CN103811149A - 滤波器芯片元件及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本文中公开的是滤波器芯片元件及其制备方法。滤波器芯片元件包括：铁氧体基板；形成在铁氧体基板上的内部线圈图案；以及填充在形成在铁氧体基板上的内部线圈图案之间的铁氧体复合层，其中，铁氧体复合层包括发泡树脂，从而增加磁导率和Q值，磁导率和Q值在电磁屏蔽部件中是用于防止噪声的滤波器芯片元件的重要特性。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求于2012年11月13日提交的题为“Filter Chip Element andMethod of Preparing the Same（滤波器芯片元件及其制备方法）”的韩国专利申请第10-2012-0128156号的优先权，通过引用将其全部内容结合于此。
技术领域
本发明涉及一种滤波器芯片元件及其制备方法。
背景技术
最近，电子设备（诸如数字电视（TV）、智能手机、以及笔记本式计算机）在高频带进行数据发送和数据接收的功能已被广泛使用。此外，将来，预计将高度地使用通过经由通用串行总线（USB）或其他通信端口而使电子设备彼此连接所形成的多功能和复合电子设备以及单个电子设备。
为了迅速发送数据和接收数据，可以以自先前频带MHz移动至的高频带GHz通过尽可能多的内部信号线发送和接收数据。
当为了发送和接收大量数据而以高频带GHz在主设备和外围设备之间发送和接收数据时，由于信号延迟和其他干扰，使得难以顺畅地处理数据。
具体地，诸如通信线和图像信号线与音频信号线的各种端口至端口的连接用在数字TV中，内部信号线延迟和发送失真与接收失真方面的问题会发生地更频繁。
为了克服这个问题，抗电磁干扰（EMI）部件布置在IT产品与外围设备之间的连接周围。常规的绕线型和堆栈型抗EMI部件具有大尺寸芯片元件和低电学性质，因此，仅可用在大尺寸电路板的有限区域中。然而，由于轻薄化、小型化、复合式以及多功能的电子装置的使用，需要抗EMI部件满足这些功能。
为了形成常规的抗EMI部件，具有相同合成物、粘合剂、其他分散剂等的铁氧体粉末和溶剂以浆状形式或糊状形式混合，对所合成的混合物进行压铸处理或印刷处理，以制备印刷电路基板，并且然后，印刷电路基板被堆叠至期望的厚度并且被烧制。
如有必要，在烧制过程中，印刷电路基板被压制为具有预定重量。烧制的基板在边缘部分和中央部分可具有不同厚度，可被弯曲，并且可由于弱震而破裂或裂缝。因此，不适合使用烧制的基板作为针对EMI和电磁兼容性（EMC）（诸如共模滤波器产品）的铁氧体基板。
烧制的基板的烧制密度局部地改变。气孔形成在未被烧制的部分。因此，用于光刻的化学溶液渗入至烧制的基板，从而产生内部气孔或腐蚀。
通过用光刻工艺在烧制的基底基板上形成内部导电图案并且然后混合铁氧体和树脂以在其上形成铁氧体复合层，来形成在薄膜型共模滤波器中使用的铁氧体基板。然而，铁氧体复合层的磁导率和Q值低于形成在下部的烧制的铁氧体基板的磁导率和Q值，从而导致实际芯片特性的阻抗减少。
铁氧体复合层需要铁氧体粉末和树脂的可分散性、其间的粘附力等。
常规的铁氧体树脂具有低可分散性、控制粉末颗粒尺寸的困难以及界面之间的低粘附力，并且因此，由铁氧体树脂形成的树脂层可能破裂并且具有低变形强度，从而导致尺寸误差。因此，由于尺寸误差，减少了磁导率和Q值，而磁导率和Q值是电感器芯片元件的重要特性。
为了满足内部导电图案的小型化，难以形成以小区域获得各种功能所需的内部电路，并且因此，存在在电子元件中使用常规的绕线型和堆栈型噪声滤波器的限制。因此，为了解决绕线型和堆栈型共模滤波器的问题，有必要制造薄膜型共模滤波器。
如图1所示，通过在烧制的铁氧体基板10上形成包括有机材料的绝缘层20、在绝缘层上形成导电图案30、并且然后混合有机树脂和铁氧体粉末以形成铁氧体复合层40，来制造薄膜型共模滤波器。
[现有技术文献]
[专利文献]
（专利文献1）日本专利公开第2000-077222号
发明内容
本发明的目标是提供一种能够在共模和差模中防止噪声并且具有增大的磁导率和阻抗值的滤波器芯片元件。
本发明的另一目标是提供制备滤波器芯片元件的方法。
根据本发明的示例性实施方式，本发明提供了滤波器芯片元件，其包括铁氧体基板、形成在铁氧体基板上的内部线圈图案、以及填充在形成在铁氧体基板上的内部线圈图案之间的铁氧体复合层，其中，铁氧体复合层包括发泡树脂。
发泡树脂可包括选自由N异丙基丙烯酰胺（NIPAM）、羟乙基丙烯酸酯（HEMA）、聚偏二氟乙烯（PVDF）、聚甲基硅氧烷（PMS）、聚碳硅烷（PCS）、聚氨酯树脂、聚丁二烯树脂以及其共聚物组成的组中的至少一个。
发泡树脂可以是单组分型树脂或双组分型树脂。
铁氧体复合层可进一步包括氧化物粉末。
氧化物粉末可包括选自由铁（Fe）、铜（Cu）、镍（Ni）、锌（Zn）、钴（Co）、以及硅（Si）组成的组中的至少两个金属氧化物。
氧化物粉末可具有球形，并且其平均直径是5μm至45μm。
铁氧体复合层可以以60wt%至80wt%：40wt%至20wt%的比例包括氧化物粉末和发泡树脂。
铁氧体复合层可具有氧化物粉末插入至发泡树脂的孔中的结构。
滤波器芯片元件可进一步包括基于发泡树脂的3wt%至10wt%的硅树脂。
滤波器芯片元件可进一步包括基于发泡树脂的2wt%至5wt%的碳类材料。
滤波器芯片元件可进一步包括形成在铁氧体复合层上的增强层。
增强层可由选自由硅树脂、碳类材料以及氮化材料组成的组中的至少一个形成。
内部线圈图案可由铜（Cu）或铝（Al）形成。
内部线圈图案可以与铁氧体基板的外部边缘间隔开40μm至100μm的距离。
铁氧体基板由作为主要材料的铁（Fe）形成，并且使用具有100以上磁导率的材料。
根据本发明的另一示例性实施方式，本发明提供了制备滤波器芯片元件的方法，该方法包括：在铁氧体基板上形成内部线圈图案；使用发泡树脂浸渍铁氧体基板，在铁氧体基板上形成内部线圈图案；半硬化发泡树脂以在发泡树脂中形成孔；将氧化物粉末插入至发泡树脂的孔中；并且完全硬化插入有氧化物粉末的发泡树脂。
发泡树脂可包括选自由N异丙基丙烯酰胺（NIPAM）、羟乙基丙烯酸酯（HEMA）、聚偏二氟乙烯（PVDF）、聚甲基硅氧烷（PMS）、聚碳硅烷（PCS）、聚氨酯树脂、聚丁二烯树脂、以及其共聚物组成的组中的至少一个。
发泡树脂的半硬化可在80℃至100℃的温度下执行。
氧化物粉末可包括选自由铁（Fe）、铜（Cu）、镍（Ni）、锌（Zn）、钴（Co）、以及硅（Si）组成的组中的至少两个金属氧化物。
发泡树脂的完全硬化可在150℃至200℃的温度下执行。
铁氧体复合层的发泡树脂可进一步包括增强剂，其包括选自硅树脂、碳类材料以及氮化材料的至少一个。
该方法可进一步包括在铁氧体复合层上形成增强层。
增强层可由选自由硅树脂、碳类材料、以及氮化材料组成的组中的至少一个形成。
附图说明
图1是普通薄膜型电磁干扰（EMI）器件的截面图；
图2至图7是根据本发明实施方式的滤波器芯片元件的结构的截面图；
图8是示出了根据比较例1的阻抗的测量结果的曲线图；以及
图9是示出了根据实施例1的阻抗的测量结果的曲线图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图详细地描述示例性实施方式，以便本领域中的技术人员能够容易地实践本发明所涉及的领域。
本文中使用的专业词汇仅是为了描述具体的实施方式，并不旨在限制本发明构思。如本文中使用的，单数形式“一个（a）”、“一个（an）”和“该（the）”，除非在上下文中明确指出，否则同样旨在包括复数形式。进一步，应当理解，当用于本说明书时，术语“包括”、“和/或”、“包含”指定所述特征、整体、步骤、操作、元件、和/或部件的存在，而不排除其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件、和/或其基团的存在或相加。
本发明涉及滤波器芯片元件和其制备方法。
如图2所示，根据本发明实施方式的滤波器芯片元件包括铁氧体基板110、形成在铁氧体基板110上的内部线圈图案130、填充在形成于铁氧体基板110上的内部线圈图案130之间的铁氧体复合层140。在此，铁氧体复合层140包括发泡树脂。
在本说明书中使用的术语“铁氧体复合层”包括发泡树脂和氧化物粉末。
通常，滤波器芯片元件的铁氧体复合层包括聚合树脂和铁氧体粉末。为了形成铁氧体复合层，铁氧体粉末与聚合树脂之间的可混合性是重要的，并且铁氧体粉末颗粒需要均匀地分散在聚合树脂中。
为此，根据本发明，为了解决由粉末的不均匀分散以及树脂（使用环氧树脂或聚酰亚胺作为常规的聚合树脂）引起的磁导率减少方面的问题，可以使用发泡树脂来代替诸如环氧树脂或聚酰亚胺的聚合树脂，以迅速形成具有小尺寸的恒定球形孔。
发泡树脂是这样一种树脂：即在预定温度下在其中泡沫化，并且例如，可包括选自由以下组成的组中的至少一个：N异丙基丙烯酰胺（NIPAM）、羟乙基丙烯酸酯（HEMA）、聚偏二氟乙烯（PVDF）、聚甲基硅氧烷（PMS）、聚碳硅烷（PCS）、聚氨酯树脂、聚丁二烯树脂以及其共聚物。
发泡树脂可以是单组分型树脂或双组分型树脂，并且根据发泡树脂的类型，可以重复地进行固化。
铁氧体复合层140使用发泡树脂以及氧化物粉末。常规地，使用铁氧体粉末。然而，根据本发明，使用氧化物粉末而不是铁氧体粉末。
因此，铁氧体复合层140具有这样一种结构：即，在该结构中，氧化物粉末插入至发泡树脂的孔中。氧化物粉末插入至发泡树脂的孔中，从而防止氧化物粉末彼此碰撞和聚合，其会导致聚合态。
因此，根据本发明，氧化物粉末可使用球形金属氧化物来代替薄片型氧化物。氧化物粉末微粒可具有5μm至45μm的平均直径，优选为，20μm至30μm。
氧化物粉末可包括选自由以下组成的组中的至少两种金属氧化物：铁（Fe）、铜（Cu）、镍（Ni）、锌（Zn）、钴（Co）、以及硅（Si）。例如，可使用Fe氧化物，其与选自由以下组成的组中的至少两种氧化物粉末混合：Cu氧化物、Ni氧化物、Zn氧化物、Co氧化物以及Si氧化物。
铁氧体复合层可以以60wt%至80wt%：40wt%至20wt%的比例包括氧化物粉末和发泡树脂。当氧化物粉末和发泡树脂超过范围时，随着氧化物粉末插入发泡树脂，会引起问题，由于在比表面积方面的差异可能减小可分散性，并且由于在氧化物粉末与发泡树脂之间的气孔可能减小粘附力。
如上所述，铁氧体复合层被形成，从而防止由磁导率减少和变形引起的故障，以及由常规的铁氧体粉末与聚合树脂之间的不均匀混合引起的层破裂。
铁氧体复合层140可填充在形成于铁氧体基板110上的内部线圈图案130之间。如图2所示，每个内部线圈图案130的端表面可被形成为与铁氧体基板110的外部边缘对应。
根据本发明的实施方式，如图3所示，内部线圈图案130可以与铁氧体基板110的外部边缘间隔开40μm至100μm的距离。
因此，如图3所示，当内部线圈图案130与铁氧体基板110的外部边缘间隔开预定距离时，铁氧体复合层140可填充在空间中。在这种情况下，可通过提高铁氧体基板110的外部边缘的低收缩率、增加铁氧体基板110的烧制密度和强度并且防止在高温和高湿度下热量和水汽渗透至铁氧体基板110的外部边缘，可制备具有高可靠性的滤波器芯片元件。
此外，如图4和图5所示，根据本发明的实施方式，为了加固铁氧体复合材料并且为了补偿磁导率减少，可向铁氧体复合层140的发泡树脂添加增强剂。
增强剂可选自硅树脂、碳类材料以及氮化材料。碳类材料的示例可包括碳纳米管（CNT）、碳纳米纤维（CNF）、碳纤维、石墨以及类金刚石（DLC）。当使用碳类材料时，铁氧体复合材料可具有诸如拉伸强度和延展率的优异机械性能。
通常，硅树脂具有高磁导率和热稳定性，以防止芯片元件的热氧化，并且因此，可以用于形成铁氧体复合材料的增强层，以维持高可靠性，。
当增强剂是硅树脂时，发泡树脂可包括基于发泡树脂的3wt%至10wt%的增强剂。当增强剂是碳类化合物时，发泡树脂可包括基于发泡树脂的2wt%至5wt%的增强剂。
增强剂可被添加至铁氧体复合层140的发泡树脂。如图6和图7所示，单独的增强层150可形成在铁氧体复合层140上。
增强层150可由选自由硅树脂、碳类材料以及氮化材料组成的组中的至少一个形成。为了增强强度并且为了防止变形，增强层150可具有0.5μm至2μm的厚度。
根据本发明的滤波器芯片元件的内部线圈图案130可由Cu或Al形成。
根据本发明的滤波器芯片元件的铁氧体基板110可由作为主材料的Fe形成，并且可使用具有100以上磁导率的材料。
根据本发明实施方式的制备滤波器芯片元件的方法可包括：在铁氧体基板上形成内部线圈图案；使用发泡树脂浸渍铁氧体基板，在铁氧体基板上形成有内部线圈图案：半硬化发泡树脂以在发泡树脂中形成孔；插入氧化物粉末至发泡树脂的孔中；并且完全硬化插入有氧化物粉末的发泡树脂。
首先，内部线圈图案形成在铁氧体基板上。在此，内部线圈图案被形成为由环氧树脂等绝缘。
然后，发泡树脂被涂覆并且被浸渍在铁氧体基板上，在铁氧体基板上形成内部线圈图案。通过在形成在铁氧体基板上的内部线圈图案之间填充，发泡树脂可被涂覆并且被浸渍在铁氧体基板上。即，如图2所示，当每个内部线圈图案的端表面被形成为与铁氧体基板的外部边缘对应时，发泡树脂布置在内部线圈图案上并且仅填充在其间的空间。如图3所示，当内部线圈图案与铁氧体基板的外部边缘隔开预定距离时，发泡树脂被布置在内部线圈图案的上表面和侧表面并且填充在其间的空间。
然后，发泡树脂在80℃至100℃的温度下被半硬化，以在发泡树脂中形成孔。使用喷涂器或挤压方式将金属氧化物粉末插入至发泡树脂的孔中。
氧化物粉末可包括选自由Fe、Cu、Ni、Zn、Co以及Si组成的组中的至少两个金属氧化物。为了容易插入金属氧化物粉末，氧化物粉末可均具有球形。
发泡树脂可进一步包括选自硅树脂、碳类材料以及氮化材料的至少一个增强剂。
氧化物粉末插入至发泡树脂，并且在150℃至200℃的温度下被完全硬化。因此，金属氧化物粉末插入至发泡树脂的孔中，从而均匀地填充入孔中。
发泡树脂可包括选自由N异丙基丙烯酰胺（NIPAM）、羟乙基丙烯酸酯（HEMA）、聚偏二氟乙烯（PVDF）、聚甲基硅氧烷（PMS）、聚碳硅烷（PCS）、聚氨酯树脂、聚丁二烯树脂以及其共聚物组成的组中的至少一个。
发泡树脂可在150℃至200℃的温度下被完全硬化。此外，发泡树脂可以是单组分型树脂或双组分型树脂。因此，根据发泡树脂的类型，硬化处理可能不同。
当铁氧体复合层形成时，增强层可选择性地形成在铁氧体复合层上。
增强层可由选自由硅树脂、碳类材料以及氮化材料组成的组中的至少一个形成。
下文中，将参考以下实施例详细描述本发明的示例性实施方式。然而，这些实施例不旨在限制本发明的实施方式的目的和范围。此外，预定的化合物用于以下实施例，但是本领域的普通技术人员应当理解，相同的或类似的优势可能通过化合物的等同物获得。
实施例1
如图3所示，初始，发泡树脂、NIPAM被浸渍在铁氧体基板的Cu内部线圈图案的上表面和侧表面，在铁氧体基板上使用Cu形成内部线圈图案，并且在130℃的温度下被半硬化以在发泡树脂中形成孔。
球形氧化物粉末（Fe氧化物+Cu和Ni氧化物，并且5μm至45μm的平均直径）使用挤压方式以发泡树脂：氧化物粉末=30wt%：70wt%的比例被插入至形成在发泡树脂中的孔中。
然后，合成物在170℃的温度下被完全硬化，以制备包括铁氧体复合层的滤波器芯片元件。
实施例2
包括铁氧体复合层的滤波器芯片元件使用与实施例1中相同的方法制备，除了滤波器芯片元件包括基于发泡树脂的10wt%的硅树脂之外。
实施例3
滤波器芯片元件使用与实施例1相同的方法制备，除了包括基于发泡树脂的2wt%的CNT粉末、具有优异电磁屏蔽特性和优异磁导率的增强层形成在铁氧体复合层上从而具有图7所示的结构之外。
比较例1
铁氧体复合层由环氧树脂和作为常规铁氧体粉末的Fe-Ni-Zn-Cu形成，以制备具有图2所示结构的滤波器芯片元件。
实验实施例1：阻抗的测量
对在比较例1和实施例1中制备的滤波器芯片元件的相对阻抗波动进行测量，并且测量结果示出在图8和图9中。
如图8所示，在频率100MHz，比较例1的常规结构中的共模阻抗是40.87Ω；但是在频率100MHz，根据本发明实施例1的结构中的共模阻抗是64.22Ω，其高于常规结构中的共模阻抗约57%。
实验实施例2：磁导率和Q值的测量
对在比较例1和实施例1中制备的滤波器芯片元件的磁导率和Q值进行测量，并且测量结果示出在以下表1中。
表1
| 磁导率 | Q | |
| 比较例1 | 6.17 | 34 |
| 实施例1 | 12.89 | 49 |
| 实施例2 | 11.28 | 65.4 |
| 实施例3 | 12.35 | 47 |
从以上表1可看出，与常规的滤波器芯片元件的磁导率和Q值相比，根据本发明的滤波器芯片元件的磁导率和Q值被提高。
从以上结果可看出，在常规的滤波器芯片元件的铁氧体复合层中，环氧树脂被发泡树脂取代，氧化物粉末插入至发泡树脂的孔中，从而增加了磁导率和Q值，而磁导率和Q值在用于防止噪声方面是滤波器芯片元件的重要特性。
根据本发明，可通过改善铁氧体基板的外部边缘的低收缩率、增加铁氧体基板的烧制密度和强度并且防止高温和高湿度下热量和水汽渗透至铁氧体基板的外部边缘中，制备具有高可靠性的滤波器芯片元件。
此外，可提高磁导率和Q值，而磁导率和Q值在电磁屏蔽部件中对于噪声预防是滤波器芯片元件的重要特性。
外部电极图案与基板之间的粘附力可被增加，并且基板的表面平度可能均匀地维持，并且因此，可制备需要多层的抗EMI和EMC部件。需要高阻抗的共模滤波器可被容易地制造，并且由于简单工艺可获得其大规模生产。
尽管出于示例性目的已公开了本发明的优选实施方式，本领域技术人员将理解的是，在不脱离如所附权利要求公开的本发明的范围和精神的条件下，各种修改、补充以及替代都是可能的。由此，还应该理解至这些修改、补充与替代都落在本发明的范围内。
Claims (23)
1.一种滤波器芯片元件，包括：
铁氧体基板；
内部线圈图案，形成在所述铁氧体基板上；以及
铁氧体复合层，填充在形成于所述铁氧体基板上的所述内部线圈图案之间，
其中，所述铁氧体复合层包括发泡树脂。
2.根据权利要求1所述的滤波器芯片元件，其中，所述发泡树脂包括选自由以下组成的组中的至少一个：N异丙基丙烯酰胺（NIPAM）、羟乙基丙烯酸酯（HEMA）、聚偏二氟乙烯（PVDF）、聚甲基硅氧烷（PMS）、聚碳硅烷（PCS）、聚氨酯树脂、聚丁二烯树脂以及其共聚物。
3.根据权利要求1所述的滤波器芯片元件，其中，所述发泡树脂是单组分型树脂或双组分型树脂。
4.根据权利要求1所述的滤波器芯片元件，其中，所述铁氧体复合层进一步包括氧化物粉末。
5.根据权利要求4所述的滤波器芯片元件，其中，所述氧化物粉末包括选自由铁（Fe）、铜（Cu）、镍（Ni）、锌（Zn）、钴（Co）以及硅（Si）组成的组中的至少两种金属氧化物。
6.根据权利要求4所述的滤波器芯片元件，其中，所述氧化物粉末具有球形，并且其平均直径是5μm至45μm。
7.根据权利要求4所述的滤波器芯片元件，其中，所述铁氧体复合层以60wt%至80wt%：40wt%至20wt%的比例包括所述氧化物粉末和所述发泡树脂。
8.根据权利要求4所述的滤波器芯片元件，其中，所述铁氧体复合层具有所述氧化物粉末插入所述发泡树脂的孔中的结构。
9.根据权利要求1所述的滤波器芯片元件，进一步包括基于所述发泡树脂的3wt%至10wt%的硅区域。
10.根据权利要求1所述的滤波器芯片元件，进一步包括基于所述发泡树脂的2wt%至5wt%的碳类树脂。
11.根据权利要求1所述的滤波器芯片元件，进一步包括形成在所述铁氧体复合层上的增强层。
12.根据权利要求11所述的滤波器芯片元件，其中，所述增强层由选自由硅树脂、碳类材料以及氮化材料组成的组中的至少一种形成。
13.根据权利要求1所述的滤波器芯片元件，其中，所述内部线圈图案由铜（Cu）和铝（Al）形成。
14.根据权利要求1所述的滤波器芯片元件，其中，所述内部线圈图案与所述铁氧体基板的外部边缘间隔开40μm至100μm的距离。
15.根据权利要求1所述的滤波器芯片元件，其中，所述铁氧体基板由铁（Fe）作为主要材料形成，并且使用具有100以上磁导率的材料。
16.一种制备滤波器芯片元件的方法，所述方法包括：
在铁氧体基板上形成内部线圈图案；
使用发泡树脂浸渍所述铁氧体基板，其中所述内部线圈图案形成在所述铁氧体基板上；
半硬化所述发泡树脂以在所述发泡树脂中形成孔；
将氧化物粉末插入所述发泡树脂中的所述孔中；以及
完全硬化插入有所述氧化物粉末的所述发泡树脂。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述发泡树脂包括选自由N异丙基丙烯酰胺（NIPAM）、羟乙基丙烯酸酯（HEMA）、聚偏二氟乙烯（PVDF）、聚甲基硅氧烷（PMS）、聚碳硅烷（PCS）、聚氨酯树脂、聚丁二烯树脂以及其共聚物组成的组中的至少一个。
18.根据权利要求16所述的方法，其中，所述发泡树脂的所述半硬化在80℃至100℃的温度下执行。
19.根据权利要求16所述的方法，其中，所述氧化物粉末包括选自由铁（Fe）、铜（Cu）、镍（Ni）、锌（Zn）、钴（Co）以及硅（Si）组成的组中的至少两种金属氧化物。
20.根据权利要求16所述的方法，其中，所述发泡树脂的所述完全硬化在150℃至200℃的温度下执行。
21.根据权利要求16所述的方法，其中，所述铁氧体复合层的所述发泡树脂进一步包括增强剂，所述增强剂包括选自硅树脂、碳类材料以及氮化材料中的至少一种。
22.根据权利要求16所述的方法，进一步包括在所述铁氧体复合层上形成增强层。
23.根据权利要求22所述的方法，其中，所述增强层由选自由硅树脂、碳类材料以及氮化材料组成的组中的至少一种形成。
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