专利名称：线绕电感器的连续制造方法及其线绕电感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一线绕电感器的制造方法，特别是涉及一线绕电感器的连续制造方法，其中采用挤压的型芯材料以及简化的接线端附件和导线缠绕工艺，以便降低电感器的制造成本。
电感器构成一射频(RF)电路的组成部件。作为一组，电感器在电路设计中构成约1/3的基本结构单元。
电感器的基本形式是一导线线圈。线圈可以是独立的(空心)或者是围绕型芯缠绕的。其它型式的电感器(例如多层或印刷设计)也是公知的，但是由线圈可以获得优异的性能。随着用于印刷电路板高速制造的表面贴装技术的到来，电感器的尺寸有很大的减小。在工业标准0805和0603尺寸插件中，目前流行表面贴装的线绕电感器。这些电感器由模制型芯材料(热固塑料或陶瓷)和导线绕组以及电镀接线端构成。
电感的电学计量单位是亨。对于一级近似，一导线线圈的电感值是L＝(4πN2A/W)×109亨，其中N是线圈匝数，A是线圈截面积，W是线圈长度。全部三个变量(N、A和W)是独立变量，它们可以独立地变化，以获得要求的电感值L。
通常是当电感器处于绕线夹具中时连接绕组的导线端，由此一次一个地制造单个电感器。这种方法费时，因而增加了制造成本，并且可能导致超出允许偏差。此外，传统的电感器采用的型芯材料不能大量挤压，因此不能获得连续工艺的优点。而且，传统的型芯材料难以机加工，结果难以精确地确定线圈的截面积。再有，传统电感器的接线端是共平面的(亦即在电感器的同一侧上)，导线缠绕的起始和终止均在器件的同一侧(一般在底部)。结果，只可能是绕组的整数倍(针对亨的上述公式中的N)。因此，对于给定的型芯尺寸，这就限制了可以获得的电感值(上述公式中的L)的数量。而且，为了固定导线绕组以及为自动布局装置提供平滑、均匀的表面，需要对线绕表面贴装电感器添加粘接涂层(特别是UV或者热固化塑料)。由于涂层材料可能流出器件边缘，所以要求外模具提供一均匀的表面。
本发明的目的在于克服已有技术的缺点，提供一种电感器和一电感器的制造方法。本发明的另一个目的在于提供一种电感器，其中采用有利于制造并且降低制造成本的材料。
在根据本发明的列举实施例中，提供一种电感器的制造方法，包括以下工序(a)挤压一定长度的型芯材料，(b)围绕型芯材料形成和弯折导线卡钉接线端，(c)在导线卡钉接线端之间围绕型芯材料卷绕导线绕组，把导线绕组与导线卡钉接线端连接。工序(a)可以由以下工序实现，(d)挤压热塑材料形成一任意的截面，和(e)把被挤压的热塑材料送入型芯整形工作台。在工序(d)之后，该方法可以包括把挤压的热塑材料绕成卷材的工序，并且要在工序(e)之前，还包括对卷材开卷的工序。根据要求的电感可以把型芯材料加工成期望的截面。在材料中形成槽口，通过在槽口中固定导线卡钉接线端来实施工序(b)。可以如下实施工序(b)，开卷一段导线卷材，切断该段导线，整形该导线围绕型芯材料装配，围绕型芯材料弯折导线，从而形成电感器接线端。可以如下实施工序(c)，根据期望的电感在型芯材料周边的选择位置，使导线绕组与导线卡钉接线端连接。工序(c)还可以由以下工序实现，(f)使导线绕组焊接在导线卡钉接线端。在这方面，最好通过热压立桩或定位焊接来实施工序(f)。该方法还可以包括以下工序，(g)在导线卡钉接线端之间的导线绕组上施加涂层材料。在这方面，最好如下实施工序(g)，在导线卡钉接线端之间的导线绕组上涂敷一种UV可凝固的材料。如此构成的各个电感器沿型芯材料的长度被彼此分隔。接着，测试各个电感器的电性能并且根据允许偏差进行分类。
根据本发明的另一方案，提供一种电感器的制造方法，包括以下工序，(a)挤压足够多个电感器使用的一定长度的型芯材料，(b)沿型芯材料的长度并在对应于多个电感器的位置，围绕型芯材料形成和弯折导线卡钉接线端，(c)在导线卡钉接线端之间围绕型芯材料卷绕导线绕组，把导线绕组的端部与分别对应于多个电感器中每个的成对导线卡钉接线端连接。
在本发明的另一列举的方案中，提供一种电感器的制造方法，在一单个制造工作台上设置一单一的定位标记。
根据本发明的又一方案，提供一种电感器，包括，一可被挤压制造的绝缘型芯、具有围绕型芯弯折的导线卡钉的接线端、和一围绕型芯周边设置并与接线端连接的导线绕组。一涂层例如粘接涂层可以配置在导线绕组上和接线端之间。导线卡钉最好从绝缘型芯向外延伸，以限定其间的沟槽，其中涂层最好配置在该导线卡钉之间的沟槽中。在一个实施例中，一磁心配置在绝缘型芯内部。绝缘型芯最好由热塑材料形成，其熔化温度约在350°F以上，最好在约650°F以上。绝缘型芯可以包括形成在其周边的槽口，以用于容纳导线卡钉。导线卡钉最好由卷材形成，其最好包括锡-铜。导线卡钉还可以从绝缘型芯的PCB侧伸出。可以根据期望的电感把导线绕组固定在绕型芯周边的选择位置上。
根据本发明的再一方案，提供一种电感器，包括，一绝缘型芯、一对装配于型芯的接线端、和一围绕型芯周边设置并与接线端连接的导线绕组。导线绕组包括一根据期望的电感选择的并包含围绕型芯的非完整线匝的多线匝。
以下将参考附图详细说明本发明的这些和其它方案和优点。
图1是根据本发明的方法的工位图。
图2是通过型芯整形工作台之后的挤压型芯。
图3是通过型芯开槽工作台之后的型芯。
图4是装配了导线卡钉接线端的型芯。
图5是具有导线卡钉接线端和导线绕组的型芯。
图6是通过电感器涂敷工作台之后的电感器。
图7是用于测试和分类的已分离的电感器。
图8是根据本发明的电感器的端视图。
图9是根据本发明的电感器另一实施例。
以下将结合电感器的制造方法说明根据本发明的电感器的结构部件。图1是根据本发明的方法的工位图。参见图2-7，如图2所示具有一任意截面(最好是矩形)的待挤压型芯材料被送入型芯整形工作台12。挤压工艺是公知的，将不再说明。开始，把一型芯材料例如高温热塑材料挤压成足够多个电感器使用的长度。高温热塑材料是熔化温度约在350°F以上的热塑材料。针对本发明的结构优选的材料是熔化温度约在650°F以上的热塑材料。这种材料的例子有TEFLON、PEEK和PEK。与已有技术的陶瓷型芯材料或者热固塑料型芯材料不同，该热塑型芯材料可以被大量连续挤压。此外，该型芯材料易于加工整形和开槽口(如下所述)。截面积可以任意变化，即上述公式中的变量A，直接对应于电感值的变化，即上述公式中的变量L。因此，按照公知的加工工艺，可以极为精确地把型芯材料加工成要求的截面。一般，型芯材料的加工精确度在+/-0.0005＂的范围内。一加工的型芯材料段在图2中标为14。
在型芯开槽工作台16，在准备设置器件接线端的型芯材料处形成槽口18。可以按任何适当的方式形成槽口18，最好用固体碳化物锯或者高速钢锯来形成。为了容纳围绕器件弯折的器件接线端，在型芯材料的所有侧面上形成槽口18。根据接线端材料的直径和要求的电感器外形，可以设定每个槽口的深度并对其极为精确地控制。例如，为了使电感器外形最小化，电感器的顶部和侧面上应形成较深的槽口。相反在底部的槽口可以较浅，以便可以控制印刷电路板上的电感器高度。展示了一电感器外形的制成的电感器的侧视图如图8所示。加工和开槽口的型芯材料段如图3所示。
接着，在型芯卡钉装配工作台24设置电感器接线端22。电感器接线端22由卷材形成的并且在槽口18围绕型芯材料弯折的导线卡钉构成。该卡钉由卷绕导线例如AWG锡-铜材料形成。在单一移动中，在适当长度切断导线，使用第一U形工具对其整形以围绕型芯装配，再使用第二工具围绕型芯弯折，以形成器件接线端。该第二工具使U形导线围绕型芯底部弯曲。装配有导线卡钉接线端的型芯材料段如图4所示。
接着，如图5所示，通过围绕型芯材料卷绕一小直径导线(一般是44AWG)，在型芯卷绕工作台28设置电感器绕组26。采用任何适当的方法例如热压立桩、极高温钎焊和熔焊，把绕组26固定在导线卡钉接线端22上。在热压立桩方法中，在任何要求的位置把绕组26热压在导线卡钉接线端上。绕组26包括聚氨基甲酸乙酯绝缘体。当把导线绕组26安装于导线卡钉接线端时，热压使聚氨基甲酸乙酯绝缘体熔化并且使导线卡钉的锡熔化。熔化的锡围绕电感器导线流动，从而使导线绕组焊接就位。由于导线卡钉接线端上的锡涂层在绕组导线和接线端卡钉之间产生接合，所以无需其它材料(例如焊料)。导线卡钉接线端22围绕型芯材料卡装，于是导线绕组26能够沿电感器周边实际固定在任何位置。结果，可以精细地控制电感器的绕组数量(包括围绕型芯的非完整匝数)，这样能够针对给定的型芯尺寸实现中间电感值。
参见图6，电感器接着通过电感器涂敷工作台30，其中在每个电感器顶部的两个导线卡钉接线端22之间配置涂层材料32。除了固定电感器绕组26之外，涂层材料32形成一平滑平坦表面，以良好地适合于电路板组装中流行采用的自动布局机器。可以采用任何适用的涂层材料配置装置，已知几种这种装置。因此不再说明配置装置的细节。一般，涂层材料32是一种UV可固化材料，例如钎料掩模或绝缘涂层或者各种环氧树脂之一。导线卡钉接线端22在型芯顶表面上方稍微分开(高出)配置，以便限定接线端之间的沟槽34。作为由接线端22限定的沟槽34的结果，不必象传统电感器一般所需那样，需要外模来形成一用于自动布局机器的均匀表面。
在电感器切断、测试和分类工作台40分离各个电感器38。以可供锯口操作的足够空间，在电感器接线端之间机械地锯开电感器。在另一种构型中，可以使用公知的激光修整工艺分离电感器。电感器一旦分离后，就被放置在测试工作台，使用例如阻抗分析仪测试电性能。依据测量的电感值，然后把每个电感器根据要求的允许偏差被分类进入储存盒。每个储存盒随后放入标准带和卷取机用于包装。
根据本发明的工艺是连续工艺。以挤压的卷材开始，在型芯材料上顺序地形成电感器。直到制造的最终阶段(特指测试和分类)才从实体上分离电感器。这与在各个型芯上分立地构成每个电感器的现行方法截然不同，流行的方法以严格的公差和分立地卷绕制造。根据本发明的连续工艺的合格率比分立工艺更高。此外，与使用热固塑料和陶瓷的模制相比，挤压型芯材料是更为廉价的工艺。
依靠挤压材料的优点，本工艺可以保持极为严格的公差(一般约是0.0005＂)，这在线绕电感器的制造中是史无前例的。在截面积上保持这种高精度的能力实现了高度可控的电感值。整形工艺可以与电感器制造工艺分离，从而可以高速地对型芯材料进行卷到卷的加工操作。因此可以极大地提高生产量。
导线卷绕工艺还可以是使用围绕型芯材料旋转的卷线材的连续工艺。这与每个电感器按线圈架方式旋转的已有方法不同。由于本发明工艺的卷绕是连续的，因此可以避免因启动和停止动作而产生的制造波动。此外，只需较少的装配时间，在给定的时间内可以卷绕更多的电感器。
除了连续工艺的部分，型芯材料的开槽口和对标准的镀锡卷线材形成卡钉是本发明的重要特征。已有技术中，在每个型芯材料加工之后，必须在二次工艺中(一般是通过采用高温焊膏的电镀)形成接线端引线。除了要求增加制造工序之外，已有的方法需要额外的材料处理(例如加热到高温和沉积焊膏)。于是，由于本发明的方法中不需要额外的制造工序，所以制造成本较低。此外，可以用标准市售材料代替需要特殊处理的更复杂材料。而且，卡钉形成工艺使导线卷底部平坦化，所以使得更易于焊接。
如图1所示，可以在具有单一定位标记的单个制造场地实施整个工艺。因此，对工艺的每个阶段输送的材料不必重新定位。而只需全部阶段(包括开槽口、卡钉、卷绕和切断)与单一定位标记对准。已有的方法包括几个分离的制造阶段。结果，为了避免出现影响性能的大制造偏差，每个部分(工位)必须仔细地重新定位。作为单一制造场地的结果，可以保证更严格的制造公差，实现更好的合格率。而且，由于无需重新定位所用的额外定位装置，所以制造成本较低。类似地，由于制造工艺包含了涂层材料的配置，所以无需额外的制造工序，故制造成本较低。
为了进一步提高性能水平，参见图9，可以围绕一中心导体45挤压型芯以此提供磁心。另外，可以在挤压中形成一槽，用于后续工序中压入磁心。
虽然以上结合目前认为是最为实用和优选的实施例说明了本发明，但是应该知道本发明并不限于所述的实施例，而是相反，应覆盖包含在权利要求书的构思和范围内的各种改型和等同设置。
权利要求
1.一种电感器的制造方法，包括以下工序(a)挤压一定长度的型芯材料；(b)围绕型芯材料形成和弯折导线卡钉接线端；和(c)在导线卡钉接线端之间围绕型芯材料卷绕导线绕组，并把导线绕组与导线卡钉接线端连接。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，工序(a)由以下工序实现，(d)挤压一热塑材料形成一任意的截面，和(e)把挤压的热塑材料送入一型芯整形工作台。
3.根据权利要求2的方法，其特征在于，还包括，在工序(d)之后，把挤压的热塑材料绕成卷材的工序，并且在工序(e)之前，对卷材展开的工序。
4.根据权利要求2的方法，其特征在于，还包括，在工序(e)之后，根据要求的电感把型芯材料加工成一期望的截面的工序。
5.根据权利要求1的方法，其特征在于，还包括，在工序(b)之前，在型芯材料中形成槽口的工序，而且，通过在槽口中固定导线卡钉接线端来实施工序(b)。
6.根据权利要求1的方法，其特征在于，如下实施工序(b)，展开一段导线卷材，切断该段导线，整形该导线以围绕型芯材料装配，和围绕型芯材料弯折导线，从而形成电感器接线端。
7.根据权利要求1的方法，其特征在于，如下实施工序(c)，根据期望的电感在绕型芯材料周边的选择位置，使导线绕组与导线卡钉接线端连接。
8.根据权利要求1的方法，其特征在于，工序(c)由以下工作实现，(f)使导线绕组焊接在导线卡钉接线端上。
9.根据权利要求8的方法，其特征在于，通过热压立桩实施工序(f)。
10.根据权利要求8的方法，其特征在于，通过定位焊接实施工序(f)。
11.根据权利要求1的方法，其特征在于，还包括，(g)在导线卡钉接线端之间的导线绕组上施加一涂层材料。
12.根据权利要求11的方法，其特征在于，如下实施工序(g)，在导线卡钉接线端之间的导线绕组上涂敷一UV可凝固的材料。
13.根据权利要求11的方法，其特征在于，还包括，沿型芯材料的长度彼此分隔各个电感器。
14.根据权利要求13的方法，其特征在于，还包括，测试各个电感器的电性能并且根据允许偏差对各个电感器分类。
15.根据权利要求1的方法，其特征在于，还包括，沿型芯材料的长度彼此分隔各个电感器。
16.根据权利要求15的方法，其特征在于，还包括，测试各个电感器的电性能并且根据允许偏差对各个电感器分类。
17.一种电感器的制造方法，包括以下工序(a)挤压足够多个电感器使用的一定长度的型芯材料；(b)沿型芯材料的长度在对应于多个电感器的位置，围绕型芯材料形成和弯折导线卡钉接线端；和(c)在导线卡钉接线端之间围绕型芯材料卷绕导线绕组，把导线绕组的端部与分别对应于多个电感器中每个的成对导线卡钉接线端连接。
18.根据权利要求17的方法，其特征在于，工序(a)由以下工作实现，(d)挤压一热塑材料形成一任意的截面，和(e)把挤压的热塑材料送入一型芯整形工作台。
19.根据权利要求18的方法，其特征在于，还包括，在工序(e)之后，根据要求的电感把型芯材料加工成一期望的截面的工序。
20.根据权利要求17的方法，其特征在于，还包括，在工序(b)之前，在型芯材料中形成槽口的工序，其中通过在槽口中固定导线卡钉接线端来实施工序(b)。
21.根据权利要求17的方法，其特征在于，如下实施工序(b)，展开一段导线卷材，切断该段导线，整形该导线以围绕型芯材料装配，和围绕型芯材料弯折导线，从而形成电感器接线端。
22.根据权利要求17的方法，其特征在于，如下实施工序(c)，根据期望的电感在绕型芯材料周边的选择位置，使导线绕组与导线卡钉接线端连接。
23.根据权利要求17的方法，其特征在于，工序(c)由以下工作实现，(f)使导线绕组焊接在导线卡钉接线端上。
24.根据权利要求23的方法，其特征在于，通过热压立桩实施工序(f)。
25.根据权利要求23的方法，其特征在于，通过定位焊接实施工序(f)。
26.根据权利要求17的方法，其特征在于，还包括，(g)在导线卡钉接线端之间的导线绕组上施加一涂层材料。
27.根据权利要求26的方法，其特征在于，如下实施工序(g)，在导线卡钉接线端之间的导线绕组上涂敷一UV可凝固的材料。
28.根据权利要求17的方法，其特征在于，还包括，沿型芯材料的长度彼此分隔各个电感器。
29.根据权利要求28的方法，其特征在于，还包括，测试各个电感器的电性能并且根据允许偏差对各个电感器分类。
30.一种电感器的制造方法，所述方法在一单个制造工作台上设置一单一的定位标记。
全文摘要
一种线绕电感器,包括,一绝缘型芯(14)、具有围绕型芯弯折的导线卡钉的接线端(22)、和一围绕型芯周边设置的并与接线端连接的导线绕组(26)。一涂层例如粘接涂层配置在导线绕组上和接线端之间。一种电感器的连续制造工艺。从可被挤压的卷材开始,在型芯材料上顺序形成电感器。直到制造的最终阶段才实体分离电感器,这与已有技术不同,已有技术是在按严格公差制造的各个型芯上分别构成每个电感器并且分别卷绕。借助电感器部件的性能,可以获得极为严格的公差(一般约是0.005”),实现高度控制的电感值。
文档编号H01F27/30GK1247631SQ97181971
公开日2000年3月15日 申请日期1997年12月19日 优先权日1996年12月30日
发明者小R·W·兰普, G·J·哈耶斯 申请人:艾利森公司