CN114188139A - 一种复合式的一体电感制备方法 - Google Patents

一种复合式的一体电感制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电子设备领域，具体涉及一种复合式的一体电感制备方法，一体电感制备方法，包括以下步骤：对磁芯粉料进行压制制得磁芯坯体、退火制得磁芯；在制得的磁芯上进行绕制线圈，制得磁芯线圈；对制得的磁芯线圈设置屏蔽层和电极，制得一体电感。通过直接单独预制磁芯，能使用更高的成型压力，提高磁芯的密实度，同时线圈不会因压制形变导致直流阻抗增大；单独预制磁芯能够对磁芯高温退火，使得磁芯因压制时产生的内应力消除，减少损耗；结合绕线电感高效绕线的方法，可以很大程度提升电感的生产效率，有利于降低生产成本。

Description

一种复合式的一体电感制备方法
技术领域
本发明涉及电子设备领域，具体涉及一种复合式的一体电感制备方法。
背景技术
随着电子设备的小型化、低损耗节能化，对电感等电子元器件的要求也越来越高，要求其所用的电感等电子元器件在高频率下具有高导磁率、高饱和和低涡流损耗等特性。
一般一体成型电感工艺是先预制线圈再预埋线圈进行填粉压制，由于线圈受压产生形变，从而使压制的电感存在一定的短路风险，所以，在压制成型时压力不会太大，一般成型压力在500-800MPa之间，由于受制于线圈短路风险，成型压力较小制约了粉芯密实度的提高，为了解决该问题，很多公司会采用预制T形磁芯的方法来提升磁芯的密度。该工艺也存在一定的弊端，因为线圈采用扁线绕制，生产效率相对较低。再者，一体成型电感预埋线圈的工艺方法使得合金粉料退火温度受到限制，因为目前铜线漆膜能够承受的最高温度为220℃，所以，一体成型电感的退火温度会在200℃以下，这样是难以消除电感因压制产生的内部应力，所以，该方法制备的电感损耗会比较大。
因此，需要提出一种生产效率高、磁芯密度高、磁芯内应力小、电感损耗小的一体电感制作方法。
发明内容
本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种复合式的一体电感制备方法。
本发明的发明构思为：一体电感的线圈设置在磁芯的里面，目前一体电感的制作方法多为“预绕制线圈-线圈预埋-填磁粉-压制”或“预制圆柱芯体-绕制线圈-填粉-压制”。而本发明则预制一体电感的一整个磁芯，对磁芯单独进行压制、退火，然后在绕制线圈、封胶，最终得到一体电感，从而使得磁芯密度提高、解决磁芯内应力的影响、防止线圈因压制磁芯而形变。
本发明的第一方面提供一种复合式的一体电感制备方法，包括以下步骤：
(1)对磁芯粉料进行压制制得磁芯坯体、退火，制得磁芯；
(2)在步骤(1)制得的所述磁芯上进行绕制线圈，制得磁芯线圈；
(3)对步骤(2)制得的所述磁芯线圈设置屏蔽层和电极，制得所述一体电感。
相对于现有技术，该一体电感制备方法的有益效果如下：通过直接单独预制磁芯，能使用更高的成型压力(＞10t/cm2)，提高磁芯的密实度；单独预制磁芯能够对磁芯高温退火，使得磁芯因压制时产生的内应力消除，减少损耗；单独预制磁芯不需对线圈进行压制、退火，线圈不会因形变导致直流阻抗(DCR)增大；结合绕线电感高效绕线的方法，可以很大程度提升电感的生产效率，有利于降低生产成本。
优选的，所述压制的成型压力为10-21t/cm2。
优选的，所述磁芯的形状为工字型或T型。
优选的，步骤(1)压制制得的所述磁芯坯体还经过切割倒角步骤。
优选的，所述磁芯粉料的组分包括FeSiCr合金、羰基铁、铁合金A或铁合金B中的一种或多种；所述铁合金A为Fe-B-Si合金、Fe-Cr-B-Si合金、Fe-Mo-Si-B合金、Fe-P-C合金或Fe-Co-Si-B合金，所述铁合金B为Fe-Cu-Si-B合金、Fe-Si-B-P-Cu合金、Fe-Si-B-P合金或Fe-Co-Cu-Nb-Si-B合金。
所述铁合金A均为非晶粉末，所述铁合金B均为纳米晶粉末。
优选的，所述磁芯粉料的粒度D50为10-50μm。
优选的，所述退火在氢气保护气氛下进行。氢气保护气氛下能够避免磁芯粉料被氧化，使制备的电感元器件损耗降低。
优选的，当磁芯粉料为FeSiCr合金粉和/或羰基铁粉时，所述退火的方法为：将磁芯坯体进行退火处理，氢气气氛保护，退火温度为700-900℃，退火时间为1-5h。
优选的，当磁芯粉料为FeSiCr合金粉和/或羰基铁粉时，所述退火的方法为：将磁芯坯体进行退火处理，氢气气氛保护，退火温度为750℃，退火时间为2h。
优选的，当磁芯粉料为铁合金A时，所述退火的方法为：将磁芯坯体进行退火处理，氢气气氛保护，退火温度为400-500℃，退火时间为0.5-2h。
优选的，当磁芯粉料为铁合金A时，所述退火的方法为：将磁芯坯体进行退火处理，氢气气氛保护，退火温度为400-450℃，退火时间为1-1.5h。
优选的，当磁芯粉料为铁合金B时，所述退火的方法为：将磁芯坯体进行退火处理，氢气气氛保护，退火温度为500-600℃，退火时间为0.5-2h。
优选的，当磁芯粉料为铁合金B时，所述退火的方法为：将磁芯坯体进行退火处理，氢气气氛保护，退火温度为500-550℃，退火时间为1-1.5h。
优选的，当磁芯粉料的组分包括羰基铁、FeSiCr合金、铁合金A或铁合金B中的两种或多种时，退火温度为包括的组分中最低的退火温度，退火时间为包括的组分中最短的退火时间。
优选的，所述磁芯粉料在压制前还经过预处理，所述预处理包括预退火、磷化处理、钝化、包覆、造粒。
优选的，所述预退火与步骤(1)中所述退火温度相同。
优选的，所述钝化的方法为：将浓度为10-30wt％的磷酸丙酮溶液加入到所述磁芯粉料当中，磷酸丙酮溶液重量为所述磁芯粉料的0.1-5wt％。
优选的，所述钝化的方法为：将浓度为15wt％的磷酸丙酮溶液加入到所述磁芯粉料当中，磷酸丙酮溶液重量占所述磁芯粉料的1wt％。
优选的，所述包覆的方法为：加入无机绝缘剂高岭土、硅酸钠和有机硅树脂，对磁芯粉料进行绝缘包覆，加入量分别为磁芯粉料的0.1-5wt％、0.1-5wt％和0.1-5wt％。
优选的，所述包覆的方法为：加入无机绝缘剂高岭土、硅酸钠和有机硅树脂，对磁芯粉料进行绝缘包覆，加入量分别为磁芯粉料的0.5wt％、2wt％和1wt％。
优选的，所述造粒的方法为：将包覆后的粉末进行烘干、造粒，并加入磁芯粉料的0.5wt％硬脂酸锌作为润滑剂并混合。
优选的，步骤(1)制得所述磁芯后还包括步骤：对磁芯进行防锈处理。
优选的，步骤(3)设置所述屏蔽层后还包括步骤电镀处理。
优选的，步骤(3)中所述屏蔽层的组分包括添加有软磁粉料的热固性环氧树脂，所述软磁粉料为软磁材料
优选的，所述软磁粉料包括所述磁芯粉料。
本发明的第二方面提供一种一体电感，所述一体电感由上述一体电感制备方法制备出。
优选的，所述一体电感的直流阻抗小于14.5mΩ，电感量小于1.0uH。
本发明的第三方面提供一种电路板，所述电路板包括上述一体电感。
相对于现有技术，本发明的有益效果如下：
(1)通过单独对磁芯进行预制，可有效地提高电感的起始磁导率、饱和磁感应强度，降低直流阻抗DCR值、电感损耗。通过直接单独预制磁芯，能使用更高的成型压力(＞10t/cm2)，提高磁芯的密实度，同时线圈不会因压制形变导致直流阻抗(DCR)增大；单独预制磁芯能够对磁芯高温退火，使得磁芯因压制时产生的内应力消除，减少损耗；结合绕线电感高效绕线的方法，可以很大程度提升电感的生产效率，有利于降低生产成本。
(2)设置对应不同组分的相应退火温度，能够有效消除磁芯因压制而产生的内应力。
(3)通过添加有软磁粉料的热固性环氧树脂作为屏蔽层，能够限制线圈产生的磁场在一体电感内，防止线圈的磁场外泄，影响其他的电器元件。
附图说明
图1是本发明实施例1制备的一体电感的结构示意图；
图2是本发明实施例1制备的一体电感的磁场示意图。
具体实施方式
为了让本领域技术人员更加清楚明白本发明所述技术方案，现列举以下实施例进行说明。需要指出的是，以下实施例对本发明要求的保护范围不构成限制作用。
以下实施例中所用的原料、试剂或装置如无特殊说明，均可从常规商业途径得到，或者可以通过现有已知方法得到。
实施例1
本实施例为一种一体成型电感，直流阻抗DCR小于14.5mΩ，电感量小于1.0uH。
图1是本发明实施例1制备的一体电感的结构示意图，一体电感由磁芯、线圈、屏蔽层和两个电极构成；磁芯为工字型磁芯、磁芯材料包括FeSiCr合金；线圈为圆形线圈，线圈围绕工字型磁芯凹陷处绕制，线圈两端分别与电极相连；屏蔽层包覆线圈并填补工字型磁芯的凹陷处；成型电感的尺寸(L*W*H)为4.10*4.10*1.8mm。屏蔽层为添加有软磁粉料的热固性环氧树脂，软磁粉料包括FeSiCr合金。
上述一体电感的制备方法为包括以下步骤：
预退火，对FeSiCr合金粉末(粉末粒度D50为20μm)进行预退火处理，退火温度为750℃，对预退火后的FeSiCr合金粉末磷化处理；
钝化，浓度为15wt％的磷酸丙酮溶液加入到磷化处理的FeSiCr合金粉末当中，磷酸丙酮溶液的加入量为FeSiCr合金粉末重量的1wt％；
包覆，钝化后的FeSiCr合金粉末加入无机绝缘剂高岭土、硅酸钠以及有机硅树脂，对其进行绝缘包覆，加入量分别为FeSiCr合金粉末重量的0.5wt％、2wt％和1wt％；
造粒，将绝缘包覆处理后的FeSiCr合金粉末进行烘干、造粒，并加入0.5wt％硬脂酸锌作为润滑剂并混合，制得磁芯粉料；
压制，将造粒后的磁芯粉料压制制得磁芯坯体，压制的成型压力为15t/cm2，对磁芯坯体切割倒角，磁芯坯体为工字型；
退火，将磁芯坯体进行退火处理消除内部应力，氢气保护气氛下，退火温度为750℃，时间为2h，制得磁芯。氢气保护气氛下能够避免磁芯粉料被氧化，使制备的电感损耗降低；
绕线，把磁芯浸泡在快干的防锈油进行防锈处理，并在切割好的磁芯上进行绕制线圈制得磁芯线圈，绕线采用圆形铜线，有助于提升生产效率；
在绕线完成后的磁芯线圈进行点胶设置屏蔽层、电镀处理和设置电极制得一体电感。屏蔽层实现磁胶屏蔽，屏蔽层的组分是添加有软磁粉料(本实施例的磁芯粉料)的热固性环氧树脂，具有很高的流动性和优异的磁性能。
图2是本发明实施例1制备的一体电感的磁场示意图，线圈产生的磁感线经磁芯、屏蔽层围绕闭合形成一个闭合磁场。因为本发明的屏蔽层为加有软磁粉料(本实施例的磁芯粉料)的热固性环氧树脂，所以能够限制线圈产生的磁场在一体电感内，防止线圈的磁场外泄，影响其他的电器元件。
对比例1
一体成型电感，电感尺寸(L*W*H)为4.10*4.10*1.8mm，对比例1结构与实施例1相同。对比例1的制备步骤与实施例1的制备步骤不同在于对比例1先进行线圈预埋，后进行压制。
其制备步骤如下：
预退火，对FeSiCr合金粉末(粉末粒度D50为20μm)进行预退火处理，退火温度为750℃，对预退火后的FeSiCr合金粉末磷化处理。
钝化，浓度为15wt％的磷酸丙酮溶液加入到磷化处理的FeSiCr合金粉末当中，磷酸丙酮溶液的加入量为FeSiCr合金粉末重量的1wt％。
包覆，钝化后的FeSiCr合金粉末加入无机绝缘剂高岭土、硅酸钠以及有机硅树脂，对其进行绝缘包覆，加入量分别为磁粉重量的0.5wt％、2wt％和1wt％；
造粒，将绝缘包覆处理后的FeSiCr合金粉末进行烘干、造粒，并加入0.5wt％硬脂酸锌作为润滑剂并混合，制得磁芯粉料。
绕制线圈并预埋进磁芯粉料中，绕线采用圆形铜线。
压制，将圈预埋线圈后的磁芯粉料压制制得磁芯坯体，压制的成型压力为6t/cm2。，制得电感坯体。
退火，将电感坯体进行烘烤处理，氢气保护气氛下，退火温度为180℃，时间为2h，制得磁芯线圈。
对磁芯线圈进行电镀、设置电极制得一体电感。
性能检测
将实施例1的一体电感和对比例1的一体成型电感进行性能检测，检测出来的各项性能指标见表1。
表1实施例和对比例的性能对比
Figure BDA0003350032390000061
温升电流：当电感工作时，电感的温度因工作上升比环境温度高40℃时的电感工作电流。
从表1中可以看出，本发明实施例的制备方法与现有技术制备的一体成型电感的性能相比较，本发明的电感具有较低的饱和电流。同等设计规格下，常规一体电感方法难以到达规格要求值(电感量小于1uH，直流阻抗小于14.5mΩ)，而且该方法制备的电感DCR值可以更低，同时由于损耗较低所以温升电流较高，本发明能够满足功率电感的小型化和大电流化的要求。
本领域的技术人员可以对本发明进行各种修改和变型，倘若这些修改和变型在本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则这些修改和变型也仍在本发明专利的保护范围之内。
说明书中未详细描述的内容为本领域技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种一体电感制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)对磁芯粉料进行压制制得磁芯坯体、退火，制得磁芯；
(2)在步骤(1)制得的所述磁芯上进行绕制线圈，制得磁芯线圈；
(3)对步骤(2)制得的所述磁芯线圈设置屏蔽层和电极，制得所述一体电感。
2.根据权利要求1所述的一体电感制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述压制的成型压力为10-21t/cm2。
3.根据权利要求1所述的一体电感制备方法，其特征在于，所述磁芯粉料的组分包括FeSiCr、羰基铁、铁合金A或铁合金B中的一种或多种；所述铁合金A为Fe-B-Si合金、Fe-Cr-B-Si合金、Fe-Mo-Si-B合金、Fe-P-C合金或Fe-Co-Si-B合金，所述铁合金B为Fe-Cu-Si-B合金、Fe-Si-B-P-Cu合金、Fe-Si-B-P合金或Fe-Co-Cu-Nb-Si-B合金。
4.根据权利要求3所述的一体电感制备方法，其特征在于，所述FeSiCr合金粉和所述羰基铁粉的对应所述退火的温度为700-900℃，所述退火的时间为1-5h；所述铁合金A的对应所述退火的温度为400-500℃，所述退火的时间为0.5-2h；所述铁合金B的对应所述退火的温度为500-600℃，所述退火的时间为0.5-2h。
5.根据权利要求4所述的一体电感制备方法，其特征在于，当所述磁芯粉料的组分包括FeSiCr合金、羰基铁、铁合金A或铁合金B中的两种或多种时，所述退火的温度为包括的组分中最低对应所述退火的温度，所述退火的时间为包括的组分中最短对应退火的时间。
6.根据权利要求3或4任一项所述的一体电感制备方法，其特征在于，所述磁芯粉料在压制前还经过预处理，所述预处理包括预退火、磷化处理、钝化、包覆、造粒。
7.根据权利要求6所述一体电感制备方法，其特征在于，所述预退火的温度与所述退火的温度相同。
8.根据权利要求1所述一体电感制备方法，其特征在于，所述屏蔽层的组分包括添加有软磁粉料的热固性环氧树脂，所述软磁粉料为软磁材料。
9.一种一体电感，其特征在于，所述一体电感由权利要求1-8任一项所述的一体电感制备方法制得，所述一体电感的直流电阻小于14.5mΩ，电感量小于1.0uH。
10.一种电路板，其特征在于，所述电路板包括权利要求9所述的一体电感。
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