CN101047060A - 微间隙环型铁芯工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明有关于生产一种微米间隙环型铁芯的新工艺，可制造出具有高电感值与高度耐电压特性的微间隙环型铁芯，包括(1)剖环型铁芯(Core)(2)涂胶(3)复合(4)烘烤，即得本发明产品，通常使用前必须经由测试阶段；经由本发明工艺的产品特性其外观如一般环型铁芯两半复合，中间有两道胶合间隙；在机械特性方面，胶的结合力可承受强度破坏实验与冷热冲击试验；在电性方面，较传统环型铁芯具有低磁损，小尺寸和耐DC电压的特性。
Description
技术领域
本发明涉及一种相关于生产出微间隙环型铁芯的制造程序与通过此工艺所生产出的铁芯，尤指工艺中所用的工法与工治具、机构设备以及相同外观特性的产品。
背景技术
此微间隙环型铁芯曾由Ceramic Magnetics，Inc.的Brian D.Wiese和George E Schaller提出，有叙述相关特性与应用以及理论计算，但是未提及产品的制造程序。
磁性材料组件使用于几个特殊电性需求之处，其中一个需求为在某DC偏压下仍保持一定的感值，其它的应用需要在同一温度下感值的变化与偏离很小。行动电话、笔记型计算机等移动式电子装置，尺寸朝轻薄短小方向发展，导致电子组件的小型、微型化，相同地，这些装置内部的电源供应组件也愈来愈轻、愈小、愈有效率，为了达到这需求，电源转换，电源管理，在操作频率上已达到N×100KHz，1＜N＜10，当达到1M HZ，传统的磁性组件，如铁芯，MMP，Kool μ和Metglass cores有过高的磁损，且成本增加。为了满足这些需求，软磁铁芯RM型是个选择，但成本很高，而传统环型铁芯无法耐DC偏压，如果能够使环型铁芯兼具有RM Core的间隙，则低磁损、小尺寸、耐DC的要求均可达成，这个概念导致微间隙环型铁芯的产生，唯一的变量是是否能有可接受的制造成本。
微间隙环型铁芯另一个应用领域在于网络装置，ISDN线路需要低DC效应，ADSL需要线性感值组件，因为环型铁芯应用于许多领域，因此，许多需具备上述特性磁性组件的装置，均可使用微间隙环型铁芯。
发明内容
本发明的内容为一种微间隙环型铁芯制造程序，包含工艺中所用的工法与工治具、机构设备与经由此制造程序所生产的微间隙环型铁芯。
本发明为一新开发的工艺，目的在将具有所需求特性的微间隙环型铁芯制造出来，进入本制造程序前的传统环型铁芯仍是依照传统工艺：制粉-＞成型-＞烧结所产生，然后再依新开发的工艺：剖Core-＞涂胶-＞复合-＞烘烤-＞测试，生产出所需要的微间隙环型铁芯，此工艺兹详述如下：
(1)剖环型铁芯(Core)
此工艺可用人工来完成，但产能与品质均低，因此开发新的机构治具来完成此工艺，如图1与图2(a)、(b)所示，操作人员先将环型铁芯(Core)排放于治具上，再将治具安装于机构上，于Core表面中心线划上剖开线，再操作机构剖开Core，此种方式产能与品质均大幅提升，良率可达9成以上。
(2)涂胶
原Core剖成两半，置于承载纸板同一格内，以避免与其它Core相混，再以特别选择的胶用涂胶棒涂上其中半圆Core，再将两半圆Core胶合。此为人工胶合工艺。
(3)复合
如上述的人工胶合工艺，但胶合的程度关系到微间隙的厚度与后续的电性，因此胶合后的Core仍需施以一定的压力，为此特别开发一治具盘如图3以承载Core并进入下一烘烤工艺。
(4)烘烤
烘烤目的在于使胶硬化，增加结合力与机械性质，而产品的特性才能呈现。烘烤的温度与时间是需控制的参数，与最终结合力以及电性有关。
经由此特殊工艺所制造出来的产品特性，可由外观机械特性与电性来描述：
(1)外观
如图4所描绘，外形如一般环形铁芯，但为两半所胶合，因此会有两道胶合间隙，此产品并不讲求两胶合半圆Core在尺寸重量上的相等与对称，重点在胶合间隙愈小愈好，因此必需以发明工艺将原Core剖开再以原剖开面胶合，且施以一定压力进入烘烤，方可得到“微间隙胶合”的外观特性。
(2)机械特性
此产品最终仍会装置在电路板上，因此会经过冷热交替的后续工艺(如涂装与过锡炉)，而在包装运送过程中Core会受到挤压，撞击等外力作用，因此其机械特性主要是能够承受冷热冲击与破坏试验。
冷热冲击实验的条件如下：(产品尺寸为外径6mm，内径3mm，厚3mm)高温140℃、低温-40℃，以高温30min、低温30min为一个循环连续测试14小时，用手用力扳仍不会有脱落情形。做环型Core的耐压实验，其结果为：在20kg/cm2时Core产生破坏，但破裂处非胶合面。
(3)电性
此产品具有耐DC-Bias、温度分布感值稳定与低损失的特性，可运用在许多需要此类特性的电子装置上面，其特性如图5与图6所示。
附图说明
图1剖Core承载治具
图2(a)剖Core机构俯视图
图2(b)剖Core机构侧视图
图3烘烤治具盘
图4微间隙环型铁芯示意图
图5产品的温度—电感值曲线
图6产品的偏压直流电流—电感值曲线
符号说明
1 固定块结合螺栓 2 永久磁铁植入
3 定位销与孔 4 置Core圆槽
5 永久磁铁植入 6 固定块
7 上压滑板 8 Core承载治具
9 固定螺栓旋钮 10 台具承载平台
11 中心轴 12 肘节连接器
13 单轴气压 14 顶板支撑柱
15 顶板 16 气压缸固定座
17 底座 18 剖Core机构
19 置Core圆槽 20 顶Core销
21 弹簧 22 调整板
23 调整与固定螺栓 24 固定螺栓
25 底座 26 烘烤治具盘
27 微间隙环型铁芯间隙 28 微间隙环型铁芯
具体实施方式
有关本发明为上述的目的，所采用的技术手段及其余功效，兹举实施例，并配合附图加以说明：
1、所采用的环型铁芯概述
(1)尺寸：外径(OD)＝6.0m/m
内径(ID)＝3.0m/m
厚度(T)＝3.0m/m
(2)原Core的特性说明：详表1产品规格表
表1原环型铁芯规格表
产品名称：A101T6*3*3
| 尺寸规格 | 高导磁率材质 | 测试条件 |
| 外径6±0.3 | A101 μi＝10000±30％ | Vb：1mA/1Sec |
| 内径3±0.3 | 25±3℃ | |
| 厚度3±0.2 | 10KHz 50V0.50Wire 1turns |
(3)所用原材料特性：详表2原环型铁芯材质表
表2原环型铁芯材质表
| 项目 | 符号 | 单位 | 测试条件 | A101材质 |
| 初导磁率 | μi | 10KHz ＜0.1mT 25℃ | 10000±30％ | |
| 磁损因素 | tan/μi | *10-6 | 10KHz ＜0.1mT 25℃100KHz ＜0.1mT 25℃ | ＜10＜90 |
| 饱和磁通密度 | Bms | mT | 10KHz H＝1200A/m 25℃10KHz H＝1200A/m 100℃ | 400220 |
| 残留磁通密度 | Brms | mT | 10KHz H＝1200A/m 25℃10KHz H＝1200A/m 100℃ | 175125 |
| 温度因子 | αF | *10-6 | 10KHz ＜0.1mT 0～20℃10KHz ＜0.1mT 20～70℃ | -1～1-1～1 |
| 磁滞常数 | ηB | *10-6/mT | 10KHz 1.5～3.0mT 25℃ | 1.4 |
| 非调因子 | DF | *10-6 | 10KHz ＜0.1mT 25℃ | ＜2 |
| 居礼温度 | Tc | ℃ | ＞130 | |
| 阻抗 | ρ | Ωm | 0.15 | |
| 密度 | d | g/cm3 | 4.9 |
(4)原Core的产生方式：此传统Core先命名为T6*3*3，其产生的方式依传统的方式工艺为制粉、成型与烧结，兹概述如下：
制粉工艺：原粉混合、造丸与煅烧、粉碎与添加、均质化、喷雾造粒、拌粉、检验；
成型工艺：模具组装、成型、排列、检验；
烧结工艺：待烧品上炉、烧结、烧成品下炉、检验；
2、本发明工艺(微米间隙环型铁芯工艺)的实施方式：
(1)剖Core工艺
I.将原Core T6*3*3置于承载治具，此承载治具仍依原Core尺寸而设计，一次可操作10Pcs。
II.将已承载原Core的治具置于半自动剖Core机构上，此机构仍依杠杆原理设计，如用人工剖Core将须费大量人力，成本过高。
III.使用钻石或钨钢划线笔于承载治具上的Core划线，此线为Core结晶剖开线，其原理同玻璃与陶瓷的切割。
IV.操作剖Core机构的气动装置将Core剖开，解除气动装置将Core复合。
(2)涂胶工艺
I.将剖完Core后的承载治具由剖Core机构上取下，并将Core一颗颗取下并分别置于多格纸板上，其目的为使原Core的两半胶合。
II.将每一格的半Core用涂胶棒涂上适量的胶。
III.胶的选用：材质为环氧树脂黏着剂(Epoxy胶)，能耐250℃以上高温，黑色，固结后机械强度增加，能够符合冷热冲击试验与机械强度试验的需求，电性测试亦符合规格。
(3)复合工艺
I.涂完胶后，即行原两半Core的复合，并置于烘烤治具盘内。
II.复合Core必须施以一定的压力进行烘烤，才可使胶的结合力达到要求，所以治具盘的设计用弹簧力且考虑施力的一致性。
(4)烘烤工艺
I.将已置放Core的治具盘于入烤箱烘烤。
II.烘烤条件：温度120℃，2小时。
III.烘烤完成后取出治具与Core，即完成本发明的产品。
3、由上述工艺所得产品仍要经过测试才可得知电性是否符合需求，所求得的各曲线如图5与图6；图5表示在偏压直流电流下电感值的变化，在300mA下仍有100μH以上；图6表示在-40℃～130℃的温度分布区间电感值仍保持稳定；但因此种需加DC-Dias的环型Core均要绕线几十圈来测试，因此在检验的简化上是很重要的问题。产品是不可能做到良率百分之一百，因此全检成为一种需要，但若要绕多圈全检在量产实务上是不可能达到的，所以必须以单圈绕线来仿真多圈绕线，最后以原Core(未绕线)来仿真多圈绕线，如此则可以用感值分类机来做全检动作。所以在测试工艺上必须求得原Core于单圈绕线与微间隙环型铁芯多圈绕线曲线的关系，以设定分类机来做全检动作。
4、本发明工艺所用机构治具如下：
图1：剖Core承载治具
此治具由两半组件组合而成，组合面左右各用1个销定位，且接合处嵌入强力磁铁使组合后仍能保持一定的结合力量。将Core置入圆槽中，此圆槽的尺寸必须配合产品的外径，治具上面上下各有一片滑板，可向中间靠拢，因而压住且固定住Core，两滑板之间仍保留适当缝隙，以供钻石笔或钨钢笔在Core上面划线。治具的底部亦留有缝隙以便剖Core机构上的上顶板能压住Core，形成剖Core时的支撑，此治具加工制造时须注意几个点：
A、结合销的设计有定位功能且不能干涉剖Core动作
B、嵌入强力磁铁使组合更易定位且Core亦较能固定
C、置Core圆槽须做热处理以避免磨损
图2(a)、(b)：剖Core机构
此机构由两对称的部份组合而成，两侧下方为气压缸加上肘节，上方接合一平台，两对称平台水平时中间的空槽为剖Core承载治具所置入，机构的中间为顶板与其支撑板，两半平台上方各装设两组旋钮以用来固定承载治具，激活气动开关以气压缸收回做剖Core动作，解除气动开关，气压缸顶出回复水平状态，此机构加工制造时须注意几个点：
A、气压缸需选用适当出力与行程的单轴缸
B、顶板材质须做热处理以增加硬度与勒性
C、考虑组合精度使剖Core与复合不致于伤到Core
图3：烘烤治具盘
此治具盘共可承载60颗Core，每15颗为一组(排)，每一颗的结构均为弹簧+顶销+置Core槽，每一排两侧有组合螺栓，将两螺丝拴松开即可将Core取出。将Core置入槽内，逐渐锁紧螺栓，可调整到所需要的压力。
此治具盘加工制造时须注意几个点：
A、弹簧线径依所需要的压力选用
B、承载板表面与槽面须做电镀以求表面光滑，可容易去除残胶
C、须考虑组合精度，使每一Core可受到均匀的弹簧压力。
以上公开的仅为本发明的个别具体实施例，但本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本发明的保护范围内。
Claims (5)
1、一种微米间隙环型铁芯的工艺，其特征在于，包含：
(1)剖Core，利用治具与机构来进行，利用原环型Core剖开后，原剖开面的复合可达到微米间隙的目的；
(2)涂胶，选用环氧树脂黏着剂做为间隙的填充材料，可得产品的最终特性；
(3)复合，利用两半的原剖开面可完全吻合的特性，胶合后可得到微米间隙；
(4)烘烤，烘烤使环氧树脂黏着剂硬化，增加结合力与机械性质，即得微间隙环型铁芯产品。
2、如权利要求1所述的工艺，其特征在于，“步骤(1)剖Core”所用的Core承载治具：
两对称长形承载平台，上面依所需承载数量各加工半圆形槽，平台上左右各植入强力磁铁与装设定位销，最上方则为楔形长方形滑板，滑板左右各加工长圆孔，可通过定位销上下滑动以将Core压住，滑板则由强力磁铁吸附；两对称平台底部各有固定块，其中一组装组合销，另一组加工销孔，并植入强力磁铁，可借此组合成完整治具。
3、如权利要求1所述的工艺，其特征在于，“步骤(1)剖Core”所用的剖Core机构：
机构上方为承载与固定Core承载治具的方形平板，其厚度足以承受机构整体重量与剖Core压力，两对称单轴气压缸具有足够出力与行程上接肘节装置，肘节再与承载平台连接，当气压缸杆推出后，两平台呈同一平面，中间形成安装Core承载治具的槽位，两平台上方各设两个旋钮借以固定承载治具。
4、如权利要求1的工艺，其特征在于，“步骤(4)烘烤”所用的烘烤治具：治具下方为一长方形承载平板，其大小由所承载Core的数量与大小所决定；平板上可装设偶数组的承载平台，每一组可依据需要加工10～20个置Core的槽，每一个槽相对应有一组弹簧销，其目的用弹簧力量来压着Core；每一组左右各设1个螺栓，通过螺栓的松脱可取出槽中的Core，旋紧螺栓的程度可控制压Core弹簧力量的大小。
5、一种微米间隙环形铁芯其特征在于，是依权利要求1、2、3或4所制成。
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