CN105321675A - 感应元件 - Google Patents

Abstract

提出了一种感应元件，具有非导电的基底(12；42)和导电的、至少逐段地环绕所述基底(12；42)的绕组(14)，其中，通过薄膜技术将所述绕组(14)至少逐段地涂敷到所述基底(12；42)上，其特征在于，所述基底(12；42)完全由软磁性的铁氧体材料组成，或者含有分布在基底的整个体积中的软磁性的铁氧体材料。

Description

感应元件

技术领域

本发明涉及一种感应元件，其具有非导电的基底和导电的、至少逐段地环绕所述基底的绕组，其中，通过薄膜技术将绕组至少逐段地涂敷到基底上。

背景技术

美国公开文献US2005/0093669A1公开了一种具有逐段地通过薄膜技术涂敷的绕组的感应元件。绕组一方面包括通过薄膜技术涂敷在基底的正面和背面的连接条，另一方面包括填充有导电材料的孔，这些孔从基底的顶面向底面延伸。被填充的孔和连接条在整体上产生绕组。

在基底本身内设置横截面为矩形的通孔，将可磁化的芯部插入到该通孔内。然后在插入芯部之后对用于制成绕组的连接条进行涂敷。

欧洲专利文献EP0727771B1披露了一种感应元件，该感应元件通过薄膜技术被安置在非导电的基底上。首先在非导电的基底上涂敷带有多个电导线的第一层，这些电导线均构成绕组的一部分。然后在具有多个导线的层上涂敷可磁化的层，该层在以后形成绕组的芯部。在可磁化的层上涂敷具有多个导线的另一层。于是，在位于可磁化材料下面的导线层和位于可磁化材料上面的导线层接触之后，就产生了逐段地环绕可磁化材料的绕组。

发明内容

采用本发明会改善感应元件。

根据本发明，在此提出一种感应元件，其具有非导电的基底和导电的、至少逐段地环绕所述基底的绕组，其中，通过薄膜技术将绕组至少逐段地涂敷到基底上，其中，基底完全由软磁性的铁氧体材料组成，或者含有在基底的整个体积中分布的软磁性的铁氧体材料。

根据本发明，基底自身由软磁性的铁氧体材料组成，或者含有在基底的整个体积中分布的软磁性的铁氧体材料，由此可以采用少的方法步骤进而更加成本低廉地制造本发明的感应元件。令人意想不到的是，可以在由软磁性的铁氧体材料制成的基底上，或者在具有分布于基底的整个体积内的软磁性的铁氧体材料的基底上，通过薄膜技术安置至少逐段地环绕基底的绕组。这恰恰在对导电层电镀沉积时在以前不可预料。由此，采用本发明提供了通过薄膜技术制造的令人意想不到地十分简化的感应元件。

在本发明的改进方案中，基底被构造为板状。

在本发明的改进方案中，基底在两个对置的侧面上分别开设有多个槽，这些槽从基底的顶面向底面延伸并且被设置用于容纳绕组区段。

替代地，在本发明的改进方案中，基底可以开设有多个从基底的顶面向底面穿透的孔，这些孔被设置用于容纳绕组区段。

在本发明的改进方案中，基底由其中被埋入软磁性的铁氧体材料颗粒的环氧树脂组成。

在本发明的改进方案中，基底是板状的，并且其厚度在20微米和300微米之间。

在本发明的改进方案中，具有绕组的基底被布置在由塑料、铁氧体或LTCC-陶瓷制成的壳体内。

低温共烧陶瓷称为LTCC-陶瓷，缩写LTCC表示“LowTemperatureCofiredCeramics(低温共烧陶瓷)”。

在本发明的改进方案中，绕组具有通过薄膜技术涂敷的导线区段，其中，在两个印制导线区段之间设置有塑料层。

采用这种方式会降低在印制导线区段之间发生短路的风险。

在本发明的改进方案中，绕组至少部分地由电镀沉积的金属特别是由铜组成。

令人意想不到的是，包括对金属进行电镀沉积的薄膜工艺还可以在完全由软磁性的铁氧体材料组成的基底上实现，或者在包含分布于基底的整个体积内的软磁性的铁氧体材料的基底上实现。对金属进行电镀沉积提供了具有低电阻的高质量的金属层。

制造或加工不同材料如金属的、介电的和半导线的材料的薄层称为薄膜技术。这些层的厚度通常在几个微米到几个纳米的范围内。在基底上大多全面地采用物理的和化学的气相沉积(PVD例如热蒸镀或溅射或CVD)对层进行沉积。接下来可以对这些层进行其它加工处理，尤其包括后处理如对层的温度调节、再结晶或掺杂，还包括有针对性地如通过蚀刻或借助化学-机械抛光去除材料。还对这些层进行结构化，即在一些位置有针对性地去除层材料或者根本就不涂敷层材料。结构化可以通过在半导线技术中常见的光刻术(光刻胶、掩膜、曝光、蚀刻工艺等)进行，或者直接通过激光-或电子束加工来进行。通常还借助于电子束进行电阻的比较，例如针对于印制导线，由此可以达到最高的精度。重要的是，薄膜技术包括用来涂敷层的过程，同样包括用来完全地或部分地刻蚀这些层的过程。如所述，使用化学气相沉积法(CVD)、物理气相沉积法(PVD)以及还使用电镀法。此外，同样如已述，还使用蚀刻法和刻蚀法。

附图说明

本发明的其它特征和优点由权利要求书和结合附图对本发明的优选的实施方式进行的下述说明得出。不同实施方式的各个特征在此可以以任意方式彼此组合，而不超出本发明的范围。在附图中：

图1为从斜上方看根据第一实施方式的本发明的感应元件的视图，

图2为图1的感应元件的正视图，

图3在俯视图中示出了图1的感应元件的视图，

图4为从斜上方看图1的感应元件的基底的视图，

图5为图4的基底的正视图，

图6为图4的基底的俯视图，

图7为从斜上方看根据第二实施方式的本发明的感应元件的视图，

图8为图7的感应元件的正视图，

图9在俯视图中示出了图7的感应元件，

图10从斜上方示出了图7的感应元件的基底，

图11为图10的基底的正视图，

图12在俯视图中示出了图10的基底，

图13为在制造图1的感应元件时的制造步骤的示意图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明第一实施方式的感应元件10。这些感应元件也被称为存储节制器(Speicherdrossel)。这些存储节制器的电感值较小，通常在几个纳亨(nH)到几个微亨(μH)的范围内。

感应元件10具有基底12和至少逐段地环绕基底的绕组14。感应元件10的磁性的芯部由基底12构成，对感应元件10的整体制造也在所述基底上进行。基底12由铁氧体材料组成。为了感应元件或存储节制器的目的，使用软磁性的铁氧体材料。因为基底12自身完全由软磁性的铁氧体材料组成，不必再在一个或多个附加的步骤中涂敷对于感应元件或存储节制器的功能所需要的可磁化的材料。

基底12利用薄的铁氧体材料构造成为板状。基底12的厚度通常在20微米和50微米之间的范围内。替代于使用软磁性的铁氧体材料作为基底12，基底12还可以由环氧树脂组成，其中，在环氧树脂内含有沿着基底12的整个体积分布的软磁性的铁氧体材料。在环氧树脂材料硬化之前，铁氧体材料颗粒被均匀地分布在环氧树脂的体积内。于是，在硬化之后就得到了板状的环氧树脂基底，由于含有铁氧体材料颗粒，该环氧树脂基底可磁化，并且可以用作为线圈或存储节制器的芯部。

如图1所示，绕组14由总共六个在基底12的顶面上的印制导线16、总共十四个敷镀通孔(Durchkontaktierung)18以及总共七个在基底12的底面上的印制导线20组成，所述顶面上的印制导线相对于基底12的侧边稍微倾斜，所述敷镀通孔经由基底12内的通孔从其顶面向其底面延伸，所述底面上的印制导线平行于基底的端边延伸。在图1的实施例中，绕组起始于基底12顶面上的第一连接点22，然后利用敷镀通孔经由基底12内的通孔延伸到基底12的底面上。在那里，印制导线20使绕组继续延伸。然后，绕组借助于敷镀通孔18之一再次横穿基底12。然后，在基底12的顶面上，绕组借助于在图1右面的、稍微倾斜延伸的印制导线16继续延伸，该印制导线在基底12的顶面上终止于跟第一连接点22相邻的敷镀通孔18。

然后，绕组相应地继续延伸，并终止于在图1左上方的第二连接点24。因为基底12本身由软磁性的铁氧体材料组成，所以基底12就构成了磁性的芯部，并且绕组14连同基底12一起构成感应元件或者所谓的存储节制器。

在制好状态下，特别地使用塑料充填导线16、20之间的间隙，于是就使得感应元件10具有方形形状。然后还要将感应元件10嵌入到未示出的壳体内。

图2所示为感应元件10的正视图。在基底12区域内的本身看不见的敷镀通孔18用虚线表示。以相距基底12的顶面或底面小的间距来表示在基底12顶面上的印制导线16和在基底12底面上的印制导线20。每个同样通过薄膜技术制造的塑料层26或28都位于印制导线16和印制导线20之间。

在图3的俯视图中可看到基底12以及在基底12的顶面上稍微倾斜于基底12的边缘延伸的印制导线16。在基底12的底面上平行于基底12的端边延伸的印制导线20仅用虚线表示。

图4示出了在借助于薄膜技术涂敷绕组14之前的基底12。可以看到：基底12包括两排孔或导孔(Vias)30，其中，总共有七个孔30布置得平行于基底12的位于图4上方的纵边，并且七个孔30与基底12的布置在图4左下方的纵边相邻。如已述，每个孔30都填充有导电的材料、特别是金属，以便形成敷镀通孔18，参见图1。

在图5的正视图中，这些孔30本身都不可见，因而仅用虚线表示。图6将有规律地布置的孔30分成平行于基底12的侧边且彼此等间距的两并排。

这些孔30例如都可以采用激光方法产生。但是，它们例如也可以通过喷砂法、等离子体法或离子射线法或者还可以通过湿化学蚀刻法来制造。

图7示出了根据本发明的另一实施方式的感应元件40。感应元件40与图1的感应元件10十分相似地构造，所以接下来仅阐述区别。感应元件40具有被构造为板形的基底42，但是，不同于图1的感应元件10的基底12，在纵边上没有敷镀通孔或孔30，而是仅具有槽，也参见图10。绕组14与感应元件10的绕组14相一致地构造，并且由总共十四个敷镀通孔18组成，敷镀通孔中的每两个都通过在基底的顶面上的导线16或通过在基底的底面上的导线20相连接。

在图10和12中可以十分清晰地看到的在基底42的两个纵边上的槽44还可以采用与在图1至4的基底12中的孔30相同的方法产生。但是替代地，在槽44的情况下还可以采用精细且准确的磨切工艺(Trennschleifprozess)来制得这些槽。

通过电镀沉积铜或另一种导电的金属材料例如银或铝对孔30或槽44进行填充。但是，为了制得敷镀通孔18，这些孔30或槽44例如还可以用导电的粘接剂或者具有金属颗粒的环氧树脂制成。

借助于图13要对用于制造图1的感应元件10或图7的感应元件40的各种不同的方法步骤进行详述。

在第一步骤A中，如所述例如采用湿化学蚀刻法来制造基底12内的孔30。

在步骤B中，电镀地给基底12内的孔30填充铜或另一种金属。如所述，还可以使用另一种填充技术，以便在孔30的内部产生敷镀通孔18的一部分。应当指出，在步骤B结束后，对这些孔30适当填充，使得填充物相对于基底12的顶面或底面总是齐平地延伸。

在步骤C中，在基底12的顶面进行光刻胶-掩膜，以便产生用于接下来的电镀沉积的形状。

然后，在步骤D中进行该电镀沉积，在该步骤中，利用光刻胶-掩膜从已经在这些孔30中产生的填充物的顶面起对铜或另一种金属进行限制。

在步骤E中再把光刻胶-掩膜去除。敷镀通孔18的上面部分现在凸出于基底12的顶面。

在步骤F中，对敷镀通孔18的顶部之间的间隙以及在敷镀通孔18和基底的侧边之间的间隙填充塑料层。在此，例如可以使用聚酰亚胺，如图13中所示。替代地，还可以使用环氧树脂。于是，在步骤F结束之后，敷镀通孔18的顶面就与聚酰亚胺层46的顶面齐平。

在步骤G中涂敷另一光刻胶-掩膜，以便形成用于接下来对位于基底顶面上的导线16进行电镀沉积的形状。

在步骤H中，再次电镀沉积铜或另一金属层，以便由此形成位于基底顶面上的导线16。在步骤H之后，绕组14就制完了略多于一半。还缺少敷镀通孔18的底部以及位于基底12的底面上的导线20。

在步骤H之后，又在步骤I中去除光刻胶-掩膜。

然后，在步骤J中将位于基底12顶面上的导线16埋入到塑料特别是聚酰亚胺或环氧树脂中。这样一来，同时也填充了位于基底12的顶面上的导线16之间的间隙。

图1至3或7至9不包含在导线16之间或在导线20之间的塑料层，以便可以更清楚地示出绕组14的延伸走向。

在步骤J之后结束对在基底12的顶面上的绕组的制造。现在，在基底12的第二侧面上制造绕组14，其中，在此重复进行步骤C至J，这些步骤将不予赘述。

在制造过程结束时会产生一种如在步骤K中所示的结构，即如在图1中所示的感应元件10。但是，如已述，在图1中省去了多个在图13的步骤K中示出的塑料层或聚酰亚胺层。

接下来，还要将如步骤K中所示的感应元件10放入到壳体内。壳体同样可以由铁氧体材料或者由LTCC-陶瓷组成。替代地，也可以对感应元件10浇注塑料。

根据本发明的感应元件10、40或存储节制器具有十分小的空间需求、特别是十分小的高度。它们在DC-DC-变流器中例如可以用在移动便携式设备如书写板、智能手机或电脑内。

Claims (9)

1.一种感应元件，具有非导电的基底(12；42)和导电的、至少逐段地环绕所述基底(12；42)的绕组(14)，其中，通过薄膜技术将所述绕组(14)至少逐段地涂敷到所述基底(12；42)上，其特征在于，所述基底(12；42)完全由软磁性的铁氧体材料组成，或者含有分布在基底的整个体积中的软磁性的铁氧体材料。

2.按照权利要求1所述的感应元件，其特征在于，所述基底(12；42)被构造为板状。

3.按照权利要求1或2所述的感应元件，其特征在于，所述基底(12)开设有多个从基底(12)的顶面向底面穿透的孔(30)，所述孔被设置用于容纳绕组区段。

4.按照权利要求1或2所述的感应元件，其特征在于，所述基底(42)在两个对置的侧面上分别开设有多个槽，所述槽从所述基底的顶面向底面延伸并且被设置用于容纳绕组区段。

5.按照上述权利要求中至少一项所述的感应元件，其特征在于，所述基底(12；42)由环氧树脂组成，在所述环氧树脂中埋入软磁性的铁氧体材料颗粒。

6.按照上述权利要求中至少一项所述的感应元件，其特征在于，所述基底(12；42)是板状的，并且具有在20微米和300微米之间的厚度。

7.按照上述权利要求中至少一项所述的感应元件，其特征在于，具有绕组(14)的基底(12；42)被布置在由塑料、铁氧体或LTCC-陶瓷(低温共烧陶瓷)制成的壳体内。

8.按照上述权利要求中至少一项所述的感应元件，其特征在于，所述绕组(14)具有通过薄膜技术涂敷的印制导线区段(16、20)，其中，在两个印制导线区段(16、20)之间设置有塑料层。

9.按照上述权利要求中至少一项所述的感应元件，其特征在于，所述绕组(14)至少部分地由电镀沉积的金属特别是铜、铝或银组成。