摘要：本文描述了为适应电子通迅高速发展而出现的适于表面贴装的铁氧体元件及其制造工艺技术要点，特别指出一些关键控制点的工艺影响因素，对制造表面贴装元件具有一定的参考作用。 关键词：NiZn铁氧体 表面贴装元件 生产技术 1引言 软磁铁氧体是电子信息和电子工业的基础性功能材料，主要应用于计算机、通讯、电源、消费类电子产品等领域，它主要包括MnZn、NiZn铁氧体材料两大系列。与MnZn铁氧体相比，NiZn铁氧体具有电阻率高，损耗小的特点，是高频范围（1-100M Hz）内应用最广，性能最为优异的软磁铁氧体材料[1]。随着现代通讯技术，电子设备的小型化、轻量化、超薄化技术的发展，对软磁铁氧体元件的体积、重量、性能提出越来越高的要求。适应市场的需要，已用NiZn软磁铁氧体材料制成适合表面贴装用的系列元件。表面贴装用元件的生产比常规铁氧体产品的要求更高，对生产装备、原材料纯度及材料配比、工艺环节要求很高，甚至水质也会导致产品质量的波动。 2表面贴装元件的技术要求 表面贴装元件是随着电子产品向小型化、高频化方向发展的产物，必须具有以下几个特点：a.产品体积小但应能承受较大功率；b.产品适于表面安装，焊接；c.强度好；d.低损耗。为了满足以上条件，除了材料的常规特性必须达到外，还有以下四个特性是必须具有或者比常规产品要求更高：高磁场密度，高强度，可镀性好，可耐焊性强。这对我们的选材和工艺控制都提出严格的要求。 3原材料的选择及配方： 3.1原材料 要达到前面提到的性能要求，原材料的选择很关键：直接影响到产品性能。原材料一般选取纯度较高，且粒度较细，特别是主要原材料如：高纯铁红，高纯ZnO，优质氧化亚镍。由于目前越来越多的国家提出绿色产品，因此在原材料的选择中，原材料中的Pb、Cd等重金属元素的含量必须达到国际标准。 3.2配方 原材料确定后，产品的性能主要由材料的配方和工艺技术决定，其中配方是基础。由于产品的性能要求严格，而助熔剂和添加剂的加入，虽在某些性能方面有改善，但同时往往又会抑制甚至破坏另一方面的性能，因此，在配方中选择助熔剂和添加剂时尽量减少用量或宁可采用较高的烧结温度[2]。肇庆鼎磁电子有限公司的FG351材料其μ i值达400，Bs高达4000Gs，强度好，适合于制作SMD产品。 4粉料的制备 粉料制备主要工艺流程：一次称量-一次研磨-烘干-预烧-二次称量-二次研磨-烘干造粒。 原材料按配方规定比例精确配制后，采用湿式研磨，湿式研磨的优点是混合均匀，且能将材料研磨得足够细，可以弥补因助熔剂添加较少情况下，使烧结温度降低;同时易于控制晶粒增长，保证产品晶粒细小，结构致密均匀，提高产品的强度；由于玻璃相相对较少，对后工序的产品在高温焊接时防止爆裂起到一定作用。研磨后的粉料粒度D50一般控制在1.5μm左右。笔者曾用不同粒度的粉料(如表1) 按其工艺流程制成样环及产品，并随大生产窑炉烧结，检测结果如表2: 从表1-2可以看到随着粒度变细，产品的性能变化较大， 一定范围内磁导率μ i值增大，收缩率增大，但Bm和产品芯折强度先增大后减小，因此并非粒度越细越好，在目前工艺条件下，粒度D50在1.65μm时性能最佳. 预烧主要是通过原材料颗粒之间的初步固相反应，使混合氧化物部分铁氧体化；控制烧成产品的收缩率，防止产品变形，大部分低熔物杂质将会除去。[3]预烧温度必须合适，预烧温度太高，化学活性较差，烧结时要明显提高温度。而且预烧温度太高，原材料中含有低熔点成份时，会使坯料部分熔融，烧结时易出现不连续晶体生长，预烧温度太低，坯件烧结后的收缩率较大。目前采用的预烧温度为了确保烧结时易形成细晶结构，比正常材料预烧温度略低。较低的预烧温度，还有利于成型后的坯件在切割时不易破损。 造粒的目的是将铁氧体粉料制成具有良好流动性和一定强度的颗粒（同时具有一定的粘性），以便干压成型。由于SMD产品尺寸较小，单重轻，有些产品仅为0.005克，且大多形状复杂，因此颗粒的流动性必须要好，流动角尽量控制在28°--29°，高于30°则成型时单重将会有波动；烧结后尺寸也会波动较大，电性能不稳定。 5成型 对于SMD产品，成型的模具设计很关键：一方面要保证尺寸的精度，另一方面要保证模具有足够的强度和光洁度，避免粘模，模具上下型通过镀钛保证其光洁度和耐磨性；同时因SMD产品的形状复杂，模具的配合间隙不能太小，否则易出现卡模或易折断等情况。 6切割 切割的目的是使成型后的生坯经砂轮切削后，形成"工"型产品利于绕线，并形成具有比棒形感量更高的产品。切割SMD产品时大部分产品在切割时应选择方向，因此对振动盘提出一定的要求，即必须能选择方向。目前有两种：一种螺旋式振动盘；一种平面振动盘。螺旋式振动盘由于产品在振动盘内不断翻滚碰撞，因此，对产品的外观有一定影响，成品表面粗糙。平面振动盘可克服这个缺点，但平面振动盘下料时易阻塞，需员工经常疏通。另外在切割时应注意导轮必须保证光滑和平整，否则因SMD产品边摆很薄（有些仅0.2mm甚至更薄）而易折断。 7烧结 产品的烧结是一个关键的工序，必须控制好温度的一致性和窑内气氛。温度一致性不好，产品烧结后结晶不均匀，电性能会波动，强度也会影响很大;如图1--4及不同结晶状态下产品性能列表3； 图1-4为不同烧结温度下的样环用扫描电子显微镜(菲利浦XL30)拍摄的断面。如下： 从上表3可知，在不同烧温时，性能先随烧温升高而不断提高，但达到一定温度时，性能开始下降，在目前工艺条件下，1100℃时为最佳烧温. 窑内气氛不好，排胶不彻底，产品外观暗淡，无光泽，产品各部位收缩率不一致，表面绝缘变差。窑内气氛主要从抽风量和抽风位置确定，对于较长的窑炉，为避免在窑炉升温阶段抽风的风力太大，排胶区风力过急，一般在窑尾增加一个适当的鼓风机，保证气体由窑尾往窑头排胶区运动，确保胶水缓慢均匀彻底地往外排放。 8印银 印银是在烧结后的产品表面某规定部位均匀地涂覆一层薄薄的银浆，银浆的厚度10μm左右。印银的方式目前有两种：移印和喷涂。移印效率高，但银层厚度不均匀；喷涂效率低但银层厚度易于控制均匀，外观整齐。印上银层的产品必须经过150℃的温度烘5-10分钟，将银浆里的低熔点有机溶剂挥发出来，使银浆与磁心表面产生一定的附着力。然后将烘干的磁心在一定温度下低温烧一次，银浆中的玻璃相与磁心表面形成薄薄的玻璃质结构，银层与磁心紧密结合起来，烧银时必须控制好温度，各厂家生产的银浆烧温不同。烧温太低，烧不透，则银层附着力不够；烧温太高：一方面可能使银全部熔化氧化，另一方面会有玻璃相析出，后工序电镀困难。 9电镀 电镀是在烧银后的磁心上镀上镍层和锡层，有利于焊接。电镀是一个关键工序。常用的电镀方法有两种：振镀和滚镀。一般小磁心采用振镀方法，大磁心采用滚镀方法，电镀的好坏直接影响到产品的可焊性和耐焊性，电镀镍层厚度一般控制在2μm，电镀锡层厚度一般控制在8-10μm。电镀镍层很关键，若电镀效果差，则产品的可耐焊性会变差，因此电镀镍层后，镀锡层前，必须对产品进行抽检其耐焊性，要求耐焊温度大于400℃/5sec，另外值得一提的是因目前国际上对环保要求越来越高，因此在电镀时镀液及银浆均需采用无铅化材料。 10.小结 a.表面贴装元件是目前电子信息和电子工业发展的必然产物，随着现代通讯技术，电子设备的小型化，轻量化，超薄化技术的发展，对软磁铁氧体元件体积，重量，性能提出越来越高的要求，为此，材料配方的出发点必需具有高强度，能承受大功率;产品必须具有适于表面安装和焊接等特点，同时在制造过程中必须严格对工艺的控制，保证产品的一致性。 b.表面贴装元件属于高精度，一致性特别严格的产品，必须严格控制各工序关键点，如：配料及研磨的粒度，预烧及烧结的温度，烧银温度，电镀镍、锡的电流大小及厚度等工艺精度控制等，是制造合格产品的基础。 参考文献： [1]：胡国光 安微大学物理系 《磁性材料与器件》2003年12月 [2][3]：宋玉升 《铁氧体工艺》 电子工业出版社