TWI242782B - Chip type power inductor and fabrication method thereof - Google Patents

Description

1242782 五、發明說明（1) 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種晶片型電源電感器及豆製造方法， 特別是一種小晶片型電源電感器及其製造方法，於該小晶 片型電源電感器中’因磁力飽和所造成的電流限制較小。 【先前技術】 一般曰曰曰片型電感器係被分為訊號線的電感器及電源線 的電感器’用於訊號線的電感器的額定電流相當於幾毫安 :毫安培(mA)，而用於電源線的電感器在比較 安培（A)。 、成百愛安培（ΙΠΑ)到幾 近來，隨著電子設備越做越小，用μ甘山 也變的越來越小且越輕，但相對的電子：锯：的電子組件 源電路對於電子設備整個體積的容量比所使用的電 因為每一種包含了使用在每一個電子電路中t加， (CPU)的大型積體電路（LSI)係越來 —=處理器 像是電感器及變壓器等這些為電源電二的，但 組件卻报難越變越小，戶斤以其容量比會增：電路因子的磁 量也：ΐ感器及變壓器等這些磁組件變二磁性材料的容 源裝置使用的電流量便會減少。 因此可作為電 的磁器：使用的：性材料’常利用亞鐵鹽基材 型，所以亞鐵鹽基材的磁性材料主要用於多層晶片 怎时’亞鐵鹽具有高導磁性及南電阻，但有低飽和磁

第8頁 1242782 五、發明說明（2) 流通密度，所以如果使用亞鐵鹽，其電感會因磁飽和大大 的降低，且直流偏壓（DC bias)的性質會惡化，因此ϋ由導 電金屬線纏繞於金屬磁性材料所形成的線圈型電源 ¥ ，，若不考慮其高損失及低電阻，因其具有高飽和磁^旦 密度，所以常用來作主要使用的傳統電源電感器，=二 多層電源電感器，其可用的電流範圍係很少的。 、 近來，隨著可攜式裝置使用的增加，其對於用 電池消耗的低電源消耗組件的需求便隨之增加，你二 在車上音響D-Class的放大器、pDA、筆記型電腦等，而α — class及B-class的放大器等級係藉由真空管，電晶 放大功能（類比製程）來放大訊號，而D —class放大琴且勺 產生的熱很少，戶斤以可以不需要大的電源 ^ ΐ i放大器的尺寸可變小。D —Class放大器 的輸出係經由低通淚波哭供廡5银咬抑 、3皆、士沖μ $ A 應至％聲态，因此用以組成低 =/慮波為勺電感裔需具有低損失及高直流偏麼的性質，現 感器，然而如之前;作：D:lass放大器的電源電 所徒到的因線圈型電感器有立尺寸無 法做到太小的限制，所以| ^ /、 …、 哭，叮以作—且h吓便而要一種小的多層電源電感 可以很谷易的置於可攜式裝置中。 【發明内容】 根據以上所述，本發明的士 電源雷咸哭勺主要目的在於提供一種多層 %源電感态，於其中因磁性飽和 本發明的另—目的在於提供 日勺限制小。一 製造方法，其具有大量生彦= 日日片型電源電感态的 有大里生產及減少製造成本等優點。 1242782 五、發明說明（3) π、j本發明中，係引入一微間隙於形成晶月型電源電威 同+，n卄中以避免在低偏壓電流有磁性飽和。 ”、、達上述目的，本發明所揭露 — 源電感器，包括·形成一成園从^ L 種日日片型電 輩你居始晶·非·成 圖的一磁性材料，係以複數個 ，㈢# $，非磁性層插入形成磁圈的磁性材料令· 成磁圈的磁性材料的複數個單位層 ，；7 成磁圈圖樣’·通過孔，带成於& # ^表面或下表面上形 μ ±αψ ^ m形成於、、且成磁性材料的複數個單位 層上^電子連接磁圈圖樣，其中磁性材料 早 構成磁性材料的每一單位層係 圈 磁性電極及位於上表面與下表二;一；的非 構成，磁性層係位於中心 表面的電極圖樣來 b2〇3-si〇d材玻璃、二 層的側表面。 料可用做非磁性材料，_.2ϋ02基材玻璃或其它陶莞材 N1-Zn-Cu基材亞=可=材亞鐵、基材亞鐵、 %兒鐵寺可用作磁性材料。 道上在避：：：==成於亞鐵形成的磁通 述，產品的可用電流範圍便可^ Α磁14飽和’根據以上所 因此為達上述目的，本發明所揭t ^ 一插 源電感器的製造方法，勺 昂路之一種晶片型電 別形成於一承载薄膜上二準傷磁性層及非磁性層能分 薄片及非磁性層綠薄片上、Γ报，形成切割線於磁性層綠 磁性層綠薄片i ;形成一電二f道孔於形成切割線的非 表面上；去除磁性層 万圖樣於非磁性層綠薄片的上 部份，因此磁性材料的走 卜磁性層綠薄片上不必要的 材科的剩餘部位對應於非磁性材料的 第10頁 1242782 五、發明說明（4) ___ 部位，或磁性絲丄 位；藉著槿& Ί 除部位對應於非磁性材料的剩餘部 通道;及非磁性層堆疊複數個單位層，其中 非磁性層：形成於非磁性層以當作-單位層插入 疊層上表面^ 了 ^成切割線及電極圖樣的地方；堆疊由堆 (f ^ 表面上磁性層構成的覆蓋層；燒結 的外部Γ面⑴堆疊主體；及形成外部電極於燒結的主體 的非= 抑：飽::係被形成於電源電感器内部部位 電偏壓性質，其中數百毫安到數百安電ϊ 發明晶片型電源電Π t器係無法實現的，因此根據本 源電感器便能夠用在小攜帶型裝置中。 ）曰曰片型電 有關本發明的特徵與實作，兹配合圖示作最佳 詳細說明如下。 口 1卬取住Κ轭例 【實施方式】 _ ^圖顯示晶片型電源電感器之-實施例，如圖所 不，電極圖樣丨2形成於磁性材料中，而完整形0所 =中於複數個磁性層堆疊時，係有磁圈 ，若曰= ^94 ^ ^ ^ 係無法避免低電流的磁性飽和。 弟2A圖係本毛明電源電感器的一基本結構，其中 讲層24形成於磁性材料中，石兹圈2〇形成於磁性材料中 、性層增加了磁性材料的抗磁性因此 性飽和，形成磁圈的磁性材料係以許多單 第11頁 1242782 五、發明說明（5) "~ 電極圖樣22形成於每一單位層上，非磁性層24係被插入於 構成磁性材料的層與層之間，其厚度係考量電源電感器的 電性來決定’電極圖樣不需形成於非磁性層上，及通過孔 係為了電子連接形成於單位層上的電子圖樣來形成，單位 層係1皮此置於非磁性層的上表面及下表面上。 第2B圖係截面圖示顯示本發明電源電感器的變化實施 例，形成磁圈的磁性材料被分成磁性材料區域3〇與非磁性 材料區域36，於磁性材料中有複數個單位層堆疊，磁性材 =區域會被分成形成於中心被非磁性材料環繞的磁性材 二® ^ 2 f於非磁性材料區域週邊的磁性材料，非磁性材 圈二綠U二形成磁圈的磁性材料中，因此可遮蓋形成磁 材：的磁通道，便可以增加抗磁性如第2A圖所示 制：日:二、然每一區看起來係彼此獨立，但每-區域於 ;:二成一單位I，且層與層係堆疊以整體形成。以下 圖^32 : ϋ製造流程，在此電源電感器的結構中，電極 下表面之“ Ϊ構成非磁性材料區域的每-層的上表面與 I衣¢7之間的至少一矣而 的磁丨生# # # & ΛΛ b 其中母一層係構成形成磁圈 :且；的非磁性材料區域。如果電極圖樣係形成 的；I:;:料高的電阻：低的導磁率及低的介電常數 降低，且：永便可避免因母—層厚度變小所導致的絕緣 中社構的U電，原電感益顯示於第1圖、第2Α圖及第2Β圖 中、、。構的電性’第3圖中㈣結果以曲線圖表示。

第12頁 1242782 五、發明說明（6) 電感（μΗ) 磁飽和 非磁性層未插入時 (第1圖） 30 50 非磁性層插入及形成磁圈 的磁性材料包含一磁性材 料時（第2A圖） 4 260 非磁性層插入及形成磁圈 的磁性材料包含一磁性材 料與一非磁性材料時 3 1250 附件一 | 流（mA) 表 晶片 型電源電感 器所設計的每一結構之電性比較 在表中，磁飽和電流係於附加直流偏壓時的一個電流 下，:^ Ϊ感值會少了 1 〇 %，在非磁性層沒有插入的情形 和，^其它結構比較，其電感較高而在5OmA時產生磁性飽 飽和 ^ =在非磁性材料插入電源電感器的情形下，磁 磁性封:Ϊ的很面，特別係在非磁性層插入，形成磁圈的 艸由非磁性材料及磁性材料組成，其磁飽和電流值

1242782 五、發明說明（7) "〜〜· 會超過1A，係比非磁性層沒有插入的 在本發明電源電感器中，不只择月形大超過20倍。 量生產係可行的而製造成本係下降^加電性同時使得其大 圖樣形成於複數個磁薄片上，磁薄片土’，據第2A圖，電極 形成的非磁性層被插入於堆疊薄片的、足，而無電極圖樣 製程會根據第2B圖所示的結構來作解=面’以下，詳細的 用於第2A圖中所示的結構。 '睪’而此製程也可應 每一製程係可依據第4A圖至第4e 示準備綠薄片的步驟，磁性層或非磁性層42:成：4一A =

ΐΐΐ P T 法形成，PET薄膜及其它材料可使用用在承载薄膜，當每 一層的製造完成，依續堆疊之後承載薄膜會被取出。 形成於承載薄膜上的磁性層或非磁性層的綠薄片，可 以自己本身被用作覆蓋層或是以堆疊許多層的方式。 如第4 B圖所示’在形成綠薄片之後，切害彳線係不斷地 被幵>/成’切割線係包括窗口 4 4 b的内切割線與側切割線 4 4 a ’切割線係由雷射製程或機械製程形成，其中承載薄 膜一定不能被破壞，第4 B圖中的切割製程可以應用於磁性 層綠薄片及非磁性層綠薄片。 在磁性層綠薄片或非磁性層綠薄片上切割線形成的地 方’可以本身被用作緩衝層或藉由堆疊許多層作為缓衝 層，非磁性層綠薄片上用於窗口的内切割線沒有形成的地 方係被用作非磁性層插入磁性材料的裡面，其中磁性材料

第14頁 1242782 、發明說明（8) 可本身形成磁圈或藉堆疊許多層形成磁圈。 、 如第圖所示，在非磁性層42綠薄片上，通過孔46形 成於切割線44a及44b的旁邊，此通過孔係利用雷射撞擊或 機械撞擊的方法形成。 如第4 C圖所示，在非磁性層4 2綠薄片上切割線及通過 孔形成的地方，形成電極圖樣48，電極圖樣係可根據非磁 f生電極層的順序來形成不同圖樣（例如，一個圖樣中，第 $片的電極圖樣與第二薄片的電極圖樣係彼此對稱）， 且能夠根據線圈組成的使用目的來改變成不同的形狀，

又電極圖樣的一端係延伸至綠薄片的一端以電子連接一 $ I卩電極’導電膠會利用平面印刷的方式印刷在在非磁性 、彔薄片的上表面上以形成電極圖樣，且導電材料會填滿通 k孔4 6 t ’根據第4 C圖’電極圖樣4 8的一端係與通過孔4 6 連接，這樣的形式係用以藉由每一層來電子連接非磁性層 上的每一電極圖樣。

磁丨生綠薄片上切割線所形成的不需要的部份及非磁性 綠薄片上電極圖樣形成的地方皆會被剔除，此時磁性綠薄 片與非磁性綠薄片的剔除區域係彼此相對的，以在堆疊製 程時構成磁性綠薄片與非磁性綠薄片的單一層，此穿=將 在以下詳細說明。第4D圖與第4E圖顯示已剔除不需要部份 的磁性綠薄片與非磁性綠薄片，在第4D圖中，非磁性綠薄 片的的_央區域與週邊區域係被剔除，而在第4E圖中磁性 綠薄片的磁性層42b只保留相對於非磁性綠薄片被剔除的 區域’在第4E圖中’中央磁性層被剔除的磁性層綠薄片， 1242782 五、發明說明（9) 與/又有窗口内切割線形成的非 磁圈.兹㈣料裡面，係被用料=層專片皆被插入形成 5A圖，；：：f f製造完成’每-層會相繼的被堆疊，第 根US 其中每一層係接續堆疊成-個。 ;的電=疊在兩端的覆蓋層51之間，覆蓋層=磁 層（曰如第ϋ所一-實㈣^，也可包括一磁性層及一非磁性 非磁性弟舜二 虎51為一磁性覆蓋層，標號52為- 時，磁、附加的非磁性覆蓋層減低，在射出製程 此可韁^ :非磁性層之間產生的熱膨脹速率的差異，因 了 疋產品的機械結構。 斧接资Hi形成於非磁性層上的電極圖樣直接與上覆蓋 ’又有電極圖樣形成的非磁性層4 2，可用作缓衝 二位Ϊ承載薄膜分別的被剔除時，第4A圖與第4B圖中製造 爲、、κ >片及有切割線形成的綠薄片可用作覆蓋層及緩衝 層〇 第4D圖與第4E圖中製造的非磁性層42a與磁性層 42b係父替堆登以形成一電極層，雖然圖中顯示的電極層 係僅由4層組成，但其可由更多層組成。非磁性層4 2 &與磁 性層4jb係交替堆疊，所以係算是存在於同—層，因此這< 種堆豐方式形成於非磁性層上的電極圖樣係將彼此電性連 接的，電極圖樣的一端（第4C圖的4 8 )係連接於通過孔（第 4C圖=46)，因此會電性連接另一層電極圖樣的另一端。 /又有電極圖樣形成的非磁性層4 2 c係被插入堆疊的電 第16頁 1242782 五、發明說明（10) 極層與層之間，因此會形成微間隙遮蓋住 通道，非磁性層42c與磁性層42b，構成"一芦®主體裡的磁 的内部磁通量遮蓋層僅包括一非磁性層，曰。雖然在圖中 品的電性插入多個非磁性層。 ϋ根據最後產 至少形成於非磁性層上電極圖樣的兩端延伸 π電性接觸的非磁性層的邊緣，夕卜部電極在堆疊 ，成於延伸的一端。第6Α圖顧示堆疊完成 ^ ^

外形成非磁性覆蓋層52。第6(：圖與第6D 的電源電感器截面圖。 貝丁衣&凡成 疊之後’ t内電極圖樣、非磁性材料及磁性材料 2日寸精由燒結堆疊主體時，形成線圈形式的電極圖樣、非 ^〖生材料的絕緣區域及磁性材料的磁通道。 ，燒結製程後，外部電極利用浸泡或滾輪的方式形成 二堆豐主體的側面，第6£圖顯示形成外部電極後的最終產 物0 藉由本製程’本發明晶片型電源電感器可很經濟的被 製造且能大量生產。

At豹根據以上所述’在本發明中，電源電感器裡的磁通量 ς 3破控制，所以在傳統多層晶片型電源電感器中，無法 本1，對於幾百毫安培到幾百安培的直流偏壓性質，利用 务明可做到，且此小尺寸的多層電源電感器可以使用在 ^玉冤腦、其它小的通訊裝置及電子設備中，除此之外 I月方法對於·大量生產具有很大的經濟效益。

1242782 五、發明說明（11) 雖然本發明以前述之較佳實施例揭露如上，然其並非 用以限定本發明，任何熟習相像技藝者，在不脫離本發明 之精神和範圍内，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明 之專利保護範圍須視本說明書所附之申請專利範圍所界定 者為準。

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1242782 圖式簡單說明 第1圖為傳統技術之曰 、 第2A圖為本發明之㉟曰型電源電感态結構的截面圖； 第2B圖為本發明之^型電源電感器結構的截面圖； 第3圖為本發明之晶曰片型電源電感器另一結構的截面圖 第4A圖顯示磁性層或广電源厚電感器之電性圖表； 第4B圖顯示通過孔=载薄膜上； 一刀』線形成於磁性層或非磁性層上 第扎圖頒示電極圖樣形成於非磁性層上； 第4 D圖顯示非磁性層上不必要的部份被移除·， 第4 E圖顯示磁性層上不必要的部份被移除； 第5A圖為本發明晶片型電源電感器之堆疊流程圖； 第5B圖為本發明晶片型電源電感器之另—堆疊流程圖； 第6A圖為根據第5A圖的製程所製造出的晶片型電源電感哭 之圖示； 第6 B圖為根據第5 B圖的製程所製造出的晶片型電源電感哭 之圖示； 第6C圖為晶片型電源電感器内部之透視圖； 第6D圖為晶片型電源電感器内部之截面圖；及 第6 E圖顯示有外部電極形成之晶片型電源電感器圖示。 【圖式符號說明】

10 磁圈 12 電極圖樣 20 磁圈 22 電極圖樣 24 非磁性層

1242782 圖式簡單說明 30 磁性材料區域 32 電極圖樣 34 非磁性材料層 36 非磁性材料區域 40 承載薄膜 42 非磁性層 42’ 非磁性層 42a 非磁性層 42b 磁性層 42c 非磁性層 44a 侧切割線 44b 窗口 46 通過孔 46, 延伸端 48 電極圖樣 51 磁性覆蓋層 52 非磁性覆蓋層 Ο

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Claims (1)

1. l242782 申請專利範圍 〜種，片型電源電感器，包含： ^主體，其中一磁性材料形成一磁圈， :以複數個單位層及插入該磁性 ：：體 堆疊形成一單元； 裡的非磁性層 Γΐ表:ί於該磁性材料之複數個單位層之上表 m車：成於構成磁性材料的複數個單位層上以 〜资Ϊ生連接該線圈圖樣； 層，與該磁性材料之上表面及下表面 .如申:上】極’電性連接該線圈圖樣之-部份。 :專利範圍第丨項所述之晶片型電源電感器，立中 冓成該磁性材料的每一該單位層包含. /、 -非：=層’於其中有一開口位於—中心，及於其 τ電極圖樣係至少位於上表面與下表面之—表面； 磁丨生層，位於該中心開口及該非磁性電極層之側表 面， 其中該非磁性層與該磁性層係構成一該單位層。 3_如申請專利範圍第i項所述之晶片型電源電感3器，直 该覆蓋層更包含一非磁性層。 〃 請專利範圍第1項所述之晶片型電源電感器，更包 含一缓衝層，由介於形成一磁圈之該磁性材料上表面與 下表面間之一非磁性層及該覆蓋層構成。 、/、 5·如申清專利範圍第1項所述之晶片型電源電感器，其中

   第21頁 1242782 六、申請專利範圍 ，非磁性層係為叫基材玻 玻璃及其它陶兗材料之任意組合。 材 6·:申請專利範圍第！項所述之晶片型電源電感器 ^磁性材料係為Ni基材亞鐵、Ni _Zn基材亞鐵及Ml Cu基材亞鐵之任意組合。 〜 • $種曰曰片型電源電感器的製造方法，包含： 使一磁性層及-非磁性層分別地形成於- :^切割線於該磁性層綠薄片及該非磁性層綠薄片上· / 、通過孔於具有切割線形成之該非磁性層綠薄片上，’ =成一電極圖樣於該非磁性層綠薄片之一 :去：”層綠薄片及該非磁性層綠薄片上不=部 =忒磁性材料之剩餘部位對應於該非磁性材料的 、性：Γ二ΪΞ:性材料的剔除部位對應於該非磁 將'Ϊ::::層及有通過孔與電極圖樣形成的該非磁 性的單位層堆疊成一單位個體，其中非磁 插二；，又有形成該切割線及該電極圖樣的地方係被 :下#!1^層的—覆蓋層堆疊於該堆疊層的上表面及 下表面上； 燒結（fire)該堆疊主體；及 8. ΖΐΐΓ;:!電=境結的該堆疊主體的外部表面。 月專利耗圍弟7項所述之晶片型電源電感器的製造

   1242782 六、申請專利範圍 方法，其t位於該承載薄膜之該磁性層或該非磁性層係 分別利用一醫學片狀膠帶方法（doctor blade tape)形 成。 9.如申請專利範圍第7項所述之晶片型電源電感器的製造 方法，其中該非磁性層綠薄片之一上表面之該電極圖樣 係藉由一平面印刷形成。 1 0. —種晶片型電源電感器，係以如申請專利範圍第7項所 述之晶片型電源電感器的製造方法所製造而成。

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