[發明專利]高頻功率電感器材料

在審

• 申請號: 201880068508.1
• 申請日: 2018-10-11
• 公開（公告）號: CN111247608A
• 公開（公告）日: 2020-06-05
• 發明（設計）人: 寇曉明;史蒂文·D·泰斯;查爾斯·L·布魯澤;麥克爾·S·格拉夫;本杰明·P·邁茲
• 申請（專利權）人: 3M創新有限公司
• 主分類號: H01F1/26
• 分類號: H01F1/26
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 郭國清;宮方斌

本發明提供了具有第一相對主表面和第二相對主表面的高頻功率電感器材料，包含熱固性粘結劑和分散在高溫粘結劑中的多個多層薄片，該多層薄片包含至少兩個層對，其中每個層對包含鐵磁性層和電介質電隔離層，使得鐵磁性層通過電介質層彼此電隔離，并且其中多層薄片基本上平行于第一主表面和第二主表面排列，使得它們在大于0.5毫米的范圍內不提供電連續路徑。本文所述的示例性高頻功率電感器材料可用作例如負載點轉換器中的功率電感器、電感?電容式(LC)濾波器的低剖面電感器(例如，用于蜂窩電話揚聲器中的全球移動通信系統(GSM)脈沖噪聲抑制)、或者其中電路板上需要緊湊的電感元件的其它應用。

相關申請的交叉引用

本申請要求于2017年10月27日提交的美國臨時專利申請62/577871的權益，該專利申請的公開內容以引用方式全文并入本文。

背景技術

在電子產品中，負載點(POL)轉換器已廣泛用于為集成電路(IC)供電。POL與IC的緊密接近對于性能和效率非常重要。例如，智能電話中的電池提供約4伏(V)的直流(DC)電壓，而智能電話中央處理單元(CPU)要求約1伏的直流。因此，POL轉換器對于降低電壓是有必要的，并且它位于CPU附近，以消除長接線。長接線是不可取的，因為其趨于增加電磁干擾問題，造成不可取的雜散電感和電容，并且使電路板的布局復雜化。POL轉換器的用途包括在向處理器提供功率時的電壓調節(VR)。

小型化是電子器件中的持續需求，特別是在計算設備(諸如膝上型計算機、智能電話和平板電腦)中。它致使較輕和較小的產品具有更大的功能性和更大的電池，因此高度期望具有高能量密度的緊湊的POL。POL轉換器中的組件包括功率管理IC芯片、功率電感器和電容器。其中，電感器通常體積最大，并且成為小型化的瓶頸。一般來講，有兩種策略可用于減少電感器占有面積。一種是增加電感器工作頻率(即，功率管理IC芯片中半導體器件的開關頻率)。電感器在電路中的性能取決于其阻抗，阻抗與工作頻率和電感的乘積成正比。對于特定的所需阻抗，頻率越高，所需電感就越低，因此可使用較小的電感器。降低電感器占有面積的第二種方法是將電感器嵌入到印刷電路板(PCB)中，從而減小電路板表面上的占有面積。

最小化電感器占有面積通常不是嵌入電感器和增加開關頻率的唯一有益效果。這還可通過減少對去耦電容的需要而致使電容器占有面積減小。此外，當使用例如GaN或SiC晶體管時，較高的開關頻率趨于降低能量消耗。通過更好的動態電壓和頻率縮放實現節能，這意指電源電壓將根據處理器工作負載而更動態地變化。

增加電感器的工作頻率有兩個要求。首先是高頻半導體開關器件在所需功率水平下的可用性。第二，適合用作高頻電感器的磁性材料。近年來，高速和高功率SiC和GaN半導體器件的出現滿足了增加工作頻率的條件。然而，高頻磁性材料的第二個條件尚未得到滿足。

功率鐵氧體是一類重要的軟磁性材料(例如鎳鋅鐵氧體)，并且在MHz頻率范圍內被廣泛采用。然而，在與電子器件的集成中，它們的使用存在一些問題，諸如對應力的敏感性、相對低的飽和磁感應強度、易碎性以及相對高的偏置場或相對高的感應擺動下的特性劣化。