CN107749340A - 一种高可靠性大电流模压电感及制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高可靠性大电流模压电感，包括导线与磁体，所述电感的等效圈数小于1，所述导线的中间部分设置在磁体中与磁体成为一体，导线的两端依附在磁体表面，其制作方法包括以下步骤：S1、制备压制用磁粉；S2、在模具上放置直导线；S3、将直导线中间部分埋于磁粉中，压制使导线与磁粉成为一体后脱模，得到磁体；S4、进行热处理；S5、将外露在磁体两端的导线部分折弯形成电极。本发明的高可靠性大电流模压电感，可实现自动化生产，产品具有磁导率高，绝缘耐压程度高，饱和电流大，在高频下无噪音的优点。

Description

一种高可靠性大电流模压电感及制造方法

技术领域

本发明涉及电感领域，特别是涉及一种高可靠性大电流模压电感元件及制造方法。

背景技术

随着服务器整机技术的发展，对功率型电感器总体上要求是高频、低DCR、大电流、低EMI(电磁干扰)、可靠性高和低制造成本。传统工艺类型功率电感，线圈点焊技术可能会出现虚焊、漏焊的现象，大大的增加了接触电阻的可能，一方面可靠性不高，另一方面直流电阻偏大。

对于组装功率电感产品，虽然可以做到大电流，但在高频率下，组装式电感存在严重的噪音问题。

对于组装电感通过控制气息的大小，调整对应的感值，制作难度高，不便于自动化生产，生产成本加大。

随之发展了以下几种工艺为现有大电流功率电感的的主流模式：

以普思为代表的工艺(CN201310609092)，分为上下两个磁芯，在磁芯中加工对应的槽，将扁平线圈放入对应的槽中，再用胶水将磁体组合成一体，由于固化胶水需要长时间施加外力，很难自动化；上下磁芯形状不是标准形状，加工难度大，气息控制要求精准。

以库柏为代表的工艺(CN201310177815)，将FT core或BDS磁芯进行精密气隙切割，绕后将导电绕组穿入形成大电流功率电感；由于穿孔小，易变现，对穿孔的加工工艺要求严格，加工成本高。

因而制造一种可靠性高且方法简便的电感是亟待解决的问题。

发明内容

本发明目的就是解决现有技术的上述问题，提供一种高可靠性的电感及制造方法。

本发明的技术问题通过以下的技术方案予以解决：一种高可靠性大电流模压电感，包括导线与磁体，所述电感的等效圈数小于1，所述导线的中间部分设置在磁体中与磁体成为一体，导线的两端依附在磁体表面，所述磁体包括不同粒度的磁粉颗粒。

优选地，所述导线为直导线；所述直导线为扁平线，或为圆导线；所述导线为金属材质；所述磁体还包括有机胶粘剂、润滑剂和固化剂。

优选地，所述磁粉颗粒为羰基铁粉、铁镍合金、铁硅铝、铁硅、铁硅铬、纳米晶、非晶中的至少一种；所述润滑剂为硬脂酸、硬脂酸铝、硬脂酸镁、硬脂酸钙、硬脂酸锌中的至少一种；所述有机胶粘剂为环氧树脂、硅树脂、糠醛树脂、聚酰亚胺、聚苯硫醚、蜜胺树脂中的至少一种。

优选地，所述磁粉颗粒的粒度不同；所述磁体的等效相对磁导率为40～80。

优选地，所述磁体外表面上设置有凹槽，用于放置导线折弯部。

一种高可靠性大电流模压电感制作方法，包括以下步骤：

S1、制备压制用磁粉；

S2、在模具上放置直导线；

S3、将直导线中间部分埋于磁粉中，压制使导线与磁粉成为一体后脱模，得到磁体；

S4、进行热处理；

S5、将外露在磁体两端的导线部分折弯形成电极。

优选地，步骤S1中，将磁粉颗粒、润滑剂、有机胶粘剂和固化剂按照一定比例混合后得到压制用磁粉。

优选地，步骤S2中，设置金属材质或为塑料材质的预制料架，所述预制料架上设有定位孔和直导线槽，用于固定导线。

优选地，步骤S3中，先对磁粉进行预热，预热温度50～200℃，时间1～10分钟；再进行压制，在压力600～1500MPa下保持压力0～60s；

所述压制是指冷压或热压。

优选地，步骤S4中的所述热处理，是在隧道炉中进行，热处理温度为100℃～500℃，时间为30～300分钟。

本发明与现有技术对比的有益效果是：

本发明的高可靠性电感，由导线与磁粉一体压制成型，无间隙，且磁体内只有一根导线，不存在导致之间的短路，可承受高压力，磁导率高，无集中气息，饱和电流大，在高频下几乎无噪音产生；可靠性高。

本发明制作方法简单，料架组件植入后、模压、热处理、浸锡折脚成电极及完成产品的制作，并且每个工序的技术成熟，可以实现全自动化生产，生产成本极低。

附图说明

图1是本发明的一种高可靠性大电流模压电感示意图；

图2是本发明的一种高可靠性大电流模压电感压制后未折弯时的示意图，其中21为电极槽；

图3是本发明的一种预制料架部件示意图，31为定位孔，32为导线槽，33为料架；

图4是本发明的一种预制料架放置导线后的组件示意图，41为导线；

图5是本发明的一种压制后预制料架组件与电感示意图，51为磁体；

图6是本发明的一种高可靠性大电流模压电感立体图。

具体实施方式

本发明的一种高可靠性大电流模压电感如图1所示，包括磁体51，导线41，导线与磁体一体成型，导线的中间部分置于磁体中，如图2所示为导线未折弯时磁体导线一体的示意图，裸露在磁体外的导线两端经折弯后依附在磁体外部，折弯后的导线形成一个开放式的线圈，其等效线圈小于1。

优选地，在磁体外部设置电极槽21，裸露在磁体外的导线两端经折弯后依附在磁体的电极槽内，电极槽的宽度和深度与导线的宽度和厚度相对应，便于电极安放。

所述磁体包括磁粉颗粒、有机胶粘剂、润滑剂和固化剂，所述磁粉颗粒的材料为羰基铁粉、铁镍合金、铁硅铝、铁硅、铁硅铬、纳米晶、非晶中的一种或多种，并且由不同的粒度进行合理地搭配。

所述有机胶粘剂为环氧树脂、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。

所述润滑剂包括硬脂酸、硬脂酸铝、硬脂酸镁、硬脂酸钙、硬脂酸锌中的至少一种。

所述磁粉颗粒、有机胶粘剂、润滑剂不限于所述类型。

优选地，导线与磁粉一体成型，是将导线置于磁粉颗粒、有机胶粘剂、润滑剂的混合物中，经过压制成型后进行热处理，再将磁体两端外露的导线折弯，得到一体成型的电感。

磁体上设有凹槽，用于放置导线折弯部。

所述磁体的等效相对磁导率为40～80。

所述导线为扁平线或者圆线，材质为铜、银、镍等金属中的一种或多种。

一种高可靠性大电流模压电感元件的制作方法，包括以下步骤：

S1、制备压制用磁粉；

S2、在模具上放置直导线；

S3、将直导线中间部分埋于磁粉中，压制使导线与磁粉成为一体后脱模，得到磁体；

S4、对磁体进行热处理；

S5、将外在露磁体两端的导线部分折弯形成电极。

步骤S1中制备压制用磁粉包括以下分步骤：

S11、将不同粒度的磁粉颗粒按比例进行混合，得到原粉；

S12、将所述原粉与有机胶粘剂按比例混合均匀，进行造粒，得到次粉；

S13、筛选次粉中一定粒度的次粉末，加入润滑剂，混合均匀得到压制用磁粉。

其中，

步骤S11中，磁粉颗粒是通过气雾化、水雾化或者机械球磨等方法炼制出的合金粉末，将所述磁粉颗粒按照粗细粒度按照重量比范围为5:5～9：1进行混合，制得原粉，其中粗颗粒粒度在30-50um，细颗粒粒度在4-7um。

所述磁粉颗粒包括羰基铁粉、铁镍合金、铁硅铝、铁硅、铁硅铬、纳米晶、非晶中的至少一种。

步骤S12中，所述有机胶粘剂由有机胶与溶剂按比例混合而成，所述有机胶与溶剂的重量比为1:1～1:10，所述有机胶包括环氧树脂、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，所述溶剂包括酒精、丙酮、苯等中的一种或多种；

优选地，所述有机胶与所述溶剂的比例为1:3；

优选地，所述溶剂为酒精；

将所述原粉与有机胶粘剂按比例混合是指所述原粉中加入1％～20％的所述有机胶粘剂，所述有机胶粘剂包覆住所述原粉；

步骤S13中，筛选次粉中粒度为50目～300目之间的次粉末，加入重量比为0.01％～1％润滑剂；

所述润滑剂包括硬脂酸、硬脂酸铝、硬脂酸镁、硬脂酸钙、硬脂酸锌中任意一种或者多种；

优选地，所述次粉与润滑剂重量比为0.3％。

步骤S2中在模具上放置直导线，包括以下分步骤：

S21、将直导线放置在模具的设定位置；

S22、将步骤S1中制备的磁粉分次植入预制料架中；

其中，步骤S21中，将直导线放置在模具中，是指把直导线直接放置在模具中，或通过预制料架设置导线的位置，所述预制料架上设置有定位孔和导线槽，用于放置导线并定位；预制料架为金属材质或为塑料材质。

优选地，预制料架为矩形框架，通过物理方法将导线固定于预制料架的槽内，组成组件，导线两端伸出预制料架；

优选地，所述导线数量大于等于1。

所述导线为直导线，材质为金属，形状为为扁平线或圆导线。

步骤S22中，所述分次植入磁粉是指，先在模具中第一次填入步骤S1中制备的压制用磁粉，再将导线或放置有导线的预制料架放置在模具中，最后第二次填入磁粉。

步骤S3中，采用伺服压机和热压模具，先对磁粉进行预热，预热温度50～200℃，时间为1～10分钟；再进行压制，压力600～1200MPa，保持压力持续0～60s的时间，压制完成后再固化1～10分钟，最后脱模。

脱模后的磁体由粒度不同的磁粉颗粒构成，外表面可设置凹槽，用于放置导线两端，其宽度与深度导线相对应。

磁体的形状可为正方形、长方形、圆柱形或其他形状。

步骤S4中，优选地，通过隧道炉进行热处理，所述热处理温度为200℃～500℃，时间为30～300min。

经过以上步骤S3、S4后，磁粉的等效相对磁导率为40～80。

步骤S5中，折弯后的导线两端对称分布在磁体外表面上，且不相连，形成电极。

优选地，折弯后的导线进行浸锡处理。

经过以上步骤处理后的电感，所述导线的中间部分设置在磁体中与磁体成为一体，导线的两端依附在磁体外表面上。因其一次成型，导线无焊点，无气隙，可靠性极高，且由于磁体内部只有一根导线，不存在导线之间的短路，可承受高压力，磁导率可以达到40～80之间，导线的横截面积可以尽量的大，DCR就会很小，对应饱和电流会很大，在高频下几乎无噪音产生；而由于导线无漆包膜，因此不需要拨皮只需直接浸锡折弯形成电极，减少工序，工艺更加简单。

由于一次成型，包覆均匀，且磁粉采用的是级配方式磁导率相对较大，绝缘耐压程度高，磁粉材质以合金为主，防锈能力也较好。

具体实施方式一、

第一步、将羰基铁粉、铁镍合金、铁硅铝、铁硅、铁硅铬、纳米晶、非晶中的至少一种，通过气雾化方法炼制成不同粒度的磁粉颗粒，将所述磁粉颗粒按照粗细粒度按照重量比范围为5:5，进行混合，制得原粉，其中粗颗粒粒度在30-50um，细颗粒粒度在4-7um。

将有机胶环氧树脂、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，用酒精、丙酮、苯等中的一种或多种溶剂，按照重量比为1:1混合，制得有机胶粘剂。

指所述原粉中加入20％(重量比)的所述有机胶粘剂，用有机胶粘剂包覆住原粉制得次粉；

筛选次粉中粒度为50目～300目之间的次粉末，加入重量比为1％润滑剂，得到压制用磁粉；润滑剂为硬脂酸、硬脂酸铝、硬脂酸镁、硬脂酸钙、硬脂酸锌中任意一种或者多种；

第二步、先在模具中第一次填入第一步中制备的压制用磁粉，再将导线放置在模具中，第二次填入磁粉，使磁粉包裹住导线的中间部分，导线为扁平线或者圆线，材质可为铜、银、镍等金属。

第三步、对模具进行冷压，压制时的压力为600MPa，持续时间0.1s后脱模，得到导线与磁粉成为一体的磁体，此时导线的中间部分位于磁体内被磁体包围，导线的两端外露在磁体的外面，根据模具的形状，磁体的形状为正方形、长方形、圆柱形或其他形状，磁体外表面对称设置有凹槽21，用于放置导线两端，其宽度、深度与导线的宽度、厚度相对应。

第四步、对磁体通过隧道炉进行热处理从而增加磁体的强度，所述热处理温度为100℃，时间为300min。

第五步、对热处理后的磁体进行处理，把外露在磁体外的导线两端折弯，使导线两端对称依附在磁体表面，形成等效线圈小于1的电感，再对导线两端进行浸锡，形成一种高可靠性大电流模压电感。

具体实施方式二、

第一步、将羰基铁粉、铁镍合金、铁硅铝、铁硅、铁硅铬、纳米晶、非晶合金中的至少一种，通过水雾化方法炼制成不同粒度的合金粉末，将所述合金粉末按照粗细粒度按照重量比范围为9：1，进行混合，制得原粉，其中粗颗粒粒度在30-50um，细颗粒粒度在4-7um。

将有机胶环氧树脂、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，用酒精、丙酮、苯等中的一种或多种溶剂，按照胶水与溶剂重量比为1:10混合，制得有机胶粘剂。

在所述原粉中加入1％(重量比)的所述有机胶粘剂，用有机胶粘剂包覆住原粉制得次粉；

筛选次粉中粒度为50目～300目之间的次粉末，加入重量比为0.01％润滑剂，得到压制用磁粉；润滑剂为硬脂酸、硬脂酸铝、硬脂酸镁、硬脂酸钙、硬脂酸锌中任意一种或者多种；

制作一个方形的预制料架33，如图3所示，预制料架的框架上设定位孔31和直导线槽32，导线41放置在预制料架上的直导线槽32，用定位孔31定位，如图4所示。

当然，预制料架可采用另外的形状。

采用预制料架，可一次放置多根导线，提高效率。

预制料架的材质可以为金属或者塑料。

第二步、先在模具中第一次填入第一步中制备的压制用磁粉，再将放置有导线的预制料架组件放置在模具中，第二次填入磁粉，使磁粉包裹住导线的中间部分，预制料架不埋于粉末中，直导线的两端也暴露于磁粉外。

导线为扁平线或者圆线，材质可为铜、银、镍等金属。

第三步、采用伺服压机和热压模具，先对磁粉进行预热，预热时间为10分钟，预热温度50℃，再进行压制，压力1200MPa，保持压力0.1s，压制完成后再固化10分钟，最后脱模，如图5所示，得到导线与磁粉成为一体的电感半成品-磁体，此时导线的中间部分位于磁体内被磁体包围，导线的两端外露在磁体的外面，根据模具的形状，磁体的形状为正方形、长方形、圆柱形或其他形状，磁体外表面对称设置有凹槽，用于放置导线两端，其宽度、深度分别与导线的宽度、厚度相对应。

第四步、将磁体放入隧道炉中进行热处理，所述热处理温度为500℃，保持时间30分钟。

第五步、对热处理后的磁体进行处理，把外露在磁体外的导线两端折弯，使导线两端对称依附在磁体表面，形成电极，对电极进行浸锡，形成一种高可靠性大电流模压电感。

具体实施方式三、

第一步、将羰基铁粉、铁镍合金、铁硅铝、铁硅、铁硅铬、纳米晶、非晶合金中的至少一种，通过水雾化方法炼制成不同粒度的磁粉颗粒，将所述磁粉颗粒按照粗细粒度按照重量比范围为8：2，进行混合，制得原粉，其中粗颗粒粒度在30-50um，细颗粒粒度在4-7um。

将有机胶环氧树脂、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，用酒精、丙酮、苯等中的一种或多种溶剂，按照重量比为1:5混合，制得有机胶粘剂。

指所述原粉中加入10％(重量比)的所述有机胶粘剂，用有机胶粘剂包覆住原粉制得次粉；

筛选次粉中粒度为50目～300目之间的次粉末，加入重量比为0.05％润滑剂，得到压制用磁粉；润滑剂为硬脂酸、硬脂酸铝、硬脂酸镁、硬脂酸钙、硬脂酸锌中任意一种或者多种；

制作一个长方形的预制料架放置直导线。

采用预制料架，可一次放置多根导线，提高效率。

预制料架的材质可以为金属或者塑料。

第二步、先在模具中第一次填入第一步中制备的压制用磁粉，再将放置有导线的预制料架组件放置在模具中，第二次填入磁粉，使磁粉包裹住导线的中间部分，预制料架不埋于粉末中，直导线的两端也暴露于磁粉外。

导线为扁平线或者圆线，材质可为铜、银、镍等金属。

第三步、采用伺服压机和热压模具，先对磁粉进行预热，预热时间为1分钟，预热温度200℃，再进行压制，压力600MPa，保持压力60s，压制完成后再固化1分钟，最后脱模，如图5所示，得到导线与磁粉成为一体的电感半成品-磁体，此时导线的中间部分位于磁体内被磁体包围，导线的两端外露在磁体的外面，根据模具的形状，磁体的形状为正方形、长方形、圆柱形或其他形状，磁体外表面对称设置有凹槽，用于放置导线两端，其宽度、深度分别与导线的宽度、厚度相对应。

第四步、将磁体放入隧道炉中进行热处理，所述热处理温度为300℃，保持时间300分钟。

第五步、对热处理后的电感半成品进行处理，把外露在磁体外的导线两端折弯，使导线两端对称依附在磁体表面，形成电极，对电极进行浸锡，形成一种高可靠性大电流模压电感。

具体实施方式四、

第一步、将铁硅铬原材料通过气雾化方法炼制成不同粒度的合金粉末，将所述合金粉末按照粗细粒度按照重量比7:1进行混合，制得原粉，其中粗颗粒粒度在30-50um，细颗粒粒度在4-7um。

将有机胶环氧树脂用酒精溶解，按照重量比为1:4混合，制得有机胶粘剂。

指所述原粉中加入4％(重量比)的所述有机胶粘剂，用有机胶粘剂包覆住原粉制得次粉；

筛选次粉中粒度为50目～300目之间的次粉末，加入重量比为0.3％润滑剂，得到压制用磁粉；润滑剂为硬脂酸锌制作一个方形的预制料架33，预制料架的框架上设定位孔31和直导线槽32，导线41放置在预制料架上的直导线槽32，用定位31孔定位。

预制料架为长方形，可放入6根直导线，模压一次可得到6颗产品，材质选用电木板制成而成。

第二步、先在模具中第一次填入第一步中制备的压制用磁粉，再将放置有导线的预制料架组件放置在模具中，第二次填入磁粉，使磁粉包裹住导线的中间部分，预制料架不埋于粉末中，直导线的两端也暴露于磁粉外，

导线为扁平线，材质可为铜。

第三步、采用伺服压机和热压模具，先对粉末进行预热3分钟，预热温度120℃，再进行压制，压力1000MPa，保持压力1s，压制完成后再固化5分钟，最后脱模，如图5所示，得到导线与磁粉成为一体的电感半成品，此时导线的中间部分位于磁体内被磁体包围，导线的两端外露在磁体的外面，根据模具的形状，磁体的形状为正方形、长方形、圆柱形或其他形状，磁体外表面对称设置有凹槽，用于放置导线两端，其宽度与深度导线相对应。

经过以上步骤，得到导线与磁粉成为一体的电感半成品磁体，此时导线的中间部分位于磁体内被磁体包围，导线的两端外露在磁体的外面，根据模具的形状，磁体的形状为正方形、长方形、圆柱形或其他形状，磁体外表面对称设置有凹槽，用于放置导线两端，其宽度与深度导线相对应。

第四步、对电感半成品通过隧道炉进行热处理，所述热处理温度为200℃，时间120min。

第五步、对热处理后的电感半成品进行处理，把外露在磁体外的导线两端折弯，使导线两端对称依附在磁体表面，形成电极，对电极进行浸锡，一种高可靠性大电流模压电感产生。

以上内容是结合具体的/优选的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，其还可以对这些已描述的实施例做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高可靠性大电流模压电感，其特征在于,包括导线与磁体，所述电感的等效圈数小于1，所述导线的中间部分设置在磁体中与磁体成为一体，导线的两端依附在磁体表面，所述磁体包括不同粒度的磁粉颗粒。

2.如权利要求1所述的电感，其特征在于,所述导线为直导线；所述直导线为扁平线，或为圆导线；所述导线为金属材质；所述磁体还包括有机胶粘剂、润滑剂和固化剂。

3.如权利要求2所述的电感，其特征在于,所述磁粉颗粒为羰基铁粉、铁镍合金、铁硅铝、铁硅、铁硅铬、纳米晶、非晶中的至少一种；所述润滑剂为硬脂酸、硬脂酸铝、硬脂酸镁、硬脂酸钙、硬脂酸锌中的至少一种；所述有机胶粘剂为环氧树脂、硅树脂、糠醛树脂、聚酰亚胺、聚苯硫醚、蜜胺树脂中的至少一种。

4.如权利要求1所述的电感，其特征在于,所述磁粉颗粒的粒度不同；所述磁体的等效相对磁导率为40～80。

5.如权利要求1所述的电感，其特征在于,所述磁体外表面上设置有凹槽，用于放置导线折弯部。

6.一种高可靠性大电流模压电感制作方法，其特征在于,包括以下步骤：

S1、制备压制用磁粉；

S2、在模具上放置直导线；

S3、将直导线中间部分埋于磁粉中，压制使导线与磁粉成为一体后脱模，得到磁体；

S4、进行热处理；

S5、将外露在磁体两端的导线部分折弯形成电极。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于,步骤S1中，将磁粉颗粒、润滑剂、有机胶粘剂和固化剂按照一定比例混合后得到压制用磁粉。

8.如权利要求6所述的方法，其特征在于,步骤S2中，设置金属材质或为塑料材质的预制料架，所述预制料架上设有定位孔和直导线槽，用于固定导线。

9.如权利要求6所述的方法，其特征在于,步骤S3中，先对磁粉进行预热，预热温度50～200℃，时间1～10分钟；再进行压制，在压力600～1500MPa下保持压力0～60s；

所述压制是指冷压或热压。

10.如权利要求6所述的方法，其特征在于,步骤S4中的所述热处理，是在隧道炉中进行，热处理温度为100℃～500℃，时间为30～300分钟。