CN102543407A - 层压电感器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种层压电感器及其制造方法。层压电感器包括：陶瓷主体，在该陶瓷主体中堆叠了多个陶瓷层；多个内部电极，形成多个陶瓷层上且与陶瓷层的接触面积为陶瓷层的整个面积的10％以下；以及通孔电极，通过连接多个内部电极而具有线圈结构。

Description

层压电感器及其制造方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2010年12月30日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2010-0139233号的优先权，其全部内容结合于此作为参考。

技术领域

本发明涉及一种层压电感器及其制造方法，更具体地，涉及一种通过消除内部电极与其中的层之间的残余应力来提高电特性的层压电感器。

背景技术

作为电路结构中重要的无源器件，电感器与电阻器和电容器一起已经用作消除噪声或构成LC振荡电路的组件。

可以通过在铁氧体磁芯周围缠绕线圈或在其两端印刷和形成电极来制造电感器。另外，还可以通过在磁性材料或介电材料上印刷并堆叠内部电极来制造电感器。

电感器可以被分为诸如层压型、缠绕型、薄膜型等的几种类型中的一种。在这些类型中，层压电感器是具有优势的。

普通的层压电感器具有将其上形成有内部导电图案的多个磁性层堆叠而成的结构。内部导电图案通过形成在各磁性层上的通孔电极被顺序连接以通常具有线圈结构，从而实现诸如目标感应系数、阻抗等特性。

通过在现有的陶瓷层上印刷内部电极并将印刷有内部电极的陶瓷层进行堆叠来制造层压电感器。

随着小型化发展，由于堆叠层数量的增多以及陶瓷层与内部电极之间的残余应力而导致产品的可靠性下降。

例如，内部电极和陶瓷层可能因内部电极与陶瓷层之间的残余应力而发生变形，从而会引起层压电感器的缺陷，诸如形成在各层上的内部电极的短路。

发明内容

本发明的一个方面提供了一种通过消除内部电极与陶瓷层之间的残余应力而具有改善的产品可靠性的层压电感器。

根据本发明的一个方面，提供了一种层压电感器，包括：陶瓷主体，在该陶瓷主体中堆叠了多个陶瓷层；多个内部电极，形成在多个陶瓷层上且与陶瓷层的接触面积相当于陶瓷层的整个面积的10％以下；以及通孔电极，通过连接多个内部电极而具有线圈结构。

可在陶瓷层与内部电极之间形成间隙；并且该间隙可通过焙烧树脂层而形成。

由内部电极形成的线圈结构在250mΩ以上的直通电路电阻(DCR)中具有500Ω以上的阻抗值。

该层压电感器可进一步包括形成在陶瓷主体的两端面上且连接至线圈结构的两端的第一外部电极和第二外部电极。

根据本发明的另一方面，提供了一种层压电感器的制造方法，包括：在由介电材料制成的陶瓷层上形成内部电极；在内部电极上形成由燃烧温度低于陶瓷层的烧结温度的树脂制成的树脂层；通过堆叠其上形成有内部电极和树脂层的陶瓷层来形成陶瓷层压体；以及通过焙烧该陶瓷层压体来焙烧树脂层。

制造层压电感器的方法可进一步包括，在形成内部电极之前，在由介电材料制成的陶瓷层上将内部电极的位置上，形成由燃烧温度低于陶瓷层的烧结温度的树脂制成的树脂层。

根据本发明的另一方面，提供了一种层压电感器的制造方法，包括：在由介电材料制成的陶瓷层上将形成内部电极的位置上，形成由燃烧温度低于陶瓷层的烧结温度的树脂制成的树脂层；在树脂层上形成内部电极；通过堆叠其上形成有内部电极和树脂层的陶瓷层来形成陶瓷层压体；以及通过焙烧陶瓷层压体来焙烧树脂层。

通过焙烧树脂层，陶瓷层和内部电极的接触面积被保持在陶瓷层的整个面积的10％以下。

树脂层可包括由丙烯酸基和苯乙烯基聚合物制成的树脂粉末。

可根据树脂层的厚度来控制树脂粉末的颗粒直径。

树脂粉末的颗粒直径可以为0.1μm至5.0μm。

可以通过包括由丙烯酸类树脂、乙基纤维素和丁缩醛树脂所组成的组中的至少一种制成的载体的树脂浆料来制作树脂层。

树脂浆料的粘度可以为1000cps至50000cps。

可通过印刷由树脂颗粒制成的树脂浆料来形成树脂层。

可通过丝网印刷法或凹版印刷法来印刷树脂浆料。

附图说明

根据结合附图的以下详细的描述，将会清楚地理解本发明的上述和其他方面，特征以及其他优点，其中：

图1是根据本发明的示例性实施方式的层压电感器的透视图；

图2是根据本发明的示例性实施方式的层压电感器的截面图；

图3是示出根据本发明的对比实例的层压电感器横截面的局部放大图；以及

图4是示出根据本发明的示例性实施方式的层压电感器横截面的部分的放大图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图对示例性实施方式进行详细描述，从而使得本领域所属技术人员能够容易地实施。然而，在描述本发明的示例性实施方式中，将省略对众所周知的功能或结构的详细描述以避免因不必要的细述而导致本发明的描述晦涩难懂。

另外，在整个附图中，相似的参考标号表示执行相似功能和操作的部件。

此外，除非有相反的明确描述，否则词语“包括(comprise)”及其诸如“包括(comprises)或包括(comprising)”的变体将被理解为意味着包括所述元件但并不排除其他元件。

图1是根据本发明的示例性实施方式的层压电感器的透视图。

根据本发明的示例性实施方式的层压电感器可包括：陶瓷主体，其中堆叠了多个陶瓷层；多个内部电极3，形成在多个陶瓷层上并与陶瓷层的接触面积相当于陶瓷层的整个面积的10％以下；以及通孔电极，具有通过将多个内部电极彼此连接而形成的线圈结构。

根据本发明的示例性实施方式的具有接线端型(terminal type)的层压电感器可以包括：主体2，具有其中堆叠了多个由介电材料制成的磁性层或非磁性层的结构；以及第一外部电极2a和第二外部电极2b，形成在主体2的两个端面上。在主体中，内部电极3形成在陶瓷层上，且各内部电极3通过通孔电极彼此连接以通常具有线圈结构。形成在内部电极3的端部处的输出端5和6暴露至外部并连接至外部电极。

因此，制造了具有连接至外部电极而同时以陶瓷层压体的形式设置的线圈结构的层压电感器。

参照图1，构成层压电感器的陶瓷层压体可以包括形成在多个陶瓷层上的内部电极3，内部电极3可以通过由多个通孔电极构成的连接端子(connection terminal)彼此连接以形成线圈结构。

根据本发明的示例性实施方式的主体2可以通过由堆叠多个陶瓷层而形成的陶瓷层压体来构造，其中，多个陶瓷层压体可以形成有内部电极3。

构成主体2的陶瓷层可由电介质制成，但并不限于此，而是可以由磁性材料制成，但并不限于此。然而，在形成间隙层(gap layer)的情况下，陶瓷层可由非磁性材料制成。

在本发明的示例性实施方式中，可以将铁氧体用作磁性材料，且可以根据电子组件所需的磁特性适当地选择铁氧体，但可以使用具有相对大的电阻率和相对低的损耗的铁氧体。并不限于此，可以使用Ni-Zu-Cu基铁氧体和介电常数为5至100的介电材料。

此外，作为非磁性介电材料，可以使用由硅酸锆、锆酸钾、锆等制成的陶瓷材料，但并不限于此。

当层压电感器由磁性材料或非磁性材料制成的陶瓷层构成时，根据所选的材料，线性膨胀系数的差别可以很小。

陶瓷层可以形成有多个内部电极3。内部电极3可以形成在主体2中以接收电流从而实现电感或阻抗。

内部电极3可由导电材料和具有低电阻率的廉价材料制成。内部电极3可由Ag、Pt、Pd、Cu、Au和Ni中的至少一种或它们的合金制成，但并不限于此。

根据本发明的示例性实施方式，陶瓷层与内部电极3之间的接触面积可保持在陶瓷层的整个面积的10％以下，从而防止在内部电极3与陶瓷层之间形成残余应力。

图2是根据本发明的示例性实施方式的层压电感器的截面视图。

根据本发明的示例性实施方式的层压电感器可包括：陶瓷主体，其中堆叠了多个陶瓷层；多个内部电极3a、3b、3c、3d、3e、3f、5和6，形成在多个陶瓷层上；间隙11，形成在陶瓷层与内部电极之间；以及通孔电极，将多个内部电极彼此连接以为所述内部电极提供线圈结构。

图3是根据本发明的对比实例的层压电感器的局部放大图。

在本发明的对比实例的情况下，通过焙烧树脂颗粒来制造形成在陶瓷层之间的具有树脂颗粒的内部电极。

根据本发明的对比实例，当形成内部电极的内部电极浆料包含有树脂时，可以通过抑制内部电极3a’与陶瓷层100’之间的粘接来减低塑性体的应力。

然而，如图3所示，通过焙烧并去除包含在内部电极3a’中的树脂颗粒，内部电极可以具有多孔形状。即，内部电极与陶瓷层之间形成的间隔11a’和11b’的形状由于树脂颗粒的焙烧而不规则。此外，由于树脂颗粒包含在内部电极中，所以增加了内部电极的直通电路电阻(direct circuitresistance，DCR)。

然而，参照根据本发明的示例性实施方式的图4，由于形成覆盖内部电极的树脂层而在内部电极中不含树脂颗粒，所以可以抑制内部电极3a与陶瓷层100之间的粘接并可以降低塑性体的应力。

参照根据本发明的对比实例的图3，由于包含在内部电极中的树脂颗粒被部分地焙烧，所以可以在一定程度上提高陶瓷层100’与内部电极3a’之间的粘附性，但由于树脂颗粒被部分焙烧并去除，所以剩余部分仍然与陶瓷层接触从而引起了残余应力。

即，陶瓷层与内部电极之间的接触面积约为陶瓷层的整个面积的50％以上。由于内部电极中仅包含树脂颗粒的部分被焙烧并去除，所以内部电极与树脂颗粒的接触面积可以约为50％以上。

因此，在对应于剩余的50％的部分中，陶瓷层与内部电极部分接触，从而残余应力存留于部分接触的部分中。

此外，由于甚至在内部电极中树脂颗粒也被焙烧并去除，所以内部电极内侧具有像玄武岩的多孔结构。因此，内部电极的强度会下降，从而，即便与陶瓷层的残余应力减小了，由于强度的降低，其仍会受到残余应力的部分影响。

然而，根据本发明的示例性实施方式，包括树脂颗粒的树脂层形成在陶瓷层100与内部电极3a之间。由于树脂颗粒的温度低于陶瓷层的烧结温度，所以当陶瓷层被烧结时树脂颗粒被焙烧并去除，从而陶瓷层100与内部电极3a之间的间隔作为间隙11a和11b而存留。

根据本发明的实施方式，由于内部电极不包含树脂颗粒，所以内部电极可以保持为致密结构。因此，可以防止陶瓷层100与内部电极3a之间的残余应力而同时保持内部电极的强度。

此外，内部电极3a与陶瓷层的接触面积可变为陶瓷层100的整个面积的10％以下。

即，由于通过去除存在于内部电极3a与陶瓷层100之间的树脂层来形成间隙，所以内部电极3a可以具有均一的表面形状，因此，接触面积可以保持为陶瓷层100的整个面积的10％以下。

此外，由于内部电极3a中并不包含树脂颗粒，所以内部电极3a具有良好的导电性，因此，直通电路电阻(DCR)可以保持为一个相对低的值。

根据本发明的示例性实施方式，由内部电极形成的线圈结构在250mΩ以上的直通电路电阻(DCR)中可具有500Ω以上的阻抗值。

即，在根据本发明的示例性实施方式制造的层压电感器情况下，内部电极中的直通电路电阻可以保持为相对较小，由此包括上述内部电极的线圈结构可显著地提高形成在内部电极与陶瓷层之间的间隔比率，从而提高了线圈的阻抗特性而无需损耗直通电路电阻。

下文中，将对具有间隙的层压电感器的制造方法进行描述。

根据本发明的示例性实施方式，其中间隙11a形成在内部电极的顶面上的层压电感器的制造方法可以包括：在由介电材料制成的陶瓷层上形成内部电极；在内部电极上形成由燃烧温度低于陶瓷层的烧结温度的树脂制成的树脂层；通过堆叠其上形成有内部电极和树脂层的陶瓷层来形成陶瓷层压体；以及通过焙烧陶瓷层压体来焙烧树脂层。

此外，制造层压电感器的方法可进一步包括：形成内部电极之前，在将形成内部电极的位置上形成由燃烧温度低于陶瓷层的烧结温度的树脂制成的树脂层。通过该方法，可以在内部电极的顶面和底面上形成用于形成间隙11a和11b的树脂层。

另外，可通过在内部电极的底面上形成树脂层来制造具有形成在其底面上的间隙11b的层压电感器。

为了制造根据本发明的示例性实施方式的形成有间隙的层压电感器，准备多个陶瓷层。

陶瓷层可以由作为绝缘材料的磁性材料制成，而在形成间隙层的情况下，陶瓷层可以由非磁性材料制成。

根据本发明的示例性实施方式，可以将铁氧体用作磁性材料并可根据作为电子组件所需的磁特性来适当地选择铁氧体，可以使用电阻率相对大且损耗相对低的铁氧体。作为实例，可使用Ni-Zu-Cu基铁氧体，但并不限于此。

陶瓷层设置有形成在其上的内部电极。内部电极可由导电材料和具有低电阻率的廉价材料制成。内部电极3可由Ag、Pt、Pd、Cu、Au和Ni中的至少一种或它们的合金制成，但并不限于此。

树脂层可以形成在形成有内部电极的陶瓷层上。形成树脂层的材料可以是通过焙烧去除的材料且可以为燃烧温度低于陶瓷层焙烧温度的材料。

树脂层并不限于此，由丙烯酸和苯乙烯基聚合物制成的树脂粉末可以用来形成树脂层。树脂粉末可以为0.1至0.5μm以具有接近的燃烧温度，但并不限于此。可选地，可以根据所涂覆的树脂层(即，将形成的间隙的尺寸)来改变树脂粉末的尺寸。

根据本发明的示例性实施方式，树脂粉末可以通过与载体(诸如丙烯酸、乙基纤维素、丁缩醛树脂等)混合并对混合物进行分散处理(如三辊研磨等)而被制成树脂浆料，但并不限于此。

在根据本发明的实施方式的树脂浆料中，根据印刷方法，可以控制载体的量和成分以具有合适的粘度。树脂浆料可以被控制为具有1000cps至50000cps的粘度，但并不限于此。因此，可以根据印刷方法和印刷环境将树脂浆料控制为具有合适的粘度。

树脂浆料可以通过各种印刷方法形成在内部电极的顶部、底部或顶部和底部上。可以通过丝网印刷法，凹版印刷法等在形成陶瓷层上的内部电极上形成树脂浆料，但并不限于此。

根据本发明的另一示例性实施方式，树脂浆料首先被印刷在陶瓷层上以形成下部树脂层，下部树脂层可以通过在其上印刷内部电极而形成在内部电极和陶瓷层之间。

此外，根据本发明的另一示例性实施方式，可以通过在陶瓷层上印刷树脂浆料形成下部树脂层、印刷内部电极并再次在内部电极上印刷上部树脂层来提供形成有上部树脂层和下部树脂层的陶瓷层。

根据上述方法，可以通过堆叠其上形成有树脂层和内部电极的多个陶瓷层来制造陶瓷层压体。

内部电极可以形成在陶瓷层压体中，而树脂层可以形成在内部电极的顶部或底部或顶部和底部。由于树脂层能够防止陶瓷层压体之间的粘接，所以可以防止由于陶瓷塑性体的粘接而导致的内部电极短路或开路。

在焙烧陶瓷层压体时，可以从形成在内部电极的顶部、底部或顶部和底部上的树脂层形成间隙。由于间隙是通过焙烧树脂层而形成的，所以间隙可以以均一且恒定的尺寸形成，从而可以防止内部电极和陶瓷层的变形。

此外，由于树脂并不包含在内部电极中，所以内部电极的电阻并没有因树脂颗粒而增大，从而内部电极电阻可以保持不变。因此，即使施加了高的电流，也可以防止由于电阻值的增加而导致的层压电感器的电特性的损耗。

根据本发明的示例性实施方式的层压电感器可抑制内部电极和陶瓷层之间的直接接触，从而可以防止由于两种材料之间的粘接而导致的应力的出现。另外，由于树脂颗粒形成在内部电极的顶部和底部，所以能够避免器件的电特性损耗，从而可以提高电特性。

此外，由于树脂层形成在内部电极的外部，所以可形成并保持层压电感器的致密结构，从而提高了产品的可靠性。

根据本发明的示例性实施方式的树脂层还可以应用于要求相对低的电阻和相对高的电流特性而不会影响电特性的电感器产品，而且还可以应用于各种印刷方法，从而提高产品制造过程中的灵活性(适应性，flexibility)。

可以通过控制树脂颗粒的尺寸，树脂浆料的粘度等来控制树脂层的厚度，从而使得树脂层可以应用于各种类型的层压电感器。

根据本发明的示例性实施方式，包括树脂层的陶瓷层压体可在800℃至1000℃的温度下进行焙烧和去除。

因此，间隙11a和11b形成在形成有树脂层的间隔中，这可减小树脂层与陶瓷层之间的残余应力。

根据本发明的对比实例，可以通过在用于形成内部电极的内部电极浆料中包含树脂颗粒形成内部电极。在该情况下，包含在内部电极中的树脂颗粒可以被部分焙烧并去除，使得内部电极与陶瓷层之间的接触面积变为陶瓷层的整个面积的大约50％，从而减小了残余应力。

然而，内部电极自身通过部分焙烧包含在其中的树脂颗粒而具有类似于玄武岩的多孔结构从而降低了内部电极强度，而且包含树脂颗粒从而增大了直通电路电阻。

因此，当提高阻抗值时，根据对比实例作为内部电极而形成的线圈结构增大了直通电路电阻值。

即使残余应力减小了，但因为内部电极的强度降低，所以会出现由于部分残留在内部电极中的残余应力而导致的短路现象。

同时，根据本发明的示例性实施方式，树脂层可以形成在内部电极与陶瓷层之间以使得内部电极与陶瓷层之间的接触面积减小至10％以下，从而显著减小残余应力。

此外，由于树脂颗并不包含在内部电极中，所以内部电极的直通电路电阻值可被保持为相对较低，从而即使采用线圈结构也可以制造具有大的阻抗而同时保持相对低电阻值的层压电感器。

即，可以制造具有强的耐久性而同时提高了电特性的层压电感器。

[实例]

在陶瓷层上形成内部电极并在形成内部电极之前和/或之后形成厚度为2μm至5μm的树脂层。

在本发明的对比实例1、4和7的情况下，将形成和焙烧通过将树脂颗粒包含在内部电极浆料中而形成的内部电极的结果彼此进行了比较。

使用形成内部电极的被适当设置为大约25％的内部电极浆料的具有收缩性的浆料并分别在860℃、880℃和900℃下对该浆料进行焙烧，以计算陶瓷层与内部电极的接触面积相对于陶瓷层的整个面积的比率，从而比较残余应力的分布强度(occurrence strength)。

【表1】

根据对比实例，可以看出，形成了大约50％以上的接触面积，因此，即使提供了树脂颗粒残余应力也仍存在。

根据本发明的示例性实施方式，当树脂颗粒层形成在陶瓷层与内部电极之间时，可以看出，内部电极被保持为具有为陶瓷层的整个面积的10％以下的接触面积。

因此，根据本发明的示例性实施方式，在减小陶瓷层与内部电极之间的残余应力的同时可以提高层压电感器的电特性。

如上所述，本发明的示例性实施方式可消除内部电极与陶瓷层之间的残余应力，从而提供了具有改善的产品可靠性的层压电感器。

本发明的示例性实施方式可以通过降低内部电极与陶瓷层之间的接触比率来消除残余应力，从而提供了能够提高阻抗特性而不损耗DC电路电阻的层压电感器及其制造方法。

尽管结合实施方式示出和描述了本发明，对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离如所附权利要求限定的本发明的精神和范围内，可以进行各种修改和变形。

Claims (15)

1.一种层压电感器，包括：

陶瓷主体，在所述陶瓷主体中堆叠了多个陶瓷层；

多个内部电极，形成在所述多个陶瓷层上且与所述陶瓷层的接触面积相当于所述陶瓷层的整个面积的10％以下；以及

通孔电极，通过连接所述多个内部电极而具有线圈结构。

2.根据权利要求1所述的层压电感器，其中，所述陶瓷层和所述内部电极设置有形成于其间的间隙；且所述间隙通过焙烧树脂层而形成。

3.根据权利要求1所述的层压电感器，其中，由所述内部电极形成的所述线圈结构在250mΩ以上的直通电路电阻(DCR)中具有500Ω以上的阻抗值。

4.根据权利要求1所述的层压电感器，进一步包括形成在所述陶瓷主体的两端面上且连接至所述线圈结构的两端的第一外部电极和第二外部电极。

5.一种层压电感器的制造方法，包括：

在由介电材料制成的陶瓷层上形成内部电极；

在所述内部电极上形成由燃烧温度低于所述陶瓷层的烧结温度的树脂制成的树脂层；

通过堆叠其上形成有所述内部电极和所述树脂层的所述陶瓷层来形成陶瓷层压体；以及

通过焙烧所述陶瓷层压体来焙烧所述树脂层。

6.根据权利要求5所述的方法，进一步包括，在形成所述内部电极之前，

在由介电材料形成的所述陶瓷层上将形成所述内部电极的位置上，形成由燃烧温度低于所述陶瓷层烧结温度的树脂制成的所述树脂层。

7.一种层压电感器的制造方法，包括：

在由介电材料制成的陶瓷层上将形成内部电极的位置上，形成由燃烧温度低于所述陶瓷层的烧结温度的树脂制成的树脂层；

在所述树脂层上形成所述内部电极；

通过堆叠其上形成有所述内部电极和所述树脂层的所述陶瓷层来形成陶瓷层压体；以及

通过焙烧所述陶瓷层压体来焙烧所述树脂层。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的方法，其中，通过焙烧所述树脂层，所述陶瓷层和所述内部电极的接触面积被保持在所述陶瓷层的整个面积的10％以下。

9.根据权利要求5至7中任一项所述的方法，其中，所述树脂层包括由丙烯酸基和苯乙烯基聚合物制成的树脂粉末。

10.根据权利要求5至7中任一项所述的方法，根据所述树脂层的厚度来控制所述树脂粉末的颗粒直径。

11.根据权利要求5至7中任一项所述的方法，其中，所述树脂粉末的所述颗粒直径为0.1μm至5.0μm。

12.根据权利要求5至7中任一项所述的方法，其中，通过包括由丙烯酸类树脂、乙基纤维素和丁缩醛树脂组成的组中的至少一种制成的载体的树脂浆料来形成所述树脂层。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述树脂浆料的粘度为1000cps至50000cps。

14.根据权利要求5至7中任一项所述的方法，其中，通过印刷由树脂颗粒制成的树脂浆料来形成所述树脂层。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，通过丝网印刷法或凹版印刷法来印刷所述树脂浆料。

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