ferrite - samwha · 2009-01-19 · fe20b0r4u. a11ry.12. 2007 samwha electronics ferrite...

2004. 11.12. SAMWHA ELECTRONICSFebruary 2007

FERRITE의이해(소재부문)


자기특성의 온도의존성

Contents1. FERRITE의 결정구조

2. 자기특성의 온도의존성

3. μ 와 관련된 grain 내부

4. Hysteresis loop의 이해

5. 결정결함과 자벽이동

6. 초투자율의 자화곡선

7. 투자율의 주파수 특성

8. 소성 전후 입자비교

9. 소결입자의 성장과정 및 온도에 따른 소결입자의 변화

10. Grain의 제어

11. 초투자율과 손실의 관계

12. Mn-Zn재 재질 조합

13. 첨가물의 역할 및 첨가물 변화에 따른 ferrite core특성의 변화


FERRITE 결정구조

2. 기본적인결정모티브(motive), 즉최소결정단위인 ‘단위포’로구성

1. 반지름 1.4A의산소이온, 32개반지름 0.4~1A의금속이온 24개로구성

3. Grain 1개안에이온화한 56개의원자로된단위포가 2천억개들어있음


자기특성의 온도의존성

화살표는자기모멘트. 절대온도근처에서완전한반평행관계

온도상승에따라원자의진동이활발해져반평행관계파괴됨

Curie온도에도달하면상자성(자성이없는상태)으로변함


μ와 관련된 grain 내부

자벽의너비

입자(GRAIN)의크기

GRAIN사이의입계(Boundary)

결정구조에생긴구멍(hole)

초투자율(μi)에 영향을 주는 인자들

수백Å의넓은영역에발생. 에너지장벽구축하여자벽의움직임저해

자화방향이서로반대일때의경계면(자벽). 1개 grain내에수개존재가능

Grain의크기이며 grain이균일하고클수록투자율이높아짐

Grain과 grain의사이에의도적으로생성되는유리질의고저항물물질층


Hysteresis Loop의 이해

Hysteresis loop 각부분의이해

처음전류가인가되었을때(초투자율)

‘- ‘로전류의방향이전환되었을때

‘-’방향으로계속전류가흐를때

‘+’방향으로전류방향이전환될때

‘+’방향으로계속전류가흐를때

Hysteresis loop 내전체면적이 core loss가됨 tanδ= tanδh + tanδe + tanδr


결정결함과 자벽이동

원형의흰색원은공공또는결정격자의비틀림의장소를나타냄

청색의띠는자계 zero시점의안정된자계의모습. 전류인가시소멸

자계의힘이계속해서강해지면2차황색의장벽까지도달함.추가자계가가해지면완전소실됨

자계 H의힘이강해지면황색의1차장벽까지도약적으로이동하여자벽의장벽을넘어선다


초투자율의 자화곡선

작은전류(H)에도 B가급격히증가

최대투자율(B/H) 을넘어서는지점

자속(B)이최대로포화(Bm)되는지점

처음전류(H)를인가했을때


투자율의 주파수 특성

교류자계에서는자계가 +, -방향으로계속변환(10kHz->10,000회변환)

교류자계변화(‘+’ -> ‘-’, ‘-’ -> ‘+’)에자속(B)의변화가지연되는현상발생(손실)


소성 전후 입자비교

성형품단면 소성품단면

성형품

소성품

성형밀도: 2.9~3.5g/㎤, 입경:0.5~2.0㎛, 성형압력: 1.5~2kg/㎠

소결밀도: 4.8~5.0g/㎤, 입경:5~15㎛, 수축비: 12~19%


소결입자의 성장과정

성형입자가소성로에서온도의영향으로점점성장하여소결체로변하는과정


온도에 따른 소결입자의 변화

Mg-Zn : 대기중소결

Ni-Zn : 대기중소결

Mn-Zn : 분위기소결

재질별소결방식


GRAIN의 제어

Grain의순도가높고결함이미세할때높은초투자율특성(High μi)가능

각 Grain의조성이균일할경우 Hysteresis 손실(Ph) 저하

Grain의크기가적절할때 Hysteresis(Ph)와 Eddy current( Pe) 손실저하

입계의저항층이얇고균일할때 Eddy current 저하, High μi, High Bm가능

기공은결정입계사이에존재. 작을수록 High μi, High Bm, 손실저하


초투자율과 손실의 관계

초투자율은온도가상승하면같이상승하다가 1차, 2차 peak 형성

1차 peak를기점으로상승이둔화되다가 다시상승하여 2차 peak 형성

2차 peak에서는급격히특성을상실하여자성체의성질을잃어버림(Tc)

Power Loss 특성은초투자율 1차 peak 부근에서가장낮은값을갖게됨


Mn-Zn재 재질 조합

1. Mn-Zn 재의주조성은 Fe2O3, Mno, ZnO이며조성비에따라재질특성이변화함

2. 이상적인재질조합비는도표가운데있는황색사다리꼴내에분포함

3. MnO: Second peak(Ts), ZnO: Curie Temperature(Tc)와밀접한연관있음


첨가물의 역할

Spindle 격자(lattice)를만들어주는역할(Bm, Tc, temperature coefficient 제어)

5. MoO3,Na2O group 4 효과를제어하는역할(group 4 불순물연관)

4. B2O3 Grain의성장을불연속적이게하는역할

3. Ta2O5, ZrO2 Grain의성장을억누르는역할(Low Loss)

2. V2O5, Bi2O3 Grain의성장을촉진시키는역할(High μ)

1. CaO, SiO2 저항및소결밀도를높이는역할(기본첨가물)

GROUP 구분

6. SnO2, TiO2, CoO, MgO


0.040.06

0.080.10

0.120.14 0.005

0.010

0.015

0.020

0.025

0

50

100

150

200

250

300

Res

istiv

ity (Ω

m)

SiO 2

(m/o)

CaO (m/o)0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14

0.005

0.010

0.015

0.020

0.025

CaO (m/o)

SiO

2 (m

/o)

262.5 -- 300.0 225.0 -- 262.5 187.5 -- 225.0 150.0 -- 187.5 112.5 -- 150.0 75.00 -- 112.5 37.50 -- 75.00 0 -- 37.50

첨가물의영향 Resistivity vs. CaO, SiO2

첨가물에 따른 저항의 변화


0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14

0.005

0.010

0.015

0.020

0.025

1013 -- 1100 925.0 -- 1013 837.5 -- 925.0 750.0 -- 837.5 662.5 -- 750.0 575.0 -- 662.5 487.5 -- 575.0 400.0 -- 487.5

CaO (m/o)

SiO

2 (m

/o)

0.040.06

0.080.10

0.120.14 0.005

0.010

0.015

0.020

0.025

400

500

600

700

800

900

1000

1100

Cor

e Lo

ss (m

W/c

m3 )

SiO 2

(m/o)

CaO (m/o)

첨가물의영향 Core Loss vs. CaO, SiO2

첨가물에 따른 Core Loss 변화


12601280

13001320

1340 1.01.1

1.21.3

1.4450

500

550

600

650

Cor

e Lo

ss (m

W/c

c)

Partic

le siz

e (um

)

Sintered Temp ( oC)

1260 1280 1300 1320 1340

1.0

1.1

1.2

1.3

1.4

630 -- 660 600 -- 630 570 -- 600 540 -- 570 510 -- 540 480 -- 510 450 -- 480 420 -- 450

Sintered Temp (oC)

Par

ticle

siz

e (u

m)

분쇄입경의영향 Core Loss vs. Temp., Particle size

분쇄입경에 따른 Core Loss 변화


12601280

13001320

1340 800

900

1000

400

450

500

550

600

650

Cor

e Lo

ss (m

W/c

c)

Calci

ned T

emp (

o C)

Sintered Temp ( oC)1260 1280 1300 1320 1340

800

850

900

950

1000

Sintered Temp (oC)

Cal

cine

d Te

mp

(o C)

645 -- 680 610 -- 645 575 -- 610 540 -- 575 505 -- 540 470 -- 505 435 -- 470 400 -- 435

가소온도의영향 Core Loss vs. Calcined temp.

가소온도에 따른 Core Loss 변화

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