CN102867615A

CN102867615A - 低构形高功率电感器

Info

Publication number: CN102867615A
Application number: CN2011101849341A
Authority: CN
Inventors: 官淑燕
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-07-04
Filing date: 2011-07-04
Publication date: 2013-01-09

Abstract

一种低构形高功率电感器，包括：一片至少一侧表面具有绝缘表面的基板；至少一个形成于该至少一侧绝缘表面上的螺旋状线圈；一组导接该至少一个螺旋状线圈两端的电极；及一个封闭该至少一个螺旋状线圈的铁磁性胶体保护层。由于可藉由铁磁性胶体保护层取代常用电感器所需的磁芯，不仅使晶片电感器的高度大幅降低，体积巨幅缩减，且产品精度极高，完全符合电子产品轻薄短小的潮流趋势；尤其结构相对简单，可批次制造，产出效率及良率均可获提升。

Description

低构形高功率电感器

技术领域

本发明是关于一种低构形高功率电感器，尤其是一种利用铁磁性胶体保护层做为电磁芯的低构形高功率电感器。

背景技术

电感器是一种用绝缘导线缠绕形成线圈，以产生一自感量的电子元件，而电感器在电子线路的应用相当广泛，例如应用在振荡、调谐、耦合、滤波、延迟、偏转的电子线路当中。制造时，通常是将线圈缠绕在一个铁芯上形成一个导体回路，当电流流经线圈时，根据法拉第电磁感应定律，导体将产生一个电动势以「反抗」这种变化，即电磁感应现象，比如，当电流以1安培/秒的变化速率穿过一个1亨利的电感元件，则引起1伏特的感应电动势，而电磁感应L计算公式为

其中

L＝电感单位亨利(H)；

μ₀＝自由空间的磁导率＝4π×10^-7H/m；

μ_r＝芯材料的相对磁导率；

N＝线圈缠绕匝数；

A＝线圈环绕的横断面积单位平方米(m²)；及

l＝线圈盘绕长度单位米(m)。

从公式中可得知，缠绕线圈的匝数及横断面积对于电感大小所造成的影响。为提供足够的电感值，所用线圈往往需占用极大空间，因此电感器常有较大体积，无论在电路板的平面或高度方向，都对电路设计造成相当负担，使得轻薄短小的设计受阻。

较早期的这类电子元件安装至电路板的方式，主要是藉由插脚焊接，甚至为降低电路板上元件高度，在电路板上挖孔，供容纳电感器的本体部分，无论插件、剪脚、将电感器本体放入预挖孔中，大部份都需辅以手工作业，不仅繁杂费时，电路板面积也受限于此等元件而不易微型化，无法应用在小型电子产品中。为解决这些问题，目前主流的电子元件，一方面体积尽量减小，并且主要配合表面安装技术(SMT，surface mount technology)安装至电路板，令电路板上的布线密度提升，减少占用的面积，更使电子元件的延迟时间减少，电路回应速度更快、提升整体效能。

图1所示，是一种常见的表面安装晶片电感器，主要包括有磁芯11、线圈12、电极13及壳体15，其中线圈12被缠绕于磁芯11上，线圈12的两端分别导接至电极13，并以壳体15封装成为晶片形状，供表面安装设置到基板14的安装面。其制造过程中，需先将线圈12缠绕于磁芯11，再打线连接至电极13，最后进行封装。然而，一方面磁芯11必然占有相当高度，会使得电感器晶片的厚度增加，采用这种晶片电感器焊于电路板时，会使得整体电路板不能薄形化；另方面，线圈与电极间的接点结构较脆弱，一旦在封装灌胶过程中略有推挤偏移，就可能使得接点位置接触不良，导致产品性能劣化，成本随之升高；尤其此制程主要是机械作业，制造精度较差，产品价格与品质都无法轻易提升。

另一种常见的表面安装电感器如图2所示，其中，线圈22缠绕方式是从中心点向外以螺旋状单层缠绕，但是一方面其金属导线部分尺寸甚大，不符合微型化潮流；另方面在生产过程中，是先将线圈22的两个端部以焊接的方式焊于一个具有两电极的长条料带上，再将料带及线圈整体封入金属壳体26，最后切断料带与电极间的连结，从而形成个别电感器，最后安装于基板25上，操作过程较繁复，且许多环节精度都不高，产品良率及精度都因而受限。

因此，如何令表面安装的晶片电感器薄形化，以减少占用电路布局的空间，及提升薄形化电感器的制造良率与精度，甚至批次大量制造，使得产出效率大增，将是提升产品市场竞争力的重要思维方向。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种大幅降低晶片电感器厚度的低构形高功率电感器。

本发明的另一目的在于提供一种高精度的低构形高功率电感器。

本发明的又一目的在于提供一种可批次制造而提升产出效率的低构形高功率电感器。

本发明的再一目的在于提供一种以铁磁性胶体取代磁芯、使得结构简易的低构形高功率电感器。

依照本发明揭示的一种低构形高功率电感器，包括：一片至少一侧表面具有绝缘表面的基板；至少一个形成于该至少一侧绝缘表面上的螺旋状线圈；一组导接该至少一个螺旋状线圈两端的电极；及一个封闭该至少一个螺旋状线圈的铁磁性胶体保护层。

由于本案所揭示的低构形高功率电感器，是在基板上藉由例如溅镀等制程成形螺旋状线圈，经过增厚，并且以铁磁性材质的胶体封装定型而形成铁磁性胶体保护层，使得铁磁性胶体保护层可以取代常用电感器所需的磁芯，一方面使得晶片电感器的高度大幅降低，体积巨幅缩减，且产品精度极高，完全符合电子产品轻薄短小的潮流趋势；尤其结构相对简单，可批次制造，产出效率及良率均可获提升，一举达成所有上述目的。

图式简单说明

图1是公知表面安装晶片电感器；

图2是公知具有螺旋状单层缠绕线圈的表面安装晶片电感器；

图3是本案低构形高功率电感器的第一较佳实施例的基材预切割而形成复数个彼此连结的基板的示意图；

图4是图3的基板上先溅镀一层铜层，于铜层上涂布一层光阻膜，并将一个具有预定图案的光罩覆盖于光阻膜的侧视图；

图5是图4的基板的俯视图；

图6是图4的剩余的光阻膜以螺旋状分布于基板及铜层之上的侧视图；

图7是图6的分布于基板的铜层呈螺旋状的侧视图；

图8是图7的螺旋状的铜层进行电镀使其增厚形成一个螺旋状线圈的侧视图；

图9是图8的基板形成有螺旋状线圈的俯视图；

图10是图8的基板以激光钻孔贯穿基板形成两个穿孔的侧视图；

图11是图10的穿孔填满导电银胶，令螺旋状线圈两端分别导接至基板下方的两个导接电极的侧视图；

图12是图11的螺旋状线圈由混有铁磁性材质填满间隙及包覆，待胶体凝固后形成一个铁磁性胶体保护层的侧视图；

图13是图12的基板切割分离后形成本例的晶片电感器的侧视图；

图14是本案低构形高功率电感器的第二较佳实施例的基材内埋一个贯通基板上下表面的导体柱，以及在各基板的上、下层绝缘表面分别藉由烧结的陶瓷形成一个环绕侧壁的侧视图；

图15是图14的基板的俯视图；

图16是图14的上、下环绕侧壁内分别形成两个螺旋状线圈，以及于各环绕侧壁的顶面分别形成两个导接电极的侧视图；

图17是图16的基板的俯视图；

图18是图16的环绕侧壁内灌入铁磁性材质的胶体，待铁磁性材质的胶体凝固后即形成铁磁性胶体保护层的侧视图；

图19是图18的基板成条叠置后，同时对各个基板侧边以例如溅镀的方式溅镀一层侧边导电层的侧视图；

图20是图19的基板切割分离后形成本例的晶片电感器的侧视图；

图21是本案低构形高功率电感器的第三较佳实施例的上、下两个环绕侧壁内分别形成两个不同线圈匝数的螺旋状线圈的侧视图；

图22是图21的环绕侧壁灌入铁磁性材质的胶体，待铁磁性材质的胶体凝固后即形成铁磁性胶体保护层的侧视图；

图23是图22的基板侧边分别形成有侧边电极的侧视图；及

图24是图23的基板的仰视图。

主要元件符号说明

11 磁芯

12、22 线圈

13 电极

14、25、31、31’、31” 基板

15 壳体

26 金属壳体

30 基材

310 脆弱部

3310 铜层

361 光阻膜

40 光罩

32、32’、32” 螺旋状线圈

330、340 穿孔

331、341、331’、341’、331”、341” 导接电极

38、38’、38” 铁磁性胶体保护层

320’ 导体柱

311’ 穿孔

36’、36” 环绕侧壁

360’ 容置部

320” 铁芯

具体实施方式

有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合说明书附图的较佳实施例的详细说明中，将可清楚地呈现。

本案低构形高功率电感器的第一较佳实施例，如图3所示，是以一整片例如绝缘的氧化铝材质的基材30，藉由例如激光加工而预切割出虚线所示例释为刻痕的脆弱部310，从而形成复数个彼此连结的基板31，由于氧化铝具有绝缘的特性，因而可以在其表面上设置其他电路结构。如图4及图5所示，在基板31的上述绝缘表面上，先溅镀一层厚度约数微米的铜层3310，随后在铜层3310上涂布一层光阻膜361，并将一个具有预定图案的光罩40覆盖于光阻膜361上进行曝光，使光阻膜361裸露部分被固化。

其中，预定图案呈多个螺旋状，每一个螺旋恰对应上述的一个基板31，再以显影剂(TMAH；Tetra methyl ammonium hydroxide)将未被固化的光阻膜361洗掉进行显影如图6所示使剩余的光阻膜361以螺旋状分布于铜层3310之上。接下来，对露出的铜层3310进蚀刻行，再去除固化的光阻膜361，即形成如图7所示的呈螺旋状的铜层3310，由于其厚度仅数微米，故如图8所示，在螺旋状的铜层3310上进行电镀使其增厚，使得每一基板31上分别形成一个如图9所示的螺旋状线圈32。

其后，是将螺旋状线圈32的最中心与最外侧的两端部，分别以激光钻孔，形成如图10所示贯穿基板31形成两个穿孔330、340，并且在各基板31的反面、对应于穿孔330、340处，分别如图11形成两个导接电极331、341。因此，当以例如导电银胶填满穿孔330、340后，即可将基板31上方的螺旋状线圈32两端分别导接至位于各基板31下方的两个导接电极331、341，以备将来表面安装时供焊接之用。

此时，如图12所示，将混有铁磁性材质的胶体涂布于各基板31上方，一方面填满螺旋状线圈32的间隙，同时包覆各螺旋状线圈32，待胶体凝固后，即形成一个铁磁性胶体保护层38。铁磁性胶体保护层38一则用以保护螺旋状线圈32不受潮气或氧化，另方面由于其中具有铁磁性物质，可降低磁阻，让线圈导电所生磁力线得以顺利在铁磁性胶体保护层38中行进，提供良好的磁回路藉此替代公知电感器所需的磁芯。最后，利用预切割时所形成的脆弱部310，以例如敲击方式将各基板31分离，便形成如图13所示的个别晶片电感器。

由于制作过程是利用半导体制程，其中的精密度是以微米计算，远优于目前常见的晶片电感器，所制成的电感器电气性能因而精准。加以，整体仅有基板、线圈、保护层等简单架构，制造流程相当便捷，相较于公知技术需逐个绕线形成线圈，本案电感器是利用基材整批制造，以例如溅镀与电镀等技术一次生产数百甚至数千颗元件，产出效率与成品率相对极高；且电感器整体高度可低于1mm，大幅节约所占用电路空间。

当然，如熟悉本技术领域者所能轻易理解，上述实施例中，基板的选择、是否需预切割、电极导接成形方式等均有其他方式可实施，本案第二较佳实施例的基材是例释为烧结成形的陶瓷基片，且为便于说明起见，虽然整片基材上并无任何脆弱部分隔，但在本例中仍将未来会形成个别电感器的部分称为个别基板31’，并如图14及15所示以虚线分隔。本例中，整片基材在烧结成形前，处于生胚状态时，先于各基板31’中央处内埋一个贯通基板31’上下表面的导体柱320’，因此，烧结完成的各基板31’中央分别形成有一个贯穿基板31’的穿孔311’，以及埋在穿孔311’内的导体柱320’。此外，在各基板31’的上、下层绝缘表面分别藉由烧结的陶瓷形成一个环绕侧壁36’，使得每一基板31’的上、下表面处都形成有一个圆柱状凹陷的容置部360’。

接下来，以相同的方式在各基板31’上、下双层绝缘表面的容置部360’中，分别形成一个如图16及17所示螺旋状线圈32’，并于各环绕侧壁36’的顶面分别形成两个导接电极331’、341’。由于上、下两个螺旋状线圈32’位于中心的端部是经由导体柱320’相互导接，且其中的电路是循相同的顺时针或逆时针方向绕行，使得上下两个线圈形成的磁力彼此加成。随后，将上方线圈的最外侧端部打线连接至上方环绕侧壁36’上的导接电极331’；下方线圈的最外侧端部打线连接至下方环绕侧壁36’上的导接电极341’。

请一并参考如图18所示，此时于容置部360’内灌入铁磁性材质的胶体，将上下两侧的螺旋状线圈32’完全包覆其中；并让环绕侧壁36’及其上的导接电极331’、341’暴露于铁磁性材质的胶体以外，待铁磁性材质的胶体凝固后即形成铁磁性胶体保护层38’。随后，将预热树脂加压至容置空间内，直到填满环绕侧壁36’，待树脂硬化后即形成对应各个基板31’的壳体，而上下两侧的导接电极331’、341’均仍暴露。

接下如，以例如钻石刀切割，将基板31’与基板31’成条状分离，并使形成有导接电极331’、341’的侧边暴露，再如图19所示，将成条的基板31’叠置后，同时对各个基板31’侧边以例如溅镀的方式溅镀一层侧边导电层，使上下方的导接电极331’、341’均可延伸导接至侧边，接下来将整条的复数个元件逐个分离，再进行滚镀作业，使得侧边电极增厚并使得基板31’上方的导接电极331’、341’分别妥善导接至下方的导接电极331’、341’。因此，元件的上方与下方形成对称的构造，无论上方或下方都可供焊接，从而完成如图20所示，本例的低构形高功率电感器。

更进一步，如果是将前一实施例中，上下两侧的螺旋状线圈彼此断路不导接，并且让其中一方所形成的磁力线感应至另一方，则可构成一个微型变压器，故参考图21所示，本案的第三较佳实施例，在本例中，基板31”同样具有一个贯穿上下的铁芯320”，并在基板31”的两相反面上，同样形成两个螺旋状线圈32”，以及分别形成一个环绕侧壁36”，由于在本例中，上、下两个螺旋状线圈32”所绕的线圈匝数并不同，且各螺旋状线圈32”的最中央端部并未接触铁芯320”，而是将上方螺旋状线圈32”最中心与最外侧的两端部分别导接至上方环绕侧壁36”的导接电极331”、341”，以及下方螺旋状线圈32”最中心与最外侧的两端部分别导接至下方环绕侧壁36”的导接电极331”、341”。

最后如图22所示，在上、下容置部中分别填入铁磁性胶体，形成铁磁性胶体保护层38”，并进行各元件的分离，以及形成侧边电极，使得上方的导接电极如图23及24所示被导引至底面，供未来表面安装时的焊接之用。如此，藉由基板两侧的电感器元件即可共同架构出本例的晶片变压器。

由于本发明的低构形高功率电感器，具有薄形化的结构，因此表面安装于电路板上时，即可减少电路布局所占用的空间，而且在制造过程中相当精密，使得电感值(L)精确，尤其本案的晶片电感器结构简单，单次制造过程可以制造大量元件，不受限于公知技术的个别绕线，使得作业程序简化，提升产品良率与产出效率，达成上述各项目的。

以上所述仅本发明的较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即大凡依本发明权利要求书及发明说明内容所作简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims

1.一种低构形高功率电感器，包括：

一片至少一侧表面具有绝缘表面的基板；

至少一个形成于该至少一侧绝缘表面上的螺旋状线圈；

一组导接该至少一个螺旋状线圈两端的电极；及

一个封闭该至少一个螺旋状线圈的铁磁性胶体保护层。

2.如权利要求1所述的低构形高功率电感器，其中该基板在两相反面具有两绝缘表面，且该两绝缘表面上分别形成有前述螺旋状线圈，以及该铁磁性胶体保护层封闭前述各螺旋状线圈。

3.如权利要求2所述的低构形高功率电感器，其中该基板中更形成有一个穿孔，且该穿孔中形成有一导接前述两螺旋状线圈的导接电极。

4.如权利要求1、2、或3所述的低构形高功率电感器，更包括形成于对应该基板外侧边缘、与该基板共同形成一个容置部的环绕侧壁，且该铁磁性胶体保护层是填充于该容置部。

5.如权利要求4所述的低构形高功率电感器，其中该容置部是一个圆柱状凹陷。