CN104900375A - 芯片电子元件及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种芯片电子元件及其制备方法。该芯片电子元件包括磁体，该磁体包括设置在绝缘基底的至少一个表面上的内部线圈图案，和外部电极，该外部电极形成在所述磁体的至少一个端面上以与内部线圈图案的末端连接。该磁体可以含有不饱和羧酸基聚合物。该芯片电子元件可以具有改善的分散性和沉淀稳定性。

Description

芯片电子元件及其制备方法
相关申请的交叉参考
本申请要求2014年3月7日向韩国知识产权局提交的申请号10-2014-0027291的韩国专利申请的优先权，其公开内容并入本申请作为参考。
技术领域
本发明涉及一种芯片电子元件(chip electronic component)及其制备方法。
背景技术
电感器，一种芯片电子元件，是典型的无源器件，在电子电路中与电阻和电容一起去除噪声。电感器利用电磁特性与电容器结合，以配置放大特定频带中的信号的谐振电路、滤波电路等。
目前，随着信息技术(IT)设备如各种通信设备、显示器等的小型化和纤薄化的加速，已经在进行不断地研究在这些IT设备中使用的各种器件如电感器、电容器、晶体管等的小型化和纤薄化的技术。
另外，随着电子设备小型化和高性能的需求，能耗也随之增加。针对这种能耗的增加，在电子器件的电源供应电路中使用的电源管理集成电路(PMIC)或直流(DC)-直流变压器中，开关频率越来越高，因此增加了电流输出，从而也增加了用于稳定来自PMIC或DC-DC变压器的电流输出的电源电感器(power inductor)的使用。
电源电感器的发展方向已集中在小型化、高电流和低直流电阻，但是根据相关技术，在多层电源电感器(power inductor)中实现小型化、高电流和低直流电阻存在局限性。因此，已开发了通过堆叠、压迫，和固化磁性片材形成的薄膜型电感器，该磁性片材通过将磁粉和树脂在线圈图案上进行混合形成，该线圈图案通过电镀在绝缘基底的上表面和下表面上形成。
在这种情况下，形成磁性片材的浆料包括磁粉、热固性聚合物树脂、固化剂、增稠剂、有机溶剂、能够改善粉末颗粒分散性的分散剂等。
为了更有效地分散磁粉颗粒，除了使用分散剂的化学分散，还可以使用特定的设备提供机械力。
由于减小尺寸以实现更高功能，磁粉颗粒已逐渐被原子化，并且由此可以将两种以上具有不同尺寸的粉末混合使用。因此，分散磁粉颗粒就更加难，并且因此需要能够更有效地分散磁粉的方法。
根据相关技术，使用具有重均分子量为700-2500的聚合物形成的磷酸基分散剂，但有缺点，在于可分散性不足以保持高密度金属磁粉的沉淀稳定性，以及防止二次凝结即粉末颗粒初次分散后再次凝结。
[相关的技术文献]
韩国专利未决公开号2013-0072816
日本专利未决公开号2008-166455
发明内容
本发明公开的示例性实施方式可以提供一种芯片电子元件，以及制备芯片电子元件的方法，通过向磁粉中应用新型分散剂，该芯片电子元件具有在磁粉中改善的分散性和沉淀稳定性。
根据本发明公开的示例性实施方式，芯片电子元件可以包括：磁体，该磁体包括在绝缘基底的至少一个表面上形成的内部线圈图案；和外部电极，该外部电极在所述磁体的至少一个端面上形成以与内部线圈图案的末端连接。所述磁体可以含有不饱和羧酸基聚合物。
附图说明
通过以下结合附图的详细说明，将更为清楚地理解本发明公开的以上和其他方面、特征和其他优点，附图为：
图1为根据本发明公开的一种具体实施方式说明芯片电子元件的示意性透视图，其中，示出了内部线圈图案；
图2为沿图1中的I-I′线的剖视图；
图3A和图3B为使用扫描电镜(SEM)对磁性片材的横截面进行成像获得的照片，目的为了将图3A的磁性片材和图3B的磁性片材的填充率相互比较，图3A的磁性片材通过根据相关技术的分散剂制备，图3B的磁性片材用于制备根据本发明公开的一种具体实施方式的芯片电子元件；
图4为说明使用根据相关技术的分散剂制备的芯片电子元件(c)和根据本发明公开的一种具体实施方式的芯片电子元件(d)的电感(inductance)的曲线；
图5为根据本发明公开的一种实施方式制备芯片电子元件的方法的工艺流程图；
图6为比较使用根据相关技术的分散剂的浆料(e)和用于形成在制备根据本发明公开的一种具体实施方式的芯片电子元件时所使用的磁性片材的浆料(f)的沉淀稳定性的曲线；以及
图7G和7H为使用扫描电镜(SEM)对磁性片材的表面进行成像获得的照片，目的为了将图7G的磁性片材和图7H的磁性片材的表面粗糙度相互比较，图7G的磁性片材通过根据相关技术的分散剂制备，图7H的磁性片材用于制备根据本发明公开的一种具体实施方式的芯片电子元件。
具体实施方式
本发明公开的具体实施方式将结合附图对进行详细地描述。
但是，本公开可以以多种不同的形式进行举例说明，并不应当理解为被限定在本文中所陈述的特定的实施方式中。而是，提供这些实施方式是为了使得本公开更为透彻和完整，并可以充分地为本领域技术人员传达本发明的范围。
在附图中，要素的形状和尺寸可以进行扩大以至更为清楚，并且全文中同样的标记数字将指定同样的或类似的要素。
芯片电子元件
在下文中，将描述根据本发明公开的实施方式的芯片电子元件。具体而言，将描述薄膜型电感器，但是本发明公开并不限制于此。
图1为根据本发明公开的一种具体实施方式说明芯片电子元件的示意性透视图，其中，示出了内部线圈图案，并且图2为沿图1中的I-I′线的剖视图。
参照图1和图2，作为芯片电子元件的实施例，提供了用于电源供应电路的电源线中的薄膜型电感器100。该芯片电子元件可以适当被用作芯片珠(chip bead)，芯片滤波器等，以及芯片电感器。
薄膜型电感器100可以包括磁体50、绝缘基底20、内部线圈图案40以及外部电极80。
磁体50可以形成薄膜型电感器100的外表面，并具有六面体形状。为了清楚描述本发明公开的实施方式，定义六面体的方向。图1中所示的L、W和T分别指的是长度方向、宽度方向以及厚度方向。磁体50可以具有长方体形状，其中在长度方向的长度大于宽度方向的长度。
可以通过堆叠、压迫，并固化含有制备为片材的磁粉的磁性片材以形成磁体50。
作为形成磁体50的磁粉(magnetic power)，可以填充金属基软磁性材料以形成磁体50。
金属基软磁性材料可以是含有选自由Fe、Si、Cr、Al和Ni组成的组中的至少一种的合金。例如，金属基软磁性材料可以包括Fe-Si-B-Cr非晶态金属微粒，但是本发明并不具体限制于此。
金属基软磁性材料的颗粒直径可以为0.1-30μm，并且可以以该金属基软磁性材料分散在例如环氧树脂、聚酰亚胺等聚合物上的形式含有该金属基软磁性材料。
磁体50可以含有作为分散剂的不饱和羧酸基聚合物以改进磁粉颗粒的分散性。
根据相关技术，为了分散形成薄膜型电感器的磁体的磁粉颗粒，主要使用了具有重均分子量为700-2500的磷酸基聚合物分散剂，但是在分散性改进上存在局限性。具体而言，在使用具有相对高密度的金属磁粉的薄膜型电感器的情况下，保持沉淀稳定性和实现优异的分散性是很困难的。
因此，根据本发明公开的实施方式，可以通过使用作为脂肪酸型分散剂的不饱和羧酸基聚合物的新应用显著地改善形成薄膜型电容器的磁体的金属磁粉颗粒的分散性。
另外，磁体可以进一步含有硅氧烷基共聚物。
磁体还含有硅氧烷基共聚物，这样可以改进磁粉的滑移性能(slipproperty)和流平性(leveling property)，而且可以防止贝纳德旋涡现象(B nardCell phenomenon)。
不饱和羧酸基聚合物的重均分子量可以为500-2300。
基于在磁体50中含有的100重量份的金属基软磁性材料，可以含有0.5-2重量份的不饱和羧酸基聚合物。
在不饱和羧酸基聚合物的含量低于0.5重量份的情况下，由于磁粉会因分散性和沉淀稳定性变差而结块，填充率会降低，并且磁片的表面粗糙度会增加，而在不饱和羧酸基聚合物的含量大于2重量份的情况下，由于在干燥或固化磁性片材时，难以保证溶剂的挥发途经，溶剂会被困在其中，从而使物理性质变差。
硅氧烷基共聚物的重均分子量可以为500-2300。
基于磁体50中含有的100重量份的金属基软磁性材料，可以含有0.05-0.2重量份的硅氧烷基共聚物。
在硅氧烷基共聚物的含量低于0.05重量份的情况下，改善磁粉的滑移性能和流平性以及防止贝纳德旋涡现象的效果可能并不显著，这样可能会增加磁性片材的表面粗糙度，而在硅氧烷基共聚物的含量高于0.2重量份的情况下，由于在干燥或固化磁性片材时，难以保证溶剂的挥发途经，因此溶剂会被困在其中，从而使物理性能变差。
根据本发明公开的实施方式，芯片电子元件的磁体50可以含有上述描述的不饱和羧酸基聚合物，并进一步含有上述描述的硅氧烷基共聚物，从而会改善磁粉的分散性，从而会改善填充率，并会改善电感性能。
磁体50的填充率可以为80％以上。
图3A和图3B为使用SEM成像图3A的磁性片材的横截面和图3B的磁性片材的横截面获得的照片，图3A的磁性片材根据相关技术通过使用乙氧基化壬基酚磷酸酯(ethoxylated nonylphenol phosphate)，一种磷酸系聚合物分散剂制备，图3B的磁性片材根据本发明公开的实施方式通过添加不饱和羧酸基聚合物和硅氧烷基共聚物作为分散剂制备。
如图3A和图3B所示，在根据本发明公开的实施方式添加添加不饱和羧酸基聚合物和硅氧烷基共聚物以制备磁性片材的情况下，磁粉的分散性和填充率可以得到改善。在根据相关技术的图3A的磁性片材的情况下，填充率为77.09％，但是在根据本发明公开的实施方式的图3B的磁性片材的情况下，填充率改善达到87.40％。
图4为说明芯片电子元件(c)和芯片电子元件(d)的电感的曲线，其中芯片电子元件(c)含有分散剂乙氧基化壬基酚磷酸酯，聚乙氧基壬基酚磷酸酯是根据相关技术的磷酸基聚合物；芯片电子元件(d)含有根据本发明公开的实施方式的不饱和羧酸基聚合物和硅氧烷基共聚物。
参照图4，可以看出，在含有根据本发明公开的实施方式的不饱和羧酸基聚合物和硅氧烷基共聚物的情况下，磁粉的分散性和填充率得到了改善，从而改善了电感。
设置在磁体50中的绝缘基底20可以形成为例如聚丙二醇(PPG)基底、铁素体基底(ferrite substrate)、金属基软磁性基底等。
绝缘基底20可以有穿透绝缘基底的中心部分的通孔(through hole)，并且该通孔可以用磁性材料填满，例如金属基软磁性材料等，这样在绝缘基底中形成核心部件55。可以形成以磁性材料填满的核心部件55，从而可以改善电感L。
具有线圈形状图案的内部线圈图案40可以在绝缘基底20的一个表面上形成，并且具有线圈形状图案的内部线圈图案40，还可以在绝缘基底20的另一个表面上形成。
可以形成内部线圈图案40以具有螺旋形状，并且在绝缘基底20的一个和另一个表面上形成的内部线圈图案40可以通过在绝缘基底20中形成的导通电极(via electrode)45彼此电连接。
可以使用具有良好的导电性的金属形成内部线圈图案40和导通电极45。例如，可以使用银(Ag)、钯(Pd)、铝(Al)、镍(Ni)、钛(Ti)、金(Au)、铜(Cu)、铂(Pt)、它们的合金等形成内部线圈图案40和导通电极45。
可以在内部线圈图案40的表面上形成覆盖内部线圈图案40的绝缘膜30。
可通过常规已知的方法形成绝缘膜30，例如丝网印刷法、光刻胶(PR)的曝光和显影工艺、喷涂法等，但是本发明公开并不局限于此。
可以将在绝缘基底20的一个表面上形成的内部线圈图案40的一个末端在长度方向上暴露于磁体50的一个端面，并且可以将在绝缘基底20的另一个表面上形成的内部线圈图案40的另一个末端在长度方向上暴露于磁体50的另一个端面。
外部电极80可以设置在磁体50的两个端面上，以便与分别暴露在磁体50的两个端面的内部线圈图案40的引线端(lead-out portions)相连接。
外部电极80可以在长度方向上形成在磁体50的两个端面上，并且在厚度方向上延伸至磁体50的上表面和下表面和/或在宽度方向上磁体50的两个侧表面。
外部电极80可以包括具有良好的导电性的金属。例如，外部电极80可以使用镍(Ni)、铜(Cu)、锡(Sn)、银(Ag)，它们的合金等的之一形成。
芯片电子元件的制备方法
图5为说明根据本发明公开的实施方式制备芯片电子元件的方法的工艺流程图。
参照图5，首先，可以在绝缘基底20的至少一个表面上形成内部线圈图案40。
对绝缘基底20没有特别的限定。例如，作为绝缘基底20，可以使用聚丙二醇(PPG)基底、铁素体基底、金属基软磁性基底等，并且绝缘基底20可以具有40至100μm的厚度。
作为形成内部线圈图案40的方法，例如，有电镀法，但是本发明公开不限于此。可以使用具有良好的导电性的金属形成内部线圈图案40。例如，可以使用银(Ag)、钯(Pd)、铝(Al)、镍(Ni)、钛(Ti)、金(Au)、铜(Cu)、铂(Pt)、它们的合金等。
通过在部分绝缘基底20中形成孔并用导电材料填充该孔以形成导通电极45，并且可以将在绝缘基底20的一个表面和另一个表面上形成的内部线圈图案40通过导通电极45相互电连接。
通过进行钻孔、激光、喷砂或者冲压过程等可以在绝缘基底20的中心部分中形成穿透绝缘基底20的通孔。
其次，可以形成覆盖该内部线圈图案40的绝缘膜30。
可以通过常规已知的方法形成绝缘膜30，例如丝网印刷法、光刻胶(PR)的曝光和显影工艺、喷涂法等，但是本发明公开并不局限于此。
随后，通过在有内部线圈图案40形成在上面的绝缘基底20的上部和下部堆叠磁性片材形成磁体50。
使用金属基软磁性材料可以形成用于制备磁性片材的磁粉。
金属基软磁性材料可以是含有选自由Fe、Si、Cr、Al和Ni组成的组中的至少一种的合金。例如，金属基软磁性材料可以包括Fe-Si-B-Cr非晶态金属微粒，但是本发明公开并不具体限制于此。
金属基软磁性材料的颗粒直径可以为0.1-30μm。
可以通过施用浆料到载体薄膜上然后在其上干燥制备磁性片材，该浆料通过将金属基软磁性材料和聚合物混合制备，聚合物例如环氧树脂、聚酰亚胺等。
在这种情况下，可以含有不饱和羧酸基聚合物作为分散剂用于有效地分散磁粉在聚合物上。
另外，磁性片材可以进一步地含有硅氧烷基共聚物。
磁性片材进一步地含有硅氧烷基共聚物，从而可以改进磁粉的滑移性能和流平性，而且可以防止贝纳德旋涡现象。
不饱和羧酸基聚合物的重均分子量可以为500-2300。
基于在磁性片材中含有的100重量份的金属基软磁性材料，磁性片材可以含有0.5-2重量份的不饱和羧酸基聚合物。
在不饱和羧酸基聚合物的含量低于0.5重量份的情况下，由于磁粉可能会因分散性和沉淀稳定性变差而结块，填充率会降低，而且磁性片材的表面粗糙度会增加，而在不饱和羧酸基聚合物的含量大于2重量份的情况下，由于在干燥或固化磁性片材时，难以保证溶剂的挥发途经，因此溶剂会被困在其中，从而使物理性能变差。
硅氧烷基共聚物的重均分子量可以为500-2300。
基于在磁性片材中的100重量份的金属基软磁性材料，磁性片材可以含有0.05-0.2重量份的硅氧烷基共聚物。
在硅氧烷基共聚物的含量低于0.05重量份的情况下，改善磁粉的滑移性能和流平性以及防止贝纳德旋涡现象的效果可能并不显著，这样可能会增加磁性片材的表面粗糙度，而在硅氧烷基共聚物的含量高于0.2重量份的情况下，由于在干燥或固化磁性片材时，难以保证溶剂的挥发途经，因此溶剂会被困在其中，从而使物理性能变差。
图6为比较金属磁性粉末浆料(e)和金属磁性粉末浆料(f)的沉淀稳定性的曲线，金属磁性粉末浆料(e)通过添加根据相关技术的乙氧基化壬基酚磷酸酯，一种磷酸基聚合物分散剂制备，金属磁性粉末浆料(f)通过添加根据本发明公开的实施方式的不饱和羧酸基聚合物和硅氧烷基共聚物作为分散剂制备。
如图6所示，在含有根据本发明公开的实施方式的不饱和羧酸基聚合物和硅氧烷基共聚物的情况下，随着时间的推移(the passage of time)，显著地降低了沉淀层的厚度的减少速度，从而改善了沉淀稳定性。
图7G-7H为使用SEM成像图7G的磁性片材的表面和图7H的磁性片材的表面获得的照片，图7G的磁性片材根据相关技术使用乙氧基化壬基酚磷酸酯，一种磷酸基聚合物分散剂制备，图7H的磁性片材通过添加根据本发明公开的实施方式的不饱和羧酸基聚合物和硅氧烷基共聚物作为分散剂制备。
如图7所示，当与通过添加根据相关技术的分散剂制备的图7G的磁性片材相比，由于均化效应(leveling effect)和贝纳德旋涡现象预防性效应作用(B nard Cell phenomenon prevention effect)，在通过添加根据本发明公开的实施方式的不饱和羧酸基聚合物和硅氧烷基共聚物作为分散剂制备的图7H的磁性片材的情况下，改善了分散性且降低了表面粗糙度。
如上所述，根据本发明公开的实施方式所制备的磁性片材可以含有不饱和羧酸基聚合物，并还可以含有硅氧烷基共聚物，从而改善了磁粉的分散性，并因此，可以改善填充率，和改善电感性能。
根据本发明公开的实施方式使用磁性片材制备的磁体50的填充率可以为80％以上。
可以通过在绝缘基底20的两个表面上堆叠磁性片材，并通过分层法(lamination method)或等静压法(isostatic pressing method)压迫所堆叠的磁性片材形成磁体50。在这种情况下，可以形成核心部分55这样可以以磁性材料填充通孔。
其次，外部电极80可以设置在磁体50的至少一个端面上，以便于与裸露在磁体50的至少一个端面的内部线圈图案40的引线端相连接。
可以使用含有具有良好的导电性的金属的胶(paste)形成外部电极80，并且该胶可以是含有例如镍(Ni)、铜(Cu)、锡(Sn)、和银(Ag)，或者它们的合金之一的导电胶。
根据外部电极80的形状，可以通过浸渍方法等，以及印刷法形成外部电极80。
根据本发明公开的前述实施方式，可以省略与上述芯片电子元件的特征重复的特征的描述。
如上所述，根据本发明公开的具体实施方式，可以同时获得磁粉颗粒的出色分散性能和沉淀的防止效应。
进一步地，可以改善磁粉的滑移性能和流平性，且可以防止贝纳德旋涡现象，从而可以降低磁性片材的表面粗糙度。
另外，随着磁粉的分散性的改善，可以改善填充率和电感。
尽管上面已显示和描述了示例性的实施方式，但做出不偏离所附权利要求限定的本发明的本质和范围的修改和变化对本领域技术人员来说是显而易见的。

Claims (18)

1.一种芯片电子元件，该芯片电子元件包括：
磁体，所述磁体包括设置在绝缘基底的至少一个表面上的内部线圈图案；和
外部电极，所述外部电极设置在所述磁体的至少一个端面上以与所述内部线圈图案的末端连接；
其中，所述磁体含有不饱和羧酸基聚合物。
2.根据权利要求1所述的芯片电子元件，其中，所述磁体还含有硅氧烷基共聚物。
3.根据权利要求1所述的芯片电子元件，其中，所述磁体还含有金属基软磁性材料。
4.根据权利要求3所述的芯片电子元件，其中，所述金属基软磁性材料的颗粒直径为0.1-30μm。
5.根据权利要求1所述的芯片电子元件，其中，所述不饱和羧酸基聚合物的重均分子量为500-2300。
6.根据权利要求2所述的芯片电子元件，其中，所述硅氧烷基共聚物的重均分子量为500-2300。
7.根据权利要求1所述的芯片电子元件，其中，基于所述磁体中含有的100重量份的金属基软磁性材料，所述不饱和羧酸基聚合物的含量为0.5-2.0重量份。
8.根据权利要求2所述的芯片电子元件，其中，基于所述磁体中含有的100重量份的金属基软磁性材料，所述硅氧烷基共聚物的含量为0.05-0.2重量份。
9.根据权利要求1所述的芯片电子元件，其中，所述磁体的填充率为80％以上。
10.一种制备芯片电子元件的方法，该方法包括：
在绝缘基底的至少一个表面上形成内部线圈图案；
在绝缘基底的上部和下部堆叠磁性片材以形成磁体，所述绝缘基底包括形成在所述绝缘基底的上部和下部的所述内部线圈图案；以及
在所述磁体的至少一个端面上形成外部电极以与所述内部线圈图案的末端连接；
其中，所述磁性片材含有不饱和羧酸基聚合物。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述磁性片材还含有硅氧烷基共聚物。
12.根据权利要求10所述的方法，其中，所述磁性片材还含有金属基软磁性材料。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述金属基软磁性材料的颗粒直径为0.1-30μm。
14.根据权利要求10所述的方法，其中，所述不饱和羧酸基聚合物的重均分子量为500-2300。
15.根据权利要求11所述的方法，其中，所述硅氧烷基共聚物的重均分子量为500-2300。
16.根据权利要求10所述的方法，其中，基于所述磁性片材中含有的100重量份的金属基软磁性材料，所述磁性片材含有0.5-2.0重量份的所述不饱和羧酸基聚合物。
17.根据权利要求11所述的方法，其中，基于所述磁性片材中含有的100重量份的金属基软磁性材料，所述磁性片材含有0.05-0.2重量份的所述硅氧烷基共聚物。
18.根据权利要求10所述的方法，其中，所述磁体的填充率为80％以上。
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