CN1910710B - 叠层线圈 - Google Patents

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Abstract

公开了一种多层线圈，该线圈包括在多层体内的非磁体部分(5)以及在非磁体部分(5)内形成的线圈导体(4c)，其中该线圈导体(4c)的匝数大于其他线圈导体(4d)的匝数。

Description

叠层线圈
技术领域
本发明涉及叠层(laminated)线圈，尤其涉及具有卓越直流(DC)叠加特性的叠层线圈。
背景技术
通过层叠(stacking)由铁氧体等组成的各磁片形成叠层线圈，并为该叠层线圈提供主要由银组成的线圈导体。可在各种电路内使用该叠层线圈。叠层线圈因为其由电流流过线圈导体生成的磁场所形成的闭合磁路，而具有增加的有效磁导率以及获取的高电感值的特征。因为其导电图案主要由Ag构成，所以该叠层线圈还具有导体阻抗损耗小的优点。于是该叠层线圈就用作高电流开关电源的扼流圈。
对于线圈元件来说，可将施于线圈导体的电流值与电感值之间的关系表示为DC重叠特性。对于具有闭合磁路的叠层线圈来说，存在着由电流超过预定值时电感值快速下降所引起的无法获取期望扼流圈特性的问题。该DC重叠特性的劣化是由叠层线圈形成闭合磁路而生成的磁体内磁饱和所引起的。
为了解决上述问题，在专利文档1中描述的叠层线圈包括了在叠层线圈内部提供的由铁氧体层组成的非磁体层。使用专利文档1中所描述的结构，由于来自非磁体层的磁通泄漏至叠层线圈外，就不易在磁体内部形成闭合磁路。这样就降低了磁饱和出现的可能性，并改善了DC重叠特性。
然而在专利文档1的结构中，为非磁体层提供的线圈导体和为铁氧体层提供的线圈导体具有相同的形状和匝数，这就限制了可从非磁体中泄漏的磁通数量。因此在流经线圈导体的电流值增加时，仍然会劣化DC重叠特性。
专利文档1：日本未审查专利申请公开No.2001-44036
发明内容
本发明要解决的问题
本发明提供具有卓越DC重叠特性的叠层线圈，其中在所述叠层线圈内部磁饱和不易出现并且其电感值在施加高电流时也不改变。
解决问题的手段
为了解决上述问题，根据本发明的叠层线圈包括具有在非磁体部分全部两个主表面上放置的磁体部分的叠层体以及包括在磁体部分和非磁体部分上设置的线圈导体的线圈，其中前述的各磁体部分包括多个层叠的(stacked)磁层，而非磁体部分包括多个层叠的非磁层，且所述线圈导体成螺旋形连接。设置在非磁体部分上的线圈导体的线圈匝数大于设置在除了非磁体部分上设置的线圈导体之外的每个磁层上设置的线圈导体的线圈匝数。
根据本发明的结构，设在非磁体部分的线圈导体的匝数大于其他线圈导体的匝数。这就增加了从非磁体部分中泄漏出的磁通量。因此就能获得即便在对线圈导体施加高电流的情况下电感值也不降低且具有卓越DC重叠特性的叠层线圈。
根据本发明，设置在非磁体部分的线圈导体是被放置在非磁体部分的一个主表面上。
根据本发明的结构，通过将设在非磁体部分主表面的线圈导体匝数设为大于设在其他层的线圈导体匝数，就可增加由非磁体部分泄漏的磁通量。因此就能获得即便在对线圈导体施加高电流的情况下电感值也不降低且具有卓越DC重叠特性的叠层线圈。
根据本发明，提供给非磁体部分的线圈导体被放置在非磁体部分的全部两个主表面上。
根据本发明的结构，通过将设在非磁体部分全部两个主表面的线圈导体匝数设为大于其他线圈导体的匝数，就可增加由非磁体部分泄漏的磁通量。因此就能改善叠层线圈的DC重叠特性。
根据本发明，设在非磁体部分上的线圈导体被放置在非磁体部分内部。
根据本发明的结构，线圈导体位于非磁体部分内部。使用该结构，就可增强在非磁体部分附近生成的磁场强度并可增加由非磁体部分至叠层线圈之外泄漏的磁通量。因此就能改善叠层线圈的DC重叠特性。
根据本发明，设在非磁体部分的线圈导体被放置在非磁体部分的一个主表面上以及所述非磁体部分内部。
根据本发明的结构，设在非磁体部分的线圈导体匝数大于其他线圈导体的匝数，并且存在为非磁体部分内部所提供的线圈导体。使用该结构，就可增强在非磁体部分附近生成的磁场强度并可增加由非磁体部分至叠层线圈之外泄漏的磁通量。因此就能改善叠层线圈的DC重叠特性。
根据本发明，在叠层体内部提供多个非磁体部分。
根据本发明的结构，在叠层体内部提供多个非磁体部分。这样就可增加由非磁体部分至叠层线圈外泄漏的磁通量并改善叠层线圈的DC重叠特性。
优势
根据本发明的叠层线圈包括具有在非磁体部分全部两个主表面上放置的磁体部分的叠层体以及包括为磁体部分和非磁体部分所提供的线圈导体的线圈，其中前述的各磁体部分包括多个层叠的磁层，而非磁体部分包括多个层叠的非磁层，且所述线圈导体成螺旋形连接。此外，设在非磁体部分的线圈导体匝数大于设在除非磁体部分上线圈导体以外各层的匝数。这就增加了从非磁体部分至叠层线圈外泄漏出的磁通量。由此就能获得即便在对线圈导体施加高电流的情况下电感值也不劣化并具有卓越DC重叠特性的叠层线圈。于是就改善了作为扼流圈的叠层线圈特性。
附图说明
图1是根据第一实施例的叠层线圈的外部示意图。
图2是根据第一实施例的叠层线圈的横截面示意图。
图3是根据第一实施例的叠层线圈的分解透视图。
图4是根据第二实施例的叠层线圈的横截面示意图。
图5是根据第二实施例的叠层线圈的分解透视图。
图6是根据第三实施例的叠层线圈的横截面示意图。
图7是根据第三实施例表示叠层线圈直流重叠特性的图表。
图8是根据第四实施例的叠层线圈的横截面示意图。
图9是根据第四实施例的叠层线圈的分解透视图。
图10是根据第五实施例的叠层线圈的横截面示意图。
图11是根据第六实施例的叠层线圈的横截面示意图。
图12是根据第六实施例的叠层线圈的分解透视图。
具体实施方式
如下将参考附图描述本发明的实施例。
第一实施例
图1是根据本发明第一实施例的叠层线圈的外部示意图。图2是叠层线圈的横截面示意图。叠层线圈1包括叠层体2、在叠层体2表面提供的外部电极3a和3b以及嵌入叠层体2的线圈导体4。构造叠层体2使得在非磁体部分全部两个主表面上放置由层叠磁层形成的磁体部分6。在叠层体2内部嵌入线圈导体4以形成其轴向是叠层方向的一个螺旋形线圈。
非磁体部分5和磁体部分6的每一部分由至少一个含有非磁性材料和磁性材料的印刷电路基板(green sheet)组成。线圈导体4的第一尾部4a与外部电极3a相连而第二尾部4b则与外部电极3b相连。导体线圈4c则位于非磁体部分5上。导体线圈4c的匝数要大于其他在各印刷电路基板上并组成磁体部分6的线圈导体4d的匝数。
接下来将参考图3所示的叠层线圈1的分解透视图对制造叠层线圈1的方法进行描述。首先，将描述使用磁性材料和非磁性材料制造层叠用印刷电路基板的方法。
在此实施例中，使用Cu-Zn基材料作为非磁性材料。首先，使用球磨机湿制备包括48摩尔％氧化铁(Fe2O3)、43摩尔％氧化锌(ZnO)、9摩尔％氧化铜(CuO)的原料并经历预定的时间。随后将所得混合物进行烘干和研磨。将获得的粉末在750℃下煅烧1小时。然后将该铁氧体粉末与粘合剂树脂、增塑剂、润湿剂和分散剂通过球磨机混合预定时间。随后通过减压去沫以获取稀浆。将该稀浆涂怖于PET薄膜基底。再通过干燥就制造出具有预定厚度且由非磁性材料制成的铁氧体印刷电路基板。
使用Ni-Cu-Zn基材料作为磁性材料。使用包括48摩尔％Fe2O3、20摩尔％ZnO、9摩尔％CuO和23摩尔％氧化镍(NiO)作为原料，并通过与制备上述非磁性材料相同的方法获取稀浆。把所得稀浆涂怖于PET薄膜基底。再通过干燥就可制造出具有预定厚度且由磁性材料制成的铁氧体印刷电路基板。
将如上所述制成的非磁性和磁性铁氧体印刷电路基板切割成预定大小以获取铁氧体薄片。随后使用激光束在铁氧体印刷电路基板的预定位置上形成过孔，使得当层叠上述印刷电路基板时，基板上的线圈导体可以相互连接以成线圈导体。Cu-Zn基铁氧体印刷电路基板的相对磁导率是1，而Ni-Cu-Zn基铁氧体印刷电路基板的相对磁导率为130。
接下来如图3所示，通过丝网印刷将主要包括Ag或Ag合金(诸如Ag-Pd)的导电性胶应用于其上形成线圈导体的铁氧体印刷电路基板，就可制造具有预定形状的线圈导体。在由Cu-Zn基材料组成的作为非磁层的印刷电路基板5上形成两匝的线圈导体4c。而在非磁层上形成由Ni-Cu-Zn基材料组成印刷电路基板6a、一匝的线圈导体4d和半匝的线圈导体4e。进行线圈导体的丝网印刷从而在线圈导体4c和4d的尾部形成过孔7。在进行印刷的同时将导电性胶添入过孔7。线圈导体4c的线宽小于线圈导体4d的线宽。
在根据本发明的线圈中会生成从轴心扩散至线圈外围的磁场。如果减小由连接印刷电路基板上各线圈导体而形成的螺旋形电极截面开口的直径，就会干扰通过线圈轴心的磁场。于是就可能出现电气性能缺陷，诸如电感值的减少。为了降低磁场的干扰，将减少匝数较多的线圈导体的线宽。除了上述印刷电路基板外，还制备其唯一过孔7内填充有导电性胶的Ni-Cu-Zn基印刷电路基板6c以及用于外部的Ni-Cu-Zn基印刷电路基板6b。
将这些印刷电路基板以图3所示顺序层叠并在45℃、1.0t/cm2的压力下压力粘合。通过使用划片装置将所得的叠层体切割成3.2×1.6×0.8mm大小的块，就能获取叠层线圈的未烧结体。随后对这些未烧结体进行粘合剂移除和烧结。在低氧气氛下以500℃烧结120分钟用于移除粘合剂，并在标准气压下以890℃烧结150分钟而实现烧结。最后，使用主要包括Ag的导电性胶浸没暴露出引线电极4a和4b的叠层线圈端面。在以100℃干燥10分钟以形成外部端子并以780℃烘烤150分钟之后就获取叠层线圈。
如图3所示，根据第一实施例的叠层线圈具有在叠层方向上大致放置在中间的非磁体部分5。因为非磁体部分5的相对磁导率是1，即与空气相同，所以呈现出的叠层线圈结构就好像是该叠层线圈被空气一分为二。于是，在叠层线圈内部的磁场就无法生成由线圈轴心到线圈导体外围区域的闭合磁路。因为非磁体部分5内部的磁场具有类似于空气中的均匀分布，所以就生成从非磁体部分5泄漏至叠层线圈外部的磁场而不是将磁场集中在磁体部分6之内。于是就能降低由叠层线圈内磁场集中所引起的磁饱和。
根据本实施例，非磁体部分5上线圈导体4c的匝数要大于磁性层6a上线圈导体4d的匝数。因为当匝数增加时生成磁场的强度也增加，所以在非磁体部分5的线圈导体上磁场就更为集中。这就增加了从非磁体部分5中泄漏的磁场。因此，即使在对所述线圈导体应用高电流时，在叠层线圈内部也不会轻易出现磁饱和，从而改善叠层线圈的DC重叠特性。根据该实施例，非磁体部分5包括一个Cu-Zn基铁氧体印刷电路基板。但是所述非磁体部分5也可包括多个Cu-Zn基铁氧体印刷电路基板基板。
第二实施例
图4和图5分别是根据本发明第二实施例的叠层线圈的横截面示意图和分解透视图。该实施例提供位于非磁体部分13上方和下方(above and below)的线圈导体12c，而其匝数要大于提供给磁体部分14的线圈导体12d的匝数。根据本实施例的叠层线圈类似于根据第一实施例的叠层线圈，也是经由如图5所示顺序层叠包括线圈导体的铁氧体印刷电路基板、压力压缩、切割基板成为芯片以及随后的外部电极成形步骤而制成的。
如图5所示，通过增加在非磁体部分13上方和下方提供的线圈导体12c的匝数，就能将泄漏至层叠线圈外的磁场增至比第一实施例还要大的程度。于是就能进一步降低磁体部分14的磁饱和。因此，就能进一步改善叠层线圈的DC重叠特性。
第三实施例
图6是根据本发明第三实施例的叠层线圈的横截面示意图。根据本实施例，在非磁层23上面和下面(on and under)的线圈导体22c匝数为3，而在线圈导体22c上方和下方的线圈导体22d匝数为2。通过使用具有根据本实施例结构的叠层线圈，磁场就能够更为集中在非磁层23附近。这样就能就能进一步降层叠线圈内部的磁饱和并由此改善叠层线圈的DC重叠特性。
图7示出了根据该实施例的叠层线圈DC重叠特性。图7示出了其线圈导体22c和线圈导体22d的匝数到大于另一个线圈导体22e匝数的结构的特性曲线25，以及为匝数未变的已知结构的特性曲线26。当施加于线圈导体的电流值较小时，叠层线圈的电感值为4.7μH。由图中竖轴表示的电感变化对应于当增加外加电流时将电感值的减小量除以初始值4.7μH所得的值。如该实施例所述，通过增加在非磁层之上和/或其附近提供的线圈导体的匝数，就可改善DC重叠特性，尤其是在外加电流较大的情况下。
第四实施例
图8是根据第四实施例的叠层线圈的横截面示意图。根据本实施例，在非磁体部分33内形成其匝数大于磁体部分32上导电图形32d匝数的线圈导体32c。图9示出了根据该实施例的叠层线圈的分解透视图。如图9所示，为了将线圈导体32c嵌入非磁体部分33内部，就在非磁体层33a上形成线圈导体32c并随后在非磁层33a上层叠不包括线圈导体的非磁层33b。通过使用具有根据本实施例结构的叠层线圈，磁场就能够集中在非磁层33内部，并增加非磁体部分33至叠层线圈外部的泄漏。因此就能降低磁体部分的磁饱和并改善叠层线圈的DC重叠特性。
第五实施例
图10是根据本发明第五实施例的叠层线圈的横截面示意图。根据该实施例，线圈导体42c和42d分别在非磁体部分43内部和非磁体部分43上形成。因为根据该实施例提供的线圈导体位于非磁体部分43内部和其主表面上，所以由该非磁体部分43泄漏至叠层线圈外部的磁场就更多。这就降低了磁体部分的磁饱和效应并进一步改善了叠层线圈的DC重叠特性。
根据第一至第五实施例的各叠层线圈都在叠层方向上包括位于中间的非磁体部分。然而，即使在中心之外的其他位置提供所述非磁性部分，也能够改善了叠层线圈的DC重叠特性。
第六实施例
图11和图12分别根据本发明第六实施例示出了叠层线圈的横截面示意图和分解透视图。根据该实施例，将其两侧都具有导电图形52c的两层非磁体部分53放置在叠层线圈内部。各导电图形52c的匝数都大于磁体部分54上的线圈导体52d的匝数。根据该实施例，因为提供了两层非磁体部分53，就可以生成两倍于单层时泄漏至叠层线圈外部的磁场。因此就增加了磁体部分的磁饱和降低效应并进一步改善了叠层线圈的DC重叠特性。
其它实施例
本发明不限于上述实施例，并且使用的各修改仍位于本发明的范围之内。更具体地，根据这些实施例的线圈导体的匝数和形状是示例性的，并且线圈导体的匝数和形状不限与此。
工业适用性
如上所述，本发明可用于诸如扼流圈的叠层线圈，并尤其具有卓越DC重叠特性的优势。

Claims (6)

1.一种叠层线圈，包括：
包括非磁体部分以及放置在所述非磁体部分全部两个主表面上的磁体部分的叠层体，所述每个磁体部分都包括多个层叠的磁层而所述非磁体部分则包括多个层叠的非磁层；以及
包括设置在磁层和非磁体部分上的线圈导体的线圈，所述线圈导体成螺旋形连接；
其中设置在非磁体部分上的线圈导体的线圈匝数大于设置在除了所述非磁体部分上设置的线圈导体之外的每个磁层上设置的线圈导体的线圈匝数。
2.如权利要求1所述的叠层线圈，其特征在于，设置在所述非磁体部分上的线圈导体被放置在所述非磁体部分的一个主表面上。
3.如权利要求2所述的叠层线圈，其特征在于，设置在所述非磁体部分上的线圈导体被放置在所述非磁体部分的全部两个主表面上。
4.如权利要求3所述的叠层线圈，其特征在于，设置在所述非磁体部分上的线圈导体被设置于所述非磁体部分的内部。
5.如权利要求2所述的叠层线圈，其特征在于，设置在所述非磁体部分上的线圈导体被设置于所述非磁体部分的一个主表面上以及设置于所述非磁体部分的内部。
6.如权利要求1至4之一所述的叠层线圈，其特征在于，在所述叠层体内部设置多个所述非磁体部分。
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