CN112614673A - 一种电感及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电感及其制造方法。电感包括磁芯及导体，导体的中间部分设于磁芯内，导体的两端露于磁芯外部；导体中间部分的厚度大于导体两端的厚度，和/或导体中间部分的宽度大于导体两端的宽度，以降低电感的直流电阻。制造方法包括步骤：A、制作导体；B、将导体放入磁粉中通过压制形成电感半成品；C、将电感半成品进行烧结退火固化；D、将导体的两端进行加工，去除多余的部分，并将导体两端进行弯折。本发明的电感中，将导体的中间部分做厚和/或做宽，能有效降低电感的直流电阻，本发明的电感制造方法通过烧结的退火工艺，可以提高电感的感值，缩小电感的尺寸，降低电感在高频使用下的损耗及发热，提高电感的效率。
Description
技术领域
本发明涉及电感制造技术领域，尤其涉及一种电感及其制造方法。
背景技术
现有的一体成型电感包括磁芯和绕组本体，磁芯是将绕组本体埋入金属磁性粉末内部压铸而成，其绕组本体通常为单层或多层有漆包膜包覆的线圈，或者为单一的直线型的导体(例如铜片)。线圈与导体通过冷工艺或者热工艺压制在磁粉中间，再通过烘烤工艺(烘烤峰值温度140-180℃)将磁粉中的胶水固化,形成具有一定强度的电感产品。
上述方法生产出的一体成型电感普遍应用于200Khz以下较低频率需求的电路中，但随着5G技术的推进，服务器芯片中的供电单元开始需要使用频率较高的一体成型电感，频率在500Khz及以上，随着频率上升，传统的一体成型电感工艺生产的电感损耗大幅增加，造成电感发热，从而严重影响电感所能发挥的效率，传统的一体成型电感工艺生产的电感已经不能适用于服务器的供电需求。
另外，现有技术中，为了降低电感的直流电阻，通常采用增大导体整体的厚度或宽度的方式，但是导体的两端是暴露在磁芯外部作为端子的，作为端子的部分需要进行弯折，导体整体的厚度较厚使得导体两端作为端子的部分弯折难度大，导体整体的宽度较大使得电感成型后侧壁容易开裂。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种电感及其制造方法。
一种电感，包括磁芯及导体，所述导体的中间部分设于所述磁芯内，所述导体的两端露于所述磁芯外部；所述导体中间部分的厚度大于所述导体两端的厚度，和/或所述导体中间部分的宽度大于所述导体两端的宽度，以降低电感的直流电阻。
在本发明一种可选的实施方式中，所述导体中间部分的上下两个表面中，其中一个表面上设置有凸台，以使所述导体中间部分的厚度大于所述导体两端的厚度。
在本发明一种可选的实施方式中，所述导体中间部分的上下两个表面上均设设置有凸台，以使所述导体中间部分的厚度大于所述导体两端的厚度。
在本发明一种可选的实施方式中，所述凸台的长度为7-13mm。
在本发明一种可选的实施方式中，所述凸台的长度为10mm。
一种用于制造如上所述的电感的制造方法，包括如下步骤：
A、制作导体；
B、将导体放入磁粉中通过压制形成电感半成品；
C、将电感半成品进行烧结退火固化；
D、将导体的两端进行加工，去除多余的部分，并将导体两端进行弯折。
在本发明一种可选的实施方式中，步骤C中烧结的温度小于等于720℃或小于等于410℃。
在本发明一种可选的实施方式中，所述制造方法，还包括如下步骤：
S、制作磁粉：
筛选磁粉，选择预定粒径的磁粉；
对磁粉进行钝化；
在钝化好的磁粉中加入占磁粉的质量百分比为0.5-2.5％的胶水；
将加入胶水后的磁粉进行晾干、烘烤、破碎及过筛。
在本发明一种可选的实施方式中，步骤B中压制形成电感半成品的方法为冷压一次成型、热压一次成型或冷热压结合成型，单位面积压力为3-18t/cm2。
在本发明一种可选的实施方式中，步骤C具体包括：
将电感半成品在烧结设备的第一位置、在220℃的温度下烧结18-25min；
将电感半成品在烧结设备的第二位置、在400℃的温度下烧结37-43min；
将电感半成品在烧结设备的第三位置、在700℃的温度下烧结50-57min；
将电感半成品在烧结设备的第四位置、在720℃的温度下烧结61-68min；
将电感半成品在烧结设备的第五位置、在720℃的温度下烧结90-95min；
将电感半成品在烧结设备的第六位置、在690℃的温度下烧结100-107min；
将电感半成品在烧结设备的第七位置、在640℃的温度下烧结111-119min；
将电感半成品在烧结设备的第八位置、在620℃的温度下烧结125-133min；
将电感半成品在烧结设备的第九位置、在90℃的温度下退火固化210-123min。
本发明的有益之处在于：
本发明的电感中，导体中间部分的厚度大于导体两端的厚度，和/或导体中间部分的宽度大于导体两端的宽度，也就是将导体的中间部分做厚或做宽，能有效降低电感的直流电阻，避免为了降低电感的直流电阻而把导体整体的厚度设计得较厚或整体宽度设计得较宽，导体整体厚度较厚导致两端弯折困难，导体整体宽度较宽导致成型后侧壁容易开裂；
本发明的电感制造方法通过烧结的退火工艺，可以提高电感的感值，缩小电感的尺寸，降低电感在高频使用下的损耗及发热，提高电感的效率。传统工艺制造的电感的尺寸为13.0*5.5*3.8mm，采用本发明的电感制造方法制造的电感的尺寸为13.0*5.5*1.9mm，体积缩减了一半，相较于传统的烘烤工艺制造的电感,本发明通过烧结的退火工艺制造的电感导磁率要高2倍以上，损耗低40％以上。
附图说明
图1是本发明中电感第一实施例的截面结构示意图；
图2是本发明中电感第二实施例的俯视结构示意图；
图3是本发明中电感第三实施例的截面结构示意图；
图4是本发明中电感第四实施例的截面结构示意图；
图5是现有技术中电感的截面结构示意图；
图6是本发明中实施例1与对比例1、对比例2进行效率对比的对比图。
图中：
100、100’-电感；110、110’-磁芯；120、120’-导体；121-凸台；122-定位部；123-定位孔。
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。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据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，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。
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
本发明提供了一种电感，请参考图1，电感100包括磁芯110及导体120，导体120可以采用铜片，导体120的中间部分设置在磁芯110内，导体120的两端露于磁芯110外部，这样可以使得导体120的两端作为电感100的端子，与其它电子元器件连接。如图1所示，导体120中间部分的厚度大于导体120两端的厚度，或者如图2所示，导体120中间部分的宽度大于导体120两端的宽度，导体120中间部分较厚或导体120中间部分较宽都可以降低电感100的直流电阻。在其它实施例中，也可以将导体120中间部分同时做厚和做宽，这样可以更有效的降低电感100的直流电阻。
导体120的中间部分指的是导体120设置在磁芯110内的部分，可以将导体120隐藏在磁芯110内的部分全部做厚和/或做宽，也可以只将导体120隐藏在磁芯110内的部分的其中一部分做厚和/或做宽。本发明中，通过将导体120的中间部分做厚和/或做宽来降低电感100的直流电阻，而无需将整个导体120增厚增宽来降低电感100的直流电阻，这样就可以避免导体120整体厚度较厚导致两端的端子弯折困难，以及避免导体120整体宽度较宽导致的电感100成型后侧壁开裂问题。
在本发明一种实施方式中，如图1所示，导体120中间部分的上表面设置有凸台121，以使导体120的中间部分较厚，使导体120中间部分的厚度大于导体120两端的厚度。或者如图3所示，导体120中间部分的下表面设置有凸台121，以使导体120的中间部分较厚，使导体120中间部分的厚度大于导体120两端的厚度。另外，如图4所示，可以在导体120中间部分的上下两个表面均设置凸台121，以使导体120的中间部分较厚，使导体120中间部分的厚度大于导体120两端的厚度。
如图1所示，凸台121的长度a为7-13mm，在一个具体实施例中，凸台121的长度a为10mm。
导体120可通过金属冲压或者浇铸成型，使导体120中间部分形成凸台121，以使导体120的中间部分较厚，降低电感100的直流电阻。也可以通过冲压或浇筑成型的方式使得导体120的中间部分较宽。一般的，导体120采用铜片，当然也可以选用其它金属，在此不作限制。
在一种实施方式中，如图1和图2所示，导体120的两端设置有矩形的定位部122和定位孔123，定位部122和定位孔123用于在将导体120与磁粉压制成型时进行定位。
本发明还提供一种用于制造如上所述的电感100的制造方法，制造方法包括如下步骤：
a、制作导体；
b、将导体放入磁粉中，通过压制形成电感半成品；
c、将电感半成品进行烧结退火固化；
d、将导体的两端进行加工，去除多余的部分，并将导体两端进行弯折。
本发明的电感制造方法通过烧结的退火工艺，可以提高电感100的感值，缩小电感100的尺寸，降低电感100在高频使用下的损耗及发热，提高电感100的效率。传统工艺制造的电感的尺寸为13.0*5.5*3.8mm，采用本发明的电感制造方法制造的电感100的尺寸为13.0*5.5*1.9mm，体积缩减了一半，相较于传统的烘烤工艺制造的电感,本发明通过烧结的退火工艺制造的电感100导磁率要高2倍以上，损耗低40％以上。
步骤c中烧结的温度小于等于720℃或小于等于410℃。
步骤c之后可根据磁粉的种类选择对产品表面进行涂覆或不进行涂覆。
本发明的制造方法，还包括如下步骤：
s、制作磁粉：
筛选磁粉，选择预定粒径的磁粉；
对磁粉进行钝化；
在钝化好的磁粉中加入占磁粉的质量百分比为0.5-2.5％的胶水；
将加入胶水后的磁粉进行晾干、烘烤、破碎及过筛。
步骤b中压制形成电感半成品的方法为冷压一次成型、热压一次成型或冷热压结合成型，单位面积压力为3-18t/cm2。
步骤c具体包括：
将电感半成品在烧结设备的第一位置、在220℃的温度下烧结18-25min；
将电感半成品在烧结设备的第二位置、在400℃的温度下烧结37-43min；
将电感半成品在烧结设备的第三位置、在700℃的温度下烧结50-57min；
将电感半成品在烧结设备的第四位置、在720℃的温度下烧结61-68min；
将电感半成品在烧结设备的第五位置、在720℃的温度下烧结90-95min；
将电感半成品在烧结设备的第六位置、在690℃的温度下烧结100-107min；
将电感半成品在烧结设备的第七位置、在640℃的温度下烧结111-119min；
将电感半成品在烧结设备的第八位置、在620℃的温度下烧结125-133min；
将电感半成品在烧结设备的第九位置、在90℃的温度下退火固化210-123min。
第一位置至第九位置分别指的烧结设备中的不同位置。
实施例1
1)将金属材料冲压或浇铸成如图1所示的形状，形成导体120，导体120中间较厚的部分的长度为10.0mm；
2)选择一定粒径配比的磁粉，加入钝化剂进行钝化；
3)在钝化好的粉料中加入一定比例的(质量百分比0.5-2.5％质量)的环氧树脂或硅烷树脂等胶水；
4)加入胶水后，粉料经过晾干、烘烤、破碎、过筛形成一定粒径，具有流动性的粉料；
5)将1)中设计好的导体120与4)中制成的粉末进行封装(即进行冷压和/或热压)，得到电感半成品；
6)将5)中得到的电感半成品，按照如下表1所示温度进行烧结退火固化：
表1
表中，“位置”是指烧结设备中的不同位置，“温度”的单位为℃，“时间段”的单位为min(分钟)；本实施例中采用的烧结工艺最高温达到720℃；
7)对产品表面进行涂覆处理，提升防锈性能及表面绝缘阻抗性能；
8)依照产品强度对7)中得到的产品选择性进行含浸处理；
9)对8)中得到的产品进行去除多余端子的加工；
10)对剩余端子进行折弯、精裁处理、电镀等，得到一体成型的电感100。
效果对比：
对比例1：按照实施例1中第1)到第10)段进行作业，但第6)段中采取温度低于410℃的温度对半成品进行处理；
对比例2：产品按照实施例1中第2)到第10)段方法进行作业，但第1)段采取如图5所示的电感100’，图5所示的电感100’中，导体120’整体的厚度一致，并没有像本发明中一样将导体120的中间部分设置的较厚；
对比本发明实施例1、对比例1、对比例2中产品的特性进行对比得到如下表2所示的对比表；
表2
综合表2的数据可以看出，相同的封装尺寸，采取本发明实施例1的方案，产品整体直流电阻大幅下降，感量均衡。表2中“DCR”指直流电阻。
对本发明实施例1、对比例1、对比例2中效率(效率即输出功率比输入功率)进行对比：1Mhz，1.1V测试，从轻载到重载，得到如图6所示的对比图，由图6可以看出，本发明实施例1中的产品效率较高。
实施例2
本发明实施例2中的产品采用如图4所示的产品，重复实施例1中的步骤2)至10)；
将本发明实施例2与对比例1、对比例2中产品的特性进行对比，可以验证本发明实施例2中的产品具有更好的DCR特性。
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)
1.一种电感，其特征在于，包括磁芯(110)及导体(120)，所述导体(120)的中间部分设于所述磁芯内，所述导体(120)的两端露于所述磁芯(110)外部；所述导体(120)中间部分的厚度大于所述导体(120)两端的厚度，和/或所述导体(120)中间部分的宽度大于所述导体(120)两端的宽度，以降低电感的直流电阻。
2.根据权利要求1所述的电感，其特征在于，所述导体(120)中间部分的上下两个表面中，其中一个表面上设置有凸台(121)，以使所述导体(120)中间部分的厚度大于所述导体(120)两端的厚度。
3.根据权利要求1所述的电感，其特征在于，所述导体(120)中间部分的上下两个表面上均设设置有凸台(121)，以使所述导体(120)中间部分的厚度大于所述导体(120)两端的厚度。
4.根据权利要求2或3任一项所述的电感，其特征在于，所述凸台(121)的长度为7-13mm。
5.根据权利要求2或3任一项所述的电感，其特征在于，所述凸台(121)的长度为10mm。
6.一种用于制造如权利要求1至5任一项所述的电感的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
A、制作导体；
B、将导体放入磁粉中，通过压制形成电感半成品；
C、将电感半成品进行烧结退火固化；
D、将导体的两端进行加工，去除多余的部分，并将导体两端进行弯折。
7.根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于，步骤C中烧结的温度小于等于720℃或小于等于410℃。
8.根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于，还包括如下步骤：
S、制作磁粉：
筛选磁粉，选择预定粒径的磁粉；
对磁粉进行钝化；
在钝化好的磁粉中加入占磁粉的质量百分比为0.5-2.5％的胶水；
将加入胶水后的磁粉进行晾干、烘烤、破碎及过筛。
9.根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于，步骤B中压制形成电感半成品的方法为冷压一次成型、热压一次成型或冷热压结合成型，单位面积压力为3-18t/cm2。
10.根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于，步骤C具体包括：
将电感半成品在烧结设备的第一位置、在220℃的温度下烧结18-25min；
将电感半成品在烧结设备的第二位置、在400℃的温度下烧结37-43min；
将电感半成品在烧结设备的第三位置、在700℃的温度下烧结50-57min；
将电感半成品在烧结设备的第四位置、在720℃的温度下烧结61-68min；
将电感半成品在烧结设备的第五位置、在720℃的温度下烧结90-95min；
将电感半成品在烧结设备的第六位置、在690℃的温度下烧结100-107min；
将电感半成品在烧结设备的第七位置、在640℃的温度下烧结111-119min；
将电感半成品在烧结设备的第八位置、在620℃的温度下烧结125-133min；
将电感半成品在烧结设备的第九位置、在90℃的温度下退火固化210-123min。
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