CN102881403B - 一种叠层电感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种叠层电感器，包括叠层体，叠层体的多层绝缘体层中，最上面三层绝缘体层中至少最上面一层绝缘体层上印刷导电浆料形成有n个上平面电极，各上平面电极交叉设置，交叉位置处设置有绝缘隔片；最下面三层绝缘体层中至少最下面一层绝缘体层上印刷导电浆料形成有n-1个下平面电极；各下平面电极交叉设置，交叉位置处设置有绝缘隔片；除形成有平面电极的绝缘体层外，其余的多层绝缘体层在对应下平面电极的两端处均分别设置有2（n-1）个通孔，涂覆导电浆料叠层后形成2（n-1）个通孔电极；线圈电极由上平面电极，通孔电极，下平面电极连接后组成。本发明的叠层电感器在各频率下均具有较高的Q值，且Q值的提高改善较方便。

Description

一种叠层电感器

技术领域

本发明涉及电感器件，特别是涉及一种叠层电感器。

背景技术

在射频电路（信号频率达到1GHz以上）的阻抗匹配或谐振电路中经常需要用到叠层电感器。选取叠层电感器时，除了考虑电感量参数外，还需要考虑品质因数（Quality Factor，简称Q）这一参数。Q值是衡量电感器件的主要参数，是指电感器在某一频率的交流电压下工作时，其储存能量与消耗能量的比值，表现为呈现的感抗（阻抗的虚部）与其等效损耗电阻（阻抗的实部）之比。电感器的Q值越高，其损耗越小，效率越高。

如图1所示，为叠层电感器的等效电路图。叠层电感器等效为电感器的理论电感101与电感器的电阻102串联后再与电感器的寄生电容103并联的结构。由图1可计算电感的Q值为：

              （1）

式中，f 是Q值对应测试频率；L是电感器的理论电感量；C是电感器的寄生电容；R是电感器的电阻，包括导电电极的电阻R0（即直流电阻）和瓷体材料的介电损耗R1，R=R0+R1。从式（1）可知，欲使叠层电感器在一定频率f下的Q值越高，则电感器的寄生电容C和电阻R需越小。

如图2所示，为传统结构的叠层电感器。叠层电感器包括叠层体202，线圈电极201和一对外部电极203，其中，一对外部电极203分别设置在叠层体202的两端分别与线圈电极201的两个引出端部导通。叠层体202由多层绝缘体层层叠而成，各层绝缘体层上均印刷一定形状的导电浆料形成电极，层叠后各层电极在通孔处连接后形成线圈电极201。

对于图2所示的叠层电感器，要得到较高的Q值，则需使寄生电容C和电阻R较小。一方面，要使寄生电容C较小，则需电极间正对面积较小、电极间距较大。然而，电极间正对面积越小，直流电阻R0会越高，又会导致Q值减小。与此同时，电极间距越大会导致电感量减小，即Q值变大的同时会牺牲电感量。另一方面，要使电阻R较小，可使电极201的厚度、宽度较大，从而直流电阻R0较小；也可使电极201尽可能设计于靠近叠层体202侧面边缘即减小设计留边量，以使磁力线更多的通过介电损耗低的空气中，从而使得介电损耗R1较小。然而，对于图2所示叠层电感，电极201的厚度、宽度较大会导致寄生电容C增加（Q减小）及产品开裂的问题，而将电极201设计于靠近叠层体202侧面边缘则易导致侧面202漏电极、开裂的问题，从而限制了电感电阻降低的幅度。

即出于上述原因，传统结构的叠层电感器，其寄生电容C和电阻R无法达到较低，电感器的Q值无法做到很高，一般都较低，且从降低电感器的寄生电容C和电阻R的角度对Q值进行改善时，改善幅度非常有限。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：弥补上述现有技术的不足，提出一种叠层电感器，在各频率下均具有较高的Q值，且Q值的提高改善较方便。

本发明的技术问题通过以下的技术方案予以解决：

一种叠层电感器，包括叠层体，线圈电极和一对外部电极，所述一对外部电极分别设置在所述叠层体的两端分别与所述线圈电极的两个引出端部导通；所述叠层体包括依次层叠排列的上基板，多层绝缘体层和下基板；所述多层绝缘体层中，最上面三层绝缘体层中至少最上面一层绝缘体层上印刷导电浆料形成有n个上平面电极，n大于等于3；所述各上平面电极交叉设置，交叉位置处设置有绝缘隔片；最下面三层绝缘体层中至少最下面一层绝缘体层上印刷导电浆料形成有n-1个下平面电极；所述各下平面电极交叉设置，交叉位置处设置有绝缘隔片；除形成有平面电极的绝缘体层外，其余的多层绝缘体层在对应所述下平面电极的两端处均分别设置有2（n-1）个通孔，涂覆导电浆料叠层后形成2（n-1）个通孔电极；所述线圈电极由所述上平面电极，通孔电极，下平面电极连接后组成。

本发明与现有技术对比的有益效果是：

本发明的叠层电感器，通过叠层体内电极的独特设置，即仅靠近叠层体上表面和靠近下表面的绝缘体层中设置平面电极，中间部分的绝缘体层设置通孔电极，且同层的平面电极交叉设置。一般绝缘体层的长度和宽度都远大于厚度，所以设置后，平面电极即作为电极的长边在接近叠层体上下表面的绝缘体层中。这样，电感器工作时，相对于传统结构电极长边短边均嵌在叠层体中部以避免开裂的电感器而言，能使磁力线更多地通过介电损耗低的空气中，从而有效降低电感器的材料介电损耗R1。而一般高频下，介电损耗R1远大于直流电阻R0，所以介电损耗R1的降低可有效提高高频Q值。另外，电极长边设置得接近叠层体上下表面而不是接近叠层体的侧面，则增加电极的厚度降低器件的直流电阻R0来提高Q值时就不会导致叠层体开裂的问题，Q值的提高改善非常方便。此外，同层电极交叉设置，而非平行设置，使得电极的正对面积较小，电感的寄生电容C也较小，也使电感器Q值较高。

附图说明

图1是现有技术中叠层电感器的等效电路图；

图2是现有技术中叠层电感器的立体结构图；

图3是本发明具体实施方式一的叠层电感器的立体结构图

图4是本发明具体实施方式一的叠层电感器中的叠层体的分解结构示意图；

图5是本发明具体实施方式二的叠层电感器的立体结构图；

图6是本发明具体实施方式二的叠层电感器中的叠层体的分解结构示意图。 

具体实施方式

下面结合具体实施方式并对照附图对本发明做进一步详细说明。

具体实施方式一

如图3所示，为本具体实施方式的叠层电感器的立体结构图，包括叠层体301，线圈电极302和一对外部电极303，一对外部电极303分别设置在叠层体301的两端分别与线圈电极302的两个引出端部导通。

如图4所示，为本具体实施方式的叠层电感器的叠层体的分解结构示意图，叠层体301包括依次层叠排列的上基板402，多层绝缘体层404、4051～405m（本具体实施方式中m=3）、403和下基板401。各层绝缘体层可为陶瓷材料的陶瓷体层。

其中，上基板402和下基板401，也为绝缘体层结构，其仅作为基板而未印刷导电浆料形成电极。上基板402或下基板401的厚度应当控制为20~80um，优选地控制在20~40um，这样可保证上下基板能将中间绝缘体层上的电极完全包覆且尽可能薄，从而使磁力线更多地通过介电损耗低的空气中，有效降低电感器的介电损耗。

结合图3和图4所示，多层绝缘体层中，最上面三层绝缘体层中仅最上面一层绝缘体层404，也即上基板402下方紧邻的一层绝缘体层，其上印刷导电浆料形成有n个上平面电极。本具体实施方式中n为3，即绝缘体层404上设置有3个上平面电极，第一上平面电极304、第二上平面电极306和第三上平面电极308。其中，第一上平面电极304和第三上平面电极308分别沿长方形绝缘体层404的两对角线设置，二者交叉于绝缘体层404的中心位置，二者交叉处设置绝缘隔片310将二者隔离。第一上平面电极304的一端延伸至绝缘体层404的一侧边缘以便成型形成线圈电极后使线圈电极引出而与一端的外部电极303连接，第三上平面电极308的一端延伸至绝缘体层404的另一侧边缘以便成型形成线圈电极后使线圈电极引出而与另一端的外部电极303连接。第二上平面电极306沿长方形绝缘体层404的长边设置，在其两端位置分别与第一上平面电极304和第三上平面电极308的一部分重叠，重叠位置处同样设置绝缘隔片310将电极306与电极304、308隔离。

上述绝缘体层404中的电极设置可通过如下方法制备得到：1）在绝缘体层404上的预定位置用激光开出预定大小的通孔；2）印刷导电浆料形成第二上平面电极306，由于通孔的存在，第二上平面电极306的两个端部将有导电浆料漏下以便叠层后与下方的通孔电极连接；3）在绝缘体层404上对应电极306的端部位置设置两个覆盖电极306端部的绝缘隔片310，用于隔离电极306与电极304、308；4）在绝缘体层404上沿长方形绝缘体层404的一条对角线印刷导电浆料形成第一上平面电极304，第一上平面电极304的一端延伸至绝缘体层404的边缘，另一端则延伸至绝缘体层404上预先开好的一个通孔处，使导电浆料从通孔处漏下以连接下方的通孔电极；5）在绝缘体层404的中心位置，也即第一上平面电极304的中心位置，设置绝缘隔片310，用于隔离电极304与电极308；6）在绝缘体层404上沿长方形绝缘体层404另一条对角线印刷导电浆料形成第三上平面电极308，第三上平面电极308的一端延伸至绝缘体层404的另一边缘，另一端则延伸至绝缘体层404上预先开好的一个通孔处，使导电浆料从通孔处漏下以连接下方的通孔电极。这样，即得到形成有3个上平面电极的绝缘体层404。绝缘隔片310的材质与叠层体的材质相同，大小和形状以恰好能完全隔离平面电极304、306、308的三个交叉重叠区域为宜，厚度则以能完全隔离304、306、308且尽可能薄为宜。

多层绝缘体层中，最下面三层绝缘体层中仅最下面一层绝缘体层403，也即绝缘体层401上方紧邻的一层绝缘体层，其上印刷导电浆料形成有n-1个下平面电极，即2个下平面电极，第一下平面电极305和第二下平面电极307。其中，第一下平面电极305和第二下平面电极307分别沿长方形绝缘体层403的两对角线设置，二者交叉于绝缘体层403的中心位置，二者交叉处设置绝缘隔片310将二者隔离。

上述绝缘体层403中的电极设置可通过如下方法制备得到：1）在绝缘体层403上沿长方形绝缘体层403的一条对角线印刷导电浆料形成第一下平面电极305；2）在绝缘体层403的中心位置，也即第一下平面电极305的中心位置，设置绝缘隔片310，用于隔离电极305与电极307；3）在绝缘体层403上沿长方形绝缘体层403的另一条对角线印刷导电浆料形成第二下平面电极307。这样，即得到形成有2个下平面电极的绝缘体层403。其中，基于前述绝缘隔片尺寸设置的同样原因，绝缘隔片310的大小和形状以恰好能完全隔离电极305和307为宜，厚度则以能完全隔离305和307且尽可能薄为宜。

多层绝缘体层中，除形成有平面电极的绝缘体层外，其余的多层绝缘体层在对应所述下平面电极的两端处分别设置有2（n-1）个通孔，多层通孔层叠后涂覆导电浆料形成2（n-1）个通孔电极。本具体实施方式中，即除最上面一层绝缘体层404和最下面一层绝缘体层403外，其余m（本具体实施方式中为3）层绝缘体层4051～405m在对应所述第一下平面电极305和第二下平面电极307的两端处均分别设置有4个通孔，然后用印刷法涂覆导电浆料至此通孔中，m层绝缘体层叠层后4个通孔即形成4个通孔电极309，以便在所有绝缘体层叠层后，通过这4个通孔电极将上平面电极和下平面电极的端部连接组成线圈电极302。图4中虚线示出了上平面电极、通孔电极，下平面电极连接情形，即第一上平面电极304→通孔电极309→第一下平面电极305→通孔电极309→第二上平面电极306→通孔电极309→第二下平面电极307→通孔电极309→第三上平面电极308形成线圈电极302，线圈电极302的两个引出端部分别从第一上平面电极304的一端，第三上平面电极308的一端引出后与一对外部电极303导通。

本具体实施方式的叠层电感器，相对于传统结构的叠层电感器，线圈电极的电极长边为上下平面电极，其位于接近叠层体靠近上基板（即最上面三层绝缘体层，本具体实施方式中为最上面三层中的最上面一层）和下基板的区域（即最下面三层绝缘体层，本具体实施方式中为最下面三层绝缘体层中最下面一层），使得工作时磁力线更多地是通过介电损耗低的空气。虽然磁力线仍然和传统结构的叠层电感器工作时磁力线一样都要穿过叠层体和空气，但本具体实施方式中相对于传统结构的叠层电感器，磁力线穿过叠层体部分较少，磁力线更多的是穿过空气，所以介电损耗R1较低。与此同时，同层的平面电极交叉设置，而非平行设置，使得电极的正对面积较小，电感的寄生电容C也较小。因此本具体实施方式中叠层电感器的介电损耗R1和寄生电容C均较小，两方面共同作用使得叠层电感器的Q值较高。另外，本具体实施方式中，叠层电感器的电极长边接近叠层体最上表面和最下表面，而不是接近叠层体的侧面，使得增加电极的厚度降低器件的直流电阻R0来提高Q值时就不会导致叠层体开裂的问题，也即可通过直流电阻R0，介电损耗R1以及寄生电容C三方面共同作用改善Q值，使得Q值的提高改善也非常方便。

本具体实施方式中，进一步地，由于上平面电极304和308，以及下平面电极305和307均是沿各对角线设置的，因此电极304、308、305和307均是长度最长的极限设置，这样可使更长的电极与叠层体上下表面的距离很小，则电感工作时更长电极对应着更多的磁力线通过介电损耗低的空气，因而可进一步降低电感器的介电损耗，提高Q值。也由于此原因，可知，第一上平面电极304，第三上平面电极308，第一下平面电极305和第二下平面电极307也不必完全沿着各对角线设置，与各对角线夹角0～10°的设置也是可行。将各电极设置得与各对角线夹角0～10°，均能达到长度尽可能地长，从而提高Q值的效果。如果超过10°，则通过电极长度来改善Q值的效果会不明显。

将本具体实施方式的叠层电感器制成0603尺寸（英制0201）的电感，作为样品1，其电感量、各频率f下的Q值、直流电阻和自谐频率等参数如表1中所示。作为对比，将传统结构的叠层电感器制成相同尺寸相同电感量的叠层电感器，作为样品2，其对应的各参数也如表1中所示。

表1

由表1可知，本具体实施方式的叠层电感器（样品1）的直流电阻低，自谐频率高，各频率的Q值（尤其是高频下Q值）明显高于传统结构的电感器。这是由于如上所述，本具体实施方式的电感器，磁力线更多经过空气，介电损耗小；又电极间寄生电容小，因而具有更高自谐频率和更高Q值；同时，本具体实施方式的电感器可方便实现较厚的电极，因而直流电阻较低，Q值也较高，且方便Q值的提高改善。

具体实施方式二

本具体实施方式与实施方式一的不同之处在于：本具体实施方式中，为n=4，即最上面一层绝缘体层有4个上平面电极，最下面一层绝缘体层有3个下平面电极，中间有6个通孔电极，且上平面电极中电极304和308并不沿对角线设置，下平面电极中电极305，307也并不沿对角线设置，各同层平面电极是任意形式的交叉设置即可。

如图5所示，为本具体实施方式的叠层电感器的立体结构图，包括叠层体301，线圈电极502和一对外部电极303，一对外部电极303分别设置在叠层体301的两端分别与线圈电极502的两个引出端部导通。

如图6所示，为本具体实施方式的叠层电感器的叠层体的分解结构示意图，叠层体301包括依次层叠排列的上基板402，多层绝缘体层404、4051～405m（本具体实施方式中m=3）、403和下基板401。各层绝缘体层可为陶瓷材料的陶瓷体层。

图5和图6中，为图形显示方便，仅用线条示意表示了组成线圈电极502的各上平面电极和各下平面电极，并未如图3和图4中示意出完整立体结构线条图，但应当认为两个实施方式中平面电极的立体结构是一样的。

结合图5和图6，多层绝缘体层中，最上面三层绝缘体层中仅最上面一层绝缘体层404，也即上基板402下方紧邻的一层绝缘体层，其上印刷导电浆料形成有n个上平面电极。本具体实施方式中n为4，即绝缘体层404上设置有4个上平面电极，第四上平面电极504、第五上平面电极506A、第六上平面电极506B和第七上平面电极508。其中，各上平面电极504、506A、506B和508均交叉设置，交叉处设置绝缘隔片310将两相交的上平面电极者隔离（绝缘隔片在图5中未示出，而图6中也并未示出全部绝缘隔片，仅示意性表示出几处位置的绝缘隔片）。优选地，上平面电极中各相邻电极交叉角度为18°～59°。当交叉角度位于该范围内时，则两平面电极的交叉重叠面积不会过大，也就不会导致寄生电容过大，不利于Q值提高；同时，也有利于使靠近叠层体上下表面的电极长度尽可能长，且方便电极向叠层体两端引出。第四上平面电极504的一端延伸至绝缘体层404的一侧边缘以便成型形成线圈电极后使线圈电极引出而与一端的外部电极303连接，第七上平面电极508的一端延伸至绝缘体层404的另一侧边缘以便成型形成线圈电极后使线圈电极引出而与另一端的外部电极303连接。该绝缘体层404中的电极设置，同样是按照在设定位置印刷导电浆料形成电极的方法得到，在此不重复说明。

多层绝缘体层中，最下面三层绝缘体层中仅最下面一层绝缘体层403，也即绝缘体层401上方紧邻的一层绝缘体层，其上印刷导电浆料形成有n-1个下平面电极，即3个下平面电极，第三下平面电极505、第四下平面电极507和第五下平面电极511。其中，各下平面电极505、507和511均交叉设置，交叉处设置绝缘隔片310将两相交的下平面电极者隔离。同样优选地，下平面电极中各相邻电极交叉角度为18°～59°，可方便减小寄生电容，且有利于电极长度尽可能长。同样地，该绝缘体层403中的电极设置，也是按照在设定位置印刷导电浆料形成电极的方法得到，在此不重复说明。 

多层绝缘体层中，除形成有平面电极的绝缘体层外，其余的多层绝缘体层在对应所述下平面电极的两端处分别设置有2（n-1）个通孔，多层通孔层叠后涂覆导电浆料形成2（n-1）个通孔电极。本具体实施方式中，即除最上面一层绝缘体层404和最下面一层绝缘体层403外，其余m（本具体实施方式中为3）层绝缘体层4051～405m在对应所述第三下平面电极505、第四下平面电极507和第五下平面电极511的两端处均分别设置有6个通孔，然后用印刷法涂覆导电浆料至此通孔中，m层绝缘体层叠层后6个通孔即形成6个通孔电极509，以便在所有绝缘体层叠层后，通过这6个通孔电极将上平面电极和下平面电极的端部连接组成线圈电极502。图6中虚线示出了上平面电极、通孔电极，下平面电极连接情形，即第四上平面电极504→通孔电极509→第三下平面电极505→通孔电极509→第五上平面电极506A→通孔电极509→第四下平面电极507→通孔电极509→第六上平面电极506B→通孔电极509→第五下平面电极511→通孔电极509→第七上平面电极508形成线圈电极502，线圈电极502的两个引出端部分别从第四上平面电极504的一端，第七上平面电极508的一端引出后与一对外部电极303导通。

本具体实施方式的叠层电感器，相对于传统结构的叠层电感器，线圈电极的电极长边为上下平面电极，其位于接近叠层体最上表面和最下表面的绝缘体层中，使得工作时磁力线更多地是通过介电损耗低的空气。虽然磁力线仍然和传统结构的叠层电感器工作时磁力线一样都要穿过叠层体和空气，但本具体实施方式中相对于传统结构的叠层电感器，磁力线穿过叠层体部分较少，磁力线更多的是穿过空气，所以介电损耗R1较低。与此同时，同层的平面电极交叉设置，而非平行设置，使得电极的正对面积较小，电感的寄生电容C也较小。因此本具体实施方式中叠层电感器的介电损耗R1和寄生电容C均较小，两方面共同作用使得叠层电感器的Q值较高。另外，本具体实施方式中，叠层电感器的电极长边接近叠层体最上表面和最下表面，而不是接近叠层体的侧面，使得增加电极的厚度降低器件的直流电阻R0来提高Q值时就不会导致叠层体开裂的问题，也即可通过直流电阻R0，介电损耗R1以及寄生电容C三方面共同作用改善Q值，使得Q值的提高改善也非常方便。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下做出若干替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种叠层电感器，包括叠层体，线圈电极和一对外部电极，所述一对外部电极分别设置在所述叠层体的两端分别与所述线圈电极的两个引出端部导通；所述叠层体包括依次层叠排列的上基板，多层绝缘体层和下基板；其特征在于：所述多层绝缘体层中，

最上面三层绝缘体层中至少最上面一层绝缘体层上印刷导电浆料形成有n个上平面电极，n大于等于3；各上平面电极交叉设置，交叉位置处设置有绝缘隔片，以将各上平面电极隔离；

最下面三层绝缘体层中至少最下面一层绝缘体层上印刷导电浆料形成有n-1个下平面电极；各下平面电极交叉设置，交叉位置处设置有绝缘隔片，以将各下平面电极隔离；

除形成有平面电极的绝缘体层外，其余的多层绝缘体层在对应所述下平面电极的两端处均分别设置有2(n-1)个通孔，涂覆导电浆料叠层后形成2(n-1)个通孔电极；

所述线圈电极由所述上平面电极，通孔电极，下平面电极连接后组成。

2.根据权利要求1所述的叠层电感器，其特征在于：所述上平面电极和所述下平面电极中各相邻电极交叉角度为18°～59°。

3.根据权利要求1所述的叠层电感器，其特征在于：所述n个上平面电极中的两个上平面电极，一个上平面电极与所在长方形绝缘体层的一条对角线夹角为0～10°，另一个上平面电极与所在长方形绝缘体层的另一条对角线夹角为0～10°。

4.根据权利要求1所述的叠层电感器，其特征在于：所述n-1个下平面电极中的两个下平面电极，一个下平面电极与所在长方形绝缘体层的一条对角线夹角为0～10°，另一个下平面电极与所在长方形绝缘体层的另一条对角线夹角为0～10°。

5.根据权利要求1所述的叠层电感器，其特征在于：所述多层绝缘体层中，最上面三层绝缘体层中仅最上面一层绝缘体层上形成有3个上平面电极，包括第一上平面电极，第二上平面电极和第三上平面电极，所述第一上平面电极和所述第三上平面电极分别沿所在绝缘体层的两对角线设置，交叉位置处设置有绝缘隔片，所述第二上平面电极沿所在绝缘体层的长边设置，两端分别与所述第一上平面电极和所述第三上平面电极的一端重叠，重叠处设置有绝缘隔片；最下面三层绝缘体层中仅最下面一层绝缘体层上形成有2个下平面电极，包括第一下平面电极和第二下平面电极，所述第一下平面电极和所述第二下平面电极分别沿所在绝缘体层的两对角线设置，交叉位置处设置有绝缘隔片；其余多层绝缘体层在对应2个所述下平面电极的两端处分别设置有4个通孔，形成4个通孔电极。

6.根据权利要求1所述的叠层电感器，其特征在于：所述上基板或所述下基板的厚度为20～80um。

7.根据权利要求1所述的叠层电感器，其特征在于：所述上基板或所述下基板的厚度为20～40um。

8.根据权利要求1所述的叠层电感器，其特征在于：所述绝缘体层为陶瓷体层。