TWI815227B - 一種一體共燒電感及其製備方法 - Google Patents
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Abstract
本發明提供了一種一體共燒電感及其製備方法，所述的製備方法包括：模腔內分批填入磁粉，相鄰兩層磁粉的種類不同，向其中一層磁粉中埋入至少一根導線，導線兩端伸出模腔，隨後依次進行模壓成型和熱處理得到磁芯，對伸出磁芯外的導線折彎上錫後得到所述的共燒電感。本發明提供的製備方法採用一體式成型工藝製備電感，避免了過多組件的組裝工序，一體成型後進行熱處理，充分釋放應力，降低材料的磁滯損耗，輕載工況下，器件的損耗降低，導線與磁芯之間沒有額外空隙，磁芯中均勻分佈氣隙，減少渦流損耗的振動噪聲。
Description
本發明屬於電感技術領域，涉及一種一體共燒電感及其製備方法。
近年來，隨著行動裝置、家電、汽車、工業設備、資料中心伺服器、基地台伺服器等設備的大規模使用，能耗成為一個關鍵的考量因素。組件的小型化、多機能、高性能化、省電化不斷發展，搭載的電子元件就更加要求小型/薄型化且高性能化。提升在DC-DC轉換器中的效率，減少發熱是電子元件小型化的關鍵條件。尤其是核心電源電路伴隨著DC-DC轉換器IC的高速轉換，以及使用的電感器的低阻抗化的進一步發展，也越來越要求小型/薄型化、低直流阻抗、對應大電流、高可靠性。
第三代半導體目前用於功率器件已經逐漸成為主流，尤其是氮化鎵(GaN)和碳化矽(SiC)的技術已經相對成熟，適用於製造耐高溫、耐高壓、耐大電流的高頻大功率器件，其中，功率半導體為其主要的應用領域。氮化鎵在高頻電路中優勢凸顯，是當前行動通訊中有力競爭者，當前主要運用場景主要集中於基站端功率放大器、航空航太等軍用領域，同時也逐步走向消費電子領域，其具有的高輸出功率、高能效特性，使其能在既定功率水準下能夠做到更小的體積，因此在電源快充產品中得以應用。而碳化矽材料物理性能優於矽等材料，碳化矽單晶的禁帶寬度約為矽材料禁帶寬度的3倍，導熱率為矽材料的3.3倍，電子飽和遷移速度是矽的2.5倍，擊穿場強是矽的5倍，在高溫、高壓、高頻、大功率電子器件具有不可替代的優勢。隨著碳化矽功率半導體在特斯拉等高端車市場成功運用，未來汽車領域將是碳化矽成長主要動力。
功率半導體是電子裝置中電能轉換與電路控制的核心，是實現電子裝置中電壓、頻率、直流交流轉換等功能的核心部件。功率IC、IGBT、MOSFET、二極體是四種運用最為廣泛的功率半導體產品。與功率半導體協調作用，提升電源電能轉換效率的電感電容等電子元器件同樣需要配合第三代半導體的發展趨勢。高頻、大電流、高飽和電流、高可靠性的電感也是高能效電源的必要組成部分。
傳統的耐大電流電感，一般通過將軟磁材料做成分立的組件，再將線圈置於磁芯上，通過設計氣隙來實現電感器件的高飽和疊加電流。這種形式的電感由於需要開氣隙和組織的需要，尺寸往往比較大，尤其是厚度方向往往超過3mm甚至達到7mm。這是由於軟磁鐵氧體材料本身的特點，雖然磁導率較高，但是由於其飽和磁感應強度低，在外場下容易飽和，為了提高耐飽和電流能力，需要開氣隙降低有效磁導率。增加的氣隙就增加了器件的尺寸，同時在製造工藝上需要組裝和公差匹配，對產品生產的良率造成一定影響。
金屬磁粉芯材料由於其高飽和磁感應強度、高溫度穩定性、耐衝擊、低噪聲的特性，最近幾年發展迅速，尤其是在一體成型電感領域，以FeSiCr、羰基鐵、鐵鎳等金屬軟磁材料的應用突飛猛進。一體式成型電感，採用金屬軟磁材料，將線圈置於金屬粉芯後一體成型。
CN205230770U公開了一種立式薄型大電流電感器，該電感器包括上磁芯、下磁芯及設置在上磁芯、下磁芯之間的電感線圈，所述電感線圈由扁平型金屬銅線繞製後，伸出的上下兩個扁平引腳折彎成90度，且兩個扁平引腳方向為相對的方向，所述上磁芯為方體，下磁芯設置有收納電感線圈凹槽，凹槽中部設置一用於固定電感線圈的定位柱。這種電感元件，由於繞線的原因，線圈要採用漆包線，成型壓力不易過大，否則容易造成線圈絕緣層被破壞造成層間短路。其次，由於成型壓力帶來的應力，使磁芯材料產生應力各向異性，從而增加材料的磁滯損耗。鑒於此，也有人開發了DUI型電感產品，即將金屬粉芯做成U片和I片，燒成磁粉芯後，再將扁銅線夾在中間，組裝而成電感。
CN110718359A公開了一種表面貼裝一體成型電感器的製造結構及其方法，具有採用磁性粉末和熱固性樹脂的混合物預成型為兩組完全相同的壓板主體，壓板主體具有壓合面，壓合面具體為兩側高、中間低。在成型模具中，將兩組壓板主體分別放置在內置線圈的正上方和正下方，壓板主體的壓合面需朝向內置線圈，且內置線圈的兩極需分別超出壓板主體的兩端部範圍，採用加壓、或和加熱，使兩組壓板主體與內置線圈一體成型為坯體。成型後內置線圈的兩極暴露在坯體之外，在坯體兩端形成外部電極。
但是這種方式製作電感，需要將幾個組件裝配在一起，容易在線圈和磁芯之間額外引入氣隙，從而降低有效磁導率，再者由於某一組件需要做成薄片，產品的成型精度不夠，需要做磨加工，提高了工藝成本，降低了產品良率。
針對先前技術存在的不足，本發明的目的在於提供一種一體共燒電感及其製備方法，本發明提供的製備方法採用一體式成型工藝製備電感，避免了過多組件的組裝工序，一體成型後進行熱處理，充分釋放應力，降低材料的磁滯損耗，輕載工況下，器件的損耗降低，導線與磁芯之間沒有額外空隙，磁芯中均勻分佈氣隙，減少渦流損耗的振動噪聲。
為達此目的，本發明採用以下技術手段：
第一方面，本發明提供了一種一體共燒電感的製備方法，所述的製備方法包括：
模腔內分批填入磁粉，相鄰兩層磁粉的種類不同，向其中一層磁粉中埋入至少一根導線，導線兩端伸出模腔，隨後依次進行模壓成型和熱處理得到磁芯，對伸出磁芯外的導線折彎上錫後得到所述的共燒電感。
本發明提供的製備方法採用一體式成型工藝製備電感，避免了過多組件的組裝工序，一體成型後進行熱處理，充分釋放應力，降低材料的磁滯損耗，輕載工況下，器件的損耗降低，導線與磁芯之間沒有額外空隙，磁芯中均勻分佈氣隙，減少渦流損耗的振動噪聲。同時，在模壓工序，採用多次分批上料的方式加入不同的粉料，可以使導線在壓製過程的變形量降低到最小，增加磁芯材料的抗飽和能力，充分發揮不同磁粉材料各自的優勢，使器件的特性發揮的更好，正溫度係數和負溫度係數的軟磁材料搭配使用，可以有效的提升器件的溫度穩定性。
作為本發明一種理想的技術手段，所述的磁粉採用如下方法製備得到：軟磁粉末依次經絕緣包覆、二次包覆和造粒處理後得到所述的磁粉。
理想地，所述的軟磁粉末包括FeSiCr、FeSi、FeNi、FeSiAl、羰基鐵粉、羰基鐵鎳粉、FeNiMo、Fe基非晶奈米晶材料、Co基非晶奈米晶軟磁材料或Ni基非晶奈米晶軟磁材料。
作為本發明一種理想的技術手段，所述的絕緣包覆採用的包覆工藝包括磷化、酸化、氧化或氮化，進一步理想地，採用磷化處理對軟磁粉末進行絕緣包覆。
本發明涉及的絕緣包覆工藝指的是金屬軟磁材料的包覆工藝，提升金屬軟磁粉末表面的絕緣性和耐蝕性，包括磷化、酸化、緩慢氧化、氮化等表面處理；提升金屬軟磁粉末之間的絕緣性，主要通過添加高電阻率的粉末材料或在金屬軟磁顆粒表面原位生長一層高電阻率包覆層，包括二氧化矽、氧化鋁、氧化鎂、高嶺土、氧化鋯、雲母粉等材料。不同種類的金屬軟磁合金粉末要採用不同的包覆方法與包覆工藝，達到最佳的包覆效果。
理想地，所述的磷化處理包括：軟磁粉末與稀釋後的磷酸混合攪拌，烘乾後得到磷化處理後的軟磁粉末。
理想地，採用丙酮對磷酸進行稀釋。
理想地，所述的磷酸與丙酮的質量比為1:(60~70)，例如可以是1:60、1:61、1:62、1:63、1:64、1:65、1:66、1:67、1:68、1:69或1:70，但並不僅限於所列舉的數值，該數值範圍內其他未列舉的數值同樣適用。
理想地，所述的磷酸與丙酮混合攪拌1~6分鐘，例如可以是1分鐘、2分鐘、3分鐘、4分鐘、5分鐘或6分鐘；隨後靜置5~10分鐘備用，例如可以是5分鐘、6分鐘、7分鐘、8分鐘、9分鐘或10分鐘，但並不僅限於所列舉的數值，該數值範圍內其他未列舉的數值同樣適用。
理想地，所述的軟磁粉末與稀釋後的磷酸混合攪拌30~60分鐘，例如可以是30分鐘、35分鐘、40分鐘、45分鐘、50分鐘、55分鐘或60分鐘，但並不僅限於所列舉的數值，該數值範圍內其他未列舉的數值同樣適用。
理想地，所述的烘乾溫度為90~110℃，例如可以是90℃、92℃、94℃、96℃、98℃、100℃、103℃、104℃、106℃、108℃或110℃，但並不僅限於所列舉的數值，該數值範圍內其他未列舉的數值同樣適用。
理想地，所述的烘乾時間為1~1.5小時，例如可以是1.0小時、1.1小時、1.2小時、1.3小時、1.4小時或1.5小時，但並不僅限於所列舉的數值，該數值範圍內其他未列舉的數值同樣適用。
作為本發明一種理想的技術手段，所述的二次包覆包括：包覆料與絕緣包覆後的軟磁粉末混合攪拌。
理想地，所述的包覆料為軟磁粉末的2~10wt%，例如可以是2wt%、3wt%、4wt%、5wt%、6wt%、7wt%、8wt%、9wt%或10wt%，但並不僅限於所列舉的數值，該數值範圍內其他未列舉的數值同樣適用。
理想地，所述的包覆料包括酚醛樹脂、環氧樹脂或矽樹脂。
理想地，所述的包覆料與軟磁粉末混合攪拌40~60分鐘，例如可以是40分鐘、42分鐘、44分鐘、46分鐘、48分鐘、50分鐘、52分鐘、54分鐘、56分鐘、58分鐘或60分鐘，但並不僅限於所列舉的數值，該數值範圍內其他未列舉的數值同樣適用。
作為本發明一種理想的技術手段，所述的造粒處理包括：對二次包覆後的軟磁粉末進行造粒，造粒完成後依次經晾曬、乾燥和冷卻，得到所述的磁粉。
理想地，所述的造粒過程在40~60目網造粒機中進行，例如可以是40目、42目、44目、46目、48目、50目、52目、54目、56目、58目或60目，但並不僅限於所列舉的數值，該數值範圍內其他未列舉的數值同樣適用。
理想地，所述的晾曬時間≤3小時，例如可以是0.5小時、1小時、1.5小時、2小時、2.5小時或3小時，但並不僅限於所列舉的數值，該數值範圍內其他未列舉的數值同樣適用。
理想地，晾曬後的軟磁粉末過30~50目篩，隨後進行乾燥處理，例如可以是30目、32目、34目、36目、38目、40目、42目、44目、46目、48目或50目，但並不僅限於所列舉的數值，該數值範圍內其他未列舉的數值同樣適用。
理想地，所述的乾燥溫度為50~70℃，例如可以是50℃、52℃、54℃、56℃、58℃、60℃、62℃、64℃、66℃、68℃或70℃，但並不僅限於所列舉的數值，該數值範圍內其他未列舉的數值同樣適用。
理想地，所述的乾燥時間為0.8~1.2小時，例如可以是0.8小時、0.9小時、1.0小時、1.1小時或1.2小時，但並不僅限於所列舉的數值，該數值範圍內其他未列舉的數值同樣適用。
理想地，所述的冷卻過程為自然冷卻。
理想地，冷卻後的軟磁粉末過30~50目篩，隨後向過篩後的軟磁粉末中添加輔料得到所述的磁粉，例如可以是30目、32目、34目、36目、38目、40目、42目、44目、46目、48目或50目，但並不僅限於所列舉的數值，該數值範圍內其他未列舉的數值同樣適用。
理想地，所述的輔料包括氧化鎂、潤滑粉或脫模粉。
作為本發明一種理想的技術手段，分三批向模腔內依次填入第一磁粉、第二磁粉和第一磁粉。
理想地，所述的導線埋入第二磁粉中。
作為本發明一種理想的技術手段，所述的導線為無漆包線的裸線。
理想地，所述的導線為銅線。
理想地，所述的導線為矩形截面的扁平導線。
理想地，所述的導線形狀為直導線或異形導線。
理想地，所述的異形導線的形狀包括S形、L形、U形、W形或E形。
理想地，所述的導線在水平面上並排間隔鋪設於其中一層磁粉內部。
本發明設計的電感要求低直流電阻且銅線要與金屬軟磁材料一起進行高溫熱處理，採用無漆包線的扁平銅導線，可以進行高溫熱處理，更進一步降低粉芯的損耗，也可以根據需要設計銅線的形狀，包括I型、S型、L型、U型、W型和E型等。可以採用一模一件的成型工藝，也可以採用導線架固定的方式進行聯排壓製成型。
作為本發明一種理想的技術手段，所述的模壓方式為熱壓或冷壓。
根據造粒粉的特性和電感的需求，可以採用熱壓成型的方式。熱壓成型時，所需要的壓力更小，熱壓壓製成型後磁芯與導線可以更緊密的接觸且需要的壓力更小，但是熱壓會帶來壓製效率降低。
理想地，所述的熱壓壓力≥800Mpa/cm
2，例如可以是800Mpa/cm
2、810Mpa/cm
2、820Mpa/cm
2、830Mpa/cm
2、840Mpa/cm
2、850Mpa/cm
2、860Mpa/cm
2、870Mpa/cm
2、880Mpa/cm
2、890Mpa/cm
2或900Mpa/cm
2，進一步理想為2000MPa/cm
2。
在本發明中，由於沒有漆包線的限制，可以採用磁粉的成型壓力，獲得更高密度的磁芯，理想壓力大於800Mpa/cm
2，甚至可以達到2000MPa/cm
2，根據模具壽命和壓機能力選擇適合電感的最佳壓力。
理想地，所述熱壓溫度為90~180℃，例如可以是90℃、100℃、110℃、120℃、130℃、140℃、150℃、160℃、170℃或180℃，但並不僅限於所列舉的數值，該數值範圍內其他未列舉的數值同樣適用。
理想地，所述的熱壓時間為5~100秒，例如可以是5秒、10秒、20秒、30秒、40秒、50秒、60秒、70秒、80秒、90秒或100秒，但並不僅限於所列舉的數值，該數值範圍內其他未列舉的數值同樣適用。
理想地，所述的熱處理為退火處理。
理想地，所述的熱處理過程在保護性氣氛下進行。
理想地，所述的保護性氣氛採用的氣體為氮氣及/或惰性氣體。
理想地，所述的熱處理溫度為650~850℃，例如可以是650℃、660℃、670℃、680℃、690℃、700℃、710℃、720℃、730℃、740℃、750℃、760℃、770℃、780℃、790℃、800℃、910℃、920℃、930℃、940℃或950℃，但並不僅限於所列舉的數值，該數值範圍內其他未列舉的數值同樣適用。
理想地，所述的熱處理時間為30~50分鐘，例如可以是30分鐘、32分鐘、34分鐘、36分鐘、38分鐘、40分鐘、42分鐘、44分鐘、46分鐘、48分鐘或50分鐘，但並不僅限於所列舉的數值，該數值範圍內其他未列舉的數值同樣適用。
本發明將壓製好的生坯電感進行熱處理使磁芯緻密化，獲得更高的飽和磁感應強度、更高的磁導率和更低的損耗，同時提升電感器件的強度。針對不同的材料，選擇不同的熱處理溫度。例如，對於FeSiB、FeSiBCr、FeNiSiBPC等非晶金屬軟磁粉，熱處理溫度不能超過粉末的晶化溫度；對於奈米晶金軟磁合金粉，熱處理溫度要高於晶化溫度但是不得高於晶粒長大溫度，具體的熱處理溫度要根據差示掃描熱儀測試的曲線設定熱處理工藝；對於氣霧化或水霧化或水氣聯合霧化或多級霧化的FeSiAl、FeNi、FeNiMo、FeSi等軟磁粉末，需要根據粉末的搭配選擇高溫熱處理，熱處理溫度高於650℃低於850℃。熱處理時，可以採用氮氣、氬氣等惰性氣體保護，也可以採用氫氣、氫氣/氮氣混合氣體等還原性氣體保護的方式進行熱處理。由於本發明採用的是沒有漆包線的導線，且導線形狀為I型、S型、L型、U型、W型和E型等，沒有導線的相互接觸，不存在導線間的短路問題。
第二方面，本發明提供了一種如第一方面所述的製備方法製備得到的共燒電感，所述的共燒電感包括磁芯以及位於磁芯內部的至少一根導線，所述磁芯包括至少兩層依次層疊設置的磁粉層，相鄰兩層磁粉層採用的磁粉種類不同，所述的導線位於其中一層磁粉層中，導線兩端伸出磁芯外部，伸出磁芯的導線部分彎折後貼緊磁芯外壁。
作為本發明一種理想的技術手段，所述的導線為無漆包線的裸線。
理想地，所述的導線為銅線。
理想地，所述的導線為矩形截面的扁平導線。
理想地，所述的導線形狀為直導線或異形導線。
理想地，所述的異形導線的形狀包括S形、L形、U形、W形或E形。
理想地，所述的導線在水平面上並排間隔鋪設於其中一層磁粉內部。
與先前技術相比，本發明的功效為：
本發明提供的製備方法採用一體式成型工藝製備電感，避免了過多組件的組裝工序，一體成型後進行熱處理，充分釋放應力，降低材料的磁滯損耗，輕載工況下，器件的損耗降低，導線與磁芯之間沒有額外空隙，磁芯中均勻分佈氣隙，減少渦流損耗的振動噪聲。同時，在模壓工序，採用多次分批上料的方式加入不同的粉料，可以使導線在壓製過程的變形量降低到最小，增加磁芯材料的抗飽和能力，充分發揮不同磁粉材料各自的優勢，使器件的特性發揮的更好，正溫度係數和負溫度係數的軟磁材料搭配使用，可以有效的提升器件的溫度穩定性。
需要理解的是，在本發明的描述中，術語「中心」、「縱向」、「橫向」、「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」、「豎直」、「水平」、「頂」、「底」、「內」、「外」等指示的方位或位置關係為基於圖式所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。此外，術語「第一」、「第二」等僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特徵的數量。由此，限定有「第一」、「第二」等的特徵可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特徵。在本發明的描述中，除非另有說明，「多個」的含義是兩個或兩個以上。
需要說明的是，在本發明的描述中，除非另有明確的規定和限定，術語「設置」、「相連」、「連接」應做廣義理解，例如：可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對於所屬技術領域中具有通常知識者而言，可以通過具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。
下面結合圖式並通過具體實施方式來進一步說明本發明的技術手段。
［實施例1］
本實施例提供了一種一體共燒電感的製備方法，所述的製備方法包括如下步驟：
(1)向模腔內填入0.2g第一磁粉，將一條矩形截面的扁平銅導線1去除漆包線後放置於第一磁粉表面，導線1兩端伸出模腔，導線1形狀為直導線1，長度為14mm，寬度為2.6mm，厚度為0.3mm，震盪模腔，導線1嵌入第一磁粉內部，抹平第一磁粉；再向模腔內填入0.6g第二磁粉，震盪模腔，抹平第二磁粉；最後向模腔內填入0.2g第一磁粉，震盪模腔，抹平第一磁粉；
(2)對模腔內填入的磁粉進行模壓成型，模壓方式為熱壓，熱壓壓力為300Mpa/cm
2，熱壓溫度180℃，熱壓時間為30秒；
(3)成型後，在氮氣氣氛下進行退火熱處理得到磁芯，熱處理溫度為700℃，熱處理時間為30分鐘；
(4)對伸出磁芯外的導線1依次進行含浸噴塗和折彎上錫後得到尺寸為11.0mm×5.0mm×2.0mm的共燒電感，其中，含浸處理為真空含浸，噴塗過程採用的噴塗液為環氧樹脂。
其中，步驟(1)所述的第一磁粉採用如下方法製備得到：
(a)絕緣包覆：採用丙酮對磷酸進行稀釋，磷酸與丙酮的質量比為1:60，磷酸與丙酮混合攪拌1分鐘，隨後靜置5分鐘備用；D50=20μm的FeSi軟磁粉末與稀釋後的磷酸混合攪拌30分鐘，在90℃下烘乾1小時後得到磷化處理後的軟磁粉末；
(b)二次包覆：包覆料與步驟(c)得到的軟磁粉末混合攪拌40分鐘，包覆料為軟磁粉末的2wt%，包覆料為酚醛樹脂；
(c)造粒處理：對二次包覆後的軟磁粉末在40目網造粒機中進行造粒，造粒完成後進行晾曬，晾曬時間為2小時，晾曬後的軟磁粉末過30目篩，隨後在50℃下乾燥處理0.8小時，自然冷卻後過30目篩，隨後向過篩後的軟磁粉末中添加氧化鎂得到所述的第一磁粉。
第二磁粉採用與第一磁粉相同的操作步驟及工藝參數製備得到，區別在於，步驟(a)中採用的軟磁粉末替換為FeSiAl磁粉，FeSiAl磁粉同樣經過絕緣包覆、二次包覆和造粒處理後得到第二磁粉，各操作步驟採用的工藝參數完全相同。
如圖1所示，製備得到的共燒電感中，依次填入模腔內的第一磁粉、第二磁粉和第一磁粉分別形成第一磁粉層2、第二磁粉層3和第三磁粉層4，導線1位於第一磁粉層2中。對製備得到的共燒電感進行電感特性測試，測得初始感量L(0A)=150nH，飽和電流90A，溫升電流85A。採用12V-1V的降壓電路，進行效率測試，測試時開關電源頻率500kHz，電子負載為5A時，效率達到81.5%，電子負載為25A時，效率達到90.3%。
［實施例2］
本實施例提供了一種一體共燒電感的製備方法，所述的製備方法包括如下步驟：
(1)向模腔內填入0.3g第一磁粉，震盪模腔，抹平第一磁粉；再填入0.5g第二磁粉，將一條矩形截面的扁平銅導線1去除漆包線後放置於第二磁粉表面，導線1兩端伸出模腔，導線1形狀為S形，長度為10mm，寬度為2.6mm，厚度為0.30mm，震盪模腔，導線1嵌入第二磁粉內部，抹平第二磁粉；最後填入0.3g第一磁粉，震盪模腔，抹平第一磁粉；
(2)對模腔內填入的磁粉進行模壓成型，模壓方式為熱壓，熱壓壓力為400Mpa/cm
2，熱壓溫度為180℃，熱壓時間為30秒；
(3)成型後，在惰性氣氛下進行退火熱處理得到磁芯，熱處理溫度為650℃，熱處理時間為50分鐘；
(4)對伸出磁芯外的導線1依次進行含浸噴塗和折彎上錫後得到尺寸為8.0mm×6.0mm×1.9mm的共燒電感，其中，含浸處理為真空含浸，噴塗過程採用的噴塗液為環氧樹脂。
其中，步驟(1)所述的第一磁粉採用如下方法製備得到：
(a)絕緣包覆：採用丙酮對磷酸進行稀釋，磷酸與丙酮的質量比為1:63，磷酸與丙酮混合攪拌3分鐘，隨後靜置6分鐘備用；FeNi軟磁粉末與稀釋後的磷酸混合攪拌40分鐘，在95℃下烘乾1.2小時後得到磷化處理後的軟磁粉末；
(b)二次包覆：包覆料與步驟(c)得到的軟磁粉末混合攪拌45分鐘，包覆料為軟磁粉末的5wt%，包覆料為環氧樹脂；
(c)造粒處理：對二次包覆後的軟磁粉末在43目網造粒機中進行造粒，造粒完成後進行晾曬，晾曬時間為2.3小時，晾曬後的軟磁粉末過35目篩，隨後在55℃下乾燥處理1小時，自然冷卻後過35目篩，隨後向過篩後的軟磁粉末中添加潤滑粉得到所述的第一磁粉。
第二磁粉採用與第一磁粉相同的操作步驟及工藝參數製備得到，區別在於，步驟(a)中採用的軟磁粉末替換為FeSiAl軟磁粉末，FeSiAl軟磁粉末同樣經過絕緣包覆、二次包覆和造粒處理後得到第二磁粉，各操作步驟採用的工藝參數完全相同。
如圖2所示，製備得到的共燒電感中，依次填入模腔內的第一磁粉、第二磁粉和第一磁粉分別形成第一磁粉層2、第二磁粉層3和第三磁粉層4，導線1位於第二磁粉層3中。對製備得到的共燒電感進行電感特性測試，測得初始感量L(0A)=160nH，飽和電流95A，溫升電流90A。採用12V-1V的降壓電路，進行效率測試，測試時開關電源頻率500kHz，電子負載為5A時，效率達到81.6%，電子負載為25A時，效率達到90.6%。
［實施例3］
本實施例提供了一種一體共燒電感的製備方法，所述的製備方法包括如下步驟：
(1)向模腔內填入0.2g第一磁粉，震盪模腔，抹平第一磁粉；再填入0.6g第二磁粉，震盪模腔，抹平第二磁粉；最後填入0.2g第一磁粉，將一條矩形截面的扁平銅導線1去除漆包線後放置於第一磁粉表面，導線1兩端伸出模腔，導線1形狀為w形，長度為18mm，寬度為2.8mm，厚度為0.26mm，震盪模腔，導線1嵌入第一磁粉內部，抹平第一磁粉；
(2)對模腔內填入的磁粉進行模壓成型，模壓方式為熱壓，熱壓壓力為400Mpa/cm
2，熱壓溫度為180℃，熱壓時間為30秒；
(3)成型後，在氮氣氣氛下進行退火熱處理得到磁芯，熱處理溫度為690℃，熱處理時間為40分鐘；
(4)對伸出磁芯外的導線1依次進行含浸噴塗和折彎上錫後得到尺寸為7.5mm×6.5mm×1.8mm的共燒電感，其中，含浸處理為真空含浸，噴塗過程採用的噴塗液為環氧樹脂。
其中，步驟(1)所述的第一磁粉採用如下方法製備得到：
(a)絕緣包覆：採用丙酮對磷酸進行稀釋，磷酸與丙酮的質量比為1:65，磷酸與丙酮混合攪拌5分鐘，隨後靜置8分鐘備用；D50=10μm的Fe粉與稀釋後的磷酸混合攪拌50分鐘，在100℃下烘乾1.3小時後得到磷化處理後的軟磁粉末；
(b)二次包覆：包覆料與步驟(c)得到的軟磁粉末混合攪拌55分鐘，包覆料為軟磁粉末的7wt%，包覆料為矽樹脂；
(c)造粒處理：對二次包覆後的軟磁粉末在50目網造粒機中進行造粒，造粒完成後進行晾曬，晾曬時間為2.5小時，晾曬後的軟磁粉末過40目篩，隨後在63℃下乾燥處理1.1小時，自然冷卻後過40目篩，隨後向過篩後的軟磁粉末中添加脫模粉得到所述的第一磁粉。
第二磁粉採用與第一磁粉相同的操作步驟及工藝參數製備得到，區別在於，步驟(a)中採用的軟磁粉末替換為FeSiAl軟磁粉末，FeSiAl軟磁粉末同樣經過絕緣包覆、二次包覆和造粒處理後得到第二磁粉，各操作步驟採用的工藝參數完全相同。
如圖3所示，製備得到的共燒電感中，依次填入模腔內的第一磁粉、第二磁粉和第一磁粉分別形成第一磁粉層2、第二磁粉層3和第三磁粉層4，導線1位於第三磁粉層4中。對製備得到的共燒電感進行電感特性測試，測得初始感量L(0A)=150nH，飽和電流100A，溫升電流90A。採用12V-1V的降壓電路，進行效率測試，測試時開關電源頻率500kHz，電子負載為5A時，效率達到80.8%，電子負載為25A時，效率達到91.2%。
〔實施例4〕
本實施例提供了一種一體共燒電感的製備方法，所述的製備方法包括如下步驟：
(1)向模腔內填入0.2g第一磁粉，將一條矩形截面的扁平銅導線1去除漆包線後放置於第一磁粉表面，導線1兩端伸出模腔，導線1形狀為直導線1，長度為10mm，寬度為2.0mm，厚度為0.36mm，震盪模腔，導線1嵌入第一磁粉內部，抹平第一磁粉；再向模腔內填入0.6g第二磁粉，震盪模腔，抹平第二磁粉；最後向模腔內填入0.2g第三磁粉，震盪模腔，抹平第三磁粉；
(2)對模腔內填入的磁粉進行模壓成型，模壓方式為冷壓，冷壓壓力為500Mpa/cm
2，冷壓溫度為180℃，冷壓時間為30秒；
(3)成型後，在氮氣氣氛下進行退火熱處理得到磁芯，熱處理溫度為850℃，熱處理時間為30分鐘；
(4)對伸出磁芯外的導線1依次進行含浸噴塗和折彎上錫後得到尺寸為8.0mm×5.0mm×3.0mm的共燒電感，其中，含浸處理為真空含浸，噴塗過程採用的噴塗液為環氧樹脂。
其中，步驟(1)所述的第一磁粉採用如下方法製備得到：
(a)絕緣包覆：採用丙酮對磷酸進行稀釋，磷酸與丙酮的質量比為1:70，磷酸與丙酮混合攪拌6分鐘，隨後靜置10分鐘備用；D50=10μm的FeNi粉與稀釋後的磷酸混合攪拌60分鐘，在110℃下烘乾1.5小時後得到磷化處理後的軟磁粉末；
(b)二次包覆：包覆料與步驟(c)得到的軟磁粉末混合攪拌60分鐘，包覆料為軟磁粉末的10wt%，包覆料為矽樹脂；
(c)造粒處理：對二次包覆後的軟磁粉末在60目網造粒機中進行造粒，造粒完成後進行晾曬，晾曬時間為3小時，晾曬後的軟磁粉末過50目篩，隨後在70℃下乾燥處理1.2小時，自然冷卻後過50目篩，隨後向過篩後的軟磁粉末中添加氧化鎂輔料得到所述的第一磁粉。
第二磁粉採用與第一磁粉相同的操作步驟及工藝參數製備得到，區別在於，步驟(a)中採用的軟磁粉末替換為FeSiAl軟磁粉末，FeSiAl軟磁粉末同樣經過絕緣包覆、二次包覆和造粒處理後得到第二磁粉，各操作步驟採用的工藝參數完全相同。
第三磁粉採用與第一磁粉相同的操作步驟及工藝參數製備得到，區別在於，步驟(a)中採用的軟磁粉末替換為D50=20μm的FeSi軟磁粉末，FeSi軟磁粉末同樣經過絕緣包覆、二次包覆和造粒處理後得到第三磁粉，各操作步驟採用的工藝參數完全相同。
如圖4所示，製備得到的共燒電感中，依次填入模腔內的第一磁粉、第二磁粉和第三磁粉分別形成第一磁粉層2、第二磁粉層3和第三磁粉層4，導線1位於第一磁粉層2中。對製備得到的共燒電感進行電感特性測試，測得初始感量L(0A)=120nH，飽和電流70A，溫升電流65A。採用12V-1V的降壓電路，進行效率測試，測試時開關電源頻率500kHz，電子負載為5A時，效率達到79.5%，電子負載為25A時，效率達到88.3%。
〔實施例5〕
本實施例提供了一種一體共燒電感的製備方法，所述的製備方法包括如下步驟：
(1)向模腔內填入0.2g第一磁粉，將一條矩形截面的扁平銅導線1去除漆包線後放置於第一磁粉表面，導線1兩端伸出模腔，導線1形狀為直導線1，長度為14mm，寬度為2.2mm，厚度為0.35mm，震盪模腔，導線1嵌入第一磁粉內部，抹平第一磁粉；隨後依次填入0.3g第二磁粉、0.5g第三磁粉、0.3g第二磁粉和0.2g第一磁粉，每次填入磁粉後均震盪模腔並抹平磁粉表面；
(2)對模腔內填入的磁粉進行模壓成型，模壓方式為冷壓，冷壓壓力為1600Mpa/cm
2；
(3)成型後，在氮氣氣氛下進行退火熱處理得到磁芯，熱處理溫度為690℃，熱處理時間為40分鐘；
(4)對伸出磁芯外的導線1依次進行含浸噴塗和折彎上錫後得到尺寸為10.0mm×5.0mm×2.0mm的共燒電感(如圖1所示)，其中，含浸處理為真空含浸，噴塗過程採用的噴塗液為環氧樹脂；
其中，步驟(1)所述的第一磁粉採用如下方法製備得到：
(a)絕緣包覆：採用丙酮對磷酸進行稀釋，磷酸與丙酮的質量比為1:65，磷酸與丙酮混合攪拌5分鐘，隨後靜置8分鐘備用；D50=20μm的FeSi軟磁粉末與稀釋後的磷酸混合攪拌50分鐘，在100℃下烘乾1.3小時後得到磷化處理後的軟磁粉末；
(b)二次包覆：包覆料與步驟(c)得到的軟磁粉末混合攪拌55分鐘，包覆料為軟磁粉末的7wt%，包覆料為酚醛樹脂；
(c)造粒處理：對二次包覆後的軟磁粉末在50目網造粒機中進行造粒，造粒完成後進行晾曬，晾曬時間為2.5小時，晾曬後的軟磁粉末過40目篩，隨後在63℃下乾燥處理1.1小時，自然冷卻後過40目篩，隨後向過篩後的軟磁粉末中添加氧化鎂得到所述的第一磁粉。
第二磁粉採用與第一磁粉相同的操作步驟及工藝參數製備得到，區別在於，步驟(a)中採用的軟磁粉末替換為D50=10μm的FeNi軟磁粉末，FeNi軟磁粉末同樣經過絕緣包覆、二次包覆和造粒處理後得到第二磁粉，各操作步驟採用的工藝參數完全相同。
第三磁粉採用與第一磁粉相同的操作步驟及工藝參數製備得到，區別在於，步驟(a)中採用的軟磁粉末替換為FeSiAl磁粉，FeSiAl磁粉同樣經過絕緣包覆、二次包覆和造粒處理後得到第三磁粉，各操作步驟採用的工藝參數完全相同。
如圖5所示，製備得到的共燒電感中，依次填入模腔內的第一磁粉、第二磁粉、第三磁粉、第二磁粉和第一磁粉分別形成第一磁粉層2、第二磁粉層3、第三磁粉層4、第四磁粉層5和第五磁粉層6，導線1位於第一磁粉層2中。對製備得到的共燒電感進行電感特性測試，測得初始感量L(0A)=165nH、飽和電流105A、溫升電流90A。採用12V-1V的降壓電路，進行效率測試，測試時開關電源頻率500kHz，電子負載為5A時，效率達到82.0%，電子負載為25A時，效率達到91.5%。
〔對比例1〕
本實施例提供了一種一體共燒電感的製備方法，所述的製備方法包括如下步驟：
(1)向模腔內填入1g磁粉，將一條矩形截面的扁平銅導線1去除漆包線後埋入磁粉中，導線1形狀為直導線1，長度為14mm，寬度為2.6mm，厚度為0.3mm；
(2)對模腔內填入的磁粉進行模壓成型，模壓方式為熱壓，熱壓壓力為400Mpa/cm
2，熱壓溫度為160℃，熱壓時間為25秒；
(3)成型後，在氮氣氣氛下進行退火熱處理得到磁芯，熱處理溫度為700℃，熱處理時間為30分鐘；
(4)對伸出磁芯外的導線1依次進行含浸噴塗和折彎上錫後得到尺寸為11.0mm×5.0mm×2.0mm的共燒電感，其中，含浸處理為真空含浸，噴塗過程採用的噴塗液為環氧樹脂。
其中，步驟(1)所述的磁粉採用如下方法製備得到：
(a)絕緣包覆：採用丙酮對磷酸進行稀釋，磷酸與丙酮的質量比為1:60，磷酸與丙酮混合攪拌1分鐘，隨後靜置5分鐘備用；D50=20μm的FeSi軟磁粉末與稀釋後的磷酸混合攪拌30分鐘，在90℃下烘乾1小時後得到磷化處理後的軟磁粉末；
(b)二次包覆：包覆料與步驟(c)得到的軟磁粉末混合攪拌40分鐘，包覆料為軟磁粉末的2wt%，包覆料為酚醛樹脂；
(c)造粒處理：對二次包覆後的軟磁粉末在40目網造粒機中進行造粒，造粒完成後進行晾曬，晾曬時間為2小時，晾曬後的軟磁粉末過30目篩，隨後在50℃下乾燥處理0.8小時，自然冷卻後過30目篩，隨後向過篩後的軟磁粉末中添加氧化鎂輔料得到所述的磁粉。
對製備得到的共燒電感進行電感特性測試，測得初始感量L(0A)=140nH、飽和電流50A、溫升電流40A。採用12V-1V的降壓電路，進行效率測試，測試時開關電源頻率500kHz，電子負載為5A時，效率達到82.3%，電子負載為25A時，效率達到88.3%。
申請人聲明，以上所述僅為本發明的具體實施方式，但本發明的保護範圍並不局限於此，所屬技術領域中具有通常知識者應該明瞭，任何所屬技術領域中具有通常知識者在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換，均落在本發明的保護範圍和公開範圍之內。
1:導線
2:第一磁粉層
3:第二磁粉層
4:第三磁粉層
5:第四磁粉層
6:第五磁粉層
〔圖1〕為本發明實施例1製備得到的共燒電感的結構示意圖。
〔圖2〕為本發明實施例2製備得到的共燒電感的結構示意圖。
〔圖3〕為本發明實施例3製備得到的共燒電感的結構示意圖。
〔圖4〕為本發明實施例4製備得到的共燒電感的結構示意圖。
〔圖5〕為本發明實施例5製備得到的共燒電感的結構示意圖。
1:導線
2:第一磁粉層
3:第二磁粉層
4:第三磁粉層
Claims (12)
- 一種一體共燒電感的製備方法，其特徵係該製備方法包括：模腔內分批填入磁粉，相鄰兩層磁粉的種類不同，向其中一層磁粉中埋入至少一根導線，導線兩端伸出模腔，隨後依次進行模壓成型和熱處理得到磁芯，對伸出磁芯外的導線折彎上錫後得到該共燒電感；該導線為無漆包線的裸線；該磁粉採用如下方法製備得到：軟磁粉末依次經絕緣包覆、二次包覆和造粒處理後得到該磁粉；該絕緣包覆採用的包覆工藝包括磷化處理、酸化處理、氧化處理或氮化處理；該磷化處理包括：軟磁粉末與稀釋後的磷酸混合攪拌，烘乾後得到磷化處理後的軟磁粉末；採用丙酮對磷酸進行稀釋；該磷酸與丙酮的質量比為1：(60~70)；該磷酸與丙酮混合攪拌1~6分鐘，隨後靜置5~10分鐘備用；該軟磁粉末與稀釋後的磷酸混合攪拌30~60分鐘；該烘乾溫度為90~110℃；該烘乾時間為1~1.5小時；該二次包覆包括：包覆料與絕緣包覆後的軟磁粉末混合攪拌；該包覆料為軟磁粉末的2~10wt%；該包覆料包括酚醛樹脂、環氧樹脂或矽樹脂；該包覆料與軟磁粉末混合攪拌40~60分鐘；該導線形狀為異形導線；該異形導線的形狀包括S形、L形、U形、W形或E形；向模腔內分批填入磁粉時，分五批向模腔內依次填入第一磁粉、第二磁粉、第三磁粉、第二磁粉和第一磁粉分別形成第一磁粉層、第二磁粉層、第三磁粉層、第四磁粉層和第五磁粉層；該導線在水平面上並排間隔鋪設於其中一層磁 粉內部。
- 如請求項1所述之製備方法，其中，該軟磁粉末包括FeSiCr、FeSi、FeNi、FeSiAl、羰基鐵粉、羰基鐵鎳粉、FeNiMo、Fe基非晶奈米晶材料、Co基非晶奈米晶軟磁材料或Ni基非晶奈米晶軟磁材料。
- 如請求項1所述之製備方法，其中，該造粒處理包括：對二次包覆後的軟磁粉末進行造粒，造粒完成後依次經晾曬、乾燥和冷卻，得到該磁粉。
- 如請求項3所述之製備方法，其中，該造粒過程在40~60目網造粒機中進行；該晾曬時間3小時；晾曬後的軟磁粉末過30~50目篩，隨後進行乾燥處理；該乾燥溫度為50~70℃；該乾燥時間為0.8~1.2小時；該冷卻過程為自然冷卻；冷卻後的軟磁粉末過30~50目篩，隨後向過篩後的軟磁粉末中添加輔料得到該磁粉；該輔料包括氧化鎂、潤滑粉或脫模粉。
- 如請求項1所述之製備方法，其中，該導線埋入第二磁粉中。
- 如請求項1所述之製備方法，其中，該導線為銅線。
- 如請求項1所述之製備方法，其中，該導線為矩形截面的扁平導線。
- 如請求項1所述之製備方法，其中，該模壓方式為熱壓或冷壓。
- 如請求項8所述之製備方法，其中，該熱壓壓力800Mpa/cm2。
- 如請求項9所述之製備方法，其中，該熱壓壓力為2000MPa/cm2。
- 如請求項8所述之製備方法，其中，該熱壓溫度為90~180℃；該熱壓時間為5~100秒；該熱處理為退火處理；該熱處理過程在保護性氣氛下進行；該保護性氣氛採用的氣體為氮氣及/或惰性氣體；該熱處理溫度為650~850℃；該熱處理時間為30~50分鐘。
- 一種採用如請求項1至11中任一項所述之製備方法製備得到的共燒電感，其特徵係該共燒電感包括磁芯以及位於磁芯內部的至少一根導線，該磁芯包括至少兩層依次層疊設置的磁粉層，相鄰兩層磁粉層採用的磁粉種類不同，該導線位於其中一層磁粉層中，導線兩端伸出磁芯外部，伸出磁芯的導線部分彎折後貼緊磁芯外壁。
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