TW201110164A - Miniature shielded magnetic component and methods of manufacture - Google Patents

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201110164 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明大體而言係關於電子元件之製造，且更具體而古 係關於諸如電感器等微型磁性元件之製造。 本申請案請求對2009年5月4曰提出申請之美國臨時申請 案第61/175,269號及2008年7月11日提出申請之61/〇8〇，115 之權益，且係2008年6月13日提出申請之請求對2007年6月 15曰提出申請之中國專利申請案2007101 1096.9之權益之 美國申請案第12/138,7 92號之一部分接續申請案，該等申 請案之全部揭示内容以引用方式併入本文中。 本申請案亦與以下共同擁有且共同待決專利申請案中所 揭示標的物相關：2009年4月24日提出申請且標題為 「Surface Mount Magnetic Component Assembly」t $ 國 專利申請案第12/429,856號；2008年7月29日提出申請且標 題為「A Magnetic Electrical Device」之美國專利第 12/181，436號；2008年10月8日提出申請且標題為「High Current Amorphous Powder Core Inductor」之美國申請案 第12/247,821號；及2006年9月12日提出申請且標題為 「Low Profile Layered Coil and Cores for Magnetic Components」之美國專利申請案第^/^9,349號。 【實施方式】 本文中揭示磁性元件之實例性實施例，其等克服此項技 術中之眾多挑戰’以用於以一合理成本可靠地製造用於電 子裝置之低剖面元件。更特定而言，所揭示的是實例性微 148074.doc 201110164 型屏蔽功率元件（諸如電感器及變壓器）及其製造方法。該 等兀件利用唯一的芯結構、預形成線圈及用於形成用於預 形成線圈之端接結構之焊接及電鍍技術。可跨越大的生產 批量大小嚴格控制芯巾之㈣大小，藉此提供—更嚴格控 制之電感值。借助與用於電路板應用之已知磁性元件相比 更容易之組裝及更佳之良率可以更低成本提供元件。該等 元件亦相對於已知元件提供增加之功率密度，且因此該等 元件特疋而言極適用於一電子裝置之電力供應電路。 為在其最大程度上理解本發明，以下揭示内容將被分割 成不同部分，其中第1部分揭示習用屏蔽磁性元件及與其 相關聯之挑戰；且第„部分揭示根據本發明之實例性實施 例形成之磁性元件之實例性實施例。 ϊ.本發明之介紹 在諸多類型之電子裝置中，在一較小實體封裝大小中提 供一不斷增加之特徵陣列及功能性變得合意。舉例而言， 諸如蜂巢式電話、個人數位助理（PDA)裝置及個人音樂及 娱樂裝置等手持式電子裝置現在包括一增加數目之電子元 件以適應此等裝置中所期望之增加之功能性。在此等裝置 之一減小之實體封裝大小中容納一增加數目之元件已導致 對具有自一電路板之一表面凸出之一相對小高度之「低剖 面」元件之大量使用。元件之低剖面減小電子裝置内板上 方所需要之一空隙’且允許在裝置中之一減小之空間量内 堆疊多個電路板。 然而’此等低剖面元件之製造呈現數個實際挑戰，使得 148074.doc 201110164 製造生產越來越小之電子裝置所需要之較小低剖面係困難 且昂貴的。在諸如電感器及變壓器等極小磁性元件中產生 均勻效能係困難的，尤其當元件涉及在製造期間難以控制 之間隔開芯結構時，因此產生效能及成本問題。在電子元 件之一大量生產之世界中，元件之間效能上之任何可變性 係不合意的，且甚至相對小之成本節約可係顯著的。 用於電路板應用之各種磁性元件（包括但不限於用於電 子裝置中之電感器及變壓器）包括繞一磁芯設置之至少一 個導電繞組。在某些磁性元件中，一芯總成係由間隔開且 黏接在一起之鐵氧體芯製作。在使用中，該等芯之間的間 隙需要在芯中儲存能量，且該間隙影響磁性特性，包括但 不限於開路電感及DC偏流特性。尤其在微型元件中，在 芯之間產生一均勻間隙對於可靠、高品質磁性元件之一致 製造係重要的。 因此期望k供用於電路板應用之具有增加之效率及改 良之可製造性而不增加元件之大小及佔據一印刷電路板上 之一過度空間量之一磁性元件。 圖1係用於一電子裝置之一已知磁性元件1〇〇之—透視 圖。如圖1中所圖解說明，元件100係一功率電感器，其包 括由（舉例而言）一非導電電路板材料（舉例而言，諸如一齡 路樹脂）製作之一基底102。一鐵氧體鼓芯1 〇4(有時稱作一 纏繞線軸）係藉由一黏合劑1〇6(諸如一以環氧樹脂為主之 膠）附接至基底1〇2。一繞組或線圈1〇8係以捲繞鼓芯1〇4一 所規疋數目匝之一導線之形式提供，且繞組108在自鼓兄 148074.doc 201110164 1 04延伸之線圈引線11 0、11 2中之每一相對端處端接。金 屬端子夾114、116係提供於基底1〇2之相對側邊緣上且夾 114、116可由一金屬薄片（舉例而言）單獨製作且組裝至基 底102。各別夾114、116之部分可軟焊至該電子裝置之一 電路板（未顯示）之導電跡線，且夾114及116之部分以機械 及電方式連接至線圈引線i 1〇、i 12。一鐵氧體屏蔽環芯 118大致包圍鼓芯104且以與鼓芯1〇4之一間隔開關係分隔 開。 繞組108係直接纏繞於鼓芯1〇4上，且屏蔽環芯ιΐ8係組 裝至鼓芯1 04。需要相對於屏蔽芯i丨8小心將鼓芯丨〇4定位 於中心以控制電感值且確保導體之〇〇偏流效能。通常利 用一相對高溫軟焊過程將線引線i 1〇、i 12軟焊至端子夾 114 、 116 。

在屏蔽芯118内將鼓芯104定位於中心對於微型化低剖面 元件而言呈現數個實際困難。在某些實例十，已使用環氧 樹脂來黏接鐵氧體芯104與芯i 18以產生用於磁性元件之一 經黏接芯總成。為一致地間隔該等芯，非磁性珠（通常係 玻璃球）有時與黏合劑絕緣體材料混合且散佈於芯104與芯 118之間以形成該間隙。當經熱固化時，環氧樹脂將芯 與芯118黏接且該等珠將芯1〇4與芯118分隔開以形成間 隙。然巾，芯104與芯118之間的黏接主要相依於環氧樹脂 之黏度及散佈於該等芯之間的黏合劑混合中環氧樹脂與珠 之比率。已注意到，在某些應用中，經黏接之芯1〇4與— U8對於其等之既定用途而言點接不夠充分，且控制黏I 148074.doc 201110164 劑混合中環氧樹脂與玻璃球之比率已證明係極困難的。 在屏蔽芯118内將鼓芯104定位於中心之另一已知方法涉 及置於芯104與芯118之間的一非磁性分隔件材料（未顯 不）。該分隔件材料經常由一紙或聚酯絕緣體材料製成。 通常，芯104及芯118以及分隔件材料係藉由捲繞於該等芯 半件之外部之膠帶固定至彼此，藉由一黏合劑將該等芯半 件固定在一起，或藉由一夾子固定該等芯半件且保持位於 該等芯半件之間的間隙。極少使用多個（亦即，多於兩個） 分隔件材料件，此乃因將結構固定在一起之問題變得極複 雜、困難且成本高昂。 在將線圈引線110、112電連接至端子夾114&u 6之軟焊 過程期間，已發現鼓芯104及屏蔽芯118中之一者或其兩者 可出現破裂，尤其當利用極小芯時。另外，在軟焊過程期 間’繞組108内可發生電短路。任一條件對於使用中之電 感器元件呈現效能及可靠性問題。 圖2及圖3分別圖解說明一分解圖及一透視圖，或另一已 知類型之屏蔽磁性元件150，其在某些態樣中比圖丨中所示 之元件100易於製造及組裝。另外，元件15〇亦可具備比元 件100低之一剖面。 元件150包括一鼓芯152(—線圈或繞組154在其上延伸數 匝）及接納該鼓芯之一屏蔽芯156。屏蔽芯156包括形成於 其表面上之電鍍端接件160〇線引線162、164自繞組154延 伸且在端接件158及160之側邊緣上與端接件158及16〇電連 接。電鍍端接件160避免分開製作之端子夾（諸如，如圖1 •Ί · 148074.doc 201110164 中所示之夾114及11 6)以及夾114及116所組裝至之基底 102(亦顯示於圖1中）。消除原本將需要之夾114、U6及基 底102節約材料及組裝成本，且與元件1 〇〇(圖丨）相比提供一 更低剖面高度之元件15 0。 然而’以越來越低之剖面製造元件150仍具挑戰性。鼓 芯152相對於屏蔽芯156定位於中心仍係困難且昂責的。元 件150亦易於發生熱震，及在製造元件15〇期間因將線圈引 線162及164端接至屏蔽芯156上之端接件158及160之高溫 軟焊操作而產生之潛在損壞或在將元件15〇表面安裝至一 電路板時所經歷之熱震。熱震往往減小一個或兩個芯 104、118之結構強度。在更低刳面元件之趨勢下，鼓芯 152及屏蔽芯156之尺寸減小，因此使其更易於發生熱震問 題。已在形成端接件之電鍍過程期間觀察到屏蔽芯156之 破裂，因此導致效能及可靠性問題及令人滿意之元件之不 合意低之生產良率。 圖4及圖5圖解說明在某些態樣中類似於元件15〇之一元 件180之另一實施例。圖2及圖3之相同參考字符在圖4及圖 5中用於共同特徵。與元件15〇不同，元件18〇包括嵌入於 屏蔽〜156中之端接槽182、184(圖4)。所嵌入之端接槽182 及在屏蔽心156之一表面上接納繞組引線16ό、168(圖 5)，該表面可表面安裝至—電子裝置之—電路板。與元件 15〇相比，所嵌入之端接槽182及184允許減小元件高度或 減小元件之剖面，但仍遭受將芯定位於中心之前述困難、 因電鐘端接件158及⑽而對芯之潛在損壞及當將元件18〇 148074.doc 201110164 表面安裝至一電路板時由於高溫軟焊操作而產生之熱震問 題。 圖6圖解說明又一已知元件200，其可根據元件15〇或ι8〇 構造’但包括分開提供之線圈端子夾202、204，線圈端子 夾202、204更牢固地固持線圈引線166、168(圖2至圖5)。 夾202、204係提供於端接件158、160(圖2至圖5)上方且捕 獲線圈引線166、168。除線圈引線166、168之一更可靠端 接外’元件200遭受在屏蔽芯156將鼓芯154定位於中心之 類似困難、與電鍍端接件時對芯之損壞相關之類似問題及 可有害地影響使用中之元件200之可靠性及效能之類似熱 震問題。 為避免將線圈纏繞至越來越小之鼓芯15 2上之困難且為 進一步減小此等元件之低剖面高度，已提出利用預形成線 圈結構’替代纏繞於一芯結構上’其等可分開製作且組裝 成一芯結構。圖7係可用於構造一低剖面電感器元件之一 個此習用預形成線圈220之一俯視平面圖。線圈220具有第 一及第一引線222及224以及其之間的一線長度，該線長度 係纏繞數匝。由於纏繞線圈220之習用方式，一個引線222 自線圈220之一内周邊延伸，且另一引線224自線圈220之 外周邊延伸。 II.本發明之實例性實施例 圖8係根據本發明形成之一微型或低剖面磁性元件之一 預形成繞組或線圈240之一俯視平面圖。與線圈220(圖7)相 同’線圈240具有第一及第二末端或引線242及244以及其 148074.doc 201110164 之間的一線長度’該線長度係纏繞數匝以達成一合意效 應’舉例而言，諸如用於一選定最終用途應用之一合意電 感值。 在一圖解說明性實施例中，線圈240可根據已知技術由 一導線形成。視需要，用於形成線圈240之線可塗佈有瓷 轴塗層等以改良線圈240之結構及功能態樣。如熟習此項 技術者將瞭解，線圈240之一電感值部分取決於線類型、 線圈中線之匝數及線直徑。因此，線圈240之電感額定值 可針對不同應用而相當大地變化。 與線圈220不同，兩個引線242及244自線圈240之一外周 邊246延伸。換言之，引線242及244中之任一者均不自線 圈240之一内周邊248或中心開口延伸。由於引線242及244 均不自線圈内周邊248延伸，因此可比線圈220更有效地使 用一芯結構中之一繞組空間（圖8中未顯示但闡述於下文 中）。對線圈240之繞組空間之更有效使用提供效能優點且 進一步減小一磁性元件之一低剖面高度。 另外’對繞組空間之更有效使用提供額外益處，包括但 不限於在製作線圈時使用一較大線規格而佔據與由一較小 線規格製作之一習用線圈相同之實體面積。另一選擇係， 對於一給定線規格，可藉由消除未使用之空間可在具有一 較少數目匝之一習用線圈將佔據之相同實體空間中提供線 圈中之更多數目匝。更進一步，對繞組空間之更有效使用 可減小使用中之元件260之直接電電阻（DCR)且減小一電子 裝置中之電力損失。 148074.doc -10- 201110164 預形成線圈240可獨立於任一芯結構製作，且稍後可在 指定製造階段與一芯結構組裝。相信線圈24〇之構造在與 如下文所闡述之大致自我定位於中心之磁芯結構一同使用 時係有利的。 圖9至圖12圖解說明根據本發明之一實例性實施例形成 之一磁性元件260之各種視圖。元件26〇包括一第一芯 262，可插入一屏蔽芯262中之一預形成線圈24〇(亦顯示於 圖8中)及上覆線圈24〇且以一自我定位於中心方式接納於 第一芯262内之一第二芯264。第一芯262在某種程度上使 人想起前文所闡述之屏蔽芯，且第二芯264有時稱作將線 圈240包封於第一芯262内之一護罩。 2在圖9中最佳所見’第一芯262可由—導磁材料形成為 一實心扁平基底266，其中直立壁268、270沿一法向或大 體垂直方向自基底266延伸。壁268及270可在其之間且在 基底2 6 6上方界定一大體圓柱形繞組空間或繞組插孔2 7 2以 用於接納線圈240。切口或開口 273在側壁268及27〇之端之 間延伸且為各別線圈引線242及244提供空隙。 已知適於製造芯262之各種磁性材料。舉例而言’鐵粉 芯、具有粉末鎳、鐵及鉬之鐵鎳鉬粉末（Mpp)、鐵氧體材 料及高通量超環面材料係已知且係可使料，此相依於該 元件是否將用於（舉例而言）電力供應或電力轉換電路中或 諸如一濾波電感器之另一應用中。實例性鐵氧體材料包括 猛鋅鐵氧體’且特定而言在商業上已用過且可相當廣泛賭 得之功率鐵氧體、鎳辞鐵氧體、鋰鋅鐵氧體、鎂錳鐵氧體 148074.doc 201110164 等。進一步涵蓋 材料或其他已知 些優點。 ，可使用低損失粉末鐵、以鐵為主之陶瓷 材料來製作芯，同時達成本發明之至少某 如圖10至圖12中路-吐 — 甲所不，第一芯262亦可包括形成於第— ’心262之外表面上之表面安裝端接件276、278。端接件 6 278可在（舉例而言卜物理氣相沈積㈣〇)過程（替代 士此項技術中常用之電鍍）中由一導電材料形成於芯况 上與S用電鑛過程相比，物理氣相沈積准許更高之過程 控制及極小芯結構上増強品質之端接件268、27〇。物理氣 相沈積亦可避免電链所呈現之芯損壞及相關問題。雖然相 信物理氣相沈積對於形成端接件268、27〇而言係有利的， 但應認識到’同樣可提供其他端接結構’包括電鍍端接 件力而子夾、藉由將芯262之一部分浸入導電油墨中形成 之表面端接件等及此項技術中已知之其他端接方法及結 構。 、口 亦如圖10至圖12中所示，端接件276及278可各自形成有 接納線圈引線242及244之端之嵌入式端接槽28〇。在圖中 所示之實例中，如在圖9中最佳所見，當線圈24〇組裝至第 心2 6 2時’線圈2 4 0之引線可b比鄰基底2 6 6定向，且該等 引線可彎曲為與端接槽280σ齒合。然後，引線242及244可 (舉例而言）焊接至端接件276及278以確保線圈引線242及 244至端接件276及278之充分機械與電連接。特定而言， 可利用火花焊接及雷射焊接來端接線圈引線242及244。 與軟焊相反，線圈引線242及244至端接件276及278之焊 148074.doc 201110164 接避免在元件260之總向度上進行軟焊之不合意效應，且 亦避免線圈240上之熱震問題及高溫效應以及軟焊引發之 潛在芯損壞。然而，儘管焊接存在該等益處，但應瞭解， 在本發明之某些實施例令可使用軟焊而仍獲得本發明之諸 多益處。 端接件276及278捲繞至第一怒基底266之底部表面且提 供表面女裝墊以用於至一電路板上之導電電路跡線之電連 接。 第二芯264可獨立地且與第一芯262分開製作，且稍後組 裝至第一芯262，如下文所闡釋。第二芯262可由一導磁材 料（諸如，上文所闡述之彼等導磁材料）製作為一大體扁平 盤形主體290，主體290具有一第一直徑及與主體29〇整體 形成且自其一個側向外延伸之一定位於中心凸出部292。 疋位於中心凸出部292係在中心定位於主體29〇上且可形成 為（舉例而言）具有比主體29〇小之一直徑之一大體圓柱形插 塞或柱。此外，柱292尺寸可經確定以緊密匹配但接納於 線圈240之内周邊248内。柱292因此可在組裝元件26〇時用 作第二芯264之一對準或定位於中心特徵。柱292可在線圈 内周邊248處延伸至線圈之開口中，且主體29〇之外周邊可 抵靠第一芯262之側壁268、270之一上部表面落座。當使 用（舉例而言）一以環氧樹脂為主之黏合劑將芯262與芯264 黏接在一起時’線圈24〇夾於芯262與芯264之間且藉由第 一芯264之柱292維持在其位置中。 尤其當線圈240之外周邊（由圖8中之參考編號246指示） 148074.doc -13- 201110164 緊密匹配於第一芯262中之插孔272之内尺寸時，芯262及 芯264及線圈240之相互配合之組裝提供不需要外部定位於 中心組件之一特別緊湊且機械穩定之元件260。獨立且分 開製作芯262及芯264以及預形成線圈240與其中線圈直接 纏繞於一小芯結構上之習用元件總成相比提供元件260之 組裝便利性及經簡化製造。 如在圖12中最佳所見（在側視圖中，其中未顯示線圈 24〇) ’第二芯264之柱292穿過線圈内周邊248(圖9)僅延伸 自主體290至第一芯262之基底266之距離之一部分。亦 即’柱292之一端不延伸至第一芯262之基底266且係與基 底266分隔開以提供一實體芯間隙296。實體間隙296允許 在芯中儲存能量，且影響元件260之磁性特性，諸如開路 電感及DC偏流特性。藉由提供柱292與基底266之間的間 隙296 ’與用於電子裝置之習用低剖面磁性元件相比，以 一簡單且相對低成本方式提供間隙296之跨越大量元件26〇 之穩定且一致之製造。因此與現有元件構造相比，可以相 對低之成本嚴格控制元件260之電感值。較高過程控制產 生可接受元件之較高生產良率。 圖13至圖16在各種視圖中圖解說明根據本發明之另一實 施例形成之另一元件3〇〇元件。元件300在諸多態樣中類似 於上文關於圖9至圖12所闡述之元件260，且因此在圖14至 圖16中使用相同參考字符來指示共同特徵。除如下文所述 内谷’元件300在其構造上與元件260大致相同且提供大致 類似益處。 148074.doc •14· 201110164 與元件260不同，元件300之第一芯262形成有一大致實 心且連續側壁302，其界定用於預形成線圈24〇之插孔 272。亦即’元件300在第一芯262中不包括圖9中所示之切 口 273。此外’如在圖14中最佳顯示，線圈24〇經定向，以 使引線242、244自線圈240之一上部表面延伸，而非以圖9 中所示之組態，該組態中引線毗鄰基底266定位於線圈24〇 之底部表面上。借助線圈240之定向及不具有切口之實心 壁302，端接件276及278中之端接槽280延伸第一芯162之 整個高度（與圖9中所示之實施例相反，該實施例中端接槽 280僅延伸基底266之高度）〇端接件276及278以及槽28〇伸 長壁302之整個高度在端接件276及278上為線圈引線242及 244提供一增加之黏接面積，且可促進軟焊或焊接操作以 將線圈引線242及244固定至第一芯262之端接件276、 278 ° 圖17至圖21在各種視圖中圖解說明根據本發明之另一實 施例形成之另-元件32〇元件。元件32G在諸多態樣中類似 於上文關於圖9至圖12所闡述之元件26〇，且因此在圖丨了至 圖21中將相同參考字符用於共同特徵。除如下文所述内 容’元件320在其構造上與元件26〇大致相同且提供大致類 似益處。 如圖17至圖21中所示’元件320包括預形成導電端子夾 322及324，其獨立於芯262製作為獨立結構，該等獨立泸 構組裝至芯262 ”夾322及324可由（舉例而言）導電之材料； 片製作’且衝壓、f曲或以其他方式形成為—合咅形狀： 148074.doc •15- 201110164 立而子爽322及324提供線圈引線242及244之端接以及用於一 電路板之表面安裝端接塾。可替代上文所闡述之端接件 276、278或除端接件276、278外使用央3 2 2。 圖22至圖25係根據本發明之另一實例性實施例形成之又 一磁性元件350之各種視圖。元件35〇在諸多態樣中類似於 上文關於圖9至圖12所闡述之元件260，且因此在圖22至圖 25中將相同參考字符用於共同特徵。除如下文所述内容， 元件350在其構造上與元件350大致相同且提供大致類似益 處。 與元件260不同’元件360包括形成於第一芯262中而非 第二芯264中（如上文所闡述）之一定位於中心凸出部或柱 352。柱352可在中心定位於第一芯262之插孔272中且可自 第一芯262之基底266向上延伸。因此，柱352可向上延伸 至線圈240之内周邊248中以相對於芯262將線圈240維持於 一固定、預定且居中之位置中。然而，芯264僅包括主體 290。亦即，芯264在一實例性實施例中不包括圖9及圖12 中所示之柱292。 柱352可僅延伸第一芯262之基底266與芯264之主體292 之間的距離之一部分’且因此可以·--致且可靠方式在柱 3 5 2之一端與芯2 6 4之間提供一間隙。由（舉例而言）一紙或 聚酯絕緣體材料製作之一非磁性分隔件組件（未顯示）可提 供於芯262及芯264之上部表面上且在芯262與芯264之間延 伸以自柱352提升並分離芯262，以視需要整體或部分地界 定該間隙。否則，柱264可經形成以具有比較而言比界定 148074.doc -16· 201110164 插孔272之芯262之側壁低之一高度，藉此在組裳元件時在 柱3 5 2與芯2 6 4之間產生一實體間隙。 在一進一步及/或替代實施例中，芯262及芯2m中之每 . 一者可形成有一定位於中心凸出部或柱，其中該等柱之尺 . 寸經選擇以在該等柱之端之間提供一間隙◊可提供一分隔 件組件以在此一實施例中整體或部分地界定該間隙。 圖26至圖29係根據本發明之另一實例性實施例形成之另 一磁性兀件370之各種視圖。元件37〇在諸多態樣中類似於 上文關於圖22至圖25所闡述之元件35〇，且因此在圖“至 圖29中將相同參考字符用於共同特徵。除如下文所述内 谷，7G件370在其構造上與元件35〇大致相同且提供大致類 似益處。 7C件370中之線圈240包括各自與一對引線相關聯之多個 繞組。亦即，第一及第二線圈引線242及244經提供以端接 且電連接線圈240中之一第一組繞組匝，且第三及第四線 圈引線372及374經提供以端接且電連接線圈24〇中之一第 二組繞組匝。相應地，芯262具備分別用於第一及第二線 圈引線242及244之端接件276及278，且芯262具備分別用 於第三及第四線圈引線372及374之端接件376及378。可提 供額外線圈引線及端接件以適應線圈24〇中之額外繞組 組。 線圈240中之多個繞組組在耦合電感器係合意時可係尤 其有益的或尤其有益於製造諸如閘極驅動變壓器等變壓 器。 148074.doc 201110164 本文中所提供之電感器可用於巾 上升轉換器。舉例而言，圓30圖解：二，④如下降或 轉換器之一並型電路歷0阁 低電塵或降屢 八i電路®，且圖3】圖解說明 壓轉換器之一並型雷 升问電夏或升 用於久μ 據本發明製備之電感器亦可 用於各種電子裝置中’舉例而言，諸如行動電話、PM及 ⑽裝置等。在-個實例性實施例中，如圖32中所提供之 電路圖中所示’根據本文中所閱述之方法製備之一電感器 可包括於經設計以用於驅動電子裝置(舉例而言，諸如行 動電話）中所使用之電致發光燈之—高壓驅動器中。 在一實例性實施例中，提供具有2 5 _2 5 _〇 7 mm尺寸之一電感器。實例性裝置之峰值電感係4刀 μΗ土20%，其中—峰值電流紅7 A且—平均電流係〇.46 A。量測到線之電阻為〇.83歐姆。如表i中所示將實例性 裝置之特性對照兩個競爭性裝置進行比較。比較性實例j 係一 Murata電感器，型號係LQH32CN，且比較性實例2係 一 TDK電感器。如該表中所示，實例性電感器（實例丨）在電 感及峰值電流上自一小得多之封裝提供相同效能。圖33中 顯示實例1之效能’其中電感顯示為電流之一涵式。圖34 中顯示實例1之電感器之下降（隨著電流增加之電感損失百 分比）且在峰值電流值0.7 A處係大約20%。 148074.doc •18· 201110164 表1 樣本 裝置尺寸 (LxWxH) 最大電感 (μΗ) 峰值電流 (lsat) 平均電流 (1ms) 直流電阻 實例1 2.5 mmx 4.7 士 20% 0.7 A 0.46 A 0.83歐姆 2.5 mmx 0.7 mm 比較性實例1 3.2 mmx 4.7 士 20〇/〇 0.65A 一 0.195歐姆 2.5 mmx 1.56 mm 比較性實例2 2.8 mmx 4.7±20% 0.7 A 0.82A 0.24歐姆 2.6 mmx 1.0 mm 對磁性元件之各種進一步調試係可行的，藉此提供類似 益處。 舉例而言，雖然揭示相信其在某些實施例中係有利之一 特定線圈240(圖8)，但在進一步及/或替代實施例中，其他 線圈構造當然係可行的且係可有益地使用的。為進行圖解 說明而非進行限制，線圈可由扁平或圓形線導體製作，且 該等導體可包括高溫絕緣材料及熱或化學活化黏接劑以進 一步促進磁性元件之組裝。另外，線圈可組態有螺旋及非 螺旋繞組，且在某些實施例中可包括多匝繞組或一分數 (即，少於一個）數目阻。 作為另一實例，除由上文所論述之材料製作芯件外，亦 可利用所謂的分佈式間隙材料來製作芯，此避免在芯結構 中提供一實體間隙之一需要。 在所涵蓋之實例性實施例中，舉例而言，上文所揭示之 148074.doc -19- 201110164 芯件可由一可模製磁性材料製作，其可係（舉例而言）磁粉 粒子與具有分佈式間隙性質之一聚合物黏結劑之一混合 物。此等材料可使用壓縮模製技術壓製於一或多個線圈 (或同一線圈之不同繞組）周圍，藉此避免與離散、實體上 間隔開之芯與線圈相關聯之一微型化位準之組裝步驟。 圖35及圖36圖解說明另一磁性元件總成4〇〇，其通常包 括界定一磁體402之一粉末磁性材料及耦合至磁體4〇2之一 線圈404。在所示實例中，磁體4〇2在線圈4〇4之一個側上 製作有可模製磁性層406、408、410且在線圈404之相對側 上製作有可模製磁性層412、414、416 ^雖然顯示六個磁 !·生材料層，但應理解，在進一步及/或替代實施例中可提 供更多或更少數目個磁性層。 在一實例性實施例中，磁性層4〇6、4〇8、41〇、412、414、 416可由包括以下粒子之粉末磁性材料製作：諸如鐵氧體粒 子、鐵（Fe)粒子、鐵矽鋁（Fe_si-Al)粒子、MPP(Ni-Mo-Fe) 粒子、HighFlux(Ni-Fe)粒子、Megaflux(Fe-Si合金）粒子、 以鐵為主之非晶形粉末粒子、以鈷為主之非晶形粉末粒子 或此項技術中已知之其他等效材料。當此等磁粉粒子與一 聚合物黏結劑材料混合時，所得磁性材料展現分佈式間隙 性質’此避免實體上間隔開或分離不同磁性材料件之任何 需要。因此’有利地避免與建立並維持一致實體間隙大小 相關聯之困難及費用。對於高電流應用，與一聚合物黏結 劑結合之一預退火磁性非晶形金屬粉末據信係有利的。 磁性層406、408、410、412、414、416可以相對薄之薄 148074.doc •20· 201110164 片k供’该專薄片可在一層壓過程中或經由此項技術中已 知之其他技術彼此堆疊並接合。可在一單獨製造階段預製 作磁性層406、408、410、412、414、416以在一稍後組裝 階段簡化磁性元件之形成。雖然圖35及36中顯示磁性材料 層，但可視情況在不存在如上文所闡述用於形成層之預製 作步驟之情形下直接以粉末形式將此粉末磁性材料壓製或 以其他方式耦合至線圈。以任一方式，一單塊式芯結構可 在不利用芯結構中之一離散實體間隙之情形下提供充足磁 性效能。然而，即使使用一分佈式間隙磁性材料，仍可需 要該芯結構中之一實體間隙。 所有層406、408、410、412、414、416在一個實施例中 可由相同磁性材料製作以使得層4〇6、4〇8、41〇、412、 414 416具有類似（若不相同的話）磁性性質。在一個實施 例中，層406、408、410、412、414、416中之一或多者可 由與磁體402中之其他層不同之一磁性材料製作。舉例而 言，層408、412及416可由具有第一磁性性質之一第一可 模製材料製作，且層406、41〇及414可 性質不同之第二性質之-第二可模製磁性材料料4第 此外，與上文所闡述之實施例相同，磁性元件總成4〇〇 包括穿過線圈404之-開放中心區域插人之—經成形怎 組件418。在-實例性實施例中，經成形芯組件㈣可由與 磁體402不同之-磁性材料製作。經成形芯組件418可由^ 項技術中已知之任何材料製作，包括但不㈣上文㈣述 之彼等材料。如圖35及圖36中所示，經成形芯組件418可 148074.doc _21· 201110164 形成為與線圈404之中心開口 42〇之形狀互補之一大體圓柱 形形狀，但;函蓋非陳形形狀可同樣與具有非圓柱形開口 之線圈-同使用。在另外其他實施例t，經成形怒組件 418與線圈開口不需要具有互補形狀。 經成形芯組件418可穿過線圈404中之開口 42〇延伸，且 可模製磁性材料接著模製於線圈4〇4及經成形芯組件418周 圍以完成磁體402。經成形芯組件418與磁體4〇2之不同磁 性性質在針對經成形芯組件418選擇之材料具有比用以界 定磁體400之可模製磁性材料更佳之性質時可尤其有利。 因此，穿過芯組件400之通量路徑可提供比磁體原本將具 有之效能更佳之效能《可模製磁性材料之製造優點可產生 比整個磁體由經成形芯組件418之材料製作之情形更低之 一元件成本。 雖然圖35及圖36令顯示一個線圏4〇4及芯組件418，但涵 蓋可同樣在磁體402中提供多於一個線圈及芯組件。另 外，可視需要利用其他類型之線圈（包括但不限於上文所 闡述或上文所述相關申請案中之彼等類型）來替代線圈 404 ° 可以此項技術中已知之任一方式形成表面安裝端接件 422以完成一電路板與元件4〇〇中之線圈之間的電連接。在 本發明之各種實施例中可利用上文所闡述、上文所述相關 申請案中或另外此項技術中已知之端接結構及技術中之任 一者。 III·所揭示之實例性實施例 148074.doc -22· 201110164 現在應顯而易見，可以各種組合形式混合及匹配所闡述 之各種特徵。舉例而言，闡述圓形線線圈時，可替代利用 扁平線線圈。闡述層狀構造用於磁體時，可替代利用非層 狀磁性構造。可有利地提供具有不同磁性性質、不同數目 及類型之線圈且具有不同效能特性之各種各樣之磁性元件 總成’以滿足具體應用之需要。 此外，所闡述特徵中之某些特徵可有利地用於具有實體 上彼此間隔開且分隔開之離散芯件之結構中。此對於所闡 述端接特徵及線圈耦合特徵中之某些特徵尤其如此。 在如上文所列舉之在本發明之範疇内之各種可能性中， 相信至少以下實施例相對於習用電感器元件係有利的。 已揭示一種低剖面磁性元件，其包括：具有一開放中心 區域之至少一個導電線圈；延伸穿過該開放中心區域之一 内磁芯件；包圍該線圈及該第一芯件之部分之一外磁芯 件，及用於兀成一電路板與該至少一個導電線圈之間的電 連接之表面安裝端接件。 視情況，該内磁芯件係大致圓柱形。該内磁芯件可完全 延伸穿過θ開放巾d域。該外磁g件及該内磁芯件可由 不同磁性材料製作。 該内磁芯件可完全嵌入於該外磁芯件中。該内芯件可包 括具有一第一直徑之一第一部分及具有大於該第一直徑之 一第一直彳坐之一第二部分，其中該第一部分延伸穿過該開 放中心區域。 該外磁芯件可由磁性材料層製作。該等磁性材料層可包 148074.doc •23· 201110164 括與一聚合物黏結劑混合之粉末磁性粒子。該等磁性層中 之至少兩者可由不同磁性材料製作。該内芯件及該外芯件 7之至少一者可由與一聚合物黏結劑混合之粉末磁性粒子 製作。該外磁芯件可形成於該線圈及該内磁芯件上方。當 X内心件與忒外芯件組裝時，該内磁芯件可延伸小於貫穿 5亥開放中心區域之一整個軸距離，ϋ此在該内磁芯件與該 外磁芯件之間形成一間隙。 。。該内磁心件與该外磁芯件可形成不包括—實體間隙之一 單塊式芯結構。另-選擇係，該外磁芯件可獨立於該内磁 芯件製作。 該等表面安裝端接件彳包括分別接納該第一及第二線圈 引線之第一及第二導電夾。該線圈可包括一内周邊及一外 周邊，且該第-及第二引線中之每一者可在該外周邊處連 接至該線圈。該元件可係一功率電感器。 亦揭示一種製造一低剖面磁性元件之一方法其包括： 提供由一導磁材料製作之一第一芯；提供獨立於該第一芯 形成之-d m括第—及第二引線及其等之間的複數 個®，使该m至少—部分在該線圈之—開放中心區 域中延伸；將由一導磁材料製作之一第二芯耦合至該第一 芯，及在該第二芯上提供表面安裝端接件。 耦合該第二芯可包括在該線圈及第一芯上方形成該第二 怒’藉此將該第一芯及線圈嵌入於該第二芯中。在該線圈 及第-芯上方形成該第—芯可包括在該線圈及第―怒上方 模製滅第一覆蓋物。形成該第一芯可包括壓縮模製包括粉 148074.doc •24- 201110164 末磁性粒子及-黏結劑之—材料。壓縮模製可包括堆叠磁 性層薄片並層壓該等層。該線圈可包括一内周邊及一外周 邊，其中該第-及第二末端中之每一者在該外周邊處連接 至該線圈，且該方法進一步包括將該第一及第二末端連接 至該等表面安裝端接件。該方法亦可包括將該第—及第二 末端連接至該等表面安裝端接件。可提供界定該等表面安 裝端接件之預形成端子夾。 IV.結論 現在，相信本發明之益處及優點在上文所闡述實施例中 得到充分展示。唯-之芯結構'預形成線圈及用於形成用 於預形成線圈之端接結構之焊接纟電鑛技術避免習用元件 構造易於發生之熱震避免用於形成—間隔開芯結構 之外部間隔組件及黏接劑，且准許跨越大的生產批量大小 嚴格控制芯中之間隙大小以提供元件之一更佳嚴格控制之 電感值。借助與用於電路板應用之已知磁性元件相比更容 易之組裝及更佳之良率可以更低成本提供元件。 雖然已揭*各種實施例，但涵蓋熟習此項技術者在不背 離本發明之範疇及精神之前提下構想本文中所揭示實例性 實施例之另外其他變化形式及修改形式。舉例而言，具有 (舉例而言）在一粒子位準上彼此混合之一粉末鐵與樹脂黏 結劑之分佈式空氣間隙芯材料（藉此在不在該結構中形成 一離散間隙之情形下產生一間隙效應）亦係可用的且可用 於產生不具有一離散實體間隙之很大程度上自我定位於中 心之芯與線圈構造以進一步簡化製造過程且潛在地改良 148074.doc -25· 201110164 DC偏流特性並減小元件之ac繞組損失。 此書面說明使用實例來揭示本發明，包括最佳模式且 亦使得熟習此項技術者能夠實踐本發明，包括製作並使用 任何裝置或系統及執行任何所併入之方法。本發明之專利 範疇由申請專利範圍界定，且可包括熟習此項技術者想到 之其他實例。若此等其他實例具有不與申請專利範圍之書 面語言不同之結構組件，或若其包括具有與申請專利範^ 之書面語言無實質不同之等效結構組件，則此等其他實例 意欲歸屬於申請專利範圍之範疇内。 【圖式簡單說明】 參照以下圖式闡述非限制性及非窮盡性實施例，其中除 非另有規定，各圖式中相同參考編號指代相同部件。 圖1係用於一電子裝置之一已知磁性元件之一透視圖。 圖2係一習用屏蔽磁性元件之一分解圖。 圖3係圖2中所示之元件之一仰視組裝圖。 圖4係另一習用屏蔽磁性元件之一分解圖。 圖5係圖4中所示之元件之一仰視組裝圖。 圖6係另一習用屏蔽磁性元件之一仰視組裝圖。 圖7係用於一低剖面電感器元件之一習用預形成線圈預 形成線圈之一俯視平面圖。 圖8係根據本發明形成之一線圈之一俯視平面圖。 圖9係根據本發明之一實例性實施例形成之一元件之一 分解圊。 圖10係圖9中所示之元件在一經組裝條件下之一透視 148074.doc •26· 201110164 圖 除之情形 下 圖11係圖10中所示之元件之一仰視透視圖。 圖12係圖10至圖12中所示之元件在部分被移 之一側透視圖。 圖 圖13係根據本發明之另—實施例形成之—元件 之 分解 圖14係圖13中所示之元件在—經組裝條件 圖 下之 透視 圖15係圖14中所示之元件之-仰視透視圖。 圖16係圖13至圖15中所示之元件之一側示意圖 圖17係根據本發明之一實例性實施例形成 一部分分解圖。 之另—元件之 圖18係圖17中所示之元件在部分被移除之情形 透視圖。 下之一側 件 圖19圖解說明在—部分組I條件下之圖17中所示之元 圖糊解說明圖19中所示之元件之一仰視透視圖 圖21係圖17中所示之元件在-完全組裝條件 透視圖。 下之一俯視 圖22係根據本發明之另一實例性實施例形成 元件之一透視圖。 圖23圖解說明處於另-製造階段之圖22中所示之元件。 圖24係圖23中所示之元件在—完全組裝條件下之一俯視 透視圖。 之又一磁性 148074.doc -27- 201110164 圖25係圖23中所示之元件之一仰視透視圖。 圖26係根據本發明之另—實例性實施例形成之再一磁性 元件之一透視圖。 圖27圖解說明處於另一製造階段之圖％中所示之元件。 圖28係圖26中所示之元件在—完全組裝條件下之一俯視 透視圖。 圖29係圖28中所示之元件之一仰視透視圖。 圖30係一降低電壓轉換器之一基本電路圖。 圖31係一升高電壓轉換器之一基本電路圖。 圖32係一高壓驅動器之一電路圖。 圖33係顯示一實例性裝置之電感vs.電流效能之一曲線 圖。 圖34係顯示一實例性裝置之電感下降之一曲線圖。 圖35以分解圖圖解說明一磁性元件之另一實例性實施 例0 圖36係圖35中所示之元件之一組裝圖。 【主要元件符號說明】 100 磁性元件 102 基底 104 鐵氧體鼓芯 106 黏合劑 108 繞組 110 線圈引線 112 線圈引線 148074.doc -28- 201110164 114 夾 116 夾 118 鐵氧體屏蔽環芯 150 屏蔽磁性元件 152 鼓芯 154 線圈或繞組 156 屏蔽芯 158 端接件 160 端接件 162 線圈引線 164 線圈引線 166 繞組引線 168 繞組引線 180 元件 182 端接槽 184 端接槽 200 元件 202 線圈端子夾 204 線圈端子夾 220 線圈 222 引線 224 引線 240 預形成繞組或線圈 242 末端或引線 148074.doc - 29 - 201110164 244 246 248 260 262 264 266 268 270 272 273 276 278 280 290 292 296 300 302 320 322 324 350 352 末端或引線 外周邊 内周邊 元件 第一芯 第二芯 實心扁平基底 直立壁 直立壁 繞組空間或繞組插孔 切口或開口 表面安裝端接件 表面安裝端接件 嵌入式端接槽 主體 定位於中心凸出部 實體芯間隙 元件 側壁 元件 導電端子夾 導電端子夾 磁性元件 定位於中心凸出部或柱 148074.doc -30- 201110164 370 磁性元件 372 線圈引線 374 線圈引線 376 端接件 378 端接件 400 磁性元件總成 402 磁體 404 線圈 406 可模製磁性層 408 可模製磁性層 410 可模製磁性層 412 可模製磁性層 414 可模製磁性層 416 可模製磁性層 418 經成形芯組件 420 開放中心區域 422 表面安裝端接件 148074.doc -31 ·

Claims (1)

1. 201110164 七、申請專利範圍： 1. 一種低剖面磁性元件，其包含： 具有-開放中心區域之至少—個導電線圈； 延伸穿過該開放中心區域之—内磁芯件； 包圍該線圈及該第一思件之部分之一外磁芯件；及 用於完成-電路板與該至少—個導電線圈之間的電連 接之表面安裝端接件。 2. 如請求項1之低剖面磁性元件，其中該内磁芯件係大致 圓柱形。 L如請求们之低剖面磁性元件’其中該内磁芯件完全延 伸穿過該開放中心區域。 4.如二求们之低剖面磁性元件其中該外磁芯件及該内 磁芯件係由不同磁性材料製作。 月求項1之低剖面磁性元件，其中該内磁芯件係完全 嵌入於該外磁芯件中。 6_如哨求項1之低剖面磁性元件，其中該内芯件包含具有 第直彳至之一第一部分及具有大於該第一直徑之一第 二直姆 之一第二部分，該第一部分延伸穿過該開放中心 區域。 7 士口十太 °月二項1之低剖面磁性元件，其中該外磁芯件係由磁 性材料層製作。 8.如响求項7之低剖面磁性元件，其中該等磁性材料層包 括〃聚合物黏結劑混合之粉末磁性粒子。 青求項7之低剖面磁性元件，其中該等磁性層中之至 148074.doc 201110164 少兩者係由不同磁性材料製作。 10. 如清求項1之低剖面磁性元件，其中該内芯件及該外芯 件中之至少一者係由與一聚合物黏結劑混合之粉末磁性 粒子製作。 11. 如凊求項1之低剖面磁性元件，其中該外磁芯件係形成 於該線圈及該内磁芯件上方。 12. 如凊求項1之低剖面磁性元件，其中當該内芯件與該外 芯件組裝時’該内磁芯件可延伸小於貫穿該開放中心區 域之一整個軸向距離’藉此在該内磁芯件與該外磁芯件 之間形成一間隙。 13 ·如3青求項1之低剖面磁性元件，其中該内磁芯件與該外 磁芯件形成一單塊式芯結構。 14. 如請求項13之低剖面磁性元件，其中該單塊式芯結構不 包括一實體間隙。 15. 如請求項丨之低剖面磁性元件，其中該等表面安裝端接 件包含分別接納該第一及第二線圈引線之第一及第二導 電夾。 16. 如請求項丨之低剖面磁性元件’其中該線圈包含一内周 邊及—外周邊’且其中該第一及第二引線中之每一者係 在該外周邊處連接至該線圈。 1 7.如請求項丨之低剖面磁性元件’其中該元件可係一功率 電感器。 1 8 _如请求項1之低剖面磁性元件，其中該外磁芯件係獨立 於該内磁芯件製作。 148074.doc 201110164 19. 一種製造一低剖面磁性元件之一方法，其包含： 提供由一導磁材料製作之一第一芯； 知·供獨立於該第一芯形成之一1線圈，該線圈包括第一 及第二引線及其等之間的複數個匝； 使該第心之至；一部分在該線圈之一開放中心區域 中延伸； 將由一導磁材料製作之一第二芯搞合至該第一芯；及 在該第二芯上提供表面安裝端接件。 20. 如請求項19之方法，其中耦合該第二芯包含在該線圈及 第一芯上方形成該第二芯，藉此將該第一芯及線圈嵌入 於該第二芯中。 21. 如請求項20之方法，其中在該線圈及第一芯上方形成該 第一怒包含在該線圈及第一芯上方模製該第二覆蓋物。 22·如請求項21之方法，其中形成該第一芯包含壓縮模製包 括粉末磁性粒子及一黏結劑之一材料。 23. 如請求項22之方法，其中壓縮模製包含堆疊磁性層薄片 並層壓該等層。 24. 如請求項19之方法，其中該線圈包括一内周邊及一外周 邊且其中第一及第二末端中之每一者在該外周邊處連接 至该線圈，且該方法進一步包括將該第—及第二末端連 接至該等表面安裝端接件。 25. 如請求項19之方法，其進一步包含將該第一及第二末端 連接至該等表面安裝端接件。 26. 如請求項25之方法，其進一步包含提供界定該等表面安 裝端接件之預形成端子爽。 148074.doc