6.4. Многофункциональные компоненты

Особый интерес представляет возможность построения на основе МЭ композитов многофункциональных устройств, таких как вентиль - переключатель, фазовращатель - модулятор и др. Как показывает анализ, сохраняя преимущество сегнетоэлектрических приборов, обусловленных интегральной, керамической технологией и управлением электрическим полем, МЭ устройства обладают лучшей термостабильностью, широкимиперспективамипо совершенствованию как конструкции устройств,так и характеристик материалов, большимифункциональнымвозможностями.

Современные электронные приборы, такие как цифровые сотовые телефоны, локальные беспроводные сети и т. п. являются комплексными системами, которые объединяют как высокочастотную аналоговую, так и цифровую схемотехнику в одном устройстве. Использование высокоинтегрированной схемотехники и технологии поверхностного монтажа делает эти системы более компактными. Однако изготовление этих перспективных устройств затруднено наличием сильной электромагнитной связи, обусловленной малым расстоянием между компонентами. Одним из подходов для уменьшения электромагнитной связи является схемотехнический, при этом могут быть использованы фильтрующие устройства, имеющие высокие функциональные возможности и малые габаритные размеры. Современные миниатюрные фильтры уменьшают размер платы, объединяя дискретные емкости, индуктивности на основе ферритов, формируя квазидискретные элементы. Однако схемотехнический подход ограничивается возможными минимальными размерами дискретных индуктивных и емкостных элементов. Другой подход является технологическим и направлен на создание единого материала, имеющего как индуктивные, так емкостные свойства. Суть этого подхода состоит в создании объемных однородных композиционных феррит-сегнетоэлектрических материалов, на основе которых могут быть созданы подложки (платы приборов). Такие подложки должны обладать высокими значениями магнитной и диэлектрической проницаемостей, но при этом, для обеспечения электромагнитной совместимости, необходимо исключить взаимное влияние магнитных и электрических свойств. Основная трудность при создании необходимого материала для подложек (плат приборов) состоит в существенном ослаблении магнитоэлектрического взаимодействия, то есть взаимодействия между магнитной и электрической подсистемами композиционного материала. Достоинством композитов является возможность непрерывно изменять его свойства, варьируя параметры компонентов и их процентный состав. При использовании таких композитов емкостные и индуктивные элементы могут быть реализованы с помощью металлизации образца. Функциональные возможности фильтра могут быть обеспечены выбором соответствующей топологии. С помощью этого метода можно создать технологичные компоненты с более высокими функциональными возможностями. Соответствующим выбором состава компонент, размера зерен, процентного соотношения можно добиться требуемых значений диэлектрической, магнитной и магнитоэлектрической проницаемостей, диэлектрических и магнитных потерь в заданном диапазоне частот. При этом, изменяя состав компонентов композита и топологию элементов, можно свести к минимуму взаимное влияние электрических и магнитных свойств. Как известно, наличие такого влияния приводит к возникновению паразитных связей и нарушению электромагнитной совместимости приборов.

Для решения поставленной задачи – создания композиционного материала с высокими значениями диэлектрической и магнитной проницаемостей и малой константой магнитоэлектрического взаимодействия – наиболее подходят композиты, состоящих из сложных ферритов-шпинелей и сегнетоэлектрического титаната бария/стронция. Объемные однородные композиты имеют ряд преимуществ по сравнению с однофазными и многослойными структурами: (i) одновременное достижение высоких значений диэлектрической и магнитной проницаемостей в заданном диапазоне частот, что невозможно в однофазных материалах; (ii) более простую технологию изготовления по сравнению с многослойными структурами; (iii) более высокую механическую прочность по сравнению с многослойными материалами; (iv) возможность получения образцов достаточно больших размеров для изготовления на их основе подложек (плат приборов).

Другой проблемой, возникающей при разработке многофункциональных компонент, является наличие диэлектрических и магнитных потерь, обусловленных электронной проводимостью ферритовой фазы, котораясвязана с наличием ионов Fe₂⁺. Это значительно снижает электрическое сопротивление композиционных феррит-сегнетоэлектрических материалов, что препятствует созданию емкостных и индуктивных элементов на основе этого материала. Преодолеть эту проблему, увеличив электрическое сопротивление до значения 1 ТОм·м, можно посредством применения специальной термообработки.

Примером материала, удовлетворяющего выше перечисленным требованиям, является объемный композиционный материал, содержащий феррит Cu_0.2Mg_0.4Zn_0.4Fe₂O₄ и титанат бария [51, 114]. Расчет эффективных параметров этого материала при использовании модели, описанной в п. 3, показал, что при изменении объемной доли титаната бария от 0.2 до 0.8 эффективная относительная диэлектрическая проницаемость изменяется от 200 до 800, аэффективная относительная магнитная проницаемость – от 70 до 15. При этом максимальная величина МЭ коэффициента по напряжению составляет E/H=0.12мВ/А, т.е. при воздействии на образец внешнего магнитного поля1А/см индуцируется электрическое поле, обусловленное МЭ взаимодействием, равное 0.12мВ/см. Измеренные значения параметров материала указанного состава, полученные на частоте 100 кГц, удовлетворительно согласуются с расчетными значениями. Экспериментальные исследования подтвердили возможность использования этого композита в многофункциональных электронных компонентах.

предыдущий раздел | содержание| следующий раздел

Поиск в журналах РАЕ:

Авторы Публикации