CN106605280A - 磁芯、电感部件以及用于制造磁芯的方法 - Google Patents
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Abstract
磁芯、电感部件和用于制造磁芯的方法。本发明涉及一种用于电感部件的、以薄层技术制造的磁芯，在所述电感部件中磁芯由至少两种不同的磁性材料构成。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于电感部件的以薄层技术制造的磁芯。本发明还涉及一种用于以薄层技术来制造磁芯的方法。
背景技术
从国际专利公开物 WO 2013/072135 A1中已知一种以薄层技术制造的电感部件，所述电感部件包含一个环形的磁芯以及两个线圈装置。磁芯借助于薄层技术由唯一的磁性材料来制造。
从日本专利文本 JP 2010-278322 A中已知一种以开槽的圆环形式的磁芯，所述磁芯具有内芯和外芯。外芯具有多个层，所述层由非晶磁性材料、隔离膜以及在非晶磁性材料和隔离膜之间的隔离层。内磁芯由非晶磁性材料的多个层和隔离膜制成。非晶磁性材料的各个层不仅在内芯中而且在外芯中始终通过隔离膜的层来相互分离。
发明内容
应当利用本发明来改进一种用于电感部件的磁芯以及一种用于借助于薄层技术来制造磁芯的方法。
为此，根据本发明设置一种用于电感部件的、以薄层技术制造的磁芯，在所述电感部件中磁芯由至少两种不同的磁性材料构成。
令人惊讶地已证实，在以薄层技术来制造磁芯时通过使用至少两种不同的磁性材料能够改进磁芯的饱和特性。尤其可以有针对性地影响磁芯的饱和特性，使得可以根据所设置的应用来最优地调整所述饱和特性。
在本发明的改进方案中，在磁芯的长度上看，不同的磁性材料交替。
因此，所述磁芯在其周长上看由多个区段构成，所述区段由不同的磁性材料构成。
在本发明的改进方案中，不同的磁性材料分别占据所述磁芯的完整的横截面。
因此，所述磁芯的不同区段完全由唯一的磁性材料构成，并且图解地说依次设置，以便于是构成完整的磁芯。
在本发明的改进方案中，不同的磁性材料分别延伸跨过所述磁芯的整个长度。
根据本发明的一种实施方式，不是在磁芯的纵向上而是在横向上看设置有多个由不同的磁性材料构成的区段。例如，多个由不同磁性材料构成的层彼此相叠，以便构成完整的磁芯。
在本发明的改进方案中，磁芯的横截面由不同的磁性材料构成。
在本发明的改进方案中，磁芯构成封闭环，其中所述环具有圆形的、卵形的、椭圆形的、正方形的或者矩形的形状。
在此，正方形的或矩形的形状可以具有尖的或倒圆的角。磁芯的形状影响所制成的电感部件的电感并且因此可以根据所设置的应用目的来选择。
在本发明的改进方案中，磁芯借助于至少一个由第一磁性材料构成的外环和由第二磁性材料构成的内环构成。
以这种方式可以调整磁芯的所期望的饱和特性，例如通过外环和内环的厚度以及也通过选择第一磁性材料和第二磁性材料来调整。
在本发明的改进方案中，不同的磁性材料选自材料Ni、NiFe、CoFe、CoP和CoZrTi。
这些材料在以薄层技术来制造磁芯时证明是可靠的，并且具有不同的磁特性，使得根据本发明可以调整磁芯的所期望的饱和特性。
在本发明的改进方案中，逐段地包围磁芯的线圈借助于薄层技术来制造。
以这种方式借助于薄层技术不仅仅可以制造磁芯、而是可以制造完整的电感部件。
本发明所基于的问题也通过一种用于制造磁芯的方法来解决，在所述方法中规定：将第一磁性材料借助于薄层技术涂敷到衬底上并且将第二磁性材料借助于薄层技术涂敷到所述衬底上，其中所述第一磁性材料至少逐段地直接邻接第二磁性材料。
通过根据本发明的方法可以以薄层技术来制造磁芯，并且同时可以通过选择不同的磁性材料以及由不同的材料构成的磁芯的区段的尺寸来调整磁芯的所期望的特性、特别是其饱和特性。
在本发明的改进方案中，将第一磁性材料以第一封闭环的形式涂敷到所述衬底上，并且将第二材料以第二封闭环的形式涂敷到所述衬底上，其中第二封闭环以一侧直接邻接第一封闭环。
因此，在磁芯的横截面上看，第一和第二材料交替。但是，由两种不同的磁性材料中的每种都构成完整的环，其中所述环至少以一侧直接彼此相邻。
在本发明的改进方案中规定：以薄层技术来将线圈绕组的区段涂敷到衬底上，随后规定：涂敷第一和第二材料来构成磁芯，以及随后进一步规定然后涂敷线圈绕组的另外的区段，使得所制成的线圈绕组逐段地包围磁芯。
以这种方式可以借助于薄层技术来制造包括磁芯和线圈在内的完整的电感部件。
附图说明
本发明的另外的特征和优点从权利要求以及结合附图对本发明的优选实施方式的以下描述中得出。在此，不同的所示出的实施方式的单个特征能够以任意方式相互组合，而不超出本发明的范围。在附图中：
图1示出根据本发明的第一实施方式的磁芯的示意图，
图2示出具有图1的磁芯的线圈的归一化的电感关于电流消耗的图表，
图3示出根据本发明的另一实施方式的磁芯的示意图，
图4示出具有图3的磁芯的线圈的归一化的电感关于电流消耗的图表，
图5示出在制造图1的磁芯时的方法步骤的示意图，以及
图6示出用于制造图3的磁芯的方法步骤的示意图。
具体实施方式
图1的图示示出根据本发明的磁芯10，所述磁芯以薄层技术被制造在未示出的衬底上。磁芯10具有圆环形状。特别地，磁芯10具有带有倒圆的角的矩形环的形状。磁芯10由总共四个区段12、14、16和18构成。区段12、14、16、18在磁芯10的周长方向上和纵向上看分别构成磁芯的长度的一个区段。区段12、14、16、18以其末端直接彼此相邻。区段12、14、16、18因此构成连续的、不中断的环。
在此，两个区段12、16由第一磁性材料、例如镍铁（NiFe）构成。在此，可以使用不同合金下的镍铁、例如NiFe 81/19、NiFe 45/55等等。而区段14、18由具有其它磁特性的第二磁性材料构成。这里例如可以使用钴铁（CoFe）或者也可以使用其它材料。例如不仅在区段12、16中而且在区段14、18中使用镍铁也是可能的，其中于是使用不同的合金，例如在区段12、16中使用NiFe 81/19而在区段14、18中使用NiFe 45/55。用于区段12、14、16、18的不同的磁性材料例如可以选自以下组，所述组具有材料镍（Ni）、镍铁（NiFe）、钴铁（CoFe）、钴磷（CoP）、钴锆钛（CoZrTi）。
磁芯10中的两种不同的磁性材料的组合允许根据所期望的变化过程来调整磁芯10的饱和。
图2示例性地示出如下图表，在所述图表中电感L作为电流I的函数来绘制。在此，电感L以归一化的方式被描绘，以便与包围所述磁芯的线圈无关地阐明典型的变化过程。在此，以虚线在图1中以比较的方式示出具有图1的尺寸的磁芯的电感L，其中该磁芯于是仅仅由材料NiFe构成。然后，以点线描绘图1的磁芯10的电感L，其中于是区段12、16由NiFe构成而区段14、18由CoFe构成。如能够容易地识别，图1的磁芯普遍具有较高的饱和。这通过由不同磁性材料构成的区段12、14、16、18的组合来实现，所述磁性材料于是共同构成分段的磁芯10。
通过将磁芯10划分成由不同材料构成的区段12、14、16、18，能够由此实现经改善的饱和特性。所期望的特性在此可以通过区段12、14、16、18的几何尺寸以及也通过选择磁性材料来予以调整。
图3的图示示出根据本发明的另一实施方式的磁芯20。磁芯20如图1的磁芯10那样具有带有倒圆的角的矩形环的形状。与图1的磁芯10不同，磁芯20由由第一磁性材料构成的内环22和由第二磁性材料构成的外环24构成。内环22在此以其外侧直接与外环24的内侧邻接。即使在磁芯20的情况下因此也相互组合由不同的磁性材料构成的区段，其中区段、即两个环22、24分别延伸跨过磁芯20的整个长度。例如，内环22由镍铁（NiFe）制成，而所述外环24由钴铁（CoFe）制成。
图4的图示示出如下图表，在所述图表中关于电流消耗来描绘图3的磁芯20的归一化的电感L。虚线是以下磁芯的电感，所述磁芯仅仅由镍铁构成。与此相比，以点线来描绘图3的磁芯20的电感。可识别的是，图3的磁芯20具有显著改善的饱和特性。这通过内环22中的以及外环24中的不同的磁性材料的组合来实现。磁芯20的饱和特性能够通过内环22或者外环24的几何尺寸来协调以及也通过根据所设置的应用情况来选择内环22和外环24的磁性材料来协调。
图5的图示示意性地示出用于以薄层技术或薄膜技术来制造具有图1的磁芯10的电感部件的方法步骤。
从衬底30出发，磁芯的制造过程开始。在此，衬底30已经包含线圈绕组的区段32，所述线圈绕组同样以薄层技术来制造。因此，衬底30已经包含下部的线圈层32并且仍要制造的磁芯于是处于下部的线圈层32和上部的未示出的线圈层之间。
在步骤A中，将金属起始层32涂敷到衬底30上。在衬底30中如也在随后的方法步骤中那样为了清楚不再绘出下部的线圈层23。金属起始层32例如通过阴极溅射方法来施加。作为起始层可以使用镍（Ni）、钛（Ti）、钽（Ta）、镍铁（NiFe）或铜（Cu）。
在步骤B中执行光刻胶掩模34，其中光刻胶掩模34于是形成针对第一磁性材料的随后的电沉积的形状。
在步骤C中进行第一磁性材料36的电沉积并且所属的图片示出在沉积结束之后的状态。第一磁性材料36现在填充光刻胶掩模34之间的中间空间。关于图1，现在通过第一磁性材料36来构成磁芯10的区段12、16。第一磁性材料在所示出的实施方式中是镍铁（NiFe）。
在步骤D中去除光刻胶掩模34，使得现在在金属起始层32上仅还布置有区段12、16的形式的第一磁性材料36，参见图1。
在制造步骤E中绘出第二光刻胶掩模38，所述光刻胶掩模于是形成用于涂敷第二磁性材料的形状。关于图1，第二光刻胶掩模38仅仅使区段14、18暴露，所述区段14、18然后应当利用第二磁性材料来填充。
在制造步骤F中，于是沉积第二磁性材料40，所述第二磁性材料于是直接邻接第一磁性材料36。关于图1，现在通过由第二磁性材料40构成的两个区段14、18来相互连接由第一磁性材料36构成的两个区段12、14。第二磁性材料在所示出的实施方式中是钴铁。
在制造步骤G中去除第二光刻胶掩模38。在金属起始层32上现在布置有磁芯10，其中如所陈述的那样区段12、16由第一磁性材料36构成，而区段14、18由第二磁性材料40构成。
在方法步骤H中，去除如下区域中的起始层32，在所述区域中所述起始层不被磁芯10覆盖。在此，起始层32或者通过等离子体蚀刻、离子束蚀刻或者也通过湿化学方法利用酸来去除。
在方法步骤H之后，所制成的磁芯10因此处于衬底30上。在另外的方法步骤中，电感部件现在可以完整地被制造，其方式是，将下部的线圈层32与上部的线圈层和侧面的线圈区段组合。
图6的图示示意性地示出图3的磁芯20的多个制造步骤。
衬底30又包含下部的线圈层32，所述下部的线圈层于是在制造磁芯20之后利用侧面的线圈区段和上部的线圈层补充成完整的、逐段地包围磁芯20的线圈。
在制造步骤A中施加金属起始层32。
在制造步骤B中涂敷第一光刻胶掩模34，其中第一光刻胶掩模34在此情况下形成针对图3的磁芯20的内环22的形状。在属于制造步骤B的图示中以及也在随后的图示中为了清楚不再示出下部的线圈层32。
在方法步骤C中然后电沉积第一磁性材料36，所述第一磁性材料于是构成内环22（参见图3）。
在制造步骤D中去除第一光刻胶掩模34。
在制造步骤E中涂敷第二光刻胶掩模38，所述第二光刻胶掩模于是构成针对图3的磁芯20的外环24的形状。
在制造步骤F中沉积第二磁性材料40，所述第二磁性材料于是直接邻接第一磁性材料36并且于是构成图3的磁芯20的外环24。在此应确认的是，图6的图示仅仅是示意性的并且仅仅示出磁芯20的截面，以便说明连续的方法步骤。
在方法步骤G中去除第二光刻胶掩模38。
在方法步骤H中，然后去除如下区域中的金属起始层33，在所述区域中所述金属起始层没有被第一磁性材料36或第二磁性材料40覆盖。因此，在衬底30上仅还布置有磁芯20，参见图3。下部的线圈层32现在可以在随后的方法步骤中被补充成逐段地包围磁芯20的线圈。
本发明应用于微技术的电感部件，例如针对高的开关频率的存储扼流圈和变压器，如其特别是在DC-DC转换器中所使用的那样。能够根据所期望的饱和特性来调整所使用的磁芯10、20的饱和特性的可能性在此提供了显著的优点。
Claims (13)
1.用于电感部件的以薄层技术制造的磁芯，其特征在于，所述磁芯（10、20）由至少两种不同的磁性材料（36、40）构成。
2.根据权利要求1所述的磁芯，其特征在于，在所述磁芯（10）的长度上看，不同的磁性材料（36、40）交替。
3.根据权利要求1或2所述的磁芯，其特征在于，不同的磁性材料（36、40）分别占据磁芯（10）的整个横截面。
4.根据权利要求1所述的磁芯，其特征在于，所述不同的磁性材料（36、40）分别延伸跨过所述磁芯（20）的整个长度。
5.根据权利要求4所述的磁芯，其特征在于，所述磁芯（20）的横截面由不同的磁性材料（36、40）构成。
6.根据前述权利要求至少之一所述的磁芯，其特征在于，所述磁芯（10、20）构成封闭环，其中所述环具有圆形的、卵形的、椭圆形的、正方形的或矩形的形状。
7.根据权利要求6所述的磁芯，其特征在于，所述磁芯（20）借助于至少一个由第一磁性材料（36）构成的内环（22）以及由第二磁性材料（40）构成的外环（24）构成。
8.根据前述权利要求至少之一所述的磁芯，其特征在于，不同的磁性材料选自材料Ni、NiFe、CoFe、CoP和CoZrTi。
9.具有根据前述权利要求之一所述的磁芯的电感部件，其中逐段地包围所述磁芯（10、20）的线圈借助于薄层技术来制造。
10.用于制造根据前述权利要求之一所述的磁芯（10、20）的方法，其特征在于，借助于薄层技术来将第一磁性材料（36）涂敷到衬底（30）上以及借助于薄层技术来将第二磁性材料（40）涂敷到所述衬底（30）上，其中所述第一磁性材料（36）至少逐段地直接邻接所述第二磁性材料（40）。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，通过涂敷所述第二磁性材料（40）来构成由第一磁性材料（36）和所述第二磁性材料（40）构成的封闭环。
12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述第一磁性材料以第一封闭环（22）的形式被涂敷到所述衬底（30）上，并且所述第二磁性材料（40）以第二封闭环（24）的形式被涂敷到所述衬底（30）上，其中所述第二封闭环（24）以一侧直接邻接所述第一封闭环（22）。
13.根据权利要求10至12中至少一个所述的方法，其特征在于，以薄层技术将线圈绕组的区段（32）涂敷到所述衬底（30）上，随后涂敷所述第一和第二磁性材料（36、40）来构成磁芯（10、20），以及然后涂敷线圈绕组的另外的区段，使得所制成的线圈绕组逐段地包围所述磁芯（10、20）。
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