CN102856037A - 模塑成型功率电感元件及制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模塑成型功率电感元件，包括预制磁芯、安置在所述预制磁芯上的线圈以及模塑成型覆盖于所述磁芯及线圈上的磁性塑封层，与所述线圈相连的电极暴露在外。在此还公开了一种模塑成型功率电感元件的制作方法，包括以下步骤：a.预制磁芯并在所述预制磁芯上安置线圈；b.通过模塑成型覆盖磁性塑封层于所述磁芯及线圈上，与所述线圈相连的电极暴露在外。所述功率电感产品具有薄型化、小型化、可靠性高的优点。

Description

模塑成型功率电感元件及制造方法

技术领域

本发明涉及一种模塑成型功率电感元件及制造方法。

背景技术

随着IC整机技术的发展，对功率型电感器总体上要求是小型化、薄型化、高频、低DCR、大电流、低EMI（电磁干扰）和低制造成本。传统工艺类型功率电感，如开磁路或开气隙磁套式电感越来越不能满足IC发展要求。

对于普通开磁路功率电感产品，虽然可以做到较高的使用频率，但器件本身尺寸规格和质量较大，且存在严重的EMI问题。

对于加磁环或磁桶式闭磁路绕线功率电感产品，虽然可以较好的解决EMI问题，产品额定电流亦可以做到较大程度，但器件使用频率较低，重叠特性较差，且制造成本高，产品抗机械冲击及撞击能力较差。

随之发展了以下几种工艺类型的闭磁路功率电感。

模压工艺：将线圈放入模压机模具腔体中，填入绝缘磁粉颗粒，然后在一定压强和温度条件下成型。一般成型温度在100~550℃、压强在500~1000MPa。习知的模压一体成型电感磁体磁导率在10~40之间，成型压强大主要是为了提高磁体磁导率。由于较高的压强，磁粉会对内置绕组产生巨大作用力，会引起线圈变形导致电气特性离散、引起漆包膜损伤进而导致较大的开短路风险。由于成型机制的局限，产品的尺寸受到限制，现行行业使用该工艺生产的极限尺寸是2.5mm×2.0mm×1.2mm。

磁性胶水涂覆工艺：针对工字型绕组，通过点胶机，将磁性胶水披覆在线圈表面，然后在一定条件下固化成型。由于胶水具有流动性，对于磁芯形状上要求必须是工字型，然而由于胶水固化收缩或过回流焊膨胀过程会对工字型磁芯的上下叶片产生冲击进而导致开裂，此问题会在薄小型产品上体现的较为严重，另外随产品尺寸进一步减小，涂覆胶水的难度会大大增加，因此也限制了该工艺对于更薄更小尺寸方向发展。

磁性热缩套工艺：在绕组上套入磁性热缩套通过加热收缩后与内置绕组紧密结合。内置绕组一般是工字型或棒形，将热缩套套在绕组上，通过热处理后热缩套收缩紧贴在绕组上成型。其中热缩套的收缩程度不同会影响到紧贴程度，因此成型产品电气特性波动性较大。此外热缩套的组装也限制了自动化生产。另外对于更小型产品，对磁性热缩套的生产也较难实现，组装难度也大大增大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种模塑成型功率电感元件及制造方法，克服现有技术的上述缺陷。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种模塑成型功率电感元件，包括预制磁芯、安置在所述预制磁芯上的线圈以及模塑成型覆盖于所述磁芯及线圈上的磁性塑封层，与所述线圈相连的电极暴露在外。

其中所述磁性塑封层可包含磁粉颗粒、有机胶粘剂、润滑剂和固化剂等。

所述磁粉颗粒的材料可以为锰锌、镍锌、羰基铁粉、铁镍合金、铁硅铝、钼坡莫、纳米晶、非晶中任意一种或多种。

所述有机胶粘剂可以为环氧树脂、硅树脂、糠醛树脂、聚酰亚胺、聚苯硫醚、蜜胺树脂中任意一种或多种。

润滑剂包括硬脂酸、硬脂酸铝、硬脂酸镁、硬脂酸钙、硬脂酸锌，但不限于所述类型。

其中所述预制磁芯可根据实际制作需求及产品性能上选择铁氧体或金属软磁材质，形状上也可以任意变换。预制磁芯可由现有习知并普遍适用的注塑或压制成型工艺制作完成。

其中线圈与预制磁芯的安置方式可以是在预制磁芯上原位绕制形成内置线圈绕组。另一种方式是先制作线圈，然后再将线圈安置在预制磁芯上形成内置线圈绕组。

所述预制磁芯的整体形状可以为T形、棒形或工字形；所述磁芯中柱截面形状可以为正方形、长方形、椭圆形、圆形或跑道型。

磁芯成型方式可以为模压或注塑成型。

所述预制磁芯可以为工字形磁芯，所述磁性塑封层包覆所述磁芯的工字上叶和磁芯中柱，所述磁芯的工字下叶的外侧及底部暴露在外。

所述工字形磁芯底部可设置有两平行电极槽，所述电极槽内形成有金属化层，绕在所述磁芯中柱上的线圈的两个引出端分别收到两电极槽中的一者内。

所述预制磁芯也可以为T形磁芯，所述磁性塑封层覆盖T形底座的延伸出磁芯中柱的那一面并包覆所述磁芯中柱。

所述底座可以为在一对对角上有截角棱边的矩形体，所述矩形体在与相应截角棱边邻接的对应侧边上贴有金属箔，套入在所述磁芯中柱的扁平线圈的两个引出端分别弯折紧贴两截角棱边中的一者并通过电阻焊焊接在金属箔上。

一种模塑成型功率电感元件的制作方法，包括以下步骤：

    a. 预制磁芯并在所述预制磁芯上安置线圈；

b. 通过模塑成型覆盖磁性塑封层于所述磁芯及线圈上，与所述线圈相连的电极暴露在外。

所述预制磁芯可以为工字形磁芯，步骤a中，通过在磁芯中柱上进行绕线以安置线圈，步骤b中，通过模塑成型将所述磁性塑封层包覆所述磁芯的工字上叶和磁芯中柱，所述磁芯的工字下叶暴露在外，所述工字形磁芯底部设置有两平行电极槽，所述电极槽内形成有金属化层，将所述线圈的两个引出端分别收到两电极槽中的一者内。

所述预制磁芯可以为T形磁芯，步骤a中，将先制作好的扁平线圈套在磁芯中柱上，步骤b中，通过模塑成型将所述磁性塑封层覆盖T形底座的延伸出磁芯中柱的那一面并包覆所述磁芯中柱，所述底座为在一对对角上有截角棱边的矩形体，所述矩形体在与相应截角棱边邻接的对应侧边上贴有金属箔，将所述扁平线圈的两个引出端分别弯折紧贴两截角棱边中的一者并通过电阻焊焊接在金属箔上。

本发明有益的技术效果在于：

在预制磁芯上形成内置绕组，这样的好处是线圈得到了预制磁芯的固定，后续通过模塑方式形成磁性塑封层包裹内置的磁芯绕组，线圈不容易移位、变形，因此本发明的电感具有更好的电性一致性。另外由于线圈得到了预制磁芯的支撑，在磁性塑封层的形成过程中，线圈的漆包膜也不容易受损，因此本发明的电感及由本发明的方法制得的电感可靠性更高。该电感的结构在内外磁性介质间不存在气隙，并且能在较大电流情况下维持较高的感值及较高的直流叠加性能。

本发明由于是采用预制磁芯，可提供磁导率较大的例如在90~500之间的磁芯，因此在达到与模压一体成型电感相同的电感量情况下，本发明对于磁性塑封层模塑成型的压强可以适当减小，例如0~300MPa。功率电感产品的薄型化和小型化要求内置线圈线径更细，本发明中磁性塑封层的成型压强较小，因此更适用于实现功率电感产品的薄型化和小型化。

附图说明

图1A1、1A2是一个实施例预制磁芯示意图；

     图1B是一个实施例线圈绕制在预制磁芯上形成内置绕组示意图；

     图1C是一个实施例磁性塑封层形成示意图；

     图1D是一个实施例成品外形图；

     图2A是另一个实施例预制磁芯示意图；

     图2B是另一个实施例对绕扁平线圈示意图；

图2C是另一个实施例线圈安置在预制磁芯形成内置绕组示意图；

     图2D是另一个实施例铝箔结构示意图；

     图2E是另一个实施例磁性塑封层形成示意图；

图2F是另一个实施例成品外形图。

具体实施方式

以下通过实施例结合附图对本发明进行进一步的详细说明。

如图1A1、1A2所示，可采用注塑工艺制得NiZn铁氧体工字磁芯，磁导率优选3000~5000，饱和磁通400~500mT。优选地，该磁芯底部有两平行电极槽101、102。电极槽内部优选通过溅射工艺形成金属化层103、104。

可采用绕线机在上述工字型磁芯中柱105上进行绕线。如图1B所示，优选地，线圈绕制品完成后线圈引出端106、107收到电极槽101、102中。

图1C为磁性塑封层包裹绕组后成型的完成品示意图。绕线好的磁芯上通过模塑成型覆盖磁性塑封层108。磁性塑封层108包覆所述磁芯的工字上叶和磁芯中柱105，所述磁芯的工字下叶暴露在外。

磁性塑封层108中所含磁粉优选为羰基铁粉，原粉经钝化和绝缘处理，粒径D50优选为4μm；磁性塑封料磁粉固含量优选在60~90wt%之间；有机粘结剂优选采用FJNH-9803-5硅树脂，含量优选在10~40wt%之间；固化剂优选为582-2氨基树脂树脂，固化剂用量优选为硅树脂含量的6wt%；优选最后添加总重量0.2wt%硬脂酸镁，进行均一化。配制完成的磁性塑封料，通过模塑工艺在图1B所示线圈绕组外围形成磁性塑封层，成型压力优选为0~100MPa，然后优选经过150℃/1H烘烤使塑封层有机成分固化。优选最后浸锡形成SMD用外部电极端子109和119。图1D所示为优选实施例完成品的外形图。

  如图2A所示，亦可采用粉末模压工艺制得金属软磁合金T型预制磁芯，优选磁导率90~150，饱和磁通10000~15000mT， T型磁芯材质优选羰基铁粉。

优选地，该预制T型磁芯的底座为矩形体，矩形体一对对角上分别有截角棱边201、202，在该棱边相邻的相对侧边上贴上铝箔203、204。相对侧边优选为矩形体的较短侧边。

可先通过对绕机形成图2B形状的对绕扁平线圈，具有两个引出端205、206。

可将图2B所示对绕扁平线圈套入在预制T型磁芯的中柱中207中。两个引出端205、206分别弯折紧贴临边201、202。然后通过电阻焊将两个引出端205、206焊接在铝箔203、204上，形成图2C所示结构。图2D所示为铝箔的结构。

图2E为磁性塑封层208包裹绕组后成型的完成品示意图。套好线圈的磁芯上通过模塑成型覆盖磁性塑封层208。磁性塑封层208覆盖T形底座的延伸出磁芯中柱207的那一面并包覆磁芯中柱207。

磁性塑封层208中所含磁粉优选为FeSiCr金属软磁粉，原粉经钝化和绝缘处理，粒径D50为30μm。磁性塑封料磁粉固含量优选在80~97wt%之间；有机粘结剂优选采用FJNH-9803-5硅树脂 ，含量优选在3~20 wt%之间；固化剂优选为582-2氨基树脂树脂，固化剂用量优选为硅树脂含量的6wt%。配制完成的磁性塑封料，通过模塑工艺在图2C所示线圈绕组外围形成磁性塑封层208，成型压力优选为100~300MPa，然后优选经过150℃/1H烘烤使朔封层有机成分固化。然后优选在205、206引出端与铝箔203、204的焊点处涂上导电胶，加热固化后形成导电层209、210。图2F所示为优选实施例完成品的外形图。

本发明的功率电感元件种适用于数码相机、手机、计算机、电视机、机顶盒、游戏机、汽车电子、LED照明等电子产品。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种模塑成型功率电感元件，其特征在于,包括预制磁芯、安置在所述预制磁芯上的线圈以及模塑成型覆盖于所述磁芯及线圈上的磁性塑封层，与所述线圈相连的电极暴露在外。

2.如权利要求1所述的模塑成型功率电感元件，其特征在于,所述磁性塑封层含有磁粉颗粒、有机胶粘剂、润滑剂和固化剂。

3.如权利要求1所述的模塑成型功率电感元件，其特征在于,所述预制磁芯为工字形磁芯，所述磁性塑封层包覆所述磁芯的工字上叶和磁芯中柱，所述磁芯的工字下叶的外侧及底部暴露在外。

4.如权利要求3所述的模塑成型功率电感元件，其特征在于,所述工字形磁芯底部设置有两平行电极槽，所述电极槽内形成有金属化层，绕在所述磁芯中柱上的线圈的两个引出端分别收到两电极槽中的一者内。

5.如权利要求1所述的模塑成型功率电感元件，其特征在于, 所述预制磁芯为T形磁芯，所述磁性塑封层覆盖T形底座的延伸出磁芯中柱的那一面并包覆所述磁芯中柱。

6.如权利要求5所述的模塑成型功率电感元件，其特征在于,所述底座为在一对对角上有截角棱边的矩形体，所述矩形体在与相应截角棱边邻接的对应侧边上贴有金属箔，套入在所述磁芯中柱的扁平线圈的两个引出端分别弯折紧贴两截角棱边中的一者并通过电阻焊焊接在金属箔上。

7.一种模塑成型功率电感元件的制作方法，其特征在于,包括以下步骤：

a. 预制磁芯并在所述预制磁芯上安置线圈；

b. 通过模塑成型覆盖磁性塑封层于所述磁芯及线圈上，与所述线圈相连的电极暴露在外。

8.如权利要求7所述的制作方法，其特征在于,所述磁性塑封层含有磁粉颗粒、有机胶粘剂、润滑剂和固化剂。

9.如权利要求7所述的模塑成型功率电感元件，其特征在于,所述预制磁芯为工字形磁芯，步骤a中，通过在磁芯中柱上进行绕线以安置线圈，步骤b中，通过模塑成型将所述磁性塑封层包覆所述磁芯的工字上叶和磁芯中柱，所述磁芯的工字下叶的外侧及底部暴露在外，所述工字形磁芯底部设置有两平行电极槽，所述电极槽内形成有金属化层，将所述线圈的两个引出端分别收到两电极槽中的一者内。

10.如权利要求1所述的模塑成型功率电感元件，其特征在于, 所述预制磁芯为T形磁芯，步骤a中，将先制作好的扁平线圈套在磁芯中柱上，步骤b中，通过模塑成型将所述磁性塑封层覆盖T形底座的延伸出磁芯中柱的那一面并包覆所述磁芯中柱，所述底座为在一对对角上有截角棱边的矩形体，所述矩形体在与相应截角棱边邻接的对应侧边上贴有金属箔，将所述扁平线圈的两个引出端分别弯折紧贴两截角棱边中的一者并通过电阻焊焊接在金属箔上。

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