CN116631739A - 一种微型线圈、包含该微型线圈的微型电感及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种微型线圈、包含该微型线圈的微型电感及其制备方法，由一个第一线圈单元、至少一个第二线圈单元和一个第三线圈单元依次层叠而成；第一线圈单元、第二线圈单元和第三线圈单元均为非闭合的环形；第一线圈单元的第一端设置有第一引脚，第三线圈单元的第二端设置有第二引脚；第一线圈单元的第二端和第二线圈单元的第二端均包括第一结合部；第二线圈单元的第一端和第三线圈单元的第一端均包括第二结合部；第一线圈单元、第二线圈单元和第三线圈单元中相邻的两个线圈单元通过第一结合部和第二结合部进行导电连接。制成的微型电感良品率高，线圈变形量小，电感压实密度高且性能更加稳定。
Description
技术领域
本发明涉及电感器件技术领域，尤其涉及一种微型线圈、包含该微型线圈的微型电感及其制备方法。
背景技术
随着电子技术的发展，电子元器件逐渐向小型化、轻量化、高频化、大电流、低EMI(电磁干扰)和低制造成本、以及高可靠性发展，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，广泛应用于各类电子器件或电子控制电路中。
目前功率电感主要由软磁性粉材、导电线圈和端电极三部分组成，该类技术方案通常是针对电感预先制备磁芯、在磁芯柱上绕线，随后进行填粉压制得到功率电感，再进行后续的剥漆、电极制备、打标等处理，但仍存在以下问题：
(1)为顺应小型化发展趋势，用于绕制线圈的磁芯柱尺寸也随之越来越小，尤其是对于应用于大电流场合中的功率电感，在设计时需要选用横截面更大的线圈才能满足使用需求，这就进一步压缩了磁芯柱的尺寸，大大增加了绕制难度、甚至难以直接在磁芯柱上进行绕制，进而导致成品良率低；
(2)小尺寸的磁芯柱耐压强度较差，压制时无法起到定位作用，这导致了部分电感在后续的压制过程中容易发生线圈错位、变形甚至破裂等情况，最终导致电感侧面出现漏铜、漏磁等不良现象，这一现象随着电感尺寸的不断缩减会变得愈发明显，在2.0×2.0×1.0mm及更小尺寸的小型功率电感生产中成为极为常见的现象，最终影响电感产品的正常使用。
发明内容
基于上述问题，本发明提供一种微型线圈、包含该微型线圈的微型电感及其制备方法，旨在解决现有技术中小型电感线圈绕制困难等技术问题。
一种微型线圈，包括：
由一个第一线圈单元、至少一个第二线圈单元和一个第三线圈单元依次层叠而成；
第一线圈单元、第二线圈单元和第三线圈单元均为非闭合的环形；
第一线圈单元的第一端设置有第一引脚，第三线圈单元的第二端设置有第二引脚；
第一线圈单元的第二端和第二线圈单元的第二端均包括第一结合部；
第二线圈单元的第一端和第三线圈单元的第一端均包括第二结合部；
第一线圈单元、第二线圈单元和第三线圈单元中相邻的两个线圈单元通过第一结合部和第二结合部进行导电连接。
进一步的，第一结合部为凹槽，第二结合部为凸块，第一线圈单元、第二线圈单元和第三线圈单元中相邻的两个线圈单元通过第一结合部和第二结合部彼此嵌合连接。
进一步的，第一结合部和第二结合部均为平面结构，第一线圈单元、第二线圈单元和第三线圈单元中相邻的两个线圈单元的第一结合部和第二结合部之间设有锡焊层，相邻的两个线圈单元通过锡焊层实现导电连接。
进一步的，第一线圈单元非闭合处开口尺寸不小于第二线圈单元非闭合处开口尺寸；第三线圈单元非闭合处开口尺寸不小于第二线圈单元非闭合处开口尺寸。
进一步的，第一线圈单元、第二线圈单元以及第三线圈单元均为跑道型或者圆环型。
一种微型电感，包括：
磁体部，包覆如前述的一种微型线圈；
微型线圈的第一引脚和第二引脚露出磁体部；
第一引脚和第二引脚处焊接有电极片。
进一步的，磁体部包括：
第一磁芯，第一磁芯上放置微型线圈；
磁性包覆部，包覆第一磁芯和微型线圈；
磁体部由第一磁芯和磁性包覆部组合而成。
进一步的，磁体部包括：
第二磁芯，第二磁芯上放置微型线圈；
磁性底座，磁性底座开设有容纳腔，容纳腔内放置带有微型线圈的第二磁芯，容纳腔开设有将第一引脚引出磁性底座的第一缺口和将第二引脚引出磁性底座的第二缺口；
磁性覆盖部，覆盖第二磁芯、微型线圈和容纳腔；
磁体部由第二磁芯、磁性底座和磁性覆盖部组合而成。
一种微型线圈的制备方法，用于制备如前述的一种微型线圈，包括：
步骤A1，获取金属板材；
步骤A2，对金属板材进行切割形成第一线圈单元的坯体、至少一个第二线圈单元的坯体和第三线圈单元的坯体；
步骤A3，分别在第一线圈单元的坯体、第二线圈单元的坯体、第三线圈单元的坯体表面形成绝缘层；
步骤A4，将第一线圈单元的坯体上预定作为第一结合部的区域的绝缘层剥除形成第一线圈单元，将第二线圈单元的坯体上预定作为第一结合部和第二结合部的区域的绝缘层剥除形成第二线圈单元，将第三线圈单元的坯体上预定作为第二结合部的区域的绝缘层剥除形成第三线圈单元；
步骤A5，将第一线圈单元、至少一个第二线圈单元和第三线圈单元依次层叠，第一线圈单元、第二线圈单元和第三线圈单元中相邻的两个线圈单元通过第一结合部和第二结合部进行导电连接，形成微型线圈。
一种微型电感的制备方法，其特征在于，包括：
步骤B1，提供第一磁芯和如前述的一种微型线圈，将微型线圈和第一磁芯进行组装形成组装体；
步骤B2，将组装体放置于热压模具中的模穴中，向模穴内填入软磁合金粉材后进行热压，脱模后烘烤固化，形成电感半成品；
步骤B3，对电感半成品的侧壁进行研磨使第一引脚和第二引脚裸露出来；
步骤B4，在电感半成品的表面涂覆绝缘树脂；
步骤B5，剥除第一引脚和第二引脚处的绝缘树脂并镀上电极片，形成微型电感。
一种微型电感的制备方法，包括：
步骤C1，提供第二磁芯、磁性底座和如前述的一种微型线圈，磁性底座开设有容纳腔，容纳腔开设有第一缺口和第二缺口；
步骤C2，将微型线圈套设于第二磁芯后一起放入容纳腔中，第一引脚从第一缺口引出，第二引脚从第二缺口引出，形成组装体；
步骤C3，将组装体放置于热压模具中的模穴中，向模穴内填入软磁合金粉材后进行热压，脱模后烘烤固化，形成电感半成品；
步骤C4，对电感半成品的侧壁进行研磨使第一引脚和第二引脚裸露出来；
步骤C5，在电感半成品的表面涂覆绝缘树脂；
步骤C6，剥除第一引脚和第二引脚处的绝缘树脂并镀上电极片，形成微型电感。
本发明的有益技术效果是：针对现有技术中在制成微型功率电感时，粗线径线圈不易在磁芯上直接绕制、在加工过程中容易变形及损坏的问题，本发明通过切割成型的方式来制备具有大横截面积的微型线圈，实现了小尺寸、大横截面积线圈的批量化生产制造；线圈无需绕制，只需将线圈和磁体部的磁芯简单组合并压制便可充分满足对电感器件的性能需求，在加工过程中线圈不易变形损坏。本发明的技术方案与现有的在小尺寸电感的磁芯上直接绕制粗线径线圈的技术相比，制成的微型电感良品率高，显著降低了微型电感的制造成本。
附图说明
图1为本发明第一种实施方式的微型线圈的层叠结构示意图；
图2为本发明第一种实施方式的微型线圈的各线圈单元的结构示意图；
图3为本发明第一种实施方式的微型线圈的各线圈单元的另一种结构示意图；
图4为本发明第二种实施方式的微型线圈的层叠结构示意图；
图5为本发明第二种实施方式的微型线圈的各线圈单元的结构示意图；
图6为本发明第三种实施方式的微型线圈的第三线圈单元的结构示意图；
图7为本发明第一实施方式的一种微型电感的第一磁芯结构示意图；
图8-图11为本发明第一种实施方式的一种微型电感的制备方法的过程示意图；
图12为本发明第二种实施方式一种微型电感的磁芯底座的结构示意图；
图13为本发明第二种实施方式一种微型电感的第二磁芯的结构示意图；
图14-图17为本发明第二种实施方式的一种微型电感的制备方法的过程示意图；
图18为本发明一种微型线圈的制备方法的步骤流程图；
图19为本发明第一种实施方式的微型电感的制备方法的步骤流程图；
图20为本发明第一种实施方式的微型电感的制备方法的步骤流程图。
其中，
1-微型线圈；11-第一线圈单元；12-第二线圈单元；13-第三线圈单元；111-第一引脚；131-第二引脚；14-第一结合部；15-第二结合部；16-锡焊层；3-电极片；21a-第一磁芯；22a-磁性包覆部；21b-第二磁芯；22b-磁性底座；221b-容纳腔；222b-第一缺口；223b-第二缺口；23b-磁性覆盖部。
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。
参见图1-2，本发明提供一种微型线圈，包括：
由一个第一线圈单元(11)、至少一个第二线圈单元(12)和一个第三线圈单元(13)依次层叠而成；
第一线圈单元(11)、第二线圈单元(12)和第三线圈单元(13)均为非闭合的环形；
第一线圈单元(11)的第一端设置有第一引脚(111)，第三线圈单元(13)的第二端设置有第二引脚(131)；
第一线圈单元(11)的第二端和第二线圈单元(12)的第二端均包括第一结合部(14)；
第二线圈单元(12)的第一端和第三线圈单元(13)的第一端均包括第二结合部(15)；
第一线圈单元(11)、第二线圈单元(12)和第三线圈单元(13)中相邻的两个线圈单元通过第一结合部(14)和第二结合部(15)进行导电连接。
本发明的微型线圈可以应用于小尺寸电感的制备中，例如在制成尺寸在2.0mm×2.0mm以下的微型功率电感时，使用本发明的微型线圈来制作微型电感，解决了直接绕制漆包线形成线圈比较困难的问题。
图1-2作为本发明的一种微型线圈的一个实施方式，第二线圈单元(12)的数量为1个。第一线圈单元(11)在最底层，第一线圈单元(11)具有开口，第一端具有第一引脚(111)，另一端的上端面设置第一结合部(14)，第二线圈单元(12)具有较小的开口，第一端的下端面设置第二结合部(15)，第二端的上端面设置第一结合部(14)，第二线圈单元的第二结合部(15)正好与第一线圈单元(11)的第一结合部(14)导电连接，第一结合部(14)正好与第三线圈单元(13)的第一端面的第二结合部(15)导电连接，第三线圈单元(13)的第二端设置第二引脚(131)，通过本发明的层叠方式，形成螺旋形的微型线圈，相比于现有技术中通过缠绕方式形成的线圈，在微型功率电感的应用中，制成的微型电感良品率高，线圈变形量小，电感压实密度高且性能更加稳定，降低了微型电感的线圈缠绕困难等技术问题。
进一步的，第一结合部(14)为凹槽，第二结合部(15)为凸块，第一线圈单元(11)、第二线圈单元(12)和第三线圈单元(13)中相邻的两个线圈单元通过第一结合部(14)和第二结合部(15)彼此嵌合连接。
凹槽和凸块嵌合连接，使得微型线圈各层线圈单元更加紧密。制成电感时使得电感压实密度更高，性能更加稳定，提高制备微型电感的良品率。
进一步的，第一结合部(14)和第二结合部(15)均为平面结构，第一线圈单元(11)、第二线圈单元(12)和第三线圈单元(13)中相邻的两个线圈单元的第一结合部(14)和第二结合部(15)之间设有锡焊层(16)，相邻的两个线圈单元通过锡焊层(16)实现导电连接。
如图3所示，相邻线圈单元之间还可以通过锡焊层(16)进行连接，线圈单元的厚度会根据电感的设计尺寸进行相应调整，厚度较小时不便于设置凹槽或是凸块，则可选用锡焊层(16)作为线圈单元间的连接结构，此时第一结合部(14)和第二结合部(15)均为平面结构。
锡焊层一般为5-10μm，厚度很小，剥离的绝缘层厚度与锡焊层相近，可以排除在两个线圈之间形成间隙的可能。
作为本发明微型线圈的另一种实施方式，图4-5中第二线圈单元(12)的数量为2个。第一线圈单元(11)在最底层，第一线圈单元(11)具有开口，第一端具有第一引脚(111)，另一端的上端面设置第一结合部(14)，每个第二线圈单元(12)具有较小的开口，第一端的下端面设置第二结合部(15)，第二端的上端面设置第一结合部(14)，第一个第二线圈单元(12)的第二结合部(15)正好与第一线圈单元(11)的第一结合部(14)导电连接。第二个第二线圈单元(12)的第二结合部(15)正好与第一个第二线圈单元(12)的第一结合部(14)导电连接，第二个第二线圈单元(12)的第一结合部(14)正好与第三线圈单元(13)的第一端的第二结合部(15)导电连接，第三线圈单元(13)的第二端设置第二引脚(131)，通过本发明的层叠方式，形成螺旋形的微型线圈，相比于现有技术中通过缠绕方式形成的线圈，在微型功率电感的应用中，制成的微型电感良品率高，线圈变形量小，电感压实密度高且性能更加稳定，降低了微型电感的线圈缠绕困难等技术问题。
进一步的，第一线圈单元(11)非闭合处开口尺寸不小于第二线圈单元(12)非闭合处开口尺寸；第三线圈单元(13)非闭合处开口尺寸不小于第二线圈单元(12)非闭合处开口尺寸。
第一线圈单元(11)、第二线圈单元(12)和第三线圈单元(13)均为非闭合的环形，第一线圈单元(11)的开口不超过整个环形尺寸的1/4。第三线圈单元(13)的开口尺寸不超过整个环形的1/4。
具体的，第一线圈单元(11)的开口部分和第三线圈单元(13)的开口部分在层叠方向上不重叠。
具体的，相邻的第二线圈单元(12)之间的非闭合处的开口在层叠方向上不重叠。
进一步的，第一线圈单元(11)、第二线圈单元(12)以及第三线圈单元(13)均为跑道型或者圆环型。
具体的，第一引脚(111)和第二引脚(131)分别位于微型线圈在层叠方向的投影的相对的两端。
对于跑道型的微型线圈，每个线圈单元包括平行的两条直线部以及连接两条直线部的两弧形部，在第二线圈数量较少的情形下，对于第一线圈单元(11)和第三线圈单元(13)，其中一条弧形部的一部分和一条直线部的部分切掉形成开口，第一线圈单元(11)的第一端在弧形部，第二端在直线部，第三线圈单元(13)的第一端在直线部，第三线圈单元(13)的第二端在弧形部，第一线圈单元(11)的第一端所在的弧形部和第三线圈单元(13)的第二端所在的弧形部在层叠方向上不重合，因此，使得第一引脚和第二引脚分设在微型线圈相对的两侧。
在第二线圈单元数量较多的情形下，由于线圈开口在层叠方向上的依次错位，为了保证第一引脚(111)和第二引脚(131)分设在微型线圈两侧，第三线圈单元(13)开口的长度可以大于环形长度的1/4、1/2或者3/4，例如图5所示的第三线圈单元开口长度大约占整个环形的3/4，具体长度根据第二线圈单元(12)的数量等决定。具体的，第一线圈单元(11)、第二线圈单元(12)和第三线圈单元(13)的金属材质为铜或铝，金属表面具有绝缘层。在第一结合部(14)和第二结合部(15)不具有绝缘层。
具体的，绝缘层的材质包括缩醛、聚氨酯、聚酯亚胺、聚酯、聚酰亚胺中的至少一种。
具体的，绝缘层的厚度为1-5μm。
本发明还提供一种微型电感，包括：
磁体部，包覆如前述的一种微型线圈(1)；
微型线圈(1)的第一引脚(111)和第二引脚(131)露出磁体部；
第一引脚(111)和第二引脚(131)处焊接有电极片(3)。
其中，磁体部通过热压形成。
作为本发明的一种优选实施方式，参见图7-11，进一步的，磁体部包括：
第一磁芯(21a)，第一磁芯(21a)上放置微型线圈(1)；
磁性包覆部(22a)，包覆第一磁芯(22a)和微型线圈(1)；
磁体部由第一磁芯(21a)和磁性包覆部(22a)压制而成。
具体的，第一磁芯(21a)为T型磁芯，如图7所示。
作为本发明的另一种优选实施方式，参见图12-17，进一步的，磁体部包括：
第二磁芯(21b)，第二磁芯(21b)上放置微型线圈(1)；
磁性底座(22b)，磁性底座开设有容纳腔(221b)，容纳腔(221b)内放置带有微型线圈(1)的第二磁芯(21b)，容纳腔(221b)开设有将第一引脚(111)引出磁性底座(22b)的第一缺口(222b)和将第二引脚(131)引出磁性底座(22b)的第二缺口(223b)；
磁性覆盖部(23b)，覆盖第二磁芯(21b)、微型线圈(1)和容纳腔(221b)；磁体部由第二磁芯(21b)、磁性底座(22b)和磁性覆盖部(23b)压制而成。
具体的，第二磁芯(21b)为中柱型磁芯，如图13所示。
参见图1和图18，本发明还提供一种微型线圈的制备方法，用于前述的一种微型线圈，包括：
步骤A1，获取金属板材；
步骤A2，对金属板材进行切割形成第一线圈单元的坯体、至少一个第二线圈单元的坯体和第三线圈单元的坯体；
步骤A3，分别在第一线圈单元的坯体、第二线圈单元的坯体、第三线圈单元的坯体表面形成绝缘层；
步骤A4，将第一线圈单元的坯体上预定作为第一结合部的区域的绝缘层剥除形成第一线圈单元(11)，将第二线圈单元的坯体上预定作为第一结合部和第二结合部的区域的绝缘层剥除形成第二线圈单元(12)，将第三线圈单元的坯体上预定作为第二结合部的区域的绝缘层剥除形成第三线圈单元(13)；
步骤A5，将第一线圈单元(11)、至少一个第二线圈单元(12)和第三线圈单元(13)依次层叠，第一线圈单元(11)、第二线圈单元(12)和第三线圈单元(13)中相邻的两个线圈单元通过第一结合部(14)和第二结合部(15)进行导电连接，形成微型线圈。
本发明在制作微型线圈时，通过切割后组装的方式代替漆包线绕制来制备电感线圈，解决了小尺寸电感的线圈绕制困难的问题，有利于电感的小型化发展。通过切割成型制备的线圈，与漆包线绕制的方式相比线圈无需绕制，只需将线圈和磁体部的磁芯简单组合并压制便可充分满足对电感器件的性能需求，在加工过程中线圈不易变形损坏，提高电感的可靠性，同时有利于提高电感的致密度，使产品具备更佳的综合性能；
在步骤A2中，坯体的形成可以从金属板材中一体切割而成，切割形成第一线圈单元的坯体、至少一个第二线圈单元的坯体和第三线圈单元的坯体后，还包括对每一个坯体去毛刺、和清洗等处理。
在步骤A2中，切割方式可采用激光切割、线切割、等离子切割、蚀刻、模切或铣刀加工。
在步骤A3中绝缘层的材质包括缩醛、聚氨酯、聚酯亚胺、聚酯、聚酰亚胺中的至少一种。
在步骤A3中，绝缘层的厚度为1-5μm。
参见图1、图7-11和图18，本发明还提供一种微型电感的制备方法，包括：
步骤B1，提供第一磁芯(21a)和如前述的一种微型线圈(1)，将微型线圈和第一磁芯(21a)进行组装形成组装体；
步骤B2，将组装体放置于热压模具中的模穴中，向模穴内填入软磁合金粉材后进行热压，脱模后烘烤固化，形成电感半成品；
步骤B3，对电感半成品的侧壁进行研磨使第一引脚(111)和第二引脚(131)裸露出来；
步骤B4，在电感半成品的表面涂覆绝缘树脂；
步骤B5，剥除第一引脚(111)和第二引脚(131)处的绝缘树脂并镀上电极片(3)，形成微型电感。
具体的，第一磁芯(21a)为T型磁芯。
针对尺寸在2.0mm×2.0mm以下的功率电感难以直接绕制线圈的问题，在本实施方式的制备方法中，通过采用切割成型再层叠组装的方式来制作微型线圈，然后将T形磁芯和微型线圈组合并填粉压制的方式来制备小尺寸功率电感，与现有的线圈绕制以及电感制造工艺相比，实现了小尺寸、大横截面积线圈的批量化生产制造，也能够有效避免在压制时出现线圈变形、破裂等不良现象，提高电感的可靠性，同时有利于提高电感的致密度，使产品具备更佳的综合性能。
在步骤B1中，包括第一磁芯(21a)和微型线圈的制备。第一磁芯(21a)的制备通过将软磁合金粉材装入预设结构和尺寸的模具中并进行压制成型，脱模、烘烤获得T形磁芯。而线圈的制备如步骤A1-A5的切割和层叠过程。
步骤B2为填粉热压步骤：将微型线圈(1)与第一磁芯(21a)的组装体呈第一磁芯(21a)的中柱朝上放置于热压模具的模穴内，并在模穴中顶部的容置空间内填入软磁合金粉材，进行热压成型，脱模后经烘烤、固化得到电感半成品；
步骤B3为研磨过程，对电感半成品的侧壁进行研磨使第一引脚和第二引脚裸露出来；
步骤B4为喷涂过程，在研磨后的电感半成品的表面喷涂绝缘树脂作为保护材料，烘烤使表面的绝缘树脂固化。
步骤B5主要为电极片制作过程，包括对第一引脚(111)和第二引脚(131)处的绝缘树脂剥除处理，由于微型线圈表面具有绝缘层，因此还需将第一引脚(111)和第二引脚(131)处的绝缘层剥除，剥除后在第一引脚(111)和第二引脚(131)处电镀形成电极片(3)，从而获得微型电感。
具体的，软磁合金粉材包括软磁合金粉末、粘结剂和润滑剂等原料，经原料混合、造粒、筛分而制成。
具体的，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。
具体的，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。
具体的，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。
参见图1、图12-17和图20，本发明还提供一种微型电感的制备方法，包括：
步骤C1，提供第二磁芯(21b)、磁性底座(22b)和如前述的一种微型线圈(1)，磁性底座(22b)开设有容纳腔(221b)，容纳腔开设有第一缺口(222b)和第二缺口(223b)；
步骤C2，将微型线圈(1)套设于第二磁芯(21b)后一起放入容纳腔(221b)中，第一引脚(111)从第一缺口(222b)引出，第二引脚(131)从第二缺口(223b)引出，形成组装体；
步骤C3，将组装体放置于热压模具中的模穴中，向模穴内填入软磁合金粉材后进行热压，脱模后烘烤固化，形成电感半成品；
步骤C4，对电感半成品的侧壁进行研磨使第一引脚(111)和第二引脚(131)裸露出来；
步骤C5，在电感半成品的表面涂覆绝缘树脂；
步骤C6，剥除第一引脚(111)和第二引脚(131)处的绝缘树脂并镀上电极片(3)，形成微型电感。
本发明通过切割板材制作成微型线圈，并通过预置的第二磁芯套设微型线圈，放入磁性底座的容纳腔中，使用磁性底座对微型线圈进行定位，之后通过填粉热压的方式制备小尺寸功率电感，解决现有技术中小尺寸线圈绕制困难，压制过程中线圈易变形、电感侧面易漏铜等问题，提高了电感产品的良率，有利于电感小型化的发展，并且切割层叠形成的微型线圈层内结合更加紧密，具备更加的耐压强度。使用磁性底座对线圈进行定位，线圈周围的磁粉壁更加紧密均匀，能够避免在压制时出现线圈变形、移动以及漏铜等不良现象，有利于提高电感的致密度，提升产品的综合性能。
在步骤C1中，第二磁芯(21b)通过软磁合金材料加工制备而成。
优选的，第二磁芯(21b)为中柱。
优选的，在步骤C1中，将软磁合金粉材装入预设结构和尺寸的中柱模具中并进行压制成型，然后脱模、烧结获得第二磁芯。
优选的，在步骤C1中，将软磁合金液浇注到中柱模具中，快速冷却得到软磁合金中柱坯体，将坯体脱模后进行加工得到设计尺寸的中柱坯体，然后将坯体进行热处理，得到第二磁芯。
在本实施方式中，中柱上套设微型线圈，套有微型线圈的中柱放置在磁性底座的容纳腔中，容纳腔的腔壁环绕微型线圈，能够起到定位作用，减少热压过程中线圈的偏移量，能够有效避免电感侧面漏铜的情况；采用烧结或是浇注的方式来预制中柱，能够提升中柱的强度，同时具备更高的磁导率，使最终制备的电感可靠性更高、综合性能更优。
在步骤C1中，磁性底座(22b)的制作过程包括：将软磁合金粉材装入预设结构和尺寸的底座模具中并进行压制成型，脱模、烘烤获得磁性底座(22b)。
步骤C3主要为填粉热压步骤，主要在模穴中组装体顶部的容纳腔内填入软磁合金粉材，进行热压成型，脱模后经烘烤、固化得到电感半成品。
步骤C5为喷涂过程，在研磨后的电感半成品的表面喷涂绝缘树脂作为保护材料，烘烤使表面的绝缘树脂固化。
步骤C6主要为电极片制作过程，包括对第一引脚和第二引脚处的绝缘树脂剥除处理，由于微型线圈表面具有绝缘层，因此还需将第一引脚和第二引脚处的绝缘层剥除，剥除后在第一引脚和第二引脚处电镀形成电极片，从而获得微型电感。
具体的，软磁合金粉材包括软磁合金粉末、粘结剂和润滑剂等原料，经原料混合、造粒、筛分而制成。
具体的，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。
具体的，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。
具体的，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。
实施例1
在本实施例1中，使用上述步骤C1-C6的制备方法来制备尺寸为1.6mm×1.0mm×1.0mm的功率电感，使用中柱作为第二磁芯，中柱材料选择Fe-Si-B-P-Cu非晶软磁合金块体，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，所用粘结剂为环氧树脂，所用润滑剂为硬脂酸锌，将复合粉末与粘结剂、润滑剂和丙酮混合后筛选得到目标软磁合金粉材。如图12-17所示，具体过程如下：
步骤C1，提供中柱、磁性底座和微型线圈。
步骤C1包括对中柱、磁性底座和微型线圈的制备。
制备中柱的过程包括：按质量比称取一定量的Fe-Si-B-P-Cu母合金并置于真空熔炼炉中熔炼完全，将软磁合金液浇注到中柱模具中，快速冷却后脱模并加工成设定尺寸的中柱坯体，然后将坯体置于真空热处理炉中进行热处理，得到中柱。其中，中柱坯体尺寸为1.10mm×0.50mm×0.60mm，热处理温度为380℃，热处理时间为120min。
磁性底座的制备过程包括：将软磁合金粉材装入预设结构和尺寸的底座模具中，在常温下进行冲压成型，脱模并放入烘箱中进行烘烤，得到开设有容纳腔的磁性底座。冲压成型采用的冲压压力为6t/cm2，保压时间为1s；烘烤时，放置于160℃带有升降温阶梯曲线的烘烤设备中烘烤0.5h，得到具有一定强度的磁性底座。
微型线圈的制备过程为步骤A1-A5的过程。将金属板材进行切割，表面去除毛刺，得到第一线圈单元的坯体、第二线圈单元的坯体和第三线圈单元的坯体，对各线圈坯体批量进行超声清洗，取出烘干后在各线圈单元坯体表面涂覆一层绝缘层并进行固化，然后各线圈单元的第一结合部和/或第二结合部的区域剥除绝缘层，选取一个第一线圈单元、一个第二线圈单元和一个第三线圈单元依次进行层叠组装，得到微型线圈。在制备过程中，金属板材选用厚度均匀的铜板，第一线圈坯体、第二线圈坯体和第三线圈坯体的尺寸均为1.30mm×0.70mm×0.20mm，即长边侧距离×短边侧距离×单个线圈坯体的高度，第一引脚和第二引脚长度均为0.15mm。绝缘层选用聚酰亚胺，漆层单边厚度为5μm。
步骤C2，组装，将中柱插入微型线圈内部，磁性底座的容纳腔朝上，将套有微型线圈的中柱放置于磁性底座的容纳腔内，形成组装体。
步骤C3，填粉热压，将组装体放入热压模具，将热压模具放入热压成型机内，在微型线圈、中柱和杯形坯体的组装体上方填入软磁合金粉材，热压成型并保压一段时间，随后经脱模、烘烤、固化后得到电感半成品。热压成型时所采用的热压压力为4t/cm2，保压时间150s，保温温度为180℃；烘烤固化温度为180℃，保温3h，最终获得电感半成品。
步骤C4，研磨，采用成型磨设备将电感半成品的第一引脚和第二引脚所在的粉材壁进行研磨，使两个引脚端头处的铜电极显露出来。
步骤C5，喷涂：采用恒温加热喷涂设备，在电感半成品表面包覆一层环氧树脂保护材料，然后烘烤使电感半成品表面的环氧树脂固化。烘烤条件为：在150℃下烘烤2h。
步骤C6，电极制作：采用激光剥漆设备将喷涂后的电感半成品的引脚端头处铜电极表面的环氧树脂保护材料和绝缘层剥除，使铜电极显露出来，然后在剥漆处电镀铜层、镍层和锡层，实现端电极引出，最终获得功率电感。
选取多组功率电感样品测试并记录各道工序的良率计算得到最终的直通率，对制得的功率电感利用阻抗分析仪测得样品在1V/1MHz条件下的平均电感值、平均直流电阻和平均饱和电流，测得的性能参数如表1、表2中所示。
实施例2
本实施例2通过常规的“T形坯体”对线圈进行定位，选用与实施例1中相同的软磁合金粉材及表面保护材料，线圈尺寸和制备工艺、电感成品的尺寸等参数均与实施例1的相同。
具体制备过程如图7-11、步骤B1-B5所示，包含以下步骤：
步骤B1、T形坯体制备：将软磁合金粉材装入预设结构和尺寸的T形模具中，在常温下进行冲压成型，脱模并放入烘箱中进行烘烤，得到具有一定强度的T形坯体。其中，压制T形坯体时所采用的冲压压力为6t/cm2，保压时间为1s；烘烤时，将T形坯体置于160℃带有升降温阶梯曲线的烘烤设备中烘烤0.5h，得到具有一定强度的T形坯体。
线圈制备：线圈的制备如实施例1中步骤A1-A5。
步骤B2、填粉热压：将T形坯体呈中柱朝上置于热压模具的模穴内，将线圈套设于T形坯体的中柱上，然后将热压模具置于热压成型机内，在T形坯体和线圈组合件上方填入软磁合金粉材，热压成型并保压一段时间，随后经脱模、烘烤、固化后得到电感半成品；其中，热压成型时所采用的热压压力为4t/cm2，保压时间150s，保温温度为180℃；烘烤固化温度为180℃，保温3h，最终获得电感半成品。
步骤B3、研磨：研磨工艺如实施例1中步骤C4。
步骤B4、喷涂：喷涂工艺如实施例1中步骤C5。
步骤B5、电极制作：电极制作工艺如实施例1中步骤C6。
采用与实施例1相同的性能测试设备和条件，对制得的电感样品的主要性能进行测试，测得的性能参数如表1、表2中所示。
对比例1
本对比例1采用现有的“T形坯体+绕线”的方式来制备功率电感，选用与实施例2中相同的软磁合金粉材及表面保护材料，T形坯体结构和尺寸、电感成品的尺寸等参数均与实施例2的相同。
具体包含以下步骤：
步骤S1、T形坯体制备：T形坯体的制备如实施例2中步骤B1。
步骤S2、绕线：采用自动绕线机在步骤B1中制得的T形坯体的中柱上精密绕制2.5匝规格为0.06mm×0.20mm的漆包线，并将两端引脚折弯贴合到T形坯体的底板背面，得到T形坯体与线圈的组合件。
步骤S3、填粉热压：将线圈与T形坯体的组合体呈中柱朝上置于热压模具的模穴内，并在模穴中组装体顶部的容置空间内填入软磁合金粉材，热压成型并保压一段时间，随后经脱模、烘烤、固化后得到电感半成品。热压参数如对比例1中步骤B2。
步骤S4、喷涂：喷涂工艺如实施例2中步骤B4。
步骤S5、电极制作：电极制作工艺如实施例2中步骤B5。
采用与实施例2相同的性能测试设备和条件，对制得的电感样品的主要性能进行测试，测得的性能参数如表1、表2中所示。
表1实施例1、实施例2和对比例1制得的功率电感的电感直通率
| 线圈工艺 | 线圈定位方式 | 电感直通率 | |
| 实施例1 | 切割成型 | 磁性底座+中柱定位 | 94％ |
| 实施例2 | 切割成型 | T形坯体定位 | 92％ |
| 对比例1 | 漆包线绕制 | T形坯体定位 | 65％ |
表2实施例1、实施例2和对比例1制得的功率电感的性能参数
综上，表1、表2包括实施例1、实施例2以及对比例1在功率电感制造工艺上的差别、电感直通率、最终制得的电感的平均电感量、平均直流电阻和平均饱和电流。
通过比较实施例1、实施例2和对比例1的制造工艺以及性能参数，可以看出，采用整体切割成型的方式来制备小尺寸线圈，相比传统的漆包线绕制工艺，能够大大提升线圈的良率，使得最终制备功率电感的产品直通率获得显著提升，大幅降低了生产制造成本，有利于小型化的发展；烧结或浇注而成的中柱具备更高的磁导率，在相同条件下具备更高的电感量，使功率电感的电感量具备更大的可选范围，有助于后续的电路设计；同时功率电感的直流电阻、饱和电流等性能充分满足使用需求。
通过切割成型的方式来制备线圈，实现了小尺寸、大横截面积线圈的批量化生产，提高生产效率；并且，线圈无需绕制，只需将线圈与磁体部的磁芯简单组合并压制便可充分满足电感器件的性能需求，在加工过程中线圈也不易变形损坏，有效解决了小尺寸粗线径线圈不易直接在电感磁芯上绕制的问题，更有利于电感小型化、大电流化的发展。
此外，采用磁性底座以及烧结或浇注而成的中柱对线圈进行定位，能够有效降低线圈在压制过程中的偏移量，进而降低电感的露铜率，使电感产品具备更高的可靠性；同时切割成型的线圈、烧结或浇注而成的中柱具备更佳的耐压强度，在热压成型过程中可选用更大的成型压力，有利于提高电感的致密度，进一步提升电感的综合性能。
以上仅为本发明较佳的实施例，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发明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 (11)
1.一种微型线圈，其特征在于，包括：
由一个第一线圈单元、至少一个第二线圈单元和一个第三线圈单元依次层叠而成；
所述第一线圈单元、所述第二线圈单元和所述第三线圈单元均为非闭合的环形；
所述第一线圈单元的第一端设置有第一引脚，所述第三线圈单元的第二端设置有第二引脚；
所述第一线圈单元的第二端和所述第二线圈单元的第二端均包括第一结合部；
所述第二线圈单元的第一端和所述第三线圈单元的第一端均包括第二结合部；
所述第一线圈单元、所述第二线圈单元和所述第三线圈单元中相邻的两个线圈单元通过所述第一结合部和所述第二结合部进行导电连接。
2.如权利要求1所述的一种微型线圈，其特征在于，所述第一结合部为凹槽，所述第二结合部为凸块，所述第一线圈单元、所述第二线圈单元和所述第三线圈单元中相邻的两个线圈单元通过所述第一结合部和所述第二结合部彼此嵌合连接。
3.如权利要求1所述的一种微型线圈，其特征在于，所述第一结合部和所述第二结合部均为平面结构，所述第一线圈单元、所述第二线圈单元和所述第三线圈单元中相邻的两个线圈单元的所述第一结合部和所述第二结合部之间设有锡焊层，所述相邻的两个线圈单元通过所述锡焊层实现导电连接。
4.如权利要求1所述的一种微型线圈，其特征在于，所述第一线圈单元非闭合处开口尺寸不小于所述第二线圈单元非闭合处开口尺寸；所述第三线圈单元非闭合处开口尺寸不小于所述第二线圈单元非闭合处开口尺寸。
5.如权利要求1所述的一种微型线圈，其特征在于，所述第一线圈单元、所述第二线圈单元以及所述第三线圈单元均为跑道型或者圆环型。
6.一种微型电感，其特征在于，包括：
磁体部，包覆如权利要求1-5任意一项所述的一种微型线圈；
所述微型线圈的第一引脚和第二引脚露出所述磁体部；
所述第一引脚和所述第二引脚处焊接有电极片。
7.如权利要求6所述的一种微型电感，其特征在于，所述磁体部包括：
第一磁芯，所述第一磁芯上放置所述微型线圈；
磁性包覆部，包覆所述第一磁芯和所述微型线圈；
所述磁体部由所述第一磁芯和所述磁性包覆部组合而成。
8.如权利要求6所述的一种微型电感，其特征在于，所述磁体部包括：
第二磁芯，所述第二磁芯上放置所述微型线圈；
磁性底座，所述磁性底座开设有容纳腔，所述容纳腔内放置带有所述微型线圈的所述第二磁芯，所述容纳腔开设有将所述第一引脚引出所述磁性底座的第一缺口和将所述第二引脚引出所述磁性底座的第二缺口；
磁性覆盖部，覆盖所述第二磁芯、所述微型线圈和所述容纳腔；
所述磁体部由所述第二磁芯、所述磁性底座和所述磁性覆盖部组合而成。
9.一种微型线圈的制备方法，其特征在于，用于制备如权利要求1-5任意一项所述的一种微型线圈，包括：
步骤A1，获取金属板材；
步骤A2，对所述金属板材进行切割形成所述第一线圈单元的坯体、至少一个所述第二线圈单元的坯体和所述第三线圈单元的坯体；
步骤A3，分别在所述第一线圈单元的坯体、所述第二线圈单元的坯体、所述第三线圈单元的坯体表面形成绝缘层；
步骤A4，将第一线圈单元的坯体上预定作为第一结合部的区域的绝缘层剥除形成第一线圈单元，将第二线圈单元的坯体上预定作为第一结合部和第二结合部的区域的绝缘层剥除形成第二线圈单元，将第三线圈单元的坯体上预定作为第二结合部的区域的绝缘层剥除形成第三线圈单元；
步骤A5，将所述第一线圈单元、至少一个所述第二线圈单元和第三线圈单元依次层叠，所述第一线圈单元、所述第二线圈单元和所述第三线圈单元中相邻的两个线圈单元通过所述第一结合部和所述第二结合部进行导电连接，形成所述微型线圈。
10.一种微型电感的制备方法，其特征在于，用于制备如权利要求6-8任意一项所述的一种微型电感，包括：
步骤B1，提供第一磁芯和如权利要求1-5任意一项所述的一种微型线圈，将所述微型线圈和所述第一磁芯进行组装形成组装体；
步骤B2，将所述组装体放置于热压模具中的模穴中，向所述模穴内填入软磁合金粉材后进行热压，脱模后烘烤固化，形成电感半成品；
步骤B3，对所述电感半成品的侧壁进行研磨使所述第一引脚和所述第二引脚裸露出来；
步骤B4，在所述电感半成品的表面涂覆绝缘树脂；
步骤B5，剥除所述第一引脚和所述第二引脚处的绝缘树脂并镀上电极片，形成微型电感。
11.一种微型电感的制备方法，其特征在于，用于制备如权利要求6-8任意一项所述的一种微型电感，包括：
步骤C1，提供第二磁芯、磁性底座和如权利要求1-5任意一项所述的一种微型线圈，所述磁性底座开设有容纳腔，所述容纳腔开设有第一缺口和第二缺口；
步骤C2，将所述微型线圈套设于所述第二磁芯后一起放入所述容纳腔中，所述第一引脚从所述第一缺口引出，所述第二引脚从所述第二缺口引出，形成组装体；
步骤C3，将所述组装体放置于热压模具中的模穴中，向所述模穴内填入软磁合金粉材后进行热压，脱模后烘烤固化，形成电感半成品；
步骤C4，对所述电感半成品的侧壁进行研磨使所述第一引脚和所述第二引脚裸露出来；
步骤C5，在所述电感半成品的表面涂覆绝缘树脂；
步骤C6，剥除所述第一引脚和所述第二引脚处的绝缘树脂并镀上电极片，形成微型电感。
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