TWI635520B - 線圈元件 - Google Patents

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Abstract

本案係為一線圈元件，其結構包含：繞線核心物件；至少一繞線，該繞線表面覆蓋有一絕緣層，該繞線之一第一部份纏繞至該繞線核心物件；至少一端電極，固接於該繞線核心物件，該端電極包含有一夾持部以及一輔助固定部，其中該夾持部具有一彎折處而夾住該繞線之一第二部份，而該輔助固定部具有一向外延伸的凸出件，該繞線之一第三部份包含一未被該絕緣層覆蓋而露出的導電部；以及一焊接物，覆蓋該凸出件而連接該輔助固定部與該導電部，以固定該繞線於該端電極形成電性連接。

Description

線圈元件
本發明是有關於線圈元件及其製造方法的技術領域，特別是有關於適用於小型化與積集化的線圈元件及其製造方法。
在小型化的線圈元件(coil component)的製造過程中，目前業界使用的焊接技術大多是雷射焊接，直接可將線材與導線架(Lead Frame)融合焊接在一起，用以確保導線架與線材的電路導通品質。而且，非接觸式的雷射焊接技術，可以降低焊接時對導線架結構的碰撞損傷機會。目前的雷射焊接技術，其能量峰值多為 4000W以上的雷射激光，用來直接熔化導線架而與線材焊接在一起，以便在幾毫秒內便可以完成焊接程序。
但過高能量的雷射激光容易同時傷害到元件本體， 因此為了能降低高能量的雷射激光對元件造成的影響，許多廠商更是投入更高的機台成本與較繁複的製作過程來達到此目的，但如此將會增加產品的成本與生產速度。
因此，本發明的目的之一在於提供一種線圈元件結構，其利用結構的巧妙安排，可以降低焊接的能量，增加焊接強度，讓繞線處於容易進行接合處理的狀態，用以改善習用技術中過高能量的雷射激光所造成的種種問題，進而降低產品的成本與提高生產速度。
本案係為一種線圈元件，其包含：一繞線核心物件；至少一繞線，該繞線表面覆蓋有一絕緣層，該繞線之一第一部份纏繞至該繞線核心物件；至少一端電極，固接於該繞線核心物件，該端電極包含有一夾持部以及一輔助固定部，其中該夾持部具有一彎折處而夾住該繞線之一第二部份，而該輔助固定部具有一向外延伸的凸出件，該繞線之一第三部份包含一未被該絕緣層覆蓋而露出的導電部；以及一焊接物，覆蓋該凸出件而連接該輔助固定部與該導電部，以固定該繞線於該端電極形成電性連接。
根據上述構想，本案所述之線圈元件中該凸出件具有一頂抵面，該頂抵面接觸該繞線之該第三部分而限制該第三部分的位置
根據上述構想，本案所述之線圈元件中該繞線核心物件為一導磁物體，其包含一繞線芯體與至少一凸緣，該端電極對應固接於該凸緣。
根據上述構想，本案所述之線圈元件中該端電極包含一主體部，該主體部固接於該凸緣的一連接面，該輔助固定部連接於該主體部，該連接面與該頂抵面之間具有一供容置該繞線的該第三部份的交角處。
根據上述構想，本案所述之線圈元件中該繞線核心物件具有一繞線芯體，而該繞線芯體延伸的方向定義為一繞線軸向，該凸緣包含與該繞線軸向垂直的一端面，與該端面相交的一外側面，該連接面位於該端面。
根據上述構想，本案所述之線圈元件中該凸緣包含一缺口，該繞線通過該缺口，而於該端面與該端電極形成電性連接。
根據上述構想，本案所述之線圈元件中更包含一蓋體，其結合至該繞線核心物件，與該繞線芯體及該凸緣形成一磁通路徑，而該蓋體連接於該凸緣遠離該缺口的一側。
根據上述構想，本案所述之該繞線核心物件具有一繞線芯體，而該繞線芯體延伸的方向定義為一繞線軸向，該凸緣包含與該繞線軸向垂直的一端面，與該端面相交的一外側面，該連接面位於該外側面。
根據上述構想，本案所述之線圈元件中該凸緣包含相對於該端面並與該外側面相交的一內側面，該繞線通過該內側面，而於該外側面與該端電極形成電性連接。
根據上述構想，本案所述之線圈元件中該連接面與該頂抵面於該交角處具有一夾角，該夾角小於180度。
根據上述構想，本案所述之線圈元件中更包含一蓋體，其結合至該繞線核心物件，與該繞線芯體及該凸緣形成一磁通路徑該端電極包含一供連接至一電路板的連接部，且該連接部連接於該凸緣遠離該蓋體的一底面。
根據上述構想，本案所述之線圈元件中該輔助固定部處的端電極包含一遠離該頂抵面的定位面，該定位面覆蓋有一助焊層，該焊接物附著於該助焊層而覆蓋該定位面。
根據上述構想，本案所述之線圈元件中該助焊層與該焊接物中皆具有錫。
根據上述構想，本案所述之線圈元件中該端電極包含一主體部，該主體部包含一覆蓋有一助焊層的助焊區域以及一移除該助焊層的非助焊區域，該助焊區域與該非助焊區域連接，該輔助固定部連接於該非助焊區域，該非助焊區域間隔於該輔助固定部與該助焊區域之間。
根據上述構想，本案所述之線圈元件中該焊接物覆蓋該輔助固定部，而部份該焊接物定位於該非助焊區域。
根據上述構想，本案所述之線圈元件中該夾持部的該彎折處具有一柱狀走線空間，該柱狀走線空間用以容置該繞線之該第二部份，該繞線之該第二部份的表面覆蓋有該絕緣層。
根據上述構想，本案所述之線圈元件中該繞線之該第二部份連接至該繞線之該第三部份，該繞線之該第三部份再連接至該繞線之該第一部份。
根據上述構想，本案所述之線圈元件中該端電極包含一主體部，該主體部包含一非助焊區域與一第一助焊區域與一第二助焊區域，該第一助焊區域與該第二助焊區域被該非助焊區域隔開，該夾持部與該輔助固定部位於該第一助焊區域，該焊接物連接該凸出件而附著於該第一助焊區域。
根據上述構想，本案所述之線圈元件中該第一助焊區域與該第二助焊區域中覆蓋有一助焊層，該非助焊區域未被該助焊層覆蓋，該助焊層與該焊接物中具有相同的材料。
本發明所提出之線圈元件結構與其製程，可以有效降低雷射焊接的能量峰值，因此可以避免高能量的雷射激光對元件造成的影響，進而以較低的機台成本與較簡易的製作過程來完成組裝，如此將可降低產品的成本與提高生產速度。
請參見圖1A、1B及1C，其係使用本案技術所完成的線圈元件(coil component)構造示意圖，主要包含有繞線核心物件10、繞線11、端電極12以及焊接物13。圖1A是表示出蓋體19與繞線核心物件10組合完成的外觀，兩者用以形成所需的磁通路徑。其中該繞線11的表面覆蓋有絕緣層(本圖未特別標出)，而該繞線11之第一部份111纏繞至該繞線核心物件10。至於端電極12係固接於該繞線核心物件10，而本圖中的端電極12是由導線架(Lead Frame)的形式所完成。至於焊接物13則是用以固定該繞線11之第三部份113(本圖未能特別標出，因為被焊接物13覆蓋)至該端電極12而形成電性連接。
圖1B則是將線圈元件(coil component)構造翻轉過來的示意圖，其中可以清楚看到四個導線架(Lead Frame)固定在繞線核心物件10的外觀，而且該端電極12還包含一可供連接至一電路板(圖未示出)的連接部129。至於圖1C則是將蓋體19去除後的構造示意圖，可以清楚看到繞線11固定在繞線核心物件10的走線分布。而上述繞線核心物件10可由導磁物體所完成，其包含有繞線芯體101與凸緣102，該端電極12對應固接於該凸緣102之表面。
再請參見圖2A及2B，其係端電極12的部份細節構造示意圖，為能清楚表達本構造的特色，本圖係將圖1中之焊接物13去除而露出被覆蓋的構造示意圖。其主要包含有一夾持部121以及一輔助固定部122，其中該夾持部121具有一彎折處1210而夾住該繞線11之第二部份112，而該輔助固定部122具有向外延伸的一凸出件1229，該凸出件1229具有限制焊接物(例如錫)被熔化成液體時的流動自由度，可以把被熔化的焊接物液體停留在凸出件1229周邊的效果，進而達成定位焊接物的較佳功能，並且因為向外突出，在結構上可以有增加焊接完成後整體強固程度之效果。而上述凸出件1229不一定要接觸到該繞線11，仍然可以發揮焊接物定位的效果。
再者，凸出件1229上可具有一頂抵面1220，在較佳的應用方式中，頂抵面1220可以用來頂抵接觸至該繞線11之一第三部份113，頂抵面1220具有接觸繞線並限制繞線位置的功能，使繞線的第三部分不易產生位移，容易焊接，亦增加焊接面積而提升焊接強度。其中該繞線11之該第二部份112連接至該繞線11之該第三部份113，該繞線11之該第三部份113再連接至該繞線11之該第一部份111。該繞線11表面具有絕緣層110，但位於該第三部份113的部份絕緣層110被去除而露出其中的導電部119，而該繞線11之該第二部份112的表面則還覆蓋有該絕緣層110。
至於該端電極12則包含一主體部120，該主體部120固接於該凸緣102的一連接面1020，該連接面1020與該頂抵面1220之間具有一供容置該繞線11的該第三部份113的交角處10201。其中該連接面1020與該頂抵面1220於該交角處10201具有一夾角，該夾角可以是銳角、直角或鈍角。另外，端電極12於該輔助固定部122處還包含一遠離該頂抵面1220的定位面1221(圖中為頂抵面1220的連接部)，該定位面1221覆蓋有一助焊層(本圖未示出)，該焊接物13易於附著至該助焊層而傾向定位覆蓋至該定位面1221。其中，當該夾角設為銳角時，能夠有效地限制住繞線11之第三部分113所處的位置而不易鬆動。當該夾角設為鈍角時，則可有效利用定位面1221的助焊層來吸附焊接物以加強定位該焊接物的位置。因此當夾角設為直角時，便可兼具上述兩種角度的功能 (本圖例中即設為直角)。
再請參見圖3，其係夾持部121的另一結構例的剖面示意圖，其中該夾持部121的該彎折處1210具有一柱狀走線空間12100，該柱狀走線空間12100用以容置該繞線11之該第二部份112(本圖未示出)。
請參見圖4A、4B、4C以及4D，其係本案所發展出來關於線圈元件(coil component)構造的製程示意圖，上述端電極12之主體部120則可包含有覆蓋一助焊層1200的助焊區域41以及一移除該助焊層1200的非助焊區域40，該助焊區域與該非助焊區域連接，該輔助固定部122連接於該非助焊區域40，該非助焊區域40間隔於該輔助固定部122與該助焊區域41之間。其中該助焊層1200與該焊接物13中皆可具有錫。其中該焊接物13覆蓋該輔助固定部122，而部份該焊接物13定位於該非助焊區域40之中。
再請參見圖4A、4B、4C以及4D，其係本案所發展出來關於線圈元件(coil component)構造的製程示意圖，圖4A中表示提供出繞線核心物件10、繞線11以及端電極12，而且端電極12固接至該繞線核心物件10，該端電極12包含有一夾持部121以及一輔助固定部122，而表面覆蓋有絕緣層的繞線11之一第一部份111纏繞至該繞線核心物件10，至於繞線11之一第二部份112置入該夾持部121之彎折處而夾住該繞線11之第二部份112，並以該輔助固定部122所具有之一頂抵面1220來頂抵接觸至該繞線11之第三部份113。
圖4B則表示出透過雷射光來進行剝漆的動作，用以去除該繞線之該第三部份113表面的部份絕緣層(被光照到的那半邊)而露出導電部，同時也移除該端電極12之主體部120上覆蓋之部份助焊層1200(被光照到的那半邊)而形成一非助焊區域40，但留下部份助焊層1200為助焊區域41與該非助焊區域40連接。該輔助固定部122連接於該非助焊區域40，該非助焊區域40間隔於該輔助固定部122與該助焊區域41之間。
圖4C 則表示出覆蓋一焊接物13至該頂抵面1220及其周邊並進行一焊接處理，進而連接該輔助固定部122與該繞線11之導電部，用以固定該繞線於該端電極而形成電性連接。焊接物13主要是覆蓋該輔助固定部122，也可以覆蓋到非助焊區域40，焊接物13主要是以錫膏來完成，而焊接處理則是利用雷射光焊接或是熱流(reflow)來熔化錫膏以完成焊接，相較一般使用雷射來直接熔化導線架，本案使用焊接錫膏的改變可以大幅降低雷射的使用能量，減少對元件的破壞。最後形成如圖4D之所示的外觀示意圖，錫膏被加熱而形成球狀結構。其中該助焊層1200與該焊接物13中皆可具有錫。其中該焊接物13覆蓋該輔助固定部122，而部份該焊接物13定位於該非助焊區域40之中。
另外，再請一併參考圖2，其中該輔助固定部122的頂抵面1220的背面，也就是遠離該頂抵面1220的另一表面稱為定位面1221，該定位面1221不會被雷射光照到，所以在進行助焊層1200去除的動作時，並不會把助焊層1200去除。而因助焊層1200與該焊接物13中皆具有相同的材料(錫)，因此該焊接物13或很容易的附著於該定位面1221上的該助焊層1200而完成焊接物13的定位。而由上述說明可以知道，本案技術手段的雷射光功率只需讓錫膏被加熱到可以形成球狀結構以及剝除助焊層即可，而且照射的角度是可以直接垂直於主體部120的表面，而不需要調整到特定角度，因此製程相對容易。
再請參見圖5A、5B，其係本案所發展出來之第二實施例示意圖，同樣可以透過雷射光來進行剝漆的動作，用以去除該繞線11之該第三部份113表面的部份絕緣層(被光照到的那半邊)而露出導電部，同時也移除該端電極12之主體部120上覆蓋之部份助焊層1200(被光照到的部份)，進而形成一非助焊區域50，但留下部份助焊層1200為第一助焊區域51、第二助焊區域52，該等助焊區域51、52被該非助焊區域50隔開(如圖5A之所示)。而因助焊層1200與該焊接物13中皆具有相同的材料(錫)，因此該焊接物13或很容易的附著於助焊區域51上的該助焊層1200。因此，第一助焊區域51具有攤平焊接物的特性，故具有可降低焊接物13厚度的能力，可有效縮小元件的厚度。
再請參見圖6，其係本案所發展出來之第三實施例的外觀示意圖，主要是針對導線架(端電極)的結構與蓋體的位置進行改變。如圖所示，端電極62與蓋體19仍是分別設於繞線核心物件10的第一端601與第二端602。而本實施例的示意圖可以看出，端電極62上的夾持部621具有一開口6210來置入固定該繞線(本圖未示出) ，該夾持部621的彎曲方向讓其開口6210朝向該第二端602的方向，該輔助固定部622則可用以頂抵該繞線，讓繞線由該第一端601所設置的一缺口63繞進該繞線核心物件10。其中該繞線芯體101延伸的方向定義為一繞線軸向，該凸緣102包含與該繞線軸向垂直的一端面681，與該端面相交的一外側面682，該連接面1020位於該端面681上。而且，該凸緣102包含一缺口63，該繞線11通過該缺口63而於該端面681上與該端電極12形成電性連接。至於蓋體19則結合至該繞線核心物件10，與該繞線芯體101及該凸緣102形成一磁通路徑，而該蓋體19連接於該凸緣102遠離該缺口63的一側。如此一來，夾持部621的位置與彎曲方向以及輔助固定部622的位置，可以讓繞線(本圖未示出)由第一端601所設置的缺口63繞進該繞線核心物件10，因此缺口63係遠離蓋體19，而蓋體19附近的結構完整，所以可以讓端電極62與蓋體19兩者相連接的截面積更大，而能讓蓋體19與繞線核心物件10兩者間所形成的磁通路徑效率更好，進而增加元件的磁通量及電感值。
再請參見圖7，其係本案所發展出來之第四實施例的外觀示意圖，主要是針對導線架(端電極)的結構進行改變。而由本實施例的示意圖可以看出，端電極72上的夾持部721具有一開口7210來置入固定該繞線71，該夾持部721的彎曲方向讓其開口7210朝向該第二端702的方向，該輔助固定部722則可用以頂抵該繞線71，讓繞線71由該第一端701的側邊繞進該繞線核心物件70。而上一個實施例所具有的缺口63將不再需要設置。如此一來，本實施例相較於上一個實施例，由於不需要製作缺口所需的凹槽，因此加強了繞線核心物件70中凸緣的結構強度。繞線芯體101延伸的方向定義為一繞線軸向，該凸緣102包含與該繞線軸向垂直的端面681，與該端面681相交的一外側面682以及相對於該端面681並與該外側面682相交的一內側面683，該連接面1020位於該外側面682。該繞線11通過該內側面683，而於該外側面682上之連接面1020來與該端電極62形成電性連接。
綜上所述，本案所提出之線圈元件結構與其製程，可以有效降低雷射焊接的能量峰值，因此可以避免高能量的雷射激光對元件造成的影響，進而以較低的機台成本與較簡易的製作過程來完成組裝，如此將可降低產品的成本與提高生產速度。雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
繞線核心物件10 繞線11 端電極12 焊接物13 蓋體19 非助焊區域40 助焊區域41 繞線芯體101 凸緣102 絕緣層110 第一部份111 第二部份112 第三部份113 導電部119 主體部120 夾持部121 輔助固定部122 電路板的連接部129 連接面1020 助焊層1200 彎折處1210 凸出件1229 頂抵面1220 定位面1221 交角處10201 柱狀走線空間12100 非助焊區域50 第一助焊區域51 第二助焊區域52 端電極62 第一端601 第二端602 夾持部621 開口6210 輔助固定部622 缺口63 繞線71 端電極72 夾持部721 開口7210 第一端701 第二端702 輔助固定部722 繞線核心物件70 端面681 外側面682 內側面683
圖1A、1B及1C，其係使用本案技術所完成的線圈元件(coil component)構造示意圖。 圖2 A及2B，其係本案端電極的部份細節構造示意圖。 圖3，其係夾持部的另一結構例的剖面示意圖。 圖4A、4B、4C以及4D，其係本案所發展出來關於線圈元件(coil component)構造的製程示意圖。 圖5A、5B，其係本案所發展出來之第二實施例的外觀示意圖。 圖6，其係本案所發展出來之第三實施例的外觀示意圖。 圖7，其係本案所發展出來之第四實施例的外觀示意圖。

Claims (20)

  1. 一種線圈元件，其包含：一繞線核心物件；至少一繞線，該繞線表面覆蓋有一絕緣層，該繞線之一第一部份纏繞至該繞線核心物件；至少一端電極，固接於該繞線核心物件，該端電極包含有一夾持部以及一輔助固定部，其中該夾持部具有一彎折處而夾住該繞線之一第二部份，而該輔助固定部具有一向外延伸的凸出件，該繞線之一第三部份包含一未被該絕緣層覆蓋而露出的導電部；以及一焊接物，覆蓋該凸出件而連接該輔助固定部與該導電部，以固定該繞線於該端電極形成電性連接。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之線圈元件，其中該凸出件具有一頂抵面，該頂抵面接觸該繞線之該第三部分而限制該第三部分的位置。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之線圈元件，其中該繞線核心物件為一導磁物體，其包含一繞線芯體與至少一凸緣，該端電極對應固接於該凸緣。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之線圈元件，其中該端電極包含一主體部，該主體部固接於該凸緣的一連接面，該輔助固定部連接於該主體部，該連接面與該頂抵面之間具有一供容置該繞線的該第三部份的交角處。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之線圈元件，其中該繞線核心物件具有一繞線芯體，而該繞線芯體延伸的方向定義為一繞線軸向，該凸緣包含與該繞線軸向垂直的一端面，與該端面相交的一外側面，該連接面位於該端面。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之線圈元件，其中該凸緣包含一缺口，該繞線通過該缺口，而於該端面與該端電極形成電性連接。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之線圈元件，其中更包含一蓋體，其結合至該繞線核心物件，與該繞線芯體及該凸緣形成一磁通路徑，而該蓋體連接於該凸緣遠離該缺口的一側。
  8. 如申請專利範圍第4項所述之線圈元件，其中該繞線核心物件具有一繞線芯體，而該繞線芯體延伸的方向定義為一繞線軸向，該凸緣包含與該繞線軸向垂直的一端面，與該端面相交的一外側面，該連接面位於該外側面。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之線圈元件，其中該凸緣包含相對於該端面並與該外側面相交的一內側面，該繞線通過該內側面，而於該外側面與該端電極形成電性連接。
  10. 如申請專利範圍第4項所述之線圈元件，其中該連接面與該頂抵面於該交角處具有一夾角，該夾角小於180度。
  11. 如申請專利範圍第3項所述之線圈元件，其中更包含一蓋體，其結合至該繞線核心物件，與該繞線芯體及該凸緣形成一磁通路徑。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之線圈元件，其中該端電極包含一供連接至一電路板的連接部，且該連接部連接於該凸緣遠離該蓋體的一底面。
  13. 如申請專利範圍第2項所述之線圈元件，其中該輔助固定部處的該端電極包含一遠離該頂抵面的定位面，該定位面覆蓋有一助焊層，該焊接物附著於該助焊層而覆蓋該定位面。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之線圈元件，其中該助焊層與該焊接物中皆具有錫。
  15. 如申請專利範圍第1項所述之線圈元件，其中該端電極包含一主體部，該主體部包含一覆蓋有一助焊層的助焊區域以及一移除該助焊層的非助焊區域，該助焊區域與該非助焊區域連接，該輔助固定部連接於該非助焊區域，該非助焊區域間隔於該輔助固定部與該助焊區域之間。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之線圈元件，其中該焊接物覆蓋該輔助固定部，而部份該焊接物定位於該非助焊區域。
  17. 如申請專利範圍第1項所述之線圈元件，其中該夾持部的該彎折處具有一柱狀走線空間，該柱狀走線空間用以容置該繞線之該第二部份，該繞線之該第二部份的表面覆蓋有該絕緣層。
  18. 如申請專利範圍第1項所述之線圈元件，其中該繞線之該第二部份連接至該繞線之該第三部份，該繞線之該第三部份再連接至該繞線之該第一部份。
  19. 如申請專利範圍第1項所述之線圈元件，其中該端電極包含一主體部，該主體部包含一非助焊區域與一第一助焊區域與一第二助焊區域，該第一助焊區域與該第二助焊區域被該非助焊區域隔開，該夾持部與該輔助固定部位於該第一助焊區域，該焊接物連接該凸出件而附著於該第一助焊區域。
  20. 如申請專利範圍第19項所述之線圈元件，其中該第一助焊區域與該第二助焊區域中覆蓋有一助焊層，該非助焊區域未被該助焊層覆蓋，該助焊層與該焊接物中具有相同的材料。
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