专利名称：：一种绕线功率电感元件及其制造方法
技术领域：
：本发明涉及电子元器件，明确地说涉及一种绕线功率电感元件及其制造方法。
背景技术：
：随着电子技术的发展，电子元器件逐渐向小型化、轻量化、高频化、大电流、低EMI(电磁干扰)和低制造成本、以及高可靠性发展，要求产品在温度剧烈变化及强力外力冲击的情况下，仍能保持优良的性能。目前，各种绕线功率电感元件种类繁多，但几乎没有能够较好的兼顾以上全部要求的产品。对于普通开磁路绕线功率电感产品，虽然可以做到较高的使用频率，但器件本身尺寸规格和质量较大，且存在严重的EMI问题。对于加磁环或磁桶式闭磁路绕线功率电感产品，虽然可以较好的解决EMI问题，产品额定电流亦可以做到较大程度，但器件使用频率较低，重叠特性较差，且制造成本高，产品抗机械冲击及撞击能力较差。对于涂覆磁性胶水式闭磁路绕线功率电感产品，虽然可以较好的解决EMI问题，产品额定电流及使用频率均较高，但对胶水的均匀性、胶水和磁芯的收縮一致性以及对磁芯上下摆轴向强度要求较高。
发明内容本发明的主要目的就是针对现有技术的不足，提供一种具有抗冲击性能强、电气性能稳定、可靠性高，同时成本相对较低，使用频率较高、电磁兼容性较好的闭合磁路绕线功率电感元件。为实现上述目的，本发明采用以下技术方案—种绕线功率电感元件，包括鼓型磁芯，包括上摆、下摆及连接所述上摆和所述下摆的芯柱；外部电极，形成在所述下摆的底部；线圈，绕制在所述芯柱上，且两端电连接所述外部电极；还包括覆盖在所述线圈、所述上摆和所述下摆上的磁性热縮材料部件。优选地，所述磁性热縮材料部件呈套管状包覆所述鼓型磁芯且覆盖所述上摆顶面的一部分。优选地，所述磁性热縮材料部件包含铁氧体磁粉和高分子材料。优选地，所述高分子材料属于环氧树脂混合体系、硅树脂体系或硅橡胶体系。优选地，所述下摆的底部设置有用于形成外部电极的金属导针或金属化凹槽或金属片或基板，所述线圈的两端电连接所述金属导针或所述金属化凹槽或所述金属片，或电连接设置在所述基板两端的金属片，或直接缠绕在所述基板两端。—种绕线功率电感元件的制造方法，包括以下步骤磁芯准备工序，准备包括芯柱和上、下摆的鼓型磁芯；3电极形成工序，在所述下摆的底部形成电极；线圈绕制工序，将线圈绕制在所述芯柱上，并将线头和线尾电连接所述电极；禾口覆料工序，将磁性热縮材料部件覆盖在所述线圈和所述上、下摆上，再经过加热进行收縮定型。优选地，所述覆料工序中，使所述磁性热縮材料部件呈套管状包覆所述鼓型磁芯且覆盖所述上摆顶面的一部分。优选地，所述磁性热縮材料部件包含铁氧体磁粉和高分子材料。优选地，所述高分子材料属于环氧树脂混合体系、硅树脂体系或硅橡胶体系。优选地，所述电极形成工序包括在所述下摆的底部设置金属导针或金属片或金属化凹槽或基板，将所述线圈的两端电连接所述金属导针或所述金属化凹槽或所述金属片，或电连接设置在所述基板两端的金属片，或直接缠绕在所述基板两端。本发明有益的技术效果是根据本发明，在线圈和鼓型磁芯的上、下摆上覆盖有磁性热縮材料部件，由于磁性热縮材料部件具有良好的弹性，加热时径向收縮大，轴向收縮小，因此经历_4(TC+125°C的冷热冲击循环时对鼓型磁芯上、下摆所产生的轴向应力很小，保证产品具有优良的抗热冲击和机械冲击特性。信赖性实验结果表明，产品在5-55Hz，振幅1.5mm情况下，振动6小时及1米高度自由跌落2次后，产品本体无任何机械损伤。同时，磁性热縮材料部件与磁芯上下摆及线圈紧密连接，当受到外界物理冲击时，弹性的磁性热縮材料部件外壳能起到良好的缓冲作用，极大地降低了外力对磁芯本体的冲击力量，从而使得产品抗物理冲击能力大幅提升，机械可靠性能明显增加。磁性热縮材料部件不但具有保护线圈的作用，同时由于有磁性，可以提供闭合磁路，从而在不增加线圈圈数或磁芯尺寸及磁导率的情况下，可以达到较大的电感量，与普通开磁路绕线功率电感型相比，相同线圈圈数和磁芯结构的情况下，磁性热縮材料部件可以使产品电感量提高0%100%，从而使得产品制作成本降低。磁性热縮材料部件为磁性物质，可以通过热烘烤工艺与磁芯上下摆及线圈部紧密连接，从而构成完整的闭合磁路结构，与开磁路及加磁环或磁桶型结构相比，不存在明显的气隙，大大降低了磁路由于气隙导致的漏磁，可以极大的降低EMI辐射。磁性热縮材料部件可以由混合磁性粉末和高分子材料形成，通过调节磁粉与高分子材料的比例，或磁粉材质及磁性热縮材料部件厚度，可以调节产品电感量上升幅度和重叠特性。这种混合材料分布均匀，磁损耗小，产品适用频率高，最高可达数百兆赫兹，相对目前各种闭磁路绕线功率电感，不必通过点胶固化或组装磁环及磁桶工艺实现闭合磁路结构，仅通过简单的磁性热縮材料部件加热定型即可制成成品，简化了产品制作工艺。本发明结构合理，制造成本低，物理尺寸小，且保持了直流重叠特性好，耐电流大，使用频率高，可靠性优良的特点。图1是本发明一个实施例的鼓形磁芯结构示图；图2a-2c分别是本发明一个实施例的鼓型磁芯主视图、左视图和俯视图3是本发明一个实施例的绕线功率电感元件结构示图4a-4c是本发明一个实施例的绕线功率电感元件主视图、左视图和俯视图；图5是本发明一个实施例采用粘接金属片形成电极的结构示图；图6是本发明一个实施例采用金属化凹槽形成电极的结构示图；图7a、7b是本发明一个实施例采用粘接基板形成电极的结构示图，其中图7a为线端连接金属片形成电极，图7b为线端直接缠绕形成电极。图8是本发明一个实施例的制作工艺流程图；图9是与图8中的各个工艺对应的产品状态图。具体实施例方式以下通过实施例结合附图对本发明进行进一步的详细说明。请参考图1至图4c，一种实施例的绕线功率电感元件包括鼓型磁芯、线圈31、外部电极21a、21b及连接鼓型磁芯与外部电极21a、21b的连接部22，鼓型磁芯具有上摆11、下摆12、及连接上、下摆的芯柱13，线圈31绕制在芯柱13上，线圈31的两端与外部电极21a、21b电连接，根据本发明的特点，该绕线功率电感元件还具有覆盖在线圈31和上摆11、下摆12上的磁性热縮材料部件41。磁性热縮材料部件为热縮弹性固体，加热时会收縮且具有较好的弹性。当受到外部环境冷热冲击或者机械撞击时，磁性热縮材料部件对产品能起到较好的缓冲作用，避免磁芯出现破损或开裂现象，保证产品优良的抗冲击性能。磁性热縮材料部件加热时径向收縮大，轴向收縮小，例如，经历-401:+1251:的冷热冲击循环时对磁芯上下摆所产生的轴向应力很小，不会致使0.2mm以下厚度磁芯上摆11或下摆12开裂，因此可靠性高。同时，由于磁性热縮材料部件具有磁性，在外加磁场的情况下能产生自感应磁场，当磁性热縮材料部件与磁芯上、下摆及线圈紧密相接时，可为绕线功率电感元件提供闭合磁路。优选的实施例中，磁性热縮材料部件呈套管状包覆鼓型磁芯的周侧，而且覆盖磁芯上摆顶面的一部分。由于磁性热縮材料部件的存在，绕线功率电感元件可在不增加线圈圈数或磁芯尺寸及磁导率的情况下达到较大的电感量。由于磁性热縮材料部件与磁芯形成了完整的闭合磁路结构，与开磁路及加磁环或磁桶型结构相比，绕线功率电感元件不存在明显的气隙，大大降低了磁路由于气隙导致的漏磁，可以极大的降低EMI辐射。如图3至图4c所示，鼓型磁芯的下摆12底部可粘接金属导针作为电极固定部，芯柱13上绕制的线圈31的两端电连接至金属导针上，再通过浸锡处理，从而形成外部电极21a、21b。如图5所示，鼓型磁芯的下摆12可粘接金属片作为电极固定部，芯柱13上绕制的线圈31的两端电连接至金属片上，再通过浸锡或焊接处理，从而形成外部电极21a、21b。如图6所示，鼓型磁芯的下摆12底部可具有金属化凹槽，芯柱13上绕制的线圈31的两端电连接至金属化凹槽内，再通过浸锡或焊接处理，从而形成外部电极21a、21b。如图7a、7b所示，鼓型磁芯的下摆可粘接有塑料、铁氧体或陶瓷基板，芯柱13上绕制的线圈31的两端电连接至基板两端的金属片上或缠绕在基板两端，再通过浸锡或焊接处理，从而形成外部电极21a、21b。根据不同的实施例，芯柱上绕制的线圈可以是单股线缠绕，也可以是多股线缠绕。如图8、9所示，一个实施例的绕线功率电感元件的制造流程如下，包括步骤Sl5S4的工序。步骤Sl:鼓型磁芯准备工序，即将磁芯上摆和下摆、及连接上下摆的芯柱构成的鼓型磁芯的工序。作为具体例子有，将含有镍铜锌系铁氧体材料粉末、树脂、粘合剂、润滑剂和增塑剂进行混炼，经制粒后在加热塑化状态下(100200°C)用注射成型机注入模腔内固化成型，形成鼓型铁氧体磁芯坯体；然后，将坯体脱脂，在800-100(TC下煅烧3小时得到鼓型铁氧体磁芯。步骤S2:外部金属化电极形成工序，即在磁芯下摆的底面含有孔穴的区域上直接对接金属导针，并用胶水固定形成电极的工序。孔穴在步骤l的干压过程中已经形成。作为具体的例子有，利用刀具将表层镀锡的圆铜线裁剪为特定长度的导针，然后通过模具将导针一端打扁成圆形大头，再将打扁后的导针圆形大头端沾胶，并与磁性孔穴对接，通过高温烘烤的方式将胶水固化，使导针与磁芯连接牢固，形成连接部和外部电极。步骤S3:线圈绕制工序，即将铜线绕制在鼓型磁芯的芯柱上，同时将线圈两端与外部电极电连接的工序。具体例子有，将聚氨酯树脂包覆的铜线，按照一定的方向规则绕制在鼓型磁芯芯柱上，并将线圈两端分别缠绕在磁芯外部电极上，然后将缠绕部连同磁芯外部电极进行浸锡处理，使线圈与外部电极电连接。步骤S4:包覆磁性热縮材料部件工序，即在线圈和磁芯上摆、下摆上包覆一层热縮性的磁性材料部件，其后对产品进行烘干处理，即可得到收縮定型后磁性热縮材料部件。具体例子有，将内径8mm的磁性热塑材料部件，裁剪为10mm长度，套于①7X8mm鼓型绕线功率电感的线圈31和磁芯上摆11、下摆12上，在15(TC条件下烘干15分钟，即可得到包覆有磁性热縮材料部件41的新型绕线功率电感元件。作为含有上述磁性粉末的磁性热縮材料部件，可以是由铁氧体粉与高分子材料共同组成。高分子材料例如为橡塑材料和各种添加剂。如表1所示，为铁氧体粉与高分子材料不同配比情况下，不同厚度磁性热縮材料部件对产品性能的影响。伴随铁氧体粉比例和磁性热縮材料部件厚度的增加，产品电感量不断提高。同时，由于本发明所用磁性热縮材料部件具有较好的弹性，从而保证产品具有优良的抗冲击性。表1磁性热縮材料部件不同配比和厚度对产品特性影响<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>注(1)冷热冲击条件-40+125°。冷热冲击100个循环；(2)机械冲击条件高度1米跌落2次；(3)无损伤30X显微镜下观察，产品本体无破损和开裂情况。以上，对本发明制作工艺及磁性热縮材料部件的物理特性进行了简单说明，但是，其中磁性热縮材料部件成分配比不被实例中表1所限，可以存在多种配方，比如环氧树脂混合体系、硅树脂体系、硅橡胶体系等等。不论是那种配方或结构，其磁性热縮材料部件磁粉含量不宜过高。磁粉含量提高虽有利于提高产品电感量，但线圈外围磁场气隙率有所降低，产品的直流偏置特性有劣化趋势。兼顾产品直流偏置特性，与产品电感提升量，认为高分子材料与铁氧体磁粉比例1:2较为合适，磁性热縮材料部件厚度可根据产品性能要求调节。本发明的绕线功率电感元件种适用于数码相机、手机、计算机、电视机、机顶盒、游戏机、汽车电子、LED照明等电子产品。以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属
技术领域：
的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。权利要求一种绕线功率电感元件，包括鼓型磁芯，包括上摆、下摆及连接所述上摆和所述下摆的芯柱；外部电极，形成在所述下摆的底部；线圈，绕制在所述芯柱上，且两端电连接所述外部电极；其特征在于，还包括覆盖在所述线圈、所述上摆和所述下摆上的磁性热缩材料部件。2.如权利要求1所述的绕线功率电感元件，其特征在于，所述磁性热縮材料部件呈套管状包覆所述鼓型磁芯且覆盖所述上摆顶面的一部分。3.如权利要求1所述的绕线功率电感元件，其特征在于，所述磁性热縮材料部件包含铁氧体磁粉和高分子材料。4.如权利要求3所述的绕线功率电感元件，其特征在于，所述高分子材料属于环氧树脂混合体系、硅树脂体系或硅橡胶体系。5.如权利要求1至4中任一项所述的绕线功率电感元件，其特征在于，所述下摆的底部设置有用于形成外部电极的金属导针或金属化凹槽或金属片或基板，所述线圈的两端电连接所述金属导针或所述金属化凹槽或所述金属片，或电连接设置在所述基板两端的金属片，或直接缠绕在所述基板两端。6.—种绕线功率电感元件的制造方法，其特征在于，包括以下步骤磁芯准备工序，准备包括芯柱和上、下摆的鼓型磁芯；电极形成工序，在所述下摆的底部形成电极；线圈绕制工序，将线圈绕制在所述芯柱上，并将线头和线尾电连接所述电极；禾口覆料工序，将磁性热縮材料部件覆盖在所述线圈和所述上、下摆上，再经过加热进行收縮定型。7.如权利要求6所述的绕线功率电感元件的制造方法，其特征在于，所述覆料工序中，使所述磁性热縮材料部件呈套管状包覆所述鼓型磁芯且覆盖所述上摆顶面的一部分。8.如权利要求6所述的绕线功率电感元件的制造方法，其特征在于，所述磁性热縮材料部件包含铁氧体磁粉和高分子材料。9.如权利要求8所述的绕线功率电感方法，其特征在于，所述高分子材料属于环氧树脂混合体系、硅树脂体系或硅橡胶体系。10.如权利要求6至9中任一项所述的绕线功率电感元件的制造方法，其特征在于，所述电极形成工序包括在所述下摆的底部设置金属导针或金属片或金属化凹槽或基板，将所述线圈的两端电连接所述金属导针或所述金属化凹槽或所述金属片，或电连接设置在所述基板两端的金属片，或直接缠绕在所述基板两端。全文摘要本发明公开了一种绕线功率电感元件，包括鼓型磁芯，包括上摆、下摆及连接所述上摆和所述下摆的芯柱；外部电极，形成在所述下摆的底部；线圈，绕制在所述芯柱上，且两端电连接所述外部电极；还包括覆盖在所述线圈、所述上摆和所述下摆上的磁性热缩材料部件。还公开了一种所述绕线功率电感元件的制造方法。本发明的绕线功率电感元件抗冲击性能强、电气性能稳定、可靠性高、电磁兼容性较好。文档编号H01F17/04GK101752059SQ20101010636公开日2010年6月23日申请日期2010年1月18日优先权日2010年1月18日发明者李有云,赵卫北,黄敬新申请人:深圳顺络电子股份有限公司