专利名称：塑化磁性元件及其制作方法
技术领域：
本发明是关于一种电子元件及其制作方法，特别是一种塑化磁性元件及其制作方法。
电子元件的封装件一般是采用塑化材料(例如树脂)，藉其简易制作和易塑的特性而保护内部的磁性体(例如铁芯)和线圈。在该塑化材料的外表面则习惯加入一磁性材料以达到屏蔽的效果，并藉此提升了元件的电感值(单位μH)。
此外，耐电流值(current capability)亦是该电子元件的一重要的电气规格。一般而言，是采用设置间隙的方式来增加耐电流值。但元件的电感值和耐电流值往往呈现反比的关系而难以预测适合的操作区间，且因同时制作屏蔽及间隙的方法非常复杂，亦不适合大量生产的需求。
本发明的目的是在于提供一种同时具有屏蔽及绝缘特性的塑化磁性元件，以节省封装的成本。
本发明的另一目的是在于提供一种塑化磁性元件，该元件可以再循环的方式使用已设定为废料的磁性材料，以节省材料成本。
本发明的再一目的是在于提供一种塑化磁性元件的制作方法，该制作方法可利用射出成型(injection molding)等简易方式完成，以节省制作成本。
本发明的又一目的是在于提供一种塑化磁性元件的制作方法，该制作方法可利用塑化材料的可塑性而弹性地在该元件的适当位置留下间隙(gap)，以得到最佳的电感值及耐电流值，且避免习知技艺须花费多道制造步骤又难以处理的缺点。
为了达到上述目的，本发明提供一种塑化磁性元件的制作方法，其特征在于包含下列步骤
(a)选择磁性材料和可塑性材料，且依比例调配为塑化磁性材料；(b)缠绕线圈于磁性体，且规划间隙于该元件的位置及大小；(c)将该塑化磁性材料及磁性体置于一模具内，且进行该元件的成型处理；以及(d)对该元件进行表面处理。
所述的塑化磁性元件的制作方法，其特征在于该磁性材料可为铁芯。
该磁性材料也可选自锰锌铁芯、镍锌铁芯、纯铁粉未、镍铁合金、钼镍铁合金或非晶系合金。
该可塑性材料可选自热固性材料或热塑性材料。
所述的塑化磁性元件的制作方法，其特征在于在步骤(a)，该磁性材料可预先处理成小颗粒粉末，再和该可塑性材料均匀搅拌以产生该塑化磁性材料。
所述的塑化磁性元件的制作方法，其特征在于在步骤(b)，该间隙是以隔板的方式留出所需间隙的大小及位置。
所述的塑化磁性元件的制作方法，其特征在于在步骤(b)，该间隙也可以砂芯的方式留出所需间隙的大小及位置。
所述的塑化磁性元件的制作方法，其特征在于在步骤(b)，该间隙也可以涂腊的方式留出所需间隙的大小及位置。
所述的塑化磁性元件的制作方法，其特征在于在步骤(c)，该成型的方式可以为射出成型、浇铸成型、挤制成型或旋镀成型。
所述的塑化磁性元件的制作方法，其特征在于在步骤(c)之前预先也可在该元件表面涂阻绝剂，并于步骤(c)之后去除该阻绝剂。
所述的塑化磁性元件的制作方法，其特征在于在步骤(c)之前也可预先在该元件表面以隔板区隔，并于步骤(c)之后去除该隔板。
所述的塑化磁性元件的制作方法，其特征在于在步骤(c)之后可另以加工改变该间隙的位置及大小。
本发明还提供一种塑化磁性元件的制作方法，其特征在于包含下列步骤(a)选择磁性材料和可塑性材料，且依比例调配为塑化磁性材料；(b)缠烧线圈于磁性体；(c)将该塑化磁性材料及磁性体置于一模具内，且进行该元件的成型处理；(d)加工设定间隙于该元件的位置及大小；以及(e)对该元件进行表面处理。
所述的塑化磁性元件的制作方法，其特征在于该磁性材料可以为铁芯。
该磁性材料也可选自锰锌铁芯、镍锌铁芯、纯铁粉未、镍铁合金、钼镍铁合金或非晶系合金。
该可塑性材料可选自热固性材料或热塑性材料。
所述的塑化磁性元件的制作方法，其特征在于在步骤(c)，该成型的方式为射出成型、浇铸成型、挤制成型或旋镀成型。
本发明还提供一种塑化磁性元件，包含至少一磁性体；至少一组线圈，缠绕于该磁性体；一封装件，用于包覆该磁性体和线圈；其特征在于该封装件是采用塑化磁性材料，且包含至少一空隙，其中该塑化磁性材料是磁性材料与可塑性材料的混合物。
所述的塑化磁性元件，其特征在于其中该塑化磁性材料内所包含的磁性材料可以是铁芯。
该塑化磁性材料内所包含的磁性材料也可选自锰锌铁芯、镍锌铁芯、纯铁粉未、镍铁合金、钼镍铁合金或非晶系合金。
所述的塑化磁性元件，其特征在于该塑化磁性材料内所包含的可塑性材料可以是选自热固性材料或热塑性材料。
本发明是利用塑化材料与磁性材料的不同混合比例而调配为一塑化磁性材料，设计者可经由改变间隙大小和位置而达成所需的电气规格(例如电感值及耐电流值)的要求，且经由一简单的成型方式而完成本发明元件的制作，本发明因以塑化磁性材料取代习知技艺仅采用的磁性材料或塑化材料，因此同时具有屏蔽及绝缘的特性，另因本发明的材料具有可塑性，因此该间隙大小和位置很容易调整，亦可于成型后再以加工的方式制作。
为了能更进一步了解本发明的特征及目的，兹配合较佳实施例和图式详细说明如后图式的简单说明
图1是本发明的塑化磁性元件的制作流程图；图2是本发明的电源电感器的立体图；图3是本发明的绕线式晶片电感器的立体图；图4是本发明的变频器用的变压器的立体图；图5是本发明的屏蔽装置的立体图；图6是本发明的一实施例的高感值塑化磁性元件的电感位和耐电流值的关系图；图7是本发明的一实施例的低感值塑化磁性元件的电感值和耐电流值的关系图；图8显示使用不同塑化磁性材料的电感值和耐电流值的关系图。
图1是本发明的塑化磁性元件的制作流程图。在步骤11，本发明启始。在步骤12，选择适合的磁性材料及可塑性材料；其中该磁性材料可为，例如锰锌铁芯(Mn-Zn-ferrite)、镍锌铁芯(Ni-Znferrite)、纯铁粉末(Ion-powder)、镍铁合金(Ni-Fe alloy)、钼镍铁合金(Mo-Ni-Fe alloy)及非晶系合金(amorphous alloy)等，而该可塑性材料可包含热固性或热塑性材料等，本发明对此并未有任何限制。热塑性材料例如聚乙烯(poly ethylene，PE)、聚氯乙烯(poly vinylchloride，PVC)、聚苯乙烯(poly styrene，PS)、聚醋酸乙烯(poly vinylacetate)、聚醯铵(耐隆，nylon)、纤维素衍生物(cellulose derivatives)、ABS共聚体(ABS copolymer)、聚偏二氯乙烯(poly vinylidenechloride)、压克力树脂(acrylic resin)、聚丙烯(polypropylene，PP)、聚丁烯(PB)等，热固性材料例如酚树脂(phenolic resin)、尿素树脂、三聚氰铵树脂(melamine resins)、环氧树脂(epoxy resin)、酸醇树脂(alkyd resins)等。在步骤13，将该磁性材料处理成直径约40至50μm大小的粉粒，再与可塑性材料依一定比例调配，该比例范围例如为1∶(0.05～9)。随后均匀搅拌以产生一塑化磁性材料。在步骤14，依所需要电气规格缠绕适当圈数的线圈(coil)于至少一磁性体(例如为铁芯)，及规划适当的间隙大小和位置。该间隙大小的设计可例如以一隔板(或砂芯)隔离所需留置的间隙，于塑化后将隔板(或砂芯)分离，即可得到所要的间隙大小和位置，另一可行的间隙设计是于绝缘材料及线圈间使用涂蜡或其他易于作消除处理材料，并于塑化后将蜡去除以得到所需的间隙。此外，利用涂蜡方式亦可使该间隙达到多层(multi-layer)设计的优点，在步骤15，进行一成型设计，其在元件表面涂布一适当的阻绝剂或以隔板间隔，而将元件置于模具内。之后，利用各种成型方法，例如射出、浇铸、挤制和旋镀，而作成一多层的封装，最后去除阻绝剂或取出隔板后，并对元件作最后阶段的表面处理。阻绝剂是例如蜡系列(Wax)、热塑性高分子(thermoplastic polymer)、热固性高分子(thermosettingpolymer)等。值得注意的是该间隙的控制除可以在步骤14中依电气规格而设计留置外，亦可于步骤15的元件成型后以再加工的方式制作。本发明的元件包含可塑性材料，因其特殊的化学特性而可于成型后进行加工以改变间隙大小，而这点也是本发明的技术特征之一。在步骤16，本发明结束。
本发明的塑化磁性元件可应用于电源电感器(power inductor)、绕线式晶片电感器(wire wound chip inductor)、变频器用的变压器(inverter transformer)及屏蔽装置(shielding device)等。本发明的特性除可以有效调整所需要的电感值及耐电流值外，亦因其制作方法简单而利于大量生产制造。
如图2所示，依据本发明的电源电感器(power inductor)，包含至少一磁性体(图未示出)、缠绕该磁性体的线圈(图未示出)、一封装件22及一间隙23，且该封装件22是采用塑化磁性材料。本发明的技术特征是以塑化磁性材料取代习知技艺的磁性材料，因此该封装件22将同时具有屏蔽及绝缘的特性。就习知技艺而言，若要达成本发明的功效，须在磁性材料外再包覆一层绝缘层，故而在制程上较复杂，本发明因为同时具有塑化材料的可塑性，因此在制作间隙23的大小和位置上亦较习知技艺容易完成。该间隙23可让元件设计者得到所需的电感值及耐电流值，如图3所示，是依据本发明的绕线式晶片电感器(wire wound chipinductor)，包含至少一间隙31、至少一磁性体(图未示出)、绕线该磁性体的线圈32及一封装件33，且该封装件33是采用塑化磁性材料，本发明的技术特征之一是以该塑化磁性材料取代习知技艺的塑胶材料，因此同时具有屏蔽及绝缘的特性，而较习知技艺增加电感效应(inductance)。此外，利用该间隙31可得到所需电气规格的电感值及提高耐电流值，本发明的特色之一是可依设计需要，于适当位置预留适当的间隙大小，使元件的应用更具弹性。
如图4所示，是依据本发明的变频器用的变压器(invertertranformer)，包含至少一间隙43、一I型芯42(I core)及一U型芯41(U core)。本发明的技术特征之一是将该U型芯41的材料由习知技艺的塑胶材料转换为塑化磁性材料，因此同时具有屏蔽及绝缘的特性，且较习知技艺增加电感效应。此外，利用调整设定该1型芯42和U型芯41之间的间隙43，可得到所需电气规格的电感值及提高耐电流值。本发明的塑化磁性元件可降低U型芯41的制造难度、改良间隙误差且降低制程的复杂度和成本。
如图5所示，是依据本发明的屏蔽装置，包含一基板52、位于该基板52的至少一磁性体54、缠绕于该磁性体54的线圈53及一封装件51，且该封装件51是采用塑化磁性材料。本发明的技术特征之一是以塑化磁性材料取代习知技艺的塑胶材料，因为本发明同时具有屏蔽及绝缘的特性，因此可以较习知技艺减少外界杂讯的干扰，习知技艺若要达成本发明的功效，则需提高绕线线圈的圈数，因此本发明亦有较习知技艺减少所需绕线圈数的优点。
图6是依据本发明的一实施例的高感值塑化磁性元件(Mn-Zn系统)的电感值和耐电流值的关系图，测试条件为使用线径0.3mm的线圈及缠绕43圈，纵轴代表电感值(μH，横轴代表耐电流值，在图6中包含五条曲线，分别为间隙0％、50％、67％、75％及100％，其中该百分比代表该间隙大小和该元件纵向高度的比率。由该实验数据显示出，本发明的屏蔽效果非常明显。当元件完全封闭后(gap为0％)的电感值为最大间隙(gap为100％)时的5/3至2倍。而随著间隙大小的增加，该耐电流值亦可相对提升。设计者可依循图6的引导，依据所需的电气规格而选择适合的间隙大小。
图7是依据本发明的一实施例的低感值塑化磁性元件的电感值和耐电流值的关系图，相同地，低导磁性材料实验数据亦显示和该高导磁性材料实验数据相同的屏蔽效果。换言的，本发明的制作方法可经由控制间隙的大小而调整元件的电感值及耐电流特性，使其应用更具弹性。
图8显示使用不同塑化磁性材料的电感值和耐电流值的关系图，其中该可塑性材料是使用环氧树脂及压克力。图8的实验结果显示相同于图6及图7的屏蔽效应，因此可以推论出本发明的制作方法可适用于所有的可塑性材料(包含热固性材料及热塑性材料)。
本发明的制作方法的一实施例是使用锰锌(Mn-Zn)磁性粉末(＜50μm)，以1∶1比例混合压克力树脂搅拌均匀而成，将Mn-Zn磁性材料的磁棒烧结体以线径1mm缠绕7圈后以隔离剂(低温石蜡)涂布欲分隔的界面。将包含线圈的Mn-Zn磁棒体置于模具内，快速将塑化磁性材料注入模具内。待压克力树脂硬化后，自模具内取出，并于100℃加热溶出隔离剂，且修整元件表面。
本发明的制作方法的另一实施例系使用镍锌(Ni，Zn磁性粉末(＜50μm)，以1∶0.5比例混合环氧树脂，经搅拌20分钟后加入硬化剂搅拌2分钟，将Ni，Zn磁性材料的磁棒烧结体以线径1mm缠绕7圈后，以一隔板分隔间隙。将包含线圈的Ni-Zn磁棒体置于模具内，快速将塑化磁性材料注入模具内。待环氧树脂硬化后，自模具内取出，且修整元件表面。
权利要求
1.一种塑化磁性元件的制作方法，其特征在于包含下列步骤(a)选择磁性材料和可塑性材料，且依比例调配为塑化磁性材料；(b)缠绕线圈于磁性体，且规划间隙于该元件的位置及大小；(c)将该塑化磁性材料及磁性体置于一模具内，且进行该元件的成型处理；以及(d)对该元件进行表面处理。
2.根据权利要求1所述的塑化磁性元件的制作方法，其特征在于该磁性材料为铁芯。
3.根据权利要求1所述的塑化磁性元件的制作方法，其特征在于该磁性材料选自锰锌铁芯、镍锌铁芯、纯铁粉未、镍铁合金、钼镍铁合金或非晶系合金。
4.根据权利要求1所述的塑化磁性元件的制作方法，其特征在于该可塑性材料选自热固性材料或热塑性材料。
5.根据权利要求1所述的塑化磁性元件的制作方法，其特征在于在步骤(a)，该磁性材料预先处理成小颗粒粉末，再和该可塑性材料均匀搅拌以产生该塑化磁性材料。
6.根据权利要求1所述的塑化磁性元件的制作方法，其特征在于在步骤(b)，该间隙是以隔板的方式留出所需间隙的大小及位置。
7.根据权利要求1所述的塑化磁性元件的制作方法，其特征在于在步骤(b)，该间隙是以砂芯的方式留出所需间隙的大小及位置。
8.根据权利要求1所述的塑化磁性元件的制作方法，其特征在于在步骤(b)，该间隙是以涂腊的方式留出所需间隙的大小及位置。
9.根据权利要求1所述的塑化磁性元件的制作方法，其特征在于在步骤(c)，该成型的方式为射出成型、浇铸成型、挤制成型或旋镀成型。
10.根据权利要求1所述的塑化磁性元件的制作方法，其特征在于在步骤(c)之前预先在该元件表面涂阻绝剂，并于步骤(c)之后去除该阻绝剂。
11.根据权利要求1所述的塑化磁性元件的制作方法，其特征在于在步骤(c)之前预先在该元件表面以隔板区隔，并于步骤(c)之后去除该隔板。
12.根据权利要求1所述的塑化磁性元件的制作方法，其特征在于在步骤(c)之后另以加工改变该间隙的位置及大小。
13.一种塑化磁性元件的制作方法，其特征在于包含下列步骤(a)选择磁性材料和可塑性材料，且依比例调配为塑化磁性材料；(b)缠烧线圈于磁性体；(c)将该塑化磁性材料及磁性体置于一模具内，且进行该元件的成型处理；(d)加工设定间隙于该元件的位置及大小；以及(e)对该元件进行表面处理。
14.根据权利要求13所述的塑化磁性元件的制作方法，其特征在于该磁性材料为铁芯。
15.根据权利要求13所述的塑化磁性元件的制作方法，其特征在于该磁性材料选自锰锌铁芯、镍锌铁芯、纯铁粉未、镍铁合金、钼镍铁合金或非晶系合金。
16.根据权利要求13所述的塑化磁性元件的制作方法，其特征在于该可塑性材料选自热固性材料或热塑性材料。
17.根据权利要求13所述的塑化磁性元件的制作方法，其特征在于在步骤(c)，该成型的方式为射出成型、浇铸成型、挤制成型或旋镀成型。
18.一种塑化磁性元件，包含至少一磁性体；至少一组线圈，缠绕于该磁性体；一封装件，用于包覆该磁性体和线圈；其特征在于该封装件是采用塑化磁性材料，且包含至少一空隙，其中该塑化磁性材料是磁性材料与可塑性材料的混合物。
19.根据权利要求18所述的塑化磁性元件，其特征在于其中该塑化磁性材料内所包含的磁性材料为铁芯。
20.根据权利要求18所述的塑化磁性元件，其特征在于其中该塑化磁性材料内所包含的磁性材料系选自锰锌铁芯、镍锌铁芯、纯铁粉未、镍铁合金、钼镍铁合金或非晶系合金。
21.根据权利要求18所述的塑化磁性元件，其特征在于该塑化磁性材料内所包含的可塑性材料是选自热固性材料或热塑性材料。
全文摘要
一种塑化磁性元件及其制作方法,该制作方法包含下列步骤:(a)选择磁性材料和可塑性材料,且依比例调配为塑化磁性材料;(b)缠绕线圈于磁性体,且规划间隙于该元件的位置及大小;(c)将该塑化磁性材料及磁性体置于一模具内,且进行该元件的成型处理;以及(d)对该元件进行表面处理。本发明制作的塑化磁性元件同时具有屏蔽及绝缘特性,该制作方法可以节省封装的成本。
文档编号H01F41/00GK1369885SQ01103810
公开日2002年9月18日 申请日期2001年2月15日 优先权日2001年2月15日
发明者李明宗, 裘以达, 侯春树 申请人:创世纪科技股份有限公司