專利名稱：使用磁片的疊層電感器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有高直流疊加特性和高頻特性的多層片式功率電感器，具體地涉及一種將填充有軟磁性金屬粉末的磁片和磁芯用作磁體的多層片式功率電感器。
背景技術(shù)：
由于便攜式裝置的多樣化，用于便攜式裝置的電源電路的工作電源的類型也已經(jīng)多樣化。對于便攜式裝置，將這種電源用作LCD (液晶顯示器)驅(qū)動器、功率放大器模塊、基帶IC(集成電路)等。每個電源均需要不同的工作電壓，并且需要用于將從電源供應的電壓轉(zhuǎn)換成其電路的工作電壓的電源電路。由于半導體尺寸的減小，所以其電源電路的電壓已減小，并且因此即使電壓的小的變化也可能導致裝置發(fā)生故障。為了防止這種問題，通常， 使用分布式電源(POL)方案，其中，將電源布置在每個LSI (大規(guī)模集成電路)附近，以通過利用電源和LSI或配線電阻之間的線路電感來減小電壓波動。結(jié)果，便攜式裝置需要用于分別控制每個LSI的電源以及位于電源中的許多電源電路。便攜式裝置的電源電路分成兩大類線性調(diào)節(jié)器和開關(guān)調(diào)節(jié)器。最近的趨勢已朝著降低能耗以延長電池壽命的方向發(fā)展，因此，已經(jīng)更普遍地使用在電壓轉(zhuǎn)換中經(jīng)受較少的功率損耗的開關(guān)調(diào)節(jié)器(通常稱為DC-DC (直流-直流)轉(zhuǎn)換器)。同時，在小型化方面，DC-DC轉(zhuǎn)換器需要諸如電感器、電容器等的附加部件，這增大了電源電路的面積；因此，為了使裝置小型化，必須首先使那些部件小型化?？赏ㄟ^減小電感器或電容器的需要的常數(shù)來使這些部件小型化，其中通過增大DC-DC轉(zhuǎn)換器的開關(guān)頻率來減小電感器或電容器的需要的常數(shù)。最近，由于根據(jù)半導體制造技術(shù)的進步而使IC性能提高，已使較高的開關(guān)頻率取得了進一步發(fā)展。在此趨勢下，通常已將纏繞轉(zhuǎn)子式電感器用作用于DC-DC轉(zhuǎn)換器的電路的功率電感器，其中通過將電線纏繞在氧化物磁性材料周圍來制造所述纏繞轉(zhuǎn)子式電感器。然而，這種電感器在小型化方面具有固有的局限性。因此，隨著陶瓷材料技術(shù)的進步，已經(jīng)開始關(guān)注多層功率電感器。鐵氧體基金屬氧化物(通常用作多層功率電感器的磁性材料)具有高導磁性和高電阻，同時具有低的飽和磁通密度。因此，鐵氧體基金屬氧化物由于磁飽和而獲得低電感， 并具有較差的直流疊加特性。另外，在傳統(tǒng)的多層功率電感器中，為了確保直流疊加特性，需要在層之間插入非磁性材料層作為間隙。另外，在使用鐵氧體的電感器的情況下，將電路放置在鐵氧體基板上，然后必須將其燒結(jié)；然而，在該情況下，在燒結(jié)處理過程期間可能使電感器變形，這對確保一定水平的電感和直流疊加特性造成了障礙。因此，不能將這種電感器設(shè)計為寬的。特別地，在最近電感器的尺寸已經(jīng)減小并且制造具有Imm或更小寬度的產(chǎn)品的情況下，更加限制了電感器的寬度；因此，使用鐵氧體的電感器不能獲得各種類型的電感和電流疊加特性。
另外，即使在使用填充有磁性材料的磁片的多層電感器的情況下，也無法僅通過在電感器的導電電路中包括磁片而獲得非常好的電感器特性。
發(fā)明內(nèi)容
待解決的問題提供本發(fā)明來解決所述問題。本發(fā)明的目的是提供一種不會由于磁飽和而導致磁通量泄漏和電流限制的功率電感器。本發(fā)明的另一目的是提供一種其使用能夠不受寬度限制的大容量超薄功率電感
ο本發(fā)明的另一目的是提供一種通過在電感器中包括磁芯而實現(xiàn)高電感和高直流疊加特性的多層片式功率電感器。本發(fā)明的又一目的是提供一種通過將銅線用于電感器的導電電路而確保低直流電阻的多層片式功率電感器。解決問題的技術(shù)方案為了實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明提供一種使用磁片的多層片式功率電感器，其特征在于，層壓多個磁片，其中在所述磁片的表面上形成導電電路；在最外部形成端子；經(jīng)由導通孔電連接所述導電電路和所述端子并且形成呈線圈形式的電路；并且在呈線圈形式的所述電路中形成內(nèi)中空部并將磁芯插入所述內(nèi)中空部中。此外，本發(fā)明提供一種使用磁片的多層片式功率電感器，其特征在于，層壓多個磁片；在最外部形成端子；在被層壓的所述磁片中形成內(nèi)中空部，并將纏繞有導電線圈的磁芯插入所述內(nèi)中空部中；并且經(jīng)由導通孔電連接所述導電線圈和所述端子。此外，本發(fā)明提供一種使用磁片的多層片式功率電感器，其特征在于，內(nèi)層的所述磁片是填充有各向同性粉末的各向同性磁片；并且，外層的所述磁片是填充有各向異性金屬粉末的磁片。此外，本發(fā)明提供一種使用磁片的多層片式功率電感器，其特征在于，所述磁芯是含鉬坡莫合金、坡莫合金、鐵硅鋁合金、鐵硅合金、硅鋼板、鐵氧體和非晶態(tài)金屬中的任何一種。此外，本發(fā)明提供一種制造使用磁片的多層片式功率電感器的方法，所述方法包括以下步驟通過蝕刻覆銅磁片的表面來形成導電電路，通過鉆孔來形成導通孔，并電鍍所述導通孔的內(nèi)側(cè)以形成電路層；層壓所述電路層，通過將覆銅磁片層壓在所述電路層的上側(cè)面和下側(cè)面上作為連接盤層而形成層壓體，通過蝕刻所述連接盤層來形成連接盤，通過鉆孔來形成導通孔，并電鍍所述導通孔；通過對所述層壓體的中間部分進行沖壓來形成內(nèi)中空部，然后將磁芯插入所述內(nèi)中空部中；并且將單獨的覆銅磁片層壓在插入有所述磁芯的所述層壓體的上側(cè)面和下側(cè)面處作為端子層而并對其進行蝕刻來形成端子，通過鉆孔來形成導通孔，并電鍍所述導通孔。此外，本發(fā)明提供一種制造使用磁片的多層片式功率電感器的方法，其特征在于， 向所述電路層施加填充有各向同性粉末的各向同性磁片，并且，向所述連接盤層和所述端子層施加填充有各向異性金屬粉末的磁片。此外，本發(fā)明提供一種制造使用磁片的多層片式功率電感器的方法，所述方法包括以下步驟通過層壓磁片來形成層壓體，通過對所述層壓體的中間部分進行沖壓來形成內(nèi)中空部，然后，將纏繞有導電線圈的磁芯插入所述內(nèi)中空部中；將覆銅磁片層壓在所述層壓體的上側(cè)面和下側(cè)面上作為連接盤層，通過蝕刻所述連接盤層來形成連接盤，通過鉆孔來形成導通孔，并電鍍所述導通孔；將單獨的覆銅磁片層壓在所述連接盤層的上側(cè)面和下側(cè)面處作為端子層并且對其進行蝕刻來形成端子，通過鉆孔來形成導通孔，并電鍍所述導通孑L。發(fā)明效果與傳統(tǒng)的功率電感器不同，本發(fā)明能夠獲得高頻率和大容量的飽和電流。另外，通過使用軟磁性金屬粉末薄片，本發(fā)明能夠以經(jīng)濟的方式提供一種其寬度不受限制的薄的電感器，因此，可以提供超薄的膝上型計算機、便攜式電話、顯示裝置，等等。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的多層功率電感器的立體圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的多層功率電感器的剖視圖。圖3是根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式的多層功率電感器的剖視圖。圖4是根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式的多層功率電感器的剖視圖。圖5是說明根據(jù)本發(fā)明的制造多層功率電感器的方法的流程圖。圖6是示出根據(jù)本發(fā)明的電感器的特性的曲線圖。
具體實施例方式在下文中，將參考附圖描述本發(fā)明。圖1是本發(fā)明的一個實施方式的外部圖。圖1示出了通過層壓磁片而形成的電感器10，其中，在該電感器的最外部形成端子11。通過填充粘合劑和軟磁性金屬合金粉末來形成所述磁片。使用呈扁平薄片形式的各向異性或各向同性的粉末作為所述軟磁性金屬合金粉末。另外，可以使用含鉬坡莫合金、坡莫合金、Sandust (鐵硅鋁合金)、鐵硅合金、非晶態(tài)金屬、納米晶粒等作為合金粉末的材料?？梢允褂帽挥米饔袡C高分子基質(zhì)材料的三元乙丙橡膠(EPDM)、丙烯酸樹脂、聚亞安酯、硅橡膠等作為所述粘合劑。端子由諸如銅的導電金屬制成。通過根據(jù)以下方法形成所述端子有選擇地蝕刻覆銅磁片而僅保留銅部分，并可以在銅端子周圍鍍以鎳和錫。 用環(huán)氧樹脂絕緣材料涂覆除了端子以外的部分。圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的多層片式功率電感器的(圖1的A-A)剖視圖。圖2示出了多層片式功率電感器10，在該多層片式功率電感器10中，層壓電路層 12，并且在所述電路層12的上側(cè)面和下側(cè)面上相繼地層壓連接盤層14和端子層16，其中， 在所述電路層12處，在磁片的表面上形成導電電路，在所述連接盤層14處形成連接盤，并且在所述端子層16處形成端子。在所述電路層12的磁片上，導電電路可以形成在一個表面上或可以形成在兩個表面上。如果導電電路形成在兩個表面上，那么，將未形成有導電電路的磁片插入所述磁片之間并用作絕緣層。經(jīng)由導通孔電連接每個電路層12的導電電路、連接盤和端子，以形成呈線圈形式的整個電路，并且在所述電路中形成內(nèi)中空部，將磁芯18插入所述內(nèi)中空部中。換句話說，其具有這樣的結(jié)構(gòu)呈線圈形式的電路纏繞在磁芯18周圍。對于磁芯18，可使用含鉬坡莫合金、坡莫合金、鐵硅鋁合金、鐵硅合金、硅鋼板、鐵氧體和非晶態(tài)金屬。圖3是根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式的多層片式功率電感器的剖視圖。圖3示出了多層片式功率電感器20，在該多層片式功率電感器20中，與圖2 —樣， 形成電路層22、連接盤層M和端子層26，并將磁芯觀插入其內(nèi)部，其中在電路層22處，在磁片的表面上形成導電電路。這里，向電路層22施加各向同性磁片，并且向連接盤層M和端子層沈施加各向異性磁片，其中，對于各向同性磁片，填充磁片的軟磁性粉末的形狀是球形的，并且粉末的長度和寬度彼此相似，相對于磁路(magnetic path)具有各向同性的特性，對于各向異性磁片，軟磁性粉末呈薄片形式并且相對于磁路平行。如果是多個電路層22，則可以將所述電路層分類成位于內(nèi)部電路層中的各向同性磁片和位于上下層中的各向異性磁片。在圖3中，在多層片式功率電感器中產(chǎn)生的磁路的方向與軟磁性粉末的布置方向相關(guān)。換句話說，向電感器的上側(cè)面和下側(cè)面施加各向異性磁片，并且向所述電感器的中間部分施加各向同性磁片，從而形成所述圖中沿箭頭方向的磁路四；這里，當所述各向異性磁片的各向異性合金粉末的長度方向與磁路平行時，電感增加。在一些情況下，在電路層22的左側(cè)面和右側(cè)面豎直地布置各向異性顆粒，從而使其與磁路四平行。圖4是本發(fā)明的另一個實施方式的剖視圖。該實施方式涉及多層片式功率電感器70，其中，將銅線導電線圈纏繞在磁芯周圍并將其插入磁片中。通過層壓未形成有導電電路的磁片來形成層壓體72 ；在所述層壓體72中形成內(nèi)中空部；將纏繞有導電線圈的磁芯78插入內(nèi)中空部中；并且將連接盤層74和形成有端子 71的端子層76層壓在磁片的上側(cè)面和下側(cè)面上。在下文中，將描述根據(jù)本發(fā)明的制造電感器的方法。圖5是根據(jù)本發(fā)明的制造多層片式功率電感器的方法的一個實施方式的示意圖。
蝕刻覆銅磁片32的表面，并形成導電電路34以制備多個電路層30。將所述導電電路34鉆孔以形成導通孔36，并用導電材料電鍍所述導通孔的內(nèi)側(cè)。 層壓多個電路層30，并且將單獨的覆銅磁片42層壓在上側(cè)面和下側(cè)面上作為連接盤層40，且進行蝕刻以形成連接盤44 ；將連接盤44鉆孔以形成導通孔46 ；然后，用導電
6材料電鍍所述導通孔46的內(nèi)側(cè)。這里，如果在磁片32的兩個側(cè)面都形成導電電路34，則插入未形成有導電電路的磁片35。該磁片35用作絕緣層，使得導電電路34彼此不接觸。如上所述層壓電路層30和連接盤層40以形成層壓體，并對所述層壓體的中間部分進行沖壓，以形成內(nèi)中空部，然后在該內(nèi)中空部中插入磁芯50。在插入所述磁芯50之后，將單獨的覆銅磁片層壓在上側(cè)面和下側(cè)面處作為端子層60，進行蝕刻以形成端子64，并且對其鉆孔以形成導通孔，且電鍍所述導通孔的內(nèi)側(cè)。通過所述被電鍍的導通孔來連接每個層壓導電電路，以形成一個整體上呈線圈形式的電路。最后，可以用絕緣材料(例如環(huán)氧樹脂)電鍍除了所述端子以外的表面部分。作為再一實施方式，可以制造圖4所示的多層片式功率電感器，在該多層片式功率電感器中，插入纏繞有導電線圈的磁芯。在上述過程中，取代應用覆銅磁片32，而是應用不包覆銅的典型磁片并層壓該磁片以形成層壓體72，然后，對該層壓體進行沖壓以形成內(nèi)中空部，并且，將纏繞有導電線圈的磁芯78插入所述內(nèi)中空部中。將單獨的覆銅磁片層壓在上側(cè)面和下側(cè)面上作為連接盤層74，并進行蝕刻以形成連接盤，對連接盤鉆孔以形成導通孔，然后，用導電材料電鍍所述導通孔的內(nèi)側(cè)。同樣，將單獨的覆銅磁片層壓在上側(cè)面和下側(cè)面處作為端子層76，并進行蝕刻以形成端子71，然后對其鉆孔以形成導通孔，電鍍所述導通孔的內(nèi)側(cè)。實施例(操作實施例1)通過蝕刻210X300X0. Imm的覆銅磁片的頂面和底面并形成導電電路來制造三個電路層，其中所述覆銅磁片通過在50°C的溫度下將鐵硅磁性粉末和EPDM與氯化鐵溶液混合3分鐘來制備。通過用精密鉆孔機的具有0. 2mm外徑的鉆頭在電路中進行沖壓來形成導通孔，并且用銅來電鍍導通孔的內(nèi)側(cè)。層壓三個電路層，將單獨的覆銅磁片層壓在所述電路層的上側(cè)面和下側(cè)面上作為連接盤層，并對其進行蝕刻以形成連接盤，將連接盤鉆孔以形成導通孔，并且用導電材料電鍍所述導通孔的內(nèi)側(cè)。層壓電路層和連接盤層，然后，通過對內(nèi)側(cè)進行沖壓而形成具有寬度為Imm直徑 (Φ)的內(nèi)中空部，然后在所述內(nèi)中空部中插入坡莫合金磁芯。在插入磁芯之后，再一次將單獨的覆銅磁片層壓在上側(cè)面和下側(cè)面上作為端子層，并對其進行蝕刻以形成端子，然后對其鉆孔以形成導通孔，并且電鍍所述導通孔的內(nèi)側(cè)。最后，用環(huán)氧樹脂電鍍除了所述端子以外的表面部分。(操作實施例2)層壓通過混合鐵硅磁性粉末和EPDM而制備的三個210X300X0. Imm的磁片，然后，對所述磁片的內(nèi)側(cè)進行沖壓。
將纏繞有0. 15mm直徑(Φ)的銅線的坡莫合金磁芯插入Imm直徑(Φ)的所述被打出的孔中。將單獨的覆銅磁片層壓在上側(cè)面和下側(cè)面上作為連接盤層，并對其蝕刻以形成連接盤，對連接盤鉆孔以形成導通孔，并用導電材料電鍍所述導通孔的內(nèi)側(cè)。同樣，將單獨的覆銅磁片層壓在上側(cè)面和下側(cè)面上作為端子層，并對其蝕刻以形成端子，然后對其鉆孔以形成導通孔，電鍍所述導通孔的內(nèi)側(cè)。最后，用環(huán)氧樹脂電鍍除了所述端子以外的表面部分。(比較實施例1)通過蝕刻210X300X0. Imm的覆銅磁片的頂面和底面并形成導電電路來制造三個電路層，其中所述覆銅磁片通過在50°C的溫度下將鐵硅磁性粉末和EPDM與氯化鐵溶液混合3分鐘來制備。通過用精密鉆孔機的具有0. 2mm外徑的鉆頭在電路中進行沖壓來形成導通孔，用銅電鍍導通孔的內(nèi)側(cè)。層壓三個電路層，將單獨的覆銅磁片層壓在所述電路層的上側(cè)面和下側(cè)面上作為連接盤層，并對其蝕刻以形成連接盤，將連接盤鉆孔以形成導通孔，用導電材料電鍍所述導通孔的內(nèi)側(cè)。同樣，將單獨的覆銅磁片層壓在上側(cè)面和下側(cè)面上作為端子層，并對其蝕刻以形成端子，然后對端子進行沖壓以形成導通孔，并電鍍所述導通孔的內(nèi)側(cè)。 最后，用環(huán)氧樹脂電鍍除了所述端子以外的表面部分。圖6中示出了操作實施例和比較實施例的測量電感器特性的結(jié)果。該曲線圖示出了電感器根據(jù)頻率的變化。能夠理解，與比較實施例1相比，根據(jù)本發(fā)明的操作實施例1和操作實施例2的頻率的電感非常高。本發(fā)明的上述實施方式僅是為了舉例，但本發(fā)明并不限于此，因此可以進行各種修改和改變。
權(quán)利要求
1.一種使用磁片的多層片式功率電感器，其特征在于， 層壓多個磁片，在所述磁片的表面上形成導電電路； 在最外部形成端子；所述導電電路和所述端子經(jīng)由導通孔被電連接并且形成呈線圈形式的電路；并且在呈線圈形式的所述電路中形成內(nèi)中空部并且在所述內(nèi)中空部中插入磁芯。
2.一種使用磁片的多層片式功率電感器，其特征在于， 層壓多個磁片；在最外部形成端子；在被層壓的所述磁片中形成內(nèi)中空部，并且在所述內(nèi)中空部中插入纏繞有導電線圈的磁芯；并且所述導電線圈和所述端子經(jīng)由導通孔被電連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用磁片的多層片式功率電感器，其特征在于， 內(nèi)層的所述磁片是填充有各向同性粉末的各向同性磁片；并且，外層的所述磁片是填充有各向異性金屬粉末的磁片。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的使用磁片的多層片式功率電感器，其特征在于，所述磁芯是含鉬坡莫合金、坡莫合金、鐵硅鋁合金、鐵硅合金、硅鋼板、鐵氧體和非晶態(tài)金屬中的任何一種。
5.一種制造使用磁片的多層片式功率電感器的方法，所述方法包括以下步驟通過蝕刻覆銅磁片的表面來形成導電電路，通過鉆孔來形成導通孔，并電鍍所述導通孔的內(nèi)側(cè)，從而形成電路層；層壓所述電路層，通過將覆銅磁片層壓在所述電路層的上側(cè)面和下側(cè)面上作為連接盤層而形成層壓體，通過蝕刻所述連接盤層來形成連接盤，通過鉆孔來形成導通孔，并電鍍所述導通孔；通過對所述層壓體的中間部分進行沖壓來形成內(nèi)中空部，然后在所述內(nèi)中空部中插入磁芯；并且將單獨的覆銅磁片層壓在插入有所述磁芯的所述層壓體的上側(cè)面和下側(cè)面處作為端子層并對其進行蝕刻來形成端子，通過鉆孔來形成導通孔，并電鍍所述導通孔。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制造使用磁片的多層片式功率電感器的方法，其特征在于，向所述電路層施加填充有各向同性粉末的各向同性磁片，并且，向所述連接盤層和所述端子層施加填充有各向異性金屬粉末的磁片。
7.—種制造使用磁片的多層片式功率電感器的方法，所述方法包括以下步驟 通過層壓磁片來形成層壓體，通過對所述層壓體的中間部分進行沖壓來形成內(nèi)中空部，然后，在所述內(nèi)中空部中插入纏繞有導電線圈的磁芯；將覆銅磁片層壓在所述層壓體的上側(cè)面和下側(cè)面上作為連接盤層，通過蝕刻所述連接盤層來形成連接盤，通過鉆孔來形成導通孔，并電鍍所述導通孔；將單獨的覆銅磁片層壓在所述連接盤層的上側(cè)面和下側(cè)面處作為端子層并且對其進行蝕刻來形成端子，通過鉆孔來形成導通孔，并電鍍所述導通孔。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有高直流疊加特性和高頻特性的疊層功率電感器，并且具體地涉及一種作為磁體施加有磁片和磁芯的疊層功率電感器，所述磁片填充有軟磁性金屬粉末。本發(fā)明的技術(shù)目的是提供一種具有高電感和高直流疊加特性的疊層功率電感器及其制造方法。為了實現(xiàn)該目的，用于制造使用磁片的疊層電感器的方法包括堆疊其表面上形成有導電電路的多層磁片；在最外部形成端子；通過經(jīng)由導通孔電連接所述導電電路和所述端子來形成線圈形狀的電路；并將磁芯插入所述線圈形狀的電路中。
文檔編號H01F27/245GK102449710SQ201080024195
公開日2012年5月9日 申請日期2010年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月1日
發(fā)明者姜斗仁, 李泰京, 林成泰, 金忠烈 申請人:株式會社昌星