专利名称：一种功率电感及其制造方法
技术领域：
本发明公开一种电感及其制造方法，特别是一种贴片式功率电感及其制造方法。
背景技术：
随着电子移动终端的功能不断增多，其需要的工作电压也随之变得多样化。像手 机、数码相机、PDA等诸多以电池供电的产品，它们的LCD背光驱动、功放模块和IC的电源 电路均需要不同的输出电压。这样，就需要一个DC到DC的转换器来将电池电源的电压转 换成不同的多个电压给上述功能块供电。因此，为了减小功耗，延长电池寿命，高效率的电 压转换器被广泛地使用，而影响到转换器效率的关键因素就是功率电感器。同时，电子移动 终端变得越来越来小，越来越薄，因而DC/DC转换器也需更小、更薄。但随着转换频率越来 越高，功能越来越多，对小而薄型功率电感的额定电流的要求也越来越高。传统工艺中的绕 线型电感，由于体积较大，已经越来越不能满足人们的需求。
发明内容
针对上述提到的现有技术中的电感体积较大的缺点，本发明提供一种新的非常适 合小型移动终端产品中DC/DC转换使用的功率电感，其尺寸小、厚度薄，能在体积上给用户 节省更多的空间。同时，本发明还采用新的材料、设计和生产工艺不但大大加快了电感制作新技术 的发展，而且还能使制作的电感额定电流非常大。本发明解决其技术问题采用的技术方案是一种功率电感，包括基体、电感线圈、 接线端头和介质层，电感线圈层叠设置在基体内，电感线圈两端分别与接线端头连接，介质 层设置在基体中间，将功率电感分为上下两层。一种如上述的功率电感的制造方法，制造方法包括下述步骤A、采用流延工艺制造铁氧体下基板，下基板的膜厚为30 40 μ m ；B、在下基板上印刷下连接线，下连接线厚度为20 30 μ m ；C、在下连接线内端点处制作连接点，连接点厚度为20 30μπι ；D、采用流延工艺制造一层铁氧体基体，覆盖下连接线，本层铁氧体基体与上一步 骤中的连接点上表面平齐；Ε、在上一步骤上的铁氧体基体上印刷一层金属片，金属片厚度为20 30μπι;F、重复步骤C至步骤Ε2至10次，完成下层金属片制作；G、在下层金属片上制作连接点，涂覆一层介质层材料，介质层材料的厚度为 20 μ m 30 μ m，介质层材料的与本层中的连接点上表面平齐；H、在介质层材料印刷一层金属片，金属片厚度为20 30μπι;I、重复步骤C至步骤Ε2至10次，完成上层金属片制作；J、在上层金属片内端点处制作连接点，连接点厚度为20 30μπι ；K、制作上连接线，上连接线厚度为20 30 μ m ；
L、采用流延工艺制造铁氧体上基板，铁氧体上基板的膜厚为30一40 u m；
M、在两端分别制造接线端头。
本发明解决其技术问题采用的技术方案进一步还包括
所述的电感线圈包括一层以上的下层金属片、一层以上的上层金属片和连接点，所述的下层金属片呈“U”形，所述的上层金属片呈“U”形，各个金属片首尾顺次通过连接点连接在一起，形成螺旋形电感线圈。
所述的上层金属片和下层金属片的厚度为20一30 u m。
所述的各层金属片之间的厚度为20一30 u m。
所述的介质层厚度为20一30 u m。
所述的基体采用铁氧体材料，铁氧体包括主成分和第一添加成分、第二添加成分，主成分包括摩尔比为45％一50％的Fe，。，、摩尔比为lo％一17％的Cu。、摩尔比为13％一25％的Ni。和摩尔比为20％一30％的Zn。；第一添加成分为B工，。，，第一添加成分与主成分的摩尔比为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种与主成分的摩尔比为o．003一o．009lOO。
所述的介质层包括重量比为50％一60％的Zn。、重量比为30％一40％的Si。，、重量比为3％一4％的Li，C。，和重量比为3％一4％的B工，。，。
本发明的有益效果是本发明通过介质层的特殊气隙作用，改进叠层电感的特性，提高叠层功率电感的直流偏置特性和耐流特性。本发明和绕线型功率电感相比，叠层型功率电感在减小元件尺寸和厚度方面更加容易。本发明为改进直流电阻，选用合适的内电极…金属银，降低产品的RDC，提高产品Q值。本发明的电感具有优良的电流衰减特性和直流电阻特性，适应新的电子元件的发展，填补国内元器件此类空白，其在材料、设计、工艺、测量等方面具有创新性，产品设计先进，采用自行研制的工艺路线，产品的性能具有国际先进水平。
下面将结合附图和具体实施方式
对本发明做进一步说明。
图l为本发明电感VS直流偏置特性图。
图2为本发明电感VS频率特性图。
图3为本发明典型磁化曲线图。
图4为本发明加入气隙后的磁滞回线图。
图5为本发明B—H特性比较图。
图6为本发明制造步骤A后立体结构示意图。
图7为本发明制造步骤B后立体结构示意图。
图8为本发明制造步骤C后立体结构示意图。
图9为本发明制造步骤D后立体结构示意图。
图lo为本发明制造步骤E后立体结构示意图。
图11为本发明制造步骤F后立体结构示意图。
图12为本发明制造步骤G后立体结构示意图。
图13为本发明制造步骤H后立体结构示意图。
图14为本发明制造步骤I后立体结构示意图。图15为本发明制造步骤K后立体结构示意图。图16为本发明制造步骤L后立体结构示意图。图17为本发明制造步骤M后立体结构示意图。图中，1-基体，2-下基板，3-下连接线，4-连接点，5-下层金属片，6_介质层，7_上 层金属片，8-上连接线，9-上基板，10-接线端头。
具体实施例方式本实施例为本发明优选实施方式，其他凡其原理和基本结构与本实施例相同或近 似的，均在本发明保护范围之内。本发明为一种功率电感的制造方法，其制造方法包括下述步骤A、采用流延工艺制造铁氧体下基板2，本实施例中，铁氧体材料作为溶液使用，下 基板2的膜厚为30 40 μ m ；B、在下基板2上印刷下连接线3，下连接线3的作用是连接外部电极(即基体1外 部的接线端头10)与下层金属片5，下连接线3厚度为20 30 μ m ；C、在下连接线3内端点处制作连接点4，连接点4的作用是连接各层的金属片，连 接点4厚度为20 30μπι;D、采用流延工艺制造一层铁氧体基体1，覆盖下连接线3，本层铁氧体基体1与上 一步骤中的连接点4上表面平齐；Ε、在上一步骤上的铁氧体基体1上印刷一层金属片，金属片厚度为20 30μπι ；F、重复步骤C至步骤Ε2至10次是(根据具体的电感参数决定)，完成下层金属片 5制作；G、在下层金属片5上制作连接点4，涂覆一层介质层6材料，介质层6材料的厚度 为20 μ m 30 μ m，介质层6材料的与本层中的连接点4上表面平齐，本层相当于气隙的作 用；H、在介质层6材料印刷一层金属片，本实施例中，介质层6实际上是作为溶液使 用，金属片厚度为20 30μπι;I、重复步骤C至步骤Ε2至10次(根据具体的电感参数决定)，完成上层金属片7 制作；J、在上层金属片7内端点处制作连接点4，连接点4厚度为20 30 μ m ；K、制作上连接线8，上连接线8厚度为20 30 μ m ；L、采用流延工艺制造铁氧体上基板9，铁氧体上基板9的膜厚为30 40 μ m ；此步 骤后，将形成的产品在900°C的情况下进行低温共烧，约半小时，本实施例中，低温共烧采用 常规的LTCC工艺即可；M、在产品两端分别制造接线端头10，即形成成品。采用上述方法制造出来的电感，即本发明中的电感的结构包括基体1、电感线圈、 接线端头10和介质层6，电感线圈层叠设置在基体1内，电感线圈两端分别与接线端头10 连接，介质层6设置在基体1中间，将功率电感分为上下两层。本实施例中，电感线圈包括 一层以上的下层金属片5、一层以上的上层金属片7和连接点4，下层金属片5呈“U”形，所述的上层金属片7呈“U”形，各个金属片首尾顺次通过连接点4连接在一起，形成螺旋形电 感线圈，其中上层金属片7和下层金属片5的厚度为20 30 μ m,通过改变上层金属片7和 下层金属片5的厚度，可改变本发明电感的Q值参数；各层金属片之间的厚度，即连接点4 的厚度也为20 30 μ m，通过改变连接点的厚度，可提高本发明电感的截止频率，介质层6 的厚度也为20 30 μ m，通过改变介质层的厚度，可改变本发明电感的耐电流参数。本实施例中，基体1采用铁氧体材料，铁氧体包括主成分和第一添加成分、第二添 加成分，主成分包括摩尔比为45% -50%的!^e2O3、摩尔比为10% -17 %的CuO、摩尔比为 13% -25%的NiO和摩尔比为20% -30%的SiO ；第一添加成分为BI2O3，第一添加成分与主 成分的摩尔比为0. 001 0. 003 100 ；第二添加成分包括SiO2Xr2O3^Al2O3和WO3,第二添 加成分中的每种与主成分的摩尔比为0.003 0.009 100。本实施例中采用铁氧体材料可 在施加磁场为4000A/m下的饱和磁通密度Bs为470mT或以上，铁氧体材料具有和金属银、 介质材料的低温共烧特性，烧结温度在900°C左右。本实施例中，铁氧体材料在使用时，先将 各个组分材料通过球磨方法加工至颗粒度在1. Oym以下的小颗粒，然后经过充分混合后， 加入醇类溶剂中，形成液态浆料，本实施例中，采用的醇类溶剂为乙丁醇，其中，溶质和醇类 溶剂的重量比例为1 10。实施例一本实施例中，铁氧体的主成分包括摩尔比为45%的Fi52O3、摩尔比为 12%的CuO、摩尔比为13%的NiO和摩尔比为30%的ZnO ；第一添加成分即BI2O3与主成分 的摩尔比为0.001 100 ；第二添加成分中的每种组分与主成分的摩尔比为0.003 100。 经测试，本实施例中的铁氧体材料可在施加磁场为4000A/m下的饱和磁通密度Bs为470mT 或以上。实施例二 本实施例中，铁氧体的主成分包括摩尔比为45%的Fi52O3、摩尔比为 10%的CuO、摩尔比为25%的NiO和摩尔比为30%的SiO ；第一添加成分即BI2O3与主成分 的摩尔比为0.002 100 ；第二添加成分中的每种组分与主成分的摩尔比为0.005 100。 经测试，本实施例中的铁氧体材料可在施加磁场为4000A/m下的饱和磁通密度Bs为470mT 或以上。实施例三本实施例中，铁氧体的主成分包括摩尔比为50%的Fi52O3、摩尔比为 17%的CuO、摩尔比为18%的NiO和摩尔比为20%的ZnO ；第一添加成分即BI2O3与主成分 的摩尔比为0.002 100 ；第二添加成分中的每种组分与主成分的摩尔比为0.005 100。 经测试，本实施例中的铁氧体材料可在施加磁场为4000A/m下的饱和磁通密度Bs为470mT 或以上。实施例四本实施例中，铁氧体的主成分包括摩尔比为45%的Fi52O3、摩尔比为 10%的CuO、摩尔比为20%的NiO和摩尔比为25%的SiO ；第一添加成分即BI2O3与主成分 的摩尔比为0.002 100 ；第二添加成分中的每种组分与主成分的摩尔比为0.007 100。 经测试，本实施例中的铁氧体材料可在施加磁场为4000A/m下的饱和磁通密度Bs为470mT 或以上。实施例五本实施例中，铁氧体的主成分包括摩尔比为48%的Fi52O3、摩尔比为 16%的CuO、摩尔比为13%的NiO和摩尔比为23%的SiO ；第一添加成分即BI2O3与主成分 的摩尔比为0.003 100 ；第二添加成分中的每种组分与主成分的摩尔比为0.009 100。 经测试，本实施例中的铁氧体材料可在施加磁场为4000A/m下的饱和磁通密度Bs为470mT
6或以上。本实施例中，介质层6相当于气隙的作用，介质层6厚度为20 30 μ m,介质层6 包括重量比为50% -60%的&10、重量比为30% -40%的SiO2、重量比为3% -4%的Li2CO3 和重量比为3% -4%的BI2O315本实施例中的介质层6材料在IM频率下介电常数为10 40，频率在4GHZ时具有很高的品质因数Q为10000左右，材料电阻率达IO19 Ω cm。介质层6 材料具有和金属银、铁氧体材料的低温共烧特性，烧结温度在900°C左右。通过介质层6的 特殊气隙作用，改进叠层电感的特性，提高叠层功率电感的直流偏置特性和耐流特性。本实 施例中，介质层材料在使用时，先将各个组分材料通过球磨方法加工至颗粒度在Ι.Ομπι以 下的小颗粒，然后经过充分混合后，加入醇类溶剂中，形成液态浆料，本实施例中，采用的醇 类溶剂为乙丁醇，其中，溶质和醇类溶剂的重量比例为1 10。实施例一本实施例中，介质层6包括重量比为50%的&ι0、重量比为40%的Si02、 重量比为5%的Li2CO3和重量比为5%的BI2O315经测试，本实施例中的介质层6材料在IM 频率下介电常数为10 40，频率在4GHZ时具有很高的品质因数Q为10000左右，材料电阻 率达IO19Qcm,可以改进叠层电感的特性，提高叠层功率电感的直流偏置特性和耐流特性。实施例二 本实施例中，介质层6包括重量比为的aiO、重量比为39%的Si02、 重量比为3. 5%的Li2CO3和重量比为3. 5%的BI2O3。经测试，本实施例中的介质层6材料 在IM频率下介电常数为10 40，频率在4GHZ时具有很高的品质因数Q为10000左右，材 料电阻率达IO19Qcm,可以改进叠层电感的特性，提高叠层功率电感的直流偏置特性和耐流 特性。实施例三本实施例中，介质层6包括重量比为55%的&ι0、重量比为37%的Si02、 重量比为4%的Li2CO3和重量比为4%的BI2O315经测试，本实施例中的介质层6材料在IM 频率下介电常数为10 40，频率在4GHZ时具有很高的品质因数Q为10000左右，材料电阻 率达IO19Qcm,可以改进叠层电感的特性，提高叠层功率电感的直流偏置特性和耐流特性。实施例四本实施例中，介质层6包括重量比为58%的&ι0、重量比为35%的Si02、 重量比为3%的Li2CO3和重量比为4%的BI2O315经测试，本实施例中的介质层6材料在IM 频率下介电常数为10 40，频率在4GHZ时具有很高的品质因数Q为10000左右，材料电阻 率达IO19Qcm,可以改进叠层电感的特性，提高叠层功率电感的直流偏置特性和耐流特性。实施例五本实施例中，介质层6包括重量比为60%的&ι0、重量比为32%的Si02、 重量比为5%的Li2CO3和重量比为3%的BI2O315经测试，本实施例中的介质层6材料在IM 频率下介电常数为10 40，频率在4GHZ时具有很高的品质因数Q为10000左右，材料电阻 率达IO19Qcm,可以改进叠层电感的特性，提高叠层功率电感的直流偏置特性和耐流特性。本发明中引入了相当于气隙作用的介质层6后，其电气特性得到了显著地改善。 磁芯加入气隙后会使磁滞回线倾斜，剩磁显著降低。磁滞回线的倾斜并不改变矫顽力H。的 大小，也不改变磁饱和磁体密度Bs及线性区最高磁密Bm的大小。只是使磁滞回线的弯曲部 分延伸到更大的磁场强度区域。请参看附图4，从图4可以看出加入气隙后的有效磁导率约 等于H。处的磁滞回线的斜率。Br(withgap) = μ。μ HcHc μ。μ (with卿)HC (公式一)由安培环路定律Φ LHdl = Σ I可导出
权利要求
1.一种功率电感，其特征是所述的电感包括基体、电感线圈、接线端头和介质层，电 感线圈层叠设置在基体内，电感线圈两端分别与接线端头连接，介质层设置在基体中间，将 功率电感分为上下两层。
2.根据权利要求1所述的功率电感，其特征是所述的电感线圈包括一层以上的下层 金属片、一层以上的上层金属片和连接点，所述的下层金属片呈“U”形，所述的上层金属片 呈“U”形，各个金属片首尾顺次通过连接点连接在一起，形成螺旋形电感线圈。
3.根据权利要求2所述的功率电感，其特征是所述的上层金属片和下层金属片的厚 度为20 30μπι。
4.根据权利要求2所述的功率电感，其特征是所述的各层金属片之间的厚度为20 30 μ m0
5.根据权利要求1所述的功率电感，其特征是所述的介质层厚度为20 30μπι。
6.根据权利要求1所述的功率电感，其特征是所述的基体采用铁氧体材料，铁氧体包 括主成分和第一添加成分、第二添加成分，主成分包括摩尔比为45%-50%的!^e2O3、摩尔比 为10% -17%的CuO、摩尔比为13% -25%的NiO和摩尔比为20% -30%的SiO ；第一添加 成分为BI2O3，第一添加成分与主成分的摩尔比为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种与主成分的摩尔比为0. 003 0. 009 100。
7.根据权利要求1所述的功率电感，其特征是所述的介质层包括重量比为 50% -60%的aiO、重量比为30% -40%的SiO2、重量比为3% -5 %的Li2CO3和重量比为 3% -5% 的 BI2O3。
8.—种如权利要求1至7中任意一项所述的功率电感的制造方法，其特征是所述的 制造方法包括下述步骤A、采用流延工艺制造铁氧体下基板，下基板的膜厚为30 40μ m ；B、在下基板上印刷下连接线，下连接线厚度为20 30μ m ；C、在下连接线内端点处制作连接点，连接点厚度为20 30μπι；D、采用流延工艺制造一层铁氧体基体，覆盖下连接线，本层铁氧体基体与上一步骤中 的连接点上表面平齐；Ε、在上一步骤上的铁氧体基体上印刷一层金属片，金属片厚度为20 30μπι ；F、重复步骤C至步骤Ε2至10次，完成下层金属片制作；G、在下层金属片上制作连接点，涂覆一层介质层材料，介质层材料的厚度为20μ m 30 μ m，介质层材料的与本层中的连接点上表面平齐；H、在介质层材料印刷一层金属片，金属片厚度为20 30μπι;I、重复步骤C至步骤Ε2至10次，完成上层金属片制作；J、在上层金属片内端点处制作连接点，连接点厚度为20 30μπι ；K、制作上连接线，上连接线厚度为20 30 μ m ；L、采用流延工艺制造铁氧体上基板，铁氧体上基板的膜厚为30 40 μ m ；M、在两端分别制造接线端头。
全文摘要
本发明公开一种贴片式功率电感及其制造方法，电感包括基体、电感线圈、接线端头和介质层，电感线圈层叠设置在基体内，电感线圈两端分别与接线端头连接，介质层设置在基体中间，将功率电感分为上下两层。电感采用流延工艺及内层电极印刷工艺形成后，通过低温共烧制成成品。本发明通过介质层的特殊气隙作用，改进叠层电感的特性，提高叠层功率电感的直流偏置特性和耐流特性，和绕线型功率电感相比，叠层型功率电感在减小元件尺寸和厚度方面更加容易。本发明适应新的电子元件的发展，填补国内元器件此类空白，其在材料、设计、工艺、测量等方面具有创新性，产品设计先进，采用自行研制的工艺路线，产品的性能具有国际先进水平。
文档编号H01F37/00GK102082019SQ20101056855
公开日2011年6月1日 申请日期2010年12月1日 优先权日2010年12月1日
发明者张亚平, 张海恩, 张美蓉, 陈鑫 申请人:深圳市麦捷微电子科技股份有限公司