TWI729910B - 磁芯、磁芯電極的製作方法及電感元件 - Google Patents

Abstract

一種磁芯電極的製作方法，包含一準備步驟、一導電化步驟，及一電極形成步驟。該準備步驟是準備一含有磁性粉末且為絕緣的磁芯，該導電化步驟是於該磁芯表面的預定區域內透過雷射進行表面改質，使預定區域內的磁性粉末轉變成金屬粒子，而形成至少二具有導電性且彼此間隔的導電區，該電極形成步驟是於各導電區上鍍設形成一由金屬層組成的電極。本發明透過雷射的方式使絕緣的表面轉變成導電區，能直接形成該等電極而無須使用銀膠，進而降低生產成本，且該等電極與該磁芯間的附著力良好，不會輕易脫落。此外，本發明還提供由前述製法製得的磁芯及電感元件。

Description

磁芯、磁芯電極的製作方法及電感元件

本發明是關於一種磁芯及其製作方法，特別是指一種磁芯電極的製作方法、磁芯，及含有該磁芯的被動元件。

磁芯通常由低導電率的鐵氧粉末或合金粉末構成，由於其具有高電阻及磁性材料所特有的保磁力，因此，可應用於變壓器、電磁波吸收塗料或被動元件，其中，電感元件則是磁芯常見的應用之一。傳統磁芯電感的基本結構包括一壓鑄成型的磁芯、一位於該磁芯內部的線圈，及二分別鍍設於該磁芯兩側且由金屬材料構成的電極層，且該線圈的兩端部分別連接該等電極層。然而，因為磁芯表面具有絕緣的特性，使該等電極層無法輕易地以電鍍的方式鍍覆於該磁芯表面上。

現有的方法是在形成該等電極層之前，先透過印刷或塗佈等方式將銀膠披覆於該磁芯上預定形成該等電極層的區域，隨後，藉由熱處理將該銀膠燒結，而於該磁芯的表面形成一具有導電性的銀膠層，之後再透過該銀膠層作為電鍍的媒介以使後續的電鍍製程得以進行，而可於該銀膠層上形成該等電極層。然而，銀膠的使用會導致生產成本大幅提高，且因該銀膠層與該磁芯之間的結合力不足，若長期使用該磁芯電感，也容易使該等電極層自該磁芯上剝離。

因此，本發明的目的，即在提供一種磁芯電極的製作方法，可以省去銀膠的使用，並直接於磁芯上形成電極。

於是，本發明磁芯電極的製作方法，包含一準備步驟、一導電化步驟，及一電極形成步驟。

該準備步驟是準備一具有磁性粉末且為絕緣特性的磁芯本體。

該導電化步驟是藉由雷射於該磁芯本體的表面上至少二彼此間隔的預定區域進行表面處理，使該等預定區域的磁性粉末被雷射激化而轉變為具有導電性的金屬粒子，而將每一預定區域改質成具有導電性的導電區。

該電極形成步驟是透過鍍膜的方式於每一導電區形成一由導電材料構成的電極。

又，本發明的另一目的，即在提供一種具有電極的磁芯。

於是，本發明具有電極的磁芯，包含一磁芯本體、至少二導電區，及至少二電極。

該磁芯本體具有磁性粉末且為絕緣性質。

該等導電區具有導電性質且彼此間隔地形成於該磁芯本體的表面，該等導電區是由磁性粉末經由雷射激化而轉變形成，並具有與該磁性粉末的金屬相同的金屬粒子。

該等電極分別形成於該等導電區，並包括至少一金屬層。

又，本發明的另一目的，即在提供一種電感元件。

於是，本發明電感元件，包含一如前所述的具有電極的磁芯，及一與該磁芯本體接觸的導電線圈，且該導電線圈的兩端部分別與該磁芯電極的該等電極連接。

本發明的功效在於：透過雷射激化，令磁芯本體預定區域內的磁性粉末還原成金屬粒子，使磁芯本體表面的導電性提升，而形成具有導電性的導電區，而得以於該等導電區上直接電鍍形成該等電極，進而省去銀膠的使用以降低生產成本，且該等電極與該磁芯本體間的附著力良好，不會輕易脫落。

在本發明被詳細描述前，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。

參閱圖6，本發明磁芯電極的製作方法的一實施例，是用於製備一如圖6所示具有電極的磁芯。

該具有電極的磁芯包含一磁芯本體2、至少二導電區3，及至少二電極4。

該磁芯本體2包括高阻值的磁性粉末20而具有絕緣的特性，在本實施例中，該等磁性粉末20是以鐵基合金，例如：鐵矽、鐵矽鉻，及鐵矽鋁的其中至少一種為例，但並不以此為限。

該等導電區3位於該磁芯本體2的表層區域且彼此間隔，是由磁性粉末20經由雷射處理轉變而成，具有與該磁性粉末20的金屬相同的金屬粒子31並具有導電性。

該等電極4由導電材料構成，在本實施例中是以選自例如：銅、鎳、錫、銀，及其相關合金金屬的其中至少一種為例，但並不以此為限。該等電極4分別對應並設置於該等導電區3，以供對外電連接。其中，每一個電極4可視需求而具有單層或多層結構，於圖6中是以該每一個電極4具有二層金屬層41、42為例，例如該金屬層41可為鎳金屬，該金屬層42可為錫金屬，然實際實施時並不以此為限。

參閱圖1，本發明該磁芯電極的製作方法的實施例，依序包含一準備步驟51、一導電化步驟52，及一電極形成步驟53。

配合參閱圖1、圖2，該準備步驟51是先準備該磁芯本體2。在本實施例中，該磁芯本體2是藉由將該磁性粉末20置入一模具中，再以模鑄成型的方式壓鑄得到該磁芯本體2為例說明，但該磁芯本體2的實際製作並不以此為限。

在此需要說明的是，該磁芯本體2的外形可視需求及應用而有各種形狀態樣，無需特別限制。例如，該磁芯本體2可以為如圖2所示的柱狀體，或是該磁芯本體2也可以是如圖3所示具有一柱狀體21，及二自該柱狀體21兩端延伸形成的板體22，該等板體22可供形成該等導電區3與該等電極4，且相較於該柱狀體21能提供更大的區域供對外電連接。

接著，配合參閱圖1、圖4及圖5，進行該導電化步驟52，於該磁芯本體2表面定義至少二預定區域30，該等預定區域30之間彼此間隔，並透過雷射於該等預定區域30內對該磁芯本體2進行表面改質，令該磁芯本體2於該等預定區域30內的磁性粉末20被雷射激化還原得到金屬粒子31，而使每一預定區域30轉變成一具有導電性的導電區3。此外，形成該等導電區3與該等電極4並沒有限定要在該磁芯本體2的相對兩側，也可以形成在相同的一面上，以圖3之磁芯本體2為例，該等導電區3與該等電極4分別位於該磁芯本體2的不同側，然，實際實施時，也可以僅在其中一板體22的相同表面形成該等導電區3與對應的該等電極4，而沒有特別的限制。其中，前述雷射所選用的頻率介於20~400kHz，輸出功率介於1~100W，在進行表面改質時，雷射所設定的速度介於100~2000mm/s，光點間距介於0.0001~1.0000單位，並可依需求於該等預定區域30內進行一次至數次雷射處理，使該等預定區域30內的磁性粉末20能接收到足夠的能量以轉化得到金屬粒子31。在一些實施例中，該雷射可以選用光纖雷射、二氧化碳雷射，或紫光雷射。

該磁性粉末20選自合金金屬粉末(例如：鐵矽鉻系合金)，因此，當利用雷射對該磁芯本體2進行表面改質時，位於該磁芯本體2表面的磁性粉末20的金屬離子可獲得來自雷射的能量而被還原成金屬態，也就是說，該等預定區域30內，位於該磁芯本體2表層的磁性粉末20由原本的高阻值金屬氧化物或合金粉末，因雷射所提供的能量發生氧化還原反應，而被還原產生低阻值且相對應的金屬粒子31，而將原本絕緣的預定區域30改質成具有導電性的導電區3。

此外，在一些實施例中，該磁芯本體2外表面還可包覆一由例如環氧樹酯、對聚二甲苯等絕緣材料構成的絕緣高分子層(圖未示)，亦或是該等磁性粉末20為外圍包覆有絕緣高分子層(圖未示)的核殼結構，而令由該等磁性粉末20構成的該磁芯本體2表面會披覆一層絕緣的高分子層。此時，於執行該導電化步驟52時則可分次進行，先將絕緣高分子層移除後再對自該預定區域30露出的磁芯本體2進行表面改質，或是可透過雷射功率的設定，讓雷射強度足以移除位於該預定區域30的該絕緣高分子層後，仍有足夠的能量而可直接於露出的該磁芯本體2的表面進行改質，如此則可以單步驟同時移除該絕緣高分子層並使該磁芯本體2的表面轉變成具有導電性的導電區3。

參閱圖1與圖6，接著，進行該電極形成步驟53，透過電鍍或化鍍的方式自每一導電區3的表面進行鍍膜以形成該電極4，而製得該磁芯電極。由於前述電鍍及化鍍所需使用的材料及相關製程參數的控制為本技術領域者所熟知，因此，於此不再多加說明。

前述該具有電極的磁芯可應用於變壓器或電容、電感等被動元件，於下述實施例中是以將該具有電極的磁芯應用於被動元件的電感元件為例說明，然，實際應用並不限於此。

參閱圖7、圖8，本實施例具有電極的磁芯可應用於電感，而製成一電感元件6。

該電感元件6包含一如前所述的具有電極的磁芯61，及一導電線圈62。其中，該導電線圈62可以是如圖7所示，埋設於該磁芯本體2內，且令兩端部分別露出於該等導電區3以跟該等電極4連接；或是如圖8所示纏繞於該磁芯本體2外圍，再令該導電線圈62的兩端部分別與該等電極4連接。

當要製得如圖7所示的該電感元件6時，可於前述該準備步驟51時將該導電線圈62埋設於該等磁性粉末20中，再以模鑄成型的方式壓鑄，將該導電線圈62埋設於該磁芯本體2內，控制令該導電線圈62的兩端分別對應位於該導電區3內，並露出於該等導電區3，因此，於該電極形成步驟53後，即可令該導電線圈62的兩端與該等電極4連接，即可得製該電感元件6。

茲以下述具體例1~3說明藉由選用不同的雷射參數於該磁芯本體2上進行該導電化步驟52製得之磁芯電極。

具體例1

準備一經由該準備步驟51所取得，由鐵矽鉻磁性粉末構成的磁芯本體2，於該磁芯本體2表面的預定區域30內進行該導電化步驟52。在本具體例中，是選用設定參數為頻率200kHz、功率50%的光纖雷射來進行表面處理，並以速度1000mm/s、光點距離0.035單位，於該等預定區域30內進行數次單方向操作，雷射次數1次，以形成該等導電區3。隨後，在該電極形成步驟53中，在每一該導電區3表面先電鍍形成一鎳金屬層，再將該鎳金屬層作為電鍍面以電鍍形成一錫金屬層。

具體例2

該具體例2與該具體例1的材料及製程雷同，不同處在於該具體例2是選用光纖雷射來進行表面處理時，所使用的雷射設定參數為頻率40kHz、功率70%，並以速度2000mm/s、光點距離0.05單位，於該等預定區域30內以單一方向進行多次操作而形成該等導電區3，且雷射次數1次。

具體例3

該具體例3與該具體例1的材料及製程雷同，不同處在於該具體例3是透過光纖雷射於該等預定區域30內進行表面處理，所設定的雷射參數為頻率200kHz，功率為30%，並以速度1000mm/s、光點距離0.0075單位，於該等預定區域30內進行數次單向操作，雷射次數2次，以形成該等導電區3。

比較例

該比較例的磁芯本體2與該具體例1相同，不同處在於該比較例的磁芯電極製備方式是先於該磁芯本體2的該等預定區域30塗佈銀膠，並經過150℃~250℃或700℃~800℃燒結後形成導電介質層，再利用與該具體例1相同的製程於該等導電介質層上分別形成金屬層而得到。

接著，將以前述具體例1~3，及該比較例製得的具有電極的磁芯進行電極的附著性測試與垂直剝離強度測試，用以進一步確認該等電極4的附著性。茲將該具體例1~3及比較例的測試結果整理於表1。

附著性測試：

分別將經由具體例1~3及比較例所製得的具有電極的磁芯放入溫度為395℃之錫爐中浸泡3秒，並觀察該等電極4與該磁芯本體2的附著情形。

垂直剝離強度測試：

藉由表面焊接技術(Surface Mount Technology，SMT)分別將具體例1~3及比較例所製得的具有電極的磁芯透過該等電極4焊接在一測試電路板的導電線路上，並沿著垂直且遠離該電路板的方向對該等磁芯緩慢地施力，以檢測該等電極4自該電路板剝離的垂直剝離強度。

表1

	附著性測試 (電極是否剝離)	垂直剝離強度 (N)
具體例1	未剝離	16.5
具體例2	未剝離	16.2
具體例3	未剝離	16.0
比較例	剝離	13.2

參閱表1，在該附著性測試中，分別將經由具體例1~3及比較例所製得的具有電極的磁芯放入高溫(約395℃)之錫爐中浸泡3秒，以觀察該等電極4的附著情形，可得知由前述具體例1~3所製得的電極4在經過高溫錫爐浸泡後，該等電極4仍能附著於該磁芯本體2上而不會脫落，相較於該比較例在相同的條件下浸泡錫爐之後，其電極自該磁芯本體2脫落，本實施例之製法所得到的電極4，其附著性更加良好。

在該垂直剝離強度測試中，藉由具體例1~3之製程所製得的該等電極4，其垂直剝離強度約16~17N(如表1所示)，相較於該比較例，亦即傳統中以銀膠作為媒介而電鍍形成的電極，其垂直剝離強度約為13.2N，可以得知，藉由雷射的方式於該磁芯本體2的表面形成該等導電區3，而得以直接在該等導電區3鍍設形成該等電極4，且該等電極4的附著力並不會因省去銀膠的使用而因此下降。

此外，由前述具體例1~3之製法所形成的該等電極4於該等導電區3上的覆蓋面積大於95%，也就是說，在該導電化步驟52中，透過雷射處理的方式能有效地將原本為絕緣性質的該等預定區域30改質成具有導電性的該等導電區3，且經由雷射照射後所形成之該等導電區3的表面為緻密的結構，因此，後續形成於該等導電區3的該等電極4也會是連續而緻密的結構，而得以使本發明所形成的電極4的結構可較傳統方式製作的電極結構更佳。

綜上所述，本發明藉由雷射方式進行表面處理，使該磁芯本體2表面的磁性粉末20獲得能量而還原成金屬粒子31，令原本表面絕緣的磁芯本體2上形成數個具有導電性的導電區3，因此可直接以鍍膜(電鍍或化鍍)方式將該等電極4形成於該等導電區3上，而能省去習知為了於絕緣的磁芯表面形成電極，因此須使用銀膠作為導電介質層的缺點，而使生產成本大幅降低，且該等電極4結構連續且緻密並與該磁芯本體2間的附著性良好，不會輕易剝離，因此能提高該磁芯電極的產品良率及使用壽命，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:磁芯本體 20:磁性粉末 21:柱狀體 22:板體 30:預定區域 3:導電區 31:金屬粒子 4:電極 41、42:金屬層 51:準備步驟 52:導電化步驟 53:電極形成步驟 6:電感元件 61:磁芯 62:導電線圈

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是一流程圖，說明本發明磁芯電極的製作方法的一實施例； 圖2是一示意圖，說明該實施例的一準備步驟，及一磁芯本體的態樣； 圖3是一示意圖，說明該實施例中該磁芯本體的另一態樣； 圖4是一示意圖，延續圖2說明該實施例的一導電化準備步驟； 圖5是一局部示意圖，輔助說明圖4中A的放大圖，說明該實施例的結構； 圖6是一示意圖，延續圖4說明該實施例的一電極形成步驟。 圖7是一示意圖，說明本發明電感元件的一實施例；及 圖8是一示意圖，說明該電感元件的另一態樣。

51:準備步驟

52:導電化步驟

53:電極形成步驟

Claims (10)

1. 一種磁芯電極的製作方法，包含：一準備步驟，準備一包括磁性粉末且為絕緣特性的磁芯本體，該磁性粉末選自合金金屬粉末，並於該磁芯本體的外圍包覆一絕緣高分子層；一導電化步驟，於該絕緣高分子層表面至少二相間隔的預定區域以雷射方式移除位於該等預定區域的該絕緣高分子層，以令該等預定區域內的磁芯本體露出，並對自該等預定區域露出的該磁芯本體表面進行雷射處理，使該磁芯本體位於該等預定區域的表面被雷射激化而轉變為具有導電性的金屬粒子，而轉變成具有導電性的導電區；及一電極形成步驟，於每一導電區利用鍍膜方式形成一由導電材料構成的電極。
2. 如請求項1所述磁芯電極的製作方法，其中，該導電化步驟中選用的雷射的種類為光纖雷射、二氧化碳雷射，及紫光雷射。
3. 如請求項1所述磁芯電極的製作方法，其中，該導電化步驟中，雷射所選用的頻率介於20~400kHz，功率介於1~100W。
4. 如請求項1所述磁芯電極的製作方法，其中，該導電化步驟中，雷射所設定的速度介於100~2000mm/s。
5. 如請求項1所述磁芯電極的製作方法，其中，該導電化步驟中，雷射的光點間距介於0.0001~1.0000單位。
6. 如請求項1所述磁芯電極的製作方法，其中，該電極形成步驟是透過電鍍的方式自每一該導電區的表面形成該電極。
7. 一種具有電極的磁芯，包含：一磁芯本體，具有磁性粉末且為絕緣性質，該磁性粉末選自合金金屬粉末；至少二導電區，位於該磁芯本體的表面且彼此間隔，並具有導電性，該等導電區是由磁性粉末經雷射處理轉變而成並具有與該磁性粉末的金屬相同的金屬粒子；一絕緣高分子層，包覆該磁芯本體的表面，且令形成於該磁芯本體表面的該至少二彼此間隔的導電區對外露出；及至少二電極，分別設置於每一該導電區，並包括至少一金屬層。
8. 一種電感元件，包含：一如請求項7所述具有電極的磁芯；及一導電線圈，與該磁芯接觸，且該導電線圈的兩端部分別與該磁芯的該等電極連接。
9. 如請求項8所述的電感元件，其中，該導電線圈埋設於該磁芯本體內部，且該導電線圈的兩端部露出該磁芯本體的表面，並分別與該等電極連接。
10. 如請求項8所述的電感元件，其中，該導電線圈纏繞於該磁芯本體外圍。

Images