TW202414451A - 磁粉－繞組共燒式電感元件及其製備方法 - Google Patents
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Abstract
本發明公開了磁粉-繞組共燒式電感元件及其製備方法。其中磁粉-繞組共燒式電感元件形成由軟磁性粉末製成的磁性部和埋入磁性部內部的繞組，所述軟磁性粉末包括組成比例占50%以上、球形度大於95%的球形粉；所述磁粉-繞組共燒式電感元件是通過模壓成型製成，成型壓力為12~24T/cm2。本發明通過使用高球形度磁性粉末，進行高壓成型，得到成型壓力很高的情況下也可以保持高絕緣耐壓值、且具有高磁導率的電感元件。
Description
本發明主要涉及電感元件領域，特別涉及磁粉-繞組共燒式電感元件及其製備方法。
功率電感器一般是指用於直流-直流(Direct Current-Direct Current，DC-DC)轉換器等電源電路中的電感器，主要在電路中起到穩壓、濾波及信號處理的作用。隨著電子技術的高速發展，中央處理器(Central Processing Unit，CPU)、圖形處理器(Graphic Processing Unit，GPU)等頻率越來越高，對電路的穩定供電和濾波提出了更高的需求，推動功率電感向小型化、薄型化和輕量化等方向發展。同時，還要求功率電感具有高可靠性，以維持電子設備的正常運行。
常見的功率電感有兩種，繞線式和一體成型式。
繞線式電感器主要使用鐵氧體作為磁性材料。鐵氧體材料具有飽和磁通密度低的劣勢，如果工作電流較大會產生飽和現象；同時繞線式為組裝結構，鐵氧體和繞組之間存在空隙，兩方面均從原理上阻礙了電感器的小型化。
一體成型式電感是將磁性粉末與有機樹脂混合，將複合物和繞組放置在模具中並加壓成型，來得到磁性部內部埋設線圈的電感。對於一體成型電感，如果成型壓力太小，則會導致電感中磁性部密度低、初始磁導率小，從而無法達到所需的電磁特性；如果成型壓力太大，則會造成位於磁性粉末內部的繞組(線圈)受到過大的擠壓力，漆包銅線表面的絕緣層因摩擦而破損，導致產品絕緣耐壓低、甚至短路，產品可靠性風險大。現有技術的體成型式電感成型時，成型壓力低於10T/cm2，否則因線圈絕緣電阻較低，組合到電路中時容易出現短路。
中國發明公告第CN103714961B號發明專利揭露的電感，繞線部內周部的磁性體密度高於外周部磁性體，以達到起始磁導率高的效果。但該方式需
要多次填粉、多次壓製，增加了製作工序和難度，降低了生產效率。中國專利公告第CN111151740B號發明專利揭露的電感，採用注射成型的方式，磁導率為21.6，為達到所需感量要求，需使用多層線圈，導致電感直流電阻大，降低效率，同時不利於產品扁平化。另外注射成型的生產效率較低。
本發明所要解決的技術問題是：提供一種磁粉-繞組共燒式電感元件及其製備方法，解決現有技術製備的電感無法達到所需的電磁特性，或者製作工序或材料選擇受限、生產效率低等問題。
為解決上述技術問題，本發明採用如下技術方案：
一種磁粉-繞組共燒式電感元件，形成由軟磁性粉末製成的磁性部和埋入磁性部內部的繞組，所述軟磁性粉末中包含50wt%以上的球形粉；所述磁粉-繞組共燒式電感元件是通過模壓成型製成，成型壓力為12~24T/cm2。
在一些實施例中，所述球形粉的球形度
95%；所述軟磁性粉末中包含80wt%以上的球形粉；所述成型壓力為16~22T/cm2。
進一步地，所述軟磁性粉末全部使用球形粉；所述成型壓力為18~20T/cm2。
在一些實施例中，所述軟磁性粉末為Fe、Fe-Si、Fe-Ni、Fe-Si-Cr、Fe-Si-Al金屬磁性粉、Fe基非晶磁性粉、納米晶磁性粉中的一種或兩種以上的混合物。
在一些實施例中，所述繞組可以採用截面為矩形或圓形的金屬導體；所述繞組為直線型或螺旋形線圈，其中，螺旋形線圈的螺線圈數小於4。
在一些實施例中，所述螺旋形線圈的螺線圈數為2。
在一些實施例中，所述軟磁性粉末表面設有絕緣層。
本發明還提供一種製備方法，用於製備如上任一實施例所述的磁粉-繞組共燒式電感元件，包括以下工序：
成型工序，將軟磁性粉末和繞組放置於模具中，施加壓力進行模壓成型，成型壓力為12~24T/cm2，得到繞組埋於磁性部內部的電感生坯，引腳/電極暴露於磁性部表面；其中，所述軟磁性粉包含50wt%以上的球形粉；
退火工序，將電感生坯放置於熱處理爐內並加熱保溫，使電感生坯內部因部的殘餘應力得以釋放，獲得電感元件。
在一些實施例中，退火溫度為400~850℃。
本發明的有益效果是：
本發明提供的電感元件，具有初始磁導率高和絕緣耐壓特性好的優勢。即該電感即使在大的成型壓力下，依舊能保持高耐壓特性，確保該電感同時具有優秀的電磁特性和可靠性。同時該電感製備方法簡便，生產效率高。
上述技術特徵，以及本發明技術方案的其他特徵、目的和優點將結合本發明的各種實施例及圖式進行描述。然而，所揭露的說明性實施例僅僅是示例，並不用於限定本發明的範圍。
圖1是本發明實施例軟磁性粉末的球形度標示圖。
圖2是本發明實施例球形度
95%的鐵矽鋁合金粉末SEM圖像。
圖3是本發明實施例球形度
50%的鐵矽鉻合金粉SEM圖像
圖4是異形的鐵矽鋁合金粉末SEM圖像。
圖5是成型壓力與電感磁性部相對密度的關係曲線圖。
圖6是磁導率與絕緣電阻的關係曲線圖。
圖7(a)粉末顆粒與繞組銅線的作用原理圖。
圖7(b)粉末顆粒之間的作用原理圖。
圖8(a)-8(e)為繞組與磁性部的結構示意圖，其中8(a)、8(d)、8(e)為1圈繞組；圖8(b)為2圈繞組，圖8(c)為3圈繞組。
本發明所提供的圖式及下述某些實施例的描述並非將發明限制在這些實施例中，而是提供給本領域任何一個普通技術人員來製造和使用本發明。
下述實例中所述實驗方法或檢測方法，如無特殊說明，均為常規方法；所述試劑和材料，如無特殊說明，均可從商業途徑獲得。
本發明所披露的端點值的端點和任何值都不限於該精確的範圍或值，這些範圍或值應當理解為包含接近這些範圍或值的值。對於數值範圍來說，
各個範圍的端點值之間、各個範圍的端點值和單獨的點值之間，以及單獨的點值之間可以彼此組合而得到一個或多個新的數值範圍，這些數值範圍應視為在本文中具體公開。
本發明提供了一種電感元件，包含由軟磁性粉末製成的磁性部和埋入磁性部內部的繞組。製備磁性部的軟磁性粉末包含：球形度大於95%、且表面沒有明顯凸起、組成比例50wt%以上的球形粉。
軟磁性粉末球形粉，其球形度通過以下公式計算。
參照圖1所示，其中， R max 是指：與粉末外輪廓相切的最小圓的半徑； R min 是指：與粉末外輪廓相切的最小圓的圓心O到粉體表面距離的最小值。
本發明通過使用表面光滑的高球形度磁性粉末，因此可進行高壓成型(成型壓力大於10T/cm2)，得到成型壓力很高的情況下可保持高絕緣耐壓值、且具有高磁導率的電感元件。
高壓成型使磁性部具有高磁導率(磁性部磁導率大於40)，可減少繞組銅線使用量，降低直流電阻，有利於降低銅損，提高大電流下的電感效率；高磁導率同時可以減小磁性部體積，使電感更加小型化、薄型化。
本發明的電感元件為磁粉-繞組共燒式電感元件，結構緊湊，磁性部與繞組之間無空隙或近似於無間隙，有利於實現小型化。
此外，而本發明提供的磁粉-繞組共燒式電感元件同時具有高絕緣耐壓特性(200V/10s的絕緣阻抗值大於1MΩ)，可以提高電源效率且保證產品可靠性。高可靠性的產品一方面可提高生產效率、降低質檢成本，另一方面可以確保電子設備長期穩定運行。
本發明磁粉-繞組共燒式電感元件的製備方法中，製備電感磁性部的軟磁材料不限定軟磁性合金粉末的種類，可使用各種成分的軟磁性合金粉末，因此降低了生產難度。同時，製備本發明的電感元件，不限定所使用的合金粉末的細微性大小，且無需通過限定粉末的細微性來達到高密度、高磁導率，因此避免造成合金粉末原材料的浪費、成本高。
本發明磁粉-繞組共燒式電感元件的製備方法包括以下工序：
成型工序，將軟磁性粉末和繞組放置於模具中，施加壓力進行模壓成型，得到繞組埋於磁性部內部的電感生坯(引腳/電極部分暴露在磁性部外)，電極部分暴露在磁性部外；
退火工序，將電感生坯放置於熱處理爐內進行加熱保溫，使電感生坯內部因成型工序引入的殘餘應力得以釋放，達到所需電磁特性的電感元件。
其中，成型工序中，製作電感磁性部的軟磁性粉末採用球形度
95%的球形粉末，球形粉的比例為50wt%以上；優選為球形粉末的比例
80wt%，更優選為全部使用球形粉。如果球形粉比例過低，則會導致電感元件的絕緣耐壓特性較差；添加適當比例的非球形粉，可以增加電感元件的密度，提高磁導率；如果全部使用球形粉，可獲得耐壓特性最好的電感元件，同時由於使用大壓力成型，該電感元件依舊能夠達到高磁導率。本發明軟磁性粉末採用圓球形粉末的原理為：對於表面有尖角或凸起的非球形粉末，在高壓下容易被擠壓進入繞組銅線(參照圖7(a))或軟磁性粉末內部(參照圖7(b))：對於圓球形粉末，粉末表面與相鄰的繞組銅線或粉末表面相切，不會進入銅線內部；一處有尖角凸起、其餘部分為光滑表面的粉末，當尖角處與相鄰的繞組銅線或軟磁性粉末接觸，容易切入內部，導致導通；而多邊形粉末則切入相鄰的繞組銅線或粉末內部的概率更高，產品更容易導通。
軟磁性粉末可以為Fe、Fe-Si、Fe-Ni、Fe-Si-Cr、Fe-Si-Al等鐵系的金屬磁性粉、Fe基非晶磁性粉、納米晶磁性粉中的一種或兩種以上的混合物。粉末表面具有絕緣層，絕緣層材料具有高電阻率和柔韌性，以保證粉末之間並非完全接觸以降低磁性粉末之間的渦流，提高絕緣電阻值；同時絕緣材料具有一定的黏結特性，以提高電感生坯的強度。
繞組可以採用截面為矩形或圓形的金屬導體，繞組可以為直線型或螺旋形線圈，其中，螺旋形線圈的螺線圈數小於4，優選為2圈，為完全確保高耐壓特性，最佳為1圈；繞組最佳為直線型。由公式L
μT2(L為電感量，μ為磁導率，T為圈數)可知，圈數增加可以提高電感器的電感量，但圈數過多導致直流電阻高，且阻礙了電感的扁平化。本發明的電感元件由於磁性部具有較高的磁導率，繞組不需要多圈數就能達到所需的電感量。圈數少有利於降低導線與導
線之間因擠壓直接接觸導通或者磁性粉末中若一顆多邊尖角凸起的粉末同時嵌入相鄰兩根導線導致接觸導通的風險。因此優選使用直線型繞組，可完全避免相鄰導線短路的風險。繞組圈數為金屬導體穿過磁場(磁力線)的次數，參照圖8(a)-8(e)，圖8(a)、8(d)、8(e)為1圈繞組，圖8(b)為2圈繞組，圖8(c)為3圈繞組。其中，“直線型”主要指代磁性部中心處導線形狀，磁性部邊緣及外部形狀可為非直線，如圖8(d)、8(e)。
本發明採用模壓成型，成型壓力為12~24T/cm2，例如12T/cm2、13T/cm2、14T/cm2、15T/cm2、16T/cm2、17T/cm2、18T/cm2、19T/cm2、20T/cm2、21T/cm2、22T/cm2以及任意兩端點之間區間的任一值；優選為16~22T/cm2，更優選為18~20T/cm2。適當提高壓力可以增加磁性部密度使磁導率升高，但壓力過大有降低電感絕緣特性的風險，尤其是圈數大於1的螺線型線圈，此外，壓力增大至一定程度後，磁性部密度趨於平穩，不會持續變大，壓力過大反而有損經濟效益；壓力過低則可能導致電感強度差、磁導率低，電磁特性不能滿足需求。
模壓成型會使軟磁性粉末發生彈性形變及塑性形變，因此需對電感生坯進行退火處理，以去除內部應力。同時退火還可以消除粉末製備工序中產生的粉末內部的缺陷。因此退火可以提高磁性部的初始磁導率、降低鐵損，提高電感元件的機械強度。根據軟磁粉末種類的不同，退火溫度一般在400~850℃之間，例如400℃、450℃、500℃、550℃、600℃、650℃、700℃、750℃、800℃、850℃以及任意兩端點之間區間的任一值。退火溫度過低則不足以釋放內部殘餘應力，導致磁導率偏低、損耗偏高；退火溫度過高會導致粉末表面的絕緣層破壞，反而使初始磁導率降低，渦流損耗增加。
本發明由軟磁性粉末製成的磁性部和埋入磁性部內部的繞組製成磁粉-繞組共燒式電感元件，較佳採用Fe基軟磁性粉末，用球形度
95%的球形粉末，球形粉的比例為50wt%以上，優選為球形粉末的比例
80wt%，更優選為全部使用球形粉；繞組優先為銅導體，優選為直線型銅導體，按上述方法製備獲得銅鐵共燒電感元件。
在一些實施例，本發明的製得的電感元件絕緣阻抗值(200V/10s)大於1MΩ，磁性部磁導率大於40。在一些實施例中，電感元件的磁導率為40~75，
相對密度為70%-95%，10V/10s的絕緣電阻大於5MΩ，200V/10s的絕緣電阻大於1MΩ。
結合參照圖2-8，其中圖2-4粉末顆粒上標示的數字為球形度。以下結合多種非限定性實施例以及對比例具體說明本發明的磁粉-繞組共燒式電感元件的製備方法，並對獲得的電感元件進行性能測試。
對比例1
本對比例的電感元件的製備方法包括以下工序：
成型工序，將軟磁性合金粉和繞組放置於模具中進行模壓成型，壓力為8T/cm2，得到繞組埋於磁性部內部的電感生坯(引腳和電極部分暴露在磁性部外)；其中，製備磁性部的軟磁性合金粉為鐵矽鋁合金粉末，球形度
95%，球形粉組成比例100%，本實施例的鐵矽鋁合金粉末的形貌參照圖2；繞組採用直線型銅導體；
退火工序，將電感生坯放置於熱處理爐內部並加熱保溫，使電感生坯因成型工序引入的殘餘應力得以釋放，達到所需電磁特性的電感元件。其中，退火溫度為700℃，保溫時間1小時。
實施例1
本實施例電感元件的製備方法包括以下工序：
成型工序，將軟磁性合金粉和繞組放置於模具中進行模壓成型，壓力為12T/cm2，得到繞組埋於磁性部內部的電感生坯(引腳/電極部分暴露在磁性部外)；其中，製備磁性部的軟磁性合金粉為鐵矽鋁合金粉末，球形度
95%，球形粉組成比例100%，本實施例的鐵矽鋁合金粉末的形貌參照圖2；繞組採用直線型銅導體；
退火工序，將電感生坯放置於熱處理爐內部並加熱保溫，使電感生坯因成型工序引入的殘餘應力得以釋放，達到所需電磁特性的電感元件。其中，退火溫度為700℃，保溫時間1小時。
實施例2
本實施例電感元件的製備方法包括以下工序：
成型工序，將軟磁性合金粉和繞組放置於模具中進行模壓成型，壓力為16T/cm2，得到繞組埋於磁性部內部的電感生坯(引腳/電極部分暴露在磁性部外)；其中，製備磁性部的軟磁性合金粉為鐵矽鋁合金粉末，球形度
95%，球形粉組成比例
100%，本實施例的鐵矽鋁合金粉末的形貌參照圖2；繞組採用直線型銅導體；
退火工序，將電感生坯放置於熱處理爐內部並加熱保溫，使電感生坯因成型工序引入的殘餘應力得以釋放，達到所需電磁特性的電感元件。其中，退火溫度為700℃，保溫時間1小時。
實施例3
本實施例電感元件的製備方法包括以下工序：
成型工序，將軟磁性合金粉和繞組放置於模具中進行模壓成型，壓力為20T/cm2，得到繞組埋於磁性部內部的電感生坯(引腳/電極部分暴露在磁性部外)；其中，製備磁性部的軟磁性合金粉為鐵矽鋁合金粉末，球形度
95%，球形粉組成比例100%，本實施例的鐵矽鋁合金粉末的形貌參照圖2；繞組採用直線型銅導體；
退火工序，將電感生坯放置於熱處理爐內部並加熱保溫，使電感生坯因成型工序引入的殘餘應力得以釋放，達到所需電磁特性的電感元件。其中，退火溫度為700℃，保溫時間1小時。
對比例2
本對比例的電感元件的製備方法包括以下工序：
成型工序，將軟磁性合金粉和繞組放置於模具中進行模壓成型，壓力為8T/cm2，得到繞組埋於磁性部內部的電感生坯(引腳/電極部分暴露在磁性部外)；其中，製備磁性部的軟磁性合金粉為鐵矽鋁合金粉末和鐵矽合金粉末的混合體，混合比例按重量比為8：2，其中鐵矽鋁合金粉末球形度
95%(粉末形態參照圖2)，鐵矽合金粉末球形度
50%(粉末形態參照圖3)；球形粉組成比例80%；繞組採用直線型銅導體；
退火工序，將電感生坯放置於熱處理爐內部並加熱保溫，使電感生坯因成型工序引入的殘餘應力得以釋放，達到所需電磁特性的電感元件。退火溫度為700℃，保溫時間1小時。
實施例4
本實施例電感元件的製備方法包括以下工序：
成型工序，將軟磁性合金粉和繞組放置於模具中進行模壓成型，壓力為12T/cm2，得到繞組埋於磁性部內部的電感生坯(引腳/電極部分暴露在磁性部外)；其中，
製備磁性部的軟磁性合金粉為鐵矽鋁合金粉末和鐵矽合金粉末的混合體，混合比例按重量比為8：2，其中鐵矽鋁合金粉末球形度
95%(粉末形態參照圖2)，鐵矽合金粉末球形度
50%，(粉末形態參照圖3)，球形粉組成比例80%；繞組採用直線型銅導體；
退火工序，將電感生坯放置於熱處理爐內部並加熱保溫，使電感生坯因成型工序引入的殘餘應力得以釋放，達到所需電磁特性的電感元件。退火溫度為700℃，保溫時間1小時。
實施例5
本實施例電感元件的製備方法包括以下工序：
成型工序，將軟磁性合金粉和繞組放置於模具中進行模壓成型，壓力為16T/cm2，得到繞組埋於磁性部內部的電感生坯(引腳/電極部分暴露在磁性部外)；其中，製備磁性部的軟磁性合金粉為鐵矽鋁合金粉末和鐵矽合金粉末的混合體，混合比例按重量比為8：2，其中鐵矽鋁合金粉末球形度
95%(粉末形態參照圖2)，鐵矽合金粉末球形度
50%(粉末形態參照圖3)；球形粉組成比例80%；繞組採用直線型銅導體；
退火工序，將電感生坯放置於熱處理爐內部並加熱保溫，使電感生坯因成型工序引入的殘餘應力得以釋放，達到所需電磁特性的電感元件。其中，退火溫度為700℃，保溫時間1小時。
實施例6
本實施例電感元件的製備方法包括以下工序：
成型工序，將軟磁性合金粉和繞組放置於模具中進行模壓成型，壓力為20T/cm2，得到一繞組埋於磁性部內部的電感生坯(引腳/電極部分暴露在磁性部外)；其中，製備磁性部的軟磁性合金粉為鐵矽鋁合金粉末和鐵矽合金粉末的混合體，混合比例按重量比為8：2，其中鐵矽鋁合金粉末球形度
95%(粉末形態參照圖2)，鐵矽合金粉末球形度
50%(粉末形態參照圖3)；球形粉組成比例80%；繞組採用直線型銅導體；
退火工序，將電感生坯放置於熱處理爐內部並加熱保溫，使電感生坯因成型工序引入的殘餘應力得以釋放，達到所需電磁特性的電感元件。其中，退火溫度為
700℃，保溫時間1小時。
對比例3
本實施例電感元件的製備方法包括以下工序：
成型工序，將軟磁性合金粉和繞組放置於模具中進行模壓成型，壓力為8T/cm2，得到繞組埋於磁性部內部的電感生坯(引腳/電極部分暴露在磁性部外)；其中，製備磁性部的軟磁性合金粉為鐵矽鋁合金粉末和鐵矽合金粉末的混合體，混合比例按重量比為5：5，其中鐵矽鋁合金粉末球形度
95%(粉末形態參照圖2)，鐵矽合金粉末球形度
50%(粉末形態參照圖3)；球形粉組成比例50%；繞組採用直線型銅導體；
退火工序，將電感生坯放置於熱處理爐內部並加熱保溫，使電感生坯因成型工序引入的殘餘應力得以釋放，達到所需電磁特性的電感元件。其中，退火溫度為700℃，保溫時間1小時。
實施例7
本實施例電感元件的製備方法包括以下工序：
成型工序，將軟磁性合金粉和繞組放置於模具中進行模壓成型，壓力為12T/cm2，得到繞組埋於磁性部內部的電感生坯(引腳/電極部分暴露在磁性部外)；其中，製備磁性部的軟磁性合金粉為鐵矽鋁合金粉末和鐵矽合金粉末的混合體，混合比例按重量比為5：5，其中鐵矽鋁合金粉末球形度
95%(粉末形態參照圖2)，鐵矽合金粉末球形度
50%(粉末形態參照圖3)；球形粉組成比例50%；繞組採用直線型銅導體；
退火工序，將電感生坯放置於熱處理爐內部並加熱保溫，使電感生坯因成型工序引入的殘餘應力得以釋放，達到所需電磁特性的電感元件。其中，退火溫度為700℃，保溫時間1小時。
實施例8
本實施例電感元件的製備方法包括以下工序：
成型工序，將軟磁性合金粉和繞組放置於模具中進行模壓成型，壓力為16T/cm2，得到繞組埋於磁性部內部的電感生坯(引腳/電極部分暴露在磁性部外)；其中，製備磁性部的軟磁性合金粉為鐵矽鋁合金粉末和鐵矽合金粉末的混合體，混合
比例按重量比為5：5，其中鐵矽鋁合金粉末球形度
95%(粉末形態參照圖2)，鐵矽合金粉末球形度
50%(粉末形態參照圖3)；球形粉組成比例50%；繞組採用直線型銅導體；
退火工序，將電感生坯放置於熱處理爐內部並加熱保溫，使電感生坯因成型工序引入的殘餘應力得以釋放，達到所需電磁特性的電感元件。其中，退火溫度為700℃，保溫時間1小時。
實施例9
本實施例電感元件的製備方法包括以下工序：
成型工序，將軟磁性合金粉和繞組放置於模具中進行模壓成型，壓力為20T/cm2，得到繞組埋於磁性部內部的電感生坯(引腳/電極部分暴露在磁性部外)；其中，製備磁性部的軟磁性合金粉為鐵矽鋁合金粉末和鐵矽合金粉末的混合體，混合比例按重量比為5：5，其中鐵矽鋁合金粉末球形度
95%(粉末形態參照圖2)，鐵矽合金粉末球形度
50%(粉末形態參照圖3)；球形粉組成比例80%；繞組採用直線型銅導體；
退火工序，將電感生坯放置於熱處理爐內部並加熱保溫，使電感生坯因成型工序引入的殘餘應力得以釋放，達到所需電磁特性的電感元件。其中，退火溫度為700℃，保溫時間1小時。
對比例4
本對比例的電感元件的製備方法包括以下工序：
成型工序，將軟磁性合金粉和繞組放置於模具中進行模壓成型，壓力為8T/cm2，得到繞組埋於磁性部內部的電感生坯(引腳/電極部分暴露在磁性部外)；其中，製備磁性部的軟磁性合金粉為鐵矽鉻合金粉末，球形度
50%，粉末形態參照圖3；球形粉組成比例100%；繞組採用直線型銅導體；
退火工序，將電感生坯放置於熱處理爐內部並加熱保溫，使電感生坯因成型工序引入的殘餘應力得以釋放，達到所需電磁特性的電感元件。其中，退火溫度為700℃，保溫時間1小時。
對比例5
本對比例的電感元件的製備方法包括以下工序：
成型工序，將軟磁性合金粉和繞組放置於模具中進行模壓成型，壓力為12T/cm2，得到繞組埋於磁性部內部的電感生坯(引腳/電極部分暴露在磁性部外)；其中，製備磁性部的軟磁性合金粉為鐵矽鉻合金粉末，球形度
50%，粉末形態參照圖3；球形粉組成比例100%；繞組採用直線型銅導體；
退火工序，將電感生坯放置於熱處理爐內部並加熱保溫，使電感生坯因成型工序引入的殘餘應力得以釋放，達到所需電磁特性的電感元件。其中，退火溫度為700℃，保溫時間1小時。
對比例6
本對比例的電感元件的製備方法包括以下工序：
成型工序，將軟磁性合金粉和繞組放置於模具中進行模壓成型，壓力為16T/cm2，得到繞組埋於磁性部內部的電感生坯(引腳/電極部分暴露在磁性部外)；其中，製備磁性部的軟磁性合金粉為鐵矽鉻合金粉末，球形度
50%，粉末形態參照圖3；球形粉組成比例100%；繞組採用直線型銅導體；
退火工序，將電感生坯放置於熱處理爐內部並加熱保溫，使電感生坯因成型工序引入的殘餘應力得以釋放，達到所需電磁特性的電感元件。其中，退火溫度為700℃，保溫時間1小時。
對比例7
本對比例的電感元件的製備方法包括以下工序：
成型工序，將軟磁性合金粉和繞組放置於模具中進行模壓成型，壓力為20T/cm2，得到繞組埋於磁性部內部的電感生坯(引腳/電極部分暴露在磁性部外)；其中，製備磁性部的軟磁性合金粉為鐵矽鉻合金粉末，球形度
50%，粉末形態參照圖3；球形粉組成比例100%；繞組採用直線型銅導體；
退火工序，將電感生坯放置於熱處理爐內部並加熱保溫，使電感生坯因成型工序引入的殘餘應力得以釋放，達到所需電磁特性的電感元件。其中，退火溫度為700℃，保溫時間1小時。
對比例8
本實施例電感元件的製備方法包括以下工序：
成型工序，將軟磁性合金粉和繞組放置於模具中進行模壓成型，壓力為8T/cm2，
得到繞組埋於磁性部內部的電感生坯(引腳/電極部分暴露在磁性部外)；其中，製備磁性部的軟磁性合金粉為異形鐵矽鋁合金粉末，為非球形粉，粉末形態參照圖4；繞組採用直線型銅導體；
退火工序，將電感生坯放置於熱處理爐內部並加熱保溫，使電感生坯因成型工序引入的殘餘應力得以釋放，達到所需電磁特性的電感元件。其中，退火溫度為700℃，保溫時間1小時。
對比例9
本對比例的電感元件的製備方法包括以下工序：
成型工序，將軟磁性合金粉和繞組放置於模具中進行模壓成型，壓力為12T/cm2，得到繞組埋於磁性部內部的電感生坯(引腳/電極部分暴露在磁性部外)；其中，製備磁性部的軟磁性合金粉，為異形鐵矽鋁合金粉末，為非球形粉，粉末形態參照圖4；繞組採用直線型銅導體；
退火工序，將電感生坯放置於熱處理爐內部並加熱保溫，使電感生坯因成型工序引入的殘餘應力得以釋放，達到所需電磁特性的電感元件。其中，退火溫度為700℃，保溫時間1小時。
對比例10
本對比例的電感元件的製備方法包括以下工序：
成型工序，將軟磁性合金粉和繞組放置於模具中進行模壓成型，壓力為16T/cm2，得到繞組埋於磁性部內部的電感生坯(引腳/電極部分暴露在磁性部外)；其中，製備磁性部的軟磁性合金粉為異形鐵矽鋁合金粉末，為非球形粉，粉末形態參照圖4；繞組採用直線型銅導體；
退火工序，將電感生坯放置於熱處理爐內部並加熱保溫，使電感生坯因成型工序引入的殘餘應力得以釋放，達到所需電磁特性的電感元件。其中，退火溫度為700℃，保溫時間1小時。
對比例11
本對比例的電感元件的製備方法包括以下工序：
成型工序，將軟磁性合金粉和繞組放置於模具中進行模壓成型，壓力為20T/cm2，得到繞組埋於磁性部內部的電感生坯(引腳/電極部分暴露在磁性部外)；其中，
製備磁性部的軟磁性合金粉為異形鐵矽鋁合金粉末，為非球形粉，粉末形態參照圖4；繞組採用直線型銅導體；
退火工序，將電感生坯放置於熱處理爐內部並加熱保溫，使電感生坯因成型工序引入的殘餘應力得以釋放，達到所需電磁特性的電感元件。其中，退火溫度為700℃，保溫時間1小時。
對上述實施例1-9以及對比例1-11獲得的成品電感元件進行測試磁性部的密度及磁導率。切割電感獲得小塊磁性部，使用排水法測量磁性部密度，相對密度=磁性部密度/粉末真密度。使用LCR表測試電感的初始電感量，並通過公式μ=L*le/(Ae*N2)計算出磁導率μ，其中le、Ae為電感的有效磁路長度及有效截面積，N為繞組圈數。使用耐壓測試儀測試絕緣耐壓，將電感置於兩塊平行電極板間，在兩電極間施加特定的電壓，檢查耐壓情況。測試結果如表1。
表1 成品電感元件性能測試結果
表1的結果顯示：本發明實施例提供的電感器，相比於現有技術製作的電感器，磁性部具有更高的磁導率，且絕緣耐壓更高。
上述實施例1-9以及對比實施例1-11中，對成型壓力與電感磁性部相對密度進行測試，測試結果參照圖5，測試結果顯示，成型壓力越大，磁性部相對密度越高。
對上述實施例1-9以及對比實施例1-6所獲得的電感元件進行磁導率與絕緣電阻進行測試，參照圖6所示的磁導率與絕緣電阻的關係線圖，其中，實線代表10V/10s的絕緣電阻，虛線代表200V/10s的絕緣電阻。測試結果顯示：
電感磁性部全部使用球形度高的軟磁粉末製成時，具有最高的絕緣耐壓，磁導率為29~62，且磁導率由41升至62的情況下，絕緣耐壓不會降低；
電感磁性部使用80%的球形度高的粉末，絕緣耐壓降低2個數量級，磁導率在31~58之間；使用50%的球形度高的粉末，絕緣耐壓繼續降低一個數量級，同時，隨著成形壓力升高，磁導率升高、絕緣壓力惡化；
不使用球形度高的粉末，則該電感的絕緣耐壓大幅惡化，尤其在200V/10s的條件下，會出現導通的情況。
同時，當成型壓力為8T/cm2時，儘管球形粉保證了電感的絕緣耐壓，但磁導率低，不利於實現電感的小型化，影響電源模組的效率。
由此可知，選擇合適比例的高球形度軟磁粉末和相應的成型壓力，可以獲得高磁導率和高絕緣耐壓的一體成型電感。本發明由軟磁性粉末製成的磁性部和埋入磁性部內部的繞組製成磁粉-繞組共燒式電感元件，較佳採用Fe基軟磁性粉末，用球形度
95%的球形粉末，球形粉的比例為50wt%以上，優選為球形粉末的比例
80wt%，更優選為全部使用球形粉；繞組優先為銅導體，優選為直線型銅導體，按上述方法製備獲得銅鐵共燒電感元件。成型壓力為12~24T/cm2，優選為16~22T/cm2，更優選為18~20T/cm2。適當提高壓力可以增加磁性部密度使磁導率升高，但壓力過大有降低電感絕緣特性的風險，尤其是圈數大於1的螺線型線圈；壓力過低則可能導致電感強度差、磁導率低，電磁特性不能滿足需求。
在一些實施例，本發明製得的磁粉-繞組共燒式電感元件絕緣阻抗值(200V/10s)大於1MΩ，磁性部磁導率大於40。在一些實施例中，電感元件的磁導率為40~75，相對密度為70%-95%，10V/10s的絕緣電阻大於5MΩ，200V/10s的絕緣電阻大於1MΩ。
本發明上述具體實施方案以及他們之間的所有可能的組合。出於簡潔的目的，本發明沒有逐一記載實施方案的各種具體組合方式，但應當認為本發明具體記載並涵蓋了所述技術方案的所有可能的組合方式。
上述實施例對本發明技術方案進行了系統詳細的說明，應理解的是上述所實例僅為本發明的具體實施例，並不用於限制本發明。凡在本發明原則範圍內所做的任何修改、修補或等同替換等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
Claims (10)
- 一種磁粉-繞組共燒式電感元件，形成由軟磁性粉末製成的磁性部和埋入磁性部內部的繞組，其特徵在於，所述軟磁性粉末中包含50wt%以上的球形粉；所述磁粉-繞組共燒式電感元件是通過模壓成型製成，成型壓力為12~24T/cm2。
- 如請求項1所述的電感元件，其中，所述球形粉的球形度95%；
所述軟磁性粉末中包含80wt%以上的球形粉；所述成型壓力為16~22T/cm2。 - 如請求項2所述的電感元件，其中，所述軟磁性粉末全部使用球形粉；所述成型壓力為18~20T/cm2。
- 如請求項1所述的電感元件，其中，所述軟磁性粉末為Fe、Fe-Si、Fe-Ni、Fe-Si-Cr、Fe-Si-Al金屬磁性粉、Fe基非晶磁性粉、納米晶磁性粉中的一種或兩種以上的混合物。
- 如請求項1至4任一項所述的電感元件，其中，所述繞組為直線型或螺旋形線圈，其中，螺旋形線圈的螺線圈數小於4。
- 如請求項5所述的電感元件，其中，所述螺旋形線圈的螺線圈數為2。
- 如請求項1所述的電感元件，其中，所述軟磁性粉末表面設有絕緣層。
- 一種製備方法，用於製備如請求項1至7任一項所述的磁粉-繞組共燒式電感元件，包括以下工序：成型工序，將軟磁性粉末和繞組放置於模具中，施加壓力進行模壓成型，成型壓力為12~24T/cm2，得到繞組埋於磁性部內部的電感生坯；其中，所述軟磁性粉包含50wt%以上的球形粉；退火工序，將電感生坯放置於熱處理爐內並加熱保溫，使電感生坯內部因部的殘 餘應力得以釋放，獲得電感元件。
- 如請求項8所述的製備方法，其中，退火溫度為400~850℃。
- 如請求項8所述的製備方法，其中，所述繞組為直線型或螺旋形線圈，其中，螺旋形線圈的螺線圈數小於4。
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