CN214848117U - 一种一体共烧电感 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种一体共烧电感，所述的一体共烧电感包括磁芯以及位于磁芯内部的至少一根导线，导线两端伸出磁芯外部，伸出磁芯的导线部分弯折后贴紧磁芯外壁，所述的导线为无漆包线的裸线。针对薄型、大电流和高频小感量的应用场景，对导线直径、长度和形状进行了重新设计，大截面的扁铜线直接降低了电感元件的DCR，采用无漆包线的导线，可以进行高温热处理，磁芯与导线的导热性好，更进一步降低粉芯的损耗，更好面向高功率密度的电源设计，导线与磁芯之间没有额外空隙，磁芯中均匀分布气隙，减少涡流损耗的振动噪声。
Description
技术领域
本实用新型属于电感制造技术领域，涉及一种一体共烧电感。
背景技术
近年来，随着移动设备、家电、汽车、工业设备、数据中心服务器、通讯基站服务器等设备的大规模使用，能耗成为一个关键的考量因素。组件的小型化、多机能、高性能化、省电化不断发展，搭载的电子元件就更加要求小型/薄型化且高性能化。提升在DC-DC转换器中的效率，减少发热是电子元件小型化的关键条件。尤其是核心电源电路伴随着DC-DC转换器IC的高速转换，以及使用的电感器的低阻抗化的进一步发展，也越来越要求小型/薄型化、低直流阻抗、对应大电流、高可靠性。
第三代半导体目前用于功率器件已经逐渐成为主流，尤其是氮化镓(GaN)和碳化硅(SiC)的技术已经相对成熟，适用于制造耐高温、耐高压、耐大电流的高频大功率器件，其中，功率半导体为其主要的应用领域。氮化镓在高频电路中优势凸显，是当前移动通讯中有力竞争者，当前主要运用场景主要集中于基站端功率放大器、航空航天等军用领域，同时也逐步走向消费电子领域，其具有的高输出功率、高能效特性，使其能在既定功率水平下能够做到更小的体积，因此在电源快充产品中得以应用。而碳化硅材料物理性能优于硅等材料，碳化硅单晶的禁带宽度约为硅材料禁带宽度的3倍，导热率为硅材料的3.3倍，电子饱和迁移速度是硅的2.5倍，击穿场强是硅的5倍，在高温、高压、高频、大功率电子器件具有不可替代的优势。随着碳化硅功率半导体在特斯拉等高端车市场成功运用，未来汽车领域将是碳化硅成长主要动力。
功率半导体是电子装置中电能转换与电路控制的核心，是实现电子装置中电压、频率、直流交流转换等功能的核心部件。功率IC、IGBT、MOSFET、二极管是四种运用最为广泛的功率半导体产品。与功率半导体协调作用，提升电源电能转换效率的电感电容等电子元器件同样需要配合第三代半导体的发展趋势。高频、大电流、高饱和电流、高可靠性的电感也是高能效电源的必要组成部分。
传统的耐大电流电感，一般通过将软磁材料做成分立的组件，再将线圈置于磁芯上，通过设计气隙来实现电感器件的高饱和叠加电流。这种形式的电感由于需要开气隙和组织的需要，尺寸往往比较大，尤其是厚度方向往往超过3mm甚至达到7mm。这是由于软磁铁氧体材料本身的特点，虽然磁导率较高，但是由于其饱和磁感应强度低，在外场下容易饱和，为了提高耐饱和电流能力，需要开气隙降低有效磁导率。增加的气隙就增加了器件的尺寸，同时在制造工艺上需要组装和公差匹配，对产品生产的良率造成一定影响。
金属磁粉芯材料由于其高饱和磁感应强度、高温度稳定性、耐冲击、低噪声的特性，最近几年发展迅速，尤其是在一体成型电感领域，以FeSiCr、羰基铁、铁镍等金属软磁材料的应用突飞猛进。一体式成型电感，采用金属软磁材料，将线圈置于金属粉芯后一体成型。
CN205230770U公开了一种立式薄型大电流电感器，该电感器包括上磁芯、下磁芯及设置在上磁芯、下磁芯之间的电感线圈，所述电感线圈由扁平型金属铜线绕制后，伸出的上下两个扁平引脚折弯成90度，且两个扁平引脚方向为相对的方向，所述上磁芯为方体，下磁芯设置有收纳电感线圈凹槽，凹槽中部设置一用于固定电感线圈的定位柱。这种电感元件，由于绕线的原因，线圈要采用漆包线，成型压力不易过大，否则容易造成线圈绝缘层被破坏造成层间短路。其次，由于成型压力带来的应力，使磁芯材料产生应力各向异性，从而增加材料的磁滞损耗。鉴于此，也有人开发了DUI型电感产品，即将金属粉芯做成U片和I片，烧成磁粉芯后，再将扁铜线夹在中间，组装而成电感。
CN110718359A公开了一种表面贴装一体成型电感器的制造结构及其方法，具有采用磁性粉末和热固性树脂的混合物预成型为两组完全相同的压板主体，压板主体具有压合面，压合面具体为两侧高，中间低。在成型模具中，将两组压板主体分别放置在内置线圈的正上方和正下方，压板主体的压合面需朝向内置线圈，且内置线圈的两极需分别超出压板主体的两端部范围，采用加压、或和加热，使两组压板主体与内置线圈一体成型为坯体。成型后内置线圈的两极暴露在坯体之外，在坯体两端形成外部电极。
但是这种方式制作电感，需要将几个组件装配在一起，容易在线圈和磁芯之间额外引入气隙，从而降低有效磁导率，再者由于某一组件需要做成薄片，产品的成型精度不够，需要做磨加工，提高了工艺成本，降低了产品良率。
实用新型内容
针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种一体共烧电感，本实用新型针对薄型、大电流和高频小感量的应用场景，对导线直径、长度和形状进行了重新设计，大截面的扁铜线直接降低了电感元件的DCR，采用无漆包线的导线，可以进行高温热处理，磁芯与导线的导热性好，更进一步降低粉芯的损耗，更好面向高功率密度的电源设计，导线与磁芯之间没有额外空隙，磁芯中均匀分布气隙，减少涡流损耗的振动噪声。
为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：
第一方面，本实用新型提供了一种一体共烧电感，所述的一体共烧电感包括磁芯以及位于磁芯内部的至少一根导线，导线两端伸出磁芯外部，伸出磁芯的导线部分弯折后贴紧磁芯外壁，所述的导线为无漆包线的裸线。
本实用新型针对薄型、大电流和高频小感量的应用场景，对导线直径、长度和形状进行了重新设计，大截面的扁铜线直接降低了电感元件的DCR，采用无漆包线的导线，可以进行高温热处理，磁芯与导线的导热性好，更进一步降低粉芯的损耗，更好面向高功率密度的电源设计，导线与磁芯之间没有额外空隙，磁芯中均匀分布气隙，减少涡流损耗的振动噪声。在本实用新型中，由于没有漆包线的限制，可以采用磁粉的成型压力，获得更高密度的磁芯，优选压力大于800Mpa/cm2，甚至可以达到2000MPa/cm2，根据模具寿命和压机能力选择适合电感的最佳压力。
本实用新型设计的电感要求低直流电阻且铜线要与金属软磁材料一起进行高温热处理，采用无漆包线的扁平铜导线，可以进行高温热处理，更进一步降低粉芯的损耗，也可以根据需要设计铜线的形状，包括I型、S型、L型、U型，W型和E型等。可以采用一模一件的成型工艺，也可以采用导线架固定的方式进行联排压制成型。
作为本实用新型一种优选的技术方案，所述的导线为铜线或银线。
作为本实用新型一种优选的技术方案，所述的导线为矩形截面的扁平导线。
作为本实用新型一种优选的技术方案，伸出磁芯的导线部分与磁芯的矩形交界面的其中一条长边为弯折线，沿弯折线将伸出磁芯的导线部分弯折后贴紧磁芯外壁。
作为本实用新型一种优选的技术方案，所述的导线宽度为2～3mm，例如可以是2.0mm、2.1mm、2.2mm、2.3mm、2.4mm、2.5mm、2.6mm、2.7mm、2.8mm、2.9mm或3.0mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
所述的导线长度为10～20mm，例如可以是10mm、11mm、12mm、13mm、14mm、15mm、16mm、17mm、18mm、19mm或20mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
所述的导线厚度为0.2～0.4mm，例如可以是0.2mm、0.22mm、0.24mm、0.26mm、0.28mm、0.3mm、0.32mm、0.34mm、0.35mm、0.38mm或0.4mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本实用新型一种优选的技术方案，所述的导线形状为直导线或异形导线。
作为本实用新型一种优选的技术方案，所述的异形导线的形状包括S形、L形、U形、W形或E形。
本实用新型采用的是没有漆包线的导线，且导线形状为I型、S型、L型、U型，W型和E型等，没有导线的相互接触，不存在导线间的短路问题。
作为本实用新型一种优选的技术方案，所述的导线在水平面上并排间隔铺设于磁粉内部。
作为本实用新型一种优选的技术方案，所述的共烧电感为长方体形。
作为本实用新型一种优选的技术方案，所述的共烧电感的长度为7～10mm，例如可以是7.0mm、7.2mm、7.4mm、7.6mm、7.8mm、8.0mm、8.2mm、8.4mm、8.6mm、8.8mm或9.0mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
所述的共烧电感的宽度为5～7mm，例如可以是5.0mm、5.2mm、5.4mm、5.6mm、5.8mm、6.0mm、6.2mm、6.4mm、6.6mm、6.8mm或7.0mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
所述的共烧电感的高度为1.5～3mm，例如可以是1.5mm、1.6mm、1.7mm、1.8mm、1.9mm、2.0mm、2.1mm、2.2mm、2.3mm、2.4mm、2.5mm、2.6mm、2.7mm、2.8mm、2.9mm或3.0mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：
(1)本实用新型针对薄型、大电流和高频小感量的应用场景，对导线直径、长度和形状进行了重新设计，大截面的扁铜线直接降低了电感元件的DCR，采用无漆包线的导线，可以进行高温热处理，磁芯与导线的导热性好，更进一步降低粉芯的损耗，更好面向高功率密度的电源设计，导线与磁芯之间没有额外空隙，磁芯中均匀分布气隙，减少涡流损耗的振动噪声。
(2)在本实用新型中，由于没有漆包线的限制，可以采用磁粉的成型压力，获得更高密度的磁芯，优选压力大于800Mpa/cm2，甚至可以达到2000MPa/cm2，根据模具寿命和压机能力选择适合电感的最佳压力。
(3)本实用新型设计的电感要求低直流电阻且铜线要与金属软磁材料一起进行高温热处理，采用无漆包线的扁平铜导线，可以进行高温热处理，更进一步降低粉芯的损耗，也可以根据需要设计铜线的形状，包括I型、S型、L型、U型，W型和E型等。可以采用一模一件的成型工艺，也可以采用导线架固定的方式进行联排压制成型。
附图说明
图1为本实用新型一个具体实施方式提供的共烧电感的结构图。
其中，1-磁芯；2-导线。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。
实施例1
本实施例提供了一种一体共烧电感的制备方法，所述的制备方法包括如下步骤：
(1)向模腔内填入磁粉，将一条矩形截面的扁平铜导线2去除漆包线后埋入磁粉中，导线2两端伸出模腔，导线2形状为直导线2，长度为14mm，宽度为2.2mm，厚度为0.35mm；
(2)对埋入导线2的磁粉进行模压成型，模压方式为热压，热压压力为500Mpa/cm2，热压温度为180℃，热压时间为20s；
(3)成型后，在保护性气氛下进行退火热处理得到磁芯1，热处理温度为700℃，热处理时间为30min；
(4)对伸出磁芯1外的导线2依次进行含浸喷涂和折弯上锡后得到尺寸为10.0mm×5.0mm×2.0mm的共烧电感(如图1所示)，其中，含浸处理为真空含浸，喷涂过程采用的喷涂液为环氧树脂；
其中，步骤(1)所述的磁粉采用如下方法制备得到：
(a)配粉：将D50＝20.2μm的FeSi粉与D50＝3μm的羰基铁粉，按照7:3的质量比进行混合得到复配后的软磁粉末；
(b)绝缘包覆：采用丙酮对磷酸进行稀释，磷酸与丙酮的质量比为1:60，磷酸与丙酮混合搅拌1min，随后静置5min备用；步骤(a)得到的复配后的软磁粉末与稀释后的磷酸混合搅拌30min，在90℃下烘干1h后得到磷化处理后的软磁粉末；
(c)二次包覆：包覆料与步骤(c)得到的软磁粉末混合搅拌40min，包覆料为软磁粉末的2wt％，包覆料为酚醛树脂；
(d)造粒处理：对二次包覆后的软磁粉末在40目网造粒机中进行造粒，造粒完成后进行晾晒，晾晒时间为2h，晾晒后的软磁粉末过30目筛，随后在50℃下干燥处理0.8h，自然冷却后过30目筛，随后向过筛后的软磁粉末中添加辅料得到所述的磁粉，辅料为氧化镁。
对制备得到的共烧电感进行电感特性测试，测得初始感量L(0A)＝120nH，饱和电流70A，温升电流65A。采用12V-1V的降压电路，进行效率测试，测试时开关电源频率500kHz，电子负载为5A时，效率达到79.5％，电子负载为15A时，效率达到88.3％。
实施例2
本实施例提供了一种一体共烧电感的制备方法，所述的制备方法包括如下步骤：
(1)向模腔内填入磁粉，将一条矩形截面的扁平铜导线2去除漆包线后埋入磁粉中，导线2两端伸出模腔，导线2形状为S形，长度为10mm，宽度为2.6mm，厚度为0.30mm；
(2)对埋入导线2的磁粉进行模压成型，模压方式为热压，热压压力为400Mpa/cm2，热压温度为175℃，热压时间为25s；
(3)成型后，在保护性气氛下进行退火热处理得到磁芯1，热处理温度为650℃，热处理时间为50min；
(4)对伸出磁芯1外的导线2依次进行含浸喷涂和折弯上锡后得到尺寸为8.0mm×6.0mm×1.9mm的共烧电感(如图1所示)，其中，含浸处理为真空含浸，喷涂过程采用的喷涂液为环氧树脂。
其中，步骤(1)所述的磁粉采用如下方法制备得到：
(a)配粉：将D50＝18.3μm的FeSiAl粉与D50＝2.8μm的FeNi粉，按照75:25的质量比进行混合得到复配后的软磁粉末；
(b)绝缘包覆：采用丙酮对磷酸进行稀释，磷酸与丙酮的质量比为1:63，磷酸与丙酮混合搅拌3min，随后静置6min备用；步骤(a)得到的复配后的软磁粉末与稀释后的磷酸混合搅拌40min，在95℃下烘干1.2h后得到磷化处理后的软磁粉末；
(c)二次包覆：包覆料与步骤(c)得到的软磁粉末混合搅拌45min，包覆料为软磁粉末的5wt％，包覆料为环氧树脂；
(d)造粒处理：对二次包覆后的软磁粉末在43目网造粒机中进行造粒，造粒完成后进行晾晒，晾晒时间为2.3h，晾晒后的软磁粉末过35目筛，随后在55℃下干燥处理1h，自然冷却后过35目筛，随后向过筛后的软磁粉末中添加辅料得到所述的磁粉，辅料为润滑粉。
对制备得到的共烧电感进行电感特性测试，测得初始感量L(0A)＝100nH，饱和电流50A，温升电流50A。采用6V-0.8V的降压电路，进行效率测试，测试时开关电源频率1000kHz，电子负载为5A时，效率达到81.5％，电子负载为25A时，效率达到90.3％；
实施例3
本实施例提供了一种一体共烧电感的制备方法，所述的制备方法包括如下步骤：
(1)向模腔内填入磁粉，将一条矩形截面的扁平铜导线2去除漆包线后埋入磁粉中，导线2两端伸出模腔，导线2形状为w形，长度为18mm，宽度为2.8mm，厚度为0.26mm；
(2)对埋入导线2的磁粉进行模压成型，模压方式为冷压，冷压压力为1600Mpa/cm2；
(3)成型后，在保护性气氛下进行退火热处理得到磁芯1，热处理温度为690℃，热处理时间为40min；
(4)对伸出磁芯1外的导线2依次进行含浸喷涂和折弯上锡后得到尺寸为7.5.0mm×6.5mm×1.8mm的共烧电感(如图1所示)，其中，含浸处理为真空含浸，喷涂过程采用的喷涂液为环氧树脂。
其中，步骤(1)所述的磁粉采用如下方法制备得到：
(a)配粉：将D50＝17.5μm的FeNi粉与D50＝2.6μm的FeSi粉，按照80:20的质量比进行混合得到复配后的软磁粉末；
(b)绝缘包覆：采用丙酮对磷酸进行稀释，磷酸与丙酮的质量比为1:65，磷酸与丙酮混合搅拌5min，随后静置8min备用；步骤(a)得到的复配后的软磁粉末与稀释后的磷酸混合搅拌50min，在100℃下烘干1.3h后得到磷化处理后的软磁粉末；
(c)二次包覆：包覆料与步骤(c)得到的软磁粉末混合搅拌55min，包覆料为软磁粉末的7wt％，包覆料为硅树脂；
(d)造粒处理：对二次包覆后的软磁粉末在50目网造粒机中进行造粒，造粒完成后进行晾晒，晾晒时间为2.5h，晾晒后的软磁粉末过40目筛，随后在63℃下干燥处理1.1h，自然冷却后过40目筛，随后向过筛后的软磁粉末中添加辅料得到所述的磁粉，辅料为脱模粉。
对制备得到的共烧电感进行电感特性测试，测得初始感量L(0A)＝150nH，饱和电流80A，温升电流75A。采用5V-1V的降压电路，进行效率测试，测试时开关电源频率750kHz，电子负载为5A时，效率达到78.2％，电子负载为45A时，效率达到92.5％；
实施例4
本实施例提供了一种一体共烧电感的制备方法，所述的制备方法包括如下步骤：
(1)向模腔内填入磁粉，将一条矩形截面的扁平铜导线2去除漆包线后埋入磁粉中，导线2两端伸出模腔，导线2形状为直导线2，长度为10mm，宽度为2.0mm，厚度为0.36mm；
(2)对埋入导线2的磁粉进行模压成型，模压方式为冷压，冷压压力为1500Mpa/cm2；
(3)成型后，在保护性气氛下进行退火热处理得到磁芯1，热处理温度为850℃，热处理时间为30min；
(4)对伸出磁芯1外的导线2依次进行含浸喷涂和折弯上锡后得到尺寸为8.0mm×5.0mm×3.0mm的共烧电感(如图1所示)，其中，含浸处理为真空含浸，喷涂过程采用的喷涂液为环氧树脂。
其中，步骤(1)所述的磁粉采用如下方法制备得到：
(a)配粉：将D50＝23μm的FeSiB非晶粉与D50＝2μm的羰基铁镍粉，按照80:20的质量比进行混合得到复配后的软磁粉末；
(b)绝缘包覆：采用丙酮对磷酸进行稀释，磷酸与丙酮的质量比为1:70，磷酸与丙酮混合搅拌6min，随后静置10min备用；步骤(a)得到的复配后的软磁粉末与稀释后的磷酸混合搅拌60min，在110℃下烘干1.5h后得到磷化处理后的软磁粉末；
(c)二次包覆：包覆料与步骤(c)得到的软磁粉末混合搅拌60min，包覆料为软磁粉末的10wt％，包覆料为硅树脂；
(d)造粒处理：对二次包覆后的软磁粉末在60目网造粒机中进行造粒，造粒完成后进行晾晒，晾晒时间为3h，晾晒后的软磁粉末过50目筛，随后在70℃下干燥处理1.2h，自然冷却后过50目筛，随后向过筛后的软磁粉末中添加辅料得到所述的磁粉，辅料为氧化镁。
对制备得到的共烧电感进行电感特性测试，测得初始感量L(0A)＝60nH，饱和电流15A，温升电流12A。采用5V-1V的降压电路，进行效率测试，测试时开关电源频率1500kHz，电子负载为0.5A时，效率达到89.5％，电子负载为5A时，效率达到90.5％。
申请人声明，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本实用新型的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
1.一种一体共烧电感，其特征在于，所述的一体共烧电感包括磁芯以及位于磁芯内部的至少一根导线，导线两端伸出磁芯外部，伸出磁芯的导线部分弯折后贴紧磁芯外壁，所述的导线为无漆包线的裸线。
2.根据权利要求1所述的一体共烧电感，其特征在于，所述的导线为铜线或银线。
3.根据权利要求1所述的一体共烧电感，其特征在于，所述的导线为矩形截面的扁平导线。
4.根据权利要求1所述的一体共烧电感，其特征在于，伸出磁芯的导线部分与磁芯的矩形交界面的其中一条长边为弯折线，沿弯折线将伸出磁芯的导线部分弯折后贴紧磁芯外壁。
5.根据权利要求1所述的一体共烧电感，其特征在于，所述的导线宽度为2～3mm；
所述的导线长度为10～20mm；
所述的导线厚度为0.2～0.4mm。
6.根据权利要求1所述的一体共烧电感，其特征在于，所述的导线形状为直导线或异形导线。
7.根据权利要求6所述的一体共烧电感，其特征在于，所述的异形导线的形状包括S形、L形、U形、W形或E形。
8.根据权利要求1所述的一体共烧电感，其特征在于，所述的导线在水平面上并排间隔铺设于磁粉内部。
9.根据权利要求1所述的一体共烧电感，其特征在于，所述的共烧电感为长方体形。
10.根据权利要求9所述的一体共烧电感，其特征在于，所述的共烧电感的长度为7～10mm；
所述的共烧电感的宽度为5～7mm；
所述的共烧电感的高度为1.5～3mm。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |