CN104681235A - 线圈部件及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了线圈部件及其制造方法。本文中公开了能够在主磁通回路没有损耗的情况下其被保护而远离静电的线圈部件。该线圈部件包括：磁性基板；线圈层，布置在磁性基板上并且具有安装在其中的导体图案；以及静电放电(ESD)保护层，布置在线圈层上并且对引入导体图案的静电进行放电。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求于2013年11月28日提交的韩国专利申请序列号10-2013-0146494的题为“Coil Component and Method of Manufacturing theSame”的外国优先权权益，通过引用将其全部内容结合于本申请中。
技术领域
本发明涉及线圈部件，并且更具体地，涉及具有静电放电(ESD)保护功能的线圈部件。
背景技术
随着技术的发展，诸如移动电话、家用电器、个人计算机(PC)、个人数字助理(PDA)、液晶显示器(LCD)等电子装置已从模拟方案变革为数字方案并且由于数据处理的数据量增加而提高了电子装置的速度。因此，通用串行总线(USB)2.0、USB 3.0和高清晰度多媒体接口(HDMI)作为高速信号传输接口已广泛地传播普及并且已用于诸如个人电脑计算机和数字高清晰度电视等的多种数字装置中。
这些高速接口采用利用一对信号线传输差分信号(差模信号)的差分信号系统，该系统不同于已普遍使用了很长时期时间的单端传输系统。然而，数字化的并且具有增大了速度的电子装置对来自外部的刺激很敏感，使得通常会产生由于高频噪声导致的信号失真。
为了去除这些噪声，已将滤波器安装在电子装置中。具体地，用于去除共模噪声的共模滤波器已被广泛用在高速差分信号线等中。共模噪声表示在差分信号线中产生的噪声，并且共模滤波器去除不能由现有的滤波器去除的共模噪声。
同时，因为最近高速数字接口处理传输速度高的精细信号，故应当使用对在不同装置之间连接和断开连接时产生的静电进行放电(在下文中，称之为“ESD”)非常敏感的集成电路(IC)。因此，专利文献(韩国专利特开第10-2010-0037000号)公开了一种包括保护内部电路远离静电的ESD保护层的共模滤波器。
即，参考专利文献的图3，共模滤波器进一步包括被布置在共模滤波器层12a之下的起到滤波器功能的ESD保护层12b，其中，ESD保护层包括起到ESD保护材料的功能的ESD吸收层30。因此，由静电导致的过压信号穿过与导线导体(lead conductor)保持预定间隙的间隙电极(gapelectrode)28和29。因此，保护了共模滤波器层的螺旋导体17和18。
然而，专利文献中公开的共模滤波器具有以下结构，其中，ESD保护层12b被堆叠在磁性基板11a上以便同时烧制由高温烧结铁氧体制成的磁性基板11a以及由高温烧结绝缘无机材料制成的ESD吸收层30。因此，ESD保护层12b被设置在共模滤波器层12a与磁性基板11a之间。
ESD保护层12b的ESD吸收层30包括非磁性并具有较低的导磁率和高磁阻的绝缘无机材料。由于上述结构，通过共模滤波器层12a与磁性基板11a之间的ESD保护层12b使在共模滤波器层12a中产生的并且使用磁性基板11a作为闭合磁路形成的主磁通回路被阻断或损耗。
[现有技术文献]
[专利文献]
(专利文献1)韩国专利特开第10-2010-0037000号
发明内容
本发明的目的是提供能够通过最小化主磁通回路的损耗来实施目标阻抗线圈部件及其制造方法。
根据本发明的示例性实施方式，提供了一种线圈部件，该线圈部件包括：磁性基板；线圈层，布置在磁性基板上并具有安装在其中的导体图案；静电放电(ESD)保护层，布置在线圈层上并且对引入导体图案的静电进行放电。
ESD保护层可包括通过过孔电极连接至导体图案的外部电极、与外部电极分隔的接地电极以及形成在外部电极与接地电极之间的ESD保护材料。
ESD保护材料可以由其中分散有金属粉末的低温固化树脂制成。
ESD保护层可进一步包括布置在外部电极上的第一凸块电极(bumpelectrode)、布置在接地电极上的第二凸块电极以及填充在外部电极和接地电极以及第一凸块电极和第二凸块电极附近的磁性树脂材料。
磁性树脂材料可以由磁性粉末和低温固化树脂的混合物制成。
除了线圈层中的导体图案之外的内部空间可以由绝缘材料构成。
线圈部件可进一步包括布置在线圈层与ESD保护层之间的磁性树脂层。
磁性树脂层可以由磁性粉末和低温固化树脂的混合物制成。
导体图案可包括彼此电磁耦合的初级导体图案和次级导体图案。
根据本发明的另一示例性实施方式，提供了一种制造线圈部件的方法，包括：制备磁性基板；在磁性基板上形成线圈层，该线圈层具有安装在其中的导体图案；以及在线圈层上形成ESD保护层。
可通过薄膜工艺来执行线圈层的形成。
形成ESD保护层可包括对外部电极和接地电极进行电镀、在外部电极与接地电极之间形成ESD保护材料以及在低温下烧结ESD保护材料。
形成ESD保护层可进一步包括：在低温下烧结ESD保护材料之后在外部电极上电镀第一凸块电极、在接地电极上电镀第二凸块电极以及将磁性浆料填充在外部电极和接地电极以及第一凸块电极和第二凸块电极附近。
该方法可进一步包括在形成ESD保护层之前将磁性浆料应用到线圈层上，然后在低温下烧结磁性浆料。
附图说明
图1是用于描述根据本发明的示例性实施方式的线圈部件的内部结构的透视图；
图2是沿图1中的直线I-I′截取的截面图；以及
图3至图7是顺序地示出了根据本发明的示例性实施方式制造线圈部件的方法的过程的视图。
具体实施方式
参考附图，从示例性实施方式的以下描述中，本发明的各种优点和特征以及实现其的方法将变得显而易见。然而，本发明可以多种不同的形式修改并且本发明不应局限于本文中所阐述的示例性实施方式。可提供这些示例性实施方式使得本公开将是透彻且完整的，并且将向本领域技术人员充分传达本发明的范围。
在本说明书中使用的术语用于解释示例性实施方式而不是限制本发明。除非明确说明为相反，否则本说明书中的单数形式包括复数形式。此外，本说明书中提到的部件、步骤、操作和/或元件不排除一个或多个其他部件、步骤、操作和/或元件的存在或添加。
在下文中，将参照附图更为详细地描述本发明的示例性实施方式的构成和作用效果。
图1是用于描述根据本发明的示例性实施方式的线圈部件的内部结构的透视图；并且图2是沿图1的线I-I′截取的截面图。此外，在附图中示出的部件无需按比例示出。例如，在附图中示出的一些部件的尺寸与其他部件相比可被放大以帮助理解本发明的示例性实施方式。同时，贯穿附图，相同的参考标号将用于描述相同的部件。为了说明的简要和清楚，将在附图中示出总体的构造方案，并且将省略本领域中熟知的特征和技术的详细描述以避免对本发明的示例性实施方式的讨论产生不必要的混淆。
参照图1和图2，根据本发明的示例性实施方式的线圈部件100可以被配置为包括磁性基板110、布置在磁性基板110上的线圈层120以及布置在线圈层120上的静电放电(ESD)保护层。
磁性基板110是具有与线圈部件的水平尺寸和垂直尺寸相对应的尺寸的六面体并且由铁氧体制成，该磁性基板在制造线圈部件的过程中被布置在底部以成为线圈层120和ESD保护层130的支撑底座。
磁性基板110起到线圈部件的闭合磁路的功能同时具有支撑体的功能。因此，只要可获得预定的电感，磁性基板110可以通过烧结任何合适的铁氧体材料形成。作为构成磁性基板110的最佳的铁氧体材料，例如，可以使用如包含Fe2O3和NiO作为主要成分的Ni基铁氧体材料、包含Fe2O3、NiO和ZnO作为主要成分的Ni-Zn基铁氧体材料、包含Fe2O3、NiO、ZnO、和CuO作为主要成分的Ni-Zn-Cu基铁氧体材料等。铁氧体材料可在高温环境下烧结以便增强作为支撑体的磁性基板110的机械强度。
线圈层120可包括在布置在其中的导体图案121，其中，导体图案121是根据线圈图案电镀在平面上的金属线，该导体图案可以由选自由具有优异导电性的包括银(Ag)、钯(Pd)、铝(Al)、镍(Ni)、钛(Ti)、金(Au)、铜(Cu)和铂(Pt)的金属组成的组中的至少一个制成。
导体图案121可包括被布置为以预定间隔彼此分隔并电磁耦合至彼此的初级导体图案121a和次级导体图案121b。例如，如图2中所示，初级导体图案121a和次级导体图案121b的各个图案可交替地布置在相同的平面上，从而以预定的节距彼此间分隔。可替换地，与此不同，初级导体图案121a和次级导体图案121b可被布置为以预定间隔彼此垂直分隔。
当将具有相同方向的电流施加于如上所述的彼此电磁耦合的初级导体图案121a和次级导体图案121b时，彼此的磁通量加强使得共模阻抗增加从而抑制共模噪声，并且当将具有不同方向的电流施加于初级导体图案121a和次级导体图案121b时，磁通量相互抵消，使得差模阻抗减少。因此，根据本发明的示例性实施方式的线圈部件可用作使期望的传输信号穿过的共模滤波器。
除线圈层120中的导体图案121之外的内部空间可以由绝缘材料122构成。具有以上提及的结构的线圈层120可通过薄膜工艺交替堆叠导体图案121和绝缘层来形成。这将通过下文中描述的制造线圈部件的方法来详细地描述。
ESD保护层130是用作将被引入导体图案121的静电分路以将静电释放到外部的层，该ESD保护层可包括通过过孔电极123电连接至导体图案121的外部电极131、以预定间隔与外部电极131分隔的接地电极以及布置在外部电极131与接地电极132之间的ESD保护材料133。
这里，ESD保护材料133是由聚合树脂制成的具有以矩阵形式分散的导电金属粉末的复合材料，该ESD保护材料在其中不存在静电的常态下具有无限大的电阻值。因此，通过外部电极131施加于ESD保护材料133的电流流向导体图案121。另一方面，当由于静电导致的过电流被施加于ESD保护材料133时，会出现ESD保护材料133中的金属粉末之间形成的导电通路的电子贯穿现象。因此，过电流通过ESD保护材料133被释放到接地电极132。
根据现有技术，诸如A12O3、TiO2、SiO2、ZnO、In2O3、NiO、CoO、CuO、MgO、ZrO2、AlN等的无机材料被用作ESD保护材料的矩阵。然而，这些材料是非磁性的并且具有较低的导磁率和高磁阻。因此，与本发明不同，当由这些材料制成的ESD保护层被放置在磁性基板与线圈层之间时，通过线圈层与磁性基板之间的ESD保护层阻断在线圈层中产生的并且使用磁性基板作为闭合磁路形成的主磁通回路，使得线圈特性劣化。
然而，在本发明示例性实施方式中，ESD保护层130被布置在线圈层120上而不是磁性基板110与线圈层120之间，从而可以最小化主磁通回路的损耗。此外，为了制造具有上述结构的线圈部件，可以将可在低温环境下烧结的低温固化材料用作ESD保护材料133的材料。
例如，ESD保护材料可通过以预定比例称量选自由Ni、Cu、Au、Ti、Cr、Ag、Pd、和Pt组成的组中至少一个的粉末和诸如环氧树脂、酚醛树脂、聚氨酯树脂、硅树脂、聚酰亚胺树脂等的低温固化聚合树脂，然后使用球磨机等将它们彼此湿混合来完成。随后将详细描述使用低温固化ESD保护材料133制造线圈部件的过程。
ESD保护层130可以进一步包括被布置在外部电极131上的第一凸块电极134和被布置在接地电极132上的第二凸块电极135。第一凸块电极134和第二凸块电极135是直接粘结在基板的安装面上的厚膜电极，并且第一凸块电极和第二凸块电极可以比导体图案121厚。此外，优选的是将铜(Cu)用作第一凸块电极134和第二凸块电极135的材料。
此外，ESD保护层可进一步包括填充在外部电极131和接地电极132以及第一凸块电极134和第二凸块电极135的附近的磁性树脂材料136。即，除了图1的ESD保护层130中的外部电极131、接地电极132、ESD保护材料133、第一凸块电极134和第二凸块电极135之外的内部空间可以由磁性树脂材料136构成。
在这些结构中，ESD保护材料133以及外部电极131和接地电极132被掩埋在磁性树脂材料136中，外部电极131通过第一凸块电极134电连接至外部，并且接地电极132通过第二凸块电极135电连至外部。
此外，磁性树脂材料136填充到第一凸块电极134和第二凸块电极135的高度以形成线圈部件的安装面，并且用作线圈部件的闭合磁路同时与磁性基板110一起保护线圈层120。
磁性树脂材料136可以由可在低温环境下烧结的低温固化磁性浆料制成。例如，磁性树脂材料136可通过以预定比例称量选自由Ni基铁氧体、Ni-Zn基铁氧体和Ni-Zn-Cu基铁氧体组成的组中至少一个的磁粉和诸如环氧树脂、酚醛树脂、聚氨酯树脂、硅树脂、聚酰亚胺树脂等的低温固化聚合树脂，然后使用球磨机等将它们彼此湿混合来完成。
同时，根据本发明示例性实施方式的线圈部件可进一步包括被布置在线圈层120与ESD保护层130之间的磁性树脂层140。磁性树脂层140可以由与磁性树脂材料136的材料相同的低温固化磁性浆料制成并且与磁性基板110和磁性树脂材料136一起用作线圈部件的闭合磁路。
在下文中，将描述制造根据本发明的示例性实施方式的线圈部件的方法。
图3至图7是顺序地示出了根据本发明的示例性实施方式制造线圈部件的方法的过程的视图。首先，如在图3中所示，制备磁性基板110。
磁性基板110可通过在高温环境下烧结能够获得预定电感的铁氧体材料，例如，包含Fe2O3和NiO作为主要成分的Ni基铁氧体材料、包含Fe2O3、NiO和ZnO作为主要成分的Ni-Zn基铁氧体材料、包含Fe2O3、NiO、ZnO和CuO作为主要成分的Ni-Zn-Cu基铁氧体材料等；然后将烧结体切割成期望形状(例如，六面体形状)来制造。
在如上所述制备磁性基板110时，在其中安装了导体图案121的线圈层120形成在磁性基板110上，如图4中所示。
线圈层120可通过薄膜工艺形成。例如，假定导电图案121具有包括上层和下层的双层结构。首先，现有技术已知的是第一绝缘层通过旋涂方法等形成在磁性基板110上，并且下层导体图案121通过普通的半添加工艺(SAP)、改进的半添加工艺(MSAP)、消去工艺(subtractive process)等形成在第一绝缘层上。然后，第二绝缘层形成在第一绝缘层的表面上以覆盖下导体图案121，用于将上下导体图案121彼此连接的接触孔形成在第二绝缘层中，并且上导体图案121形成在第二绝缘层上。这里，接触孔的内部充满金属以将上导体图案121与下导体图案121彼此电连接。最终，第三绝缘层形成在第二绝缘层的表面上以覆盖上导体图案121，从而可以完成线圈层120。这里，在相应的层上形成导体图案121的时候，用于将导体图案121和外部电极131连接至彼此的过孔电极123可以与导体图案121一起形成。
如上所述，当通过薄膜工艺完成线圈层120时，ESD保护层130形成在线圈层120上，从而可以最终完成根据本发明的示例性实施方式的线圈部件。
形成ESD保护层130的过程可从形成外部电极131和接地电极132开始。为此，通过溅射方法等将晶种层沉积在线圈层120的整个表面上，将干膜附接至晶种层，并且在将通过曝光和显影处理形成外部电极131和接地电极132的位置中形成开口部以露出晶种层。然后，使用晶种层作为引线进行电镀以电镀并且增大开口部的内部。然后，当移除干膜并且移除暴露于外部的晶种层时，可形成如图5中所示的外部电极131和接地电极132。
然后，如在图6中所示，ESD保护材料133形成在外部电极131与接地电极132之间。ESD保护材料133可通过将干膜附接到线圈层120上、在将要形成ESD保护材料133的位置处形成开口部、将金属粉末浆料和低温固化树脂的混合物填充在开口部，然后移除干膜来形成。在形成ESD保护材料133时，执行用于固化ESD保护材料133的烧结处理。这里，烧结处理可在约150℃至约200℃的低温环境下执行。
如上所述，在低温下使用并烧结低温固化ESD保护材料133，从而使得可以防止构成线圈层120的绝缘材料122损坏。因此，根据本发明的示例性实施方式的线圈部件可具有其中在线圈层120上布置ESD保护层130的结构。
即，如在现有技术中，使用由诸如A12O3、TiO2、SiO2、ZnO、In2O3、NiO、CoO、CuO、MgO、ZrO2、AlN等的无机材料制成的高温固化ESD保护材料的情况下，当如示例性实施方式中的将ESD保护层形成在线圈涂层上并且然后在如1000℃或更高的高温下经受烧结时形成线圈层的绝缘材料会被熔化或消失。因此，根据现有技术，将由高温固化ESD保护材料制成的ESD保护层堆叠在磁性基板上，将ESD保护层和磁性基板同时烧制，并且将线圈层通过薄膜工艺形成在ESD保护层上。因此，通过ESD保护层阻断在线圈层中产生的并且使用磁性基板作为闭合磁路形成的主磁通回路，更具体地，在线圈层与磁性基板之间放置非磁性的ESD保护材料，使得线圈特性劣化。
当ESD保护材料133是通过在低温下烧结而被固化时，最终，如图7中所示，将第一凸块电极134电镀在外部电极131上，将第二凸块电极135电镀在接地电极132上以及将磁性浆料填充在外部电极131和接地电极132以及第一凸块电极134和第二凸块电极135的附近以形成磁性树脂材料136。
第一凸块电极134和第二凸块电极135可在与形成外部电极131和接地电极132的方案相似的方案中形成。此外，作为磁性浆糊，可以使用通过以预定比例称重选自由Ni基铁氧体、Ni-Zn基铁氧体和Ni-Zn-Cu基铁氧体组成的组中的至少一个和诸如环氧树脂、酚醛树脂、聚氨酯树脂、硅树脂、聚酰亚胺树脂等的低温固化聚合树脂，然后将它们彼此湿混合而制备的浆料。将如上所述制备的浆料填充到第一凸块电极134和第二凸块电极135的高度，然后将其在低温环境下烧结。
同时，在形成ESD保护层130之前，磁性树脂层140可通过将磁性浆料应用到线圈层120上，并且然后进行烧结处理来形成。作为用于形成磁性树脂层140的磁性浆料，可使用诸如磁性树脂材料的低温固化磁性浆料。因此，在烧结低温固化磁性浆料时，可以在低温环境下烧结以便不损坏绝缘材料122。
当使用根据本发明的示例性实施方式的线圈部件时，线圈部件的特性可得到显著改善，并且不会出现如现有技术中的由于非磁性ESD保护材料导致主磁通回路阻断的现象。
已结合目前被理解为实践的示例性实施方式描述了本发明。尽管已描述了本发明的示例性实施方式，但是本发明还可在各种其他组合、修改以及环境中使用。换言之，可在说明书中所公开的本发明的理念的范围之内改变或修改本发明，该范围相当于本发明所属的领域中的技术或知识的公开内容和/或范围。已经提供了上述示例性实施方式以解释在实施本发明中的最佳方式。因此，在使用如本发明的其他发明中，可以在其他为该领域所知的本发明涉及的情形下实施这些示例性实施方式，并且同样可以根据具体的应用领域和本发明的使用中需要的各种形式进行修改。因此，应理解的是，本发明不局限于已公开的示例性实施方式。应当理解，其他示例性实施方式也包括在所附权利要求的精神和范围内。
Claims (14)
1.一种线圈部件，包括：
磁性基板；
线圈层，布置在所述磁性基板上并且具有安装在所述线圈层中的导体图案；以及
静电放电保护层，布置在所述线圈层上并且对引入所述导体图案的静电进行放电。
2.根据权利要求1所述的线圈部件，其中，所述静电放电保护层包括通过过孔电极连接至所述导体图案的外部电极、与所述外部电极分隔的接地电极以及形成在所述外部电极与所述接地电极之间的静电放电保护材料。
3.根据权利要求2所述的线圈部件，其中，所述静电放电保护材料由其中分散有金属粉末的低温固化树脂制成。
4.根据权利要求2所述的线圈部件，其中，所述静电放电保护层进一步包括布置在所述外部电极上的第一凸块电极、布置在所述接地电极上的第二凸块电极以及填充在所述外部电极和所述接地电极以及所述第一凸块电极和所述第二凸块电极附近的磁性树脂材料。
5.根据权利要求4所述的线圈部件，其中，所述磁性树脂材料由磁性粉末和低温固化树脂的混合物制成。
6.根据权利要求1所述的线圈部件，其中，除了所述线圈层中的所述导体图案之外的内部空间由绝缘材料构成。
7.根据权利要求1所述的线圈部件，进一步包括被布置在所述线圈层与所述静电放电保护层之间的磁性树脂层。
8.根据权利要求7所述的线圈部件，其中，所述磁性树脂层由磁性粉末和低温固化树脂的混合物制成。
9.根据权利要求1所述的线圈部件，其中，所述导体图案包括彼此电磁耦合的初级导体图案和次级导体图案。
10.一种制造线圈部件的方法，包括：
制备磁性基板；
在所述磁性基板上形成线圈层，所述线圈层具有安装在所述线圈层中的导体图案；以及
在所述线圈层上形成静电放电保护层。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，通过薄膜工艺执行所述线圈层的形成。
12.根据权利要求10所述的方法，其中，所述静电放电保护层的形成包括对外部电极和接地电极进行电镀、在所述外部电极与所述接地电极之间形成静电放电保护材料以及在低温下对所述静电放电保护材料进行烧结。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述静电放电保护层的形成进一步包括：在低温下对所述静电放电保护材料进行烧结之后在所述外部电极上电镀第一凸块电极、在所述接地电极上电镀第二凸块电极以及将磁性浆料填充在所述外部电极和所述接地电极以及所述第一凸块电极和所述第二凸块电极附近。
14.根据权利要求10所述的方法，进一步包括：在形成所述静电放电保护层之前将磁性浆料应用到所述线圈层上，然后在低温下烧结所述磁性浆料。
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