CN117558547A - 电感及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种电感制备方法。所述方法包括：提供磁性粉末、线圈以及模具，所述模具包括加压部、模压部以及抵压部；放置所述磁性粉末以及所述线圈于所述模压部与所述抵压部构成的空间内，并使所述线圈被所述磁性粉末包围；加热所述模具和/或所述抵压部至第一温度，加热所述加压部至第二温度，所述第二温度大于所述第一温度；利用所述加压部向包覆所述线圈的所述磁性粉末施加第一压力并维持第一时间段，得到模压块体；撤回所述加压部以脱模，并对所述模压块体执行后处理操作，以得到所述电感。

Description

电感及其制备方法

技术领域

本申请涉及电子信息领域，特别是涉及一种电感制备法，以及以上述方法制备得到的电感。

背景技术

随着现代集成电路设计及制造工艺、芯片设计及制造工艺、机器人自动化制造技术、电子元器件技术以及互联网应用的发展，智能化已经成为信息社会乃至下一代工业技术革命的主流技术趋势。当前，各种具有智能运算功能的负载(包含传感器)在快速地改造着传统行业及人类的生存状态，把人与人、物与物、人与物相互连接起来。

电感作为现代电力电子领域的关键器件之一被广泛应用在以上领域中，其中功率电感因其具有高储能密度而被广泛应用于各种电力变换中，如交流到直流转换、直流到直流转换，因此也形成了形式多样的电感，例如功率因数校正电感、扼流圈电感、模压电感等等。

通常制备这类模压电感的工艺是温压压制，即将模具加热到由软磁金属粉末和热固性树脂构成的复合粉末中的热固性树脂固化所需温度并结合一定的压制力同时完成致密化和树脂固化。但是，在该类产品生产时经常遇到脱模的问题，主要表现是脱模后加压部件上残留粉末或多余的树脂，继续生产过程会进一步加剧该现象，因此改善模压电感温压制备工艺的脱模效果是该类产生活动的一个关键问题。

发明内容

本申请实施例所要解决的技术问题在于，模压电感在制备过程中加压部件在脱模后易残留树脂影响后续工艺。

为了解决上述问题，本申请提供了一种电感制备方法，所述包括：提供磁性粉末、线圈以及模具，所述模具包括加压部、模压部以及抵压部；放置所述磁性粉末以及所述线圈于所述模压部与所述抵压部构成的空间内，并使所述线圈被所述磁性粉末包围；加热所述模具和/或所述抵压部至第一温度，加热所述加压部至第二温度，所述第二温度大于所述第一温度；利用所述加压部向包覆所述线圈的所述磁性粉末施加第一压力并维持第一时间段，得到模压块体；撤回所述加压部以脱模，并对所述模压块体执行后处理操作，以得到所述电感。

在一个可行的实现方式中，根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一温度为120-200℃，所述第二温度超过所述第一温度30℃-80℃。

在一个可行的实现方式中，第一温度为150-180℃，所述第二温度超过所述第一温度30-50℃

在一个可行的实现方式中，所述第一压力为100-300MPa，所述第一时间段为30-180秒。

在一个可行的实现方式中，所述第一压力为120-250MPa，所述第一时间段为50-100秒。

在一个可行的实现方式中，所述磁性粉末至少基于软磁金属粉末以及树脂获取。

在一个可行的实现方式中，所述软磁金属粉末包括以下至少一种：羰基铁粉、还原铁粉、雾化铁粉、铁硅合金粉末、铁硅铝合金粉末、铁硅铬合金粉末、铁镍合金粉末、铁基非晶软磁粉末、铁基非晶纳米晶粉末和坡莫合金软磁合金粉末。

在一个可行的实现方式中，所述树脂包括以下至少一种：环氧树脂及其改性物、聚酯树脂及其改性物、乙烯基酯树脂及其改性物、双马来酰亚胺树脂及其改性物、聚酰亚胺树脂及其改性物、氰酸酯树脂及其改性物和硅树脂及其改性物。

在一个可行的实现方式中，所述磁性粉末还基于所示树脂的固化剂得到。

本申请还提供一种电感，所述电感由以上任一方法制备。

实施本申请，可以利用温度高促进树脂反应的原理以及压力提高产品致密度并同时提高热传导速度的原理，在加压时使与较高温度的加压部件接触的复合粉末在时间上优先开始固化反应，提升致密度，在整个温压过程完毕后易与加压部件脱离，而不粘上粉末或树脂。

附图说明

图1是根据本申请的一些实施例所示的电感制备的示例性流程图；

图2是根据本申请的一些实施例所示的模具的示例性结构示意图；以及

图3A是根据本申请的一些实施例所示的模具在电感制备过程中的示例性使用状态图；以及

图3B是根据本申请的一些实施例所示的模具在电感制备过程中的另一示例性使用状态图。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本申请一些实施例公开了一种电感制备方法。所述方法的描述可以参考图1。图1是根据本申请一些实施例所示的电感制备方法的示例性流程图。如图1所示，流程100可以包括以下操作。

步骤110，提供磁性粉末、线圈以及模具。

在一些实施例中，所述磁性粉末可以是至少由软磁金属粉末以及树脂经过一系列处理后所得到。所述软磁金属粉末可以是羰基铁粉、还原铁粉、雾化铁粉、铁硅合金粉末、铁硅铝合金粉末、铁硅铬合金粉末、铁镍合金粉末、铁基非晶软磁粉末、铁基非晶纳米晶粉末、坡莫合金软磁合金粉末的至少一种，可以通过金属粉末制造设备对金属原料进行处理后得到。例如，使用羰基还原法、水雾化、气雾化、机械造粒等方法制备所述软磁金属粉末。

在一些实施例中，所述软磁金属粉末可以是经过绝缘处理的，例如，所述软磁金属粉末可以经过成膜处理后在表面形成一层绝缘层。示例性的，该成膜处理可以是将成膜剂与所述软磁金属粉末进行混合、搅拌、烘烤、过筛等操作。完成后所述软磁金属粉末表面可以被包裹有绝缘层。成膜溶剂可以是由成膜剂和溶剂组成。成膜剂可以包括具有氧化能力的无机酸或无机酸盐中的一种或以上的混合物。例如，所述成膜剂可以包括磷酸或磷酸盐比如磷酸二氢铝、磷酸二氢锰、磷酸二氢锂、磷酸二氢钠等、硝酸及硝酸盐、硼酸及硼酸盐、铬酸或铬酸盐、硅酸或硅酸盐、铝酸或铝酸盐、高锰酸或高锰酸盐等。溶剂可以是水、丙酮、乙醇等。所述成膜处理还可以是采用电化学法比如电镀、电化学腐蚀等。由于绝缘层是共价键或离子键化合物，所以其具有良好的绝缘特性及耐热特性，以满足模压电感使用过程的耐热老化及耐电压击穿的要求。

在一些实施例中，所述树脂可以包括热固性树脂。示例性的，所述树脂可以包括环氧树脂及其改性物、聚酯树脂及其改性物、乙烯基酯树脂及其改性物、双马来酰亚胺树脂及其改性物、聚酰亚胺树脂及其改性物、氰酸酯树脂及其改性物、硅树脂及其改性物等或其任意组合。

在一些实施例中，所述磁性粉末还可以包括其他组分，例如，固化剂。所述固化剂可以用于在方法100的后续步骤中，例如，加压成型，能够使所述树脂固化成型。示例性的固化剂可以包括芳香族多胺、酸酐、甲阶酚醛树脂、氨基树脂、双氰胺、酰肼等。

所述磁性粉末的示例性制备过程可以如下所述：将树脂加入到溶剂中例如丙酮中进行搅拌混合均匀后，再加入经过绝缘处理后的软磁金属粉末继续搅拌均匀得到一混合金属粉末。将该混合金属粉末经过烘烤过筛后，可以得到所述磁性粉末。过筛后所述磁性粉末的体积平均粒径D50可以是80-300μm。可选地或优选地，所述磁性粉末的体积平均粒径D50可以是85-290μm。可选地或优选地，所述磁性粉末的体积平均粒径D50可以是90-280μm。可选地或优选地，所述磁性粉末的体积平均粒径D50可以是95-270μm。可选地或优选地，所述磁性粉末的体积平均粒径D50可以是100-260μm。可选地或优选地，所述磁性粉末的体积平均粒径D50可以是100-250μm。

在一些实施例中，所述线圈可以由导电金属线进行螺旋盘绕后得到的，用于在电感使用时产生磁场。示例性的，所述线圈可以由铜、铝、钛、锆、钽、镍、钼等金属组成的金属线绕制而成。所述线圈还可以包括一外保护层。该外保护层可以是包覆导电金属线的一绝缘材料，用于实现绝缘以及保护导电金属线的功能。例如，所述线圈可以由漆包线组成。在一些实施例中，所述线圈的漆包线上还可以涂覆有一层磁胶粉。该磁胶粉可以是市售的，由可流动的树脂和具有磁性的粉末混合而成。该涂层的厚度可以是3.0-15μm。

在一些实施例中，所述模具可以是用于执行电感模压成型的设备。可以参考图2，图2是根据本申请一些实施例所示的模具的示例性结构图。如图2所示，模具200包括加压部210、模压部220以及抵压部230。加压部210、模压部220以及抵压部230相互配合可以得到一模压成型型腔。例如，模压部220可以是一两端开口且中空的部件，其中空部分240的形状可以是圆柱体、棱柱体等。如图2中所示，模压部220的中空部分240可以是一顶面为矩形的直四棱柱。加压部210以及抵压部220可以分别与两端开口匹配。例如，模压部220的两端开口的大小与加压部210以及抵压部230的大小相同，两者可以无障碍的从模压部220的中空部分240通过。加压部210和/或抵压部230可以用于实现施加压力和/或固定抵压的功能。例如，加压部210可以向需加压的对象施加压力，抵压部230可以是处于固定位置用于向需要加压的对象施加应对压力的抵抗力，以使该对象承受加压。

步骤120，放置所述磁性粉末以及所述线圈于所述模具与所述抵压部构成的空间内。

在一些实施例中，所述模具和所述抵压部可以进行配合以形成所述空间。如图2所示，抵压部230可以先从模压部220的下端进入模压部220的内部，到达预定位置后停止，构成一个一端开口的容纳腔。该容纳腔即为所述空间。所述磁性粉末和所述线圈可以被放置在所述空间内。所述线圈的放置位置可以是预先设定并在放置后被固定，以保证线圈与所述模压部220的中空内壁的距离均匀。在所述线圈被放置后，可以将所述磁性粉末送入所述空间内，以使所述线圈埋入所述磁性粉末内部，由所述磁性粉末包裹。

步骤130，分别加热所述模具和所述抵压部至第一温度，所述加压部至第二温度。

在一些实施例中，所述第一温度可以是120-200℃。可选地或优选地，所述第一温度可以是125-196℃。可选地或优选地，所述第一温度可以是130-193℃。可选地或优选地，所述第一温度可以是135-190℃。可选地或优选地，所述第一温度可以是140-186℃。可选地或优选地，所述第一温度可以是145-183℃。可选地或优选地，所述第一温度可以是150-180℃。所述第二温度可以大于所述第一温度30-80℃。在一些实施例中，所述第二温度可以超过所述第一温度30℃-80℃。可选地或优选地，所述第二温度可以超过所述第一温度30℃-75℃。可选地或优选地，所述第二温度可以超过所述第一温度30℃-70℃。可选地或优选地，所述第二温度可以超过所述第一温度30℃-65℃。可选地或优选地，所述第二温度可以超过所述第一温度30℃-60℃。可选地或优选地，所述第二温度可以超过所述第一温度30℃-55℃。可选地或优选地，所述第二温度可以超过所述第一温度30℃-50℃。

步骤140，利用所述加压部向包覆所述线圈的所述磁性粉末施加第一压力并维持第一时间段。

参考图3A和图3B，图3A和图3B是根据本申请一些实施例所示的模具在电感制备过程中的示例性使用原理图。流程100中步骤110至步骤130执行完毕后，模具200的状态可以如图3A所示，线圈和磁性粉末已经被放置在由模压部220和抵压部230构成的空间内。当步骤140被执行时，加压部210可以沿图中箭头方向运动，向包裹所述线圈的磁芯粉末加压。磁性粉末受到压力后可以被压实，以形成电感的磁芯。在一些实施例中，所述加压部向包覆所述线圈的所述磁性粉末施加第一压力可以是100-300MPa。可选地或优选地，所述第一压力可以是105-290MPa。可选地或优选地，所述第一压力可以是110-280MPa。可选地或优选地，所述第一压力可以是115-270MPa。可选地或优选地，所述第一压力可以是120-260MPa。可选地或优选地，所述第一压力可以是120-250MPa。所述第一时间段可以是30-180秒。可选地或优选地，所述第一时间段可以是35-160秒。可选地或优选地，所述第一时间段可以是40-140秒。可选地或优选地，所述第一时间段可以是45-120秒。可选地或优选地，所述第一时间段可以是50-100秒。步骤140被执行时，也就是所述加压部施加并维持压力时，模具200的状态可以如图3B所示。磁芯粉末被压实形成了图3B中阴影部分表示的块状物，也就是所述模压块体。

步骤150，撤回所述加压部以脱模，并对获取的模压块体执行后处理操作，以获取所述电感。

在一些实施例中，当施压时间结束后，也就是利用所述加压部施加第一压力的第一时间段结束后，所述加压部可以被撤回。继续参考图3B，加压部210可以如图中所示的箭头方向移动，以脱离模压部220的中空部分。此过程也可以被称为脱模。随后，抵压部230也可以如图中所示的箭头方向移动，以将所述模压块体从模压部220中顶出。

所述模压块体从所述模具中取出后，可以被执行后处理操作。所述后处理操作可以包括二次固化。示例性的，所述模压块体可以被放入干燥箱中继续干燥。干燥箱中的温度可以在80-200℃之间。可选地或优选地，干燥箱中的温度可以是120-180℃。干燥时间可以是1-24小时。可选地或优选地，干燥时间可以是6-24小时。干燥箱内可以抽真空，或是通入保护气体，可以保证所述模压块体的完全固化的同时不发生氧化反应影响产品性能。在所述后处理操作完成后，电感的制备过程结束，可以得到最终的产品。

以下通过实施例对本方案进行进一步的说明，同时以印证本申请技术方案的技术效果。

实施例

下面结合附图和实施例对本申请作进一步详细的说明。以下实施例仅用于说明本申请而不用于限制本申请请求保护的范围。实施例1

原材料选用江苏天一的羰基铁粉钝化粉RZEL，D50＝5um，树脂选用台湾永宽181A环氧树脂以及固化剂181B，两者比例是2:1，树脂配方重量比是磁性粉末的3.0％，模压电感温压成形的温度是170℃，成型压力是2.5吨/cm2，保压时间90s，上冲头温度分别是170℃、180℃、190℃、200℃、210℃、220℃、230℃，结果如表1所示。

表1模压后残留物出现次数测试

根据表1结果分析，将上充头温度提高后可有效改善粘膜的发生次数，当达到180℃及以上温度时已经可以满足连续24小时作业的要求。当温度高于200℃时会造成作业温度太高导致的设备预热时间长、模次之间的温度波动大等不利的工艺问题，因此最佳的上冲头工作温度在180-200℃；

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种电感的制备方法，其特征在于，所述方法包括：

提供磁性粉末、线圈以及模具，所述模具包括加压部、模压部以及抵压部；

放置所述磁性粉末以及所述线圈于所述模压部与所述抵压部构成的空间内，并使所述线圈被所述磁性粉末包围；

加热所述模压部和/或所述抵压部至第一温度，加热所述加压部至第二温度，所述第二温度大于所述第一温度；

利用所述加压部向包覆所述线圈的所述磁性粉末施加第一压力并维持第一时间段，得到模压块体；

撤回所述加压部以脱模，并对所述模压块体执行后处理操作，以得到所述电感。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一温度为120-200℃，所述第二温度超过所述第一温度30℃-80℃。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，第一温度为150-180℃，所述第二温度超过所述第一温度30-50℃。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一压力为100-300MPa，所述第一时间段为30-180秒。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一压力为120-250MPa，所述第一时间段为50-100秒。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，所述磁性粉末至少基于软磁金属粉末以及树脂得到。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述软磁金属粉末包括以下至少一种：羰基铁粉、还原铁粉、雾化铁粉、铁硅合金粉末、铁硅铝合金粉末、铁硅铬合金粉末、铁镍合金粉末、铁基非晶软磁粉末、铁基非晶纳米晶粉末和坡莫合金软磁合金粉末。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述树脂包括以下至少一种：环氧树脂及其改性物、聚酯树脂及其改性物、乙烯基酯树脂及其改性物、双马来酰亚胺树脂及其改性物、聚酰亚胺树脂及其改性物、氰酸酯树脂及其改性物和硅树脂及其改性物。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述磁性粉末还基于所示树脂的固化剂得到。

10.一种电感，其特征在于，所述电感由如权利要求1-9中任一项所述的方法制备。