CN109903975A

CN109903975A - 线圈组件

Info

Publication number: CN109903975A
Application number: CN201811249971.4A
Authority: CN
Inventors: 文声敏; 金澈淳; 金愉钟; 金东珉; 崔令到; 许泰宁
Original assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Priority date: 2017-12-11
Filing date: 2018-10-25
Publication date: 2019-06-18
Anticipated expiration: 2038-10-25
Also published as: US20190180927A1; US11348723B2; CN109903975B; KR101973448B1

Abstract

提供了一种线圈组件。所述线圈组件包括主体和外电极，所述主体包括：支撑构件，包含通孔；第一绝缘层，被所述支撑构件支撑，并包括第一开口部；第二绝缘层，设置在所述第一绝缘层上，并包括第二开口部；以及线圈，包括填充在所述第一开口部和所述第二开口部中的线圈图案，所述外电极设置在所述主体的外表面上。

Description

线圈组件

本申请要求于2017年12月11日在韩国知识产权局提交的第10-2017-0169388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，涉及一种有利于高电感和小型化的薄膜型功率电感器。

背景技术

根据信息技术(IT)的发展，设备已经迅速小型化和纤薄化。因此，对小且纤薄的装置的市场需求已经增加。

顺应于技术趋势，第10-1999-0066108号韩国专利特开公布提供了一种功率电感器，所述功率电感器包括具有通路孔(via hole)的板以及设置在板的两个表面上且通过板的通路孔彼此电连接的线圈，从而致力于提供一种包括具有均匀的和高的高宽比的线圈的电感器。

发明内容

本公开的一方面可提供一种能够通过使电感器中的线圈图案具有细线宽而同时改善小型电感器的诸如Rdc特性等的电特性和可靠性的线圈组件。

根据本公开的一方面，线圈组件可包括主体和外电极，所述主体包括：支撑构件，包括通孔；第一绝缘层，由所述支撑构件支撑，并与所述支撑构件的一个表面或另一表面接触；第二绝缘层，与所述支撑构件的一个表面或另一表面接触，并包括第一开口部和第二开口部；以及线圈，包括填充在所述第一绝缘层之间的线圈图案，并具有利用多个层组成的堆叠层，所述外电极设置在所述主体的外表面上。所述第一开口部可填充有所述第一绝缘层，所述第二开口部可填充有所述线圈图案。

一种线圈组件包括主体以及外电极。所述主体包括：支撑构件，包括通孔；第一绝缘层，由所述支撑构件支撑，并包括第一开口部；第二绝缘层，由所述支撑构件支撑并设置在所述第一绝缘层的侧表面上，并包括第二开口部；以及线圈，包括填充在所述第一开口部和所述第二开口部中的线圈图案。所述外电极设置在所述主体的外表面上。所述线圈图案具有与所述支撑构件接触的下表面的线宽比与所述下表面相对的上表面的线宽窄的T形截面，并具有利用多个层组成的堆叠结构。所述多个层包括与所述支撑构件接触的薄膜导体层，所述薄膜导体层延伸到所述第二开口部的整个下表面以及所述第二开口部的两个侧表面的至少一部分。

一种线圈组件包括主体和外电极。所述主体包括：支撑构件；第一绝缘层，从所述支撑构件延伸；第二绝缘层，从所述支撑构件延伸，并分别覆盖所述第一绝缘层的下部；以及线圈图案，填充所述第一绝缘层的上部之间的空间和所述第二绝缘层之间的空间。所述外电极设置在所述主体的外表面上，并电连接到所述线圈图案。所述线圈图案与所述第一绝缘层的所述上部直接接触，并通过所述第二绝缘层与所述第一绝缘层的所述下部分开。

附图说明

通过以下结合附图的详细的描述，本公开的以上和其它方面、特征和优点将被更清楚地理解，在附图中：

图1是根据本公开中的示例性实施例的线圈组件的透视图；

图2是沿图1的线I-I'截取的截面图；

图3是图1和图2中示出的线圈组件的第一变型示例的截面图；以及

图4是图1和图2中示出的线圈组件的第二变型示例的截面图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图详细地描述本公开的示例性实施例。

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，但不必限于此。

图1是根据本公开中的示例性实施例的线圈组件的示意性透视图，图2是沿图1的线I-I'截取的截面图。

参照图1和图2，线圈组件100可包括主体1和外电极2。外电极2可包括具有彼此不同极性的第一外电极21和第二外电极22。

主体1可形成线圈组件100的外部，主体1可具有在厚度(T)方向上彼此相对的上表面和下表面、在长度(L)方向上彼此相对的第一端表面和第二端表面以及在宽度(W)方向上彼此相对的第一侧表面和第二侧表面，并且主体1可具有大致六面体的形状。

主体1可包含具有磁性质的磁性材料11，本领域技术人员可根据目的适当地选择磁性材料。例如，磁性材料可以是铁氧体或者金属磁性颗粒分散于树脂中的金属树脂复合材料。

线圈组件100的线圈部120可被磁性材料11包封，并包括支撑构件121、堆叠在支撑构件121上的第一绝缘层122和第二绝缘层123以及线圈图案124。

支撑构件121可以是利用绝缘树脂形成的绝缘基板。可使用热固性树脂(诸如环氧树脂)、热塑性树脂(诸如聚酰亚胺)以及其中将诸如玻璃纤维或无机填料的增强材料浸渍在热固性树脂或热塑性树脂中的树脂(例如，半固化片、味之素积聚膜(ajinomoto build-up film)(ABF)、FR-4、双马来酰亚胺三嗪(BT)树脂、可光成像介电(PID)树脂等)作为绝缘树脂。支撑构件121可具有薄的厚度，使得线圈图案124的厚度可在线圈组件100的有限厚度内增大。例如，支撑构件121的厚度可为大于等于大约10μm且小于60μm。

支撑构件可包括通孔(through-hole)H和位于通孔H附近的通路孔V。通孔可填充有磁性材料11，通路孔V可填充有导电材料。原因是通孔H是用于增强由线圈产生的磁通量的空间，通路孔V是用于将位于支撑构件121上的上线圈图案和位于支撑构件121之下的下线圈图案彼此电连接的空间。

第一绝缘层122可与支撑构件121的一个表面和另一表面接触。第一绝缘层122可以是用于使相邻的线圈图案彼此绝缘的构造，并在线圈图案124的镀覆生长中用作镀覆生长引导件。第一绝缘层122可包含永久型光敏绝缘树脂。原因可以是易于在支撑构件上层叠用于形成绝缘层的一个或更多个片型绝缘树脂，并且易于使用曝光和显影的方法来使层叠的片型绝缘树脂图案化，以具有具备期望的形状的线圈图案。本领域技术人员可对第一绝缘层122的线宽和厚度进行适当地选择。然而，根据线圈图案的高的高宽比，第一绝缘层122可具有优选地大于等于100μm且小于等于300μm的厚度，为了在线圈组件100的有限尺寸内增加线圈图案124的匝数，第一绝缘层122的线宽不超过15μm，并且考虑到工艺，可优选地为大于等于5μm。

相对于第二绝缘层123的上表面，第一绝缘层122可被划分为在等于或低于第二绝缘层123的上表面的位置处的支撑部122b以及在高于第二绝缘层123的上表面的位置处的分隔部122a。支撑部122b和分隔部122a可仅基于第二绝缘层的上表面而被第二绝缘层的上表面的位置划分，但实际上，支撑部122b和分隔部122a可利用相同的材料形成，使得支撑部122b与分隔部122a之间的单独的界面不被必然地观察到。

支撑部122b可完全填充第二绝缘层123的第一开口部123h1，并基本具有支撑部122b插设到第二绝缘层123的第一开口部123h1中的结构。

在图2中，支撑部122b的线宽W1和分隔部122a的线宽W2可彼此基本相等。尽管未示出，但是在一些情况下，线宽相对厚的部分可形成在支撑部122b与分隔部122a之间的边界中，这是在工艺中由本领域技术人员确定的，但不是必需的。

第二绝缘层123可设置在第一绝缘层的支撑部的两个侧表面处。第二绝缘层123可由支撑构件121支撑，并用于支撑第一绝缘层122。这里，第二绝缘层123可支撑第一绝缘层122，这意味着第二绝缘层123可使第一绝缘层122的设置稳定，以防止在工艺期间或使用中发生第一绝缘层122从支撑构件121倾斜或层离的问题。如上所述，由于第一绝缘层122具有相对高的高宽比，因此第一绝缘层122不被支撑构件121稳定地支撑，使得可能发生诸如倾斜、翘曲或层离等的问题。在此情况下，如果第一绝缘层122不用于使相邻的线圈图案彼此适当地绝缘，则可能发生线圈图案的短路缺陷。然而，在根据本公开的线圈组件100中，由于第一绝缘层122的支撑部122b的两个侧表面与第二绝缘层123接触，因此可减少诸如第一绝缘层的倾斜、翘曲或层离的问题。

由于第二绝缘层123用于帮助将第一绝缘层122稳定地支撑在支撑构件121上，并且用于扩展支撑构件121与第一绝缘层122之间的接触面积，因此第二绝缘层123可利用具有绝缘性质的绝缘树脂形成。

第二绝缘层123可包括用于插设第一绝缘层122的支撑部122b的第一开口部123h1以及用于填充线圈图案124的第二开口部123h2。第一开口部123h1和第二开口部123h2两者可具有与线圈图案124的整体形状(例如，通过将具有彼此不同曲率半径的圆圈缠绕若干次而形成的螺旋形状)对应的形状。

第一开口部123h1的线宽可基本等于第一绝缘层122的线宽，第二开口部123h2可形成为具有比线圈图案124的宽度窄的宽度。

同时，本领域技术人员可适当地选择第一开口部123h1和第二开口部123h2的侧表面与支撑构件121的一个表面或另一表面之间的角度。考虑到第一绝缘层122填充在第一开口部123h1中并且导电材料填充在第二开口部123h2中，第一开口部123h1和第二开口部123h2可形成为具有在朝向支撑构件121的方向上减小的线宽。

因此，作为第二绝缘层123的材料，可使用任何材料而没有限制，只要所述材料具有绝缘性质和合适水平的刚性即可，但是需要在第二绝缘层123中形成第一开口部123h1和第二开口部123h2，可优选地选择具有优异的加工性以及绝缘性质的材料。例如，第二绝缘层123可利用PID树脂或ABF膜形成。在此情况下，为了在线圈组件100的整个厚度内相对地增加线圈图案124的厚度和包封线圈图案124的磁性材料11的厚度，第二绝缘层123可形成为具有薄的厚度，例如，大于等于大约5μm且小于等于20μm，但不限于此。

填充在相邻的第一绝缘层122之间和第二绝缘层123的第二开口部123h2中的线圈图案124可具有下表面的线宽比上表面的线宽窄的T形截面。原因是线圈图案的下部填充在第二绝缘层123之间，并且线圈图案的上部填充在第一绝缘层122之间，但是由于第二绝缘层123是支撑第一绝缘层122的两个侧表面的绝缘层，因此相邻的第二绝缘层123之间的宽度比相邻的第一绝缘层122之间的宽度窄。

线圈图案124可具有利用多个层组成的堆叠结构。线圈图案中包括的所有的多个层可包含导电材料。线圈图案124的与支撑构件接触的最下层可以是薄膜导体层1241。在此情况下，薄膜导体层1241可与第二绝缘层123的第二开口部的两个侧表面的至少一部分和第二绝缘层123的第二开口部的整个下表面接触。形成薄膜导体层1241的方法不受限制，但是为了工艺的方便，可优选地使用化学镀铜法。更具体地，可采用在制备其上设置有具有预定的开口部(对应于第二开口部)的第二绝缘层的支撑构件并在支撑构件的整个暴露表面上执行化学镀铜之后利用蚀刻仅保留薄膜导体层的形状的方法，但是形成薄膜导体层1241的方法不限于此。

由于薄膜导体层1241连续地形成在第二绝缘层123的彼此相对的侧表面和支撑构件121的连续地连接到第二绝缘层123的上表面上，因此不存在将在通过第二绝缘层123和支撑构件121形成的边缘部分中产生线圈图案124的空隙的风险。

可使用任何材料作为薄膜导体层1241的材料，只要所述材料具有优异的导电性即可。例如，薄膜导体层可包含Cu。

薄膜导体层1241的暴露表面可被线圈图案124的基体层1242包围。这里，暴露表面可表示薄膜导体层1241的不与第二绝缘层123或支撑构件121接触的表面。基体层1242的材料可与薄膜导体层1241的材料相同或不同。即，本领域技术人员可适当地选择基体层1242的材料，只要所述材料具有优异的导电性即可。基体层1242可嵌在第二绝缘层123的第二开口部123h2中。

基体层1242的上表面可以是完成蚀刻处理的表面。即，为了工艺的方便，在以比需要的厚度厚的厚度执行对基体层的镀覆之后，可蚀刻基体层的镀层的上部，使得可防止相邻的线圈图案之间的短路。然而，在镀覆基体层1242时，当本领域技术人员以不发生相邻的基体层之间的短路的厚度执行镀覆时，不需要执行单独的蚀刻处理。

基体层1242可基本用作用于线圈图案124的设置在基体层1242上的镀层1243的种子层。

同时，线圈组件100的支撑构件121中的通路孔V可填充有薄膜导体层1241和基体层1242。薄膜导体层1241可设置在通路孔V附近，以连接直至通路孔V的整个内侧表面以及支撑构件121的连接到通路孔V的上表面和下表面。基体层1242可填充通路孔V的包括通路孔V的中央部分的区域，该区域不填充有薄膜导体层1241。可通过填充在通路孔V中的薄膜导体层1241和基体层1242的结构来改善过孔(via)的可靠性。在一些情况下，通常在通路孔中填充Cu材料之后，可在通路孔的上表面和下表面上设置单独的涂覆层。然而，在此情况下，可能发生过孔与连接到过孔的涂覆层之间的层离。然而，由于在线圈组件100中，仅一种基体层1242形成直至穿透通路孔V的区域以及从通路孔V延伸的上区域和下区域，因此不存在将发生诸如上述层离等的问题的风险。

镀层1243可设置在基体层1242上，线圈图案124的高宽比可基本通过镀层1243的高宽比确定。由于镀层1243设置在相邻的第一绝缘层122之间，并且使用第一绝缘层122作为引导件而生长，因此当镀层1243在厚度方向上生长时，可有效地控制镀层1243在宽度方向上的生长，使得可稳定地增加线圈图案124的高宽比。

镀层1243可生长直至等于或低于第一绝缘层122的上表面的位置。原因是当镀层的上表面高于第一绝缘层的上表面时，可能增加将发生相邻的线圈图案之间的短路的风险。

还可在镀层1243的上表面上设置第三绝缘层125，以使线圈图案124与诸如包封线圈图案124的磁性材料11的包封件彼此绝缘。第三绝缘层125的厚度不受限制，只要第三绝缘层125可执行如上所述的绝缘功能即可，但是第三绝缘层125的厚度可为大于等于1μm且小于等于30μm。当第三绝缘层125具有比1μm薄的纳米级厚度时，第三绝缘层125在使用中或在制造工艺期间将被损坏的风险可能显著地增加，并且在控制厚度的均匀性方面存在限制。相反，第三绝缘层125的厚度比30μm厚，这对于低轮廓线圈组件中的线圈图案的高的高宽比和磁性材料的高填充率是不利的。

参照图2，第三绝缘层125可具有层叠绝缘片的形状。第三绝缘层可利用具有绝缘性质的绝缘树脂或磁性树脂形成，由于第三绝缘层125是用于使线圈图案124与磁性材料11之间绝缘的构造，因此本领域技术人员可根据需要设定第三绝缘层125的合适的厚度。第三绝缘层125的两个端部可与第二绝缘层123的最内侧表面和第二绝缘层123的最外侧表面布置在同一线上，但是如果必要，第三绝缘层125的两个端部中的至少一个端部可形成为比第二绝缘层123的最内侧表面或最外侧表面进一步突出。

图3是根据图1和图2中示出的线圈组件的第一变型示例的线圈组件200的截面图。由于图3的线圈组件200与图1和图2的线圈组件100对于第三绝缘层的结构是不同的，因此将主要描述第三绝缘层的结构，并且将省略重叠构造的技术描述。

参照图3，线圈组件200的第三绝缘层225可形成为包围最外第二绝缘层的外侧表面、线圈图案的上表面、第二绝缘层的上表面以及支撑构件。这将进一步增强线圈组件的绝缘性质，形成第三绝缘层225的具体方法不受限制，但是第三绝缘层225可通过绝缘树脂的化学气相沉积(CVD)来形成。

另外，尽管未具体示出，但是为了增大磁性材料在磁芯的中央的填充率，在去除最内第一绝缘层和第二绝缘层之后，第三绝缘层可在没有插设第一绝缘层和第二绝缘层的情况下形成为与最内线圈图案的内侧表面接触。在此情况下，去除最内第二绝缘层的方法不受具体限制，在形成支撑构件的通孔的同时，可去除与通孔相邻的最内第二绝缘层。

本领域技术人员可适当地选择第三绝缘层225的具体厚度。然而，当厚度比1μm薄时，可能难以在工艺中将纳米级的绝缘层控制为均匀的，当第三绝缘层225的厚度比10μm厚时，可填充磁性材料的空间可能减小。因此，第三绝缘层的厚度可优选地为大于等于1μm且小于等于10μm。

图4是根据图1和图2中示出的线圈组件的第二变型示例的线圈组件300的截面图。由于除了第一绝缘层的截面形状之外，图4的线圈组件300与图1和图2的线圈组件100相同，因此将主要描述第一绝缘层的截面形状。另外，为了便于解释，将省略与上述线圈组件100的构造重叠的线圈组件300的构造的详细描述。

参照图4，第一绝缘层322的支撑部322a和分隔部322b可具有彼此不同的线宽。支撑部322a的线宽W3可比分隔部322b的线宽W4宽。支撑部322a的线宽可由第二绝缘层的第一开口部的线宽确定，可通过使第一绝缘层图案化来设置具有较高的高宽比的第一绝缘层，使得分隔部322b的线宽比支撑部322a的线宽薄。由于第一绝缘层的高宽比增大，由支撑构件支撑的第一绝缘层的稳定性降低，因此在增大第一绝缘层的高宽比方面存在限制。然而，由于可通过使由第二绝缘层支撑的第一绝缘层的支撑部具有足够的线宽来充分地确保由支撑部支撑的第一绝缘层的稳定性，因此第一绝缘层的分隔部可形成为具有薄的线宽，这有利于确保高的高宽比。另外，可通过使第一绝缘层的分隔部在线圈组件的有限尺寸内具有薄的线宽来确保相邻的第一绝缘层之间的较宽的空间，使得线圈图案的匝数可增加。

如上所阐述的，根据本公开的示例性实施例，可提供包括具有高的高宽比的线圈图案的低轮廓线圈组件。

尽管以上已经示出并描述了示例性实施例，但是对于本领域技术人员将明显的是，在不脱离如由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下，可做出修改和变形。

Claims

1.一种线圈组件，包括：

主体，所述主体包括：支撑构件，包括通孔；第一绝缘层，由所述支撑构件支撑，并包括第一开口部；第二绝缘层，由所述支撑构件支撑并设置在所述第一绝缘层的侧表面上，并包括第二开口部；以及线圈，包括填充在所述第一开口部和所述第二开口部中的线圈图案；以及

外电极，设置在所述主体的外表面上，

其中，所述线圈图案具有与所述支撑构件接触的下表面的线宽比与所述下表面相对的上表面的线宽窄的T形截面，并具有利用多个层组成的堆叠结构，并且

所述多个层包括与所述支撑构件接触的薄膜导体层，所述薄膜导体层延伸到所述第二开口部的整个下表面以及所述第二开口部的两个侧表面的至少一部分。

2.根据权利要求1所述的线圈组件，其中，所述多个层还包括基体层，所述基体层包含导电材料，并设置在所述线圈图案的所述薄膜导体层上。

3.根据权利要求2所述的线圈组件，其中，所述基体层嵌在所述第二绝缘层的所述第二开口部中。

4.根据权利要求1所述的线圈组件，其中，所述支撑构件还包括通路孔。

5.根据权利要求4所述的线圈组件，其中，所述通路孔的两个侧表面完全涂覆有所述薄膜导体层。

6.根据权利要求5所述的线圈组件，其中，所述薄膜导体层延伸到所述支撑构件的连接到所述通路孔的上表面的一部分和下表面的一部分。

7.根据权利要求1所述的线圈组件，其中，所述支撑构件的厚度为大于等于10μm且小于60μm。

8.根据权利要求1所述的线圈组件，其中，所述第二绝缘层的厚度为大于等于5μm且小于等于20μm。

9.根据权利要求1所述的线圈组件，其中，所述第一绝缘层的厚度为大于等于100μm且小于等于300μm。

10.根据权利要求1所述的线圈组件，其中，所述第一绝缘层的线宽为大于等于5μm且小于等于15μm。

11.根据权利要求1所述的线圈组件，其中，所述主体包含包封所述线圈的磁性材料。

12.根据权利要求11所述的线圈组件，其中，所述磁性材料填充在所述支撑构件的所述通孔中。

13.根据权利要求1所述的线圈组件，其中，所述主体还包括设置在所述线圈图案的上表面上的第三绝缘层。

14.根据权利要求13所述的线圈组件，其中，所述第三绝缘层具有覆盖所述线圈图案的所述上表面的片形状。

15.根据权利要求13所述的线圈组件，其中，所述第三绝缘层是连续地覆盖所述线圈图案的所述上表面和所述第二绝缘层的上表面以及所述支撑构件的一个表面的至少一部分的涂覆层。

16.根据权利要求15所述的线圈组件，其中，所述第三绝缘层的厚度为大于等于1μm且小于等于10μm。

17.根据权利要求1所述的线圈组件，其中，所述第二绝缘层从所述支撑构件延伸，并覆盖所述第一绝缘层的一部分。

18.根据权利要求17所述的线圈组件，其中，所述第一绝缘层的被所述第二绝缘层覆盖的所述一部分具有与所述第一绝缘层的不被所述第二绝缘层覆盖的另一部分的线宽相同的线宽。

19.根据权利要求17所述的线圈组件，其中，所述第一绝缘层的被所述第二绝缘层覆盖的所述一部分具有比所述第一绝缘层的不被所述第二绝缘层覆盖的另一部分的线宽大的线宽。

20.一种线圈组件，包括：

主体，所述主体包括：支撑构件；第一绝缘层，从所述支撑构件延伸；第二绝缘层，从所述支撑构件延伸，并分别覆盖所述第一绝缘层的下部；以及线圈图案，填充所述第一绝缘层的上部之间的空间和所述第二绝缘层之间的空间；以及

外电极，设置在所述主体的外表面上，并电连接到所述线圈图案，

其中，所述线圈图案与所述第一绝缘层的所述上部直接接触，并通过所述第二绝缘层与所述第一绝缘层的所述下部分开。