CN103680813A - 线圈元件 - Google Patents

Abstract

本发明公开的是线圈元件，包括：电极结构，由绝缘材料制成并且包括在高度方向上垂直设置其中的至少两个内部电极并且具有线圈形状；以及外部电极端子，提供在电极结构的上表面上，其中，内部电极之间的垂直距离（d3）大于内部电极之间的水平距离（d1），以便确保预定水平的阻抗容量并增加截止频率。

Description

线圈元件

相关申请的引用

本申请要求于2012年8月29日提交的题为“线圈元件”的韩国专利申请序列号10-2012-0094777的权益，特此通过引用将其全部内容结合于本申请中。

技术领域

本发明涉及线圈元件（线圈组件，coil component），更具体地，涉及在其中电极之间距离是经过调节的线圈元件。

背景技术

根据技术发展，如便携式电话、家用电器、个人计算机（PC）、个人数字助理（PDA）、液晶显示器（LCD）等电子器件已经由模拟设计（analogscheme）变成数字设计（digital scheme），并且由于处理数据量的增加而加速。

然而，数字化的和加速的电子器件对于来自外部的刺激是敏感的。也就是说，在较小的异常电压和高频噪声从外部进入电子器件的内部电路的情况下，可能损坏电路并且信号可能失真。在这里，作为产生电子器件的电路损坏以及信号失真的异常电压和噪声的原因，存在雷电、由人体（生物）电充电的静电放电、电路中产生的开断电压、包括在电源电压中的功率噪声、不必要的电磁信号、电磁噪声等。

为了防止电路和电子器件的损坏和信号失真，应当安装一个滤波器来防止异常电压和噪声进入电路中。为了除去共模噪声，通常在高速差分线（differential line）等上使用共模滤波器。

共模噪声是在差分线中产生的噪声，共模滤波器可以除去现有电磁干扰（EMI）滤波器不能除去的噪声。共模滤波器有助于改进家用电器等的电磁干扰（EMI）特性，并改进手机等的天线特性。

对于共模滤波器主要存在三个要求。共模滤波器的第一个要求是小型化和微型化（纤细化，slimness）。例如，共模滤波器需要具有的尺寸为约0.8mm×0.6mm×0.4mm（0806规格）、0.6mm×0.5mm×0.3mm（0605规格）。共模滤波器的第二个要求是在约100MHz的低频率带下，将共模阻抗保持在约30至100Ω并且将差分模式阻抗（差模阻抗，differential modeimpedance）保持在大约最多15Ω。第三个要求是将IR特性保持在10MΩ以上，并将截止频率带保持在2GHz以上。由于最近将共模滤波器用于移动设备中，考虑到尺寸，已将共模滤波器小型化和微型化，并且为了符合USB3.0的信号线，它需要7GHz以上的截止频率。

具体地，为了增加截止频率（FC），在日本公开专利公开号2008-252121（下文中，称为相关技术文献）中，配置具有第一和第二线圈导线（coil conductor）的共模滤波器，使得第一和第二线圈导线中至少一个的宽度（W）和长度（L）满足以下关系：√(L/W)<(7.6651-fc)/0.1385。

同时，为了确保共模滤波器的预定阻抗容量（impedance capacity），需要增加线圈的匝数以使得线圈的长度为预定长度或更长。然而，在根据相关技术文献所推导出的实验方程式，增加线圈导线的宽度来增加截止频率、增加基片（chip）面积的情况下，使共模滤波片小型化是困难的。因此，已经迫切需要开发能够确保预定水平以上的阻抗容量并增加截止频率，同时允许将共模滤波器小型化的线圈元件。

[相关技术文献]

[专利文献]

（专利文献1）日本公开专利公开号2008-252121。

发明内容

本发明的一个目的是提供线圈元件，其中，内部电极之间的水平距离、内部电极和外部电极端子（external electrode terminal）之间的垂直距离、以及内部电极之间的垂直距离是经过调节的。

根据本发明的示例性实施方式，提供线圈元件，包括：电极结构，由绝缘材料制成并且包括在高度方向上垂直设置其中的至少两个内部电极并且具有线圈形状；以及外部电极端子，提供在电极结构的上表面上，其中，内部电极之间的垂直距离（d3）大于内部电极之间的水平距离（d1）。

内部电极之间的垂直距离（d3）在内部电极之间的水平距离（d1）的1至3.5倍的范围内。

线圈元件是薄膜型线圈元件，其中，电极结构通过薄膜处理形成在磁性基底（substrate）上。

线圈元件进一步包括由磁性粉末和聚合物制成的并且提供在电极结构的上表面上的磁性复合物（magnetic composite）。

根据本发明的另一个示例性实施方式，提供线圈元件，包括：电极结构，由绝缘材料制成并且包括垂直设置在其中的内部电极并且具有线圈形状；外部电极端子，提供在电极结构的上表面上，其中，内部电极和外部电极端子之间的垂直距离（d2）大于内部电极之间的水平距离（d1）。

内部电极和外部电极端子之间的垂直距离（d2）在内部电极之间的水平距离（d1）的1至3倍的范围内。

在高度方向上垂直设置至少两个内部电极。

内部电极之间的垂直距离（d3）大于内部电极之间的水平距离（d1）。

内部电极之间的垂直距离（d3）在内部电极之间的水平距离（d1）的1至3.5倍的范围内。

附图说明

图1是根据本发明示例性实施方式的线圈元件外观的透视图；

图2是沿着图1的线I-I’的剖面图；

图3是根据本发明另一个示例性实施方式的线圈元件的剖面图；以及

图4是根据本发明又一个示例性实施方式的线圈元件的剖面图。

具体实施方式

参考附图根据示例性实施方式的以下描述，本发明和完成本发明的方法的各种优点和特征将是显而易见的。然而，本发明可以以许多不同形式修改，并且本发明不限于本文中给出的示例性实施方式。提供这些示例性实施方式，以便该公开将是彻底和完整的，并将本发明的范围充分传递给本领域技术人员。贯穿说明书中相似的参考标号表示相似的元件。

本说明中使用的术语是用于解释示例性实施方式而不是限制本发明。除非明确描述与其相反，否则在本说明书中单数形式包括复数形式。词语“包含”及其变型如“包括”或“含有”将被理解成暗示包括所述组分、步骤、操作和/或元件但是并不排除任何其他组分、步骤、操作和/或元件。

在下文中，参考附图将对本发明的示例性实施方式的结构和作用效果进行更详细的描述。

图1是根据本发明示例性实施方式的线圈元件外观的透视图；图2是沿着图1的线I-I’的剖面图。另外，附图中所显示的元件不一定是按比例显示的。例如，为了帮助理解本发明的示例性实施方式，附图中显示的一些元件的尺寸与其他元件相比可以是扩大的。

参考图1和图2，根据本发明示例性实施方式的线圈元件100可配置成包括由非磁性的绝缘材料制成的电极结构110，并且包括设置在其中的内部电极111，和设置在电极结构110上表面的外部电极端子120。

在这里，电极结构110可以通过在磁性基底（衬底）130上进行薄膜处理（工艺，process）来形成。因此，根据本发明的示例性实施方式的线圈元件100可以是薄膜型线圈元件，在其中电极结构110形成在磁性基底130的一个表面上。

在电极结构110上提供磁性复合物140。磁性复合物140可以通过磁性粉末与聚酰亚胺、环氧树脂、苯并环丁烯（BCB）或其他聚合物中的一种的结合而形成。在这里，对于磁性粉末，可以使用磁性材料如铁氧体（铁素体，ferrite）、Ni基磁性材料、Ni-Zn基磁性材料、Ni-Zn-Cu基磁性材料。

电极结构110可以由包括聚酰亚胺、环氧树脂、苯并环丁烯（BCB）和其他聚合物中至少一种的非磁性的绝缘材料制成。因此，如图1所示，将具有低磁导率的电极结构110设置在磁性基底130和具有相对较高磁导率的磁性复合物140之间，因此，在不阻碍通过内部电极111的主磁通环（main magnetic flux loop）形成的情况下实现共模阻抗（common modeimpedance）。

外部电极端子120是触点阵列（接点栅格阵列，land grid array）（LGA）型的外部电极端子，可以将其结合至电极结构110的上表面。可替换地，外部电极端子120是L型外部电极端子，可以将其结合至电极结构110的侧面和连接至该侧面的电极结构上表面的端部。在图1和图2中，显示了L型外部电极端子120。

将绝缘材料填充在外部电极端子120和内部电极111之间，以使它们之间为电绝缘。因此，位于电极结构110上表面的外部电极端子120与内部电极111彼此分开，间隔预定的距离d2，在它们之间具有绝缘材料。

内部电极111具有线圈图案形状。因此，内部电极111是图案化的，在它们之间具有预定的水平距离d1。如图2所示，可以配置多个上文描述的内部电极111并垂直设置在高度方向上。

内部电极111的图案化可以通过薄膜工艺（处理，process），如薄膜金属沉积工艺、平板印刷工艺、电镀工艺来进行，并且包括具有优异导电性的银（Ag）、钯（Pd）、铝（Al）、铬（Cr）、镍（Ni）、钛（Ti）、金（Au）、铜（Cu）和铂（Pt）中的至少一种。

另外，尽管没有在图1和图2中显示，但是为了使本发明的主旨更加明显，形成一个线圈形状的内部电极111的一端直接连接至所形成的暴露在电极结构110侧面部分的暴露电极（未显示），其另一端通过通孔（via）（未显示）连接至另一个暴露电极，因此，通过暴露电极（未显示）电连接至外部电极端子120。

同时，为了获得预定的或更大的阻抗容量，需要增加内部电极111的线圈匝数。然而，当增加线圈匝数时，由于空间约束，内部电极111之间的水平距离d1减小。在这种情况下，内部电极之间产生的寄生电容C1增加，因此，线圈的插入损耗（insertion loss）特性可能退化。

因此，根据本发明示例性实施方式的线圈元件100，其特征是内部电极111和外部电极端子120之间的垂直距离d2大于内部电极之间的水平距离d1。

更具体地，调节内部电极111和外部电极端子120之间的垂直距离d2并且形成在内部电极之间的水平距离d1的1至3倍的范围内。当内部电极111和外部电极端子120之间的垂直距离d2过度增加时，线圈的阻抗容量可能降低。因此，考虑到这一点优选内部电极111和外部电极端子120之间的垂直距离d2具有上文所述范围内的合适值。

下列表1显示了根据内部电极111和外部电极端子120之间的垂直距离d2的截止频率（fc）的模拟结果值。在这里，内部电极之间的水平距离d1已固定为5μm，线圈元件的阻抗是90Ω。

[表1]

d2/d1	CM阻抗[Ω]	截止频率[GHz]
			0.5	102.4	1.84
1	92.7	2.61
			1.5	86.3	2.79
2	79.5	3.12
			2.5	70.8	3.34
3	58.1	3.46

参考表1，应当领会，在内部电极之间的水平距离d1与内部电极111和外部电极端子120之间的垂直距离d2彼此相等的情况下，截止频率（fc）是2.61GHz，它等于或大于对应于通常需要的截止频率的2.0GHz；然而，在将内部电极111和外部电极端子120之间的垂直距离d2配置成内部电极之间的水平距离d1的两倍的情况下，截止频率（fc）是3.12GHz，在将内部电极111和外部电极端子120之间的垂直距离d2配置成内部电极之间的水平距离d1的三倍的情况下，截止频率（fc）是3.46GHz。然而，在该情况下，线圈的阻抗已经迅速下降。

如上文所描述的，对于在内部电极111和外部电极端子120之间的垂直距离d2大于内部电极之间的水平距离d1的状态下提高内部电极111和外部电极端子120之间的垂直距离d2，内部电极111和外部电极端子120之间产生的寄生电容（C2）会降低。因此，提高线圈的插入损耗特性，从而增加截止频率（fc）。

图3是根据本发明的另一个示例性实施方式的线圈元件的剖面图。在图3中，将使用与图1及图2相同的参考标号来描述相同的元件。

参考图3，类似于图2，可以将根据本发明的另一个示例性实施方式所述的线圈元件配置成包括通过薄膜处理在磁性基底120的一个表面上形成的电极结构110和结合至电极结构110的侧面和上表面的一部分的L型外部电极端子120。可以将磁性复合物140提供在电极结构110上。

电极结构110由非磁性的绝缘材料制成并且包括在高度方向上垂直设置在其中的至少两个内部电极111。图3显示出设置了两个内部电极111。因此，在下文中，在假设内部电极111的数目是两个的条件下将描述本发明的效果。然而，在内部电极111的数目是三个或更多的情况下，将显而易见的是，本发明产生的效果将会与内部电极111的数目是两个的情况相对应。

内部电极111具有线圈图案形状。因此，内部电极111是图案化的，在它们之间具有预定的水平距离d1。更进一步，类似于图2，每个都形成一个线圈的内部电极111通过通孔（未显示）和暴露电极（未显示）电连接至外部电极端子120。

为了使两个内部电极111之间电绝缘，在它们之间填充绝缘材料。因此，将两个内部电极111彼此分开设置，间隔预定的垂直距离d3，并且彼此面对，在它们之间具有绝缘材料。如上所述的彼此面对设置的两个内部电极111是彼此电磁偶联的，因此它们作为共模滤波器（对于内部电极111中电（信号）流的共模元件而言，该共模滤波器具有较大阻抗）而运行，并且除去共模元件的噪声。

类似于图2，为了获得预定的或更大的阻抗容量，需要增加内部电极111的线圈匝数。然而，当增加线圈匝数时，由于空间约束，内部电极111之间的水平距离d1减小。在该情况下，内部电极之间产生的寄生电容C1增加，因此，线圈的插入损耗特性可能退化。

因此，根据本发明的另一个示例性实施方式的线圈元件，其特征是内部电极111之间的垂直距离d3大于内部电极之间的水平距离d1。

更具体地，调节内部电极111之间的垂直距离d3并且形成在内部电极之间水平距离d1的1至3.5倍范围内。当内部电极111之间的垂直距离d3过度增加时，线圈的阻抗容量可能降低。因此，考虑到这一点优选内部电极111之间的垂直距离d3具有如上文所述范围内的合适值。

下表2显示了根据内部电极111之间的垂直距离d3的截止频率（fc）的模拟结果值。在这里，内部电极111之间的水平距离d1和内部电极111和外部电极端子120之间的垂直距离（d2）已固定为5μm，线圈元件的阻抗是90Ω。

[表2]

d3/d1	CM阻抗[Ω]	截止频率[GHz]
			0.6	121.5	1.76
0.8	113.5	1.93
			1	102.4	2.61
1.5	96.5	3.12
			2	92.7	3.66
2.5	88.4	4.22
			3	78	4.39
3.5	59	5.12
			4	43	5.37

参考表2，应当领会，在内部电极之间的水平距离d1与内部电极111之间的垂直距离d3彼此相等的情况下，截止频率（fc）是2.61GHz，其等于或大于对应于通常需要的截止频率2.0GHz；然而，在将内部电极111之间的垂直距离d3配置成10μm，相当于内部电极之间的水平距离d1的两倍的情况下，截止频率（fc）为3.66GHz，在将内部电极111之间的垂直距离d3配置成内部电极之间水平距离d1的三倍的情况下，截止频率为4.39GHz。

另一方面，当将内部电极111之间的垂直距离d3配置成内部电极之间的水平距离d1的3.5倍时，截止频率已经升高；然而，线圈的阻抗已经迅速下降。

如上文所述，对于在内部电极111之间垂直距离d3大于内部电极之间的水平距离d1的状态下增加内部电极111之间的垂直距离d3，在两个内部电极111之间产生的寄生电容（C3）降低。因此，提高线圈的插入损耗特性，从而增加截止频率（fc）。

图4是根据本发明的又一个示例性实施方式的线圈元件的剖面图。

参考图4，仍然是根据本发明的又一个示例性实施方式的线圈元件，其特征是内部电极111和外部电极端子120之间的垂直距离d2以及内部电极111之间的垂直距离d3大于内部电极之间的水平距离d1。

更具体地，将内部电极111和外部电极端子120之间的垂直距离d2配置成是内部电极之间的水平距离d1的1至3倍范围内，将内部电极111之间的垂直距离d3配置成是内部电极111之间的水平距离d1的1至3.5倍范围内。

根据内部电极之间产生的寄生电容（C1），内部电极111和外部电极端子120之间产生的寄生电容（C2），以及多个内部电极111之间产生的寄生电容（C3），由多个内部电极111以及在线圈中彼此分开、间隔预定距离的外部电极端子120所产生的总寄生电容（Ct）是C1+C2+C3。

因此，在将线圈元件配置成如图4所显示的情况下，由于在上文所描述的图2和图3中每个元件显示的增加截止频率（fc）的效果是彼此重叠的，所以根据本发明的又一个示例性实施方式的线圈元件可以实现更高的截止频率（fc）。

根据本发明的示例性实施方式的线圈元件，调节内部电极之间的水平距离、内部电极和外部电极端子之间的垂直距离以及内部电极之间的垂直距离，从而使得在小型化和微型化的线圈元件中确保预定水平的阻抗容量并通过除去寄生电容来增加截止频率成为可能。

上述详细的说明已经举例说明了本发明。尽管已经描述了本发明的示例性实施方式，但是本发明可以在各种其他的组合、修改和环境中使用。换言之，在说明书中公开的本发明的概念范围内，可以改变或修改本发明，该范围等价于该公开和/或本发明所属技术领域的技术或知识的范围。已经提供上文所描述的示例性实施方式来解释进行本发明的最佳情况。因此，它们可以在本发明所属领域已知的其他情况下，使用其他发明如本发明来进行，并且也可以在本发明具体应用领域和使用中以各种形式进行修改。因此，应当理解本发明并不限于所公开的实施方式。应当理解其他实施方式也包括在所附权利要求的精神和范围内。

Claims (9)

1.一种线圈元件，包括：

电极结构，由绝缘材料制成，并且包括在高度方向上垂直设置在其中的至少两个内部电极，并且具有线圈形状；以及

外部电极端子，提供在所述电极结构的上表面上，

其中所述内部电极之间的垂直距离（d3）大于所述内部电极之间的水平距离（d1）。

2.根据权利要求1所述的线圈元件，其中所述内部电极之间的所述垂直距离（d3）在所述内部电极之间的所述水平距离（d1）的1至3.5倍的范围内。

3.根据权利要求1所述的线圈元件，其中所述线圈元件是薄膜型线圈元件，其中所述电极结构通过薄膜工艺形成在磁性基底上。

4.根据权利要求1所述的线圈元件，进一步包括由磁性粉末和聚合物制成的、并且提供在所述电极结构的上表面上的磁性复合物。

5.一种线圈元件，包括：

电极结构，由绝缘材料制成，并且包括垂直设置在其中的内部电极，并且具有线圈形状；

外部电极端子，提供在所述电极结构的上表面上，

其中所述内部电极和所述外部电极端子之间的垂直距离（d2）大于所述内部电极之间的水平距离（d1）。

6.根据权利要求5所述的线圈元件，其中所述内部电极和所述外部电极端子之间的所述垂直距离（d2）在所述内部电极之间的所述水平距离（d1）的1至3倍的范围内。

7.根据权利要求5所述的线圈元件，其中在高度方向上垂直设置至少两个内部电极。

8.根据权利要求7所述的线圈元件，其中所述内部电极之间的垂直距离（d3）大于所述内部电极之间的水平距离（d1）。

9.根据权利要求8所述的线圈元件，其中所述内部电极之间的所述垂直距离（d3）在所述内部电极之间的所述水平距离（d1）的1至3.5倍的范围内。

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