CN115036099A - 一种热压一体成型的电感器件 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种电感器件及其制作方法，该电感器件由磁芯体、扁平线圈装接相连并热压封装成型。磁芯体为冷压成型的T型角，包括十字正交状的基座及其正交中心所设的凸柱，扁平线圈由扁平线材的中段绕接成厚度方向叠置的圆圈，并套接于凸柱上，扁平线材的两个自由端绕接基座并在背侧形成一对线臂；磁芯体和扁平线圈被热压封装于外壳中，并电镀生成电极。本发明通过优化电感预制体的结构，使扁平线圈与磁芯体紧密结合、防止移位，克服了热压成型的外力对内部核心的影响，再通过磁芯体和封装外壳各自软磁粉末的选材和成型工艺优化，一定程度上提升了电感器件的转换效率；也提高了生产效率，降低了能耗及生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种电感器件，尤其涉及一种可提升转换效率的热压一体成型电感器件及其制法，属于电子元器件技术领域。
背景技术
电感是电子设备中最为常用的一种元器件，被广泛地使用于各类电路中，可以达到滤波、储能、匹配、谐振之功用。在电子产品日趋小型化，便携式，组件高密度装配下，电感组件得以快速发展；且在电磁兼容的考虑下，电子产品的抗电磁干扰能力更成为基本的设计要求，由此加重了电感需求及应用。
目前，市面上常见的电感大多采用冷压工艺制成，其内部所使用的线圈也几乎都为普通的圆形截面线圈。这样的加工工艺搭配这种类型的线圈，所制造出的电感成品可靠性较差、EMI（Electro Magnetic Interference，电磁干扰）较高，而且这种电感在实际使用时还存在着转换效率不理想、提升困难、产品能耗大等问题。
另有一部分电感器的结构设计及制作方法，普遍是在模具中直接将线圈置于磁性材料之中，再以磁性材料填充覆盖，然后一次压铸成型。由于线圈的固定性差，容易因为充填及模压过程中的外力而位移。此外，由于高压制程下，线圈在直接承受高压下，容易造成形变或破损，而使电感组件制造的良率及性能大幅下。所得的电感器在后续设备级或系统级应用中，直接影响所应用的成品设备功能实现及性能发挥。
因此，如何优化设计电感器件自身的结构，且具有普及化批量生产的实用价值，就成为了本领域内技术人员所亟待解决的问题。
发明内容
鉴于现有技术存在的上述缺陷，本发明的目的是提出一种电感器件及其制作方法，通过结构及工艺两方面的优化设计，提升元器件单体性能。
本发明实现上述目的的一项技术解决方案是，一种电感器件，由磁芯体、扁平线圈装接相连并热压封装一体成型，其特征在于：所述磁芯体为冷压成型的T型角，包括底部十字正交状的基座及其正交中心垂直延伸而设的凸柱；所述扁平线圈由扁平线材的中段绕接成厚度方向叠置的圆圈，并以基座为承载体、套接于凸柱上，扁平线材的两个自由端绕接于基座，并在背向凸柱的一侧形成相互隔开的一对线臂；热压封装状态下，所述磁芯体和扁平线圈包裹于封装外壳中，且封装外壳电镀设有与线臂一对一电性相连且高出底面的电极。
上述电感器件，进一步地，所述磁芯体为由磁性粉末冷压而成的单一块体，所述凸柱呈圆柱体，且凸柱的高度超出所述扁平线圈绕接成型的圆圈高度，在凸柱径向上凸柱表面与扁平线圈间隔设置。
上述电感器件，进一步地，所述磁芯体的基座在扁平线材的自由端绕接处设为打薄处理的两翼。
上述电感器件，进一步地，所述磁芯体的基座在背向凸柱的底侧中心设有用于放入封装外壳的模具中并临时定位的凹槽。
上述电感器件，进一步地，所述扁平线材的两个自由端自圆圈外围向同侧平行延伸，并在基座的两翼同步弯折、绕接成型，与两翼相定位。
上述电感器件，进一步地，所述封装外壳为由磁性粉末热压成型的方形块体，包裹所述磁芯体、扁平线圈并使线臂局部表面外露。
本发明实现上述目的的另一项技术解决方案是，一种电感器件的制作方法，用于成型权利要求1至6中任一项所述电感器件结构，其特征在于包括：
S1、组装前加工，根据磁芯体的外形定制第一模具，并选配磁性粉末、冷压成型为T型角状的磁芯体，根据预设尺寸绕卷扁平线材使之成型为初始状态的扁平线圈；
S2、组装，将初始状态的扁平线圈套接于磁芯体所成型的凸柱上，并使扁平线圈的圆圈底部贴合基座，再调整扁平线圈的角度，使扁平线材的两个自由端分别对位基座的两翼，而后同步弯折自由端，使扁平线材绕接于两翼呈开口环状，成型为电感预制体；
S3、根据封装外壳的外形定制第二模具，并将电感预制体放入第二模具中调节定位；
S4、调配热压粉末，并混合至少包含粘结剂的辅料完成造粒，将所得的造粒铺陈在第二模具中、完全覆盖磁芯体及扁平线圈；
S5、将第二模具转至热压设备，加热造粒使其熔融填充第二模具，并对第二模具在保温80~200℃下施压若干分钟成型封装外壳，所施加的压力介于2.5T~8T/cm²；
S6、将封装外壳脱模并对线臂所在位置进行激光剥漆、电镀，成型电极。
上述电感器件的制作方法，进一步地，初始状态的扁平线圈包括圆圈和两个平行、线性延伸的自由端，其中圆圈由扁平线材中段螺旋状绕卷且在厚度方向上层叠而成。
上述电感器件的制作方法，进一步地，S1中所述磁性粉末为锰锌铁氧体、镍锌铁氧体、羰基铁粉、合金FeSiCr.非晶.纳米晶、FeSiAl、FeSi、FeNi、FeSiBCr中的一种或两种以上的软性粉材组合，且冷压成型压力2.5T~8T/cm²。
上述电感器件的制作方法，进一步地，S4中所述热压粉末为羰基铁粉、FeSiCr非晶、FeSiCr纳米晶、FeSiAl、FeSi、FeNi、FeSiBCr中的一种或两种以上的软性粉材组合，且S5之后还包括对热压成型的电感器件半成品烘烤定型。
与现有技术相比，应用本发明电感器件及其制法的优点体现于：
该电感器通过冷压成型的磁芯体，采用扁平线材绕接成特殊外形的扁平线圈，两者通过纵向套接结合侧向绕接的形式，使得扁平线圈与磁芯体紧密结合、防止移位，克服了热压成型的外力对内部核心的影响，再通过磁芯体和封装外壳各自软磁粉末的选材和成型工艺优化，一定程度上提升了电感器件的转换效率。
另外，以上制法描述可知，该电感器件少量的组合构件及相关模具的子制程独立，有利于批量规模化制造，而且，利用集中装配结合模压成型，能够在提升电感器件转换效率的同时也提高了生产效率，降低了能耗及生产成本。
附图说明
图1是本发明电感器件中磁芯体的立体结构示意图。
图2是本发明电感器件中扁平线圈的立体结构示意图。
图3是本发明电感器件中扁平线圈与磁芯体的组装结构示意图。
图4是本发明电感器件在热压封装状态下的透视结构透视图。
图5是本发明电感器件热压封装成品倒置视角的结构示意图。
图6是本发明电感器件相对传统冷压成型的同类器件的转换效率曲线。
具体实施方式
以下便结合实施例附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详述，以使本发明技术方案更易于理解、掌握，从而对本发明的保护范围做出更为清晰的界定。
本发明设计者针对现有常见电感的不足，创新提出了一种电感器件及其制作方法，以推动其性能提升并促进其所应用的成品电子设备功能发挥，具体方案如下。
如图1至图5所示，该电感器由磁芯体1、扁平线圈2装接相连并热压封装成型。作为结构性的优化来看，上述磁芯体1为冷压成型的T型角，包括底部十字正交状的基座11及其正交中心垂直延伸而设的凸柱12；扁平线圈2由扁平线材的中段绕接成厚度方向叠置的圆圈21，并以基座11为承载体、套接于凸柱12上，扁平线材的两个自由端22绕接于基座，并在背向凸柱的一侧形成相互隔开的一对线臂23；热压封装状态下，磁芯体1和扁平线圈2被包裹于封装外壳3中，且封装外壳3电镀设有与线臂23一对一电性相连且高出底面的电极4。
以上概述方案需要说明的是，由于本发明该方案采用扁平线材绕卷成厚度方向叠置的线圈，且绕卷的圈数有限，因此扁平线圈的实际成型高度较小。而磁芯体1为由磁性粉末冷压成的单一块体，图示实施例中该凸柱12呈圆柱体。对于该磁芯体的外形设计而言，仰赖于扁平线圈的厚度规格，其凸柱12的高度可做到略高于圆圈的高度，而绕卷的内径则与磁通范围正比例对应。从扁平线圈相对磁芯体的绕接紧密程度来看，不同于传统圆形线圈在凸柱上直接套接的松散状态，图示优选实施例中，初步绕卷成型的扁平线圈套接于凸柱后，还将其同侧延伸的两个自由端通过连续弯折绕接，以箍抱的方式成倍加强两者之间的组装强度。即使圆圈与凸柱之间存在明显间隙，也不至于因外力晃动而发生偏摆。从而有利于热压成型过程中电感预制体保持固有形态，从而有利于电感器件成品更接近电感预设的参数规格。并且这种利用扁平线材自由端绕卷接合的结构方式，也能避免焊接，减少脱焊等对成品的不良影响。
结合图示从更进一步的细化特征来看，上述磁芯体1为由磁性粉末冷压而成的单一块体，再经过100~180℃高温烘烤定型。其中凸柱12呈圆柱体，且凸柱12的高度超出扁平线圈绕接成型的圆圈21高度，由此依靠磁芯体的凸柱承压，避免高温热压时的压力直接作用于扁平线圈而变形，破坏电感预制体的装接精度。而为了热压封装前热压粉末能充分填充电感预制体的所有空隙处，在凸柱径向上凸柱表面与扁平线圈间隔设置。
作为更进一步的优化，由于扁平线材的自身厚度，当其绕卷成型为线臂等结构后将明显高出基座底面一段距离。为此，可对磁芯体的基座在扁平线材的自由端绕接处设为打薄处理的两翼11a，从而减小扁平线材绕接基座后所增加的厚度。而电感预制体在进行热压封装的制程时，需要在入模前可靠定位；因此，该磁芯体1的基座11在背向凸柱的底侧中心设有用于放入封装外壳的模具中并临时定位的凹槽13。
再者，上述封装外壳3为由磁性粉末热压成型的方形块体，包裹所述磁芯体、扁平线圈并使线臂局部表面外露。这里，线臂外露旨在便于成型用于性连接扁平线圈的的电极，其成型的可选实施至少包括在热压成型的模具中使线臂直接于模腔白表面直接接触，并形成热压封装的空窗口，或者在热压封装脱模后进行剥漆作业，露出线臂。并以此为基础电镀成型电极4，即可满足该电感器件于常规PCBA的电路装接所需。
在上述电感器结构性的方案详述基础上，本发明还提供了对应该电感器件的制作方法，包括如下步骤。
S1、组装前加工，根据磁芯体的外形定制第一模具，并选配磁性粉末、冷压成型为T型角状的磁芯体，根据预设尺寸绕卷扁平线材使之成型为初始状态的扁平线圈。该初始状态的扁平线圈包括圆圈和两个平行、线性延伸的自由端，其中圆圈由扁平线材中段螺旋状绕卷且在厚度方向上层叠而成。由此可见，本发明制法中，无论磁芯体及其成型基础的第一模具、还是扁平线圈，均由独立制程所得，因此一方面可规模化批量制造、保持规模产量上的一致性，另一方面有利于消除糅合化复杂制程带来的误差意外增大。
S2、组装，将初始状态的扁平线圈套接于磁芯体所成型的凸柱上，并使扁平线圈底部贴合基座，再调整扁平线圈的角度，使扁平线材的两个自由端分别对位基座的两翼，而后同步弯折自由端，使扁平线材绕接于两翼呈开口环状，成型为电感预制体。该部分为基本的组装连接，通过对扁平线材的弯折绕接，增强了两部分组装的紧密程度，为将其整体转载至热压成型的工装模具之中提供了可靠保障。
S3、根据封装外壳的外形定制第二模具，并将电感预制体放入第二模具中，以凹槽调节其对应第二模具之中的定位；
S4、调配热压粉末，并混合至少包含粘结剂的辅料完成造粒，将所得的造粒铺陈在第二模具中、完全覆盖磁芯体、扁平线圈。这部分造粒的实际粒径仍十分细小，可满足完全填充电感预制体及第二模具的各处细微空间。
S5、将第二模具转至热压设备，加热造粒使其熔融填充第二模具，并对第二模具在保温80~200℃下施压若干分钟成型封装外壳，以实现完全固化其内部磁芯体、扁平线圈与外部封装外壳相互间的定位，所施加的压力介于2.5T~8T/cm²。
S6、将封装外壳脱模并对线臂所在位置进行激光剥漆、电镀，成型电极。
需要细节性说明的是，上述S1中所述磁性粉末为锰锌铁氧体、镍锌铁氧体、羰基铁粉、合金FeSiCr.非晶.纳米晶、FeSiAl、FeSi、FeNi、FeSiBCr中的一种或两种以上的软性粉材组合，且冷压成型压力2.5T~8T/cm²。
另外，S4中用于成型封装外壳的热压粉末为羰基铁粉、FeSiCr非晶、FeSiCr纳米晶、FeSiAl、FeSi、FeNi、FeSiBCr中的一种或两种以上的软性粉材组合，且S5之后还包括对热压成型的电感器件半成品烘烤定型。
综上关于本发明电感器件及其制法的介绍及实施例详述可见，与现有技术相比，本方案具备突出的实质性特点和显著的进步性，多方面分别描述如下。
该电感器通过冷压成型的磁芯体，采用扁平线材绕接成特殊外形的扁平线圈，两者通过纵向套接结合侧向绕接的形式，使得扁平线圈与磁芯体紧密结合、防止移位，克服了热压成型的外力对内部核心的影响，再通过磁芯体和封装外壳各自软磁粉末的选材和成型工艺优化，一定程度上提升了电感器件的转换效率。如图6所示的转换效率曲线可见，相对于传统冷压成型的同类器件，同规格的本发明该电感器件应用于降压换流器（输入电压12V、输出电压1V，特征频率500kHz，最大输出电流40A），其在不同输出电流下的转换效率普遍提升，详见下表：
另外，以上制法描述可知，该电感器件少量的组合构件及相关模具的子制程独立，有利于批量规模化制造，而且，利用集中装配结合模压成型，能够在提升电感器件转换效率的同时也提高了生产效率，降低了能耗及生产成本。
除上述实施例外，本发明还可以有其它实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明所要求保护的范围之内。
Claims (10)
1.一种电感器件，由磁芯体、扁平线圈装接相连并热压封装一体成型，其特征在于：所述磁芯体为冷压成型的T型角，包括底部十字正交状的基座及其正交中心垂直延伸而设的凸柱；所述扁平线圈由扁平线材的中段绕接成厚度方向叠置的圆圈，并以基座为承载体、套接于凸柱上，扁平线材的两个自由端绕接于基座，并在背向凸柱的一侧形成相互隔开的一对线臂；热压封装状态下，所述磁芯体和扁平线圈包裹于封装外壳中，且封装外壳电镀设有与线臂一对一电性相连且高出底面的电极。
2.根据权利要求1所述电感器件，其特征在于：所述磁芯体为由磁性粉末冷压而成的单一块体，所述凸柱呈圆柱体，且凸柱的高度超出所述扁平线圈绕接成型的圆圈高度，在凸柱径向上凸柱表面与扁平线圈间隔设置。
3.根据权利要求1所述电感器件，其特征在于：所述磁芯体的基座在扁平线材的自由端绕接处设为打薄处理的两翼。
4.根据权利要求1所述电感器件，其特征在于：所述磁芯体的基座在背向凸柱的底侧中心设有用于放入封装外壳的模具中并临时定位的凹槽。
5.根据权利要求1所述电感器件，其特征在于：所述扁平线材的两个自由端自圆圈外围向同侧平行延伸，并在基座的两翼同步弯折、绕接成型，与两翼相定位。
6.根据权利要求1所述电感器件，其特征在于：所述封装外壳为由磁性粉末热压成型的方形块体，包裹所述磁芯体、扁平线圈并使线臂局部表面外露。
7.一种电感器件的制作方法，用于成型权利要求1至6中任一项所述电感器件结构，其特征在于包括：
S1、组装前加工，根据磁芯体的外形定制第一模具，并选配磁性粉末、冷压成型为T型角状的磁芯体，根据预设尺寸绕卷扁平线材使之成型为初始状态的扁平线圈；
S2、组装，将初始状态的扁平线圈套接于磁芯体所成型的凸柱上，并使扁平线圈的圆圈底部贴合基座，再调整扁平线圈的角度，使扁平线材的两个自由端分别对位基座的两翼，而后同步弯折自由端，使扁平线材绕接于两翼呈开口环状，成型为电感预制体；
S3、根据封装外壳的外形定制第二模具，并将电感预制体放入第二模具中调节定位；
S4、调配热压粉末，并混合至少包含粘结剂的辅料完成造粒，将所得的造粒铺陈在第二模具中、完全覆盖磁芯体及扁平线圈；
S5、将第二模具转至热压设备，加热造粒使其熔融填充第二模具，并对第二模具在保温80~200℃下施压若干分钟成型封装外壳，所施加的压力介于2.5T~8T/cm²；
S6、将封装外壳脱模并对线臂所在位置进行激光剥漆、电镀，成型电极。
8.根据权利要求7所述电感器件的制作方法，其特征在于：初始状态的扁平线圈包括圆圈和两个平行、线性延伸的自由端，其中圆圈由扁平线材中段螺旋状绕卷且在厚度方向上层叠而成。
9.根据权利要求7所述电感器件的制作方法，其特征在于：S1中所述磁性粉末为锰锌铁氧体、镍锌铁氧体、羰基铁粉、合金FeSiCr.非晶.纳米晶、FeSiAl、FeSi、FeNi、FeSiBCr中的一种或两种以上的软性粉材组合，且冷压成型压力2.5T~8T/cm²。
10.根据权利要求7所述电感器件的制作方法，其特征在于：S4中所述热压粉末为羰基铁粉、FeSiCr非晶、FeSiCr纳米晶、FeSiAl、FeSi、FeNi、FeSiBCr中的一种或两种以上的软性粉材组合，且S5之后还包括对热压成型的电感器件半成品烘烤定型。
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