TW202113883A - 電感元件及其製造方法 - Google Patents
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Abstract
一種電感元件及其製造方法。根據本發明之電感元件包含導電線圈、柱體以及包覆體。柱體係由多顆第一複合材料粉末經擠壓製程所成型。每一顆第一複合材料粉末係由第一磁性材料粉末被覆第一熱固性樹脂所構成。柱體係置於由導電線圈所形成之圍繞空間內。包覆體係由多顆第二複合材料粉末所成型。每一顆第二複合材料粉末係由第二磁性材料粉末被覆第二熱固性樹脂所構成。第一熱固化樹脂佔多顆第一複合材料粉末之第一重量比係小於第二熱固化樹脂佔多顆第二複合材料粉末之第二重量比。包覆體及其所包覆之導電線圈以及柱體係加熱至固化溫度。
Description
本發明係關於電感元件及其製造方法，並且特別是關於採用兩種含熱固性樹脂不同重量比的複合材料粉末所製造的高良率、優異電磁性質之電感元件及其製造方法。
關於電感元件，已有先前技術將導電線圈埋入被覆熱固性樹脂之磁性材料粉末擠壓成型再將熱固性樹脂加熱固化製成電感元件。此類電感元件也被稱為”壓粉電感”。壓粉電感能製成在小型、低輪廓的元件，同時還包括優異的抗噪音、磁遮蔽與高飽和電流等特性。因此，針對電源用電感的設計，壓粉電感常被使用於對小型化及薄型化要求較高的筆記型電腦等可攜式電子裝置內。
若要將壓粉電感應用於較大型的電子裝置內，則必須提升壓粉電感的磁性性質。提升壓粉電感的磁性性質可藉由提升被覆熱固性樹脂之磁性材料粉末的導磁率來達成，一般會有下列兩種做法：其一是提高導磁粉末的鐵含量，但是此作法會讓壓粉電感容易生鏽；其二是降低熱固性樹脂的含量，但是此作法會讓壓粉電感的強度降低。因此，上述兩做法並非提升壓粉電感的磁性特性的最佳考量。
此外，壓粉電感的導電線圈所環繞的部位之導磁率實際上即佔整體導磁率的一半以上。所以，有先前技術採用剛性的磁性柱體，將剛性的磁性柱體置於導電線圈內，再
行以被覆熱固性樹脂的磁性材料粉末包覆導電線圈與剛性的磁性柱體並擠壓成型再將熱固性樹脂加熱固化製成電感元件。然而，藉由此種製程所製成的電感元件由於剛性的磁性柱體與電感元件其他部位的剛性差異大，且因膨脹係數與結合性差異大，導致在電感元件的頂表面上剛性的磁性柱體附近容易發生裂縫。因此，此種製程的良率較低且長時間使用的品質風險較高。並且，一體成型的壓粉電感的優勢在於飽和電流高。採用剛性的磁性柱體製成的電感元件會使耐電流特性下降。
藉由對於壓粉電感的先前技術的描述，可以清楚看出採用磁性粉末來製造高良率、優異電磁性質之電感元件，仍存有改善的空間。
因此，本發明所欲解決之一技術問題在於提供一種電感元件及及其製造方法。根據本發明之電感元件是採用兩種含熱固性樹脂不同重量比的複合材料粉末所製造的高良率、優異電磁性質之電感元件。
根據本發明之一較佳實施例之電感元件包含導電線圈、絕緣層、兩端子、柱體以及包覆體。絕緣層係被覆於導電線圈的外表面。兩端子係分別與導電線圈的兩端點中之一個端點做電性接合。柱體係由多顆第一複合材料粉末經擠壓製程所成型。每一顆第一複合材料粉末係由第一磁性材料粉末被覆第一熱固性樹脂所構成。柱體係置於由導電線圈所形成之圍繞空間內。包覆體係由多顆第二複合材料粉末所成型。每一顆第二複合材料粉末係由第二磁性材料粉末被覆第二熱固性樹脂所構成。包覆體包覆導電線圈以及柱體。兩端子係外露於包覆體之外。第一熱固化樹脂佔多顆第一複合材料粉末的第一重量比係小於第二熱固化樹脂佔多顆第二複
合材料粉末的第二重量比。包覆體及其所包覆之導電線圈以及柱體係加熱至一固化溫度，致使多顆第一磁性材料粉末由固化的第一熱固性樹脂所接合，多顆第二磁性材料粉末由固化的第二熱固性樹脂所接合。
根據本發明之一較佳實施例之製造電感元件的方法，首先，係製備導電線圈。導電線圈的外表面係被覆一絕緣層。接著，根據本發明之方法係將兩端子分別與導電線圈之兩端點中之一個端點做電性接合。接著，根據本發明之方法係將多顆第一複合材料粉末經擠壓製程以成型柱體。每一顆第一複合材料粉末係由第一磁性材料粉末被覆第一熱固性樹脂所構成。接著，根據本發明之方法係將柱體係置於由導電線圈所形成之圍繞空間內。接著，根據本發明之方法係將多顆第二複合材料粉末成型包覆體。每一顆第二複合材料粉末係由第二磁性材料粉末被覆第二熱固性樹脂所構成。包覆體包覆導電線圈以及柱體，兩端子係外露於包覆體之外。第一熱固化樹脂佔多顆第一複合材料粉末的第一重量比係小於第二熱固化樹脂佔多顆第二複合材料粉末的第二重量比。最後，根據本發明之方法係將包覆體及其所包覆之導電線圈以及柱體加熱至固化溫度，致使多顆第一磁性材料粉末由固化的第一熱固性樹脂所接合，多顆第二磁性材料粉末由固化的第二熱固性樹脂所接合。
於一具體實施例中，第一熱固化樹脂佔多顆第一複合材料粉末的第一重量比之範圍為0至3.5%，第二熱固化樹脂佔多顆第二複合材料粉末的第二重量比之範圍係大於3.5%。
於一具體實施例中，柱體經擠壓製程成型後具有成型密度，成型密度的範圍係大於或等於4.9g/cm3。
於一具體實施例中，柱體的尾端之第一外徑係小
於由導電線圈所形成之圍繞空間的內徑。
於一具體實施例中，柱體包含凸緣，凸緣係形成於柱體的頂部處。凸緣的第二外徑係大於由導電線圈所形成之圍繞空間的內徑。
於一具體實施例中，柱體經擠壓製程成型後，先行經燒結製程後才置於由導電線圈所形成之圍繞空間內。
與先前技術不同，根據本發明之電感元件是採用兩種含熱固性樹脂不同重量比的複合材料粉末所製造，其具有優異電磁性質。根據本發明之製造電感元件的方法具有高良率與低品質風險。
關於本發明之優點與精神可以藉由以下的發明詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。
1‧‧‧電感元件
10‧‧‧導電線圈
101‧‧‧頂部
102‧‧‧外表面
104‧‧‧絕緣層
106a、106b‧‧‧端點
108‧‧‧圍繞空間
12a、12b‧‧‧端子
14‧‧‧柱體
142‧‧‧尾端
144‧‧‧凸緣
146‧‧‧頂部
16‧‧‧包覆體
20‧‧‧第一擠壓設備
22‧‧‧第二擠壓設備
d1‧‧‧第一外徑
d2‧‧‧內徑
d3‧‧‧第二外徑
圖1係根據本發明之一較佳具體實例之電感元件的部份元件、構件的展開示意圖。
圖2係根據本發明之較佳具體實例之電感元件的外觀視圖。
圖3係圖2中電感元件沿A-A線的剖面視圖。
圖4係根據本發明之較佳具體實例的電感元件之一必要元件-導電線圈的剖面視圖。
圖5係根據本發明之一較佳具體實例之製造電感元件的方法之一階段的剖面視圖。
圖6係根據本發明之較佳具體實例之製造電感元件的方法之另一階段的剖面視圖。
圖7係根據本發明之較佳具體實例之製造電感元件的方法之另一階段的剖面視圖。
圖8係本發明的三個實際範例於不同外加電流的電感值測試結果圖。
圖9係先前技術的粉壓電感的兩個範例於不同外加電流的電感值測試結果。
圖10係先前技術採用剛性的磁性柱體的電感元件的兩個範例於不同外加電流的電感值測試結果。
請參閱圖1、圖2、圖3及圖4，該等圖式示意地描繪根據本發明之一較佳具體實施例之電感元件1。圖1以部份元件、構件展開圖示意地繪示根據本發明之較佳具體實例的電感元件1。圖2係以外觀視圖係示意地繪示根據本發明之較佳具體實例的電感元件1。圖3係圖2中電感元件1沿A-A線的剖面視圖。圖4係根據本發明之較佳具體實例的電感元件1之一必要元件-導電線圈10之剖面視圖。
如圖1、圖2及圖3所示，根據本發明之較佳具體實例之電感元件1包含導電線圈10、絕緣層104、兩端子(12a、12b)、柱體14以及包覆體16。
如圖4所示，絕緣層104係被覆於導電線圈10的外表面102。
兩端子(12a、12b)係分別與導電線圈10的兩端點(106a、106b)中之一個端點(106a、106b)做電性接合。
柱體14係由多顆第一複合材料粉末經擠壓製程所成型。每一顆第一複合材料粉末係由第一磁性材料粉末被
覆第一熱固性樹脂所構成。
於一具體實施例中，第一磁性材料粉末可以是羰基鐵粉末、鐵鉻矽合金粉末、鐵矽合金粉末、非晶質鐵基合金粉末、鐵矽合金粉末、鐵鋁矽合金粉末、錳鋅鐵氧體粉末、鎳鋅鐵氧體粉末，等性材料粉末。
柱體14係置於由導電線圈10所形成之圍繞空間108內。
包覆體16係由多顆第二複合材料粉末所成型。每一顆第二複合材料粉末係由第二磁性材料粉末被覆第二熱固性樹脂所構成。
於一具體實施例中，第二磁性材料粉末可以是羰基鐵粉末、鐵鉻矽合金粉末、鐵矽合金粉末、非晶質鐵基合金粉末、鐵矽合金粉末、鐵鋁矽合金粉末、錳鋅鐵氧體粉末、鎳鋅鐵氧體粉末，等性材料粉末。形成第二磁性材料粉末的材料可以與形成第一磁性材料粉末的材料相同，也可以不同。
包覆體16包覆導電線圈10以及柱體14。兩端子(12a、12b)係外露於包覆體16之外。
包覆體16及其所包覆之導電線圈10以及柱體14係加熱至一固化溫度，致使多顆第一磁性材料粉末由固化的第一熱固性樹脂所接合，多顆第二磁性材料粉末由固化的第二熱固性樹脂所接合。
特別地，第一熱固化樹脂佔多顆第一複合材料粉末的第一重量比係小於第二熱固化樹脂佔多顆第二複合材料粉末的第二重量比。藉此，柱體14的剛性與包覆體16鄰近柱體14的部位的剛性與熱膨脹係數相差不會太大，所以在根據本發明之電感元件1的頂表面上柱體14附近不會發生裂
縫。
於一具體實施例中，第一熱固化樹脂佔多顆第一複合材料粉末的第一重量比之範圍為0至3.5%，第二熱固化樹脂佔多顆第二複合材料粉末的第二重量比之範圍係大於3.5%。
於一具體實施例中，柱體14經擠壓製程成型後具有成型密度，成型密度的範圍係大於或等於4.9g/cm3。
於一具體實施例中，如圖1及圖3所示，柱體14的尾端142之第一外徑d1係小於由導電線圈10所形成之圍繞空間108的內徑d2。
於一具體實施例中，同樣如圖1及圖3所示，柱體14包含凸緣144，凸緣144係形成於柱體14的頂部146處。凸緣144的第二外徑d3係大於由導電線圈10所形成之圍繞空間108的內徑d2。
於一具體實施例中，柱體14經擠壓製程成型後，先行經燒結製程後才置於由導電線圈10所形成之圍繞空間108內。
請參閱圖5至圖7，該等圖式係以剖面視圖示意地繪示本發明之一較佳實施例之製造如圖3所示的電感元件1的方法。
首先，根據本發明之方法係製備導電線圈10。導電線圈10的外表面102係被覆絕緣層104，如圖4所示。
接著，根據本發明之方法係將兩端子(12a、12b)分別與導電線圈10之兩端點(106a、106b)中之一個端點(106a、106b)做電性接合，如圖1所示。於一具體實施例中，兩端子(12a、12b)與其他端子係將金屬板沖壓製成導線架，採用導線架可以大量、自動化生產。
接著，如圖5所示，根據本發明之方法係藉由第一擠壓設備20將多顆第一複合材料粉末經擠壓製程以成型柱體14。每一顆第一複合材料粉末係由第一磁性材料粉末被覆第一熱固性樹脂所構成。
於一具體實施例中，第一磁性材料粉末可以是羰基鐵粉末、鐵鉻矽合金粉末、鐵矽合金粉末、非晶質鐵基合金粉末、鐵矽合金粉末、鐵鋁矽合金粉末、錳鋅鐵氧體粉末、鎳鋅鐵氧體粉末，等性材料粉末。
接著，如圖6所示，根據本發明之方法係將柱體14係置於由導電線圈10所形成之圍繞空間108內。
接著，如圖7所示，根據本發明之方法係藉由第二擠壓設備22將多顆第二複合材料粉末成型包覆體16。每一顆第二複合材料粉末係由第二磁性材料粉末被覆第二熱固性樹脂所構成。包覆體16包覆導電線圈10以及柱體14，兩端子(12a、12b)係外露於包覆體16之外。
於一具體實施例中，第二磁性材料粉末可以是羰基鐵粉末、鐵鉻矽合金粉末、鐵矽合金粉末、非晶質鐵基合金粉末、鐵矽合金粉末、鐵鋁矽合金粉末、錳鋅鐵氧體粉末、鎳鋅鐵氧體粉末，等性材料粉末。形成第二磁性材料粉末的材料可以與形成第一磁性材料粉末的材料相同，也可以不同。
最後，根據本發明之方法係將包覆體16及其所包覆之導電線圈10以及柱體14加熱至固化溫度，致使多顆第一磁性材料粉末由固化的第一熱固性樹脂所接合，多顆第二磁性材料粉末由固化的第二熱固性樹脂所接合。兩端子(12a、12b)可以彎折至包覆體16的底部，如圖7所示。
特別地，第一熱固化樹脂佔多顆第一複合材料粉末的第一重量比係小於第二熱固化樹脂佔多顆第二複合材料
粉末的第二重量比。藉此，柱體14的剛性與包覆體16鄰近柱體14的部位的剛性與熱膨脹係數相差不會太大，所以在根據本發明之電感元件1的頂表面上柱體14附近不會發生裂縫。所以，根據本發明之方法製造電感元件1的良率高。
於一具體實施例中，第一熱固化樹脂佔多顆第一複合材料粉末的第一重量比之範圍為0至3.5%，第二熱固化樹脂佔多顆第二複合材料粉末的第二重量比之範圍係大於3.5%。
於一具體實施例中，柱體14經擠壓製程成型後具有成型密度，成型密度的範圍係大於或等於4.9g/cm3。
於一具體實施例中，同樣如圖1及圖3所示，柱體14的尾端142之第一外徑d1係小於由導電線圈10所形成之圍繞空間108的內徑d2。藉此，當柱體14被置於由導電線圈10所形成之圍繞空間108內時，可以避免柱體14的尾端142刮傷絕緣層104。
於一具體實施例中，同樣如圖1及圖3所示，柱體14包含凸緣144，凸緣144係形成於柱體14的頂部146處。凸緣144的第二外徑d3係大於由導電線圈10所形成之圍繞空間108的內徑d2。藉此，當柱體14被置於由導電線圈10所形成之圍繞空間108內時，柱體14的凸緣144可以靠在導電線圈10的頂部101上。
於一具體實施例中，柱體14經擠壓製程成型後，先行經燒結製程後才置於由導電線圈10所形成之圍繞空間108內。
請參閱圖8、圖9及圖10，圖8顯示本發明的三個實際範例(實施例A、實施例B、實施例C)於不同外加電流的電感值測試結果。做為對照，先前技術的粉壓電感的兩個範例(對照組A、對照組B)於不同外加電流的電感值測試結果
顯示於圖9。同樣做為對照，先前技術採用剛性的磁性柱體的電感元件的兩個範例(對照組C、對照組D)於不同外加電流的電感值測試結果顯示於圖10。測試的電感元件的尺寸皆為13mm×13mm×6mm，測試的電感元件的線圈繞規：線徑為0.34mm、柱體的外徑為4.6mm、圈數為52.5Ts。上述測試的電感元件的材料成份及電磁性質列於表1。
上述測試的電感元件的材料成份中包覆體的材
料，除了對照組B的粉末電感值為148.59~150.48μH外，其餘實施例與對照組的粉末電感值為146.77~147.60μH。
電感元件在使用時，會因為電流通過，導致其電感值下降，此部份會導致電感元件失去功能，例如，儲能、濾波，等功能。因此，電感元件在特定電流下(客戶應用電流)，電感元件的電感值下降幅度越低越好。一般稱此特定電流為「飽和電流」。於上述電感元件的測試中，飽和電流設定為2.7~2.8A。
關於電感元件的電感值在電流通過下其下降幅度的計算，以某個電感元件為例，其在沒電流通過時其電感值=148.3μH，其在設定的飽和電流=2.8A的情況下其電感值=115.5μH，其電感值下降幅度=(115.5-148.3)/148.3=-22.12%。上述實施例及對照組在設定的飽和電流=2.7A的情況下經計算的電感值下降幅度(ΔL/L)列於表2。
以對照組A、對照組B做為比較基礎，由圖8、
圖9及圖10顯示測試結果可證實，本發明之實際範例(實施例A、實施例B、實施例C)的成品電感值(未通過電流)小幅提升，最高可提升1.17倍。採用剛性的磁性柱體所製造的電感元件(對照組C、對照組D)的成品電感值(未通過電流)明顯提升，最高可提升1.52倍。但是，採用剛性的磁性柱體所製造的電感元件(對照組C、對照組D)其電感值下降幅度明顯大幅降低，最高會降低57.1%。本發明之實際範例(實施例A、實施例B、實施例C)其電感值下降幅度明顯改善，可改善7.2%。顯見地，根據本發明之電感元件具有無法預期的功效。
藉由以上對本發明之詳述，可以清楚了解根據本發明之電感元件是採用兩種含熱固性樹脂不同重量比的複合材料粉末所製造，其具有優異電磁性質。根據本發明之製造電感元件的方法具有高良率與低品質風險。
藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之面向加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的面向內。因此，本發明所申請之專利範圍的面向應該根據上述的說明作最寬廣的解釋，以致使其涵蓋所有可能的改變以及具相等性的安排。
1‧‧‧電感元件
10‧‧‧導電線圈
101‧‧‧頂部
106a、106b‧‧‧端點
108‧‧‧圍繞空間
12a、12b‧‧‧端子
14‧‧‧柱體
142‧‧‧尾端
144‧‧‧凸緣
146‧‧‧頂部
16‧‧‧包覆體
d1‧‧‧第一外徑
d2‧‧‧內徑
d3‧‧‧第二外徑
Claims (12)
- 一種電感元件，包含：一導電線圈；一絕緣層，係被覆於該導電線圈之一外表面；兩端子，係分別與該導電線圈之兩端點中之一個端點做電性接合；一柱體，係由多顆第一複合材料粉末經一擠壓製程所成型，每一顆第一複合材料粉末係由一第一磁性材料粉末被覆一第一熱固性樹脂所構成，該柱體係置於由該導電線圈所形成之一圍繞空間內；以及一包覆體，係由多顆第二複合材料粉末所成型，每一顆第二複合材料粉末係由一第二磁性材料粉末被覆一第二熱固性樹脂所構成，該包覆體包覆該導電線圈以及該柱體，該兩端子係外露於該包覆體之外；其中該第一熱固化樹脂佔該多顆第一複合材料粉末之一第一重量比係小於該第二熱固化樹脂佔該多顆第二複合材料粉末之一第二重量比，該包覆體及其所包覆之該導電線圈以及該柱體係加熱至一固化溫度，致使該多顆第一磁性材料粉末由該固化的第一熱固性樹脂所接合，該多顆第二磁性材料粉末由該固化的第二熱固性樹脂所接合。
- 如請求項1所述之電感元件，其中該第一重量比之範圍為0至3.5%，該第二重量比之範圍係大於3.5%。
- 如請求項2所述之電感元件，其中該柱體經該擠壓製程成型後具有一成型密度，該成型密度之範圍係大於或等於 4.9g/cm3。
- 如請求項2所述之電感元件，其中該柱體之一尾端之一第一外徑係小於該圍繞空間之一內徑。
- 如請求項4所述之電感元件，其中該柱體包含一凸緣，係形成於該柱體之一頂部處，該凸緣之一第二外徑係大於該圍繞空間之該內徑。
- 如請求項2所述之電感元件，其中該柱體經該擠壓製程成型後，先行經一燒結製程後才置於由該導電線圈所形成之該圍繞空間內。
- 一種製造一電感元件之方法，包含下列步驟：(a)製備一導電線圈，其中該導電線圈之一外表面係被覆一絕緣層；(b)將兩端子分別與該導電線圈之兩端點中之一個端點做電性接合；(c)將多顆第一複合材料粉末經一擠壓製程以成型一柱體，其中每一顆第一複合材料粉末係由一第一磁性材料粉末被覆一第一熱固性樹脂所構成；(d)將該柱體係置於由該導電線圈所形成之一圍繞空間內；(e)將多顆第二複合材料粉末成型一包覆體，其中每一顆第二複合材料粉末係由一第二磁性材料粉末被覆一第二熱固性樹脂所構成，該包覆體包覆該導電線圈以及該柱體，該兩端子係外露於該包覆體之外，其中該第一熱固化樹脂佔該多顆第一複合材料粉末之一第一重量比係小於該第 二熱固化樹脂佔該多顆第二複合材料粉末之一第二重量比；以及(f)將該包覆體及其所包覆之該導電線圈以及該柱體加熱至一固化溫度，致使該多顆第一磁性材料粉末由該固化的第一熱固性樹脂所接合，該多顆第二磁性材料粉末由該固化的第二熱固性樹脂所接合。
- 如請求項7所述之方法，其中該第一重量比之範圍為0至3.5%，該第二重量比之範圍係大於3.5%。
- 如請求項8所述之方法，其中該柱體經該擠壓製程成型後具有一成型密度，該成型密度之範圍係大於或等於4.9g/cm3。
- 如請求項8所述之方法，其中該柱體之一尾端之一第一外徑係小於該圍繞空間之一內徑。
- 如請求項10所述之方法，其中該柱體包含一凸緣，係形成於該柱體之一頂部處，該凸緣之一第二外徑係大於該圍繞空間之該內徑。
- 如請求項8所述之方法，於步驟(c)與步驟(d)之間，進一步包含下列步驟：對該柱體執行一燒結製程。
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