TWI640023B - 電感器的製法及其製品 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種電感器的製法，其包含以下步驟：(a)令一第一磁性組份經冷壓成形出一磁芯；(b)加熱磁芯；(c)捲繞一導線之一線圈段於經加熱的磁芯以令導線之相反兩鍵合段是分別自線圈段的相反兩端部背向磁芯延伸；及(d)於步驟(c)後，在一模具內置入捲繞有導線的磁芯後，於模具內填充一第二磁性組份以令第二磁性組份於模具內經熱壓成形出一至少包覆磁芯及導線之線圈段的磁性外殼。本發明亦提供一種經前述製法所製得的電感器。

Description

電感器的製法及其製品
本發明是有關於一種被動元件的製法，特別是指一種電感器的製法及其製品。
電阻器(resistor)、電容器(capacitor)與電感器等被動元件已被廣泛地應用於行動電子裝置的電路。以前述被動元件中的磁芯電感器舉例來說，其是用來減弱電路裡高頻電流的阻抗線圈，基於磁芯電感器具備有低阻抗與耐大電流等特性，因而常被應用在電子設備的電源供應器。傳統的磁芯電感器的基本構造包括一磁芯、一捲繞磁芯的線圈，及一包覆磁芯與線圈以令線圈之相反兩端裸露於外的磁性外殼。前述磁芯與磁性外殼早期是透過冷壓製程來完成，而近期則演變成透過熱壓製程來完成，前述冷壓製程則可見有中國大陸第104700981 A早期公開號發明專利案(以下稱前案)所公開之表面貼著型電感器及其製法。
參閱圖1，前案所公開的表面貼著型電感器1包括一磁性體芯11、一捲繞於磁性體芯11的絕緣線圈12、一包覆磁性體芯11與絕緣線圈12的模製主體13，及兩外部電極14。絕緣線圈12的相反兩端緣121是朝模製主體13之相反兩側延伸以朝下彎折於模製主體13的相反兩側。各外部電極14分別對應包覆絕緣線圈12的各端緣121。
參閱圖2，上述前案的製法依序包括以下步驟：(A)將塗佈有環氧樹脂的軟磁性(soft magnetic)金屬粉投入一模具中以進行粉末壓製；(B)以160˚C左右的溫度熱固化步驟(A)的軟磁性金屬粉以製成磁性體芯11；(C)於磁性體芯11表面形成絕緣塗覆層(圖未示)；(D)在表面形成有絕緣塗覆層的磁性體芯11上繞製一表面包覆有一絕緣層(圖未示)的絕緣線圈12；(E)將繞製有絕緣線圈12的磁性體芯11置入一具有一腔室的模具後於腔室內填充塗佈有環氧樹脂的軟磁性金屬粉以進行壓製；(F)以160˚C左右的溫度熱固化步驟(E)的軟磁性金屬粉，從而製成具有相反設置並埋設有絕緣線圈12之各端緣121的兩突出端131的模製主體13；(G)研磨模製主體13的突出端131以移除突出端131及絕緣線圈12之端緣121處所包覆的絕緣層，並朝下擠壓絕緣導線121的端緣121；及(H)透過浸漬以將導電性環氧樹脂包覆於絕緣導線12的端緣121，從而形成包覆絕緣導線12之各端緣121的各外部電極14。
根據上述關於前案製法的說明可知，其在製作磁性體芯11與模製主體13時是採用冷壓成形技術。雖然透過冷壓成形技術可以製作出磁芯電感器。然而，根據發明人多年來研究開發磁芯電感器之製法所得到的了解是，雖然冷壓所製得的磁性體之相對導磁係數(relative permeability；μ r)低，因而具有高飽和電流值(saturation current；Isat)的特性；但其在達到符合規格感值(inductance；L)的前提下，則需要增加捲繞的線圈匝數，也因此產生高直流阻抗(DC resistance；DCR)並引發電子設備的熱當問題。
根據上段說明可知，改良電感器之製法以降低直流阻抗(DCR)並減少電子設備的熱當問題，是當前所屬技術領域中之相關技術人員所待突破的課題。
＜ 發明概念 ＞
發明人在長期研究開發磁芯電感器的製法時發現，在相同磁性組份的比較基礎上，經冷壓與經熱壓所製得的磁芯電感器兩者相較下，基於冷壓成形之磁芯電感器的成形密度(4.8 g/cm 3至5.6 g/cm 3)低於熱壓成形的磁芯電感器(5.6 g/cm 3至6.4 g/cm 3)，以致於冷壓成形的磁芯電感器所具備的相對導磁係數(μ r)相對低於熱壓成形的磁芯電感器的相對導磁係數(μ r)。就作為扼流式電感(power choke)的磁芯電感器來說，雖然冷壓成形之磁芯電感器可因低μ r值而具有高飽和電流值(Isat)的特性；然而，其為了達到符合規格需求的感值所需捲繞的線圈匝數則會相對高於熱壓成形的磁芯電感器，因而導致此技術領域所不樂見的高直流阻抗(DCR)。相對地，雖然熱壓成形之磁芯電感器可因高μ r值而具有低Isat值的特性；但其在達到符合規格需求的感值所需捲繞的線圈匝數會相對少於冷壓成形的磁芯電感器，也因此其DCR值是相對低於冷壓成形的磁芯電感器。
承上段所言，有鑑於冷壓與熱壓所製得的磁芯電感器各具有其優點，也相對因其優點而存在有其缺點。因此，發明人主要是結合冷壓與熱壓兩種製程來製作磁芯電感器，以藉此達到截長補短的效用。換句話說，本發明一方面是利用冷壓成形之磁芯的低μ r值以達高Isat值的特性，另一方面亦藉由熱壓成形的磁性外殼所具備的高μ r值特性來包覆磁芯與線圈，令捲繞於磁芯上之線圈匝數在無需增加的前提下便可達到符合規格需求的感值，以減低直流阻抗(DCR)所引發的電子設備熱當問題，並同時補償Isat值。
因此，本發明的目的，即在提供一種能減低直流阻抗(DCR)並同時補償飽和電流值之電感器的製法。
本發明的另一目的，即在提供一種能減低直流阻抗(DCR)並同時補償飽和電流值的電感器。
於是，本發明電感器的製法，包含一冷壓成形步驟、一加熱步驟、一繞線步驟，及一封裝熱壓成形步驟。該冷壓成形步驟是令一第一磁性組份經冷壓成形出一磁芯。該加熱步驟是加熱該磁芯。該繞線步驟是捲繞一導線之一線圈段於該經加熱的磁芯以令該導線之相反兩鍵合段是分別自該線圈段的相反兩端部背向該磁芯延伸。該封裝熱壓成形步驟是於該繞線步驟後，在一模具內置入捲繞有該導線的該磁芯後，於該模具內填充一第二磁性組份以令該第二磁性組份於該模具內經熱壓成形出一至少包覆該磁芯及該導線之該線圈段的磁性外殼。
此外，本發明電感器，包含一經冷壓成形所製得的磁芯、一導線，及一經熱壓成形所製得的磁性外殼。該導線具有一捲繞於該磁芯的線圈段，及兩分別自該線圈段之相反兩端部背向該磁芯延伸的鍵合段。該磁性外殼至少包覆該磁芯與該導線之該線圈段。
本發明的功效在於：結合冷壓成形之磁芯的低相對導磁係數(μ r)值以達高飽和電流值(Isat)的特性，與熱壓成形的磁性外殼所具備的高相對導磁係數(μ r)的特性來包覆磁芯與線圈段，令捲繞於磁芯上之線圈段在無需增加匝數的前提下便可達到規格感值，以減低直流阻抗(DCR)所引發的電子設備熱當問題，並同時補償飽和電流值(Isat)。
在本發明被詳細描述的前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。
＜ 發明詳細說明 ＞
參閱圖3，本發明電感器的製法的一第一實施例，包括一冷壓成形步驟S1、一加熱步驟S2、一繞線步驟S3、一封裝熱壓成形步驟S4、一衝切(punching)步驟S5，及一導線塑形步驟S6。
如圖4所示，冷壓成形步驟S1是令一第一磁性組份於一具有一柱狀模穴710之磁芯用模具71內經冷壓成形出一磁芯2。在本發明第一實施例中，實施於冷壓成形步驟S1中的壓力是介於3000 kgw/cm 2至7000 kgw/cm 2。磁芯2是沿一如圖7與圖8所示之軸線Y延伸，且磁芯2沿軸線Y之垂直方向的截面是呈一長圓形；其中，長圓形的長度L與直徑Φ分別是0.25 mm與0.73 mm。於冷壓成形步驟S1中的該第一磁性組份含有一磁性粉末及一黏結劑(binder)。適用於本發明第一實施例之磁性粉末是鐵磁性材料(ferromagnetics)中的軟磁性金屬粉末，鐵磁性材料常見有鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)，或其組合。
具體地來說，第一磁性組份之磁性粉末為鐵矽鉻(Fe-Si-Cr)合金粉末，黏結劑則是熱固性樹脂。以Fe-Si-Cr合金粉末重量百分比(wt%)計，Fe、Si與Cr各為90.5 wt%、5.5 wt%與4.0 wt%；以第一磁性組份之重量百分比計，Fe-Si-Cr合金粉末與熱固性樹脂各為97 wt%與3 wt%。本發明僅以鐵矽鉻合金粉末與樹脂為例作說明。需知道的是，舉凡具備有軟磁特性的軟磁性材料與熱固性高分子材料皆可分別做為本發明之磁性粉末與黏結劑使用，本發明並不以此為限。在本發明之第一實施例中，經冷壓成形步驟S1所製得的磁芯2之相對導磁係數(μ r)約20~28。
再參閱圖4，加熱步驟S2是加熱磁芯2。繞線步驟S3是捲繞一導線3之一線圈段31於經加熱的磁芯2，以令導線3之相反兩鍵合段32是分別自線圈段31的兩相反端部背向磁芯2延伸。在本發明之第一實施例中，導線3的一表面是形成有一絕緣層(圖未示)，且是一截面尺寸為0.09 mm × 0.32 mm的帶狀扁線；其中，繞線步驟S3是先令帶狀扁線的平面面向磁芯2以由下往上捲繞於磁芯2呈3匝後，再以螺旋狀下拉至磁芯2的底緣以形成3.5匝的線圈段31，並令銜接於線圈段31之各端部的各鍵合段32扭轉90度以使帶狀扁線的平面平行於水平面，且反向磁芯2延伸。繞線步驟S3可以採用同軸並繞法、外外繞法，或α繞法，繞線的手法並非本發明之技術重點，於此不再多加贅述。此處需補充說明的是，本發明第一實施例是以加熱步驟S2後實施繞線步驟S3為例做說明。但其也可以是依照磁芯2的外觀尺寸先實施繞線步驟S3以形成線圈段31後，再將繞線步驟S3所完成的線圈段31套設在磁芯2上。
參閱圖5與圖6，封裝熱壓成形步驟S4是於繞線步驟S3後，於一封裝用模具72內置入捲繞有導線3的磁芯2，以令磁芯2及導線3之各鍵合段32分別定位於封裝用模具72的一中心限位槽721及兩限位溝渠722後，於封裝用模具72內填充一第二磁性組份以令第二磁性組份覆蓋磁芯2及導線3之線圈段31，並於封裝用模具72內經熱壓成形出一至少包覆磁芯2及導線3之線圈段31的磁性外殼4。在實施第一實施例之封裝熱壓成形步驟S4中，壓力是介於3000 kgw/cm 2至7000 kgw/cm 2間，且磁性外殼4的相對導磁係數(μ r)約28~45，導線3之各鍵合段32是被局部裸露於磁性外殼4外。再參閱圖7，在本發明之第一實施例中，磁性外殼4沿軸線Y之垂直方向的截面是一尺寸為2 mm× 2.5 mm的矩形。
第二磁性組份可相同於第一磁性組份，亦可不同於第一磁性組份。為方便操作本發明之製法，在第一實施例中，第二磁性組份是相同於第一磁性組份。進一步地來說，第一實施例所實施的熱壓是在對第二磁性組份加壓的同時，亦對第二磁性組份加熱以令第二組分內的黏結劑(如，熱固性樹脂)達固化。此處需附帶說明的是，為了令熱壓成形後的磁性外殼4能結合至經冷壓成形的磁芯2，較佳地，加熱步驟S2是在一令第一磁性組份之黏結劑未達固化的條件下實施。詳細地來說，決定黏結劑的固化除了加熱溫度外，尚須有充分的加熱時間。換句話說，即便是黏結劑達固化溫度，但在加熱時間不足的情況下，是無法令黏結劑固化。在本發明之第一實施例中，加熱步驟S2與封裝熱壓成形步驟S4的溫度皆為165˚C，但實施加熱步驟S2時的時間為5分鐘，而實施封裝熱壓成形步驟S4時的時間則為10分鐘。
根據上段說明可知，本發明第一實施例是先令加熱步驟S2的實施時間不足以固化其第一磁性組份內的黏結劑，僅令其黏結劑達軟化效果，並於實施封裝熱壓成形步驟S4時，透過熱壓的溫度與時間以令第二磁性組份內的黏結劑達固化以成形出磁性外殼4，此時磁芯2之接觸於磁性外殼4處之已達軟化的黏結劑亦得以因封裝熱壓成形步驟S4的充分加熱時間而達固化，以令磁芯2與磁性外殼4間彼此結合。
再參閱圖6，衝切步驟S5是衝切掉導線3之位在磁性外殼4外且分別銜接於各鍵合段32的兩待裁切段33。導線塑形步驟S6是彎折被裸露於磁性外殼4外之導線3的各鍵合段32，以令各鍵合段32被固定於磁性外殼4之一底面41。
如圖7與圖8所示，根據本發明第一實施例之製法的詳細說明可知，第一實施例的電感器包括經冷壓成形所製得的磁芯2、導線3，及經熱壓成形所製得的磁性外殼4。導線3具有捲繞於磁芯2的線圈段31，及分別自線圈段31之相反端部背向磁芯2延伸的鍵合段32。磁性外殼4至少包覆磁芯2與導線3之線圈段31。在第一實施例中，導線3之各鍵合段31是局部裸露於磁性外殼4外，並經彎折以固定於磁性外殼4之底面41。裸露於磁性外殼4外的各鍵合段32是可透過表面接著技術(SMT)被焊接至一電路板上的接點(圖未示)。
參閱圖9，本發明電感器的製法的一第二實施例大致上是相同於第一實施例，其不同處是在於，第二實施例於加熱步驟S2與封裝熱壓成形步驟S4之間還包括一焊接步驟S7，且第二實施例之封裝熱壓成形步驟S4、衝切步驟S5與導線塑形步驟S6亦略有別於第一實施例。具體地來說，第二實施例之焊接步驟S7具有一介於加熱步驟S2與繞線步驟S3間的第一焊接次步驟S71，及一介於繞線步驟S3與封裝熱壓成形步驟S4間的第二焊接次步驟S72。
如圖10所示，第一焊接次步驟S71是令導線3之其中一鍵合段32焊接於一導線架5之彼此間隔設置之一對引腳51的其中一引腳51，第二焊接次步驟S72是令導線3之其中一另一鍵合段32焊接於導線架5之其中另一引腳51。
如圖11所示，於實施封裝熱壓成形步驟S4中，是將焊接有導線3的導線架5置入封裝用模具72的一導線架限位槽723中定位後，於封裝用模具72內填充第二磁性組份以令第二磁性組份覆蓋磁芯2、導線3及導線架5的部份各引腳51，並於封裝用模具72內經熱壓成形出磁性外殼4。在本發明第二實施例中，磁性外殼4還包覆導線3之各鍵合段32並局部裸露出導線架5之各引腳51。衝切步驟S5是衝切掉導線架5之一銜接於各引腳51的主體52。導線塑形步驟S6是彎折被裸露於磁性外殼4外之導線架5的各引腳51以固定於磁性外殼4之底面41。
參閱圖12與圖13，根據本發明第二實施例之製法的詳細說明可知，第二實施例的電感器還包括彼此間隔設置的引腳51，且磁性外殼4還包覆導線3之各鍵合段32。導線3之各鍵合段32是分別對應焊接於各引腳51，且各引腳51是局部裸露於磁性外殼4外並經彎折以固定於磁性外殼4之底面41。
參閱圖14，本發明電感器的製法的一第三實施例大致上是相同於第一實施例，其不同處是在於，第三實施例之製法未實施衝切步驟S5，於加熱步驟S2與繞線步驟S3之間還包括一底座熱壓成形步驟S8，且導線塑型步驟S6是介於繞線步驟S3與封裝熱壓成形步驟S4間，而封裝熱壓成形步驟S4亦有別於第一實施例。
如圖15所示，底座熱壓成形步驟S8是令一第三磁性組份經熱壓成形出一結合至磁芯2的磁性底座6。具體地來說，底座熱壓成形步驟S8是先於一具有一倒T字型模穴730之模具73內填充第三磁性組份後，將經加熱之磁芯2置入倒T字型模穴730以位在第三磁性組份上，令第三磁性組份於模具73內經熱壓成形出結合至磁芯2的磁性底座6。第三磁性組份可以相同於第一磁性組份，亦可以有別於第一磁性組份。同樣地，為便於實施本發明，本發明第三實施例之第三磁性組份是相同於第一、二磁性組份。
參閱圖16，導線塑形步驟S6是彎折遠離磁芯2之導線3的各鍵合段32以固定於磁性底座6的一底面61。於實施封裝熱壓成形步驟S4中，磁性外殼4還包覆部分磁性底座6以局部裸露出導線3之各鍵合段32。
參閱圖17，根據本發明第三實施例之製法的詳細說明可知，第三實施例之電感器還包括經熱壓成形所製得並結合至磁芯2的磁性底座6。導線3之各鍵合段32是固定於磁性底座6的底面61，且磁性外殼4還包覆部分磁性底座6以局部裸露出導線3之各鍵合段32。在本發明第三實施例中，經冷壓成形的磁芯2的一成形密度是介於4.8 g/cm 2至5.6 g/cm 2間，且經熱壓成形的磁性底座6與磁性外殼4的一成形密度是介於5.6 g/cm 2至6.4 g/cm 2間，且磁芯2的一相對導磁係數是小於磁性底座6與磁性外殼4的一相對導磁係數。此外，本發明第三實施例之電感器磁性底座6與磁性外殼4之一總高度是1.2 mm。
參閱圖18，本發明電感器的製法的一第四實施例大致上是相同於第三實施例，其不同處是在於，第四實施例之製法未實施第三實施例之底座熱壓成形步驟S8，且冷壓成形步驟S1與加熱步驟S2亦有別於第三實施例。
如圖18所示，於實施該冷壓成形步驟S1中，經冷壓的第一磁性組份還成形出結合至磁芯2的磁性底座6。具體地來說，冷壓成形步驟S1是於具有倒T字型模穴的模具73內填充第一磁性組份以令第一磁性組份於倒T字型模穴內同時冷壓成形出磁芯2與磁性底座6。於實施加熱步驟S2中，是加熱磁芯2與磁性底座6。
再參閱圖17，經本發明該第四實施例所製得的電感器大致上是相同於第三實施例，其不同處是在於，結合至磁芯2的磁性底座6是經冷壓成形所製得。磁芯2與磁性底座6的一成形密度是介於4.8 g/cm 2至5.6 g/cm 2間，磁性外殼4的一成形密度是介於5.6 g/cm 2至6.4 g/cm 2間，且磁芯2與磁性底座6的一相對導磁係數是小於磁性外殼4的一相對導磁係數。
為驗證本發明於發明內容所提到的發明概念，申請人擬根據上述之第一、三、四實施例之磁芯2、導線3、磁性底座6與磁性外殼4之尺寸、其所對應使用的磁性粉末之相對導磁係數，及其冷壓成形與熱壓成形之成形密度所相對應之磁通量對磁場強度曲線(BH曲線)為部分模擬參數，提供一個模擬實驗例1(SE1)、一個模擬實驗例3(SE3)、一個模擬實驗例4(SE4)、六個模擬比較例(SCE)，以初步驗證本發明之發明概念。此外，前述各模擬實驗例(SE)與各模擬比較例(SCE)之磁芯2長圓形直徑Φ、線圈段31匝數、導線3截面積尺寸與製法等細部模擬參數，是彙整於下列表1.。
表1. <TABLE border="1" borderColor="#000000" width="85%"><TBODY><tr><td> 模擬例 </td><td> Φ (mm) </td><td> 匝數 </td><td> 導線截面 (mm<sup>2</sup>) </td><td> 製法 </td></tr><tr><td> 磁芯 </td><td> 磁性底座 </td><td> 磁性外殼 </td></tr><tr><td> SE1 </td><td> 0.73 </td><td> 3.5 </td><td> 0.09×0.32 </td><td> CM<b><sup>a</sup></b></td><td> - </td><td> TM<b><sup>b</sup></b></td></tr><tr><td> SE3 </td><td> 0.73 </td><td> 3.5 </td><td> 0.09×0.32 </td><td> CM </td><td> TM </td><td> TM </td></tr><tr><td> SE4 </td><td> 0.73 </td><td> 3.5 </td><td> 0.09×0.32 </td><td> CM </td><td> CM </td><td> TM </td></tr><tr><td> SCE1 </td><td> 0.6615 </td><td> 3.5 </td><td> 0.09×0.32 </td><td> TM </td><td> TM </td><td> TM </td></tr><tr><td> SCE1-1 </td><td> 0.73 </td><td> 3.35 </td><td> 0.09×0.32 </td><td> TM </td><td> TM </td><td> TM </td></tr><tr><td> SCE1-2 </td><td> 0.7805 </td><td> 3.25 </td><td> 0.09×0.32 </td><td> TM </td><td> TM </td><td> TM </td></tr><tr><td> SCE2 </td><td> 0.409 </td><td> 4.5 </td><td> 0.07×0.26 </td><td> CM </td><td> CM </td><td> CM </td></tr><tr><td> SCE2-1 </td><td> 0.4448 </td><td> 4.35 </td><td> 0.07×0.26 </td><td> CM </td><td> CM </td><td> CM </td></tr><tr><td> SCE2-2 </td><td> 0.471 </td><td> 4.25 </td><td> 0.07×0.26 </td><td> CM </td><td> CM </td><td> CM </td></tr><tr><td><b><sup>a.</sup></b> CM：冷壓 <b><sup>b.</sup></b> TM：熱壓 </td></tr></TBODY></TABLE>
此處需補充說明的是，基於電感器在出廠前已被設定有既定的規格感值(L)。因此，顯示於表1.內之各模擬實驗例(SE)與各模擬比較例(SCE)的直徑Φ、導線3之線圈段31的匝數、導線3的截面積是在取得實質相近之感值(221 nH ~ 226 nH)的前提下而設定的模擬參數。
又，前述各模擬實驗例(SE)與各模擬比較例(SCE)之感值(L)、直流阻抗(DCR)、飽和電流值(Isat)經模擬後的模擬結果，是彙整於下列表2.。
表2. <TABLE border="1" borderColor="#000000" width="85%"><TBODY><tr><td> 模擬例 </td><td> L (nH)<b><sup>a</sup></b></td><td> DCR (mΩ) </td><td> Isat (A)<b><sup>b</sup></b></td></tr><tr><td> SE1 </td><td> 221.6 </td><td> 9.9488 </td><td> 6.37 </td></tr><tr><td> SE3 </td><td> 224.2 </td><td> 9.9521 </td><td> 6.19 </td></tr><tr><td> SE4 </td><td> 226.3 </td><td> 9.9488 </td><td> 6.40 </td></tr><tr><td> SCE1 </td><td> 226.1 </td><td> 9.5116 </td><td> 4.516 </td></tr><tr><td> SCE1-1 </td><td> 226.2 </td><td> 9.5934 </td><td> 4.677 </td></tr><tr><td> SCE1-2 </td><td> 226.2 </td><td> 9.7254 </td><td> 4.83 </td></tr><tr><td> SCE2 </td><td> 226.2 </td><td> 17.3720 </td><td> 9.08 </td></tr><tr><td> SCE2-1 </td><td> 226.1 </td><td> 17.3040 </td><td> 8.75 </td></tr><tr><td> SCE2-2 </td><td> 226.1 </td><td> 17.4020 </td><td> 9.06 </td></tr><tr><td><b><sup>a.</sup></b> 起始感值，亦稱為規格感值。 <b><sup>b.</sup></b> 感值自起始感值下降30%時的感值之電流值。 </td></tr></TBODY></TABLE>
上述表2.內所顯示的模擬結果，是對各模擬實驗例(SE)與各模擬比較例(SCE)提供一直流電流(I)並加入一個小訊號(∆i)以作為其模擬條件；其中，I=0.001+∆i，直流電流(I)是自0.001 A逐漸增加至10 A後終止提供直流電流(I)，且是自0.03 A開始以每間隔~0.5 A記錄一筆感值(L)，如圖19的橫軸所示。
根據表2.(配合參閱圖19)的模擬結果顯示可知，磁芯2、磁性外殼4與磁性底座6皆由冷壓所製得的模擬比較例2(SCE2、SCE2-1、SCE2-2)，因其製法所致的低成形密度(4.8 g/cm 2~5.6 g/cm 2)導致其相對導磁係數(μ r)低；因此，雖然可具有高飽和電流(Isat；達8.75 A~9.08 A間)；然而，其直流阻抗(DCR)卻因為達規格電感值所需捲繞的匝數多(見表1.)而大幅地提升(17.3040 Ω~17.4020 Ω間)。相反地，磁芯2、磁性外殼4與磁性底座6皆由熱壓所製得的模擬比較例1(SCE1、SCE1-1、SCE1-2)，因其製法所致的高成形密度(5.6 g/cm 2~6.4 g/cm 2)導致其相對導磁係數(μ r)高；因此，其直流阻抗(DCR)可因為達規格電感值減少所需捲繞的導線匝數而大幅地下降(9.5116 Ω~9.7254 Ω間)；然而，其飽和電流(Isat)卻僅介於4.516 A~4.83 A間。反觀磁芯2、磁性外殼4與磁性底座6是結合冷壓與熱壓所製得的模擬實驗例(SE1、SE3、SE4)，其可在無需增加線圈匝數(見表1.)的前提下達到規格感值，因而其直流阻抗(DCR；9.9488 Ω~9.9521 Ω間)低於冷壓製法(DCR；17.3040 Ω~17.4020 Ω間)，亦可同時令其飽和電流(介於6.19 A~6.40 A間)相對高於熱壓製法(介於4.516 A~4.83 A間)。
此外，再參閱表1.~2.與圖19，雖然SCE1、SCE1-1、SCE1-2等模擬比較例彼此間的磁芯2長圓形直徑Φ、線圈段31匝數與導線3截面積尺寸略有不同，且SCE2、SCE2-1、SCE2-2等模擬比較例彼此間的磁芯2長圓形直徑Φ、線圈段31匝數與導線3截面積尺寸亦略有不同；然而，由圖19之SCE1、SCE1-1、SCE1-2與SCE2、SCE2-1、SCE2-2等六條曲線所顯示的結果可知，SCE1、SCE1-1與SCE1-2三條曲線相近，且SCE2、SCE2-1、SCE2-2三條曲線亦趨近重疊，足見即便是改變磁芯2長圓形直徑Φ、線圈段31匝數與導線3截面積尺寸等模擬參數，其對於模擬結果的影響並不大。根據上述表1.~2.與圖19的詳細說明可得，載於發明內容之發明概念已初步獲得驗證。
為證實本案發明概念與模擬數據一致，申請人更進一步地以一比較例1(CE1)之量測數據與一模擬比較例1-3(SCE1-3)之模擬數據為一組，且以一具體例4(E4)之量測數據與前述模擬實驗例4(SE4)之模擬數據為另一組，來比對並證實量測數據是與模擬數據相互匹配。此處需附帶說明的是，比較例1(CE1)是一全熱壓製程所製得的電感器；模擬比較例1-3(SCE1-3)的模擬條件大致上是相同於模擬比較例1-1(SCE1-1)，其不同處僅在於經設定的線圈段31匝數是3.5圈；具體例4(E4)是根據第四實施例所製得的一電感器。
以比較例1(CE1)與模擬比較例1-3(SCE1-3)為一組的比對結果，是顯示於圖20及表3.。此處須說明的是，比較例1(CE1)的量測條件是在25˚C的環境溫度下以頻率及振幅各為1 MHz與1V的交流電進行電性量測，且量測數據與模擬數據皆是自0.25 A起每間隔0.5 A取一筆感值。
表3. <TABLE border="1" borderColor="#000000" width="85%"><TBODY><tr><td> 條件 </td><td> Φ(0.73 mm)；匝數(3.5)； 導線截面(0.09 × 0.32 mm<sup>2</sup>)；製法(全熱壓) </td></tr><tr><td> 結果 </td><td> 量測 (CE1) </td><td> 模擬 (SCE1-3) </td><td> 誤差 </td><td> 量測／模擬 (%) </td></tr><tr><td> DCR (mΩ) </td><td> 11.5 </td><td> 9.5116 </td><td> -1.9884 </td><td> 120.9050002 </td></tr><tr><td> I (A) </td><td> L (nH) </td></tr><tr><td> 0.25 </td><td> 227.4 </td><td> 245 </td><td> 17.60 </td><td> 92.81632653 </td></tr><tr><td> 0.75 </td><td> 226.3 </td><td> 239 </td><td> 12.70 </td><td> 94.68619247 </td></tr><tr><td> 1.25 </td><td> 222.6 </td><td> 229.2 </td><td> 6.60 </td><td> 97.12041885 </td></tr><tr><td> 1.75 </td><td> 217.15 </td><td> 218.9 </td><td> 1.75 </td><td> 99.2005482 </td></tr><tr><td> 2.25 </td><td> 210.8 </td><td> 209 </td><td> -1.80 </td><td> 100.86124400 </td></tr><tr><td> 2.75 </td><td> 204.05 </td><td> 200.4 </td><td> -3.65 </td><td> 101.82135730 </td></tr><tr><td> 3.25 </td><td> 197.3 </td><td> 191.6 </td><td> -5.70 </td><td> 102.97494780 </td></tr><tr><td> 3.75 </td><td> 190.75 </td><td> 184.1 </td><td> -6.65 </td><td> 103.61216730 </td></tr><tr><td> 4.25 </td><td> 184.5 </td><td> 177.2 </td><td> -7.30 </td><td> 104.11963880 </td></tr><tr><td> 4.75 </td><td> 178.6 </td><td> 171 </td><td> -7.60 </td><td> 104.44444440 </td></tr><tr><td> 5.25 </td><td> 173 </td><td> 165.5 </td><td> -7.50 </td><td> 104.53172210 </td></tr><tr><td> 5.75 </td><td> 167.75 </td><td> 160.4 </td><td> -7.35 </td><td> 104.58229430 </td></tr><tr><td> 6.25 </td><td> 162.8 </td><td> 155.8 </td><td> -7.00 </td><td> 104.49293970 </td></tr><tr><td> 6.75 </td><td> 158.2 </td><td> 151.8 </td><td> -6.40 </td><td> 104.21607380 </td></tr><tr><td> 7.25 </td><td> 153.9 </td><td> 148.4 </td><td> -5.50 </td><td> 103.70619950 </td></tr><tr><td> 7.75 </td><td> 149.8 </td><td> 145.8 </td><td> -4.00 </td><td> 102.74348420 </td></tr><tr><td> 8.25 </td><td> 145.85 </td><td> 143.9 </td><td> -1.95 </td><td> 101.35510770 </td></tr><tr><td> 8.75 </td><td> 142.05 </td><td> 142.4 </td><td> 0.35 </td><td> 99.75421348 </td></tr><tr><td> 9.25 </td><td> 138.45 </td><td> 141.4 </td><td> 2.95 </td><td> 97.91371994 </td></tr><tr><td> 9.75 </td><td> 135 </td><td> 140.3 </td><td> 5.30 </td><td> 96.22238061 </td></tr><tr><td> 10.25 </td><td> 131.7 </td><td> 139.4 </td><td> 7.70 </td><td> 94.47632712 </td></tr></TBODY></TABLE>
參閱圖20可知，曲線CE1與曲線SCE1-3兩者感值的趨勢非常相近。又，根據上述表3.的比對結果可知，其直流阻抗(DCR)的誤差百分比約20%左右，而其感值的誤差百分比更下修至±10%以內。
此外，以具體例4(E4)與模擬比較例4(SCE4)為一組的比對結果，是進一步地顯示於圖21及表4.；其中，量測數據與模擬數據皆是自0.03 A起每間隔約0.5 A取一筆感值。
表4. <TABLE border="1" borderColor="#000000" width="85%"><TBODY><tr><td> 條件 </td><td> Φ(0.73 mm)；匝數(3.5)；導線截面(0.09 × 0.32 mm<sup>2</sup>)； 製法(冷壓磁芯/冷壓磁性底座/熱壓磁性外殼) </td></tr><tr><td> 結果 </td><td> 量測 (E4) </td><td> 模擬 (SCE4) </td><td> 誤差 </td><td> 量測／模擬 (%) </td></tr><tr><td> DCR(mΩ) </td><td> 11 </td><td> 9.9488 </td><td> -1.0512 </td><td> 110.5660984 </td></tr><tr><td> I (A) </td><td> L (nH) </td></tr><tr><td> 0.03 </td><td> 216 </td><td> 226.3 </td><td> 10.30 </td><td> 95.44851966 </td></tr><tr><td> 0.53 </td><td> 214 </td><td> 224.1 </td><td> 10.10 </td><td> 95.49308344 </td></tr><tr><td> 1.02 </td><td> 212 </td><td> 218.8 </td><td> 6.80 </td><td> 96.89213894 </td></tr><tr><td> 1.52 </td><td> 210 </td><td> 212.1 </td><td> 2.10 </td><td> 99.00990099 </td></tr><tr><td> 2.03 </td><td> 207 </td><td> 205.1 </td><td> -1.90 </td><td> 100.92637740 </td></tr><tr><td> 2.53 </td><td> 203.55 </td><td> 198.4 </td><td> -5.15 </td><td> 102.59576610 </td></tr><tr><td> 3.03 </td><td> 199.85 </td><td> 192 </td><td> -7.85 </td><td> 104.08854170 </td></tr><tr><td> 3.53 </td><td> 196 </td><td> 185.8 </td><td> -10.20 </td><td> 105.48977400 </td></tr><tr><td> 4.03 </td><td> 192 </td><td> 180 </td><td> -12.00 </td><td> 106.66666670 </td></tr><tr><td> 4.53 </td><td> 188.05 </td><td> 174.6 </td><td> -13.45 </td><td> 107.70332190 </td></tr><tr><td> 5.03 </td><td> 184.1 </td><td> 169.7 </td><td> -14.40 </td><td> 108.48556280 </td></tr><tr><td> 5.53 </td><td> 180.15 </td><td> 165.2 </td><td> -14.95 </td><td> 109.04963680 </td></tr><tr><td> 6.03 </td><td> 175.9 </td><td> 161.1 </td><td> -14.80 </td><td> 109.18684050 </td></tr><tr><td> 6.53 </td><td> 171.55 </td><td> 157.7 </td><td> -13.85 </td><td> 108.78249840 </td></tr><tr><td> 7.03 </td><td> 167.4 </td><td> 154.8 </td><td> -12.60 </td><td> 108.13953490 </td></tr><tr><td> 7.53 </td><td> 163.8 </td><td> 152.6 </td><td> -11.20 </td><td> 107.33944950 </td></tr><tr><td> 8.02 </td><td> 159.85 </td><td> 151 </td><td> -8.85 </td><td> 105.86092720 </td></tr><tr><td> 8.52 </td><td> 155.9 </td><td> 149.5 </td><td> -6.40 </td><td> 104.28093650 </td></tr><tr><td> 9.02 </td><td> 151.9 </td><td> 148.3 </td><td> -3.6 </td><td> 102.42751180 </td></tr><tr><td> 9.52 </td><td> 147.95 </td><td> 147.2 </td><td> -0.75 </td><td> 100.50951090 </td></tr><tr><td> 10 </td><td> 143 </td><td> 146.1 </td><td> 3.1 </td><td> 97.87816564 </td></tr></TBODY></TABLE>
參閱圖21可知，曲線E4與曲線SCE4兩者感值的趨勢相近。此外，根據上述表4.的比對結果可知，其直流阻抗(DCR)的誤差百分比與感值的誤差百分比皆落在±10%左右。
由上述表3.、表4.、圖20與圖21的詳細說明可證實，本案根據載於發明內容之發明概念來實施本案技術所取得的量測數據與模擬數據趨勢相近，且感值的誤差百分比皆落在±10%以內。
申請人更將上述比較例1(CE1)及具體例4(E4)之量測結果，拿來與Taiyo之型號為MAMK2520HR22M的電感器及Cyntec之型號為HMLB25201B-R22MSR的電感器之量測結果一起比較(見下列表5.)。
表5 <TABLE border="1" borderColor="#000000" width="85%"><TBODY><tr><td> 量測結果 </td></tr><tr><td> 供應商 </td><td> 型號/實施例 </td><td> L (nH) </td><td> DCR (mΩ) </td><td> Isat (A) </td></tr><tr><td> Taiyo </td><td> MAMK2520HR22M </td><td> 220 </td><td> 15.0 </td><td> 8.50 </td></tr><tr><td> Cyntec </td><td> HMLB25201B-R22MSR </td><td> 220 </td><td> 8.4 </td><td> 7.10 </td></tr><tr><td> 申請人 </td><td> CE1 </td><td> 231 </td><td> 11.5 </td><td> 6.67 </td></tr><tr><td> 申請人 </td><td> E4 </td><td> 227 </td><td> 11.0 </td><td> 9.11 </td></tr></TBODY></TABLE>
Taiyo所產之規格感值(L)為220 nH的電感器雖然其飽和電流值(Isat)可達8.5 A，但其直流阻抗(DCＲ)卻高至15 mΩ。又，同樣規格感值(L)亦為220 nH之產自Cyntec的電感器，雖然其直流阻抗(DCR)僅為8.4 mΩ，但其飽和電流值(Isat)卻僅有7.10 A。規格感值(L)為231 nH之經全熱壓成形所製得的比較例1(CE1)之直流阻抗(11.5 mΩ)雖低於Taiyo(15.0 mΩ)，但其飽和電流值(Isat)卻低於(6.67 A)Taiyo(8.50 A)。比較例1(CE1)的量測結果應屬其全熱壓成形所致。換句話說，熱壓成形的磁性體因成形密度高而具有相對導磁係數(μ r)高的特性，其達到規格感值(L)所需捲繞的線圈匝數少，因而直流阻抗(DCR)低；然而，高相對導磁係數(μ r)導致其飽和電流值(Isat)低。
反觀本發明之規格感值(L)為227 nH的具體例4(E4)，其直流阻抗(DCR)為11.0，略低於比較例1(CE1)的11.5。然而，具體例4(E4)之飽和電流值(Isat)已提升至9.11 A，相對高於比較例1(CE1)的6.67 A，其主要原因應屬其製法所致。詳細地來說，本發明一方面是利用冷壓成形之磁芯2的低相對導磁係數(μ r)以達高飽和電流值(Isat)的特性，另一方面亦藉由熱壓成形的磁性底座6與磁性外殼4所具備的高相對導磁係數(μ r)特性來包覆磁芯2與線圈段31，令捲繞於磁芯2上之線圈段31在無需增加匝數的前提下便可達到規格感值，以減低直流阻抗(DCR)所引發的電子設備熱當問題，並同時補償飽和電流值(Isat)。
綜上所述，本發明電感器的製法及其製品，結合冷壓成形之磁芯2的低相對導磁係數(μ r)值以達高飽和電流值(Isat)的特性，與熱壓成形的磁性外殼4(及磁性底座6)所具備之高相對導磁係數(μ r)的特性來包覆磁芯2與線圈段31，令捲繞於磁芯2上的線圈段31在無需增加匝數的前提下便可達到規格感值(L)，以減低直流阻抗(DCR)所引發的電子設備熱當問題，並同時補償飽和電流值(Isat)，故確實能達成本發明的目的。
惟以上所述者，僅為本發明的實施例而已，當不能以此限定本發明實施的範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。
2‧‧‧磁芯
723‧‧‧導線架限位槽
3‧‧‧導線
73‧‧‧模具
31‧‧‧線圈段
730‧‧‧倒T字型模穴
32‧‧‧鍵合段
L‧‧‧長度
33‧‧‧待裁切段
Y‧‧‧軸線
4‧‧‧磁性外殼
Φ‧‧‧直徑
41‧‧‧底面
S1‧‧‧冷壓成形步驟
5‧‧‧導線架
S2‧‧‧加熱步驟
51‧‧‧引腳
S3‧‧‧繞線步驟
52‧‧‧本體
S4‧‧‧封裝熱壓成形步驟
6‧‧‧磁性底座
S5‧‧‧衝切步驟
61‧‧‧底面
S6‧‧‧導線塑型步驟
71‧‧‧磁芯用模具
S7‧‧‧焊接步驟
710‧‧‧柱狀模穴
S71‧‧‧第一焊接次步驟
72‧‧‧封裝用模具
S72‧‧‧第二焊接次步驟
721‧‧‧中心限位槽
S8‧‧‧底座熱壓成形步驟
722‧‧‧限位溝渠
本發明的其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 　圖1是一立體圖，說明中國大陸第104700981 A早期公開號發明專利案所公開的表面貼著型電感器； 　圖2是一元件製作流程圖，說明圖1之製法； 　圖3是一方塊圖，說明本發明電感器的製法的一第一實施例的流程； 　圖4是一元件製作流程圖，說明本發明第一實施例之製法的一冷壓成形步驟、一加熱步驟，及一繞線步驟； 　圖5是一俯視示意圖，說明本發明第一實施例之製法於實施一封裝熱壓成形步驟時，一捲繞有一導線的磁芯被置入一封裝用模具內的態樣； 　圖6是一元件製作流程圖，說明本發明第一實施例之製法的封裝熱壓成形步驟、一衝切步驟及一導線塑型步驟； 　圖7是一俯視示意圖，說明由本發明第一實施例所製得的電感器； 　圖8是圖7的一正視示意圖； 　圖9是一方塊圖，說明本發明電感器的製法的一第二實施例的流程； 　圖10是一俯視示意圖，說明第二實施例之製法於實施一焊接步驟時的實施態樣； 　圖11是一元件製作流程圖，說明本發明第二實施例之製法的封裝熱壓成形步驟、衝切步驟及導線塑型步驟； 　圖12是一俯視示意圖，說明由本發明第二實施例所製得的電感器； 　圖13是圖12的一正視示意圖； 　圖14是一方塊圖，說明本發明電感器的製法的一第三實施例的流程； 　圖15是一正視示意圖，說明本發明第三實施例之製法的一底座熱壓成形步驟； 　圖16是一元件製作流程圖，說明本發明第三實施例之製法的導線塑型步驟及封裝熱壓成形步驟； 　圖17是一正視示意圖，說明由本發明第三實施例所製得的電感器； 　圖18是一元件製作流程圖，說明本發明電感器的製法的一第四實施例之冷壓成形步驟及加熱步驟； 　圖19是一電感對電流曲線圖，說明本發明之模擬數據； 　圖20是一電感對電流曲線圖，說明本發明一比較例1(CE1)之電感器的量測數據及一模擬比較例1-3(SCE1-3)之電感器的模擬數據之比對；及 　圖21是一電感對電流曲線圖，說明本發明一具體例4(E4)之電感器的量測數據及一模擬實驗例4(SE4)之電感器的模擬數據之比對。

Claims (10)

  1. 一種電感器的製法，包含： 一冷壓成形步驟，是令一第一磁性組份經冷壓成形出一磁芯； 一加熱步驟，是加熱該磁芯； 一繞線步驟，是捲繞一導線之一線圈段於該經加熱的磁芯，以令該導線之相反兩鍵合段是分別自該線圈段的兩相反端部背向該磁芯延伸；及 一封裝熱壓成形步驟，是於該繞線步驟後，在一模具內置入捲繞有該導線的該磁芯後，於該模具內填充一第二磁性組份以令該第二磁性組份於該模具內經熱壓成形出一至少包覆該磁芯及該導線之該線圈段的磁性外殼。
  2. 如請求項1所述的電感器的製法，於該加熱步驟與該封裝熱壓成形步驟之間還包含一焊接步驟，且於該封裝熱壓成形步驟之後還依序包含一衝切步驟及一導線塑形步驟； 該焊接步驟是令該導線之該兩鍵合段分別對應焊接於一導線架之彼此間隔設置的一對引腳； 於實施該封裝熱壓成形步驟中，該磁性外殼還包覆該導線之各鍵合段並局部裸露出該導線架之各引腳； 該衝切步驟是衝切掉該導線架之一銜接於各引腳的本體；及 該導線塑形步驟是彎折被裸露於該磁性外殼外之該導線架的各引腳以固定於該磁性外殼之一底面。
  3. 如請求項1所述的電感器的製法，於該加熱步驟與該繞線步驟之間還包含一底座熱壓成形步驟，且於該繞線步驟與該封裝熱壓成形步驟之間還包含一導線塑形步驟； 該底座熱壓成形步驟是令一第三磁性組份經熱壓成形出一結合至該磁芯的磁性底座； 該導線塑形步驟是彎折遠離該磁芯之該導線的各鍵合段以固定於該磁性底座；及 於實施該封裝熱壓成形步驟中，該磁性外殼還包覆部分該磁性底座以裸露出該導線之各鍵合段。
  4. 如請求項1所述的電感器的製法，於該繞線步驟與該封裝熱壓成形步驟之間還包含一導線塑形步驟； 於實施該冷壓成形步驟中，經冷壓的該第一磁性組份還成形出一結合至該磁芯的磁性底座； 於實施該加熱步驟中，是加熱該磁芯與該磁性底座； 該導線塑形步驟是彎折遠離該磁芯之該導線的各鍵合段以固定於該磁性底座；及 於實施該封裝熱壓成形步驟中，該磁性外殼還包覆部分該磁性底座以裸露出該導線之各鍵合段。
  5. 如請求項1所述的扼流器的製法，其中，於該冷壓成形步驟中的該第一磁性組份含有一磁性粉末及一黏結劑，且該加熱步驟是在一令該第一磁性組份之黏結劑未達固化的條件下實施。
  6. 一種電感器，包含： 一磁芯，是經冷壓成形所製得； 一導線，具有一捲繞於該磁芯的線圈段，及兩分別自該線圈段之兩相反端部背向該磁芯延伸的鍵合段；及 一磁性外殼，至少包覆該磁芯與該導線之該線圈段且是經熱壓成形所製得。
  7. 如請求項6所述的電感器，還包含一經熱壓成形所製得並結合至該磁芯的磁性底座，該導線之各鍵合段是固定於該磁性底座，且該磁性外殼還包覆部分該磁性底座以裸露出該導線之各鍵合段，該磁芯的一成形密度是介於4.8 g/cm 2至5.6 g/cm 2間，且該磁性底座與該磁性外殼的一成形密度是介於5.6 g/cm 2至6.4 g/cm 2間，且該磁芯的一相對導磁係數是小於該磁性底座與該磁性外殼的一相對導磁係數。
  8. 如請求項6所述的電感器，還包含一經冷壓成形所製得並結合至該磁芯的磁性底座，該導線之各鍵合段是固定於該磁性底座，且該磁性外殼還包覆部分該磁性底座以裸露出該導線之各鍵合段，該磁芯與該磁性底座的一成形密度是介於4.8 g/cm 2至5.6 g/cm 2間，該磁性外殼的一成形密度是介於5.6 g/cm 2至6.4 g/cm 2間，且該磁芯與該磁性底座的一相對導磁係數是小於該磁性外殼的一相對導磁係數。
  9. 一種電感器的製法，包含： 令一第一磁性組份經冷壓成形出一磁芯； 加熱該經冷壓成形所獲得的磁芯； 提供一導線，其具有一線圈段； 將該導線之該線圈段捲繞於該經加熱後的磁芯； 令一第二磁性組份至少包覆該磁芯及該導線的該線圈段；及 將該第二磁性組份以熱壓成形方式形成一至少包覆該磁芯及該導線的該線圈段的一磁性外殼。
  10. 一種電感器的製法，包含： 令一包含一黏結劑的第一磁性組份經冷壓成形出一磁芯； 加熱該經冷壓成形所獲得的磁芯，且該磁芯內的該黏結劑經該加熱後係呈尚未固化狀態； 將一導線的一部分捲繞於該經加熱後的磁芯； 令一第二磁性組份至少包覆該磁芯及該導線的該部分；及 將該第二磁性組份以熱壓成形方式形成一至少包覆該磁芯及該導線的該部分的一磁性外殼，且於該熱壓成形後，該磁芯內的該黏結劑接觸該磁性外殼的部分係呈固化狀態。
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