CN102449710B - 使用磁片的叠层电感器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有高直流叠加特性和高频特性的叠层功率电感器，并且具体地涉及一种作为磁体施加有磁片和磁芯的叠层功率电感器，所述磁片填充有软磁性金属粉末。本发明的技术目的是提供一种具有高电感和高直流叠加特性的叠层功率电感器及其制造方法。为了实现该目的，用于制造使用磁片的叠层电感器的方法包括：堆叠其表面上形成有导电电路的多层磁片；在最外部形成端子；通过经由导通孔电连接所述导电电路和所述端子来形成线圈形状的电路；并将磁芯插入所述线圈形状的电路中。

Description

使用磁片的叠层电感器及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种具有高直流叠加特性和高频特性的多层片式功率电感器，具体地涉及一种将填充有软磁性金属粉末的磁片和磁芯用作磁体的多层片式功率电感器。

背景技术

由于便携式装置的多样化，用于便携式装置的电源电路的工作电源的类型也已经多样化。对于便携式装置，将这种电源用作LCD(液晶显示器)驱动器、功率放大器模块、基带IC(集成电路)等。每个电源均需要不同的工作电压，并且需要用于将从电源供应的电压转换成其电路的工作电压的电源电路。由于半导体尺寸的减小，所以其电源电路的电压已减小，并且因此即使电压的小的变化也可能导致装置发生故障。为了防止这种问题，通常，使用分布式电源(POL)方案，其中，将电源布置在每个LSI(大规模集成电路)附近，以通过利用电源和LSI或配线电阻之间的线路电感来减小电压波动。

结果，便携式装置需要用于分别控制每个LSI的电源以及位于电源中的许多电源电路。

便携式装置的电源电路分成两大类：线性调节器和开关调节器。最近的趋势已朝着降低能耗以延长电池寿命的方向发展，因此，已经更普遍地使用在电压转换中经受较少的功率损耗的开关调节器(通常称为DC-DC(直流-直流)转换器)。

同时，在小型化方面，DC-DC转换器需要诸如电感器、电容器等的附加部件，这增大了电源电路的面积；因此，为了使装置小型化，必须首先使那些部件小型化。可通过减小电感器或电容器的需要的常数来使这些部件小型化，其中通过增大DC-DC转换器的开关频率来减小电感器或电容器的需要的常数。

最近，由于根据半导体制造技术的进步而使IC性能提高，已使较高的开关频率取得了进一步发展。在此趋势下，通常已将缠绕转子式电感器用作用于DC-DC转换器的电路的功率电感器，其中通过将电线缠绕在氧化物磁性材料周围来制造所述缠绕转子式电感器。然而，这种电感器在小型化方面具有固有的局限性。

因此，随着陶瓷材料技术的进步，已经开始关注多层功率电感器。

铁氧体基金属氧化物(通常用作多层功率电感器的磁性材料)具有高导磁性和高电阻，同时具有低的饱和磁通密度。因此，铁氧体基金属氧化物由于磁饱和而获得低电感，并具有较差的直流叠加特性。

另外，在传统的多层功率电感器中，为了确保直流叠加特性，需要在层之间插入非磁性材料层作为间隙。

另外，在使用铁氧体的电感器的情况下，将电路放置在铁氧体基板上，然后必须将其烧结；然而，在该情况下，在烧结处理过程期间可能使电感器变形，这对确保一定水平的电感和直流叠加特性造成了障碍。因此，不能将这种电感器设计为宽的。特别地，在最近电感器的尺寸已经减小并且制造具有1mm或更小宽度的产品的情况下，更加限制了电感器的宽度；因此，使用铁氧体的电感器不能获得各种类型的电感和电流叠加特性。

另外，即使在使用填充有磁性材料的磁片的多层电感器的情况下，也无法仅通过在电感器的导电电路中包括磁片而获得非常好的电感器特性。

发明内容

【待解决的问题】

提供本发明来解决所述问题。本发明的目的是提供一种不会由于磁饱和而导致磁通量泄漏和电流限制的功率电感器。

本发明的另一目的是提供一种其使用能够不受宽度限制的大容量超薄功率电感器。

本发明的另一目的是提供一种通过在电感器中包括磁芯而实现高电感和高直流叠加特性的多层片式功率电感器。

本发明的又一目的是提供一种通过将铜线用于电感器的导电电路而确保低直流电阻的多层片式功率电感器。

【解决问题的技术方案】

为了实现以上目的，本发明提供一种使用磁片的多层片式功率电感器，其特征在于，层压多个磁片，其中在所述磁片的表面上形成导电电路；在最外部形成端子；经由导通孔电连接所述导电电路和所述端子并且形成呈线圈形式的电路；并且在呈线圈形式的所述电路中形成内中空部并将磁芯插入所述内中空部中。

此外，本发明提供一种使用磁片的多层片式功率电感器，其特征在于，层压多个磁片；在最外部形成端子；在被层压的所述磁片中形成内中空部，并将缠绕有导电线圈的磁芯插入所述内中空部中；并且经由导通孔电连接所述导电线圈和所述端子。

此外，本发明提供一种使用磁片的多层片式功率电感器，其特征在于，内层的所述磁片是填充有各向同性粉末的各向同性磁片；并且，外层的所述磁片是填充有各向异性金属粉末的磁片。

此外，本发明提供一种使用磁片的多层片式功率电感器，其特征在于，所述磁芯是含钼坡莫合金、坡莫合金、铁硅铝合金、铁硅合金、硅钢板、铁氧体和非晶态金属中的任何一种。

此外，本发明提供一种制造使用磁片的多层片式功率电感器的方法，所述方法包括以下步骤：通过蚀刻覆铜磁片的表面来形成导电电路，通过钻孔来形成导通孔，并电镀所述导通孔的内侧以形成电路层；层压所述电路层，通过将覆铜磁片层压在所述电路层的上侧面和下侧面上作为连接盘层而形成层压体，通过蚀刻所述连接盘层来形成连接盘，通过钻孔来形成导通孔，并电镀所述导通孔；通过对所述层压体的中间部分进行冲压来形成内中空部，然后将磁芯插入所述内中空部中；并且将单独的覆铜磁片层压在插入有所述磁芯的所述层压体的上侧面和下侧面处作为端子层而并对其进行蚀刻来形成端子，通过钻孔来形成导通孔，并电镀所述导通孔。

此外，本发明提供一种制造使用磁片的多层片式功率电感器的方法，其特征在于，向所述电路层施加填充有各向同性粉末的各向同性磁片，并且，向所述连接盘层和所述端子层施加填充有各向异性金属粉末的磁片。

此外，本发明提供一种制造使用磁片的多层片式功率电感器的方法，所述方法包括以下步骤：通过层压磁片来形成层压体，通过对所述层压体的中间部分进行冲压来形成内中空部，然后，将缠绕有导电线圈的磁芯插入所述内中空部中；将覆铜磁片层压在所述层压体的上侧面和下侧面上作为连接盘层，通过蚀刻所述连接盘层来形成连接盘，通过钻孔来形成导通孔，并电镀所述导通孔；将单独的覆铜磁片层压在所述连接盘层的上侧面和下侧面处作为端子层并且对其进行蚀刻来形成端子，通过钻孔来形成导通孔，并电镀所述导通孔。

【发明效果】

与传统的功率电感器不同，本发明能够获得高频率和大容量的饱和电流。另外，通过使用软磁性金属粉末薄片，本发明能够以经济的方式提供一种其宽度不受限制的薄的电感器，因此，可以提供超薄的膝上型计算机、便携式电话、显示装置，等等。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施方式的多层功率电感器的立体图。

图2是根据本发明的一个实施方式的多层功率电感器的剖视图。

图3是根据本发明的另一实施方式的多层功率电感器的剖视图。

图4是根据本发明的另一实施方式的多层功率电感器的剖视图。

图5是说明根据本发明的制造多层功率电感器的方法的流程图。

图6是示出根据本发明的电感器的特性的曲线图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图描述本发明。

图1是本发明的一个实施方式的外部图。

图1示出了通过层压磁片而形成的电感器10，其中，在该电感器的最外部形成端子11。

通过填充粘合剂和软磁性金属合金粉末来形成所述磁片。

使用呈扁平薄片形式的各向异性或各向同性的粉末作为所述软磁性金属合金粉末。另外，可以使用含钼坡莫合金、坡莫合金、Sandust(铁硅铝合金)、铁硅合金、非晶态金属、纳米晶粒等作为合金粉末的材料。

可以使用被用作有机高分子基质材料的三元乙丙橡胶(EPDM)、丙烯酸树脂、聚亚安酯、硅橡胶等作为所述粘合剂。

端子由诸如铜的导电金属制成。

通过根据以下方法形成所述端子：有选择地蚀刻覆铜磁片而仅保留铜部分，并可以在铜端子周围镀以镍和锡。

用环氧树脂绝缘材料涂覆除了端子以外的部分。

图2是根据本发明的一个实施方式的多层片式功率电感器的(图1的A-A)剖视图。

图2示出了多层片式功率电感器10，在该多层片式功率电感器10中，层压电路层12，并且在所述电路层12的上侧面和下侧面上相继地层压连接盘层14和端子层16，其中，在所述电路层12处，在磁片的表面上形成导电电路，在所述连接盘层14处形成连接盘，并且在所述端子层16处形成端子。

在所述电路层12的磁片上，导电电路可以形成在一个表面上或可以形成在两个表面上。

如果导电电路形成在两个表面上，那么，将未形成有导电电路的磁片插入所述磁片之间并用作绝缘层。

经由导通孔电连接每个电路层12的导电电路、连接盘和端子，以形成呈线圈形式的整个电路，并且在所述电路中形成内中空部，将磁芯18插入所述内中空部中。

换句话说，其具有这样的结构：呈线圈形式的电路缠绕在磁芯18周围。

对于磁芯18，可使用含钼坡莫合金、坡莫合金、铁硅铝合金、铁硅合金、硅钢板、铁氧体和非晶态金属。

图3是根据本发明的另一实施方式的多层片式功率电感器的剖视图。

图3示出了多层片式功率电感器20，在该多层片式功率电感器20中，与图2一样，层压电路层22，并且在所述电路层12的上侧面和下侧面上相继地层压连接盘层14和端子层16，并将磁芯28插入其内部，其中在电路层22处，在磁片的表面上形成导电电路，在所述连接盘层14处形成连接盘，并且在所述端子层16处形成端子。

这里，向电路层22施加各向同性磁片，并且向连接盘层24和端子层26施加各向异性磁片，其中，对于各向同性磁片，填充磁片的软磁性粉末的形状是球形的，并且粉末的长度和宽度彼此相似，相对于磁路(magneticpath)具有各向同性的特性，对于各向异性磁片，软磁性粉末呈薄片形式并且相对于磁路平行。

如果是多个电路层22，则可以将所述电路层分类成位于内部电路层中的各向同性磁片和位于上下层中的各向异性磁片。

在图3中，在多层片式功率电感器中产生的磁路的方向与软磁性粉末的布置方向相关。

换句话说，向电感器的上侧面和下侧面施加各向异性磁片，并且向所述电感器的中间部分施加各向同性磁片，从而形成所述图中沿箭头方向的磁路29；这里，当所述各向异性磁片的各向异性合金粉末的长度方向与磁路平行时，电感增加。

在一些情况下，在电路层22的左侧面和右侧面竖直地布置各向异性颗粒，从而使其与磁路29平行。

图4是本发明的另一个实施方式的剖视图。

该实施方式涉及多层片式功率电感器70，其中，将铜线导电线圈缠绕在磁芯周围并将其插入磁片中。

通过层压未形成有导电电路的磁片来形成层压体72；在所述层压体72中形成内中空部；将缠绕有导电线圈的磁芯78插入内中空部中；并且将连接盘层74和形成有端子71的端子层76层压在磁片的上侧面和下侧面上。

在下文中，将描述根据本发明的制造电感器的方法。

图5是根据本发明的制造多层片式功率电感器的方法的一个实施方式的示意图。

蚀刻覆铜磁片32的表面，并形成导电电路34以制备多个电路层30。将所述导电电路34钻孔以形成导通孔36，并用导电材料电镀所述导通孔的内侧。

层压多个电路层30，并且将单独的覆铜磁片42层压在上侧面和下侧面上作为连接盘层40，且进行蚀刻以形成连接盘44；将连接盘44钻孔以形成导通孔46；然后，用导电材料电镀所述导通孔46的内侧。

这里，如果在磁片32的两个侧面都形成导电电路34，则插入未形成有导电电路的磁片35。

该磁片35用作绝缘层，使得导电电路34彼此不接触。

如上所述层压电路层30和连接盘层40以形成层压体，并对所述层压体的中间部分进行冲压，以形成内中空部，然后在该内中空部中插入磁芯50。

在插入所述磁芯50之后，将单独的覆铜磁片层压在上侧面和下侧面处作为端子层60，进行蚀刻以形成端子64，并且对其钻孔以形成导通孔，且电镀所述导通孔的内侧。

通过所述被电镀的导通孔来连接每个层压导电电路，以形成一个整体上呈线圈形式的电路。

最后，可以用绝缘材料(例如环氧树脂)电镀除了所述端子以外的表面部分。

作为再一实施方式，可以制造图4所示的多层片式功率电感器，在该多层片式功率电感器中，插入缠绕有导电线圈的磁芯。

在上述过程中，取代应用覆铜磁片32，而是应用不包覆铜的典型磁片并层压该磁片以形成层压体72，然后，对该层压体进行冲压以形成内中空部，并且，将缠绕有导电线圈的磁芯78插入所述内中空部中。

将单独的覆铜磁片层压在上侧面和下侧面上作为连接盘层74，并进行蚀刻以形成连接盘，对连接盘钻孔以形成导通孔，然后，用导电材料电镀所述导通孔的内侧。

同样，将单独的覆铜磁片层压在上侧面和下侧面处作为端子层76，并进行蚀刻以形成端子71，然后对其钻孔以形成导通孔，电镀所述导通孔的内侧。

【实施例】

(操作实施例1)

通过蚀刻210×300×0.1mm的覆铜磁片的顶面和底面并形成导电电路来制造三个电路层，其中所述覆铜磁片通过在50℃的温度下将铁硅磁性粉末和EPDM与氯化铁溶液混合3分钟来制备。

通过用精密钻孔机的具有0.2mm外径的钻头在电路中进行冲压来形成导通孔，并且用铜来电镀导通孔的内侧。

层压三个电路层，将单独的覆铜磁片层压在所述电路层的上侧面和下侧面上作为连接盘层，并对其进行蚀刻以形成连接盘，将连接盘钻孔以形成导通孔，并且用导电材料电镀所述导通孔的内侧。

层压电路层和连接盘层，然后，通过对内侧进行冲压而形成具有宽度为1mm直径(Φ)的内中空部，然后在所述内中空部中插入坡莫合金磁芯。

在插入磁芯之后，再一次将单独的覆铜磁片层压在上侧面和下侧面上作为端子层，并对其进行蚀刻以形成端子，然后对其钻孔以形成导通孔，并且电镀所述导通孔的内侧。

最后，用环氧树脂电镀除了所述端子以外的表面部分。

(操作实施例2)

层压通过混合铁硅磁性粉末和EPDM而制备的三个210×300×0.1mm的磁片，然后，对所述磁片的内侧进行冲压。

将缠绕有0.15mm直径(Φ)的铜线的坡莫合金磁芯插入1mm直径(Φ)的所述被打出的孔中。

将单独的覆铜磁片层压在上侧面和下侧面上作为连接盘层，并对其蚀刻以形成连接盘，对连接盘钻孔以形成导通孔，并用导电材料电镀所述导通孔的内侧。

同样，将单独的覆铜磁片层压在上侧面和下侧面上作为端子层，并对其蚀刻以形成端子，然后对其钻孔以形成导通孔，电镀所述导通孔的内侧。最后，用环氧树脂电镀除了所述端子以外的表面部分。

(比较实施例1)

通过蚀刻210×300×0.1mm的覆铜磁片的顶面和底面并形成导电电路来制造三个电路层，其中所述覆铜磁片通过在50℃的温度下将铁硅磁性粉末和EPDM与氯化铁溶液混合3分钟来制备。

通过用精密钻孔机的具有0.2mm外径的钻头在电路中进行冲压来形成导通孔，用铜电镀导通孔的内侧。

层压三个电路层，将单独的覆铜磁片层压在所述电路层的上侧面和下侧面上作为连接盘层，并对其蚀刻以形成连接盘，将连接盘钻孔以形成导通孔，用导电材料电镀所述导通孔的内侧。

同样，将单独的覆铜磁片层压在上侧面和下侧面上作为端子层，并对其蚀刻以形成端子，然后对端子进行冲压以形成导通孔，并电镀所述导通孔的内侧。

最后，用环氧树脂电镀除了所述端子以外的表面部分。

图6中示出了操作实施例和比较实施例的测量电感器特性的结果。

该曲线图示出了电感器根据频率的变化。

能够理解，与比较实施例1相比，根据本发明的操作实施例1和操作实施例2的频率的电感非常高。

本发明的上述实施方式仅是为了举例，但本发明并不限于此，因此可以进行各种修改和改变。

Claims (3)

1.一种多层片式功率电感器，其包括：形成在多个磁片上的电路层，其中在磁片的表面上形成导电电路；形成在磁片上的连接盘层，在所述连接盘层处形成连接盘；以及形成在磁片上的端子层，在该端子层处形成端子，

其特征在于，

在所述电路层的上侧面和下侧面上相继地层压所述连接盘层和所述端子层；

所述导电电路和所述端子经由导通孔被电连接并且形成呈线圈形式的电路；

在呈线圈形式的所述电路中形成内中空部并且在所述内中空部中插入磁芯；

在形成所述电路层的所述磁片之中的内磁片是竖向剖面的左侧面和右侧面填充有竖直布置的各向异性金属粉末并且其它部位填充有各向同性粉末的磁片；

形成所述连接盘层的所述磁片及形成所述端子层的所述磁片是填充有各向异性金属粉末的磁片。

2.根据权利要求1所述的多层片式功率电感器，

其特征在于，所述磁芯是含钼坡莫合金、坡莫合金、铁硅铝合金、铁硅合金、硅钢板、铁氧体和非晶态金属中的任何一种。

3.一种制造使用磁片的多层片式功率电感器的方法，所述方法包括以下步骤：

通过蚀刻覆铜磁片的表面来形成导电电路，通过钻孔来形成电路层导通孔，并电镀所述电路层导通孔的内侧，从而形成多个电路层；

层压所述电路层，通过将覆铜磁片层压在所述电路层的上侧面和下侧面上作为连接盘层而形成层压体，通过蚀刻所述连接盘层来形成连接盘，通过钻孔来形成连接盘层导通孔，并电镀所述连接盘层导通孔；

通过对所述层压体的中间部分进行冲压来形成内中空部，然后在所述内中空部中插入磁芯；并且

将单独的覆铜磁片层压在插入有所述磁芯的所述层压体的上侧面和下侧面处作为端子层并对其进行蚀刻来形成端子，通过钻孔来形成端子层导通孔，并电镀所述端子层导通孔；

其中，所述导电电路、所述连接盘和所述端子经由所述电路层导通孔、所述连接盘层导通孔和所述端子层导通孔被电连接，向所述电路层施加填充有各向同性粉末的各向同性磁片，向所述连接盘层和所述端子层施加填充有各向异性金属粉末的磁片，并且，使所述电路层的竖向剖面的左侧面和右侧面填充有竖直布置的各向异性金属粉末。