CN112655060B - 一种一体成型电感及其制作方法 - Google Patents

Abstract

一种一体成型电感及其制作方法，该方法包括：由软磁材料烧结制成具有多个凹槽的磁芯板，每个凹槽中形成有磁芯中柱；将空心线圈分别装入多个凹槽中，磁芯中柱穿入线圈中，线圈端子留在凹槽外；将装有线圈的磁芯板放入成型模具中，加入流体状态的软磁材料，通过压制使流体状态的软磁材料一体成型在磁芯板上；使压制好的磁芯板中含有的线圈的两个端子暴露，并对应于各个线圈，将磁芯板切割成多个半成品电感；用绝缘材料将半成品电感包覆，形成绝缘包覆层，仅暴露出线圈的两个端子；在绝缘包覆层的表面暴露有线圈端子的区域进行金属化而形成一体成型电感的电极。由此，本发明提供了一种尺寸超小、超薄、高可靠性的一体成型电感及制作方法。

Description

一种一体成型电感及其制作方法

技术领域

本发明涉及电子元件，特别是涉及一种一体成型电感及制作方法。

背景技术

随着5G时代的来临，电子信息、AI智能已是人们生活中必不可少的一部分，人们对电子产品的体验要求不断的在提升；智能穿戴产品越来越小，跟随的电子元器件也需要朝小型化、薄型化、高可靠性的趋势发展，现有技术中，很难将一体电感做到很小，限制了很多产品的进步；同步PCB板上集成度要求越来越高，元器件之间的间隙越来越小，电极的可靠性及底部电极的需求也十分迫切。

传统的电感受成型方式限制，需要很大压强，尺寸太小，对应的模具寿命低，很难做到小于2mm的；填粉量限制了产品厚度，很难做到0.8mm以下。

以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的发明构思及技术方案，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上述背景技术的缺陷，提供一种尺寸超小、超薄、高可靠性的一体成型电感及制作方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种一体成型电感的制作方法，包括如下步骤：

由软磁材料烧结制成磁芯板，所述磁芯板具有多个凹槽，每个凹槽中形成有磁芯中柱；

将预制好的空心线圈分别装入所述多个凹槽中，其中使所述磁芯中柱穿入所述线圈中，并且使所述线圈的两个端子留在所述凹槽外；

将装有所述线圈的所述磁芯板放入成型模具中，加入流体状态的软磁材料，通过压制使所述流体状态的软磁材料一体成型在所述磁芯板上；

通过去除一部分软磁材料的方式，将压制好的所述磁芯板中含有的所述线圈的两个端子暴露出来，并对应于各个线圈，将所述磁芯板切割成多个对应的半成品电感；

用绝缘材料将所述半成品电感包覆，形成绝缘包覆层，仅暴露出所述线圈的两个端子；

在所述绝缘包覆层的表面暴露有所述线圈的两个端子的区域进行金属化而形成所述一体成型电感的电极。

进一步地，所述由软磁材料烧结制成磁芯板的烧结温度600～1000℃，烧结制成所述磁芯板的所述软磁材料为羰基铁粉、铁硅、铁硅铬、铁镍、铁镍钼、铁硅铝、非晶、纳米晶和纳米晶中的一种或多种的混合物。

进一步地，所述磁芯板为长方形板，所述多个凹槽呈阵列分布在所述磁芯板，切割得到的所述半成品电感为长方体，所述线圈的两个端子形成在所述一体成型电感的同一主表面上。

进一步地，所述空心线圈为对绕、立绕、飞叉绕或外外绕方式制成的线圈，所述线圈的结构为圆形、扁平形、方形或多股组合形。

进一步地，所述空心线圈圆形、跑道型或矩形，所述凹槽的形状与所述空心线圈的形状相匹配。

进一步地，所述加入流体状态的软磁材料，通过压制使所述流体状态的软磁材料一体成型在所述磁芯板上，具体包括：

使所述成型模具的温度达到120～200℃，再加入120～200℃下可液化的软磁材料，用＜20Mpa的压强将所述流体状态的软磁材料一体成型在所述磁芯板上，在100～300℃下烘烤1小时以上使所述流体状态的软磁材料内的有机树脂完全固化。

进一步地，所述流体状态的软磁材料为羰基铁粉、铁硅、铁硅铬、铁镍、铁镍钼、铁硅铝、非晶、纳米晶和纳米晶中的一种或多种的混合物。

进一步地，所述绝缘材料为树脂，所述树脂优选为环氧树脂类、酚醛树脂类或硅树脂类。

进一步地，所述金属化形成金属层，所述金属层为Cr、Ni、Ag、Cu、Ti其中的一层或多层与Sn层的组合，优选地，采用PVD或电镀的方式，其中所述金属化层优选Cu/Ni/Sn的组合，镀层的总厚度3～15μm。

一种一体成型电感，是使用所述的制作方法制作的一体成型电感。

本发明具有如下有益效果：

本发明提供了一种一体成型电感的制作方法，可高效地制作高品质的超小型电感，其中，使用由软磁材料烧结制成的整板模型，即磁芯板，所述磁芯板具有多个凹槽，每个凹槽中形成有磁芯中柱，将多个线圈装入后，采用流体形态的软磁材料在磁芯板上整板一体成型，再切割成单颗的电感产品，实现超小尺寸的电感。其中，通过两种不同形态的软磁材料组合在一起一体成型为电感的磁芯，由于液相软磁材料成型压强小，烧结好的磁芯板在与液相软磁材料一体成型的时候不会被压碎，也避免了线圈的皮膜损伤，且由于是将软磁材料烧结后得到的磁芯与液相软磁材料固化后成型来结合在一起的，两者相互结合力很强，所以既可以达到产品的高性能，又可利用低压强成型的工艺保证产品的良率。同时，本发明一体成型电感的制作效率极高，通过整版成型，批量切割，可显著提高产品的生产效率，降低成本。本发明的另一优点是，线圈两个端子直接引至电感主面即电极面，贴片时，线圈的端子可直接和PCB板接触，结构简单，无开路风险，可靠性极高。使用本发明一体成型电感的制作方法，电感产品更容易实现超小型化，尤其是可以做得更薄。

附图说明

图1是本发明实施例中一种对绕的预制空心线圈结构示意图。

图2是本发明实施例中一种立绕的预制空心线圈结构示意图。

图3是本发明实施例中一种有多个凹槽烧结磁芯结构示意图。

图4是本发明实施例中对绕空心线圈植入有凹槽磁芯结构示意图。

图5是本发明实施例中立绕空心线圈植入有凹槽磁芯结构示意图。

图6是本发明实施例中植入线圈后磁芯成型成型后的结构示意图。

图7是本发明实施例中成型磁板研磨后暴露出线圈尾线的结构示意图。

图8是本发明实施例中成型后磁板的切割结构示意图。

图9是本发明实施例中切割后半成品结构示意图。

图10是本发明实施例中金属化后产品结构示意图。

具体实施方式

以下对本发明的实施方式做详细说明。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。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。另外，连接既可以是用于固定作用也可以是用于耦合或连通作用。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本发明实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

参阅图1至图10，本发明实施例提供一种一种一体成型电感的制作方法，包括如下步骤：

由软磁材料烧结制成磁芯板，所述磁芯板具有多个凹槽，每个凹槽中形成有磁芯中柱；

将预制好的空心线圈分别装入所述多个凹槽中，其中使所述磁芯中柱穿入所述线圈中，并且使所述线圈的两个端子留在所述凹槽外；

将装有所述线圈的所述磁芯板放入成型模具中，加入流体状态的软磁材料，通过压制使所述流体状态的软磁材料一体成型在所述磁芯板上；

通过去除一部分软磁材料的方式，将压制好的所述磁芯板中含有的所述线圈的两个端子暴露出来，并对应于各个线圈，将所述磁芯板切割成多个对应的半成品电感；

用绝缘材料将所述半成品电感包覆，形成绝缘包覆层，仅暴露出所述线圈的两个端子；

在所述绝缘包覆层的表面暴露有所述线圈的两个端子的区域进行金属化而形成所述一体成型电感的电极。

在优选的实施例中，所述由软磁材料烧结制成磁芯板的烧结温度600～1000℃，烧结制成所述磁芯板的所述软磁材料为羰基铁粉、铁硅、铁硅铬、铁镍、铁镍钼、铁硅铝、非晶、纳米晶和纳米晶中的一种或多种的混合物。

在优选的实施例中，所述磁芯板为长方形板，所述多个凹槽呈阵列分布在所述磁芯板，切割得到的所述半成品电感为长方体，所述线圈的两个端子形成在所述一体成型电感的同一主表面上。

在优选的实施例中，所述空心线圈为由铜线以对绕、立绕、飞叉绕或外外绕方式制成的线圈，所述线圈的结构为圆形、扁平形、方形或多股组合形。

在优选的实施例中，所述空心线圈圆形、跑道型或矩形，所述凹槽的形状与所述空心线圈的形状相匹配。

在优选的实施例中，所述加入流体状态的软磁材料，通过压制使所述流体状态的软磁材料一体成型在所述磁芯板上，具体包括：

在优选的实施例中，使所述成型模具的温度达到120～200℃，再加入120～200℃下可液化、成型压强低的软磁材料，用＜20Mpa的压强将所述流体状态的软磁材料一体成型在所述磁芯板上，在100～300℃下烘烤1小时以上使所述流体状态的软磁材料内的有机树脂完全固化。

在优选的实施例中，所述流体状态的软磁材料为羰基铁粉、铁硅、铁硅铬、铁镍、铁镍钼、铁硅铝、非晶、纳米晶和纳米晶中的一种或多种的混合物。

在优选的实施例中，所述绝缘材料为树脂，所述树脂更优选为环氧树脂类、酚醛树脂类或硅树脂类。

在优选的实施例中，所述金属化形成金属层，所述金属层为Cr、Ni、Ag、Cu、Ti其中的一层或多层与Sn层的组合，优选地，采用PVD或电镀的方式，其中所述金属化层优选Cu/Ni/Sn的组合，镀层的总厚度3～15μm。

以下结合附图进一步描述本发明具体实施例的特征和优点。

磁体是两种不同形态的软磁材料组合而成；一种形态的软磁材料磁导率高密度烧结磁芯，磁芯材质为羰基铁粉、铁硅、铁硅铬、铁镍、铁镍钼、铁硅铝、非晶、纳米晶和纳米晶中的一种或多种的混合物；另一种材料成型压强低(120～200℃下可液化)软磁材料，材质为羰基铁粉、铁硅、铁硅铬、铁镍、铁镍钼、铁硅铝、非晶、纳米晶和纳米晶中的一种或多种的混合物；

本发明还提供一种超小型电感的制作方法，包括如下步骤：

S1：预制包括多个中柱和凹槽的烧结磁芯；

S2：预制线圈，采用铜线绕制成规定形状的空心线圈；

S3：将预制好的空心线圈植入到有中柱和凹槽的磁芯中，其中磁芯中柱匹配线圈的内圈，并且线圈尾端朝上暴露出凹槽外；

S4：将植入好线圈的磁芯放入的成型模具中，其中成型模具已达到一定温度(120～200℃)，再加入低压强成型的软磁材料，用很小的压强(＜20Mpa)将两种材料压制成一体，100～300℃烘烤1小时以上使所述低压强软磁材料内的有机树脂完全固化；

S5：将压制好的含线圈的磁板通过研磨的方式，将线圈的尾线端子暴露出来；

S6：根据产品的尺寸，切割成对应的半成品电感；

S7：再用树脂将半成品电感包覆；

S8：去除线圈尾线上的树脂包辅层，使线圈尾线端子暴露出来；

S9：在两个线圈尾线端子上进行金属化形成电感。

在一个具体实施例中，一种超小型电感的制作方法，包括如下步骤：

采用合金磁粉制作出多个中柱和凹槽的烧结磁芯图3，该磁芯的有效磁导率＞50；其中合金磁粉制成的磁芯烧结温度600～1000℃。

按照设计规格，采用自粘扁平线绕制出来尾线上翘的对绕空心线圈图1和立绕空心线圈图2，考虑贴片电感耐温等级要求，优选200℃以上耐温等级自粘漆包线。

将如图1所示的空心线圈植入的如图3所示的多个中柱和凹槽磁芯中，空心线圈内径与磁芯中柱一一匹配，装配后如图4所示。

将如图2所示的空心线圈植入的如图3所示的多个中柱和凹槽磁芯中，空心线圈内径与磁芯中柱一一匹配，装配后如图5所示。

再加入软磁材料，采用低压成型工艺，压强小于20MPa，避免磁芯压碎，并且加入的软磁材料很好地和烧结好的磁芯结合，防止脱落，考虑高的密度才能达到最优的特性，优选采用传递模塑塑封料，将上述线圈和磁芯包覆，形成整板磁片，如图6所示。在150～200℃烘烤1～5小时，确保树脂固化，达到最大强度。

通过研磨的方式将被包覆的线圈尾线暴露出来，形成研磨后磁板，如图7所示。磁板可以研磨成很薄的尺寸，可以将厚度做到0.5mm。

采用切割的方式，按照图8所示的分界线，切割出对应尺寸的半成品图9，切割精度要求±0.01mm，才能将长宽尺寸做到1.0*0.5mm，现象超小尺寸电感的制作。

将半成品采用包覆的方式进行处理，增加产品的绝缘耐压能力。考虑绝缘性可以选择有机包覆，包覆层3～15μm；考虑老化问题可以优选无机包覆，包覆层纳米级。

采用激光的方式将线圈尾线上包覆的包覆层去除，暴露出铜线。

采用PVD或电镀的方式，其中金属化层优选Cu/Ni/Sn，镀层总厚度3～15μm，在电感底部进行金属化，确保金属化层与线圈尾线完全接触，制成成品，如图10所示。

与传统制成电感相比，本发明实施例的电感尺寸可以制成更小，产品良率更高，综合电气特性更优。本发明实施例的电感一次性成型数量多，生产效率高，制作成本低。本发明实施例的电感的电极形成为底部电极，开路风险更低。将本发明实施例的电感使用于PCB板上时，元器件间的间距可以更小，集成度更高。本发明实施例的一体成型电感具有EMI小、可靠性高的优点。

本发明的背景部分可以包含关于本发明的问题或环境的背景信息，而不一定是描述现有技术。因此，在背景技术部分中包含的内容并不是申请人对现有技术的承认。

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。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，在不脱离专利申请的保护范围的情况下，可以在本文中进行各种改变、替换和变更。

Claims (9)

1.一种一体成型电感的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：

由软磁材料烧结制成高密度烧结磁芯板，所述磁芯板具有多个凹槽，每个凹槽中形成有磁芯中柱；所述由软磁材料烧结制成磁芯板的烧结温度600~1000℃，烧结制成所述磁芯板的所述软磁材料为羰基铁粉、铁硅、铁硅铬、铁镍、铁镍钼、铁硅铝、非晶和纳米晶中的一种或多种的混合物；

将预制好的空心线圈分别装入所述多个凹槽中，其中使所述磁芯中柱穿入所述线圈中，并且使所述线圈的两个端子留在所述凹槽外，其中所述线圈的两个端子经过弯折直接引至同一侧电感主面即电感的贴片面，使所述线圈的两个端子形成在所述一体成型电感的贴片面上，以便贴片时所述线圈的端子作为贴片面的电极直接和PCB板接触；

将装有所述线圈的所述磁芯板放入成型模具中，加入流体状态的软磁材料，通过压制使所述流体状态的软磁材料一体成型在所述高密度烧结磁芯板上，其中，对于每个凹槽，所述流体状态的软磁材料一体成型在所述凹槽内和所述磁芯中柱上；所述加入流体状态的软磁材料，通过压制使所述流体状态的软磁材料一体成型在所述磁芯板上，具体包括：使所述成型模具的温度达到120~200℃，再加入120~200℃下可液化的软磁材料，用＜20Mpa的压强将所述流体状态的软磁材料一体成型在所述磁芯板上，在100~300℃下烘烤1小时以上使所述流体状态的软磁材料内的有机树脂完全固化；

通过去除一部分软磁材料的方式，将压制好的所述磁芯板中含有的所述线圈的两个端子暴露出来，并对应于各个线圈，将所述磁芯板切割成多个对应的半成品电感；

用绝缘材料将所述半成品电感包覆，形成绝缘包覆层，仅暴露出所述线圈的两个端子；

在所述绝缘包覆层的表面暴露有所述线圈的两个端子的区域进行金属化而形成所述一体成型电感的电极。

2.如权利要求1所述的一体成型电感的制作方法，其特征在于，所述磁芯板为长方形板，所述多个凹槽呈阵列分布在所述磁芯板，切割得到的所述半成品电感为长方体。

3.如权利要求1至2任一项所述的一体成型电感的制作方法，其特征在于，所述空心线圈为对绕、立绕、飞叉绕或外绕方式制成的线圈，所述线圈的结构为圆形、扁平形、方形或多股组合形。

4.如权利要求1至2任一项所述的一体成型电感的制作方法，其特征在于，所述空心线圈为圆形、跑道型或矩形，所述凹槽的形状与所述空心线圈的形状相匹配。

5.如权利要求1至2任一项所述的一体成型电感的制作方法，其特征在于，所述流体状态的软磁材料为羰基铁粉、铁硅、铁硅铬、铁镍、铁镍钼、铁硅铝、非晶和纳米晶中的一种或多种的混合物。

6.如权利要求1至2任一项所述的一体成型电感的制作方法，其特征在于，所述绝缘材料为树脂，所述树脂选自环氧树脂类、酚醛树脂类或硅树脂类。

7.如权利要求1至2任一项所述的一体成型电感的制作方法，其特征在于，所述金属化形成金属层，所述金属层为Cr、Ni、Ag、Cu、Ti其中的一层或多层与Sn层的组合，其中，采用PVD或电镀的方式。

8.如权利要求7所述的一体成型电感的制作方法，其特征在于，其中所述金属化层为Cu/Ni/Sn的组合，镀层的总厚度3~15μm。

9.一种一体成型电感，其特征在于，是使用如权利要求1至8任一项所述的制作方法制作的一体成型电感。