CN102810393B - 线圈电子组件的非高压固态封装方法及线圈电子组件 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种线圈电子组件的非高压固态封装方法及线圈电子组件，先以一预设比例混合粉状磁性材料和粉状黏着剂以形成固态混合物，接着在一具有预定的所需形状的模具中填入该固态混合物及对象(线圈或环绕有线圈的芯材)，再加热该模具中的固态混合物，以使该粉状磁性材料通过该粉状黏着剂相互黏结以包覆该对象，进而形成对应该模具形状的线圈电子组件。因此，通过本发明线圈电子组件的非高压固态封装方法的运用，可节省制作时间及成本，进而制作质量稳定的线圈电子组件。

Description

线圈电子组件的非高压固态封装方法及线圈电子组件

技术领域

本发明涉及一种封装方法及利用该方法制成的电子组件，尤其涉及一种线圈电子组件的非高压固态封装方法及利用该固态封装方法制成的电感器。

背景技术

线圈电子组件通常设计用来抵御电流的变化，例如，当电流穿过电感器时会产生磁场，而磁场变化可诱发电压改变并抑制电流的变化，此抑制电流变化的能力即称为电感。

一般而言，早期普遍的电感器为图1A所示的环形电感器1a，具有自屏蔽、高耦合和早期饱等效能。但是，近年来对安装于电路板上的电感器的要求趋向微型化，而环形电感器1a体积较大，虽然环形电感器应用于电源供应设备无须考虑体积问题，但线圈缠绕的人力及时间成本却相对提高。

图1B所示的「一」字型电感器1b或图1C所示的「I」字型电感器1c，两者的体积较环形电感器1a小，且可通过机械辅助而形成线圈12b和12c。然而，前述三种电感器的磁力线皆暴露于空气中，导致磁力线不均匀及饱和电流低。

密闭型电感器具有低电阻、高电感且能耐大电流等特性。现有技术提供一种具有外罩的电感器2a，如图2A所示，包括外罩23a和环绕有线圈(图中未示出)的芯材21a，然而，如果外罩23a和芯材21a的尺寸公差太大则难以组装成电感器2a。因此，现有技术再提供一种如图2B所示的一体化粉末合金电感器2b，其依序在模具中放入磁性粉末、线圈22b和磁性粉末，接着施加高压(例如通过冲头进行冲压)以将磁性粉末压制为芯材21b，即成型电感器2b，然而，此种技术无法应用于任何形状的模具，必须使用能提供高压的设备和能承受该高压的特定形状模具，否则，模具内的成品很可能在进行高压成型步骤时破裂。以大型电感组件为例，由于需要极大的压力提供机构对电感施压成型，因而其制作成本不易降低。另外，现有技术还提供一种如图2C所示的电感器2c，由于电感器2c包括芯材21c、线圈22c及包覆体23c，若使用前述高压压制成型的技术来成型包覆体23c，势必会使芯材21c破碎。

因此，现在电感器的制作方法大多利用一模具容置芯材21c和线圈22c，再注入掺有磁性粉末的胶体23c在该模具中，如图2C所示，经过高温加热后即成型。然而，虽然采用胶体来包覆芯材和线圈可避免前述高压压制成型的芯材破碎的问题，但胶体在注入模具时有可能会产生气泡，此过程中难以达到真空状态，另外，由于磁性粉末比重较胶体大，因而在胶体中会发生沉降现象，这些问题或现象皆会影响到电感器的特性。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

针对上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种固态封装方法及利用该方法制成的电感器，以节省制作成本及提升电感质量。

为达到前述目的以及其它目的，本发明提出一种线圈电子组件的非高压固态封装方法，包括以下步骤：A、以一预设比例混合粉状磁性材料和粉状黏着剂，以形成固态混合物；B、 将对象及所述固态混合物放入预定所需形状的模具中，以使所述固态混合物包覆所述对象，其中，所述模具无须施以高压成型；C、加热所述模具中包覆有所述对象的固态混合物，以使所述粉状磁性材料通过所述粉状黏着剂相互黏结以包覆所述对象，进而形成对应该模具形状的线圈电子组件。

上述固态混合物中掺入粉状绝缘材料或胶状黏着剂。

上述步骤C还包括加热前震动所述模具以使所述固态混合物均匀。

上述步骤C还包括加热时通过一压力以使该固态混合物均匀填充所述模具。

其次，本发明提出一种线圈电子组件，包括：芯材，具有柱状部及形成于该柱状部两端的第一及第二端部，所述第一及第二端部在垂直所述柱状部延伸方向的截面面积大于所述柱状部的截面面积，且所述第一端部的截面面积小于所述第二端部的截面面积；线圈，由一导线螺旋环绕所述芯材的柱状部而形成线圈本体；包覆体，由粉状磁性材料和粉状黏着剂以一预设比例混合的固态混合物所制作形成，且所述包覆体包覆所述环绕有线圈的芯材并外露所述导线的两末端以作为接线部。

上述包覆体包覆所述芯材的第一端部及环绕有所述导线的柱状部，且外露所述芯材的第二端部。

与现有技术相比较，本发明线圈电子组件的非高压固态封装方法及利用该方法制成的线圈电子组件，能够解决现有技术中，由外罩和芯材组成电感器所产生的公差问题，采用粉末压制技术的芯材可能碎裂的问题，及利用胶体包覆芯材和线圈所导致的气泡和粉末沉降现象。

附图说明

图1A、图1B和图1C分别为现有技术环形电感器、一字型电感器和I字型电感器的示意图。

图2A、图2B和图2C分别为现有技术的各种密闭式电感器。

图3A及图3B分别为本发明线圈电子组件的非高压固态封装方法的实施例一的流程图及说明示意图。

图4为应用本发明线圈电子组件的非高压固态封装方法所制成的电感器的架构示意图。

图5为应用本发明线圈电子组件的非高压固态封装方法所制成的变压器的架构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图3A及图3B，图3A为本发明线圈电子组件的非高压固态封装方法的实施例一的流程图，图3B图辅助图3A所示的线圈电子组件的非高压固态封装方法的说明图。

在步骤S301中，以一预设比例混合粉状磁性材料30和粉状黏着剂31。粉状磁性材料30和粉状黏着剂31均匀混合成固态混合物3，其中，粉状磁性材料30和粉状黏着剂31的混合比例范围为                                                重量比至重量比，例如95%和5%、90%和10%、85%和15%、80%和20%、75%和35%、或70%和30%等。原则上粉状磁性材料30的比例以大于70%较佳，另外，粉状黏着剂31的比例越高，则固态混合物3的固性越高。此外，粉状磁性材料30可为软磁性物质，粉状磁性材料31可为固态树脂。接着进行步骤S302。

在步骤S302中，将对象(环绕有线圈42的芯材41)和固态混合物3放入模具5中，其中，模具5具有预定的所需形状。在图3B中，可在模具5中依序填充固态混合物3、放入对象(环绕有线圈42的芯材41)、接着再次填充固态混合物3，以使对象(环绕有线圈42的芯材41)周围均匀包覆有固态混合物3。此外，在步骤S302中，无须对模具5施加高压即可成型。还有，模具5可开设有供线圈42的末端421伸出的孔洞。接着进行步骤S303。

接着在步骤S303中，加热在模具5中的物件(环绕有线圈42的芯材41)和固态混合物3，以使粉状磁性材料30通过粉状黏着剂31相互黏结并包覆所述对象，进而形成对应模具5形状的线圈电子组件(如图3B中所示的电感器4)。此外，在加热前可震动模具5以使固态混合物3中的粉状磁性材料30和粉状黏着剂31均匀混合。另外，加热时也可通过一轻微的压力使固态混合物3在加热过程中均匀填充模具5。需说明的是，所述轻微压力仅辅助固态混合物3均匀填充模具5，而非电感器4成型的必要条件。

最后，由于固态混合物3经加热后会稍微收缩其体积，因而可轻易与模具5分离，例如通过翻转模具5的方式，来使包覆环绕有线圈42的芯材41的固态混合物3脱离模具5，以成型电感器4。

此外，在步骤S302中，在模具5中所放入的对象可单独为线圈42或绕有线圈42的芯材41。当所放入的对象为线圈42时，可制成如图1所示的电感器2b，但相对无须高成本的设备即可制成。当所放入的对象为绕有线圈42的芯材41时，可制成如图1所示的电感器2c，但相对不会有胶体所造成的磁性不均的问题。

此外，在步骤S301中，固态混合物3中还可掺入粉状绝缘材料，例如二氧化硅(SiO2)，以增加固态混合物3的固性。也可掺入胶状黏着剂。另外，芯材41可选自铁氧体、铁磁性物质或软磁性物质，粉状磁性材料30可为铁(Fe)、铁硅铝(MPP(FeNiMo)/hi-flux(FeNi50))、铁硅铝(sendust：FeSiAl)、亚铁盐(Ferrite)、羰基铁(carbonyl iron)等软磁性物质，且芯材41与粉状磁性材料30所选择的物质可不同，即芯材41与固态混合物3的导磁率可不同。

另一方面，虽然提高粉状黏着剂的比例或掺入粉状绝缘材料可提升固态混合物的固性，然而，粉状磁性材料的比例相对降低将会使导磁率降低。解决的方法可通过选择粉状磁性材料和芯材的物质种类来提升导磁率，例如，当为了增加固性而提高粉状黏着剂比例而导致固态混合物的导磁率下降时，可选择导磁率较高的物质作为芯材的材料。另外，导磁率较高的物质通常在高压之下容易脆裂，因而绝对不可能采用现有的粉末压制制程成型的技术，但若采用掺有磁性粉末的胶体又可能产生气泡或粉末沉降的问题。而采用本发明的线圈电子组件的非高压固态封装方法可以兼顾电感器的固性和导磁率。

值得说明的是，粉状磁性材料可通过粉状黏着剂而彼此黏结，且混合有粉状磁性材料和粉状黏着剂的固态混合物也可通过粉状黏着剂包覆线圈或环绕有线圈的芯材。     粉状磁性材料和粉状黏着剂的重量比可为至，在具体实施时，可以为10%和90%、15%和85%、20%和80%、25%和85%、或30%和70%，均匀混合并填充模具以包覆对象后，再以温度约100度加热2小时，即完成固态封装。

图4为应用本发明的封装方法所制成的电感器的结构示意图。电感器6包括芯材61、线圈62和包覆体63’。

芯材61具有柱状部610及形成于柱状部610两端的第一及第二端部611及612，第一及第二端部611及612在垂直柱状部610延伸方向的截面面积大于柱状部610的截面面积，且第一端部611的截面面积系小于第二端部612的截面面积。线圈62由一导线螺旋环绕芯材61的柱状部610而形成线圈62的本体。

包覆体63’包含由粉状磁性材料630和粉状黏着剂631以一预设比例混合的固态混合物63，且包覆环绕有线圈62的芯材61，并外露导线末端621以作为接线部。此外，如图4所示，包覆体63’包覆芯材61的第一端部611及环绕有所述导线的柱状部610，且外露芯材61的第二端部612。

制作过程中，可先均匀混合粉状磁性材料630和粉状黏着剂631以成为固态混合物63，接着将环绕有所述导线的柱状部610放入模具7，再利用固态混合物63填充环绕有所述导线的柱状部610与模具7之间的空隙，最后进行加热，以使粉状磁性材料630通过粉状黏着剂631而彼此黏结并包覆芯材61的第一端部611和环绕有线圈62的柱状部610以成型为包覆体63’，且外露芯材61的第二端部612和导线末端621，从而制成电感器6。

另一方面，本发明的线圈电子组件的非高压固态封装方法除可应用于前述电感器外，更可应用于变压器，如图5所示，变压器包括两个E型磁芯8、环绕于E型磁芯8的中柱的线圈9，并利用固态混合物3填充两磁芯8之间的空隙以进行封装，这样可减少漏磁、增加磁芯截面积及增加效率，更可减少噪声。

固态混合物3可包含粉状磁性材料和粉状黏着剂，还可包含粉状绝缘材料，或者也可掺有少量胶状黏着剂。

综上所述，本发明线圈电子组件的非高压固态封装方法，是利用粉状磁性材料和粉状黏着剂以一预设比例混合成的固态混合物来制成线圈电子组件的包覆体。制作时，由于粉状黏着剂受热后会收缩，因而以固态混合物填充模具以包覆对象(仅为线圈或为环绕有线圈的芯材)并加热后，固态混合物可紧密黏附于对象上以成为密闭型。此外，利用粉状黏着剂的制作过程中无须高压，仅需一微小压力来辅助粉末均匀填充模具，不会产生芯材碎裂的问题，因而可提高芯材种类的选择性，也可降低设备的成本负担。另外，黏着剂与磁性材料皆为同相(固态)，因而可轻易混合均匀，且在混合过程中粉状磁性材料可通过粉状黏着剂而彼此黏结，受热后再缩小体积以包覆芯材，因而，不会发生利用胶体注入模具所导致的气泡及粉末沉降现象。

因此，通过本发明线圈电子组件的非高压固态封装方法所制成的线圈电子组件，相对于现有技术可降低成本，且电感器的包覆体磁性均匀，因而所制成的电感器质量稳定、电感特性特佳。

上述各实施形态仅例示性说明本发明之原理及功效，而非用于限制本发明。任何熟习此项技术之人士均可在不违背本发明之精神及范畴下，对上述实施形态进行修饰与改变。因此，本发明之权利保护范围，应如后述之申请专利范围所列。

Claims (1)

1.一种线圈电子组件的非高压固态封装方法，其特征在于，包括以下步骤：

A、以一预设比例混合粉状磁性材料和粉状黏着剂，以形成固态混合物；

B、将对象及所述固态混合物放入预定所需形状的模具中，以使所述固态混合物包覆所述对象，其中，所述模具无须施以高压成型； 

C、加热所述模具中包覆有所述对象的固态混合物，以使所述粉状磁性材料通过所述粉状黏着剂相互黏结以包覆所述对象，再以100度加热2小时，进而形成对应该模具形状的线圈电子组件；

其中，所述粉状磁性材料和所述粉状黏着剂的预定混合重量比例范围为                                                至；

步骤C还包括加热前震动所述模具以使所述固态混合物均匀混合；

所述粉状磁性材料为软磁性物质，粉状黏着剂为固态树脂。

2.根据权利要求1所述的线圈电子组件的非高压固态封装方法，其特征在于，所述固态混合物中掺有粉状绝缘材料或胶状黏着剂。

3.根据权利要求1所述的线圈电子组件的非高压固态封装方法，其特征在于，步骤C还包括加热时通过一压力以使该固态混合物均匀填充所述模具。

4.根据权利要求1所述的线圈电子组件的非高压固态封装方法，其特征在于，所述对象为线圈、或绕有线圈的芯材。

5.根据权利要求4所述的线圈电子组件的非高压固态封装方法，其特征在于，所述模具开设有供所述线圈的末端伸出的孔洞。

6.一种线圈电子组件，其特征在于，包括：

芯材，具有柱状部及形成于该柱状部两端的第一及第二端部，所述第一及第二端部在垂直所述柱状部延伸方向的截面面积大于所述柱状部的截面面积，且所述第一端部的截面面积小于所述第二端部的截面面积；

线圈，由一导线螺旋环绕所述芯材的柱状部而形成线圈本体； 

包覆体，由粉状磁性材料和粉状黏着剂以一预设比例混合的固态混合物所制作形成，且所述包覆体包覆所述环绕有线圈的芯材并外露所述导线的两末端以作为接线部；其中，所述粉状磁性材料和所述粉状黏着剂的预定混合重量比例范围为至，且所述包覆体包覆所述环绕有线圈的芯材后在100度加热2个小时，完成固态封装；

所述粉状磁性材料为软磁性物质，所述粉状黏着剂为固态树脂；

所述芯材为铁氧体、铁磁体物质或软磁性物质的芯材，所述粉状磁性材料为铁、铁硅铝、亚铁盐、羟基铁。

7.根据权利要求6所述的线圈电子组件，其特征在于，所述包覆体包覆所述芯材的第一端部及环绕有所述导线的柱状部，且外露所述芯材的第二端部。