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研究生:吳衍文
研究生(外文):Wu, Yenwun
論文名稱:Fe3O4對高頻雜訊抑制的效應
論文名稱(外文):Effect Of Fe3O4 On High Frequency Noise Suppression
指導教授:陳立軒陳立軒引用關係
指導教授(外文):Chen, Lihshan
口試委員:陳立軒林文寬洪茂峰
口試委員(外文):Chen, LihshanLin, WenkuanHoung, Mauphon
口試日期:2012-06-21
學位類別:碩士
校院名稱:義守大學
系所名稱:電子工程學系
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2012
畢業學年度:100
語文別:中文
論文頁數:87
中文關鍵詞:磁性材料高頻雜訊抑制導電率
外文關鍵詞:Magnetic MaterialsHigh FrequencyNoise SuppressionConductivity
相關次數:
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本研究將磁性材料Fe3O4覆蓋於FR-4基板之微帶線架構上,並討論其頻率響應以及Ploss/Pin對於高頻雜訊抑制的影響。首先利用模擬軟體HFSS探討微帶線架構以及材料之參數對於高頻雜訊抑制的影響,接著利用磁性材料Fe3O4的參數討論覆蓋之面積對於雜訊抑制的效應,其中主要探討之參數為覆蓋材料之厚度(H)及導電率(σ)。將磁性材料Fe3O4覆蓋於FR-4基板上,其雜訊抑制效果在10GHz可達到54%。接著利用摻雜導電銀漿的方式增加其導電率(σ);在摻雜導電銀漿50wt%時,其雜訊抑制效果在10GHz可達到95%。
This study investigates the effect of Fe3O4 on high frequency noise suppression. The simulator HFSS is employed to investigate the structure and the parameter of magnetic materials and the results were compared with experimental ones. The thickness and conductivity of magnetic films are two important factors in determining the noise suppression. For FR-4 substrate coated with magnetic material Fe3O4, the noise suppression can reach 54% at 10GHz. The result shows that noise suppression can reach 95% at 10GHz for the specimens doping 50wt% conductive silver.
摘要I
Abstract II
致謝III
目錄IV
圖目錄VI
表目錄X
第一章 前言1
1-1 背景簡介1
1-2 研究動機3
第二章 參考文獻和理論基礎4
2-1 介電導磁材料簡介4
2-2 磁性材料Fe3O4 7
2-3 不同頻率雜訊抑制的方法9
2-4 高頻雜訊抑制的相關研究10
2-5 覆蓋體積對抑制效果的影響21
2-6 材料的電阻率對雜訊抑制的影響23
2-7 薄膜的應用25
2-8 高頻損失背景26
2-9 Ploss理論公式27
第三章 實驗步驟與量測29
3-1 實驗簡述29
3-2 覆蓋Fe3O4製作流程34
3-3 覆蓋摻雜導電銀漿製作流程35
3-4 改變覆蓋摻雜導電銀漿之轉速製作流程36
3-5 改變摻雜導電銀漿之比例製作流程37
第四章 結果與討論38
4-1 樹脂ITK5517對固化溫度的影響38
4-2 利用模擬軟體HFSS模擬微帶線架構39
4-3 利用模擬軟體HFSS模擬材料參數對於雜訊抑制的影響42
4-4 利用模擬軟體HFSS模擬改變Fe3O4覆蓋之面積對於雜訊抑制的影響54
4-6 將Fe3O4對高頻雜訊抑制的實驗值61
4-7 將Fe3O4參雜導電銀漿對高頻雜訊抑制的實驗值65
第五章 結論72
參考文獻73
圖目錄
圖1- 1 PCB兩側加入導電與非電性吸波物質2
圖2- 1 尖晶石結構5
圖2- 2 石榴石結構6
圖2- 3 六方鐵氧體結構6
圖2- 4 ZnxFe3-xO4導磁率(μr)的實部7
圖2- 5 ZnxFe3-xO4導磁率(μr)的虛部8
圖2- 6 ZnxFe3-xO4材料之電阻率(ρ)8
圖2- 7 傳導性干擾抑制理想示意圖9
圖2- 8 電容在電磁干擾的應用9
圖2- 9 微帶線示意圖10
圖2- 10 共平面波導示意圖11
圖2- 11 理想的雜訊抑制示意圖11
圖2- 12 不同材料的S21比較12
圖2- 13 不同材料抑制雜訊的強度13
圖2- 14 Bulk與film的諧振頻率不同14
圖2- 15 磁性材料導磁特性15
圖2- 16 導磁係數(μ′)、諧振頻率和磁損與Ms相關16
圖2- 17 磁薄膜和純材料雜訊抑制示意圖17
圖2- 18 Mn-Zn薄膜與複合薄片對雜訊的抑制能力18
圖2- 19 複合薄片與薄膜對雜訊抑制的影響19
圖2- 20 初導磁係數(μ′)和導磁損(μ′′)隨頻率的關係20
圖2- 21 改變薄膜厚度之S21 21
圖2- 22 改變覆蓋薄膜寬度之S21 22
圖2- 23 改變覆蓋薄膜長度之S21 22
圖2- 24 有無覆蓋CoFeHfO於微帶線架構及共平面波導架構之S21 23
圖2- 25 有無覆蓋CoFeHfO於微帶線架構及共平面波導架構之Ploss/Pin 24
圖2- 26 改變CoFeHfO的電阻率(ρ)24
圖2- 27 覆蓋薄膜Fe-Si-Al之微帶線架構示意圖25
圖2- 28 覆蓋薄膜Fe-Si-Al和純銅導線之S11、S21及Ploss/Pin 25
圖2- 29 高頻損失對應之各項損失的影響26
圖2- 30 磁滯曲線27
圖2- 31 飽和磁力與Ploss的關係28
圖3- 1 微帶線架構實體圖32
圖3- 2 試片橫截面圖32
圖3- 3 試片示意圖33
圖3- 4 試片實體圖33
圖3- 5 覆蓋Fe3O4製作流程圖34
圖3- 6 覆蓋摻雜導電銀漿製作流程圖35
圖3- 7 改變覆蓋摻雜導電銀漿之轉速製作流程圖36
圖3- 8 改變摻雜導電銀漿之比例製作流程圖37
圖4- 1 樹脂ITK5517利用示差掃描熱分析儀量測結果38
圖4- 2 微帶線架構示意圖39
圖4- 3 微帶線架構對雜訊抑制的S11(反射係數)40
圖4- 4 微帶線架構對雜訊抑制的S21(傳輸係數)40
圖4- 5 微帶線架構對雜訊抑制的效果41
圖4- 6 覆蓋材料後之基板示意圖42
圖4- 7 改變介電常數(εr)之S11 43
圖4- 8 改變介電常數(εr)之S21 44
圖4- 9 改變介電常數(εr)之Ploss/Pin 44
圖4- 10 改變導磁率(μr)之S11 45
圖4- 11 改變導磁率(μr)之S21 46
圖4- 12 改變導磁率(μr)之Ploss/Pin 46
圖4- 13 改變導電率(σ)之S11 47
圖4- 14 改變導電率(σ)之S21 48
圖4- 15 改變導電率(σ)之Ploss/Pin 48
圖4- 16 改變介電正切損耗(tanδ)之S11 49
圖4- 17 改變介電正切損耗(tanδ)之S21 50
圖4- 18 改變介電正切損耗(tanδ)之Ploss/Pin 50
圖4- 19 改變導磁正切損耗(tanδm)之S11 51
圖4- 20 改變導磁正切損耗(tanδm)之S21 52
圖4- 21 改變導磁正切損耗(tanδm)之Ploss/Pin 52
圖4- 22 改變覆蓋長度(L)之S11 54
圖4- 23 改變覆蓋長度(L)之S21 55
圖4- 24 改變覆蓋長度(L)之Ploss/Pin 55
圖4- 25 改變覆蓋寬度(W)之S11 56
圖4- 26 改變覆蓋寬度(W)之S21 57
圖4- 27 改變覆蓋寬度(W)之Ploss/Pin 57
圖4- 28 改變覆蓋厚度(H)之S11 58
圖4- 29 改變覆蓋厚度(H)之S21 59
圖4- 30 改變覆蓋厚度(H)之Ploss/Pin 59
圖4- 31 覆蓋Fe3O4模擬與實驗值之S11 61
圖4- 32 覆蓋Fe3O4模擬與實驗值之S21 62
圖4- 33 覆蓋Fe3O4模擬與實驗值之Ploss/Pin 62
圖4- 34 修改模擬與實驗值之S11 63
圖4- 35 修改模擬與實驗值之S21 64
圖4- 36 修改模擬與實驗值之Ploss/Pin 64
圖4- 37 有無摻雜導電銀漿之S11 65
圖4- 38 有無摻雜導電銀漿之S21 66
圖4- 39 有無摻雜導電銀漿之Ploss/Pin 66
圖4- 40 改變摻雜導電銀漿的轉速之S11 67
圖4- 41 改變摻雜導電銀漿的轉速之S21 68
圖4- 42 改變摻雜導電銀漿的轉速之Ploss/Pin 68
圖4- 43 改變摻雜導電銀漿的比例之S11 69
圖4- 44 改變摻雜導電銀漿的比例之S21 70
圖4- 45 改變摻雜導電銀漿的比例之Ploss/Pin 70
表目錄
表2- 1 Zn=0.05 to Zn=0.28材料的飽和磁力(Ms)和諧振頻率(fr)16
表3- 1 ITK5517物質特性30
表3- 2 導電銀漿NT-6116物質特性31
表4- 1 改變介電常數(εr)之其他材料參數43
表4- 2 改變導磁率(μr)之其他材料參數45
表4- 3 改變導電率(σ)之其他材料參數47
表4- 4 改變介電正切損耗(tanδ)之其他材料參數49
表4- 5 改變導磁正切損耗(tanδm)之其他材料參數51
表4- 6 材料參數對S11、S21和Ploss/Pin的影響53
表4- 7 覆蓋面積對S11、S21和Ploss/Pin的影響60
表4- 8 量測改變轉速之厚度67
中文部份
[1]吳孟倫,“磁性材料在高頻雜訊抑制的效應”,義守大學碩士論文,2011。
[2]施威志,“添加劑對MgFe2O4 介電與導磁特性之影響”,義守大學碩士論文,2009。
[3]張存續,“高速數位電路之電源完整性”,清華大學物理系博士論文,2003年。
[4]郭家銘,“Mn-Zn鐵氧磁體對高頻雜訊的抑制”,義守大學碩士論文,2010。
英文部份
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[2]A. K. Subramani, N. Matsushita, T. Watanabe, K. Kondo, M. Tada, M. Abe, M. Yoshimura, “Post-heat-treated spin-spray plated MnxZnyFe3−x−yO4 films exhibiting high resistivity and noise suppressing properties”, Journal of Applied Physics 103, 07E502, 2008.
[3]Baomin Wang; Liangliang Li, “Numerical simulation on the noise suppression effect of nanogranular magnetic film CoFeHfO on PCB transmission lines”, Electronic Packaging Technology & High Density Packaging (ICEPT-HDP), 2010 11th International Conference on Digital Object Identifier, pp 582-586, 2010.
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[7]K. H. Kim, M. Yamaguchi, S. Ikeda, K. I. Arai, “Modeling for RF Noise Suppressor Using a Magnetic Film on Coplanar Transmission Line”, IEEE Transactions on Magnetics, Vol. 39, No. 5, pp 3031-3033, September 2003.
[8]K. H. Kim, M. Yoshimura, N. Matsushita, M. Abe, “RF-integrated noise suppressor using spin-sprayed ferrite films”, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, v 290-291 PART 2, pp 1363-1366, Proceedings of the Joint European Magnetic Symposia, April 2005.
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[11]K. H. Kim, S. Ikeda, M. Yamaguchi, K. I. Arai, “FEM analysis on the effects of soft magnetic film as a noise suppressor at GHz range”, Journal of Applied physics Volume 93, Number 10, pp 8588-8590, May 2003.
[12]K. H. Kim, Y. A. Kim, M. Yamaguchi, “Radio frequency characteristics of Fe-filled carbon nanotube film”, Journal of Magnetism and Magnetic Materials 302, pp 232-236, 2006.
[13]Ki Hyeon Kim, Seok Bae, Yamaguchi, M. “Dimensional effects of the magnetic film on coplanar transmission line for RF noise suppression”, Magnetics, IEEE Transactions on Vol 40, pp 2847-2849, 2004.
[14]M. Yamaguchi, K. H. Kim, T. Kuribara, K. I. Arai, “Thin-Film RF Noise Suppressor Integrated in a Transmission Line”, IEEE Transactions on Magnetics, Vol. 38, No. 5, pp 3183-3185, September 2002.
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[20]X. Jun, S. Xiangqian, M. Xianfeng, “Preparation of Co-substituted MnZn ferrite fibers and their magnetic properties”, Materials Chemistry and Physics 114 , pp 362-366, 2009.
[21]Y. Kato, S. Sugimoto, J. Akedo, ”Magnetic properties and electromagnetic wave suppression properties of fe-ferrite films prepared by aerosol deposition method” Jappanese Journal of Applied Physics, v 47, n 4 PART 1, pp 2127-2131, April 18, 2008.
[22]Y. Yoshizawa, “Nanocrystalline Soft Magnetic Materials and Their Applications”, Handbook of advanced magnetic materials, pp 125-128, 2006.a
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