线圈电子组件的制作方法

线圈电子组件
1.本技术要求于2020年12月11日在韩国知识产权局提交的第10-2020-0173525号韩国专利申请的优先权的权益，该韩国专利申请的公开内容通过引用被全部包含于此。
技术领域
2.本公开涉及一种线圈电子组件。


背景技术：

3.随着诸如数字tv、移动电话、笔记本等的电子装置的小型化和薄型化，也需要将应用于这些电子装置的线圈电子组件小型化和薄型化，并且正在积极地进行各种类型线圈电子组件(诸如缠绕型线圈电子组件或薄膜型线圈电子组件)的研究和开发。
4.线圈电子组件的小型化和薄型化的主要问题是，尽管小型化和薄型化，也能实现与现有线圈电子组件的特性相同的特性。为了满足该要求，必须增加利用磁性材料形成的芯中的磁性材料的比例，但是由于主体的强度、频率特性的变化以及绝缘性而在增加该比例方面存在限制。
5.作为制造线圈电子组件的示例，可使用通过将其中混合有磁性颗粒和树脂等的片层叠在线圈上然后对其进行压制来形成主体的方法，并且可使用铁氧体或金属作为这种磁性颗粒。当使用磁性金属颗粒时，就线圈电子组件的磁导率特性而言，增加颗粒的含量是有利的，但是在这种情况下，主体的绝缘性会劣化，导致发生涡流损耗。当绝缘层涂覆在磁性金属颗粒的表面上时，磁性金属颗粒在主体内占据的比例会降低，这会不利于确保磁特性。


技术实现要素：

6.本公开的一方面在于提供一种线圈电子组件，该线圈电子组件能够通过在磁性金属颗粒上实现薄的表面绝缘层来改善诸如磁导率和饱和磁通量值的磁特性。
7.根据本公开的一方面，一种线圈电子组件包括：主体，在所述主体中包括线圈部，所述主体包括多个磁性颗粒，并且所述多个磁性颗粒包括fe基合金成分；以及外电极，连接到所述线圈部，其中，所述多个磁性颗粒中的至少一部分磁性颗粒上设置有第一层和第二层，所述第一层设置在所述磁性颗粒的表面上，并且所述第二层设置在所述第一层的表面上，其中，所述第一层包括fe的氧化物成分并且具有10nm或更小的厚度。
8.在一些实施例中，所述第二层的厚度可以是所述第一层的厚度的5倍至10倍。
9.在一些实施例中，所述第一层的厚度和所述第二层的厚度之和可以是50nm至100nm。
10.在一些实施例中，所述第一层的厚度可以是5nm至10nm。
11.在一些实施例中，所述第一层可直接设置在所述磁性颗粒的表面上。
12.在一些实施例中，所述fe的氧化物可包括fe-o基材料和fe-si-o基材料中的至少一种材料。
13.在一些实施例中，所述fe基合金可包括fe-si-b-c基材料。
14.在一些实施例中，所述fe基合金可不包括cr、mo、nb和p成分。
15.在一些实施例中，相对于所述fe基合金的总含量，所述fe基合金中的fe含量可超过90wt％。
16.在一些实施例中，相对于所述fe基合金的总含量，所述fe基合金中的si含量可以是0.1wt％至5wt％。
17.在一些实施例中，相对于所述fe基合金的总含量，所述fe基合金中的b含量可以是0.1wt％至5wt％。
18.在一些实施例中，相对于所述fe基合金的总含量，所述fe基合金中的c含量可以是0.1wt％至2wt％。
19.在一些实施例中，所述第二层可以是包括磷成分的氧化物层。
20.在一些实施例中，所述第二层可包括fe-p-o基材料。
21.在一些实施例中，存在于所述第一层中的fe成分的含量可高于存在于所述第二层中的fe成分的含量。
22.在一些实施例中，所述多个磁性颗粒可具有10μm至25μm的直径。
23.在一些实施例中，所述第二层可包括p的氧化物、fe的氧化物、zn的氧化物或si的氧化物。
附图说明
24.根据以下结合附图的具体实施方式，将更清楚地理解本公开的上述和其他方面、特征和优点，在附图中：
25.图1是示出根据本公开的实施例的线圈电子组件的示意性透视图；
26.图2是线圈电子组件的沿图1的线i-i'截取的示意性截面图；
27.图3是图1的线圈电子组件中的主体的一个区域的放大图；
28.图4示出了减小磁性颗粒中的表面绝缘层的厚度的示意图；
29.图5示出了磁性颗粒和绝缘结构的透射电子显微镜-能量色散x射线光谱(tem-eds)分析的曲线图；
30.图6示出了在控制磁性颗粒表面上的第一层的厚度的同时测量磁特性(即，磁导率、ms(饱和磁化强度值))的结果；以及
31.图7是根据变型示例的线圈电子组件的主体的一个区域的放大图。
具体实施方式
32.在下文中，将参照附图如下描述本公开的实施例。然而，本公开可以以许多不同的形式例示，并且不应被解释为限于这里阐述的具体实施例。确切地说，提供这些实施例使得本公开将是彻底的和完整的，并且将向本领域技术人员充分传达本公开的范围。因此，为了描述的清楚性，附图中的元件的形状和尺寸可能被夸大，并且在附图中由相同的附图标记指示的元件是相同的元件。
33.图1是示出根据本公开的实施例的线圈电子组件的示意性透视图。图2是线圈电子组件的沿图1的线i-i'截取的示意性截面图。图3是图1的线圈电子组件中的主体的一个区域的放大图。图4示出了减小磁性颗粒中的表面绝缘层的厚度的示意图。
34.参照图1至图3，根据本公开的实施例的线圈电子组件100可包括主体101、支撑基板102、线圈部103以及外电极105和106，并且主体101可包括多个磁性颗粒111。这里，多个磁性颗粒111中的至少一部分颗粒上设置有第一层112和第二层113，并且第一层112包括fe的氧化物成分并且具有10nm或更小的厚度t1。作为示例，第一层112可直接设置在磁性颗粒111的表面上。
35.主体101可密封支撑基板102和线圈部103的至少一部分，以形成线圈电子组件100的外型。另外，主体101可形成为使得引出图案l的部分区域暴露到外部。如图3所示，主体101可包括多个磁性颗粒111，并且这些磁性颗粒111可分散在绝缘材料110内。绝缘材料110可包括聚合物成分(诸如环氧树脂和聚酰亚胺)。
36.主体101包括多个磁性颗粒111，磁性颗粒111在磁性颗粒的核部中包括fe基合金成分。当磁性颗粒111用fe基合金实现时，诸如饱和磁化强度值的磁特性可以是优异的，但是为了降低涡流损耗的目的，磁性颗粒111中的至少一部分磁性颗粒的表面上形成有第一层112和形成在第一层112的表面上的第二层113。多个磁性颗粒111可具有约10μm至约25μm的直径d1。作为示例，直径d1可以是磁性颗粒的最大直径或平均直径。在本实施例的情况下，多个磁性颗粒111可包括fe-si-b-c基材料。更具体地，fe基合金可不包括cr、mo、nb和p成分。这些元素是用于通过减慢磁性颗粒111的腐蚀过程来增强耐腐蚀性的成分。然而，当这些元素的含量增加时，fe的含量相对降低，使得磁性颗粒111的饱和磁化强度值会降低。在本实施例中，可通过使用包括相对大量的fe的fe基合金来充分确保饱和磁化强度特性。即使在这种情况下，通过将对应于表面氧化物层的第一层112形成为薄的，磁性颗粒111可在主体101中具有足够的体积分数。稍后将更详细地描述磁性颗粒111和绝缘结构(第一层和第二层)。
37.关于其制造方法的示例，主体101可通过层叠方法形成。具体地，在通过使用诸如镀覆等的方法在支撑基板102上形成线圈部103之后，可制备并层叠用于制造主体101的多个单元层叠体。这里，可通过将诸如金属等的磁性颗粒111与热固性树脂和诸如粘合剂、溶剂等的有机物质混合来制备浆料，并且可通过刮刀法将浆料涂覆到载体膜上至几十微米的厚度，然后干燥以制备片状的单元层叠体。因此，单元层叠体可以以磁性颗粒分散在热固性树脂(诸如环氧树脂或聚酰亚胺)中的形式制造。磁性颗粒111可具有上述形状，并且在其表面上形成第一层112和第二层113。主体101可通过形成上述多个单元层叠体以及在线圈部103的上部和下部上层叠并压制单元层叠体来实现。
38.支撑基板102可支撑线圈部103，并且可利用聚丙二醇(ppg)基板、铁氧体基板、金属软磁性基板等形成。如图中所示，通孔可形成在支撑基板102的中央部分中，且单元层叠体可填充在通孔中以形成磁芯部c。
39.线圈部13埋设在主体101中，并且用于通过从线圈电子组件100的线圈表现出的特性来在电子装置中执行各种功能。例如，线圈电子组件100可以是功率电感器，并且在这种情况下，线圈部103可用于通过以磁场的形式存储电力来维持输出电压从而稳定电力供应。在这种情况下，形成线圈部103的线圈图案(上线圈图案103a和下线圈图案103b)可层叠在支撑基板102的两个表面上，并且可通过穿透支撑基板102的导电过孔v电连接。线圈部103可形成为螺旋形状，并且可包括在螺旋形状的最外侧处暴露到主体101的外部的引出部l，引出部l用于与外电极105和106电连接。
40.线圈部103设置在支撑基板102的彼此相对的第一表面(参照图2的上表面)和第二表面(参照图2的下表面)中的至少一个表面上。如在本实施例中，线圈部103可设置在支撑基板102的第一表面和第二表面两者上，并且在这种情况下，线圈部103可包括垫区域p。然而，与此不同，线圈部103可仅设置在支撑基板102的一个表面上。此外，就形成线圈部103的线圈图案来说，可使用本领域中使用的镀覆工艺形成线圈图案，例如，使用诸如图案镀覆、各向异性镀覆、各向同性镀覆等的方法，并且线圈图案可使用这些工艺中的多种工艺形成为多层结构。
41.外电极105和106可形成在主体101的外部以连接到引出部l。外电极105和106可通过使用包含具有优异导电性的金属的膏来形成，并且例如所述膏可以是包含镍(ni)、铜(cu)、锡(sn)或银(ag)或者它们的合金的导电膏。此外，可在外电极105和106上进一步形成镀层(未示出)。在这种情况下，镀层可包括从由镍(ni)、铜(cu)和锡(sn)组成的组中选择的一种或更多种。例如，可在外电极105和106上顺序地形成作为镀层的镍(ni)层和锡(sn)层。
42.当更详细地描述包括在主体101中的多个磁性颗粒111时，相对于fe基合金的总含量，包括在磁性颗粒111中的fe基合金中的fe含量可以为相对大的量，例如，可超过90wt％。随着fe基合金中fe含量的增加，可不添加cr、mo、nb和p中的任意一种，并且可不添加这些成分中的全部。参照作为示例的更具体的成分条件，相对于fe基合金的总含量，fe基合金中si的含量可以是0.1wt％至5wt％。此外，相对于fe基合金的总含量，fe基合金中b的含量可以是0.1wt％至5wt％。此外，相对于fe基合金的总含量，fe基合金中c的含量可以是0.1wt％至2wt％。
43.如上所述，在磁性颗粒111具有增强的饱和磁化强度特性的情况下，其中包含的fe基合金可不包含耐腐蚀性增强元素，但是由于耐腐蚀性的降低，会在表面上形成厚的氧化物膜。氧化物膜可对应于其中磁性颗粒111的表面被氧化的表面氧化物膜或自然氧化物膜，并且由于其结构不致密，因此水分和氧气会继续渗透。当氧化物膜变厚时，主体101中的磁性颗粒111的体积分数降低，因此，主体101的磁特性(诸如磁导率特性)会降低。在本实施例中，通过将对应于表面氧化物层的第一层112的厚度t1减小到约10nm或更小的水平，可减小磁性颗粒111中的氧化物层所占据的比例，从而使磁性颗粒111的磁导率特性的劣化最小化。第一层112可通过使磁性颗粒111的表面氧化来形成，因此，可直接形成在磁性颗粒111的表面上。在这种情况下，第一层112的厚度t1可被定义为从磁性颗粒111的表面到第一层112的表面(例如，第一层112的不与磁性颗粒111接触的表面)的距离，其中，厚度t1可对应于平均厚度。测量第一层112的厚度t1的方法包括但不限于如本文所述的tem-eds分析方法。第一层112可包括fe-o基材料和fe-si-o基材料中的至少一种材料。例如，第一层112可包括fe2o3。此外，第一层112可以以非晶结构形成，因此，当分析存在或不存在第一层112时，可通过成分来对第一层112进行化学分析(而不是结构分析)。
44.如图4所示，第一层112可首先在磁性颗粒111的表面上形成为厚膜层112'，然后可通过单独的蚀刻工艺减小其厚度。如上所述，当不向fe基合金添加耐腐蚀元素时，表面氧化物膜可形成为更厚(例如，约20nm或更厚)，这对线圈电子组件100的磁特性产生不利影响。在本实施例中，通过蚀刻厚膜层112'来减小厚度，可使第一层112的厚度t1平均为10nm或更小。在这种情况下，第一层112的厚度t1可以是约5nm至约10nm，并且如果厚度减小到小于5nm，则会存在第一层112的绝缘特性降低并且会对磁性颗粒111进行蚀刻的风险。
45.可设置本实施例的多层绝缘结构的第二层113以确保更稳定的绝缘特性，并且第二层113可形成为比第一层112更厚。例如，第二层113的厚度t2可以是第一层112的厚度t1的5倍至10倍。此外，第一层112的厚度和第二层113的厚度之和(t1 t2)可以是约50nm至约100nm。测量第二层113的厚度t2的方法包括但不限于如本文所述的tem-eds分析方法。第二层113可以是包括磷(p)成分的氧化物层，例如，可以是p基玻璃。包括在第二层113中的p基氧化物层可包括诸如p、fe、zn和si的成分，并且可包括这些成分的氧化物。例如，第二层113可包括p的氧化物、fe的氧化物、zn的氧化物或si的氧化物。例如，第二层113可包括fe-p-o基材料。在这种情况下，存在于第一层112中的fe成分的含量可大于存在于第二层113中的fe成分的含量。与第一层112类似，第二层113可具有非晶结构。
46.图5示出了磁性颗粒和绝缘结构(第一层和第二层)的tem-eds分析曲线图。对于tem-eds分析，对待测量的线圈电子组件的样品进行抛光，然后用sem观察主体的截面。由此，确认具有一定水平的尺寸(例如，5μm或更大的直径)的颗粒的位置。为了观察颗粒的截面，用聚焦离子束(fib)在颗粒的表面附近取样，并且在stem放大倍数x110k或更高和加速电压200kv的条件下观察磁性颗粒和其表面上的绝缘结构。由此，从磁性颗粒的表面附近到绝缘结构(第一层和第二层)进行eds线轮廓扫描，并且图5示出了其结果。从图5所示的曲线图中可看出，在磁性颗粒111的表面上形成厚度为约5nm的第一层112，其可被定义为从fe成分迅速减少的部分到p成分迅速增加的部分的区域。第二层113可被定义为从p成分迅速增加的部分到c成分的缓慢增加的部分的区域。
47.图6示出了在控制磁性颗粒的表面上的第一层的厚度的同时测量磁特性(即，磁导率、ms(饱和磁化强度值))的结果。根据实验结果，如在本实施例中，当将第一层的厚度调整为10nm或更小时，与第一层的厚度为10nm至20nm的情况相比，磁导率提高了约10％，饱和磁化强度值(ms)提高了约3％。特别地，证实了磁导率提高到与添加cr(具有相似粒度分布并且是耐蚀性增强元素)的水平相似的水平。
48.此外，图7示出了变型的实施例。在图7的实施例的情况下，具有不同粒度分布的颗粒设置在主体101中。具体地，多个磁性颗粒包括多个第一磁性颗粒111和尺寸小于第一磁性颗粒111的多个第二磁性颗粒121。在这种情况下，第一磁性颗粒111的描述与图3的实施例中所述的磁性颗粒111的描述相同，并且可包括fe基合金。另外，可使用具有各种粒度分布的第一磁性颗粒111，而不是具有一种类型的粒度分布的第一磁性颗粒111。尺寸小于第一磁性颗粒111的第二磁性颗粒121可填充第一磁性颗粒111之间的空间，以使存在于主体101中的磁性颗粒111和121的总量增加。第二磁性颗粒121可利用纯铁制成，例如，可以是羰基铁粉(cip)的形式。另外，第二磁性颗粒121的直径d2可以是5μm或更小。
49.如上所述，在根据本公开的示例的线圈电子组件的情况下，其可具有优异的磁特性(诸如高水平的磁导率和饱和磁通量特性)。
50.虽然上面已经示出和描述了示例性实施例，但是对于本领域技术人员将易于理解的是，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下，可进行修改和改变。