CN114974781A - 一种高磁导率电感材料、电感磁体及一体成型电感 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种高磁导率电感材料、电感磁体及一体成型电感。本发明通过设置的金属屏蔽层能够有效的减少电磁干扰，避免了采用屏蔽罩来实现减少电磁干扰，从而实现小型化的同时能够具有极佳的抑制或减小EMI电磁干扰的性能。表面包覆绝缘层的磁性粉末能够有效提升制成电感磁体后的铁含量，从而增加磁体的电感性能；铁基纳米晶中用Al取代Si提高铁基纳米晶材料的饱和磁化强度(Ms)，铁基纳米晶材料制成电感磁体后便可以提升电感值，提升电感磁体的性能；从而可以补偿因金属屏蔽层占用一定的电感体积导致的电感量损失，在满足电感性能的前提下，实现电子产品的小型化和高频化的电磁干扰抑制。
Description
技术领域
本发明涉及电感技术领域，尤其涉及一种高磁导率电感材料、电感磁体及一体成型电感。
背景技术
作为电感磁体来说，需要有更好的磁导率。电感磁体中的磁粉中的铁含量的增加，能够有效的提升电感磁体磁导率，但不利于提升电感磁体的绝缘性；增加电感磁体中的磁粉中的硅的含量能提升绝缘性，但会降低电感磁体的磁导率，不利于电感磁体的性能。
电源管理技术的不断创新和发展，电源开关不断向高频化发展，电感作为电源的重要组成部分之一，随着开关高频化，如何抑制或减小EMI电磁干扰变得尤为重要。目前市面上现有功率感应器在磁体成未做屏蔽结构或小型产品通过金属壳的安装导致产品尺寸超过电路板的安装面积，会出现导致电路产生严重干扰或因尺寸偏大导致器件密集而产生积热问题。现有屏蔽罩类一体成型电感体积大，或无屏蔽效果的问题；急需一种电感，在满足电感的性能同时能够小型化，小型化的同时能够具有极佳的抑制或减小EMI电磁干扰的性能。
因此，现有技术存在缺陷，需要改进。
发明内容
本发明提供一种高磁导率电感材料、电感磁体及一体成型电感，以解决背景技术中所提到的问题。
本发明提供一种一体成型电感，包括：电感磁体，线圈，电极，金属屏蔽层，绝缘膜层；所述电感磁体封装所述线圈，所述电极设置在所述电感的下部，所述线圈的两端分别与一个电极连接，所述金属屏蔽层覆盖整个电感磁体的上表面以及至少三分之一的侧面，所述绝缘膜层覆盖整个金属屏蔽层。金属屏蔽层的材料优选铜及其合金、铁及其合金、铝及其合金，绝缘膜层的材料优选派瑞林N、派瑞林C、派瑞林HT中的至少一种。
进一步地，所述电感磁体，包括高磁导率电感材料、树脂，所述树脂的含量为1.5wt％～3.0wt％；所述高磁导率电感材料与树脂混合后造粒，然后通过400～600MPa压制形成坯体，胚体在150℃～200℃氮气下固化形成电感磁体。所述树脂为：环氧树脂、聚酯树脂、酚醛树脂中的至少一种。
进一步地，所述高磁导率电感材料，包括：表面包覆绝缘层的磁性粉末和/或铁基纳米晶；所述磁性粉末包括：铁基合金和/或羰基铁粉，所述铁基合金为FeSiCrAl合金，其中Si含量在3.5wt％以下，Cr含量在2.5wt％以上，Al含量在2.5wt％以下，FeSiCrAl合金粒度在1um-6um，铁基合金表面的绝缘层为厚度为15～100nm的氧化铬和/或氧化铝的氧化层；所述羰基铁粉粒度为4～10um，羰基铁粉表面的绝缘层为厚度为10～50nm的磷化层和/或硅烷层；所述铁基纳米晶为FeAlCrBPC，粒径为15-30um，其中Al含量在3wt％以下，Cr含量在3wt％以下，B含量在1wt％以上，P含量在1wt％以下，C含量在0.7wt％以下。
在铁基合金表面的氧化铬和/或氧化铝层致密且耐腐蚀能力要优于其他氧化物，且，而且由于铁基合金为FeSiCrAl合金，氧化铬和/或氧化铝层和铁基合金FeSiCrAl颗粒的结合性非常好，氧化铬和/或氧化铝层能够有效的保证表面包覆绝缘层的磁性粉末的绝缘性能，表面包覆绝缘层的磁性粉末制成的电感磁体的绝缘性能优异，因此可以充分提升铁基合金中铁的含量、并充分降低硅的含量，从而可以提升电感磁体磁导率、电感值。羰基铁粉表面与磷酸生成的磷化物较氧化铁更架致密且耐腐蚀性更优，确保表面包覆绝缘层的磁性粉末的绝缘性能，同时采用硅烷层填充磷化层的间隙进一步增加耐腐蚀性以及表面包覆绝缘层的磁性粉末的绝缘性能，且硅烷层具有较好的疏水性，进一步增加防锈性且增强与树脂的结合能力；由于羰基铁粉颗粒之间被磷化层和/或硅烷层绝缘，因此可以充分增加电感磁铁中羰基铁粉的含量而不会破坏电感磁铁的绝缘性，也即提升了电感磁体中的铁含量，有利于提升电感磁铁的磁导率、电感值。
通过在铁基纳米晶中用Al取代Si提高铁基纳米晶材料的饱和磁化强度(Ms)，铁基纳米晶材料制成电感磁体后便可以提升电感值，提升电感磁体的性能。铁基合金的表面有一层氧化铬和/或氧化铝的氧化层，有力的保证了铁基合金粉末制成的电感磁体的绝缘性能，因此从而可以大幅增加铁基合金中铁的含量、并充分降低硅的含量，从而可以提升电感磁体磁导率，充分满足电感的性能要求。同理，羰基铁粉的表面有一层磷化层和/或硅烷层，有力的保证了羰基铁粉制成的电感磁体的绝缘性能，因此从而可以大幅增加电感磁体中羰基铁粉的含量，从而可以提升电感磁体磁导率，充分满足电感的性能要求。
优选的，选用铁基合金、羰基铁粉、铁基纳米晶中的至少两种。至少两种的组合，通过级配进一步提升制成的电感磁体的Ms继而提升电感量，满足应用需求。
优选的，一种高磁导率电感材料，包括：铁基合金、羰基铁粉、铁基纳米晶三种的混合粉末，所述铁基合金的占混合粉末的40wt％以下，所述羰基铁粉占混合粉末的30wt％以下。
设置的金属屏蔽层能够有效的减少电磁干扰，避免了采用屏蔽罩来实现减少电磁干扰，从而实现小型化的同时能够具有极佳的抑制或减小EMI电磁干扰的性能。表面包覆绝缘层的磁性粉末能够有效提升制成电感磁体后的铁含量，从而增加磁体的电感性能；铁基纳米晶中用Al取代Si提高铁基纳米晶材料的饱和磁化强度(Ms)，铁基纳米晶材料制成电感磁体后便可以提升电感值，提升电感磁体的性能；从而可以补偿因金属屏蔽层占用一定的电感体积导致的电感量损失，在满足电感性能的前提下，实现电子产品的小型化和高频化的电磁干扰抑制。
进一步地，所述绝缘膜层覆盖整个电感磁体的侧面，进一步地增强抗EMI电磁干扰的性能。
进一步地，所述电感磁体的下部设置有凸出部，所述电极设置在所述凸出部上。
进一步地，所述金属屏蔽层的厚度为1-20μm。
进一步地，所述绝缘膜层的后端为1-20μm。
进一步地，所述线圈为两组，所述电极为四个。
采用上述方案，本发明提供一种高磁导率电感材料、电感磁体及一体成型电感，设置的金属屏蔽层能够有效的减少电磁干扰，避免了采用屏蔽罩来实现减少电磁干扰，从而实现小型化的同时能够具有极佳的抑制或减小EMI电磁干扰的性能。表面包覆绝缘层的磁性粉末能够有效提升制成电感磁体后的铁含量，从而增加磁体的电感性能；铁基纳米晶中用Al取代Si提高铁基纳米晶材料的饱和磁化强度(Ms)，铁基纳米晶材料制成电感磁体后便可以提升电感值，提升电感磁体的性能；从而可以补偿因金属屏蔽层占用一定的电感体积导致的电感量损失，在满足电感性能的前提下，实现电子产品的小型化和高频化的电磁干扰抑制。
附图说明
图1为本发明的一实施例的结构示意图；
图2为图1实施例的另一视角的结构示意图；
图3为图1实施例的又一视角的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例，对本发明进行详细说明。
请参阅图1-图3，本实施例提供一种一体成型电感，包括：电感磁体10，线圈11，电极12，金属屏蔽层13，绝缘膜层14；所述电感磁体10封装所述线圈11，所述电极12设置在所述电感的下部，所述线圈11的两端分别与一个电极12连接，所述金属屏蔽层13覆盖整个电感磁体10的上表面以及至少三分之一的侧面，所述绝缘膜层14覆盖整个金属屏蔽层13。所述金属屏蔽层13的厚度为1-20μm。所述绝缘膜层14的后端为1-20μm。所述电感磁体10的下部设置有凸出部15，所述电极12设置在所述凸出部15上。所述线圈11为两组，所述电极12为四个。
所述电感磁体10，包括高磁导率电感材料、树脂，所述树脂的含量为1.5wt％～3.0wt％；所述高磁导率电感材料与树脂混合后造粒，然后通过400～600MPa压制形成坯体，胚体在150℃～200℃氮气下固化形成电感磁体10。所述树脂为：环氧树脂、聚酯树脂、酚醛树脂中的至少一种。
所述高磁导率电感材料，包括：表面包覆绝缘层的磁性粉末和/或铁基纳米晶；所述磁性粉末包括：铁基合金和/或羰基铁粉，所述铁基合金为FeSiCrAl合金，其中Si含量在3.5wt％以下，Cr含量在2.5wt％以上，Al含量在2.5wt％以下，FeSiCrAl合金粒度在1um-6um，铁基合金表面的绝缘层为厚度为15～100nm的氧化铬和/或氧化铝的氧化层；所述羰基铁粉粒度为4～10um，羰基铁粉表面的绝缘层为厚度为10～50nm的磷化层和/或硅烷层；所述铁基纳米晶为FeAlCrBPC，粒径为15-30um，其中Al含量在3wt％以下，Cr含量在3wt％以下，B含量在1wt％以上，P含量在1wt％以下，C含量在0.7wt％以下。
通过在铁基纳米晶中用Al取代Si提高铁基纳米晶材料的饱和磁化强度(Ms)，铁基纳米晶材料制成电感磁体10后便可以提升电感值，提升电感磁体10的性能。铁基合金的表面有一层氧化铬和/或氧化铝的氧化层，有力的保证了铁基合金粉末制成的电感磁体10的绝缘性能，因此从而可以大幅增加铁基合金中铁的含量、并充分降低硅的含量，从而可以提升电感磁体10磁导率，充分满足电感的性能要求。同理，羰基铁粉的表面有一层磷化层和/或硅烷层，有力的保证了羰基铁粉制成的电感磁体10的绝缘性能，因此从而可以大幅增加电感磁体10中羰基铁粉的含量，从而可以提升电感磁体10磁导率，充分满足电感的性能要求。
一体成型电感的制备流程如下：将造粒后的高磁导率电感材料与树脂混合物与线圈11压制-热固化-印刷掩膜-固化掩膜-PVD金属屏蔽层13-去除掩膜-气相沉积绝缘膜层14-镭射(激光)-电镀-成品。所述掩膜用于盖住不需要金属屏蔽层13的区域，所述镭射用于清理出电极12的区域以及不需要绝缘膜层14的区域，所述电镀用于电镀出电极12。
一个较优的实施例中，高磁导率电感材料选用铁基合金、羰基铁粉、铁基纳米晶中的至少两种。至少两种的组合，通过级配进一步提升制成的电感磁体10的Ms继而提升电感量，满足应用需求。
一个更优的实施例中，高磁导率电感材料，包括：铁基合金、羰基铁粉、铁基纳米晶三种的混合粉末，所述铁基合金的占混合粉末的40wt％以下，所述羰基铁粉占混合粉末的30wt％以下。
设置的金属屏蔽层13能够有效的减少电磁干扰，避免了采用屏蔽罩来实现减少电磁干扰，从而实现小型化的同时能够具有极佳的抑制或减小EMI电磁干扰的性能。表面包覆绝缘层的磁性粉末能够有效提升制成电感磁体10后的铁含量，从而增加磁体的电感性能；铁基纳米晶中用Al取代Si提高铁基纳米晶材料的饱和磁化强度(Ms)，铁基纳米晶材料制成电感磁体10后便可以提升电感值，提升电感磁体10的性能；从而可以补偿因金属屏蔽层13占用一定的电感体积导致的电感量损失，在满足电感性能的前提下，实现电子产品的小型化和高频化的电磁干扰抑制。
所述绝缘膜层14覆盖整个电感磁体10的侧面，进一步地增强抗EMI电磁干扰的性能。
以下为本发明的几个具体实施例与对比例。
实施例1
电感磁体10包含铁基纳米晶、铁基合金、羰基铁粉三种的混合粉末，所述铁基纳米晶为FeAlCrBPC，铁基纳米晶粒度在15-30um，Al含量在3.0wt％，Cr含量在3.0wt％，B含量在1.0wt％，P含量在1.0wt％，C含量在0.7wt％；其中铁基合金为FeSiCrAl合金，Si含量3.5wt％，Cr含量2.5wt％，Al含量2.5wt％，FeSiCrAl合金粒度在1um-6um。铁基合金表面有15nm的氧化层，氧化层为氧化铬和氧化铝的混合氧化层，其中铁基合金的占混合粉末的40wt％，其中羰基铁粉粒度为4～10um，其中羰基铁粉表面由10nm的磷化层和硅烷层组成，其中羰基铁粉占混合粉末的30wt％。混合粉末通过添加1.5wt％的环氧树脂与聚酯树脂、酚醛树脂的混合树脂形成造粒其中环氧树脂与聚酯树脂和酚醛树脂的重量比例为2:1:1，后通过600MPa与线圈11一同压制形成坯体，并通过150℃氮气下固化形成电感胚体，再通过物理气相沉积工艺在制成金属屏蔽层13，真空气相沉积工艺在金属膜层表面形成绝缘膜层14，通过电镀制成电极12，制成电感。
实施例2
电感磁体10包含铁基纳米晶、铁基合金、羰基铁粉三种的混合粉末，所述铁基纳米晶为FeAlCrBPC，铁基纳米晶粒度在15-30um，Al含量1.0wt％，Cr含量1.0wt％，B含量在2.5wt％，P含量在0.5wt％，C含量0.5wt％；所述铁基合金为FeSiCrAl合金，其中Si含量2.5wt％，Cr含量3.0wt％，Al含量3.0wt％，FeSiCrAl合金粒度在1um-6um。其中铁基合金表面有100nm的氧化层，其中氧化层为氧化铬和氧化铝的混合氧化层，其中铁基合金的占混合粉末的20wt％，其中羰基铁粉粒度为4～10um，其中羰基铁粉表面由50nm的磷化层和硅烷层组成，其中羰基铁粉占混合粉末的20wt％。其中混合粉末通过添加3.0wt％的环氧树脂与聚酯树脂、酚醛树脂的混合树脂形成造粒，其中环氧树脂与聚酯树脂和酚醛树脂的重量比例为2:1.5:1，后通过400MPa与线圈11一同压制形成坯体，并通过200℃氮气下固化形成电感胚体，再通过物理气相沉积工艺在制成金属屏蔽层13，真空气相沉积工艺在金属膜层表面形成绝缘膜层14，通过电镀制成电极12，制成电感。
实施例3
电感磁体10包含铁基纳米晶、铁基合金、羰基铁粉三种的混合粉末，所述铁基纳米晶为FeAlCrBPC，铁基纳米晶粒度在15-30um，其中Al含量1.5wt％，Cr含量1.5wt％，B含量4.5wt％以上，P含量在0.3wt％，C含量0.3wt％；所述铁基合金为FeSiCrAl合金，其中Si含量1.0wt％，Cr含量3.0wt％，Al含量3.0wt％，其中FeSiCrAl合金粒度在1um-6um。其中铁基合金表面有50nm的氧化层，氧化层为氧化铬和氧化铝的混合氧化层，其中铁基合金的占混合粉末的35wt％，其中羰基铁粉粒度为4～10um，其中羰基铁粉表面由30nm的磷化层和硅烷层组成，其中羰基铁粉占混合粉末的10wt％。其中混合粉末通过添加2.0wt％的环氧树脂与聚酯树脂、酚醛树脂的混合树脂形成造粒，其中环氧树脂与聚酯树脂和酚醛树脂的重量比例为2:1.2:1，后通过500MPa与线圈11一同压制形成坯体，并通过180℃氮气下固化形成电感胚体，再通过物理气相沉积工艺在制成金属屏蔽层13，真空气相沉积工艺在金属膜层表面形成绝缘膜层14，通过电镀制成电极12，制成电感。
对比例1
电感磁体包含铁基纳米晶、铁基合金、羰基铁粉的混合粉末，其中所述铁基纳米晶为FeSiBPCu，铁基纳米晶粒度在15-30um，其中Si含量在4.5wt％，B含量3.0wt％，P含量1.0wt％，Cu含量0.3wt％；其中铁基合金为FeSiCr合金，Si含量5.5wt％，Cr含量4.5wt％，FeSiCr合金粒度在1um-6um。其中铁基合金表面有15nm的氧化层，其中氧化层为氧化铬和氧化铝的混合氧化层，其中铁基合金的占混合粉末的40wt％，其中羰基铁粉粒度为4～10um，其中羰基铁粉表面由10nm的磷化层和硅烷层组成，其中羰基铁粉占混合粉末的30wt％以下。其中混合粉末通过添加1.5wt％的环氧树脂与聚酯树脂、酚醛树脂的混合树脂形成造粒，其中环氧树脂与聚酯树脂和酚醛树脂的重量比例为2:1:1，后通过600MPa与线圈一同压制形成坯体，并通过150℃氮气下固化形成电感胚体，通过电镀制成电极12，制成电感。对比例1获得的电感的结构为缺少了金属屏蔽层以及绝缘膜层的实施例1-3的电感结构。
对比例2
电感磁体包含铁基合金、羰基铁粉的混合粉末，铁基合金采用FeSiCr合金，粒度在2um-30um，其中Si含量5.5wt％，Cr含量4.5wt％。其中铁基合金的占混合粉末的70wt％，其中羰基铁粉粒度为4～10um，其中羰基铁粉表面由50nm的磷化层和硅烷层组成，其中羰基铁粉占混合粉末的30wt％。其中混合粉末通过添加3.0wt％的环氧树脂与聚酯树脂、酚醛树脂的混合树脂形成造粒，其中环氧树脂与聚酯树脂和酚醛树脂的重量比例为2:1.5:1，后通过400MPa与线圈一同压制形成坯体，并通过200℃氮气下固化形成电感胚体，通过电镀制成电极，制成电感。对比例2获得的电感的结构为缺少了金属屏蔽层以及绝缘膜层的实施例1-3的电感结构。
对实施例1-3以及对比例1-2获得的电感进行电感性能测试，测试结果如表1。
表1
| 实施1 | 实施2 | 实施3 | 对比例1 | 对比例2 | |
| Size | 2.5mm*2.0mm | 2.5mm*2.0mm | 2.5mm*2.0mm | 2.5mm*2.0mm | 2.5mm*2.0mm |
| Height | 1.2mm | 1.2mm | 1.2mm | 1.2mm | 1.2mm |
| L(nominal) | 2.16uH | 2.23uH | 2.27uH | 1.97uH | 2.01uH |
| Rdc | 67mΩ | 64mΩ | 66mΩ | 67mΩ | 68mΩ |
从表中可以看出，实施1-3具有比对比例1-2更加优异的电感(L)，因此实施例1-3在满足提升电感的同时还能够有效实现电子产品的小型化和高频化的电磁干扰抑制。
综上所述，本发明提供一种高磁导率电感材料、电感磁体及一体成型电感，设置的金属屏蔽层能够有效的减少电磁干扰，避免了采用屏蔽罩来实现减少电磁干扰，从而实现小型化的同时能够具有极佳的抑制或减小EMI电磁干扰的性能。表面包覆绝缘层的磁性粉末能够有效提升制成电感磁体后的铁含量，从而增加磁体的电感性能；铁基纳米晶中用Al取代Si提高铁基纳米晶材料的饱和磁化强度(Ms)，铁基纳米晶材料制成电感磁体后便可以提升电感值，提升电感磁体的性能；从而可以补偿因金属屏蔽层占用一定的电感体积导致的电感量损失，在满足电感性能的前提下，实现电子产品的小型化和高频化的电磁干扰抑制。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种高磁导率电感材料，其特征在于，包括：表面包覆绝缘层的磁性粉末和/或铁基纳米晶；
所述磁性粉末包括：铁基合金，所述铁基合金为FeSiCrAl合金，其中Si含量在3.5wt％以下，Cr含量在2.5wt％以上，Al含量在2.5wt％以下，FeSiCrAl合金粒度在1um-6um，铁基合金表面的绝缘层为厚度为15～100nm的氧化铬和/或氧化铝的氧化层；和/或，羰基铁粉，羰基铁粉粒度为4～10um，羰基铁粉表面的绝缘层为厚度为10～50nm的磷化层和/或硅烷层；
所述铁基纳米晶为FeAlCrBPC，粒径为15-30um，其中Al含量在3wt％以下，Cr含量在3wt％以下，B含量在1wt％以上，P含量在1wt％以下，C含量在0.7wt％以下。
2.根据权利要求1所述的一种高磁导率电感材料，其特征在于，包括：铁基合金、羰基铁粉、铁基纳米晶三种的混合粉末，所述铁基合金的占混合粉末的40wt％以下，所述羰基铁粉占混合粉末的30wt％以下。
3.一种电感磁体，其特征在于，包括权利要求1或2所述的高磁导率电感材料、树脂，所述树脂的含量为1.5wt％～3.0wt％；所述高磁导率电感材料与树脂混合后造粒，然后通过400～600MPa压制形成坯体，胚体在150℃～200℃氮气下固化形成电感磁体。
4.根据权利要求3所述的一种电感磁体，其特征在于，所述树脂为：环氧树脂、聚酯树脂、酚醛树脂中的至少一种。
5.一种一体成型电感，其特征在于，包括：权利要求3或4所述的电感磁体，线圈，电极，金属屏蔽层，绝缘膜层；所述电感磁体封装所述线圈，所述电极设置在所述电感的下部，所述线圈的两端分别与一个电极连接，所述金属屏蔽层覆盖整个电感磁体的上表面以及至少三分之一的侧面，所述绝缘膜层覆盖整个金属屏蔽层。
6.根据权利要求5所述的一种一体成型电感，其特征在于，所述绝缘膜层覆盖整个电感磁体的侧面。
7.根据权利要求5所述的一种一体成型电感，其特征在于，所述电感磁体的下部设置有凸出部，所述电极设置在所述凸出部上。
8.根据权利要求5所述的一种一体成型电感，其特征在于，所述金属屏蔽层的厚度为1-20μm。
9.根据权利要求5所述的一种一体成型电感，其特征在于，所述绝缘膜层的后端为1-20μm。
10.根据权利要求5所述的一种一体成型电感，其特征在于，所述线圈为两组，所述电极为四个。
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