CN109148101A - 一种耐高压电感器的软磁磁芯及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种耐高压电感器的软磁磁芯，它包括软磁材料制成的软磁磁芯本体，软磁磁芯本体底部两侧各设一个电极装配位，所述软磁磁芯本体外表面涂覆有一层耐高压绝缘材料层，所述电极装配位内的耐高压绝缘材料层上设有电极镀层。本发明的电感器在工作时温升低、发热量小，最终使得锰锌铁氧体材料的软磁磁芯进入功率电感NR系列电感市场可能性变成现实。

Description

一种耐高压电感器的软磁磁芯及其制备方法
技术领域
本发明涉及本发明涉及电子元器件及其制备工艺的技术领域，具体涉及一种电感器的软磁磁芯及其制备方法。
背景技术
随着IC整机技术的发展,对功率型电感器总体上要求小型化.薄型化.高频.低直流阻抗.大电流.低EMI(电磁干扰)和低制造成本,传统工艺类型功率电感越来越不能满足IC发展要求.在当今电子信息化的社会，电子产品已经成为人们工作、生活中必不可少的辅助工具或娱乐设备。而随着电子产品的不断小型化及高度集成化，对电子产品中电子电路的要求越来越高，包括线路布局、元器件插接、功耗及散热等具体方面。
电感器作为一种常用元器件，在电子电路中被大量使用。现有电感器一般包括软磁磁芯本体、漆包线及接线端子（接线端子作为电极，通常会进行电镀镍与电镀锡处理），磁芯底部两端通过环氧树脂胶水粘接两个接线端子，漆包线按一定规则缠绕于磁芯上，漆包线的两端分别与两个接线端子电连接，两个接线端子用于焊接在电路板的相应电路节点上。
现有电感器存在以下缺陷与不足：（1）粘接方式的接线端子剥离强度不够，且单独设置的接线端子占用空间大、不易装配；（2）磁芯与接线端子之间的环氧树脂耐高温性能有待提升；（3）现有的软磁磁芯本体通常都选用镍锌铁氧体材料、铁硅铝材料、铁硅铬材料、铁硅材料、铁镍材料或铁硅硼铬材料等具有一定阻抗的半导电软磁材料制成，这些材料的初始导磁率（ui值）较低，矫顽力大，损耗高，同时绕制电感器时卷绕圈数多，直流阻抗高，电感器工作时发热量大。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构优化的耐高压电感器的软磁磁芯及其制备方法。
为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种耐高压电感器的软磁磁芯，它包括软磁材料制成的软磁磁芯本体，软磁磁芯本体底部两侧各设一个电极装配位，所述软磁磁芯本体外表面涂覆有一层耐高压绝缘材料层，所述电极装配位内的耐高压绝缘材料层上设有电极镀层。
一种耐高压电感器的软磁磁芯制备方法，它包括有以下步骤：
（1）、利用软磁材料制作软磁磁芯本体，并在软磁磁芯本体底部间隔地配置两个电极装配位；制作软磁磁芯本体时具体包括制粉、成型及烧结的步骤；在配置的两个电极装配位上设置接线凹槽；
（2）、所述软磁磁芯本体的外表面涂覆一层耐高压绝缘材料层；所述耐高压绝缘材料层是将二氧化矽.乙基纤维素并添加一些微量金属元素溶于二乙二醇丁醚制成浆料，将该浆料涂覆于整个软磁磁芯本体外表面，烘烤烧结后形成所述耐高压绝缘材料层，耐高压绝缘材料层耐温范围在700℃～900℃,是一种无机绝缘层；所述二氧化矽：乙基纤维素：二乙二醇丁醚的重量百分比分别为50-70%：2-20%：15-40%；或者所述耐高压绝缘材料层是将高温树脂.氮甲基吡咯烷酮并加入少量特殊树脂溶于甲基异丁酮制成浆料，将该浆料涂覆于整个软磁磁芯本体外表面，烘烤烧结后形成所述耐高压绝缘材料层，耐高压绝缘材料层耐温范围在350℃～450℃,是一种有机绝缘层；所述耐高温树脂：氮甲基吡咯烷酮：甲基异丁酮的重量百分比分别为2-15%：50-75%：15-41%。
（3）、在所述两个电极装配位的耐高压绝缘材料层上分别设置电极镀层。
所述电极镀层设置方式为水镀，先在耐高压绝缘材料层上烧银材料层，再在银材料层上电镀镍材料层，最后在镍材料层上电镀锡材料层。
所述电极镀层的设置方式为PVD真空溅射镀膜，先在耐高压绝缘材料层上真空溅射铬材料层、再在铬材料层上真空溅射镍材料层，最后在镍材料层上真空溅射银材料层；或者于耐高压绝缘材料层上真空溅射铝材料层，位于铝材料层上真空溅射镍材料，位于镍材料层上真空溅射锡材料层。
所述耐高压绝缘材料层为二氧化矽、乙基纤维素并添加一些微量金属元素、二乙二醇丁醚制成的涂料涂覆烧结在软磁磁芯本体表面形成；或者所述耐高压绝缘材料层是将高温树脂.氮甲基吡咯烷酮并加入少量特殊树脂溶于甲基异丁酮制成的涂料涂覆烧结在软磁磁芯本体表面形成。
所述软磁材料为镍锌铁氧体材料、铁硅铝材料、铁硅铬材料、铁硅材料、铁镍材料、铁硅硼铬.铁硅硼碳或纯铁材料中的一种。
所述软磁材料为锰锌铁氧体材料，步骤（2）中是在所述软磁磁芯本体整个外表面涂覆一层耐高压绝缘材料层。
所述电极镀层的设置方式为水镀，具体为：先在所述耐高压绝缘材料层上烧银材料层，再在银材料层上电镀镍材料层，最后在镍材料层上电镀锡材料层。
所述电极镀层的设置方式为PVD真空溅射镀膜，具体为：先在所述耐高压绝缘材料层上真空溅射铬材料层、再在铬材料层上真空溅射镍材料层，最后在镍材料层上真空溅射银材料层；或者于耐高压绝缘材料层上真空溅射铝材料层，位于铝材料层上真空溅射镍材料，位于镍材料层上真空溅射锡材料层。
本发明的有益效果在于：（1）增加了电极镀层的剥离强度；（2）提升了磁芯绝缘和耐高压性能；（3）具有耐高温对磁芯热冲击有一定缓冲及屏蔽磁芯耐焊后外观裂纹现象；（4）增加了软磁磁芯本体强度；(5）具有耐酸碱; (6)更优越电镀效果并防止电镀扩散；(7)有效隔离磁芯与大气接触,完全避免磁芯材料表面被腐蚀，生锈，此外，采用锰锌铁氧体材料作为软磁磁芯本体的原材料，并对软磁磁芯本体整个外表面涂覆耐高压绝缘材料层的方案，具有如下优点：锰锌铁氧体材料由于具有高导磁率，约为镍锌铁氧体材料5倍以上，同时锰锌铁氧体材料涡流损耗低，品质因数高，总铁损低，在绕制电感器时可减少线包绕线圈数，从而减少漆包线的长度，达到降低直流阻抗的目的，电感器在工作时温升低、发热量小，最终使得锰锌铁氧体材料的软磁磁芯进入功率电感NR系列电感市场可能性变成现实。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为图1的侧视图。
图3为图2中A处放大示意图。
图4为本发明电极镀层的示意图。
图5为本发明耐高压绝缘层拍照后放大400倍的示例图。
图6为本发明耐高压绝缘层拍照后放大1000倍的示例图。
具体实施方式
下面结合所有附图对本发明作进一步说明，本发明的较佳实施例为：实施例一
如图1、图2及图3所示，本实施例提供的耐高压电感器的软磁磁芯100，包括软磁磁芯本体10、耐高压绝缘材料层20及电极镀层30。
其中，软磁磁芯本体10由软磁材料制成，软磁材料选用镍锌铁氧体材料、铁硅铝材料、铁硅铬材料、铁硅材料、铁镍材料.铁硅硼碳或铁硅硼铬材料等半导体材料中的一种。软磁材料顺序经过制粉、成型及烧结的步骤，制成软磁磁芯本体10，软磁磁芯本体10的具体形状及结构可以多种多样，只要满足电感器使用需求即可。
结合图3及图4，软磁磁芯本体10底部间隔地配置有两个电极装配位（预留相应位置，用于装配电极，一般为底部两端的位置），两个电极装配位上分别设置有接线凹槽101（该接线凹槽101便于电感器生产时绕线后，漆包线的两端的布线及焊接）。整个软磁磁芯本体10外表面涂覆一层耐高压绝缘材料层20，耐高压绝缘材料层20为二氧化矽、乙基纤维素并添加一些微量金属元素、二乙二醇丁醚制成的涂料层。具体地，是将二氧化矽和乙基纤维素并添加一些微量金属元素溶于二乙二醇丁醚，制成的浆料，将该浆料涂覆于整个软磁磁芯本体10外表面，烘烤烧结后形成所述耐高压绝缘材料层20。其中，二氧化矽、乙基纤维素及二乙二醇丁醚的重量百分比分别为50-70%、2-20%、15-40%；或者整个软磁磁芯本体10外表面涂覆一层耐高压绝缘材料层20，耐高压绝缘材料层20为高温树脂.氮甲基吡咯烷酮并加入少量特殊树脂溶于甲基异丁酮制成浆料，将该浆料涂覆于整个软磁磁芯本体10外表面，烘烤烧结后形成所述耐高压绝缘材料层20。其中，高温树脂：氮甲基吡咯烷酮：甲基异丁酮的重量百分比分别为2-15%：50-75%：15-41%。
两个电极装配位的耐高压绝缘材料层20上分别设置电极镀层30，参见图3所示，电极镀层30又包括位于耐高压绝缘材料层上的银材料层301、位于银材料层上的镍材料层302及位于镍材料层上的锡材料层303。该电极镀层30的设置方式具体为：先在耐高压绝缘材料层20上烧银材料层301，再在银材料层301上电镀镍材料层302，最后在镍材料层302上电镀锡材料层303。作为又一替代方案，电极镀层也可以是先在耐高压绝缘材料层20上真空溅射铬材料层、再在铬材料层上真空溅射镍材料层，最后在镍材料层上真空溅射银材料层；或者于耐高压绝缘材料层上真空溅射铝材料层，位于铝材料层上真空溅射镍材料，位于镍材料层上真空溅射在锡材料层。
实施例二
实施例二与实施例一的主要区别在于：软磁磁芯本体选用的软磁材料不同，以及耐高压绝缘材料层20的涂覆部分的可选择范围不同。具体地，实施例一中采用的软磁材料均为半导体材料，这类半导体材料决定了：可以选择在两个电极装配位的外表面、在软磁磁芯本体10底部外表面或在软磁磁芯本体整个外表面涂覆耐高压绝缘材料层20。而本实施例二是选择锰锌铁氧体材料作为软磁磁芯本体的原材料，锰锌铁氧体材料是一种导体材料，因此必须是在锰锌铁氧体材料的软磁磁芯本体10整个外表面涂覆耐高压绝缘材料层20。
选择锰锌铁氧体材料制作软磁磁芯本体的原因在于，锰锌铁氧体材料相对于上文所述的半导体软磁材料，其初始导磁率约是镍锌铁氧体材料5倍以上，品质因素好、矫顽力低、涡流损耗低；而镍锌铁氧体材料与合金材料初始导磁率低，矫顽力高、涡流损耗偏高、损耗大,做成电感器件后产品工作时发热量大,最终产品效能低。
软磁磁芯AL值(电感系数)正比于ui(初始导磁率) 值，依L=AL*N²，L为电感，N为漆包线圈数。可知，锰锌铁氧体材料制作软磁磁芯本体，可减少线包绕线圈数，降低漆包线长度，从而降低了电感器件直流阻抗，最终减小产品在工作时的发热量，提高产品效能。
实施例二基于实施例一的结构及制备工艺，通过采用锰锌铁氧体材料制作软磁磁芯本体，使得锰锌铁氧体材料的软磁磁芯进入NR 电感市场可能性变成现实。
以下以NR8040型磁芯、且以镍锌铁氧体材料的软磁磁芯为样本，分别对整体外表面涂覆了耐高压绝缘层的磁芯（下文简称整体涂覆磁芯）和没有进行耐高压绝缘层涂覆的磁芯（下文简称未涂覆磁芯）进行实验，结合具体实验数据说明本实施例提供的软磁磁芯的有益效果：
（1）本申请中耐高压绝缘层的材料能够渗入软磁本体中，也可以渗入电极镀层中，可以很好地提高电极镀层剥离强度。
实验对象：10个整体涂覆磁芯和10个未涂覆磁芯。
实验过程：将10个整体涂覆磁芯和10个未涂覆磁芯焊接于电路板上，然后进行剥离实验。
实验数据：见表1。
表1
实验结果：发现10个整体涂覆磁芯和10个未涂覆磁芯在剥离的过程中磁芯的残留率都是100%，参见图5和图6，但是10个整体涂覆磁芯在剥离的过程中平均的剥离强度为67.92牛顿，而10个未涂覆磁芯在剥离的过程中平均的剥离强度为59.38牛顿。可见，本申请提供的软磁磁芯的电极镀层剥离强度有了明显提升，提升了14%。
（2）本申请提供的软磁磁芯提升了磁芯绝缘性能和耐高压性能：
本申请中，耐高压绝缘层的浆料烧结后，乙基纤维素及二乙二醇丁醚会在高温裂解掉，主要留下二氧化矽的类玻璃物，该类玻璃物具有高绝缘的特性，能达到1G欧姆，使得软磁磁芯具有耐高压性能，且硬度大于7H。
（3）本申请提供的软磁磁芯具有耐高温、对磁芯热冲击有一定缓冲的优点，及屏蔽磁芯耐焊后外观裂纹现象的优点：
实验对象：30个整体涂覆磁芯和30个未涂覆磁芯。
实验过程：将30个整体涂覆磁芯和30个未涂覆磁芯通过锡炉将漆包线焊到电极上，然后进行耐焊后的打磨前和打磨后的镜检。
实验数据：见表2。
表2
实验结果：30个未涂覆磁芯做耐焊后进行打磨前和打磨后的镜检，打磨前镜检不良数为5个、打磨后镜检不良数为30个，打磨前后的30个整体涂覆磁芯做耐焊后进行打磨前和打磨后的镜检，打磨前镜检不良数为0、打磨后镜检不良数为28个，本申请提供的软磁磁芯的耐高温性能有了明显提升，而且可以有效屏蔽磁芯耐焊后外观裂纹现象。
（4）本申请提供的软磁磁芯增加了软磁磁芯本体强度：
实验对象：10个整体涂覆磁芯和10个未涂覆磁芯。
实验过程：将10个整体涂覆磁芯和10个未涂覆磁芯通过锡炉将漆包线焊到电极上，然后进行电极摆强度测试。
实验数据：见表3。
表3
对10个未涂覆磁芯做耐焊（将漆包线焊到电极上）前后电极摆强度的测试，得到耐焊前电极摆强度的平均值为28.13牛顿，得到耐焊后电极摆强度(电极处理过的磁芯下摆)的平均值为35.64牛顿；同时对10个整体涂覆磁芯做耐焊前后电极摆强度的测试，得到耐焊前电极摆强度的平均值为28.91牛顿，得到耐焊后电极摆强度的平均值为39.77牛顿；可见电极摆强度有了明显提升。
（5）本申请中的耐高压绝缘层表面致密，具有耐酸碱、更优的越电镀效果及防止电镀扩散的优点。
（6）下面分别对整体外表面涂覆了耐高压绝缘层的磁芯（下文简称有绝缘涂覆）和没有进行耐高压绝缘层涂覆的磁芯（下文简称无绝缘涂覆）进行实验，其两电极间耐电压值（Vdc）实验数据如下：
表4
以上实施例仅为充分公开而非限制本发明，凡基于本发明的创作主旨、无需经过创造性劳动即可等到的等效技术特征的替换，应当视为本申请揭露的范围。

Claims (9)

1.一种耐高压电感器的软磁磁芯，它包括软磁材料制成的软磁磁芯本体（100），其特征在于，软磁磁芯本体（100）底部两侧各设一个电极装配位（101），所述软磁磁芯本体（100）外表面涂覆有一层耐高压绝缘材料层（20），所述电极装配位（101）内的耐高压绝缘材料层（20）上设有电极镀层（30）。
2.一种耐高压电感器的软磁磁芯制备方法，其特征在于，它包括有以下步骤：
（1）、利用软磁材料制作软磁磁芯本体，并在软磁磁芯本体底部间隔地配置两个电极装配位；制作软磁磁芯本体时具体包括制粉、成型及烧结的步骤；在配置的两个电极装配位上设置接线凹槽；
（2）、所述软磁磁芯本体的外表面涂覆一层耐高压绝缘材料层；所述耐高压绝缘材料层是将二氧化矽.乙基纤维素并添加微量金属元素溶于二乙二醇丁醚制成浆料，将该浆料涂覆于整个软磁磁芯本体外表面，烘烤烧结后形成所述耐高压绝缘材料层，耐高压绝缘材料层耐温范围在700℃～900℃,是一种无机绝缘层；所述二氧化矽：乙基纤维素：二乙二醇丁醚的重量百分比分别为50-70%：2-20%：15-40%；或者所述耐高压绝缘材料层是将高温树脂.氮甲基吡咯烷酮并加入少量特殊树脂溶于甲基异丁酮制成浆料，将该浆料涂覆整个软磁磁芯本体外表面，烘烤烧结后形成所述耐高压绝缘材料层，耐高压绝缘材料层耐温范围在350℃～450℃,是一种有机绝缘层；所述耐高温树脂：氮甲基吡咯烷酮：甲基异丁酮的重量百分比分别为2-15%：50-75%：15-41%；
（3）、在所述两个电极装配位的耐高压绝缘材料层上分别设置电极镀层。
3.根据权利要求1所述的一种耐高压电感器的软磁磁芯，其特征在于：所述电极镀层（30）设置方式为水镀，先在耐高压绝缘材料层上烧银材料层（301），再在银材料层（301）上电镀镍材料层（302），最后在镍材料层（302）上电镀锡材料层（303）。
4.根据权利要求1所述的一种耐高压电感器的软磁磁芯，其特征在于：所述电极镀层（30）的设置方式为PVD真空溅射镀膜，先在耐高压绝缘材料层上真空溅射铬材料层、再在铬材料层上真空溅射镍材料层，最后在镍材料层上真空溅射银材料层；或者于耐高压绝缘材料层上真空溅射铝材料层，位于铝材料层上真空溅射镍材料，位于镍材料层上真空溅射锡材料层。
5.根据权利要求1所述的一种耐高压电感器的软磁磁芯，其特征在于：所述耐高压绝缘材料层（20）为二氧化矽、乙基纤维素、二乙二醇丁醚并添加微量金属元素制成的涂料涂覆烧结在软磁磁芯本体（100）表面形成；或者所述耐高压绝缘材料层（20）为高温树脂、氮甲基吡咯烷酮、甲基异丁酮并加入少量特殊树脂制成的涂料涂覆烧结在软磁磁芯本体（100）表面形成。
6.根据权利要求2所述的一种耐高压电感器的软磁磁芯制备方法，其特征在于，所述软磁材料为镍锌铁氧体材料、铁硅铝材料、铁硅铬材料、铁硅材料、铁镍材料、铁硅硼铬.铁硅硼碳或纯铁材料中的一种。
7.根据权利要求2所述的一种耐高压电感器的软磁磁芯制备方法，其特征在于，所述软磁材料为锰锌铁氧体材料，步骤（2）中是在所述软磁磁芯本体整个外表面涂覆一层耐高压绝缘材料层。
8.、根据权利要求2所述的一种耐高压电感器的软磁磁芯制备方法，其特征在于，所述电极镀层的设置方式为水镀，具体为：先在所述耐高压绝缘材料层上烧银材料层，再在银材料层上电镀镍材料层，最后在镍材料层上电镀锡材料层。
9.根据权利要求2所述的一种耐高压电感器的软磁磁芯制备方法，其特征在于，所述电极镀层的设置方式为PVD真空溅射镀膜，具体为：先在所述耐高压绝缘材料层上真空溅射铬材料层、再在铬材料层上真空溅射镍材料层，最后在镍材料层上真空溅射银材料层；或者于耐高压绝缘材料层上真空溅射铝材料层，位于铝材料层上真空溅射镍材料，位于镍材料层上真空溅射锡材料层。
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