CN1309399A

CN1309399A - 多层电感器

Info

Publication number: CN1309399A
Application number: CN01103776A
Authority: CN
Inventors: 坂田启二
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2000-02-14
Filing date: 2001-02-14
Publication date: 2001-08-22
Also published as: KR100360970B1; KR20010085376A; TW490687B; JP2001230119A; US20010017582A1

Abstract

一种多层电感器,它的直流电阻较小,可对其加给较大的直流电流。本多层电感器的结构具有多层叠置的磁层并在各磁层之间形成多个线圈导体结构。各线圈导体结构通过各磁层上形成的通孔彼此螺旋式地连在一起。各线圈导体结构的形成方式为:各线圈导体结构的电路在每层磁层主平面上的投影平面面积被设定在各磁层主平面面积的35%与75%区间。

Description

多层电感器

本发明涉及多层电感器，具体地说，本发明涉及诸如DC/DC转换器类所用的多层电感器。

个人计算机主电源所用的多层电感器中，必须设置直流电阻小的线圈或电感器，以便能对其加给较大的直流电流。通常，很多这样的电感器都是通过用导线缠绕呈鼓形之铁芯而形成的。

图10表示一种常规电感器的实例。图10所示的电感器1中，用导线3缠绕鼓形铁芯2，导线的横截面为圆形。

图11表示常规电感器的另一个实例。图11所示的电感器1中，用导线3缠绕鼓铁芯2，导线的横截面为矩形。

图12表示常规电感器的再一个实例。图12所示的电感器1中，用导线3缠绕鼓形铁芯2，导线的横截面为矩形的。另外，所示铁芯2的中心，也即在导线3形成之线圈的中心部分形成气隙或空腔4。

图11所示的电感器1与图10所示的电感器1不同的是，导线3呈矩形截面。于是，由于能够有效地利用导线3卷绕的整个空间，而无空隙，所以其优点在于能够减小直流电阻，并因此可给电感器加以较大的直流电流。

相应地，与图11所示电感器不同，图12所示的电感器中，在铁芯2的中心，也即在导线3形成的铁芯中心部分形成气隙或空腔4，使磁通量被切断。采用这种安排，可以改善电感的直流加载特性。

不过图10-12所示的电感器1中不能同时制作由铁氧体制成的铁芯2和内部导线3。既然如此，譬如就以导线缠绕一个E形铁芯，再在其上放置另一个E形铁芯。在这种情况下，铁芯不能处于彼此紧密的面接触，因而引起特性下降和改变。另外，也使铁芯的制作过程复杂化。相应地，由于铁芯需要模铸，而且矩形截面的导线昂贵，所以使制造成本增大。

于是，提出不存在这种问题的普通多层电感器。例如，日本未审专利申请公开特开平10-12443和特开平10-27712中公开的多层电感器。

图13示出这种普通多层电感器的一个实例。图13所示的多层电感器5包括多层结构6。所述多层结构6包括多层叠置的磁层6a，它们之间形成线圈导体结构7。该线圈导体结构7经各磁层6a中形成的通孔彼此成螺旋形连接。另外，在多层结构6的端部制成外部电极8a和8b。外部电极8a和8b连到线圈导体结构7所形成的铁芯端部。此外，为了改善电感的直流加载特性，在多层结构6或磁层6a的中心，也即铁芯的中心部分形成空腔9a。

图14示出普通叠层电感器的另一实例。图14所示的多层电感器5与图13所示的电感器5不同，多层结构6或磁层6a的中心，也即铁芯的中心部分9b由非磁性瓷制成。

与图10和12所示的电感器1相比，制造图13和14各图中所示的叠层电感器5并不复杂，因而可使制造成本降低。

然而，上述普通叠层电感器中，由于线圈导体结构的面积减小，所以直流电阻增大。于是，不能给该电感器加以较大的直流电流。

因此，本发明的目的在于提供一种叠层电感器，它的直流电阻很小，因而可对其加给较大的直流电流。

按照本发明的一个方面，提供一种叠层电感器，它包括：多层叠置的磁层，其中形成通孔；以及多个线圈导体结构，它们位于所述多层磁层之间，并通过所述通孔彼此螺旋式地连在一起。这种多层电感器中，每个线圈导体结构的电路在每层磁层主平面上的投影平面面积被设定在所述磁层主平面面积的35％与75％区间。

另外，这种多层电感器中可在所述磁层中紧靠线圈导体结构处形成非磁性部分。

按照本发明的多层电感器中，每个线圈导体结构的电路投影平面面积被设定在所述磁层主平面面积的35％与75％区间。采用这种安排，使由多个线圈导体结构形成的线圈的直流电阻得以减小，从而可将较大的直流电流加给这种线圈。

此外，上述多层电感器中，在所述磁层中紧靠线圈导体结构处形成非磁性部分。于是，可在该非磁性部分处使磁通量被切断。这样，由于磁结构几乎不存在于这种由多个线圈导体结构形成的线圈附近，所以可使电感的直流加载特性得到改善。

通过参照附图详细说明本发明的实施例，将进一步表述本发明的这种目的、其它目的、特点和优点。其中：

图1表示本发明一种实施例的多层电感器；

图2是图1所示多层电感器的分解透视图；

图3是表示图1所示多层电感器每层磁层的主表面和每个线圈导体结构的投影平面的平面视图；

图4是表示磁层和线圈导体结构另一种结构的透视图；

图5是表示采用图4所示多个磁层和线圈导体结构之多层电感器的电特性曲线；

图6表示本发明另一实施例的多层电感器；

图7是图6所示多层电感器的分解透视图；

图8是表示不形成空腔时、形成空腔时和空腔尺寸增大时所得多层电感器的电特性曲线；

图9是本发明又一实施例多层电感器的分解透视图；

图10表示一种普通电感器；

图11表示另一种普通电感器；

图12表示又一种普通电感器；

图13表示再一种普通电感器；

图14表示又再一种普通电感器。

图1表示本发明一种实施例的多层电感器；图2是它的分解透视图。图1和图2各图中所示的多层电感器包括多层结构12。

多层结构12包括多层叠置的磁层14。各磁层14之间形成第一线圈导体结构16a、第二线圈导体结构16b，以及引出线圈导体结构16c和16d。在这种情况下，交替地形成所述多个第一线圈导体结构16a和多个第二线圈导体结构16b。在图1和图2中，为避免重复，多个第一线圈导体结构16a和多个第二线圈导体结构16b有一些并未示出。引出线圈导体结构16c形成在第一和第二线圈导体结构16a和16b的顶部。引出线圈导体结构16d形成在它们之下。引出线圈导体结构16c具有延伸到磁层14一端的引出部分。此外，另一个引出线圈导体结构16d具有延伸到磁层14另一端的引出部分。再有，通孔18形成在被置于引出线圈导体结构16c与16d之间的磁层14中。线圈导体结构16a、16b、16c和16d通过通孔18以螺旋方式互相连接。

如图3所示，在多层电感器10中，线圈导体结构16a、16b、16c和16d按同一方式形成，即电路在每个磁层14主表面上的投影平面面积Sc在各磁层14的主表面面积Sm的35％-75％区间。

此外，外部电极20a和20b形成于多层结构12的端部上。外部电极20a和20b与线圈导体结构16c和16d的引出部分，即与由线圈导体结构16a、16b、16c和16d形成的线圈的端部相连。

为制造所述多层电感器10，例如，首先用诸如丝网印刷方法将每个线圈导体结构印在用作各磁层的未烘薄板上。继而，在交替地叠置多个其上具有已形成第一线圈导体结构的未烘薄板与其上具有已形成第二线圈导体结构的未烘薄板之后，将其上具有已形成引出线圈导体结构的未烘薄板放置在已叠置之薄板的顶部及其底部。接下去在整个已叠置之薄板的顶部及其底部，再放置多个未烘薄板，制成多层结构。在使所述多层结构被加压并被烘烤之后，在其上放置外部电极，以制成多层电感器10。

在多层电感器10中，将线圈导体结构16a、16b、16c和16d之电路投影平面面积Sc设定在所述磁层14之主平面面积Sm的35％与75％区间。因此，可使由线圈导体结构16a、16b、16c和16d形成的线圈的直流电阻减小，并因此而可对其加给较大的直流电流。

当每个线圈导体结构的投影平面面积Sc与每层磁层的主平面面积Sm之比小于35％时，线圈的直流电阻增大得并非最好。另一方面，当所述面积之比大于75％时，磁通量不通过线圈，结果是，所得电感被不希望有地减小。

由于可以通过上述叠置方法制造多层电感器10，所以制造过程并不像制造通过绕线而得到电感器那样复杂，并因此而使生产成本也降低。

另外，通过整体结合制造的多层电感器10可以便于制成更薄些的。

以下将描述上述多层线圈10的电特性。在这种情况下，多层电感器10包括多个圆片形的磁层14，并且线圈导体结构16a、16b、16c和16d在磁层14的主平面上具有环形的线圈导体结构电路投影平面。

例如，有如图4所示那样，将每个圆片形磁层14的直径D设定为4mm。另外，每个线圈导体结构16a、16b、16c和16d中，沿所述导线结构电路投影平面之宽度方向的中心部分C是一个长度为2mm的圆。每个线圈导体结构16a、16b、16c和16d的宽度是1mm。在这种情况下，每层磁层的主平面面积为12.56mm²，而每个线圈导体结构16a、16b、16c和16d的电路投影平面面积是6.28mm²。因此，所述投影平面面积与磁层14的主平面面积之比为50％。

本例中，在按10μH的电感制作高度或厚度为1mm的多层电感器时，直流电阻值近似为0.2Ω。

另外，当把所述线圈导体结构的宽度W设定为0.3mm时，所述面积比为15％。在这种情况下，使要得到同样的10μH电感所需的线圈导体结构缠绕匝数得以减少，而且可以得到的最大电感值更大。相对于10μH电感的直流电阻增大到近似0.4Ω。

表1表示上述举例中关于线圈导体结构宽度W变化的情况下所得每个电感的直流电感值。

(表1)

电感器宽度(mm)		0.3	0.5	0.7	1.0	1.2	1.5
电感器宽度(mm)		0.3	0.5	0.7	1.0	1.2	1.5	面积比(％)		15	25	35	50	60	75
直流电阻(Ω)	5μH	0.25	0.18	0.14	0.12	0.11	0.11	面积比(％)		15	25	35	50	60	75
	5μH	0.25	0.18	0.14	0.12	0.11	0.11	10μH	0.39	0.28	0.22	0.20	0.19	0.18
	20μH	0.57	0.41	0.33	0.30	0.29	-	10μH	0.39	0.28	0.22	0.20	0.19	0.18
	20μH	0.57	0.41	0.33	0.30	0.29	-	30μH	0.80	0.56	0.44	-	-	-
	50μH	1.04	0.82	-	-	-	-	30μH	0.80	0.56	0.44	-	-	-

表1中没有直流电阻值的各区段表示该值是不可得到的情况。

图5是表示表1内容的曲线。表1及图5的曲线中，明显地，当线圈导体结构的宽度W增加时，直流电阻值减小。不过，减小的比率逐渐变小，而且因所述面积比的增大使这种影响减小。另外，发现每个可以得到的最大电感值减小。

此外，增加线圈导体结构宽度W，使得直流电阻值能够减小。不过在上述举例中，当考虑可以得到的电感的范围在5μH与30μH的区间时，则将可以得到的面积比设定为35％或更大些。

图6表示本发明另一实施例的多层电感器；图7是所述多层电感器的分解透视图。图6和7各图所示的多层电感器10中，与图1和2各图所示的多层电感器10不同，在单独一个第二线圈导体结构16b内形成气隙或空腔22。

图6和7各图所示的多层电感器10按照与制造图1和2各图所示多层电感器10同样的方法制造。不过，例如在把比如碳类有机物质薄薄地加在未烘薄板上的第二线圈导体结构内之后，在形成空腔22的情况下，要使整个结构受到烘烤。

图6和7各图所示的多层电感器10特别与图1和2各图所示的多层电感器10不同，因为空腔22切断了通过线圈中心的磁通量，所以线圈的中心几乎不会出现磁饱和。于是，可以得到良好的直流加载特性。

通过改变所加有机物质的厚度和其中有机物质加给的位置，可以很容易地改变空腔22的尺寸和位置。采用这种安排，可以得到所需的特性。

图8是表示在不形成空腔时、形成空腔时以及空腔尺寸增大时所得到的多层电感器的电特性曲线。正如图8曲线所明显表示的，形成空腔时所得到的直流加载特性要好于不形成空腔时所得到的直流加载特性。另外还发现，当空腔尺寸增大时，可使多层电感器的电感直流加载特性更加得到改善。

代替通过加给有机物质形成空腔22，当放置与加给有机物质的区域尺寸相同的树脂薄片，等效于在靠近线圈导体结构处形成非磁性部分的情况。于是，由于在非磁性部分处磁通量受到切割，结果因在线圈附近几乎不发生磁饱和，所以可使电感的直流加载特性得到改善。

图9是本发明另一实施例多层电感器的分解透视图。与图1和2各图所示多层电感器10不同，图9所示的多层电感器10中，第一和第二线圈导体结构16a和16b被制成C-字母形，而引出线圈导体结构16c和16d被制成J-字母形。如这里所示，即使采用结构不同的线圈导体结构，也能得到同样的优点。

如上所述，在本发明的多层电感器中，由于直流电阻较小，所以可以对其加给较大的直流电流。

另外，在这种多层电感器中，当在各磁层的线圈导体结构附近形成非磁性部分时，可使电感的直流加载特性得到改善。

虽然上面已经描述了各优选实施例，但在本发明的范围内，那些熟悉本领域的人将能作出各种改型。本发明的范围只由所附各权利要求确定。

Claims

1.一种多层电感器，包括：

多层叠置的磁层；

其中形成通孔；以及

多个线圈导体结构，它们位于所述多层磁层之间，并通过所述通孔彼此螺旋式地连在一起；

其特征在于，每个线圈导体结构的电路在每层磁层主平面上的投影平面面积被设定在所述磁层主平面面积的35％与75％区间。

2.如权利要求1所述的多层电感器，其特征在于，还包括在所述磁层中紧靠线圈导体结构处形成非磁性部分。