CN102449708A - 微型经屏蔽的磁性部件及制造方法 - Google Patents

Abstract

低轮廓磁性部件及制造方法包括第一芯部件和第二芯部件(418，402)，这些芯部件在线圈(404)的敞开的中心区(420)的内部和外部延伸。还提供表面安装端子(422)来完成与电路板的电气连接。

Description

微型经屏蔽的磁性部件及制造方法

技术领域

本发明总地涉及电子部件的制造，且更具体地涉及诸如电感器的微型磁性部件的制造。

附图说明

参照以下附图来描述非限制性的和非穷举的实施例，其中，除非另有说明，在各附图中，类似的附图标记表示类似部件。

图1是用于电子装置的已知磁性部件的立体图。

图2是传统的经屏蔽的磁性部件的分解图。

图3是图2中所示部件的仰视组装图。

图4是另一传统的经屏蔽的磁性部件的分解图。

图5是图4中所示部件的仰视组装图。

图6是另一传统的经屏蔽的磁性部件的仰视组装图。

图7是用于低轮廓电感器部件的传统预制线圈的俯视平面图。

图8是根据本发明所形成的线圈的俯视图。

图9是根据本发明的示例性实施例所形成的部件的分解图。

图10是处于已组装状态的图9中所示部件的立体图。

图11是图10中所示部件的仰视立体图。

图12是移除了零件的图10-12中所示部件的侧视立体图。

图13是根据本发明的另一实施例所形成的部件的分解图。

图14是处于已组装状态的图13中所示部件的立体图。

图15是图14中所示部件的仰视立体图。

图16是图13-15中所示部件的侧示图。

图17是根据本发明的示例性实施例所形成的另一部件的局部分解图。

图18是移除了零件的图17中所示部件的侧视立体图。

图19示出处于部分已组装状态的图17中所示的部件。

图20示出图19中所示部件的仰视立体图。

图21是处于完全组装状态的图17中所示部件的俯视立体图。

图22是根据本发明的另一示例性实施例所形成的又一磁性部件的立体图。

图23示出处于另一制造阶段的图22中所示的部件。

图24是处于完全组装状态的图23中所示部件的俯视立体图。

图25是图23中所示部件的仰视立体图。

图26是根据本发明的另一示例性实施例所形成的又一磁性部件的立体图。

图27示出处于另一制造阶段的图26中所示的部件。

图28是处于完全组装状态的图26中所示部件的俯视立体图。

图29是图28中所示部件的仰视立体图。

图30是降压转换器的基本电路图。

图31是升压转换器的基本电路图。

图32是高压驱动器的电路图。

图33是示出示例装置的电感值比电流性能的曲线图。

图34是示出示例装置的电感值滑移的曲线图。

图35以分解图示出磁性部件的另一示例性实施例。

图36是图35中所示部件的组装图。

具体实施方式

文中公开了克服本领域中许多挑战的磁性部件的示例性实施例，从而以合理的成本可靠地制造用于电子装置的低轮廓部件。更具体地，公开了诸如电感器和变压器的示例性微型屏蔽功率部件和用于制造这些部件的方法。部件采用独特芯部结构、预制线圈和用于形成预制线圈的端接结构的熔焊和电镀技术。对于较大的生产批量，可以严格控制芯部内的间隙尺寸，从而提供更为严格控制的电感值。由于与已知的用于电路板应用的磁性部件相比，这些部件更易于组装且产量更高，因而可以较低的成本来提供这些部件。这些部件还提供相对于已知部件来说增大的功率密度，并由它们尤为适用于电子装置的供电电路。

为了最为详尽地理解本发明，以下内容将被分成不同的部分，第一部分公开了传统的经屏蔽的磁性部件及与其相关的挑战，而第二部分公开了根据本发明的示例性实施例所形成的磁性部件的示例性实施例。

I.本发明的引言

在许多类型的电子装置中已期望在较小的物理封装尺寸下提供日益增多的特征和功能。诸如蜂窝电话、个人数字助理(PDA)装置和个人音乐和娱乐装置的手持电子装置现在例如包括增加数目的电子部件，以在这种装置中提供所期望的增多的功能性。在这种装置的减小的物理封装尺寸下容纳增多的部件导致“低轮廓(型面高度不大的)”部件的大量使用，这些部件具有从电路板表面突出的相对较小的高度。部件的低轮廓减小在电子装置内高出板所需的间隙，并允许多块电路板堆叠在装置中减小的空间内。

但这种低轮廓部件的制造具有许多实际挑战，从而使制造生产越来越小的电子装置所需的更低轮廓既困难又昂贵。特别是当部件涉及在制造过程中难以控制的有隙芯结构时，在诸如电感器和变压器的非常小的磁性部件中产生一致的性能是较难的，从而导致性能和成本问题。在大量的电子部件中，部件之中任何性能的变动是不期望的，并且即便是相对较小的成本节省也会是有意义的。

包括但不限于在电子装置中所用的电感器和变压器的电路板应用的多种磁性部件包括围绕磁性芯部设置的至少一个导电绕组。在一些磁性部件中，芯部组件由有间隙并粘结在一起的铁氧体芯部制成。使用时，需要芯部之间的间隙来将能量储存在芯部内，且间隙会影响磁特性，包括但不限于开路电感和直流偏压特性。特别是在微型部件中，芯之间均匀间隙的产生对于始终如一制造的可靠且高品质的磁性部件是至关重要的。

因此，期望提供一种用于电路板应用的效率增大和可制造性提高的磁性部件，但不增大部件的尺寸也不占据印刷电路板上过量空间。

图1是用于电子装置的已知磁性部件100的立体图。如图1中所示，部件100是包括基座102的功率电感器，该基座例如由诸如酚醛树脂之类的不导电的电路板材料制成。用诸如环氧基胶水的粘合剂106将铁氧体筒形芯部104(有时也被称为绕组线轴)附连于基座102。以在筒形芯部104周围缠绕指定匝数的导线形式来设置绕组或线圈108，且绕组108以从筒形芯104延伸的线圈引线110、112终止在各相对端处。金属端子线夹114、116设置在基座102的相对侧边缘上，且线夹114、116可以单独地由例如金属片制成并被组装到基座102。对应线夹114、116的各部分可软钎焊到电子装置的电路板(未示出)的导电迹线，且线夹114、116的各部分机械和电气地连接到线圈引线110、112。铁氧体屏蔽环形芯部118基本上围绕筒形芯部104并与筒形芯部104隔开一间隙。

绕组108直接缠绕在筒形芯部104上，且屏蔽环形芯部118组装到筒形芯部104。需要将筒形芯部104相对于屏蔽芯部118组件仔细对中心，以控制电感值并确保导体的直流偏压性能。通常使用相对高温的软钎焊工艺来将导线引线110、112钎焊到端子线夹114、116。

将筒形芯部104在屏蔽芯部118内对中心对于微型的低轮廓部件来说具有许多实际的困难。在一些情况下，已使用环氧树脂来粘结铁氧体芯部104和118，以生产用于磁性部件的粘结的芯部组件。在尝试将芯部恒定地隔开时，非磁性珠子，通常是玻璃球体，有时与粘性绝缘材料混合并在芯部104和118之间分配以形成间隙。当热固化时，环氧物使芯部104和118粘结，且珠子使芯部104和118分隔开以形成间隙。然而，芯部104和118之间的粘结主要取决于环氧物的粘度和分配在这些芯部之间的粘性混合物的环氧物与珠子的比例。已注意到在一些应用情况下，粘结的芯部104和118对于它们想要的用途并未充分粘结，且控制粘结混合物内的环氧物与玻璃球的比例经证实是非常困难的。

使筒形芯部104在屏蔽芯118内对中心的另一已知方法涉及被置于芯部104和118之间的非磁性间隔材料(未示出)。间隔材料经常由纸或聚酯薄膜绝缘材料制成。通常，用条带缠绕在芯部半件外部周围、用粘合剂来将芯部半件固定到一起或者用夹具来固定芯半件并保持芯半件之间的间隙，可以使芯部104和118及间隔材料彼此固定。极少使用多片(即，多于两片)间隔材料，这是因为将结构固定在一起的问题会变得非常复杂、困难和昂贵。

在将线圈引线110、112电气连接到端子线夹114和116的软钎焊过程中，业已发现会在筒形芯部104和屏蔽芯部118中的一个或两个内产生裂缝，特别是当使用非常小的芯部时。附加地，在软钎焊过程中会在绕组108内发生电气短路。任一种情况都会出现使用时电感器部件的性能和可靠性问题。

图2和图3分别示出在一些方面比图1中所示部件100更易于制造和组装的另一种已知类型的经屏蔽的磁性部件150的分解图和立体图。此外，部件150还可设有比部件100更低的轮廓(更低的型面高度)。

部件150包括筒形芯部152和接纳筒形芯部152的屏蔽芯部156，线圈或绕组154在该筒形芯部上延伸多圈。屏蔽芯部156包括形成于其表面上的电镀端子160。导线引线162、164从绕组154延伸并与端子158和160在其侧边缘上电气连接。电镀端子160避免了使用单独制造的端子线夹，诸如如图1中所示的线夹114和116，以及线夹114和116所组装到的基座102(也在图1中示出)。去除否则会需要的线夹114、116和基座102可节省材料和组装成本，并提供部件150相比于部件100(图1)较低的轮廓高度。

然而，部件150存在以越来越小的轮廓来制造的挑战。使屏蔽芯156相对于筒形芯152对中仍然是困难和昂贵的。部件150还易受热冲击，以及在制造部件150过程中将线圈引线162和164端接到屏蔽芯156上的端子158和160的高温软钎焊操作带来的潜在损坏，，或者当部件150被表面安装到电路板时所经受的热冲击的影响。热冲击往往减小一个或两个芯部104、118的结构强度。由于较低轮廓部件的趋势，筒形芯总汇152和屏蔽芯部156的尺寸减小，从而它们更易受到热冲击问题的影响。在用于形成端子的电镀过程中已观察到屏蔽芯部156产生裂缝，这将导致性能和可靠性问题，并且出现令人满意的部件的产量不期望的低。

图4和5示出与部件150在一些方面相似的部件180的另一实施例。图2和3的相同的附图标记在图4和5中用于共同的特征。不同于部件150，部件180包括嵌入屏蔽芯156内的端子槽182、184(图4)。嵌入的端子槽182和184在屏蔽芯部156一表面上接纳绕组引线166、168(图5)，该表面可以是安装到电子装置的电路板的表面。嵌入的端子槽182和184使部件高度可以减小，或者相比于部件150减小部件的轮廓，但在使芯部对中、由于电镀端子158和160产生的对芯的潜在损坏以及在部件180被表面安装到电路板时由于高温软钎焊操作所造成的热冲击问题方面仍有上述困难。

图6示出可根据部件150或180的构造的又一已知部件200，但包括更牢固地保持线圈引线166、168(图2-5)的单独设置的线圈端子线夹202、204。线夹202、204设置在电镀端子158、160上(图2-5)并捕获线圈引线166、168。除了线圈引线166、168的更为可靠的端接外，部件200也有使筒形芯部154在屏蔽芯部156内对中方面的类似困难、涉及在电镀端子时对芯的损坏的类似问题，以及在使用时会不利影响部件200的可靠性和性能的热冲击问题。

为了避免将线圈缠绕到越来越小的筒形芯部152上的困难并同时关注进一步减小这些部件的低轮廓高度，已建议利用预制线圈结构，这种结构并不缠绕在芯部结构上而是单独制造并组装到芯部结构内。图7是一个这种传统的预制线圈220的俯视图，该预制线圈可用于构造低轮廓电感器部件。线圈220具有第一引线和第二引线222和224以及两者之间缠绕多圈的导线长度。由于线圈220缠绕的传统方式，一根引线222从线圈220的内周缘延伸，而另一引线224从线圈220的外周缘延伸。

II.本发明的示例性实施例

图8是根据本发明所形成的用于微型或低轮廓磁性部件的预制绕组或线圈240的平面俯视图。与线圈220(图7)相同，线圈240具有第一和第二远端部或引线242和244以及在两者之间缠绕多圈以实现期望效果(诸如对于选择的最终应用场合来说期望的电感值之类)的导线长度。

在说明性实施例中，线圈240可根据已知技术由导线构成。如期望，用于形成线圈240的导线可涂敷有搪瓷涂层等，以对线圈240的结构和功能方面作出改进。如那些本领域的技术人员应理解地，线圈240的电感值部分地取决于导线类型、线圈中导线的绕圈数和线径。这样，线圈240的额定电感(inductancerating)对于不同的应用场合会有显著的变化。

不同于线圈220，引线242和244都从线圈240的外周缘246延伸。换言之，引线242和244都不从线圈240的内周缘248或中心开口延伸。由于引线242和244都不从线圈240的内周缘248延伸，与线圈220相比可以更有效地使用芯部结构内的绕组空间(未在图8中示出，但下面作描述)。线圈240的绕组空间的更有效的使用提供了性能优点和进一步减小磁性部件的低轮廓高度。

附加地，绕组空间的更有效的使用提供附加的益处，包括在制造线圈时使用较大的导线规格同时与由较小导线规格制成的传统线圈占据相同的物理面积。替代地，对于给定的导线规格，通过取消不使用的空隙，在具有较少圈数的传统线圈所占据的相同的物理空间内可以在线圈内设置更多匝圈数量。此外，绕组空间的更有效的使用可在使用时减小部件260的直流电阻(DCR)并减小电子装置中的功率损耗。

预制线圈240可以独立于任何芯部结构来制造，并可随后在制造的指定阶段与芯部结构组装。当如下所述与基本上自对中的磁性芯部结构一起使用时，线圈240的构造被认为是有利的。

图9-12是根据本发明的示例性实施例所形成的磁性部件260的各种视图。部件260包括第一芯部262、可插入屏蔽芯部262的预制线圈240(也在图8中示出)以及与线圈240叠置并以自对中方式接纳于第一芯部262内的第二芯部264。第一芯部262有点让人联想到先前所述的屏蔽芯部，而第二芯部264有时被称为使线圈240封围于第一芯部262内的罩盖。

如在图9中清楚可见，第一芯部262可以由导磁材料形成为带有竖直壁268、270的实心平基座266，这些壁沿与基座266法线方向或大体垂直的方向延伸。壁268和270可在其之间并在用于接纳线圈240的基座266之上形成大体圆柱形的绕组空间或绕组接纳部272。挖去部或开口273在侧壁268和270的端部之间延伸并为对应的线圈引线242和244提供间隙。

已知适于制造芯部262的多种磁性材料。例如，铁粉芯部、具有粉末状的镍、铁和钼的铁镍钼磁粉芯(MPP)；铁氧体材料；以及已知高通量环形材料，并可根据部件是否用于电源或功率转换电路或者在诸如滤波电感器之类的另一应用场合下使用。示例性的铁氧体材料包括已商业利用并可相当广泛获取的锰锌酸铁以及特别是功率铁氧体、镍锌酸铁、锂芯酸铁、镁锰酸铁等。还可设想低损耗铁粉、铁基陶瓷材料或其它已知材料可用来制造芯部同时实现本发明的至少一些优点。

如图10-12中所示，第一芯部262还可包括形成于第一芯部262的外表面上的表面安装端子276、278。端子276、278可在例如物理气相沉积(PVD)过程中，而不是在本领域中通常所采用的电镀法由导电材料制成形成于芯部262上。物理气相沉积允许相比于传统所用的电镀过程来说更佳的过程控制，并增强极小的芯部结构上的端子268、270的质量。物理气相沉积还可避免芯部损坏及电镀法存在的相关问题。尽管物理气相沉积被认为对于形成端子268、270是有利的，但应认识到可同样设置其它端子结构，包括电镀端子、端子线夹、由芯部262的一部分浸入导电墨水等中形成的表面端子以及本领域中已知的其它端接方法和结构。

如还在图10-12中所示，端子276和278都可形成有接纳线圈引线242和244端部的嵌入式端子槽280。在图示例子中，如在图9中最清楚可见，当线圈240组装到第一芯部262时，线圈240的引线可与基座266相邻定向，且引线可弯曲成与端子槽280配合。然后，引线242和244可例如熔焊到端子276和278以确保线圈引线242和244与端子276和278的充分的机械和电气连接。特别是，可使用火花焊和激光焊来端接线圈引线242和244。

与软钎焊相反，将线圈引线242和244熔焊到端子276和278避免了软钎焊在部件260的整个高度上的不期望的影响，并且还避免不期望的热冲击问题和对于线圈240的高温影响以及软钎焊所带来的对芯潜在的损坏。然而，尽管熔焊有益处，但应理解到软钎焊可用于本发明的一些实施例中同时获得本发明的许多益处。

端子276和278包围在第一芯部基座266的底面周围并提供用于电气连接到电路板上的导电迹线的表面安装焊盘(pad)。

第二芯部264可独立于芯部262并与其分开制造，然后如下所述被组装到第一芯部262。第二芯部262可由诸如如上所述的那些的导磁材料制成大体平面、盘形主体290及对中突起部292，该主体290具有第一直径，而对中突起部292与主体290一体形成并从本体的一侧向外延伸。对中突起部292居中地位于主体290上并可例如形成直径小于本体290的大体圆柱形的塞件或凸柱。此外，凸柱292的尺寸可以是紧密地配合但接纳于线圈240的内周缘248内。因此，凸柱290可起到当组装部件260时第二芯264的对准或对中特征的作用。凸柱292可在线圈内周缘248处延伸到线圈的开口内，且主体290的外周缘可落座于第一芯部262的侧壁268、270的上表面上。当例如使用环氧基粘合剂来将芯部262和264粘结在一起时，线圈240夹在芯部262和264之间并通过第二芯部264的凸柱292来保持在其位置。

特别是当线圈240的外周缘(在图8中通过附图标记246表示)紧密匹配于第一芯部262内的接纳部272的内尺寸时，芯262和264与线圈240的中间配合的组装提供特别紧凑的和机械稳定的部件260，其中，并不需要外面的对中元件。与线圈直接缠绕到较小的芯部结构上的传统部件组件相比，芯部262和264及预制线圈240的独立和单独的制造使部件260的组装更容易和制造更简单。

如图12中清楚可见(以侧视图示出，其中，未示出线圈240)，第二芯部264的凸柱292穿过线圈内周缘248(图9)仅延伸从主体290到第一芯部262的基座266的距离的一部分。即，凸柱292的端部并不延伸到第一芯部262的基座266，而是与其间隔开，以提供物理芯部间隙296。物理间隙296允许能量储存在芯部内，并影响部件260的诸如开路电感和直流偏压特性的磁性特征。与电子装置的传统低轮廓磁性部件相比，通过提供凸柱292和基座266之间的间隙296，能够以直接和相对较低成本的方式在大量部件260上稳定且一致地制造间隙296。因此，部件260的电感值能够以与现有部件构造相比相对较低的成本来进行严格控制。由更佳的过程控制产生可接纳部件的较高产量。

图13-16以各种视图示出根据本发明的另一实施例所形成的另一磁性部件300。部件300在许多方面类似于上文结合图9-12所述的部件260，且因此在图14-16中用相同的附图标记用于表示共同的特征。除了下文应注意到的，部件300的构造基本上与部件260相同并提供基本上相似的益处。

与部件260不同，部件300的第一芯部262形成有基本上实心和连续的侧壁302，该侧壁形成用于预制线圈240的接纳部272。即，部件300不包括第一芯部262中图9所示的挖去部273。同样，如在图14中清楚可见，线圈240以从线圈240的上表面延伸的引线242、244来定向，而不是在图9中所示的构造中，引线定位在线圈240与基座266相邻的底面上。鉴于线圈240和不设挖去部的实心壁302的定向，端子276和278内的端子槽280延伸了第一芯部262的整个高度，这与图9中所示实施例相反，在图9的实施例中，端子槽280仅延伸基座266的高度。端子276和278以及槽280在壁302的整个高度上的延长向端子276和278上的线圈引线242和244提供增大的连结区域，并且可便于使线圈引线242和244固定到第一芯262的端子276、278的软钎焊或熔焊操作。

图17-21是根据本发明的另一实施例所形成的另一磁性部件320的各种视图。部件320在许多方面类似于上文结合图9-12所述的部件260，且在图17-21中相同的附图标记用于表示共同的特征。除了下文应注意到的，部件320的构造基本上与部件260相同并提供基本上相似的益处。

如图17-21中所示，部件320包括预制导电端子线夹322和324，这些端子线夹独立于芯部262制成组装到芯部262的独立式结构。线夹322和324可以例如由导电材料板制成并冲压、弯曲或者成型为期望的形状。端子线夹322和324提供线圈引线242和244以及用于电路板的表面安装端子焊盘(pad)的端接。线夹322可以代替或者附加于上述端子276、278。

图22-25是根据本发明的另一示例性实施例所形成的又一磁性部件350的各种视图。部件350在许多方面类似于上文结合图9-12所述的部件260，且因此在图22-25中用相同的附图标记用于表示共同的特征。除了下文应注意到的，部件350的构造基本上与部件350相同并提供基本上相似的益处。

与部件260不同，部件360如上所述包括形成于第一芯部262，而不是第二芯部264内的对中突起部或凸柱352。凸柱352可居中地位于第一芯部262的接纳部272内并可从第一芯部262的基座266向上延伸。这样，凸柱352可向上延伸到线圈240的内周缘248，以使线圈240保持在相对于芯部262固定的、预定的和居中的位置。然而，芯部264仅包括主体290。即，芯部264并不包括示例性实施例中的图9和12中所示的凸柱292。

凸柱352可仅延伸在第一芯部262的基座266和芯部264的主体292之间一部分距离，且因此可以在凸柱352的端部和芯部264之间以恒定和可靠的方式设置间隙。由例如纸或聚脂薄膜绝缘材料制成的非磁性间隔元件(未示出)可设置在芯部264和芯部262的上表面上并在芯部262和264之间延伸，以抬高芯部262并使芯部262与凸柱352分开以如期望地整体或部分地形成间隙。或者，凸柱264可形成为具有比形成接纳部272的芯262的侧壁低的高度，由此产生在部件被组装时凸柱352和芯部264之间的物理间隙。

在另一和/或替代的实施例中，每个芯部262和芯部264可形成有对中突起部或凸柱，而凸柱的尺寸选择成提供凸柱的端部之间的间隙。可设置间隔元件以在该实施例中整体或部分地形成间隙。

图26-29示出根据本发明的另一示例性实施例所形成的另一磁性部件370的各种视图。部件370在许多方面类似于上文结合图22-25所述的部件350，且因此在图26-29中相同的附图标记用于表示共同的特征。除了下文应注意到的，部件370的构造基本上与部件350相同并提供基本上相似的益处。

部件370中的线圈240包括均与一对引线相联接的多个绕组。即，设置第一和第二线圈引线242和244来端接和电气连接线圈240内的第一组卷绕线匝，且设置第三和第四线圈引线372和374来端接和电气连接线圈240内的第二组卷绕匝圈。由此，芯部262分别设有用于第一和第二线圈引线242和244的端子276和278，且芯部262分别设有用于第三和第四线圈引线372和374的端子376和378。可设置附加的线圈引线和端子来容纳线圈240内附加的卷绕组。

当耦合的电感器是期望的，或者为了制造诸如门驱动变压器等的变压器，线圈240内的多个卷绕组可以是特别有利的。

在此设置的电感器可用于诸如降压或升压转换器之类的多种装置。例如，图30示出用于降压或减压(buck)转换器的典型电路图，而图31示出用于升压或增压转换器的典型电路图。根据本发明制备的电感器还可用于诸如移动电话、PDA和GPS装置等之类的电子装置中。在一个示例性实施例中，如图32中所提供的电路图所示，在此所述根据本发明制备的电感器可包含到为驱动用于诸如移动电话之类的电子装置中的场致发光灯而设计的高压驱动器中。

在示例性实施例中，电感器设置成具有2.5毫米x 2.5毫米x 0.7毫米的尺寸。用于示例性装置的峰值电感是4.7μH±20％，而峰值电流是0.7A，平均电流是0.46A。导线的电阻值测得为0.83欧姆。示例性装置的特征与两个替代方案的装置相比较，如表1所示。比较例1是村田公司(Murata)的电感器，型号为LQH32CN，而比较例2是TDK电感器。如表中所示，示例性的电感器(例1)从小得多的封装中提供关于电感和峰值电流的相同性能。例1的性能在图33中示出，在该图中示出关于电流的电感。在图34中示出例1的电感器的滑移(电感随着增大的电流而损失的百分比)并且该滑移在0.7A的峰值电流值处为约20％。

表1

磁性部件的各种其它改型可以提供相似益处。

例如，尽管公开了被认为在一些实施例中是有利的的特定线圈240(图8)，但其它线圈构造当然是可以的并且可有益地用于其它和/或替代的实施例。为了说明而非限制性的原因，线圈可由平的或圆形电线导体制成，且导体可包括高温绝缘材料和热或化学激活粘结剂以进一步方便磁性部件的组装。附加地，线圈可构造有螺旋和非螺旋绕组，并可在一些情况下包括多匝绕组或非整数(即，少于一匝)的线匝。

又例如，除了由上述材料制成芯部件外，所谓的分布式间隙材料可用于制成芯部，这些材料避免了需要提供芯部结构内的物理间隙。

在设想的示例性实施例中，例如，上述公开的芯部件可以由可模制的磁性材料制成，这种材料例如可以是磁粉颗粒和具有分布式间隙特性的聚合物粘合剂的混合物。可使用压缩模制技术来将这种材料按压到一个或多个线圈(或者同一线圈的不同绕组)周围，由此避免了与微型级别的离散的物理有隙的芯部和线圈相关的组装步骤。

图35和36示出另一磁性部件组件400，该组件一般包括形成磁性本体402的粉末状磁性材料和与其连接的线圈404。在所示例子中，磁性本体402由在线圈404的一侧上制成有可模制的磁性层406、408、410，和在线圈404的相对侧上制成的可模制的磁性层412、414、416构成。尽管示出六层磁性材料，但应理解到在其它和/或替代的实施例中可设置更多或者更少的磁性层数。

在示例性实施例中，磁性层406、408、410、412、414、416可由粉末状磁性材料制成，这些材料包括诸如铁氧体颗粒、铁(Fe)颗粒、铝硅铁粉(Sendust)颗粒、镍钼铁合金(MPP)颗粒、镍铁合金(HighFlux)颗粒、铁硅合金(Megaflux)颗粒、铁基无定形粉末颗粒、钴基无定形粉末颗粒的颗粒或者本领域中已知的其它等效材料。当这些磁性粉末颗粒与聚合物粘合剂材料混合时，所合成的磁性材料呈现分布式间隙特性，而这种特性避免了对于物理间隙或者分开的不同磁性材料件的任何需要。这样，有利地避免了与建立并维持一致的物理间隙尺寸相关联的困难和费用。对于高电流的应用来说，与聚合物粘合剂组合的、预退火的磁性无定形金属粉末被认为是有利的。

磁性层406、408、410、412、414、416可由相对较薄的板来提供，这些板可在层压过程中或者经由本领域中已知的其它技术进行堆叠并彼此连结。磁性层406、408、410、412、414、416可在制造的单独阶段预先制成，以简化后续组装阶段中磁性部件的形成。尽管在图35和36中示出多层磁性材料，但这种粉末状的磁性材料可选择性地以粉末形式直接压制或者连接到线圈，而没有预制步骤来形成如上所述的各层。总之，单片芯部结构可以提供充分的磁性性能，而不使用芯部结构中离散的物理间隙。然而，即使使用了分布式间隙磁性材料，芯部结构中的物理间隙可仍然是期望的。

所有层406、408、410、412、414、416可在一个实施例中由相同的磁性材料制成，因而，层406、408、410、412、414、416具有即便不是完全相同也是相似的磁性特性。在另一实施例中，层406、408、410、412、414、416中的一层或多层可由与磁性本体402中其它层不同的磁性材料制成。例如，层408、412和416可由具有第一磁性特性的第一可模制材料制成，而层406、410和414可由具有与第一磁性特性不同的第二磁性特性的第二可模制材料制成。

同样，与上述实施例类似，磁性部件组件400包括通过线圈404的开口中心区420插入的成形芯部元件418。在示例性实施例中，成形芯部元件418可由与磁性本体402不同的磁性材料制成。成形芯元件418可由本领域中已知的任何材料制成，包括但不限于已述的那些。如图35和36中所示，成形芯元件418可成形成与线圈404的中心开口420的形状互补的大体圆柱形形状，但也可设想非圆柱形的形状，同样地与具有非圆柱形开口的线圈一起使用。又在其它实施例中，成形芯元件418和线圈开口不必具有互补形状。

成形芯部元件418可延伸穿过线圈404内的开口420，而然后可模制的磁性材料模制到线圈404和成形芯部元件418周围以完成磁性本体402。当为成形芯部元件418选择的材料具有比用于形成磁性本体400的可模制的磁性材料更好的特性时，成形芯元件418和磁性本体402的不同磁性特性可以是特别有利的。因此，穿过芯部元件400的磁通路径可提供比磁性本体否则将提供的更好的性能。与如果整个磁性本体由成形芯元件418的材料制成相比，可模制的磁性材料的制造优点在于可实现更低的部件成本。

图35和36中示出了一个线圈404和芯元件418，但也可设想多于一个线圈和芯元件可同样设置在磁性本体402内。附加地，包括但不限于上述那些或者在上面所指出的相关应用场合中的那些，其它类型的线圈可以如期望地代替线圈404使用。

表面安装端子422可以现有技术中已知的任何方式来形成以实现电路板和部件400内的线圈之间的电气连接。任何上述的、在上面所指出的相关应用中或者本领域中已知的端接结构和技术可在本发明的各个实施例中使用。

III.公开的示例性实施例

现在显而易见的是所述的各种特征可以各种组合来结合和匹配。例如，在描述了圆形导线线圈之处可替代采用平坦导线线圈。在描述用于磁性本体的层状构造之处，可替代地使用非层状的磁性构造。可以有利地设置具有不同磁性特性、不同数目和类型的线圈和具有不同性能特征的许多种磁性部件组件来满足特定应用场合的需要。

同样，所述某些特征可有利地用于具有离散芯部件的结构中，这些芯部件有物理有隙并彼此间隔开。对于一些所述的端接特征和线圈联接特征来说尤其如此。

在如上阐释的本发明的范围内的各种可能性中，至少下面的实施例被认为相对于传统的电感器部件来说是有利的。

已公开了低轮廓磁性部件，该部件包括：具有敞开的中心区的至少一个导电线圈；内磁芯部件，其延伸穿过敞开的中心区；外磁芯部件，其围绕线圈和第一芯部件的一部分；以及表面安装端子，其用于实现电路板和至少一个导电线圈之间的电气连接。

可选择地，内磁芯部件呈大体圆柱形。内磁芯部件可整个穿过敞开的中心区延伸。外磁芯部件和内磁芯部件可由不同的磁性材料制成。

内磁芯部件可完全嵌入外磁芯部件内。内磁芯部件可包括具有第一直径的第一部分和具有比第一直径大的第二直径的第二部分，第一部分延伸穿过敞开的中心区。

外磁芯部件可由多层磁性材料制成。多层磁性材料可包括与聚合物粘合剂混合的粉末状磁性颗粒。磁性层中的至少两层可由不同的磁性材料制成。内芯部件和外芯部件中的至少一个可由与聚合物粘合剂混合的粉末状磁性颗粒制成。外磁性部件可形成于线圈和内磁芯部件上。当内芯部件和外芯部件被组装时，内磁芯部件可延伸小于穿过开口中心区的整个轴向距离，由此在内和外磁芯部件之间形成间隙。

内磁芯部件和外磁芯部件可形成不包括物理间隙的单片芯结构。替代地，外磁芯部件可独立于内磁芯部件制成。

表面安装端子可包括分别接纳第一和第二线圈引线的第一和第二导电线夹。线圈可包括内周缘和外周缘，第一和第二引线中的每一个可在外周缘处连接到线圈。部件可以是功率电感器。

还公开了制造低轮廓磁芯部件的方法，该方法包括：设置由导磁材料制成的第一芯部；设置独立于第一芯而形成的线圈，该线圈包括第一和第二引线以及两引线之间多个匝圈；使至少一部分第一芯部在线圈的敞开的中心区内延伸；使由导磁材料制成的第二芯部附连到第一芯部；以及在第二芯部上设置表面安装端子。

附连第二芯部可包括在线圈和第一芯部上形成第二芯部，由此将第一芯部和线圈嵌入第二芯部中。在线圈上和第一芯部上形成第一芯部可包括将第二罩盖模制到线圈和第一芯部上。形成第一芯部可包括压缩模制包括粉末状磁性颗粒和粘结剂的材料。压缩模制可包括堆叠磁性层的各片并层叠各层。线圈可包括内周缘和外周缘，每个第一和第二远端部在外周缘处连接到线圈，且该方法还包括将第一和第二远端部连接到表面安装端子。该方法还包括将第一和第二远端部连接到表面安装端子。可设置形成表面安装端子的预制端子线夹。

IV.结论

现在可以认为在上述实施例中已充分地证实了本发明的益处和优点。独特的芯部结构、预制线圈和用于形成预制线圈的端接结构的熔焊和电镀技术避免了传统部件构造易受到的热冲击问题，避免了用于形成有隙芯结构的外部抓持元件和粘结剂，并允许在大批量生产时严格控制芯内的间隙尺寸以提供部件的更严格控制的电感值。鉴于相对于用于电路板应用场合的已知磁性部件较易于组装和有较好的产量，因而可以较低的成本来提供部件。

尽管已公开了各种实施例，但可设想到的是文中公开的示例性实施例的其它变型和改型在现有技术那些的范围内，而不脱离本发明的范围和精神。例如，具有例如在颗粒级别上彼此混合的粉末状铁和树脂粘合剂，由此产生间隙作用而在结构中不形成离散间隙的分布式空气间隙芯材料也可获得，并可用于生产主要是自对中的芯和线圈构造而没有离散的物理间隙，以进一步简化制造过程，并潜在地改善DC偏置特性和减小部件的AC绕组损失。

此书面描述使用示例来公开包括最佳模式的本发明，并且还用于使本领域任何技术人员能实践本发明，包括制造并使用任何设备或系统以及实施任何所包含的方法。本发明可取得专利的范围由权利要求所限定，并且可包括由本领域技术人员所想到的其它示例。如果一些其它示例具有并不与权利要求的字面语言不同的结构元件，或者这些示例包括不与权利要求的字面语言具有本质差别的等同结构元件，则这些示例仍可被认为落在这些权利要求的范围内。

Claims (26)

1.一种低轮廓磁性部件，包括：

至少一个导电线圈，所述导电线圈具有敞开的中心区；

内磁芯部件，所述内磁芯部件延伸穿过所述敞开的中心区；

外磁芯部件，所述外磁芯部件围绕线圈和所述第一芯部件的一部分；以及

表面安装端子，所述表面安装端子用于完成电路板和所述至少一个导电线圈之间的电气连接。

2.如权利要求1所述的低轮廓磁性部件，其特征在于，所述内磁芯部件呈大体圆柱形。

3.如权利要求1所述的低轮廓磁性部件，其特征在于，所述内磁芯部件整个穿过所述敞开的中心区延伸。

4.如权利要求1所述的低轮廓磁性部件，其特征在于，所述外磁芯部件和所述内磁芯部件由不同磁性材料制成。

5.如权利要求1所述的低轮廓磁性部件，其特征在于，所述内磁芯部件完全嵌入所述外磁芯部件中。

6.如权利要求1所述的低轮廓磁性部件，其特征在于，所述内磁芯部件包括具有第一直径的第一部分和具有比第一直径大的第二直径的第二部分，所述第一部分延伸穿过所述敞开的中心区。

7.如权利要求1所述的低轮廓磁性部件，其特征在于，所述外磁芯部件由多层磁性材料制成。

8.如权利要求7所述的低轮廓磁性部件，其特征在于，所述多层磁性材料包括与聚合物粘合剂混合的粉末状磁性颗粒。

9.如权利要求7所述的低轮廓磁性部件，其特征在于，所述磁性层中的至少两层由不同磁性材料制成。

10.如权利要求1所述的低轮廓磁性部件，其特征在于，所述内芯部件和外芯部件中的至少一个由与聚合物粘合剂混合的粉末状磁性颗粒制成。

11.如权利要求1所述的低轮廓磁性部件，其特征在于，所述外磁芯部件形成在所述线圈和所述内磁芯部件上。

12.如权利要求1所述的低轮廓磁性部件，其特征在于，当所述内芯部件和外芯部件被组装时，所述内磁芯部件延伸小于穿过所述敞开的中心区的整个轴向距离，由此在所述内磁芯部件和外磁芯部件之间形成间隙。

13.如权利要求1所述的低轮廓磁性部件，其特征在于，所述内磁芯部件和所述外磁芯部件形成单片芯片结构。

14.如权利要求13所述的低轮廓磁性部件，其特征在于，所述单片芯部结构不包括物理间隙。

15.如权利要求1所述的低轮廓磁性部件，其特征在于，所述表面安装端子包括分别接纳第一和第二线圈引线的第一和第二导电线夹。

16.如权利要求1所述的低轮廓磁性部件，其特征在于，所述线圈包括内周缘和外周缘，所述第一和第二引线都在所述外周缘处连接到所述线圈。

17.如权利要求1所述的低轮廓磁性部件，其特征在于，所述部件是功率电感器。

18.如权利要求1所述的低轮廓磁性部件，其特征在于，所述外磁芯部件独立于所述外磁芯部件制成。

19.一种制造低轮廓磁性部件的方法，包括：

设置由导磁材料制成的第一芯部；

设置独立于所述第一芯部形成的线圈，所述线圈包括第一和第二引线及所述两根引线之间多个匝圈；

使所述第一芯部的至少一部分在所述线圈的敞开的中心区内延伸；

将由导磁材料制成的第二芯部附连到所述第一芯部，以及

在所述第二芯部上设置表面安装端子。

20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，附连所述第二芯部包括在所述线圈和所述第一芯部上形成所述第二芯部，由此将所述第一芯部和线圈嵌入所述第二芯部中。

21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，在所述线圈和第一芯部上形成所述第一芯部包括将所述第二罩盖模制到所述线圈和所述第一芯部上。

22.如权利要求21所述的方法，其特征在于，形成所述第一芯部包括压缩模制包括粉末状磁性颗粒和粘结剂的材料。

23.如权利要求22所述的方法，其特征在于，压缩模制包括堆叠磁性层的各片和层叠所述各层。

24.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述线圈包括内周缘和外周缘，且第一和第二远端部中的每一个在所述外周缘连接到所述线圈，所述方法还包括将所述第一和第二远端部连接到所述表面安装端子。

25.如权利要求19所述的方法，其特征在于，还包括将所述第一和第二远端部连接到所述表面安装端子。

26.如权利要求25所述的方法，其特征在于，还包括设置形成所述表面安装端子的预制端子线夹。

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