專利名稱：高自諧振頻率的多層電感器及制造該電感器的方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及一種高自諧振頻率的多層電感器以及制造該電感器的方法。
所有電感器都具有自諧振頻率。自諧振頻率可通過線圈的電感和電感線圈的剩余電容之間的逆關(guān)系來確定。自諧振頻率隨著剩余電容的增加而降低。具有盡可能高的自諧振頻率是很重要的，因?yàn)檫@將使電感器能在較高的頻率下工作。因此，為了使自諧振頻率達(dá)到最大值，需要減小電感器中的剩余電容。
圖2和圖4示出了一種普通的已有電感器10。電感器10包括兩個(gè)固定在線圈組件16相對(duì)端上的端件12、14。參照?qǐng)D4，線圈組件16包括上線圈層18，多個(gè)中間線圈層20，和下線圈層22。線圈層18、20和22在豎向上彼此隔開而在各層18、20、22之間的間隔內(nèi)填充了介質(zhì)24。通過介質(zhì)24中的開口26填入導(dǎo)電填充物28，導(dǎo)電填充物28將各線圈層18、20、22彼此串聯(lián)以形成多匝電感線圈。
上線圈層18借助于上線圈層接頭30與端件14電性接觸。下線圈層22在下線圈層接頭32處與端件12電性接觸。
有兩種具有圖4所示固有結(jié)構(gòu)的電容。每個(gè)線圈層18、20、22之間的電容用標(biāo)號(hào)34表示。每層之間的電容彼此串聯(lián)。
除了串聯(lián)電容34之外，在每個(gè)線圈層18、20、22的最外邊和端件12、14之間還具有用標(biāo)號(hào)36表示的多個(gè)并聯(lián)電容。
因此，本發(fā)明的主要目的是提供一種改進(jìn)的具有高自諧振頻率的多層電感器和制造該電感器的方法。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種改進(jìn)的電感器和制造該電感器的方法，其能使自諧振頻率大于已有電感器設(shè)計(jì)的自諧振頻率。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種改進(jìn)的電感器和制造該電感器的方法，其可減小電感器線圈層和端件之間的電容。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種改進(jìn)的電感器和制造該電感器的方法，其構(gòu)成了一種使電感器線圈的端頭和電感器端件之間良好接觸的可靠方法。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種改進(jìn)的電感器和制造該電感器的方法，其可象上述現(xiàn)有裝置那樣選擇性地省掉形成焊接端時(shí)的浸漬過程。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種改進(jìn)的電感器和制造該電感器的方法，其具有制造較小部件的能力。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種改進(jìn)的電感器和制造該電感器的方法，其不再需要象已有電感器設(shè)計(jì)的生產(chǎn)過程那樣對(duì)電感器側(cè)面的粗糙邊緣進(jìn)行研磨和拋充。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種改進(jìn)的電感器和制造該電感器的方法，其降低了勞動(dòng)成本，提高了產(chǎn)量，并提高了部件的可靠性。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種電感器和制造該電感器的方法，其有效、耐久和易于生產(chǎn)。
發(fā)明概略上述目的可以通過多層電感器來實(shí)現(xiàn)，所述多層電感器由多個(gè)彼此層疊的導(dǎo)電線圈構(gòu)成。每一個(gè)導(dǎo)電線圈基本上均位于水平平面內(nèi)而且在豎直方向上與其它導(dǎo)電線圈彼此隔開。其中一個(gè)導(dǎo)電線圈是位于所有其它導(dǎo)電線圈之上的上導(dǎo)電線圈，而另一個(gè)導(dǎo)電線圈是位于所有其它導(dǎo)電線圈之下的下導(dǎo)電線圈。
電感器包括上導(dǎo)電端件和下導(dǎo)電端件，上導(dǎo)電端件在豎向上整體處于所有導(dǎo)電線圈之上并與之相隔一定距離，而下導(dǎo)電端件整體處于所有導(dǎo)電線圈之下并與之相隔一定距離。介質(zhì)材料在豎向隔開的導(dǎo)電線圈和上、下導(dǎo)電端件之間延伸并將它們隔開。介質(zhì)材料中具有多個(gè)通孔，這些通孔在相鄰的各對(duì)導(dǎo)電線圈之間、上導(dǎo)電線圈和上導(dǎo)電端件之間、以及下導(dǎo)電線圈和下導(dǎo)電端件之間形成連通。多個(gè)導(dǎo)電接頭伸過通孔以便將多個(gè)導(dǎo)電線圈、上導(dǎo)電端件、和下導(dǎo)電端件彼此串聯(lián)起來。
盡管以上描述中使用了術(shù)語上、下、之上和之下，但是這些術(shù)語僅僅是為定向而使用的?？梢园褍蓚€(gè)導(dǎo)電端件放在電感器的對(duì)側(cè)上，同時(shí)使各線圈層在水平方向上彼此間隔。這是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
本發(fā)明的方法包括形成帶有第一線圈端頭和第二線圈端頭的電感器線圈，使多個(gè)導(dǎo)電線圈層在第一和第二線圈端頭之間彼此電性串聯(lián)連接，而且多個(gè)介質(zhì)層交替地插在導(dǎo)電線圈層之間。在第一線圈端頭上面形成第一介質(zhì)層，第一介質(zhì)層具有與第一線圈端頭對(duì)齊的第一通孔。第一通孔中填充了導(dǎo)電材料以便形成與第一線圈端頭電性連接的第一通孔填料。
導(dǎo)電的第一端部形成在與第一通孔填料電性連接的第一介質(zhì)層上以便使第一端件電性連接到第一線圈端頭。
第二介質(zhì)層形成在第二線圈端頭上面，第二介質(zhì)層包括與第二線圈端頭對(duì)齊的第二通孔。第二通孔中填充有導(dǎo)電材料以便形成與所述第二線圈端頭電性連接的第二通孔填料。
附圖簡(jiǎn)要說明

圖1是本發(fā)明電感器的透視圖。
圖2是普通的已有電感線圈的透視圖。
圖3是圖1所示電感線圈的分解圖。
圖4是沿圖2中的線4-4取下的表示示意形狀的剖面圖。為了進(jìn)行說明而將各層之間的距離按其實(shí)際比例進(jìn)行了放大。
圖5是示意性地示出取自圖1中線5-5的剖面圖。
圖6是俯視圖，其表示用于印刷本發(fā)明電感器的各印刷步驟和各印刷層。
圖7是透視圖，其表示形成本發(fā)明電感器另一個(gè)實(shí)施例的各步驟。
圖8是透視圖，其表示形成本發(fā)明電感器另一個(gè)實(shí)施例的各步驟。
圖9是透視圖，其表示形成本發(fā)明電感器另一個(gè)實(shí)施例的各步驟。
優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說明參照?qǐng)D1，標(biāo)號(hào)38表示本發(fā)明的電感器。電感器38包括處于其一側(cè)上的第一端件40和處于其另一側(cè)上的第二端件42。在兩個(gè)端件之間延伸的是線圈組件44。
參照?qǐng)D3的線圈組件44，電感器38包括印刷在下端件40上的下介質(zhì)層46。介質(zhì)層46包括下通孔48，通孔中填有用導(dǎo)電材料制成的下通孔填料50。通孔填料50與第二端件42電性連接而且還與印在下介質(zhì)層46上表面上的第一導(dǎo)電線圈層52電性連接。
印刷在下介質(zhì)層46和第一線圈層52上面的是第二介質(zhì)層54，第二介質(zhì)層54上帶有與導(dǎo)電線圈層52的一端對(duì)齊的第二通孔56。第二通孔填料58處于通孔56中并在第一線圈層52和第二線圈層60之間提供電連接，所述第二線圈層60印刷在第二介質(zhì)層54的上表面上。根據(jù)需要使介質(zhì)層46、54反復(fù)交替出現(xiàn)多次以便達(dá)到電感器所需的線圈匝數(shù)。圖3示出了五個(gè)分離的線圈層和六個(gè)分離的介質(zhì)層。印刷在最上層介質(zhì)層46和最上層導(dǎo)電線圈52上面的是最上層介質(zhì)層54，介質(zhì)層54上帶有容納通孔填料58的通孔56。印刷在最上層介質(zhì)層54上面的是第二端件42，第二端件42上設(shè)有與通孔56對(duì)齊的突耳62。因此，通孔填料58在最上層導(dǎo)電線圈層52和第二端件42之間提供了電連接。
圖6表示用于印刷圖3所示各層的各種印刷圖形。
印刷操作是在襯底上進(jìn)行的，所述襯底具有一層適于替換的“緩沖層”(“可消耗的緩沖層”)，所述緩沖層覆蓋在襯底的上表面上。緩沖層具有足夠的厚度，該厚度能保證在完成印刷操作后使緩沖層從襯底上剝離。襯底應(yīng)大到足以允許將多個(gè)電感器組件按矩陣關(guān)系一次印刷在緩沖層上。
初始印刷步驟示于A，如A所示，該步驟包括印刷第一端件40。接著在第一端件40上面印刷第一介質(zhì)層46。下一個(gè)印刷步驟示于C，其包括在通孔48中印刷通孔填料50。在步驟D，將第一導(dǎo)電線圈層52印刷到與通孔填料50接觸的介質(zhì)層46上。
E表示帶有通孔56的第二介質(zhì)層54。F表示通孔填料58的印刷圖形，G表示第二線圈導(dǎo)電體60的印刷圖形，該導(dǎo)電體60印刷在介質(zhì)層54上并與通孔填料58對(duì)齊。H和I表示重復(fù)出現(xiàn)的介質(zhì)層46和通孔填料50。介質(zhì)層46、54可以根據(jù)需要交替重復(fù)多次。在圖3所示的實(shí)施例中，最上層是介質(zhì)層54，但也可以使最上層為型件46。在兩種情況下，均將上端件42印刷在最上層介質(zhì)層上面而且通過通孔填料50或58使之與位于下方的導(dǎo)電線圈電性接觸。
就優(yōu)選實(shí)施例而言，由于端件總是處于其應(yīng)有的位置上，所以不需要通過浸漬電感器來形成端件。在優(yōu)選實(shí)施例中，由于端件并不在部件的邊緣周圍延伸，所以不需要象已有技術(shù)中所需的那樣在組裝后對(duì)部件進(jìn)行拋光。在已有的裝置中需要拋光是因?yàn)槎思陔姼衅鞯倪吘壷車胰绻吘壊皇菆A角的話，包裹層將非常薄。然而，應(yīng)注意到，在由圖9示出并將在下面進(jìn)行描述的另一個(gè)實(shí)施例中，可以使用拋光和浸漬步驟。
圖4和圖5展示了本發(fā)明與已有技術(shù)相比所具備的優(yōu)點(diǎn)。在本發(fā)明中，端件40、42相互平行，而且相對(duì)于線圈組件中線圈層的相對(duì)端緣不向下延伸。所以，不存在象已有技術(shù)中所示的并聯(lián)電容36那樣的并聯(lián)電容。在相對(duì)的線圈層之間仍然存在串聯(lián)電容34，但是并聯(lián)電容36的消除極大地降低了本發(fā)明每個(gè)感應(yīng)線圈中的電容。
上述電感器38的下部安裝側(cè)，即將與電路板接觸的一側(cè)上沒有端銀。在某些情況下，最好在電感器的下部安裝側(cè)上帶有少量的端銀。圖7-圖9示出了可用來在電感器的下部安裝側(cè)上施加少量端銀的兩種方案。對(duì)于每一種方案來說，被銀覆蓋的額外面積必須很小以避免在電感器的自諧振頻率上出現(xiàn)端部效應(yīng)。
圖7表示的是第一種方案，該方案包括在網(wǎng)板印刷過程中在介質(zhì)材料中形成小槽64。槽64是沿著將電感器切成兩部分的切口位置形成的。在圖7-圖9中，切線是用虛線表示的。在執(zhí)行切割步驟之前在槽64中填入銀。如圖7中的E所示，這樣便形成了保持在電感器下部安裝側(cè)上的少量包邊銀66。實(shí)現(xiàn)第一方案的步驟如下，首先，如圖7中的A所示，通過網(wǎng)板印刷得到第一層銀68。第一層銀68最終將形成四個(gè)分離的電感器上的第一端件40。接著，在第一層銀68上沉積一條狹窄的附加銀制凸緣70。凸緣70形成反向槽?？梢酝ㄟ^網(wǎng)板印刷或其它方式沿切線來沉積凸緣70。圖7中的B示出了這兩個(gè)步驟組合的情況。隨后，采用上述普通的網(wǎng)板印刷步驟形成電感器的線圈組件44。應(yīng)注意到，圖7示出了最終將切開的四個(gè)電感器的形式。在“濕疊層”網(wǎng)板印刷法的最后幾次印刷中可以通過簡(jiǎn)單的不在槽64的區(qū)域內(nèi)施加介質(zhì)墨汁而形成印刷在部件頂側(cè)的槽64。這個(gè)步驟形成了圖7中C所示的結(jié)構(gòu)。為了形成第二端件42，在電感器主體上網(wǎng)板印刷第二層銀72，使含銀墨汁流入在上述步驟中形成的槽64中。最終的結(jié)構(gòu)示于圖7的D中。最后，將“濕疊層”切成圖7中E所示的構(gòu)成電感器38A的多個(gè)分離部件。
圖8表示在上述印刷的“濕疊層”下側(cè)上形成槽64的另一種方法。在圖8所示的另一種方法中，槽64是通過用鋸切割形成的。以下是需要在該方法中實(shí)踐的步驟。首先，用上述普通的網(wǎng)板印刷步驟印刷電感器的主體。在“濕疊層”網(wǎng)板印刷過程的最后幾次印刷中，通過簡(jiǎn)單地不在槽64的區(qū)域中施加介質(zhì)墨汁的方式形成印刷部件頂側(cè)上的槽64。得到的結(jié)構(gòu)示于圖8中的A。接著，網(wǎng)板印刷第二層銀72，使含銀墨汁流入在前一步驟中形成的槽64中。得到的結(jié)構(gòu)示于圖8中的B。然后如圖8中的C所示，將“濕疊層”的頂、底顛倒。隨后如圖8中的D所示，用鋸切割出另一個(gè)槽64。接著，通過網(wǎng)板印刷或其它方式施加第一銀層68，同時(shí)使含銀墨汁流入和充滿預(yù)先用鋸切割出的槽64，得到的結(jié)構(gòu)示于圖8中的E。最后，如圖8中的F所示，沿分割各電感器38B的虛線將“濕疊層”切成分離的部件，如圖中所示，端件40和42包括包邊銀66。
第二個(gè)但并不是最理想的方案采用了浸漬法來施加端銀。采用這個(gè)方案時(shí)，不將端銀施加到采用網(wǎng)板印刷方法時(shí)所用的部位上。相反，將部件以很小的角度浸到端銀中從而形成輕度包在部件下部安裝側(cè)的端件。為了實(shí)現(xiàn)這一方案，用上述印刷方法來形成各部件并得到圖9的A中所示的“濕疊層”。還應(yīng)該注意的是，所示出的四個(gè)部件是同時(shí)形成的。隨后，沿圖9的A中示出的虛線切開各個(gè)部件。對(duì)每一個(gè)部件進(jìn)行拋光使部件的各角成為圓角。然后，將所述各部件以一定角度浸到端銀中以形成如圖9中的B所示的端件40、42以及包邊銀66。
如果采用上述在部件下部安裝側(cè)上施加少量端銀的兩種方法，則被端銀覆蓋著的部件的印刷上表面和印刷下表面的量仍然僅約為每一側(cè)整個(gè)表面積的一半。這對(duì)最大限度地減小所得到的電感器的電容和最大程度地增加其自諧振頻率是很重要的。
由于減小了線圈兩端的電容，所以本發(fā)明的自諧振頻率大大高于已有的電感器。自諧振頻率與電感器的電容成反比，所以減小剩余電容便增加了諧振頻率。這使得電感器有較高的諧振頻率而且能將電感器做得在尺寸上比先前的具有相同諧振頻率的裝置小得多。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是省略了在已有技術(shù)中形成焊接端時(shí)所需的浸漬過程。此外，電感器中的端件40，42與線圈之間的接觸遠(yuǎn)比已有電感器的端件12、14與各感應(yīng)線圈層之間的接觸更可靠。這是因?yàn)橥ㄟ^與端件42、40相接觸的通孔填料58、50形成了直接接觸。在已有的裝置中，需要在把端件12、14放到組裝的電感器上之前對(duì)組裝的電感器的邊緣進(jìn)行研磨和拋光。這樣可確保接頭30、32有效和可靠。而在本發(fā)明中則不再需要進(jìn)行這種研磨或拋光。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是由于不再需要各種研磨和拋光步驟以及在形成已有裝置中的焊接端12、14時(shí)所需的浸漬過程，所以降低了生產(chǎn)成本。
在附圖和說明書中已經(jīng)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，而且盡管使用了一些專用術(shù)語，但是這些術(shù)語僅作為一般性的和說明性的描述，其并不起限制作用?？梢哉J(rèn)為，形狀和部件尺寸的變化以及等同替換是在不脫離本發(fā)明構(gòu)思和范圍的情況下建議和提出的手段。
權(quán)利要求
1.多層電感器包括多個(gè)彼此層疊的導(dǎo)電線圈，每一個(gè)導(dǎo)電線圈基本上均位于水平平面內(nèi)而且在豎直方向上與其它導(dǎo)電線圈隔開，其中一個(gè)所述導(dǎo)電線圈是位于所有其它導(dǎo)電線圈之上的上導(dǎo)電線圈，而另一個(gè)所述導(dǎo)電線圈是位于所有其它導(dǎo)電線圈之下的下導(dǎo)電線圈；上導(dǎo)電端件，其形成在電感器上用于將電感器與電路板相連接，上導(dǎo)電端件在豎直方向上處于所有所述導(dǎo)電線圈之上并與它們相隔一定距離；下導(dǎo)電端件，其形成在電感器上用于將電感器與電路板相連接，下導(dǎo)電端件處于所有所述導(dǎo)電線圈之下并與它們隔開一定距離；介質(zhì)材料，其在所述豎向隔開的導(dǎo)電線圈和上、下導(dǎo)電端件之間延伸并將它們隔開，所述的介質(zhì)材料中具有多個(gè)通孔，這些通孔在相鄰的各對(duì)導(dǎo)電線圈之間、上導(dǎo)電線圈和上導(dǎo)電端件之間、以及下導(dǎo)電線圈和下導(dǎo)電端件之間形成電性連接；多個(gè)導(dǎo)電通孔接頭伸過通孔以便將所述多個(gè)導(dǎo)電線圈、上端件、和下端件彼此串聯(lián)起來。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層電感器，其中所述的介質(zhì)材料包括上表面和下表面，在所述介質(zhì)材料的上下表面上分別印刷了上下導(dǎo)電端件。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多層電感器，其中上通孔導(dǎo)體將所述上導(dǎo)電線圈連接到上導(dǎo)電端件上，而下通孔導(dǎo)體把下導(dǎo)電線圈連接到所述下導(dǎo)電端件上。
4.多層電感器包括導(dǎo)電線圈組件，其具有多匝彼此串聯(lián)連接的線圈并具有上線圈端頭和下線圈端頭；形成在電感器上用于與電路板連接的上端件，上端件與所述上線圈端頭電性連接，所有所述上端件均處于線圈組件的所有線圈匝之上；形成在電感器上并與電路板相連的下端件，下端件電性連接到所述下線圈端頭上，所有下端件均處于線圈組件的所有線圈匝之下；介質(zhì)材料，其在所述線圈組件的線圈匝和上、下端件之間延伸并且至少使所述線圈組件的線圈匝部分分離以及至少使所述上、下端件與線圈組件部分分離。
5.用于制造多層電感器的方法包括形成帶有第一線圈端頭和第二線圈端頭的電感器線圈，在第一和第二線圈端頭之間彼此電性串聯(lián)連接的多個(gè)導(dǎo)電線圈層，和交替地插在導(dǎo)電線圈層之間的多個(gè)介質(zhì)層；在第一線圈端頭上面形成第一介質(zhì)層，所述第一介質(zhì)層具有與第一線圈端頭對(duì)齊的第一通孔；用導(dǎo)電材料填充第一通孔以便形成與第一線圈端頭電性連接的第一通孔填料；在與第一通孔填料電性連接的第一介質(zhì)層上形成導(dǎo)電的第一端件以便使第一端件電性連接到第一線圈端頭，其中將第一端件與多個(gè)導(dǎo)電層平行設(shè)置而且使第一端件位于電感器的外邊緣上以便使之與電路板相接觸；在第二線圈端頭上面形成第二介質(zhì)層，所述第二介質(zhì)層包括與第二線圈端頭對(duì)齊的第二通孔；用導(dǎo)電材料填充第二通孔以便形成與所述第二線圈端頭電性連接的第二通孔填料；和在與第二通孔填料電性連接的第二介質(zhì)層上形成導(dǎo)電的第二端件以便將所述第二端件電性連接到所述第二線圈端頭上，其中將第二端件與多個(gè)導(dǎo)電層平行設(shè)置并使其處于電感器的外邊緣上以便與電路板相接觸。
6.一種在線圈層和電感器端部產(chǎn)生低電容的具有高自諧振頻率的多層電感器，多層電感器包括線圈組件，其具有多個(gè)彼此平行設(shè)置且以間隔關(guān)系層疊的導(dǎo)電線圈，線圈組件具有第一和第二端頭；與線圈組件的第一端頭電性連接的第一端件，第一端件以與多個(gè)導(dǎo)電線圈平行的方式形成在線圈組件上以減小第一端件和多個(gè)導(dǎo)電線圈之間的電容；和與線圈組件的第二端頭電性連接的第二端件，第二端件以與多個(gè)導(dǎo)電線圈平行的方式形成在線圈組件上以減小第二端件和多個(gè)導(dǎo)電線圈之間的電容。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的多層電感器，其中多層電感器包括與多個(gè)導(dǎo)電線圈平行的第一和第二相對(duì)表面，而且其中第一和第二端件分別整體地設(shè)置在第一和第二表面上。
全文摘要
本發(fā)明描述了一種具有高自諧振頻率的電感器38和制造該電感器的方法。電感器38帶有在豎直方向上彼此隔開的多個(gè)水平導(dǎo)電線圈52、60,所述導(dǎo)電線圈包括上導(dǎo)電線圈60和下導(dǎo)電線圈52,上、下導(dǎo)電線圈均帶有導(dǎo)電端件40、42。介質(zhì)材料46、54在導(dǎo)電線圈和上、下端件之間延伸并將它們隔開。介質(zhì)材料中具有多個(gè)通孔48、56以便在相鄰的各對(duì)導(dǎo)電線圈之間、上導(dǎo)電線圈和上端件之間、以及下導(dǎo)電線圈和下端件之間形成連接。多個(gè)導(dǎo)電通孔接頭50、58在通孔中伸過以便將多個(gè)導(dǎo)電線圈、上端件和下端件彼此串聯(lián)連接起來。
文檔編號(hào)H01F17/00GK1273676SQ98809854
公開日2000年11月15日 申請(qǐng)日期1998年8月19日 優(yōu)先權(quán)日1997年8月21日
發(fā)明者赫爾曼·R·珀森, 托馬斯·L·韋科, 杰弗里·T·阿德爾曼 申請(qǐng)人:戴爾電子有限公司