Study of wide band RF transformers
Etude et mise au point de transformateurs large bande radiofréquence
Résumé
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%.
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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