CN106252055A - 一种一体成型电感及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种一体成型电感制作方法，属于电感元件技术领域，其包括：将铜线绕制成线圈并与电极脚电连接；将导磁材料与液态硅胶按照重量比为100：2～15混合均匀形成填料，将填料在温度为70℃～80℃条件下保温0.2h～1h；将连接有电极脚的线圈置于模具中，将填料注入模具内，一体冲压，形成一体成型电感。该制作方法简单，节省工艺流程。此外本发明还提供一种由上述制作方法制得的一体成型电感，其耐电流性能显著提高，且电感结构稳定，能够减少磁性损耗及降低工作时的噪音。

Description

一种一体成型电感及其制作方法
技术领域
本发明涉及一种电感元件技术领域，且特别涉及一种一体成型电感及其制作方法。
背景技术
电感元件是电子产业中极为重要的元器件，传统电感元件是在磁性材料元件上绕线制成，或是在线圈外包覆一导磁材料所制成的包覆体，从而构成电感元件。传统的电感元件，由一上一下两个磁芯和一线圈组合而成，下位的磁芯设有一凹槽，用于容置线圈，上位的磁芯与其对应盖合，再经点胶粘接、烘烤等工艺，使两磁芯结合成为一包覆体。这种电感元件，在两块磁芯组合处会存在空隙，这是一个很大的导磁缺陷，由此会产生振动和噪音，还会造成磁损加大，影响电感的品质因数(qualityfactor，简称Q值)。另一方面，这样的制造方法需要手工作业，而且上下两磁芯还需要表面涂装，还污染环境，加工成本也较高，不利于大量生产。为克服传统磁性元件绕线问题，业界已逐渐改采柱状磁芯，其产品除了载流线圈周围可形成磁力线回圈外，大多都呈现放射线状由磁芯中心向外逸散，此为电磁干扰(EMI)的主要来源，且其磁力线路径都外曝在空气中，并无增强磁场感应的功能。为改善开放式磁性元件缺点，市场多采用在磁芯外部增加一外盖的方式，俗称组合式磁芯元件(DrumCore)，但此种设计仍有组件空隙(Gap)问题，而此部份空隙将造成50％以上的磁损。
发明内容
本发明的目的在于提供一种一体成型电感制作方法，该制作方式简单，可大量生产，以得到耐电流性能显著提高，电感结构稳定，能够减少磁性损耗及降低工作时的噪音的一体成型电感。
本发明的另一目的在于提供一种一体成型电感，由上述方法制得，其耐电流性能显著提高，且电感结构稳定，能够减少磁性损耗及降低工作时的噪音。
本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
本发明提出一种一体成型电感制作方法，其包括：
将铜线绕制成线圈并与电极脚电连接；
将导磁材料与液态硅胶按照重量比为100：2～15混合均匀形成填料，将填料在温度为70℃～80℃条件下保温0.2h～1h；
将连接有电极脚的线圈置于模具中，将填料注入模具内，冲压形成一体成型电感。
本发明较还提供一种一体成型电感，其由上述方法制得。
本发明实施例提供的一种一体成型电感及其制作方法的有益效果是：
1)本发明是将连接有电极脚的线圈直接置于模具中，将填料注入模具内，一体冲压成型，使磁芯与外磁体完全一体成型，整体实现全封闭磁屏蔽结构，提高了该电感的耐电流性能的同时，使电感结构稳定，减少磁性损耗及降低工作时的噪音。
2)将填料注入模具内，一体冲压成型的制造方式，节省工艺步骤，从而降低生产成本；不存在机械应力对线圈的破坏，即不损伤或破坏线圈的表面，提高一体成型电感的使用时间。
3)将导磁材料与液态硅胶按照重量比为100：2～15混合均匀形成填料，将所述填料在温度为70℃～80℃条件下保温0.2h～1h；使得导磁材料与液态硅胶之间的粘接性更优，从而使制得的一体成型电感的密度更高，相对导磁率也更高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例1提供的一体成型电感的制作方法的流程图；
图2为本发明实施例3提供的一体成型电感的制作方法的流程图；
图3为本发明实施例6提供的一体成型电感的制作方法的流程图；
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本发明实施例的一种一体成型电感及其制作方法进行具体说明。
本发明提出一种一体成型电感制作方法，其包括：
首先，将铜线绕制成线圈并与电极脚电连接；优选地，利用绕线机制备线圈，使线圈的各线距相同的同时节省人工成本。电极脚包括第一电极脚和第二电极脚，将第一电极脚及第二电极脚分别点焊于线圈的两端，从而第一电极脚、第二电极脚与线圈实现电连接。
然后，将导磁材料与液态硅胶混合均匀形成填料。
导磁材料，是指其在受到磁场作用下，往往会产生一个强的磁场，而且在外磁场撤去以后，磁性可以保留的一种材料。优选地，本发明中导磁材料为铁氧体磁性材料、金属磁性材料、非晶磁性材料和纳米超微晶磁性材料中的一种或多种，例如导磁材料为铁氧体磁性材料和金属磁性材料的混合物，例如导磁材料为铁氧体磁性材料等，增大原材料的选用范围。
具体地，铁氧体磁性材料是由铁和其他一种或多种金属组成的复合氧化物的非金属磁性材料，在电性上属于半导体范畴，所以又称磁性半导体，包括锰铁氧体(MnO·Fe2O3)、锌铁氧体(ZnO·Fe2O3)、镍锌铁氧体(Ni-Zn·Fe2O4)、锰镁锌铁氧体(Mn-Mg-Zn·Fe2O4)、钡铁氧体(BaO·6Fe2O3)和锶铁氧体(SrO·6Fe2O3)等。金属磁性材料包括还原铁粉、铁硅粉和碳基铁粉等，非晶磁性材料包括铁基非晶合金、钴基非晶合金和铁基纳米晶合金等。
液态硅胶，是由硅胶制品制作而成，有良好的弹性和防水防潮性，耐酸、碱等多种化学物质的侵蚀，具有流动性好，硫化快，更安全环保。
具体地，填料由导磁材料与液态硅胶按照重量比为100：2～15均匀混合，该重量比过小，无法实现液态硅胶的粘接作用，该重量比过大，使混合后的填料的导磁性能下降。优选地，填料中导磁材料与液态硅胶的重量比为100：3～8，使混合后的填料的导磁性能保持在最佳范围的同时，液态硅胶的粘接作用也保持在较佳的范围内。
优选地，将填料在温度为70℃～80℃条件下保温0.2h～1h；使液态硅胶与导磁材料之间的粘接性更好，从而使一体成型电感的密度更大，相对导磁率更高。
优选地，填料还可以包括硅烷偶联剂，硅烷偶联剂是一类在分子中同时含有两种不同化学性质基团的有机硅化合物，硅烷偶联剂主要作为增粘剂，其作用原理在于它本身有两种基团；一种基团可以和被粘的导磁材料结合；而另一种基团则可以与液态硅胶结合，从而在粘接界面形成强力较高的化学键，大大提高粘接强度。硅烷偶联剂的应用一般有三种方法：一是作为骨架材料的表面处理剂；二是加入到粘接剂中，三是直接加入到高分子材料中，本发明较优实施例中是直接加到液态硅胶中，使其与液态硅胶充分接触，增强液态硅胶的粘接性能。
优选地，硅烷偶联剂与液态硅胶的重量比为1：95～99，该重量比过小，硅烷偶联剂的粘接促进效果微弱，几乎无效，而重量比过大，则会影响液态硅胶的固化性质，使得液态硅胶不易固化成型。
硅烷偶联剂的种类有许多，包括γ-氨基丙基三甲氧基硅烷、γ-氨基丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-氨基丙基三乙氧基硅烷、N-β-(氨基乙基)-γ-氨基丙基三甲基硅烷和γ-环氧丙氧基丙基三甲基硅烷等，均起到粘接促进的作用。本发明中，硅烷偶联剂优选为γ-氨基丙基三甲氧基硅烷、γ-氨基丙基甲基二甲氧基硅烷和γ-氨基丙基三乙氧基硅烷中的至少一种，例如硅烷偶联剂为γ-氨基丙基三甲氧基硅烷，或者硅烷偶联剂为γ-氨基丙基甲基二甲氧基硅烷和γ-氨基丙基三乙氧基硅烷的混合物，上述三种硅烷偶联剂价格低廉，不仅可以显著改善液态硅胶的粘接性，还能够改善液态硅胶的固化性质。
将连接有第一电极脚和第二电极脚的线圈置于模具中，将填料注入模具内，冲压形成一体成型电感。其中，填料在该线圈的中部形成磁芯，在该线圈的外部形成外磁体，磁芯与外磁体一体成型包裹该线圈。优选地，该模具内壁设有打标区，打标区设有型号或Loge等文字或图形，并且突出或凹陷于模具内壁，使得利用该模具冲压成型的一体成型电感的表面直接打印有型号等具体参数，省去现有制作流程中的喷码步骤，节省制作成本及时间。具体的，若文字或图形突出于模具内壁，冲压成型后，文字或图形则凹陷于成型后的一体成型电感表面；若文字或图形凹陷于模具内壁，冲压成型后，文字或图形则突出于成型后的一体成型电感表面。若模具内壁未设有打标区，则冲压成型后的一体成型电感还需要进行喷码操作，即在其表面喷码其型号等信息。
冲压形成的一体成型电感还包括后续处理步骤，例如冲砂步骤、烘烤步骤、上胶步骤和/或包装步骤。
具体地，冲砂步骤是指使用砂料对一体成型电感表面进行冲砂，去除一体成型电感表面残留的填料粉末及填料固化后形成的倒刺，使其表面平整。优选地，冲砂时间为1s～30s，保持冲砂效果最佳，且不损伤一体成型电感表面。砂料优选为玻璃砂和尼龙砂中的至少一种，玻璃砂和尼龙砂的材质较为柔软，且均为非导磁材料，可以有效去除填料粉末及倒刺的同时，不破环一体成型电感表面。
烘烤步骤是指对一体成型电感进行烘烤使填料内的液态硅胶充分固化。例如可以将一体成型电感置于75℃～85℃下烘烤0.5h～1h；然后在135℃～145℃下烘烤0.5h～1h；最后在155℃～165℃下烘烤1h～2h。烘烤步骤在冲砂步骤之后进行，若顺序相反，则冲砂效果达不到预期目的，且增大砂料对一体成型电感表面产生破坏的概率。若无冲砂步骤，则在一体成型电感冲压成型后进行此烘烤步骤。
上胶步骤是为了防止电感器表面生锈，在产品表面喷涂涂料层，从而起到防锈作用；优选地，该涂料层为油漆层，其具有防腐、防水、防油、耐化学品、耐光和耐温等特性，优选该油漆层厚度为0.01mm-0.1mm，使防锈作用最佳。优选的，上胶步骤还包括上胶操作之前对一体成型电感进行包胶带操作，以及上胶操作之后对一体成型电感进行烤胶及拆胶带的操作。具体地，包胶带操作，是指将胶带包裹于第一电极脚及第二电极脚，防止上胶操作时，第一电极脚及第二电极脚表面喷附有油漆，影响一体成型电感的导电性能；烤胶操作为将上胶后的一体成型电感在130℃～160℃的温度下烘烤0.51h～0.65h，使油漆层快速干固。拆胶带操作是指将烘烤后的一体成型电感的第一电极脚及第二电极脚上的胶带拆除。
本发明还提出一种一体成型电感，由上述一体成型电感制作方法制得。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
将铜线绕制成线圈，其两端分别与第一电极脚和第二电极脚电连接；将还原铁粉与液态硅胶按照重量比为100：2混合均匀形成填料，将填料在温度为70℃条件下保温0.5h；将连接有第一电极脚和第二电极脚的线圈置于模具中，其中，模具的内部设有打标区，将填料注入该模具内，冲压形成一体成型电感，其中，填料在该线圈的中部形成磁芯，在该线圈的外部形成外磁体，磁芯与外磁体一体成型包裹该线圈。用玻璃砂对上述一体成型电感表面进行冲砂15s，然后将冲砂后的一体成型电感置于78℃下烘烤0.5h；然后在140℃下烘烤0.6h；最后在160℃下烘烤1.2h，使一体成型电感完全固化；然后将固化后的一体成型电感的第一电极脚和第二电极脚用胶带包裹，表面喷油漆，油漆层的厚度为0.04mm，接着将喷漆后的一体成型电感在烘烤温度为131℃烘烤0.51h，使油漆完全烘干，然后拆除第一电极脚及第二电极脚上的胶带，测试选择合格的一体成型电感，包装入库。
实施例2
将铜线绕制成线圈，其两端分别与第一电极脚和第二电极脚电连接；将碳基铁粉、液态硅胶以及γ-氨基丙基甲基二甲氧基硅烷混合均匀得到填料，其中，碳基铁粉与液态硅胶的重量比为100：10，γ-氨基丙基甲基二甲氧基硅烷填料与液态硅胶重量比为1:99的；将填料在温度为80℃条件下保温0.3h；将连接有第一电极脚和第二电极脚的线圈置于模具中，其中，模具的内部设有打标区，将填料注入该模具内，冲压形成一体成型电感，其中，填料在该线圈的中部形成磁芯，在该线圈的外部形成外磁体，磁芯与外磁体一体成型包裹该线圈。用尼龙砂对上述一体成型电感表面进行冲砂30s，然后将冲砂后的一体成型电感置于75℃下烘烤0.7h；然后在136℃下烘烤0.7h；最后在157℃下烘烤1h，使一体成型电感完全固化；然后将固化后的一体成型电感的第一电极脚和第二电极脚用胶带包裹，表面喷油漆，油漆层的厚度为0.01mm。接着将喷漆后的一体成型电感在烘烤温度为144℃烘烤0.6h，使油漆被完全烘干，然后拆除第一电极脚及第二电极脚上的胶带，测试选择合格的一体成型电感，包装入库。
实施例3
将铜线绕制成线圈，其两端分别与第一电极脚和第二电极脚电连接；将铁基非晶合金与液态硅胶按照重量比为100：3混合均匀形成填料，将填料在温度为76℃条件下保温1h；将连接有第一电极脚和第二电极脚的线圈置于模具中，将填料注入该模具内，冲压形成一体成型电感，其中，填料在该线圈的中部形成磁芯，在该线圈的外部形成外磁体，磁芯与外磁体一体成型包裹该线圈。然后将一体成型电感置于80℃下烘烤0.5h；然后在137℃下烘烤0.52h；最后在164℃下烘烤1h，使一体成型电感完全固化；然后将固化后的一体成型电感的第一电极脚和第二电极脚用胶带包裹，表面喷油漆，油漆层的厚度为0.1mm。接着将喷漆后一体成型电感在烘烤温度为131℃烘烤0.51h，使油漆被完全烘干，然后拆除第一电极脚及第二电极脚上的胶带，接着在一体成型电感表面喷码，然后折第一电极脚和第二电极使二者贴向一体成型电感表面，测试选择合格的一体成型电感，包装入库。
实施例4
将铜线绕制成线圈，其两端分别与第一电极脚和第二电极脚电连接；将碳基铁粉、液态硅胶、γ-氨基丙基甲基二甲氧基硅烷和γ-氨基丙基三甲氧基硅烷混合均匀得到填料，其中，碳基铁粉与液态硅胶的重量比为100：15，γ-氨基丙基甲基二甲氧基硅烷和γ-氨基丙基三甲氧基硅烷的混合物与液态硅胶的重量比为1:95；将填料在温度为70℃条件下保温0.7h；将连接有第一电极脚和第二电极脚的线圈置于模具中，其中，模具的内部设有打标区，将填料注入该模具内，冲压形成一体成型电感，其中，填料在该线圈的中部形成磁芯，在该线圈的外部形成外磁体，磁芯与外磁体一体成型包裹该线圈。静置使一体成型电感完全固化，测试选择合格的一体成型电感，包装入库。
实施例5
将铜线绕制成线圈，其两端分别与第一电极脚和第二电极脚电连接；将锌铁氧体、液态硅胶和γ-氨基丙基甲基二甲氧基硅烷混合均匀得到填料，其中，锌铁氧体与液态硅胶的重量比为100：11，γ-氨基丙基甲基二甲氧基硅烷与液态硅胶的重量比为1:97；将填料在温度为74℃条件下保温0.4h；将连接有第一电极脚和第二电极脚的线圈置于模具中，其中，模具的内部设有打标区，将填料注入该模具内，冲压形成一体成型电感，其中，填料在该线圈的中部形成磁芯，在该线圈的外部形成外磁体，磁芯与外磁体一体成型包裹该线圈。静置使一体成型电感完全固化，然后测试选择合格的一体成型电感，包装入库。
实施例6
将铜线绕制成线圈，其两端分别与第一电极脚和第二电极脚电连接；将碳基铁粉与液态硅胶按照重量比为100：8混合均匀形成填料，将填料在温度为73℃条件下保温0.6h；将连接有第一电极脚和第二电极脚的线圈置于模具中，其中，模具的内部设有打标区，将填料注入该模具内，冲压形成一体成型电感，其中，填料在该线圈的中部形成磁芯，在该线圈的外部形成外磁体，磁芯与外磁体一体成型包裹该线圈。静置使一体成型电感完全固化，然后测试选择合格的一体成型电感，包装入库。
试验例1
根据实施例1～6的制作方法值得的一体成型电感，与现有的同一规格的一体成型电感做电感性能对比测试，得到下表数据：
表1一体成型电感的电感性能对比测试结果
由表1可得，相同规格的一体成型电感，在线圈圈数及有效磁路长度相同的情况下，本发明实施例提供的一体成型电感的初始感量比现有技术制造的一体成型电感的初始感量值平均高27％，而在5A电流通过后，本发明实施例提供的一体成型电感保留的感量值比现有技术制造的一体成型电感保留的感量值平均高42％，从而证明本发明提供的一体成型电感制造方法制得的一体成型电感的相对磁导率高，直流阻抗低，电感结构稳定，能够减少磁性损耗，即本发明提供的一体成型电感具有优异的电磁性能。
综上所述，本发明实施例的一种一体成型电感及其制作方法，该制作方法简单，可大量生产，该方法生产的一体成型电感的耐电流性能显著提高，电感结构稳定，能够减少磁性损耗及降低工作时的噪音。
以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种一体成型电感的制作方法，其特征在于，其包括：
将铜线绕制成线圈并与电极脚电连接；
将导磁材料与液态硅胶按照重量比为100：2～15混合均匀形成填料，将所述填料在温度为70℃～80℃条件下保温0.2h～1h；
将连接有所述电极脚的所述线圈置于模具中，将所述填料注入所述模具内，冲压形成一体成型电感。
2.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述填料中所述导磁材料与所述液态硅胶的重量比为100：3～8。
3.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述填料还包括硅烷偶联剂，所述硅烷偶联剂与所述液态硅胶的重量比为1：95～99。
4.根据权利要求3所述的制作方法，其特征在于，所述硅烷偶联剂选自γ-氨基丙基三甲氧基硅烷、γ-氨基丙基甲基二甲氧基硅烷和γ-氨基丙基三乙氧基硅烷中的至少一种。
5.根据权利要求1～4任意一项所述的制作方法，其特征在于，还包括使用砂料对所述一体成型电感进行冲砂1s～30s的步骤，所述砂料选自玻璃砂和尼龙砂中的至少一种。
6.根据权利要求1～4任意一项所述的制作方法，其特征在于，还包括对所述一体成型电感进行烘烤的步骤，所述烘烤步骤是将所述一体成型电感置于75℃～85℃下烘烤0.5h～1h；然后在135℃～145℃下烘烤0.5h～1h；最后在155℃～165℃下烘烤1h～2h。
7.根据权利要求1～4任意一项所述的制作方法，其特征在于，还包括对所述一体成型电感表面喷涂厚度为0.01mm-0.1mm的涂料层的上胶步骤。
8.根据权利要求5所述的制作方法，其特征在于，所述模具的内壁设置有打标区。
9.根据权利要求5所述的制作方法，其特征在于，所述导磁材料选自铁氧体磁性材料、金属磁性材料、非晶磁性材料和纳米超微晶磁性材料中的至少一种。
10.一种一体成型电感，其特征在于，由权利要求1～9中任意一项所述的制作方法制得。
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