CN1794377A

CN1794377A - 溅射膜电极贴片电感及其生产方法

Info

Publication number: CN1794377A
Application number: CN 200610048944
Authority: CN
Inventors: 王德苗; 任高潮; 董树荣; 金浩; 顾为民; 邵净羽
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2006-01-06
Filing date: 2006-01-06
Publication date: 2006-06-28

Abstract

本发明属于基本电器元件技术领域，特别是涉及一种溅射膜电极贴片电感及其生产方法；所述电感包括骨架和线圈，所述骨架的一个端面上设有电极层，所述线圈的线头与电极层相固接，其特征在于所述电极层至少由一层溅射薄膜构成，所述溅射薄膜为层状导电体；所述电感采用清洗骨架端面、真空镀膜、绕制线圈和高温焊接的工艺方法制成；由于采用了先进的生产工艺、产品全制程无污染、而在骨架上采用金属溅射薄膜作为电极层的结构，具有结构简单、适应性广、成本低廉、膜层结合牢固、高温焊接性能优良、用料省、性能稳定等优点，因此它是一种较理想的溅射膜电极贴片电感及其生产方法。

Description

溅射膜电极贴片电感及其生产方法

技术领域

本发明属于基本电器元件技术领域，特别是涉及一种溅射膜电极贴片电感及其生产方法。

背景技术

贴片电感由铁氧体或陶瓷骨架、线圈等构成，其制作工艺为：在骨架的端面上镀以金属电极层，绕以漆包线圈，再将漆包线头焊接到电极层上。漆包线头是在425℃以上的高温锡槽中烧去漆皮，与金属电极焊合，由于金属电极是在铁氧体等骨架表面涂上银-铅-钯浆料，经过高温烧结，再以这层金属层为基础分别化学电镀镍、铜、银等金属层而制成的；现有技术中贴片电感的电极层需经过高温烧结和化学电镀工序步骤才能使金属镀在骨架端面上，其工艺复杂、污染环境、金属原料和能源消耗大、而电镀液的废液处理难度大、成本高，这种金属电极层与骨架结合较疏松、抗熔蚀、抗拉强度比较差，在高温焊锡时极易熔蚀电极层；采用化学电镀方法得到的金属层上残留着对人体有害化学成分，不符合产品进入国际市场的相关标准规定，使生产企业开拓国际市场受到了限制；另外，采用高分子聚合物材料制成的骨架无法采用高温烧结银浆的工艺形成电极层。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种结构简单、膜层结合牢固、成本低廉、使用周期长、产品无污染，符合国际市场要求的溅射膜电极贴片电感。

本发明的另一个目的是提供一种工艺设计合理、生产全过程无污染、能耗底、效率高、材料资源省的溅射膜电极贴片电感生产方法。

本发明的第一个目的是采用这样的技术解决方案实现的：它包括骨架和线圈，所述骨架的一个端面上设有电极层，所述线圈的线头与电极层相固接，其特征在于所述电极层至少由一层溅射薄膜构成，所述溅射薄膜为层状导电体。

本发明所述电极层至少由两个相邻设置、相互绝缘的层状溅射薄膜电极块构成。

本发明的另一个目的是采用这样的技术解决方案实现的：其工艺步骤为：清洗骨架端面—真空镀膜—绕制线圈—高温焊接；其中骨架端面采用等离子装置进行清洗；镀膜是在真空镀膜机中在同一真空周期内，运用溅射技术与掩模，在骨架的表面分别镀以底层金属膜、过渡层金属膜、面层金属膜；再将镀有金属膜的电感骨架按放到绕线机上将漆包线绕制在电感骨架上，高温焊接是在高温锡槽中先将漆包线的线头除漆，然后将线头与金属膜层进行焊接而成。

本发明与背景技术相比，由于采用了先进的生产工艺、全制程无污染、而在骨架上采用金属溅射薄膜作为电极层的结构，具有膜层结合牢固、高温焊接性能优良、用料省、性能稳定、适应性广、生产成本低等优点，它是目前一种较为理想的贴片电感及其制作工艺及其生产方法。

附图说明

图1是本发明的结构示意图

图2是本发明的局部结构示意图

图3是本发明的生产方法流程图

图4是实施本发明方法的真空镀膜机结构示意图

图5是真空镀膜机中的基片架结构示意图

图6是真空镀膜机中的掩膜板结构示意图

附图标号说明：1-电极层、2-骨架、3-线圈、4-表面溅射薄膜、5-过渡层溅射薄膜、51-镍膜阻挡层、52-导电层、6-底层溅射薄膜、7-清洗骨架端面、8-真空镀膜、9-绕制线圈、10-高温焊接、11-筒体、12-基片架、13-掩膜板、14、16、18-金属溅射靶、15-镀膜区、17-工件架、20-真空抽气装置、21-惰性气体充气机构、22-传动区、23-等离子清洗装置、24-清洗区、25-骨架槽孔、26-定位销孔、27-图形孔、28-分隔条、29-定位孔。

具体实施方式

参照图1、图2：本发明所述溅射膜电极贴片电感，它包括骨架2和线圈3，在所述骨架2的一个端面上设有电极层1，所述线圈3的线头与电极层1相焊接；所述电极层1至少由一底层溅射薄膜6构成，所述底层溅射薄膜6为层状导电体；所述电极层1可以由底层溅射薄膜6、过渡层溅射薄膜5和表面溅射薄膜4复合而成；所述电极层1至少由两个相邻设置、相互绝缘的层状溅射薄膜电极块构成。本发明所述的电极层1采用溅射技术与掩膜，在真空镀膜机的同一真空周期内将电极层1镀在骨架2的端面上，所述电极层1可以是单层溅射薄膜，也可以是多层溅射膜复合而成的金属膜系，膜层的结构与层数可根据使用要求确定；对于单层溅射膜构成的电极层1，该电极层1与线圈3接头的焊接温度在250℃以下；对于由多层溅射膜构成电极层1，该电极层1与线圈3接头的焊接温度在425℃以上，这种电极层1通常为多层膜系。

本发明所述的骨架2由软磁铁氧体或陶瓷材料或环氧树脂胶等高分子聚合物材料制成，所述底层溅射薄膜6是由钛、铬、铝、铜、镍等中的任一种活性较强的金属材料制成，其厚度在50-300nm范围；上述活性金属材料既能与骨架2有较强的结合力，又能与底层溅射薄膜6上面的过渡层溅射薄膜5互熔，同时又能有效阻挡高温焊锡的熔蚀；所述表面溅射薄膜4由金、银、铜、锡等其中一种金属材料制成，它具有导电性好、能与焊锡浸润、不易氧化的特点，由于这些金属材料较贵，所以表面溅射薄膜4的厚度仅为50-500nm，以节省成本；在所述的表面溅射薄膜4与底层溅射薄膜6之间设有过渡层溅射薄膜5，过渡层溅射薄膜5的总厚度为200-5000nm；所述过渡层溅射薄膜5采用铜、镍、镍铜合金、镍铬合金中任一种材料制成，所述过渡层溅射薄膜5可以是双层膜系结构，其一层为镍膜阻挡层51，该阻挡层的51厚度为50-100nm，另一层为铜或铜合金膜导电层52，该导电层52的厚度为150-4900nm；由于表面溅射薄膜4在425℃的高温焊锡下会被焊锡熔蚀，而产生“露底”，在表面溅射薄膜4与底层溅射薄膜6之间所设置的过渡层溅射薄膜5后既能抗高温焊锡熔蚀，同时又能使三者有良好互熔性。在低温焊的条件下，锡对其它金属的熔蚀率一般都较小，所以，对于采用低温焊接的贴片电感，其骨架2上的电极层1可以是铜、镍铜合金、银中任一种金属材料制成的单层溅射薄膜，也可以是底层溅射薄膜6与表面溅射薄膜4的双层膜结构，这种双层结构膜系的底层溅射薄膜6由铬、钛、铝、钼、镍及其合金中任一种材料制成成，其表面溅射薄膜4则是由金、银、锡、铜的任一种材料制成。本发明所述的溅射膜电极贴片电感可采用软磁铁氧体或陶瓷材料制成的骨架，也可以是环氧树脂板等高分子材料制成的骨架。

在图3、图4中，溅射膜电极贴片电感的生产工艺步骤是：骨架端面清洗7-真空镀膜8-绕制线圈9-和高温焊接10；在真空镀膜机11的同一真空周期内，先将骨架2端面采用等离子清洗装置进行清洗；运用溅射技术与掩模，在骨架2的表面分别镀以底层金属膜6、过渡层金属膜5、面层金属膜4；底层金属膜6、过渡层金属膜5和面层金属膜4构成了电极层1，再将镀有电极层1的电感骨架2放置在绕线机上绕制线圈3，然后在高温锡槽中将线圈3的漆包线线头除漆，并将线头与电极层1相焊接即可得到产品。

本发明所述的真空镀膜机包括金属筒体11、真空抽气装置20和惰性气体充气机构21，所述真空抽气装置20和惰性气体充气机构21分别与筒体11相连通，所述筒体11内腔中设有清洗区14、镀膜区15和传递区22，所述传递区22内设有工件架17，该工件架17能以筒体11中心线为轴转动，工件架17上安装有基片架12，基片架12上设有掩膜板13，在筒体11内设有金属溅射靶14、16、18和等离子清洗装置23，所述金属溅射靶14、16、18位于镀膜区15内，所述等离子清洗装置23设在清洗区14内，所述基片架12能够被工件架17传送到清洗区24和镀膜区15中；所述筒体11采用不锈钢材料制成，它为带盖的密封圆柱体，所述工件架17位于传动区22中，该传动区22位于筒体11内腔的中央区域，工件架19呈柱体状，最好采用的是多边形柱体，也可采用圆柱体；工件架19的转动是采用公知的传动方式实现的，在此不作赘述；在所述镀膜区15内一般设置三个金属溅射靶14、16、18，也可根据需要设置1-6个金属溅射靶，所述金属溅射靶14、16、18采用旋转柱型磁控溅射靶，也可用平面磁控溅射靶；磁控溅射是一种高速率、低温升、环保的成膜技术，溅射膜层与基片结合牢固、膜层致密；合理选择材料与膜层配置能获得结合力强、高温焊接性好、成本低廉的电极膜；所述真空抽气装置20由旋片泵、罗茨泵、分子泵或油扩散泵以公知的方式构成。

在图5、图6中：本发明所述真空镀膜机中的基片架12由金属材料或耐温有机材料或陶瓷材料制成，在基片架12上设有骨架槽孔25和定位销孔26，所述骨架槽孔25均匀分布在基片架12中，使用时它能够与贴片电感骨架2相配合，并能使贴片电感骨架2整齐排列；所述定位销孔26中插入销钉就可将基片架12安装在工件架19上；本发明所述的掩膜板13由金属薄板或耐温有机材料薄片制成，掩膜板13上设有与骨架槽孔25相对应的图形孔27，每个图形孔27中设有分隔条28，该分隔条28能将骨架2上金属膜层分隔开，且相互绝缘，在掩膜板13上设有与定位销孔26相对应的定位孔29，通过销钉能够将掩膜板13、基片架12和工件架19联接在一起。

本发明使用时，先将贴片电感骨架2采用超声振动方式按一定方向、整齐划一地排布在基片架12的骨架槽孔25中，然后将掩膜板13覆盖在基片架12上，并用销钉将二者一起联接在工件架19上，封闭筒体11，启动真空抽气装置20，将内腔抽到高真空状态后，再由惰性气体充气机构21向筒体11真空腔内动态地输入Ar等惰性气体，筒内压力动态维持在10-1Pa范围内，启动等离子清洗装置23，功率为500W的射频等离子能够轰击位于清洗区14内基片架12上贴片电感骨架2的表面，从而实现在线等离子清洗；转动工件架17，可将清洗后的贴片电感骨架2移至镀膜区15，镀膜区15中的金属溅射靶14、16、18能够依次向基片架12上的贴片电感骨架2溅射，达到在同一真空周期内依次向贴片电感骨架表面溅射沉积底层溅射薄膜6、过渡层溅射薄膜5与面层溅射薄膜4的作用，所述底层溅射薄膜6、过渡层溅射薄膜5与面层溅射薄膜4的厚度分别为50-300nm、200-5000nm和50-500nm，在完成对筒体11内贴片电感骨架2表面的镀膜后，打开筒体11，重新更换贴片电感骨架2后，重复上述过程便能得到又一批镀有金属膜的贴片电感骨架2；本发明的抽真空、输入Ar等惰性气体、等离子清洗骨架、工件架17的转动和金属溅射靶14、16、18的溅射等工作均可采用公知的自动控制技术进行控制和操作，以实现科学生产和管理效果。

本发明也可采用绕制线圈9、骨架端面清洗7、真空镀膜8和高温焊接10的工艺方法制成产品，该方法同属保护范围。

实施例1

一种直径为4毫米的型号为DA-43的溅射膜电极贴片电感，其骨架2由镍锌材料制成，在镀膜前采用功率为500W的射频等离子清洗骨架2端面，用本发明方法在骨架2端面上分别镀以厚度为100nm的金属铬底层溅射薄膜6、厚度为3000nm的金属铜过渡层溅射薄膜5和厚度为200nm金属银面层溅射薄膜4，三者构成一个膜系电极层1，在自动绕线机上绕制漆包线，然后在430℃的高温无铅锡槽中浸三秒钟，并浸三次即可；制成的溅射膜电极贴片电感经过1000只试样的全额试验，漆包线的引出端均丰满地焊接在左右隔开的电极层1上，未发现露底；用拉力计测试膜层的抗拉强度，平均值均在75N以上。经小批量生产统计，每只贴片电感的镀膜成本约1分人民币。而用化学电镀法制备的贴片电感，其抗拉强度的平均值仅为33N，每只的电镀生产成本约为4-6分人民币。

实施例2

一种长2.5mm宽1.5mm的型号为0805的贴片电感，其骨架2由95陶瓷材料制成，形状似马鞍形，采用掩膜板13在该骨架2二个凸出的不到1mm2的端面分别用本发明技术镀以膜系电极层1，各膜层的构成是：厚度为200nm钛底层溅射薄膜6、厚度为2500nm的金属镍-铜过渡层溅射薄膜5和厚度为200nm的金属银面层溅射薄膜4膜；在自动绕线机上绕以线圈3，并用绕线机上附带的脉冲焊接机将漆包线线头压焊在上述两个镀膜端面上即可。观察产品的焊接处，两线头均被熔焊在膜层上，经拉力试验，其平均抗拉强度达到47N，而用电镀法制备的同类进口电感器，虽然其膜面为金属，但其抗拉强度仅为28N。

Claims

1、溅射膜电极贴片电感，包括骨架和线圈，其特征在于所述骨架的一个端面上设有电极层，该电极层至少由一层溅射薄膜构成，所述溅射薄膜为层状导电体，所述线圈的线头与电极层相固接。

2、根据权利要求1所述的溅射膜电极贴片电感，其特征在于所述电极层至少由两个相邻设置、相互绝缘的层状溅射薄膜电极块构成。

3、根据权利要求1所述的溅射膜电极贴片电感，其特征在于所述电极层是单层溅射薄膜。

4、根据权利要求1所述的溅射膜电极贴片电感，其特征在于所述电极层所述电极层可以由底层溅射薄膜、过渡层溅射薄膜和表面溅射薄膜复合而成的金属膜系。

5、根据权利要求1所述的溅射膜电极贴片电感，其特征在于所述骨架可采用软磁铁氧体材料、陶瓷、高分子聚合物中的一种材料制成。

6、根据权利要求4所述的溅射膜电极贴片电感，其特征在于所述底层溅射薄膜是由钛、铬、铝、铜、镍等中的一种材料制成，其厚度范围在50-300nm；所述过渡层溅射薄膜由铜、镍、镍铜合金、镍铬合金中的一种材料制成，其厚度为200-5000nm；所述表面溅射薄膜由金、银、铜、锡中的一种材料制成，其厚度为50-500nm。

7、根据权利要求4所述的溅射膜电极贴片电感，其特征在于所述过渡层溅射薄膜是双层膜系结构，其一层为镍膜阻挡层，另一层为铜或铜合金膜导电层。

8、溅射膜电极贴片电感的生产方法，其工艺步骤为：清洗骨架端面—真空镀膜—绕制线圈—高温焊接。

9、根据权利要求8所述的溅射膜电极贴片电感的生产方法，其特征在于所述清洗骨架端面采用等离子装置进行清洗；所述真空镀膜是在真空镀膜机的同一真空周期内，运用溅射技术与掩模，在骨架的表面分别镀以底层金属膜、过渡层金属膜、面层金属膜。

10、根据权利要求9所述的溅射膜电极贴片电感的生产方法，其特征在于所述的真空镀膜机包括金属筒体、真空抽气装置和惰性气体充气机构，所述真空抽气装置和惰性气体充气机构分别与筒体相连通，所述筒体内腔中设有清洗区、镀膜区和传递区，所述传递区内设有工件架，该工件架能以筒体中心线为轴转动，工件架上安装有基片架，基片架上设有掩膜板，在筒体内设有金属溅射靶和等离子清洗装置，所述金属溅射靶位于镀膜区内，所述等离子清洗装置设在清洗区内，所述基片架能够被工件架传送到清洗区和镀膜区中。