專利名稱：一種繞線功率電感元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電子元器件，明確地說涉及一種繞線功率電感元件。
背景技術(shù)：
隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電子元器件逐漸向小型化、輕量化、高頻化、大電流、低 EMI (電磁干擾)和低制造成本、以及高可靠性發(fā)展，要求產(chǎn)品在溫度劇烈變化及強(qiáng)力外力 沖擊的情況下，仍能保持優(yōu)良的性能。目前，各種繞線功率電感元件種類繁多，但幾乎沒有 能夠較好的兼顧以上全部要求的產(chǎn)品。對于普通開磁路繞線功率電感產(chǎn)品，雖然可以做到較高的使用頻率，但器件本身 尺寸規(guī)格和質(zhì)量較大，且存在嚴(yán)重的EMI問題。對于加磁環(huán)或磁桶式閉磁路繞線功率電感產(chǎn)品，雖然可以較好的解決EMI問題， 產(chǎn)品額定電流亦可以做到較大程度，但器件使用頻率較低，重疊特性較差，且制造成本高， 產(chǎn)品抗機(jī)械沖擊及撞擊能力較差。對于涂覆磁性膠水式閉磁路繞線功率電感產(chǎn)品，雖然可以較好的解決EMI問題， 產(chǎn)品額定電流及使用頻率均較高，但對膠水的均勻性、膠水和磁芯的收縮一致性以及對磁 芯上下擺軸向強(qiáng)度要求較高。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的主要目的就是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種具有抗沖擊性能強(qiáng)、 電氣性能穩(wěn)定、可靠性高、電磁兼容性較好的閉合磁路繞線功率電感元件。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案一種繞線功率電感元件，包括鼓型磁芯，包括上擺、下擺及連接所述上擺和所述下擺的芯柱；外部電極，形成在所述下擺的底部；線圈，繞制在所述芯柱上，且兩端電連接所述外部電極；還包括覆蓋在所述線圈、所述上擺和所述下擺上的磁性熱縮材料部件。優(yōu)選地，所述磁性熱縮材料部件呈套管狀包覆所述鼓型磁芯且覆蓋所述上擺頂面 的一部分。優(yōu)選地，所述下擺的底部設(shè)置有用于形成外部電極的金屬導(dǎo)針或金屬化凹槽或金 屬片或基板，所述線圈的兩端電連接所述金屬導(dǎo)針或所述金屬化凹槽或所述金屬片，或電 連接設(shè)置在所述基板兩端的金屬片，或直接纏繞在所述基板兩端。本實(shí)用新型有益的技術(shù)效果是根據(jù)本實(shí)用新型，在線圈和鼓型磁芯的上、下擺上覆蓋有磁性熱縮材料部件，由 于磁性熱縮材料部件具有良好的彈性，加熱時(shí)徑向收縮大，軸向收縮小，因此經(jīng)歷-40°C +125°C的冷熱沖擊循環(huán)時(shí)對鼓型磁芯上、下擺所產(chǎn)生的軸向應(yīng)力很小，保證產(chǎn)品具有優(yōu)良 的抗熱沖擊和機(jī)械沖擊特性。信賴性實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，產(chǎn)品在5-55Hz，振幅1. 5mm情況下，振動6小時(shí)及1米高度自由跌落2次后，產(chǎn)品本體無任何機(jī)械損傷。同時(shí)，磁性熱縮材料部件 與磁芯上下擺及線圈緊密連接，當(dāng)受到外界物理沖擊時(shí)，彈性的磁性熱縮材料部件外殼能 起到良好的緩沖作用，極大地降低了外力對磁芯本體的沖擊力量，從而使得產(chǎn)品抗物理沖 擊能力大幅提升，機(jī)械可靠性能明顯增加。磁性熱縮材料部件不但具有保護(hù)線圈的作用，同時(shí)由于有磁性，可以提供閉合磁 路，從而在不增加線圈圈數(shù)或磁芯尺寸及磁導(dǎo)率的情況下，可以達(dá)到較大的電感量，與普通 開磁路繞線功率電感型相比，相同線圈圈數(shù)和磁芯結(jié)構(gòu)的情況下，磁性熱縮材料部件可以 使產(chǎn)品電感量提高0 % 100 %，從而使得產(chǎn)品制作成本降低。磁性熱縮材料部件為磁性物質(zhì)，可以通過熱烘烤工藝與磁芯上下擺及線圈部緊密 連接，從而構(gòu)成完整的閉合磁路結(jié)構(gòu)，與開磁路及加磁環(huán)或磁桶型結(jié)構(gòu)相比，不存在明顯的 氣隙，大大降低了磁路由于氣隙導(dǎo)致的漏磁，可以極大的降低EMI輻射。磁性熱縮材料部件可以由混合磁性粉末和高分子材料形成，通過調(diào)節(jié)磁粉與高分 子材料的比例，或磁粉材質(zhì)及磁性熱縮材料部件厚度，可以調(diào)節(jié)產(chǎn)品電感量上升幅度和重 疊特性。這種混合材料分布均勻，磁損耗小，產(chǎn)品適用頻率高，最高可達(dá)數(shù)百兆赫茲，相對 目前各種閉磁路繞線功率電感，不必通過點(diǎn)膠固化或組裝磁環(huán)及磁桶工藝實(shí)現(xiàn)閉合磁路結(jié) 構(gòu)，僅通過簡單的磁性熱縮材料部件加熱定型即可制成成品，簡化了產(chǎn)品制作工藝。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)合理，制造成本低，物理尺寸小，且保持了直流重疊特性好，耐電 流大、使用頻率高，可靠性優(yōu)良的特點(diǎn)。

圖1是本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的鼓形磁芯結(jié)構(gòu)示圖；圖2a_2c分別是本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的鼓型磁芯主視圖、左視圖和俯視圖；圖3是本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的繞線功率電感元件結(jié)構(gòu)示圖；圖4a_4c是本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的繞線功率電感元件主視圖、左視圖和俯視 圖；圖5是本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例采用粘接金屬片形成電極的結(jié)構(gòu)示圖；圖6是本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例采用金屬化凹槽形成電極的結(jié)構(gòu)示圖；圖7a、7b是本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例采用粘接基板形成電極的結(jié)構(gòu)示圖，其中圖7a 為線端連接金屬片形成電極，圖7b為線端直接纏繞形成電極。圖8是本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的制作工藝流程圖；圖9是與圖8中的各個(gè)工藝對應(yīng)的產(chǎn)品狀態(tài)圖。
具體實(shí)施方式
以下通過實(shí)施例結(jié)合附圖對本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)說明。請參考圖1至圖4c，一種實(shí)施例的繞線功率電感元件包括鼓型磁芯、線圈31、外部 電極21a、21b及連接鼓型磁芯與外部電極21a、21b的連接部22，鼓型磁芯具有上擺11、下 擺12、及連接上、下擺的芯柱13，線圈31繞制在芯柱13上，線圈31的兩端與外部電極21a、 21b電連接，根據(jù)本實(shí)用新型的特點(diǎn)，該繞線功率電感元件還具有覆蓋在線圈31和上擺11、 下擺12上的磁性熱縮材料部件41。[0032]磁性熱縮材料部件為熱縮彈性固體，加熱時(shí)會收縮且具有較好的彈性。當(dāng)受到外 部環(huán)境冷熱沖擊或者機(jī)械撞擊時(shí)，磁性熱縮材料部件對產(chǎn)品能起到較好的緩沖作用，避免 磁芯出現(xiàn)破損或開裂現(xiàn)象，保證產(chǎn)品優(yōu)良的抗沖擊性能。磁性熱縮材料部件加熱時(shí)徑向收 縮大，軸向收縮小，例如，經(jīng)歷-40°C +125°C的冷熱沖擊循環(huán)時(shí)對磁芯上下擺所產(chǎn)生的軸 向應(yīng)力很小，不會致使0. 2mm以下厚度磁芯上擺11或下擺12開裂，因此可靠性高。同時(shí)，由于磁性熱縮材料部件具有磁性，在外加磁場的情況下能產(chǎn)生自感應(yīng)磁場， 當(dāng)磁性熱縮材料部件與磁芯上、下擺及線圈緊密相接時(shí)，可為繞線功率電感元件提供閉合 磁路。由于磁性熱縮材料部件的存在，繞線功率電感元件可在不增加線圈圈數(shù)或磁芯尺寸 及磁導(dǎo)率的情況下達(dá)到較大的電感量。優(yōu)選的實(shí)施例中，磁性熱縮材料部件呈套管狀包覆 鼓型磁芯的周側(cè)，而且覆蓋磁芯上擺頂面的一部分。由于磁性熱縮材料部件與磁芯形成了 完整的閉合磁路結(jié)構(gòu)，與開磁路及加磁環(huán)或磁桶型結(jié)構(gòu)相比，繞線功率電感元件不存在明 顯的氣隙，大大降低了磁路由于氣隙導(dǎo)致的漏磁，可以極大的降低EMI輻射。如圖3至圖4c所示，鼓型磁芯的下擺12底部可粘接金屬導(dǎo)針作為電極固定部，芯 柱13上繞制的線圈31的兩端電連接至金屬導(dǎo)針上，再通過浸錫處理，從而形成外部電極 21a、21b。如圖5所示，鼓型磁芯的下擺12可粘接金屬片作為電極固定部，芯柱13上繞制的 線圈31的兩端電連接至金屬片上，再通過浸錫或焊接處理，從而形成外部電極21a、21b。如圖6所示，鼓型磁芯的下擺12底部可具有金屬化凹槽，芯柱13上繞制的線圈31 的兩端電連接至金屬化凹槽內(nèi)，再通過浸錫或焊接處理，從而形成外部電極21a、21b。如圖7a、7b所示，鼓型磁芯的下擺可粘接有塑料、鐵氧體或陶瓷基板，芯柱13上繞 制的線圈31的兩端電連接至基板兩端的金屬片上或纏繞在基板兩端，再通過浸錫或焊接 處理，從而形成外部電極21a、21b。根據(jù)不同的實(shí)施例，芯柱上繞制的線圈可以是單股線纏繞，也可以是多股線纏繞。如圖8、9所示，一個(gè)實(shí)施例的繞線功率電感元件的制造流程如下，包括步驟S1 S4的工序。步驟S1 鼓型磁芯準(zhǔn)備工序，即將磁芯上擺和下擺、及連接上下擺的芯柱構(gòu)成的 鼓型磁芯的工序。作為具體例子有，將含有鎳銅鋅系鐵氧體材料粉末、樹脂、粘合劑、潤滑劑 和增塑劑進(jìn)行混煉，經(jīng)制粒后在加熱塑化狀態(tài)下(100 200°C )用注射成型機(jī)注入模腔內(nèi) 固化成型，形成鼓型鐵氧體磁芯坯體；然后，將坯體脫脂，在800-100(TC下煅燒3小時(shí)得到 鼓型鐵氧體磁芯。步驟S2 外部金屬化電極形成工序，即在磁芯下擺的底面含有孔穴的區(qū)域上直接 對接金屬導(dǎo)針，并用膠水固定形成電極的工序?？籽ㄔ诓襟E1的干壓過程中已經(jīng)形成。作 為具體的例子有，利用刀具將表層鍍錫的圓銅線裁剪為特定長度的導(dǎo)針，然后通過模具將 導(dǎo)針一端打扁成圓形大頭，再將打扁后的導(dǎo)針圓形大頭端沾膠，并與磁性孔穴對接，通過高 溫烘烤的方式將膠水固化，使導(dǎo)針與磁芯連接牢固，形成連接部和外部電極。步驟S3 線圈繞制工序，即將銅線繞制在鼓型磁芯的芯柱上，同時(shí)將線圈兩端與 外部電極電連接的工序。具體例子有，將聚氨酯樹脂包覆的銅線，按照一定的方向規(guī)則繞制 在鼓型磁芯芯柱上，并將線圈兩端分別纏繞在磁芯外部電極上，然后將纏繞部連同磁芯外 部電極進(jìn)行浸錫處理，使線圈與外部電極電連接。
5[0043]步驟S4 包覆磁性熱縮材料部件工序，即在線圈和磁芯上擺、下擺上包覆一層熱 縮性的磁性材料部件，其后對產(chǎn)品進(jìn)行烘干處理，即可得到磁性熱縮材料部件。具體例子 有，將內(nèi)徑8mm的磁性熱塑材料部件，裁剪為IOmm長度，套于Φ7Χ8πιπι鼓型繞線功率電感 的線圈31和磁芯上擺11、下擺12上，在150°C條件下烘干15分鐘，即可得到包覆有磁性熱 縮材料部件41的新型繞線功率電感元件。作為含有上述磁性粉末的磁性熱縮材料部件，可以是由鐵氧體粉與高分子材料共 同組成。高分子材料例如為橡塑材料和各種添加劑。如表1所示，為鐵氧體粉與高分子材料不同配比情況下，不同厚度磁性熱縮材料 部件對產(chǎn)品性能的影響。伴隨鐵氧體粉比例和磁性熱縮材料部件厚度的增加，產(chǎn)品電感量 不斷提高。同時(shí)，由于本實(shí)用新型所用磁性熱縮材料部件具有較好的彈性，從而保證產(chǎn)品具 有優(yōu)良的抗沖擊性。表1磁性熱縮材料部件不同配比和厚度對產(chǎn)品特性影響 注(1)冷熱沖擊條件_40 +125°C冷熱沖擊100個(gè)循環(huán)；(2)機(jī)械沖擊條件高度1米跌落2次；(3)無損傷30X顯微鏡下觀察，產(chǎn)品本體無破損和開裂情況。以上，對本實(shí)用新型制作工藝及磁性熱縮材料部件的物理特性進(jìn)行了簡單說明， 但是，其中磁性熱縮材料部件成分配比不被實(shí)例中表1所限，可以存在多種配方，比如環(huán)氧 樹脂混合體系、硅樹脂體系、硅橡膠體系等等。[0053]不論是那種配方或結(jié)構(gòu)，其磁性熱縮材料部件磁粉含量不宜過高。磁粉含量提高雖有利于提高產(chǎn)品電感量，但線圈外圍磁場氣隙率有所降低，產(chǎn)品的直流偏置特性有劣 化趨勢。兼顧產(chǎn)品直流偏置特性，與產(chǎn)品電感提升量，認(rèn)為高分子材料與鐵氧體磁粉比例 1 2較為合適，磁性熱縮材料部件厚度可根據(jù)產(chǎn)品性能要求調(diào)節(jié)。本實(shí)用新型的繞線功率電感元件種適用于數(shù)碼相機(jī)、手機(jī)、計(jì)算機(jī)、電視機(jī)、機(jī)頂 盒、游戲機(jī)、汽車電子、LED照明等電子產(chǎn)品。以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對本實(shí)用新型所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能 認(rèn)定本實(shí)用新型的具體實(shí)施只局限于這些說明。對于本實(shí)用新型所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù) 人員來說，在不脫離本實(shí)用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視 為屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求一種繞線功率電感元件，包括鼓型磁芯，包括上擺、下擺及連接所述上擺和所述下擺的芯柱；外部電極，形成在所述下擺的底部；線圈，繞制在所述芯柱上，且兩端電連接所述外部電極；其特征在于，還包括覆蓋在所述線圈、所述上擺和所述下擺上的磁性熱縮材料部件。
2.如權(quán)利要求1所述的繞線功率電感元件，其特征在于，所述磁性熱縮材料部件呈套 管狀包覆所述鼓型磁芯且覆蓋所述上擺頂面的一部分。
3.如權(quán)利要求1或2所述的繞線功率電感元件，其特征在于，所述下擺的底部設(shè)置有用 于形成外部電極的金屬導(dǎo)針或金屬化凹槽或金屬片或基板，所述線圈的兩端電連接所述金 屬導(dǎo)針或所述金屬化凹槽或所述金屬片，或電連接設(shè)置在所述基板兩端的金屬片，或直接 纏繞在所述基板兩端。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種繞線功率電感元件，包括鼓型磁芯，包括上擺、下擺及連接所述上擺和所述下擺的芯柱；外部電極，形成在所述下擺的底部；線圈，繞制在所述芯柱上，且兩端電連接所述外部電極；還包括覆蓋在所述線圈、所述上擺和所述下擺上的磁性熱縮材料部件。本實(shí)用新型的繞線功率電感元件抗沖擊性能強(qiáng)、電氣性能穩(wěn)定、可靠性高、電磁兼容性較好。
文檔編號H01F17/04GK201600982SQ20102010833
公開日2010年10月6日 申請日期2010年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月18日
發(fā)明者李有云, 趙衛(wèi)北, 黃敬新 申請人:深圳順絡(luò)電子股份有限公司