叠层电感现状及其专利申请分析

国家知识产权局专利局专利审查协作天津中心 吴肖志

0 引言

作为市场中无线通讯、消费类电子产品等所需的基础元器件之一，以及传统的电子线路中三大基础电子元件之一，电感在电子电器类产品中具有非常广泛的应用。随着现有技术的发展，人们对产品尺寸小型化且具有高性能的要求越来与高，使得电子器件中，对基本元器件的尺寸和性能有了较高的需求，尤其是以高性能手机等电子产品的发展和带动，叠层电感器的朝着小型化、低功耗方向发展，近几年国内对叠层电感器的年需求量逐年递增，年增长幅度超过了30%，基于叠层电感器的自身结构优势，现有一些传统绕线式电感器正在被被叠层电感器逐步的所取代，因此，对叠层电感研究在电子器件领域占有举足轻重的作用[1]。

1 叠层电感的基本结构特点

电感是闭合回路的一种属性，具有通直流阻交流的特性，频率越高，线圈的阻抗越大。与传统的绕线式电感器不同的是，叠层电感器是从插件电感器以及片式绕线电感器的基础上，为了进一步减小电感器的体积而发展起来的一种新型电感器。目前叠层电感器主要有以下两种方式进行制备：（1）将铁氧体制作成浆料，同时采用能够导电的浆料，进行多层交替印刷，接着采用低温共烧技术制备而成；（2）以铁氧体为原料，将其制备成微米级铁氧体薄磁性片，然后将上述铁氧体磁性薄磁性片进行叠层，在每上述铁氧体薄磁性层上，采用相应工艺进行印刷，制备相应的导体图案，同时再改铁氧体薄磁性层中设置导电通孔，通过导电通孔将相邻的上下铁氧体磁性片层图案导电连接，最后经过均匀压制和烧结制备而成。

与传统的绕线式电感器相比较，采用上述方法制备的叠层电感器具有明显的的优点：（1）叠层电感器的尺寸相对较小，有利于电子器件的小型化；（2）此路在磁性中闭合、磁屏蔽效果更好、对电子设备中周围电子元器件的影响相对较小，有利于电子元器件的集成化安装；（3）采用了低温共烧结技术，其烧结密度相对较高、具有更好的机械强度和可靠性；（4）磁芯材料以及导电图案材料具有较好的耐热性，同时电感器也具有更好的可焊性，有利于电感器的大规模、自动化、标准化生产[2]。

2 叠层电感技术发展现状

20世纪70年代末至80年代初，国外一些公司开始研制叠层电感器，并逐步实现商品化，这一时段叠层电感器的生产主要集中在日本和美国。80年代后期，亚州、欧洲一些国家和地区开始进入这一领域，而我国在80年代才开始相关的研究工作，90年代中期通过引进国外相关技术，并通过自身研发逐步发展了起来[3]。

2001年，Masahiro Yamaguch等人，以Co85Nb12Zr3材料为原料，制作薄膜电感器的磁芯层，并选用金属铜作为螺旋线圈的材料，制作了具有三明治结构的电感器，采用上述材料制备的电感器，有效减少了漏磁，且其涡流损耗较小[4]。

2002年，Ankur M.Cawford等人，同样采用CoTaZr为原料，但是优化了上述原料的元素配比，选择Co91.5Ta4.5Zr4作为叠层电感器的磁芯材料，并在一定的温度下，进行了相应的退火，同时以硅基片为基板，成功设计除了具有八边形结构额叠层电感，其中该电感器磁性层厚度仅有400纳米，电感量达到6.3nH，截止频率为3.3GHz[5]。

2004年，Tang Xiao-Li等人，制备了一种新型叠层电感器，该电感器具有多层结构。与传统单层结构的叠层电感器相比而言，采用该文章的技术制备的多层电感器，其电阻率以及软磁性能均有了很大程度的提高[6]。

2007年，Donald S.Gardner（Inter实验室）等人，使用工艺为130纳米的感光元件工艺制作出了，具有双钴钽锆磁性层结构的叠层电感器，该电感器的电量比传统空心电感器电感量增加了9倍，同时，该叠层电感器的截止频率高达3GHz[7]。

2008年，Pedram Khalili Amiri等人，选用铁磁性的钴钽锆材料作为磁芯材料，成功制备除了一种叠层电感器，该叠层电感器有磁性层的电感器电感量以及品质因数分别为无磁性层的电感器的11倍和6倍[8]。

2009年，同样是Donald S.Gardner等人，选用具有非晶态结构的钴钽锆磁性材料做为叠层电感器的磁芯材料，并在工艺为90nm的CMOS工艺制作叠层电感器，该叠层电感器的电感量与2007年制备的叠层电感器相比有了很大程度的提高，为原来的31倍，且密度高达1700Nh/mm2[9]。

2012年，Yu-Che Huang等人采用了螺旋形线圈制备薄膜电感，而这种薄膜电感与空芯的薄膜电感、平面磁膜电感螺旋、磁膜与螺旋线圈对齐的电感相比，电感值最大[10]。

2014年，樊应县等人采用电子扫描电镜和能谱分析研究了叠层片式电感器端电极的三层结构对焊接性的影响。试验结果证明前处理酸洗工艺能够有效改善产品镀层的可焊接性。制备叠层电感的过程中，选用质量分数为2%的氢氟酸进行酸洗，能够非常好的去除端电极银镀层上的玻璃相成分，从而使电感器镀层表面上锡覆盖率大于90%[11]。

2017年，尚小东等人针对叠层片式电感器用银端电极浆料领域，通过对主要原材料金属粉、无机粘结剂、有机体系的研究，并结合采用封端烧结制样后电镜分析的表征方法，成功研发一种低银含量低温烧结银端电极浆料，用于匹配叠层片式电感器产品的生产[12]。

3 叠层电感技术专利申请情况

本文采用准确的关键词、分类号，在中国专利文摘数据库（CNABS）和德温特世界专利索引数据库（DWPI）进行检索，并将检索结果作为专利分析的样本数据，在S系统中进行了统计分析。本次专利分析的检索数据包括截止到2018年3月底公开的专利申请。

图1 全球专利申请地域分布

经统计分析，叠层电感的全球专利申请中，申请最早、申请量最多的是日本，其叠层电感的专利申请领占据了该领域全球申请量的56.5%，占有绝对有的优势，日本叠层发展较早，掌握了较多叠层电感领域的核心技术，并拥有相当数量的核心专利，具有很强的竞争力。目前，美国、韩国、分别位居第二、三位，但是两国的申请量较小，美国和韩国的申请量基本上为日本的1/4。中国的专利申请排名位居全球4，占据了全球的10.4%，为日本的1/5，相对于美国、韩国，中国起步较晚，但是总申请量相差不大，说明中国叠层电感的发展具有广阔的发展前景。

图2 全球申请量前十位申请人

如图2所示，给出了全球十大申请人排名，在全球专利申请量前十位的申请人中，除了美国IBM、中国顺络电子、韩国三星电机三家公司外，其余的七家公司均是日本企业。可见，日本是叠层电感领域的领头羊，在全球占有举足轻重的作用。同时，中国的顺络电子股份有限公司在全球十大申请人中位列第十位，但是申请量相对排名第一的村田制作所差距较大，表明，目前中国在该领域的实力不足，但是潜力巨大。

4 结语

叠层电感器产业属于朝阳产业，随着低温共烧结技术的不断发展，全球叠层电感器行业保持了快速的增长态势。从申请人来看，叠层电器的主要生产企业分布在日、美、韩国等国家的企业。其中日本TDK、村田、太阳诱电等公司居于世界领先水平。叠层电感器在中国的起步较晚，但是最近些年有了快速的发展，尤其是中国的深圳顺络电子有限公司，在全球排名中国位居第十，为中国唯一一位全球申请人排名前十的公司，可见，中国叠层电感无论从产品定位还是企业竞争力都取得了长足的进步，但是，产业链分布以及产品的结构上来看，中国叠层电感技术发展仍处于初级阶段，核心专利发明的申请量较少，建议应加强专利布局、提高对叠层电感的研发投入，提高专利申请的质量，增强自身的核心竞争力。

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[11]樊应县.酸洗前处理对叠层片式电感器焊接性的影响[J].电子元件与材料,2013,32(2)：51-53.

[12]尚小东.叠层片式电感器用低烧低银浆料的研究[J].广东化工,2017,44(14)：90-92.