CN101552091A - 金属粉末注射成型电感器及其加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种金属粉末注射成型电感器及其加工方法，为解决传统功率电感器的电气性能一致性差、生产成本高等问题，本发明的方法中，先在漆包线线圈主体的空心腔内装入导磁芯；然后将带有导磁芯的线圈装入注射模具中；然后将以铁磁系金属粉末为主的复合材料作为流动喂料，注射到所述注射模具中，直至完全充满所述注射模具的型腔；然后经固化、脱模，得到金属粉末注射成型的贴片式电感器、或插件式电感器。本发明电感器产品的外观尺寸、电气性能一致，可选用各种形状、材质的导磁芯以满足不同的电感性能需要，并可大大提高生产效率；另外，产品内部线圈的放置方向可任意设计，整个产品符合元件短小轻薄的发展方向。
Description
技术领域
本发明涉及电感器元件及其加工方法，更具体地说，涉及一种金属粉末注射成型电感器及其加工方法。
背景技术
传统的功率电感器主要包括导磁芯、线圈、电极三部分；其中的导磁芯通常采用锰锌、镍锌铁氧体制成。另一种结构的功率电感器则沿用粉末冶金工艺，具体是将立式空心漆包线线圈埋入绝缘铁粉里，再经压铸、热固化而制成。
前一种结构的电感器中，其导磁芯通常需要依赖专业工厂生产，且整个电感器产品的制作过程基本靠治具并配合手工操作，存在产品易碎、漏感大、体积能效比低、一致性难以控制、无法实现全部工序自动化、成本已无下降空间等弊端。
后一种结构的电感器虽然较好地解决了以上弊端，但是受铁粉磁导率低以及压铸工艺的限制，其电感量无法做大，且其线圈中心不能装入任何导磁体，从而限制了电感性能的扩展运用。实际生产中每模产品往往不能超过10只，存在资金投入大、机器产能低、生产安全系数低、后续工序多、耗电大、生产环境粉尘大、漏粉和浪费严重等缺陷；而且其中置入线圈的方向必须迎合入粉口、不能变换；对于其中所需的耐抗电强度的金属粉末，制造工艺难度大；为了防止锈蚀，金属粉末的外表还需喷涂环氧树脂，这些问题都致使相对生产成本仍然较高，不符合节约型、效益型、环保型产业发展之路。
发明内容
针对现有技术的上述缺陷，本发明要解决传统功率电感器的电气性能一致性差、生产成本高等问题。
为解决上述技术问题，本发明首先提供一种金属粉末注射成型电感器，包括导磁体和空心漆包线线圈，所述线圈包括主体和延伸部，其特征在于，所述导磁体包括导磁芯和包覆层；所述导磁芯装于所述线圈主体的空心腔内；所述包覆层是以铁磁系金属粉末为主的复合材料，所述复合材料紧密包覆于所述导磁芯和线圈主体的外部，使所述导磁芯、线圈主体、包覆层之间构成一体成型结构。
本发明的金属粉末注射成型电感器可以是插件式电感器、或者是贴片式电感器。
本发明还提供一种金属粉末注射成型电感器的加工方法，其中包括以下步骤：
(1)在漆包线线圈主体的空心腔内装入导磁芯；
(2)将带有导磁芯的线圈装入注射模具中；
(3)将以铁磁系金属粉末为主的复合材料作为流动喂料，注射到所述注射模具中，直至完全充满所述注射模具的型腔；
(4)等注入的复合材料固化后，脱模，得到金属粉末注射成型电感器。
本发明的方法中，当加工贴片式电感器时，在所述步骤(1)中，先将空心的漆包线线圈的延伸部点焊到已经具备电极的金属框架上，再装入导磁芯，然后在所述线圈与导磁芯之间适量点胶以实现固定作用；在所述步骤(2)中，将多个带有导磁芯的线圈装入同一注射模具。
本发明的方法中，当加工插件式电感器时，在所述步骤(1)中，装入导磁芯后，在所述线圈与导磁芯之间适量点胶以实现固定作用；在所述步骤(2)中，将多个带有导磁芯的线圈装入同一注射模具。
本发明的方法中，所述复合材料中最好包括铁磁系金属粉末、热塑性或热固性粘结剂、润滑剂、稳定剂、防锈剂。所述铁磁系金属粉末的颗粒直径最好为0.5-20μm。
由于采取了上述技术方案，本发明有效克服了目前功率电感生产成本高和难以自动化的问题，具有以下优点：(1)可提供一种能高效率、低成本生产的有闭合磁路的且抗干扰的电感器；(2)相比粉末压铸工艺，其内部线圈的放置方向可任意设计；(3)可在其线圈主体的空心腔内置入各种导磁芯，满足不同的电感性能需要，使电感器具有优良的力学、电磁学物理特性；(4)可保证生产环境洁净、无有害物质、无粉尘、废料少，外观无需喷涂；(5)由于除电极之外的核心部分被复合材料紧密包覆，因此耐震动、抗击打、重量轻；(6)符合元件短小轻薄的发展方向，其成本与可靠性是现有电感器不能比拟的。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明一个实施例中的贴片式电感器加工过程示意图；
图2是本发明一个实施例中的插件式电感器加工过程示意图；
图3是本发明另一个优选实施例中的插件式电感器加工过程示意图。
具体实施方式
电感器的主要性能70％取决于线圈内部空间的材料选用，线圈外部材料则主要用于形成闭合磁路，实现电磁学的屏蔽作用、减小涡流作用，并实现物理学的绝缘作用、散热作用、耐焊接热作用，以及实现力学的包覆保护作用。用金属粉末制成的金属粉芯的磁电性能，主要取决于金属粉末的磁导率；而目前广泛使用的金属粉末材料的饱和磁感应强度值在1.4T左右，磁导率范围在22-100，这样低的磁导率限制了它的应用范围。如果要选择磁导率在100以上的材料，目前只能选择易碎的铁氧体。本发明则巧妙的利用了铁氧体和铁粉芯特性的互补性，结合金属粉末注射成型技术实现了一种全新的电感器及其加工方法。
在图1、图2、图3中，分别示出了本发明中三种电感器的加工过程，其中的细箭头表示部件安装方向，粗箭头则表示加工的先后顺序。
以图1所示的贴片式电感器100为例，其中导磁体和空心漆包线线圈，线圈包括主体101和延伸部104，其中，导磁体包括导磁芯102和包覆层103；导磁芯102装于线圈主体的空心腔内；包覆层103是以铁磁系金属粉末为主的复合材料，该复合材料紧密包覆于导磁芯和线圈主体的外部，使导磁芯102、线圈主体101、包覆层103之间构成一体成型结构；线圈的延伸部与导电金属片焊接，并紧贴在包覆层外部而形成该电感器的电极端105。
贴片式电感器的加工过程如图1所示，具体步骤是：
(1)先将空心漆包线线圈的延伸部104点焊到已经具备电极的金属框架106上，然后在漆包线线圈主体的空心腔内装入导磁芯102，然后在线圈与导磁芯之间适量点胶以实现固定作用；
(2)将多个这样的金属框架106装入注射模具，也就是将多个带有导磁芯的线圈装入同一注射模具中；
(3)将以铁磁系金属粉末为主的复合材料作为流动喂料，注射到所述注射模具中，直至完全充满所述注射模具的型腔；
(4)等注入的复合材料固化后(通常在20秒左右自动固化)，脱模，得到金属粉末注射成型电感器。
其中，以铁磁系金属粉末为主的复合材料构成电感器100的包覆层103，与导磁芯一起形成电感器的闭合磁路，该包覆层还具有绝缘、散热、磁屏蔽、基座等多重功能；上述方法可得到外观尺寸、电气性能高度一致的功率电感器，再经后固化、激光印字、切筋、电极成型、测试、包装等步骤，即得到可供销售的成品。
在图2所示的实施例中，也是在漆包线线圈主体201的空心腔内装入导磁芯202，然后点微量胶固定，然后逐个成排插入到具有定位功能的专用治具上，将多个这样的专用治具装入注射模具，再执行后续的注射复合材料、固化、脱模步骤，即可得到图2所示的插件式电感器200。
在图2中，漆包线线圈主体201的空心腔内是竖向的，导磁芯202竖向装入；在图3中，漆包线线圈主体301的空心腔内是横向的，导磁芯302竖向装入，得到另一种插件式电感器300。可见，这里可根据需要调整线圈的方向。
复合材料中，铁磁性金属粉末的颗粒直径可为0.5-20μm，例如取高斯分布，平均值为10μm；铁磁性金属粉末的具体成分可包括还原铁粉、电解铁粉、羰基铁粉、铁硅铝等。
复合材料中还包括热塑性或热固性粘合剂(例如尼龙6、PPS等)、稳定剂、防锈剂、润滑剂等，这些非导磁材料的质量比控制在10％-20％之间；各组分按一定的比例混合，经混炼包膜，使金属颗粒间形成有一定的绝缘特性与抗涡流损特性的流动喂料，并确保其在180℃-260℃的范围内具有流变性。该复合材料固化后，长期符合电感器要求的力学、电磁学物理特性。
本发明中，以适当的压力、温度，通过普通立式注射成型机(其中的推料螺杆和料筒须进行氮化钛硬化处理)将流动喂料注射入注射模具的型腔中，复合材料的流变性可使型腔内的所有零件无位移、无形变、安全无损，并确保填充致密，无气孔、无蜂窝，以充分发挥包覆层的屏蔽、导磁、包覆保护等多重性能。
由于将金属框架或专用治具放入注射模具的过程可做到迅速精准，每一注射模具可同时嵌入几百只带导磁芯的线圈，而从注射、固化、到脱模的时间仅是传统粉末压铸工艺的用时2-3倍，因此生产效率可获极大的提高。
由上述实施例可以看出，本发明具有以下优点：
(1)提供了一种能高效率、低成本生产的有闭合磁路的且抗干扰的电感器，具体可以是插件式电感器、或贴片式电感器、或其他复杂形状的功率电感器；
(2)相比粉末压铸工艺，其内部线圈的放置方向可任意设计；
(3)可在其线圈主体的空心腔内置入各种形状、材质的导磁芯，满足不同的电感性能需要，使电感器具有优良的力学、电磁学物理特性；
(4)可保证生产环境洁净、无有害物质、无粉尘、废料少，外观无需喷涂；
(5)由于除电极之外的核心部分被复合材料紧密包覆，因此耐震动、抗击打、重量轻；
(6)符合元件短小轻薄的发展方向，电感器的体积可以在5×5×5至30×30×30尺寸之间灵活设计，其成本与可靠性是现有电感器不能比拟的。
Claims (9)
1、一种金属粉末注射成型电感器，包括导磁体和空心漆包线线圈，所述线圈包括主体和延伸部，其特征在于，
所述导磁体包括导磁芯和包覆层；所述导磁芯装于所述线圈主体的空心腔内；
所述包覆层是以铁磁系金属粉末为主的复合材料，所述复合材料紧密包覆于所述导磁芯和线圈主体的外部，使所述导磁芯、线圈主体、包覆层之间构成一体成型结构。
2、根据权利要求1所述的金属粉末注射成型电感器，其特征在于，所述线圈的延伸部均从所述包覆层的底面伸出，形成插件式电感器的电极端。
3、根据权利要求1所述的金属粉末注射成型电感器，其特征在于，所述线圈的延伸部为扁平结构，或与扁平导体焊接，形成贴片式电感器的电极端。
4、一种金属粉末注射成型电感器的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在漆包线线圈主体的空心腔内装入导磁芯；
(2)将带有导磁芯的线圈装入注射模具中；
(3)将以铁磁系金属粉末为主的复合材料作为流动喂料，注射到所述注射模具中，直至完全充满所述注射模具的型腔；
(4)等注入的复合材料固化后，脱模，得到金属粉末注射成型电感器。
5、根据权利要求4所述的金属粉末注射成型电感器的加工方法，其特征在于，当加工贴片式电感器时，
在所述步骤(1)中，先将空心的漆包线线圈的延伸部点焊到已经具备电极的金属框架上，再装入导磁芯，然后在所述线圈与导磁芯之间适量点胶以实现固定作用；
在所述步骤(2)中，将多个带有导磁芯的线圈装入同一注射模具。
6、根据权利要求4所述的金属粉末注射成型电感器的加工方法，其特征在于，当加工插件式电感器时，
在所述步骤(1)中，装入导磁芯后，在所述线圈与导磁芯之间适量点胶以实现固定作用；
在所述步骤(2)中，将多个带有导磁芯的线圈装入同一注射模具。
7、根据权利要求4-6中任一项所述的金属粉末注射成型电感器的加工方法，其特征在于，所述复合材料中包括铁磁系金属粉末、热塑性或热固性粘结剂、润滑剂、稳定剂、防锈剂。
8、根据权利要求7所述的金属粉末注射成型电感器的加工方法，其特征在于，所述铁磁系金属粉末的颗粒直径为0.5-20μm。
9、根据权利要求7所述的金属粉末注射成型电感器的加工方法，其特征在于，其中非导磁材料的质量比在10％-20％之间。
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