CN108172363A - 线圈组件以及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种线圈组件，其包括：鼓形铁芯，其包括具有电线连接部分的第一与第二凸缘部分和设置在第一与第二凸缘部分之间的卷芯部分；围绕卷芯部分卷绕的涂覆导线，涂覆导线的每个末端连接至电线连接部分的相应一者；以及树脂涂层，其至少覆盖设置在卷芯部分中第一层中的涂覆导线。

Description

线圈组件以及其制造方法

本申请是申请日为2015年6月5日、申请号为201510303488.X、发明名称为线圈组 件以及其制造方法的专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及线圈组件和线圈组件的制造方法，并且具体地涉及使用鼓形铁芯(drum core)的线圈组件和其制造方法。

背景技术

近年来，信息终端设备如智能手机中使用的电子组件强烈要求尺寸更小并且高度更低。因此，对于线圈组件如脉冲变压器、使用鼓形铁芯代替环形铁芯的表面安装线圈组件已被频繁地使用。例如，日本专利申请公开号2012-119568公开了使用鼓形铁芯的表面安装型的升压变压器。

使用鼓形铁芯的线圈组件要求尺寸甚至更小并且高度更低。卷芯部分(windingcore portion)的尺寸逐年都在减小。为了确保所需的电感，需要使用直径更细的涂覆导线。

然而，直径细的涂覆导线介电强度电压(dielectric strength voltage)低。因此，需要使初级和次级绕组绝缘的线圈组件，如脉冲变压器，其介电强度电压可能不足。具体地，如果电线(wire)通过热压接合(thermo-compression bonding)或激光接合(laserbonding)连接到端子电极，在电线连接时施加的热量通过涂覆导线的芯材料传递，并且涂膜将降解。因此，问题是该组件介电强度电压可能不足。

发明内容

因此本发明的目的是提供甚至当使用直径细的涂覆导线时介电强度仍然高的线圈组件，以及该线圈组件的制造方法。

本发明的线圈组件包括：鼓形铁芯，其包括具有电线连接部分的第一与第二凸缘部分和设置在第一与第二凸缘部分之间的卷芯部分；围绕卷芯部分卷绕的涂覆导线，涂覆导线的每个末端连接至电线连接部分的相应一者；以及树脂涂层，其至少覆盖设置在卷芯部分中的第一层中的涂覆导线。

根据本发明，树脂涂层覆盖由介电强度电压可能不足的涂覆导线构成的第一层。因此，能够提高介电强度电压。

在本发明的情况下，涂覆导线优选包括彼此绝缘的初级绕组和次级绕组。原因是这种线圈组件常常需要较高介电强度电压。

本发明的线圈组件进一步优选包括接合到第一与第二凸缘部分的板芯。根据该构型，由鼓形铁芯和板芯形成闭合磁路。因此，能够增强磁性。

在这种情况下，第一与第二凸缘部分和板状芯之间，优选不存在树脂涂层。根据该构型，由于树脂涂层的存在，鼓形铁芯和板状芯之间的间隙不变宽。因此，能够进一步增强磁性。

在本发明的情况下，电线连接部分优选不覆盖有树脂涂层。根据该构型，能够防止与树脂涂层相关的连接失败、焊料润湿性的降低等。

在本发明的情况下，垂直于轴线方向的卷芯部分的至少部分的横截面优选为弧形。根据该构型，与使用横截面为矩形的卷芯部分的情况相比，能够进一步确保树脂涂层可靠地覆盖由涂覆导线构成的第一层。

根据本发明，线圈组件的制造方法包括：围绕鼓形铁芯的卷芯部分，卷绕涂覆导线，所述涂覆导线包括芯材料、覆盖芯材料的涂膜和覆盖涂膜的树脂膜；连接涂覆导线末端至设置在鼓形铁芯的第一与第二凸缘部分的电线连接部分；以及通过熔融树脂膜，形成树脂涂层以至少覆盖设置在卷芯部分中的第一层中的涂覆导线。

根据本发明，随着树脂膜覆盖涂膜熔融物，形成树脂涂层。因此，能够提高介电强度电压。而且，卷绕涂覆导线后不需要用树脂材料等涂覆。因此，步骤的数量不增加。

根据本发明，优选通过热压接合或激光接合接实施上述连接。原因是，如果电线通过热压接合或激光接合接连接，由于在电线连接时施加的热量，介电强度电压倾向于变得不足。

在这种情况下，涂覆导线优选包括设置在卷芯部分中第一层中的第一涂覆导线和设置在卷芯部分中第二或次层中的第二涂覆导线，并且上述连接包括连接第一涂覆导线至电线连接部分并且然后连接第二涂覆导线至电线连接部分的步骤。原因是，如果在如上述的相同电线连接部分上实施多次电线连接工作，热量的影响变得更显著。

生产本发明的线圈组件的方法优选还包括：接合板芯至第一与第二凸缘部分，其中由于在接合步骤施加的热量，树脂膜熔融。根据该方法，接合板状芯的步骤和熔融树脂膜的步骤可同时进行。

根据本发明，能够提供甚至当使用直径细的涂覆导线时介电强度仍然高的线圈组件和线圈组件的制造方法。

附图说明

从与附图结合的某些优选实施例的以下的描述中，本发明的上述特征和优点将更明显，其中：

图1为示出根据本发明第一实施例的线圈组件的外形结构的示意性透视图；

图2示出图1所示的线圈组件的等效电路；

图3为沿图1所示的线A-A’的横截面图；

图4为图3所示的区域B的放大图；

图5为涂覆导线的横截面图；

图6A为示意性平面图，其指示两根涂覆导线围绕第一层中卷芯部分卷绕的状态；

图6B为示意性平面图，其指示另外两根涂覆导线围绕第二层中卷芯部分进一步卷绕的状态；

图7为示出根据本发明第二实施例的线圈组件的构型的示意性平面图；以及

图8为示出鼓形铁芯的卷芯部分的xz横截面的一个实例的横截面图。

具体实施方式

参照附图下面将详细解释本发明的优选实施例。

图1为示出根据本发明第一实施例的线圈组件10的外形结构的示意性透视图。

本实施例的线圈组件10为表面安装型的脉冲变压器。如图1所示，线圈组件10包括鼓形铁芯11、接合至鼓形铁芯11的板芯12，和围绕鼓形铁芯11的卷芯部分11a卷绕的涂覆导线S1至S4。本发明的线圈组件不限于脉冲变压器。本发明的线圈组件可为任何其他变压器组件如平衡不产衡变压器(balun transformer)或升压变压器，或可为滤波器组件如共模扼流圈。

鼓形铁芯11和板芯12由磁导率相对高的磁性材料制成，例如，如Ni-Zn铁氧体或Mn-Zn铁氧体的烧结复合材料。顺便提一句，磁导率高的磁性材料如Mn-Zn铁氧体通常电阻率和导电性低。

鼓形铁芯11包括杆状卷芯部分11a，和在卷芯部分11a的y方向的两个末端处设置的第一与第二凸缘部分11b与11c。卷芯部分11a和凸缘部分11b和11c形成为一体。线圈组件10为实际使用时安装在印刷电路板表面上的组件。线圈组件10以这种方式安装，即，凸缘部分11b和11c的z方向上表面11bs和11cs面向印刷电路板。用粘合剂将板芯12接合至凸缘部分11b和11c的上表面11bs和11cs的相反侧或下表面。根据该结构，由鼓形铁芯11和板芯12形成闭合磁路。

在第一凸缘部分11b的上表面11bs上，设有三个充当端子电极的电线连接部分E1至E3。在第二凸缘部分11c的上表面11cs上，设有三个充当端子电极的电线连接部分E4至E6。电线连接部分E1至E6包括附接至对应的凸缘部分11b和11c的L状端子金属配件。然而，不一定需要使用端子金属配件。电线连接部分E1至E6可由导体膜形成，该导体膜深印于(burned into)对应的凸缘部分11b和11c的表面。如图1所示，在x方向上从一末端侧起依次配置电线连接部分E1至E3。类似地，在x方向上从一末端侧起依次配置电线连接部分E4至E6。涂覆导线S1至S4的末端通过热压接合或激光接合连接至电线连接部分E1至E6。

如图1所示，电线连接部分E2和E3之间的距离以大于电线连接部分E1和E2之间的距离的方式设计。类似地，电线连接部分E4和E5之间的距离以大于电线连接部分E5和E6之间的距离的方式设计。这种构型是为了提高由涂覆导线S1和S2形成的初级绕组和由涂覆导线S3和S4形成的次级绕组之间的耐电压。

涂覆导线S1至S4包括由良导体制成的芯材料(金属芯)和覆盖芯材料的绝缘涂膜。涂覆导线S1至S4以双层结构围绕卷芯部分11a卷绕。虽然将在后面描述细节，但为了形成第一层，涂覆导线S1和S4以双线绕组模式围绕卷芯部分11a卷绕，并且为了形成第二层涂覆导线S2和S3以双线绕组模式围绕卷芯部分11a卷绕。涂覆导线S1至S4的匝数可相等。

在第一与第二层之间，涂覆导线S1至S4的卷绕方向不同。当从凸缘部分11b侧观看从第一凸缘部分11b至第二凸缘部分11c的卷绕方向时，涂覆导线S1和S4的卷绕方向为逆时针，并且涂覆导线S2和S3的卷绕方向为顺时针。以这种方式，涂覆导线S1和S4的卷绕方向与涂覆导线S2和S3的卷绕方向相反。

涂覆导线S1的一末端S1a和另一末端S1b分别连接至电线连接部分E1和E4。涂覆导线S4的一末端S4a和另一末端S4b分别连接至电线连接部分E3和E6。涂覆导线S2的一末端S2a和另一末端S2b分别连接至电线连接部分E4和E2。涂覆导线S3的一末端S3a和另一末端S3b分别连接至电线连接部分E5和E3。

图2示出根据本实施例的线圈组件10的等效电路。

如图2所示，电线连接部分E1和E2分别用作平衡输入正极端子IN+和负极端子IN-。电线连接部分E5和E6分别用作平衡输出正极端子OUT+和负极端子OUT-。电线连接部分E3和E4分别用作输出侧中心抽头CT和输入侧中心抽头CT。涂覆导线S1和S2构成脉冲传输的初级绕组。涂覆导线S3和S4构成脉冲传输的次级绕组。

图3为沿图1所示的线A-A’的横截面图。图4为图3所示的区域B的放大图。

如图3和图4所示，涂覆导线S1和S4被卷绕作为鼓形铁芯11的卷芯部分11a上的第一层。涂覆导线S2和S3被卷绕作为第一层上的第二层。即，围绕卷芯部分11a卷绕的涂覆导线S1至S4具有双层结构。至少设置在第一层的涂覆导线S1和S4的表面，覆盖有树脂涂层20。例如，树脂涂层20由熔点低的绝缘树脂材料如聚酯(polyester)制成。树脂涂层20可覆盖设置在第二层的涂覆导线S2和S3。根据本实施例，具体地，由于后面描述的生产方法，设置在第二层的涂覆导线S2和S3的上表面U部分地被覆盖。

如图4所示，涂覆导线S1至S4具有芯材料(金属芯)31被涂膜(绝缘膜)32覆盖的结构。以覆盖涂覆导线S1至S4的涂膜32的方式设置树脂涂层20。对于设置在第一层的涂覆导线S1和S4，涂膜32几乎没有区域暴露，并且几乎所有的区域覆盖有树脂涂层20。

以那种方式，在本实施例的线圈组件10中，至少设置在第一层的涂覆导线S1和S4覆盖有涂层20。因此，涂膜32的缺陷部分F，如划痕和裂缝，可被树脂涂层20填充。因此，能够防止与缺陷部分F有关的介电强度电压下降并且确保高介电强度电压。

树脂涂层20仅存在于鼓形铁芯11的卷芯部分11a上。凸缘部分11b和11c上不存在树脂涂层20。这意味着凸缘部分11b与11c和板芯12之间不存在树脂涂层20，并且电线连接部分E1至E6不覆盖有树脂涂层20。

将描述根据本实施例的线圈组件10的制造方法。

如图5所示，制备三层结构的涂覆导线S1至S4，所述三层结构包括芯材料31、涂膜32和树脂膜33。芯材料31由良导体如铜(Cu)制成，并且其表面覆盖有涂膜32。涂膜32由绝缘材料如酰亚胺改性的聚氨酯制成，并且其表面覆盖有薄树脂膜33。树脂膜33由绝缘树脂材料如聚酯制成。以具有足够低于涂膜32的熔点的熔点的方式选择树脂膜33的材料。在一实例中，酰亚胺改性的聚氨酯的熔点约为260摄氏度，而聚酯的熔点约为70摄氏度。

如图6A所示，涂覆导线S1和S4以双线绕组(bifilar winding)模式围绕卷芯部分11a卷绕，并且涂覆导线S1和S4中的每个的两个末端连接至对应的电线连接部分E1、E3、E4和E6，以形成绕组的第一层。更具体地，涂覆导线S1和S4的一末端S1a和S4a通过热压接合或激光接合分别连接至电线连接部分E1和E3。然后，为了围绕卷芯部分11a卷绕涂覆导线S1和S4，鼓形铁芯11在一个方向旋转。鼓形铁芯11的旋转停止后，涂覆导线S2和S3的另一末端S1b和S4b通过热压接合或激光接合分别连接至电线连接部分E4和E6。在这过程中，由热压接合或激光接合产生的热量通过芯材料31传递。因此，在靠近末端的部分，涂覆导线S1和S4的涂膜32可降解，并且可出现缺陷部分如划痕或裂缝。此外，由于在卷绕时发生的机械应力，涂膜32可变得有缺陷。而且，当实施热压接合或激光接合时，由于热量，存在于涂覆导线S1和S4的一末端S1a和S4a以及另一末端S1b和S4b的树脂膜33的品质将改变。根据本发明，由电线连接时的热量而品质改变的树脂不是树脂涂层20的一部分。

然后，如图6B所示，涂覆导线S2和S3以双线绕组模式围绕卷芯部分11a卷绕，并且涂覆导线S2和S3中的每个的两个末端连接至对应的电线连接部分E2、E3、E4和E5，以形成绕组的第二层。更具体地，涂覆导线S2和S3的另一末端S2b和S3b通过热压接合或激光接合分别连接至电线连接部分E2和E3。然后，为了围绕卷芯部分11a卷绕涂覆导线S2和S3，鼓形铁芯11沿相反方向旋转。鼓形铁芯11的旋转停止后，涂覆导线S2和S3的一末端S2a和S3a通过热压接合或激光接合分别连接至电线连接部分E4和E5。在这过程中，由于电线连接时的热量，存在于涂覆导线S2和S3的一末端S2a和S3a以及另一末端S2b和S3b的树脂膜33的品质将改变。此外，由热压接合或激光接合产生的热通过芯材料31传递。因此，在靠近末端的部分，涂覆导线S1和S4的涂膜32降解。

因第一层的形成过程中由热压接合或激光接合产生的热量以及在第二层的形成过程中由热压接合或激光接合产生的热量，涂覆导线S1和S4遭受两次热损伤。因此，涂膜32可能降解。即，构成第一层的涂覆导线S1和S4比构成第二层的涂覆导线S2和S3遭受更大的损伤。因此，缺陷部分如划痕或裂缝更可能在涂覆导线S1和S4的涂膜32中出现。

卷绕涂覆导线S1至S4的工作完成后，板芯12接合至鼓形铁芯11。更具体地，少量的粘合剂涂敷到鼓形铁芯11的凸缘部分11b与11c。然后，板芯11放置在鼓形铁芯11的凸缘部分11b与11c上。然后，实施热处理以固化粘合剂，结果是板芯12牢固地固定到鼓形铁芯11。例如，在150摄氏度实施该热处理约一小时。

存在于涂覆导线S1至S4上的树脂膜33在热处理过程中熔融，并且渗入涂覆导线S1至S4之间的间隙。如果缺陷部分F如划痕或裂缝存在于涂膜32上，缺陷部分F填充有作为熔融的树脂膜33的树脂涂层20。由于毛细管现象，作为熔融树脂膜33的树脂涂层20围绕设置在第一层中的涂覆导线S1和S4聚集。因此，至少第一层的几乎整个区域覆盖有树脂涂层20。另一方面，第二层的大部分上表面U可不覆盖有树脂涂层20，并且涂膜32有时暴露。顺便提一句，存在于电线连接部分E1至E6的树脂膜33，由于连接时的热量，品质改变。因此树脂膜33在热处理过程中不熔融。

通过上述步骤，本实施例的线圈组件10完成。

如上所述，根据本实施例，使用表面覆盖有树脂膜33的涂覆导线S1至S4。然后，实施热处理以使树脂膜33熔融。以这种方式，形成树脂涂层20。结果，至少设置在第一层中的涂覆导线S1和S4的表面自动地覆盖有树脂涂层20。如上所述，设置在第一层中的涂覆导线S1和S4遭受两次热损伤，并且缺陷部分F可能在涂膜32中出现。然而，根据本实施例，设置在第一层中的涂覆导线S1和S4的表面自动地覆盖有树脂涂层20。因此，能够确保出现在第一层涂膜32中的缺陷部分F填充有树脂涂层20。即使缺陷部分F在涂膜32中出现，也能够确保足够的介电强度电压。

为了提高介电强度电压，另一种可能的方法为在涂覆导线S1至S4围绕卷芯部分11a卷绕后用树脂材料涂覆。然而，如果树脂材料的粘度高，不能充分地涂覆涂覆导线S1至S4。如果树脂材料的粘度低，树脂材料可由于毛细管现象进入鼓形铁芯11的凸缘部分11b与11c。特别在线圈组件高度低且鼓形铁芯部分11和凸缘部分11b与11c之间的高度差别小的情况下，由于毛细管现象不可避免地发生树脂材料的内流。

如果树脂材料流向凸缘部分11b与11c的下表面，树脂材料的流入在凸缘部分11b与11c和板芯12之间产生间隙，导致磁性的降低。如果树脂材料流向凸缘部分11b与11c的上表面11bs和11cs，作为端子电极的电线连接部分E1至E6部分地覆盖有树脂材料，导致在执行过程中时焊料润湿性的降低。

根据本实施例，卷绕的涂覆导线S1至S4后来未被树脂材料涂敷。使用涂覆导线S1至S4在提前设置有树脂膜33的表面上进行卷绕工作。之后，树脂膜33熔融以形成树脂涂层20，从而消除树脂材料可能流入凸缘部分11b和11c的风险。此外，能够确保树脂涂层20覆盖由涂覆导线S1和S4构成的第一层，其中涂覆导线S1和S4更可能出现缺陷部分F。

如上所述，在本实施例的线圈组件10中，至少设置在第一层中的涂覆导线S1和S4覆盖有树脂涂层20。即使使用直径细的涂覆导线，也能够确保足够的介电强度电压。而且，树脂涂层20不触及凸缘部分11b与11c。因此，能够防止磁性的降低和焊料润湿度的下降。

图7为示意性平面图，其示出根据本发明第二实施例的线圈组件13的构型，示出底表面侧的构型。

如图7所示，第二实施例的线圈组件13特征在于设置在凸缘部分11b与11c中的每个的电线连接部分的数量不是3而是4。在凸缘部分11b中，设置有四个电线连接部分E1、E2、E3a和E3b。在凸缘部分11c中，设置有四个电线连接部分E4a、E4b、E5和E6。当安装线圈组件13时，在印刷电路板上通过布线图或焊盘图形实现涂覆导线S1的另一末端S1b和涂覆导线S2的一末端S2a之间的电连接。类似地，当安装线圈组件13时，在印刷电路板上通过布线图或焊盘图形实现涂覆导线S3的另一末端S3b和涂覆导线S4的一末端S4a之间的电连接。余下的构型与第一实施例线圈组件10的余下构型相同。因此，相同的构件将由相同的附图标记表示，并且将不再描述。

以那样的方式，在本实施例的线圈组件13中，两个电线连接部分E3a和E3b在印刷电路板上短路。此外，两个电线连接部E4a和E4b在印刷电路板上短路。因此，能够实现与第一实施例线圈组件10相同的结构。这样，能够实现与第一实施例相同的操作和有利效果。

图8为示出鼓形铁芯11的卷芯部分11a的xz横截面的一个实例的横截面图。

在图8所示的实例中，卷芯部分11a的上表面14和下表面15为弧形的。如果使用具有如此弧形横截面的卷芯部分11a，与使用矩形横截面的卷芯部分11a时相比，熔融的树脂膜33更容易渗入卷芯部分11a的拐角。结果，能够确保树脂涂层20覆盖设置在卷芯部分11a的拐角(corner)的涂覆导线S1和S4。如果卷芯部分11a横截面为椭圆或圆形的，没有拐角。因此，能够确保树脂涂层20覆盖涂覆导线S1和S4。

很显然，本发明不限于上述实施例，但可不偏离本发明的范围和精神地修改和改变。

例如，根据上述实施例，围绕卷芯部分卷绕的涂覆导线构成双层结构。然而，本发明的线圈组件不限于此。

Claims (6)

1.一种线圈组件，包括：

鼓形铁芯，其包括具有电线连接部分的第一与第二凸缘部分和设置在所述第一与第二凸缘部分之间的卷芯部分；

围绕所述卷芯部分卷绕的涂覆导线，所述涂覆导线的每个末端连接至所述电线连接部分的相应一者；以及

树脂涂层，其至少覆盖设置在所述卷芯部分的第一层中的所述涂覆导线。

2.根据权利要求1所述的线圈组件，其中所述涂覆导线包括彼此绝缘的初级绕组和次级绕组。

3.根据权利要求1所述的线圈组件，其还包括接合到所述第一与第二凸缘部分的板芯。

4.根据权利要求3所述的线圈组件，其中所述板芯和所述第一与第二凸缘部分之间的间隙基本上没有所述树脂涂层。

5.根据权利要求1所述的线圈组件，其中所述电线连接部分基本上没有所述树脂涂层。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的线圈组件，其中垂直于轴线方向的所述卷芯部分的至少部分横截面为弧形。