TWI362047B - Inductor and manufacture method thereof - Google Patents

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1362047 七、指定代表圖： (一） 本案指定代表圖為：第2A圖。 (二) 本代表圖之元件符號簡單說明: 10 電感結構 12 非鐵氧體層 13 電極部 14 容槽 15a 第一鐵氧體層 15b 第二鐵氧體層 16a 第一黏著層 16b 第二黏著層 17 線圈

八、 本案若梳料時，請揭喊能___的化學式 九、 發明說明： 【發明所屬之技術領域】 · 本發明揭露-麵動元件，特服—種觀結構。 【先前技術】 電感是很重要的猶元件，具衫種功能，例如穩定電 流、阻抗匹配、渡波、儲能、放能、諧振、旁路等。隨著電子 產品日趨小型化與元件高密度裝配的限制，電感的尺寸也是愈 小愈好，除了尺寸的要求必須配合有限的電路板面積，電感的 设什也要考慮與電路板模組的搭配效率。 通系電感的選擇需考慮三個參數：電感值、飽和電流額定 值cu，或稱為耐電流值)與直流阻抗（DC Resist纖 ，DCR， 或稱為線圈阻抗)。通常，較大的電感提供較小的直流阻抗、較 高的效率與較大的飽和電流額定值：較小的電感則使用較少的 # 電路板面積，飽和電流額定值也較*，但直流阻抗卻比較大， 使Hi：率較低。另外，於使賴率内，贼的選擇也考慮 有較间的Q值(Quallty Faetor)。综合上述電感的選擇常常是 取捨於電路板面積和效率之間。 • 錢包3線圈與雜’它們的結構與材質都會f彡響電感的 特性。芯材賭質可狀空氣、非雜㈣、金屬磁性材料或 鐵氧體材料(ferrite)。而結構上，為了尺寸上的要求盥加工方 ®便’電感的結構常設計成可配合表面㈣技術 M_tlngTechn〇1〇gy，贈，也稱表面黏著裝置(動》加工程 序，這類的電感在結構上可以分成積層（喊型、繞線 (winding)型與薄膜(Thin Film)型三種。 ㈣1A圖所示’中華民國發明專利公告號1256063揭露 ―種賴轉與造方法，電感丨的_(榻示)是以金屬 線材作螺魏線，形親旋、_後置人模具内部，填充磁性粉 6 1362047 末（例如.非鐵氧體(Non-FeWe))包覆螺旋線圈並經過模塑 成型，以形成包覆螺旋線_包覆體2。而螺旋線圈的兩末端 分別與導線架連接以做為電感i的兩個電_ 3。另外，包覆 體2之外絲具有兩個容槽4以供電極部3彎折後喪入(如第 圖所示）_L述包感i的結構具有體積小與耐電流值高的特 性。 然當電感與電路板的模組搭配時，有時候(例如：電感應 用於直流電源轉換器(DC/DC c〇nverter)時)會需要更好的特 性’例如更高的電感值、更大的耐電流值(ω、更小的直流阻 抗、更高的醉或更好的與電路板模祕·率，但是卻又有 尺寸不能變大的限制。 【發明内容】 本發明之一目的在於提供一種電感結構，以解決習知 題。 為達到上述目的，本發明一實施例之電感結構包括一線 圈、一非鐵氧體層、兩電極部、一第一鐵氧體層及—第二鐵氧 體層’非鐵氧體層包覆線圈且具有相對之一第一表面與一第-表面，兩電極部分別與線圈之兩端連接且部分之電極部延伸出 7 非鐵氧體層，第一鐵氧體層鄰近非鐵氧體層的第一表面設置， 第二鐵氧體層鄰近非鐵氧體層的第二表面設置。 【實施方式】 第2A圖與第2B圖顯示本發明電感結構的實施例，其中第 2B圖為第2A圖的側視圖。電感結構1〇可稱為功率電感⑦〇wer inductor或power choke)，所謂功率電感為耐電流值高的電感 結構。電感結構10包含一線圈(Coil)17、一第一磁性體、兩電 極部13及苐一磁性體。其中，線圈17具有兩端，本實施例中， 線圈17為一繞線(winding)結構，詳細地說，係使用具有絕緣 包覆之金屬線材繞成中空之螺旋狀繞線結構而形成；但線圈17 的結構也可是積層(multi-layer)或薄膜(Thin Film)結構。金屬線 材的材料可以是金、銅或其他合金。 本實施例中’第一磁性體為一非鐵氧體⑺〇n_Ferrit_ 12， 非鐵氧體層12包覆線圈17且具有相對之一第一表面19a與一 第一表面19b ’非鐵氧體層12具有一第一導磁率 (Permeability)。部分之非鐵氧體層12填充於線圈力中心部位 了作為電感結構1〇之磁芯(magnetic core) ’其餘之非鐵氧體層 ι復於線圈17外部形成封閉磁路。且非鐵氧體層12可為金 屬磁性材料(Metallic magnetic material)，例如可以為選自純鐵 (Fe)、鐵鉻矽合金(Fe_Cr-Si Alloy)或鐵石夕合金(Fe_Si An〇y)的群 Ύ中之或其組合。本實施例中，非鐵氧體層U係以壓縮 邮⑽pressionMolding)方式與線圈17 一體成型但不以此 為限。非鐵氧體層12亦可利用其他方式形成，如射出成型或 熱壓成型。再者，也可於朗17之中心部位插人磁芯，再以 壓縮成型或射出成娜紐包覆於_ 17外部之非鐵氧體層 2兩電極#13分職賴17之兩猶接且部分之電極部13 延伸出非鐵氧體層12。電極部13可利用連接於線圈17兩端之 $ ’·泉木而喊或將線圈兩觀以機械加卫形成扁平形體作為 电極邛U。電極部13用以與搭配的模組(未圖示)作電性連接。 第一磁性體至少鄰近第一磁性體(即非鐵氧體層⑵的第一 表面19a或第二絲1%設置，第二磁性體具有—第二導磁率 (permeabiUty) ’且第二導磁率大於第一導磁率。本實施例中， 第二磁性體包括第-鐵氧體層15a及第二鐵氧體層说，第一 鐵氧體層15a鄰近非鐵氧體層12的第一表面19a設置，而第 二鐵氧體層15b鄰近非鐵氧體層12的第二表面1%設置。第 一鐵氧體層15a及第二鐵氧體層15b的導磁率可相同或不同。 第一鐵氧體廣15a與第二鐵氧體層15b可為鐵氧體材料(Ferrite material)，例如可以是錳鋅鐵氧體（MnZn Fe订ke)、鎳鋅鐵氧 體（NiZnFerrite)等其中之一或其組合。第一鐵氧體層15a及 第二鐵氧體層15b其中之一的遠離非鐵氧體層12的表面上具 有兩個容槽14。本實施例中，容槽丨4設置於第一鐵氧體層15a 1362047 的表面上。而延伸出非鐵氧體層12的電極部13分別沿著非鐵 氧體層12及第一鐵氧體層15a表面彎折後，嵌入容槽14内， 但第一鐵氧體層15a也可不設置容槽14(如第3圖），於此情況， 電極°卩13可依需求彎折於電感結構10的其他位置。 第一磁性體與第二磁性體之間可設置一非導磁層，非導磁 曰可為=母片、空氣、環氧樹脂(Ep〇xy)或耐熱膠帶。本實施 例中，非導磁層包括第—黏著層⑹及第二黏著層勘，第一 黏讀16a直接設置於非鐵氧體層12的第一表面阶與第一

^體層l5a之間，第二黏著層16b直接設置於非鐵氧體層Q 的弟—表面1%與第二鐵氧體層说之間。藉由第一黏著層16a 及f二黏著層⑽可將第二磁性體岐於第-磁性體上。第一 妙者層恤與第一黏著層16b的材料可為環氧樹脂(Epoxy)。 ^而，本發明亦可_其他方式固定第—鐵氧體層以與第二 鐵氣體層例如，第則提供另-個實施例，省略了第 勘著層16a與第-赴装麻 件以夾持㈣— 增設二截面為〔型之固定 面，使第鐵、鐵乳體層以與第二鐵氧體層说的外表 氧二:= 潔H土 ％與第一表面例。此外，為了圖示簡 示，第ΘΓ『電極部13與容槽14。再者，如第则所 、乳體層15a與第二鐵氧體層⑽更可分別包括容槽 151a、151b，固定件18之兩端可容置於容槽15〗a、151b内， 藉以使電感結構不致因使用固定件而使厚度增加。 上述實施例的電感結構10適用於表面黏著技術(Surface Moimdng Technology，SMT)，但不限定於此；而上述實施例的 電感結構10的形狀為立方體，但也可以是長方體、圓柱體、 橢圓柱體或其他形狀。 非鐵氧體(Non-Ferrite)的特性是具有較低的導磁率 (permeability)，使得可承受的耐電流值較高但直流阻抗高，鐵 氧體(Ferrite)的特性是具有較高的導磁率(permeability)，使得直 流阻抗低但可承受的耐電流健^但是，某賴組(如：直流電 源轉換器(DC/DC _erter))，需要較大的電感值、較大的耐電 "α值較小的直机阻抗、較南的頻率及更好的與電路板模組搭 配效率’或者高f流時具有低電感值以及低電流具有高電感 值’而習知僅採用非鐵氧體的材料的電感結構或僅採用鐵氧體 的材料的電感結構都無法達到上述需求。而本發明係利用鐵氧 體層U取代了 σ卩分的非鐵氧體層，目為鐵氧體層的高導磁 率’本發明電感結構10的電感值會比完全是非鐵氧II層組成 的電感結構的電紐來得高且直餘抗健小，使得整體效率 提阿。而於與原先相同的電感值下，本發明之電感結構可以利 用將線圈17的醜減少，使得電感值保持不變，且由於線圈 丄 ^2047 17的圈數減少，直流阻抗值也因此降低’而達到減少功率損耗 及提升欵率的目的。 另外’藉由非導磁層的設置以及適當控制非導磁層的厚 度’使得在大電流下產生的磁場傳遞到鐵氧體層時，可以作用 在鐵氧體其B與11關係的曲線(即磁滯曲線)的非飽和區，以維 持整個系統增加固定的電感值 ，同時電感結構10可具有更大 的耐電流值’贿決制鐵氧體的材料的電祕構，於高電流 寸电感值會趨近於零(即產生磁飽和)之問題。以帛1A圖之習 構(僅彳木用非鐵氧體的材料)與第2A圖之本發日月結構 軟體模擬，社·果如 丁 、、°果如下表-、表二、表三、第5圖及第6圖： 表一：

發明之非導磁^ 125 um ’每一鐵氧體層的厚度為

12 1362047 電感值(uH) 飽和電流(-20%處)(A) 習知 2.0578 -------- _______ 5.403 本發明 3.1685 --―11--_____ 5.843 為氧: 由實驗結果可知’本發_較於習知具有較高電感值與財 電流值(即飽和電流額定值）；且由第5圖(對應於表一)及第6 圖(對應於表三)所示’本發明與習知之f感結構的電感值與電 •=關係曲線幾乎平行，且本發明的曲線相較於習知的曲線往上 平移，故明顯表示本發明可具有習知僅採用非鐵氧體材料之高 耐電流值特性且能使電感值提高。 另外’本發明之另一實施例，係採用單一鐵氧體| 15a(如 第7A圖所示）或15b(如第7B圖所示），而此實施例之軟體模擬 結果如下： 表四： - ------ 電感值(uH) --------- 1.9524 飽和電流(-20%處)(A) 5.333 本發明(第7Α圖） 2.317 5.232 本發明（第7Β圖） 2.3355 5.569 ㈣之料磁層柄_帶^•厚度為125um，每_鐵氧體層的厚度為 13

o—本^^導層磁為率H且厚度為 非鐵氧以導以1〇層的厚度為 與对 電=實驗物知，她她聰°細高電感值㈣ 且由第6圖(對應於表五)所示，本發明與習知之電或 ^的電錢流_#職乎平行，及本發_曲線她 ;白的Hi上平移’故賴表示本發财具有習知僅採用 非鐵氧體倾之高耐電敵雜且能使電祕提高。 者父第ΙΑ目之習知結構(僅採用非鐵氧體的材料)與第 2A圖之本發明結構進行軟體模擬，且兩者之高度及繞線醜 相同，本發明之料磁層總厚度為咖，每一鐵氧體層的厚 _所得的結果如第9圖所示，由圖可知，本發明 電感結構其電感值及耐電流雜性均_知僅非鐵氧體 材料的電感結構佳。 &第8圖顯示本發明電感結構10的製造方法之-實施例，製 ，方法包含提供—線圈17(步驟5G1)、成型—内嵌線圈之一預 疋升7狀之非鐵氧體層(步驟观)及分別固定—鐵氧體板材於非 戴氧=層之表面(步驟5〇3)。本較佳實施例中，步驟5〇2是 ^ J ^ ^ (Compression Molding)^ ^ 12 ，但是 1362047 =他實麵也可喊用其财法軸麵氧朗，而_ 延伸出^線圈17置於—模細未示)内且線圈17的兩端 ㈣充雜之崎體粉末於模 預^覆線圈17，以及進行_成型，使非鐵氧體粉末形成 =域之非鐵氧體層12。而步驟5〇3固定—鐵氧體板材的方 '係利用點著劑固定鐵氧體板材於該非鐵氧體層I]之表面， 鐵氧體板材可為第一鐵氧體層15a或一第二鐵氧體層说，黏 者劑即為第-黏著層⑹或第二黏著層他，但是在其他實施 例中也可以料他方法@定，例如固定件18的方法。 以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以限定本 發明之中請專利顧；凡其他未脫離發_揭示之精神下所完 成之等效改變或修飾，均應包含在下述之中請專利範圍内。 【圖式簡單說明】 第1A圖與第1B圖傳統的電感結構之組合圖； 第2A圖本發明電感結構的一實施例之組合圖， 第2B圖第2A圖之側視圖； 第3圖本發明電感結構的另一實施例之組合圖； 第4八圖與第4B ®本發b月電感結構的另一實施例之侧視圖； 第5圖與第6目本發明與習.知電感結構的電感值與電流關係 曲線； 1362047 第7A圖與第7B圖本發明電感結構的另一實施例之組合圖； 第8圖本發明電感結構的一實施例的製造流程圖；及 第9圖本發明與習知電感結構的另一電感值與電流關係曲線。

【主要元件符號說明】 10 電感結構 12 非鐵氧體層 13 電極部 14 容槽 15a 第一鐵氧體層 151a 容槽 15b 第二鐵氧體層 151b 容槽 16a 第一黏著層 16b 第二黏著層 17 線圈 18 固定件 19a 第一表面 19b 第二表面 16

Claims (1)

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十、申請專利範園： 1. 一種電感結構，包含： 一線圈，具有兩端； 非鐵氧體層，包覆該線圈 第二表面； 固且具有相對之一第-表面與〆 兩電極部，分触該、_之_連接 出該非鐵氧體層； 刀之該電極部延伸 1 一鐵氧體層，鄰近該非鐵氧體層的 IS::層的該第二表= 鐵氧體層之間；以及妓非鐵乳體層的該第一表面與該第一 鐵氧體:：層’設置於該非鐵氧體層的該第二表面舆該第二 之如申請專梅圍第】項的結構，更包括 非鐵氧體娜—表响1-峨紙Γ置於該 1如申請專利範圍第2項的結構， 空氣、環氧樹脂㈣QxyHmm/。、W導_可為雲母片、 17 1362047 v 4.如申月專概㈣1項的結構’更包括—固定件，係失持於該 第一鐵氧體層之外表面上。 5.如申請專利細第1項的結構，其中該非鐵氧體層具有-第- 導磁率該第-鐵氧體層與該第二鐵氧體層具有—第二導磁率， 該第二導磁率係大於該第一導磁率。 6.如申μ專利細第i項的結構，其中該第—鐵氧體層與該第二 鐵氧體層的材質選自輯鐵氧體（MnZn FeiTite)或鎳辞鐵氧體 (NiZnFerme)其中之一或其組合，該非鐵氧體層選自純鐵㈣、 =鉻矽合金(Fe-Cr-Si Alloy)或鐵矽合金(Fe_Si AU〇y)的群組其中之 〜或其組合。 種電感結構，包含： 一線圈’具有兩端； 第-磁性體，包覆該線圈，且具有相對之一第一表面與一 〜表面，該第一磁性體具有一第一導磁率； 兩電極部，分別與該線圈之兩端連接且部分之該_部延伸 出該第一磁性體； 1362047 二第二磁性體，分別鄰近該第 二表面設置，且具有第二導磁率， 磁率；以及 一磁性體的該第一表面與該第 該第二導磁率係大於該第一導 二黏著層，分別設置於該第—磁性體的該第—表面與該第二 表面以及該二第二磁性體之間。 ^如申請專利麵第7項的結構，更包括—料磁層，設置於該 第一磁性體與該二第二磁性體之間。 9·如f請專利範圍第7項的結構’其中該第—磁性體可為金屬磁 性材料(MetaUic magnetic material)，該二第二磁性體可為鐵氧體材 料（ Ferrite material)。 10· —種電感結構之製造方法’其步驟包含： 提供一線圈； 成型-内I有麟圈之-預定形狀之非鐵氧體層；以及 分別固定一鐵氧體板材於該非鐵氧體層之一表面. 其中，成型該非鐵氧體層係利用—壓縮成型(eQmpressi()n Molding)形成該非鐵氧體層，其包含： 將該線圈置於一模具内； 填充磁性之非鐵氧體粉末於該模具内並包覆該線圈；以及 1362047 * . i. • 進行__，魏麵氧_末軸該就形狀之非鐵 氧體層。 11.如申請專利範圍第K)項的製造方法，更包括將該線圈的兩端 延伸出該模具，以形成兩電極部。 ，其中利用黏著劑固定該 12.如申凊專利範圍第10項的製造方法 鐵氧體板材於該非鐵氧體層之該表面。 13. —種電感結構，包含： 一線圈，具有兩端； —非鐵氧體層，包覆該線圈，且具有相對之—第—表面與 一第二表面； 、 兩電極部，分別與該線圈之兩端連接且部分之該電極部延 伸出該非鐵氧體層； 一第一鐵氧體層，鄰近該非鐵氧體層的該第一表面設置； 以及 β ， 一固定件，係夹持於該第一鐵氧體層之外表面上。 20