CN1307662C - 堆叠线圈装置及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种堆叠线圈装置包括:由作为一个单元的至少两层且具有非磁性电极层和磁性内层形成的内电极层,该非磁性电极层在其中心处设有开口并在其上表面和下表面的至少一个表面上设有电极图案,磁性内层置于非磁性电极层的中心开口处及其侧面上;与内电极层两个表面都接触的覆盖层;以及部分与电极图案电连接的外电极端子。
Description
技术领域
本发明涉及堆叠线圈装置,尤其涉及能够用做变压器、共模扼流圈等的线圈装置。
背景技术
通常,为了增强共模扼流圈或变压器等线圈装置的电特性,必需增加第一线圈和第二线圈之间的电磁耦合。欲增加第一和第二线圈之间的电磁耦合,第一和第二线圈之间的间隔必须小,或者所形成的磁路不能产生漏磁通。
图1A是一显示包括现有技术线圈装置的共模扼流圈的透视图,图1B是图1A的共模扼流圈的分解图。
如图1A所示,共模扼流圈1包括形成于第一磁基体3上部的堆叠主体7、形成于堆叠主体7上部的第二磁基体10、形成于堆叠主体7与第二磁基体10之间的粘接层8、形成于第一磁基体3、堆叠主体7、粘接层8和第二磁基体10的外表面上的外电极11。
如图1B所示,堆叠主体7包括通过溅射等薄膜成形技术蒸发形成的多层薄层。由聚酰亚胺或环氧树脂等非磁性绝缘材料形成的绝缘层6a被蒸发于第一磁基体3上,引电极12a、12b形成于绝缘层6a上,另一绝缘层6b形成于引电极12a和12b之上,线圈型板4和从线圈型板4上延伸出的引电极12c形成于绝缘层6b上,另一绝缘层6c形成于线圈型板4和从线圈型板4和引电极12c之上,线圈型板5和从线圈型板上延伸出的引电极12d形成于绝缘层6c上。
线圈型板4的一端经形成于绝缘层6b上的通孔13a与引电极12a电连接,引电极12a电连接到外电极11a。线圈型板4的另一端经引电极12c电连接到外电极11c。
与此同时,线圈型板5的一端经形成于绝缘层6c上的通孔13c及形成于绝缘层6b上的通孔13b与引电极12b电连接,引电极12b电连接到外电极11b。线圈型板5的另一端经引电极12d电连接到外电极11d。
假如把所述线圈装置插入电路中,每一个外电极11电连接到电路的每个连接部分,以便使线圈型板4和5连接到电路上。
由于所述装置是通过溅射或蒸发等薄膜成形技术来制造的,所以第一和第二线圈之间的间隔可以小到几个μm。因此,电磁耦合比常规的大,且装置可变小,但是,需要价格昂贵的设备,而且产量降低。
而且,在图1A、1B的线圈装置中,非磁性绝缘层6c置于线圈型板4和线圈型板5之间。因此,产生了漏磁通,故而电磁耦合及阻抗特性的改善受到限制。
发明内容
所以,本发明的一个目的是提供一种具有增强的电磁耦合及阻抗特性的堆叠线圈装置。
本发明的另一目的是通过低成本方法而不是诸如溅射和蒸发等薄膜形成技术来制造一种耦合系数高、绝缘特性强的线圈装置。
为了实现本发明目的的以上以及其它优点,正如在此具体落实并广泛叙述的,提供一种堆叠线圈装置,它包括:由作为一个单元的至少两层且具有非磁性电极层和磁性内层形成的内电极层,在该非磁性电极层的中心处设有开口并在其上表面和下表面的至少一个表面上设有电极图案,磁性内层置于非磁性电极层的中心开口处及其侧面上;与内电极层两个表面都接触的覆盖层;部分与电极图案电连接的外电极端子。
内电极层较佳地由多层组成,从而使形成于非磁性电极层上的电极图案具有多层形式的线圈。在此,一通孔形成于非磁性电极层上没有形成电极图案的部分,通孔中填充有导电材料,以便使非磁性电极层上形成通孔处的电极图案有一部分经该通孔与另一个和该非磁性电极层的上表面和下表面相接触的非磁性电极层上的电极图案电连接。覆盖层是磁性层构成的,在覆盖层与内电极层之间可以包括一由与内电极层形状相同且不带电极图案的非磁性层或磁性层组成的缓冲层。
作为本发明使用的磁性物质,可以用镍基、镍-锌基、镍-锌-铜基材料等铁氧体。还有作为非磁性物质,可用B2O3-SiO2基玻璃、Al2O3-SiO2基玻璃、与铁氧体热膨胀比相似的陶瓷材料。
优选地,构成本发明线圈装置的每层的厚度薄一些。
为了实现本发明目的的以上以及其它优点,正如在此具体实施并广泛叙述的,还提供一种堆叠线圈装置的制造方法,它包括:制备一磁性膜和一非磁性膜的生片(green sheet),分别形成在载膜上;在磁性膜生片和非磁性膜生片上形成切割线;在非磁性膜生片上形成有切割线处形成通孔;在非磁性膜生片的上表面上形成有通孔处形成电极图案;从磁性膜生片和非磁性膜生片上捡除非必要部分;将形成有磁性膜和切割线的生片,和形成有非磁性膜、切割线、通孔、电极图案的生片堆叠;将堆叠主体灼烧;在经灼烧的堆叠主体外表面上形成外电极端子。
结合附图阅读以下详细描述,将更清楚本发明的以上和其它目的、特点、方面和优势。
附图简要说明
所有附图有助于对本发明的理解,它们包括在说明书中并构成说明书的一个组成部分,用来说明本发明的实施方式,与说明书一起用来解释本发明的原理。
其中:
图1A是现有技术线圈装置的透视图;
图1B是图1A的线圈装置的分解图;
图2A是本发明一实施例线圈装置外观透视图;
图2B是图2A的线圈装置内磁路透视图;
图2C是图2A的线圈装置内电极图案透视图;
图2D是图2A的线圈装置的内部截面图;
图2E是本发明另一实施例线圈装置外观透视图;
图3A是说明一个生片制备步骤的透视图;
图3B是说明切割线形成步骤的透视图;
图3C是说明通孔形成步骤的透视图;
图3D是说明电极图案形成步骤的透视图;
图3E是说明处于捡除完成之后状态的磁性层透视图;
图3F是说明处于捡除完成之后状态的非磁性层透视图;
图4A所示为堆叠步骤流程图;
图4B所示为图4A电极层的放大流程图;
图4C是说明处于堆叠完成后状态的线圈装置的外观透视图;
图5A所示为仅由磁性物质组成的线圈装置的磁场断面拟态图;
图5B所示为本发明线圈装置的磁场断面拟态图。
具体实施方式
以下将详细参照本发明的较佳实施方式,具体实施例示于附图。
图2A-2D是说明本发明线圈装置外观和内部结构的透视图。
如图2A所示,覆盖层形成于六面体形状的线圈装置的上和下表面上,外电极端子24形成于堆叠主体20的外周表面。还有,把磁性层22和非磁性层28设置于覆盖层21之间。
图2B只示出了线圈装置中的磁性内层,其中可以示出磁路。这里可以看到,在图2A中,因为是放置在非磁性电极层的中心部位,没有示出的中心磁性层26。由中心磁层26和侧磁层25所形成的内部空间29为非磁性电极层所占据。可以提供堆叠几层膜来形成中心磁层26与侧磁层25,也可以形成整体形状。
图2C是一个拟态图,示出了非磁性电极层28,其中以线圈形状在每个电极层上形成电极图案27,在内部中心部分形成要把中心磁层26置于其中的空间28’。电极图案可以具有在非磁性电极层28上以恒定间隔上、下的线圈形状,置于内部中心部分的磁层、各侧表面及电极图案之间可以有电磁相互作用。可以用各种方法改变电极图案的形式,各层的电极图案可以相互电连接。电极图案的一部分还向外延伸以与外电极端子进行电连接。
图2D所示是图2A的线圈装置的断面,其中示出了中心磁层26和侧磁层25,数层堆叠的非磁性电极层28置于所述二磁层之间。
图2E是本发明另一实施例的透视图,其中在磁性物质形成的覆盖层21之外还附加形成了由非磁性物质形成的覆盖层20。附加覆盖层20减少了磁性层与非磁性层之间热膨胀比的微小差异,进而稳定了该装置的机械结构。
本发明的堆叠线圈装置包括中心磁层26、所述两个侧磁层25、形成有电极图案进而防止产生漏磁通并增强其电磁特性的非磁性电极层28。而且,通过利用玻璃等高电阻率非磁性层,电极图案之间的绝缘电阻变大,从而获得稳定的绝缘特性。
在本发明的堆叠线圈装置中,简单、经济地制造每一层,然后依次堆叠,由此完成一个单一装置。以下结合附图3A-3F对堆叠线圈装置的制造方法进行说明。
图3A所示为制备生片的一个步骤。在载膜32上形成一磁性膜或非磁性膜31。在本发明中,分别利用厚膜堆叠工艺中的刮刀带(doctor blade tape)铸造法形成磁膜生片或非磁膜生片。
PET膜可以用做载膜,也可以用另外材料。当在每一层制造后完成依次堆叠时,捡除载膜。
对形成在载膜32上的磁性膜或非磁性膜生片可以直接或者堆叠数层用做覆盖层。
如图3B所示,形成生片后,形成切割线。切割线由空的空间34的内切割线34以及两侧切割线33a和33b组成。切割线可以通过激光加工或机械加工来形成,其中载膜务必不能受损。图3B所示的切割处理既要施加到磁膜生片也要施加到非磁膜生片。
形成了切割线的磁膜生片和非磁膜生片可以直接或数层堆叠后用做缓冲层。
如图3C所示,在非磁性膜生片上不仅形成了切割线33a、33b和34,还形成了通孔35。通孔是经激光打孔或机械打孔来形成的。
如图3D所示,在形成切割线和通孔的非磁性膜生片上,形成电极图案36。电极图案按照非磁性电极层的次序形成不同的图案(例如,第一层的电极图案与第二层的电极图案相互对称),根据用途还可以变化各种形状。电极图案的一端还延伸到生片的一端36’,从而与外电极电连接。利用丝网印刷术将导电糊印刷到非磁性膜生片的上表面,形成电极图案,导电材料填充在通孔35a、35b中。在图3D中,电极图案的一端连接到通孔35b,但电极图案不与另一通孔35a相连。这种形式是一种手段,通过每一层电连接或不连接非磁性电极层上的电极图案。
捡除形成切割线的磁性膜生片和形成电极图案的非磁性膜生片的非必要部分。这时,磁性膜生片和非磁性膜生片的捡除部分是相互对应的,从而构成磁性膜生片和非磁性膜生片的单一层。
图3E、3F所示为捡除了非必要部分的磁性膜生片和非磁性膜生片。图3E中,只保留了磁性膜生片的中心区38a和边缘区38b,在图3F中,非磁性膜生片的非磁性层只保留了与磁性膜生片相对的区域。
一旦完成了各层的制造,每一层按序堆叠起来。图4所示为堆叠过程,其中每一层顺序堆叠成一个整体。A表示覆盖层,B表示缓冲层,C表示电极层。覆盖层由磁性层42构成,但作为另一实施例,也可以由磁性层和非磁性层构成。缓冲层B由磁性层43和非磁性层44构成,防止非磁性层45a、45d的电极图案直接与上和下覆盖层相接触。分别在捡除载膜后的状态中,图3A、3B中制造的生片、有切割线的生片用做覆盖层和缓冲层。
图3E中制造的磁膜38a、38b和图3F的非磁膜39交替堆叠,从而形成电极层。尽管图4A、4B的电极层由4层构成,优选地堆叠更多层数。
图4B所示为一由数层构成电极层的实例,其中磁性层46和非磁性层45a-45d交替堆叠,因此存在于同一层中。通过如此堆叠,形成于非磁性层上的电极图案相互电连接。在此,电极图案的一端(47a、47c)连接到通孔(48a或48b),因此电连接到另一层(47b或47d)的电极图案的另一端。电极图案49的另一端延伸至非磁性层的一个边沿以与外部电接触,在堆叠后于端点49形成一外电极端子。图4C所示为堆叠完成后的状态。
当内部电极图案、非磁性物质、磁性物质在堆叠完成后通过对堆叠主体进行烧灼而烧灼时,就形成了线圈形式的电极图案、非磁性物质的绝缘区和磁性物质的磁路。
在烧灼过程后,在堆叠主体的侧面上通过使用浸渍或辊子形成一外电极端子。
利用所述制造工艺,可以经济地制造本发明的堆叠线圈装置,而且可以快速制造大批量的装置。
图5A、5B拟态地示出仅用磁性物质形成的线圈装置和由磁性物质与非磁性物质所形成的线圈装置的磁场。如图5A所示,如果线圈装置仅由磁性物质形成,第一线圈53和第二线圈54都形成在导磁率高的磁性物质51中。这样一来,第一线圈所产生的磁场有一部分没有传送到第二线圈,而是泄漏到第一线圈的周边。标号55表示用于第一和第二线圈之间电磁耦合中的有效磁场,标号56表示漏磁场。由于漏磁场,线圈装置的耦合系数变小,在其用作共模扼流圈或变压器时的功能因此而降低。相反,在本发明线圈装置的情况下,第一线圈53和第二线圈54都处在导磁率低的非磁性物质52中,以致不会产生线圈之间的磁场泄漏。因此,第一线圈所产生的磁场可以毫无损耗地传送到第二线圈。即,耦合系数、阻抗的共模成分与常态成分之间的比变大。
下表1列出了本发明线圈装置与现有技术的另外一些线圈装置耦合系数的比较。
表1
耦合系数(%) | |
磁性/非磁性类型 | 98.82 |
磁性类型 | 85.89 |
绕组类型 | 96.02 |
绕组类型是指导线卷绕到磁性物质上的一般线圈装置,磁性/非磁性类型是指本发明的线圈装置,磁性类型是指图5A所示线圈装置。从表1可以看到,根据本发明的线圈装置的耦合系数较之另外一些类型的耦合系数要优越得多。
如上所述,在本发明中,可以制造出具有改善的电磁耦合及阻抗特性、线圈型板之间的优良绝缘特性的堆叠线圈装置。还可以用低成本工艺方法制造这种线圈装置,而不采用溅射或蒸发等薄膜成形技术,从而提高生产率。
由于本发明在不背离其精神和基本特点的情况下可以有多种实施形式,所以应当理解,以上所述之实施例并非受前文说明书的局限,除非另外指明,而是应当在所附权利要求书中定义的精神和范围内做最广泛的解释。因此,落入权利要求书范围之内的所有改变、改进、这种范围的等效技术方案等皆被纳入所附权利要求的范围。
Claims (11)
1.一种堆叠线圈装置,其特征在于,包括:
内电极层,由作为一个单元的至少两层且具有非磁性电极层和磁性内层所形成,其中所述非磁性电极层在其中心处设有开口并在其上表面和下表面的至少一个表面上设有电极图案,所述磁性内层置于非磁性电极层的中心开口处及非磁性电极层的侧面上;
覆盖层,与内电极层两个表面都接触;及
外电极端子,与电极图案的一部分电连接。
2.如权利要求1所述的装置,其特征在于,所述非磁性电极层包括形成于非磁性电极层上没有形成电极图案的一部分上的第一通孔,所述电极图案包括第二通孔,所述第一通孔和所述第二通孔以导电材料填充。
3.如权利要求2所述的装置,其特征在于,非磁性电极层上形成通孔处的电极图案的一部分经过所述通孔与另外的和该非磁性电极层的上表面和下表面相接触的非磁性电极层上的电极图案电连接。
4.如权利要求1所述的装置,其特征在于,所述覆盖层进一步包括非磁性层。
5.如权利要求1所述的装置,其特征在于,还包括:
缓冲层,由与内电极层具有相同形状且在覆盖层与内电极层之间,没有电极图案的非磁性层或磁性层组成。
6.如权利要求1所述的装置,其特征在于,所述非磁性电极层由B2O3-SiO2基玻璃或Al2O3-SiO2基玻璃组成。
7.如权利要求1所述的装置,其特征在于,所述磁性内层由铁氧体组成。
8.一种堆叠线圈装置的制造方法,其特征在于,它包括:
制备一磁性膜和一非磁性膜分别形成在载膜上的生片;
在磁性膜生片和非磁性膜生片上形成切割线;
在非磁性膜生片上形成有切割线处形成通孔;
在非磁性膜生片的上表面上形成有通孔处形成电极图案;
从磁性膜生片和非磁性膜生片上捡除非必要部分;
堆叠形成有磁性膜和切割线的生片,和形成有非磁性膜、切割线、通孔、电极图案的生片堆叠;
灼烧堆叠主体;
在经灼烧的堆叠主体的外表面上形成外电极端子。
9.如权利要求8所述的方法,其特征在于,分别通过刮刀带浇铸法形成载膜上的磁性膜生片或非磁性膜生片。
10.如权利要求8所述的方法,所述磁性膜生片和非磁性膜生片的捡除区域是相互对应的,从而构成磁性膜生片和非磁性膜生片的单一层。
11.如权利要求8所述的方法,用丝网印刷形成非磁性膜生片上表面的电极图案。
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