CN1548494A - 防止电磁干扰的环氧树脂胶体及防止电磁干扰的电感组件 - Google Patents
防止电磁干扰的环氧树脂胶体及防止电磁干扰的电感组件 Download PDFInfo
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Abstract
一种防止电磁干扰环氧树脂胶体及其制备以及应用于电感组件的发明,利用已经烧结完成的铁氧磁体粉末经过研磨过程将粉末细致化,然后添加少许环氧树脂作为粘结剂,铁氧磁体含量90-85%,环氧树脂10-15%,该铁氧磁体材料的初导磁率在250以上,铁氧磁体粉末粒径在0.35μm以下。如此将混合好的环氧树脂主剂和硬化剂添加入铁氧磁体粉末中均匀搅拌,即可制作成快速硬化、耐热性佳、耐酸碱性佳的防止电磁波干扰胶体,以直接涂抹在通信器材的高频率响应组件上,以防止空中噪声的影响,及应用于电感组件的封装,其优点可以将电感组件的电感值提高两倍以上,可将电感组件的所有电器特性改变得最好。
Description
技术领域
本发明属防止电磁干扰材料技术领域,特别是有关以铁氧磁体材料(Ferrite)添加环氧树脂(Epoxy)来制备具有防止电磁干扰的胶体、该胶体的制备以及该胶体应用于防止电磁干扰的电感组件。
背景技术
随着电子产品的小型化及高速运算电子组件的需求增加,对于电磁波干扰(EMI,Electgromagnetic Interference)、无线电波干扰(RFI,Radio Frequency Interference)及静电放电(ESD,ElectrostaticDischarge)的防护也日益重要。小型化、高密度化的电子组件,最易受电子杂讯干扰及静电破坏。因此,需要进行电磁波遮蔽及静电防护处理,并且电子组件在制造、储存、运输到最终产品使用均需要静电防护材料,以防止各种操作行为产生的静电电压,一旦超过电子组件可忍受程度,极易损害电子组件正常运作。一般高分子材料是良好的绝缘体,其表面电阻通常均大于1012Ω/cm2,极易在高分子表面产生电荷聚集。因此,直接在高分子中做导电改性(如:polyaniline等)或添加导电性填充剂(如:导电碳黑、金属粉末)或抗静电剂,可增加高分子材料避免电荷聚集或转移电荷的能力。导电性高分子的用途,依照不同的电阻需求,及常用导电材料区分,主要包括四部份:第一为抗静电材料,常用于包装材料;第二为ESD防护,通常用在包装材料或操作工具;第三为EMI/RFI遮蔽,主要应用在电子信息及通讯产品的外壳,也可以应用在高压电时的静电防护;第四为导电接触部分,主要应用在导电漆、银胶及异方向性导电压。
目前已有含有纯铁(Iron)成分的环氧树脂胶体,纯铁材料因为会导电的因素不宜用于电感组件。随着全球电子科技应用持续不断的改进,铁氧体材料的改进在其中扮演着一个不可缺少的角色。而市场上对铁氧体材料的导磁率及操作频率要求日趋严格。另外,随着电子产品的发展走向短、小、轻、薄的设计,所有的主动元件与被动元件都必须配合制作成小尺寸、性能优良的电子元件。
发明内容
本发明是针对电感组件的开发所做的研究,目的在于提供一种以铁氧磁体(Ferrite)材料制作具有防止电磁干扰(EMI)功能的环氧树脂胶体(Epoxy),以取代目前含有纯铁(Iron)成分的环氧树脂胶体;可以将电感组件的电感值提高两倍以上,并使电感组件的所有电器特性改变得最好,同时使电感组件走向短、小、轻、薄的设计。
本发明的上述目的可以通过以下技术方案来实现。
一种防止电磁干扰的环氧树脂胶体,主要成分包括有铁氧磁体及环氧树脂,铁氧磁体重量比为90-85%,环氧树脂的重量比为10-15%。上述防止电磁干扰的环氧树脂胶体的制备方法是:
(1)配制铁氧磁体粉末,放入球磨罐中加水及分散剂,球磨混合;
(2)将上述混合均匀的浆料烘干;
(3)烘干后的粉块以筛网粉碎,然后烧结即得到具有防止电磁干扰功能的铁氧磁体粉末;
(4)将烧结完成的铁氧磁体粉末低速研磨;
(5)将细微化的铁氧磁体粉末烘干后,用细筛网粉碎;
(6)取环氧树脂主剂、硬化剂混合搅拌均匀,然后加入烘干后细微化的铁氧磁体粉末及分散剂,混合搅拌均匀即成防电磁干扰胶体。
该铁氧磁体材料的初导磁率在250以上(μi>250),铁氧磁体粉末粒径在0.35μm以下(
),如此即可由粉末的细微化将产生电磁干扰的电磁波完全遮蔽。以环氧树脂而言,其使用条件为双液型调配方式,主剂采用双酚A(Bisphenol A)和环氧氯丙烷(Epichlorohydrin)作为原料,制成环氧树脂,其环氧当量(EEW)在185-195。硬化剂采用变性胺树脂(Modified Amine),其胺价为170±20。如此将混合好的环氧树脂主剂和硬化剂添加入铁氧磁体粉末中均匀搅拌,即可制作成加温快速硬化、耐热性佳、耐酸碱性佳具有防止电磁波干扰的环氧树脂胶体。将其直接涂抹在通信器材的高频率响应元件上,可以有效防止空中杂讯的影响,及应用于电感组件的封装,其优点是可以将电感组件的电感值提高两倍以上,并可将电感细件的所有电器特性改变为最佳。
应用本发明提供的防止电磁干扰的环氧树脂胶体制作的闭磁路电感组件,主要包括有鼓型铁芯、环型铁芯与绕线,该鼓型铁芯与环型铁芯间的间隙填充有主成分为铁氧磁体与环氧树脂的防电磁干扰胶体。
应用本发明提供的防止电磁干扰的环氧树脂胶体制作的开磁路电感组件,主要包括有E字型圆型铁芯、表面粘着磁珠铁芯及绕线,其特征在于:该E字型圆型铁芯与表面粘着磁铢铁芯的间及绕线的局部表面具有主成分为铁氧磁体与环氧树脂的防电磁干扰胶体。
电感组件中若以一个相同尺寸及单位电感值的开磁路线圈与闭磁路线圈比较,闭磁路线圈的电感值会比开磁路线圈高,Q值也会比较好,但是耐电流值会较低一点。若单独以一个有遮闭(shielded)的闭磁路电感组件而言,在制作上会有以下的技术考量:
1.鼓型铁芯(DR core)必须尽可能的在环型铁芯(RI core)中央;
2.绕线要求平坦化;
3.组件组装力求整体密闭。
但是,若使用本发明的环氧树脂胶体填充于鼓型铁芯(DR core)与环型铁芯(RI core)中央,以上问题的要求将可大幅下降。因为环氧树脂胶体的铁氧磁体材料已经完全把空气层的干扰排除,同时又兼具粘结剂的作用,所以封装时可以比较不计较鼓型铁芯(DR core)与环型铁芯(RI core)的位置及密闭性问题。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
附图说明
图1为现有闭磁路电感组件示意图。
图2为现有闭磁路电感组件组装不当时示意图。
图3为本发明闭磁路电感组件示意图。
图4为本发明开磁路电感组件示意图。
图5为本发明直接封装式电感组件实施例示意图。
图6为本发明另一直接封装于电感组件实施例示意图。
图7为本发明又一直接封装于电感组件实施例示意图。
图8为本发明应用于市售RH 0910电感组件示意图。
图9为本发明应用于市售SH 5028电感组件示意图。
图10为本发明应用于市售SS 0603电感组件示意图。
图式中的标号说明:
10-环型铁芯 11-鼓型铁芯 12-绕线
20-E字型圆型铁芯 21-表面粘着磁铢铁芯 22-绕线
30-鼓型铁芯 31-电极 32-绕线
40-鼓型铁芯 41-绕线 42-外壳
50-鼓型铁芯 51-环型铁芯 52-绕线
53-电极
60-鼓型铁芯 61-环型铁芯 62-绕线
63-电极 64-基座
A-铁氧磁体与环氧树脂的防止电磁干扰胶体
具体实施方式
首先请参阅图1所示的现有标准型闭磁路电感组件,一般闭磁路电感组件主要会包括有鼓型铁芯11、环型铁芯10及绕线12;另请参阅图2,由该图可以明白看出,若鼓型铁芯11组装时歪斜,则电感值会因为一边较接近闭磁路造成电感值提高一点点。
请参阅图3所示的本发明闭磁路电感组件,本发明系将铁氧磁体与环氧树脂的防电磁干扰胶体A填充于鼓型铁芯11与环型铁芯10之间,该电感组件将是一只完全闭磁路,电感值将提高2倍以上。提高的倍率由原始鼓型铁芯11的上下摆与环型铁芯10壁面的距离决定,若原始设计距离很近的话,则电感值提升接近2倍;若原始设计距离较远则电感值提升的程度可以高达2.5倍以上。其原理就是直接以铁氧磁体材料来增加电感组件的单位体积,以达到电感值提升的目的。为使电感组件能够完全是一只封闭磁路组件,铁氧磁体材料的初导磁率必须尽量选择250以上,以避免电感组件将磁力线外漏,造成产品的稳定度不佳。
请参阅图4,该图所示为本发明开磁路电感组件,其主要包括有E字型圆型铁芯20、表面粘着磁珠铁芯21及绕线22,其E字型圆型铁芯20及表面粘着磁铢铁芯21之间及绕线22的局部表面具有主成分为铁氧磁体与环氧树脂的防电磁干扰胶体A。
再请参阅图5,该图所示为本发明直接封装式的电感组件,本发明可直接封装于电感组件表面,例如:本发明中电感组件包括有鼓型铁芯30、电极31及绕线32,其系于绕线32的表面以贴胶带或灌注等方式,使绕线32表面具有一层主成分为铁氧磁体与环氧树脂的防电磁干扰胶体A。
另外,现有电感组件的环型铁芯RI core系经成型烧结程序,再与其它构件组装成电感组件,其生产成本高。利用本发明可直接以模具灌注或其它方式,将铁氧磁体与环氧树脂的防电磁干扰胶体A成型即可,可取代原环型铁芯,大幅降低生产成本。例如,请参阅图6、7所示,将本发明铁氧磁体与环氧树脂的防电磁干扰胶体A灌注成型于绕线52、62表面,将可取代原环型铁芯51、61,极富经济效益。
又,随着通讯产品的使用频率逐渐提高,电子组件在电路板上的布局越来越讲求防止电磁波的干扰,昔日电路设计者会用铜板或铝板将主要产生电磁波的组件封装起来。但是若使用本发明的铁氧磁体与环氧树脂的防电磁干扰胶体,直接将产生电磁波的组件封装起来,可以节省铜板及铝板的使用,又能避免铜板或铝板生锈氧化的问题。
本发明的铁氧磁体与环氧树脂的防电磁干扰胶体的制备,以实施例方式说明如下:
1.配制μi=700的铁氧磁体粉末。Fe2O3=327.7g、NiO=32.7g、ZnO=108.5g、CuO=34.5g;放入球磨罐中(内含1Kg
氧化锆
球)加水400ml及分散剂BYK-111=2g;球磨混合2小时;
2.将上述混合均匀的浆料以120℃烘干;
3.烘干后的粉块以80目筛网粉碎,之后以900℃烧结3小时,即得到具有防止电磁干扰功能的铁氧磁体粉末;
5.将细微化的铁氧磁体粉末烘干后,用细筛网200mash粉碎;
6.配制铁氧磁体与环氧树脂的防电磁干扰胶体(EMI EpoxyResin):取环氧树脂主剂=10g、硬化剂=2g(主剂∶硬化剂=100∶16~23)混合搅拌均匀,加入铁氧磁体=108g及分散剂BYK-111=1g,混合搅拌均匀即可。环氧树脂添加量=10~15%。防止电磁干扰的环氧树脂胶体粘度若太高可以加入少许甲苯稀释。
以下试验设计分别针对现有市售的三种不同电感组件产品添加本发明铁氧磁体与环氧树脂的防电磁干扰胶体作以下的探讨。
RH 0910系列—开磁路与闭磁路的比较
RH 0910电感组件请参阅图8所示,其主要包括有:鼓型铁芯40、绕线41及塑料电木的外壳42,并填充有铁氧磁体与环氧树脂的防电磁干扰胶体A。其方式为:
1.取制作好的RH 0910 150 Y电感12片;
2.利用针筒将铁氧磁体与环氧树脂的防电磁干扰胶体注射进入鼓型铁芯40与外壳42之间,以75℃烘干20分钟;
3.取烘干后的线圈测量电感值。比较开磁路与闭磁路的不同点。
SH 5028系列—闭磁路与添加铁氧磁体的环氧树脂的防电磁干扰胶体A的比较:
SH 5028系列电感组件请参阅图9所示,其主要包括有:鼓型铁芯50、环型铁芯51、绕线52及电极53,并填充有铁氧磁体与环氧树脂的防电磁干扰胶体A。其方式为:
1.取制作SH 5028系列所需的鼓型铁芯与环型铁芯;
2.将鼓型铁芯50固定于绕线夹具中,绕50圈,共12片;
3.将12片绕好的线圈与环型铁芯51以胶带封装以1volt 1kHz测量电感值;
4.利用针筒注射铁氧磁体与环氧树脂的防电磁干扰胶体A进入鼓型铁芯50与环型铁芯51间的空间完全填满,以75℃烘干40分钟;
5.取烘干后的线圈测量电感值。比较两种闭磁路的不同点。
SS 0603系列—整体比较
SS 0603系列电感组件请参阅图10所示,其主要包括有:鼓型铁芯60、环型铁芯61、绕线62、电极63及基座64,并填充有铁氧磁体与环氧树脂的防电磁干扰胶体A。其方式为:
1.取制作SS 0603系列电感组件所需的鼓型铁芯、环型铁芯及底端塑料电木;
2.将鼓型铁芯固定于绕线夹具中,绕23.5圈,共12片;
3.将12片绕好的线圈以1volt 1kHz测量电感值,然后将环型铁芯以胶带封装再测量一次电感值。比较开磁路与闭磁路的差异;
4.利用针筒注射铁氧磁体与环氧树脂的防电磁干扰胶体A,将鼓型铁芯与环型铁芯间的空间完全填满,以75℃烘干40分钟;
5.取烘干后的线圈测量电感值。比较两种闭磁路的不同点。试验结果:
RH 0910系列请参阅表1:本发明应用于市售SH 0910电感组件试验结果。
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 平均. | 标准差 | |
原本开磁路电感值(μH) | 14.2 | 14.5 | 14.4 | 14.5 | 14.4 | 14.5 | 14.3 | 14.4 | 14.2 | 14.5 | 14.4 | +0.76-1.32 |
EMI gel电感值(μH) | 28 | 28.2 | 28 | 28.3 | 28.8 | 28.3 | 28.8 | 28.8 | 28.8 | 27.9 | 28.4 | +1.44-1.72 |
提高倍率 | 1.97 | 1.94 | 1.94 | 1.95 | 1.97 | 1.99 | 2.01 | 2.00 | 2.03 | 1.92 | 2.0 |
SH 5028系列请参阅表2:本发明应用于市售SS 0528电感组件试验结果。
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 平均 | 标准差 | |
原本闭磁路电感值(μH) | 147 | 136.2 | 135.1 | 133.7 | 133.2 | 132.4 | 130.6 | 122.2 | 120 | 118.6 | 130.9 | +12.3 -9.4 |
EMI gel电感值(μH) | 411.5 | 410.3 | 394 | 376.4 | 372.3 | 370 | 365.1 | 362.5 | 358 | 357.7 | 377.8 | +8.9 -5.3 |
提高倍率 | 2.80 | 3.01 | 2.92 | 2.82 | 2.80 | 2.79 | 2.80 | 2.97 | 2.98 | 3.02 | 2.9 |
SS 0603系列请参阅表3:本发明应用于市售SS 0603电感组件试验结果。
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 平均.. | 标准差 | |
原本开磁路电感值(μH) | 79.58 | 78.45 | 78.17 | 77.53 | 76.89 | 76.83 | 76.81 | 76.53 | 74.82 | 72.84 | 76.8 | +3.55 -5.22 |
空间闭磁路电感值(μH) | 113.2 | 110.3 | 108.7 | 108.3 | 105.5 | 104.4 | 100.5 | 99.4 | 94.6 | 94 | 103.9 | +8.9 -9.5 |
提高倍率 | 1.42 | 1.41 | 1.39 | 1.40 | 1.37 | 1.36 | 1.31 | 1.30 | 1.26 | 1.29 | 1.35 | |
EMI gel电感值(μH) | 278.1 | 271 | 266.6 | 266 | 265.4 | 265.1 | 264.8 | 261.3 | 260.9 | 246.6 | 264.6 | +5.11 -6.8 |
提高倍率 | 3.49 | 3.45 | 3.41 | 3.43 | 3.45 | 3.45 | 3.45 | 3.41 | 3.49 | 3.39 | 3.4 |
结论:
1.开磁路与闭磁路的电感值提升的比较;
2.鼓型铁芯DR core上下摆与环型铁芯RI core间隙大小对所谓真正闭磁路的探讨;
3.添加铁氧磁体与环氧树脂的防电磁干扰胶体(A)对实际电感组件单位电感值的提升。
就RH 0910系列而言,因为环型铁芯的设计是以塑料电木为外壳,该组件不具有磁遮蔽的功能。若利用针筒注射将铁氧磁体与环氧树脂的防电磁干扰胶体A完全将绕线封填起来,那么该组件就是一个具有磁遮蔽的电感组件。同时我们发现单就开磁路与闭磁路的电感值比较,闭磁路的电感值提升2倍。
接下来我们利用上述三种不同系列的产品作鼓型铁芯上下摆与环型铁芯壁面间距大小对真正磁遮蔽效果的比较。RH系列的鼓型铁芯与塑料环型铁芯完全接触,SH系列有一点点间隙,SS系列的间隙最大。由原本以一般环氧树脂封装的磁遮蔽电感对具有防止电磁干扰功能的环氧树脂(EMI Epoxy Sesin)封装其电感值的提升做比较。
表4为本发明应用于市售RH 0910、SH 5028及SS 0603电感组件的特性比较。
开磁路电感值(μH) | 原设计闭磁路电感值(μH) | 电感值提升倍率 | 添加EMI gel后电感值(μH) | 电感值提升倍率 | |
RH 0910系列无间隙 | 14.4 | 28.4 | 1.97 | ||
SH 5028系列间隙小 | 49.1 | 130.9 | 130.9/49.1=2.66 | 377.8 | 377.8/130.9=2.89 |
SS 0603系列间隙大 | 76.8 | 103.9 | 103.9/76.8=1.35 | 264.6 | 264.6/103.9=2.55 |
由表4可以发现,原本开磁路电感组件封装环型铁芯变成闭磁路电感,其电感值的提升随间隙的增加而大幅下降。在填充铁氧磁体与环氧树脂的防电磁干扰胶体(EMI epoxy resin)后的状况也是一样,间隙越大电感值提升越小。当然电感值所提升的倍率只是一种现象,若要详细探讨必须考虑环型铁芯的单位电感值。
我们已经知道在电感组件中封填铁氧磁体与环氧树脂的防电磁干扰胶体(EMI epoxy resin)对组件的电感值提升有所帮助,然后就可以从事以下的后续研究开发。
1.制作超高电感值的小尺寸特殊品电感组件;
2.在一定的电感值要求下,由更改漆包线的直径来提高组件的额定直流电阻RDC、定格直流电流IDC特性;
3.产品的正负标准差(Tolerance)太大,可以由更改较低单位电感的鼓型铁芯,将正负标准差下降。(理论上磁性材料的单位感值越大初导磁率μi误差越大)。
由于电感组件有一项相当矛盾的电场与磁场搭配的理论,若电感值提高太大(磁场较大),那么相对的电场将会受到很大的限制(电感器的耐电流较小)。所以一般设计具有磁遮蔽的电感器时,鼓型铁芯的单位电感值会比环型铁芯的单位电感值小0.3倍左右。若以铁氧磁体的初导磁率在250以上(μi>250)所制作的防止电磁干扰环氧树脂作为封装材料,将会使电感器的耐电流值下降一半以上。故需要以铁氧磁体的初导磁率在8以下(μi<8)作为改善电感器特性的材料。
Claims (6)
1.一种防止电磁干扰的环氧树脂胶体,其特征在于:该环氧树脂胶体主要成分包括有铁氧磁体及环氧树脂,所述铁氧磁体重量比为90-85%,环氧树脂的重量比为10-15%。
2.根据权利要求1所述的防止电磁干扰的环氧树脂胶体,其特征在于,该铁氧磁体的初导磁率在250以上,铁氧磁体粉末粒径在0.35μm以下。
3.一种如权利要求1或2所述的防止电磁干扰的环氧树脂胶体的制备,包括有以下的步骤:
(1)配制铁氧磁体粉末,放入球磨罐中加水及分散剂,球磨混合;
(2)将上述混合均匀的浆料烘干;
(3)烘干后的粉块以筛网粉碎,然后烧结即得到具有防止电磁干扰功能的铁氧磁体粉末;
(4)将烧结完成的铁氧磁体粉末低速研磨;
(5)将细微化的铁氧磁体粉末烘干后,用细筛网粉碎;
(6)取环氧树脂主剂、硬化剂混合搅拌均匀,然后加入烘干后细微化的铁氧磁体粉末及分散剂,混合搅拌均匀即成防电磁干扰胶体。
4.一种防止电磁干扰的闭磁路电感组件,主要包括有鼓型铁芯、环型铁芯与绕线,其特征在于:该鼓型铁芯与环型铁芯间的间隙填充有主成分为铁氧磁体与环氧树脂的防电磁干扰胶体。
5.一种防止电磁干扰的开磁路电感组件,主要包括有E字型圆型铁芯、表面粘着磁珠铁芯及绕线,其特征在于:该E字型圆型铁芯与表面粘着磁铢铁芯的间及绕线的局部表面具有主成分为铁氧磁体与环氧树脂的防电磁干扰胶体。
6.一种防止电磁干扰的电感组件,该电感组件绕线表面具有一层主成分为铁氧磁体与环氧树脂的防电磁干扰胶体。
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