CN103383886A - 多层电感器及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种多层电感器，该多层电感器包括：由含有金属粉末粒子、铁氧体和聚合树脂的材料形成的电感器主体；形成在所述电感器主体内具有导电线路和导电通孔的线圈部件；以及形成在所述电感器主体末端的外电极。本发明还提供了一种制造多层电感器的方法。本发明提供的多层电感器，能够在预定水平维持可靠性并且能够在大电流下提高电感值。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求2012年5月2日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2012-0046562的优先权，该韩国专利申请的公开内容通过引用并入本申请中。
技术领域
本发明涉及一种多层电感器及其制造方法。
背景技术
提供作为代表性的使用陶瓷材料的电子元件包括电容器、电感器（inductor）、压电元件、变阻器、热敏电阻等等。
在这些陶瓷电子元件中，电感器以及电阻器和电容器是组成电子器件电路的主要寄生元件（passive element），并且可以用作去除噪音或组成电感器-电容器（LC）的谐振电路。
电感器可以通过在铁氧体（ferrite）磁芯上缠绕或印刷线圈并在其两端形成电极来制造，或者通过在磁性材料或电介质材料上印刷内电极并堆叠它们来制造。
根据电感器的结构，电感器可以分为几种不同的类型，例如多层型、线型、薄膜型等等。每种电感器的制造方法不同，它们应用的范围也不同。
在这些类型的电感器中，线型电感器可以通过在铁氧体磁芯周围缠绕线圈形成。在为了得到高水平的电感和电容而增加缠绕数量的情况下，可能产生线圈之间的杂散电容，即导线之间的电容，这样产品的高频特性可能会恶化。
另外，多层电感器可以像多个由铁氧体或低介电常数电介质形成的陶瓷片堆叠形成的堆栈一样来制造。
在各个陶瓷片上形成线圈形金属模型（patterns）。分别形成在所述陶瓷片上的线圈形金属模型，可以通过形成在所述陶瓷片内的导电通孔（conductive vias）依次连接，并且可具有在片堆叠的垂直方向上金属模型互相重叠的结构。
根据现有技术构成多层电感器的电感器主体由含有镍（Ni）、锌（Zn）、铜（Cu）和铁（Fe）的铁氧体材料以四个一组的方式形成。
然而，因为铁氧体材料具有比金属更低的饱和磁化值，所以各种电子产品对于大电流特性的需求可能无法实现。
因此，与上述铁氧体形成的电感器主体相比，构成由金属形成的多层电感器的电感器主体可能具有相对增加的饱和磁化值。然而，在这种情况下，在高频下的涡流损耗和磁滞损耗可能增加，这样在材料中的损耗越来越糟。
为了降低材料中的损耗，在现有技术中已经应用通过聚合树脂提供的金属粉末粒子之间具有绝缘间隔的结构。然而，由于金属的体积分数下降，增加饱和磁化值的效果，如上所述的金属的优势，可能不能适当地实现。
相关技术文献1涉及电感器，该电感器不包括铁氧体作为构成电感器主体的材料。
相关技术文献1
（专利文献1）日本专利公开特许公报号No.2006-294775。
发明内容
本发明一方面提供一种多层电感器，该多层电感器能够在预定水平维持可靠性并且能够在大电流下提高电感值（inductance value）。
根据本发明的一方面，提供一种多层电感器，该多层电感器包括：由含有金属粉末粒子、铁氧体和聚合树脂的材料形成的电感器主体；形成在所述电感器主体内并具有导电线路和导电通孔的线圈部件；以及形成在所述电感器主体末端的外电极。
环绕着所述线圈部件的所述导电线路和所述导电通孔的所述电感器主体的部分，可以由含有金属粉末粒子、铁氧体和聚合树脂的材料充满。
所述多层电感器，可以进一步包括：形成在所述电感器主体的上部的上覆盖层；以及形成在所述电感器主体的下部的下覆盖层。
所述上覆盖层和所述下覆盖层可以由含有金属粉末粒子、铁氧体和聚合树脂的材料形成。
所述的多层电感器可以进一步包括形成在所述电感器主体、所述上覆盖层和所述下覆盖层外表面的绝缘层。
所述金属粉末粒子的粒度可以为1-50μm。
所述金属粉末粒子可以包括具有不同粒度的两种或多种金属粉末粒子的混合物。
所述金属粉末粒子可以包括铁-镍（Fe-Ni）和铁-镍-硅（Fe-Ni-Si）中的一种。
所述铁氧体可以为镍-锌-铜（Ni-Zn-Cu）铁氧体。
所述聚合树脂可以为热固性树脂，所述热固性树脂包括酚醛清漆、环氧树脂、酚型环氧树脂、双酚A（BPA）型环氧树脂、双酚F（BPF）型环氧树脂、氢化双酚A（Hydrogenated BPA）环氧树脂、二聚酸改性的环氧树脂、氨基甲酸乙酯改性的环氧树脂、橡胶改性的环氧树脂和双环戊二烯（DCPD）型环氧树脂中的至少一种。
所述导电线路由含有银、铜和铜合金中至少一种的材料形成。
根据本发明的另一方面，提供一种制造多层电感器的方法，该方法包括：制备多个具有导电线路形成其上和导电通孔形成其中的片，该片由含有金属粉末粒子、铁氧体和聚合树脂的材料形成；以及通过堆叠多个片形成电感器主体，同时允许形成在每个片上的所述导电线路的一端接触形成在相邻片中的所述导电通孔从而形成线圈部件。
在制备多个片的过程中，环绕着所述导电线路和所述导电通孔的所述电感器主体的部分，可以由含有金属粉末粒子、铁氧体和聚合树脂的材料形成。
形成所述电感器主体之后，该方法可以进一步包括在所述电感器主体的下部形成下覆盖层，所述下覆盖层由含有金属粉末粒子、铁氧体和聚合树脂的材料形成；以及在所述电感器主体的上部形成上覆盖层，所述上覆盖层由含有金属粉末粒子、铁氧体和聚合树脂的材料形成。
所述上覆盖层和所述下覆盖层可以通过堆叠多个覆盖片形成，所述覆盖片由在聚合树脂中的金属粉末粒子和铁氧体的混合物形成。
所述上覆盖层和所述下覆盖层可以分别通过在所述电感器主体的上表面和下表面上印刷膏来形成，所述膏由含有金属粉末粒子、铁氧体和聚合树脂的材料形成。
形成所述电感器主体之后，该方法可以进一步包括在所述电感器主体的末端形成外电极。
附图说明
通过下面结合附图的详细说明，将会更清楚地理解本发明的上述和其它方面、特征以及其它优点，其中：
图1是根据本发明的实施方式图解说明多层电感器结构的透视图；
图2是根据本发明的实施方式的多层电感器沿着图1的A-A′线的剖面图；
图3是说明根据本发明的另一个实施方式的多层电感器沿着图1的A-A′线的剖面图。
具体实施方式
下文将参考附图详细描述本发明的实施方式，使得本领域技术人员可以容易地实施本发明。
然而，本发明可以以许多不同的形式体现并且不应当被解释为限于这里阐述的实施方式。
相反，提供这些实施方式是为了彻底并完整的公开本发明，并将本发明的观念充分传达给本领域的技术人员。
因此，在图中，为了清楚可以夸大部件的形状和尺寸，并且始终使用相同的附图标记来指定相同或相似的元件。
另外，在整个图中，相同的附图标记表示完成相似功能和操作的部件。
此外，除非有相反的明确说明，否则，“包括”及其变型例如“包含”或“含有”将被理解为暗示包括规定的部件，但也不排除任何其他的部件。
图1是根据本发明的实施方式图解说明多层电感器结构的透视图，以及图2是根据本发明的实施方式的多层电感器沿着图1的A-A′线的剖面图。
参见图1和2，根据本发明实施方式的多层电感器1可以包括金属粉末粒子51和52，由含有铁氧体53和聚合树脂54的材料形成的电感器主体10，形成在电感器主体10内的线圈部件40，形成在电感器主体10的两个末端的一对外电极20。
本文中，电感器主体10内包括的金属粉末粒子51和52可以具有不同的尺寸。优选，基于平均粒度，在具有1-50μm尺寸之间的粒子中，只有具有相同尺寸的粒子可以使用，或者可以通过混合使用两种或多种具有不同尺寸的粒子，例如，粒度为30μm的第一金属粉末粒子51以及小于第一金属粉末粒子的粒度为3μm的第二金属粉末粒子52。
金属粉末粒子51和52可以由包括铁-镍（Fe-Ni）和铁-镍-硅（Fe-Ni-Si）中的一种的材料形成，但是不限于此。
另外，电感器主体10内包括的铁氧体53可以由镍-锌-铜铁氧体，或类似物形成，但是不限于此。
另外，铁氧体53可以具有2μm以下的粒度，但是不限于此。
另外，电感器主体10内包括的聚合树脂54可以在多个金属粉末粒子51和52之间提供绝缘，并且该聚合树脂54可以由热固性树脂形成。
热固性树脂的例子可以包括酚醛清漆、环氧树脂、酚型环氧树脂、双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、氢化双酚A环氧树脂、二聚酸改性的环氧树脂、氨基甲酸乙酯改性的环氧树脂、橡胶改性的环氧树脂和双环戊二烯型环氧树脂，或类似物。在这些热固性树脂中，可以使用其中一种或者使用两种或多种的混合物。
根据本发明实施方式的电感器主体10可以通过堆叠多个片来形成，该片由含有金属粉末粒子51和52、铁氧体53和聚合树脂54的材料形成。
然而，本发明不限于此。例如，可以根据需要通过各种方法形成电感器主体10，例如印刷膏以具有预定厚度的方法，该膏由含有金属粉末粒子51和52、铁氧体53和聚合树脂54的材料形成，或者在模子中注入并压缩膏的方法，或类似的方法。
本文中，多层片的数量或印刷以形成电感器主体10的膏的厚度可以根据多层电感器1的需要通过考虑电气特性（electrical characteristics）例如电感等来适当地决定。
如上所述的形成电感器主体10的各个片可以具有在其表面上形成的导电线路（未显示），和在其厚度方向穿过各个片的导电通孔（未显示），以连接到位于其上和其下的相邻的导电线路。
因此，形成在各个片上的导电线路的一端可以通过形成在相邻片中的导电通孔电连接，从而形成线圈部件40。
另外，线圈部件40的两端可以通过电感器主体10的两端而暴露在外面，这样线圈部件40可以接触并且电连接到形成在电感器主体10两端的一对外电极20。
导电线路可以通过厚膜印刷、涂覆、沉积、溅射等等来形成，但是不限于此。
导电通孔可以通过在各个片上在厚度方向形成通孔，并且使用导电膏或类似物充满通孔来提供，但是不限于此。
另外，形成导电线路的材料和形成导电通孔的导电膏可以含有银（Ag）、铜（Cu）和铜（Cu）合金中的至少一种。
另外，多层电感器1可以进一步包括形成在电感器主体10上部的上覆盖层11，以及形成在电感器主体10下部的下覆盖层12。
形成上覆盖层11和下覆盖层12的材料没有特别限制，然而，与形成电感器主体10的材料相同，它可以含有具有不同粒度的金属粉末粒子51和52，铁氧体53和聚合树脂54。
本文中，包括在上覆盖层11和下覆盖层12中的金属粉末粒子51和52可以具有不同的尺寸。
同时，可以形成绝缘层60以环绕着电感器主体10的外表面。
在上覆盖层11和下覆盖层12形成在电感器主体10的上部和下部的情况下，绝缘层60可以具有矩形形状并覆盖上覆盖层11和下覆盖层12以及电感器主体10的两侧和两端的所有外表面。
外电极20可以形成在电感器主体10的两端以覆盖电感器主体10末端部分，并且可以分别接触通过电感器主体10的两端而暴露的线圈部件40的两端，从而与之实现电连接。
外电极20可以通过将电感器主体10浸没在导电膏中而在电感器主体10的两端形成，或者通过各种方法例如印刷、沉积、溅射，等等来形成。
导电膏可以由含有银（Ag）、铜（Cu）和铜（Cu）合金中至少一种的材料形成，但是不限于此。
另外，镍（Ni）电镀层（未显示）和锡（Sn）电镀层（未显示）如果需要也可以在各个外电极20的外表面形成。
以下，将描述根据本发明实施方式提供的多层电感器1的操作。
在多层电感器的电感器主体仅仅由铁氧体材料形成的情况下，因为与金属相比铁氧体的饱和磁化值相对较低，在使用大电流时电感可能会显著恶化，以致在大电流时很难获得期望的电感值。
另外，在电感器主体由金属形成的情况下，金属的饱和磁化值较高。然而，在高频时涡流损耗和磁滞损耗可能增加，从而在材料中产生显著的损耗。
然而，因为根据本发明的实施方式的多层电感器1具有由含有金属粉末粒子51和52，铁氧体53和聚合树脂54的材料形成的电感器主体，可以使用金属的优势来防止即使在大电流下的电感L值的降低。
另外，因为通过包括分散在电感器主体10的聚合树脂54中的铁氧体53可增加在电感器主体10中的磁性粒子的体积分数，由此可以增加多层电感器1的电容。
图3是说明根据本发明的另一个实施方式的多层电感器沿着图1的A-A′线的剖面图。相同的附图标记将用于指示如本发明的上述实施方式中的相同元件。以下，将主要描述与本发明上述实施方式中不同的其他元件。
参见图3，根据本发明的实施方式在多层电感器1中，环绕着构成所述线圈部件40的所述导电线路和所述导电通孔的所述电感器主体10的部分，可以由含有金属粉末粒子51和52，铁氧体53和聚合树脂54的材料形成，该材料与形成电感器主体10的材料相同。
如上所述，环绕着所述导电线路和所述导电通孔的所述电感器主体10的部分，可以由含有金属粉末粒子、铁氧体和聚合树脂的材料充满，从而在使用电感器时，防止电极之间由于热产生而发生的短路，以及改善由于高频而产生的材料损耗。
以下，将描述根据本发明的实施方式提供的制造多层电感器的方法。
首先，将具有不同尺寸的众多金属粒子51和52以及铁氧体53在聚合树脂54中混合以制备多个片，以及在各个片的一个表面上形成导电线路和导电通孔。
导电线路可以通过厚膜印刷、涂覆、沉积、溅射导电材料在片上形成，但是不限于此。
另外，导电通孔可以通过在各个片上形成通孔，并且使用导电膏或类似物充满通孔来提供，但是不限于此。
环绕着导电线路和导电通孔的电感器主体10的部分，可以用与金属粉末粒子51和52，以及铁氧体53混合的聚合树脂54充满。
然后，可以堆叠多个片以形成电感器主体10。
此时，形成在各个片上的导电线路的一端可以连接到形成在垂直相邻的片中的导电通孔以形成线圈部件40，其中，多个导电线路在垂直方向互相电连接。
然后，可以堆叠多个通过在聚合树脂54中混合金属粉末粒子51和52，以及铁氧体53而制备的片，以形成下覆盖层12，并且如上所述可以在下覆盖层12上堆叠形成电感器主体10。
然后，可以堆叠多个通过在聚合树脂54中混合金属粉末粒子51和52，以及铁氧体53而制备的片，以形成上覆盖层11，上覆盖层11可以堆叠在电感器主体10的上表面上，其中，电感器主体10堆叠在下覆盖层12上。
同时，代替堆叠多个片，所述上覆盖层11和下覆盖层12可以各自通过在电感器主体10的上表面和下表面上印刷膏以具有预定厚度而形成，所述膏由含有金属粉末粒子51和52，以及铁氧体53和聚合树脂54的材料形成。
然后，可以焙烧电感器主体10，并且可以在电感器主体10的两端形成一对外电极20以电连接到通过焙烧的电感器主体10的两端暴露的线圈部件40的两端。
外电极20可以通过将电感器主体10浸没在导电膏中来形成，或者通过各种方法例如印刷、沉积、溅射或类似的方法来形成。
导电膏可以由含有银（Ag）、铜（Cu）和铜（Cu）合金中至少一种的材料形成，但是不限于此。
另外，如果需要，镍（Ni）电镀层和锡（Sn）电镀层可以进一步在外电极20的外表面形成。
下面表1显示根据添加的铁氧体的电感器的特性。
表1
（根据添加的铁氧体的电感器的特性）
对比例1和2代表现有技术中没有添加铁氧体的电感器，而实施例1-4代表通过添加铁氧体粉末制造的电感器。改变金属和铁氧体的组成和粒度以制造各种电感器，并测量它们的特性。
本文中，金属1由92重量%的铁（Fe）、3.5重量%的硅（Si）和4.5重量%的铬（Cr）形成，金属2由99.5重量%的铁（Fe）和0.05重量%的碳（C）形成。铁氧体的组成为(NiCuZn)Fe2O4。
然而，本发明不限于此，并且如果需要，金属1-3的组成和含量，以及铁氧体1和2的组成和含量可以改变。
另外，因为铁氧体具有小于最小金属粉末粒子的平均粒度，铁氧体的平均粒度设定在0.5-3μm，小于具有平均粒度4-5μm的金属3的平均粒度。
参见上述表1可以注意到，在如实施例1-4所述的通过添加少量的铁氧体制造电感器的情况下，Ls和Q值与没有添加铁氧体的对比例1和2相比较好。
如上所述，根据本发明的实施方式，多层电感器含有金属粉末、铁氧体和聚合树脂。通过利用金属的优势，可以提高产品的大电流特性，例如，即使在大电流下也可防止电感值的降低。
另外，由于电感器主体中包括的铁氧体组分导致在电感器主体中的磁性组分的体积分数增加，从而能够提高电感器的容量。
虽然本发明已经在有关实施方式中被证明和描述，但是对于本领域技术人员来说在没有背离本发明附随的权利要求的精神和范围而做出的修改和变型将是显而易见的。
Claims (17)
1.一种多层电感器，该多层电感器包括：
由含有金属粉末粒子、铁氧体和聚合树脂的材料形成的电感器主体；
形成在所述电感器主体内具有导电线路和导电通孔的线圈部件；以及
形成在所述电感器主体末端的外电极。
2.根据权利要求1所述的多层电感器，其中，环绕着所述线圈部件的所述导电线路和所述导电通孔的所述电感器主体的部分，填充有含有金属粉末粒子、铁氧体和聚合树脂的材料。
3.根据权利要求1所述的多层电感器，该多层电感器进一步包括：
形成在所述电感器主体的上部的上覆盖层；以及
形成在所述电感器主体的下部的下覆盖层。
4.根据权利要求3所述的多层电感器，其中，所述上覆盖层和所述下覆盖层由含有金属粉末粒子、铁氧体和聚合树脂的材料形成。
5.根据权利要求3所述的多层电感器，该多层电感器进一步包括形成在所述电感器主体、所述上覆盖层和所述下覆盖层外表面的绝缘层。
6.根据权利要求1所述的多层电感器，其中，所述金属粉末粒子的粒度为1-50μm。
7.根据权利要求1所述的多层电感器，其中，所述金属粉末粒子包括具有不同粒度的两种或多种金属粉末粒子的混合物。
8.根据权利要求1所述的多层电感器，其中，所述金属粉末粒子包括铁-镍和铁-镍-硅中的一种。
9.根据权利要求1所述的多层电感器，其中，所述铁氧体为镍-锌-铜铁氧体。
10.根据权利要求1所述的多层电感器，其中，所述聚合树脂为热固性树脂，所述热固性树脂包括酚醛清漆、环氧树脂、酚型环氧树脂、双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、氢化双酚A环氧树脂、二聚酸改性的环氧树脂、氨基甲酸乙酯改性的环氧树脂、橡胶改性的环氧树脂和双环戊二烯型环氧树脂中的至少一种。
11.根据权利要求1所述的多层电感器，其中，所述导电线路由含有银、铜和铜合金中至少一种的材料形成。
12.一种多层电感器的制造方法，该方法包括：
制备多个具有导电线路形成其上和导电通孔形成其中的片，该片由含有金属粉末粒子、铁氧体和聚合树脂的材料形成；以及
通过堆叠多个片形成电感器主体，同时允许形成在每个片上的所述导电线路的一端与形成在相邻片中的所述导电通孔接触，从而形成线圈部件。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，在制备多个片的过程中，环绕着所述导电线路和所述导电通孔的所述电感器主体的部分，由含有金属粉末粒子、铁氧体和聚合树脂的材料形成。
14.根据权利要求12所述的方法，形成所述电感器主体之后，进一步包括：
在所述电感器主体的下部形成下覆盖层，所述下覆盖层由含有金属粉末粒子、铁氧体和聚合树脂的材料形成；以及
在所述电感器主体的上部形成上覆盖层，所述上覆盖层由含有金属粉末粒子、铁氧体和聚合树脂的材料形成。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述上覆盖层和所述下覆盖层通过堆叠多个覆盖片形成，所述覆盖片由在聚合树脂中的金属粉末粒子和铁氧体的混合物形成。
16.根据权利要求14所述的方法，其中，所述上覆盖层和所述下覆盖层分别通过在所述电感器主体的上表面和下表面上印刷膏来形成，所述膏由含有金属粉末粒子、铁氧体和聚合树脂的材料形成。
17.根据权利要求12所述的方法，形成所述电感器主体之后，进一步包括，在所述电感器主体的末端形成外电极。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20131106 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |