专利名称：铁芯和线圈结构以及其制作方法
发明的背景1．发明的领域本发明涉及电感器件，特别是一种层叠的多层电感器件以及制造该电感器件的方法。
2．相关技术的描述早期的微电路和设计者避免比如变压器和电感器这样的电感性的表面安装零组件，因为此类器件的物理尺寸相对地大。最后，开发了微尺寸的电感性的零组件，然而，这些零组件展现很低值的感应系数(例如从毫微亨直到一个微亨)。结果，他们只可被使用在高频，比如微波频率电路。
一个常规的解决方案，在Zytez的美国专利3，765，082中说明的，试图通过使用一单片电感器芯片克服这些问题。然而，在这样的传统的解决方案中的线圈设计是无效率的并且不能获得如同本发明那么高的感应系数，因为它只是使用铁氧体薄片来形成迭层结构。结果，高导磁率的铁氧体通常不被使用，由于它有可能将器件的导线短路(例如绕组)。
发明概要相应地，长期以来在该领域需要具有高渗透性铁芯的小尺寸电感器、变压器或其它电感性的器件，这些器件可以被使用于宽频率范围的应用。
在本发明的某些实施例中，本发明促进具有相对地大的导磁率值和小物理尺寸的器件构造，并且它们能够在低到微波频率范围内在高功率层次工作。在某些实施例中，根据这发明的器件被设置成具有大约每一边半英寸到一英寸和厚度为50－60密尔的尺寸规格，同时保持高水平的感应系数，比如20mH(毫亨)。
在另一实施例中，该器件可以设置为大致100乘120千分之一寸(密尔)的具有相似的厚度的尺寸规格，同时保持高水平的感应系数，例如100mH。然而在另一实施例中，器件可以被设置为大约40乘20千分之一寸的具有相似的厚度的尺寸规格，同时保持高水平的感应系数，例如1到10mM。
本发明的一个方面是电感器线圈的独有的绕组形状和尺寸，以致最大化被使用的强磁性材料的磁性。
本发明的另一方面在使用非导电非磁性的薄片，比如矾土陶瓷薄片，它具有形成在它们的中心的第一孔和形成在它们的外围的第二孔。然后，在一个预定图案将导电性的涂料，比如银、铜、黄金或其它的适当的导电体，被印刷在这些薄片上。
这可以通过筛网印刷工序制作。第二通孔也被导电性的涂料填充。第一开口被强磁性材料填充，比如粉末的铁氧体。强磁性材料还可以按照可印刷的涂料的形式准备并且被印制进入第一开口。导电性的涂料的预定图案和通路的位置被选择，以致当陶瓷基片以层状的方式放置在一起，如此以致图形和通路配合以形成在第一开口周围的导电线圈。由于第一开口已经用铁氧体材料填充，这个导致产生围绕铁磁体铁芯的一个线圈结构。一旦这个叠层的结构已经被完成，上和下陶瓷基片被附加到该叠层的结构。通路可用于提供到叠层结构的外表的部分的导线，比如，提供表面安装接点。整个结构在一个足以烧结陶瓷的温度下被烧制。利用适当选择的陶瓷材料，该烧结过程收缩陶瓷并对铁磁体铁芯加压。
要形成环形的结构，在薄片中提供两个铁芯区域。在这个实施例中，上和下薄片包括覆盖铁磁材料的一区域，以致在叠层结构的上和下电连接两个铁磁体铁芯。
因为在某些实施例中使用了非磁性的薄片(例如氧化铝)，高导磁率的铁磁材料可能用来形成铁芯，没有涉及导电线将被铁磁材料短路。例如，当具有高到10，000m导磁率的时候，将被使用的铁磁材料可以具有50欧姆－厘米电阻率。适合于这样的用途的材料可以包括具有锰－锌添加料的铁氧化物。
此外，在一个实施例，该结构被预热以便燃烧它包含的任何有机物质，并自然地收缩该器件从而压缩铁磁体铁芯并获得更好的导磁率特性。
在其他实施例中，高电阻铁磁材料被用于形成薄片而不需要分离的铁芯。例如，锌镍合成物可用于形成薄片。在这些实施例中，因为没有分离的铁芯结构以及因此没有在铁磁材料和导电线圈之间形成隔离阻挡层的电介质，一个低的导磁率和较高电阻率的铁磁材料被使用。例如，在一个实施例中，薄片具有相当于3000m导磁率和10欧姆／厘米的电阻率。
本发明的另一方面是提供一种独有的线圈设计，其实现增强的电感值。特别是，依据这种本发明的这一方面，形成一种独有的螺旋形电感器。在这个实施例中，多个薄片是如下成形的对于具有一个长度和宽度的一个特定的薄片，形成两个铁氧体接受孔，它们彼此平行的延伸并是沿着薄片的纵长布置的。临近这些铁氧体接受孔的第一孔，在那上面形成一个第一导电性的涂料图形，它大体上直的并与铁氧体接受孔平行延伸。在第一和第二铁氧体孔之间，形成第二导电性的涂料图案。第二导电性的涂料图形通常是U形，在其中它的底部大致与第一导电性的涂料图形平行，而它的竖直部离开第一导电性的涂料图形延伸。导电性的涂料图形被形成以致当两个薄片被结合在一起时，这些图形是180E彼此分开，它们形成每个铁芯周围的两个分开的线圈。
多个这样的薄片被结合在一起。在用于形成一个电感器的一末端薄片中，围绕第一铁芯的线圈被短路到第二铁芯的线圈。而且，底和顶板以及桥接平板被附加到该堆叠上。桥接平板包括布置在其上面的铁磁材料，以致第一和第二铁芯被结合在一起以形成一个环形磁路而且单个电感线圈被形成，该单个电感线圈是与叠在U形中的具有围绕整个的U形的一单线圈的单个导电体电等效。对于一个变压器，在堆叠中间的薄片上的线圈被短路而且连结薄片是用于允许铁芯在线圈组之间连续。不考虑制作的器件，整个薄片组被层压和烧结。
例如，在一个实施例中，薄片组是以大约3000 PSI的压力在80－100摄氏度的温度下层压的，以便形成叠层结构。接下来，该叠层结构在高温下烧结。这个步骤对铁芯加压以便提高它的导磁率。在一个实施例中，烧结步骤是在不会熔化导电性的线圈的高温下执行的。例如，对于银或银属导电体，组件是在大约920摄氏度的温度下烧制的。这个步骤使电介质材料产生收缩并更进一步压缩铁芯，提高它的导磁率。
在一个实施例中，烧结步骤是在没有附加压力的情况下执行的(例如，在一个大气压下)。
一附加的预熔烧步骤可用于烧去薄片中的有机的材料。
另外，作为熔烧的结果，使用的铁磁体铁芯和任何桥接平板、接合平板以及上和下平板将形成单一结构。因此，只是在上、下平板和铁芯之间的会合处有微不足道的导磁率损耗。这对于传统的通过胶或其它机械的手段将上、下平板粘接到铁芯上的器件来说是一个显著的提高。
在另一实施例中，在烧结步骤之后后期熔烧密封能被使用，将提供该器件结构的附加的密封。在这个实施例中，器件是在高温下加热和加压的(例如，对于银导电体是920摄氏度和3000 PSI)。这个附加的步骤通过在高温下使用均衡的压力以单一步骤提高材料的质量。
因为使用于所描述器件的薄片被形成为一个堆叠，小心的布局印刷在那上面的零组件是重要的，以便在该整个堆叠上提供适当的对准。
使用于这个文件中的术语Atop＠和Abottom＠是指该叠层结构的末尾的位置，并不要求该器件相对于一个固定的或可变的参照系的特殊的空间的方向。
附图的简短描述现在将参照附图描述本发明。应该注意到附图不是完全按比例画出的。
图1A、1B和1C是举例说明根据本发明的一个实施例的在制造中薄片的三个阶段的示图。
图2是举例说明根据本发明的一个实施例，用于制造薄片，比如图1示出的薄片，以及用于将该薄片装配成为一个器件的情况的示图。
图3是举例说明根据本发明的一个实施例的堆叠薄片的例子结构的示图。
图4举例说明根据本发明的一个实施例的一个替换的结构，在其中导电体大致环绕铁芯区域的三面。
图5是举例说明根据本发明的一个实施例用于一个薄片的例子结构的示图。
图6是阐明根据本发明的一个实施例的显示螺旋管的效果的一个略图，该效果可以利用图5示出的示例结构实现。
图7是举例说明根据本发明的一个实施例的包括用于形成桥接的铁磁材料区域的一个桥接平板的示图。
图8A和8B是举例说明根据本发明的一个实施例的薄片的另外的替换结构的示图。
图8C是举例说明图8A和8B中画出的实施例的替换结构的示图。
图9是举例说明根据本发明的一个实施例图8B所示的薄片的例子结构的示图。
图10是举例说明根据本发明的一个实施例的一个工具的示图，该工具能被使用于执行堆叠薄片和去掉基片的操作。
图11是举例说明用图10所示工具产生本发明的一个实施例的器件的一个过程的流程图。
图12A和12B是分别地阐明变压器和电感线圈的示图，它们可以用如图8A和8B所示结构的薄片100制作。
详细的描述本发明是相对于各种的实施例描述的；然而，应该承认这些实施例只是作为具体的示例提供的，许多其它实施例和设计是在本领域的普通的熟练者的视界之内，以及在本发明的范围之内。
根据本发明的一个实施例，利用具有铁氧体或其它铁磁体芯的电介质(例如，陶瓷或其它非导电材料)薄片形成电感器、变压器或其它电感性的器件。这个实施例提供超过常规的加载铁氧体的陶瓷的器件优点，因为它允许使用高导磁率的铁氧体而不会有导电性线圈的短路。
现在描述制作根据本发明的一个实施例的器件的过程。图1A、1B和1C是举例说明根据本发明的一个实施例的制造薄片的三个阶段的示图。图2是举例说明根据本发明的一个实施例，用于制造薄片，比如图1示出的薄片，以及用于将该薄片100装配成为一个器件的情况的示图。
现在参照图1A、1B、1C和图2，在步骤204中，一种基片媒质，例如一种电介质材料，被制备作为丝网印刷的涂料。在一个实施例中，氧化铝被使用作为电介质材料。在替换的实施例中，可以使用其它电介质材料。在这个文件中，该材料被称为非导电性＠材料。由于对在本领域的普通的熟练者来说在阅读这个说明书之后是显而易见的，所以本材料的电阻率和非导电性的特性可以根据期望的器件特性选择。
在步骤208中，非导电性的涂料被浇铸成一种印模部分104。在图1A示出的图形25包括一个非导电性的印模部分104，具有一个居中空隙或空穴120和一个通孔122。在本实施例中，电介质材料是由一种可印刷的涂料制备的，印模部分104可以是通过在一个首选的图形中印制非导电性的涂料浇铸成。在一个实施例中，用于印制印模部分104的印制方法在网格印制方法，但是其它印制或浇铸方法也可以使用。
非导电性的涂料可以被印制在聚酯薄膜上，稍候将可从其上分离。在一个实施例中，电介质材料的厚度是大约1－10密尔，但是其它厚度也能被使用。在一个实施例中，用一台穿孔机在非导电性的部分中提供空穴120，比如，气动控制穿孔机。
在步骤212中，空穴120被填充铁磁材料124例如铁氧体。在一个实施例中，这也是使用网格印制方法将准备作为可印刷的涂料的铁磁材料124印模进入空穴120完成的。在一个实施例中使用的铁磁材料是具有高到10，000m的导磁率的粉状铁氧体材料。
在步骤216中，在薄片100和通孔122上布置导电图形126。在一个实施例中，这还可以利用一种网格印制或其它印制方法实现。常规的蚀刻和／或压印技术也同样可以使用，以增加在陶瓷中深入的导电体涂料的截面。导电图形126可以由铜、银、黄金、钯银合金或其它导电材料制成。
导电图形126、空穴120和通孔122的实际的布局是根据所期望的器件的类型和它的特性选择的。在下面详细地讨论对于不同的布局结构的替换的实施例，但是另外的替换也是在本发明的范围之内。
在一个实施例中，导电图形126被布置在薄片100的表面上。较好的是促使薄片100堆叠紧密。然而，因为性能上的理由，也需要增加导电体的厚度以增加电导率。为了使厚度能够增加，在一替换的实施例中，在薄片100中建造一个沟槽，而且导电图形126被布置在这个沟槽内。同样地，可以使用比在薄片100的表面上布置导电体的实施例厚的导电图126。
在步骤220中，多个薄片100被组合以便产生所期望的器件。在这步骤中，薄片100被堆叠在彼此之上，如此以致在薄片100之内的铁磁材料对准因此形成一个铁磁体铁芯。在一个实施例中，使用16片薄片100，但是其它数值也同样可以使用。在堆叠之前，薄片较好的是以适度的温度被干燥。在一个实施例中，例如，薄片被在50摄氏度的温度干燥五到十分钟。
在一个实施例中，在层压的时候薄片被加压以形成器件结构。例如，在层压的时候，薄片可以在3000 PSI下加压并在80－100摄氏度下加热。
对于该堆叠的上和下部，堆叠的薄片100较好是包括盖板或盖子，而该堆叠是层压的。另外，在具有多个铁芯的实施例中，可以使用桥接平板(图7中所示)在铁芯之间形成铁磁体桥接。
在组合的薄片100中，使用通孔122以电连接在薄片100之中的导电体126以便实现所期望的线圈或其它导电性的结构。另外的导电体(在图1A－1C中未示出)可以布置在薄片100上，以便互连通孔和允许对导电体126的外部连接。在下面将根据一些实施例更详细地讨论在薄片100上布置导电体126以及互连的方式。
在步骤224中，层压的组件以一个适度的温度被加热几个小时以消除有机的材料。接下来该组件在高温下被烧制。高温度焙烧引起电介质材料的收缩，因此压缩铁芯提高铁芯的导磁率特性。
例如，在一个实施例中，该组件是在大约350摄氏度加热大约20小时以消除有机的材料。接下来该组件在大约920摄氏度下烧制大约一个小时以便烧结该组件。在一个实施例中，在这些焙烧和加热步骤期间，该组件未被加压，这些步骤是在周围环境压力下完成的。另外，在焙烧之后该组件可以使用例如等静压力更进一步加压，以便提高结构密度。
为了能够使用高导磁率铁磁材料24，本发明充份利用环绕铁芯的电介质材料的收缩系数。如上所述，在烧结过程期间，电介质材料收缩，并压缩铁磁体铁芯。
常规的材料和不压缩铁磁体铁芯的方法可能会遇到含于铁磁材料的树脂的升华和在铁磁体粒子之间的空气间隙的影响。这样的情形可能导致降低器件导磁率。在这些常规的系统中，在烧结过程中，含于铁芯内的树脂被升华出该铁芯，留下具有低导磁率水平的松动的铁磁材料粒子(例如，铁氧体)。该发明提供的压缩使升华极小，如此以致铁芯保持高度的导磁率。
例如，作为电介质材料的氧化铝具有大约百分之十到二十的收缩系数。利用这个材料，基于结构尺寸规格、烧结温度和其它因素，铁芯可以被压缩如百分之五十那么多。
除了电介质材料的收缩系数外，铁芯的压实性也是重要的参数。理想的是实现足够紧密的铁芯以获得高导磁率，而没有破坏电介质罩壳。一个适当设计的组件将电介质材料的抗拉强度与铁芯的压缩力匹配，以便获得适当地紧密的铁芯。
在一个实施例中，铁氧体粉末被用于形成铁氧体涂料。使用于该方法的铁氧体的树脂对铁氧体粉末的比例确定了铁芯的压实性，因此是相当的重要的。
而且当考虑将使用的材料和该工艺的温度范围时，注意必须做出折衷的考虑。在较高温度下处理器件产出具有一个更好的铁芯的更好的结构。然而，更高的温度对良导电体可能是破坏性的。因此，通常在使用更高的器件温度的情况下，必须使用一较差的导电体。例如，银是出色的导电体但是不能在高温度下烧结，而钯是可以在很高的温度下烧结的较差的导电体。
因为铁芯的压缩允许高导磁率水平，根据本发明的器件可以被做的比常规的技术的做的更小。例如，器件可以被做成具有50密尔级的厚度，它适合于大多数的当前的表面安装应用。表面安装器件的一个应用是用于膝上型计算机的PCMCIA插件。
如上所述，多个薄片100被堆叠以及使用通孔122连接导电体126以便形成一个线圈或其它所期望的布线。在图1C所示的实施例中，导电体126是近乎U形的，围绕铁磁材料124的大约一半。图3是举例说明根据本发明的一个实施例的堆叠薄片100的例子结构的示图。在图3所示的例子中，每个薄片被配置成致使导电体126相对于在最近的相邻薄片100上的导电体126的指向成180度。以如虚线304所示的交互的方式连接通孔122提供了由连接的导电体126组成的连续的线圈。调整薄片104的厚度调整了线圈的密度。
图4举例说明一个替换的结构，在其中导电体126大致环绕铁芯区域的三面。在这个实施例中，薄片100相对于它的相邻的薄片成90度方向。相对于图3所示的实施例，这个实施例对于一个给定的薄片厚度提供了更高密度的线圈。图4也举例说明用于闭合器件的端部的端部盖408以便将铁芯封进内部。在图示的实施例中，盖408包括通孔122，引线412可以连接到通孔122。在一个实施例中，盖408是由陶瓷做的，并具有覆盖与端部薄片100接触的表面铁磁材料124。
除了上述的结构外，也可以根据本发明实现可替换的结构。图5是举例说明薄片100的一个例子结构的示图。图5示出的结构包括一对铁芯结构，在其中每个薄片100具有两个区域的铁磁材料124。在这个实施例中导电体126是以近似的S形状形成在两个铁芯区域周围。当形成一个堆叠时，在该堆叠中每个薄片100的导电体图形是它的相邻的薄片的相反的导电体图形，如此以致当连接时，导电体126形成围绕两个铁芯的一个数字8型的线圈。
图6是阐明根据本发明的一个实施例的显示螺旋管形的效果的一个略图，该效果可以利用图5示出的例子结构实现。如图所示，线圈被设置成易于使用数字8型导电体结构的螺旋管形的结构。这个结构产生了由箭头622画出的两个不同的磁场，两个磁场是在相反的方向极化的。这些磁场被有效地串联，因此相互补偿。
图5举例说明如何用薄片100建立铁芯608和线圈604。另外，一个或多个桥接平板704可以包括在堆叠的上和下以便建立铁芯608。在图7中所示，桥接平板704包括铁磁材料区域124以便形成铁磁性的桥接部620。铁磁性的桥接部608由铁磁材料124形成的两个铁芯部分以便产生近乎D形的环形铁芯608。
在某一个结构中，可能需要包括只有铁磁材料124的薄片和在该堆叠中的薄片100和桥接平板704之间的通孔122。这样一个插入的薄片防止当把铁芯材料与桥接材料相结合时，导电体126与在桥接平板704上的铁磁材料124短路。
图8A和8B是举例说明薄片100的另外的替换结构的示图。在图8A和8B中画出的薄片每个包括两个部分的铁磁材料124。对于这些结构，提供有两个导电体126。第一导电体826是沿着薄片100的一个边近乎直线布置的。在图8A示出的实施例中，导电体826是沿着薄片100的较短的一边布置的。在图8B示出的实施例中，导电体826是沿着薄片100的比较长的边布置的。
第二导电体828为近乎U形的并是从在铁磁材料124部分之间的一区域延伸的，并部分地围绕两部分铁磁材料124中的一个。当薄片100被形成为一个堆叠时，提供通孔122以便能够实现导电体826、828的电连接。在这个实施例中也示出另外的通孔122，其能被用于定位调整的目的，或从该堆叠的内部引出一个引线到该堆叠的外表面。
为了生成使用薄片100的一个器件，薄片被堆叠以致每个薄片是相对于它的相邻的薄片导向180度。在做这个时，在一个薄片上的第一导电体826将被布置为横过在相邻的薄片上的第二导电体828的开口端。当然，在每个薄片上的导电体826、828将被一个电介质材料分开，在电介质材料上布置导电体。使用通孔122连接相邻的导电体826、828产生一个线圈结构。使用图8A和8B所示的结构，可以生成例如环状线圈、变压器或双铁芯器件。可以使用有或者没有铁磁材料124的盖板以便适合于构成所期望的器件。
图8C是举例说明对于图8A和8B中所示的实施例的替换的结构的示图。在图8C所示的实施例中，第二导电体828支腿向内转弯以便允许外围的通孔122将被定位在薄片100上。这个允许导电体828的长的部分将扩展到接近薄片100的边缘的点上。如图9所示，外围的通孔122允许引线，例如中心抽头的引线将被引到组件的外部表面。
图12A和12B是分别地阐明变压器和电感线圈的示图，它们可以用如图8A和8B所示结构的薄片100制作。电连接在选择薄片100上的第一导电体826到相邻的薄片100上的第二导电体828提供了围绕铁芯608的两个臂中的一个线圈。连接在一端薄片100上第一导电体826到在相同的薄片上的第二导电体828提供电气连接1204以围绕另外一个臂延续该线圈。
图9是举例说明数字8B中的一例子结构或薄片的示图。在图9中示出的例子代表具有两个中心抽头的一个变压器。现在参照图9，该示出的器件包括十一个薄片100，以及两个桥接板704，一个顶盖板908和一个底盖板912。
薄片100A－100D和100F－100I每个包括两个导电体826、828(为了清楚起见从图9省略参考数字，但是在图8B引用)。如图示出的，一个导电体是近乎U形的，而另外一个被形成为大致一直线。虽然导电体826、828在图9是作为具有最小的宽度的线画出的，导电体826、828的宽度是根据需要的电导率、以及它们对铁磁材料124的接近度和用于形成薄片100的基片的电介质材料的电阻率选择的。由于对在该领域中的普通的熟练者将是显而易见的，所以导电体126的电导率以及导电体对铁磁材料124的接近度必须被考虑，以致导电体126不会与铁磁材料124短路。
提供接合的薄片100E以允许铁芯608的铁芯部分从一个组线圈延续到另外一个线圈而不会短路该线圈。接合的薄片100K容许铁芯608的臂部分接于桥接平板704而不会短路线圈。接合的薄片100E和100K提供了一个或更多的铁磁材料124部分，用于为铁磁体铁芯和磁通量提供连续性。要消除短路，在所示的实施例中，接合的薄片100E、100K在任何一面上没有导电体。接合的薄片100E、100K可以仍然具有通孔，以便容许信号通过堆叠的端部。
如图所示，提供了很多的通孔122，而且可以根据提供的两个功能被分类。由某些通孔122执行的第一功能是互连相邻的薄片的导电体126以便形成想要的线圈或线圈结构。第二分组的通孔122提供一种手段，通过其引线可以被引到器件的顶或底部，例如，提供对一个中心抽头线圈的连接而且也提供例如对表面安装端子的连接。
在图9所示的器件例子中，提供另外的导电体944以将信号从导电体826、828引到合适通孔122，以提供一种手段，通过其一个中心抽头引线可以被从线圈结构引到组件外部的一点上。另外的导电体944也提供在同一薄片上的第一和第二导电体826、828之间的连接，以提供电连接线1204。对于图9所示的例子，虚线举例说明在通孔122之间的连接。
由于这些线圈的互感系数，对于给出圈数的这种和其他结构的线圈，可以获得一个更高的总体电感值。在这个结构中电感的累积的影响表现为LT=L1+L2+LM在此
LM=2PL1L2]]>或LT=(L1+L2)2]]>其大约为4L。
在此，L是各自的线圈的电感，P是在线圈之间的耦合系数，而LM是线圈的互感。L1+L2和P被表示为由连接另外一个线圈的一个线圈产生的磁场的值。
在阅读这个说明书之后，对有关的领域的熟练者来说，利用在此处披露的技术提供不同的薄片结构和在薄片之间的不同的互连结构以提供不同的器件将是显而易见的。
描述的很多的实施例包括布置电介质薄片中的空穴内的分开的铁芯材料。在交替的实施例中，可以使用高电阻的铁磁材料以构成薄片。因为该材料具有磁属性，所以不需要分开的铁芯，而且使用实心的薄片。例如，锌镍合成物可用于形成薄片。在这些实施例，因为没有分开的铁芯结构因此在铁磁材料和导电线圈之间不需形成绝缘阻挡层的电介质，可以使用更低的导磁率和更高的电阻率的铁磁材料。例如，在一个实施例中，薄片具有直到3000m导磁率和10－6欧姆／厘米的电阻率。
在这个实施例中，一个高电阻性的材料被使用以避免布置在其上面的导电迹线短路。因为更高的电阻率和较低的导磁率，所以器件特性通常不同于上面描述的具有分离的铁芯部分的实施例可以获得的器件特性。
如在上面讨论的，在一个实施例中，薄片100被浇铸在一个基片上，比如聚酯薄膜(Mylar)。为了准备一个薄片堆叠以做出一个器件，每个薄片100被从聚酯薄膜移去并在适当的方向堆叠在前面薄片的顶上。图10是举例说明一个工具的示图，该工具能被使用于执行堆叠薄片100和去掉聚酯薄膜基片的操作。在图10中画出的工具包括用于向薄片施加压力的顶部分1002和用于接受薄片100形成堆叠的一个底部分1004。调准导杆1006与在顶部分1002中的孔对准以将顶部分1002与底部1004对准。
模具1060被用于当顶部分1002将薄片1034和托板1032压在堆叠上时，分开薄片1034的边缘。弹簧1042提供足够的压力以容许该工具分开薄片1034的边缘，以致切出尺寸合适的薄片100。弹簧1042可以有可调整的或固定压力系数。压力释放模槽1018提供了用于切割作用的一边缘，以及用于分开薄片1034的周边的一个间隙。停止塞环1008防止当压力被从顶部分1002移去时模具1060从一设定高度上升。
提供加热器1020以当薄片被从托板1032除去和定位在堆叠上时对它们加热。热有助于拆卸。调准销1016用于对准薄片托板1032(例如，聚酯薄膜或其它基片)，以致薄片100被适当地定位和对准以放置在堆叠上。
图11是举例说明用这个工具生成的本发明的一个实施例的器件的一个过程的流程图。在步骤1104中，薄片被印制在一个托板比如聚酯薄膜上。该薄片可以如上面描述的用丝网印刷技术印制。托板可以包含调准孔或凹口，以致在印刷和压制过程中可以保持完全地对准。
在一个实施例中，电介质材料被印刷在聚酯薄膜托板上。聚酯薄膜是一个连续的材料卷，其在伸长的漏斗下面经过。利用适当的粘滞性准备的电介质材料被强制的通过该漏斗到正在经过的托板上，执行一设定的时段，这取决于想要的宽度。一个刮板刀口保持电介质材料的适当的和均匀的厚度。电介质材料制成稍微大于薄片100的最终的尺寸规格。在一个实施例中，聚酯薄膜带是浇铸并被干燥。该带较好的是一个10ml带而且是在50摄氏度下干燥10分钟。然后，切割该带并穿孔，通孔被印制或被填充，铁氧体被印制或被填充，以及导电体被印制或被填充。在每一印刷之间是一个干燥用的步骤。在一个实施例中，首先印刷电介质，然后添加铁氧体和导电体，同样在每个印制之间具有一个干燥用的步骤。
在步骤1108中，准备的薄片100(包括适当的铁芯，通孔和导电体)被定位在调准工具上。在图10中，画出的薄片100是定位在该工具内并仍然附在托板1032上。如所示出的，薄片100的尺寸规格稍微大于模具1060的模槽尺寸规格。模具1060的模槽尺寸规格反映薄片100的完成的尺寸规格。
在步骤1110中，压力和热被施加到薄片／托板组合。足够的压力被施加以分开薄片100，不必克服弹簧1042的弹簧力。这就将薄片100切割或分开到适当的尺寸规格。热促进分开的薄片100从托板1032上除去，而且薄片落下到堆叠上，下垂部分1002上升而且托板1032被移走。
在步骤1112中，压力被再一次施加到分开的薄片100。在这个步骤中，施加了足够的压力以克服弹簧1042的弹簧力，而且薄片100被压在该堆叠上。例如，在一个实施例中，在80－100摄氏度下施加3000 PSI的压力持续五秒钟，虽然可以使用替换的参数。作为这个步骤的结果，所述薄片100粘附到存在的薄片100的堆叠上。在后来的薄片被压在顶上之前，为提高的粘合，蜡或胶类材料可以被施加到堆叠中的每一薄片上。
在上面描述本发明的各种实施例的同时，应该理解它们只是作为例子提出的，而不是限制。因此，本发明的宽度和范围不应该由上面的描述可仿效的任何实施例限制，仅仅应该根据权利要求和它们的等同所限制。
权利要求
1．一种制造具有铁芯和导电体结构的器件的方法，其中包括用非导电媒体制造多个非导电平板，每个所述的非导电平板具有空穴和通孔；在所述的非导电平板上设置预定导电图形；在所述的第一空穴中设置铁磁性材料；将所述的多个平板安置在一起以致所述的铁磁性材料被对准以形成铁磁性的铁芯，而且所述的导电图形和所述的通孔配合以形成围绕所述的铁芯的线圈；以及烧结所述的定位的多个平板以压缩和将所述的铁芯包住在非导电材料中，其中作为所述的压缩的结果，所述的铁芯的铁磁性的性能被增强。
2．根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的制造多个非导电平板的步骤包括制备作为可印刷的涂料的所述的非导电材料的步骤，以及在托板上印制所述的非导电涂料的步骤。
3．根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述的非导电材料是电介质材料。
4．根据权利要求1所述的方法，其特征在于包括在所述的烧结步骤之前，在所述的定位的多个平板的末端部上安置盖板的步骤。
5．根据要求1所述的方法，其特征在于所述的设置所述的铁磁性材料的步骤包括制备作为可印刷的涂料的所述的铁磁性材料的步骤，以及将所述的铁磁性的涂料印制进入所述的空穴的步骤。
6．根据要求2所述的方法，其特征在于所述的托板是具有定位调整导轨的聚脂薄膜薄片。
7．根据要求1所述的方法，其特征在于所述的将所述的多个平板定位在一起的步骤包括在一相邻的平板上放置具有一个托板的一个平板的步骤，以及对所述的平板施加压力以将所述的平板粘附到所述的相邻的平板上并从所述的平板上去掉所述的托板的步骤。
8．根据要求1所述的方法，其特征在于所述的平板包括一个第二空穴，在其中所述的第二空穴用铁磁性材料填充以形成第二铁磁性的铁芯。
9．根据权利要求8所述的方法，其特征在于更进一步包括在所述的定位的多个平板的顶上定位一个或多个具有生成所述的铁磁性的铁芯和第二铁磁性的铁芯的铁磁性材料的平板，以形成一桥接。
10．一电感器件，其中包括多个电介质薄片，其具有布置在其上的空穴和导电图形，所述的薄片被堆叠以形成叠层结构；布置在所述的电介质薄片的空穴内的铁磁性材料，以致当所述的薄片被堆叠以形成所述的叠层结构时，所述的铁磁性材料形成铁磁性的铁芯；以及互连连接所述的薄片上的导电图形以形成围绕所述的铁磁性的铁芯的一线圈结构；其中所述的叠层的结构被烧结以压缩所述的铁芯从而提高所述的铁芯的铁磁性的性能。
11．根据要求10所述的器件，其特征在于所述的薄片更进一步包括布置在其上的第二空穴和第二导电图形。
12．根据权利要求10所述的器件，其特征在于更进一步包括安置在所述的叠层的结构的末端部上的盖板。
13．根据权利要求10所述的器件，其特征在于所述的薄片更进一步包括用于在所述的导电图形之间建立所述的互连的通孔。
14．根据权利11所述的器件，其特征在于更进一步包括一桥接平板以连接所述的空穴和所述的第二空穴。
15．根据权利权利10所述的器件，其特征在于所述的电介质薄片是由氧化铝、陶瓷或其它电介质材料形成的。
16．一种由多个叠层在一堆叠中的薄片组成的电感器件，其中所述的薄片包括具有第一和第二空穴的电介质材料；布置在所述的空穴中的铁磁性材料，当所述的薄片被层压以形式该堆叠时，所述的铁磁性材料形成第一和第二铁芯部分；毗连所述的第一空穴并接近所述的第一空穴的长度的第一导电体；以及毗连和部分地围绕所述第二空穴的第二导电体；其中所述的在堆叠中的一个或多个薄片的第一导电体被连接到在该堆叠中的相邻的薄片的所述第二导电体，以形成围绕所述的第一和第二铁芯部分的导电线圈。
17．根据权利要求16所述的电感器件，其特征在于更进一步包括在一薄片的所述的第一和第二导电体之间的电连接，以在所述的第一和第二铁芯部分之间提供互感。
18．根据权利要求15所述的电感器件，其特征在于更进一步包括定位在该堆叠的上和下部的第一和第二桥接薄片，从而形成连接所述的第一和第二铁芯部分的一桥接和形成一近乎D形的铁芯。
19．根据权利要求18所述的电感器件，其特征在于更进一步包括在所述的叠层的堆叠中的第一组薄片和第二组薄片之间的一接合薄片，所述的接合薄片提供第一组薄片的所述的第一铁芯部分与所述的第二组薄片的第一铁芯部分的连续性，以及第一组薄片的所述的第二铁芯部分与所述的第二组薄片的第二铁芯部分的连续性；在毗连所述的接合薄片的所述的第一组薄片的所述第一和第二导电体之间的第一电连接；以及在毗连所述的接合薄片的所述第二组的薄片的所述第一和第二导电体之间的第二电连接，从而形成作为电感器件的一变压器。
20．一种由多个层叠在一堆叠中的薄片组成的电感器件，其中所述的薄片包括一低导磁率、高电阻率的基片；布置在所述的基片上的大致U形的第一导电体；布置在所述的基片上大致为一直线和毗连所述的第一导电体的一第二导电体；其中，在该堆叠中的一个或多个薄片的所述的第一导电体被连接到在该堆叠中的相邻的薄片的所述的第二导电体，以形成在层压的结构内的导电线圈，在其中该基片形成电感器件的铁芯。
全文摘要
一电感器件,由在其上具有导电图形的(126)的多个电介质薄片100构成,并构成叠层的结构。该叠层结构包括包在电介质材料(104)中的铁磁性体(124)。导电图形(126)由通孔(122)互连以形成导电结构,致使线圈围绕铁芯。在制作该器件期间,铁芯被压制以保持高导磁率特性。所以,如变压器和电感器这样的电感器件可以被制成具有小尺寸和高导磁率。
文档编号H01F17/00GK1279819SQ98811309
公开日2001年1月10日 申请日期1998年9月14日 优先权日1997年9月22日
发明者泽夫·利普克斯, 约瑟夫·W·克劳诺弗 申请人:泽夫·利普克斯