专利名称：感性元件及其制造的方法
技术领域：
本发明涉及一种感性元件及其制造方法，尤其涉及层叠功率电感器、层叠共模扼流圈、高频用层叠电感器和磁珠、电子变压器、天线等层叠型感性元件及其制造方法。
背景技术：
电感器作为三大无源元件之一，在电子系统中有着广泛的应用。随着电子技术进入小型化、高密度的组装时代，传统的通孔插装式的绕线电感器已经不能适应现代电子设备的轻、薄、短和小的要求。因此，在本世纪七、八十年代，片状电感器应运而生并且得到了迅速发展。目前，片状电感器主要包括绕线型片式电感器和叠层型片式电感器两大类。如《软磁铁氧体材料及在电感器件中应用技术会议录》(34-60页，机电部磁性材料及器件专业情报网，电感器件专业情报网，1992年7月，浙江绍兴)所说明的，绕线型片式电感器是为了满足表面组装技术的要求，对传统绕线型电感器作结构改进而形成的，因而具有很好的工艺继承性。它们往往采用更细的绕线、更小的磁芯结构和性能更优异的材料，以形成较薄和较小的电感元件。例如，日本村田制作所的LQN5N102以及LQN5NIR0型的绕线型片式电感器的尺寸为5mmX2.5mmX3.15mm。绕线型片式电感器可以是开磁路的也可以是闭磁路的。闭磁路的绕线型片式电感器可以具有相对较大的电感值 ，如LQN5N102型电感器的电感值可以达到1000 μ H。但是，由于工艺的限制，在保证能提供较大的电感值的前提下进一步使绕线型片式电感器小型化的工作是困难的，并且制作成本将大大提高。叠层型片式电感器又称为积层型片式电感器或层叠电感器，其采用的是通常的独石陶瓷制造工艺技术，经过叠层层压和印刷技术，使电感器成为一体化结构。日本专利特开2005-109097公开了一种层叠电感器，该电感器由绝缘层和平面螺旋线圈交替层叠而成，并且一体成型，形成独石结构。目前构成层叠电感器的绝缘层的材料主要有两大类，一类是陶瓷材料，另一类是铁氧体材料。其中，使用电介质陶瓷作为绝缘层的层叠电感器多用于高频带域，其陶瓷材料制成的绝缘层的作用是支撑并隔离上、下两层线圈。而由铁氧体材料制成的绝缘层则不仅有支撑和隔离上、下两层线圈的作用，由于铁氧体材料的高磁导率，还具有增磁作用。因此，在具有由铁氧体材料制成的绝缘层的层叠电感器中，多层线圈与铁氧体材料呈独石结构，铁氧体材料包覆多层线圈而形成磁屏蔽。层叠电感器的特点是体积小、重量轻、有良好的磁屏蔽效果和电感值较小。另夕卜，由于其制备工艺可以实现大规模生产，故生产成本较低。例如，日本TDK公司生产的MLF3216型的层叠电感器的尺寸为3.2mmX 1.6mmX0.6mm,电感值为1.2 120 μ H。由此可见，目前的片状电感器是朝两个方向发展的，一个是体积较小、价格较低和电感值较小的叠层型片式电感器，另一个是体积较大、价格较高、电感值较大的绕线型片式电感器。但是，对于介于两者中间的情况，即电感值较大但体积较小的电感器元件，却未有涉及。这是由于叠层型片式电感器的叠层层压和印刷工艺限制了此类电感器的电感值的提高，而绕线型片式电感器的制作工艺限制了其在可接受的成本下对其体积作进一步地减小。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种感性元件及其制造方法，本发明的感性元件与现有技术的层叠电感器相比，其电感值有极大提升并且与现有技术的绕线型片式电感器相比，本发明的感性元件更易于小型化。为实现上述目的，本发明提供了一种感性元件，包括层叠体，所述层叠体由平面螺旋线圈和绝缘层交替层叠而成，所述层叠体的中心具有通孔，所述平面螺旋线圈环绕所述通孔；所述感性元件还包括闭路磁芯，所述闭路磁芯的一部分穿过所述通孔。进一步地，所述感性元件还包括一个带有第一通孔的基板，所述层叠体制成于所述基板之上，所述闭路磁芯的一部分穿过所述第一通孔，所述第一通孔的中心轴线与所述通孔的中心轴线相对准。优选地，所述闭路磁芯由第一磁芯组件和第二磁芯组件组合而成，所述第一磁芯组件的一部分穿过所述通孔。作为本发明的一个较佳实施方式，所述层叠体部分地容纳于所述闭路磁芯内。优选地，所述闭路磁芯为EI形磁芯、EE形磁芯、UU形磁芯、Π形磁芯、RM形磁芯、EP形磁芯或EFD形磁芯。作为本发明的另一个较佳实施方式，所述层叠体完全地容纳于所述闭路磁芯内，所述闭路磁芯为密闭的结构
优选地，所述闭路磁芯为具有柱状部件的罐形磁芯或者具有柱状部件的盒形磁芯，所述柱状部件穿过所述通孔。优选地，所述第一磁芯组件和所述第二磁芯组件的磁性材料为金属软磁材料、铁氧体软磁材料或纳米晶软磁材料。进一步地，所述第一磁芯组件和所述第二磁芯组件的磁性材料相同或者不同。进一步地,所述绝缘层的材料是绝缘材料,所述绝缘材料是磁性的绝缘材料或者非磁性的绝缘材料。优选地，所述绝缘层的形状与所述平面螺旋线圈的形状相同。进一步地，所述平面螺旋线圈的形状为规则的形状或者不规则的形状，所述规则的形状包括圆形和矩形。进一步地，所述感性元件为电感器、磁珠或天线。相应地，本发明还提供了一种感性元件的制造方法，包括以下步骤:形成由平面螺旋线圈和绝缘层交替层叠而成的层叠体；将闭路磁芯的第一磁芯组件的一部分插入所述层叠体中心的通孔，将所述闭路磁芯的第二磁芯组件与所述第一磁芯组件进行组合，使所述第一磁芯组件与所述第二磁芯组件紧密接触。进一步地，所述形成由平面螺旋线圈和绝缘层交替层叠而成的层叠体的步骤进一步包括以下步骤:步骤A)、在带有通孔的基板上形成第一层平面螺旋线圈，所述第一层平面螺旋线圈的通孔的中心轴线基本对准所述基板的通孔的中心轴线；在所述第一层平面螺旋线圈上形成第一层绝缘层，所述第一层绝缘层的通孔的中心轴线基本对准所述第一层平面螺旋线圈的通孔的中心轴线；所述第一层绝缘层不覆盖所述第一层平面螺旋线圈的端子；步骤B)、在所述第一层绝缘层上形成与所述第一层平面螺旋线圈匝数相同的第二层平面螺旋线圈，所述第二层平面螺旋线圈的通孔的中心轴线基本对准所述第一层绝缘层的通孔的中心轴线；使所述第一层平面螺旋线圈与所述第二层平面螺旋线圈实现无焊点连接，并使所述第一层平面螺旋线圈与所述第二层平面螺旋线圈的电流旋转方向相同；在所述第二层平面螺旋线圈上形成第二层绝缘层，所述第二层绝缘层的通孔的中心轴线基本对准所述第二层平面螺旋线圈的通孔的中心轴线；所述第二层绝缘层不覆盖所述第二层平面螺旋线圈的端子；步骤C)、重复步骤A)和步骤B)直至达到预定的平面螺旋线圈数目；步骤D)、烧结成型并形成所述层叠体。进一步地，所述制造方法进一步为在所述基板的通孔中插入所述第一磁芯组件的一部分，所述第一磁芯组件的一部分继而穿过所有的平面螺旋线圈和绝缘层的通孔，再将所述第二磁芯组件与所述第一磁芯组件进行组合，使所述第一磁芯组件与所述第二磁芯组件紧密接触。进一步地，在所述形成第一层平面螺旋线圈的步骤之前，还进一步包括在所述带有通孔的基板上形成一层绝缘层的步骤。优选地，所述绝缘层的形状与所述平面螺旋线圈的形状相同。进一步地，所述平面螺旋线圈的形状为规则的形状或者不规则的形状，所述规则的形状包括圆形和矩形。本发明还提供了一种感性元`件，包括第一层叠体和与所述第一层叠体无电连接的第二层叠体，每个层叠体皆由平面螺旋线圈和绝缘层交替层叠而成，每个所述层叠体的中心皆具有通孔，每个层叠体的平面螺旋线圈皆环绕所述层叠体中心的通孔，其特征在于，所述感性元件还包括闭路磁芯，所述闭路磁芯的一部分依次穿过两个层叠体中心的通孔。进一步地，所述感性元件还包括一个带有第一通孔的基板，位于所述第一层叠体和所述第二层叠体之间，所述闭路磁芯的一部分插入所述第一通孔，所述第一通孔的中心轴线与两个层叠体中心的通孔的中心轴线相对准。优选地，所述闭路磁芯由第一磁芯组件和第二磁芯组件组合而成，所述第一磁芯组件的一部分依次穿过两个层叠体中心的所述通孔。作为本发明的一个较佳实施方式，所述第一层叠体和所述第二层叠体部分地容纳于所述闭路磁芯内。优选地，所述闭路磁芯为EI形磁芯、EE形磁芯、UU形磁芯、Π形磁芯、RM形磁芯、EP形磁芯或EFD形磁芯。作为本发明的另一个较佳实施方式，所述第一层叠体和所述第二层叠体完全地容纳于所述闭路磁芯内，所述闭路磁芯为密闭的结构。优选地，所述闭路磁芯为具有柱状部件的罐形磁芯或者具有柱状部件的盒形磁芯，所述柱状部件依次穿过两个层叠体中心的所述通孔。进一步地，所述第一磁芯组件和所述第二磁芯组件的磁性材料为金属软磁材料、铁氧体软磁材料或纳米晶软磁材料。进一步地，所述第一磁芯组件和所述第二磁芯组件的磁性材料相同或者不同。进一步地,所述绝缘层的材料是绝缘材料,所述绝缘材料是磁性的绝缘材料或者非磁性的绝缘材料。优选地，所述绝缘层的形状与所述平面螺旋线圈的形状相同。进一步地，所述平面螺旋线圈的形状为规则的形状或者不规则的形状，所述规则的形状包括圆形和矩形。作为本发明的一个较佳实施方式，当所述第一层叠体和所述第二层叠体分别接通电流时，所述第一层叠体的每个平面螺旋线圈的电流旋转方向相同，所述第二层叠体的每个平面螺旋线圈的电流旋转方向相同且与所述第一层叠体的每个平面螺旋线圈的电流旋转方向相反，所述第一层叠体和所述第二层叠体内的线圈层数相同。进一步地，所述感性元件为共模扼流圈。作为本发明的另一个较佳实施方式，当所述第一层叠体接上交流电压时，所述第一层叠体的每个平面螺旋线圈的电流旋转方向相同，所述第二层叠体上产生感生电动势，当所述第二层叠体外接负载·时所述第二层叠体的每个平面螺旋线圈的电流旋转方向相同，所述第一层叠体和所述第二层叠体内的线圈层数不同。进一步地，所述感性元件为变压器。相应地，本发明还提供了一种感性元件的制造方法，包括以下步骤:形成无相互电连接的第一层叠体和第二层叠体，每个层叠体皆由平面螺旋线圈和绝缘层交替层叠而成；将闭路磁芯的第一磁芯组件的一部分依次插入两个层叠体中心的通孔，将所述闭路磁芯的第二磁芯组件与所述第一磁芯组件进行组合，使所述第一磁芯组件与所述第二磁芯组件紧密接触。进一步地，所述形成两个由平面螺旋线圈和绝缘层交替层叠而成的层叠体的步骤进一步包括以下步骤:步骤A)、在带有通孔的基板的上表面上形成第一层平面螺旋线圈，所述第一层平面螺旋线圈的通孔的中心轴线基本对准所述基板的通孔的中心轴线；在所述第一层平面螺旋线圈上形成第一层绝缘层，所述第一层绝缘层的通孔的中心轴线基本对准所述第一层平面螺旋线圈的通孔的中心轴线；所述第一层绝缘层不覆盖所述第一层平面螺旋线圈的端子;步骤B)、在所述第一层绝缘层上形成与所述第一层平面螺旋线圈匝数相同的第二层平面螺旋线圈，所述第二层平面螺旋线圈的通孔的中心轴线基本对准所述第一层绝缘层的通孔的中心轴线；使所述第一层平面螺旋线圈与所述第二层平面螺旋线圈实现无焊点连接，并使所述第一层平面螺旋线圈与所述第二层平面螺旋线圈的电流旋转方向相同；在所述第二层平面螺旋线圈上形成第二层绝缘层，所述第二层绝缘层的通孔的中心轴线基本对准所述第二层平面螺旋线圈的通孔的中心轴线；所述第二层绝缘层不覆盖所述第二层平面螺旋线圈的端子；步骤C)、重复步骤A)和步骤B)直至达到预定的平面螺旋线圈数目；步骤D)、在所述基板的下表面下形成下表面的第一层绝缘层，所述下表面的第一层绝缘层的通孔的中心轴线基本对准所述基板的通孔的中心轴线；在所述下表面的第一层绝缘层下形成下表面的第一层平面螺旋线圈，所述下表面的第一层平面螺旋线圈的通孔的中心轴线基本对准所述下表面的第一层绝缘层的通孔的中心轴线；所述下表面的第一层绝缘层不覆盖所述下表面的第一层平面螺旋线圈的端子；步骤E)、在所述下表面的第一层平面螺旋线圈下形成下表面的第二层绝缘层，所述下表面的第二层绝缘层的通孔的中心轴线基本对准所述下表面的第一层平面螺旋线圈的通孔的中心轴线；在所述下表面的第二层绝缘层下形成与所述下表面的第一层平面螺旋线匝数相同的下表面的第二层平面螺旋线圈，所述下表面的第二层平面螺旋线圈的通孔的中心轴线基本对准所述下表面的第二层绝缘层的通孔的中心轴线；使所述下表面的第一层平面螺旋线圈与所述下表面的第二层平面螺旋线圈实现无焊点连接，并使所述下表面的第一层平面螺旋线圈与所述下表面的第二层平面螺旋线圈的电流旋转方向相同；所述下表面的第二层绝缘层不覆盖所述下表面的第二层平面螺旋线圈的端子；步骤F)、重复步骤D)和步骤E)直至达到预定的平面螺旋线圈数目；步骤G)、烧结成型并在所述基板的上表面、下表面各形成一个层叠体。进一步地，所述制造方法进一步为在一个层叠体中心的通孔插入所述第一磁芯组件的一部分，所述第一磁芯组件的一部分继而穿过所述基板的通孔，再穿过另一个层叠体中心的通孔，接着将所述第二磁芯组件与所述第一磁芯组件进行组合，使所述第一磁芯组件与所述第二磁芯组件紧密接触。进一步地，在所述形成第一层平面螺旋线圈的步骤之前，还进一步包括在所述带有通孔的基板的上表面形成一层绝缘层的步骤。作为本发明 的一个较佳实施方式，所述第一层叠体的每个平面螺旋线圈的电流旋转方向与所述第二层叠体的每个平面螺旋线圈的电流旋转方向相反，所述第一层叠体和所述第二层叠体的平面螺旋线圈的层数相同，所述感性元件为共模扼流圈。作为本发明的另一个较佳实施方式，所述第一层叠体和所述第二层叠体的平面螺旋线圈的层数不同，所述感性元件为变压器。本发明的感性元件及其制造方法的有益效果在于:本发明的感性元件弥补了层叠电感器的电感值不易于做大的不足。本发明的感性元件继承了层叠电感器体积小、漏磁小和可靠性高的优点，采用层叠电感器的线圈印刷工艺和烧结工艺制作平面螺旋线圈，并在层叠的线圈中心穿过软磁材料制成的闭路磁芯。这种闭路磁芯与平面螺旋线圈结合的结构有效地解决了电感值偏小的问题。进一步地，本发明的感性元件的磁芯可以做到几乎完全容纳层叠的平面螺旋线圈，从而具有非常好的磁屏蔽效果。本发明的感性元件弥补了绕线式片式电感器体积不易于减小的不足。本发明的感性元件继承了绕线式片式电感器的磁芯与线圈垂直的结构，使得电感值增大成为可能。同时，本发明的感性元件又采用了层叠电感器的印刷工艺和烧结工艺，使得线圈的体积极大地减小，从而很容易做到减小整个电感器的体积。本发明的感性元件的电感值随线圈层数的增加呈非线性增加，而本发明的感性元件的电阻值随线圈层 数的增加呈线性增加。因此，根据品质因数Q的计算公式Q= L/R,其中，ω是角频率，L是电感，R是损耗电阻，可以知道，本发明的感性元件具有Q值高的特点。本发明的感性元件具有闭路磁芯。当感性元件接通电流时，磁芯内部形成闭合磁路，并且将磁力线限制在磁芯内，也即本发明的感性元件漏磁小。因此，本发明的感性元件的闭路磁芯能够保证感性元件具有低磁阻和高磁通量，从而能获得高电感值。 本发明的感性元件中的闭路磁芯由第一磁芯组件和第二磁芯组件组合而成，两个部件皆为一体成型，比如采用粉末模压工艺，使其内部完全不存在气隙。众所周知，电感器的磁芯的气隙是影响其电感值的重要因素，极小的一段气隙的出现往往会使磁阻激增，从而大大降低电感值。一体成型的磁芯内部将完全不存在气隙，因而能保证电感器具有低磁阻和高电感值。本发明的感性元件中的闭路磁芯可以采用具有柱状部件的罐形磁芯或者具有柱状部件的盒形磁芯。此处的盒形磁芯是指由盒体与盒盖组合而成的磁芯,例如方盒形磁芯、多边形盒形磁芯等。对于采用具有柱状部件的罐形磁芯或者具有柱状部件的盒形磁芯的感性元件，其层叠体几乎完全地容纳于闭路磁芯内。从理论上分析，这样的结构使漏磁达到最小。层叠的线圈在磁芯内部，内部产生的磁场受到磁芯的限制，同时外部的磁场也受到磁芯的限制。因此，磁芯的外部磁场不会影响到内部磁场，从而提高电感元件抗电磁干扰的能力。即完全容纳层叠体的磁芯结构除了能够降低磁阻、提高电感值之外，还可以为电感元件提供良好的磁屏蔽作用。
本发明的感性元件中的闭路磁芯也可以采用EI形磁芯、EE形磁芯、UU形磁芯、UI形磁芯、RM形磁芯、EP形磁芯或EFD形磁芯。这时，层叠体部分地容纳于闭路磁芯中。不同形状的磁芯、磁芯结构和功能参数会使电感元件的整体磁阻值发生变化。因此，可以通过设计磁芯的形状和结构参数来改变电感元件的电感值。相对于完全容纳层叠体的磁芯而言，部分容纳层叠体的磁芯可以节省磁性材料，以降低成本。对于上文中提到的由盒体与盒盖组合而成的盒形磁芯，其柱状部件可以与盒体一体成型。盒体和盒盖组合的形状可以为正方体、长方体、圆柱体等规则的闭合体形状，也可以为不规则的闭合体形状，这使得在盒体制造时，对制造工艺的要求低。进一步地，可选的盒体形状既能根据市场需求灵活定制不同外形的电感，也能更好地适应OEM生产厂家的设备和模具。柱状部件的形状可以为正方体、长方体、圆柱体等规则的形状，也可以为不规则的形状。这使得在制造磁芯时，对制造工艺的要求低。进一步地，可选的磁芯的形状使得既能根据市场需求灵活定制不同外形的电感，也能更好地适应OEM生产厂家的设备和模具。本发明的感性元件中的闭路磁芯的第一磁芯组件和第二磁芯组件的材料可以彼此不同，也可以彼此相同。在制造时可以基于对便于生产、适应不同的工艺流程等因素的考量来选择适当的材料，因而具有宽泛和灵活的选择。绝缘层的材料是绝缘材料，可以是磁性的绝缘材料,也可以是非磁性的绝缘材料，这在制造时具有宽泛和灵活的选择。上、下层线圈之间的绝缘层的材料影响电感元件的绝缘性能和频率性能，磁芯的材料影响电感元件的电感值及漏磁性能。因此，可以根据实际应用的需要，对绝缘层和磁芯分别选择不相同的材料以达到最佳效果。若某种材料能兼顾绝缘、高频、导磁率和成本问题，也可以采用相同的材料制作绝缘层和磁芯。线圈的形状可以为规则的形状，也可以为不规则的形状。规则的形状包括圆形和矩形。这使本发明的感性元件的应用范围更加宽广。
本发明的感性元件可以只有一个基板，也可以如现有技术的层叠电感器一样有多个基板。基板越少，制造成本越低。采用不同的基板为了适应不同的层叠生产工艺。对于使用由盒体与盒盖组合而成的盒形磁芯的本发明的感性元件，也可以不使用基板，将层叠体形成于盒盖上或者盒体的底部上。以下将结合附图和本发明的具体实施例对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
图1是本发明的感性元件的第一实施例的电感器的总体结构图；图2是图1的电感器的分解图；图3是图1的电感器的磁芯的盒体100的图示(包括柱状部件104)；图4是图1的电感器的基板的图示；图5是图1的电感器的上、下两层平面螺旋线圈层叠的示意图；图6是具有η层平面螺旋线圈(每层匝数为6)的电感器的测量电感值L与层数η的关系图。图7是本发明的感性元件的第二实施例的天线的分解图；图8是图7的天线的磁芯(EI形磁芯，包括柱状部件204)的图示；图9是图7的天线的基板的图示；
图10是图7的天线的一个线圈的图示；图11是图7的天线的一个绝缘层的图示；图12是本发明的感性元件的第三实施例的天线的图示；图13是本发明的感性元件的第四实施例的共模扼流圈的分解图；图14是图13的共模扼流圈的磁芯的盒体400 (包括柱状部件404)的图示；图15是图13的共模扼流圈的磁芯的盒盖401的图示；图16是本发明的感性元件的第五实施例的变压器的分解图；图17是图16的变压器的磁芯的盒体500 (包括柱状部件504)的图示；图18是图16的变压器的磁芯的盒盖501的图示。
具体实施例方式本发明公开了一种层叠型感性元件及其制造方法，该层叠型感性元件可用于构成电感器、天线、共模扼流圈、变压器等。图1 图5为本发明的感性元件的第一实施例的电感器的图示。其中，图1是电感器的总体结构图。从外部看，电感器为长方体形的盒状结构,具有盒体100、盒盖101，盒盖101上具有两个电极107和108。其中，盒体100和盒盖101可以组合形成本实施例所用的闭路磁芯。图2给出了第一实施例的电感器的分解图。电感器包括基板102、层叠体103、和闭路磁芯。其中，基板102上具有通孔102a(参见图4)，通孔102a的中心轴线对准层叠体103的中心轴线。层叠体103置于基板102上，由多个平面螺旋线圈Dl D4和线圈间的绝缘层Jl J4构成。本实施例所用的闭路磁芯是完全地容纳层叠体103的由盒体100与盒盖101组合而成的盒形磁芯，这里称之为方盒形磁芯。柱状部件104连接在盒体100的底部(参见图3)，由此，包含柱状部件104的盒体100为本实施例所用的闭路磁芯的第一磁芯组件，而盒盖101为本实施例所用的闭路磁芯的第二磁芯组件。在本实施例中，柱状部件104为圆柱体。在本实施例中，柱状部件104为连接于盒体100的底部的中心位置的中心柱，但本发明并不限于此，柱状部件104可以连接于盒体100的底部的任意位置。本发明的电感器的线圈Dl D4和绝缘层Jl J4沿中心轴线方向相互对准，交替层叠，这样，它们的中心部分形成了一个通孔，线圈Dl D4和绝缘层Jl J4环绕着此通孔。此通孔围绕层叠体103的中心轴线，从上往下贯通层叠体103，并在基板102的上表面处环绕基板102的通孔102a，即层叠体103中心的通孔的直径大于通孔102a的直径。柱状部件104与基板102的通孔102a相配合。柱状部件104插入基板102的通孔102a，进而穿过层叠体103中心的通孔，并且柱状部件104的顶端与盒盖101紧密接触，使盒盖101与柱状部件104之间无气隙。如图2所示，本发明的电感器的线圈D1、D2、D3和D4都是5匝的螺旋线圈，分别具有端子Dla和Dlb、D2a和D2b、D3a和D3b以及D4a和D4b，其中后缀“a”代表线圈的外部端子，而后缀“b”代表线圈的内部端子。端子用于上、下两层线圈之间的互连或者从线圈引出导线到外界。如图2所示，基板102上方的线圈Dl是第一层线圈，它具有端子Dla和Dlb。其中，端子Dla用以引线到电感器外部，Dlb用以连接D2b，实现线圈Dl与线圈D2之间的互连。需要指出的是，在此实施例中，基板102为绝缘材料所制，因此，线圈Dl可以直接接触基板102。如果基板102不是绝缘材料制成的，那么在基板102和线圈Dl之间也需要一层绝缘层。在第一层线圈Dl之上是第一层绝缘层J1。除了两端点处，绝缘层Jl具有和线圈Dl相同的构型，即绝缘层Jl刚好包覆线圈Dl而只露出线圈Dl的端子Dla和Dlb。当然，绝缘层并不必须采用和所需包覆的线圈相同的构型，只要能够保证该线圈和它上一层的线圈之间在除了端子处的其它部位的电绝缘，绝缘层可以采用各种构型，比如环形等等。在绝缘层Jl之上是第二层线圈D2。同样，线圈D2具有两个端子D2a和D2b，其中端子D2b用以连接Dlb，而端子D2a用以连接D3a，实现线圈D2与线圈D3之间的互连。在第二层线圈D2之上是第二层绝缘 层J2。绝缘层J2恰好包覆线圈D2而露出线圈D2的端子D2a和D2b。在绝缘层J2之上是第三层线圈D3，线圈D3的端子D3a用以连接D2a，线圈D3的端子D3b用以连接D4b，实现线圈D3与线圈D4之间的互连。在线圈D3之上是第三层绝缘层J3。绝缘层J3恰好包覆线圈D3而露出线圈D3的端子D3a和D3b。在绝缘层J3之上是第四层线圈D4，线圈D4的端子D4b用以连接D3b，线圈D4的端子D4a用以引线到电感器外部。在线圈D4之上是第四层绝缘层J4。绝缘层J4恰好包覆线圈D4而露出线圈D4的端子D4a。注意在本实施例中给出的是四层线圈的电感器，所以最上层的绝缘层J4需要包覆最上层的线圈D4与下一层线圈互连的端子D4b，而露出线圈D4引线到电感器外部的端子D4a。平面螺旋线圈Dl、D2、D3和D4必须遵循彼此之间具有相同的电流旋转方向的规范，即假定给线圈通电，电流从线圈Dl的端子Dla流入，沿着线圈Dl流动，从线圈Dl的端子Dlb流出并且从线圈D2的端子D2b流入线圈D2，沿着线圈D2流动，从线圈D2的端子D2a流出并且从线圈D3的端子D3a流入线圈D3，沿着线圈D3流动，从线圈D3的端子D3b流出并且从线圈D3的端子D3b流入线圈D4，沿着线圈D4流动，最后从线圈D4的端子D4a流出。那么，从上往下看，对于每一个线圈Dl、D2、D3或D4，其内部每一匝上的电流都是顺时针流向的。这样，线圈之间具有相互增强的互感作用，可以增加电感器的电感值。如果平面螺旋线圈Dl、D2、D3和D4中的一个或者多个破坏了彼此之间的电流旋转方向相同的规范，则电感器的电感值将被大幅度削减。在下文中，将彼此之间具有相同的电流旋转方向的线圈称为同向线圈，而彼此之间具有相反的电流旋转方向的线圈称逆向线圈。在本实施例中，从上往下看，对于每一个线圈Dl、D2、D3或D4，其内部每一匝上的电流都是顺时针流向的。当然，在其它实施例中，从上往下看，对于每一个线圈D1、D2、D3或D4，其内部每一匝上的电流也可以都是逆时针流向的，只要保证平面螺旋线圈D1、D2、D3和D4彼此之间具有相同的电流旋转方向即可(即保证平面螺旋线圈Dl、D2、D3和D4为一组同向线圈)。具体而言，电流从线圈D4的端子D4a流入,沿着线圈D4流动,从线圈D4的端子D4b流出并且从线圈D3的端子D3b流入线圈D3，沿着线圈D3流动，从线圈D3的端子D3a流出并且从线圈D2的端子D2a流入线圈D2，沿着线圈D2流动，从线圈D2的端子D2b流出并且从线圈Dl的端子Dlb流入线圈Dl，沿着线圈Dl流动，最后从线圈Dl的端子Dla流出。为制作方便起见，上下两层线圈之间用以互连的端子对Dlb和D2b、D2a和D3a、D3b和D4b中，两端子的位置设计成在层叠体103的中心轴线的方向上相互对准，而上、下两层线圈之间不用以互连的端子对Dla和D2a、D2b和D3b、D3a和D4a中，两端子的位置设计成围绕层叠体103的中心轴线互相错开一定的角度。这样，用以互连的端子对之间很容易实现互连，而不用以互连的端子对之间不易发生互连。另外，由图5可见，为了满足线圈电流旋转方向相同的要求，上、下两层平面螺旋线圈的绕线必然具有相反的旋转方向。例如，从平面螺旋线圈的外部端子沿平面螺旋线圈向其内部端子绕线时，沿下层的平面螺旋线圈(图中以阴影线表示)移动的方向为逆时针，沿上层的平面螺旋线圈(图中以黑色块表示)移动的方向为顺时针。因此上、下两层平面螺旋线圈之间不能做到完全重合。需要指出的是，上、下两层线圈之间重合面积越大，寄生电容将越小，因此电感器表现出来的Q值将越高。在本发明中，上、下两层平面螺旋线圈(如图1所示的线圈Dl与D2，线圈D2与D3，线圈D3与D4)在主体上互为镜像对称，而受到线圈端子处的连接要求的限制，上、下两层平面螺旋线圈的匝数会略有差异(如图1所示的线圈Dl、D3为5匝，而线圈D2、D4为4.5匝)。中间间隔着一个线圈的两层线圈(如图1所示的线圈Dl与D3，线圈D2与D4)彼此相同。本实施例的具有四层线圈的电感器的制造方法如下:步骤A)、在带有通孔102a的基板102上形成第一层线圈D1，线圈Dl呈螺旋状围绕着通孔102a ；步骤B)、在线圈Dl上形成第一层绝缘层J1，绝缘层Jl不覆盖线圈Dl的端子Dla和 Dlb ；步骤C)、在第一层绝缘层Jl上形成第二层线圈D2，使线圈Dl与线圈D2的端子Dlb和D2b实现无焊点连接；线圈D2与线圈Dl旋转方向相同且线圈Dl与线圈D2除端子Dlb和D2b以外都绝缘；线圈D2的端子D2a与线圈Dl的端子Dla围绕层叠体103的中心轴线互相错开一定的角度；步骤D)、 在第二层线圈D2上形成第二层绝缘层J2，绝缘层J2不覆盖线圈D2的端子 D2a 和 D2b ；
步骤E)、在第二层绝缘层J2上形成第三层线圈D3，使线圈D2与线圈D3的端子D2a和D3a实现无焊点连接；线圈D3与线圈D2旋转方向相同且线圈D2与线圈D3除端子D2a和D3a以外都绝缘；线圈D3的端子D3b与线圈D2的端子D2a围绕层叠体103的中心轴线互相错开一定的角度；步骤F)、在第三层线圈D3上形成第三层绝缘层J3，绝缘层J3不覆盖线圈D3的端子 D3a 和 D3b ；步骤G)、在第三层绝缘层J3上形成第四层线圈D4，使线圈D3与线圈D4的端子D3b和D4b实现无焊点连接；线圈D4与线圈D3旋转方向相同且线圈D3与线圈D4除端子D3b和D4b以外都绝缘；线圈D4的端子D4a与线圈D3的端子D3b围绕层叠体103的中心轴线互相错开一定的角度； 步骤H)、在第四层线圈D4上形成第四层绝缘层J4，绝缘层J4不覆盖线圈D4的端子 D4a ；步骤I)、烧结成型；步骤J)、将磁芯的柱状部件104插入基板120通孔120a，进而穿过层叠体103中心的通孔；将第一层线圈Dl的端子Dla连接到盒盖101上的电极107，将第四层线圈D4的端子D4a连接到盒盖101上的电极108 ;盖上盒盖101，使柱状部件104的顶端与盒盖101紧密接触；完成电感器的封装。其中，方盒形磁芯是预先制作的，磁芯的柱状部件104可以与磁芯的盒体100—体成型，也可以在盒体100制作完成后安装在其底部。对于后一种情况，构成柱状部件104的磁性材料可以与构成盒体100的磁性材料相同，也可以不同。类似地，选择或者重复形成线圈和绝缘层的步骤可以实现制作具有η层线圈的电感器(η彡I)。以下三表分别为本发明的一个实施例的电感器、现有技术的绕线型片式电感器、现有技术的层叠电感器的电感值与匝数(或层数X匝数)的关系表。本发明的一个实施例的电感器具有η层螺旋线圈(I < η < 6)，每层线圈的匝数都为6，磁芯采用铁氧体软磁材料,磁导率μ r = 230。根据磁芯的结构参数，计算得到1/S = 1.77臟4，其中I为磁路的长度，S为磁路的截面积。所测量的电感值L与N(层数X匝数)的函数关系如表一和图6所示。表一本发明的一个实施例的电感器的电感值L与匝数N的关系表
权利要求
1.一种感性元件，包括层叠体，所述层叠体由平面螺旋线圈和绝缘层交替层叠而成，所述层叠体的中心具有通孔，所述平面螺旋线圈环绕所述通孔，其特征在于，所述感性元件还包括闭路磁芯，所述闭路磁芯的一部分穿过所述通孔。
2.如权利要求1所述的感性元件，所述感性元件还包括一个带有第一通孔的基板，所述层叠体制成于所述基板之上，所述闭路磁芯的一部分穿过所述第一通孔，所述第一通孔的中心轴线与所述通孔的中心轴线相对准。
3.如权利要求1或2所述的感性元件，其中所述闭路磁芯由第一磁芯组件和第二磁芯组件组合而成，所述第一磁芯组件的一部分穿过所述通孔。
4.如权利要求3所述的感性元件，其中所述层叠体部分地容纳于所述闭路磁芯内。
5.如权利要求3所述的感性元件，其中所述层叠体完全地容纳于所述闭路磁芯内，所述闭路磁芯为密闭的结构。
6.如权利要求5所述的感性元件，其中所述闭路磁芯为具有柱状部件的罐形磁芯或者具有柱状部件的盒形磁芯，所述柱状部件穿过所述通孔。
7.如权利要求3所述的感性元件，其中所述感性元件为电感器、磁珠或天线。
8.—种感性元件的制造方法，其特征在于，包括以下步骤: 形成由平面螺旋线圈和绝缘层交替层叠而成的层叠体； 将闭路磁芯的第一磁芯组件的一部分插入所述层叠体中心的通孔，将所述闭路磁芯的第二磁芯组件与所述第一磁芯组件进行组合，使所述第一磁芯组件与所述第二磁芯组件紧密接触。
9.一种感性元件，包括第一层叠体和与所述第一层叠体无电连接的第二层叠体，每个层叠体皆由平面螺旋线圈和绝缘层交替层叠而成，每个所述层叠体的中心皆具有通孔，每个层叠体的平面螺旋线圈皆环绕所述层叠体中心的通孔，其特征在于，所述感性元件还包括闭路磁芯，所述闭路磁芯的一部分依次穿过两个层叠体中心的通孔。
10.一种感性元件的制造方法，其特征在于，包括以下步骤: 形成无相互电连接的第一层叠体和第二层叠体，每个层叠体皆由平面螺旋线圈和绝缘层交替层叠而成； 将闭路磁芯的第一磁芯组件的一部分依次插入两个层叠体中心的通孔，将所述闭路磁芯的第二磁芯组件与所述第一磁芯组件进行组合，使所述第一磁芯组件与所述第二磁芯组件紧密接触 。
全文摘要
本发明公开了一种感性元件及其制造方法，所述感性元件包括层叠体，所述层叠体由平面螺旋线圈和绝缘层交替层叠而成，所述层叠体的中心具有通孔，所述平面螺旋线圈环绕所述通孔，所述感性元件还包括闭路磁芯，所述闭路磁芯的一部分穿过所述通孔。本发明的感性元件相对于现有技术的层叠电感器而言体积增加不大，而电感值有极大提升。
文档编号H01F27/30GK103247419SQ201210030660
公开日2013年8月14日 申请日期2012年2月9日 优先权日2012年2月9日
发明者林华森, 汪阳, 袁德喜, 林晓利 申请人:成都市华森电子信息产业有限责任公司