TWI484513B

TWI484513B - 層壓電磁元件總成

Info

Publication number: TWI484513B
Application number: TW099114240A
Authority: TW
Inventors: Yipeng Yan; Robert James Bogert
Original assignee: Cooper Technologies Co
Priority date: 2009-05-04
Filing date: 2010-05-04
Publication date: 2015-05-11
Also published as: EP2427890B1; CN102428526B; TWI588849B; JP2012526385A; KR20120018168A; ES2413632T3; CN102428526A; WO2010129256A1; CN102428527A; KR20120018157A; JP2012526387A; JP5699133B2; CN102428528A; WO2010129349A1; JP6002035B2; EP2427890A1; TW201110164A; TW201101352A; EP2427888B1; EP2427893B1

Description

層壓電磁元件總成

本發明之領域一般而言係關於磁性元件及其製造，且更具體而言係關於磁性表面安裝電子元件，諸如電感器及變壓器。

本申請案請求對2009年5月4日提出申請之美國臨時申請案第61/175,269號之權益，係2008年10月8日提出申請之美國申請案第12/247,821號之一部分接續申請案，且亦請求對2008年7月11日提出申請之美國臨時專利申請案第61/080,115號之權益，該等申請案之全部揭示內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」之美國專利申請案第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6月13日提出申請且標題為「Miniature Shielded Magnetic Component」之美國專利申請案第12/138,792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11/519,349號。

隨著電子封裝之進步，製造更小但又更強大之電子裝置已成為可能。為減小此等裝置之一總大小，用於製造此等裝置之電子元件已變得愈來愈微型化。製造滿足此等需求之電子元件呈現諸多困難，因此使得製造過程更加昂貴，且不合意地增加該等電子元件之成本。

如同其他元件，一直以來研究用於諸如電感器及變壓器等磁性元件之製造過程以便在高競爭性的電子製造商業中降低成本。當正製造之元件係低成本大量生產的元件時，製造成本之降低係尤其合意的。在用於此等元件以及利用該等元件之電子裝置之大批量生產過程中，製造成本之任何降低當然係顯著的。

本文中揭示磁性元件總成及製造該等總成之方法之實例性實施例，其有利地用來達成以下益處中之一或多者：更適合於以一微型化位準生產之元件結構；更易於以一微型化位準組裝之元件結構；允許消除已知磁性構造常見之製造步驟之元件結構；藉由更有效之製造技術而具有一增加之可靠性之元件結構；與現有磁性元件相比，在類似或減小之封裝大小中具有改良之效能之元件結構；與習用微型化磁性元件相比具有增加之功率能力之元件結構；及相對於已知磁性元件構造，具有提供不同效能優點之唯一芯及線圈構造之元件結構。

據信，該等實例性元件總成尤其有利於構造(舉例而言)電感器及變壓器。可可靠地以小封裝大小提供該等總成且其可包括易於安裝至電路板之表面安裝特徵。

本文中闡述克服此項技術中之眾多困難之發明性電子元件設計之實例性實施例。為在其最大程度上理解本發明，以不同分段或部分提供以下揭示內容，其中第部分論述特定問題及困難，且第部分闡述用於克服此等問題之實例性元件構造及總成。

用於電路板應用之諸如電感器等習用磁性元件通常包括一磁芯及該芯內之一導電繞組(有時稱作一線圈)。該芯可由離散芯件(其由磁性材料製作)製作，其中繞組置於該等芯件之間。熟習此項技術者熟悉各種形狀及類型之芯件及總成，其包括但未必限於U芯與I芯總成、ER芯與I芯總成、ER芯與ER芯總成、一罐形芯與T芯總成及其他匹配形狀。該等離散芯件可藉由一黏合劑黏接在一起且通常在實體上彼此分隔開或間隔開。

在某些已知元件中，舉例而言，線圈係由纏繞在芯或一端子夾上之一導線製作。亦即，在芯件已完全形成之後，該線可捲繞一芯件(有時稱作一鼓芯或其他線軸芯)。線圈之每一自由端可稱作一引線且可用於將電感器耦合至一電路(藉由直接附接至一電路板或藉由借助一端子夾之一間接連接)。特別對於小芯件，以一成本高效且可靠之方式纏繞線圈係一挑戰。手纏式元件往往在其效能上不一致。芯件之形狀使其相當脆弱且在纏繞線圈時易發生芯破裂，且芯件之間的間隙的變化可產生不合意之元件效能變化。一進一步困難係DC電阻(「DCR」)可因不均勻之纏繞及纏繞過程期間之張力而不合意地變化。

在其他已知元件中，已知表面安裝磁性元件之線圈通常與芯件分開製作且稍後與該等芯件組裝在一起。亦即，有時將該等線圈稱為預形成或預纏繞，以避免因用手纏繞線圈而產生之問題且簡化磁性元件之組裝。此等預形成之線圈對於小元件大小而言特別有利。

為在磁性元件表面安裝於一電路板上時完成至線圈之電連接，通常提供導電端子或夾。該等夾係組裝於所成形之芯件上且電連接至線圈之各別端。該等端子夾通常包括大體扁平且平坦之若干區，該等區可使用(舉例而言)已知軟銲技術電連接至一電路板上之導電跡線及墊。當如此連接且致能該電路板時，電流可自該電路板流動至該等端子夾中之一者，流過線圈到達該等端子夾中之另一者，且流動回至該電路板。在一電感器之情形下，穿過線圈之電流流動感應磁芯中之磁場及磁能量。可提供多於一個線圈。

在一變壓器之情形下，提供一一次線圈及一二次線圈，其中穿過該一次線圈之電流流動感應該二次線圈中之電流流動。變壓器元件之製造呈現與電感器元件類似之挑戰。

對於愈來愈微型化之元件，提供實體上間隔開之芯係一挑戰。建立並維持一致之間隙大小難以可靠地以一成本高效方式實現。

在完成微型化表面安裝磁性元件中之線圈與端子夾之間的電連接方面亦呈現數個實際問題。通常在芯外部完成線圈與端子夾之間的一相當脆弱之連接且該連接因此易於斷開。在一些情形下，已知使線圈之端捲繞夾之一部分來確保線圈與夾之間的一可靠機械與電連接。然而，此自一製造觀點來看已證明係繁重的且將需要更容易且更快速之端接解決方案。另外，線圈端進行捲繞對於某些類型之線圈係不實際的，諸如具有矩形剖面之線圈，該等線圈不具有像薄的圓形線構造那樣柔韌之扁平表面。

隨著電子裝置繼續變得愈來愈強大之最近趨勢，亦要求諸如電感器等磁性元件傳導增加之電流量。因此，通常增加用於製造線圈之線規格。由於用於製作線圈之線之大小增加，當使用圓形線來製作線圈時，通常使端變平至一合適厚度及寬度以使用(舉例而言)軟銲、焊接或導電黏合劑等令人滿意地完成至端子夾之機械與電連接。然而，線規格越大，越難以使線圈之端變平以合適地將其連接至端子夾。此等困難已導致線圈與端子夾之間的連接不一致，此可導致使用中之磁性元件之不合意效能問題及變化。減小此變化已證明極為困難且成本高昂。

自扁平導體而非圓形導體製作線圈對於某些應用而言可減輕此等問題，但扁平導體往往更具剛性且在第一實例中更難以形成為線圈且因此引入其他製造問題。使用扁平導體而非圓形導體亦可改變使用中之元件之效能，有時是不合意地改變。另外，在某些已知構造中，尤其是包括由扁平導體製作之線圈之彼等構造，諸如鉤等端接特徵或其他結構特徵可形成至線圈之端中以促進至端子夾之連接。然而，將此等特徵形成至線圈之端中可在製造過程中引入進一步的費用。

減小大小但又增加電子裝置之功率及能力之最近趨勢呈現更進一步之挑戰。隨著電子裝置之大小減小，該等電子裝置中所利用之電子元件之大小必須相應地減小，且因此一直努力經濟地製造具有相對小(有時為微型化)之結構但攜載一增加之電流量以給該裝置供電之功率電感器及變壓器。該等磁芯結構合意地具備相對於電路板之愈來愈低之輪廓以達成電裝置之纖小且有時極薄之輪廓。滿足此要求呈現更進一步之困難。對於連接至多相電力系統之元件存在另外其他困難，其中在一微型化裝置中接納不同相之電力係困難的。

尋求滿足現代電子裝置之尺寸要求之元件製造商對努力最佳化磁性元件之佔用面積及輪廓極感興趣。一電路板上之每一元件通常可由在平行於該電路板之一平面中量測之一垂直寬度及深度尺寸界定，該寬度與深度之乘積確定該元件在該電路板上佔據之表面面積，該表面面積有時稱作該元件之「佔用面積」。另一方面，沿法向於或垂直於該電路板之一方向量測之該元件之總高度有時稱作該元件之「輪廓」。元件之佔用面積部分地確定在一電路板上可安裝多少元件，且輪廓部分地確定電子裝置中之並聯電路板之間所允許之間距。較小之電子裝置通常要求在所存在之每一電路板上安裝較多元件、減小毗鄰電路板之間的間隙或兩者。

然而，與磁性元件一同使用之諸多已知端子夾在元件表面安裝至一電路板時具有增加該元件之佔用面積及/或輪廓之一趨勢。亦即，該等夾往往在元件安裝至一電路板時延伸元件之深度、寬度及/或高度且不合意地增加元件之佔用面積及/或輪廓。尤其對於在芯之頂部、底部或側部分裝配於磁芯件之外部表面上方之夾，成品元件之佔用面積及/或輪廓可由端子夾延伸。即使元件輪廓或高度之延伸相對小，但隨著任一給定電子裝置中元件及電路板之數目增加結果亦可係實質性的。

II.實例性發明性磁性元件總成及製造方法

現在將論述解決此項技術中之習用磁性元件之一些問題之磁性元件總成之實例性實施例。出於論述目的，相對於解決此項技術中之具體關注問題之常見設計特徵來共同論述元件總成及製造方法之實例性實施例，但應理解，所論述之實例性實施例未必將下文所列舉之種類包羅無遺。

與所闡述裝置相關聯之製造步驟係部分顯而易見且部分下文具體闡述。此外，與所闡述方法步驟相關聯之裝置係部分顯而易見且部分下文明確闡述。亦即，本發明之裝置與方法在下文論述中將未必分開闡述，但相信在不進一步闡釋之情形下熟習此項技術者亦能很好地理解。

下文闡述磁性元件之各種實施例，包括提供優於現有磁性元件之製作及組裝優點之磁體構造及線圈構造。如將在下文中瞭解，至少部分因所利用之磁性材料可模製於線圈上方從而消除離散之間隔開之芯與線圈之組裝步驟而提供優點。此外，該等磁性材料具有避免實體上間隔開或分離不同磁性材料件之任何需要之分佈式間隙性質。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。下文中部分地顯而易見且部分地指出另外其他優點。

如圖1中所示，一磁性元件總成100係以一層狀構造製造，其中多個層於一批量過程中堆疊及組裝。

如圖解說明，總成100包括複數個層，該複數個層包括外磁性層102及104、內磁性層106及108及一線圈層110。內磁性層106及108係定位於線圈層110之相對側上且將線圈層110夾於中間。外磁性層102及104係定位於內磁性層106及108之與線圈層110相對之表面上。

在一實例性實施例中，磁性層102、104、106及108中之每一者係由一可模製磁性材料製作，該可模製磁性材料可係(舉例而言)磁粉粒子與一聚合物黏結劑之一混合物，該混合物具有分佈式間隙性質，如熟習此項技術者無疑將瞭解。磁性層102、104、106及108可相應地壓製於線圈層110周圍，且彼此壓製，以在線圈層110上方、下方及周圍形成一整體或單塊式磁體112。雖然圖中顯示四個磁性層及一個線圈層，但涵蓋在進一步及/或替代實施例中可利用更多或更少數目個磁性層及多於一個線圈層110。

如圖1中所示，線圈層110包括複數個線圈，有時亦稱作繞組。在線圈層110中可利用任一數目個線圈。線圈層110中之線圈可以任一方式由導電材料製作，包括但不限於上文參考之相關共同擁有專利申請案中所闡述之彼等方式。舉例而言，不同實施例中之線圈層110可各自由纏繞一軸數匝之扁平線導體、纏繞一軸數匝之圓形線導體或通過印刷技術及類似技術在剛性或撓性基板材料上形成。

線圈層110中之每一線圈可包括任一數目個匝或圈，包括少於一個完整匝之分數或部分匝，以達成一合意磁性效應，諸如一磁性元件之一電感值。匝或圈可包括在其端處接合之數個筆直導電路徑、彎曲導電路徑、螺旋導電路徑、蛇形導電路徑或另外其他已知形狀及組態。線圈層110中之線圈可形成為大體平面組件，或可替代地形成為一三維獨立線圈組件。在使用獨立線圈組件之後一情形中，該等獨立組件可耦合至一引線框架以用於製造目的。

用以形成磁性層102、104、106及108之磁粉粒子在各種實施例中可係鐵氧體粒子、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，藉由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。

在不同實施例中，磁性層102、104、106及108可由相同類型之磁性粒子或不同類型之磁性粒子製作。亦即，在一個實施例中，所有磁性層102、104、106及108可由一個類型且相同類型之磁性粒子製作，以使得層102、104、106及108具有大致類似(若不相同的話)之磁性性質。然而，在另一實施例中，層102、104、106及108中之一或多者可由與其他層不同之一類型之磁粉粒子製作。舉例而言，內磁性層106及108可包括與外磁性層102及104不同之一類型之磁性粒子，以使得內層106及108具有與外磁性層102及104不同之性質。成品元件之效能特性可相依於所利用之磁性層之數目及用於形成磁性層中之每一者之磁性材料之類型而相應地變化。

如圖1圖解說明，磁性層102、104、106及108可以相對薄之薄片提供，該等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與線圈層110堆疊且彼此接合。可在一單獨製造階段預製作磁性層102、104、106及108以在一稍後組裝階段簡化磁性元件之形成。

另外，磁性材料有益地可藉由(舉例而言)壓縮模製技術或其他技術模製成一合意形狀，以將層耦合至線圈並將磁體界定成一合意形狀。模製材料之能力係有利的，在於可在包括線圈之一整體或單塊式結構中在線圈層110周圍形成磁體，且避免將該(等)線圈組裝成一磁性結構之一單獨製造步驟。在各種實施例中可提供各種形狀之磁體。

一旦將元件總成100固定在一起，則可將總成100切割、切片、單個化或以其他方式分離成離散個別元件。每一元件可包括一單個線圈或多個線圈，此取決於合意之最終用途或應用。可在將元件單個化之前或之後給總成100提供表面安裝端接結構(諸如，相關申請案中所闡述或下文所論述之端接結構中之任一者)。該等元件可使用已知軟銲技術及類似技術安裝至一電路板之一表面，以在電路板上之電路與磁性元件中之線圈之間建立電連接。

該等元件具體而言可適於在直流電(DC)電力應用、單相電壓轉換器電力應用、兩相電壓轉換器電力應用、三相電壓轉換器電力應用及多相電力應用中用作變壓器或電感器。在各種實施例中，該等線圈可以元件本身或經由其安裝在上面之板中之電路串聯或並聯電連接，以實現不同目的。

當在一個磁性元件中提供兩個或兩個以上獨立線圈時，該等線圈可經配置以使得該等線圈之間存在通量分享。亦即，該等線圈利用穿過一單個磁體之若干部分之共同通量路徑。

雖然圖1中圖解說明一批量製作過程，但應理解，可視需要使用其他過程來製作個別離散磁性元件。亦即，可將可模製磁性材料僅壓製於(舉例而言)個別裝置之合意數目個線圈周圍。作為一個實例，對於多相電力應用，可將可模製磁性材料壓製於兩個或兩個以上獨立線圈周圍，從而提供可藉由添加任一必要端接結構而完成之一整體體與線圈結構。

圖2係可用於構造磁性元件(諸如，上文所闡述之彼等磁性元件)之一第一實例性線線圈120之一透視圖。如圖2中所示，線線圈120包括相對端122及124(有時稱作引線)，其中一繞組部分126在端120與端122之間延伸。用以製作線圈120之線導體可由銅或此項技術中已知之另一導電金屬或合金製作。

該線可以一已知方式撓性纏繞一軸128，以提供具有數匝之一繞組部分126，以達成一合意效應，諸如用於元件之一選定最終用途或應用之一合意電感值。如熟習此項技術者將瞭解，繞組部分126之一電感值主要取決於線之匝數、用以製作線圈之線之具體材料及用以製作線圈之線之截面面積。因此，可藉由變化線圈匝數、匝之配置及線圈匝之截面面積來針對不同應用相當大地變化磁性元件之電感額定值。可預製諸多線圈120且將其連接至一引線框架以形成線圈層110(圖1)以用於製造目的。

圖3係線圈端124之一剖視圖，其圖解說明用以製作線圈120(圖2)之線之進一步特徵。雖然僅圖解說明線圈端124，但應理解，可給整個線圈提供類似特徵。在其他實施例中，圖3中所示之特徵可提供於線圈之某些部分而非所有部分中。作為一個實例，圖3中所示之特徵可提供於繞組部分126(圖2)而非端122、124中。同樣，其他變化形式係可行的。

可看到線導體130在截面之中心。在圖3中所示之實例中，線導體130之截面為大體圓形，且因此該線導體有時稱作一圓形線。一耐高溫絕緣132可提供於線導體130上方以在與製造元件總成時之模製過程相關聯之升高之溫度期間保護線導體。如本文中所使用，「高溫」通常被視為260℃及以上之溫度。可以任一已知方式提供足夠用於此等目的之任一絕緣材料，包括但不限於塗佈技術或浸漬技術。

亦如圖3中所示，亦提供一黏接劑134，在不同實施例中，黏接劑134在元件總成之製造期間可係熱活化或化學活化。該黏接劑有益地提供額外結構強度及整合性及線圈與磁體之間的經改良黏接。可以任一已知方式提供適合用於此等目的之黏接劑，包括但不限於塗佈技術或浸漬技術。

雖然絕緣132及黏接劑134係有利的，但涵蓋在不同實施例中可將其個別及共同視為任選的。亦即，絕緣132及/或黏接劑134不需要在所有實施例中存在。

圖4係可代替線圈120(圖2)用於磁性元件總成100(圖1)中之一第二實例性線線圈140之一透視圖。如圖4中所示，線線圈140包括相對端142及144(有時稱作引線)，其中一繞組部分146在端142與端144之間延伸。用以製作線圈140之線導體可由銅或此項技術中已知之另一導電金屬或合金製作。

該線可以一已知方式繞一軸148撓性形成或纏繞軸148，以提供具有數匝之一繞組部分146，以達成一合意效應，諸如用於元件之一選定最終用途應用之一合意電感值。

如圖5中所示，可看到線導體150在截面之中心。在圖5中所示之實例中，線導體150之截面為大體細長及且矩形，該截面具有相對且為大體扁平且平面之側。因此，線導體150有時稱作一扁平線。耐高溫絕緣132及/或黏接劑134可如上文所解釋任選地具備類似優點。

另外其他形狀之線導體可用以製作線圈120或140。亦即，該等線無需係圓形或扁平的，而是可視需要具有其他形狀。

圖6圖解說明另一磁性元件總成160，其通常包括界定一磁體162之一可模製磁性材料及耦合至該磁體之複數個多匝線線圈164。如同前述實施例，磁體162可在一相對簡單製造過程中壓製於線圈164周圍。線圈164在磁體中彼此分隔開且在磁體162中可獨立操作。如圖6中所示，提供三個線線圈164，但在其他實施例中可提供更多或更少數目個線圈164。另外，雖然圖6中所示之線圈164由圓形線導體製作，但可替代使用其他類型之線圈，包括但不限於本文中所闡述或上文所述之相關申請案中之彼等類型中之任一者。如上文所闡述，線圈164可視情況具備耐高溫絕緣及/或黏接劑。

界定磁體162之可模製磁性材料可係上文所提及材料中之任一者或此項技術中已知之其他合適材料。雖然相信與黏結劑混合之磁粉材料係有利的，但形成磁體162之磁性材料既不必需粉末粒子亦不必需一非磁性黏結劑材料。另外，可模製磁性材料無需如上文所闡述以薄片或層之形式提供，而是可使用壓縮模製技術或此項技術中已知之其他技術直接耦合至線圈164。雖然圖6中顯示體162為大體細長且矩形，但磁體162之其他形狀亦係可行的。

線圈164在磁體162中可經配置以使得其之間存在通量分享。亦即，毗鄰線圈164可分享穿過磁體之部分之共同通量路徑。

圖7及圖8圖解說明另一磁性元件總成170，其通常包括界定一磁體172之一粉末磁性材料及耦合至該磁體之線圈120。磁體172之可模製磁性層174、176、178製作於線圈120之一個側上，且可模製磁性層180、182、184製作於線圈120之相對側上。雖然顯示六個磁性材料層，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174、176、178、180、182、184可包括粉末磁性材料，諸如上文所闡述粉末材料中之任一者或此項技術中已知之其他粉末磁性材料。雖然圖7中顯示磁性材料層，但可視情況直接以粉末形式將粉末磁性材料壓製或以其他方式耦合至線圈而不存在如上文所闡述之用以形成層之預製步驟。

所有層174、176、178、180、182、184在一個實施例中可由相同磁性材料製作以使得層174、176、178、180、182、184具有類似(若不相同的話)磁性性質。在一個實施例中，層174、176、178、180、182、184中之一或多者可由與磁體172中之其他層不同之一磁性材料製作。舉例而言，層176、180及184可由具有第一磁性性質之一第一可模製材料製作，且層174、178及182可由具有與該等第一性質不同之第二性質之一第二可模製磁性材料製作。

與先前實施例不同，磁性元件總成170包括穿過線圈120插入之一經成形芯組件186。在一實例性實施例中，經成形芯組件186可由與磁體172不同之一磁性材料製作。經成形芯組件186可由此項技術中已知之任何材料製作，包括但不限於上文所闡述之彼等材料。如圖7及8中所示，經成形芯組件186可形成為與線圈120之中心開口188之形狀互補之一大體圓柱形形狀，但涵蓋非圓柱形形狀可同樣與具有非圓柱形開口之線圈一同使用。在另外其他實施例中，經成形芯組件186與線圈開口不需要具有互補形狀。

經成形芯組件186可穿過線圈120中之開口188延伸，且可模製磁性材料接著模製於線圈120及經成形芯組件186周圍以完成磁體172。經成形芯組件186與磁體172之不同磁性性質在針對經成形芯組件186選擇之材料具有比用以界定磁體172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186之通量路徑可提供比磁體原本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186之材料製作之情形更低之一元件成本。

雖然圖7及圖8中顯示一個線圈120與芯組件186，但涵蓋同樣可在磁體172中提供多於一個線圈與芯組件。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120。

圖9及圖10圖解說明類似於圖6中所示之總成之另一磁性元件總成200，但圖解說明每一線圈164之相對線圈端202及204凸出穿過磁體之一表面206。每一線圈之線圈端202、204在一個實施例中可通孔安裝至一電路板。在另一實施例中，線圈端202、204可電連接至其他端子結構，然後該端子結構可安裝至一電路板，包括但不限於下文所論述及本文中所述相關申請案中所闡述之端子結構。

圖11及圖12圖解說明另一磁性元件總成220，其包括複數個線圈140及壓製於線圈140周圍之一磁體222。磁體222可由上文所闡述之可模製磁性材料中之任一者製作。每一線圈140之末端224、226經成形以捲繞磁體之側邊緣228、230且延伸至體222之一底部表面232(其等可在此處表面安裝至一電路板)。末端224、226之捲繞部分可整體提供於芯構造中或分開提供且附接至線圈140以用於端接目的。

圖13圖解說明包括使用撓性電路板技術製作之線圈242之一磁性元件總成240。可模製磁性材料層(諸如，上文所闡述之彼等)可壓製於線圈242、244周圍並耦合至線圈242、244以界定含有線圈242、244之一磁體。

雖然圖13中圖解說明兩個線圈，但應瞭解，在其他實施例中可提供更多或更少數目個線圈。另外，雖然圖13中顯示大體正方形線圈242、244，但其他形狀之線圈係可行的且係可利用的。撓性印刷電路線圈242、244可以一通量分享關係定位於磁體內。

在一個實例中，撓性電路線圈242、244可經由端接墊250及磁體之側中之金屬化開口252電連接，但在其他實施例中可替代使用其他端接結構。

圖14圖解說明另一磁性元件總成260，其包括一撓性印刷電路線圈261及可模製磁性材料層262、264及266。該等磁性材料係可模製的，且可由上文所論述材料中之任一者製作。磁性材料層可壓製於撓性印刷電路線圈261周圍並固定至撓性印刷電路線圈261。

與圖13中所示之總成240不同，如圖14中所示，總成260包括形成於層262、264中之開口268、270。該等開口接納可由不同於磁性層262、264及266之一磁性材料製作之經成形芯組件272、274。芯組件274可包括延伸穿過線圈261中之一開口278之中心轂276。可在藉由磁性層形成磁體之前或之後提供芯組件272及274。

應認識到，在其他實施例中可提供比圖14中所示更多或更少數目個層。另外，可提供多於一個線圈261，且線圈261可係雙面的。可利用各種形狀之線圈。

雖然圖13及圖14中所示之實施例係由磁性層製作，但其等可替代地由在不首先如上文所闡述形成為層之情形下直接壓製於撓性印刷電路線圈周圍之磁粉材料製作。

圖15A、15B、15C及15D分別表示將端子結構施加至具有形成於一線圈(諸如，上文所闡述之彼等線圈)周圍之磁體302之一磁性元件總成300之製造階段。線圈之相對端或引線304、306在磁體302形成之後自磁體302之相對邊緣或面308、310凸出且延伸出相對邊緣或面308、310，如圖15A中所示。線圈端304及306因此曝露於磁體302外部以用於端接目的。雖然顯示線圈端304、306與圓形線導體，但其他形狀之線圈端與其他類型之線圈係可行的且係可替代利用的。另外，在一實例性實施例中，線圈及其線圈端304、306可由具備一障壁塗層之一銅導體製作，但可視需要利用其他導電材料。

如圖15B中所示，線圈端304、306經彎曲或摺疊以大體平行於磁體302之側邊緣308、310延伸且與側邊緣308、310大致齊平。

如圖15C中所示，體302之側邊緣308、310經金屬化，從而在側邊緣308、310上形成一薄導電材料層312，導電材料層312覆蓋經摺疊線圈端304、306(圖15B)並建立與經摺疊線圈端304、306之電連接。在一個實例中，可藉由將邊緣浸入於一金屬浴中或藉由此項技術中已知之其他技術來形成導電材料層312。

如圖15D中所示，然後可在圖15C中所示之經金屬化表面上方形成經電鍍捲繞端接件314、316。端接件314、316可包括一鎳/錫(Ni/Sn)鍍層構造以達成與一電路板之最佳連接性。一旦形成端接件314、316，則可將元件300表面安裝至一電路板。

在另一實施例中且如圖16中所示，一線圈引線320之一末端可具備一界面材料322以促進至線圈引線320之電連接。在實例性實施例中，界面材料322係一導電材料，其不同於用以製作線圈導體324之導電材料。界面材料322如圖所示可完全提供於線圈引線320之端表面上，或可施加至該等端表面及線圈引線320之毗鄰端表面之側表面中之一或多者。在不同實施例中，界面材料322係一液體導電材料。在另一實施例中，界面材料322係一電沈積之金屬。另外其他已知界面材料係可行的且係可使用的。

界面材料技術可在一線圈之相對端或引線中之一者或兩者上應用於所闡述線圈中之任一者，以改良至該線圈之電連接。雖然圖16中顯示一扁平導體，但其他形狀之導體係可行的。一旦提供界面材料322，則可使用本文中所闡述之端接結構或技術中之任一者、上文所述相關申請案中所闡述之任一端接結構或技術或經由其他已知端接結構或技術來將線圈端附接至端接結構以形成若干表面安裝連接對一電路樣式。

圖17圖解說明一磁性元件總成330之另一實施例，其具有一磁體332及磁體332中之一線圈，其中線圈端334曝露於磁體332之外部表面上。在所示實例中，磁體332及線圈端類似於圖15B中所示之磁體及線圈端，其中線圈端彎曲或摺疊回至磁體332之各別表面上，但此決非係必需的且線圈端可視需要以另一方式曝露或定位。如圖17中所示，導電端子夾336係提供於曝露之線圈端334上方以建立至線圈端334之電連接。

在圖17中所圖解說明之實施例中，端子夾336係形成為一大體C形或溝道組態之衝壓金屬結構，該大體C形或溝道組態可裝配於磁體332之側邊緣上，其中線圈端334係曝露的。端子夾336之內表面可使用(舉例而言)焊料回流技術或此項技術中已知之其他技術電連接至線圈端。可視情況使用界面材料(諸如，上文所闡述之彼等界面材料)來幫助完成電連接。雖然圖17中顯示特定端子夾336，但其他形狀之端子夾係可行的且係可使用的，包括但不限於本文中所述相關申請案中所闡述之端子夾。

在一替代實施例中，可在端子夾336中提供一通孔且線圈端334之一部分可延伸穿過該通孔且使用軟銲或焊接技術及類似技術緊固至該夾以建立至該等夾之電連接。上文所述相關申請案中闡述了包括通孔之端子夾之實例性實施例，其中任一者係可利用的。

圖18圖解說明一線圈製作層350，其包括使其端或引線附接至一引線框架354之複數個多匝線線圈352。在所示實例中，線圈352可分開製作且焊接至引線框架354以用於至一磁體之組裝用途。雖然顯示五個線圈352連接至引線框架354，但可替代提供及利用更多或更少數目個線圈(包括一個)。另外，雖然圖18中顯示圓形線線圈，但可替代提供具有任一數目個匝(包括少於一完整匝之分數匝)之扁平線線圈或其他非線線圈。

圖19顯示線圈層350與磁性材料層356、358組裝。磁性材料層356、358可由上文所提及材料中之任一者製作，且可壓製於線圈製作層350周圍以形成磁體。引線框架354在尺寸上大於磁性層356、358，以使得引線框架354在模製過程期間伸出在磁性層之側之外。一旦磁體形成，則連接至引線框架354之線圈由磁體包圍，其中引線框架354之一部分自側邊緣凸出。然後可將圖19中所示之總成單個化為具有合意數目個線圈之離散裝置，該數目在各種實施例中可係一個、兩個、三個或更多個線圈。

一旦完成模製及單個化過程，則可向後切割或修剪引線框架354之伸出在磁體之側之外的超出部分，以便與磁體之側齊平。然後，可使用上文所闡述之技術、上文所述相關申請案中之技術或如此項技術中已知之技術中之任一者來完成端子連接。

圖20圖解說明一磁性元件總成370之一實例，其包括磁體之側中之曝露但大體齊平之端子端372。端子端372可係一線圈或一引線框架之末端，如上文所闡述。齊平端子端372可促進至端子結構(諸如上文所闡述之彼等端子結構)之連接。可視情況在齊平端子端372上提供界面材料(諸如上文所闡述之彼等界面材料)以促進至端子端372之電連接。

III.所揭示之實例性實施例

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，無論在何處闡述線線圈，可替代利用印刷電路線圈。作為其中闡述圓形線線圈之另一實例，可替代利用扁平線線圈。當闡述層狀構造用於磁體時，可替代利用非層狀磁性構造。所闡述端接結構中之任一者可與磁性元件總成中之任一者一同使用。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內之各種可能性中，相信至少以下實施例相對於習用電感器元件係有利的。

已揭示一種磁性元件總成之一實施例，其包括：由一導電材料製作之至少一個線圈，該線圈包括係熱活化及化學活化中之一者之一外黏接劑層；及形成於該線圈周圍之一磁體，其中該黏接劑將該線圈耦合至該磁體。

視情況，該導電材料可進一步具備一耐高溫絕緣材料。該至少一個線圈可係一多匝線線圈。該導電材料可係一扁平線導體及一圓形線導體中之一者。該磁體可包括壓製於該線圈周圍以形成該磁體之至少一個可模製磁性材料層，其中該可模製磁性材料包含磁粉粒子及一聚合物黏結劑。

該至少一個線圈可包括配置於該磁體中之兩個或兩個以上獨立線圈，且該可模製磁性材料可壓製於該兩個或兩個以上獨立線圈周圍。該兩個或兩個以上獨立線圈可在該磁體中經配置以使得該等線圈之間存在通量分享。

該磁體係由一粉末磁性材料形成。該磁體可由一可模製材料形成。該磁體可由包括磁粉粒子及一聚合物黏結劑之至少一第一及第二可模製磁性材料層形成，其中該磁性材料係壓製於該至少一個線圈周圍，且其中該第一及第二磁性材料層具有彼此不同之磁性性質。用於該第一及第二層之該等磁性材料可選自以下各項之群組：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及以鈷為主之非晶形粉末粒子。一經成形芯件可耦合至該線線圈，且該可模製材料可延伸於該至少一個線線圈及該經成形芯周圍。

該至少一個線圈可係一撓性印刷電路線圈。該磁體可包括耦合至該至少一個撓性印刷電路線圈之複數個磁性材料層，其中該磁性可模製材料包含磁粉粒子及一聚合物黏結劑，且該磁性材料係壓製於該至少一個撓性印刷電路線圈周圍。該至少一個撓性印刷電路線圈可包括複數個撓性印刷電路線圈，其中該磁性材料係壓製於該複數個撓性印刷電路線圈周圍，且其中該複數個磁性材料層中之至少兩者係由不同磁性材料形成。

一經成形芯件可與該印刷電路線圈相關聯，且該磁體係由壓製於該撓性電路線圈及該經成形芯件周圍之一可模製材料形成。該線圈可包括第一及第二末端，且該第一及第二端中之至少一者可塗佈有一導電液體材料。該第一及第二端中之至少一者可塗佈有一電沈積之金屬。表面安裝端接件可提供於該磁體上且電連接至各別第一及第二末端。該等端接件可電鍍於該磁體之一表面上。該等所電鍍端接件可包括一Ni/Sn鍍層。

該線圈之該第一及第二末端可各自自該磁體之一各別面凸出，且該等末端可抵靠該各別面摺疊，且分別連接至一導電夾，從而為該總成提供表面安裝端接件。該等末端可係焊接至或軟銲至各別導電夾中之一者。每一導電夾可包括一通孔，且該等末端可經由該通孔緊固至每一夾。

該至少一個線圈可包含具備一障壁塗層之一銅導體。該總成可界定一電感器及一變壓器中之一者。一引線框架可連接至該磁體內之該至少一個線圈，且該引線框架可與該磁體齊平地切割。該至少一個線圈可包括相對末端，且該線圈之該等末端可在該磁體內部之一位置處連接至一端子夾。該磁體可由與一聚合物黏結劑結合之一預退火磁性非晶形金屬粉末形成。該至少一個線圈可包括以一通量分享關係配置之第一及第二獨立線圈。

IV.結論

現在，相信自前述實例及實施例顯而易見本發明之益處。雖然已具體闡述眾多實施例及實例，但所揭示之實例性裝置、總成及方法之範疇及精神內可存在其他實例及實施例。

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圍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內。

100．．．磁性元件總成

102．．．外磁性層

104．．．外磁性層

106．．．內磁性層

108．．．內磁性層

110．．．線圈層

112．．．整體或單塊式磁體

120．．．線線圈

122．．．相對端

124．．．相對端

126．．．繞組部分

128．．．軸

130．．．線導體

132．．．耐高溫絕緣

134．．．黏接劑

140．．．線線圈

142．．．端

144．．．端

146．．．繞組部分

148．．．軸

150．．．線導體

160．．．磁性元件總成

162．．．磁體

164．．．多匝線線圈

170．．．磁性元件總成

172．．．磁體

174．．．可模製磁性層

176．．．可模製磁性層

178．．．可模製磁性層

180．．．可模製磁性層

182．．．可模製磁性層

184．．．可模製磁性層

186．．．經成形芯組件

188．．．中心開口

200．．．磁性元件總成

202．．．線圈端

204．．．線圈端

206．．．表面

220．．．磁性元件總成

222．．．磁體

224．．．末端

226．．．末端

228．．．側邊緣

230．．．側邊緣

232．．．底部表面

240．．．磁性元件總成

242．．．線圈

244．．．線圈

250．．．端接墊

252．．．金屬化開口

260．．．磁性元件總成

261．．．撓性印刷電路線圈

262．．．可模製磁性材料層

264．．．可模製磁性材料層

266．．．可模製磁性材料層

268．．．開口

270．．．開口

272．．．經成形芯組件

274．．．經成形芯組件

276．．．中心轂

278．．．開口

300．．．磁性元件總成

302．．．磁體

304．．．相對端或引線

306．．．相對端或引線

308．．．相對邊緣或面

310．．．相對邊緣或面

312．．．薄導電材料層

314．．．捲繞端接件

316．．．捲繞端接件

320．．．線圈引線

322．．．界面材料

324．．．線圈導體

330．．．磁性元件總成

332．．．磁體

334．．．線圈端

336．．．導電端子夾

350．．．線圈製作層

352．．．多匝線線圈

354．．．引線框架

356．．．磁性材料層

358．．．磁性材料層

370．．．磁性元件總成

372．．．端子端

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係根據本發明之一實例性實施例形成之一第一實例性磁性元件總成之一分解圖。

圖2係用於圖1中所示磁性元件總成之一第一實例性線圈之一透視圖。

圖3係圖2中所示線圈之線之一剖視圖。

圖4係用於圖1中所示磁性元件總成之一第二實例性線圈之透視圖。

圖5係圖4中所示線圈之線之一剖視圖。

圖6係根據本發明之一實例性實施例形成之一第二實例性磁性元件總成之一透視圖。

圖7係根據本發明之一實例性實施例形成之一第三實例性磁性元件總成之一透視圖。

圖8係圖7中所示之元件之一組裝圖。

圖9係根據本發明之一實例性實施例形成之一第四實例性磁性元件總成之一透視圖。

圖10係圖9中所示之元件總成之一仰視透視圖。

圖11係根據本發明之一實例性實施例形成之一第五實例性磁性元件總成之一透視圖。

圖12係圖11中所示之元件總成之一俯視透視圖。

圖13係根據本發明之一實例性實施例形成之一第六實例性磁性元件總成之一分解圖。

圖14係根據本發明之一實例性實施例形成之一第七實例性磁性元件總成之一分解圖。

圖15A、15B、15C及15D表示根據本發明之一實例性實施例之一磁性元件總成之各別製造階段。

圖16係圖15中所示之磁性元件之一端視圖。

圖17係根據本發明之一實例性實施例形成之一第九實例性磁性元件總成之一部分分解圖。

圖18圖解說明根據本發明之一實例性實施例之一線圈總成。

圖19圖解說明一第二製造階段之圖18中所示之線圈總成。

圖20圖解說明圖19中所示之總成之另一製造階段。

100‧‧‧磁性元件總成

102‧‧‧外磁性層

104‧‧‧外磁性層

106‧‧‧內磁性層

108‧‧‧內磁性層

110‧‧‧線圈層

112‧‧‧整體或單塊式磁體

Claims

一種電磁性元件總成，其包含：至少一個預製導電線圈，其包括係熱活化及化學活化中之一者之一外黏接劑層；及一層壓磁體，其具有遍佈之分佈式間隙性質，該層壓磁體形成於該至少一線圈周圍，其中該外黏接劑層將該至少一線圈耦合至該層壓磁體，其中該層壓磁體包含複數個堆疊預製磁性材料層，該等堆疊預製磁性材料層經壓製以互相表面接觸，其中各該預製磁性材料層包含磁粉粒子及一聚合物黏結劑以成形為一薄片，其中該至少一預製線圈包含一獨立線圈，其與該預製磁性材料層之全部分開形成，其中該等堆疊預製磁性材料層之其中之二係位於該至少一預製線圈的相對側上，並包夾位於其間之該至少一預製線圈，及其中該至少一線圈及該層壓磁體界定一直流電電感器以提供動力予一電子裝置。
如請求項1之電磁性元件總成，其中該至少一線圈進一步具備一耐高溫絕緣材料。
如請求項1之電磁性元件總成，其中該至少一個線圈包含一多匝線線圈。
如請求項1之電磁性元件總成，其中該至少一線圈包含一扁平線導體及一圓形線導體中之一者。
如請求項1之電磁性元件總成，其中該至少一個線圈包含配置於該層壓磁體中之兩個或兩個以上獨立線圈。
如請求項5之電磁性元件總成，其中該兩個或兩個以上獨立線圈在該層壓磁體中經配置以使得該等線圈之間存在通量分享。
如請求項1之電磁性元件總成，其中該層壓磁體係模製於該至少一線圈周圍。
如請求項1之電磁性元件總成，其中該複數個堆疊預製層之至少二個具有彼此不同之磁性性質。
如請求項8之電磁性元件總成，其中該複數個堆疊預製層之至少一者具有一磁性金屬粉末。
如請求項8之電磁性元件總成，其進一步包含耦合至該至少一線圈之一經成形芯件，其中該層壓磁體係延伸於該至少一個線圈及該經成形芯件周圍，且其中該經成形芯件係與該複數個堆疊預製層分離設置。
如請求項1之電磁性元件總成，其中該至少一個線圈包含一撓性印刷電路線圈。
如請求項11之電磁性元件總成，其中該至少一個撓性印刷電路線圈包含複數個撓性印刷電路線圈，該層壓磁體係形成於該複數個撓性印刷電路線圈周圍，其中該複數個堆疊預製層中之至少兩者包含不同磁性材料。
如請求項11之電磁性元件總成，其進一步包含與該印刷電路線圈相關聯之一經成形芯件，且其中該層壓磁體係形成於該撓性電路線圈及該經成形芯件周圍。
如請求項1之電磁性元件總成，其中該至少一線圈包括第一及第二末端，該第一及第二末端中之至少一者塗佈有一導電液體材料。
如請求項1之電磁性元件總成，其中該至少一線圈包括第一及第二末端，該第一及第二末端中之至少一者塗佈有一電沈積之金屬。
如請求項1之電磁性元件總成，其中該至少一線圈包括第一及第二末端，該總成進一步包含提供於該層壓磁體上且電連接至該各別第一及第二末端之表面安裝端接件，該等端接件係電鍍於該層壓磁體之一表面上。
如請求項16之電磁性元件總成，其中該等所電鍍端接件包括一Ni/Sn鍍層。
如請求項1之電磁性元件總成，其中該至少一線圈包括各自自該層壓磁體之一各別面凸出之第一及第二末端，該等末端係抵靠該各別面摺疊，且該等末端係分別連接至一導電夾，從而為該總成提供表面安裝端接件。
如請求項18之電磁性元件總成，該等末端係焊接至該等各別導電夾或軟銲至該等各別導電夾中之一者。
如請求項18之電磁性元件總成，其中每一導電夾包括一通孔，且該等末端係經由該通孔緊固至每一夾。
如請求項1之電磁性元件總成，其中該至少一個線圈包含具備一障壁塗層之一銅導體。
如請求項1之電磁性元件總成，其進一步包含連接至該層壓磁體內之該至少一個線圈之一引線框架，且該引線框架係與該層壓磁體齊平地切割。
如請求項1之電磁性元件總成，其中該至少一個線圈包括相對末端，該線圈之該等末端係在該層壓磁體內部之一位置處連接至一端子夾。
如請求項1之電磁性元件總成，其中該層壓磁體係由與一聚合物黏結劑結合之一預退火磁性非晶形金屬粉末形成。