CN112103059B - 一种薄膜功率电感器的制作方法以及薄膜功率电感器 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电感技术领域，公开了一种薄膜功率电感器的制作方法以及薄膜功率电感器。制作方法包括如下步骤：磁片的制作；磁片的打孔；线圈层的制作：于绝缘基板上加工电极以形成线圈层，电极的形状与孔状磁片的孔的形状一致；巴块的形成：通过将磁片、孔状磁片、线圈层、孔状磁片以及磁片依次堆叠并压合形成巴块，其中，孔状磁片与线圈层对位叠层，电极置于孔状磁片的孔内；对巴块进行二次压合并切割形成单只产品；将切割好的单只产品进行烘烤形成主体；外电极的制作；外电极的电镀。通过本发明提供的制作方法，孔状磁片可以直接与线圈层进行对位叠层，其工艺简单，可以大规模应用于小型薄膜电感，且薄膜电感厚度均匀。
Description
技术领域
本发明涉及电感技术领域，尤其涉及一种薄膜功率电感器的制作方法以及薄膜功率电感器。
背景技术
随着电子电力的迅猛发展，对大功率大电流电感的需求越来越大，而在大功率、大电流应用中，低损耗，低成本、高转换效率的合金磁性材料越来越受到人们的亲睐。而电子小型化集成化的趋势越来越明晰，传统绕线和一体成型工艺已越来越不能满足发展要求，现有技术为实现大电流，采用印刷沟槽填充银浆的方式增加银层厚度，但是这种工艺在小型化上具有明显的限制性，在电感结构的设计上，现有技术采用先制作线圈层，然后在线圈层上下表面直接叠加磁片的方式，由于线圈部分电极间存在开口空间，平面磁片直接叠加很容易造成厚度不均。
发明内容
本发明的目的在于提供一种薄膜功率电感器的制作方法以及薄膜功率电感器，其工艺简单，可以大规模应用于小型薄膜电感，且薄膜电感厚度均匀。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种薄膜功率电感器的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、磁片的制作：将合金粉料与增塑剂、粘合剂、固化剂、分散剂以及有机溶剂混合均匀，以形成浆料；将所述浆料均匀涂布于PET膜上，并烘干形成磁带；对所述磁带进行裁切形成磁片；
S2、磁片的打孔：在所述磁片上进行打孔形成孔状磁片；
S3、线圈层的制作：于绝缘基板上加工电极以形成线圈层，所述电极的形状与所述孔状磁片的孔的形状一致；
S4、巴块的形成：通过将所述磁片、所述孔状磁片、所述线圈层、所述孔状磁片以及所述磁片依次堆叠并压合形成巴块，其中，所述孔状磁片与所述线圈层对位叠层，所述电极置于所述孔状磁片的孔内；
S5、对所述巴块进行二次压合，并对二次压合后的所述巴块进行切割形成单只产品；
S6、将切割好的所述单只产品进行烘烤形成主体；
S7、外电极的制作：在所述主体两端涂覆银浆，形成所述外电极；
S8、外电极的电镀：在银浆形成的所述外电极表面上电镀镍层和锡层，以形成薄膜功率电感器。
作为优选，步骤S3还包括以下步骤：
S31、在所述绝缘基板上开设导通孔，利用丝网印刷工艺将固化金属浆灌注于所述导通孔中，烘干形成导通柱；
S32、在所述绝缘基板上溅射金属层，在所述金属层上涂布感光胶，然后进行曝光显影，将所述电极的图案显现在所述感光胶上；
S33、刻蚀，在所述感光胶上将所述电极的图案及切割线显现出来，并刻蚀出沟槽；再次涂布感光胶，填充于第一次蚀刻形成的所述沟槽内；再次曝光显影，然后将所述电极的图案上的感光胶去除；
S34、在所述电极的图案上电镀加厚形成所述电极，然后去除第二次涂布的感光胶；
S35、在所述绝缘基板未形成所述电极的一面重复步骤S32至S34，得到所述线圈层，其中，所述线圈层的两层所述电极之间通过所述导通柱连接。
作为优选，步骤S3还包括以下步骤：
通过黄光工艺将固化金属浆制成所述电极的图案，再经150-200℃固化制成所述线圈层。
作为优选，所述线圈层采用化学镀工艺制成。
作为优选，所述线圈层为单层、双层或者多层，双层或者多层所述线圈层之间用所述绝缘基板隔绝。
作为优选，使用等静压机对所述巴块进行二次压合，所述等静压机进行压合时的压力5-50MPa，时间1-30min，温度50-90℃。
作为优选，步骤S6中对切割好的所述单只产品进行烘烤，烘烤温度为 160-200℃，烘烤时间为10-40min。
作为优选，步骤S7中银浆为固化银浆，形成所述固化银浆的固化温度为 120-200℃，固化时间为30-120min。
作为优选，所述磁片的厚度大于所述磁片打孔形成的所述孔状磁片的厚度。
作为优选，一种薄膜功率电感器，采用上述 制作方法制成。
本发明的有益效果：
本发明提供的一种薄膜功率电感器的制作方法以及薄膜功率电感器，通过在磁片上进行打孔形成孔状磁片，孔状磁片打孔去除的部分与线圈层中电极的形状一致，孔状磁片可以直接与线圈层进行对位叠层，其工艺简单，可以大规模应用于小型薄膜电感，且薄膜电感厚度均匀。
附图说明
图1是本发明提供的薄膜功率电感器的制作方法的工艺流程图；
图2是本发明中孔状磁片示意图；
图3是本发明中线圈层剖面图；
图4是本发明中线圈层和孔状磁片叠层后剖面图；
图5是本发明中线圈层加孔状磁片加磁片叠层后形成主体的剖面图；
图6是本发明中主体电镀外电极后的外形图；
图7是本发明中主体电镀外电极后的俯视图。
图中：
1、磁片；2、孔状磁片；3、线圈层；31、绝缘基板；32、电极；33、导通孔；4、主体；5外电极。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
本发明提供的一种薄膜功率电感器的制作方法，如图1所示，具体如下：
S1、磁片1的制作：将合金粉料与增塑剂、粘合剂、固化剂、分散剂以及有机溶剂混合均匀，以形成浆料；将浆料均匀涂布于PET膜上，并烘干形成磁带；对磁带进行裁切形成磁片1。
可选地，步骤S1磁片1的制作工艺流程如下：
S11、配料：将合金粉料与增塑剂、粘合剂、固化剂、分散剂及有机溶剂混合均匀，形成具有一定粘度的浆料，其中，合金粉料可以为铁硅铬软磁合金粉，合金粉料粒径可以为5-15μm，经绝缘包覆处理；粘合剂和固化剂可以优先混合为高温固化胶，随后将高温固化胶与合金粉料、增塑剂、分散剂以及有机溶剂进行混合，上述高温固化胶可以是粘合剂环氧树脂和固化剂多氰胺类按一定比例混合而成，可以是粘合剂环氧树脂和固化剂咪唑按一定比例混合而成，也可以是粘合剂环氧树脂和固化剂4,4'-二氨基二苯基甲烷按一定比例混合而成；
S12、流延：利用流延机将混合好的浆料均匀涂布于PET膜上，烘干形成磁带，其中，磁带厚度范围为10-200μm，可根据不同厚度要求进行流延制备；
S13、切片：将流延好的磁带裁切成规定尺寸的磁片1，磁片1的长度6-10 英寸均可，磁片1的宽度6-10英寸均可。
S2、磁片1的打孔：在磁片1上进行打孔形成孔状磁片2。
可选地，步骤S2磁片1的打孔是利用打孔机根据设计要求在磁片1指定位置上打孔，其目的在于将磁片1上与电极32图案对应位置的材料去除，激光打孔后的磁片1去除材料部分的图案与电极32图案一致(如图2所示)。
S3、线圈层3的制作：于绝缘基板31上加工电极32以形成线圈层3，电极 32的形状与孔状磁片2的孔的形状一致。
可选地，步骤S3线圈层3的制作是将设计线圈层3中电极32的图案制作于绝缘基板31上，其中，线圈层3可为单层、双层或者多层，双层或者多层线圈层3的层间以绝缘基板31阻隔，该绝缘基板31可为聚酰亚胺、二氧化硅或者陶瓷等低介电常数绝缘材料制成；电极32的材质可以但不限于是铜、银或者金，可以采用低温固化金属浆用黄光工艺制成电极32的图案再经150-200℃高温固化制成线圈层3，或者可以采用化学镀工艺制成线圈层3，还可以采用光刻加电镀的工艺方式制成线圈层3。
可选地，如图3所示，本实施例的步骤S3线圈层3的制作工艺采用上述光刻加电镀的方式制成，具体流程如下：
S31、在绝缘基板31上开设导通孔33，利用丝网印刷工艺将固化金属浆灌注于导通孔33中，烘干形成导通柱；
S32、在绝缘基板31上溅射金属层，在金属层上涂布感光胶，作为优选，感光胶的涂布可以在黄色灯下操作，采用刮斗上胶，一般上胶正反面各两次，第一次涂布后版面不粘手即可上第二次，干燥速度不宜太快，干燥温度应控制在35℃以下，采用电吹风或烘箱烘干，彻底干燥后即可曝光；然后进行曝光显影，将电极32的图案显现在感光胶上，可以采用采用雾状水流进行显影，作为优选，金属层可以但不限于是铜层；
S33、刻蚀，在感光胶上将电极32的图案及切割线显现出来，并刻蚀出沟槽，沟槽的图案即电极32的图案；再次涂布感光胶，填充于第一次蚀刻形成的沟槽内；再次曝光显影，将电极32的图案显现出来，然后将电极32的图案上的第二次涂布的感光胶去除，通过再次涂布感光胶然后再次曝光来加强所涂布的感光胶的强度；
S34、在绝缘基板31上电极32的图案位置电镀加厚形成电极32，去除第二次涂布的未被去除感光胶；
S35、在绝缘基板31未形成电极32的一面重复步骤S32至S34，得到所需要的线圈层3，其中，线圈层3的两层电极32之间通过导通孔33内的导通柱连接。
S4、巴块的形成：如图4、图5所示，通过将磁片1、孔状磁片2、线圈层 3、孔状磁片2以及磁片1依次堆叠并压合形成巴块，其中，孔状磁片2与线圈层3对位叠层，使孔状磁片2填充于线圈层3的电极32间隙之中，电极32置于孔状磁片2的孔内。
S5、对巴块进行二次压合，并对二次压合后的巴块进行切割形成单只产品。
可选地，步骤S5包括如下步骤：
S51、等静压：将巴块放入等静压机中进行二次压合，二次压合的压力是 5-50MPa，二次压合的时间1-30min，二次压合的温度50-90℃，其优势在于可实施各面均等的压力，利用高温使磁片1及粘合剂发生软化，在压力的作用下实现内部缝隙的填充，使之致密化；
S52、切割：利用切割机将等静压完成的整巴产品按照设计切割成单只产品，切割机可为刀片切割、圆刀切割或者激光切割。
S6、将切割好的单只产品进行烘烤形成主体4。可选地，步骤S6中对切割好的单只产品用160-200℃进行烘烤形成主体4，烘烤时间为10-40min，进行烘烤可以使胶体固化。
S7、外电极5的制作：如图6、图7所示，在主体4两端涂覆银浆，形成外电极5。可选地，步骤S7中银浆为低温固化银浆，不需要烧银，固化温度 120-200℃，保温时间30-120min，固化后的端银具备优良的附着力与导电性。
S8、外电极5的电镀：在银浆形成的外电极5表面上电镀镍层和锡层，以形成薄膜功率电感器。可选地，步骤S8中镍层和锡层的厚度均在1-5μm。
通过在磁片1上进行打孔形成孔状磁片2，孔状磁片2打孔去除的部分与线圈层3中电极32的形状一致，孔状磁片2可以直接与线圈层3进行对位叠层，使孔状磁片2填充于线圈层3的电极32间隙之中，电极32置于孔状磁片2的孔内。其工艺简单，可以大规模应用于小型薄膜电感，且薄膜电感厚度均匀。
下面以具体实施例的方式来进一步阐述说明上述薄膜功率电感器的制作方法。
实施例一
使用本发明提供得的薄膜功率电感器的制作方法制作电感器，待加工薄膜电感外形尺寸设定为：电感的长为1.2mm、电感的宽为1.0mm、电感的高＜0.3mm，电感量为10nH，电感内阻≤30mΩ，设计电极线厚30μm，电极线宽90μm，其加工步骤如下：
S1、磁片1的制作：将合金粉料与增塑剂、粘合剂、固化剂、分散剂以及有机溶剂混合均匀，以形成浆料，合金粉料为铁硅铬软磁合金，合金粉料粒径为6μm，经绝缘包覆处理，粘合剂和固化剂可以优先混合为高温固化胶，随后将高温固化胶与合金粉料、增塑剂、分散剂以及有机溶剂进行混合，高温固化胶为环氧树脂和多氰胺类混合而成；将浆料均匀涂布于PET膜上，并烘干形成磁带，其中PET膜厚度为50μm，剥离力10-25g/英寸，烘干参数为60-90℃，速度3-5m/min；对磁带进行裁切形成磁片1，磁片1的长度和宽度均为6英寸；
S2、磁片1的打孔：在磁片1上进行打孔形成孔状磁片2，通过收缩率计算孔状磁片2厚度为32μm；
S3、线圈层3的制作：于绝缘基板31上加工电极32以形成线圈层3，电极 32的形状与孔状磁片2的孔的形状一致，电极32厚度为30μm；
S4、巴块的形成：通过将磁片1、孔状磁片2、线圈层3、孔状磁片2以及磁片1依次堆叠并压合形成巴块，其中，孔状磁片2与线圈层3对位叠层，使孔状磁片2填充于线圈层3的电极32间隙之中，电极32置于孔状磁片2的孔内，磁片1厚度为100μm；
S5、将巴块放入等静压机进行二次压合，二次压合的压力10MPa，二次压合的时间15min，二次压合的温度75℃，并对二次压合后的巴块进行切割形成单只产品；
S6、将切割好的单只产品用180℃进行烘烤形成主体4，烘烤需要的保温时间为30min；
S7、外电极5的制作：在主体4两端涂覆银浆，形成外电极5，然后进行烘烤，烘烤温度175℃，烘烤时间60min，烘银固化后端银具备优良的附着力与导电性；
S8、外电极5的电镀：在银浆形成的外电极5表面上电镀镍层和锡层，以形成薄膜功率电感器，其中，镍层和锡层厚度均在1-3μm。
表1：实施例一方法制备的样品1、样品2、样品3，测试产品尺寸及性能
| 项目 | 样品1 | 样品2 | 样品3 | 平均 |
| 产品尺寸L/mm | 1.21 | 1.20 | 1.21 | 1.206 |
| 产品尺寸W/mm | 1.02 | 1.01 | 1.03 | 1.02 |
| 产品尺寸H/mm | 0.27 | 0.28 | 0.27 | 0.27 |
| 电感量L/nH | 10.28 | 10.12 | 10.25 | 10.22 |
| 电感内阻RDC/mΩ | 23 | 25 | 24 | 24 |
| 电感品质因数Q | 16 | 16 | 16 | 16 |
| 是否爬镀 | 否 | 否 | 否 | 合格 |
通过以上数据可以发现，用本方法制作的薄膜功率电感器，产品性能一致性好，满足设计要求。
其他实施例
在其他实施例中可以进行一些变型，例如，电极32的图案可以根据实际需要进行改变；绝缘基板31上端面的电极32与绝缘基板31下端面的电极32之间可以不连通，绝缘基板31上端面的电极32的两端可以共同连接一个外电极5，绝缘基板31下端面的电极32的两端可以共同连接另一个外电极5，此时绝缘基板31无需设置导通孔33；电极32的线宽可以不同，其它制作工艺参数和材料可以采用相同配置。
本发明提供的一种采用本发明提供的制作方法制作的薄膜功率电感器，包括主体4和两个外电极5，两个外电极5分别设置在主体4两端的外表面上，主体4包括依次设置的磁片1、孔状磁片2、线圈层3、孔状磁片2、磁片1，其中，线圈层3包括绝缘基板31、设置在绝缘基板31上端面的电极32以及设置在绝缘基板31下端面的电极32，绝缘基板31中间设置有导通孔33，绝缘基板31 上端面的电极32一端通过导通孔33与绝缘基板31下端面的电极32一端连接，绝缘基板31上端面的电极32另一端与一个外电极5连接，绝缘基板31下端面的电极32另一端与另一个外电极5连接。本发明提供的薄膜功率电感器通过在磁片1上进行打孔形成孔状磁片2，孔状磁片2打孔去除的部分与线圈层3中电极32的形状一致，孔状磁片2可以直接与线圈层3进行对位叠层，使孔状磁片 2填充于线圈层3的电极32间隙之中，电极32置于孔状磁片2的孔内。其工艺简单，可以大规模应用于小型薄膜电感，且薄膜电感厚度均匀。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种薄膜功率电感器的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、磁片(1)的制作：将合金粉料与增塑剂、粘合剂、固化剂、分散剂以及有机溶剂混合均匀，以形成浆料；将所述浆料均匀涂布于PET膜上，并烘干形成磁带；对所述磁带进行裁切形成磁片(1)；
S2、磁片(1)的打孔：在所述磁片(1)上进行打孔形成孔状磁片(2)；
S3、线圈层(3)的制作：于绝缘基板(31)上加工电极(32)以形成线圈层(3)，所述电极(32)的形状与所述孔状磁片(2)的孔的形状一致；
S4、巴块的形成：通过将所述磁片(1)、所述孔状磁片(2)、所述线圈层(3)、所述孔状磁片(2)以及所述磁片(1)依次堆叠并压合形成巴块，其中，所述孔状磁片(2)与所述线圈层(3)对位叠层，所述电极(32)置于所述孔状磁片(2)的孔内；
S5、对所述巴块进行二次压合，并对二次压合后的所述巴块进行切割形成单只产品；
S6、将切割好的所述单只产品进行烘烤形成主体(4)；
S7、外电极(5)的制作：在所述主体(4)两端涂覆银浆，形成所述外电极(5)；
S8、外电极(5)的电镀：在银浆形成的所述外电极(5)表面上电镀镍层和锡层，以形成薄膜功率电感器。
2.根据权利要求1所述的薄膜功率电感器的制作方法，其特征在于，步骤S3还包括以下步骤：
S31、在所述绝缘基板(31)上开设导通孔(33)，利用丝网印刷工艺将固化金属浆灌注于所述导通孔(33)中，烘干形成导通柱；
S32、在所述绝缘基板(31)上溅射金属层，在所述金属层上涂布感光胶，然后进行曝光显影，将所述电极(32)的图案显现在所述感光胶上；
S33、刻蚀，在所述感光胶上将所述电极(32)的图案及切割线显现出来，并刻蚀出沟槽；再次涂布感光胶，填充于第一次蚀刻形成的所述沟槽内；再次曝光显影，然后将所述电极(32)的图案上的感光胶去除；
S34、在所述电极(32)的图案上电镀加厚形成所述电极(32)，然后去除第二次涂布的感光胶；
S35、在所述绝缘基板(31)未形成所述电极(32)的一面重复步骤S32至S34，得到所述线圈层(3)，其中，所述线圈层(3)的两层所述电极(32)之间通过所述导通柱连接。
3.根据权利要求1所述的薄膜功率电感器的制作方法，其特征在于，步骤S3还包括以下步骤：
通过黄光工艺将固化金属浆制成所述电极(32)的图案，再经150-200℃固化制成所述线圈层(3)。
4.根据权利要求1所述的薄膜功率电感器的制作方法，其特征在于，所述线圈层(3)采用化学镀工艺制成。
5.根据权利要求1所述的薄膜功率电感器的制作方法，其特征在于，所述线圈层(3)为单层、双层或者多层，双层或者多层所述线圈层(3)之间用所述绝缘基板(31)隔绝。
6.根据权利要求1所述的薄膜功率电感器的制作方法，其特征在于，使用等静压机对所述巴块进行二次压合，所述等静压机进行压合时的压力5-50MPa，时间1-30min，温度50-90℃。
7.根据权利要求1所述的薄膜功率电感器的制作方法，其特征在于，步骤S6中对切割好的所述单只产品进行烘烤，烘烤温度为160-200℃，烘烤时间为10-40min。
8.根据权利要求1所述的薄膜功率电感器的制作方法，其特征在于，步骤S7中银浆为固化银浆，形成所述固化银浆的固化温度为120-200℃，固化时间为30-120min。
9.根据权利要求1-8任一项 所述的薄膜功率电感器的制作方法，其特征在于，所述磁片(1)的厚度大于所述磁片(1)打孔形成的所述孔状磁片(2)的厚度。
10.一种薄膜功率电感器，其特征在于，采用权利要求1-9任一项所述的制作方法制成。
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