CN112466632B - 一种具有电感的元件及形成电感器的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明揭露了一种具有电感的元件，包括金属结构，该金属结构包括裸导线，第一电极和第二电极，其中，第一电极和第二电极与裸导线一体成型，第一电极的厚度为大于裸导线的厚度，第二电极的厚度大于裸导线的厚度，其中，一磁性体封装所述裸导线，所述第一电极的至少一部分以及所述第二电极的至少一部分，其中所述第一电极的一侧表面和所述第二电极的一侧表面被嵌入于该磁性体的内部。

Description

一种具有电感的元件及形成电感器的方法
技术领域
本发明涉及一种具有电感的元件及形成电感器的方法，特别是一种一体成型的电感元件。
背景技术
一体成型的电感通过以一磁性体封装导线或是线圈的方式取代将导线绕制于一现成的磁性体。由于一体成型电感具有许多的优点，例如：较小的体积、低感抗(impedance)和大电流耐受性，已广泛地应用于注重更小之元件尺寸、功耗及效能的电子产品。
已知的一种低感量之一体成型电感元件的制程如图1(现有技术)所绘示，包括：步骤1：准备一线圈(例如图1绘示的一种直线型线圈11)；步骤2：采用磁性粉末材料利用热压缩的制程形成一体成型的磁性体12用以封装直线型线圈11；步骤3：切除磁性体12外侧多余的直线型线圈11；以及步骤4：在磁性体12的两端以电镀制程(例如端银制程)形成和直线型线圈11电性连接的电极13。由于微型一体成型电感的尺寸很小，直线型线圈11的寛度或线径通常只有60μm～70μm，于上述一体成型电感制程中固定直线型线圈11的工作显得非常困难，另一方面利用电镀方式形成的电极13也容易造成微型一体成型电感的电阻值及电性表现的不稳定，进而影响一体成型电感的良率。
另一种已知的一体成型电感的制程如图2(现有技术)所绘示，包括下列步骤：在直线型线圈11的两端连接有一电极14；采用磁性粉末材料利用热压缩的制程形成一体成型的磁性体12用以封装直线型线圈11；依据设计的长度裁切电极14，再将磁性体12两端露出的电极14弯折成型，令电极14贴附于磁性体12的一侧表面。这种和直线型线圈11连接的电极14构造虽然可以解决前述以电镀制程制成之电极13的问题，但是直线型线圈11的截面积尺寸太小以致于结构强度不佳，致令直线型线圈11和电极14的衔接处15容易因为电极14的弯折而产生断裂的问题。
发明内容
本发明的目的在提出了一种一体成型的具有电感的元件，用以解决线圈和电极衔接处容易因为电极的弯折而断裂的问题。
本发明的目的在提出了一种一体成型的具有电感的元件，用以减少电感元件的厚度。
为实现上述目的，本发明提出了一种具有电感的元件，包括：一金属结构，该金属结构包含一裸导线以及一第一电极以及一第二电极，其中该裸导线和该第一电极以及该第二电极一体成型，其中，该第一电极的一第一厚度大于该裸导线的一厚度，该第二电极的一第二厚度大于所述裸导线的厚度，其中，从该第一电极的一第一侧表面经由该裸导线连接到该第二电极的一第二侧表面而形成连续的一金属路径；以及一磁性体，该磁性体封装该裸导线、该第一电极的至少一部分和该第二电极的至少一部分，其中，该第一电极的该第一侧表面和该第二电极的该第二侧表面被嵌入于该磁性体的内部中。
在本发明的一实施例，该第一电极的一上表面从该磁性体露出。
在本发明的一实施例，该第二电极的一上表面从该磁性体露出。
在本发明的一实施例，至少一个第一金属层设置在所述第一电极的上表面上，其中，所述至少一个第一金属层的一上表面从所述磁性体露出。
在本发明的一实施例，至少一第二金属层设置在所述第二电极的上表面上，其中，所述至少一个第二金属层的一上表面从所述磁性体露出。
在本发明的一实施例，所述金属结构包含铜。
在本发明的一实施例，所述金属结构由铜制成。
在本发明的一实施例，所述至少一个第一金属层包含镍。
在本发明的一实施例，所述至少一个第二金属层包含镍。
在本发明的一实施例，所述第一电极的上表面与所述裸导线的上表面的距离为至少20μm。
在本发明的一实施例，所述第二电极的上表面与所述裸导线的上表面的距离为至少20μm。
在本发明的一实施例，所述具有电感的元件是电感器。
在本发明的一实施例，所述裸导线包括一曲线。
在本发明的一实施例，所述裸导线包括一螺旋线圈。
在本发明的一实施例，所述第一电极的一第一外侧表面与所述第二电极的一第二外侧表面被嵌入于所述磁性体内部。
在本发明的一实施例，所述第一电极和所述第二电极位于所述裸导线的相对的两侧。
在本发明的一实施例，所述第一电极和所述第二电极位于所述裸导线的同一侧。
在本发明的一实施例，所述电感器被嵌入于一电路板的内部，其中，所述第一电极和所述第二电极电性连接至所述电路板。
为实现上述目的，本发明还提出了一种形成电感器的方法，所述方法包括：提供一金属板；去除该金属板的不需要的部分以形成一金属结构，其中，该裸导线和该第一电极以及该第二电极一体成型，其中，该第一电极的一第一厚度大于该裸导线的一厚度，该第二电极的一第二厚度大于所述裸导线的厚度，其中，从该第一电极的一第一侧表面经由该裸导线连接到该第二电极的一第二侧表面而形成连续的一金属路径；以及形成一磁性体以封装该裸导线、该第一电极的至少一部分以及该第二电极的至少一部分，其中，该第一电极的该第一侧表面和该第二电极的该第二侧表面被嵌入于该磁性体的内部中。
在本发明的一实施例，去除该金属板的不需要的部分以形成一金属结构的步骤包括以下子步骤：去除该金属板的至少一个第一部分以形成该第一电极与该第二电极，其中，从该第一电极的一第一侧表面经由该第一电极和该第二电极之间的该金属板的一剩余部分连接到该第二电极的一第二侧表面而形成连续的一金属路径；以及去除该金属板的所述剩余部分的至少一个第二部分，以形成该第一电极与该第二电极之间的一裸导线。
有关本发明的具体实施方式及其技术特点和功效，下文将配合图式说明如下。
附图说明
图1示出了一种现有的电感器的制作过程。
图2示出了另一种现有的电感器的结构。
图3A至图3B示出了本发明的一个实施例的一具有电感的元件的示例性结构；
图3C-3D示出了本发明的一个实施例的一具有电感的元件的另一示例性结构；
图3E-3H示出了本发明一个实施例的一具有电感的元件的不同形式的侧视图；
图3I-3L示出了本发明一个实施例的不同形式的电极的3D视图。
图4A示出了本发明一个实施例的形成一具有电感的元件的方法的流程图；
图4B-4D示出了本发明一个实施例的形成一具有电感的元件的示例图；
图4E-4F示出了本发明一个实施例的形成一具有电感的元件的另一示例图。
图5A-5C示出了将具有电感的元件嵌入电路板的方式。
附图标记列表：301-裸导线；302-第一电极；303-第二电极；302L-第一侧表面；303L-第二侧表面；302R-第一外侧表面；303R-第二外侧表面；302T、301T、303T-厚度；302A、303A-上表面；302B、303B-下表面；300m-金属板；300p-金属板的剩余部分；304-磁性体；500-电路板；300-电感元件；501、502-基板；W1、W2-宽度。
具体实施方式
以下配合图式所描述的内容是用于实现本发明上述的目的、实施例、技术特征及其功效的较佳实施方式，并非用以限定本发明。
请参阅图3A～图3B，其中图3A示出了一具有电感的元件的俯视图，而图3B示出了该具有电感的元件的侧视图，其中，该具有电感的元件包括：金属结构，包括裸导线301，第一电极302和第二电极303，其中第一电极302和第二电极303一体地形成。裸导线301，其中第一电极302的厚度302T大于裸导线301的厚度301T，第二电极303的厚度303T大于裸导线301的厚度301T，其中，从第一电极302的第一侧表面302L经由裸导线301到第二电极303的第二侧表面303L形成连续的金属路径。磁性体304，其包覆裸导线301，第一电极302的至少一部分和第二电极303的至少一部分，其中，第一电极302的第一侧表面302L和第二侧表面303L第二电极303中的一个埋入磁性体304内部，也就是说，磁性体304的第一部分和第二部分位于第一电极302的第一侧表面302L的相对两侧，而磁性体304的第三部分和第四部分位于第二电极303的第二侧表面303L的相对两侧。
在一个实施例中，第一侧表面302L具有矩形或正方形或圆形或合适的形状。
在一个实施例中，第二侧表面303L具有矩形或正方形或圆形或合适的形状。
在一个实施例中，第一电极302包括上表面，下表面和四个侧表面，其中磁性体304封装四个侧表面中的至少两个。在一实施例中，磁性体304封装四个侧表面中的至少三个。在一实施例中，磁性体304封装四个侧表面。
在一个实施例中，第二电极303包括上表面，下表面和四个侧表面，其中，磁性体304封装第二电极303的四个侧表面中的至少两个。主体304封装第二电极303的四个侧表面中的至少三个。在一个实施例中，磁性体304封装第二电极303的四个侧表面。
参照图3C和图3D，其示出了本发明的一个实施例的一体成型的具有电感的元件的示例性结构。图3C示出了具有电感的元件的俯视图，图3D示出了具有电感的元件的侧视图，其中，具有电感的元件包括：一金属结构，该金属结构包括裸导线301，第一电极302和第二电极303，其中第一电极302和第二电极303与裸导线301一体成型，其中第一电极302的厚度302T大于裸导线301的厚度301T，第二电极303的厚度303T大于裸导线301的厚度301T，其中，从第一电极302的第一侧表面302L经由裸导线301到第二电极303的第二侧表面303L形成连续的金属路径。磁性体304覆盖裸导线301，第一电极302的至少一部分和第二电极303的至少一部分，其中，第一电极302的第一侧表面302L和第二侧表面303L第二电极303中的第二电极303嵌入磁性体304的内部，也就是说，磁性体304的第一部分和第二部分在第一电极302的第一侧表面302L的相对两侧，而磁性体304的第三部分和第四部分位于第二电极303的第二侧表面303L的相对两侧。
在一实施例中，该具有电感的元件是电感器。
在一实施例中，该具有电感的元件是扼流圈。
在一实施例中，该电感器的高度不大于450um。
在一实施例中，该电感器的高度不大于50um。
在一实施例中，裸导线301包括一曲线，如图3A所示。
在一实施例中，裸导线301包括一螺旋线圈，如图3C所示。
在一实施例中，第一电极302的第一上表面302A从磁性体暴露。
在一实施例中，第一电极302的宽度W1大于裸导线301的厚度301T。
在一实施例中，第二电极303的第二上表面303A从磁性体暴露。
在一实施例中，第二电极303的宽度W2大于裸导线301的厚度301T。
在一实施例中，第一电极302的第一外侧表面302R被嵌入磁性体内部。
在一实施例中，第二电极303的第二外侧表面303R被嵌入磁性体内部。
在一实施例中，第一电极302的第一外侧表面302R是金属结构的最外边界。
在一实施例中，第二电极303的第二外侧表面303R是金属结构的最外的边界。
在一实施例中，第一电极302可以使用第一电极302的上表面302A和下表面302B两者来与外部电路连接。
在一实施例中，第二电极303可以使用第二电极303的上表面303A和下表面303B两者来与外部电路连接。
电极302、303可以具有许多不同的形式。图3E，图3F，图3G，图3H分别示出了具有电感的元件的侧视图，图3I，图3J，图3K，图3L分别示出了具有电感的元件的3D视图。在一实施例中，裸导线301是直线。在一实施例中，裸导线301可以被绝缘。在一实施例中，图3E，图3F，图3G，图3H中的裸导线301可以是图3A-3B中或图3C-3D中的裸导线301。在一实施例中，金属结构可以通过将金属材料放入一模具中来制造图3E-3L。
在本发明的一实施例，所述电感是一扼流圈(choke)。
在本发明的一实施例，所述电感的导线是直线型导线。
在本发明的一实施例，所述电感的导线是弧形线圈或弯曲形线圈。
在本发明的一实施例，所述电感的导线是螺旋形线圈。
在一实施例中，如图3E所示，第一电极302包括在裸导线301上方的第一上部和在裸导线301下方的第一下部，其中第一电极302的第一上部的第一侧表面302L与第一电极302的第一下部的第三侧表面302V可以被嵌入于磁性体内。
在一实施例中，如图3E所示，第二电极包括在裸导线301上方的上部和在裸导线301下方的下部，其中第二电极303的上部的第二侧表面303L和第四侧表面303L可以被嵌入于磁性体内。
在一实施例中，第一电极302和第二电极303位于裸导线301的同一侧，如图3F所示。
在一实施例中，第一电极302和第二电极303位于裸导线的两个相对侧，如图3G所示。
在一实施例中，如图3H所示，第二电极303包括在裸导线301上方的一上部和在裸导线301下方的一下部，其中第一电极302的第一侧表面302L，第二电极303的上部的第二侧表面303L和第二电极303的下部的第四侧表面303V可以被嵌入于磁性体内。
在一实施例中，至少一个第一金属层设置在第一电极的上表面上。
在一实施例中，至少一个第二金属层设置在第二电极的上表面上。
在一实施例中，金属结构包括铜。
在一实施例中，金属结构由铜制成。
在一实施例中，至少一个第一金属层包括镍。
在一实施例中，至少一个第二金属层包括镍。
在一实施例中，第一电极302的第一上表面与裸导线301的上表面301A之间的距离为至少20um。
在一实施例中，第二电极303的第二上表面与裸导线301的上表面301A之间的距离至少为20um。
在一实施例中，图4A示出了一种形成电感器的方法，其中该方法包括：步骤401：提供一金属板；步骤402：通过去除金属板的不需要部分形成一金属结构，所述金属结构包括裸导线、第一电极和第二电极，其中第一电极和第二电极与裸导线一体成型，其中第一电极的第一厚度大于裸导线的厚度，第二电极的第二厚度大于裸导线的厚度，其中从第一电极的第一侧表面通过裸导线连接到第二电极的第二侧表面而形成一连续的金属路径。步骤403：形成一磁性体以包覆裸导线以及第一电极至少一部分和第二电极的至少一部分，其中第一电极的第一侧表面和第二电极的第二侧表面被嵌入于磁性体内部。在一实施例中，可以通过诸如冲压的物理方式或诸如蚀刻的化学方式或通过其他合适的方式来去除金属板的不需要的部分。
在一实施例中，第一电极301的第一上表面和第二电极302的第二上表面从磁性体暴露。
在一实施例中，如图4B所示，通过去除金属板300m的不需要的部分来形成金属结构的步骤包括以下子步骤：去除金属板300m的至少一个第一部分以形成第一电极302和第二电极电极302，其中从第一电极302通过金属板的剩余部分300p到第二电极303形成一连续的金属路径；去除金属板300m的所述剩余部分300p的至少一个第二部分，以在第一电极302和第二电极303之间形成一裸导线301，如图4C所示，然后形成磁性体304以封装裸导线301，第一电极302的一部分和第二电极303的一部分，其中第一电极302的第一侧表面302L和第二电极303L的第二侧表面303L嵌入磁性体内部，如图4D所示。
在一实施例中，如图4E所示，通过去除金属板的不需要的部分来形成金属结构的步骤包括以下子步骤：去除金属板300m的至少一个第一部分以形成第一电极302和第二电极303，其中从第一电极302通过金属板的剩余部分300p到第二电极303形成一连续的金属路径；去除金属板300m的所述剩余部分300p的至少一个第二部分，以在第一电极302和第二电极303之间形成一裸导线301，如图4F所示，然后形成磁性体304以封装裸导线301，第一电极302的一部分和第二电极303的一部分，其中第一电极302的第一侧表面302L和第二电极303L的第二侧表面303L被嵌入于磁性体内部，请参照图4F。
在一实施例中，电感器被嵌入于一电路板内部，其中第一电极302和第二电极303电性连接到电路板。
在一实施例中，第一电极302和第二电极303分别电性连接到电路板的一上导电层和一下导电层。
在一实施例中，第一电极302和第二电极303中的每一个电极都可以使用其上表面和下表面电性连接到电路板的上导电层和下导电层。
在一实施例中，如图5A所示，其中电感元件300的第一电极302和第二电极303可以电性连接到电路板500的一绝缘层或基板502上的一下导电层。
在一实施例中，如图5B所示，电感元件300的第一电极302和第二电极303分别电性连接到电路板500的一绝缘层或基板501上的一上导电层和绝缘层或基板502上的一下导电层。
在一实施例中，如图5C所示，电感元件300的第一电极302和第二电极303中的每个电极仅使用一个表面与电路板500的内部电路连接，并且第一电极302和第二电极303电性连接至电路板500上的绝缘层或基板502上的一下导电层。
在一实施例中，揭露了一种电感器，该电感器包括：一金属结构，该金属结构包括一裸导线，一第一电极和一第二电极，其中该第一电极和第该二电极与该裸导线一体成型，其中，该第一电极的一第一厚度大于该裸导线的一厚度，该第二电极的一第二厚度大于所述裸导线的厚度，其中，从该第一电极的一第一侧表面经由该裸导线连接到该第二电极的一第二侧表面而形成连续的一金属路径；以及一磁性体，该磁性体封装该裸导线、该第一电极的至少一部分和该第二电极的至少一部分，其中，该第一电极的该第一侧表面和该第二电极的该第二侧表面被嵌入于该磁性体的内部中。
本发明的具有电感的元件或电感器具有以下优点：1.将电极和裸导线一体成型，以减小电极和裸导线间的接触电阻，从而具有较低的DCR(直流电阻)；2.增加电极与裸导线间的机械强度；3.可以生产出较薄的电感器以便被嵌入于一电路板的内部中，并且电感器的厚度可以控制在50um～500um之间。4.可进行批量生产(片式密集阵列生产)，单片电感器的数量在一个制造过程中可以从500到数万个。
请参考图3A和图3B，在一实施例中，一具有电感的元件包括：一金属结构，该金属结构包括裸导线301，第一电极302和第二电极303，其中第一电极302和第二电极303一体成型，其中，第一电极302的厚度302T大于裸导线301的厚度301T，第二电极303的厚度303T大于裸导线301的厚度301T，其中，从第一电极302的第一侧表面302L经由裸导线301到第二电极303的第二侧表面303L形成一连续的金属路径，其中第一电极302的第一宽度W1大于裸导线301的厚度301T，第二电极303的第二宽度W2大于所述裸导线301的厚度301T，其中第一电极302不是由弯曲裸导线301而形成，第二电极303也不是由弯曲裸导线301而形成。
虽然本发明已通过上述之实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习相像技艺者，在不脱离本发明之精神和范围内，当可作些许之更动与润饰，因此本发明之专利保护范围须视本说明书所附之请求项所界定者为准。

Claims (19)

1.一种具有电感的元件，其特征在于，包括：
一具有单一本体的金属结构，该具有单一本体的金属结构包含一裸导线以及一第一电极以及一第二电极，其中该裸导线和该第一电极以及该第二电极一体成型，其中，该第一电极的一第一厚度大于该裸导线的一厚度，该第二电极的一第二厚度大于所述裸导线的厚度，其中，从该第一电极的紧临于该裸导线的一第一侧表面经由该裸导线连接到该第二电极的紧临于该裸导线的一第二侧表面而形成一连续的金属路径；以及
一磁性体，该磁性体封装该裸导线、该第一电极的至少一部分和该第二电极的至少一部分，其中，该第一电极的该第一侧表面和该第一电极的与该第一侧表面相对的一第三侧表面以及该第二电极的该第二侧表面和该第二电极的与该第二侧表面相对的一第四侧表面被嵌入于该磁性体的内部，其中，该磁性体自所述具有单一本体的裸导线的一顶表面上通过所述具有单一本体的裸导线的一侧表面延伸至所述具有单一本体的裸导线的一底表面上，且该磁性体与所述具有单一本体的裸导线的该顶表面、该侧表面与该底表面接触，其中所述裸导线的厚度为所述具有单一本体的裸导线的该顶表面与所述具有单一本体的裸导线的该底表面的距离。
2.根据权利要求1所述的具有电感的元件，其特征在于，该第一电极的一上表面从该磁性体露出。
3.根据权利要求1所述的具有电感的元件，其特征在于，该第二电极的一上表面从该磁性体露出。
4.根据权利要求1所述的具有电感的元件，其特征在于，至少一个第一金属层设置在所述第一电极的上表面上，其中，所述至少一个第一金属层的一上表面从所述磁性体露出。
5.根据权利要求4所述的具有电感的元件，其特征在于，至少一个第二金属层设置在所述第二电极的上表面上，其中，所述至少一个第二金属层的一上表面从所述磁性体露出。
6.根据权利要求1所述的具有电感的元件，其特征在于，所述具有单一本体的金属结构包含铜。
7.根据权利要求1所述的具有电感的元件，其特征在于，所述具有单一本体的金属结构由铜制成。
8.根据权利要求4所述的具有电感的元件，其特征在于，所述至少一个第一金属层包含镍。
9.根据权利要求5所述的具有电感的元件，其特征在于，所述至少一个第二金属层包含镍。
10.根据权利要求1所述的具有电感的元件，其特征在于，所述第一电极的上表面与所述裸导线的上表面的距离为至少20μm。
11.根据权利要求10所述的具有电感的元件，其特征在于，所述第二电极的上表面与所述裸导线的上表面的距离为至少20μm。
12.根据权利要求1所述的具有电感的元件，其特征在于，所述具有电感的元件是一电感器。
13.根据权利要求1所述的具有电感的元件，其特征在于，所述裸导线包括一曲线。
14.根据权利要求1所述的具有电感的元件，其特征在于，所述裸导线包括一螺旋线圈。
15.根据权利要求1所述的具有电感的元件，其特征在于，所述第一电极和所述第二电极位于所述裸导线的相对的两侧。
16.根据权利要求1所述的具有电感的元件，其特征在于，所述第一电极和所述第二电极位于所述裸导线的同一侧。
17.根据权利要求12所述的具有电感的元件，其特征在于，所述电感器被嵌入于一电路板的内部，其中，所述第一电极和所述第二电极电性连接至所述电路板。
18.一种形成电感器的方法，其特征在于，所述方法包括：
提供一金属板；
去除该金属板的不需要的部分以形成一具有单一本体的金属结构，其中，该具有单一本体的金属结构包含一裸导线以及一第一电极以及一第二电极，其中该裸导线和该第一电极以及该第二电极一体成型，其中，该第一电极的一第一厚度大于该裸导线的一厚度，该第二电极的一第二厚度大于所述裸导线的厚度，其中，从该第一电极的紧临于该裸导线的一第一侧表面经由该裸导线连接到该第二电极的紧临于该裸导线的一第二侧表面而形成一连续的金属路径；以及
形成一磁性体以封装该裸导线、该第一电极的至少一部分以及该第二电极的至少一部分，其中该第一电极的该第一侧表面和该第一电极的与该第一侧表面相对的一第三侧表面以及该第二电极的该第二侧表面和该第二电极的与该第二侧表面相对的一第四侧表面被嵌入于该磁性体的内部，其中，该磁性体自所述具有单一本体的裸导线的一顶表面上通过所述具有单一本体的裸导线的一侧表面延伸至所述具有单一本体的裸导线的一底表面上，且该磁性体与所述具有单一本体的裸导线的该顶表面、该侧表面与该底表面接触，其中所述裸导线的厚度为所述具有单一本体的裸导线的该顶表面与所述具有单一本体的裸导线的该底表面的距离。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，去除该金属板的不需要的部分以形成一金属结构的步骤包括以下子步骤：
去除该金属板的至少一个第一部分以形成该第一电极与该第二电极，其中，从该第一电极的该第一侧表面经由该第一电极与该第二电极之间的该金属板的一剩余部分连接到该第二电极的该第二侧表面而形成该连续的金属路径；以及
去除该金属板的所述剩余部分的至少一个第二部分，以形成该第一电极与该第二电极之间的该裸导线。
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