CN103443879B - 层叠型电感元件及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及层叠型电感元件及其制造方法。外部电极（21）和端子电极（22）通过导通孔（23）、内部配线（24）以及端面电极（41）电连接。上面侧的导通孔（23）被设置于外部电极（21）的正下面且在非磁性体铁氧体层（11）的内部。下面侧的导通孔（23）被设置于端子电极（22）的正上面且在非磁性体铁氧体层（15）的内部。由于最外层是非磁性体铁氧体层，所以即使设置有导通孔，寄生电感也不会变大。该情况下，由于在元件表面没有引回内部配线，所以配线图案也不会复杂化，能够防止元件安装面积的增大。

Description

层叠型电感元件及其制造方法

技术领域

本发明涉及在包含磁性体的多个薄板上形成线圈图案并将该多个薄板层叠而成的层叠型电感元件及其制造方法。

背景技术

现在，已知层叠有多个薄板的层叠型元件。例如，在专利文献1公开有在磁性体上形成线圈图案并进行层叠的层叠型电感元件。在专利文献1的层叠型电感元件的最外层以及中间布置层非磁性体来提高电感器的直流重叠特性。

然而，若使用为了使形成于最外层表面的安装用电极之间电连接而形成导通孔并通过磁性体内部连接的结构，则寄生电感会增大。因此，可考虑如专利文献2所述的通过端面电极电连接上下面的结构。

专利文献1：国际公开第2007/145189号公报

专利文献2：国际公开第2008/87781号公报

但是，会产生以下技术问题，即，为了通过端面电极使上下面电连接，必须在层叠型元件的表面上布置配线图案，配线图案变复杂，元件的安装面积也会增大。

发明内容

因此，本发明的目的在于提出一种既防止配线图案复杂化、元件安装面积的增大又减小寄生电感的层叠型电感元件及其制造方法。

本发明的层叠型电感元件具备：磁性体层，其由多个磁性体基板层叠而成；非磁性体层，其由多个非磁性体层叠而成并被布置在元件主体的最外层以及中间层；以及电感器，其在层叠方向上连接设置在上述层叠的基板间的线圈。

并且，本发明的层叠型电感元件的特征在于，还具备设置在上述最外层的非磁性体层内的导通孔；设置在上述元件主体端面的端面电极；多个形成于上述元件主体的最外层的表面的安装用电极；以及电连接上述导通孔和上述端面电极的内部配线，其中，上述安装用电极的至少一部分通过上述导通孔和上述内部配线与上述端面电极电连接。

另外，进一步优选其特征在于内部配线被布置于上述最外层的非磁性体层和、与该非磁性体层相接的磁性体层之间的边界面。

即使最外层的非磁性体层设置了导通孔，寄生电感也不会变大。因此，安装用电极通过设置在该最外层的非磁性体层内部的导通孔与被布置于与安装用电极的正下方的磁性体层的边界面的内部配线电连接。并且，安装用电极通过边界面的内部配线与端面电极连接。由此，设置在上下面的安装用电极被电连接。即、只对非磁性体层用导通孔连接，对磁性体层不用导通孔而用端面电极连接，所以能减小寄生电感。该情况下，由于在元件表面没有引回内部配线，所以配线图案不会复杂化，也能够防止元件安装面积的增大。

并且，通过同时烧制形成本发明的层叠型电感元件的磁性体层和非磁性体层。即、不是设置成在仅烧制磁性体后将非磁性体涂在最外层等，而是构成为层叠预先形成有内部配线的薄板后，进行一次性烧制。

根据本发明，既能够防止元件安装面积的增大、配线图案的复杂化又能使寄生电感变小。

附图说明

图1是层叠型电感元件的剖面图。

图2是DC-DC变频器的等效电路图和寄生电感的示意图。

图3是输出电流为100mA时的脉动电压和尖峰电压的比较图。

图4是输出电流为600mA时的脉动电压和尖峰电压的比较图。

图5是电压变换效率的比较图。

图6是在特定条件下的脉动电压的比较图。

图7是表示端面电极的制造工序的图。

具体实施方式

图1（A）是本发明的实施方式的层叠型电感元件的剖面图，图1（B）是层叠型电感元件的俯视图。层叠型电感元件由磁性体和非磁性体的陶瓷生片（greensheet）层叠而成。在本实施方式所示的剖面图是将纸面上面作为层叠型电感元件的上面侧，将纸面下侧作为层叠型电感元件的下面侧。

图1的例子中的层叠型电感元件由层叠体构成，该层叠体中按从最外层的上面侧向下面侧的顺序布置有非磁性体铁氧体层11、磁性体铁氧体层12、非磁性体铁氧体层13、磁性体铁氧体层14以及非磁性体铁氧体层15。

在构成层叠体的一部分的陶瓷生片上形成有包含线圈图案的内部电极。线圈图案在层叠方向上连接而构成电感器31。图1（A）的例中的电感器31布置为越过上面侧的磁性体铁氧体层12、作为中间层的非磁性体铁氧体层13以及下面侧的磁性体铁氧体层14。

在非磁性体铁氧体层11的上表面（元件最上面）形成有外部电极21。外部电极21是用于安装IC或者电容器等的安装用电极，通过搭载各种半导体元件或者无源元件构成包含层叠型电感元件的电子零件模块（例如DC-DC变频器等）。并且，在本实施方式中为了说明示出了2个外部电极21，但实际的元件具有更多的外部电极。

另外，非磁性体铁氧体层15的下表面（元件最下面）形成有端子电极22。该端子电极22是用于在层叠型电感元件作为电子零件模块出厂后，在电子设备的产品制造工序与安装电子零件模块的安装基板侧的焊盘电极等连接的安装用电极。

作为中间层的非磁性体铁氧体层13作为磁性体铁氧体层12与磁性体铁氧体层14之间的空隙而发挥功能并提高电感器31的直流重叠特性。

作为最外层的非磁性体铁氧体层11和非磁性体铁氧体层15分别覆盖磁性体铁氧体层12和磁性体铁氧体层14的上表面侧和下表面侧，防止由后述的扩散金属成分引起的未打算的短路。

另外，本实施方式中的非磁性体铁氧体层11和非磁性体铁氧体层15比磁性体铁氧体层12和磁性体铁氧体层14的热收缩率低。因此，通过用相对来说热收缩率较低的非磁性体铁氧体层11和非磁性体铁氧体层15夹入相对来说热收缩率较高的磁性体铁氧体层12和磁性体铁氧体层14，能够由烧制来压缩元件整体而提高强度。

外部电极21和端子电极22通过导通孔23、内部配线24以及端面电极41电连接。上面侧的导通孔23被设置在外部电极21的正下面且在非磁性体铁氧体层11的内部。下面侧的导通孔23被设置在端子电极22的正上面且在非磁性体铁氧体层15的内部。

通过在将非磁性体铁氧体层11和非磁性体铁氧体层15的各陶瓷生片层叠后，用打孔机等打通而形成这些导通孔23，或者是，通过在用打孔机等打通每个构成非磁性体铁氧体层11和非磁性体铁氧体层15的陶瓷生片后层叠这些非磁性体铁氧体层而形成这些导通孔23。并且，孔的形状并不局限于圆形，也可以是矩形等其他形状。

内部配线24如图1（A）的剖面图和图1（B）的俯视图的虚线所示，被布置成连接导通孔23和端面电极41。并且，在图1（A）中记载为，上面侧的内部配线24被布置在非磁性体铁氧体层11内，下面侧的内部配线24被布置在磁性体铁氧体层14内，可是实际上，上面侧的内部配线24被印刷在磁性体铁氧体层12的最上面的陶瓷生片上，下面侧的内部配线24被印刷在非磁性体铁氧体层15的最上面的陶瓷生片上。因此，内部配线24被布置于最外层的非磁性体铁氧体层和、与该非磁性体铁氧体层相接的磁性体层之间的边界面。可是，内部配线24不是必须布置于边界面，也可以布置在非磁性体铁氧体层内的任一陶瓷生片上。

端面电极41是被设置在元件主体的端面的通孔（throughhole）侧壁的一部分的矩形的导通孔（viahole）。端面电极41的形成方式既可以是在层叠全部的陶瓷生片后用打孔机等打通，也可以是将每个陶瓷生片用打孔机等打通后再层叠。并且，导通孔的形状不局限于矩形，也可以是半圆形等其他形状。另外，导通孔不局限于设置在通孔的侧壁的一部分，也可以是导通孔端面直接露出在元件的侧面的方式。

由上述的结构，外部电极21和端子电极22不通过磁性体铁氧体层内而经由端面电极41电连接。并且，由于最外层的非磁性体铁氧体层11和非磁性体铁氧体层15的表面没有露出内部配线24，所以无论形成怎样的配线图案，在元件主体表面都没有引回配线图案，能够防止元件面积的增大。

接下来，对端面电极41的作用效果进行说明。图2是将层叠型电感元件作为DC-DC变频器时的等效电路图和寄生电感的示意图。

一般的，布置在磁性体铁氧体层上的配线如图2的等效电路所示成为寄生电感器。若通过导通孔电连接外部电极21和端子电极22，则该寄生电感器具有不能忽视的程度的高电感。

DC-DC变频器的转换信号一般是100kHz-6MHz左右的高频信号。由于高频区域的寄生电感成为高电阻，所以转换信号不落回GND而显现为噪音。另外，脉动成分被叠加于输出电压，损害输出电压的稳定度。

但是，如果使通过端面电极41连接电极间通过磁性体铁氧体层的配线中的一部分打开，则如下所述，能够忽视寄生电感的影响。即、端面电极41的寄生电感能够用由并联的2个电感器的合成电感来表示，将并联的电感器的电感分别用L1、L2表示，则合成电感L表示为L=1/(1/L1+1/L2)。在这里，因为电感L1的相对磁导率μ=1、L1=1，所以若电感L2=300（相对磁导率μ=300），则合成电感L为L=1/(1/1+1/300)≈1。因此，能够基本忽视寄生电感的影响。

图3是输出电流为100mA时的脉动电压和尖峰电压的比较图，图4是输出电流为600mA时的脉动电压和尖峰电压的比较图。图3（A）和图4（A）表示用导通孔电连接外部电极21和端子电极22时的脉动电压，图3（B）和图4（B）表示用端面电极41连接外部电极21和端子电极22时的脉动电压。如图3（A）和图3（B）所示，能看出为100mA时的脉动电压从80.0mV改善到16.8mV，如图4（A）和图4（B）所示，能看出为600mA时的脉动电压从174.0mV改善到28.0mV。

另外，图3（C）和图3（D）表示用导通孔电连接外部电极21和端子电极22时的尖峰电压，图4（C）和图4（D）表示用端面电极41连接外部电极21和端子电极22时的尖峰电压。如图3（C）和图3（D）所示，能看出为100mA时的尖峰电压也从262.0mV改善到65.2mV，如图4（C）和图4（D）所示，为600mA时的尖峰电压也从504.0mV改善到119.2mV。

并且，图5是电压变换效率的比较图。如图5所示，特别是在高负荷区域，与用导通孔电连接外部电极21和端子电极22的情况相比，用端面电极41连接外部电极21和端子电极22的情况的电压变换效率更高。

另外，图6是作为特定条件输出电压和输出电流较高的情况下（Vin=4.4V、Vout=3.3V、Iout=650mA）的脉动电压的比较图。如图6（A）所示，若寄生电感变大，则有时由于转换信号而IC的GND电位不稳定、IC运行不稳定。与此相反，如图6（B）所示，可知在用端面电极41连接外部电极21和端子电极22的情况下IC运行稳定。

接下来，针对本实施方式的层叠型电感元件的制造工序进行说明。由下述工序制造层叠型电感元件。

首先，分别在应该成为磁性体铁氧体层和非磁性体铁氧体层的陶瓷生片上涂敷包含Ag等的合金（导电性糊剂），形成电感器31（线圈图案）、内部配线24。在层叠前预先形成导通孔23和端面电极41的情况下，在该涂敷工序之前或者之后进行。该情况下，若采用在各薄板上，在由打孔机等形成的孔涂敷导电性糊剂再用打孔机等开孔的工序，则在层叠后，能够作为导通孔23和端面电极41用合金覆盖整体表面。

接下来，层叠各陶瓷生片。即、从下面侧按顺序分别层叠多个成为非磁性体铁氧体层15的陶瓷生片、多个成为磁性体铁氧体层14的陶瓷生片、多个成为非磁性体铁氧体层13的陶瓷生片、多个成为磁性体铁氧体层12的陶瓷生片以及多个成为非磁性体铁氧体层11的陶瓷生片，并进行预压。由此，形成烧制前的母层叠体。并且，在层叠后形成导通孔23的情况下，先分别层叠非磁性体铁氧体层11和非磁性体铁氧体层15用打孔机等打孔后，用导电性糊剂填埋孔。在层叠后形成端面电极41的情况下，在层叠所有陶瓷生片后，如图7（A）所示，用打孔机打开矩形的孔，如图7（B）所示，用导电性糊剂填埋孔。然后，如图7（C）所示，用打孔机等在与之前开的矩形孔不同的方向（垂直方向）再开矩形孔。在该不同方向上打开的矩形孔成为通孔，最初开的矩形孔（用导电性糊剂填埋的孔）成为端面电极41。并且，如图7（D）所示，通过断开母层叠体，来在通孔的侧壁的一部分形成端面电极41。该情况下，导通孔23和端面电极41构成为通过后述的电镀工序被覆盖表面而成为电导通。

接下来，在形成的母层叠体的表面涂覆主要成分为银的电极糊剂，形成外部电极21和端子电极22。

然后，通过切割（dicing）加工设置断开用槽以使得能够以规定的尺寸断开母层叠体。

接下来，进行烧制。由此，能得到磁性体铁氧体层和非磁性体铁氧体层同时被烧制的母层叠体（断开前的层叠型电感元件）。

并且，最后在母层叠体的外部电极表面实施电镀。通过使母层叠体浸在电镀液并使其摇动而进行电镀处理。

如此制造的层叠型电感元件如果安装IC或者电容器等的电子零件，则成为电子零件模块。

符号说明

11、13、15…非磁性体铁氧体层；12、14…磁性体铁氧体层；21…外部电极；22…端子电极；23…导通孔；24…内部配线；31…电感器；41…端面电极。

Claims (6)

1.一种层叠型电感元件，具备：由多个磁性体基板层叠而成的磁性体层；由多个非磁性体基板层叠而成并被布置在元件主体的最外层以及中间层的非磁性体层；以及在层叠方向上连接有设置在所述层叠的基板间的线圈的电感器，所述层叠型电感元件的特征在于，

还具备：

设置在所述最外层的非磁性体层内的导通孔；

设置在所述元件主体的端面的端面电极；

形成于作为所述元件主体的最外层的非磁性体层各自的表面的多个安装用电极；以及

电连接所述导通孔和所述端面电极的内部配线，

其中，所述多个安装用电极由多个外部电极和多个端子电极构成，所述多个外部电极形成于作为所述元件主体的最外层的非磁性体层的一主面并与在它们上搭载的半导体元件或者无源元件成为电连接，所述多个端子电极形成于作为所述元件主体的最外层的非磁性体层的另一主面并与外部的安装基板成为电连接，

所述外部电极的至少一部分通过所述导通孔、所述内部配线以及所述端面电极与所述端子电极电连接。

2.根据权利要求1所述的层叠型电感元件，其特征在于，

所述内部配线被布置于所述最外层的非磁性体层和、与该非磁性体相接的磁性体层之间的边界面。

3.根据权利要求1或者2所述的层叠型电感元件，其特征在于，

所述磁性体层和非磁性体层是通过同时烧制而形成的。

4.一种层叠型电感元件的制造方法，具有：在包含磁性体基板的多个基板上形成线圈图案和内部配线的工序；层叠所述基板而形成层叠体，并在所述层叠体的最外层以及中间层布置层叠非磁性体基板而成的非磁性体层，在层叠方向连接所述线圈形成电感器的工序，该层叠型电感元件的制造方法的特征在于，

还具有：

在所述最外层的非磁性体层内设置导通孔的工序；

在元件主体的端面设置端面电极的工序；以及

在作为所述元件主体的最外层的非磁性体层各自的表面形成多个安装用电极的工序，

其中，形成所述多个安装用电极的工序由形成多个外部电极的工序和形成多个端子电极的工序构成，所述多个外部电极形成于作为所述元件主体的最外层的非磁性体层的一主面并与在它们上搭载的半导体元件或者无源元件成为电连接，所述多个端子电极形成于作为所述元件主体的最外层的非磁性体层的另一主面并与外部的安装基板成为电连接，

所述内部配线形成为电连接所述导通孔和所述端面电极，

所述安装用电极的至少一部分通过所述导通孔、所述内部配线以及所述端面电极与所述端子电极电连接。

5.根据权利要求4所述的层叠型电感元件的制造方法，其特征在于，

所述内部配线被布置于所述最外层的非磁性体层和、与该非磁性体相接的磁性体层之间的边界面。

6.根据权利要求4或者5所述的层叠型电感元件的制造方法，其特征在于，

还具有通过同时烧制形成所述磁性体层和非磁性体层的烧制工序。