CN107768069A - 一种电感器及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电感器及其制作方法，电感器的制作方法包括以下步骤：S1，制作磁芯，采用造粒磁粉压制成高密度块体，然后切削成磁芯结构，并且烧结致密；所述磁芯包括中柱和两个叶摆；S2，线圈绕制：将线圈绕制在所述中柱上，绕制后使得线圈的截面平行于所述电感器的长高平面，且线圈的两个引出端位于中柱的两侧，且处于同一平面上；S3，模压成型：在模具底部填一层所述造粒磁粉进行预压致密，然后将步骤S2中绕有线圈的磁芯植入模具中；植入后在模具内填满所述造粒磁粉进行模压成型；S4，半成品热处理；S5，端电极制作。本发明的电感器及其制作方法，在获得大感量电感器的基础上，具有较高的自谐频率。
Description
【技术领域】
本发明涉及一种电感器件及制作方法。
【背景技术】
随着电子器件越来越趋向小型化、高频化，但由于自谐频率没有获得相应提升，大大影响了产品的应用。目前普通的一体成型电感器件具有较大的线圈横截面积，相同的感量需要较少的圈数，但随着电感器件小型化、轻薄化发展，自谐频率提升受限，进而应用范围受阻。
以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的发明构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题是：弥补上述现有技术的不足，提出一种电感器及其制作方法，在获得大感量电感器的基础上，具有较高的自谐频率。
本发明的技术问题通过以下的技术方案予以解决：
一种电感器的制作方法，用于制备长方体结构的电感器，且长高平面的面积小于长宽平面的面积；包括以下步骤：S1，制作磁芯：配制造粒磁粉，采用所述造粒磁粉压制成高密度块体，然后切削成磁芯结构，并且烧结致密；所述磁芯包括中柱和两个叶摆，所述叶摆所在的平面平行于所述电感器的长高平面，所述中柱垂直于所述电感器的长高平面；S2，线圈绕制：将线圈绕制在所述中柱上，绕制后使得线圈的截面平行于所述电感器的长高平面，且线圈的两个引出端位于中柱的两侧，且处于同一平面上；S3，模压成型：在模具底部填一层所述造粒磁粉进行预压致密，然后将步骤S2中绕有线圈的磁芯植入模具中，植入时线圈的两个引出端所在的平面朝下，使得所述引出端自然地弯折，端部所在的平面为所述电感器的宽高平面；植入后在模具内填满所述造粒磁粉进行模压成型；S4，半成品热处理：将步骤S3压制成型的半成品进行热处理；S5，端电极制作：在步骤S4热处理后的半成品两端制作银电极。
本发明与现有技术对比的有益效果是：
本发明的电感器的制作方法，压制的磁芯结构中叶摆所在的平面平行于所述电感器的长高平面，中柱垂直于电感器的长高平面，绕制线圈后线圈的截面平行于电感器的长高平面，之后填充造粒磁粉后模压成型。制得的电感器中，线圈截面为平行于产品长高平面的立式结构，由于长高平面的面积一般小于长宽平面的面积，因此制得的电感器中线圈与线圈之间的相对面积减小，如需获得相同电感量，则需要绕制更多的圈数，因此，本发明制作电感器件中每两层线圈之间的分布电容减小，且随着线圈圈数增加也可有效减小线圈整体的分布电容。而根据电感器件自谐频率计算公式，分布电容越小，则自谐频率越大。因此，本发明的制作方法，在获得大感量的基础上，也可较大地提高电感器件的自谐频率。
【附图说明】
图1A是本发明具体实施方式的实施例1中压制成的高密度块体的结构示意图；
图1B是本发明具体实施方式的实施例1中切削成的哑铃状磁芯的结构示意图；
图1C是本发明具体实施方式的实施例1中磁芯的中柱上绕制圆形线圈后的结构示意图；
图1D是本发明具体实施方式的实施例1中模压成型后磁体的内部结构示意图；
图1E是本发明具体实施方式的实施例1中模压成型后磁体的外部结构示意图；
图1F是本发明具体实施方式的实施例1中在半成品上制作端电极后的结构示意图；
图1G是本发明具体实施方式的实施例1中成品的整体的外部结构示意图；
图2A是本发明具体实施方式的实施例1中切削成的哑铃状磁芯沿长度方向中心的截面示意图；
图2B是本发明具体实施方式的实施例1中磁芯的中柱上绕制线圈后的截面示意图；
图2C是本发明具体实施方式的实施例1中模压成型时磁体的内部截面图；
图2D是本发明具体实施方式的实施例1中半成品上制作端电极后的截面图；
图3是本发明具体实施方式的实施例1中电感器件的分布电容示意图；
图4是现有的电感中的线圈结构示意图；
图5是本发明具体实施方式的实施例2中模压成型后磁体的内部结构示意图。
【具体实施方式】
下面结合具体实施方式并对照附图对本发明做进一步详细说明。
实施例1
本实施例中提供了一种电感器的制作方法，其步骤如下详述：
1)磁芯制作
配制造粒磁粉：造粒磁粉包括磁粉和树脂，所述树脂的质量占磁粉质量的2％wt～5％wt。磁粉可为铁合金磁粉、铁氧体磁粉或金属磁粉。通过控制在该配比范围内，可使得造粒磁粉适合于压制成型工艺。通过一定压力压制造粒磁粉，得到磁性块体11，如图1A和2A所示。
得到的磁性块体11切削成磁芯结构，可为哑铃状或者工字型等任意磁芯结构。本实施例中，如图1B所示，将磁性块体11切削成哑铃状的磁芯结构，磁芯包括中柱13和两端的叶摆12。叶摆12所在的平面平行于待制备的电感器的长高平面，中柱13垂直于叶摆12，也即垂直于待制备的电感器的长高平面。两端的叶摆的厚度≥0.2mm，两端叶摆的长度＜L(电感器件长)，宽度＜H(电感器件高)，烧结致密化，密度＞6.25g/cm3。
中柱13的截面形状为跑道型，跑道型中柱的截面宽度≥0.2mm。当然，中柱的截面也可采用圆形和方形，为了获得产品的高性能，本实施例中具体采用扁平跑道型，且中柱13的截面31(见图2A)的长为0.9mm，宽为0.45mm。两端的叶摆12的厚度为0.2mm，长为1.6mm，宽为0.8mm。烧结致密化，密度约为6.3g/cm3。
2)线圈绕制
如图1C和2B所示，通过绕线设备夹持哑铃状磁芯的两端叶摆，在磁芯的中柱上密绕圆形的线圈14，绕制后线圈14的截面平行于电感器的长高平面，线圈14的两个引出端15位于中柱13的两端，并且确保线圈14的两个引出端15在同一平面。优选地，线圈的两个引出端的长度满足：H/2≤引出线长度＜H，其中，H表示所述电感器的高度，这样，可使引出端更好地与磁体端面接触显露，从而更好地接触端部的电极。本实施例中引出端的长度为0.5mm。
3)模压成型
如图1D-1E和图2C所示，通过在成型模具底部预先填一层造粒磁粉32，厚度＞0.05mm，本实施例中为0.08mm，进行预压，然后将绕制有线圈14的磁芯植入在模具中间，芯柱植入方向垂直于电感器产品长度方向，即线圈截面平行于电感器产品的长高平面，且线圈14的底部紧贴预压磁粉层32，线圈14的两引出线15的端部所在的平面为待制备的电感器的宽高平面，两端引出线15在模具尺寸限制下自然形成弯折17，与模具端壁紧密贴合。这样，可以很好的增大引出端18的显露面积，降低接触电阻，增加连接可靠性，最后再填入造粒磁粉33进行整体模压成型，得到致密磁体16。
4)半成品热处理
如图1D所示，将压制成型的半成品进行热处理，从而使半成品获得一定抗弯折和抗跌落强度。
5)端电极制作
如图1F-G和图2D所示，在热处理后的半成品两端制作银电极19。
优选地，步骤4)和5)按照如下工艺进行，从而实现在低温下热处理和制备银电极，以免涉及高温处理工艺可能会对内部线圈造成热损伤。步骤4)中，在180℃下加热，使构成磁体的造粒磁粉中磁粉粘结树脂进行固化。步骤5)中，通过配制树脂占银粉质量的2.5％wt～3.5％wt的树脂银粉混合物，在热处理后的半成品两端涂覆所述树脂银粉混合物，然后在180℃以下的温度下加热完全固化，且该温度低于半成品固化时的温度。固化后，磁体部分完全固化，且端电极部分获得一定强度的端头银层，且银层与内部线圈的引出端18以及磁体部分均很好地结合在一起。
本实施例中，制得的电感器中包括磁体16、线圈14和两个端电极19。磁体包括磁芯，磁芯包括中柱13和两个叶摆12。中柱13垂直于磁体16的长高平面，叶摆12平行于磁体的长高平面；线圈14绕制在中柱13上，线圈14的截面平行于磁体16的长高平面，线圈14的两个引出端位于中柱13的两侧，且两个引出端的端部分别与磁体16两端的两个端电极接触，且端电极所在的端部为磁体16的宽高平面。
根据电感器件的自谐频率计算公式：自谐频率SRF与电感量L和分布电容C成反比，在保持电感量L不变的条件下，分布电容越小，自谐频率越大。从结构分析，普通卧式线圈结构电感器件和本实施例中电感器件的分布电容主要为线圈之间的分布电容和线圈与端电极之间的分布电容，两者之和则为电感器件总分布电容C。
如图3所示，参照本实施例，线圈之间的分布电容Cm为串联结构且相等，根据多电容器串联公式：1/Cm总＝Cm1+Cm2+…+Cm(N-1)＝(N-1)/Cm，可知随着线圈圈数的增加串联分布电容Cm会减小；线圈与端头之间的分布电容Ce,为并联结构且相等，根据多电容器并联公式：Ce总＝N Ce,。
参照本实施例，由电感器件尺寸结构来分析，一般地，电感器或者磁体的长宽截面积大于长高截面积，而现有电感中的线圈截面是平行于电感器件长宽截面，如图4所示，可视为卧式线圈结构，其中柱面积较大，也即线圈截面大。而本实施例制备的电感器中，线圈截面平行于长高截面，如图1F所示，可视为立式线圈结构，其中柱面积较小，也即线圈截面小，线圈之间的相对面积减小，因此需获得相同电感量需要更多的圈数进行匹配，因此可知采用本实施例制作电感器件，每层线圈之间的电容Cm减小，且线圈圈数增加，线圈之间总的分布电容Cm总也会有效减小。另外，因为线圈与端头之间的距离远大于线圈之间距离，虽然圈数增加，对并联电容影响较小。
综上，与现有普通卧式结构进行比较，在相同尺寸、相同的磁体材料条件下，获得相同感量L，不同尺寸和高度的电感器件的自谐频率SRF对比如下表1和表2所示：
表1
注：C1为现有方案中普通卧式结构对应的分布电容；C2为本实施例立式结构对应的分布电容。
表2
注：C1为现有方案中普通卧式结构对应的分布电容；C2为本实施例立式结构对应的分布电容。
参照上述实施例和对比例的结果，以2016和2012尺寸电感器件进行举例说明，采用本实施例制作的电感器件与现有方案中的电感(普通卧式线圈结构)对比，由表1和表2可知：不同尺寸和不同厚度的自谐频率均有不同比例的提升，2016尺寸随着高度减薄自谐频率提升比例分别为62.3％，78.5％，92.3％；2012尺寸随着高度减薄自谐频率提升比例分别为33.0％，61.9％，86.6％，并且从结果可知，随着电感器件尺寸的逐渐减薄，本实施例制作的电感器件的自谐频率提升比例具有逐步扩大趋势，适合电感器件向小型化、轻薄化发展。
综上，本实施例提供的一种电感器的制作方法，通过采用造粒磁粉压制高密度成方块，然后切削成磁芯结构，烧结使其具有足够高的强度和磁导率。在烧结芯柱上密绕线圈。在成型模具中先填入造粒磁粉，然后在模具中间植入绕制线圈的芯柱，使线圈截面平行于产品长高平面，且线圈两端引出平面紧贴在底部预压磁粉层，两端引出线自然进行端头弯折，可以很好的增大引出端的显露面积，降低接触电阻，增加连接可靠性，最后再填入造粒磁粉进行整体模压成型。压制成型半成品进行热处理，获得一定抗弯和抗跌落强度。热处理后的半成品制作端电极，实现与内部线圈连接导通。通过上述过程制造电感器件，可以较好的优化普通一体成型电感制备工艺，且与普通结构的电感相比，在保证相同感量的条件下，可以有效的提高电感器件的自谐频率，保证了电感器件在高频化、小型化、轻薄化的发展。
实施例2
本实施例与实施例1的区别在于：采用扁平线绕制成线圈24，从而具有更大的空间利用率和引出端27、28面积，如图5所示。本实施例的制备过程同实施例1相同，在此不重复说明。本实施例中采用扁平线绕制，从而模压成型时对扁平线的损伤更小，减小了器件开短路的风险。本实施例制得的电感器中，线圈为立式结构，与普通卧式结构对比，可有效提升自谐频率，且随着电感器件尺寸的逐渐减薄，自谐频率提升比例具有逐步扩大趋势，适合电感器件向小型化、轻薄化发展。
以上内容是结合具体的优选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做出若干替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种电感器的制作方法，用于制备长方体结构的电感器，且长高平面的面积小于长宽平面的面积；其特征在于：包括以下步骤：
S1，制作磁芯：配制造粒磁粉，采用所述造粒磁粉压制成高密度块体，然后切削成磁芯结构，并且烧结致密；所述磁芯包括中柱和两个叶摆，所述叶摆所在的平面平行于所述电感器的长高平面，所述中柱垂直于所述电感器的长高平面；
S2，线圈绕制：将线圈绕制在所述中柱上，绕制后使得线圈的截面平行于所述电感器的长高平面，且线圈的两个引出端位于中柱的两侧，且处于同一平面上；
S3，模压成型：在模具底部填一层所述造粒磁粉进行预压致密，然后将步骤S2中绕有线圈的磁芯植入模具中，植入时线圈的两个引出端所在的平面朝下，使得所述引出端自然地弯折，端部所在的平面为所述电感器的宽高平面；植入后在模具内填满所述造粒磁粉进行模压成型；
S4，半成品热处理：将步骤S3压制成型的半成品进行热处理；
S5，端电极制作：在步骤S4热处理后的半成品两端制作银电极。
2.根据权利要求1所述的电感器的制作方法，其特征在于：步骤S4中，所述热处理为在180℃以下的第一温度下加热固化；步骤S5中，配制树脂银粉混合物，所述树脂占银粉质量的2.5％wt～3.5％wt；在步骤S4固化后的半成品两端涂覆所述树脂银粉混合物，然后在180℃以下的第二温度下加热完全固化，所述第二温度低于所述第一温度。
3.根据权利要求1所述的电感器的制作方法，其特征在于：所述造粒磁粉包括磁粉和树脂，所述树脂的质量占磁粉质量的2％wt～5％wt。
4.根据权利要求3所述的电感器的制作方法，其特征在于：所述磁粉为铁合金磁粉、铁氧体磁粉或金属磁粉。
5.根据权利要求1所述的电感器的制作方法，其特征在于：步骤S1中，切削成哑铃状或者工字型的磁芯结构。
6.根据权利要求1所述的电感器的制作方法，其特征在于：步骤S1中，所述中柱的截面为跑道型、圆形或者方形。
7.根据权利要求1所述的电感器的制作方法，其特征在于：步骤S2中，所述线圈为圆形线圈或者扁平形线圈。
8.根据权利要求1所述的电感器的制作方法，其特征在于：步骤S2中，线圈的两个引出端的长度满足：H/2≤引出线长度＜H，其中，H表示所述电感器的高度。
9.根据权利要求1所述的电感器的制作方法，其特征在于：步骤S3中，预压时的造粒磁粉的厚度＞0.05mm。
10.一种电感器，为长方体结构，长高平面的面积小于长宽平面的面积；其特征在于：所述电感器包括磁体、线圈和两个端电极，所述磁体包括磁芯，所述磁芯包括中柱和两个叶摆，所述中柱垂直于所述磁体的长高平面，所述叶摆平行于所述磁体的长高平面；所述线圈绕制在所述中柱上，所述线圈的截面平行于所述磁体的长高平面，所述线圈的两个引出端位于中柱的两侧，且两个引出端的端部分别与所述磁体两端的两个端电极接触，且所述端电极所在的端部为所述磁体的宽高平面。
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