CN103617872B - 基于pcb工艺制作的集成磁性元件的制作方法及集成led驱动电源 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种集成磁性元件、制作方法以及集成LED驱动电源，该集成磁性元件，包括PCB基板，在PCB基板内嵌入有磁芯、铜线圈以及引脚；所述的磁芯为铁基纳米晶磁带，其贴在或镀膜在PCB基板的内层板上；所述的铜线圈为薄铜层。本发明采用电镀沉积软磁薄膜或采用熔体甩出法制成铁基纳米晶磁带，通过PCB加工工艺开发，将它们制成PCB嵌入式磁芯，从而得到厚度薄、效率高并且还同时提供系统组装衬底作用的集成磁性元件。另外，采用本发明基于PCB工艺制作的集成磁性元件作为衬底制作的集成LED驱动电源具有以下优点：厚度薄、面积小、集成度高、加工重复度及可靠性高，并且简化了系统组装工序，节省时间及成本。

Description

基于PCB工艺制作的集成磁性元件的制作方法及集成LED驱动电源
技术领域
本发明涉及磁性元件制造领域，特别涉及一种基于PCB工艺制作的集成磁性元件、制作方法及集成LED驱动电源。
背景技术
磁性元件通常由绕组和磁芯构成，它是储能、能量转换及电气隔离所必备的电力电子器件，主要包括变压器和电感器两大类。几乎所有电源电路中，都离不开磁性元器件，磁性元件是电力电子技术最重要的组成部分之一。LED驱动电源上所需磁性元件主要有变压器、共模电感、功率电感等，这些对磁性元件的品质要求会比传统电源更高，因为LED灯要求的温度比普通灯要高。LED驱动电源要求变压器、电感等磁性元件体积小、性能好、稳定性高、损耗小等。变压器、电感器等磁性元件关键是要优化磁芯，提高磁芯的密度、参数等要求。
PCB集成磁性元件一般可分为无磁芯PCB元件和有磁芯PCB元件。无磁芯PCB变压器主要用于电力电子开关的隔离驱动，其功率较小。如需达到较高的电感量，需要比较高的绕组匝数，这样就会增加其绕组的电阻，从而影响其效率。为了提高单位面积的电感量，一般功率用PCB磁性元件普遍采用磁芯。目前的有磁芯PCB磁性元件，基本上都采用铁氧体导磁。但是由于铁氧体导磁性能较弱，工作点的磁感应强度低，从而限制了PCB磁性元件小体积和高功率密度优势的进一步发挥。
随着磁材料技术的发展，目前有多种磁材料拥有了比铁氧体更好的特性，许多薄膜磁性材料具有比如高饱和磁通密度、低矫顽力和高电阻率等特性。此类薄膜材料主要是针对硅片上集成电感的应用，受到微加工工艺的限制，沉积 方法主要局限于电镀和溅射。通过电镀沉积的材料通常具有比较低的电阻率，但是由于受集肤效应的影响，所能应用的磁材料厚度受到很大的限制。另外，采用溅射的方法来沉积的材料就不受电阻率的影响，但是这种方法的缺点是沉积速度慢，成本高。
发明内容
本发明针对上述现有技术中存在的不足，提供了一种厚度薄、效率高并且还同时提供系统组装衬底作用的基于PCB工艺制作的集成磁性元件及其制作方法。
本发明还提供了一种厚度薄、面积小、集成度高、成本低、加工重复度及可靠性高的集成LED驱动电源。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种集成磁性元件，包括PCB基板，在PCB基板内嵌入有磁芯、铜线圈以及引脚；所述的磁芯为铁基纳米晶磁带，其贴在或镀膜在PCB基板的内层板上；所述的铜线圈为薄铜层。
作为优选，所述集成磁性元件可以是电感、变压器或传感器。
一种基于PCB工艺制作的集成磁性元件的制作方法，包括以下步骤：
步骤1：开料，即将基板材料切割成集成磁性元件所需尺寸；
步骤2：电镀沉积软磁薄膜或采用熔体甩出法制成铁基纳米晶磁带贴在PCB基板的内层板上或镀膜在内层板上；
步骤3：利用干膜或湿膜蚀刻法形成内层磁芯图形，然后再多层板压合；
步骤4：在电路板上钻出层与层之间线路连接的导通孔；
步骤5：沉铜、图形转移，化学沉铜是对内、外层板电路互连的过程，在已钻孔板孔内沉积出一层薄铜层；
步骤6：化学电镀铜及蚀刻。
一种集成LED驱动电源，包括上述集成磁性元件以及以该集成磁性元件为衬底组装在其上的其它电源元件。
相较于现有技术，本发明采用电镀沉积软磁薄膜或采用熔体甩出法制成铁基纳米晶磁带，通过PCB加工工艺开发，将它们制成PCB嵌入式磁芯，从而得到厚度薄、效率高并且还同时提供系统组装衬底作用的集成磁性元件。另外，采用本发明基于PCB工艺制作的集成磁性元件作为衬底制作的集成LED驱动电源具有以下优点：厚度薄、面积小、集成度高、加工重复度及可靠性高，并且简化了系统组装工序，节省时间及成本。
附图说明
图1为本发明基于PCB工艺制作的集成磁性元件的示意图；
图2为本发明集成LED驱动电源的示意图。
具体实施方式
本发明的具体实施方式如下：
对于PCB磁元件来讲，磁材料的选择受工艺限制较小。近年来，铁基纳米晶技术获得了较大的发展，也可以作为磁元件磁芯的一种可能较好的选择。比如Finemet型纳米晶软磁合金，这是铁基纳米晶材料中的一种典型材料，其典型成分为：Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9。性能参数为：Bs=1.24T，Hc=0.53A/m,μr(1kHz)=1.0×105。铁基纳米晶材料制作工艺比较简便，具有相对高的饱和磁通密度、较高的电阻率、极小的矫顽力等优良的软磁性能。
因此，本发明采用电镀沉积软磁薄膜或采用熔体甩出法(melt spinning)制成的铁基纳米晶磁带，通过PCB加工工艺开发，将它们制成PCB嵌入式磁芯。并通过选用合理的材料与工艺技术融合方案，在所得材料特性的基础上，进行磁 元件的数学建模，并进行优化设计，从而得到高性能又高度集成的磁性元件。
如图1所示，本发明的集成磁性元件包括PCB基板5，在PCB基板5内嵌入有磁芯2、铜线圈3以及引脚4；所述的磁芯2为铁基纳米晶磁带，其贴在或镀膜在PCB基板5的内层板上；所述的铜线圈3为一层薄薄的高密度且细致的铜层。
本发明基于PCB工艺制作的集成磁性元件制作方法主要包括如下步骤：
步骤1：开料，即将基板材料切割成集成磁性元件所需尺寸；
步骤2：电镀沉积软磁薄膜或采用熔体甩出法制成铁基纳米晶磁带贴在内版上或镀膜在内版上；
步骤3：利用干膜或湿膜蚀刻法形成内层磁芯图形，然后再多层板压合；
步骤4：在电路板上钻出层与层之间线路连接的导通孔；
步骤5：沉铜、图形转移，化学沉铜是对内外层电路互连的过程，在已钻孔板孔内沉积出一层薄薄的高密度且细致的铜层；
步骤6：化学电镀铜及蚀刻。
另外，本发明的集成磁性元件作为衬底，可用作LED驱动电源组装基板，通过组装加工，制成所设计新型微型化的PCB上LED集成驱动电源，从而减少LED驱动电源面积，达到LED驱动电源微型化和高集成度的要求。如图2所示，在本实施例中，本发明的集成磁性元件可为集成电感、集成变压器或传感器，如图2所示，本发明集成LED驱动电源6包括集成磁性元件5以及以集成磁性元件5为衬底组装在其上的其它电源元件7。
基于所用磁性材料的磁特性特征参数及嵌入式磁芯损耗模型，建立PCB集成数学分析模型，进行电磁特性、热特性分析研究，研究采用不同结构的情况 下设计对象的工作特性，以提高设计对象容量和减少体积为目标进行优化设计。与此同时，在元件设计优化过程中，同时考虑其应具有的衬底功能，与选择的最终LED驱动电源组装方案结合，最后得出最佳设计方案。
本发明集成LED驱动电源具有以下优点：厚度薄、面积小、集成度高、加工重复度及可靠性高，并且简化了系统组装工序，节省时间及成本。
本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。以上公开的仅为本申请的几个具体实施例，但本申请并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本申请的保护范围内。

Claims (3)

1.一种基于PCB工艺制作的集成磁性元件的制作方法，其特征是：该集成磁性原件包括PCB基板，在PCB基板内嵌入有磁芯、铜线圈以及引脚；所述的磁芯为铁基纳米晶磁带，其贴在或镀膜在PCB基板的内层板上；所述的铜线圈为薄铜层；具体包括以下步骤：
步骤1：开料，即将基板材料切割成集成磁性元件所需尺寸；
步骤2：电镀沉积软磁薄膜或采用熔体甩出法制成铁基纳米晶磁带贴在PCB基板的内层板上或镀膜在内层板上；
步骤3：利用干膜或湿膜蚀刻法形成内层磁芯图形，然后再多层板压合；
步骤4：在电路板上钻出层与层之间线路连接的导通孔；
步骤5：沉铜、图形转移，化学沉铜是对内、外层板电路互连的过程，在已钻孔板孔内沉积出一层薄铜层；
步骤6：化学电镀铜及蚀刻。
2.根据权利要求1所述的一种基于PCB工艺制作的集成磁性元件的制作方法，其特征是：所述集成磁性元件可以是电感、变压器或传感器。
3.一种集成LED驱动电源，其特征是：包括如权利要求1所述方法制得的集成磁性元件以及以该集成磁性元件为衬底组装在其上的其它电源元件。
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GR01 Patent grant
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Denomination of invention: Integrated magnetic element manufacturing method based on PCB process manufacturing and integrated LED drive power supply

Effective date of registration: 20191123

Granted publication date: 20160817

Pledgee: China CITIC Bank Co.,Ltd. Jiaxing Tongxiang sub branch

Pledgor: ZHEJIANG SHENGHUI LIGHTING Co.,Ltd.

Registration number: Y2019330000238

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Date of cancellation: 20230208

Granted publication date: 20160817

Pledgee: China CITIC Bank Co.,Ltd. Jiaxing Tongxiang sub branch

Pledgor: ZHEJIANG SHENGHUI LIGHTING Co.,Ltd.

Registration number: Y2019330000238

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Denomination of invention: Fabrication method of integrated magnetic components based on PCB technology and integrated LED driving power supply

Effective date of registration: 20230210

Granted publication date: 20160817

Pledgee: China CITIC Bank Co.,Ltd. Jiaxing Tongxiang sub branch

Pledgor: ZHEJIANG SHENGHUI LIGHTING Co.,Ltd.

Registration number: Y2023330000340

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