一種功率電感及其制造方法

專利名稱：一種功率電感及其制造方法
技術領域：
本發明公開一種電感及其制造方法，特別是一種貼片式功率電感及其制造方法。
背景技術：
隨著電子移動終端的功能不斷增多，其需要的工作電壓也隨之變得多樣化。像手 機、數碼相機、PDA等諸多以電池供電的產品，它們的LCD背光驅動、功放模塊和IC的電源 電路均需要不同的輸出電壓。這樣，就需要一個DC到DC的轉換器來將電池電源的電壓轉 換成不同的多個電壓給上述功能塊供電。因此，為了減小功耗，延長電池壽命，高效率的電 壓轉換器被廣泛地使用，而影響到轉換器效率的關鍵因素就是功率電感器。同時，電子移動 終端變得越來越來小，越來越薄，因而DC/DC轉換器也需更小、更薄。但隨著轉換頻率越來 越高，功能越來越多，對小而薄型功率電感的額定電流的要求也越來越高。傳統工藝中的繞 線型電感，由于體積較大，已經越來越不能滿足人們的需求。

發明內容
針對上述提到的現有技術中的電感體積較大的缺點，本發明提供一種新的非常適 合小型移動終端產品中DC/DC轉換使用的功率電感，其尺寸小、厚度薄，能在體積上給用戶 節省更多的空間。同時，本發明還采用新的材料、設計和生產工藝不但大大加快了電感制作新技術 的發展，而且還能使制作的電感額定電流非常大。本發明解決其技術問題采用的技術方案是一種功率電感，包括基體、電感線圈、 接線端頭和介質層，電感線圈層疊設置在基體內，電感線圈兩端分別與接線端頭連接，介質 層設置在基體中間，將功率電感分為上下兩層。一種如上述的功率電感的制造方法，制造方法包括下述步驟A、采用流延工藝制造鐵氧體下基板，下基板的膜厚為30 40 μ m ；B、在下基板上印刷下連接線，下連接線厚度為20 30 μ m ；C、在下連接線內端點處制作連接點，連接點厚度為20 30μπι ；D、采用流延工藝制造一層鐵氧體基體，覆蓋下連接線，本層鐵氧體基體與上一步 驟中的連接點上表面平齊；Ε、在上一步驟上的鐵氧體基體上印刷一層金屬片，金屬片厚度為20 30μπι;F、重復步驟C至步驟Ε2至10次，完成下層金屬片制作；G、在下層金屬片上制作連接點，涂覆一層介質層材料，介質層材料的厚度為 20 μ m 30 μ m，介質層材料的與本層中的連接點上表面平齊；H、在介質層材料印刷一層金屬片，金屬片厚度為20 30μπι;I、重復步驟C至步驟Ε2至10次，完成上層金屬片制作；J、在上層金屬片內端點處制作連接點，連接點厚度為20 30μπι ；K、制作上連接線，上連接線厚度為20 30 μ m ；
L、采用流延工藝制造鐵氧體上基板，鐵氧體上基板的膜厚為30一40 u m；
M、在兩端分別制造接線端頭。
本發明解決其技術問題采用的技術方案進一步還包括
所述的電感線圈包括一層以上的下層金屬片、一層以上的上層金屬片和連接點，所述的下層金屬片呈“U”形，所述的上層金屬片呈“U”形，各個金屬片首尾順次通過連接點連接在一起，形成螺旋形電感線圈。
所述的上層金屬片和下層金屬片的厚度為20一30 u m。
所述的各層金屬片之間的厚度為20一30 u m。
所述的介質層厚度為20一30 u m。
所述的基體采用鐵氧體材料，鐵氧體包括主成分和第一添加成分、第二添加成分，主成分包括摩爾比為45％一50％的Fe，。，、摩爾比為lo％一17％的Cu。、摩爾比為13％一25％的Ni。和摩爾比為20％一30％的Zn。；第一添加成分為B工，。，，第一添加成分與主成分的摩爾比為o．OOl—o．003lOO；第二添加成分包括Si。，、Cr，。，、Al，。，和w。，，第二添加成分中的每種與主成分的摩爾比為o．003一o．009lOO。
所述的介質層包括重量比為50％一60％的Zn。、重量比為30％一40％的Si。，、重量比為3％一4％的Li，C。，和重量比為3％一4％的B工，。，。
本發明的有益效果是本發明通過介質層的特殊氣隙作用，改進疊層電感的特性，提高疊層功率電感的直流偏置特性和耐流特性。本發明和繞線型功率電感相比，疊層型功率電感在減小元件尺寸和厚度方面更加容易。本發明為改進直流電阻，選用合適的內電極…金屬銀，降低產品的RDC，提高產品Q值。本發明的電感具有優良的電流衰減特性和直流電阻特性，適應新的電子元件的發展，填補國內元器件此類空白，其在材料、設計、工藝、測量等方面具有創新性，產品設計先進，采用自行研制的工藝路線，產品的性能具有國際先進水平。
下面將結合附圖和具體實施方式
對本發明做進一步說明。


圖l為本發明電感VS直流偏置特性圖。
圖2為本發明電感VS頻率特性圖。
圖3為本發明典型磁化曲線圖。
圖4為本發明加入氣隙后的磁滯回線圖。
圖5為本發明B—H特性比較圖。
圖6為本發明制造步驟A后立體結構示意圖。
圖7為本發明制造步驟B后立體結構示意圖。
圖8為本發明制造步驟C后立體結構示意圖。
圖9為本發明制造步驟D后立體結構示意圖。
圖lo為本發明制造步驟E后立體結構示意圖。
圖11為本發明制造步驟F后立體結構示意圖。
圖12為本發明制造步驟G后立體結構示意圖。
圖13為本發明制造步驟H后立體結構示意圖。
圖14為本發明制造步驟I后立體結構示意圖。圖15為本發明制造步驟K后立體結構示意圖。圖16為本發明制造步驟L后立體結構示意圖。圖17為本發明制造步驟M后立體結構示意圖。圖中，1-基體，2-下基板，3-下連接線，4-連接點，5-下層金屬片，6_介質層，7_上 層金屬片，8-上連接線，9-上基板，10-接線端頭。
具體實施例方式本實施例為本發明優選實施方式，其他凡其原理和基本結構與本實施例相同或近 似的，均在本發明保護范圍之內。本發明為一種功率電感的制造方法，其制造方法包括下述步驟A、采用流延工藝制造鐵氧體下基板2，本實施例中，鐵氧體材料作為溶液使用，下 基板2的膜厚為30 40 μ m ；B、在下基板2上印刷下連接線3，下連接線3的作用是連接外部電極(即基體1外 部的接線端頭10)與下層金屬片5，下連接線3厚度為20 30 μ m ；C、在下連接線3內端點處制作連接點4，連接點4的作用是連接各層的金屬片，連 接點4厚度為20 30μπι;D、采用流延工藝制造一層鐵氧體基體1，覆蓋下連接線3，本層鐵氧體基體1與上 一步驟中的連接點4上表面平齊；Ε、在上一步驟上的鐵氧體基體1上印刷一層金屬片，金屬片厚度為20 30μπι ；F、重復步驟C至步驟Ε2至10次是(根據具體的電感參數決定)，完成下層金屬片 5制作；G、在下層金屬片5上制作連接點4，涂覆一層介質層6材料，介質層6材料的厚度 為20 μ m 30 μ m，介質層6材料的與本層中的連接點4上表面平齊，本層相當于氣隙的作 用；H、在介質層6材料印刷一層金屬片，本實施例中，介質層6實際上是作為溶液使 用，金屬片厚度為20 30μπι;I、重復步驟C至步驟Ε2至10次(根據具體的電感參數決定)，完成上層金屬片7 制作；J、在上層金屬片7內端點處制作連接點4，連接點4厚度為20 30 μ m ；K、制作上連接線8，上連接線8厚度為20 30 μ m ；L、采用流延工藝制造鐵氧體上基板9，鐵氧體上基板9的膜厚為30 40 μ m ；此步 驟后，將形成的產品在900°C的情況下進行低溫共燒，約半小時，本實施例中，低溫共燒采用 常規的LTCC工藝即可；M、在產品兩端分別制造接線端頭10，即形成成品。采用上述方法制造出來的電感，即本發明中的電感的結構包括基體1、電感線圈、 接線端頭10和介質層6，電感線圈層疊設置在基體1內，電感線圈兩端分別與接線端頭10 連接，介質層6設置在基體1中間，將功率電感分為上下兩層。本實施例中，電感線圈包括 一層以上的下層金屬片5、一層以上的上層金屬片7和連接點4，下層金屬片5呈“U”形，所述的上層金屬片7呈“U”形，各個金屬片首尾順次通過連接點4連接在一起，形成螺旋形電 感線圈，其中上層金屬片7和下層金屬片5的厚度為20 30 μ m,通過改變上層金屬片7和 下層金屬片5的厚度，可改變本發明電感的Q值參數；各層金屬片之間的厚度，即連接點4 的厚度也為20 30 μ m，通過改變連接點的厚度，可提高本發明電感的截止頻率，介質層6 的厚度也為20 30 μ m，通過改變介質層的厚度，可改變本發明電感的耐電流參數。本實施例中，基體1采用鐵氧體材料，鐵氧體包括主成分和第一添加成分、第二添 加成分，主成分包括摩爾比為45% -50%的!^e2O3、摩爾比為10% -17 %的CuO、摩爾比為 13% -25%的NiO和摩爾比為20% -30%的SiO ；第一添加成分為BI2O3，第一添加成分與主 成分的摩爾比為0. 001 0. 003 100 ；第二添加成分包括SiO2Xr2O3^Al2O3和WO3,第二添 加成分中的每種與主成分的摩爾比為0.003 0.009 100。本實施例中采用鐵氧體材料可 在施加磁場為4000A/m下的飽和磁通密度Bs為470mT或以上，鐵氧體材料具有和金屬銀、 介質材料的低溫共燒特性，燒結溫度在900°C左右。本實施例中，鐵氧體材料在使用時，先將 各個組分材料通過球磨方法加工至顆粒度在1. Oym以下的小顆粒，然后經過充分混合后， 加入醇類溶劑中，形成液態漿料，本實施例中，采用的醇類溶劑為乙丁醇，其中，溶質和醇類 溶劑的重量比例為1 10。實施例一本實施例中，鐵氧體的主成分包括摩爾比為45%的Fi52O3、摩爾比為 12%的CuO、摩爾比為13%的NiO和摩爾比為30%的ZnO ；第一添加成分即BI2O3與主成分 的摩爾比為0.001 100 ；第二添加成分中的每種組分與主成分的摩爾比為0.003 100。 經測試，本實施例中的鐵氧體材料可在施加磁場為4000A/m下的飽和磁通密度Bs為470mT 或以上。實施例二 本實施例中，鐵氧體的主成分包括摩爾比為45%的Fi52O3、摩爾比為 10%的CuO、摩爾比為25%的NiO和摩爾比為30%的SiO ；第一添加成分即BI2O3與主成分 的摩爾比為0.002 100 ；第二添加成分中的每種組分與主成分的摩爾比為0.005 100。 經測試，本實施例中的鐵氧體材料可在施加磁場為4000A/m下的飽和磁通密度Bs為470mT 或以上。實施例三本實施例中，鐵氧體的主成分包括摩爾比為50%的Fi52O3、摩爾比為 17%的CuO、摩爾比為18%的NiO和摩爾比為20%的ZnO ；第一添加成分即BI2O3與主成分 的摩爾比為0.002 100 ；第二添加成分中的每種組分與主成分的摩爾比為0.005 100。 經測試，本實施例中的鐵氧體材料可在施加磁場為4000A/m下的飽和磁通密度Bs為470mT 或以上。實施例四本實施例中，鐵氧體的主成分包括摩爾比為45%的Fi52O3、摩爾比為 10%的CuO、摩爾比為20%的NiO和摩爾比為25%的SiO ；第一添加成分即BI2O3與主成分 的摩爾比為0.002 100 ；第二添加成分中的每種組分與主成分的摩爾比為0.007 100。 經測試，本實施例中的鐵氧體材料可在施加磁場為4000A/m下的飽和磁通密度Bs為470mT 或以上。實施例五本實施例中，鐵氧體的主成分包括摩爾比為48%的Fi52O3、摩爾比為 16%的CuO、摩爾比為13%的NiO和摩爾比為23%的SiO ；第一添加成分即BI2O3與主成分 的摩爾比為0.003 100 ；第二添加成分中的每種組分與主成分的摩爾比為0.009 100。 經測試，本實施例中的鐵氧體材料可在施加磁場為4000A/m下的飽和磁通密度Bs為470mT
6或以上。本實施例中，介質層6相當于氣隙的作用，介質層6厚度為20 30 μ m,介質層6 包括重量比為50% -60%的&10、重量比為30% -40%的SiO2、重量比為3% -4%的Li2CO3 和重量比為3% -4%的BI2O315本實施例中的介質層6材料在IM頻率下介電常數為10 40，頻率在4GHZ時具有很高的品質因數Q為10000左右，材料電阻率達IO19 Ω cm。介質層6 材料具有和金屬銀、鐵氧體材料的低溫共燒特性，燒結溫度在900°C左右。通過介質層6的 特殊氣隙作用，改進疊層電感的特性，提高疊層功率電感的直流偏置特性和耐流特性。本實 施例中，介質層材料在使用時，先將各個組分材料通過球磨方法加工至顆粒度在Ι.Ομπι以 下的小顆粒，然后經過充分混合后，加入醇類溶劑中，形成液態漿料，本實施例中，采用的醇 類溶劑為乙丁醇，其中，溶質和醇類溶劑的重量比例為1 10。實施例一本實施例中，介質層6包括重量比為50%的&ι0、重量比為40%的Si02、 重量比為5%的Li2CO3和重量比為5%的BI2O315經測試，本實施例中的介質層6材料在IM 頻率下介電常數為10 40，頻率在4GHZ時具有很高的品質因數Q為10000左右，材料電阻 率達IO19Qcm,可以改進疊層電感的特性，提高疊層功率電感的直流偏置特性和耐流特性。實施例二 本實施例中，介質層6包括重量比為的aiO、重量比為39%的Si02、 重量比為3. 5%的Li2CO3和重量比為3. 5%的BI2O3。經測試，本實施例中的介質層6材料 在IM頻率下介電常數為10 40，頻率在4GHZ時具有很高的品質因數Q為10000左右，材 料電阻率達IO19Qcm,可以改進疊層電感的特性，提高疊層功率電感的直流偏置特性和耐流 特性。實施例三本實施例中，介質層6包括重量比為55%的&ι0、重量比為37%的Si02、 重量比為4%的Li2CO3和重量比為4%的BI2O315經測試，本實施例中的介質層6材料在IM 頻率下介電常數為10 40，頻率在4GHZ時具有很高的品質因數Q為10000左右，材料電阻 率達IO19Qcm,可以改進疊層電感的特性，提高疊層功率電感的直流偏置特性和耐流特性。實施例四本實施例中，介質層6包括重量比為58%的&ι0、重量比為35%的Si02、 重量比為3%的Li2CO3和重量比為4%的BI2O315經測試，本實施例中的介質層6材料在IM 頻率下介電常數為10 40，頻率在4GHZ時具有很高的品質因數Q為10000左右，材料電阻 率達IO19Qcm,可以改進疊層電感的特性，提高疊層功率電感的直流偏置特性和耐流特性。實施例五本實施例中，介質層6包括重量比為60%的&ι0、重量比為32%的Si02、 重量比為5%的Li2CO3和重量比為3%的BI2O315經測試，本實施例中的介質層6材料在IM 頻率下介電常數為10 40，頻率在4GHZ時具有很高的品質因數Q為10000左右，材料電阻 率達IO19Qcm,可以改進疊層電感的特性，提高疊層功率電感的直流偏置特性和耐流特性。本發明中引入了相當于氣隙作用的介質層6后，其電氣特性得到了顯著地改善。 磁芯加入氣隙后會使磁滯回線傾斜，剩磁顯著降低。磁滯回線的傾斜并不改變矯頑力H。的 大小，也不改變磁飽和磁體密度Bs及線性區最高磁密Bm的大小。只是使磁滯回線的彎曲部 分延伸到更大的磁場強度區域。請參看附圖4，從圖4可以看出加入氣隙后的有效磁導率約 等于H。處的磁滯回線的斜率。Br(withgap) = μ。μ HcHc μ。μ (with卿)HC (公式一)由安培環路定律Φ LHdl = Σ I可導出
權利要求
1.一種功率電感，其特征是所述的電感包括基體、電感線圈、接線端頭和介質層，電 感線圈層疊設置在基體內，電感線圈兩端分別與接線端頭連接，介質層設置在基體中間，將 功率電感分為上下兩層。
2.根據權利要求1所述的功率電感，其特征是所述的電感線圈包括一層以上的下層 金屬片、一層以上的上層金屬片和連接點，所述的下層金屬片呈“U”形，所述的上層金屬片 呈“U”形，各個金屬片首尾順次通過連接點連接在一起，形成螺旋形電感線圈。
3.根據權利要求2所述的功率電感，其特征是所述的上層金屬片和下層金屬片的厚 度為20 30μπι。
4.根據權利要求2所述的功率電感，其特征是所述的各層金屬片之間的厚度為20 30 μ m0
5.根據權利要求1所述的功率電感，其特征是所述的介質層厚度為20 30μπι。
6.根據權利要求1所述的功率電感，其特征是所述的基體采用鐵氧體材料，鐵氧體包 括主成分和第一添加成分、第二添加成分，主成分包括摩爾比為45%-50%的!^e2O3、摩爾比 為10% -17%的CuO、摩爾比為13% -25%的NiO和摩爾比為20% -30%的SiO ；第一添加 成分為BI2O3，第一添加成分與主成分的摩爾比為0. 001 0. 003 100 ；第二添加成分包括 Si02、Cr203、Al203和WO3，第二添加成分中的每種與主成分的摩爾比為0. 003 0. 009 100。
7.根據權利要求1所述的功率電感，其特征是所述的介質層包括重量比為 50% -60%的aiO、重量比為30% -40%的SiO2、重量比為3% -5 %的Li2CO3和重量比為 3% -5% 的 BI2O3。
8.—種如權利要求1至7中任意一項所述的功率電感的制造方法，其特征是所述的 制造方法包括下述步驟A、采用流延工藝制造鐵氧體下基板，下基板的膜厚為30 40μ m ；B、在下基板上印刷下連接線，下連接線厚度為20 30μ m ；C、在下連接線內端點處制作連接點，連接點厚度為20 30μπι；D、采用流延工藝制造一層鐵氧體基體，覆蓋下連接線，本層鐵氧體基體與上一步驟中 的連接點上表面平齊；Ε、在上一步驟上的鐵氧體基體上印刷一層金屬片，金屬片厚度為20 30μπι ；F、重復步驟C至步驟Ε2至10次，完成下層金屬片制作；G、在下層金屬片上制作連接點，涂覆一層介質層材料，介質層材料的厚度為20μ m 30 μ m，介質層材料的與本層中的連接點上表面平齊；H、在介質層材料印刷一層金屬片，金屬片厚度為20 30μπι;I、重復步驟C至步驟Ε2至10次，完成上層金屬片制作；J、在上層金屬片內端點處制作連接點，連接點厚度為20 30μπι ；K、制作上連接線，上連接線厚度為20 30 μ m ；L、采用流延工藝制造鐵氧體上基板，鐵氧體上基板的膜厚為30 40 μ m ；M、在兩端分別制造接線端頭。
全文摘要
本發明公開一種貼片式功率電感及其制造方法，電感包括基體、電感線圈、接線端頭和介質層，電感線圈層疊設置在基體內，電感線圈兩端分別與接線端頭連接，介質層設置在基體中間，將功率電感分為上下兩層。電感采用流延工藝及內層電極印刷工藝形成后，通過低溫共燒制成成品。本發明通過介質層的特殊氣隙作用，改進疊層電感的特性，提高疊層功率電感的直流偏置特性和耐流特性，和繞線型功率電感相比，疊層型功率電感在減小元件尺寸和厚度方面更加容易。本發明適應新的電子元件的發展，填補國內元器件此類空白，其在材料、設計、工藝、測量等方面具有創新性，產品設計先進，采用自行研制的工藝路線，產品的性能具有國際先進水平。
文檔編號H01F37/00GK102082019SQ20101056855
公開日2011年6月1日 申請日期2010年12月1日 優先權日2010年12月1日
發明者張亞平, 張海恩, 張美蓉, 陳鑫 申請人:深圳市麥捷微電子科技股份有限公司