CN104575936A - 叠层电感器及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种叠层电感器及其制造方法，该叠层电感器包括：堆叠有多个陶瓷层的主体，在陶瓷层上形成有多个导电图案，以及通路电极，该通路电极设置在陶瓷层之间并连接沿着竖直方向布置的导电图案以形成线圈。每个导电图案可以包括多个单元图案，所述多个单元图案互相间隔且平行地设置在各个陶瓷层上。
Description
对相关申请的交叉引用
本申请要求2013年10月11日提交至韩国知识产权局的韩国10-2013-0121226号专利申请的优先权，该申请的内容通过引用结合至本申请。
技术领域
本发明涉及一种叠层电感器及其制造方法。
背景技术
电感器、电阻器和电容器作为构成电子电路的主要无源元件，其应用在去噪组件等之中或用于构成LC谐振电路。
电感器可以归类为多种类型中的一种，例如，绕线式电感器，薄膜式电感器，叠层式电感器等。
绕线式电感器或薄膜式电感器可以通过以下方式来制造：围绕陶瓷芯缠绕线圈、将陶瓷芯镀上薄膜或进行光刻，并在其两端形成电极。
叠层电感器可以通过以下方式制造：通过光刻或印刷在多个由陶瓷材料(例如，磁性材料、介电材料等)形成的片材上形成导电图案，然后将多个片材沿着厚度方向堆叠。
特别地，与绕线式电感器相比叠层电感器具有小型化和轻薄的优势，并且具有较小的直流(DC)电阻，因此，叠层电感器可以广泛用于需要高电流的小型电路等。
通过光刻或印刷在陶瓷片材上形成导电图案，然后竖直堆叠片材来制造叠层电感器，在这种情况下，寄生电容、电阻和电感使电感衰退。
同时，品质因数(Q因数)是基于叠层电感器的电感、寄生电容及电阻之间的关系来确定的。
通常，当Q因数增大时，可以减少叠层电感器的层数，或者可以增加根据空间配置进行设计的自由度。
近来随着电子产品越来越多的应用在高频段和消耗大量能量的领域，因此，对具有高Q因数的叠层电感器积极地进行研究。
发明内容
本发明的一个方面可以提供一种核芯区域不变，但是电感、Q因数和SRF得到改善的叠层电感器。
根据本发明的一个方面，叠层电感器包括：主体，该主体中堆叠有多个陶瓷层；设置在陶瓷层上的多个导电图案；以及通路电极，该通路电极设置在陶瓷层上，并且所述通路电极连接沿竖直方向设置的导电图案以形成线圈，其中，每个导电图案包括多个单元图案，该多个单元图案在各个所述陶瓷层上互相间隔且平行设置。
所述导电图案具有对应于半环的形状、对应于四分之三环的形状、对应于六分之五环的形状或接近于环的形状。
所述导电图案可以具有引出至陶瓷主体的两端端面的第一连接图案和第二连接图案。
叠层电感器还包括：设置在主体的两端端面上，并分别连接至第一连接图案和第二连接图案的第一外部电极和第二外部电极。
叠层电感器还可以包括堆叠在主体的上部和下部上的上覆盖层和下覆盖层。
根据本发明的一个方面，制造叠层电感器的方法可以包括：准备多个陶瓷片材；在各个陶瓷片材上形成通路电极；在每个陶瓷片材上形成导电图案；通过对陶瓷片材进行堆叠并加压以形成层压件，以使得通路电极和沿着竖直方向设置的导电图案互相接触以形成单个线圈；对层压件进行烧结以形成主体；以及在主体的两端端面上形成第一外部电极和第二外部电极，其中，每个导电图案包括多个单元图案，该多个单元图案在各个所述陶瓷层上互相间隔且平行设置，并且所述导电图案包括引出至所述陶瓷主体的两端端面的第一连接图案和第二连接图案，第一连接图案和第二连接图案分别连接至第一外部电极和第二外部电极。
在形成导电图案的过程中，所述导电图案可以通过镀薄膜法、光敏膏曝光法或导电膏印刷法等在陶瓷片材上形成。
附图说明
通过以下结合附图的详细说明，本发明的上述以及其它方面，以及本发明的特征和其它优点将更清楚的被理解，其中：
图1是根据本发明的一个实施例的叠层电感器的透视图；
图2是根据本发明的一个实施例的叠层电感器的导电图案和通路电极的布局结构的***透视图；
图3是根据本发明的一个实施例的叠层电感器的电路图；
图4A和图4B是根据本发明的一个实施例的叠层电感器的引线部分的实施例的平面透视图；
图5是现有技术中的叠层电感器的电感和根据本发明的一个图示实施例的叠层电感器的电感之间的对比的曲线图；
图6是现有技术中的叠层电感器的Q因数和根据本发明的一个图示实施例的叠层电感器的Q因数之间的对比的曲线图；以及
图7是现有技术叠层电感器的电感和自谐振频率(SRF)在高频中的状态与根据本发明的一个图示实施例的叠层电感器的电感和自谐振频率(SRF)在高频中的状态之间的对比的曲线图。
具体实施方式
现在将参考附图对本发明的图示实施例进行详细描述。
但是，本发明可以用许多不同的形式来举例说明，不应该理解为将本发明局限于说明书中所描述的特定实施例。相反，提供这些实施例的是为了使得本发明的公开全面且彻底，并将本发明所公开的范围充分地传达给本领域技术人员。
在附图中，元件的形状和尺寸为了清楚可能会被夸大，并且相同的附图标记在全文中表示相同或相似的元件。
在图示实施例中，为了便于描述，沿着主体的长度方向并在上面形成有第一外部电极和第二外部电极的表面将被称为主体的两端端面，与所述两端端面连接并且相互垂直的表面将被称为主体的两个侧表面，沿厚度方向的表面将被称为主体的上表面和下表面。
图1是根据本发明的一个实施例的叠层电感器的透视图，图2是根据本发明的一个实施例的叠层电感器的导电图案和通路电极的布局结构的***透视图。
参见图1和图2，根据本发明的图示实施例的叠层电感器100包括陶瓷主体110，多个导电图案121，122，123，124，125和126，以及多个通路电极140，该通路电极140连接沿着竖直方向设置的导电图案121，122，123，124，125和126以形成线圈。
每个导电图案121，122，123，124，125和126都包括设置在单个陶瓷层上的多个单元图案，该多个单元图案相互间隔且平行布置，所述陶瓷层包括磁性材料、介电材料等。下面将对此进行详细描述。
第一外部电极131和第二外部电极132形成在陶瓷主体110的两端端面上。
在陶瓷主体110的上表面和下表面上进一步形成上覆盖层和下覆盖层(未显示)，所述上覆盖层和下覆盖层用来保护印刷在陶瓷主体110中的多个导电图案121，122，123，124，125和126。
所述上覆盖层和下覆盖层可以通过沿厚度方向堆叠单个或多个由陶瓷片材所形成的陶瓷层来形成。
陶瓷主体110可通过下述方法形成：首先沿厚度方向堆叠多个由陶瓷片材形成的陶瓷层111，112和113；然后，对堆叠的多个陶瓷层111，112和113进行烧结以形成陶瓷主体110，陶瓷主体110的形状和尺寸，以及堆叠的陶瓷层111，112和113的数量不局限于附图中所示的实施例所示的形状，尺寸和数量。
导电图案121，122，123，124，125和126通过在各自的陶瓷层111，112和113上印刷预定厚度的包含导电金属的导电膏来形成。
例如，导电图案121，122，123，124，125和126可以由包括银(Ag)或铜(Cu)或它们的合金的材料形成，但是本发明所公开的技术方案不局限于此。
对形成有导电图案121，122，123，124，125和126的陶瓷层111，112和113的数量根据所设计的叠层电感器所要求的电特性(例如电感值等)来确定。
此外，在图示实施例中，导电图案121，122，123，124，125和126可以配置为具有对应于四分之三环的形状。但是，本发明所公开的技术方案不局限于此，如果需要的话，可以对导电图案121，122，123，124，125和126进行多种修改，例如，将导电图案121，122，123，124，125和126设置成对应于半环的形状，或者设置成对应于六分之五环的形状，或者设置成尽可能的接近于环的形状。
在此，每个导电图案121，122，123，124，125和126包括设置在各自的陶瓷层111，112和113上的多个单元图案121a，122a，123a，124a，125a，126a，121b，122b，123b，124b，125b和126b，所述多个单元图案121a，122a，123a，124a，125a，126a，121b，122b，123b，124b，125b和126b互相间隔且平行设置。
参考图3，在图示实施例中，形成在各个陶瓷层上的导电图案121，122，123，124，125和126中的每一个都包括多个单元图案，并且各个单元图案无偏离(或偏差)地连接至设置在它们上面和它们下面的导电图案，以在单个陶瓷主体110中形成具有平行设置的两个或更多个不同电感的电感器，借助该平行化，具有相同核芯区域的电感器的电感和品质(Q)因数可以增强。
根据本图示实施例中，每个导电图案121，122，123，124，125和126包括一对单元图案，但是本发明所公开的技术方案不局限于此，根据需要，每个导电图案121，122，123，124，125和126可以包括三个或更多个单元图案。
参考图4A，导电图案中的至少两设置为第一连接图案121和第二连接图案122，所述第一连接图案121和第二连接图案122具有穿过主体110的两端端面引出的引线部分121c和122c。
引线部分121c和122c与主体110的两端端面上形成的第一外部电极131和第二外部电极132接触，以电连接至第一外部电极131和第二外部电极132。
图4A显示了一种将一对线圈集成在导电图案设置方式中的结构，但是本发明所公开的技术方案不局限于此。引线部分指的是穿过主体110的两端端面所引出的部分，并且可以进行多种修改。也就是说，如图4B所示，引线部分121c’和122c’可以通过几个导电图案来实现，这些导电图案的划分方式与内部线圈的划分方式相同。
此外，在图示实施例中，第一连接图案121和第二连接图案122设置在主体110的上端和下端上，但是本发明所公开的技术方案不局限于此。
通路电极140分别设置在陶瓷层111，112和113之间，并与导电图案121，122，123，124，125和126连接以形成线圈。
通路电极140可以通过在陶瓷层111，112和113中形成通孔(未显示)，然后用具有优良导电性的导电膏填充通孔来形成。
此外，导电膏可以由例如，银(Ag)，银-钯(Ag-Pd)，镍(Ni)和铜(Cu)中的至少一个或它们的合金来形成，但是本发明所公开的技术方案不局限于此。
第一外部电极131和第二外部电极132形成在主体110的两端端面上，并且与线圈的两端(即，第一连接图案121和第二连接图案122的引出到外部的引线部分121c和122c)电连接。
第一外部电极131和第二外部电极132可以由具有优良导电性的导电金属形成。
例如，第一外部电极131和第二外部电极132可以由银(Ag)和铜(Cu)中的至少一个或它们的合金形成，但是本发明所公开的技术方案不局限于此。
此外，根据需要，可以在第一外部电极131和第二外部电极132的外表面上形成镍(Ni)层(未显示)，接下来可以在镍(Ni)层上形成锡(Sn)层(未显示)，上述镍(Ni)层和锡(Sn)层作为镀层形成。
同时，根据相关领域的叠层电感器，在单个陶瓷层上形成单个导电图案，相对应地形成的导电图案在竖直方向上互相连接以形成线圈结构，线圈的部分穿过其两端露在外面，以向外安装。
在此，线圈的内部陶瓷区域被称为核芯，该核芯与叠层电感器的电感成比例。
另一方面，根据图示实施例的叠层电感器，所述导电图案包括两个单元图案，该两个单元图案互相间隔且平行设置。
在此，两个单元图案的宽度和它们之间的间隔的宽度的总和等于相关领域的叠层电感器中的单一形成的导电图案的线宽。也就是说，两种叠层电感器的核芯宽度是相同的。
图5是现有技术中的叠层电感器的电感和根据本发明的一个实施例的叠层电感器的电感之间的对比的曲线图。图6是现有技术中的叠层电感器的Q因数和根据本发明的一个实施例的叠层电感器的Q因数之间的对比的曲线图，图7是现有技术叠层电感器的电感和自谐振频率(SRF)在高频中的状态与根据本发明的一个实施例的叠层电感器的电感和自谐振频率(SRF)在高频中的状态之间的对比的曲线图。
参考图5至图7，可以发现，与对比实施例相比，本发明所公开的发明实施例的电感要高出大约4％，品质因数要高出大约8％至10％，并且，以100MHz为基准，SRF要高出大约150MHz。
此外，可以发现，当测试频率增加时这些效果更加明显。
也就是说，当电感器被实现为使得每个导电图案(包括多个单元图案)形成在单个陶瓷层上，以使得单个陶瓷主体具有两个或更多个互相平行地设置的不同电感，这样电感器的电感可以额外地增加并且可以获得高Q因数和优良的SRF，由此可以降低叠层电感器的层数，或提高根据空间布局进行设计的自由度。
下面将描述根据本发明的一个图示实施例的叠层电感器的制造方法。
首先，准备多个陶瓷片材，该陶瓷片材由磁性材料、介电材料等这样的材料形成。
陶瓷片材的堆叠数量不受限制，其中，陶瓷片材的堆叠总数量可以根据叠层电感器的制造目的来确定。
接下来，在根据上述方法制造的陶瓷片材中形成导电的通路电极。
通路电极可以通过在陶瓷片材中形成通孔，然后用导电膏填充所述通孔来形成。另外，如果需要的话，可以通过在在后面的形成导电图案的工序中形成导电图案的同时用导电膏填充通孔来形成通路电极。
导电膏可以由具有优良导电性的材料形成。例如，导电膏可以包括银(Ag)，银-钯(Ag-Pd)，镍(Ni)和铜(Cu)中的至少一个，或它们的合金，但是本发明所公开的技术方案不局限于此。
然后，在每个陶瓷片材上形成导电图案。
在此，每个导电图案包括多个单元图案，该多个单元图案互相间隔且平行设置在单个陶瓷片材上。
所述导电图案可以由具有优良导电性的材料形成，例如银(Ag)、铜(Cu)或它们的合金形成的导电材料，但是本发明所公开技术方案不局限于此。
在此，导电图案可以利用以下方法之一来形成：印刷(printing)、涂覆(coating)、沉积(depositing)、曝光(exposing)、镀薄膜(thin film plating)等，但是本发明所公开的技术方案不局限于此。
但是，为了保持在单个陶瓷片材上形成的各个单元图案的线宽均匀，优选为通过导电膏的镀薄膜法(thin film plating method)、光敏膏曝光法(exposure of a photosensitive paste)或导电膏印刷法(printing method of aconductive paste)来形成导电图案。
根据需要，所述导电图案可以具有不同的形状。例如，导电图案可以具有对应于四分之三环的形状。此外，可以对导电图案进行各种修改，例如，导电图案设置成对应于半环的形状、对应于六分之五环的形状、或尽可能接近于环的形状。
此外，导电图案中的至少两个设置为第一连接图案和第二连接图案，所述第一连接图案和第二连接图案具有引出至陶瓷主体的两端端面的引线部分。
接下来，对陶瓷片材进行堆叠并加压以形成层压件，使得沿竖直方向设置的导电图案的通路电极互相接触以形成单个线圈。
在此，在层压件的上表面或下表面上堆叠至少一个上覆盖片或下覆盖片，或者通过预定厚度的膏来形成上覆盖层或下覆盖层，所述膏由与构成层压件的陶瓷片材的材料相同的材料形成。
然后，对层压件进行烧结以形成主体。
接下来，在主体的两端端面上形成第一外部电极和第二外部电极，所述第一外部电极和第二外部电极电连接至暴露在主体的两端端面的第一连接图案和第二连接图案。
第一外部电极和第二外部电极可以由具有良好导电性的材料形成。例如，第一外部电极和第二外部电极可以由导电材料(例如银(Ag)，或铜(Cu)，或它们的合金)形成，但是本发明所公开的技术方案不局限于此。
此外，如果需要的话，根据上述方法形成的第一外部电极和第二外部电极的表面可以镀镍(Ni)或锡(Sn)以形成镀层。
在此，第一外部电极和第二外部电极可以通过常规方法来形成。例如，可以利用以下方法之一来形成第一外部电极和第二外部电极：厚膜印刷法(thick film printing method)、涂敷法(coating method)、沉积法(depositingmethod)、溅射法(sputtering method)，但是本发明所公开的技术方案不局限于此。
如上所述，根据本发明的图示实施例，具有两个或更多平行设置在单个主体中的不同电感的电感器可以通过在一个陶瓷层上形成包括多个单元图案的导电图案来实现。如此，在相同的核芯区域中可以通过平行化提高电感器的电感、品质因数和SRF，由此可以减少叠层电感器的层数，或可以提升根据空间配置进行设计的自由度。
虽然上面结合附图描述了本发明的典型实施例，但是，本领域技术人员显然可以对上述实施例进行修改和变动，该修改和变动不超出由权利要求所限定的本发明的精神和范围。
Claims (15)
1.一种叠层电感器，该叠层电感器包括：
主体，该主体中堆叠有多个陶瓷层；
多个导电图案，该多个导电图案设置在所述陶瓷层上；以及
通路电极，所述通路电极设置在所述陶瓷层上，并且所述通路电极连接沿竖直方向设置的所述导电图案以形成线圈，
其中，每个所述导电图案包括多个单元图案，该多个单元图案在各个所述陶瓷层上互相间隔且平行设置。
2.如权利要求1所述的叠层电感器，其中，所述导电图案具有对应于半环的形状。
3.如权利要求1所述的叠层电感器，其中，所述导电图案具有对应于四分之三环的形状。
4.如权利要求1所述的叠层电感器，其中，所述导电图案具有对应于六分之五环的形状。
5.如权利要求1所述的叠层电感器，其中，所述导电图案具有接近于环的形状。
6.如权利要求1所述的叠层电感器，其中，所述导电图案包括引出至所述陶瓷主体的两端端面的第一连接图案和第二连接图案。
7.如权利要求6所述的叠层电感器，其中，所述叠层电感器还包括：第一外部电极和第二外部电极，所述第一外部电极和第二外部电极分别设置在所述主体的两端端面上，并分别连接至所述第一连接图案和所述第二连接图案。
8.如权利要求1所述的叠层电感器，其中，所述叠层电感器还包括：上覆盖层和下覆盖层，所述上覆盖层和下覆盖层堆叠在所述主体的上部和下部上。
9.一种制造叠层电感器的方法，该制造方法包括：
准备多个陶瓷片材；
在各个所述陶瓷片材上形成通路电极；
在每个所述陶瓷片材上形成导电图案；
通过对所述陶瓷片材进行堆叠并加压以形成层压件，以使得所述通路电极和沿着竖直方向设置的所述导电图案互相接触以形成单个线圈；
对所述层压件进行烧结以形成主体；以及
在所述主体的两端端面上形成第一外部电极和第二外部电极，
其中，每个所述导电图案包括多个单元图案，该多个单元图案在各个所述陶瓷层上互相间隔且平行设置，并且所述导电图案包括引出至所述陶瓷主体的两端端面的第一连接图案和第二连接图案，所述第一连接图案和所述第二连接图案分别连接至所述第一外部电极和所述第二外部电极。
10.如权利要求9所述的制造方法，其中，在形成所述导电图案的过程中，所述导电图案通过镀薄膜法、光敏膏曝光法或导电膏印刷法在所述陶瓷片材上形成。
11.如权利要求9所述的制造方法，其中，在形成所述导电图案的过程中，所述导电图案具有对应于半环的形状。
12.如权利要求9所述的制造方法，其中，在形成所述导电图案的过程中，所述导电图案具有对应于四分之三环的形状。
13.如权利要求9所述的制造方法，其中，在形成所述导电图案的过程中，所述导电图案具有对应于六分之五环的形状。
14.如权利要求9所述的制造方法，其中，在形成所述导电图案的过程中，所述导电图案具有接近于环的形状。
15.如权利要求9所述的制造方法，其中，在形成所述导电图案的同时形成所述通路电极。
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