CN109754986A - 一种射出成型电感及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种射出成型电感及其制造方法，该电感包括内部线圈部、由非磁性材料射出成型覆盖于所述内部线圈部上的非磁性材料覆盖部、以及与所述内部线圈部相连并暴露于所述非磁性材料覆盖部外的两个外部导体部。本发明提供了一种兼具高频化、大电流、小尺寸、便于制作等优点的功率电感。
Description
技术领域
本发明涉及被动磁性元器件领域，特别是一种射出成型电感及其制造方法。
背景技术
常见电感按其结构分类主要有：开磁路电感、磁罩闭磁路电感、磁性胶电感、金属粉模压一体成型电感、组装式扁平线圈电感等几种。不同类型电感各具优缺点，同时也限制其在特定领域的应用。如磁性胶电感漏磁少、噪音干扰小，但工作电流一般小于10A；金属粉模压一体成型电感可以实现较大工作电流要求，但SRF难以达到GHz要求。随着大部分电子设备朝着高频化、大电流、小尺寸的方向发展，对电感性能提出高的SRF、高的温升电流、高的饱和电流及小尺寸低背的要求。
专利文献TW098209094公开了一种射出一体成型的电感组件，包括：A.一线圈部，包含至少一线圈本体及至少二露出端；B.一铁芯，部分为该线圈部之线圈本体绕覆，包括一第一结构与一第二结构，由一第一软磁性材料所构成；及C.一射出包覆体，完全包覆该线圈本体与铁芯，含有第二软磁性材料及塑料射出料，其中该射出包覆体藉由射出成型，完全包覆该线圈本体。该电感组件属于传统的大尺寸功率电感，由于该电感组件的线圈本体内设置有第一软磁性材料的铁芯，限制其电感难以小尺寸低背化。同时，由于铁芯采用第一软磁性材料，而射出包覆体采用第二软磁性材料，第一软磁性材料和第二软磁材料的存在虽对磁力线有约束，达到了导磁效果，但却会使该电感组件的高频特性较差。鉴于上述问题，这种传统设计的电感组件无法用作在高频下工作的射频电感。另外，由于该电感组件的射出成型的包覆体需要采用磁性材料、塑料等两种以上材质的混合料，也不适宜批量生产及连续作业。
以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的构思及技术方案，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
本发明的主要目的在于克服现有技术的不足，提供一种射出成型电感及其制造方法，以同时满足对于电感的高频化、大电流、小尺寸、易于制作的需求。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种射出成型电感，包括内部线圈部、由非磁性材料射出成型覆盖于所述内部线圈部上的非磁性材料覆盖部、以及与所述内部线圈部相连并暴露于所述非磁性材料覆盖部外的两个外部导体部。
进一步地：
所述两个外部导体部中的每一外部导体部为一体成型的导体经过折弯后贴附在所述非磁性材料覆盖部的两个相邻的表面上。
所述内部线圈部与所述两个外部导体部一体成型，所述内部线圈部在所述非磁性材料覆盖部内直线延伸，所述两个外部导体部从所述非磁性材料覆盖部的相对的两个外表面伸出，经过同向折弯分别贴附到所述两个外表面后，再相向折弯并一同贴附到所述非磁性材料覆盖部的第三面上，由此贴附在所述非磁性材料覆盖部的外表面的所述两个外部导体部与位于所述非磁性材料覆盖部内的所述内部线圈部共同形成一单匝线圈。
所述非磁性材料覆盖部的所述第三面的中间位置形成有凹陷部，所述两个外部导体部的相对端分别延伸到所述凹陷部的两侧。
所述内部线圈部与所述两个外部导体部一体成型，所述内部线圈部在所述非磁性材料覆盖部内形成多匝线圈结构，所述两个外部导体部从所述非磁性材料覆盖部的相对的两个外表面反向伸出，经过同向折弯分别贴附到所述两个外表面后，再相向折弯并一同贴附到所述非磁性材料覆盖部的第三面上。
所述内部线圈部与所述两个外部导体部非一体成型，所述内部线圈部在所述非磁性材料覆盖部内形成多匝线圈结构并与所述两个外部导体部分别连接，具体可以是焊接，所述两个外部导体部从所述非磁性材料覆盖部的相对的两个外表面反向伸出，经过同向折弯分别贴附到所述两个外表面后，再相向折弯并一同贴附到所述非磁性材料覆盖部的第三面上。
所述非磁性绝缘材料为高分子材料，具体可以是热固性树脂材料，具体可以是电木。
所述内部线圈部和所述外部导体部的横截面为圆形、椭圆形、多边形或扁平形，优选地，所述内部线圈部和所述外部导体部的材料是铜。
一种制作所述的射出成型电感的方法，包括以下步骤：
S1、制作具有所述内部线圈部和所述两个外部导体部的料带；
S2、用非磁性材料通过射出成型工艺对所述内部线圈部进行包覆，经固化后形成非磁性材料覆盖部，并使所述两个外部导体部伸出于所述非磁性材料覆盖部的相对的两个外表面；
S3、将所述两个外部导体部经过同向的第一次折弯，使所述两个外部导体部分别贴附到所述非磁性材料覆盖部的所述两个外表面上；
S4、将所述两个外部导体部经过相向的第二次折弯，从而一同贴附到所述非磁性材料覆盖部的第三面上。
所述料带具有多组的所述内部线圈部和所述两个外部导体部；步骤S2中，通过多型腔射出成型模具同时进行各个组的所述内部线圈部的射出成型包覆；步骤S2后，先对所述料带进行裁切以分离所述各个组，再进行步骤S3。
本发明的有益效果包括：
本发明提供的射出成型电感包括内部线圈部、由非磁性材料射出成型覆盖于所述内部线圈部上的非磁性材料覆盖部，以及与所述内部线圈部相连并暴露于所述非磁性材料覆盖部外的两个外部导体部，这种构造能够满足功率电感在大电流下的应用要求，由于该射出成型电感不具有磁芯，又能够实现小尺寸低背化，而且，由于本发明对内部线圈部采用射出成型的非磁性材料覆盖部进行包覆和封装，既有效地满足小尺寸电感在贴片工艺过程中的封装、固定需求，又避免了传统技术的功率电感为了追求导磁效果而一贯采用的磁性材料包覆体对电感的高频特性带来的负面影响，从而使其能够获得满足射频电感使用要求的高频性能。另外，由于本发明的射出成型电感省去了磁芯如铁芯，且非磁性材料覆盖部不需要将磁性材料、塑料等两种以上材质的混合来进行射出成型，因此，本发明的射出成型电感的结构和制作工艺得到了简化，提高了产品的生产效率。因此，本发明提供了一种兼具高频化、大电流、小尺寸、便于制作等优点的功率电感。
本发明优选的实施例还能获得更多的优点。例如，可以通过外部导体部的第一、第二次折弯动作形成电感的一体成型电极，或一些实施例中与内部线圈部共同形成单匝线圈，其不仅制作简便，而且有利于实现小尺寸低背化以及获得良好的高频特性。该射出成型电感能够实现全自动连续作业的制造过程，不需要人工及辅助工装夹具、治具。
前述已经相当广泛地阐述了本发明的特征和技术优势，以便能够更好地理解本发明的详细描述。本发明的其它特征和优势将在以下描述。
附图说明
图1是本发明一种实施例的具有单匝线圈的射出成型电感的结构示意图；
图2是本发明另一种实施例的具有多匝线圈的射出成型电感的结构示意图；
图3是制作本发明一种实施例的射出成型电感的示例性的铜导线料带(单匝)示意图；
图4是使用了图3所示料带及绝缘材料射出成型后的半成品示意图；
图5是图4所示的射出成型半成品经过裁切成形后的半成品示意图；
图6是图5所示的裁切成形半成品经过一次折弯后的半成品示意图；
图7是图6所示的折弯成形半成品经过二次折弯后的成品示意图；
图8是制作本发明另一种实施例的射出成型电感的示例性的铜导线料带(多匝)示意图；
图9是使用了图8所示料带及磁性胶水射出成型后的半成品示意图；
图10是图9所示的射出成型半成品经过裁切成形后的半成品示意图；
图11是图10所示的裁切成形半成品经过一次折弯后的半成品示意图；
图12是图11所示的折弯成形半成品经过二次折弯后的成品示意图。
图13是本发明的如图1所示的实施例的电感的温升曲线T-I图。
图14是本发明的如图1所示的实施例的电感的饱和曲线ΔL-I图。
图15是本发明的如图1所示的实施例的电感的电感曲线L-f图。
图16是采用现有技术的具有铁芯(第一软磁性材料)和射出包覆体(第二软磁材料)的射出成型电感的电感曲线L-f图。
具体实施方式
以下通过实施例结合附图对本发明进行进一步的详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。本领域技术人员应该理解，披露的概念和具体实施例可以很容易地被使用作为基础用来修改或设计其它结构以完成本发明的相同目的。本领域技术人员也应该认识到，这种等同的构造并没有偏移本发明的精神和范围。被认为是本发明特点的新颖性特征，其结构和运作方法，以及进一步的目的和优点，从以下的描述并结合附图将被更好地理解。但是，应该深刻地认识到，提供的每个特征都仅是为了描述和说明，而不是意在限制本发明的定义。
参阅图1至图12，在一种实施例中，一种射出成型电感，包括内部线圈部4、由非磁性材料射出成型覆盖于所述内部线圈部4上的非磁性材料覆盖部2、以及与所述内部线圈部4相连并暴露于所述非磁性材料覆盖部2外的两个外部导体部1。其中两个外部导体部1可通过在两端表面上电镀Ni/Sn/Ag层或Ni/Sn层等，从而作为电感的电极。该射出成型电感的构造能够满足功率电感在大电流下的应用要求，由于该射出成型电感不具有磁芯，又能够实现小尺寸低背化，而且，由于该射出成型电感对内部线圈部4采用射出成型的非磁性材料覆盖部2进行包覆和封装，既有效地满足小尺寸电感在贴片工艺过程中的封装、固定需求，又避免了传统的功率电感为了追求导磁效果而一贯采用的磁性材料包覆体对电感的高频特性带来的负面影响，从而使其能够获得满足射频电感使用要求的高频性能。另外，由于该射出成型电感省去了磁芯如铁芯，且非磁性材料覆盖部2不需要将磁性材料、塑料等两种以上材质的混合来进行射出成型，因此，该射出成型电感的结构和制作工艺得到了简化，提高了产品的生产效率。
在优选的实施例中，所述两个外部导体部1中的每一外部导体部1为一体成型的导体经过折弯后贴附在所述非磁性材料覆盖部2的两个相邻的表面上。
参阅图1、图3至图7，在一种更优选的实施例中，所述内部线圈部4与所述两个外部导体部1一体成型，所述内部线圈部4在所述非磁性材料覆盖部2内直线延伸，所述两个外部导体部1从所述非磁性材料覆盖部2的相对的两个外表面伸出，经过同向折弯分别贴附到所述两个外表面后，再相向折弯并一同贴附到所述非磁性材料覆盖部2的第三面上，由此贴附在所述非磁性材料覆盖部2的外表面的所述两个外部导体部1与位于所述非磁性材料覆盖部2内的所述内部线圈部4共同形成一单匝线圈。
在进一步优选的实施例中，所述非磁性材料覆盖部2的所述第三面的中间位置形成有凹陷部，所述两个外部导体部1的相对端分别延伸到所述凹陷部的两侧，由所述凹陷部隔开。利用所述凹陷部，可有效地避免两个外部导体部在电感应用的焊接过程中形成“锡桥”，减少应用时电感线圈的两端出现焊接不良，避免因焊接不良而发生短路。
参阅图2、图8至图12，在另一种更优选的实施例中，所述内部线圈部4与所述两个外部导体部1一体成型，所述内部线圈部4在所述非磁性材料覆盖部2内形成多匝线圈结构，所述两个外部导体部1从所述非磁性材料覆盖部2的相对的两个外表面反向伸出，经过同向折弯分别贴附到所述两个外表面后，再相向折弯并一同贴附到所述非磁性材料覆盖部2的第三面上。
同样可参阅图2、图8至图12，在又一实施例中，所述内部线圈部4与所述两个外部导体部1非一体成型，所述内部线圈部4在所述非磁性材料覆盖部2内形成多匝线圈结构并与所述两个外部导体部1分别连接，具体可以是焊接，所述两个外部导体部1从所述非磁性材料覆盖部2的相对的两个外表面反向伸出，经过同向折弯分别贴附到所述两个外表面后，再相向折弯并一同贴附到所述非磁性材料覆盖部2的第三面上。
在优选的实施例中，所述非磁性绝缘材料为高分子材料，具体可以是热固性树脂材料，更具体可以是电木，例如采用电木粉PM9630。
在不同的实施例中，所述内部线圈部4和所述外部导体部1的横截面为圆形、椭圆形、多边形或扁平形。优选地，在如图1至图12所示的实施例中，所述内部线圈部4和所述外部导体部1均为扁平形。
在优选的实施例中，所述内部线圈部4和所述外部导体部1的材料是铜。
参阅图1至图12，在一种实施例中，一种制作所述的射出成型电感的方法，包括以下步骤：
S1、制作具有所述内部线圈部4和所述两个外部导体部1的料带3；
S2、用非磁性材料通过射出成型工艺对所述内部线圈部4进行包覆，经烘烤固化后形成非磁性材料覆盖部2，并使所述两个外部导体部1伸出于所述非磁性材料覆盖部2的相对的两个外表面；
S3、将所述两个外部导体部1经过同向的第一次折弯，使所述两个外部导体部1分别贴附到所述非磁性材料覆盖部2的所述两个外表面上；
S4、将所述两个外部导体部1经过相向的第二次折弯，从而一同贴附到所述非磁性材料覆盖部2的第三面上。
在优选的实施例中，所述料带3可采用连续料带3，具有多组的所述内部线圈部4和所述两个外部导体部1；步骤S2中，通过多型腔射出成型模具同时进行各个组的所述内部线圈部4的射出成型包覆；步骤S2后，先对所述料带3进行裁切以分离所述各个组，再进行步骤S3。
较佳地，步骤S2和步骤S3中可以采用冲压级进模进行冲压裁切、折弯成形。
所述多型腔射出成型模具实现多个电感高分子包覆层的包覆；所述冲压级进模实现电感从料带3上的裁切及一、二次折弯动作。
实施例一：
一种适用于高频、大电流的小尺寸低背射出成型电感，参考图1、图3至图7。所述射出成型电感包括铜导线、电极、线圈(单匝)和包覆层；所述铜导线、电极及线圈在射出成型前为一体结构，并以料带的形式呈现；所述铜导线为扁平线，铜导线两端折弯构成电感电极；所述铜导线中段及两端电极构成单匝线圈；所述包覆层为高分子绝缘材料。
在这一具体的实施例中，前述料带通过流水线进入射出成型模具型腔，射出成型包覆层，而后通过流水线进入冲压级进模工位，依次完成裁切、一次折弯、二次折弯工序。在这一具体的实施例中，前述射出成型电感制造基本工艺流程包括：射出成型、裁切成形、折弯成形(一次折弯、二次折弯)。
实施例二：
一种适用于高频、大电流的小尺寸低背射出成型电感，参考图2、图8至图12。所述射出成型电感包括铜导线、电极、线圈(多匝)和包覆层；所述铜导线、电极及线圈在射出成型前为一体结构，并以料带的形式呈现；所述铜导线为扁平线，铜导线两端折弯构成电感电极；所述铜导线中段点焊扁平线立绕多匝线圈；所述包覆层为高分子绝缘材料。
在这一具体的实施例中，前述料带通过流水线进入射出成型模具型腔，射出成型包覆层，待磁芯胶水烘烤固化，而后通过流水线进入冲压级进模工位，依次完成裁切、一次折弯、二次折弯工序。在这一具体的实施例中，前述射出成型电感制造基本工艺流程包括：射出成型、烘烤固化、裁切成形、折弯成形(一次折弯、二次折弯)。
通过对本发明前述实施例的射出成型电感进行特性实测，对应得到图13、图14和图15所示的温升曲线、饱和曲线和电感曲线图。从温升曲线和饱和曲线可以看出，本发明提供的电感工作电流可以达到30A；从电感曲线可以看出，本发明提供的电感SRF＞2.5GHz；此外，本发明提供的电感高度可以做到＜4mm。大的工作电流、高的SRF、低背小尺寸满足市场对新型电感的发展需求。
由图15和图16可以看到，本发明实施例的电感的高频特性比传统的采用磁芯和磁性射出包覆体的电感的高频特性优一个数量级。
以上内容是结合具体/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方式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。在本说明书的描述中，参考术语“一种实施例”、“一些实施例”、“优选实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。尽管已经详细描述了本发明的实施例及其优点，但应当理解，在不脱离由所附权利要求限定的实施例精神和范围的情况下，可以在本文中进行各种改变、替换和变更。此外，本发明的范围不旨在限于说明书中所述的过程、机器、制造、物质组成、手段、方法和步骤的特定实施例。本领域普通技术人员将容易理解，可以利用执行与本文所述相应实施例基本相同功能或获得与本文所述实施例基本相同结果的目前存在的或稍后要开发的上述披露、过程、机器、制造、物质组成、手段、方法或步骤。因此，所附权利要求旨在将这些过程、机器、制造、物质组成、手段、方法或步骤包含在其范围内。
Claims (10)
1.一种射出成型电感，其特征在于，包括内部线圈部、由非磁性材料射出成型覆盖于所述内部线圈部上的非磁性材料覆盖部、以及与所述内部线圈部相连并暴露于所述非磁性材料覆盖部外的两个外部导体部。
2.如权利要求1所述的射出成型电感，其特征在于，所述两个外部导体部中的每一外部导体部为一体成型的导体经过折弯后贴附在所述非磁性材料覆盖部的两个相邻的表面上。
3.如权利要求2所述的射出成型电感，其特征在于，所述内部线圈部与所述两个外部导体部一体成型，所述内部线圈部在所述非磁性材料覆盖部内直线延伸，所述两个外部导体部从所述非磁性材料覆盖部的相对的两个外表面伸出，经过同向折弯分别贴附到所述两个外表面后，再相向折弯并一同贴附到所述非磁性材料覆盖部的第三面上，由此贴附在所述非磁性材料覆盖部的外表面的所述两个外部导体部与位于所述非磁性材料覆盖部内的所述内部线圈部共同形成一单匝线圈。
4.如权利要求3所述的射出成型电感，其特征在于，所述非磁性材料覆盖部的所述第三面的中间位置形成有凹陷部，所述两个外部导体部的相对端分别延伸到所述凹陷部的两侧。
5.如权利要求2所述的射出成型电感，其特征在于，所述内部线圈部与所述两个外部导体部一体成型，所述内部线圈部在所述非磁性材料覆盖部内形成多匝线圈结构，所述两个外部导体部从所述非磁性材料覆盖部的相对的两个外表面反向伸出，经过同向折弯分别贴附到所述两个外表面后，再相向折弯并一同贴附到所述非磁性材料覆盖部的第三面上。
6.如权利要求2所述的射出成型电感，其特征在于，所述内部线圈部与所述两个外部导体部非一体成型，所述内部线圈部在所述非磁性材料覆盖部内形成多匝线圈结构并与所述两个外部导体部分别连接，具体可以是焊接，所述两个外部导体部从所述非磁性材料覆盖部的相对的两个外表面反向伸出，经过同向折弯分别贴附到所述两个外表面后，再相向折弯并一同贴附到所述非磁性材料覆盖部的第三面上。
7.如权利要求1至6任一项所述的射出成型电感，其特征在于，所述非磁性绝缘材料为高分子材料，具体可以是热固性树脂材料，具体可以是电木。
8.如权利要求1至7任一项所述的射出成型电感，其特征在于，所述内部线圈部和所述外部导体部的横截面为圆形、椭圆形、多边形或扁平形，优选地，所述内部线圈部和所述外部导体部的材料是铜。
9.一种制作如权利要求2至8任一项所述的射出成型电感的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、制作具有所述内部线圈部和所述两个外部导体部的料带；
S2、用非磁性材料通过射出成型工艺对所述内部线圈部进行包覆，经固化后形成非磁性材料覆盖部，并使所述两个外部导体部伸出于所述非磁性材料覆盖部的相对的两个外表面；
S3、将所述两个外部导体部经过同向的第一次折弯，使所述两个外部导体部分别贴附到所述非磁性材料覆盖部的所述两个外表面上；
S4、将所述两个外部导体部经过相向的第二次折弯，从而一同贴附到所述非磁性材料覆盖部的第三面上。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述料带具有多组的所述内部线圈部和所述两个外部导体部；步骤S2中，通过多型腔射出成型模具同时进行各个组的所述内部线圈部的射出成型包覆；步骤S2后，先对所述料带进行裁切以分离所述各个组，再进行步骤S3。
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