專利名稱：?jiǎn)纹碾姼行圆考圃煸摬考姆椒ㄒ约霸摬考膽?yīng)用的制作方法
單片的電感性部件，制造該部件的方法 以及該部件的應(yīng)用
本發(fā)明涉及一種單片的電感性部件。此夕卜，還提出了一種用于制造該 部件的方法和該部件的應(yīng)用。
陶瓷的多層體在小型化方面具有的優(yōu)點(diǎn)是，電部件例如印制導(dǎo)線、電
阻、電容和電感可以集成到多層體的體積中。已知的制造方法是HTCC (高溫共燒陶瓷)技術(shù)和LTCC (低溫共燒陶瓷)技術(shù)。在這些技術(shù)中， 未被燒結(jié)的陶瓷生膜通過(guò)使用金屬填充的、導(dǎo)電的糊料以沖壓和絲網(wǎng)印刷 方法而被設(shè)置有穿通接觸部和平面的線路結(jié)構(gòu)，并且隨后共同燒結(jié)成堆。 在此形成能耐熱的、氣密的、平面的多層襯底。這些多層襯底可以用作其 他部件的電路支承體。LTCC技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是，熔融溫度低，使得可以使用 在較低的溫度下熔化的并且具有高的導(dǎo)電能力的金屬如銀或銅用于部件 的集成。
對(duì)于許多應(yīng)用領(lǐng)域，例如功率電子電路中的電流和電壓變換或者低通 濾波，由于較低的頻率(兆赫茲范圍中)需要基于磁性原料的具有較好的 磁耦合的電感性部件，它們可以增強(qiáng)和形成磁通。為此，有多種由鐵氧體 陶瓷構(gòu)成的線圏芯和變壓器芯的變形方案可^H吏用，它們可以事后借助金 屬夾固定在所提及的平面電路支承體上。
由于對(duì)材料技術(shù)和工藝技術(shù)的各種要求，還不能建立這種電感性部件 的集成。尤其是出現(xiàn)兩個(gè)問(wèn)題
-借助陶瓷技術(shù)提高鐵氧體的磁效率，即提高芯材料的導(dǎo)磁率根據(jù)經(jīng) 驗(yàn)隨之出現(xiàn)芯材料的電阻率的下降并且由此隨之出現(xiàn)在變壓器的初級(jí) 側(cè)和次級(jí)側(cè)之間的重要的直流隔離的降低。
—如果電流繞組均勻地嵌入到鐵氧體原料中，則磁力線會(huì)部分地在較 短的路徑上閉合，而沒(méi)有對(duì)繞組的磁耦合作出貢獻(xiàn)；這種漏電感降低 了電感性部件的效率。
這兩個(gè)困難基本上可以通過(guò)將引導(dǎo)電流的繞組嵌入到低導(dǎo)磁率的、良 好絕緣的材料中來(lái)解決。在US 5,349,743 A中公開了這種解決方案。其中 公開了一種用于制造帶有集成的變壓器的單片的陶瓷多層體。在此，采用
4了 LTCC技術(shù)，其中使用了在較高的電阻率情況下具有低的導(dǎo)磁率的原 料以及在較低的電阻率情況下具有較高的導(dǎo)磁率的原料。這兩種原料的集 成通過(guò)在其中一種原料的生膜中沖壓出開口 、用另 一原料的膜塊或者膜堆 填充這些開口，并且接著共同地?zé)Y(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)。這種基本上包含生膜的橫向 結(jié)構(gòu)化的過(guò)程費(fèi)事并且較為昂貴。
因此本發(fā)明的任務(wù)是，提出如何可以將電感性部件集成在陶瓷多層體中。
為了解決該任務(wù)，提出了一種單片的電感性部件，其具有至少一個(gè)陶 瓷多層體，該陶瓷多層體帶有集成的繞組和至少一個(gè)帶有鐵氧體芯材料的 磁芯，其中磁芯通過(guò)成形件來(lái)形成。
為了解決該任務(wù)，還提出了一種用于制造單片的部件的方法，包括以 下方法步驟a)提供生坯，該生胚具有生膜復(fù)合結(jié)構(gòu)，用于形成陶瓷 多層體，該陶瓷多層體具有集成的繞組；和帶有鐵氧體芯材料的成形體， b)對(duì)生坯進(jìn)行熱處理，其中由生膜復(fù)合結(jié)構(gòu)形成具有集成的繞組的陶瓷 多層體，并且由成形體形成具有鐵氧體芯材料的磁芯。
生坯是生膜復(fù)合結(jié)構(gòu)。成形體是帶有自由成形的鐵氧體芯材料的生 坯。生膜復(fù)合結(jié)構(gòu)和成形體一同形成(完整的)生坯，其被輸送給共燒過(guò)程。
帶有鐵氧體陶瓷材料的成形體可以是已經(jīng)壓縮過(guò)的鐵氧體芯。然而尤 其是成形體本身為生坯。這意味著，在熱處理時(shí)進(jìn)行鐵氧體陶瓷材料的壓 縮。在生坯之下通常為帶有尚未壓縮的陶瓷材料的陶瓷體。生坯可以具有 有機(jī)添加物如粘合劑和M劑。但是，生坯也可以僅僅包括鐵氧體芯材料 構(gòu)成的壓制品或者鐵氧體芯材料的前體。該前體在鐵氧體芯材料的熱處理 期間形成。生膜復(fù)合結(jié)構(gòu)和成形體在共同的熱處理步驟(共燒)中結(jié)合為 單片的、即一件式的電感性部件。
關(guān)于開頭描述的問(wèn)題，特別有利的是，使陶瓷多層體中的繞組電絕緣。 因此，根據(jù)一個(gè)特別的擴(kuò)展方案，陶瓷多層體具有介電的陶瓷材料。
為了形成有效的電感性部件，膜復(fù)合結(jié)構(gòu)可以具有開口，成形件伸入 這些開口中。例如，這種開口被借助導(dǎo)電的糊料引入膜復(fù)合結(jié)構(gòu)中的繞組 包圍。
成形件可以是一件式的。優(yōu)選的是，成形件是兩件式的或者多件式的。 其由至少兩個(gè)部分構(gòu)成。由此，可以借助芯來(lái)實(shí)現(xiàn)磁通量的有效控制。于
5是，可以通過(guò)實(shí)現(xiàn)芯的部分之間的氣隙來(lái)影響出現(xiàn)的漏電感。氣隙在此可 以由具有低的導(dǎo)磁率的陶瓷多層體的薄的陶瓷層來(lái)形成。為此，例如膜復(fù)
合結(jié)構(gòu)的上述開口構(gòu)建為盲孔，其通過(guò)糊料處理(Pastenprozessierung) 或者粉末處理來(lái)用鐵氧體成形件的部分填充。
在該方法中，導(dǎo)磁率的功能和電絕緣的功能在部件的相應(yīng)的空間區(qū)域 中通過(guò)各定制的特定陶瓷來(lái)實(shí)現(xiàn)，由此得到器件的設(shè)計(jì)和要求以及應(yīng)用的 高效率。根據(jù)要求，在此可以使用不同的介電的和鐵氧體的陶瓷材料。如 果該電感性器件務(wù)使用在高頻率中，例如在lGHz到2GHz的范圍中的高 頻率中，則可以優(yōu)選使用六角鐵氧體陶資，特別是鋇六角鐵氧體陶瓷。它 們具有在大約10至30之間的導(dǎo)磁率。
于是當(dāng)需要在大約10MHz至大約30MHz的中間范圍中的頻率時(shí)， 可以使用第二類的陶瓷。在此例如可以使用CuNiZn -鐵氧體材料。對(duì)于 使用在該中間頻率范圍中的部件所考慮的鐵氧體陶瓷的導(dǎo)磁率具有大約 150至大約500的導(dǎo)磁率值。
此外，設(shè)置了另一類陶瓷，它們用于大約lMHz至大約3MHz的較 低頻率范圍中的部件。在此例如可以使用MnZn -鐵氧體材料。優(yōu)選的是， 在該類中使用的陶瓷具有大約500到1000之間的導(dǎo)磁率值。
本發(fā)明可以使用在HTCC技術(shù)中。然而特別有利的是，選擇陶瓷材 料，使得在較低的溫度情況下進(jìn)行壓縮并且由此可以使用LTCC技術(shù)。 在一個(gè)特別的擴(kuò)展方案中，因此使用生膜和/或帶有玻璃的鐵氧體陶瓷材 料。在生膜中的或者鐵氧體陶瓷材料中的玻璃成分負(fù)責(zé)在較低的溫度情況 下的壓縮。在燒結(jié)過(guò)程中，形成帶有陶瓷相和玻璃相的玻璃陶瓷。鐵氧體 的陶瓷材料和/或介電的陶瓷材料具有玻璃。
成形件可以是預(yù)制的。這意味著，成形件在與生膜復(fù)合結(jié)構(gòu)結(jié)合之前 被制造。在與生膜復(fù)合結(jié)構(gòu)結(jié)合期間制造成形件。因此在一個(gè)特別的擴(kuò)展 方案中，為了提供生坯而將生膜復(fù)合結(jié)構(gòu)與包封物結(jié)合，使得在包封物和 生膜復(fù)合結(jié)構(gòu)之間形成帶有空腔開口的空腔，并且空腔通過(guò)空腔開口被填 充以還可以變形的鐵氧體芯材料。空腔例如用粒狀材料形式的氧化的初始 材料來(lái)填充。然而，也可能的是用漿料來(lái)填充空腔，該漿料包^氧體芯 材料或者芯材料的初始材料。
根據(jù)一個(gè)特別的擴(kuò)展方案，成形體具有鐵氧體漿料或者可流動(dòng)的鐵氧 體生粉末。在去除包封物之前將成形體干燥或者在壓力/溫度下壓縮。包封物優(yōu)選可彈性變形。這意味著，外部壓力可以作用到空腔中填充 的、例如粉末狀的鐵氧體芯材料，使得形成穩(wěn)定的、自支承的鐵氧體形狀。 優(yōu)選的是，對(duì)此使用硅樹脂構(gòu)成的包封物。其他可彈性變形的包封物材料 同樣也是可能的。
包封物可以留在帶有成形件和生膜復(fù)合結(jié)構(gòu)的復(fù)合部分中用于熱處 理。優(yōu)選的是，包封物為此由有機(jī)材料構(gòu)成，該有機(jī)材料在熱處理時(shí)被氧 化并且經(jīng)由氣相而被去除。然而尤其可能的是，包封物在形成成形件之后 并且在熱處理之前被去除。為此，包封物可以在空腔中具有抗粘膜，其簡(jiǎn) 化了成形件和包封物的分離。
特別有利的是，該方法可以在使用(imNutzen)中執(zhí)行?？梢圆⑿?制造多個(gè)部件。
電感性部件的構(gòu)型是任意的。優(yōu)選的是，該電感性部件包括至少一個(gè) 線圏和/或至少一個(gè)變壓器。
該器件使用在功率電子設(shè)備中，例如用于電流變換或者電壓變換，或 者用作低通濾波器。例如，該部件是用于放電燈的電子鎮(zhèn)流器(EVG) 的電路元件。
總之，借助本發(fā)明得到以下的特別優(yōu)點(diǎn)
-通過(guò)全陶瓷的結(jié)構(gòu)類型，該部件實(shí)現(xiàn)了高的溫度相容性。由此其適 于安裝在熱源如燈和發(fā)動(dòng)機(jī)附近。
—低燒結(jié)的鐵氧體材料、例如特殊的MiiZii鐵氧體能夠?qū)崿F(xiàn)在與陶瓷 多層體(電路板)一同的單個(gè)的燒結(jié)過(guò)程中使用中成本低廉的制造。
-通過(guò)鐵氧體的單片集成，降低了相對(duì)于電路板的溫度差。
-通過(guò)僅僅在電感性部件上有目的地使用鐵氧體，實(shí)現(xiàn)了與其他電路 部件的成本低廉的可集成性。不需要如在簡(jiǎn)單的連續(xù)的膜技術(shù)中的整 面的鐵氧體。
-借助本發(fā)明，可以將鐵氧體體積最小化。通過(guò)最小化的鐵氧體體積， 將不同的原料之間的熱應(yīng)力最小化。這引起了高的穩(wěn)定性和更為可靠 的工藝管理。
-鐵氧體成形件可以單獨(dú)地或者直接地在多層體上在模膛中通過(guò)擠壓 生粉末、通過(guò)注塑或者類似的方法來(lái)制造。由此，不需要處理小的膜 塊?！F氧體芯的結(jié)構(gòu)高度比由陶瓷生膜構(gòu)建時(shí)受到更小的限制，使得沿 著整個(gè)磁路徑長(zhǎng)度實(shí)現(xiàn)足夠大的恒定的磁橫截面，并且避免了鐵氧體 芯的過(guò)載。
—導(dǎo)磁率和電絕緣的功能在其相應(yīng)的空間范圍中通過(guò)各定制的特定陶 瓷來(lái)實(shí)現(xiàn)，由此得到器件i殳計(jì)的高效率和器件的高性能。
在下面借助多個(gè)實(shí)施例和關(guān)聯(lián)的附圖來(lái)進(jìn)一步描述本發(fā)明。附圖是示 意性的并且并未示出合乎比例的圖。


圖1和2分別以側(cè)面的橫截面示出了單片的電感性部件。
圖3示出了一種用于制造單片的電感性部件的方法。
借助LTCC技術(shù)制造具有集成的電感性部件的單片的陶瓷多層體。 電感性部件是變壓器。所使用的陶瓷生膜具有玻璃成分，使得可以在較低
的溫度下(卯ox:以下)燒結(jié)。
未被燒結(jié)的鐵氧體材料隨后與生膜復(fù)合結(jié)構(gòu)連接用于共同的燒結(jié)(共燒)。
圖1至3分別以垂直于帶有相應(yīng)的功能性原料和部件的電路支承體的 截面示出了平面的變壓器或者平面的線圏。
該部件包括陶瓷多層體(多層電i^板)1，其帶有開口2、 3和4。在 多層體的區(qū)域5和6中，封閉的、引導(dǎo)電流的繞組^在層之間。通過(guò)合 適的布局，在此例如實(shí)現(xiàn)了所有電流在區(qū)域5中流入到圖平面中，并且在 區(qū)域6中從其中流出，使得在開口 2中通過(guò)成分的疊加形成高的磁通量密 度。
在此，變壓器通過(guò)兩個(gè)線圏實(shí)現(xiàn)，它們彼此間沒(méi)有導(dǎo)電連接，而是通 it/磁場(chǎng)(電感性地)彼此耦合。
帶有鐵氧體材料的芯包括兩個(gè)部分7和8 (圖1和2 )。才艮據(jù)一個(gè)可替 選的實(shí)施形式，芯是一件式的。該芯僅僅包括唯一的部分7(圖3)。在兩 個(gè)實(shí)施例中，該芯的腿部i更置在陶瓷多層體的開口 2、 3和4中。
為了借助鐵氧體陶瓷材料制造成形體，使用不同的成形方法。
例如，可以由各個(gè)層構(gòu)建鐵氧體芯并且隨后以機(jī)械方式處理(圖2)。 對(duì)此可替選地，使用陶資漿料的澆注或者利用準(zhǔn)確測(cè)定的鐵氧體材料的塑 性變形。這例如也可以直接在電路支承體上進(jìn)行，如圖3中所示的那樣。 為此，生膜復(fù)合結(jié)構(gòu)被與包封物9、 10結(jié)合，該包封物具有包封物開口91。通過(guò)包封物開口，鐵氧體材料作為漿料或者粉末來(lái)填充。在干燥或者 壓力/熱處理之后，包封物可以被去除以便以后的再利用。隨后進(jìn)行燒結(jié)， 其中形成陶瓷多層體和鐵氧體芯。
權(quán)利要求
1.一種用于制造單片的電感性部件的方法，包括以下方法步驟a)提供生坯，該生胚具有生膜復(fù)合結(jié)構(gòu)，用于形成陶瓷多層體，該陶瓷多層體帶有集成的繞組；以及成形體，其包括鐵氧體材料，其中生膜復(fù)合結(jié)構(gòu)與包封物(9，10)結(jié)合，使得在包封物和生膜復(fù)合結(jié)構(gòu)之間形成帶有空腔開口(91)的空腔，并且通過(guò)空腔開口將該空腔填充以鐵氧體芯材料，b)對(duì)生坯進(jìn)行熱處理，其中由生膜復(fù)合結(jié)構(gòu)形成帶有集成的繞組的陶瓷多層體，并且由成形體形成帶有鐵氧體芯材料的磁芯。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中成形體具有鐵氧體漿料或者能 夠流動(dòng)的鐵氧體生粉末，并且在去除包封物之前將成形體干燥或者在壓力 /溫度下壓縮。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中在熱處理之前去除包封物。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任一項(xiàng)所述的方法，其中使用硅樹脂構(gòu) 成的包封物。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的方法，其中包封物在空腔中設(shè)置有抗 粘膜。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3至5中的任一項(xiàng)所述的方法，其中在使用中制造 多個(gè)單片的電感性部件。
7. —種單片的電感性部件(100 ),其根據(jù)權(quán)利要求1至6中的任一 項(xiàng)所述的方法來(lái)制造并且具有-帶有集成的繞組的至少一個(gè)陶瓷多層體(1)，和-帶有鐵氧體芯材料的至少一個(gè)磁芯(7, 8),其中—磁芯通過(guò)成形件來(lái)形成。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的部件，其中陶瓷多層體具有介電的陶瓷材料。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的部件，其中成形件是兩件式的。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7至9中的任一項(xiàng)所述的部件，其中鐵氧體陶瓷材 料和/或介電的陶瓷材料包括玻璃。
11. 根據(jù)權(quán)利要求7至10中的任一項(xiàng)所述的部件，其中電感性部件 包括電感線圏和/或變壓器。
12. 根據(jù)權(quán)利要求7至11中的任一項(xiàng)所述的電感性部件使用在功率 電子設(shè)備中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種單片的電感性部件，其具有帶有集成的繞組的至少一個(gè)陶瓷多層體(1)，和帶有鐵氧體芯材料的至少一個(gè)磁芯(7)，該磁芯通過(guò)成形件來(lái)形成。此外還提出了一種用于制造該部件的方法，包括以下方法步驟a)提供生坯，該生胚具有生膜復(fù)合結(jié)構(gòu)用于形成陶瓷多層體，該陶瓷多層體帶有集成的繞組；以及成形體，其包括鐵氧體材料，其中生膜復(fù)合結(jié)構(gòu)與包封物(9，10)結(jié)合，使得在包封物和生膜復(fù)合結(jié)構(gòu)之間形成帶有空腔開口(91)的空腔，并且該空腔通過(guò)空腔開口以鐵氧體芯材料填充，b)對(duì)生坯進(jìn)行熱處理，其中由生膜復(fù)合結(jié)構(gòu)形成帶有集成的繞組的陶瓷多層體，并且由成形體形成帶有鐵氧體芯材料的磁芯。該方法特別是可以借助LTCC(低溫共燒陶瓷)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。該器件在功率電子設(shè)備中用作電路元件。
文檔編號(hào)H01F41/02GK101681714SQ200880021235
公開日2010年3月24日 申請(qǐng)日期2008年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月20日
發(fā)明者理查德·馬茨 申請(qǐng)人:奧斯蘭姆有限公司