TWI588849B - 層壓磁性元件總成 - Google Patents

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Description

層壓磁性元件總成
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日提出申請之第61/175,269號美國臨時專利申請案之權益，該申請案之全部揭示內容以引用方式併入本文中。
本專利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之標的物相關：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，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，該等申請案之全部揭示內容以引用方式併入本文中。
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。
I.本發明之介紹
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，諸如具有矩形橫剖面之線圈，該等線圈具有不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。
II.實例性發明性磁性元件總成及製造方法
下文闡述磁性元件之各種實施例，包括提供優於用於電路板應用之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。
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。
現在參照圖1，一磁性元件總成100係以一層狀構造製作，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。
在一實例性實施例中，用以製作磁性層之材料展現遠大於1之一相對磁導率μ r以產生一微型功率電感器元件之充分電感。更具體而言，在一實例性實施例中，磁導率μ r可係至少10.0或更高。
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。
用以形成薄片102、104、106及108之磁性複合材料之各種調配物可達成使用中之元件總成之變化磁性效能位準。然而，一般而言，在一功率電感器應用中，材料之磁性效能通常與層中所使用磁性粒子之通量密度飽和點(Bsat)、磁性粒子之磁導率(μ)，層中磁性粒子之填充量(重量%)及層在壓製於線圈周圍之後之體密度成比例，如下文所解釋。亦即，藉由增加磁性飽和點、磁導率、填充量及體密度，將實現一較高電感且將改良效能。
另一方面，元件總成之磁性效能與層102、104、106及108中所使用黏結劑材料之量成反比。因此，隨著黏結劑材料之填充量增加，最終元件之電感值往往降低，而且元件之總磁性效能亦降低。Bsat及μ中之每一者係與磁性粒子相關聯之材料性質且可在不同類型之粒子之間變化，而磁性粒子之填充量及黏結劑之填充量可在不同調配物之層之間變化。
對於電感器元件，可利用以上考量來戰略性地選擇材料及層調配物以達成特定目標。作為一個實例，金屬粉末材料可優於鐵氧體材料用作較高功率電感器應用中之磁粉材料，此乃因金屬粉末(諸如Fe-Si粒子)具有一較高Bsat值。該Bsat值係指藉由應用一外部磁場強度H可獲得之一磁性材料中之最大通量密度B。一磁化曲線(有時稱作一B-H曲線，其中對照磁場強度H之一範圍描繪一通量密度B)可顯露任何給定材料之Bsat值。該B-H曲線之初始部分界定磁導率或材料變得磁化之傾向。Bsat係指該B-H曲線中其處建立材料之磁化或通量之一最大狀態之點，以使得磁通即使在磁場強度繼續增加之情形下保持近乎恆定。換言之，B-H曲線達到並維持一最小斜率之點表示通量密度飽和點(Bsat)。
另外，金屬粉末粒子(諸如Fe-Si粒子)具有一相對高磁導率位準，而鐵氧體材料(諸如FeNi(高導磁合金))具有一相對低磁導率。一般而言，所使用金屬粒子之B-H曲線中之一磁導率斜率越高，複合材料以一所規定電流位準儲存磁通及能量之能力越高，此引發產生通量之磁場。
如圖1所圖解說明，磁性層102、104、106及108可以相對薄之薄片提供，該等薄片可與線圈層110堆疊且在一層壓過程中或經由此項技術已知之其他技術彼此接合。如本文中所使用，術語「層壓」應係指其中磁性層接合或結合為層且在接合及結合之後保持為可識別層之一過程。此外，用以製作磁性層之聚合物黏結劑材料可包括允許在該層壓過程期間壓力層壓粉末薄片而不進行加熱之熱塑性樹脂。因此消除其他已知層壓材料所需要之與熱層壓之升高之溫度相關聯之費用及成本以有利於壓力層壓。可將磁性薄片置於一模子或其他壓力容器中，且對其進行壓縮以將磁粉薄片彼此層壓。可在一單獨製造階段預製磁性層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，以將該等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、割切、單個化或以其他方式分離成離散個別元件。每一元件可係一大致矩形、晶片型元件，但其他變化形式係可行的。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，以引用方式併入本文中之相關申請案中所闡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電路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多於兩個獨立線圈時，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多於兩個獨立線圈周圍，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。一絕緣132可提供於線導體130上方以避免線與成品總成中之毗鄰磁粉粒子之電短路，而且以在製造過程期間提供對線圈之某種保護。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。該黏接劑視情況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。高耐溫絕緣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圖解說明另一微型化磁性元件總成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。亦涵蓋，在某些實施例中，一單個薄片(諸如上部薄片178)可界定磁體172而不利用任何其他薄片。
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可經形成為與線圈120之中心開口188之形狀互補之一大體圓柱形形狀，但涵蓋可同樣與具有非圓柱形開口之線圈一同使用非圓柱形形狀。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係由經成形芯組件186之材料製作之情形更低之元件成本。
雖然圖7及圖8中顯示一個線圈120及芯組件186，但涵蓋可同樣在磁體172中提供多於一個線圈及線圈組件。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之相關申請案中之彼等類型)來替代線圈120。
表面安裝端接結構亦可提供於磁性元件總成170上以提供熟習此項技術者所熟悉之一晶片型元件。此表面安裝端接結構可包括以引用方式併入本文中之相關發明中所述之任何端子結構或此項技術中已知之其他端子結構。元件總成170可使用該表面安裝端接結構及已知技術相應地安裝至一電路板。微型化低剖面元件總成170因此促進在一較大電路板總成中佔據一相對小空間(在佔用面積及剖面兩個方面)且甚至實現電路板總成之大小之進一步減小之一相對高功率、高效能磁性元件。因此使包括電路板總成之更強大但又較小之電子裝置成為可能。
III.所揭示之實例性實施例
現在，相信自前述實例及實施例顯而易見本發明之益處。
一磁性元件總成之一實例性實施例包括：一層壓結構，其包含：至少一個預製磁性薄片材料層；及至少一個預製線圈；該至少一個預製層係壓縮於該預製線圈周圍，從而形成含有該線圈之一單件式磁體。無實體間隙形成於該磁體中，且該總成可界定一功率電感器。
視情況，該至少一個預製磁性薄片材料層包括磁粉粒子與一聚合物黏結劑之一混合物。該等磁性粒子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、以鈷為主之非晶形粉末粒子以及其等效物及組合。該至少一個預製磁性薄片材料層可包括至少兩個磁性薄片材料層，其中該至少一個預製線圈係夾於該至少兩個磁性薄片材料層之間。至少兩個磁性薄片材料層可各自由不同類型之磁粉粒子製作，藉此，該複數個磁性薄片材料層中之該至少兩者展現彼此不同之磁性性質。
該至少一個預製磁性薄片材料層可具有大於約10之一相對磁導率。該聚合物黏結劑可係一熱塑性樹脂。
該線圈可界定一中心開口，且該元件總成可進一步包含一經成形磁芯組件。該經成形磁芯組件可與該經成形芯組件分開提供且裝配於該中心開口內。該至少一個預製磁性薄片材料層可包括至少兩個磁性薄片材料層，其中該至少一個預製線圈係夾於該至少兩個磁性薄片材料層之間，且其中該經成形磁芯組件亦係夾於該至少兩個磁性薄片材料層之間。該經成形磁芯組件可係大致圓柱形。
該線圈可包括一線導體，該線導體撓性纏繞一軸數匝以界定一繞組部分。該線導體可係圓形或扁平。該數匝可包括在其端處接合之筆直導電路徑、彎曲導電路徑、螺旋導電路徑及蛇形導電路徑中之至少一者。該線圈可形成為一三維獨立線圈組件。該線圈可具備一黏接劑。該線圈可連接至一引線框架。
亦揭示一種製造一磁性元件之方法。該元件因此包括一線圈繞組及一磁體，且該方法包括：繞至少一個預製線圈繞組壓縮模製至少一個預製磁性薄片材料層，從而形成含有該線圈繞組之一層壓磁體。
壓縮模製可不涉及熱層壓。該線圈繞組可包括一中心開口，且該方法可進一步包括將一分開製作之經成形芯組件施加至該中心開口。
可藉由該方法獲得一產品。該至少一個預製磁性薄片材料層可具有至少約10之一相對磁導率。該至少一個預製磁性薄片材料層可包括磁粉粒子與一聚合物黏結劑之一混合物。該聚合物黏結劑可係一熱塑性樹脂。該至少一個預製磁性薄片材料層可包括至少兩個磁性薄片材料層，該兩個磁性薄片材料層包括不同類型之磁性粒子且因此具有不同磁性性質。該產品可係一微型功率電感器。
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．．．磁體
120．．．線圈
122．．．相對端
124．．．相對端
126．．．繞組部分
128．．．軸
130．．．線導體
132．．．絕緣
134．．．黏接劑
140．．．線圈
142．．．相對端
144．．．相對端
146．．．繞組部分
148．．．軸
150．．．線導體
160．．．磁性元件總成
162．．．磁體
164．．．線圈
170．．．微型化磁性元件總成
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
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。
120‧‧‧線圈
170‧‧‧微型化磁性元件總成
172‧‧‧磁體
186‧‧‧經成形芯組件

Claims (19)

  1. 一種磁性元件總成，其包含：一層壓結構，其包含：至少一個預製磁性薄片材料層；及至少一個預製線圈，其包含一獨立線導體，該獨立線導體界定一三維繞組部分，該三維繞組部分具有一外表面；其中該至少一個預製磁性薄片材料層係經調配以允許壓力層壓而不加熱，並與該繞組部分之該外表面直接表面接觸，並界定含有該繞組部分之一單件式磁體。
  2. 如請求項1之磁性元件總成，其中該至少一個預製磁性薄片材料層包括磁粉粒子與一聚合物黏結劑之一混合物。
  3. 如請求項2之磁性元件總成，其中該等磁性粒子係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、以鈷為主之非晶形粉末粒子以及其等效物及組合。
  4. 如請求項2之磁性元件總成，其中該至少一個預製磁性薄片材料層包括至少兩個磁性薄片材料層，該至少一個預製線圈係夾於該至少兩個磁性薄片材料層之間。
  5. 如請求項1之磁性元件總成，其中該至少一個預製磁性薄片材料層包括至少兩個磁性薄片材料層，該至少兩個 磁性薄片材料層各自由不同類型且展現彼此不同的磁性性質之磁粉粒子製作。
  6. 如請求項1之磁性元件總成，其中該至少一個預製磁性薄片材料層具有大於約10之一相對磁導率。
  7. 如請求項2之磁性元件總成，其中該聚合物黏結劑包含一熱塑性樹脂。
  8. 如請求項1之磁性元件總成，其中該層壓結構進一步包含一經成形磁芯組件，且該至少一預製層係壓力層壓與該經成形磁芯組件表面接觸並於該繞組部分周圍。
  9. 如請求項8之磁性元件總成，其中該經成形磁芯組件係與該至少一預製層分開提供，其中該線圈界定一中心開口，且其中該經成形磁芯組件裝配於該中心開口內。
  10. 如請求項9之磁性元件總成，其中該至少一個預製磁性薄片材料層包括至少兩個磁性薄片材料層，其中該至少一個預製線圈係夾於該至少兩個磁性薄片材料層之間，且其中該經成形磁芯組件亦係夾於該至少兩個磁性薄片材料層之間。
  11. 如請求項8之磁性元件總成，其中該經成形磁芯組件係大致圓柱形。
  12. 如請求項1之磁性元件總成，其中該線導體係撓性纏繞一軸數匝以界定該繞組部分。
  13. 如請求項12之磁性元件總成，其中該線導體具有一圓形截面。
  14. 如請求項12之磁性元件總成，其中該線導體具有一矩形 截面。
  15. 如請求項12之磁性元件總成，其中該數匝包括在其端處接合之筆直導電路徑、彎曲導電路徑、螺旋導電路徑或蛇形導電路徑中之至少一者。
  16. 如請求項12之磁性元件總成，其中該線導體具備一黏接劑。
  17. 如請求項12之磁性元件總成，其中該至少一預製線圈係連接至一引線框架。
  18. 如請求項1之磁性元件總成，其中無實體間隙形成於該磁體中。
  19. 如請求項1之磁性元件總成，其中該總成界定一功率電感器。
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