电感元件制造技术

本发明专利技术提供一种具有高品质因数的高频电感元件，其包括基板以及具有多匝线圈的渐进式导电线圈，环绕且设置于基板上，其中任一匝线圈包括第一导线节段设置于基板的第一面上，第二导线节段设置于基板的第二面上，第一导电孔连接该第一导线节段与该第二导线节段及第二导电孔连接该第二导线节段与次一匝线圈的第一导线节段。以及任一匝线圈的第一导线节段的长度小于次一匝线圈的第一导线节段的长度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电感元件，特别涉及一种具高品质因数的高频集成电感 元件。
技术介绍
高频、宽频、及小型化这三个观点，几乎已成为无线通讯、数字计算机、 可携式电子产品，信息家电等高科技产业与市场的最大需求。以内藏元件来 缩小电路面积的技术趋势下， 一般占电路中较贵的电感元件，是所有电路设计者最希望以埋入基板的方式，取代表面粘着(surface mounted technique,简 称SMT)的无源元件。而将无源元件以各种结构或材料取代，且并入许多不 同的工艺而埋入基板之后，往往会因埋藏电感的特性不易提升而失去内埋的 意义。因此，本专利技术通过改良内藏电感元件的结构设计方式，而使得其应用 电感特性有所提升，更适用于现今电子电路需求。内藏电感(embedded inductor)的设计会受到基材的限制，使线圈间的寄 生电容增大，因而降低自振频率与品质因数。特别是，螺线管式电感因其绕 线方式会通过基材，使的原本高品质因数的优点受到应用的限制，并造成自 振频率降低，而无法应用到较高的频段。传统的螺线管(solenoid)式的内藏电感皆以等线长或线宽的绕线设计方 式，因而在高频领域应用时，受限于其本身结构上的寄生效应，而使得自振 频率降低，进而影响电感值与品质因数等。因此，为了提升电感的高频特性， 本专利技术提供一种渐进式线长的号角式绕线方式的螺线管设计，以减少寄生电 容效应，提升元件应用的频率范围，并且采用渐进式线宽的方式提升电感值 与品质因数。图1是显示传统螺线管型电感的立体结构示意图。在图1中，螺线管形 电感10包括线圈20以螺旋绕线方式缠绕长方体的^f兹芯15。 -磁芯15的材质 包括空气或f兹性材料。理想螺线管电感的感值可通过以下计算公式表示其中L表示理想螺线管电感的感值，N表示线圈的匝数，Ac表示线圈 缠绕的面积，lc表示线圈缠绕的长度。理想的螺线管电感值与线圈匝数N的 平方及线圈缠绕的面积Ac的乘积成正比。就内藏电感而言，由于其绕线方式不同于理想的螺线管，因此内藏电感 与基板材料之间或线圈与线圈之间发生耦合效应，伴随产生寄生元件效应。 当元件应用频率增高时，上述寄生元件效应益发显著，而使得自振频率降低， 进而影响电感值与品质因数等。美国专利第US 6,509,821号披露一种采用非等直径方式绕线的螺线管， 将金属线采用渐进式的方式绕线。然而由于其并非制作于基板结构上，因此 难以实现元件的集成化。再者，由于缠绕的金属线的线宽相同，因此仍无法 提升电感元件的品质因数。图2是显示传统的内藏电感的立体示意图。在图2中，典型的内藏螺线 圈电感元件30，包括基板31以及导电线圈40具多匝线圈，环绕且设置于基 板31上。任一匝线圈包括第一导线节段33设置于基板31的第一面上，第 二导线节段35设置于基板31的第二面上，第一导电孔34贯穿基板31且连 接第一导线节段33与第二导线节段35,以及第二导电孔36贯穿基板31且 连接第二导线节段35与次一匝线圈的第一导线节段。在传统的内藏螺线圈 电感元件30,每一匝线圈的第一导线节段的长度皆等于次一匝线圈的第一导 线节段的长度。导电线圏40另包括输入端32与输出端37连接线圈的两端。就内藏电感而言，由于其绕线方式不同于理想的螺线管，因此内藏电感 与基板材料之间或线圈与线圈之间发生耦合效应，伴随产生寄生元件效应。 当元件应用频率增高时，上述寄生元件效应益发显著，而使得自振频率降低， 进而影响电感值与品质因数等。有鉴于此，业界亟需一种高频电感元件，通过改善绕线方式，提升应用 频率与高频特性下的电感值、自振频率(SRF)与品质因数(Q)。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种具渐进式导电线圈的电感元件， 使其在高频状态时具高感值及高品质因数。更明确地说，通过采用渐进式的线长或线宽设计，以形成号角式的螺线管埋藏在基板材料中，提升自振频率 (SRF)，进而改善整体电感结构在电路中的电气特性。为达上述目的，本专利技术提供一种电感元件，包括基板；以及具有多匝 线圈的渐进式导电线圈，环绕且设置于该基板上；其中任一匝线圈包括第一 导线节段设置于基板的第一面上，第二导线节段设置于基板的第二面上，第 一导电孔连接该第一导线节段与该第二导线节段及第二导电孔连接该第二 导线节段与次一匪线圈的第一导线节段；以及其中任一匝线圈的第一导线节 段的长度小于次一匝线圈的第一导线节段的长度。为达上述目的，本专利技术另提供一种电感元件，包括基板；以及具有多 匝线圈的渐进式导电线圈，环绕且设置于该基板上；其中任一匝线圈包括第 一导线节段设置于基板的第一面上，第二导线节段设置于基板的第二面上， 第一导电孔连接该第一导线节段与该第二导线节段及第二导电孔连接该第 二导线节段与次一匝线圈的第一导线节段；以及其中任一匝线圈的第一导线 节段的长度小于次一匝线圈的第一导线节段的长度，且任一匝线圈的第一导 线节段的线宽小于次一匝线圈的第一导线节段的线宽。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举优选实施 例，并配合附图，作详细说明如下附图说明图1是显示传统螺线管型电感的立体结构示意图； 图2是显示传统的内藏电感的立体示意图3A是显示本专利技术实施例采用渐进式线长绕线方式的螺线管的示意图3B是显示本专利技术实施例采用渐进式线宽绕线方式的螺线管的示意藏电感的立体示意图5是显示根据本专利技术实施例的采用渐进式线长绕线方式的螺线管的内 藏电感的立体示意图6是显示根据本专利技术实施例的采用渐进式线宽绕线方式的螺线管的内 藏电感的立体示意图；图7A是显示根据本专利技术实施例的渐进式的螺线管的内藏电感(如第3-6 图)与传统的螺线管的内藏电感(如图2)的电感值与频率的关系图7B是显示图7A低频段的各内藏电感的电感值与频率的关系图，亦 即区域A的局部放大图7C是显示根据本专利技术实施例的渐进式的螺线管的内藏电感(如第3-6 图)与传统的螺线管的内藏电感(如图2)的品质因数与频率的关系图8A-8D是显示根据本专利技术变化例的渐进式线长线宽绕线螺线管的内 藏电感线长、线宽及线距的示意图9A-9E是显示根据本专利技术变化例的渐进式线长线宽绕线螺线管的内 藏电感的导电孔样态的示意图10是显示根据本专利技术另一变化例的渐进式线长线宽绕线螺线管的内 藏电感的线段样态的示意图II是显示根据本专利技术另一变化例的渐进式线长线宽绕线螺线管的内 藏电感的线段样态的示意图12A是显示根据本专利技术另一实施例的渐进式的螺线管的内藏电感的 剖面示意图；以及图12B是显示根据本专利技术实施例各导电孔样态的剖面示意图。附图标记说明 10螺线管形电感 20线圈15长方体的》兹芯lc线圈缠绕的长度31基板32输入端34第一导电孔36第二导电孔100渐进式线长绕线方式的螺线管105、 205输入端115、 215第一导电孔125、 225第二导电孔400、 500、 600内藏电感元件420、 520渐进式线长导电线圈Ac线圈缠绕的面积30传统的内藏螺线圈电感元件40导电线圈33第一导线节段35第二导线节段37输出端200渐进式线宽绕线方式的螺线管110、 210第一导线节段120、 220第二导线节段150、 250输出端410、 510、 610基板620渐进式线宽导电线圏421、 521、 621输本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电感元件，包括：　　　　基板；以及　　　　具有多匝线圈的渐进式导电线圈，环绕且设置于该基板上；　　　　其中任一匝线圈包括第一导线节段设置于基板的第一面上，第二导线节段设置于基板的第二面上，第一导电孔连接该第一导线节段与该第二导线节段及第二导电孔连接该第二导线节段与次一匝线圈的第一导线节段；以及　　　　其中任一匝线圈的第一导线节段的长度小于次一匝线圈的第一导线节段的长度。

【技术特征摘要】
1.一种电感元件，包括基板；以及具有多匝线圈的渐进式导电线圈，环绕且设置于该基板上；其中任一匝线圈包括第一导线节段设置于基板的第一面上，第二导线节段设置于基板的第二面上，第一导电孔连接该第一导线节段与该第二导线节段及第二导电孔连接该第二导线节段与次一匝线圈的第一导线节段；以及其中任一匝线圈的第一导线节段的长度小于次一匝线圈的第一导线节段的长度。2. 如权利要求1所述的电感元件，其中该基板包括高导磁率材料，其 相对导磁系数实质上大于1。3. 如权利要求1所述的电感元件，还包括输入端连接具最小长度的第 一导线节段，以及输出端连接具最大长度的第二导线节段。4. 如权利要求1所述的电感元件，还包括输入端连接具最大长度的第 一导线节段，以及输出端连接具最小长度的第二导线节段。5. 如权利要求1所述的电感元件，其中任一匝线圈的第一导线节段的 线宽小于次一匝线圈的第一导线节段的线宽。6. 如权利要求1所述的电感元件，其中任一匝线圈的第一导线节段的 线宽小于其第二导线节段的线宽。7. 如权利要求1所述的电感元件，其中任一匝线圈的第一导线节段与 前一匝线圈的第一导线节段的距离小于其与后一匝线圈的第一导线节段的 距离。8. 如权利要求1所述的电感元件，其中任一匝线圈的第一导线节段与 前一匝线圈的第一导线节段的距离为其与后一匝线圈的第一导线节段的距 离的1-2倍。9. 如权利要求1所述的电感元件，其中任一匝线圈的第一导电孔的孔 径宽度小于其第二导电孔的孔径宽度。10. 如权利要求1所述的电感元件，其中任一匝线圈的第一导电孔的孔 径宽度小于次一匝线圈的第一导电孔的孔径宽度。11. 如权利要求1所述的电感元件，其中任一匝线圈的第一导电孔的孔径宽度为次一匝线圈的第一导电孔的孔径宽度的1-2倍。12. 如权利要求1所述的电感元件，其中任一匝线圏的第一导电孔的形 状为直筒状、梯形筒状或上述形状的组合。13. 如、权利要求1所述的电感元件，其中该第一导线节段及该第二导线节段皆为直线。14. 如权利要求1所述的电感元件，其中该第一导线节段及该第二导线 节段皆为梯形线段。15. 如权利要求1所述的电感元件，其中该第一导线节段及该第二导线 节段皆为半圆弧线。16. 如权利要求1所述的电感元件，其中任一匝线圈的第一导线节段的 长度为次一匝线圈的第一导线节段的长度的1-3.5倍。17. 如权利要求1所述的电感元件，其中任一匝线圈的第一导线节段的 线宽为次一 匝线圏的第 一导线节段的线宽的1 -2.5倍。18. 如权利要求1所述的电感元件，其中该基板为层叠基板结构。19. 如权利要求1所述的电感元件，其中该电感元件的线长及线距为递 增，线宽亦为递增，以及其中各节段的导电孔直径为固定，且其数目大于l。2...

【专利技术属性】
技术研发人员：卓威明，陈昌升，
申请(专利权)人：财团法人工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]