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1 SATIE - Systèmes et Applications des Technologies de l-Information et de l-Energie

Abstract : This work concern the integration of inductive components used in radiofrequency range 1 to 600 MHz. The decrease of the component size can be achieved thanks to a reduction of the core loss. It was therefore decided to study the various parameters controlling the temperature dependence of core loss of the Ni-Zn-Cu-Co ferrites. The decrease of the core loss was obtained thanks to cobalt substitution. These substitutions lead to a magneto-crystalline compensation and also to a pinning of the domain walls. The stability versus temperature could be improved by adjusting the Ni-Zn ratio and by reducing the copper concentration. The ferrites developed in this study exhibit 4 to 5 times less loss compared to conventional ferrites, in a wide range of temperature -50 to 100°C. Studies were also carried out in order to make Ni-Zn-Cu ferrites compatible with the multilayer technology. The addition of Bi2O3 enabled to densify Ni-Zn-Cu-Co ferrites after firing at 880°C, while keeping their good magnetic properties. Co-sintering with conductive and dielectric materials was achieved. The use of Ni-Zn-Cu-Co ferrites in multilayer technology had finally been validated through the realisation of co-fired transformers with electromagnetic coupling coefficient of 97%.

Résumé : Ce travail de thèse s-inscrit dans la problématique de l-intégration des composants inductifs utilisés en radiofréquence 1 à 600 MHz. La diminution de la taille de ces composants passe principalement par une réduction des pertes en puissance du matériau. Nous avons donc été amenés à étudier les différents paramètres régissant l-évolution des pertes totales des ferrites Ni-Zn-Cu-Co en fonction de la température. La réduction des pertes totales a pu être obtenue grâce à l-introduction de faibles quantités de cobalt. Ces substitutions engendrent une compensation de l-anisotropie magnéto-cristalline et bloquent les parois de domaines. L-optimisation du comportement en température a été réalisée en ajustant le rapport Ni-Zn ainsi qu-en diminuant la concentration en cuivre. Les matériaux développés lors de cette étude présentent alors des pertes totales 4 à 5 fois inférieures aux ferrites commerciaux, à l-ambiante comme à haute température > 80°C. Des études ont également été menées afin de rendre ces ferrites compatibles avec la technologie de cofrittage à basse température. L-abaissement de la température de frittage, dû à l-ajout de Bi2O3, a permis de densifier ces matériaux vers 880°C tout en conservant de bonnes propriétés en puissance. Des cofrittages avec des pistes conductrices et des matériaux diélectriques ont pu être réalisés. L-utilisation des ferrites Ni-Zn-Cu-Co en technologie multicouche a enfin pu être validée grâce à la réalisation de transformateurs cofrittés présentant des coefficients de couplage électromagnétique de 97%.

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Keywords : Ni-Zn-Cu ferrites cobalt substitution high temperature core loss high frequency core loss complex permeability co-fired inductive components

Mots-clés : composants inductifs cofrittés perméabilité complexe pertes totales à haute température Ferrites Ni-Zn-Cu pertes totales à haute fréquence dopage par le cobalt





Autor: Anthony Lucas -

Fuente: https://hal.archives-ouvertes.fr/



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