高自谐振频率的多层电感器及制造该电感器的方法

摘要

本发明描述了一种具有高自谐振频率的电感器38和制造该电感器的方法。电感器38带有在竖直方向上彼此隔开的多个水平导电线圈52、60,所述导电线圈包括上导电线圈60和下导电线圈52,上、下导电线圈均带有导电端件40、42。介质材料46、54在导电线圈和上、下端件之间延伸并将它们隔开。介质材料中具有多个通孔48、56以便在相邻的各对导电线圈之间、上导电线圈和上端件之间、以及下导电线圈和下端件之间形成连接。多个导电通孔接头50、58在通孔中伸过以便将多个导电线圈、上端件和下端件彼此串联连接起来。

说明书

发明背景

本发明涉及一种高自谐振频率的多层电感器以及制造该电感器的方法。

所有电感器都具有自谐振频率。自谐振频率可通过线圈的电感和电感线圈的剩余电容之间的逆关系来确定。自谐振频率随着剩余电容的增加而降低。具有尽可能高的自谐振频率是很重要的，因为这将使电感器能在较高的频率下工作。因此，为了使自谐振频率达到最大值，需要减小电感器中的剩余电容。

图2和图4示出了一种普通的已有电感器10。电感器10包括两个固定在线圈组件16相对端上的端件12、14。参照图4，线圈组件16包括上线圈层18，多个中间线圈层20，和下线圈层22。线圈层18、20和22在竖向上彼此隔开而在各层18、20、22之间的间隔内填充了介质24。通过介质24中的开口26填入导电填充物28，导电填充物28将各线圈层18、20、22彼此串联以形成多匝电感线圈。

上线圈层18借助于上线圈层接头30与端件14电性接触。下线圈层22在下线圈层接头32处与端件12电性接触。

有两种具有图4所示固有结构的电容。每个线圈层18、20、22之间的电容用标号34表示。每层之间的电容彼此串联。

除了串联电容34之外，在每个线圈层18、20、22的最外边和端件12、14之间还具有用标号36表示的多个并联电容。

因此，本发明的主要目的是提供一种改进的具有高自谐振频率的多层电感器和制造该电感器的方法。

本发明的另一个目的是提供一种改进的电感器和制造该电感器的方法，其能使自谐振频率大于已有电感器设计的自谐振频率。

本发明的另一个目的是提供一种改进的电感器和制造该电感器的方法，其可减小电感器线圈层和端件之间的电容。

本发明的另一个目的是提供一种改进的电感器和制造该电感器的方法，其构成了一种使电感器线圈的端头和电感器端件之间良好接触的可靠方法。

本发明的另一个目的是提供一种改进的电感器和制造该电感器的方法，其可象上述现有装置那样选择性地省掉形成焊接端时的浸渍过程。

本发明的另一个目的是提供一种改进的电感器和制造该电感器的方法，其具有制造较小部件的能力。

本发明的另一个目的是提供一种改进的电感器和制造该电感器的方法，其不再需要象已有电感器设计的生产过程那样对电感器侧面的粗糙边缘进行研磨和抛充。

本发明的另一个目的是提供一种改进的电感器和制造该电感器的方法，其降低了劳动成本，提高了产量，并提高了部件的可靠性。

本发明的另一个目的是提供一种电感器和制造该电感器的方法，其有效、耐久和易于生产。

发明概略

上述目的可以通过多层电感器来实现，所述多层电感器由多个彼此层叠的导电线圈构成。每一个导电线圈基本上均位于水平平面内而且在竖直方向上与其它导电线圈彼此隔开。其中一个导电线圈是位于所有其它导电线圈之上的上导电线圈，而另一个导电线圈是位于所有其它导电线圈之下的下导电线圈。

电感器包括上导电端件和下导电端件，上导电端件在竖向上整体处于所有导电线圈之上并与之相隔一定距离，而下导电端件整体处于所有导电线圈之下并与之相隔一定距离。介质材料在竖向隔开的导电线圈和上、下导电端件之间延伸并将它们隔开。介质材料中具有多个通孔，这些通孔在相邻的各对导电线圈之间、上导电线圈和上导电端件之间、以及下导电线圈和下导电端件之间形成连通。多个导电接头伸过通孔以便将多个导电线圈、上导电端件、和下导电端件彼此串联起来。

尽管以上描述中使用了术语：上、下、之上和之下，但是这些术语仅仅是为定向而使用的。可以把两个导电端件放在电感器的对侧上，同时使各线圈层在水平方向上彼此间隔。这是本发明的优选实施例。

本发明的方法包括形成带有第一线圈端头和第二线圈端头的电感器线圈，使多个导电线圈层在第一和第二线圈端头之间彼此电性串联连接，而且多个介质层交替地插在导电线圈层之间。在第一线圈端头上面形成第一介质层，第一介质层具有与第一线圈端头对齐的第一通孔。第一通孔中填充了导电材料以便形成与第一线圈端头电性连接的第一通孔填料。

导电的第一端部形成在与第一通孔填料电性连接的第一介质层上以便使第一端件电性连接到第一线圈端头。

第二介质层形成在第二线圈端头上面，第二介质层包括与第二线圈端头对齐的第二通孔。第二通孔中填充有导电材料以便形成与所述第二线圈端头电性连接的第二通孔填料。

附图简要说明

图1是本发明电感器的透视图。

图2是普通的已有电感线圈的透视图。

图3是图1所示电感线圈的分解图。

图4是沿图2中的线4-4取下的表示示意形状的剖面图。为了进行说明而将各层之间的距离按其实际比例进行了放大。

图5是示意性地示出取自图1中线5-5的剖面图。

图6是俯视图，其表示用于印刷本发明电感器的各印刷步骤和各印刷层。

图7是透视图，其表示形成本发明电感器另一个实施例的各步骤。

图8是透视图，其表示形成本发明电感器另一个实施例的各步骤。

图9是透视图，其表示形成本发明电感器另一个实施例的各步骤。

优选实施例的详细说明

参照图1，标号38表示本发明的电感器。电感器38包括处于其一侧上的第一端件40和处于其另一侧上的第二端件42。在两个端件之间延伸的是线圈组件44。

参照图3的线圈组件44，电感器38包括印刷在下端件40上的下介质层46。介质层46包括下通孔48，通孔中填有用导电材料制成的下通孔填料50。通孔填料50与第二端件42电性连接而且还与印在下介质层46上表面上的第一导电线圈层52电性连接。

印刷在下介质层46和第一线圈层52上面的是第二介质层54，第二介质层54上带有与导电线圈层52的一端对齐的第二通孔56。第二通孔填料58处于通孔56中并在第一线圈层52和第二线圈层60之间提供电连接，所述第二线圈层60印刷在第二介质层54的上表面上。根据需要使介质层46、54反复交替出现多次以便达到电感器所需的线圈匝数。图3示出了五个分离的线圈层和六个分离的介质层。印刷在最上层介质层46和最上层导电线圈52上面的是最上层介质层54，介质层54上带有容纳通孔填料58的通孔56。印刷在最上层介质层54上面的是第二端件42，第二端件42上设有与通孔56对齐的突耳62。因此，通孔填料58在最上层导电线圈层52和第二端件42之间提供了电连接。

图6表示用于印刷图3所示各层的各种印刷图形。

印刷操作是在衬底上进行的，所述衬底具有一层适于替换的“缓冲层”(“可消耗的缓冲层”)，所述缓冲层覆盖在衬底的上表面上。缓冲层具有足够的厚度，该厚度能保证在完成印刷操作后使缓冲层从衬底上剥离。衬底应大到足以允许将多个电感器组件按矩阵关系一次印刷在缓冲层上。

初始印刷步骤示于A，如A所示，该步骤包括印刷第一端件40。接着在第一端件40上面印刷第一介质层46。下一个印刷步骤示于C，其包括在通孔48中印刷通孔填料50。在步骤D，将第一导电线圈层52印刷到与通孔填料50接触的介质层46上。

E表示带有通孔56的第二介质层54。F表示通孔填料58的印刷图形，G表示第二线圈导电体60的印刷图形，该导电体60印刷在介质层54上并与通孔填料58对齐。H和I表示重复出现的介质层46和通孔填料50。介质层46、54可以根据需要交替重复多次。在图3所示的实施例中，最上层是介质层54，但也可以使最上层为型件46。在两种情况下，均将上端件42印刷在最上层介质层上面而且通过通孔填料50或58使之与位于下方的导电线圈电性接触。

就优选实施例而言，由于端件总是处于其应有的位置上，所以不需要通过浸渍电感器来形成端件。在优选实施例中，由于端件并不在部件的边缘周围延伸，所以不需要象已有技术中所需的那样在组装后对部件进行抛光。在已有的装置中需要抛光是因为端件包裹在电感器的边缘周围而且如果边缘不是圆角的话，包裹层将非常薄。然而，应注意到，在由图9示出并将在下面进行描述的另一个实施例中，可以使用抛光和浸渍步骤。

图4和图5展示了本发明与已有技术相比所具备的优点。在本发明中，端件40、42相互平行，而且相对于线圈组件中线圈层的相对端缘不向下延伸。所以，不存在象已有技术中所示的并联电容36那样的并联电容。在相对的线圈层之间仍然存在串联电容34，但是并联电容36的消除极大地降低了本发明每个感应线圈中的电容。

上述电感器38的下部安装侧，即：将与电路板接触的一侧上没有端银。在某些情况下，最好在电感器的下部安装侧上带有少量的端银。图7-图9示出了可用来在电感器的下部安装侧上施加少量端银的两种方案。对于每一种方案来说，被银覆盖的额外面积必须很小以避免在电感器的自谐振频率上出现端部效应。

图7表示的是第一种方案，该方案包括在网板印刷过程中在介质材料中形成小槽64。槽64是沿着将电感器切成两部分的切口位置形成的。在图7-图9中，切线是用虚线表示的。在执行切割步骤之前在槽64中填入银。如图7中的E所示，这样便形成了保持在电感器下部安装侧上的少量包边银66。实现第一方案的步骤如下，首先，如图7中的A所示，通过网板印刷得到第一层银68。第一层银68最终将形成四个分离的电感器上的第一端件40。接着，在第一层银68上沉积一条狭窄的附加银制凸缘70。凸缘70形成反向槽。可以通过网板印刷或其它方式沿切线来沉积凸缘70。图7中的B示出了这两个步骤组合的情况。随后，采用上述普通的网板印刷步骤形成电感器的线圈组件44。应注意到，图7示出了最终将切开的四个电感器的形式。在“湿叠层”网板印刷法的最后几次印刷中可以通过简单的不在槽64的区域内施加介质墨汁而形成印刷在部件顶侧的槽64。这个步骤形成了图7中C所示的结构。为了形成第二端件42，在电感器主体上网板印刷第二层银72，使含银墨汁流入在上述步骤中形成的槽64中。最终的结构示于图7的D中。最后，将“湿叠层”切成图7中E所示的构成电感器38A的多个分离部件。

图8表示在上述印刷的“湿叠层”下侧上形成槽64的另一种方法。在图8所示的另一种方法中，槽64是通过用锯切割形成的。以下是需要在该方法中实践的步骤。首先，用上述普通的网板印刷步骤印刷电感器的主体。在“湿叠层”网板印刷过程的最后几次印刷中，通过简单地不在槽64的区域中施加介质墨汁的方式形成印刷部件顶侧上的槽64。得到的结构示于图8中的A。接着，网板印刷第二层银72，使含银墨汁流入在前一步骤中形成的槽64中。得到的结构示于图8中的B。然后如图8中的C所示，将“湿叠层”的顶、底颠倒。随后如图8中的D所示，用锯切割出另一个槽64。接着，通过网板印刷或其它方式施加第一银层68，同时使含银墨汁流入和充满预先用锯切割出的槽64，得到的结构示于图8中的E。最后，如图8中的F所示，沿分割各电感器38B的虚线将“湿叠层”切成分离的部件，如图中所示，端件40和42包括包边银66。

第二个但并不是最理想的方案采用了浸渍法来施加端银。采用这个方案时，不将端银施加到采用网板印刷方法时所用的部位上。相反，将部件以很小的角度浸到端银中从而形成轻度包在部件下部安装侧的端件。为了实现这一方案，用上述印刷方法来形成各部件并得到图9的A中所示的“湿叠层”。还应该注意的是，所示出的四个部件是同时形成的。随后，沿图9的A中示出的虚线切开各个部件。对每一个部件进行抛光使部件的各角成为圆角。然后，将所述各部件以一定角度浸到端银中以形成如图9中的B所示的端件40、42以及包边银66。

如果采用上述在部件下部安装侧上施加少量端银的两种方法，则被端银覆盖着的部件的印刷上表面和印刷下表面的量仍然仅约为每一侧整个表面积的一半。这对最大限度地减小所得到的电感器的电容和最大程度地增加其自谐振频率是很重要的。

由于减小了线圈两端的电容，所以本发明的自谐振频率大大高于已有的电感器。自谐振频率与电感器的电容成反比，所以减小剩余电容便增加了谐振频率。这使得电感器有较高的谐振频率而且能将电感器做得在尺寸上比先前的具有相同谐振频率的装置小得多。

本发明的另一个优点是省略了在已有技术中形成焊接端时所需的浸渍过程。此外，电感器中的端件40，42与线圈之间的接触远比已有电感器的端件12、14与各感应线圈层之间的接触更可靠。这是因为通过与端件42、40相接触的通孔填料58、50形成了直接接触。在已有的装置中，需要在把端件12、14放到组装的电感器上之前对组装的电感器的边缘进行研磨和抛光。这样可确保接头30、32有效和可靠。而在本发明中则不再需要进行这种研磨或抛光。

本发明的另一个优点是由于不再需要各种研磨和抛光步骤以及在形成已有装置中的焊接端12、14时所需的浸渍过程，所以降低了生产成本。

在附图和说明书中已经描述了本发明的优选实施例，而且尽管使用了一些专用术语，但是这些术语仅作为一般性的和说明性的描述，其并不起限制作用。可以认为，形状和部件尺寸的变化以及等同替换是在不脱离本发明构思和范围的情况下建议和提出的手段。