TW202217876A - 金屬粉芯積體晶片電感的製備方法 - Google Patents
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Abstract
本發明提供的金屬粉芯積體晶片電感的製備方法，它包括有以下步驟：繞制線圈、模壓成型、倒角、固化、絕緣包覆、研磨、電鍍。本次發明的積體晶片電感反覆運算了現行業的漿料封端電鍍型一體成型電感、銅片端電極型一體成型電感及內置T字型磁芯葉擺上纏線電極型產品的技術，從而減小產品在電路板上的安裝尺寸，增加了積體電路PCB板的安裝空間，本發明可以實現智慧製造，做到資源節約，環境友好，可以為世界電子產業發展創造獨特價值。
Description
本發明涉及電感技術，尤其是指金屬粉芯積體晶片電感的製備方法。
傳統電感包括有漿料封端電鍍型一體成型電感、銅片端電極型一體成型電感、內置T字型磁芯葉擺上纏線電極型一體成型電感；其中漿料封端電鍍型一體成型電感因兩側整體封端，貼片安裝時側面堆錫面積大容易造成電極外露引起電路導通，減小了積體電路密集度，浪費了電路板的空間。同時漿料封端電鍍型一體成型電感在電極焊接位置包括本體有4個金屬層，分別是銅/銀/鎳/錫，4個金屬層之間容易形成寄生電容，增加了電感的直流電阻，降低了電感的自諧振頻率；銅片端電極型一體成型電感的引線銅片是從產品側邊折彎到底部，折彎幅度和銅片厚度會加大產品尺寸並限制線圈設計導致產品特性受限，浪費了電路板空間的同時，減小了積體電路密集度；內置T字型磁芯葉擺上纏線電極型一體成型電感的生產投資大，投資大、產品生產成本高，不利於大規模生產，滿足不了市場需求。
本發明的目的在於提供一種只保留底部電極或“L”型電極並採用絕緣包覆，本次發明的金屬粉芯積體晶片電感反覆運算了現行業的漿料封端電鍍型一體成型電感、銅片端電極型一體成型電感及內置T字型磁芯葉擺上纏線電極型產品的技術，從而減小產品在電路板上的安裝尺寸，增加了積體電路PCB板的安裝空間，為積體電路產業的高度積體化發展創造有利條件；在尺寸相同情況下產品綜合性能大幅提升。
為實現上述目的，本發明所提供的技術方案為：金屬粉芯積體晶片電感的製備方法，它包括有以下主要步驟：繞制線圈、模壓成型、倒角、固化、絕緣包覆、研磨、電鍍。
作為上述工藝的擴充，本發明的工藝還可以採用以下步驟：繞制空心線圈、模壓成型、生胚倒角、熱壓固化、熟胚倒角、絕緣包覆、研磨、電極鍍鎳、電極鍍銅、二次絕緣包覆、二次研磨、電鍍金屬化電極、檢測包裝。
作為上述工藝的優選步驟：所述空心線圈的繞制，其繞制方式採用在繞線治具上多軸繞制，必須參照相應的技術標準。
作為上述工藝的優選步驟：所述模壓成型是通過將含空心線圈的繞線治具放入成型機的模具中，再將線圈定點植入模腔，在模腔中注滿金屬粉末衝壓成型製品；成型密度不小於3g/cm³。
作為上述工藝的優選步驟：所述的生胚倒角是將模壓成型製品，按製品重量與倒角介質以一定比例混合後放入倒角設備完成倒角作業。
作為上述工藝的優選步驟：所述熱壓固化是將製品整齊排版放入熱壓設備型腔內，熱壓設備型腔的溫度控制不小於100℃，使用不小於0.5MPa的壓力進行不低於5分鐘的保壓完成熱壓固化作業。
作為上述工藝的優選步驟：所述的熟胚倒角是將熱壓固化後的製品按製品重量與倒角介質以一定比例混合後放入倒角設備完成熟胚倒角作業。
作為上述工藝的優選步驟：所述的絕緣包覆是使用聚醯亞胺系材料對製品表面進行絕緣包覆處理，絕緣層厚度為不低於3um，製品包覆後在100℃以上烘烤0.5小時以上固化絕緣層。
作為上述工藝的優選步驟：所述的研磨是將製品整齊排列到治具內，使用高精密磨床對製品進行研磨作業，製品單邊研磨不小於3um（絕緣層厚度），研磨後露出製品端部漆包銅線截面。
作為上述工藝的優選步驟：所述的電極鍍銅是將研磨後的製品電鍍一層不小於1um的銅層。
作為上述工藝的優選步驟：所述的二次絕緣包覆是使用聚醯亞胺系材料對製品表面進行絕緣包覆處理，絕緣層厚度為不低於3um，製品包覆後在100℃以上烘烤0.5小時以上固化絕緣層。
作為上述工藝的優選步驟：所述的二次研磨是將製品整齊排列到治具內，使用高精密磨床對製品進行研磨作業，製品單邊研磨不小於3um並露出製品底部銅導體鍍層。
作為上述工藝的優選步驟：所述的電鍍金屬化電極是將製品採用真空鍍膜工藝（PVD技術）、傳統電鍍工藝中的一種或兩種工藝結合，在原一次鍍好銅的表面上再增加所需要的金屬及合金材料鍍層，以增加製品可焊性，耐焊性和附著力。
作為上述工藝的優選步驟：所述的檢測包裝是將製品進行檢測以剔除尺寸、外觀及特性不良品，然後進行包裝。
本發明的技術優勢在於：
1）、本發明的技術優勢在於提供一種只保留底部電極或“L”型電極並採用絕緣材料包覆產品本體的金屬磁粉芯積體晶片電感，節省了漿料封端電鍍型一體成型電感、銅片端電極型一體成型電感的側面堆錫尺寸，從而減小產品在電路板上的安裝尺寸，增加了積體電路PCB板的安裝空間，並大幅降低生產成本，產品具有高可靠性，高性價比，為積體電路產業的高度積體化發展創造有利條件；在尺寸相同情況下產品綜合性能大幅提升。
2）、製造過程使用真空鍍膜技術（PVD技術）或傳統的電鍍工藝，從而節約製造成本，提高制程良率。
3）、採用新的絕緣包覆材料和絕緣包覆工藝將產品絕緣塗層厚度做到3um以上，絕緣包覆材料為熱固型環保聚醯亞胺系材料。
4）、採用本方案製備的電感器件具備高頻率、低損耗、晶片化、小型化、耐高壓、高可靠的優點，完全符合電子元器件高端產品發展趨勢，其應用範圍廣，此類感測器件能滿足智慧終端機、5G、工業互聯網、資料中心、新能源汽車、智慧電網、航空航天、高鐵等行業的需求。
下面結合所有附圖對本發明作進一步說明，參見附圖1至附圖5，本發明的較佳實施例為：
實施例1：本實施例製備的是底部電極
金屬粉芯積體晶片電感的製備方法包括以下步驟：繞制空心線圈、模壓成型、生胚倒角、熱壓固化、熟胚倒角、絕緣包覆、研磨、電極鍍鎳、電極鍍銅、二次絕緣包覆、二次研磨、電鍍金屬化電極、檢測包裝；
其中，第一步驟：繞制空心線圈：根據製品規格設定要求製作空心線圈；其繞制方式採用在繞線治具上多軸繞制，必須達到相應的技術標準。漆包銅線的選取及繞制經過反復試驗，取得了可以批量生產的繞線設備參數及線材的規格資料。繞線方式採用在繞線治具上多軸繞制，在節省料片的同時提升繞線速度。
第二步驟：模壓成型：採用羰基鐵粉或合金材料（鐵矽，鐵矽鉻，鐵鎳，鐵矽鋁及非晶納米晶等材料體系）成型、研發團隊經過多次的試驗，記錄資料，統計分析後篩選出最佳的羰基粉末成份配方如下：
將羰基鐵粉/合金材料/鐵氧體材料：環氧樹脂：丙酮按照重量比例100：≤7：≤20混合均勻，然後在溫度為≤80℃條件下保溫1-3小時，然後進行研磨造粒，製備的粉末需要滿足球形度≥60％，且粉末粒徑滿足：D50≤30μm，D90≤90μm，D10≤20μm；（D10是顆粒累積分佈為10%的粒徑，即小於此粒徑的顆粒體積含量占全部顆粒的10%，D50是顆粒累積分佈為50%的粒徑。也叫中位徑或中值粒徑，這是一個表示細微性大小的典型值。D90是顆粒累積分佈為90%的粒徑。即小於此粒徑的顆粒體積含量占全部顆粒的90%。）環氧樹脂作為粘結劑，粉末造粒完成後添加硬脂酸鋅、硬脂酸鋇或其他脫模潤滑劑；
將含空心線圈的繞線治具放入成型機的模具中，再將線圈定點植入模腔，在模腔中注滿金屬粉末衝壓成型製品，成型的密度為不小於3g/cm³。
成型機具體壓力的選取：壓力大了會把線圈的漆皮刮傷或壓傷，壓力不夠，生產出來的製品密度不足，會導致製品缺角、電感值低等不良，經過大量的試驗，統計資料篩選出既能滿足製品品質，生產效率及良品率最好的參數。
第三步驟：生胚倒角：將模壓成型製品按製品重量添加不小於千分之一的倒角介質後放入倒角設備完成倒角作業，倒角時間不低於5分鐘，所述的倒角介質為氧化鋁、氧化鋯、碳化矽等高密度高硬度粉末中的一種或多種。
第四步驟：熱壓固化：將製品整齊排版放入熱壓設備型腔內，熱壓設備型腔的溫度控制不小於100℃，使用不小於0.5MPa的壓力進行不低於5分鐘的保壓完成熱壓固化作業。
第五步驟：熟胚倒角：將熱壓後的製品按製品重量添加大於製品重量的倒角介質後放入倒角設備完成熟胚倒角作業，倒角時間不低於5分鐘，所述的倒角介質為專用倒角石（如顆粒狀氧化鋯、顆粒狀氧化鋁等高密度高硬度顆粒物中的一種或多種）。
第六步驟：絕緣包覆：使用聚醯亞胺系材料對製品表面進行絕緣包覆處理，絕緣層厚度為不低於3um，製品包覆後在100℃以上烘烤0.5小時以上固化絕緣層。
第七步驟：研磨：將製品整齊排列到治具內，使用高精密磨床對製品進行研磨作業，製品單邊研磨不小於3um，研磨後露出製品端部漆包銅線截面。
第八步驟：電極鍍鎳：將研磨後的製品電鍍一層不小於0.3um的鎳層。
第九步驟：電極鍍銅：將鍍鎳後的製品電鍍一層不小於1um的銅層。
上述第八步驟的電極鍍鎳可以採用電極鍍銅，再將第九步驟的電極鍍銅改為電極鍍鎳；也可以根據需要採用市面其他常規金屬進行電鍍。
第十步驟：二次絕緣包覆：使用聚醯亞胺系納米材料對製品表面進行絕緣包覆處理，絕緣層厚度為不低於3um，製品包覆後在100℃以上烘烤0.5小時以上固化絕緣層。
第十一步驟：二次研磨：將製品整齊排列到治具內，使用高精密磨床對製品進行研磨作業，製品單邊研磨不小於3um並露出製品底部銅導體鍍層。
第十二步驟：電鍍金屬化電極：將製品採用真空鍍膜工藝（PVD技術）、傳統電鍍工藝中的一種或兩種工藝結合，在鍍好鎳底銅層的表面上再增加所需要的金屬及合金材料鍍層，所述的金屬為鎳、鋁、銅、銀、鎂、鉬、錳、鋅、鈦、鈷、釩、鉻、鋼、錫、金中的一種或多種混合形成的合金材料鍍層，以增加製品可焊性，耐焊性和附著力。
第十三步驟：檢測包裝：將製品進行檢測以剔除尺寸、外觀及特性不良品，然後進行包裝。
按上述工藝製成的產品實測資料參照附圖4，按上述工藝製成的產品示意圖參照附圖5，與市面標杆企業產品進行特性對比（附圖3），綜合對比本申請的產品的負載電流、工作電流、能量損耗均明顯優於同行標杆企業產品。
按上述工藝製成的產品各項測試資料見附圖9至附圖18。
實施例2：本實施例製備的是“L型”電極
金屬粉芯積體晶片電感的製備方法包括以下步驟：繞制空心線圈、模壓成型、生胚倒角、熱壓固化、熟胚倒角、絕緣包覆、研磨、電鍍、檢測包裝；
其中，第一步驟：繞制空心線圈：根據製品規格設定要求製作空心線圈；其繞制方式採用在繞線治具上多軸繞制，必須達到相應的技術標準。漆包銅線的選取及繞制經過反復試驗，取得了可以批量生產的繞線設備參數及線材的規格資料。繞線方式採用在繞線治具上多軸繞制，在節省料片的同時提升繞線速度。
第二步驟：模壓成型：採用羰基鐵粉或合金材料（鐵矽，鐵矽鉻，鐵鎳，鐵矽鋁及非晶納米晶等材料體系）成型、研發團隊經過多次的試驗，記錄資料，統計分析後篩選出最佳的羰基粉末成份配方如下：
將羰羰基鐵粉/合金材料/鐵氧體材料：環氧樹脂：丙酮按照重量比例100：≤7：≤20混合均勻，然後在溫度為≤80℃條件下保溫1-3小時，然後進行研磨造粒，製備的粉末需要滿足球形度≥60％，且粉末粒徑滿足：D50≤30μm，D90≤90μm，D10≤20μm；（D10是顆粒累積分佈為10%的粒徑，即小於此粒徑的顆粒體積含量占全部顆粒的10%，D50是顆粒累積分佈為50%的粒徑。也叫中位徑或中值粒徑，這是一個表示細微性大小的典型值。D90是顆粒累積分佈為90%的粒徑。即小於此粒徑的顆粒體積含量占全部顆粒的90%。）環氧樹脂作為粘結劑，粉末造粒完成後添加硬脂酸鋅、硬脂酸鋇或其他脫模潤滑劑；
將含空心線圈的繞線治具放入成型機的模具中，再將線圈定點植入模腔，在模腔中注滿金屬粉末衝壓成型製品，成型的密度為不小於3g/cm³。
成型機具體壓力的選取：壓力大了會把線圈的漆皮刮傷或壓傷，壓力不夠，生產出來的製品密度不足，會導致製品缺角、電感值低等不良，經過大量的試驗，統計資料篩選出既能滿足製品品質，生產效率及良品率最好的參數。
第三步驟：生胚倒角：將模壓成型製品按製品重量添加不小於千分之一的倒角介質後放入倒角設備完成倒角作業，倒角時間不低於5分鐘，所述的倒角介質為氧化鋁、氧化鋯、碳化矽等高密度高硬度粉末中的一種或多種。
第四步驟：熱壓固化：將製品整齊排版放入熱壓設備型腔內，熱壓設備型腔的溫度控制不小於100℃，使用不小於0.5MPa的壓力進行不低於5分鐘的保壓完成熱壓固化作業。
第五步驟：熟胚倒角：將熱壓後的製品按製品重量添加大於製品重量的倒角介質後放入倒角設備完成熟胚倒角作業，倒角時間不低於5分鐘，所述的倒角介質為專用倒角石（如顆粒狀氧化鋯、顆粒狀氧化鋁等高密度高硬度顆粒物中的一種或多種）。
第六步驟：絕緣包覆：使用聚醯亞胺系材料對製品表面進行絕緣包覆處理，絕緣層厚度為不低於3um，製品包覆後在100℃以上烘烤0.5小時以上固化絕緣層。
第七步驟：研磨：將製品整齊排列到治具內，使用高精密磨床對製品進行研磨作業，製品單邊研磨不小於3um，研磨後露出製品端部漆包銅線截面。
第八步驟：第一次電鍍：將研磨後製品採用傳統工藝電鍍鎳底，鍍層厚度不小於0.3um，增加電極附著力。
第九步驟：第二次電鍍：在鍍鎳底的基礎上採用傳統工藝電鍍銅層，鍍層厚度不小於1.0um，增加導電性能。
上述第八步驟的電極鍍鎳可以採用電極鍍銅，再將第九步驟的電極鍍銅改為電極鍍鎳；也可以根據需要採用市面其他常規金屬進行電鍍。
第十步驟：第三次電鍍：將鍍銅後的製品採用傳統工藝電鍍錫層，鍍層厚度不小於1.0um，增加抗氧化及可焊性能。
第十一步驟：檢測包裝：將製品進行檢測以剔除尺寸、外觀及特性不良品，然後進行包裝。
本實施例的電鍍工藝也可根據需要採用真空鍍膜工藝（PVD技術）、傳統電鍍工藝中的一種或兩種工藝結合。
按上述工藝製成的產品示意圖參照附圖6。
以上所述之實施例只為本發明之較佳實施例，並非以此限制本發明的實施範圍，故凡依本發明之形狀、原理所作的變化，均應涵蓋在本發明的保護範圍內。
無
圖1為本發明的工藝流程圖。
圖2為本發明與市面產品的負載電流特性對比圖。
圖3為本發明與市面產品的特性對比圖。
圖4為本發明產品的特性實測資料。
圖5為本發明的底部電極產品示意圖。
圖6為本發明的“L”型電極產品示意圖。
圖7為本發明的產品正面X光透視圖。
圖8為本發明的產品側面X光透視圖。
圖9為本發明的老化負載試驗資料圖表。
圖10為本發明的可焊性資料圖表。
圖11為本發明的熱焊性資料圖表。
圖12為本發明的推力試驗資料圖表。
圖13為本發明的百格試驗資料圖表。
圖14為本發明的鹽酸試驗資料圖表。
圖15為本發明的高溫儲存資料圖表。
圖16為本發明的蒸汽老化試驗資料圖表。
圖17為本發明的金相切片試驗資料圖表。
圖18為本發明的層間試驗資料圖表。
Claims (9)
- 金屬粉芯積體晶片電感的製備方法，其中：它包括有以下步驟：繞制線圈、模壓成型、倒角、固化、絕緣包覆、研磨、電鍍。
- 如請求項1所述的金屬粉芯積體晶片電感的製備方法，其中：所述的步驟包括有：繞制空心線圈、模壓成型、生胚倒角、熱壓固化、熟胚倒角、絕緣包覆、研磨、電極鍍鎳、電極鍍銅、二次絕緣包覆、二次研磨、電鍍金屬化電極、檢測包裝。
- 如請求項1所述的金屬粉芯積體晶片電感的製備方法，其中：所述線圈的繞制是在繞線治具上多軸繞制形成空心線圈。
- 如請求項1所述的金屬粉芯積體晶片電感的製備方法，其中：所述模壓成型是通過將含線圈的繞線治具放入成型機的模具中，再將線圈定點植入模腔，在模腔中注滿金屬粉末衝壓成型製品。
- 如請求項1所述的金屬粉芯積體晶片電感的製備方法，其中：所述的倒角是將模壓成型製品，按製品重量與倒角介質以一定比例混合後放入倒角設備完成倒角作業。
- 如請求項1所述的金屬粉芯積體晶片電感的製備方法，其中：所述固化是將製品整齊排版放入固化設備型腔內固化成型。
- 如請求項1所述的金屬粉芯積體晶片電感的製備方法，其中：所述的絕緣包覆是對製品表面進行絕緣包覆處理。
- 如請求項1所述的金屬粉芯積體晶片電感的製備方法，其中：所述的研磨是將製品整齊排列到治具內，使用磨床對製品進行研磨作業，研磨後露出製品端部漆包銅線截面。
- 如請求項1所述的金屬粉芯積體晶片電感的製備方法，其中：所述的電鍍包括有電鍍鎳、電鍍鋁、電鍍銅、電鍍銀、電鍍鎂、電鍍鉬、電鍍錳、電鍍鋅、電鍍鈦、電鍍鈷、電鍍釩、電鍍鉻、電鍍鋼、電鍍錫、電鍍金中的一種或多種。
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