CN108206088B

CN108206088B - 电感器

Info

Publication number: CN108206088B
Application number: CN201710521468.9A
Authority: CN
Inventors: 洪丞喜; 金汉�; 李尚锺; 郑珉簊; 姜明杉; 张修逢
Original assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Priority date: 2016-12-20
Filing date: 2017-06-30
Publication date: 2021-07-06
Anticipated expiration: 2037-06-30
Also published as: KR20180071644A; CN108206088A

Abstract

本发明公开一种电感器。根据本发明的一个实施例的电感器包括：主体，由多个绝缘层层叠而成；第一外部电极和第二外部电极，布置于所述主体的外侧；以及线圈，由布置于所述绝缘层的多个线圈图案通过线圈连接部相互连接而形成，且两端部通过线圈引出部连接于所述第一外部电极和第二外部电极，其中，在所述多个线圈图案中，布置于最外廓的线圈图案中的至少一个线圈图案比布置于中央部的线圈图案更厚。

Description

电感器

技术领域

本发明涉及一种电感器。

背景技术

近来，对于智能手机而言，因多频带长期演进(LTE：Long Term Evolution)的应用，使用众多的频带的信号。因此，高频电感器在信号的收发射频(RF)***中主要被使用于阻抗匹配电路。高频电感器被要求小型化、高容量化。与此同时，高频电感器被要求具有高频带的磁共振频率(SRF)和低电阻率，从而能够在100MHz以上的高频中使用。并且，为了减少所使用的频率下的损失，要求具备较高的Q特性，此乃实情。

为了具备如上所述的较高的Q特性，构成电感器的主体的材料的特性会产生最大的影响，然而实情却是需要一种如下的技术方案：即使在使用相同材料的情况下，也能够使电感器的线圈形状最优化，从而可以具备更高水平的Q特性。

[现有技术文献]

[专利文献]

(专利文献1)韩国授权专利公报第10-0869741号

(专利文献2)日本公开专利公报第2001-085320号

(专利文献3)韩国授权专利公报第10-0779981号

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种具有高水准的Q特性且具备对工艺偏差不敏感的结构的电感器。

作为用于解决上述技术问题的方案，本发明旨在通过一个示例提出一种新型结构的电感器，具体而言，包括：主体，由多个绝缘层层叠而成；第一外部电极和第二外部电极，布置于所述主体的外侧；以及线圈，由布置于所述绝缘层的多个线圈图案通过线圈连接部相互连接而形成，且两端部通过线圈引出部连接于所述第一外部电极和第二外部电极，其中，在所述多个线圈图案中，布置于最外廓的线圈图案中的至少一个线圈图案比布置于中央部的线圈图案更厚。

作为用于解决上述技术问题的方案，本发明旨在通过另一示例提出一种新型结构的电感器，具体而言，包括：主体，由多个绝缘层层叠而成；第一外部电极和第二外部电极，布置于所述主体的外侧；以及线圈，由布置于所述绝缘层的线圈图案通过线圈连接部相互连接而形成，且两端部通过线圈引出部连接于所述第一外部电极和第二外部电极，其中，在所述多个线圈图案中，布置于最外廓的线圈图案中的至少一个线圈图案的线宽比布置于中央部的线圈图案的线宽更大。

对于根据本发明的一个实施例的电感器而言，防止当从层叠方向观察时构成螺旋形的线圈轨道的线圈图案中的至少一部分线圈图案重叠于相邻的线圈图案，从而减少线圈图案之间的接近效应，据此可以提高电感器的Q特性。

附图说明

图1为示意性地示出根据本发明的一个实施例的电感器的透视立体图。

图2为示意性地示出图1所示电感器的正面图。

图3为示意性地示出图1所示电感器的平面图。

图4为表示根据本发明的一个实施例的电感器的线圈图案的电流密度的图。

图5为表示比较例的电感器的线圈图案的电流密度的图。

图6是测量与根据比较例的电感器和根据本发明的一个实施例的电感器的频率相关的Q因子(Q factor)的结果的图。

图7为示意性地示出根据本发明的另一实施例的电感器的沿L方向的剖面图。

图8为表示根据本发明的另一实施例的电感器的线圈图案的电流密度的图。

图9是对根据本发明的另一实施例的电感器测量出基于设计误差的电感的结果的图。

图10是对根据本发明的另一实施例的电感器测量出基于设计误差的Q因子(Qfactor)的结果的图。

图11是示意性地示出根据本发明的又一实施例的电感器的L方向的剖面图。

图12是表示根据本发明的又一实施例的电感器的线圈图案的电流密度的图。

符号说明

100：电感器 101：主体

120：线圈 121：线圈图案

131：线圈引出部 132：线圈连接部

140：虚设图案 181、182：外部电极

具体实施方式

以下，参照附图而描述本发明的优选实施例。

然而，本发明的实施例可变形为多种其他形态，本发明的范围并不局限于以下描述的实施例。

并且，提供本发明的实施例旨在给本发明所属的技术领域中具备平均知识的人员更加完整地说明本发明。

为了更加明确的说明，在附图中诸要素的形状及大小等可能被夸大图示。

而且，对于各个实施例的附图中示出的相同思想范围内的功能相同的构成要素，赋予相同的附图标号而进行说明。

以下，附图中的W、L、T分别可定义为第一方向、第二方向、第三方向。

图1为示意性地示出根据本发明的一个实施例的电感器100的透视立体图，图2为示意性地示出图1所示电感器的正面图，图3为示意性地示出图1所示电感器的平面图。

参照图1至图3，对根据本发明的一个实施例的电感器100的结构进行说明。

根据本发明的第一实施例的电感器100的主体101可由多个绝缘层沿与贴装面平行的第一方向层叠而形成。

所述绝缘层111可以是磁性层或介电层。

在绝缘层111为介电层的情况下，绝缘层111可包括BaTiO₃(钛酸钡)系陶瓷粉末等。在此情况下，所述BaTiO₃系陶瓷粉末例如可以是BaTiO₃中固溶有一部分Ca(钙)、Zr(锆)等的(Ba_1-xCa_x)TiO₃、Ba(Ti_1-yCa_y)O₃、(Ba_1-xCa_x)(Ti_1-yZr_y)O₃或Ba(Ti_1-yZr_y)O₃等，而且本发明并不局限于此。

在绝缘层111为磁性层的情况下，绝缘层111可从能够作为电感器的主体使用的物质中选择适宜者，例如可包括树脂、陶瓷、铁氧体等。对于本实施例而言，磁性层可利用感光性绝缘材料，据此可实现基于光刻工艺的精细图案。即，利用感光性绝缘材料形成磁性层，从而将线圈图案121、122、123、124和线圈引出部131以及线圈连接部132精细地形成，由此可对电感器100的小型化和功能的提高做出贡献。为此，磁性层中可包括例如感光性有机物或感光性树脂。此外，磁性层中作为填料(Filler)成分还可以包含SiO₂/Al₂O₃/BaSO₄/Talc等无机成分。

在主体101的外侧可布置有第一外部电极181和第二外部电极182。

例如，第一外部电极181和第二外部电极182可布置于主体101的贴装面。所谓的贴装面表示当电感器被贴装到印刷电路板时朝向印刷电路板的表面。

外部电极181、182在电感器100被贴装到印刷电路板(PCB)时执行使电感器100与基板电连接的作用。外部电极181、182在主体101上相互隔开布置于第一方向及平行于贴装面的第二方向的边缘部位。外部电极181、182可包括例如导电性树脂层、形成于所述导电性树脂层上的导体层，然而并不局限于此。导电性树脂层可包括从由铜(Cu)、镍(Ni)及银(Ag)构成的群中选择的任意一种以上的导电性金属和热固化性树脂。导体层可包括从由镍(Ni)、铜(Cu)及锡(Sn)构成的群中选择的任意一种以上，例如，镍(Ni)层和锡(Sn)层可依次形成。

参照图1至图3，绝缘层111中可形成有线圈图案121。

线圈图案121可借助于线圈连接部132而与相邻的线圈图案121电连接。即，螺旋形的线圈图案121通过线圈连接部132连接而形成线圈120。线圈120的两端部通过线圈引出部131而分别与第一外部电极181及第二外部电极182连接。线圈连接部132为了提高线圈图案121之间的连接性而可具有比起线圈图案121而言更宽的线宽，且包括贯穿绝缘层111的导电性过孔。

参照图1，根据本发明的一个实施例的电感器100的线圈图案121还可以分别包括两个以上的相同形状的线圈图案121。

参照图2，在绝缘层111中的对应于外部电极181、182的位置处可形成有虚设(dummy)电极140。虚设电极140可执行提高外部电极181、182与主体101之间的紧贴力的作用，或者在外部电极通过金属镀覆而形成的情况下可执行连接桥(bridge)的作用。

作为线圈图案121、线圈引出部131及线圈连接部132的材料，可使用导电性卓越的金属即铜(Cu)、铝(Al)、银(Ag)、锡(Sn)、金(Au)、镍(Ni)、铅(Pb)或者它们的合金等导电性物质。可通过金属镀覆法或印刷法等而形成线圈图案121、线圈引出部131及线圈连接部132，然而并不局限于此。

如图2所示，对于根据本发明的第一实施例的电感器100而言，在绝缘层111中形成线圈图案121、线圈引出部131或线圈连接部132等，然后将绝缘层111沿与贴装面平行的第一方向层叠而进行制造，因此比起现有技术而言，可更加容易地制造电感器100。并且，线圈120被布置成垂直于贴装面，因此可防止磁通量受到贴装基板的影响的现象。

参照图2，对根据本发明的第一实施例的电感器100的线圈120而言，当从第一方向投影时，线圈图案121重叠而形成具有1匝以上的线圈匝数的线圈轨道。

若进行具体的观察，则第一外部电极181与第一线圈图案121a通过线圈引出部131连接，然后第一线圈图案121a、第二线圈图案121b、第三线圈图案121c、第四线圈图案121d、第五线圈图案121e、第六线圈图案121f、第七线圈图案121g以及第八线圈图案121h依序通过线圈连接部132连接。最后，第八线圈图案121h借助于第二外部电极182和线圈引出部131而连接，从而形成线圈120。

参照图3，对于根据本发明的一个实施例的电感器100而言，线圈图案121中布置于最外廓的线圈图案121a、121h中的至少一个线圈图案的厚度形成为比布置于中央部的线圈图案121b、121c、121d、121e、121f、121g的厚度更厚。

通常，高频电感器是一种具有利用了电介质的开磁路的元件。对于高频电感器而言，因磁通量的损失及在内部电极与外部电极之间产生的寄生电容，使高频下的等效串联电阻增加，这样的高频下的等效串联电阻引起Q的减小。

[数学式1]

Q作为品质系数，并不具有专门的计量单位，X作为阻抗的虚数成分，被定义为电感与各个频率的乘积。Rs表示测量频率下的等效串联电阻。

参考数学式1，等效串联电阻表示如下的含义：与频率变化无关地具有恒定值的直流电阻与随着交变频率的变化而发生大小的改变的交流电阻之和。在此，交流电阻作为阻抗的虚数成分，并非如同直流电阻(Rdc)那样单纯地消耗为热能。即，交流电阻是其L由磁场、C由电场来蓄积能量的无损电阻。但是，由于应当在预定频率下流过的信号蓄积成电场或磁场而停滞，因此最终交流电阻也可被分类为电阻成分。尤其，交流电阻可基于交变频率的增加所引起的表皮效应(Skin effect)和接近效应(Parasitic effect)而增加，由此引起等效串联电阻的上升。

现有技术中的电感器将线圈图案的厚度以与位置无关而恒定的方式形成。然而，对根据本发明的一个实施例的电感器而言，线圈图案121中布置于最外廓的线圈图案121a、121h中的至少一个线圈图案的厚度形成为比布置于中央部的线圈图案121b、121c、121d、121e、121f、121g的厚度更厚。

图4为表示根据本发明的一个实施例的电感器的线圈图案的电流密度的图，图5为表示比较例的电感器的线圈图案的电流密度的图。

图4和图5的阴影部分表示测量出的电流密度较高的部分。

对于比较例而言，如果参照图5的B部分，则由于将线圈图案的厚度以与位置无关而恒定的方式形成，于是因接近效应而使布置于最外侧的线圈图案121a′、121h′的边缘部分的电流密度被测量为较高。这种现象的原因在于，在电流沿相同方向流过的两个导线之间产生互斥的力。因此，对于比较例的线圈图案121a′、121h′而言，无法在整个线圈图案中均匀地流过电流，而且这会成为等效串联电阻增加的因素。

然而，参照图4的A部分，可确认如下的事实：与比较例相比，根据本发明的一个实施例的电感器1100的布置于最外侧的线圈图案121a、121b中高电流密度部分较少。

这表明，线圈图案121中布置于最外廓的线圈图案121a、121h的厚度形成为比布置于中央部的线圈图案121b、121c、121d、121e、121f、121g的厚度更厚，于是表面积增加，从而使可供电流流过的区域增加，由此缓解电流密度的升高。即，对根据本发明的一个实施例的电感器100而言，其将线圈图案121中的布置于最外廓的线圈图案121a、121h中的至少一个的厚度形成为比布置于中央部的线圈图案121b、121c、121d、121e、121f、121g的厚度更厚，据此，降低了等效串联电阻，由此能够改善电感器100的Q特性。

并且，根据本发明的一个实施例的电感器100将线圈图案121中的布置于最外廓的线圈图案121a、121h的厚度全部形成为比线圈图案121b、121c、121d、121e、121f、121g的厚度更厚，据此，降低等效串联电阻，由此能够改善电感器100的Q特性。

[表1]

表1的比较例是对以与位置无关的方式对将线圈图案的厚度取为13μm的电感器的电感(L)、Q因子(Q)及等效串联电阻(Rs)进行测量的示例，其中的实施例则是对将位于最外廓的线圈图案的厚度取为17μm并将位于中央部的线圈图案的厚度取为13μm的电感器的电感(L)、Q因子(Q)及等效串联电阻(Rs)进行测量的示例。参照表1，可确认如下的事实：与比较例相比，实施例的等效串联电阻减小量多达7.7％，由此使Q因子(Q factor)增加了5.6％。

图6是测量与比较例的电感器和根据本发明的一个实施例的电感器的频率相关的Q因子(Q factor)的结果的图。

实施例I是线圈图案121中布置于最外廓的线圈图案121a、121h的厚度形成为比布置于中央部的线圈图案121b、121c、121d、121e、121f、121g的厚度更厚的电感器，比较例II则是线圈图案121中布置于最外廓的线圈图案121a′、121h′的厚度与布置于中央部的线圈图案121b、121c、121d、121e、121f、121g的厚度相同的电感器。参照图6，可确认如下的事实：在实施例I的情况下，由于在布置于最外廓的线圈图案121a、121h中因接近效应而导致电流密度增加的现象减少，因此Q因子(Q Factor)上升。

根据本发明的一个实施例的电感器100可构成为，线圈图案121的厚度从中央部趋向外廓部而逐渐变厚。

例如，还可以按如下方式形成：第三线圈图案121c及第六线圈图案121f的厚度形成为比第四线圈图案121d及第五线圈图案121e的厚度更厚，第二线圈图案121b及第七线圈图案121g的厚度形成为比第三线圈图案121c及第六线圈图案121f的厚度更厚，而且第一线圈图案121a及第八线圈图案121h的厚度比第二线圈图案121b及第七线圈图案121g的厚度更厚。

如同后述的另一实施例那样，根据本发明的一个实施例的电感器100还可以形成为：线圈图案121中布置于最外廓的线圈图案121a、121h中的至少一个的线宽大于线圈图案121中布置于中央部的线圈图案121b、121c、121d、121e、121f、121g的线宽。

并且，根据本发明的一个实施例的电感器100还可以形成为：线圈图案121中布置于最外廓的线圈图案121a、121h中的至少一个线圈图案的表面积大于线圈图案121中布置于中央部的线圈图案121b、121c、121d、121e、121f、121g的表面积。

图7为示意性地示出根据本发明的另一实施例的电感器200的沿L方向的剖面图，图8为表示根据本发明的另一实施例的电感器200的线圈图案的电流密度的图。

参照图7和图8，根据本发明的另一实施例的电感器200包括：主体201，包括多个绝缘层211；线圈图案221a、221b、221c、221d、221e、221f，布置于绝缘层211。

对于根据本发明的另一实施例的电感器200的线圈图案221a、221b、221c、221d、221e、221f而言，位于最外廓的线圈图案221a、221f的线宽大于位于中央部的线圈图案221b、221c、221d、221e的线宽。

因此，参照图8的C部分，可将线圈图案221a、221b、221c、221d、221e、221f中位于最外廓的线圈图案221a、221f当中电流密度较高的部分所占的比例减小，从而降低等效串联电阻。

即，对于根据本发明的另一实施例的电感器而言，通过将位于最外廓的线圈图案221a、221f的线宽形成为大于位于中央部的线圈图案221b、221c、221d、221e的线宽，从而降低等效串联电阻，由此能够改善电感器的Q特性。

图9是对根据本发明的另一实施例的电感器测量出基于设计误差的电感的结果的图，图10是对根据本发明的另一实施例的电感器测量出基于设计误差的Q因子(Q factor)的结果的图。。

对于根据本发明的另一实施例的电感器而言，将位于最外廓的线圈图案221a、221f的线宽形成为大于位于中央部的线圈图案221b、221c、221d、221e的线宽，由此能够改善电感器的Q特性，而且除此之外还可以获得将由于工艺偏差而发生的设计误差不敏感的技术效果。参照图9和图10，可确认如下的事实：在将位于最外廓的线圈图案221a、221f的线宽形成为大于位于中央部的线圈图案221b、221c、221d、221e的线宽的情况下，实施例的在基于设计误差的增加的电感或Q因子的变化率更小。

尤其，可确认如下的事实：在设计误差为10μm以下时，这种电感或Q因子的变化率显著降低。

图11是示意性地示出根据本发明的又一实施例的电感器300的L方向的剖面图，图12是表示根据本发明的又一实施例的电感器300的线圈图案的电流密度的图。

参照图11和图12，根据本发明的又一实施例的电感器300包括：主体301，包括多个绝缘层311；线圈图案321a、321b、321c、321d、321e、321f，布置于绝缘层311。

对于根据本发明的又一实施例的线圈图案321a、321b、321c、321d、321e、321f而言，位于最外廓的线圈图案中的一个线圈图案321f的线宽大于其他线圈图案321a、321b、321c、321d、321e的线宽。

因此，参照图12的D部分，可将在线圈图案321a、321b、321c、321d、321e、321f中的位于最外廓的线圈图案321f当中电流密度较高的部分所占据的比例减小，从而降低等效串联电阻。

即，对根据本发明的又一实施例的电感器而言，将位于最外廓的线圈图案321f的线宽形成为大于位于中央部的线圈图案321a、321b、321c、321d、321e的线宽，据此降低等效串联电阻，由此能够改善电感器的Q特性。

以上描述的实施例并非相互独立的，也可以将一个实施例单独实施或者将两个以上的实施例组合而实施。并且，以上虽然已对本发明的实施例进行了详细说明，然而本发明并不局限于实施例及附图，而是旨在根据权利要求书进行限定。

因此，在不脱离权利要求书中记载的本发明的技术思想的范围内，本发明所属的技术领域中具有基本知识的人员可实现多样的形态的置换、变形及变更，那些也应当认为属于本发明的范围。

Claims

1.一种电感器，其中，包括：

主体，由多个绝缘层层叠而成；

第一外部电极和第二外部电极，布置于所述主体的外侧；以及

线圈，由分别布置于所述多个绝缘层中的每一个的多个线圈图案通过线圈连接部相互连接而形成，且两端部通过线圈引出部连接于所述第一外部电极和所述第二外部电极，

其中，在所述多个线圈图案中，在所述多个绝缘层所层叠的方向上布置于最外廓的线圈图案中的至少一个线圈图案的厚度比布置于中央部的线圈图案的厚度更厚，所述厚度是所述线圈的轴方向上的厚度。

2.如权利要求1所述的电感器，其中，所述多个线圈图案的厚度随着从中央部趋向外廓部而越来越厚。

3.如权利要求1所述的电感器，其中，在所述多个线圈图案中，布置于最外廓的线圈图案中的至少一个线圈图案的线宽比布置于中央部的线圈图案的线宽更大。

4.如权利要求1所述的电感器，其中，在所述多个线圈图案中，布置于最外廓的线圈图案中的至少一个线圈图案的表面积比布置于中央部的线圈图案的表面积更大。

5.如权利要求1所述的电感器，其中，所述多个线圈图案包括两个以上的相同形状的线圈图案。

6.一种电感器，其中，包括：

主体，由多个绝缘层层叠而成；

其中，在所述多个线圈图案中，在所述多个绝缘层所层叠的方向上布置于最外廓的线圈图案中的至少一个线圈图案的线宽比布置于中央部的线圈图案的线宽更大，所述线宽是与所述线圈的轴方向垂直的方向上的线宽。

7.如权利要求6所述的电感器，其中，在所述多个线圈图案中，布置于最外廓的线圈图案中的至少一个线圈图案包括与布置于中央部的线圈图案不重叠的部分。

8.如权利要求6所述的电感器，其中，在所述多个线圈图案中，布置于最外廓的线圈图案中的至少一个线圈图案的表面积比布置于中央部的线圈图案的表面积更大。

9.如权利要求6所述的电感器，其中，所述多个线圈图案包括两个以上的相同形状的线圈图案。