CN103871724A - 功率电感及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种功率电感及其制造方法，该功率电感包括一下部基板、一设置于下部基板上表面的线圈、以及一包覆线圈的中间层；其中，所述下部基板可为具有磁性之软磁性磁体或不具有磁性之载体并具有导热特性，较佳地是选用导热系数>0.5W/mk，厚度介于1μm-500μm之间，而具有高导热性能之基板作为板材，所述线圈为表面具绝缘层之导体线材，所述中间层为具有磁性特性之材料体；制造时，在下部基板的上表面形成基础导电电极，且设置与基础导电电极连接的线圈，然后以磁性材料体包覆线圈，最后进行端电极制作，以形成表面黏着组件，藉由使用具较佳散热特性之基板，可加强整体组件之散热能力。

Description

功率电感及其制造方法

技术领域

本发明是有关一种功率电感及其制造方法，特别是指生产之功率电感与外电极连接时有更高的电性连接可靠度，且具有加强散热之功能者。

背景技术

习见功率电感，如美国第6,204,744B1号专利案所揭示者，其乃如第图1A、图1B、图1C与图1D图所示，线圈10系贴附于一电路板12，其包括一壳体14，从壳体14延伸出第一导线16与第二导线18，并分别与电路板上的焊接点20、22相焊接。该线圈10乃是利用一截面为直角形的直立扁平导线形成一绕线体24，线圈成为螺旋状，具有多数圈30，且包括内侧端26与一外侧端28，一导线架32即以其两个末端34、38分别与绕线体24的内侧端26及外侧端28焊接成为一体。然后，将已焊有导线16、18的绕线体24置入于铸模中，并于铸模中注入磁性粉末材料，该磁性粉末材料压合干燥后成为块体，脱模后，将导线架32的部份切断，即得该美国专利案的电感组件。

惟，该美国第6,204,744B1号专利案存在以下缺失：

1.制造该功率电感时，线圈组件系先焊接导线，再将之置入于铸模中，然后于铸模中置入磁性粉末及黏结胶体材料并加压，如此，若压力不足，将产生线圈组件与其包覆之磁性材料不易完全密合的问题，压力若过大，不同材料间之接口将产生裂缝，造成产品长期使用可靠度之问题。

2.习见功率电感，为利用磁性材料与黏结胶体将线圈包覆，当其应用于高电流环境下，将造成组件整体温度容易急遽上升，严重时将导致产品整个烧毁。

3.习见功率电感，其线圈与外部电极连结的方式为点对点连接，当其应用的设备存在温度有剧烈变动或需长时间施加电流时，线圈和外部电极就容易分离，造成电路开路，严重时将导致产品整个烧毁。

4.生产该功率电感产品时仍需以一颗一颗为单位进行生产，生产效率低。又其线圈两端系先分别与一导线架的两个支脚焊接，再将导线架的联机外框切除，以得线圈接点的方式，亦造成材料的损失，此乃为其维持在高成本的原因。

有鉴于习见功率电感有上述缺失，本发明人乃针对该些缺失研究改进之道，经长时研究终有本发明产生。

发明内容

因此，本发明旨在提供一种功率电感及其制造方法，系选用导热系数＞0.5W/mk，厚度介于1μm-500μm之间的高导热性基板做为组件的下部基板，使所生产的功率电感具有高导热散热功能者。

依本发明之功率电感及其制造方法，于下部基板的上表面形成一导电电极，再于导电电极之间设置线圈，然后于线圈上方被覆具有磁性的材料体，最后设置端电极，成为表面黏着组件，为本发明之次一目的。

依本发明之功率电感及其制造方法，其功率电感可一次性大量生产，产品的生产效率可大为提升，此为本发明之再一目的。

依本发明之功率电感及其制造方法，其电感单元的电极接线端并非以线圈引出线端焊接于一导线架的支脚所形成，可免除制备导线架及焊接线圈引出线端之制程及成本，成本乃得大为降低，此为本发明之另一目的。

依本发明之功率电感及其制造方法，由于其制造过程中无需采用导线架，不但无制备导线架的成本，也不会产生线圈焊接于导线架的支脚后，需再将导线架之外框切除之制程成本与外框材料之成本，此为本发明之再一目的。

依本发明之功率电感及其制造方法，经由该制造方法所制得的功率电感，不但能符合目前电子组件轻、薄、短、小之要求，同时线圈与外部电极紧密结合形成于电感组件之单元本体内，不会有习见电感组件线圈易与接脚分离，造成电子装置损坏之情形，此为本发明之更一目的。

一种功率电感的制造方法，其步骤包括：

制备一下部基板；

于上述下部基板上制作包括有隔离的导电电极之基础导电电极图形；

于上述下部基板上制作一具有磁性特性之底层材料体；

将一线圈，设于上述底层材料体的表面，使线圈位于隔离的两导电电极之间，并使线圈之两端各别与隔离的两导电电极连接固定，隔离的两导电电极经由线圈电性导通；

将一具有磁性特性之上层材料体制作于上述基板之上，并将线圈完全包覆，以形成一电极外露于两侧之功率电感主体；

最后，于功率电感主体两侧进行端电极制作，使成为表面黏着型组件。

一种功率电感的制造方法，其步骤包括：

制备一下部基板；

于上述下部基板上制作一具有磁性特性之底层材料体；

于上述底层材料体表面放置线圈；

于上述下部基板上制作包括有隔离的导电电极之基础导电电极图形，并使隔离的两导电电极分别与线圈之两端连结固定，隔离的两导电电极经由线圈电性导通；

将一具有磁性特性之上层材料体制作于上述基板之上，并将线圈完全包覆，以形成一电极外露于两侧之功率电感主体；

最后，于功率电感主体两侧进行端电极制作，使成为表面黏着型组件。

从上所述可知，本发明之功率电感及其制造方法，经由该制造方法所制得之功率电感，更容易散热，并有构造更为简单，制造更为容易，操作时更为安全之功效，而该等功效可以改进习见功率电感之弊，而其并未见诸公开使用。

附图说明

图1A～图1D为美国专利第6,204,744B1号案之实施例图。

图2为本发明之功率电感本体的立体示意图。

图3为本发明于功率电感本体两侧形成端电极之立体示意图。

图4-1～4-8为本发明制造单颗功率电感的流程示意图。

图5-1～5-9为本发明制造多数颗功率电感的流程示意图。

图6为本发明之另一实施例图。

10：线圈                  12：电路板

14：本体                  16：第一导线

18：第二导线              20、22：焊接点

24：绕线体                30：多数圈

26：内侧端                28：外侧端

32：导线架                34、38：末端

100、201、401：下部基板   200：线圈

300、700：基础导电电极图形400：被覆层

500、600：端电极

202a、202b、402a、402b、402c：导电电极

203：线圈            203a₁、203a ₂：出线端

2A、4A：立柱         204、404：磁性材料体

205、405：上部基板        206、406：端电极

403a、403b：线圈单元

403a₁、403a ₂、403b₁、403b ₂：引出线

2000：粒状元件    80：底层磁性材料体

具体实施方式

本发明之功率电感，其本体乃如图2所示，包括一下部基板100、一设于下部基板上之基础导电电极图形300、一设于下部基板上的线圈200、以及一包覆线圈200之被覆层400；其中，该下部基板100系选用导热系数>0.5W/mk，厚度介于1μm-500μm之间，而具有高导热性能之软磁性板或玻璃纤维基板或导电材料板作为基板；其中，若使用具有高导热系数之导电材料基板，则可利用切割或蚀刻之方法使导电基板之两端点绝缘化。

该线圈200为表面具绝缘层之线材，该基础导电电极图形300可为银(Ag)、锡(Sn)、铜(Cu)等导电材料层，基础导电电极图形300与线圈200电性联结，该被覆层400则为具有磁性之材料体。

如图3所示，电感本体在形成基础导电电极图形300后，其两侧端面可形成被覆本体上、下侧端面的端电极500、600，以适合于表面黏着使用。

本发明之功率电感，可以单颗粒状元件制作或以多颗粒状元件制作，其单颗粒状元件之制造流程以[实施例一]配合图式说明，其多颗粒状元件之制造流程以[实施例二]配合图式说明，如下：

实施例一

包括以下步骤：

1、选用导热系数>0.5W/mk，厚度介于1μm-500μm之间，而具有高导热性能之软磁性板或玻璃纤维基板，做为下部基板201；(如图4-1所示)

2、于下部基板201的上表面形成由导电电极202a、202b构成的基础导电电极图形300，导电电极202a、202b可为铜、银、铝、锡、镍或其它导电材料，或其相互之合金相互重迭而成，而基础导电电极图形的厚度为0.1μm-1mm；(如图4-2所示)

3、于下部基板201的上表面设置线圈203，线圈203之两端为出线端203a₁、203a₂，其材质可为铜线或其它导体，铜线可为表面具绝缘层之漆包线；(如图4-3所示,需陈明者，步骤2及步骤3的顺序可变更)

4、利用焊接制程或热熔制程，将线圈203之出线端203a₁、203a₂与导电电极202a、202b作电性连结；(如图4-4所示)

5、在线圈203中填入一立柱2A(如图4-5所示)，该立柱2A为棒状体，其可为磁性材料或非磁性材料，例如铁及相关合金或氧化物；该立柱2A可用来调整功率电感的电气特性；

6、使用一磁性材料体204包覆线圈203，该磁性材料体204可为铁氧磁体或铁以及其合金粉末等磁性材料；(如图4-6所示)

7、于磁性材料体204的上表面覆盖一上部基板205以做为固定层(如图4-7所示)，上部基板205和下部基板201可为相同材料。上部基板205覆盖至磁性材料体204后，以温度约200℃烘烤，使磁性材料体204固化并与上部基板205黏结，而形成单颗粒状元件；

8、单颗粒状元件完成后，再于其侧面制作端电极206，使成为表面黏着组件。(如图4-8所示)

实施例二

包括以下步骤：

1、选用导热系数>0.5W/mk，厚度介于1μm-500μm之间，而具有高导热性能之软磁性板或玻璃纤维基板，做为下部基板401；(如图5-1所示)

2、于下部基板401的上表面形成多数道由多数导电电极402a、402b、402c…所构成之导电电极图形700，导电电极402a、402b、402c…可为铜、银、铝、锡、镍或其它导电材料，或其相互之合金相互重迭而成，而导电电极图形的厚度为0.1μm-1mm；(如图5-2所示)

3、在下部基板401的上表面设置多数个呈矩阵排列的线圈单元403a、403b…，两相邻的线圈单元403a、403b…之间乃为各线圈单元403a、403b之引出线403a₁、403a₂、403b₁、403b₂…，而相邻的两线圈单元之相邻引出线403a₂、403b₁可为同一。线圈的材质可为铜线或其它导体，铜线可为表面具有绝缘层之漆包线；(如图5-3所示)

4、利用焊接制程或热熔制程，将线圈单元403a、403b…之引出线403a₁、403a₂、403b₁、403b₂…与导电电极402a、402b…作电性连结，使线圈单元403a、403b…各位于两道分离的导电电极402a、402b…之间；(如图5-4所示)

5、在每一线圈单元403a、403b…之中填入一立柱4A(如图5-5所示)，该立柱4A为棒状体，其可为磁性材料或非磁性材料，例如铁及相关合金或氧化物；该立柱4A可用来调整功率电感的电气特性；

6、使用磁性材料体404包覆各线圈单元403a、403b…，该磁性材料体404可为铁氧磁体或铁以及其合金粉末等磁性材料；(如图5-6所示)

7、于磁性材料体404的上表面覆盖一上部基板405以做为固定层(如图5-7所示)，上部基板405和下部基板401可为相同材料。上部基板405覆盖至磁性材料体404后，以温度约200℃烘烤，使磁性材料体404固化并与上部基板405黏结；

8、利用切割制程，将烘烤完的基板分割成状元件2000；(如图5-8所示)

切割成粒的单颗粒状元件，再于其侧面制作端电极406，使成为表面黏着组件。(如图5-9所示)

上述二实施例之步骤8中，以温度200℃烘烤仅为实施范例，并非用以限定其烘烤温度。

又，本发明上述实施例一、二所述单颗粒状元件之制造流程或多颗粒状元件之制造流程，在实施过程中可视组件需求作如下调整：

1、在形成线圈之前，可如图6所示，先在下部基板201(401)的上表面制作一可调整组件电气特性之底层磁性材料体80，该底层磁性材料体80的材料可和磁性材料体相同，为铁氧磁体或铁以及其合金粉末等磁性材料。当底层磁性材料体80形成于下部基板201(401)的上表面之后，再将线圈203(403a、403b)形成于该底层磁性材料体80之上，由此得藉由底层磁性材料体80来调整组件的电气特性。

2、上部基板可视组件需求而设置或不设置。

3、立柱可视组件需求而设置或不设置。

4、形成线圈和导电电极图形的步骤顺序可以前后对调。

5、线圈与导电电极可为焊接连结或热熔连结。

6、具有磁性特性之材料体可为铁氧磁体或铁或其铁合金粉末与树酯混合所制成。

7、下部基板和上部基板可为单种或多种材质相迭合所制成，其表面可为平面或具有数道凹槽。

8、具有磁性特性之底层材料体及上层材料体，得以整板灌注、压铸、或填入之方法覆盖导电电极及线圈。

以上所述者乃是本发明较佳具体的实施例，若依本发明之构想所作之改变，其产生之功效作用，仍未超出说明书与图示所涵盖之精神时，均应在本发明之范围内，合予陈明。

Claims (27)

1.一种功率电感的制造方法，其特征在于：其步骤包括：

制备一下部基板；

于上述下部基板上制作包括有隔离的导电电极之基础导电电极图形；

于上述下部基板上制作一具有磁性特性之底层材料体；

将一线圈，设于上述底层材料体的表面，使线圈位于隔离的两导电电极之间，并使线圈之两端各别与隔离的两导电电极连接固定，隔离的两导电电极经由线圈电性导通；

将一具有磁性特性之上层材料体制作于上述基板之上，并将线圈完全包覆，以形成一电极外露于两侧之功率电感主体；

最后，于功率电感主体两侧进行端电极制作，使成为表面黏着型组件。

2.一种功率电感的制造方法，其特征在于：其步骤包括：

制备一下部基板；

于上述下部基板上制作一具有磁性特性之底层材料体；

于上述底层材料体表面放置线圈；

于上述下部基板上制作包括有隔离的导电电极之基础导电电极图形，并使隔离的两导电电极分别与线圈之两端连结固定，隔离的两导电电极经由线圈电性导通；

将一具有磁性特性之上层材料体制作于上述基板之上，并将线圈完全包覆，以形成一电极外露于两侧之功率电感主体；

最后，于功率电感主体两侧进行端电极制作，使成为表面黏着型组件。

3.根据权利要求1所述功率电感的制造方法，其特征在于：其中具有磁性特性之底层材料体可为多数个，每一个底层材料体的表面各设置一线圈，每一线圈的两端各与隔离的导电电极连接，以形成多电感单元基板，再利用切割将多电感单元分离，形成电极外露于两侧之功率电感主体，最后再经切割制程切割分离成单粒。

4.根据权利要求2所述功率电感的制造方法，其特征在于：其中具有磁性特性之底层材料体可为多数个，每一个底层材料体的表面各设置一线圈，每一线圈的两端各与隔离的导电电极连接，以形成多电感单元基板，再利用切割将多电感单元分离，形成电极外露于两侧之功率电感主体，最后再经切割制程切割分离成单粒。

5.根据权利要求1所述功率电感的制造方法，其特征在于：其中线圈之中系填入有一可用来调整功率电感之电气特性的立柱。

6.根据权利要求2所述功率电感的制造方法，其特征在于：其中线圈之中系填入有一可用来调整功率电感之电气特性的立柱。

7.根据权利要求3所述功率电感的制造方法，其特征在于：其中线圈之中系填入有一可用来调整功率电感之电气特性的立柱。

8.根据权利要求4所述功率电感的制造方法，其特征在于：其中线圈之中系填入有一可用来调整功率电感之电气特性的立柱。

9.根据权利要求1至8所述功率电感的制造方法，其特征在于：其中下部基板系选用导热系数大于0.5W/mk，厚度介于1μm-500μm之间，而具有导热性能之基板。

10.根据权利要求9所述功率电感的制造方法，其特征在于：其中下部基板可为单种或多种材质相迭合所制成。

11.根据权利要求9所述功率电感的制造方法，其特征在于：其中下部基板的表面可为平面或具有数道凹槽。

12.根据权利要求9所述功率电感的制造方法，其特征在于：其中上层材料体之上表面可覆盖一上部基板。

13.根据权利要求9所述功率电感的制造方法，其特征在于：其中线圈系选用于铜线或其它导体表面设绝缘层之漆包线材，线圈之引出线并利用焊接或热熔方式与基础导电电极图形连结。

14.根据权利要求9所述功率电感的制造方法，其特征在于：其中具有磁性特性之底层材料体及上层材料体，为铁氧磁体或铁或其它铁合金粉末与树酯混合所制成。

15.根据权利要求9所述功率电感的制造方法，其特征在于：其中具有磁性特性之底层材料体及上层材料体，系以整板灌注、压铸或填入之方法覆盖导电电极及线圈。

16.根据权利要求9所述功率电感的制造方法，其特征在于：其中端电极可为银/镍/锡、铜/镍/锡或铜/锡。

17.根据权利要求9所述功率电感的制造方法，其特征在于：其中立柱的材质为软磁性材料。

18.一种功率电感，其特征在于：包括，一下部基板；一组形成于下部基板上并隔离的导电电极；一设于导电电极间的线圈，线圈两端设有引出线分别与隔离的导电电极连结固定且电性连接；以及，一包覆线圈与导电电极而具有磁性特性之材料体。

19.根据权利要求18所述功率电感，其特征在于：其中下部基板为选用导热系数>0.5W/mk，厚度介于1μm-500μm之间，而具有导热性能之基板。

20.根据权利要求19所述功率电感，其特征在于：其中下部基板可为单种或多种材质相迭合所制成。

21.根据权利要求19所述功率电感，其特征在于：其中线圈与导电电极为焊接连结或热熔连结。

22.根据权利要求19所述功率电感，其特征在于：其中线圈系于铜线表面被覆绝缘层。

23.根据权利要求19所述功率电感，其特征在于：其中具有磁性特性之材料体为铁氧磁体或铁或其铁合金粉末与树酯混合所制成。

24.根据权利要求19所述功率电感，其特征在于：其中在下部基板上方可再设置一上部基板，该上部基板与具有磁性特性之材料体黏结。

25.根据权利要求19所述功率电感，其特征在于：其中线圈的内部可设置一立柱，藉由改变立柱于线圈内的位置，可用以调整功率电感的电气特性。

26.根据权利要求24所述功率电感，其特征在于：其中上部基板和下部散热基板的材质可为相同。

27.根据权利要求24所述功率电感，其特征在于：其中下部基板和上部基板的表面可为平面或具有数道凹槽。

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