚苯乙烯、乙基纖維素或苯并環(huán)丁烯。8、如權(quán)利要求1所述的磁性糊料，其中磁性組分具有多模態(tài)。9、如權(quán)利要求1所述的磁性糊料，其中磁性組分包括體積百分比大于或等于40%的磁性糊料。10、如權(quán)利要求1所述的磁性糊料，其中磁性組分包括體積百分比為約40%-約92G%的磁性糊料。11、如權(quán)利要求1所述的磁性糊料，其中多個組合體的每一個組合體的填充密度大于或等于理論密度的75%。12、如權(quán)利要求1所述的磁性糊料，其中多個包含納米粒子的組合體中的每一個組合體與另一種多個包含納米粒子的組合體直接接觸。13、如權(quán)利要求1所述的磁性糊料，其中多個離散的納米粒子中的每一個的納米粒子間距為約1-約100納米。14、一種磁性元件，包括磁性組分和固體有機組分，其中磁性組分包括多個離散的納米粒子、多個包含納米粒子的組合體，其中多個包含納米粒子的組合體中的每一個組合體的平均最大長度是約0.5-約150微米，或者磁性組分包括上述二者。15、如權(quán)利要求14所述的磁性元件，其中磁性元件是功率變換器、天線、電感、磁性濾波器、射頻元件、波循環(huán)器、移動電話、寬帶元件、有線電視、雷達元件、傳感器、遙感元件或可植入醫(yī)學(xué)元件。16、如權(quán)利要求14所述的磁性元件，進一步包括磁性組分和固體有機組分沉積其上的襯底。17、如權(quán)利要求16所述的磁性元件，其中襯底是印刷電路板、硅晶片或陶瓷材料。18、如權(quán)利要求14所述的磁性元件，其中在頻率大于或等于約1兆赫茲時磁性元件的磁導(dǎo)率大于或等于約3。19、如權(quán)利要求14所述的磁性元件，其中在頻率大于或等于約1兆赫茲時磁性元件的磁導(dǎo)率大于或等于約10。20、如權(quán)利要求14所述的磁性元件，其中磁性元件的介電常數(shù)大于或等于約3。21、如權(quán)利要求14所述的磁性元件，其中磁性元件的感應(yīng)系數(shù)大于或等于約0.4微亨。22、如權(quán)利要求14所述的磁性元件，其中磁性元件的感應(yīng)系數(shù)大于或等于約l微亨。23、如權(quán)利要求14所述的磁性元件，其中磁性元件的感應(yīng)系數(shù)比不具有磁性組分的磁性元件大至少二倍。24、如權(quán)利要求14所述的磁性元件，其中多個包含納米粒子的組合體中的一個組合體是包括多個分散在絕緣基體中的分離的導(dǎo)電納米粒子的固體合成物。25、如權(quán)利要求14所述的磁性元件，其中多個包含納米粒子的組合體中的一個組合體是包含多個凝聚的納米粒子的微觀粒子。26、如權(quán)利要求14所述的磁性元件，其中多個離散的納米粒子中的每一個的納米粒子間距為約1-約100納米。27、一種功率變換器，包括襯底，其中襯底包含印刷電路板，硅晶片或陶瓷材料；及在功率變換器的襯底上布置的薄膜，其中薄膜包括磁性組分和固體有機組分，其中磁性組分包括多個離散的納米粒子、多個包含納米粒子的組合體，其中多個包含納米粒子的組合體中的每一個組合體的平均最大長度是約0.5-約150微米，或者磁性組分包括上述二者。28、如權(quán)利要求27所述的功率變換器，其中在頻率大于或等于約1兆赫茲時功率變換器的磁導(dǎo)率大于或等于約3。29、如權(quán)利要求27所述的功率變換器，其中在頻率大于或等于約1兆赫茲時功率變換器的感應(yīng)系數(shù)大于或等于約0.4微亨。30、如權(quán)利要求27所述的功率變換器，其中功率變換器的感應(yīng)系數(shù)比沒有薄膜的功率變換器大至少二倍。31、一種變壓器，包括-襯底，其中襯底包括印刷電路板，硅晶片或陶瓷材料；及在變壓器的襯底上布置的薄膜，其中薄膜包括磁性組分和固體有機組分，其中磁性組分包括多個離散的納米粒子、多個包含納米粒子的組合體，其中多個包含納米粒子的組合體中的每一個組合體的平均最大長度是約0.5-約150微米，或者磁性組分包括上述二者。32、如權(quán)利要求31所述的變壓器，其中在頻率大于或等于約1兆赫茲時變壓器的磁導(dǎo)率大于或等于約3。33、如權(quán)利要求31所述的變壓器，其中在頻率大于或等于約1兆赫茲時變壓器的感應(yīng)系數(shù)大于或等于約0.4微亨。34、如權(quán)利要求31所述的變壓器，其中變壓器的感應(yīng)系數(shù)比沒有薄膜的變壓器大至少二倍。35、一種電感器，包括襯底，其中襯底包括印刷電路板，硅晶片或陶瓷材料；及在電感器的襯底上布置的薄膜，其中薄膜包括磁性組分和固體有機組分，其中磁性組分包括多個離散的納米粒子、多個包含納米粒子的組合體，其中多個包含納米粒子的組合體中的每一個組合體的平均最大長度是約0.5-約150微米，或者磁性組分包括上述二者。36、如權(quán)利要求35所述的電感器，其中電感器的感應(yīng)系數(shù)比沒有薄膜的電感器大至少二倍。37、如權(quán)利要求35所述的電感器，其中在頻率大于或等于約1兆赫茲時電感器的磁導(dǎo)率大于或等于約3。38、如權(quán)利要求35所述的電感器，其中在頻率大于或等于約1兆赫茲時電感器的感應(yīng)系數(shù)大于或等于約0.4微亨。39、一種用于制造磁性糊料的方法，該方法包括結(jié)合磁性組分與液體有機組分，其中磁性組分包括多個離散的納米粒子、多個包含納米粒子的組合體，其中多個包含納米粒子的組合體中的每一個組合體的平均最大長度是約0.5-約150微米，或者磁性組分包括上述二者。40、一種用于制造磁性元件的方法，該方法包括結(jié)合磁性組分與液體有機組分以形成糊料，其中磁性組分包括多個離散的納米粒子、多個包含納米粒子的組合體，其中多個包含納米粒子的組合體中的每一個組合體的平均最大長度是約0.5-約150微米，或者磁性組分包括上述二者；在襯底上沉積糊料；及固化糊料。全文摘要在此公開了通常包括磁性組分和液體有機組分的磁性糊料。磁性組分包括多個離散的納米粒子、多個包含納米粒子的組合體，或者上述二者。磁性元件由磁性糊料構(gòu)成。并且說明了制造和使用磁性糊料的方法。文檔編號B22F1/00GK101208165SQ200680016208公開日2008年6月25日申請日期2006年5月11日優(yōu)先權(quán)日2005年5月11日發(fā)明者T.·丹尼·蕭,周俊峰,恒張,馬信清申請人:英孚拉瑪特公司