CN103515055A - 功率感应器及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种功率感应器及其制备方法，该功率感应器包括：含有金属粉末颗粒的磁性体，所述金属粉末颗粒的表面涂覆有铁氧体以及聚合树脂；在所述磁性体的内部形成的内电极；以及在所述磁性体的外部形成的且电连接到所述内电极的外电极。本发明提供的功率感应器具有能够提供最大电容的同时通过绝缘来减少材料损耗的优点。

Description

功率感应器及其制备方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2012年6月29日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2012-0070524的优先权，该申请的内容引入本申请中以作参考。

技术领域

本发明涉及一种能够提供最大电容的同时通过绝缘来减少材料损耗的功率感应器（power inductor），以及涉及一种制备该功率感应器的方法。

背景技术

使用陶瓷材料的电子组件的实例包括电容器、感应器、压电原件、变阻器、热敏电阻等等。

在这些陶瓷电子组件中，可以主要使用感应器，构成电子线路的重要的寄生元件（passive element），连同电阻器和电容器一起来作为用于减少噪音或构成LC谐振电路的组件。

可以通过将线圈缠绕在铁氧体磁芯（ferrite core）上或在铁氧体磁芯上印刷线圈图案，并在该铁氧体磁芯的两端形成电极来制备感应器，或者可以通过在磁性材料或介电材料上印刷内电极，然后将磁性材料层或介电材料层进行堆叠来制备感应器。

可以根据感应器的结构将感应器划分为几种类型中的一种，例如多层型感应器、缠绕型感应器、薄膜型感应器等等。除了感应器的应用范围之外，各个感应器的制备方法也不同。

在感应器的类型中，可以通过将线圈缠绕在例如铁氧体磁芯上来形成缠绕型感应器。然而，为了获得高电感系数而增加了缠绕的数量时，可能会产生线圈之间的杂散电容（stray capacitance），即，导线之间的电容，由此导致高频特性恶化。

另外，可以将功率感应器制备成为由多个铁氧体或低介电常数（low-k）的介电材料形成的陶瓷片堆叠于其中的层压体。

在本发明中，该陶瓷片可以有形成于其上的线圈型金属图案。可以将在各个陶瓷片上形成的线圈型金属图案通过在各个陶瓷片上形成的导电通孔（conductive via）依次连接在一起，以及可以在堆叠陶瓷片的垂直方向上形成重叠结构。

根据现有技术，构成功率感应器的电感主体通常由含有镍（Ni）、锌（Zn）、铜（Cu）和铁（Fe）的四元铁氧体材料形成。

然而，这种铁氧体材料具有低于其它种金属的饱和磁化强度值（saturation magnetization value），这样不能够提供现有电子产品所需要的高电流特性。

同时，相对于电感主体由铁氧体形成时，功率感应器的电感主体由金属组件形成时的饱和磁化强度值可能会相应增加。然而，在功率感应器的电感主体由金属组件形成这种情况下，涡流损耗（eddy-current loss）以及磁滞损耗（hysteresis loss）可能在高频下会增加，这样可能会加剧材料损耗。

为了减少材料损耗，根据现有技术，已经使用的结构中用聚合树脂使金属粉末颗粒彼此绝缘。然而，在这种情况下，可能会降低金属的体积分数（volume fraction），这样可能不能充分发挥通过使用该金属组件产生的饱和磁化强度值增加的作用。

专利文献1已公开的功率感应器包括通过将软磁性颗粒氧化形成的氧化层。然而，在专利文献1中，由于绝缘可能使饱和磁化强度值降低。

进一步，专利文献2已公开了包括磁性金属的功率感应器，其中，磁性金属粉末颗粒的表面覆盖有玻璃。然而，这样可能会难以在功率感应器中提供电容，以及可能会使直流偏置（DC-bias）特性恶化。

[相关文献]

（专利文献1）日本专利公开特许公报No.2011-249836

（专利文献2）日本专利公开特许公报No.2008-226960

发明内容

本发明一方面提供了一种能够提供最大电容的同时通过绝缘来减少材料损耗的功率感应器，以及涉及一种制备该功率感应器的方法。

根据本发明的一方面提供了一种功率感应器，该功率感应器包括：含有金属粉末颗粒的磁性体，所述金属粉末颗粒的表面涂覆有铁氧体以及聚合树脂；在所述磁性体的内部形成的内电极；以及在所述磁性体的外部形成的且电连接到所述内电极的外电极。

所述金属粉末颗粒可以选自由铁-镍（Fe-Ni）、铁-镍-硅（Fe-Ni-Si）、铁-铝-硅（Fe-Al-Si）以及铁-铝-铬（Fe-Al-Cr）组成的组中。

所述功率感应器可以进一步包括分别作为所述磁性体的顶层和底层而形成的覆盖层。

所述覆盖层可以包括金属粉末颗粒，所述金属粉末颗粒的表面涂覆有铁氧体以及聚合树脂。

所述金属粉末颗粒可以包括由至少两种不同颗粒直径的金属粉末颗粒组成的混合物。

所述金属粉末颗粒可以具有的平均颗粒直径为1-50μm。

所述铁氧体可以包括选自由镍铁氧体（Ni铁氧体）、锌铁氧体（Zn铁氧体）、铜铁氧体（Cu铁氧体）、锰铁氧体（Mn铁氧体）、钴铁氧体（Co铁氧体）、钡铁氧体（Ba铁氧体）以及镍-锌-铜铁氧体（Ni-Zn-Cu铁氧体）组成的组中的至少一种铁氧体的氧化物。

所述聚合树脂可以包括选自由酚醛清漆环氧树脂、苯氧基型环氧树脂、BPA型环氧树脂、BPF型环氧树脂、氢化的BPA环氧树脂、二聚酸改性环氧树脂、氨基甲酸乙酯改性环氧树脂、橡胶改性环氧树脂以及DCPD型环氧树脂组成的组中的至少一种。

所述内电极可以包括银（Ag）、铜（Cu）以及铜合金中的至少一种。

所述磁性体可以通过将含有金属粉末颗粒的片材（sheet）堆叠来形成，所述金属粉末颗粒的表面涂覆有铁氧体。

根据本发明的另一方面提供了一种功率感应器的制备方法，该方法包括：制备多个由含有金属粉末颗粒的材料形成的片材，所述金属粉末颗粒的表面涂覆有铁氧体以及聚合树脂；在多个片材上分别形成内电极；以及通过将多个形成有内电极的片材堆叠来形成磁性体。

在所述磁性体形成之后，该方法可以进一步包括形成分别作为该磁性体的顶层以及底层的覆盖层，所述覆盖层由含有金属粉末颗粒的材料形成，所述金属粉末颗粒的表面涂覆有铁氧体以及聚合树脂。

所述覆盖层可以通过将多个由含有金属粉末颗粒的材料形成的片材堆叠来形成，所述金属粉末颗粒的表面涂覆有铁氧体以及聚合树脂。

所述覆盖层可以通过印刷浆料以分别形成该磁性体的上表面和下表面来形成，所述浆料由含有金属粉末颗粒的材料形成，所述金属粉末颗粒的表面涂覆有铁氧体以及聚合树脂。

该方法可以进一步包括在所述磁性体形成之后，在该磁性体的外部形成外电极。

附图说明

以下结合附图的详细描述将使本发明的上述以及其它方面、特征和其他优点被更加清楚地理解，其中：

图1是说明根据本发明的一种实施方式的功率感应器的结构的透视图；

图2是沿着图1中的A-A'线的剖视图；以及

图3A至3C是说明根据本发明的另一种实施方式制备功率感应器的方法的视图。

具体实施方式

现在，将参考附图详细描述本发明的实施方式。然而，本发明可以以多种不同形式实施，且本发明不应该受本发明所列举的实施方式的限制。更确切地说，提供这些实施方式以便全面和完整地公开本发明，并将本发明的范围充分传达给本领域的技术人员。在附图中，使用相同的参考数字表示相同或类似的元件。

图1是说明根据本发明的一种实施方式的功率感应器的结构的透视图。

图2是沿着图1中的A-A'线的剖视图。

参考图1和图2，根据本发明的一种实施方式的功率感应器可以包括含有金属粉末颗粒12的磁性体10，所述金属粉末颗粒12的表面涂覆有铁氧体13以及聚合树脂14；在所述磁性体10的内部形成的内电极11；以及在所述磁性体10的外部形成的且电连接到所述内电极的外电极20。

包含在所述磁性体10中的金属粉末颗粒12可以具有各种直径。例如，所述金属粉末颗粒可以具有的平均颗粒直径为1-50μm，但本发明没有限定于此。

另外，对于金属粉末颗粒12来说，只能使用具有相同直径的颗粒。然而，本发明没有限定于此。例如，可以使用至少两种具有不同直径的颗粒，如由直径为30μm的金属粉末颗粒以及直径为3μm的金属粉末颗粒组成的混合物。

如上所述，当使用至少两种不同直径的颗粒时，尽可能多地增加了磁性体10的填充系数，因此，可能会尽可能高地提供功率感应器的电容。

例如，当使用直径为30μm的金属粉末颗粒时，在直径为30μm的金属粉末颗粒之间可能会产生间隙。

在这种情况下，该间隙可能会降低磁性体10的填充系数。然而，使用由直径为30μm的金属粉末颗粒以及直径为3μm的金属粉末颗粒组成的混合物时，可能会尽可能多地增加填充系数。

也就是说，该间隙用直径为3μm的金属粉末颗粒填充，这样可能会尽可能多地减少该间隙。因此，尽可能多地增加了磁性体10的填充系数，从而可能会使功率感应器的电容最大化。

所述金属粉末颗粒12可以由含有选自由铁-镍（Fe-Ni）、铁-镍-硅（Fe-Ni-Si）、铁-铝-硅（Fe-Al-Si）以及铁-铝-铬（Fe-Al-Cr）组成的组中的至少一种材料形成。然而，本发明没有限定于此。

根据跟发明的实施方式，所述金属粉末颗粒12可以有涂覆有铁氧体13的表面。

所述铁氧体13可以为选自由镍铁氧体（Ni铁氧体）、锌铁氧体（Zn铁氧体）、铜铁氧体（Cu铁氧体）、锰铁氧体（Mn铁氧体）、钴铁氧体（Co铁氧体）、钡铁氧体（Ba铁氧体）以及镍-锌-铜铁氧体（Ni-Zn-Cu铁氧体）组成的组中的至少一种铁氧体的氧化物。然而，本发明没有限定于此。

为了提供感应器的电容，通常在磁性体中使用由至少两种具有不同平均颗粒直径的金属粉末颗粒组成的混合物来尽可能多地增加填充系数的方法。

在这种情况下，尽可能多地增加磁性体10的填充系数，这样可能会尽可能高地提供功率感应器的电容。然而，增加金属粉末颗粒的平均颗粒直径，这样可能会增加涡流损耗。

为了解决这个问题，金属粉末颗粒的表面涂覆有玻璃，从而可能会抑制由金属粉末颗粒导致的涡流损耗。

然而，由于金属粉末颗粒的表面涂覆有玻璃以抑制涡流损耗，可能会增加金属粉末颗粒之间的间隙，这样可能会降低功率感应器的电容。

根据本发明的实施方式，所述金属粉末颗粒12的表面涂覆有铁氧体13，这样可能在此提供绝缘特性，从而可能抑制涡流损耗。

另外，所述金属粉末颗粒12的表面涂覆有铁氧体13增加了磁性材料的体积分数且降低了磁性材料之间的间隙，从而可以尽可能高地提供功率感应器的电容。

也就是说，所述金属粉末颗粒12的表面涂覆有铁氧体13从而增加了磁性材料的体积分数，从而可能使功率感应器的电容最大化，且铁氧体、绝缘材料排列在金属粉末颗粒之间，从而可以提供甚至在高温下也具有高可靠性的感应器。

进一步，包含在磁性体10中的聚合树脂14在多个金属粉末颗粒12之间提供了绝缘，且所述聚合树脂14可以为热固性树脂。

所述热固性树脂可以包括选自由例如酚醛清漆环氧树脂、苯氧基型环氧树脂、BPA型环氧树脂、BPF型环氧树脂、氢化的BPA环氧树脂、二聚酸改性环氧树脂、氨基甲酸乙酯改性环氧树脂、橡胶改性环氧树脂以及DCPD型环氧树脂组成的组中的至少一种。

根据本发明的实施方式，可以通过将多个由含有金属粉末颗粒12的材料形成的片材堆叠来形成磁性体10，所述金属粉末颗粒12的表面涂覆有铁氧体13以及聚合树脂14。

然而，根据本发明的实施方式的磁性体10不限定于由上述所述方法来形成，而是可以通过所需要的各种方法来形成，例如，可以通过将含有金属粉末颗粒12的材料形成的浆料印刷达到预定厚度来形成或通过将该浆料嵌入到框架中，然后挤压该浆料来形成，所述金属粉末颗粒12的表面涂覆有铁氧体13以及聚合树脂14。

在本发明中，为了形成磁性体10所堆叠的片材数量或为了形成磁性体10所印刷的浆料的厚度，可以适当地由电特性例如电感系数等以及在所述功率感应器1中所需要的类似特性来决定。

形成磁性体10的片材分别可以包括在该片材的表面上形成的内电极以及贯穿片材的导电通孔（没有显示），由此在片材的厚度方向上与位于高于和低于片材平面的内电极形成连接。

因此，在单个的片材上形成的内电极的一端可以通过在相邻片材上形成的导电通孔彼此电连接在一起。

另外，内电极的两端分别通过磁性体10的两端暴露在外边，这样，内电极的两端可以分别电连接到在磁性体10的两端上形成的一对外电极20上，同时与该对外电极20相接触。

所述内电极可以通过厚膜印刷法、浆料涂布法、沉积法、喷镀法等等，然而，本发明没有限定于此。

所述导电通孔可以通过在厚度方向上在每个片材上形成一个通孔，然后将导电浆料填充到该通孔中或其它类似方法来形成。然而，本发明没有限定于此。

另外，形成内电极的材料以及形成导电通孔的导电浆料可以由含有银（Ag）、铜（Cu）以及铜合金中的至少一种材料来形成。然而，本发明没有限定于此。

更进一步，所述功率感应器1可以进一步包括分别作为磁性体10的顶层和底层而形成的覆盖层10a和覆盖层10h。

这些覆盖层10a和覆盖层10h可以由含有金属粉末颗粒12的材料来形成，所述金属粉末颗粒12的表面涂覆有铁氧体13以及聚合树脂14，如果需要，形成磁性体10的材料与覆盖层的相同。然而，本发明没有限定于此。

在本发明中，包含在覆盖层10a和覆盖层10h中的金属粉末颗粒可以有各种直径。

所述外电极20可以分别在磁性体10的两端形成，以便覆盖磁性体10的末端，且可以分别电连接到通过磁性体10的两端暴露在外的内电极11的两端上，同时与该内电极的两端相接触。

这些内电极20可以可以通过各种方法例如将磁性体10浸渍在导电浆料中的方法、印刷法、沉积法、喷镀法等等在所述磁性体10的两端形成。

所述导电浆料可以由含有例如银（Ag）、铜（Cu）以及铜（Cu）合金中的一种的材料来形成。然而，本发明没有限定于此。

进一步，如需要，所述功率感应器1可以进一步包括在该功率感应器的外表面上形成的镍（Ni）电镀层（没有显示）以及锡（Sn）电镀层（没有显示）。

接下来，将描述根据本发明的实施方式的功率感应器的运行。

在功率感应器中，当感应器主体仅仅是由铁氧体材料形成时，因为该感应器的饱和磁性强度值低于由金属材料形成的感应器主体，所以在强电流下使用时电感系数可能会严重恶化，这样在强电流下难以提供所期望的电感系数。

进一步，当感应器主体是由金属材料形成时，该感应器饱和磁性强度值高，然而，在高频下涡流损耗以及磁滞现象可能会增加，这样可能会加剧材料损失。

然而，根据本发明的实施方式，因为磁性体10包括金属粉末颗粒，所述金属粉末颗粒的表面涂覆有铁氧体13以及聚合树脂14，所以在强电流下使用金属材料的优势可阻止电感系数（L）值的降低。

进一步，通过包含在磁性体10中的铁氧体13，在所述磁性体10中的磁性材料的体积分数增加且介于该磁性材料中的间隙降低，因此，可以使功率感应器1的电容增加。

下面，将描述根据本发明的另一种实施方式的功率感应器的制备方法。

图3A至3C是说明根据本发明的另一种实施方式制备功率感应器的方法的视图。

参考图3A至3C，在根据本发明的另一种实施方式制备功率感应器的方法中，可以首先制备多个由含有金属粉末颗粒的材料形成的片材，所述金属粉末颗粒的表面涂覆有铁氧体以及聚合树脂。

其次，可以在多个片材上分别形成内电极，并且可以将多个片材堆叠以形成磁性体。

所述内电极可以通过厚膜印刷法、浆料涂布法、沉积法、喷镀法等使用导电材料在片材上形成。然而，本发明没有限定于此。

另外，可以在每个片材中形成通孔，然后通过将导电浆料填充其中或其它类似方法以形成导电通孔。然而，本发明没有限定于此。

然后，可以将多个由金属粉末颗粒的混合物形成的片材堆叠以形成覆盖层，所述金属粉末颗粒的表面涂覆有铁氧体以及聚合树脂。

同时，可以通过将由含有金属粉末颗粒的材料形成的浆料分别以预定的厚度印刷在磁性体10的上表面以及下表面上来形成覆盖层，而不是将多个片材堆叠来形成覆盖层，所述金属粉末颗粒的表面涂覆有铁氧体以及聚合树脂。

其后，将磁性体10烧结，且在磁性体10的两端分别形成外电极20以便电连接到通过磁性体10的两端暴露在外的内电极11的两端上。

在本发明中，可以通过各种方法例如将磁性体10浸渍在导电浆料中的方法、印刷法、沉积法、喷镀法等来形成外电极20。

导电浆料可以由含有例如银（Ag）、铜（Cu）以及铜（Cu）合金中的一种的材料来形成。然而，本发明没有限定于此。

其次，如需要，可以进一步在该外电极20的外表面上形成的镍（Ni）电镀层以及锡（Sn）电镀层。

如上所述，根据本发明的实施方式，磁性体被配置为包括金属粉末颗粒（所述金属粉末颗粒的表面涂覆有铁氧体以及聚合树脂）以提供绝缘特性，从而可能在高频下降低涡流损耗。

另外，通过包含在磁性体中的铁氧体，在所述磁性体中的磁性材料的体积分数增加且介于该磁性材料中的间隙降低，因此，可能会使功率感应器的电容增加。

另外，在金属粉末颗粒之间排列有铁氧体、绝缘材料，从而可以提供甚至在高温下也具有高可靠性的感应器。

尽管通过相关的实施方式对本发明进行了展示和描述，但对于本领域的技术人员来说在没有背离本发明附随的权利要求所限定的精神和范围而做出的修改和变型将是显而易见的。

Claims (15)

1.一种功率感应器，该功率感应器包括：

含有金属粉末颗粒的磁性体，所述金属粉末颗粒的表面涂覆有铁氧体以及聚合树脂；

在所述磁性体的内部形成的内电极；以及

在所述磁性体的外部形成的且电连接到所述内电极的外电极。

2.根据权利要求1所述的功率感应器，其中，所述金属粉末颗粒选自由铁-镍、铁-镍-硅、铁-铝-硅以及铁-铝-铬组成的组中。

3.根据权利要求1所述的功率感应器，其中，所述功率感应器进一步包括分别作为所述磁性体的顶层和底层而形成的覆盖层。

4.根据权利要求3所述的功率感应器，其中，所述覆盖层包括金属粉末颗粒，所述金属粉末颗粒的表面涂覆有铁氧体以及聚合树脂。

5.根据权利要求1所述的功率感应器，其中，所述金属粉末颗粒包括由至少两种不同颗粒直径的金属粉末颗粒组成的混合物。

6.根据权利要求1所述的功率感应器，其中，所述金属粉末颗粒具有的平均颗粒直径为1-50μm。

7.根据权利要求1所述的功率感应器，其中，所述铁氧体包括选自由镍铁氧体、锌铁氧体、铜铁氧体、锰铁氧体、钴铁氧体、钡铁氧体以及镍-锌-铜铁氧体组成的组中的至少一种铁氧体氧化物。

8.根据权利要求1所述的功率感应器，其中，所述聚合树脂包括选自由酚醛清漆环氧树脂、苯氧基型环氧树脂、BPA型环氧树脂、BPF型环氧树脂、氢化的BPA环氧树脂、二聚酸改性环氧树脂、氨基甲酸乙酯改性环氧树脂、橡胶改性环氧树脂以及DCPD型环氧树脂组成的组中的至少一种。

9.根据权利要求1所述的功率感应器，其中，所述内电极包括银、铜以及铜合金中的至少一种。

10.根据权利要求1所述的功率感应器，其中，所述磁性体通过将每个含有金属粉末颗粒的片材堆叠来形成，所述金属粉末颗粒的表面涂覆有铁氧体。

11.一种功率感应器的制备方法，该方法包括：

制备多个由含有金属粉末颗粒的材料形成的片材，所述金属粉末颗粒的表面涂覆有铁氧体以及聚合树脂；

在多个片材上分别形成内电极；以及

通过将多个形成有内电极的片材堆叠来形成磁性体。

12.根据权利要求11所述的方法，该方法进一步包括，在形成所述磁性体之后，形成分别作为该磁性体的顶层以及底层的覆盖层，所述覆盖层由含有金属粉末颗粒的材料形成，所述金属粉末颗粒的表面涂覆有铁氧体以及聚合树脂。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述覆盖层通过将多个由含有金属粉末颗粒的材料形成的片材堆叠来形成，所述金属粉末颗粒的表面涂覆有铁氧体以及聚合树脂。

14.根据权利要求12所述的方法，其中，所述覆盖层通过印刷浆料以分别形成所述磁性体的上表面和下表面来形成，所述浆料由含有金属粉末颗粒的材料形成，所述金属粉末颗粒的表面涂覆有铁氧体以及聚合树脂。

15.根据权利要求11所述的方法，该方法进一步包括在所述磁性体形成之后，在该磁性体的外部形成外电极。

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