CN105742009B - 表面贴装电感器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及表面贴装电感器及其制造方法。该表面贴装电感器包括通过卷绕矩形导线而形成的线圈和用于容纳该线圈的成型体，其中该线圈包括：第一卷绕部，通过卷绕矩形导线而形成；第二卷绕部，通过在沿着卷绕轴与第一卷绕部相邻的位置卷绕矩形导线而形成；以及第三卷绕部，通过在沿着卷绕轴与第二卷绕部相邻且与第一卷绕部相对的位置，以部分重叠的方式在第二卷绕部上卷绕矩形导线而形成，导线的端部从第一卷绕部和第三卷绕部的最外匝引出作为引出端，卷绕轴与贴装面平行，并且引出端在成型体的表面上延伸。

Description

表面贴装电感器及其制造方法

技术领域

本发明涉及表面贴装电感器及其制造方法。

背景技术

以往，线圈被涂覆有包含磁性体粉末和树脂的热塑性密封剂(成型材料)的表面贴装电感器被广泛使用。例如，JP2003-290992公开了一种使用金属片作为外部端子制造表面贴装电感器的方法。该表面贴装电感器具有外部端子，所述外部端子是焊接至引出端(leadend)且被处理以用作外部端子的金属片。

JP2004-193215公开了一种通过使用密封材料涂覆线圈来制造表面贴装电感器的方法，该线圈通过卷绕具有矩形截面的导线(下文中称为“矩形导线”)而构成。该表面贴装电感器具有通过使线圈的引线形变(deform)而形成的外部端子。

发明内容

在JP2003-290992中公开的表面贴装电感器中，由于其线圈端部焊接至金属片，因此线圈端部和金属片的接触部被暴露于热应力和机械应力。

在JP2004-193215的表面贴装电感器中，由于线圈的卷绕轴的方向与矩形导线的宽表面正交，因此在卷绕期间，内径和外径被暴露于机械应力。

此外，JP2004-193215中的表面贴装电感器被构造为，一个引出端从其底侧引出到底部，另一个引出端从上侧引出到底部。

在这种情况下，由于引线的长度不同，线圈的形状是非对称的。由于在一个端子中进行输入时的电特性与在另一端子中进行输入时的电特性不同，因此包含非对称线圈的表面贴装电感器需要标记端子的极性的步骤。

因此，本发明旨在提供一种具有较小的机械应力和热应力的表面贴装电感器，并且提供用于制造这种表面贴装电感器的方法。

解决问题的手段

一种根据本发明的表面贴装电感器，其特征在于，包括通过卷绕矩形导线而形成的线圈和用于容纳线圈的成型体，其中

所述线圈包括：

第一卷绕部，通过卷绕矩形导线而形成；

第二卷绕部，通过在沿着卷绕轴与所述第一卷绕部相邻的位置卷绕矩形导线而形成；以及

第三卷绕部，通过在沿着卷绕轴与第一卷绕部相邻且相对的位置，以部分重叠的方式在第二卷绕部上卷绕矩形导线而形成，

其中，导线的端部从第一卷绕部和第三卷绕部的最外匝引出作为引出端，卷绕轴与贴装面平行，并且引出端在成型体的表面上延伸。

一种根据本发明的用于制造表面贴装电感器的方法，其特征在于，该电感器包括通过卷绕矩形导线而形成的线圈和用于容纳线圈的成型体，该方法包括以下步骤：

通过以下步骤制造线圈：将矩形导线的中间部分接触绕线机的锭子进行卷绕，从而形成第一卷绕部；在沿着卷绕轴与第一卷绕部相邻的位置形成第二卷绕部；将夹具布置在第二卷绕部的第一卷绕部侧；在沿着卷绕轴与第一卷绕部相对的位置，以第三卷绕部的一部分与第二卷绕部部分重叠的方式在第二卷绕部上形成第三卷绕部；以及形成引出端，引出端从第一卷绕部和第三卷绕部的最外匝引出；以及

将线圈容纳在成型体内，

由此，以将卷绕轴布置成与成型体的贴装面平行的方式将线圈容纳在成型体中，并且引出端在成型体的表面上延伸。

发明效果

根据本申请中描述的表面贴装电感器及其制造方法，由于线圈的引出端被用作外部端子，因此减小了热应力和机械应力。此外，由于卷绕轴的方向和线圈的宽表面的方向平行，因此可以减小在内径部和外径部引起的机械应力。此外，由于线圈被卷绕成使得表面贴装电感器的贴装面的方向和线圈的卷绕轴的方向平行，因此线圈的形状可以是对称的。

因此，能够提供一种减小热应力和机械应力并解决电气特性极性的问题的表面贴装电感器及其制造方法。

附图说明

图1是根据本发明的第一实施例的表面贴装电感器的立体图；

图2A到图2F顺序地示出卷绕根据本发明的第一实施例的表面贴装电感器中使用的线圈的方法的步骤；

图3是在根据本发明的第一实施例中使用的块件的立体图；

图4是在根据本发明的第一实施例的表面贴装电感器中使用的块件的贴装面的俯视图；

图5A、图5B和图5C示出用于制造根据本发明的第一实施例的表面贴装电感器的步骤，图5A示出块件安装之前的状态，图5B示出附接的块件，图5C示出装配完成后的贴装面的状态。

图6是示出制造根据本发明的第一实施例的表面贴装电感器的方法的局部立体图；

图7示出用于装配根据本发明的第一实施例的两个块件和线圈的步骤；

图8是在根据本发明的第二实施例中使用的块件的立体图；

图9是在根据本发明的第二实施例的表面贴装电感器中使用的块件的俯视图；

图10A、图10B和图10C示出沿图9中的线A-A的截面图，用于示出制造本发明的第二实施例的方法，图10A示出连接块件之前的状态，图10B示出连接后的块件，并且图10C示出连接块件后的贴装面；

图11是在根据本发明的第三实施例的表面贴装电感器中使用的磁芯的立体图；

图12是根据本发明的第三实施例的表面贴装电感器的立体图。

附图标记

1 表面贴装电感器

2 线圈

2a 宽表面

2b 引出端

2c 第一卷绕部

2d 第二卷绕部

2e 第三卷绕部

3 锭子(spindle)

3a 卷绕芯

3aa 顶端

3b 基部

3c 夹具

4,14 成型体

4a,14a 块件(block)

4b,14b 空间

4c,14c 突出部

4d,14d 狭缝

4e,14e 贴装面

5 外部端子

6a,6b 磁芯

P 突出部

S 狭缝

H 孔

R 凹部

Ad 粘合剂

具体实施方式

[实施例1]

现在将参考图1到图7描述根据本发明的表面贴装电感器的第一实施例。

图1是示出在根据本发明的表面贴装电感器中使用的线圈2的示例的立体图，线圈2是通过以使宽表面2a接触卷绕芯(未示出)的方式卷绕矩形导线并将导线的端部处理成引出端2b来形成的。

如图1所示，当从与轴线正交的方向看时，线圈2是具有对称轮廓的无芯(空芯)线圈。线圈2具有：第一卷绕部2c，其被构造为矩形导线的一端设置在最外匝，并且在最内匝处的矩形导线的另一端沿着卷绕轴邻近设置；第二卷绕部2d，其被构造为单卷，且沿着线圈2的卷绕轴设置为与第一卷绕部2c相邻；以及第三卷绕部2e，其被构造为单卷，第三卷绕部2e的内径等于或大于第二卷绕部2d的外径，并且第三卷绕部2e在沿着线圈2的卷绕轴与第二卷绕部2d相邻且与第一卷绕部2c相对的一侧的位置，以部分重叠的方式卷绕在第二卷绕部2d上。

作为矩形导线的端部的引出端2b，从第三卷绕部2e的最外匝引出至外周的延伸方向。各引出端2b从卷绕轴朝着相反方向引出，并且端部形成U形以遮盖(shelter)线圈2的最外匝。

因为宽表面2a的方向和矩形导线的方向平行，所以这样形成的线圈2在卷绕时在内径部和外径部周围不受到机械应力。

将参考图2A到图2F描述卷绕线圈2的方法。通过使用配备有一对锭子3的绕线机(未示出)卷绕绝缘矩形导线形成线圈2。每个锭子3具有卷绕芯3a和基部3b，并且配备有在顶端具有C形开口的夹具3c。

一对锭子3包括一对卷绕芯3a、一对圆柱形基部3b，圆柱形基部3b与卷绕芯3a相邻且同轴，并且具有比卷绕芯3a的直径大的直径。卷绕芯在轴向方向上的长度大于矩形导线的宽度。锭子顶端3aa是卷绕芯3a的端面并且位于与基部3b相对的一侧。

首先，如图2A所示，两个锭子3以锭子顶端3aa彼此面对的方式进行设置。

接下来，如图2B所示，矩形导线的中间部分的宽表面2a与卷绕芯3a接触。接着，如图2C所示，矩形导线的端部分别围绕卷绕芯3a进行卷绕，并且在卷绕芯3a上形成第一卷绕部。并且接着，矩形导线的在第一卷绕部2c的最内匝处的一端沿着锭子3的卷绕轴与第一卷绕部2c在相反方向上偏移，与卷绕芯3a接触。并且，如图2D所示，矩形导线卷绕在卷绕芯3a上，从而形成第二卷绕部2d。

随后，如图2E所示，具有C形开口的夹具3c以与第一卷绕部2c的端部接触的方式布置在第二卷绕部2d上。在此状态下，通过在沿卷绕轴的方向与第一卷绕部2c相对的位置处，以部分重叠的方式在第二卷绕部2d上卷绕矩形导线，从而形成第三卷绕部2e。

从线圈2的最外匝在彼此相反的延伸方向上拉出引出端2b，并且将端部弯折，从而形成U形部。如图2F所示，线圈2被加热和固化，并且之后从锭子3移除，从而制成相对于与卷绕轴正交的方向对称的线圈2。

作为矩形导线的端部的引出端2b，分别从第一卷绕部2c和第三卷绕部2e的最外匝在其延伸方向上引出。引出端2b在彼此相反的方向上从卷绕轴引出，并且端部被弯折成U形，以包围线圈2的外周。如图2F所示，通过加热线圈，并且使顶端互相接触的锭子3与线圈2分开，从而留下线圈2。

尽管通过按顺序卷绕第一卷绕部2c、第二卷绕部2d、第三卷绕部2e来形成线圈2，但是该顺序可以被改变。可以采用第二卷绕部2d、第三卷绕部2e、第一卷绕部2c的顺序，也可以采用第一卷绕部卷绕一半、卷绕第二卷绕部、第一卷绕部卷绕完成、接着再卷绕第三卷绕部的顺序等，顺序不受限制。

夹具3c的开口形状不限制于C形，也可以采用能够防止矩形导线卷绕在夹具的接触点处的其它形状。

此外，通过改变夹具3c的厚度，可以改变第二卷绕部2d的宽度，即在第一卷绕部2c和第三卷绕部2e之间的距离，因此可以改变线圈的轴向长度。为了上述目的，可以使用多个具有同样形状和特定厚度的夹具。

例如，在假定第二卷绕部2d的厚度为3mm的情况下，可以使用3个1mm厚度的夹具以便容易地调整，而无需改变制造过程。夹具可以成形为彼此接合，以便容易叠加且不易打滑。

将参考图3描述包括线圈2的成型体(molded body)4。成型体4通过组装两个块件4a而形成。块件4a是通过将压力施加到由具有金属磁性体粉末的填料和环氧树脂构成的密封剂而形成的。

如图3所示，块件4a是具有一个开口端面和用于将线圈2容纳在内部的空间4b的长方体。用于穿过线圈2的卷绕轴的圆柱形突出部4c从与开口端面相对的端面的内壁的中央部延伸。块件4a的上表面和下表面具有同样的形状，它们中的一个用作贴装面4e。在图3所示的情况中，上表面为贴装面4e。

如图4所示，贴装面4e是长方形的，其开口面形成短边，并且另一面形成长边。在贴装面4e的两个短边处，设置有细长的狭缝4d，用于穿过它引出引出端2b。

贴装面4e的与狭缝4d邻接(border)的部分形成用以支承线圈2的引出端2b的支承部4h。即，两个狭缝4d和支承部4h构成与引出端2b的截面形状配合的U形支承结构。

接下来，将参考图5A-图5C描述用于密封线圈的方法。

图5A和图5B是沿着图4中的线A-A的截面图，即与贴装面4e平行的截面图，而图5C是贴装面4e的俯视图。

如图5A所示，块件4a以开口侧彼此面对的方式布置在线圈2的轴线方向的两侧。在其中一个块件4a中，该块件的突出部4c被插入到线圈2的中央孔中，并且引出端2b穿过贴装面4e的狭缝4d被拉出。

图5B示出从线圈2的卷绕轴的方向装配上另一个块件4a的状态。在块件4a内部设置有用于容纳线圈2的空间4b。线圈2被容纳在两个块件4a内部，突出部4c插入到线圈2的中央孔中。穿过狭缝4d引出引出端2b的长边，使其与贴装面的短边平行，并且插入到另一狭缝4d中，从而在截面上为U形。

在此状态下，将容纳有线圈2的两个块件4a在模具中进行加压并且接着加热(热压)。由此，如图5C所示，线圈2的引出端2b以可见的方式被固定到贴装面4e，并且两个块件4a被固化，从而形成将线圈2密封在内部的成型体4。

图6示出通过处理引出端2b形成外部端子的步骤。图6是沿图5C中的线B-B的截面图。

通过激光束对埋入在贴装面4e中的引出端2b和引出端2b的露出部分进行加工(machined)，以从它们去除绝缘覆盖层。由于矩形导线是平坦的，因此激光处理的设置并不复杂。由于使用激光处理去除了一个面的绝缘层，因此该过程不需要被重复。

以预定比率的Ni(镍)和Cu(铜)同时对引出端2b进行溅射以形成Ni-Cu层，随后以Sn(锡)进行溅射以形成Sn层，从而将引出端2b处理成外部端子。与使用圆形导线的情况相比，由于使用了矩形导线，对其它部件的粘合度得以提高。此外，贴装面4e的平坦度能够得以提高。

图7示出根据本发明的第一实施例的装配两个块件4a和线圈2的步骤。将线圈2的左端插入到块件4a中(图7中左侧)。对于该过程，将线圈2的中央孔置于块件4a的突出部4c上，并且将线圈2的引出端2b(图7中的左侧)设置成安装在块件4a的支承部4h上。因此，按图7中的箭头所指示地朝着左侧推压线圈2，使得线圈2与图7中左侧的块件4a装配。

接着，将图7中右侧的块件4a与已装配有线圈2的左侧块件4a进行装配。对于该过程，将线圈2的中央孔置于图7中右侧的块件4a的突出部4c上，并使右侧支承部4h对准右侧引出端2b，并且接着按箭头所指示地朝着左侧推压图7中右侧的块件4a。因此，引出端2b的两个U形部由支承部4h支承。

由此，两个块件4a经由线圈2连接在一起，所以它们三个集成在一起。如之前参考图5所述的，通过热压形成成型体4。

由于如上所述制造的表面贴装电感器具有完全对称的形状，因此无论哪个输入端子接收输入，电特性均相同。因此，无需进行标记来区分端子，因此制造成本得以减少。

[实施例2]

将参考图8-图11描述根据本发明的第二实施例的表面贴装电感器及其制造方法。在部件与第一实施例的部件相同的情况下，使用相同的附图标记。

在第二实施例中使用的线圈和锭子与第一实施例相同。

如图8所示，将两个块件14a组装在一起，以构成成型体14。通过包含金属磁性体粉末和环氧树脂的密封剂形成块件14a。在一端具有孔口(aperture)并且包括用于将线圈2容纳在内部的空间14b的块件14a是平行六面体。

从另一端面的内壁中央朝着具有孔口的面设置有圆柱形突出部14c，突出部14c将插入到线圈2的中央孔中。块件14a的上表面和下表面具有相同的形状，任意一个表面都可以作为贴装面14e(在图8中是上表面)。

如图9所示，贴装面14e的轮廓是长方形的，并且具有孔口的面在短边上，并且另一面在长边上。块件14a的长边大于块件4a的长边，使得两个线圈2能够被容纳在组装的两个块件14a中。

在各贴装面14e的短边的端部，设置有细长的狭缝14d，用于将引出端2b穿过狭缝引出。

在两个狭缝14d之间的部分是用于支承线圈2的引出端2b的支承部14h。即，从侧面看，两个狭缝14d和支承部14h形成U形支承结构。

接下来，将参考图10A至图10C描述用于密封线圈的方法。图10A和图10B是沿着图9中的线A-A的截面图，即与贴装面14e平行的面的截面图，并且图10C是贴装面14e的俯视图。

如图10A所示，两个线圈2以第一卷绕部2c为同轴的方式彼此面对地布置，并且将块件14a以块件14a的开口端彼此面对的方式布置在线圈2的两个轴向方向上。因此，在其中一个块件14a中，该块件的突出部14c插入到线圈2的中央孔中，并且将引出端2b穿过狭缝14d拉出。另一个块件14a也被类似处理。

图10B示出组装了的块件14a的状态。在块件14a内设置有用于容纳线圈2的空间14b。两个线圈2以两个第一卷绕部2c彼此面对且突出部14c插入到线圈2的中央孔中的方式容纳于块件4a内。

引出端2b被形成为U形，以适合于将其与贴装面14e的短边平行地从一个狭缝14d中拉出，并插入到另一狭缝14d中。

接着，容纳有两个线圈2的两个块件4a在模具中进行加压并加热，从而成形。因此，如图10C所示，线圈2的引出端2b被固定到贴装面14e，部分地埋入贴装面14e中以从贴装面14e露出，并且两个块件14a,14a被加压硬化，使得形成成型体14，在其中密封有两个线圈。并且接着，以与第一实施例类似的方式将引出端2b处理成外部端子。

如上所述的表面贴装电感器在形状上是完全对称的，无论两个端子中哪个用于输入，都具有相同的电气特性。因此，不需要标记线圈来指示极性，这允许更低的成本。

[实施例3]

将参考图11和图12描述根据本发明的第三实施例的表面贴装电感器及其制造方法。第三实施例是具有由磁芯和密封剂构成的成型体的表面贴装电感器。

首先，以与第一实施例相同的方法形成线圈2(图1)。接着，如图11所示，将一对有底(bottomed)磁芯6a、6b附接到线圈2。磁芯6a、6b具有用于插入到线圈2的中央孔中的突出部P、用于将引出端2b引出至贴装面的狭缝S、设置在面对贴装面的开口端面上的孔H、以及在与贴装面相邻的面中形成的凹部R。

通过将突出部P沿着卷绕轴方向从两侧插入到中央孔中，并且使引出端2b穿过狭缝S，从而附接该对有底磁芯6a、6b。

此外，如图11所示，容纳在该对有底磁芯6a、6b中的线圈2的引出端2b沿着磁芯6a、6b弯折，从而在磁芯6a、6b的贴装面和与贴装面相邻的面上延伸。

在与磁芯6a、6b的贴装面相邻的面上延伸的引出端2b的部分从磁芯6a、6b的贴装面向上弯折，并且被布置在形成于与磁芯6a、6b的贴装面相邻的面上的凹部R中。

随后，如图12所示，通过使用粘合剂Ad将线圈2的引出端的端部粘附至在与磁芯6a、6b的贴装面相邻的面上形成的凹部R。

此外，在内部具有线圈2的磁芯6a、6b被放置在模具中，使磁芯6a、6b的贴装面向上，并且以露出磁芯6a、6b的贴装面的方式将成型树脂倒入模具中。

由于磁芯6a、6b具有狭缝S和孔H，倒入磁芯6a、6b内部的成型树脂足以将它们填充至与狭缝S处的贴装面相同的层面/水平面(level)。

接下来，在使成型树脂固化之后，将成型体从模具中取出。成型体容纳有线圈2，线圈2的卷绕轴与贴装面平行，线圈2的引出端2b在磁芯6a、6b的贴装面和与该贴装面相邻的面上延伸，并且成型体以露出磁芯6a、6b的贴装面的方式用成型树脂覆盖。此外，线圈2的引出端2b也用成型树脂覆盖。

在成型体4的贴装面4e(其由磁芯6a、6b的贴装面构成)上延伸的线圈2的引出端2b被用作外部端子，绝缘涂层被去除。为了形成外部端子，设置覆盖在成型体4的贴装面4e上延伸的引出端2b的部分的电极。

尽管已经参考实施例描述了表面贴装电感器及其制造方法，但是本发明不应仅限于此。一部分块件可以用磁芯替代，并且一部分磁芯可以用块件替代。可以以露出引出端2b的表面的方式用成型树脂覆盖磁芯的贴装面。此外，成型树脂可以包括铁粉。

成型体4、14可以具有一对金属体。该对金属体被形成为覆盖成型体的上表面、端表面以及相邻的侧表面，金属体的下端达到与设置在成型体4、14的贴装面4e、14e上的外部端子相同的层面。

当将如上所述的表面贴装电感器安装并焊接在配线板上时，在金属体和外部端子之间的间隙可以用填锡(solder fillet)填充，从而将表面贴装电感器牢固地固定在板上。另外，可以遮住外部噪声。

此外，在第二实施例中，可以以露出磁芯的表面的方式用成型树脂覆盖磁芯的贴装面。

Claims (5)

1.一种表面贴装电感器，其包括通过卷绕矩形导线而形成的线圈和用于容纳所述线圈的成型体，

所述线圈包括：

第一卷绕部，通过卷绕矩形导线而形成；

第二卷绕部，通过在沿着卷绕轴与所述第一卷绕部相邻的位置卷绕矩形导线而形成；以及

第三卷绕部，通过在沿着所述卷绕轴与所述第二卷绕部相邻且与所述第一卷绕部相对的位置，以部分重叠的方式在所述第二卷绕部上卷绕矩形导线而形成；

其中，导线的端部从所述第一卷绕部和所述第三卷绕部的最外匝引出作为引出端，所述卷绕轴与贴装面平行，并且所述引出端在所述成型体的表面上延伸，所述引出端被用作外部端子。

2.根据权利要求1所述的表面贴装电感器，

其中所述成型体包括两个线圈。

3.一种用于制造表面贴装电感器的方法，所述表面贴装电感器包括通过卷绕矩形导线而形成的线圈和用于容纳所述线圈的成型体，所述方法包括以下步骤：

通过以下步骤制造线圈：将矩形导线的中间部分接触绕线机的锭子进行卷绕，从而形成第一卷绕部；在沿着卷绕轴与所述第一卷绕部相邻的位置形成第二卷绕部；将夹具布置在所述第二卷绕部的第一卷绕部侧；在沿着所述卷绕轴与所述第一卷绕部相对的位置，以第三卷绕部的一部分与所述第二卷绕部部分重叠的方式在所述第二卷绕部上形成第三卷绕部；以及形成引出端，所述引出端从所述第一卷绕部和所述第三卷绕部的最外匝引出；以及

将所述线圈容纳在所述成型体内；

由此，以将所述卷绕轴布置成与所述成型体的贴装面平行的方式将所述线圈容纳在所述成型体中，并且所述引出端在所述成型体的表面上延伸。

4.根据权利要求3所述的用于制造表面贴装电感器的方法，

其中所述成型体对称地容纳两个线圈。

5.根据权利要求3所述的用于制造表面贴装电感器的方法，

其中两个线圈以它们彼此面对的方式布置在所述成型体中。