TW201608580A - 電感及製造電感之方法 - Google Patents
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Abstract
本發明揭露了一種電感，所述電感包括：一金屬構件，所述金屬構件包含一導線和一導線架，其中導線和導線架係一體成型者，其中導線架包含一第一部件和一第二部件與第一部件間隔設置，所述導線介於第一部件與第二部件之間，藉由第一部件、第二部件和介於其間的導線形成一連續的金屬段；以及一磁性體，磁性體係將所述導線、第一部件鄰接導線的一第一部分、第二部件鄰接導線的一第二部分封裝於其中。
Description
本發明涉及一種使用導線架的電子元件，特別是一種使用導線架的電感。
一體成型的電感係透過以一磁性體封裝導線或是線圈的方式取代將導線繞製於一現成的磁性體。由於一體成型電感具有許多的優點，例如：較小的體積、低感抗(impedance)和大電流耐受性，已廣泛地應用於注重更小之元件尺寸、功耗及效能的電子產品。
已知的一種低感量之一體成型電感元件的製程如圖1所繪示，包括：Step.1準備一線圈(例如圖1繪示的一種直線型線圈11)；Step.2採用磁性粉末材料利用熱壓縮的製程形成一體成型的磁性體12用以封裝直線型線圈11；Step.3切除磁性體12外側多餘的直線型線圈11；以及Step.4在磁性體12的兩端以電鍍製程(例如端銀製程)形成和直線型線圈11電連接的電極13。由於微型一體成型電感的尺寸很小，直線型線圈11的寛度或線徑通常只有60μm ~70μm，於上述一體成型電感製程中固定直線型線圈11的工作顯得非常困難，另一方面利用電鍍方式形成的電極13也容易造成微型一體成型電感的電阻值及電性表現的不穩定，進而影響一體成型電感的良率。
另一種已知的一體成型電感的製程如圖2所繪示，包括下列步驟：在直線型線圈11的兩端連接有一電極14；採用磁性粉末材料利用熱壓縮的製程形成一體成型的磁性體12用以封裝直線型線圈11；依據設計的長度裁切電極14，再將磁性體12兩端露出的電極14彎折成型，令電極14貼附於磁性體12的一側表面。這種和直線型線圈11連接的電極14構造雖然可以解決前述以電鍍製程製成之電極13的問題，但是直線型線圈11的截面積尺寸太小以致於結構強度不佳，致令直線型線圈11和電極14的銜接處15容易因為電極14的彎折而產生斷裂的問題。
本發明的目的在提出了一種一體成型的電感，用以解決線圈和電極銜接處容易因為電極的彎折而斷裂的問題。
本發明提出了一種一體成型的電感，所述之電感包括：一金屬構件，所述金屬構件包含一導線和一導線架，其中導線和導線架係一體成型者，其中導線架包含一第一部件和一第二部件與第一部件間隔設置，所述導線介於第一部件與第二部件之間，藉由第一部件、第二部件和介於其間的導線形成一連續的金屬段；以及一磁性體，磁性體係將所述導線、第一部件鄰接導線的一第一部分、第二部件鄰接導線的一第二部分封裝於其中。
在本發明的一實施例，所述電感係為一扼流器(choke)。
在本發明的一實施例，所述電感的導線係為直線型導線。
在本發明的一實施例，所述電感的導線係為弧形線圈或彎曲形線圈。
在本發明的一實施例，所述電感的導線係為螺旋形線圈。
在本發明的一實施例，所述磁性體係將所述導線、導線架之第一部件鄰接導線的一第一部分(first portion)、導線架之第二部件鄰接導線的一第二部分封裝於其中。
在本發明的一實施例，導線架之第一部件的第一部分的寬度大於導線的寬度，用以強化導線和導線架之第一部件之間的機械強度。
在本發明的一實施例，導線架之第二部件的第二部分的寬度大於導線的寬度，用以強化導線和導線架之第二部件之間的機械強度。
在本發明的一實施例，所述導線係為一種線型線圈，且所述線型線圈的寬度為60μm ~70μm(微米)。
在本發明的一實施例，所述導線架之第一部件的第一部分，以及導線架之第二部件的第二部分的形狀可為圓形、矩形和梯形其中之任一種。
在本發明的一實施例，所述第一部分和第二部分與導線鄰接的一前緣具有一導圓角(round-corner)。
在本發明的一實施例，由所述第一部件之第一部分延伸出磁性體外側的一第三部分，以及由所述第二部件之第二部分延伸出磁性體外側的一第四部分，係分別彎折於磁性體之二相對表面之二凹陷部而形成二電極。
在本發明的一實施例，所述每一個電極的外側面係與電極所設位置之磁性體的相應表面對齊。
在本發明的一實施例，提出了一種製造所述一體成型之電感的方法，所述方法包括：一體成型一金屬構件，所述金屬構件包含一導線和一導線架，其中導線和導線架係一體成型者，其中導線架包含一第一部件和一第二部件與第一部件間隔設置，所述導線介於第一部件與第二部件之間，藉由第一部件、第二部件和介於其間的導線形成一連續的金屬段；以及一磁性體，磁性體係將所述導線、第一部件鄰接導線的一第一部分、第二部件鄰接導線的一第二部分封裝於其中。
在本發明的一實施例，所述方法進一步包括：延伸所述導線架之第一部件的第一部分於磁性體的一第一表面以形成一第一電極，以及延伸所述導線架之第二部件的第二部分於磁性體相對於第一表面的一第二表面以形成一第二電極。
在本發明的一實施例，所述方法製造的電感係為扼流器(choke)。
在本發明的一實施例，提出了一種電感，包括：一導線，一導線架包含一第一部件和一第二部件與第一部件間隔設置，所述導線的兩端分別與導線架之第一部件的一第一部分，以及導線架之第二部件的一第二部分連接，其中第一連接部和第二連接部的寬度大於導線的寬度；以及一磁性體，磁性體係一體成型用以將所述導線、第一部件鄰接導線的一第一部分、第二部件鄰接導線的一第二部分封裝於其中，由所述第一部件之第一部分延伸的一第三部分，以及由所述第二部件之第二部分延伸的一第四部分，係分別彎折於磁性體外側之二相對表面之二凹陷部而形成一第一電極和一第二電極。
在本發明的一實施例，所述電感係為一扼流器(choke)。
在本發明的一實施例，所述導線係為線型線圈。
在本發明的一實施例，所述線型線圈的寬度為60μm ~70μm(微米)。
本發明的另一方面，包括：一第一一體成型電感和一第二一體成型電感，其中所述第一一體成型電感和第二一體成型電感的構造相同。
本發明的另一方面，包括：一第一一體成型電感和一第二一體成型電感，其中所述第一一體成型電感和第二一體成型電感的構造不同。因此，對於同時需要使用二個或以上之電感的電子產品而言，第一一體成型電感和第二一體成型電感的金屬結構可以藉由導線架整合在一起，在同一個熱壓縮製程中形成第一一體成型電感和一第二一體成型電感的磁性體，有利於併聯型電感元件的大量生產。
有關本發明的具體實施方式及其技術特點和功效，下文將配合圖式說明如下。
以下配合圖式所描述的內容係為用於實現本發明上述之目的、實施例、技術特徵及其功效的較佳實施方式，並非用以限定本發明。
請參閱圖3～圖5，圖3繪示本發明一體成型之電感的一實施例構造，所述一體成型之電感包括：一金屬構件，所述金屬構件包含一導線例如一種線型線圈 20(見圖5)，和一導線架22，其中導線架22和導線例如線型線圈 20係一體成型者，其中導線架22包含一第一部件22a和一第二部件22b與第一部件22a間隔設置，所述導線20介於第一部件22a與第二部件22b之間，藉由第一部件22a、第二部件22b和介於其間的導線20形成一連續的金屬段26；以及一磁性體30，磁性體30係將所述導線20、第一部件22a鄰接導線20的一第一部分23a、第二部件22b鄰接導線20的一第二部分23b封裝於其中。所述導線架22之第一部件22a的第一部分23a以及導線架22之第二部件22b的第二部分23b係鄰接於導線20，第一部分23a和第二部分23b的寬度60係大於導線20的寬度90，可用於強化導線20和導線架22之第一部件22a之間的機械強度，以及強化導線20和導線架22之第二部件22b之間的機械強度。其中一實施例，導線20係為一種線型線圈20，其可為一種直線型線圈(見圖5)。在另一實施例，線型線圈也可以是一種弧型線圈(見圖7)或彎曲形線圈。所述線型線圈20的兩端分別連接於導線架22之第一部件22a的第一部分23a，以及導線架22之第二部件22b的第二部分23b(見圖5)，其中第一部分23a的寬度60大於線型線圈20的寬度，用於強化線型線圈20和導線架22之第一部件22a之間的機械強度，第二部分23b的寬度60大於線型線圈20的寬度90，用於強化線型線圈20和導線架22之第二部件22b之間的機械強度。第一部分23a和第二部分23b皆延伸出磁性體30的外側分別形成一第一電極25a和一第二電極25b。在一實施例中，第一部分23a和第二部分23b係分別沿著一第一軸向方向C1的兩端的方向延伸。第一部分23a和第二部分23b的形狀可為相同且互相對稱，以及第一電極25a和第二電極25b的形狀可為相同且互相對稱。
在一實施例中，磁性體30係將所述線型線圈20、導線架22的第一部分23a和導線架22的第二部分23b封裝於其中。在一實施例，所述線型線圈20係固定於一模具，在於模具的模穴中填入磁性材料粉末再藉由一熱壓縮製程一體成型所述磁性體30。所述磁性體30的形狀可以有多種不同的形狀，例如環形、長方體、立方體和六角柱體。在圖3所繪示的一實施例，所述磁性體30的形狀係為長方體，但並非用以限定本發明。用於製作磁性體30的磁性材料粉末可以是鐵(Fe)、鐵矽鋁合金(Fe-Si-Al alloy)、鐵鎳鉬合金(Fe-Ni-Mo alloy)、鐵鎳合金(Fe-Ni alloy)、非晶質合金(Amorphous alloy)和鐵氧體(Ferrite)其中的任一種。磁性體30成型後從模具中退出，由所述導線架22之第一部件22a延伸出磁性體30外側的一第三部分24a，以及由所述導線架22之第二部件22b延伸出磁性體30外側的一第四部分24b，係分別彎折後貼附於磁性體30之二相對側的表面而形成一第一電極25a和一第二電極25b(見圖4)。藉此，導線架22的第一部分23a和第二部分23b可以分別地強化線型線圈20和第一部件22a之間的機械強度，以及強化線型線圈20和第二部件22b之間的機械強度，進而防止線型線圈20與第一電極25a及第二電極25b銜接處因為彎折而斷裂。
在本發明的一實施例，所述導線架22之第一部件22a的第一部分23a，以及導線架22之第二部件22b的第二部分23b的形狀可為矩形或是梯形。在本發明的另一實施例，所述第一部分23a和第二部分23b與線型線圈20鄰接處具有一導圓角R，可以在彎折第一電極25a和第二電極25b時避免應力集中而斷裂。
在本發明的另一實施例，所述一體成型之電感包含一導線架22(如圖8所繪示)，線型線圈20、第一部件22a、第二部件22b、第一電極25a和第二電極25b皆與導線架22整合為一體成型結構，藉由導線架22可以在電感的成型製程中，輕易地將線型線圈20、第一部分23a、第二部分23b、第一電極25a和第二電極25b固定於模具，可以解決已知一體成型電感的成型製程中不易固定線型線圈的問題。在發明的一實施例，磁性體30成型完成並退出模具之後，連接於導線架22的第一電極25a和第二電極25b被裁切成預定長度，再將第一電極25a和第二電極25b彎折並貼附於磁性體30之二相對側的表面即可完成本發明一體成型之電感。
在本發明的一實施例，在磁性體30的外側具有一凹陷部用於設置導線架22之第一部件22a的第三部分24a，以及導線架22之第二部件22b的第四部分24b，用於製作所述的第一電極25a和第二電極25b。在一實施例中，凹陷部和磁性體30之相應的外側表面間具有一落差，因此被彎折的第一電極25a和第二電極25b可貼附於凹陷部，而且被彎折的第一電極25a和第二電極25b的外側面係與磁性體30的外側表面齊平。由於凹陷部的形狀和位置可依磁性體30的形狀而有多種變化，下文以一實施例作為代表說明凹陷部的實施方式。
如圖3和圖4所繪示，在本發明一體成型之電感的一種實施例中，磁性體30是長方體，其中導線架22的第一部件22a的第三部分24a和導線架22的第二部件22b的第四部分24b，分別延著第一軸向方向C1的兩端伸出磁性體30的外側，其中第一電極25a設置於位在磁性體30之一第一側面的一第一凹陷部80a的一第一底面F1，以及位在磁性體30之底面的一第二凹陷部80b的一第二底面F2。所述第一凹陷部80a具有一落差H1，第二凹陷部80b具有一落差H2，而第一電極25a恰可在彎折後貼附於所述第一凹陷部80a和第二凹陷部80b。同樣地，第二電極25b設置於位在磁性體30之一第二側面的一第三凹陷部80c的一第三底面F3(第二側面係位於所述磁性體30之第一側面的相對側)，以及位在磁性體30之底面的一第四凹陷部80d的一第四底面F4。所述第三凹陷部80c具有一落差H3，第四凹陷部80d具有一落差H4，而第二電極25b恰可在彎折後貼附於所述第三凹陷部80c和第四凹陷部80d。在一實施例中，第一電極25a和第二電極25b的彎折方式係適用於採用表面黏著技術(Surface-Mount Technology, SMT)的電感，但不以此為限。
請參閱圖6，繪示本發明一體成型之電感之一實施例的構造斷面圖。如圖6所繪示，線型線圈20係為一種直線型線圈；磁性體30的磁場分佈情形如圖6中的虛線所繪示，一般而言電感元件的電感量和磁場的磁通量為正相關的關係。依據本發明在圖6繪示的實施例構造，對於符合一規定尺寸的一體成型之電感，例如圖3和圖4採用長方體形磁性體30的一體成型之電感的規定尺寸為限定之長(L)*寬(W)*高(H)，磁性體30的磁通量和線型線圈20的寛度或線徑的尺寸大小為反比的關係。在本發明的一實施例中，線型線圈20的寬度或是線徑為60μm ~70μm(微米)，透過前述第一凹陷部80a的第一底面F1、第二凹陷部80b的第二底面F2、第三凹陷部80c的第三底面F3，以及第四凹陷部80d的第四底面F4，所述第一電極25a的外側表面251a以及第二電極25b的外側表面251b將與磁性體30的外側表面齊平，可以讓一體成型電感在符合規定尺寸的條件下提高電感量。
請參閱圖9，本發明的另一方面，包括：一第一一體成型電感A1和一第二一體成型電感A2。第一微型一體成型電感A1和第二微型一體成型電感A2的結構可與前述圖3～圖5繪示的一體成型電感的結構相同。對於同時需要使用二個或以上之一體成型電感的電子產品而言，第一一體成型電感A1和第二一體成型電感A2使用的前述金屬構件可以藉由導線架22整在一起，藉由前述的金屬構件(例如前述實施例所述包括：線型線圈20、第一部分23a、第二部分23b、第一電極25a和第二電極25b的金屬構件)，可以在單一熱壓縮製程中形成第一一體成型電感A1和第二一體成型電感A2的磁性體30。
在本發明的另一實施例，前述第一一體成型電感A1和第二一體成型電感A2的電感量不同，不同的電感量可以透過多種不同的方式實現，例如：第一一體成型電感A1和第二一體成型電感A2採用截面積不同的線型線圈20，或是第一一體成型電感A1和第二一體成型電感A2採用不同的磁性粉末材料製作磁性體30。
請參閱圖10 A～圖10E，繪示圖3所示一體成型之電感的製造流程圖。首先提供一金屬材料50(如圖10A所繪示)。接著，請參照圖10B，進行一成型製程在金屬材料50形成一金屬構件(如圖10B所繪示)，所述金屬構造包括一導線架22以及和導線架22一體成型的導線20，其中導線架22包含一第一部件22a和一第二部件22b與第一部件22a間隔設置，所述導線20介於第一部件22a與第二部件22b之間，藉由第一部件22a、第二部件22b和介於其間的導線20形成一連續的金屬段26。其中用於製造金屬構件的成型製程可以是沖壓加工和蝕刻加工兩種成型製程其中的任一者。所述導線架22的第三部分24a和第四部分24b可作為電極。之後，請參照圖10C，進行一體成型製程在導線20的外側包覆磁性材料形成一磁性體30，且第三部分24a和第四部分24b露出磁性體30的外側用以製作所述電極(包括第一電極25a及第二電極25b)。在一實施例中，包含導線20及導線架22的金屬構件一起被放入一模具的模穴中(圖未示)，第三部分24a和第四部分24b露出模具外，再將磁性粉末材料填充於模穴內對磁性粉末材料施加一成型壓力，以形成一包覆導線20及導線架22的磁性體30。以及，進行一裁切製程用以第三部分24a和第四部分24b與導線架22分離用以製作所述電極(如圖10D所繪示)。請參照圖10E，在一實施例中，還包括：一彎折步驟，係將露出磁性體30外側的第三部分24a和第四部分24b彎折並貼附於磁性體30之二相對側的表面作用電極。藉此，導線架22的第一部分23a和第二部分23b可以分別地強化導線20和第一部件22a之間的機械強度，以及強化導線20和第二部件22b之間的機械強度，進而防止導線20與所述電極(包括第一電極25a及第二電極25b)銜接處因為彎折而斷裂。
雖然本發明已透過上述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習相像技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之專利保護範圍須視本說明書所附之請求項所界定者為準。
20‧‧‧線型線圈
20‧‧‧線型線圈
22‧‧‧導線架
22a‧‧‧第一部件
22b‧‧‧第二部件
23a‧‧‧第一部分
23b‧‧‧第二部分
24a‧‧‧第三部分
24b‧‧‧第四部分
25a‧‧‧第一電極
25b‧‧‧第二電極
251a‧‧‧外側表面
251b‧‧‧外側表面
26‧‧‧連續的金屬段
30‧‧‧磁性體
50‧‧‧金屬材料
60‧‧‧寬度
80a‧‧‧第一凹陷部
80b‧‧‧第二凹陷部
80c‧‧‧第三凹陷部
80d‧‧‧第四凹陷部
90‧‧‧寬度
R‧‧‧導圓角
A1‧‧‧第一一體成型電感
A2‧‧‧第二一體成型電感
C1‧‧‧第一軸向方向
F1‧‧‧第一底面
F2‧‧‧第二底面
F3‧‧‧第三底面
F4‧‧‧第四底面
H1‧‧‧落差
H2‧‧‧落差
H3‧‧‧落差
H4‧‧‧落差
20‧‧‧線型線圈
22‧‧‧導線架
22a‧‧‧第一部件
22b‧‧‧第二部件
23a‧‧‧第一部分
23b‧‧‧第二部分
24a‧‧‧第三部分
24b‧‧‧第四部分
25a‧‧‧第一電極
25b‧‧‧第二電極
251a‧‧‧外側表面
251b‧‧‧外側表面
26‧‧‧連續的金屬段
30‧‧‧磁性體
50‧‧‧金屬材料
60‧‧‧寬度
80a‧‧‧第一凹陷部
80b‧‧‧第二凹陷部
80c‧‧‧第三凹陷部
80d‧‧‧第四凹陷部
90‧‧‧寬度
R‧‧‧導圓角
A1‧‧‧第一一體成型電感
A2‧‧‧第二一體成型電感
C1‧‧‧第一軸向方向
F1‧‧‧第一底面
F2‧‧‧第二底面
F3‧‧‧第三底面
F4‧‧‧第四底面
H1‧‧‧落差
H2‧‧‧落差
H3‧‧‧落差
H4‧‧‧落差
圖1為一種已知低感量電感元件的製程示意圖。 圖2為另一種已知微型一體成型電感的構造圖。 圖3為本發明微型一體成型電感的一種實施例構造圖，繪示第一電極和第二電極 未彎折的情形。 圖4為圖3之實施例的構造正視圖，繪示第一電極和第二電極彎折後的位置。 圖5為圖3在V-V位置的構造斷面圖。 圖6為圖3在VI-VI位置構造斷面圖。 圖7為本發明微型一體成型電感的另一種實施例構斷面圖，繪示線型線圈的另一 種實施例構造。 圖8為本發明的另一實施例構造圖。 圖9為本發明的另一實施例構造圖。 圖10 A～圖10E，繪示圖3所示一體成型之電感的製造流程圖。
20‧‧‧線型線圈
20‧‧‧線型線圈
22‧‧‧導線架
22a‧‧‧第一部件
22b‧‧‧第二部件
23a‧‧‧第一部分
23b‧‧‧第二部分
24a‧‧‧第三部分
24b‧‧‧第四部分
26‧‧‧連續的金屬段
30‧‧‧磁性體
60‧‧‧寬度
90‧‧‧寬度
R‧‧‧導圓角
C1‧‧‧第一軸向方向
F1‧‧‧第一底面
F3‧‧‧第三底面
Claims (20)
- 一種電感，包括： 一金屬構件，該金屬構件包含一導線和一導線架，其中該導線和導線架係一體成型者，其中導線架包含一第一部件和一第二部件與該第一部件間隔設置，該導線介於該第一部件與該第二部件之間，藉由該第一部件、該第二部件和介於其間的該導線形成一連續的金屬段；以及 一磁性體，該磁性體係將該導線、該第一部件鄰接該導線的一第一部分、該第二部件鄰接該導線的一第二部分封裝於其中。
- 如請求項1所述之電感，其中該電感係為一扼流器。
- 如請求項1所述之電感，其中該導線係為直線型導線。
- 如請求項1所述之電感，其中該導線係為弧形線圈或彎曲形線圈。
- 如請求項1所述之電感，其中該導線係為螺旋形線圈。
- 如請求項1所述之電感，其中該磁性體為一體成型。
- 如請求項1所述之電感，其中該導線架之該第一部件的該第一部分的寬度大於該導線的寬度，用以強化該導線和該導線架之該第一部件之間的機械強度。
- 如請求項1所述之電感，其中該導線架之該第二部件的該第二部分的寬度大於該導線的寬度，用以強化該導線和該導線架之該第二部件之間的機械強度。
- 如請求項1所述之電感，其中該導線係為一種線型線圈，且該線型線圈的寬度為60μm ~70μm(微米)。
- 如請求項1所述之電感，其中該導線架之該第一部件的該第一部分，以及該導線架之該第二部件的該第二部分的形狀可為圓形、矩形和梯形其中之任一種。
- 如請求項1所述之電感，其中該第一部分和該第二部分與該導線鄰接的一前緣具有一導圓角。
- 如請求項1所述之電感，其中由該第一部件之該第一部分延伸出該磁性體外側的一第三部分，以及由該第二部件之該第二部分延伸出該磁性體外側的一第四部分，係分別彎折於該磁性體之二相對表面之二凹陷部而形成二電極。
- 如請求項12所述之電感，其中該每一個電極的外側面係與該些電極所設位置之該磁性體的相應表面對齊。
- 一種製造電感的方法，包括： 一體成型一金屬構件，該金屬構件包含一導線和一導線架，其中該導線架包含一第一部件和一第二部件與該第一部件間隔設置，該導線介於該第一部件與該第二部件之間，藉由該第一部件、該第二部件和介於其間的該導線形成一連續的金屬段；以及 將一磁性體封裝該導線、該第一部件鄰接該導線的一第一部分、該第二部件鄰接該導線的一第二部分。
- 如請求項14所述製造電感的方法，進一步包括：延伸該導線架之該第一部件的該第一部分於該磁性體的一第一表面以形成一第一電極，以及延伸該導線架之該第二部件的該第二部分於該磁性體相對於該第一表面的一第二表面以形成一第二電極。
- 如請求項14所述製造電感的方法，其中該電感係為一扼流器。
- 如請求項14所述製造電感的方法，其中該該導線係為一線型線圈。
- 如請求項17所述製造電感的方法，其中該線型線圈的寬度為60μm ~70μm(微米)。
- 如請求項14所述製造電感的方法，其中該該導線架之該第一部件的該第一部分，以及該導線架之該第二部件的該第二部分的形狀可為圓形、矩形和梯形其中之任一種。
- 如請求項14所述製造電感的方法，其中該該導線架之該第二部件的該第二部分的寬度大於該導線的寬度，用以強化該導線和該導線架之該第二部件之間的機械強度。
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