CN109698061A

CN109698061A - 线圈组件

Info

Publication number: CN109698061A
Application number: CN201811182529.4A
Authority: CN
Inventors: 李焕秀; 宋性旻; 赵润喜
Original assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Priority date: 2017-10-23
Filing date: 2018-10-11
Publication date: 2019-04-30
Anticipated expiration: 2038-10-11
Also published as: US11017926B2; CN109698061B; KR102016494B1; US20190122795A1; KR20190044980A

Abstract

本发明提供一种线圈组件。所述线圈组件包括：主体，包括线圈和密封线圈的磁性材料，线圈包括位于其两端处的引出部分；以及外电极，设置在主体的外表面上，并连接到引出部分。线圈的包括线圈的上表面、下表面和侧表面中的至少一者的外表面包括表面积增大部分。

Description

线圈组件

本申请要求于2017年10月23日在韩国知识产权局提交的第10-2017-0137677号韩国专利申请的优先权的权益，该韩国专利申请的公开内容通过引用而全部包含于此。

技术领域

本公开涉及一种线圈组件，更具体地，涉及一种能够控制自谐振频率(SRF)的功率电感器。

背景技术

随着无线电力传输技术的应用范围的扩大，改善功率放大器的效率是一个重要问题。使用主动电压控制的包络跟踪(ET)技术处于这些技术的最前沿，并且为了获得使用ET技术使能量浪费最小化的效果，期望频带的阻抗值是功率电感器中的ET输出端子处的主要性能指标。在功率电感器的情况下，随着电子器件中所需的电流值增加，越来越多地采用具有优异DC偏压特性(Isat)的金属基功率电感器。

通常，为了改变装置或应用中所需的自谐振频率(SRF)和阻抗，需要改变电感器的材料或电极的形状。然而，由于电感器的尺寸正在日益减小，所以不容易调整SRF和阻抗，并且当改变电极的材料和形状时，还需要考虑产品可靠性、安装时的固定强度等。

发明内容

本公开的一方面可提供一种具有磁珠功能并且能够控制自谐振频率(SRF)的功率电感器。

根据本公开的一方面，一种线圈组件可包括：主体，包括线圈和密封所述线圈的磁性材料，所述线圈包括位于所述线圈两端处的引出部分；以及外电极，设置在所述主体的外表面上，并连接到所述引出部分。所述线圈的包括所述线圈的上表面、下表面和侧表面中的至少一者的外表面的至少一部分包括表面积增大部分。

根据本公开的一方面，一种线圈组件可包括：主体，包括设置在所述主体的外表面上的外电极；线圈，具有引出部分，所述线圈被封闭在所述主体中使得所述引出部分电连接到相应的外电极；绝缘材料，被设置为与所述线圈的除了所述引出部分的与所述外电极接触的部分之外的外表面接触；以及接触面积增大结构，设置在所述线圈的所述外表面的至少一部分上，所述接触面积增大结构被构造为使所述线圈与所述绝缘材料之间的接触的面积增大。

附图说明

通过下面结合附图的详细的描述，将更清楚地理解本公开的以上和其它方面、特征以及其它优点，在附图中：

图1是根据本公开中的第一示例性实施例的线圈组件的示意性透视图；

图2是图1的线圈的俯视平面图；

图3是沿图1的I-I′线截取的截面图；

图4是根据图3的第一变型的线圈组件的平面图；

图5是根据图3的第二变型的线圈组件的截面图；

图6是根据本公开中的第二示例性实施例的线圈组件的示意性透视图；

图7是图6的线圈的俯视平面图；

图8是根据图6的第一变型的线圈组件的俯视平面图；

图9是根据图6的第二变型的线圈组件的俯视平面图；

图10是根据本公开中的第三示例性实施例的线圈组件的示意性透视图；

图11是根据本公开中的第四示例性实施例的线圈组件的示意性透视图；以及

图12是图11的线圈的俯视平面图。

具体实施方式

现在将参照附图详细描述本公开的示例性实施例。在附图中，为了清楚起见，可夸大或程式化组件的形状、尺寸等。

然而，本公开可以以许多不同的形式举例说明，并且不应该被解释为局限于这里所阐述的具体实施例。相反，提供这些实施例以使本公开将是彻底的和完整的，并且将向本领域技术人员充分地传达本公开的范围。

这里使用的术语“示例性实施例”不指同一示例性实施例，而是被提供为强调与另一示例性实施例的特定特征或特性不同的特定特征或特性。然而，这里提供的示例性实施例被认为能够通过整体或部分地彼此组合来实现。例如，除非这里提供相反或矛盾的描述，否则在特定示例性实施例中描述的一个元件即使没有在另一示例性实施例中描述，也可理解为与另一示例性实施例相关的描述。

在说明书中，组件与另一组件的“连接”的含义包括通过第三组件的间接连接以及两个组件之间的直接连接。此外，“电连接”意味着包括物理连接和物理断开的概念。可理解的是，当采用“第一”和“第二”提及元件时，该元件不限于此。它们仅可出于将该元件与其它元件区分开的目的，并且可不限制元件的顺序或重要性。在一些情况下，在不脱离这里所阐述的权利要求的范围的情况下，第一元件可被称为第二元件。类似地，第二元件也可被称为第一元件。

这里，在附图中确定了上部、下部、上侧、下侧、上表面、下表面等。例如，第一连接构件设置在重新分布层上方的水平面上。然而，权利要求不限于此。此外，竖直方向指上述的向上方向和向下方向，水平方向指与上述的向上方向和向下方向垂直的方向。在这种情况下，竖直截面指沿竖直方向的平面被截取的情况，并且其示例可以为附图中示出的截面图。此外，水平截面指沿水平方向的平面被截取的情况，并且其示例可以为附图中示出的平面图。

这里使用的术语仅用于描述示例性实施例，而不是限制本公开。在这种情况下，除非在上下文中另有说明，否则单数形式也包括复数形式。

在下文中，将描述根据本公开中的示例性实施例的线圈组件，但本公开不限于此。

第一示例性实施例

图1是根据本公开中的第一示例性实施例的线圈组件的示意性透视图，

图2是图1的线圈组件的线圈的俯视平面图，图3是沿图1的I-I′线截取的截面图。

参照图1至图3，根据第一示例性实施例的线圈组件100包括主体1和设置在主体1的外表面上的外电极2。

主体1形成线圈组件的整体外观。主体1包括在厚度方向T上彼此背对的上表面和下表面、在长度方向L上彼此背对的第一端表面和第二端表面以及在宽度方向W上彼此背对的第一侧表面和第二侧表面。主体1可具有基本六面体形状，但不限于此。

设置在主体1的外表面上的外电极2包括在主体1的长度方向上彼此面对的第一外电极21和第二外电极22。第一外电极和第二外电极可具有字母C的形状，但是，也可由本领域技术人员根据需要构造为L形电极或底电极。

由于外电极2将要将线圈12和外部电子组件电连接，因此外电极2可利用具有优异导电性的材料形成。外电极2可具有包括含金属环氧树脂层、含Ni层和含Sn层的多个层。

确定主体1的形状的磁性材料11将线圈密封。这里，可使用具有高磁导率的磁性材料来增强线圈组件的电感，并且可通过控制磁性材料的介电常数来调整自谐振频率(SRF)的位置。此外，磁性材料中包括的磁性粒子可具有以预定比率混合的粗粉末和细粉末，并可通过区分粒子的尺寸而具有双模态结构或三模态结构的结构。磁性材料11可包括含有金属和树脂的复合物，例如，磁性材料11可具有其中Fe-Cr-Si基非晶磁性粒子分散在环氧类聚合物基质中的结构。磁性粒子的平均粒径不受限制，但通常可控制为在大约1μm至大约3μm的范围。

主体1的外表面可选择性地绝缘(未示出)。这是因为在电源管理集成电路(PMIC)操作期间使表面绝缘以减少高频带(通常为1MHz至SRF段)中的交流电(AC)泄漏是有利的。这里，环氧类聚合物可用于表面绝缘，并且绝缘表面的厚度可为大约5μm或更大，以确保绝缘可靠性。线圈12可通过主体1的磁性材料而整体上为螺旋形。线圈12包括在其两端处将线圈12连接到外电极的引出部分12a和12b。引出部分包括连接到第一外电极21的第一引出部分12a和连接到第二外电极22的第二引出部分12b。

线圈12由支撑构件14支撑，并且任何合适的材料可用作支撑构件14的材料，而没有限制，只要其具有绝缘特性和用于支撑线圈的机械强度即可。例如，可使用覆铜层叠板(CCL)。

线圈12的表面被绝缘材料13围绕。绝缘材料不设置在线圈12的表面中的第一引出部分12a和第二引出部分12b与第一外电极21和第二外电极22接触的侧表面上。

形成绝缘材料13的方法不受限制。例如，可应用化学气相沉积(CVD)法、溅射法、层压绝缘片的方法等，而没有限制。例如，当使用CVD法时，可应用包括苝树脂的绝缘材料作为具有优异的绝缘性能和加工特性的绝缘材料，这里，本领域技术人员可根据形成绝缘体的方法来适当地选择绝缘材料。

绝缘材料13的厚度不受限制，但由于电特性值根据绝缘材料的厚度而变化，所以考虑到本领域技术人员所需的线圈组件的规格值，有必要确定绝缘材料的厚度。如果绝缘材料的厚度增加，则Ls(电感)趋于减小，但SRF以比Ls减小的速率大的速率增大。基于此，可看出的是，可通过控制绝缘材料的厚度来控制SRF值。

然而，参照下面的表1，由于特定频率的阻抗值Z也随着绝缘材料的厚度的改变而改变，因此要求适当地设定绝缘材料的厚度以使SRF特性、阻抗值、Ls值优化。表1的线圈组件的型号是2016尺寸(长度×宽度：2.0mm×1.6mm)、厚度0.8mm和电感1.0μH。

[表1]

参照表1，可看出的是，当绝缘材料的厚度为12μm时，满足阻抗规格值(在50MHz时为300Ω或更大，在100MHz时大于1500Ω或更大)。基于此，可确定当线圈的表面上的绝缘材料的厚度设定为12μm时是否满足所需的SRF值，如果满足该SRF值，则绝缘材料的厚度可设定为12μm。

参照图1至图3，多个突起3设置在线圈12的上表面上。多个突起3是用于使线圈12的上表面的表面积增大的表面积增大部分。这里，表面积增大部分指能够使其中线圈12的外表面和邻接在其上的绝缘材料彼此接触的表面积增大的组件。

多个突起3具有相对于主体1的L-W表面的圆形截面，并且整体上具有圆柱形状。考虑到本领域技术人员所需的SRF值，可仅需要确定多个突起的尺寸和数量，例如圆柱体的高度和圆形截面的截面面积。

不对形成多个突起的方法进行限制。例如，可应用化学蚀刻或机械蚀刻，而没有限制。在化学蚀刻的情况下，可在表面上重复多次用于粗糙的粗糙化(CZ处理)，并且在机械蚀刻的情况下，可应用喷砂法。

多个突起3可包括与线圈12的材料的类型相同类型的材料，或者可包括与线圈12的材料不同的材料。当多个突起3利用与线圈12的材料相同的材料形成时，例如，可应用蚀刻法。即，可通过去除预先准备的线圈12的表面的至少一部分来形成多个突起3。同时，如果多个突起3利用与线圈12的材料不同的材料形成，则多个突起3可通过如下方法形成：在形成线圈之后，通过另外施加曝光和显影来执行图案化，然后执行镀覆。

除了使线圈的表面积增大之外，多个突起3可用于通过锚固效应来增强线圈与线圈上的绝缘材料之间的结合。

同时，在图1至图3中，示出了仅在线圈12的上表面上设置多个突起。然而，多个突起也可选择性地设置在线圈12的外表面中的上表面或侧表面(最外线圈图案的侧表面)上，而没有限制。这里，不排除在线圈12的外表面中的相邻线圈图案之间的空间中的多个突起的布置，但是因为线圈图案之间的空间根据线圈组件的小型化而非常窄，因此该布置在物理上会是困难的。

由于可通过控制多个突起3的形状、尺寸和布置来调整线圈组件的SRF值的位置，因此可通过调整多个突起3的尺寸、形状、布局和数量来将SRF值的位置自由地移动到低频或高频。

尽管没有详细地示出，但多个突起3可彼此连接以形成沿着线圈12的上表面延伸的突起部分，并且，可根据期望的特性值(诸如以SRF值为例)应用其中线圈的表面上形成有突起部分以增加线圈的表面与形成在线圈的表面上的绝缘材料之间的接触面积的任何变型。

图4是根据对根据第一示例性实施例的线圈组件100的第一变型的线圈组件101的平面图。除了突起的形状之外，根据第一变型的线圈组件101与上面参照图1至图3描述的线圈组件100基本相同，因此，出于描述的目的，相同的标号用于相同的组件，并且将省略相同组件的描述。

参照图4，具有矩形截面形状的突起31设置在线圈组件101的线圈12的上表面上。考虑到期望的特性值(诸如以SRF值为例)，可适当地选择多个突起31的特定截面形状和厚度、多个突起31的截面面积的大小以及多个突起之间的布置空间。

图5是根据对根据第一示例性实施例的线圈组件100的第二变型的线圈组件102的截面图。除了突起的形状之外，根据第二变型的线圈组件102与上面参照图1至图3描述的线圈组件100基本相同，因此，出于描述的目的，相同的标号用于相同的组件，并且将省略相同组件的描述。

参照图5，突起32是针状突起。这里，针状突起可包括其中其上表面的截面面积小于其下表面的截面面积的所有形状。针状突起的最上部不一定具有尖的形状并且可是弯曲的。可通过多次重复CZ处理来形成多个突起32，但本公开不限于此。

根据上面参照图1至图5描述的线圈组件，由于多个突起布置在线圈的表面的至少一部分上，因此可容易地调节线圈组件的SRF值，从而可有利地提供适于高频区域中使用的线圈组件。

图6是根据本公开中的第二示例性实施例的线圈组件200的示意性透视图，图7是图6的线圈的俯视平面图。

参照图6和图7，线圈组件200包括主体210以及位于主体210的外表面上的第一外电极221和第二外电极222。

主体210包括线圈212和用于密封线圈的磁性材料211。

压痕(indentations)作为表面积增大部分形成在线圈212的上表面上并且从线圈212的上表面凹陷至预定深度，例如，压痕可实现为凹部230。凹部230用于增大绝缘材料213(覆盖线圈212的表面以使线圈与磁性材料211绝缘)与线圈212的表面之间的接触面积。当线圈的表面与绝缘材料之间的接触面积增大时，SRF值可增大，因此，通过凹部230来控制接触面积。然而，本公开不限于此，也可通过槽来控制接触面积。

此外，凹部230可填充有介电材料而不是绝缘材料213，并且可以为其中凹部230填充有介电材料并且绝缘材料213设置在其上的结构。

凹部230在线圈缠绕的方向上延伸。对凹部230的形成方法没有限制，但是，例如，可采用在形成线圈的过程中另外层压干膜，通过曝光和显影形成与线圈的形状对应的图案，然后对图案执行镀覆的方法。可选地，可使用通过向线圈的表面施加激光束加工来在线圈的缠绕方向上去除线圈的表面的一部分的方法。

在图6和图7中，示出了凹部仅形成在线圈的上表面上，但除了线圈的外表面中的上表面上之外，凹部也可形成在侧表面上，并且，可适当地选择凹部的宽度和深度的大小。

图8是根据对线圈组件200的第一变型的线圈组件201的俯视平面图。除了凹部的延伸方案之外，图8的线圈组件201与上面参照图6和图7描述的线圈组件200基本相同，因此，出于描述的目的，相同的标号用于相同的组件，并且将省略相同组件的描述。

参照图8，线圈组件201设置有凹部231，凹部231在线圈212的缠绕方向上延伸并且形成为在线圈212的上表面上具有曲折形状。凹部231与设置在其上的绝缘材料的接触面积大于在图7中示出的设置在线圈组件200的线圈212的上表面上的凹部230与设置在其上的绝缘材料的接触面积，从而具有用于增大SRF值的更大范围。可通过调节凹部231的曲折程度或通过控制凹部的长度或深度来增大或减小SRF值。

图9是根据对线圈组件200的第二变型的线圈组件202的俯视平面图。除了凹部的数量之外，图9的线圈组件202与上面参照图6和图7描述的线圈组件200基本相同，因此，出于描述的目的，相同的标号用于相同的组件，并且将省略相同组件的描述。

参照图9，形成在线圈组件202的线圈212的上表面上的凹部232在与线圈212的缠绕方向垂直的方向V上形成为多列。凹部232包括：第一凹部232a，与最内线圈图案相邻；以及第二凹部232b，与最外线圈图案相邻。当凹部形成为多列时，线圈212的线圈内线圈图案(in-coil coil pattern)的大线宽是有利的。这意味着容易应用具有大线宽的线圈图案的线圈组件，特别对于有利于高频的线圈组件。

图10是根据本公开中的第三示例性实施例的线圈组件300的透视图。除了线圈的引出部分中设置多个突起330之外，根据第三示例性实施例的线圈组件300与根据第一示例性实施例的线圈组件100基本相同。

由于线圈的外表面的引出部分与外电极接触，因此为了减少接触电阻，通常将线圈的外表面的引出部分的线宽调节为相对于线圈主体大。因此，由于引出部分的表面具有相对大的表面积，所以有助于将多个突起添加到引出部分的表面。

此外，当突起330形成在引出部分上时，可解决在线圈形成工艺中的作为非预期副作用的引出部分的过度镀覆的问题。在引出部分的线宽相对大的情况下，在引出部分中会频繁地发生过度的镀覆生长。这里，会发生镀覆散射缺陷，但是当形成多个突起时，可通过应用诸如蚀刻的方法以去除形成的线圈等来解决该问题。

图11是根据本公开中的第四示例性实施例的线圈组件400的示意性透视图，图12是图11的线圈组件的线圈的俯视平面图。

参照图11和图12，线圈组件400还包括位于图1的线圈组件100中的虚设电极440。虚设电极440与线圈412电分开并且物理分开，但可与外电极421和422物理接触。由于虚设电极440的一个边缘与外电极421和422接触，所以可降低外电极421和422与主体发生短路的可能性。由于虚设电极440与外电极421和422接触，因此虚设电极440可有利地包括与外电极421和422的最内侧的材料相同的材料，以增强接触特性。

虚设电极440可用作线圈412的表面积增大部分。这里，介电层的覆盖虚设电极440的表面的布置可进一步增大线圈组件400的SRF值。此外，将覆盖线圈的绝缘材料以及介电层应用于虚设电极440的表面也可增加线圈组件400的SRF值。

尽管虚设电极440被示出为包括连接到第一外电极421的第一虚设电极442和连接到第二外电极422的第二虚设电极441两者，但是本公开不限于此，而是可仅包括第一虚设电极442和第二虚设电极441中的一个。

上述线圈组件包括位于线圈的表面上的表面积增大部分以具有期望的SRF值，并且特别有利于改善高频功率电感器中的高频特性。

如上所述，根据本公开的示例性实施例，可提供容易应对高电流(Isat)、控制SRF值并且在SRF值附近具有高阻抗Z的功率电感器。

虽然以上已经示出和描述了示例性实施例，但对于本领域技术人员来说将显而易见的是，在不脱离由所附的权利要求限定的本发明的范围的情况下，可进行修改和变形。

Claims

1.一种线圈组件，包括：

主体，包括线圈和密封所述线圈的磁性材料，所述线圈包括位于所述线圈的两端处的引出部分；以及

外电极，设置在所述主体的外表面上，并连接到所述引出部分，

其中，所述线圈的包括所述线圈的上表面、下表面和侧表面中的至少一者的外表面是不平坦的。

2.根据权利要求1所述的线圈组件，其中，不平坦的所述外表面包括表面积增大部分。

3.根据权利要求2所述的线圈组件，其中，

所述线圈的所述外表面的除了与所述外电极接触的部分之外的部分被绝缘材料覆盖。

4.根据权利要求2所述的线圈组件，其中，

所述表面积增大部分设置在所述线圈的所述引出部分上。

5.根据权利要求2所述的线圈组件，其中，

所述表面积增大部分包括多个突起。

6.根据权利要求5所述的线圈组件，其中，

所述多个突起具有相同的外观，并且具有相同外观的所述多个突起被重复地布置。

7.根据权利要求5所述的线圈组件，其中，

所述多个突起具有朝向其上表面变窄的截面面积。

8.根据权利要求5所述的线圈组件，其中，

所述多个突起利用与所述线圈的材料相同的材料形成。

9.根据权利要求5所述的线圈组件，其中，

所述多个突起利用与所述线圈的材料不同的材料形成。

10.根据权利要求2所述的线圈组件，其中，

所述表面积增大部分包括从所述线圈的所述外表面凹陷的凹部。

11.根据权利要求10所述的线圈组件，其中，

所述凹部被布置为在所述线圈缠绕的方向上延伸。

12.根据权利要求10所述的线圈组件，其中，

所述凹部具有曲折形状。

13.根据权利要求10所述的线圈组件，其中，

所述凹部沿所述线圈的形状延伸。

14.根据权利要求10所述的线圈组件，其中，

所述凹部形成为多列，所述多列被布置为在与所述线圈缠绕的方向垂直的方向上彼此平行。

15.根据权利要求1所述的线圈组件，其中，

所述磁性材料包括含有金属和树脂的复合物。

16.根据权利要求1所述的线圈组件，其中，

所述主体包括虚设电极，所述虚设电极与所述线圈物理分开，并且所述虚设电极的一部分暴露于所述主体的外表面从而与所述外电极接触。

17.根据权利要求16所述的线圈组件，其中，

所述虚设电极的表面的至少一部分被绝缘材料覆盖。

18.一种线圈组件，包括：

主体，包括设置在所述主体的外表面上的外电极；

线圈，具有引出部分，所述线圈被封闭在所述主体中使得所述引出部分电连接到相应的外电极；

绝缘材料，被设置为与所述线圈的除了所述引出部分的与所述外电极接触的部分之外的外表面接触；以及

接触面积增大结构，设置在所述线圈的所述外表面的至少一部分上，所述接触面积增大结构被构造为使所述线圈与所述绝缘材料之间的接触的面积增大。

19.根据权利要求18所述的线圈组件，其中，所述接触面积增大结构包括设置在所述线圈的所述外表面上的突起。

20.根据权利要求18所述的线圈组件，其中，所述接触面积增大结构包括设置在所述线圈的所述外表面上的压痕。

21.根据权利要求18所述的线圈组件，其中，所述主体还包括与所述线圈物理分开的虚设电极，

其中，所述虚设电极的一部分暴露于所述主体的外表面，从而与所述外电极接触。