一种集成电路电感元器件及其制备方法和电子器件与流程

本发明属于电子设备，具体涉及一种集成电路电感元器件及其制备方法和电子器件。

背景技术：

1、电感元器件指的是能够把电能转化为磁能而存储起来的元件，电感元器件具有一定的电感，它只阻碍电流的变化，如果电感元器件在没有电流通过的情况下，电路接通时会试图阻碍电流通过；如果电感元器件在有电流通过的情况下，电路断开时会试图维持电流不变。

2、随着电子设备功率不断地增大、体积不断地减小，电子设备中各个器件的应用空间变的越来越紧凑，而如何减少电感元器件的贴装占板面积是业界一直在研究的问题，现有技术中是将电感上下贴装印刷电路板，然后将芯片和其他元器件贴装在印刷电路板的一面，然而该现有技术结构复杂，工序繁琐，且电感散热差。

3、因此，如何简化工序和器件结构，改善电感散热效果，是亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种集成电路电感元器件及其制备方法和电子器件。本发明在电感的外表面上形成陶瓷膜片，有利于简化器件结构，也省去了贴装步骤，简化了制造工序，而且便于形成电连接层，使得其与裸芯片(功率器件)可以实现良好的电连接，同时还改善了电感散热效果，使得该集成电路电感元器件具有很强的实用价值。

2、为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供一种集成电路电感元器件，所述集成电路电感元器件包括电感，所述电感的外表面上形成有陶瓷膜片。

4、所述电感包括磁体和嵌入所述磁体内部的导线绕组。

5、在现有技术中，采用电感贴装印刷电路板的方式，然后将芯片和其他元器件贴装在印刷电路板的一面，该方案具有以下缺点：1)双面贴装，对电感各电极共面度要求较高；2)印刷电路板一般为高分子材料，热导率较差，影响电感散热；3)电源引脚和/或信号引脚需要单独贴装在电感上面，工序复杂，且贴装良率低。此外，贴装方式导致集成电感元器件体积较大，且贴装时电感与贴装的其它电器件存在间隔，导致贴装占板面积大。

6、为此，本发明在电感的外表面上形成陶瓷膜片，不仅有利于减少集成电感元器件的体积，减少占板面积，简化器件结构，也省去了贴装步骤，简化了制造工序，而且便于形成电连接层，使得其与其它电器件，例如裸芯片(功率器件)可以实现良好的电连接，同时还改善了电感元器件及功率器件的散热效果，使得该集成电感元器件具有很强的实用价值。

7、优选地，所述磁体的磁粉颗粒间形成有绝缘材料。示例性的，例如可以是二氧化硅或氧化铝等。

8、本发明中，引入绝缘材料的目的是减少涡流损耗，提高磁性能，且起到粘结和固定磁粉颗粒的作用，延长使用寿命。

9、优选地，所述陶瓷膜片以烧结的形式形成在所述电感的外表面；所述绝缘材料的熔点大于等于所述陶瓷膜片的形成温度。

10、本发明实施例中，以烧结的方式在电感的外表面形成陶瓷膜片，可以使得陶瓷膜片与电感直接连接，能减少陶瓷膜片与电感之间的连接热阻，增加电感元器件和与陶瓷膜片连接的功率器件的散热性；并且陶瓷膜片与电感的连接面上两者能相互嵌合，也即在连接面上，陶瓷膜片能部分填充电感上磁粉与磁粉之间的间隙，形成波浪形从而能增加陶瓷膜片与电感的连接强度，提高结构的稳定性和可靠性。

11、优选地，所述陶瓷膜片包括层叠设置的面层陶瓷膜片、中层陶瓷膜片和底层陶瓷膜片，所述中层陶瓷膜片内设置有所述电感；所述面层陶瓷膜片、中层陶瓷膜片和底层陶瓷膜片的两端分别开设有通孔，用于设置电源和/或信号引脚；所述底层陶瓷膜片上开设有金属化通孔，所述电感的导线绕组引出端通过所述金属化通孔与外部电极连接。

12、本发明利用多个层次的陶瓷膜片将电感埋入陶瓷膜片内部，同时利用陶瓷膜片上开设的通孔去设置电源和/或信号引脚，不仅有利于减少集成电感元器件的体积，从而减小占板面积，并且还简化了器件结构，也省去了贴装步骤，简化了制造工序，而且改善了电感散热效果；另外，还可以使得裸芯片可以直接集成到电感的导电绕组上，减短裸芯片与电感之间的电连接，减少电阻，使得该集成电路电感元器件具有很强的实用价值。本发明中，利用陶瓷膜片上开设的通孔去设置电源和/或信号引脚，有利于减少电感元器件的体积，提高实用价值。

13、优选地，所述面层陶瓷膜片、中层陶瓷膜片和底层陶瓷膜片均为ltcc瓷片。

14、需要说明的是，ltcc指的是低温共烧陶瓷，英文全称为low temperature co-fired ceramic。

15、优选地，所述面层陶瓷膜片和底层陶瓷膜片的层数各自独立地为至少1层，例如可以是2层、3层、4层或6层等，优选为至少2层。

16、优选地，所述中层陶瓷膜片的层数为至少5层，例如可以是5层、6层、7层或8层等。

17、优选地，所述中层陶瓷膜片的层高与所述电感的高度相同。

18、本发明中，适宜的电感的高度使得电感能够完全埋入集成电路电感元器件的内部，有利于减少电磁干扰，增强电感性能，同时有助于增强机械稳定性，节省空间，使集成电路在有限的面积上能够集成更多的元件，提高集成度，满足现代电子产品对小型化、多功能化的要求。

19、优选地，所述电源和/或信号引脚的材料为金属材料。示例性的，例如可以是银、铜或金等。

20、优选地，所述面层陶瓷膜片、中层陶瓷膜片和底层陶瓷膜片的任一端通孔的个数为至少2个，例如可以是2个、3个、4个、5个或6个等。

21、优选地，所述金属化通孔中填充有导电材料。示例性的，例如可以是银、铜或金等。

22、优选地，嵌入所述磁体内部的导线绕组为u型结构或z型结构。

23、优选地，所述磁体的材料包括fe-si、fe-si-al、fe-si-cr或fe-ni中的任意一种或至少两种的组合。

24、优选地，所述磁体包括非晶软磁合金和/或纳米晶软磁合金。

25、优选地，所述导线绕组为金属导线。

26、优选地，所述金属导线的材质包括铜和/或铝。

27、第二方面，本发明提供一种如第一方面所述的集成电路电感元器件的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

28、制备电感。

29、在所述电感的外表面设置陶瓷膜原片，然后进行烧结，得到所述集成电路电感元器件。

30、优选地，所述制备方法包括以下步骤：

31、(1)制备电感，所述电感包括磁体和嵌入所述磁体内部的导线绕组。

32、(2)制备面层陶瓷膜原片、中层陶瓷膜原片和底层陶瓷膜原片，并按照设计结构进行堆叠，且堆叠中层陶瓷膜原片的过程中加入电感，使得电感埋入陶瓷膜原片中，形成堆叠体。

33、(3)对所述堆叠体进行压合、烧结和后处理，得到所述集成电路电感元器件。

34、本发明提供的制备方法工艺简单，且成本较低，具有极高的实用价值。

35、优选地，所述电感的制备方法包括共烧法，具体步骤包括：

36、(a)将金属软磁粉体和钝化剂混合，得到磁体前料。

37、(b)将所述磁体前料置于设置有导线绕组的模具中，使得所述磁体前料覆盖所述导线绕组。

38、(c)依次进行压实成型和共烧处理，得到所述电感。

39、本发明中，共烧法制备的电感自身是绝缘的，无需额外的绝缘层。

40、优选地，步骤(a)所述钝化剂包括草酸、硝酸或三氟乙酰基丙酮酸铝中的任意一种或至少两种的组合。

41、本发明中，钝化剂添加的作用是提高金属软磁粉体的绝缘性能，减少粉末与粉末之间的涡流损耗。

42、优选地，所述金属软磁粉体和钝化剂的质量比为100:(0.05-1)，例如可以是100:0.05、100:0.1、100:0.3、100:0.5、100:0.7、100:0.9或100:1等。

43、本发明中，如果钝化剂用量过少，则可能无法充分钝化粉体表面；如果用量过多，则可能会在后续烧结过程中产生不良影响，如形成过多的非磁性相，降低磁导率。

44、优选地，步骤(a)混合的过程中还加入包覆剂，所述包覆剂包括氟硅树脂或三氟化钛。

45、本发明中，添加包覆剂的作用是进一步提高的金属软磁粉体的绝缘性和分散性，使得电感与外部环境及其他元件之间实现绝缘。

46、优选地，所述包覆剂的加入量占所述金属软磁粉体质量的比例为0.5-10％，例如可以是0.5％、1％、3％、5％、7％、9％或10％等。

47、优选地，步骤(c)所述共烧处理的温度为600-850℃，例如可以是600℃、650℃、700℃、750℃、800℃或850℃等，时间为0.5-2h，例如可以是0.5h、1h、1.5h或2h等。

48、优选地，所述陶瓷膜原片具有电极图案。

49、优选地，所述陶瓷膜原片的制备方法包括：

50、对陶瓷生片进行开孔、印刷和填浆，得到所述陶瓷膜原片。

51、优选地，所述压合的压力为250-350mpa，例如可以是250mpa、300mpa或350mpa。

52、优选地，所述烧结的温度为690-730℃，例如可以是690℃、700℃、710℃、720℃或730℃等，时间为0.5-1.5h，例如可以是0.5h、1h或1.5h等。

53、优选地，所述面层陶瓷膜原片、中层陶瓷膜原片和底层陶瓷膜原片均具有电极图案。

54、优选地，所述制备方法包括以下步骤：

55、(1)制备电感，具体步骤包括：

56、(a)将金属软磁粉体和钝化剂混合，得到磁体前料；其中，钝化剂包括草酸、硝酸或三氟乙酰基丙酮酸铝中的任意一种或至少两种的组合。

57、(b)将所述磁体前料置于设置有导线绕组的模具中，使得所述磁体前料覆盖所述导线绕组。

58、(c)依次进行压实成型和共烧处理，得到所述电感；其中，共烧处理的温度为600-850℃，时间为0.5-2h。

59、(2)使用陶瓷生片进行开孔、印刷和填浆，分别得到面层陶瓷膜原片、中层陶瓷膜原片和底层陶瓷膜原片。

60、将所述面层陶瓷膜原片、中层陶瓷膜原片、底层陶瓷膜原片与所述电感按照设计结构进行堆叠，且堆叠中层陶瓷膜原片的过程中加入电感，使得电感埋入中层陶瓷膜原片内，形成堆叠体；其中，所述面层陶瓷膜原片、中层陶瓷膜原片和底层陶瓷膜原片的两端分别开设有通孔，用于设置所述电源和信号引脚，所述底层陶瓷膜原片上开设有金属化通孔，所述电感的导线绕组引出端通过所述金属化通孔与外部电极连接。

61、(3)在250-350mpa的条件下，对所述堆叠体进行压合，然后在690-730℃下进行0.5-1.5h的烧结，结束后进行切割、研磨和封装，得到所述集成电路电感元器件。

62、第三方面，本发明提供一种电子器件，所述电子器件包括如第一方面所述的集成电路电感元器件。

63、本发明所述的数值范围不仅包括上述列举的点值，还包括没有列举出的上述数值范围之间的任意的点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。

64、相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

65、(1)本发明在电感的外表面上形成陶瓷膜片，不仅有利于减少集成电感元器件的体积，减少占板面积，简化器件结构，还可以便于形成电连接层，使得其与其它电器件，例如功率器件可以实现良好的电连接，同时还改善了电感元器件及功率器件的散热效果

66、(2)本发明利用多个层次的陶瓷膜片将电感埋入陶瓷膜片内部，同时利用陶瓷膜片上开设的通孔作为电源和信号引脚，不仅有利于减少电感元器件的体积，使得裸芯片可以直接集成到电感的导电绕组上，减少了占板面积，而且该集成电路电感元器件具有很强的实用价值，且成本也较低。