CN114141523A

CN114141523A - 一种高性能功率电感的制造方法

Info

Publication number: CN114141523A
Application number: CN202111434693.1A
Authority: CN
Inventors: 顾爱爱
Original assignee: Ningbo Huixin Intelligent Equipment Co ltd
Current assignee: Ningbo Huixin Intelligent Equipment Co ltd
Priority date: 2021-11-29
Filing date: 2021-11-29
Publication date: 2022-03-04

Abstract

本发明涉及电感器的制造领域，公开一种高性能功率电感的制造方法包括以下步骤：S1、T形烧结坯体制备；S2、绕线；S3、杯形烧结坯体制备；S4、涂胶；S5、将T形烧结坯体和杯形烧结坯体组装；S6、喷涂；S7、电极制作，获得所述高性能功率电感。本发明采用预制T形坯体和杯形坯体，并将坯体通过涂胶、组装的方式制备功率电感，替代现有制造工艺中直接填粉的方法，通过对预制T形+杯形坯体的重量和尺寸管控，解决了现有制造工艺中因直接填粉时粉料松散，压实密度低的问题；避免现有压制工艺中因成型压力过大而导致线圈变形、破裂，提升产品的综合性能。

Description

一种高性能功率电感的制造方法

技术领域

本发明涉及电感器的制造领域，尤其涉及一种高性能功率电感的制造方法。

背景技术

随着电子元器件向着小型化、低安装厚度、低电磁干扰、高效率的方向发展，电感器也必然迎合这种趋势。功率电感作为电子元器件的重要品类之一，具有体积小、成本低、屏蔽性能优良、可靠性高、高效率、高饱和特性、且适合于高密度表面安装等特点，广泛应用在移动通讯、计算机、汽车电子、高分辨电视、广播卫星等领域，逐步成为电感市场的主流。

目前功率电感主要由磁性粉材、导电线圈和端电极三部分组成，传统功率电感的制造工艺较多，但基本方法为：(1)预先绕制空心线圈，将空心线圈放入模具的模穴内，然后将制备的软磁合金粉填充到模具内，压制获得功率电感的坯体，再进行后续的固化、制作电极等步骤(如专利CN111210986A、CN107689280A等)；或者(2)先预制磁芯，然后制造磁芯和线圈的组合体，将磁芯和线圈组合体放入模具内，然后在模具内填入粉料，模压成型获得电感坯体，再进行后续的固化、制作电极等步骤(如专利CN104616878A、CN107768069A等)。

可见，目前功率电感的现有制造技术中，在压制电感坯体时，基本都是直接向模具中填入粉料进行压制。随着智能手机、智能穿戴产品等应用场合对一体成型电感小型化、高频化和大电流化的要求不断提升，这对功率电感的制造工艺提出了更高的要求，上述现有功率电感的制造工艺主要存在以下的缺陷：

(1)直接填粉会使模具内填粉不均匀，容易造成电感粉料填充密度低、甚至线圈裸露的现象，显著降低电感成品的屏蔽性能和电感值；

(2)产品压制成型时需施加足够大的压力才能获得高的压实密度，但是压力过高容易使缠绕在坯体上的线圈被粉料刺破，使得层间绝缘不良，最终影响电感性能；压力过低又会使得粉末压制的电感密度偏低，最终使得电感值偏低，影响后端产品的性能。

因此，针对目前功率电感制造方法上的不足，有待于做进一步的改进。

发明内容

本发明旨在解决现有技术中直接填粉工艺造成电感侧壁粉料填充密度低、线圈裸露，以及压制过程中会使线圈变形，线圈被粉料刺破，出现漏线圈、漏铜现象，导致层间绝缘不良等问题，提供一种高性能功率电感的制造方法，本发明采取预制T形和杯形坯体，然后进行涂胶、组装来制备功率电感，此工艺简单，只需极低的成型压力即可获得高性能电感。

一种高性能功率电感的制造方法，具体包括以下步骤：

S1、T形烧结坯体制备：将软磁合金粉材加工制备成T形烧结坯体；

S2、绕线：在步骤S1制得的所述T形烧结坯体的柱状凸起处绕制漆包线，并将两端引脚折弯后贴合到所述T形烧结坯体的平板底面，得到绕线的T形烧结坯体；

S3、杯形烧结坯体制备：将软磁合金粉材装入杯形模具中进行压制成型，脱模后烧结，获得杯形烧结坯体；

S4、涂覆粘结剂：将步骤S3制得的所述杯形烧结坯体开口朝上植入模具内，然后在所述杯形烧结坯体内侧底部和上边缘处涂覆粘结剂；

S5、组装：将步骤S2制得的所述绕线的T形烧结坯体按凸起处朝下植入到装有已涂胶的杯形烧结坯体的模穴内，施压将T形烧结坯体与杯形烧结坯体组装成型，烘烤后得到电感坯体；

S6、喷涂：在步骤S5制得的所述电感坯体的表面喷涂绝缘保护材料，得到功率电感半成品；

S7、电极制作：将步骤S6制得的所述功率电感半成品的铜电极处的绝缘保护材料和铜线漆皮剥除，并在剥漆处电镀电极，获得所述高性能功率电感。

优选的，所述步骤S1中的T形烧结坯体的制备方法包括：将软磁合金粉材装入预设结构和尺寸的T形模具中进行压制成型，脱模，获得带有柱状凸起的第一T形坯体，然后将所述第一T形坯体进行烧结致密，获得T形烧结坯体。

优选的，所述步骤S1中的T形烧结坯体的制备方法也可以包括：将软磁合金粉材装入预设结构和尺寸的块状模具中并进行压制成型，脱模、烧结，之后采用机加工切削的方式获得T形烧结坯体。

优选的，步骤S1和步骤S3中，所述软磁合金粉材包括软磁合金粉末、粘结剂和润滑剂等原料，将原料按一定比例混合配比，并经造粒、筛分而制成。

所述粘结剂包括环氧树脂、聚氨酯、硅酮树脂、有机硅树脂、氨基树脂、聚酰亚胺、酚醛树脂、氰酸脂、丙烯酸树脂中的至少一种；粘结剂的含量为软磁合金粉末总质量的1％-5％。

所述润滑剂包括硬脂酸锌、硬脂酸镁、硬脂酸铝、硬脂酸钙、石墨粉和石墨烯中的至少一种；润滑剂的含量为软磁合金粉末总质量的0.1％-1％。

优选的，所述软磁合金粉材包括非晶软磁合金粉末、纳米晶软磁合金粉末、铁硅铝合金粉末、铁硅铬合金粉末、铁硅合金粉末、铁硅镍合金粉末、铁硅铝镍合金粉末、铁镍合金粉末、铁镍铝合金粉末、羰基铁粉中的至少一种。

优选的，步骤S1和步骤S3中，坯体采用高精度伺服成型压机进行冷压成型，冷压压力为2t/cm²-15t/cm²，保压时间为0.3s-30s；所述坯体烧结温度为400-700℃，烧结时间为1-8h。采用高温烧结可以使粉料中的部分有机物碳化挥发，有助于提高坯体强度，最终制得高强度的电感。

优选的，步骤S2中采用精密绕线机在所述T形烧结坯体的柱状凸起上精密绕制漆包线。

优选的，步骤S4中采用自动涂胶机在所述杯形烧结坯体内侧底部和上边缘处进行涂覆粘结剂；所述粘结剂为环氧树脂、聚氨酯、硅酮树脂、有机硅树脂、氨基树脂、聚酰亚胺、酚醛树脂、氰酸脂、丙烯酸树脂中的至少一种。

优选的，所述步骤S6中采用恒温加热喷涂设备进行喷涂；所述烘烤的温度为80℃-200℃，烘烤时间为0.5h-5h。

所述绝缘保护材料包括环氧树脂、酚醛树脂、玻璃增强聚酯、硅树脂、聚酯类树脂、有机硅树脂中的至少一种。

优选的，所述步骤S7中采用激光剥漆设备将所述电感半成品的铜电极处的绝缘保护材料和铜线漆皮剥除。

与现有技术相比，本发明主要有以下优点：

(1)本发明采用预制T形坯体和杯形坯体，并将坯体通过涂胶、组装的方式制备功率电感，可解决直接填粉时粉料松散，压实密度低的问题，采用T形+杯形坯体组装制备电感，可以保护线圈，能够避免现有压制工艺中因成型压力过大而导致线圈变形、裸露甚至破裂，使得电感层间绝缘不良，从而保证电感使用的稳定性，提升产品的综合性能。

(2)本发明通过对冷压成型后的T形坯体和杯形坯体进行烧结致密，进一步提高了电感中软磁材料的致密性，使得材料的磁导率显著提高，从而使电感成品的电感量也获得大幅提升。

附图说明

图1为本发明实施例功率电感的制造方法的流程图；

图2为本发明实施例功率电感的T形坯体冷压成型的示意图；

图3为本发明实施例功率电感中T形坯体冷压成型后的立体图；

图4为本发明实施例功率电感中T形烧结坯体绕线后的立体图；

图5为本发明实施例功率电感的杯形坯体冷压成型的示意图；

图6为本发明实施例功率电感的杯形烧结坯体立体图；

图7为本发明实施例功率电感坯体的组装成型示意图；

图8为本发明实施例功率电感成品的结构示意图；

图9为对比例中制备的功率电感成型的示意图；

附图标示：11、冷压成型模具上冲；12、冷压成型模具中模；13、冷压成型模具下冲；2、T形烧结坯体；21、第一T形坯体；22、柱状凸起；23、坯体底面；3、杯形烧结坯体；41、热压成型模具上冲；42、热压成型模具中模；5、线圈；6、铜线引脚；61、电极；7、软磁合金粉材；8、粘结剂；9、中模板；10、绝缘保护层；图中箭头方向为冷压成型模具上冲和热压成型模具上冲冲压方向。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

本发明提供一种高性能功率电感的制造方法，属于电感器的制造领域，主旨是解决现有技术中直接填粉工艺造成电感侧壁粉料填充密度低、线圈裸露，以及压制过程中会使线圈变形，线圈被粉料刺破，出现漏线圈、漏铜现象，导致层间绝缘不良等问题，本发明采用预制T形坯体和杯形坯体，并将坯体通过涂胶、组装的方式制备功率电感，替代现有制造工艺中直接填粉的方法，通过对预制T形+杯形坯体的重量和尺寸管控，解决了现有制造工艺中因直接填粉时粉料松散，压实密度低的问题；采用T形+杯形坯体制备电感，可以保护线圈，能够避免现有压制工艺中因成型压力过大而导致线圈变形、破裂，使得电感层间绝缘不良，从而保证电感使用的稳定性，提升产品的综合性能。图1为本发明的具体实施例采用的功率电感制造工艺流程图。

实施例1：

本实施例中软磁合金粉末选用Fe-Ni软磁合金粉末与铁粉混合的复合粉末，所用粘结剂为环氧树脂和硅酸钠，所用润滑剂为石墨烯，将Fe-Ni软磁合金粉末和铁粉按照预设的第一质量比5:5混合均匀形成粉料，将粉料与粘结剂、润滑剂和丙酮按照预设的第二质量比100:3:0.1:12、环氧树脂和硅酸钠质量比1:2混合均匀后进行造粒，并用超声波振动筛筛选出粒径在-80目至+200目的粉料，从而得到目标软磁粉材，本实施例中功率电感制备方法具体包含以下步骤：

S1、T形烧结坯体制备：如图2所示，将筛选好的软磁合金粉材装入由冷压成型模具中模12、冷压成型模具下冲13组成的预设结构和尺寸的T形模具中，启动高精密伺服成型压机的冷压成型模具上冲11向下冲压成型(如图2箭头所示)，并施加超声波振动，然后脱模，获得由柱状凸起22和坯体底面23组成的第一T形坯体21(如图3所示)，将第一T形坯体21放入真空热处理炉中进行烧结致密，得到T形烧结坯体2，对其重量、外观进行检测；

其中，压制成第一T形坯体21时所采用的冷压压力为6t/cm²，保压时间为1s；烧结第一T形坯体21时所采用的烧结保温温度为500℃，烧结时间为3h。

S2、绕线：采用精密绕线机在由步骤S1中烧结制得、并且重量和外观检测合格的T形烧结坯体2的柱状凸起22上精密绕制线圈5，并将两端铜线引脚6折弯后贴合到T形烧结坯体2的平板底面，得到绕线的T形烧结坯体2(如图4所示)。

S3、杯形烧结坯体制备：如图5所示，将筛选好的软磁合金粉材装入由冷压成型模具中模12、冷压成型模具下冲13组成的预设结构和尺寸的杯形模具中，启动高精密伺服成型压机的冷压成型模具上冲11向下冲压成型(如图5箭头所示)，并施加超声波振动，然后脱模，获得第一杯形坯体，然后将第一杯形坯体放入真空热处理炉中进行烧结致密，得到杯形烧结坯体3(如图6所示)；

其中，压制成第一杯形坯体时所采用的冷压压力为6t/cm²，保压时间为1s；烧结第一杯形坯体时所采用的烧结保温温度为500℃，烧结时间为3h。

S4、涂胶：将步骤S3制得的杯形烧结坯体3开口朝上植入中模板9中，启动自动涂胶机在杯形烧结坯体3内侧底部和上边缘处进行涂胶。其中涂胶采用的胶体8是环氧树脂。

S5、组装：如图7所示，将步骤S2制得的绕有线圈5的T形烧结坯体2凸起处朝下植入装有已涂胶的杯形烧结坯体3的中模板9内，并施压进行组装成型，然后得到第一电感坯体，对所述第一电感坯体进行烘烤得到烘烤后的电感坯体；

其中，对第一电感坯体进行烘烤固化处理，具体的，将第一电感坯体放入烘箱中进行烘烤，使第一电感坯体中的胶体8发生固化反应得到电感坯体。此处采用的胶体8是环氧树脂，在固化时仅有较小的体积收缩，不至于让电感坯体在固化成型后变形。具体地，烘烤固化温度为150℃，此处可选用带有升降温阶梯曲线的烘烤设备，保温1h，最终获得电感半成品，电感半成品的尺寸为2.0mm×1.2mm×1.0mm。

S6、喷涂：采用恒温加热喷涂设备，在步骤S5制得的电感坯体表面包覆一层环氧树脂保护材料，然后烘烤喷涂后的电感半成品，使电感半成品表面的环氧树脂固化。其中，烘烤条件为：在150℃下烘烤2h，使电感半成品表面树脂固化并且获得一定强度。

S7、电极制作：采用激光剥漆设备将步骤S6制得的电感半成品的铜电极处、即引脚6处的环氧树脂保护材料和铜线漆皮剥除，使底部铜电极显露出来，在剥漆处电镀铜层、镍层和锡层，实现电极61引出，获得功率电感。如图8所示为功率电感成品结构示意图，软磁合金粉材7将漆包线圈5包覆于内部、与漆包线圈5上端面垂直的一平面上部有两个平行排列的电极61，杯形烧结坯体3内侧底部和上边缘处均涂有粘接坯体的胶体8，功率电感成品外部均匀喷涂绝缘保护层10，此处的绝缘保护材料选用的是环氧树脂。

对制备的功率电感进行测试，设定电感标准电感量为0.47μH，利用阻抗分析仪测试在1V，1MHz条件下的电感值L_s为0.476μH，直流电阻Rdc为21.2mΩ；饱和电流I_sat为5.89A。

对比例1：

本对比例采用与实施例1相同的软磁合金粉材，具体制备步骤如下：

S1、T形烧结坯体制备如实施例1中S1；

S2、绕线如实施例1中S2；

S3、热压成型：如图5所示，将筛选好的软磁合金粉材7填入热压成型模具中模42内的T形烧结坯体2和线圈5的顶部及线圈与模穴侧壁形成的缝隙内，启动热压成型模具上冲41向下冲压(如图9中箭头所示)，制得第一电感坯体，再对第一电感坯体进行烘烤，得到固化的电感坯体；

其中，热压时所采用的热压压力为5t/cm²，保压时间150s，对第一电感坯体进行烘烤固化处理，具体的，将第一电感坯体放入烘箱中进行加热升温，使第一电感坯体中的树脂发生固化反应得到电感坯体。此处采用的树脂是环氧树脂，在固化时仅有较小的体积收缩，不至于让电感坯体在固化成型后变形。具体地，烘烤固化温度为150℃，此处可选用带有升降温阶梯曲线的烘烤设备，保温3h，最终获得电感半成品，电感半成品的尺寸为2.0mm×1.2mm×1.0mm。

S5、喷涂如实施例1中S6。

S6、电极制作如实施例1中S7，获得功率电感。

采用与实施例1相同的性能测试条件对制备的功率电感进行测试，获得的性能参数如表1中所示。

对比例2：

选用与实施例1中相同的软磁合金粉材，仅将制备的T形坯体置于160℃带有升降温阶梯曲线烘烤设备中烘烤30min，不进行烧结处理，选用与实施例1相同的方法制备杯形坯体，其余制造方法、步骤、工艺参数与实施例1相同，获得功率电感。采用与实施例1相同的性能测试条件，获得的性能参数如表1中所示。

对比例3：

选用与实施例1中相同的软磁合金粉材，仅将制备的T形坯体置于160℃带有升降温阶梯曲线烘烤设备中烘烤30min，不进行烧结处理，且不制备杯形坯体，其余制造方法、步骤、工艺参数与对比例1相同，获得功率电感。采用与实施例1相同的性能测试条件，获得的性能参数如表1中所示。

由此，上述实施例1以及对比例1-3得到的性能参数如下表1所示。

表1实施例1及对比例1-3制得的功率电感的性能参数

实施例2：

本实施例中软磁合金粉末选用Fe-Si-B-Nb-Cu纳米晶软磁合金粉末与铁粉混合的复合粉末，其余制造方法、步骤、工艺参数与实施例1相同，获得功率电感。采用与实施例1相同的性能测试条件，获得的性能参数如表2中所示。

对比例4：

选用与实施例2中相同软磁合金粉材，采用与对比例1相同的制造方法、步骤、工艺参数制造功率电感。采用与实施例1相同的性能测试条件，获得的性能参数如表2中所示。

对比例5：

选用与实施例2中相同软磁合金粉材，采用与对比例2相同的制造方法、步骤、工艺参数制造功率电感。采用与实施例1相同的性能测试条件，获得的性能参数如表2中所示。

对比例6：

选用与实施例2中相同软磁合金粉材，采用与对比例3相同的制造方法、步骤、工艺参数制造功率电感。采用与实施例1相同的性能测试条件，获得的性能参数如表2中所示。

由此，上述实施例2以及对比例4-6得到的性能参数如下表2所示。

表2实施例2及对比例4-6制得的功率电感的性能参数

表1、表2中包括实施例1-2及对比例1-6在功率电感制造工艺上的差别以及最终生成的功率电感的直流电阻R_dc(mΩ)、饱和电流I_sat(A)、电感量L_s(μH)。

通过比较实施例1和对比例2、3，实施例2和对比例5、6的制造工艺以及性能参数，确定在坯体制备过程中对坯体进行烧结致密，能显著提高电感产品的磁导率性能，这是烧结工艺增加了粉末的致密性，因而获得了更高的磁导率，即电感量大幅提升。

通过比较实施例1和对比例1、3，实施例2和对比例4、6的制造工艺以及性能参数，确定采用预制杯形坯体与T形坯体组合制备电感能够有效提高电感产品的电感量和饱和电流，一方面预制的坯体较直接填粉具备更高的密度，另一方面能够有效保护内部线圈，减少压制成型过程中线圈的变形量，从而保证电感使用的稳定性，提升产品的综合性能。

以上所述仅为本发明较佳的实施方式，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种高性能功率电感的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

S3、杯形烧结坯体制备：将软磁合金粉材装入杯形模具并进行压制成型，脱模后烧结，获得杯形烧结坯体；

2.根据权利要求1所述的高性能功率电感的制造方法，其特征在于，所述步骤S1中的T形烧结坯体的制备方法包括：将软磁合金粉材装入预设结构和尺寸的T形模具中进行压制成型，脱模、烧结，获得T形烧结坯体。

3.根据权利要求1所述的高性能功率电感的制造方法，其特征在于，所述步骤S1中的T形烧结坯体的制备方法包括：将软磁合金粉材装入预设结构和尺寸的块状模具中并进行压制成型，脱模、烧结，之后采用机加工切削的方式获得T形烧结坯体。

4.根据权利要求1所述的高性能功率电感的制造方法，其特征在于，所述软磁合金粉材包括软磁合金粉末、粘结剂和润滑剂，将原料混合、造粒、筛分而制成。

5.根据权利要求4所述的高性能功率电感的制造方法，其特征在于，所述软磁合金粉末包括非晶软磁合金粉末、纳米晶软磁合金粉末、铁硅铝合金粉末、铁硅铬合金粉末、铁硅合金粉末、铁硅镍合金粉末、铁硅铝镍合金粉末、铁镍合金粉末、铁镍铝合金粉末、羰基铁粉中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的高性能功率电感的制造方法，其特征在于，步骤S1和步骤S3中，所述压制成型是采用高精度伺服成型压机进行冷压成型，冷压压力为2t/cm²-15t/cm²，保压时间为0.3s-30s；

所述坯体的烧结温度为400-700℃，烧结时间为1-8h。

7.根据权利要求1所述的高性能功率电感的制造方法，其特征在于，步骤S2中采用精密绕线机在所述T形烧结坯体的柱状凸起上精密绕制漆包线；

步骤S4中采用自动涂胶机在所述杯形烧结坯体内侧底部和上边缘处涂覆粘结剂；所述粘结剂包括环氧树脂、聚氨酯、硅酮树脂、有机硅树脂、氨基树脂、聚酰亚胺、酚醛树脂、氰酸脂、丙烯酸树脂中的至少一种。

8.根据权利要求1所述的高性能功率电感的制造方法，其特征在于，步骤S6中采用恒温加热喷涂设备进行喷涂；喷涂后可采用烘烤的方式使涂层材料固化；所述烘烤的温度为80℃-200℃，烘烤时间为0.5h-5h。

9.根据权利要求1所述的高性能功率电感的制造方法，其特征在于，步骤S7中采用激光剥漆设备将所述电感半成品的铜电极处的绝缘保护材料和铜线漆皮剥除。