[发明专利]多层型功率电感器

说明书

相关申请的引用

本申请要求于2011年4月25日提交的题为“Multilayer Type Power Inductor(多层型功率电感器)”的韩国专利申请系列第10-2011-0038604号的权益，由此将其全部内容以引用方式结合于本申请中。

技术领域

本发明涉及一种多层型功率电感器，更具体地，涉及一种通过包括具有不对称结构的间隙层(gap layer)而具有改善的温度特性的多层型功率电感器。

背景技术

多层型功率电感器主要用于便携式装置内的电源电路诸如DC-DC转换器。已经主要开发了具有小尺寸、高电流、低DC电阻等的多层型功率电感器。按照用于具有高频率和小尺寸的DC-DC转换器的趋势，使用多层型功率电感器代替根据相关领域的现有的绕线型扼流线圈(wire-wound type choke coil)已增加。

在多层型功率电感器的情况下，电感器的磁饱和在材料上/结构上被抑制，使得电感器可以在高电流下使用。多层型功率电感器具有的缺点在于：随着将电流施加至其上而使电感(L)值的变化较大；然而，具有的优点在于：与绕线型功率电感器相比，其具有更小的尺寸和更薄的厚度，并且在DC电阻方面也是有利的(参见图1)。

已经需要相对于使用的电流具有小的电感值变化的功率电感器。特别地，已经日益需要能够从-55℃的低温到+125℃的高温操作(工作)并且相对于温度具有小的电感值变化的功率电感器。

特别地，绕线型功率电感器随着将电流施加至其上而具有小的电感(L)值变化。并且，在多层型功率电感器中，已经进行了用于实现随着电流的施加而使电感(L)值较小变化的努力。为此，已经表明，诸如材料的组成、微结构、结构设计等的因素是重要的。换句话说，多层型功率电感器具有的缺点在于：与绕线型功率电感器相比，随着将电流施加至其上而使电感(L)值变化较大。这是绕线型功率电感器在结构上具有较大的开磁路效应(open magnetic path effect)的原因。

因此，在多层型功率电感器中，改善随着电流施加的电感(L)值变化特性是重要的。目前，间隙层已经被部分地包括在多层型功率电感器的内部结构中以切割(cut)磁通量，从而改善随着电流施加的电感(L)值变化特性。另一方面，多层型功率电感器具有简单的结构、小的尺寸和薄的厚度，并且在确保价格竞争能力方面是有利的。

目前使用的通常的多层型功率电感器的结构示于图2中。参照图2，形成内部电极10，并且将间隙层30插入到由铁氧体材料制成的本体(body)20中以阻挡磁通量，从而降低随着电流的施加的电感值变化。然后，在约900℃的温度下进行烧制(firing)，形成外部电极40，然后进行镀敷(plating)，使得形成镀层50。

然而，这种多层型功率电感器具有的缺点在于：随着将电流施加至其上的电感值变化随着温度变化而较大，使得温度稳定性较低。这是温度特性由于随着温度的扩散而变化的原因，这是因为铜(Cu)置换的Zn-铁氧体被用作作为间隙层材料的非磁性材料。

用于多层型功率电感器的设计的基本构思在于，即使线圈的效率降低，但随着电流施加的电感值变化特性(在下文中，DC偏压特性)允许被改善，使得随着电流施加的电感(L)值变化被最大限度地抑制。

随着电流施加的电感(L)值变化越小，DC偏压特性变得越优异。电感(L)值越低，输出电压的波动(脉动，ripple)变得越大并且效率变得越低。DC电阻越低，效率变得越高。特别地，效率在高电流下变得较高。测量在每一温度下随着电流施加的电感(L)值变化。在这种情况下，优选的是，在每一温度下随着电流施加的电感(L)值变化较小。

片式电感器(chip inductor)的DC偏压特性是材料和线圈结构的特性的函数。首先，在具有相同磁导率(magnetic permeability)的材料的情况下，材料的饱和磁化(Ms)越高，DC偏压特性可能变得越优异。因此，基本上，需要在选择组成的同时选择具有优异的DC偏压特性的材料。还需要考虑颗粒大小(晶粒尺寸，grain size)。通常，在小的颗粒大小下DC偏压特性是优异的。由于材料本身的密度和电子自旋(electronic spin)的密度彼此成比例，因此还必需减小材料的孔以便改善DC偏压特性。

同时，材料的DC偏压特性可以随着磁导率而变化。即，磁导率越低，DC偏压特性可以变得越优异。然而，需要增加线圈的匝数(turn number)以便实现相同的电感。在这种情况下，由于在线圈中流过的磁通量增加，因此，其中材料的磁饱和被延迟的效果降低一半。