CN113012910B - 贴片磁性元件及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种贴片磁性元件及其制造方法，所述贴片磁性元件的长度L≥宽度W≥高度H；所述贴片磁性元件包括：线圈绕组，所述线圈绕组的绕线轴平行于所述贴片磁性元件的宽度W方向，且具有至少两端部；至少两端子，连接到所述线圈绕组的至少两端部并提供将所述贴片磁性元件连接到电路的电接触；本体，包括在所述线圈绕组的至少一部分周围形成的磁性或者非磁性材料的混合物，并将所述端子的至少一部分暴露以将所述贴片磁性元件装配到所述电路。本发明绕线的杂散电容非常小，降低杂散磁通对周边元件的影响；可靠性高；同时功率电感的饱和电流较现有技术更大、直流电阻较现有技术更小。

Description

贴片磁性元件及其制造方法

技术领域

本发明涉及电子元件领域，具体地，涉及一种适合高频应用的大电流薄型贴片磁性元件及其制造方法。

背景技术

现有薄型化贴片磁性元件主要有两种绕线型方案，一种为传统一体成型电感，另外一种是采用工字磁芯绕线后，在磁芯端部电极化后成为贴片元件；前者常常用作功率电感，后者则用作射频电感或者共模电感。在高频化趋势的影响下，前者常因为绕线发生交叉并在压力下成型，导致高频特性不佳甚至发生不良；射频电感则需求能够更精确的控制感量，以及得到更好的Q值。

现有功率电感技术采用了一体成型或者通过凸扣绕线后成型的结构，如专利CN101553891B，US2016/0141087A1，CN110098042A，CN104332275A等揭露的技术，在薄型的情况下会有绕线交叉的情况，即使在使用扁平线圈的情况下依然会有电感进出线交叉的情况，通过压力成型后在高频使用时影响可靠性；此种技术另外的缺陷在于当尺寸变得非常扁平时，为获得较高的饱和电流能力，线圈绕组非常贴近元件外壁，磁性元件的大量磁通会经由周边空间，造成周边器件的干扰。

现有射频绕线片式电感或者共模电感技术为了获得较大绕线空间，通常采用U型磁芯绕线且端子均直接成型在U型磁芯的端部，如专利CN201310351910.X，CN201410580127.5，CN200910039475.0等揭露的技术，制造工艺简单，但有需求能够更精确的控制感量，以及得到更大的电流和更好的Q值。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种贴片磁性元件及其制造方法。

根据本发明提供的一种贴片磁性元件，所述贴片磁性元件的长度L≥宽度W≥高度H；

所述贴片磁性元件包括：

线圈绕组，所述线圈绕组的绕线轴平行于所述贴片磁性元件的宽度W方向，且具有至少两端部；

至少两端子，连接到所述线圈绕组的至少两端部并提供将所述贴片磁性元件连接到电路的电接触；

本体，包括在所述线圈绕组的至少一部分周围形成的磁性或者非磁性材料的混合物，并将所述端子的至少一部分暴露以将所述贴片磁性元件装配到所述电路。

优选地，所述端子在绕线轴的轴线的左右两侧沿长度L方向分布。

优选地，所述线圈绕组在绕线轴的轴线的左右两侧长度L方向具有弧度翘曲部位。

优选地，所述线圈绕组在所述贴片磁性元件的底部LW平面的投影至少有部分落在端子的区域内。

优选地，所述线圈绕组缠绕于一中柱周围。

优选地，所述中柱具有至少一个端部。

优选地，所述线圈绕组由扁平漆包线立绕或者圆漆包线沿绕线轴方向顺序缠绕。

优选地，所述本体混合物包括树脂，所述树脂固化成包裹至少一部分所述线圈绕组。

优选地，所述混合物包括铁粉、合金粉末或铁氧体粉末。

根据本发明提供的一种贴片磁性元件的制造方法，包括：

提供绕制圈绕组，绕制圈绕组的绕线轴平行于所述贴片磁性元件的宽度W方向，且具有至少两端部；

提供至少两端子，连接到所述线圈绕组的至少两端部，提供将所述贴片磁性元件连接到电路的电接触；

提供本体，所述本体包括在所述线圈绕组的至少一部分周围形成的磁性或者非磁性材料的混合物，并将所述端子的至少一部分暴露以将贴片磁性元件装配到所述电路；

所述贴片磁性元件的长度L≥宽度W≥高度H。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明绕线的杂散电容非常小，为全屏蔽结构，降低杂散磁通对周边元件的影响；因为绕线不发生交叉，可靠性上也有较大提升；同时功率电感的饱和电流较现有技术更大、直流电阻较现有技术更小。与常用射频电感相比，相同的尺寸下可以得到更大的绕线内径，可以实现更小的直流电阻和更高Q值特性，另外通过调整本体和中柱材质，也可以实现精确控制感量。除此之外，本发明也可以通过调整绕组数量、端子数量实现更多贴片磁性元件如共模电感、耦合电感等。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明磁性元件结构透视图；

图2为本发明磁性元件在底部LW平面投影透视图；

图3为本发明具有中柱的磁性元件结构透视图；

图4为本发明具有中柱及端部的五面电极磁性元件外观图；

图5为本发明具有中柱及端部的五面电极磁性元件结构透视图；

图6为本发明具有中柱及端部的五面电极磁性元件绕线示意图；

图7为本发明具有中柱及端部的五面电极磁性元件镭射剥漆区域示意图；

图8为本发明具有中柱及端部的铜端子磁性元件外观图；

图9为本发明具有中柱及端部的铜端子磁性元件结构透视图；

图10为本发明具有中柱及端部的双绕组磁性元件外观图；

图11为本发明具有中柱及端部的双绕组磁性元件结构透视图；

图中：

11-本体

12-线圈绕组

120-绕线轴线

121-线圈弧形

122-铜端子

123-剥漆区域

124-线圈挂脚位置

125-电镀端子

126-焊接位置

13-中柱

131-中柱端部

132-端部凹槽

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

在一个等效为长方体的贴片磁性元件中，本发明的主磁路方向(以线圈绕线轴方向来表示)既不是像一体成型电感那样平行于厚度方向，也不是像射频电感那样平行于长度方向；因为前者会导致绕线发生交叉，而后者的磁路截面又太小；所以对于薄型的磁性元件，本发明的内容是此绕线轴线平行于宽度方向，这样既可以获得比较大的绕线截面，对于功率电感意味着可以得到更大的饱和电流和更小的直流电阻，对于射频电感意味着可以得到更高的Q值和电流值；又可以利用较长的绕线窗口实现单层绕线，即线圈不需要来回叠层绕线以获得更高感量，从而避免绕线交叉，这样的好处是可靠性更高，频率响应特性更佳。

本发明提供的技术方案如下：

一种贴片磁性元件，其长度L≥宽度W≥高度H，包括：线圈绕组，其绕线轴平行于磁性元件的宽度W方向，且具有至少两端部；至少两端子，连接到线圈绕组的至少两端部并提供将元件连接到电路的电接触；本体，包括在线圈绕组的至少一部分周围形成的磁性或者非磁性材料的混合物，并将端子的至少一部分暴露以便将元件装配到电路。

端子在绕线轴线的左右两侧沿长度L方向分布；端子更易制造且磁路平行端子方向，有助于减少高频应用下磁场切割端子产生的涡流损耗。

线圈绕组在绕线轴线的左右两侧长度L方向具有弧度翘曲部位；为获得尽量大的绕线截面，线圈绕组必定会向L方向尽量扩展，这样有可能与端子产生干涉，或者距离过近，导致回流焊时线圈潜在热损伤；所以线圈端部呈现弧形，可有效避免此类问题。此类端部弧形可由圆弧、椭圆弧或者较大R角构成，线圈绕组外形为跑道形、椭圆或长方形带四角R脚，均可实现线圈绕组避开端子功能。

线圈绕组满足其在底部LW平面投影至少有部分落在端子区域内；

的磁性元件，还包括中柱，线圈绕组缠绕于中柱周围；有助于实现自动化绕线，提升感量和抗饱和能力；中柱具有至少一个端部，可提供自动化绕线的挂脚或端子点焊功能；中柱材料为陶瓷、铁氧体或者金属粉芯；端子为铜电极或者端银电极或其他如化学气相沉积、物理气相沉积、电镀、化学镀等手段形成的金属化电极；

线圈绕组由扁平漆包线立绕或者圆漆包线沿绕线轴方向顺序缠绕；某些情况下，也可以在沿绕线轴方向顺序单层缠绕后将多个单层绕线并联，以实现更大的载电流面积，同样可以避免绕线交叉，降低杂散电容。

根据以上的磁性元件，本体混合物包括树脂，且被采用模压、注射、灌封、热压等方式固化成包裹至少一部分线圈绕组的硬化体。

根据以上的磁性元件，本体混合物包括铁粉、合金粉末、铁氧体粉末。

一种贴片磁性元件制造方法：其长度L≥宽度W≥高度H，包括绕制圈绕组，其绕线轴平行于磁性元件的宽度W方向，且具有至少两端部；提供至少两端子，连接到线圈绕组的至少两端部并提供将元件连接到电路的电接触；提供本体，包括在线圈绕组的至少一部分周围形成的磁性或者非磁性材料的混合物，并将端子的至少一部分暴露以便将元件装配到电路。

实施例1

本实施例结构透视图如图1所示，一种贴片磁性元件，其长度L≥宽度W≥高度H，包括：线圈绕组12，其绕线轴120平行于所述磁性元件的宽度W方向，绕组具有两端部连接到电镀端子125；本体11，包括在所述线圈绕组12的周围；所述电镀端子125在绕线轴线120的左右两侧沿长度L方向分布，本实施例中电镀端子125位置在底面和侧面；

线圈绕组12外形为椭圆型，线圈绕组12在绕线轴线120的左右两侧长度L方向具有弧度翘曲部位121；如图2所示，线圈绕组12满足其在底部LW平面投影至少有部分落在电镀端子125内，图中可以看出，弧度翘曲部位121基本落入电镀端子125内；此设计可以获得尽量大的线圈绕组包围磁路的截面积，提高元件的饱和电流，降低直流电阻，而不会与端子产生干涉或者距离过近，避免元件在回流焊时线圈潜在热损伤；另外端子电极几乎没有阻碍磁性元件的磁通，有助于增大感量，减小端子涡流损耗。线圈绕组12由圆漆包线沿绕线轴120方向顺序缠绕；所述本体混合物11由树脂和合金磁性粉末混合而成，采用热压方式固化而成。

实施例2

本实施例结构透视图如图3所示，一种贴片磁性元件，其长度L≥宽度W≥高度H，包括：线圈绕组12，其绕线轴120平行于所述磁性元件的宽度W方向，绕组具有两端部连接到两铜端子122，采用点焊或者热压焊连接；本体11，包括在所述线圈绕组12的周围；所述端子122在绕线轴线120的左右两侧沿长度L方向分布，本实施例中端子电极122位置在底面；

线圈绕组12外形为跑道型，线圈绕组12在绕线轴线120的左右两侧长度L方向具有弧度翘曲部位121；线圈绕组12满足其在底部LW平面投影至少有部分落在端子区域122内。本实施例的磁性元件，还包括中柱13，中柱13的材质为铁硅铝金属粉芯；所述线圈绕组缠绕于所述中柱周围，有助于实现自动化绕线，提升感量和抗饱和能力；本实施例中线圈绕组12由扁平漆包线沿绕线轴120方向顺序缠绕；所述本体混合物11由环氧树脂和铁硅铬合金磁性粉末混合而成，采用热压方式固化而成。

实施例3

本实施例外观图如图4所示，一种贴片电感元件，本体11上电镀有五面电镀端子125。其长度L≥宽度W≥高度H，如图5所示，包括：线圈绕组12，其绕线轴120平行于所述磁性元件的宽度W方向，绕组具有两端部连接到电镀端子125；本体11，包括在所述线圈绕组12的周围；所述电镀端子125在绕线轴线120的左右两侧沿长度L方向分布，本实施例中电镀端子125位置在上下底面及侧面。

线圈绕组12外形为跑道型，线圈绕组12在绕线轴线120的左右两侧长度L方向具有弧度翘曲部位121；线圈绕组12满足其在底部LW平面投影至少有部分落在电镀端子125内。本实施例的磁性元件，还包括中柱13，中柱13的材质为铁硅金属粉芯；本实施例中线圈绕组12由圆形漆包线沿绕线轴120方向顺序缠绕；所述线圈绕组12缠绕于所述中柱13周围，有助于实现自动化绕线，提升感量和抗饱和能力；

所述中柱13具有两端部131，可提供自动化绕线的挂脚功能；如图6所示，端部131上有端部凹槽132，线圈绕制完成后从位置124开始依次经过凹槽132、底面、对面端部凹槽132后完成挂脚。本实施例中本体混合物11由环氧树脂和铁硅铬合金磁性粉末混合而成，与带端部131的中柱13及线圈绕组12完成缠绕挂脚后，一起放入模穴中后采用热压方式成型固化而成。如图7所示，将固化后的本体底面123区域进行镭射剥漆处理，将漆包线暴露出来后进行端银电镀处理，以形成五面端子电极。

本实施例的贴片功率电感尺寸为2.0mm*1.6mm*1mm，可在消费电子和车载电子领域广泛应用。与现有一体成型技术产品相比，以0.47uH感量为例，直流电阻由20mΩ降低至17mΩ，饱和电流由5.8A升高至6.1A。而且现有技术采用微型扁平漆包线成本较高，本实施例采用圆形漆包线成本低且无绕线交叉，可靠性更高。本专业技术人士可以轻易推定，如果本实施例采用扁平漆包线则直流电阻会进一步降低。在车载产品应用上，需要做5面端子电极，现有的一体成型电感因为线圈过于靠近外壁，漏磁通太大从而切割端子电极，导致涡流损耗增大感量减小；本实施例磁通不切割端子电极则无此问题。

实施例4

本实施例外观图如图8所示，一种具有中柱及端部的铜端子磁性元件，本体11上有铜端子电极122。其长度L≥宽度W≥高度H，如图9所示，包括：线圈绕组12，其绕线轴120平行于所述磁性元件的宽度W方向，绕组具有两端部连接到铜端子电极122；本体11，包括在所述线圈绕组12的周围；所述端子电极122在绕线轴线120的左右两侧沿长度L方向分布，本实施例中铜端子电极122位置在下底面及侧面；

线圈绕组12外形为跑道型，线圈绕组12在绕线轴线120的左右两侧长度L方向具有弧度翘曲部位121；线圈绕组12满足其在底部LW平面投影至少有部分落在端子区域122内。本实施例的磁性元件，还包括中柱13，中柱13的材质为陶瓷；本实施例中线圈绕组12由圆形漆包线沿绕线轴120方向顺序缠绕；所述线圈绕组12缠绕于所述中柱13周围，有助于实现自动化绕线；

所述中柱13具有两端部131，端部131上有缺口可以将铜端子122夹片定位，线圈绕组12的两端部在126位置焊接至铜端子122，可采用电阻点焊或者热压焊接。本实施例中本体混合物11由环氧树脂和羰基贴磁性粉末混合而成，导磁率一般不超过10；与带端部131的中柱13及线圈绕组12完成缠绕焊接后，一起放入模穴中后采用注射成型固化而成。

本实施例的贴片磁性元件可以用作片式射频电感，可通过本体11的导磁率调整以实现精准感量控制，相对于现有绕线型片式电感技术的开磁路，本实施例可以得到比较低的铜线绕组涡流损耗，加上大截面带来的低直流电阻，有助于将Q值和载流能力分别提高10％以上。

实施例5

本实施例外观图如图10所示，一种具有中柱及端部的双绕组磁性元件，本体11上有四个铜端子电极122。其长度L≥宽度W≥高度H，如图11所示，包括：线圈绕组12由两根漆包铜线并绕而成，其绕线轴120平行于所述磁性元件的宽度W方向，绕组具有四端部连接到铜端子电极122；本体11，包括在所述线圈绕组12的周围；所述端子电极122在绕线轴线120的左右两侧沿长度L方向分布，本实施例中铜端子电极122位置在下底面及一侧面；

线圈绕组12外形为跑道型，线圈绕组12在绕线轴线120的左右两侧长度L方向具有弧度翘曲部位121。本实施例的磁性元件，还包括中柱13，中柱13的材质为镍锌铁氧体；本实施例中线圈绕组12由圆形漆包线沿绕线轴120方向顺序缠绕；所述线圈绕组12缠绕于所述中柱13周围，有助于实现自动化绕线；

所述中柱13具有两端部131，端部131上有缺口可以将铜端子122夹片定位，线圈绕组12的两端部在126位置焊接至铜端子122，可采用电阻点焊或者热压焊接。本实施例中本体混合物11由环氧树脂和铁氧体粉末混合而成；与带端部131的中柱13及线圈绕组12完成缠绕焊接后，一起放入模穴中后采用注射成型固化而成。

本实施例的磁性元件可以用作高频贴片共模电感、耦合电感、隔离变压器等。

前面提供了对较佳实施例的描述，以使本领域内的任何技术人员可使用或利用本发明。对这些实施例的各种修改对本领域内的技术人员是显而易见的，可把这里所述的总的原理应用到其他实施例而不使用创造性。因而，本发明将不限于这里所示的实施例，而应依据符合这里所揭示的原理和新特征的最宽范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“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申请和简化描述，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申请的限制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (7)

1.一种贴片磁性元件，其特征在于，所述贴片磁性元件的长度L≥宽度W≥高度H；

所述贴片磁性元件包括：

线圈绕组，所述线圈绕组的绕线轴平行于所述贴片磁性元件的宽度W方向，且具有至少两端部；

至少两电镀端子，连接到所述线圈绕组的至少两端部并提供将所述贴片磁性元件连接到电路的电接触；

本体，包括在所述线圈绕组的至少一部分周围形成的磁性或者非磁性材料的混合物，并将所述电镀端子的至少一部分暴露以将所述贴片磁性元件装配到所述电路；

所述电镀端子在绕线轴的轴线的左右两侧沿长度L方向分布；

所述线圈绕组在绕线轴的轴线的左右两侧长度L方向具有弧度翘曲部位；

所述线圈绕组在所述贴片磁性元件的底部LW平面的投影至少有部分落在电镀端子的区域内；

所述弧度翘曲部位落入电镀端子区域。

2.根据权利要求1所述的贴片磁性元件，其特征在于，所述线圈绕组缠绕于一中柱周围。

3.根据权利要求2所述的贴片磁性元件，其特征在于，所述中柱具有至少一个端部。

4.根据权利要求1所述的贴片磁性元件，其特征在于，所述线圈绕组由扁平漆包线立绕或者圆漆包线沿绕线轴方向顺序缠绕。

5.根据权利要求1所述的贴片磁性元件，其特征在于，所述本体的混合物包括树脂，所述树脂固化成包裹至少一部分所述线圈绕组。

6.根据权利要求1所述的贴片磁性元件，其特征在于，所述混合物包括铁粉、合金粉末或铁氧体粉末。

7.一种贴片磁性元件的制造方法，其特征在于，制造如权利要求1所述的贴片磁性元件，所述方法包括：

提供线圈绕组，线圈绕组的绕线轴平行于所述贴片磁性元件的宽度W方向，且具有至少两端部；

提供至少两电镀 端子，连接到所述线圈绕组的至少两端部，提供将所述贴片磁性元件连接到电路的电接触；

提供本体，所述本体包括在所述线圈绕组的至少一部分周围形成的磁性或者非磁性材料的混合物，并将所述电镀 端子的至少一部分暴露以将贴片磁性元件装配到所述电路；

所述贴片磁性元件的长度L≥宽度W≥高度H。

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