高电流功率电感器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明的领域涉及电子元件和制造这些元件的方法，以及更特别地涉及电感器、 变压器和制造这些器件的方法。
【背景技术】
[0002] 典型的电感器可包括环状芯和成型芯，其中包含屏蔽芯和鼓芯、U型芯和I型芯、E 型芯和I型芯以及其它匹配形状。这些电感器的典型芯材料是铁氧体或标准的粉芯材料， 其包括铁（Fe)、铝硅铁粉（Al-Si-Fe)、MPP(M〇-Ni-Fe)和"高磁通（HighFlux) "(Ni-Fe)。电 感器典型地具有环绕芯的导电绕组，其可包括但不限于平面或圆形的磁体线圈、冲压铜箔、 或夹子。绕组可直接缠绕在鼓芯或其它线筒芯上。绕组的每一个末端可被看作是引线并用 于将电感器耦合到电路。根据应用的要求，绕组可以是预成型的、半预成型的、或不成型的。 不连续的芯可通过粘接剂粘到一起。
[0003] 随着功率电感器向更高电流的趋势发展，提供的电感器需要存在有更灵活的形 状因数、更强大的配置、更高的功率和能量密度、更高的效率，和更严格的电感和直流电阻 ("DCR"）容差。DC-DC变换器和电压调节模块（"VRM"）的应用经常要求电感器具有更严 格的DCR容差，由于成品的制造工艺现在很难提供。在典型的电感器中提供更高的饱和电 流和更严格的容差DCR，目前的解决方案已经变得非常困难和昂贵，并从这些典型的电感器 不能提供最好的性能。因此，电流电感器需要这样的改善。
[0004] 为了改善某些电感器的特性，近来环状芯已经使用非晶粉末材料作为芯材料来制 造。环形芯要求线圈或绕组被直接缠绕在芯上。在这个绕制工艺期间，该芯可能很容易破 碎，因此导致制造工艺困难和它使用在表面贴装中更昂贵的费用。此外，由于在环形芯中不 均匀的线圈绕组和线圈张力变化，DCR不是很一致，而这在DC-DC变换器和VRM中是特别需 要的。由于在压制过程期间涉及高的压力，不可能使用非晶粉末材料制造成型芯。
[0005] 由于在电子封装中的进展，制造具有微型结构的功率电感器是趋势。因此，芯结构 必须具有小而再小的外形，从而它它们可以适应现代电子器件，它它们中的一些可以是微 小的或具有非常薄的外形。制造小外形的电感器已经使制造商遇到了许多困难，因此使得 制造工艺变得昂贵。
[0006] 例如，当组件变得越来越小的时候，由于元件手绕的性质，困难增加了。这些手绕 的组件在自身的生产中产生了矛盾。另一个遇到的困难包括成型芯是非常脆的且整个制造 工艺芯倾向于破碎。另外的困难是由于装配期间两个分离的芯之间的间隙误差，电感是不 一致的，两个芯包括但不限于鼓芯和屏蔽芯，ER型芯和I型芯，以及U型芯和I型芯。进一 步困难是由于绕制工艺期间不均匀的缠绕和张力，DCR是不一致的。当想要制造微小结构 电感器时，这些困难仅仅代表了许多遇到的困难中的一些例子。
[0007] 像其它组件，在竞争激烈的电子设备制造业中，检查电感器的制造工艺件已经作 为减小花费的方法。当制造的组件是低费用、高容量的组件时，制造费用的减少是特别想要 的。在高容量组件中，当然制造成本的任何减少是重要的。制造中使用的一种材料可能比 另一种材料具有更高的花费是可能的。但是，使用更昂贵的材料，整个制造成本可能是较少 的，因为制造工艺中产品的稳定性和一致性比用较少费用的材料制造的相同产品的稳定性 和一致性更高。因此，大量实际制造的产品可以被销售，而不是被丢弃。此外，也可能的是， 用于制造组件的一种材料可能比另一种材料具有更高的成本，但是人力成本的节约远远补 偿了材料成本的增加。这些例子仅仅是许多减少制造成本中的一些。
[0008] 提供具有芯和绕组结构的磁组件变成想要的，它能允许下面一个或多个的改进， 更灵活的形状因子、更坚固的构造、更高的功率和能量密度、更高的效率、更宽的工作频率 范围、更宽的工作温度范围、更高的饱和磁通量密度、更高的有效透磁率，和更严格的电感 和DCR容差，而基本上没有增加组件的大小和占据不适当的空间，特别当在电路板的应用 上使用时。提供具有芯和绕组结构的磁组件也变成想要的，它能允许制造成本更低和获得 更一致的电力和机械性能。甚至，想要提供磁组件，严格控制大批量生产DCR。
【附图说明】
[0009] 前述和其它的特征以及本发明的方面参考下面本发明的一些示例实施例的描述 将被最好地理解，同时结合附图一起阅读。
[0010] 附图1举例说明了根据示例实施例在制造工艺的多个阶段期间具有ER-I成型芯 的功率电感器的透视图。
[0011] 附图2举例说明了根据示例实施例在制造工艺的多个阶段期间具有U-I成型芯的 功率电感器的透视图。
[0012] 附图3A举例说明了根据示例实施例的对称U型芯的透视图。
[0013] 附图3B举例说明了根据示例实施例不对称的U型芯的透视图。
[0014] 附图4举例说明了包括功率电感器的电路板组件。
[0015] 附图5图示地举例说明了包括附图4中示出的功率电感器的电子电路。
[0016] 附图6举例说明了在制造工艺的多个阶段期间具有U-I型芯的功率电感器的另一 个示例实施例的透视图。
[0017] 附图7是附图6示出的I型芯的透视图。
[0018] 附图8是附图7示出的I型芯的顶视图。
[0019] 附图9是附图7示出的I型芯的侧视图。
[0020] 附图10举例说明了根据示例实施例在制造工艺的多个阶段期间具有U-I成型芯 的功率电感器的透视图。
[0021] 附图11是附图10中示出的U型芯的透视图。
[0022] 附图12是附图10示出的组装的组件功率电感器的第一侧视图。
[0023] 附图13是附图10的组装组件的第二侧视图。
[0024] 附图14是包括第一和第二成型芯的功率电感器的另一个实施例的组装透视图。
[0025] 附图15是附图14示出的功率电感器组装之后的第一侧视图。
[0026] 附图16是附图15的功率电感器的第二侧视图。
【具体实施方式】
[0027] 参考附图1-5,示出的是磁性组件或器件的示例实施例的多个举例说明的视图。在 一个示例实施例中，器件是电感器，尽管认为下面描述的本发明的优点可归于其它种类的 器件。当下面所描述的材料和技术被认为对扁平电感器的制造是特别有好处时，公认的电 感器是一种电子组件，在其中本发明的优点也是可以预期的。因此，说明书的阐述仅仅是为 了说明的目的，且预期的是本发明的优点归于其它尺寸和种类的电感器，以及其它电子组 件，包括但不限于变压器。因此，本文中发明构思的实践并不唯一限于本文描述的示例实施 例和附图中的举例说明。此外，理解的是，附图并不是限制，各种组件的厚度和其它尺寸为 了清楚的目的已经被放大。
[0028] 图1举例说明了根据示例实施例在制造工艺的多个阶段期间具有ER-I成型芯的 功率电感器的透视图。在这个实施例中，功率电感器100包括ER型芯110、预制线圈130和 I型芯150。
[0029] ER型芯110形状总体是方形或矩形，并具有基底112，两个侧壁114、115，两个端壁 120、121，插座124,和中心突起或杆126。两个侧壁114、115延伸到基底112的整个纵向长 度并具有外表面116和内表面117,其中内表面117最接近中心突起126。两个侧壁114、 115的外表面116基本是平的，该两个侧壁的内表面117是凹的。两个端壁120、121从基底 112的每一个侧壁114、115的端部延伸了基底112宽度的部分，如此间隙122、123分别形成 在两个端壁120、121的每一个中。这个间隙122、123可基本形成在两个端壁120、121的每 一个的中心，如此两个侧壁114、115彼此成镜像。插座124由两个侧壁114、115和两个端 壁120、121定义。中心突起126可位于ER型芯110的插座124的中心并可从ER型芯110 的基底112向上延伸。中心突起126可延伸到基本上与两个侧壁114、115和两个端壁120、 121相同的高度，或延伸的高度小于两个侧壁114、115和两个端壁120、121的高度。这样， 中心突起126延伸进入预制线圈130的内周132,以保持预制线圈130相对于ER型芯110 在固定、预定和中心的位置。
[0030] 预制线圈130具有一匝或多匝的线圈，和两个端子134、136,或引线，它们彼此以 180°从预制线圈130延伸。两个端子134、136从预制线圈130以向外的方向延伸，然后以 向上的方向，然后返回以向内的方向朝向预制线圈130,因此每一个形成U型结构。预制线 圈130定义了预制线圈130的内周132。预制线圈130的结构被设计成凭借中心突起126 耦合预制线圈130到ER型芯110,如此中心突起126延伸进入预制线圈130的内周132。预 制线圈130由铜制成并电镀有镍和锡。尽管预制线圈130由铜制成并具有镍和锡镀层，其它 合适的导电材料，包括但不限于镀金和焊锡，可用于制造预制线圈130和/或两个端子134、 136而没有脱离本发明的范围或精神。此外，尽管预制线圈130已经被描述为一种可在该实 施例中