CN1307661C - 带有线圈末端的电子元件磁芯 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种表面安装电子元件的磁芯组件(10)。这种磁芯组件包括导磁材料制造的磁芯(12)和至少一个嵌入所述磁芯内的导电线圈末端(26、28)。
Description
本申请要求享有2001年9月28日提交的美国临时专利申请No.60/325,603的优先权。
技术领域
本发明总体上涉及包括磁芯的表面安装电子元件的制造，具体地涉及表面安装电感器的制造。
背景技术
在高度竞争性的电子制造业中，电气元件制造工艺被仔细审察已成为降低成本的一种方法。当所制造的元件是低成本和产量大的元件时，降低制造成本非常希望实现。产量大的元件的制造成本的任何降低当然都是十分重要的。制造成本在本文指的是材料成本和人工成本，而且制造成本的降低对消费者和生产商都是有益的。
许多电气元件如变压器和电感器包括至少一个布置在磁芯周围的绕组。例如，至少一种电感器包括围绕环形铁磁芯缠绕的导电金属线圈，线圈的各端包括将电感器连接到电路的引线。当元件尺寸减小时，尤其是对于表面安装元件来说，线圈引线很容易损坏而难以连接到线路上。因此，在一种电感器中，例如用粘合剂将磁头组件粘结到磁芯上，而线圈引线缠绕在磁头组件的末端使线圈更加容易连接到外部电路。除了应用和固化粘结剂所需的时间及成本以外，粘接在磁芯中产生的应力使磁芯的磁导率减小，从而降低磁芯使用时可取的性能。虽然磁芯磁导率的减小可以通过额外增加线圈匝数对受影响的磁芯性能加以补偿，但从制造的观点看来这不是一种有效的解决方法。
还有，当使用自动化设备来安装元件时，比如应用表面安装的场合，在由自动化的设备处理中，通常需要额外的外部元件来保护线圈引线和末端组件。这些元件进一步增加了制造成本。
发明内容
一方面，本发明提供了一种用于表面安装电子元件的磁芯组件。这种磁芯组件包括导磁材料制造的磁芯和至少一个嵌入所述磁芯内的导电线圈末端，所述导电线圈末端构造为用于接收一引线。
在另一方面，本发明提供了一种表面安装电气元件。这种电气元件包括铁磁芯以及缠绕在所述磁芯上的线圈，其中所述磁芯包括至少一个整体形成的导电线圈末端。所述线圈包括至少一个引线，引线连接到所述至少一个导电线圈末端。
在另一方面，本发明提供了一种表面安装电气元件。这种元件包括一个铁磁芯和缠绕在所述磁芯的线圈，磁芯中有孔和至少一个预先设置在所述磁芯的整体形成的导电线圈末端；柔韧插头从所述磁芯延伸并包括构成表面安装技术装置的接合面的上平面表面。所述线圈包括有至少一个连接到所述至少一个导电线圈末端的引线。
在另一方面，本发明提供了一种用来装配包括磁芯和缠绕在磁芯上线圈的表面安装电气元件的方法，所述线圈包括至少一引线。这种方法包括以下步骤：提供磁芯，其包括至少一个预先设置于其中的整体形成的线圈末端；将线圈缠绕在磁芯上；和将至少一个引线连接到所述至少一个线圈末端。
在又一方面，本发明提供了一种安装包括磁芯和缠绕在磁芯的线圈的表面安装电气元件的方法。这种方法包括以下步骤：提供磁芯，其包括预先设置于其中的第一和第二线圈末端；将线圈缠绕在磁芯上，所述线圈包括第一和第二引线；将第一线圈引线连接到第一线圈末端，将第二线圈引线连接到第二线圈末端；和将柔韧插头连接到所述磁芯。所述插头包括外平面表面，利用该插头的外平面表面使导电线圈末端定位成与印刷线路板的导电部分接触以表面安装该电气元件到线路板上，从而建立通过所述线圈的电连接。
在本发明的一个说明性实施例中，环形磁芯和线圈组件包括整体设置在磁芯的线圈末端，能够快速和简单地连接线圈引线而不需要外部元件及相关的粘结过程。线圈末端包括具有特定形状的表面以引导线圈引线并使引线与末端的连接更加容易。因此基本上避免了磁芯上会降低可取的磁特性的应力以及为了补偿降低的特性所需要的额外的线圈匝数，从而进一步减少制造成本。此外，通过插入一个包括平面表面的柔韧插头，这种磁芯和线圈组件很容易被自动化设备容纳，因此很容易用表面安装技术组装设备进行真空夹取。
附图说明
图1是根据本发明的环形磁芯和线圈组件一部分的顶视平面图；和
图2是图1所示环形磁芯和线圈组件的侧面图。
具体实施方式
图1是根据本发明的环形磁芯和线圈组件10一部分的顶视平面图。在实施例中，已经发现这种磁芯和线圈组件在广泛用于各种电路的电感器件制造中具有许多优点。但是应当认识到本发明的这些优点同样适用于采用这种磁芯和线圈组件的其它类型的部件如变压器。因此，本发明的优点广泛适用于包括环形磁芯和线圈组件的电子元件，在此所作的介绍只是为了说明而不是用来将本发明限制于任何特定类型的电子元件或任何特定的最终用途。
组件10包括磁芯12和线圈14。在实施例中，根据本技术领域已知的技术，磁芯12是用已知的导磁材料如铁氧体制成，并包括由小间隙20隔开的两个基本上类似的半体16、18。磁芯半体16、18中的每一个半体形成环形形状，如本技术领域专业人员熟知的。在各实施例中，磁芯12可用导电和不导电的铁磁性材料制成，以满足特定的性能目标。在另外的实施例中，磁芯12可以具有本技术领域专业人员熟知的其它形状，包括但不限于E形磁芯和矩形磁芯，而同时可以实现本发明的优点。
在实施例中，线圈14用已知的导电材料制成并包括在磁芯半体16、18表面延伸的许多匝导线以实现所要求的效果，比如为了线圈和磁芯组件10的某一选定的最终用途所要求的感应系数值。在说明性实施例中，线圈14根据巳知技术用导电金属丝制成，并包括位于线圈14两端的第一引线22和第二引线24。如本技术领域的专业人员所知道的，电感器中磁芯和线圈组件10的感应系数值部分取决于金属丝类型、线圈的金属丝匝数、以及丝直径。因此，对于不同的实际应用，电感器10的感应系数额定值可以有很大变化。
根据已知的方法和技术，形成线圈14的金属丝可以涂有搪瓷涂层等类似的物质以改进线圈14的结构和功能特征。
与传统磁芯不同，磁芯12的每个磁芯半体16、18包括整体形成的导电末端26、28，使得相应线圈引线22、24的连接更加容易。在说明性实施例中，末端26、28用已知的导电材料制成并在磁芯半体16、18的制造过程中嵌入磁芯12内，提供包括线圈末端26、28的预制磁芯12。在不同的实施例中，末端26、28可以在制造过程的不同阶段加到磁芯12上。比如，末端26、28可以在磁芯生产的较早阶段加入，或者末端26、28在铁氧体磁芯12已经完成之后的较晚阶段通过例如已知的印刷、丝印和电镀技术等施加。
通过省去已知的磁芯和线圈组件中传统的外部线圈末端部件以及相关的耗时粘结过程，末端26、28简化了线圈14与磁芯12的连接。此外，还避免了传统方法中使用额外的线圈14匝数来补偿由于将线圈末端部件粘结到磁芯上而引起磁芯的磁导率减小。因此，与已知的环形磁芯和线圈组件相比，磁芯和线圈组件10的材料成本及装配成本减小，从而降低总的制造成本。当然，在磁芯和线圈组件10用于产量大的表面安装场合时，这些成本降低十分重要。
在说明性实施例中，每个末端26、28分别包括凹面30、32，凹面大致上分别位于凸缘34、36之间的中央。于是，线圈引线22、24可以由凸缘36、34引导到凹面30、32中，将引线22、24连接到线圈末端26、28。然而，应当认识到在不违背本发明范围的情况下，末端26、28在其它实施例中可以有另外的形状。另外，虽然所示末端26、28相对于每个磁芯半体16、18处于大致上中间位置，但是在不脱离本发明范围的情况下，末端也可以根据需要位于磁芯半体16、18的其它位置。
在另一个实施例中，可以根据需要用绝缘材料(图1中未示出)使末端26、28与磁芯半体16、18绝缘。
应当认识到根据特定的最终用途的需要可以将额外的部件如防护罩用于磁芯和线圈组件10。这类防护罩和部件例如可以用来控制磁芯和线圈组件使用时的电磁场，以减小电磁场对周围环境的影响。由于这些部件的细节在本技术领域中认为是公知的，而且一般来说超出了本发明的范围，所以不对这些部件做进一步讨论。
虽然所示实施例包括一个绕组14和两个在磁芯12中整体形成的线圈末端26、28，但是应当认识到另一可供选择的实施例可以使用一个以上的绕组和两个以上的末端，同样能实现本发明的优点。例如，可以使用初级绕组和次级绕组，并分别带有相应的线圈末端对26、28，使初级绕组和次级绕组引线的连接更加容易。通过在这一实施例中对初级和次级绕组的匝数进行适当选择，借助于预先在磁芯半体中形成的线圈末端可以降低升压或降压变压器的制造成本。应当知道对于特定的应用可以根据需要采用未在此介绍或示出的其它部件以提供令人满意的变压器。由于这些部件的细节在本技术领域中也被认为是公知的而且一般都超出了本发明的范围，所以不对这些部件做进一步讨论。
图2是环形磁芯和线圈组件10的侧面图，示出了缠绕在磁芯12的线圈14和连接到线圈末端28的线圈引线24。引线24位于凸缘36之间的末端凹面32中并通过已知技术连接到末端28，所述已知技术包括但不限于钎焊方法及工艺。由于末端26(在图1中示出)和28预先设置在磁芯12中，所以可以省去将外部末端部件粘结到磁芯12的高成本的制造步骤。相反地，线圈引线可以简单和方便地连接到末端26和28。接着可以通过末端26和28将组件10表面安装到印刷线路板(未示出)上，以构成使线圈14连接到线路板中电路的导电路径。或者，可以将其它连接导线(未示出)连接到末端26、28以形成末端26、28和线圈引线22、24之间的电连接而完成通过组件10的电路。
而且，还可以避免因粘结和外部末端部件施加在磁芯12上产生的外应力，从而以较少的线圈匝数就可以保持磁芯的磁特性并提供与传统磁芯和线圈组件可比的性能。
应当认识到可以在磁芯12的每侧(即，图2中磁芯12的左右侧)采用与末端26、28类似的附加末端以形成对称的磁芯12，其对称平面沿径向通过磁芯12的中心。这样，在磁芯12的两侧布置末端可以避免因只在一例设置末端而需要对磁芯半体进行的特殊操作(例如，导体侧向上或导体侧向下的精确定位)。
另一方面，与磁芯12整体形成的末端26、28使组件10的表面安装更加容易，在用已知的表面安装技术(SMT)装配装置(未示出)进行处理时，不需要安装在末端上的保护性部件来保护线圈引线22、24。通常，较小的电感器和变压器很难与表面安装技术设备的真空式夹取器配合。但是，通过将圆柱形插头40(在图2中用虚线表示)插入环形磁芯12的内孔42(在图1中示出)，能够形成容易被表面安装技术设备的真空式夹取器容纳的平面表面44。在一实施例中，插头40是用已知有回弹力的和易挠曲的柔韧材料制成，能够插入和拔出孔42而不会损坏磁芯12或线圈14。在另一实施例中，插头40以液态或粘性的的形式加入孔42中，然后适当硬化或固化形成具有平面表面44的插头40。应当认识到在此实施例中，插头40不用从孔口44中拔出，而且插头的平面表面44基本上与线圈表面平齐延伸，这样具有额外的好处或可以减小部件尺寸。
因此，借助于插头的平面表面44，能够快速和精确地将大量组件10安装在印刷线路板上且不会损坏组件10。
应当认识到平面表面44可以在组件10任一侧的内孔42中延伸，而且可以根据安装需要从组件10向外或向内延伸，包括大体上齐平的布置方式。
综上所述，磁芯和线圈组件10提供了一种能够满足要求的环形磁芯和线圈，具有简化的结构和降低的制造成本。
虽然已经根据特定实施例对本发明作了介绍，但是所属领域的技术人员应当认识到在所附权利要求的精神和范围内可以对本发明进行修改。
Claims (21)
1.一种表面安装电子元件的磁芯组件，所述磁芯组件包括：
导磁材料制成的磁芯；和
至少一个嵌入所述磁芯内的导电线圈末端，所述导电线圈末端构造为用于接收一引线。
2.根据权利要求1所述的磁芯组件，其特征在于，所述表面安装电子元件是电感器。
3.根据权利要求2所述的磁芯组件，其特征在于，所述电感器是环形电感器。
4.根据权利要求3所述的磁芯组件，其特征在于，所述磁芯包括第一磁芯半体、第二磁芯半体以及其间的间隙，所述至少一个导电线圈末端位于所述第一磁芯半体或所述第二磁芯半体。
5.根据权利要求1所述的磁芯组件，其特征在于，所述至少一个导电线圈末端包括第一凸缘、第二凸缘以及在所述第一凸缘和所述第二凸缘之间的凹面，所述引线被接收在所述凹面中。
6.根据权利要求1所述的磁芯组件，其特征在于，所述磁芯包括穿过其中的孔口，所述磁芯组件还包括至少部分通过所述孔口的插头，所述插头包括适合表面安装技术装置的平表面。
7.根据权利要求6所述的磁芯组件，其特征在于，所述磁芯是包括穿过其中的内孔的环形磁芯，所述插头包括穿过所述内孔的圆柱形插头。
8.根据权利要求7所述的磁芯组件，其特征在于，所述插头用柔韧材料制成。
9.一种表面安装电气元件，包括：
铁磁芯，包括至少一个整体形成的导电线圈末端；和
缠绕在所述磁芯的线圈，所述线圈包括至少一引线，所述引线连接到所述至少一个导电线圈末端。
10.根据权利要求9所述的表面安装电气元件，其特征在于，所述至少一个导电线圈末端包括第一凸缘、第二凸缘以及在所述第一凸缘和所述第二凸缘之间的凹面，所述线圈引线连接到所述凹面。
11.根据权利要求9所述的表面安装电气元件，其特征在于，所述元件是电感器，所述磁芯包括第一磁芯半体、第二磁芯半体以及其间的间隙，所述至少一个导电线圈末端预先设置在所述第一磁芯半体或所述第二磁芯半体。
12.根据权利要求11所述的表面安装电气元件，其特征在于，所述磁芯包括环形磁芯。
13.根据权利要求9所述的表面安装电气元件，还包括连接到所述磁芯的柔韧插头。
14.根据权利要求13所述的表面安装电气元件，其特征在于，所述磁芯包括在其中的孔口，所述插头穿过所述孔口。
15.根据权利要求14所述的表面安装电气元件，其特征在于，所述插头包括上平面表面，从而提供了表面安装技术装置的接合面。
16.一种表面安装电气元件，包括：
铁磁芯，包括在其中的孔口和至少一个预先设置在所述磁芯的整体形成的导电线圈末端；
缠绕在所述磁芯的线圈，所述线圈包括至少一引线，所述至少一引线连接到所述至少一个导电线圈末端；和
从所述磁芯延伸的柔韧插头，包括构成表面安装技术装置的接合面的上平面表面。
17.根据权利要求16所述的表面安装电气元件，其特征在于，所述磁芯是环形磁芯。
18.根据权利要求17所述的表面安装电气元件，其特征在于，所述环形磁芯包括第一磁芯半体、第二磁芯半体以及在所述第一磁芯半体和所述第二磁芯半体之间的间隙。
19.一种装配包括磁芯和绕所述磁芯缠绕的线圈的表面安装电气元件的方法，所述线圈包括至少一引线，所述方法包括以下步骤：
提供磁芯，包括至少一个预先设置在其中的整体形成的线圈末端；
所述线圈缠绕在所述磁芯上；和
将所述至少一引线连接到所述至少一个线圈末端。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述提供磁芯的步骤包括提供包括第一磁芯半体和第二磁芯半体的环形磁芯，所述第一磁芯半体和第二磁芯半体各包括线圈末端。
21.一种安装包括磁芯和绕所述磁芯缠绕的线圈的表面安装电气元件的方法，所述线圈具有第一和第二引线，所述方法包括以下步骤：
提供磁芯，包括预先设置在其中的第一和第二线圈末端；
将所述线圈缠绕在所述磁芯上；
将所述第一线圈引线连接到所述第一线圈末端；
将所述第二线圈引线连接到所述第二线圈末端；
将柔韧插头连接到所述磁芯，所述插头包括外平面表面；和
利用所述插头的所述外平面表面将用于表面安装的所述导电线圈末端定位到印刷线路板的导电部分，从而建立通过所述线圈的电连接。
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