一种贴片空芯线圈电感的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种贴片空芯线圈电感，涉及电子元器件领域，旨在提供一种焊接时无正反向区别、易定位、易分离且易编带包装的新型贴片空芯线圈电感。本发明设计的贴片空芯线圈电感是这样的，线圈轴截面的高度小于宽度；线圈两端的出脚与线圈的绕制方向一致且与相邻的绕线紧贴，同时所述线圈的两端出脚分别位于线圈的顶面与底面且出脚朝向一致，进一步所述线圈的两端出脚末端分别与其所在边的拐点齐平；线圈出脚上镀有锡层，锡层长度小于线圈一个单位螺旋的周长且大于线圈一个单位螺旋周长的1/2。
【专利说明】一种贴片空芯线圈电感
【技术领域】
[0001]本发明涉及电子元器件领域，尤其是一种贴片空芯线圈电容。
【背景技术】
[0002]在电子元器件中，电感的种类很多，可分为I)插件轴向电感、2)插件磁芯电感、3)贴片叠层电感、4)贴片绕线电感、5)空芯线圈电感等类别，不同的电感可适用于不同的场
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[0003]其中，插件轴向电感主要指插件色环电感，单只成本低，但性能差，只能用于技术要求不高的场合；插件磁芯电感，性能较高，但基本靠人工绕制，生产成本高，人力需求大，市场价格从0.1元到几元不等；贴片叠层电感，采用粉状材料烧制而成，体积小，自动化批量生产，性能一致性好，成本低，0402封装的单只约0.02元左右，性能中等；贴片绕线电感，一般在铁氧体或陶瓷介质上绕漆包线制成，性能优于普通贴片叠层电感，成本较高，单价0.2元左右；空芯线圈电感，使用漆包铜线沿螺旋方向绕制成型制作的低成本高Q值电感，中心以空气为介质。由于空芯线圈电感的低成本、高性能和可后期调整等特性，在要求较高的射频领域得到广泛应用。
[0004]目前，空芯线圈有如图1所述的插件安装和如图2A?2D所示的贴片安装两种形式。
[0005]其中，插件空芯线圈电感一般为垂直出脚，在出脚处剪脚镀锡。插件空芯线圈常用塑料袋包装。插件空芯线圈使用自动机器绕制，成型容易，价格便宜，单价约为0.02元/只，因绕制或用料不同价格有所不同。在后续装配过程中需要用人工将空芯线圈电感插入电路板再进行手工、波峰或回流焊接；另外，工人们在将线圈从塑料袋取出时由于此类电感出脚外伸，容易缠绕，分离困难。因此，生产过程需要大量人工，对操作人员要求高，导致生产成本高，且极大的限制了单班生产产能，提升产能只能靠增加班组数量、增加线体设备投入，增加能源耗费、增加场地占用实现。
[0006]为解决插件空芯线圈电感装配需要大量年轻熟练人工的问题，人们开发出了贴片空芯线圈电感，继续参见图2A?2D。与插件空芯线圈电感的垂直出脚不同，贴片空芯线圈电感被设计为水平出脚，分为外出脚(图2A、图2B)、内出脚(图2C)、和垂直外出脚(如图2D)等几种出脚方向。一般此类线圈电感使用盘状编带包装，其生产工艺包括绕制工序及包装工序，其中在绕制工序中，使用自动线圈绕制机，按张力拉直导线、剥离出脚部分的漆膜、出脚镀锡、绕制线圈、出脚成型、剪脚落料等工序进行加工，如图3所示。之后按如下工序进行包装:A、人工将空芯线圈解缠绕，分料；B、使用振盘及手工调整，将空芯线圈按照一定的方向置入导槽，接入编带机；C、使用编带机进行编带包装，成盘料，如图4A?4B。
[0007]现有贴片空芯线圈电感虽然解决了焊接时人工插件的人力成本，但是却将人力成本转移到编带包装过程中了。现有贴片空芯线圈电感镀锡绕制完成后，由于其焊接面为固定一面，需人工进行定向，编带包装成贴片盘料形式，提供给用户使用。由于现有贴片空芯线圈电感的出脚与相邻绕线具有一定的间隔，如图2A?2D，在绕制工序的最后一步剪脚落料时，容易导致电感的出脚穿插到其他电感中，那么在工艺A中需要人工分料，在分离过程中很可能导致线圈变形或者出脚弯折，如图5，现有的贴片空芯线圈电感的出脚被弯折后，要使其贴装焊接在PCB板时，其弯折的出脚会形成反弹力，不能稳定放置在PCB板上，最后导致焊接效果不佳。且在编带包装过程中使用振盘进行定向送料时，由于现有贴片空芯线圈的形状不规则性，极易产生缠绕重叠导致送料时卡料，需要不停进行人工干预，效率极低，所以现有贴片空芯线圈实际编带包装时，基本都放弃了振盘定向送料，而采用人工定向送料。
[0008]综上可以看出，现有贴片空芯线圈电感后续的定向、编带包装成本相当于单纯线圈价格的3倍以上。目前市面上插件线圈电感采购单价0.02元/只，加上插件人工成本0.02元/只，即使用插件空芯线圈人工成本合计为0.04元/只。而包装成盘料的现有贴片空芯线圈单价却高达0.08元/只，加上贴片成本为0.01元/只，合计使用贴片空芯线圈电感的成本为0.09元/只，相当于原使用插件空芯线圈电感的2.25倍。可见目前的贴片空芯线圈电感低成本的设计目的完全没有达到，极大地限制了贴片空芯线圈的广泛使用。
【发明内容】
[0009]本发明所要解决的技术问题是:针对上述存在的问题，提供一种焊接时无正反向区别、易定位、易分离且易编带包装的新型贴片空芯线圈电感。
[0010]本发明设计的贴片空芯线圈电感是这样的，线圈轴截面的高度小于宽度；线圈两端的出脚与线圈的绕制方向一致且与相邻的绕线紧贴，同时所述线圈的两端出脚分别位于线圈的顶面与底面且出脚朝向一致，进一步所述线圈的两端出脚末端分别与其所在边的拐点齐平；线圈出脚上镀有锡层，锡层长度小于线圈一个单位螺旋的周长且大于线圈一个单位螺旋周长的1/2 ;所述贴片空芯线圈电感的焊锡面为线圈顶面或线圈底面。
[0011]优选地，所述轴截面为长方形或椭圆形或椭圆与长方形结合的扁平形状。
[0012]优选地，在线圈任意一端出脚上，锡层的起点为出脚末端，所述锡层的终点位于绕线上，以轴截面中心点为极点、以极点与锡层的起点连线为极轴建立极坐标，锡层的终点坐标的极角为 Θ，270。( I Θ I < 360°。
[0013]优选地，270。<I Θ I < 340。。
[0014]优选地，在线圈任意一端出脚上，锡层长度基本等于线圈一个单位螺旋周长的3/4。
[0015]本发明还提供了另一种贴片空芯线圈电感，是这样的:线圈轴截面的长径与短径垂直；线圈两端的出脚分别位于线圈的顶面与底面且出脚朝向一致，位于线圈顶面的出脚的方向与过线圈轴截面上半段弧的短径端点的切线方向一致，位于线圈底面的出脚的方向与过线圈轴截面下半段弧的短径端点的切线方向一致，进一步所述线圈的两端出脚末端由垂直于长径一个平面截断绕线的两个自由端而得，所述平面包含轴截面长径的一个端点；线圈出脚上镀有锡层，锡层长度小于线圈一个单位螺旋的周长且大于线圈一个单位螺旋周长的1/2 ;所述贴片空芯线圈电感的焊锡面为线圈顶面或线圈底面。
[0016]进一步，所述线圈轴截面的长径与短径垂直且相互平分。
[0017]综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是:
本发明中的线圈电感，顶面与底面均可作为焊接面，且不管是顶面焊接或是底面焊接，接入电路的电感部分的电感值都是相同的，在编带包装时无需人工区分正反面；本发明中线圈轴截面为扁平结构，外形规则，在编带包装时能顺利通过振盘对电感进行抖动调整，自动定向，自动送料，进一步减少了人工调整干预，降低人工成本。
[0018]本发明中线圈电感出脚顺着螺旋绕制方向与相邻的绕线紧贴，电感之间不会相互穿插，无需人工分离，避免了分离时的牵扯力导致电感的变形，影响其电气参数；另外，这样的设计使线圈电感成为一个结构紧凑的整体，不易被外力牵扯或挤压变形影响电感参数，在贴片安装在PCB印制板上时线圈本体可以有效接触PCB印制板，加大了线圈与PCB印制板的接触面积，使线圈贴片安装时放置稳定，不易翻转。
[0019]综上，本发明中的贴片空芯线圈电感相比于以前的电感可以完全实现自动化生产、盘料包装及焊接，大大降低了人工成本，提高了生成效率，具有巨大的进步意义。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中:
图1为现有的插件空芯线圈电感结构不意图。
[0021]图2A 2D为现有的贴片空芯线圈电感结构不意图。
[0022]图3为现有的贴片空芯线圈电感生产流水线示意图。
[0023]图4A为现有的贴片空芯线圈电感编带包装后的盘料形式。
[0024]图4B为现有的贴片空芯线圈电感在一段编带包装中的布局。
[0025]图5为现有的贴片空芯线圈电感反弹力不意图。
[0026]图6A 6B为本发明贴片空芯线圈电感结构左斜右目视图及右斜左目视图。
[0027]图7A?7D为本发明不同实施例中的贴片空芯线圈电感轴截面示意图。
[0028]图8A?8E为本发明不同实施例中的贴片空芯电感出脚锡层长度示意图。
[0029]图9为本发明贴片空芯线圈电感焊接效果图。
[0030]图10为本发明其他实施中出脚形成示意图。
【具体实施方式】
[0031]本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
[0032]本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
[0033]如图6A、图6B，展示了本发明第一实施例的两幅示图。本实施例中，贴片空芯线圈电感相较于现有技术，有如下特点:其轴截面(本发明中轴截面是指与线圈缠绕轴垂直的平面)为长方形，宽度大于高，与宽度测量方向平行的边所在的线圈侧面为顶面或底面。从图6A、6B中不难看出，线圈两端的出脚与线圈的绕制方向一致且与相邻的绕线紧贴，同时所述线圈的两端出脚分别位于线圈的顶面与底面且出脚朝向一致，这里所述的出脚朝向一致是指出脚的末端都朝向线圈的同一个侧面，进一步所述线圈的两端出脚末端分别与其所在边的拐点齐平，这里所说的拐点不同于数学中拐点的定义，而是指轴截面某一边上出现转折的点，本实施例中的拐点即为长方形长边上的某一顶点。线圈出脚上镀有锡层，锡层长度小于线圈一个单位螺旋的周长且大于线圈一个单位螺旋周长的1/2，锡层的起点为出脚的末端，锡层的终点位于绕线上，这样的设计使得从线圈两端绕制截面看，锡层呈“C”或反“c”状，保证锡层终点不超过锡层起点，两点间保持有一定距离，锡层不会形成一个闭合的导电回路使线圈电感失效，同时保证在电感将作为焊接面的顶面或底面都有镀锡。
[0034]接下来结合图8A，进一步说明出脚镀锡的范围，为了便于描述，设定出脚上锡层的起点为出脚末端，所述锡层的终点位于绕线上，以轴截面中心点为极点、以极点与锡层的起点连线为极轴建立极坐标，锡层的终点坐标的极角为Θ，一般来说Θ的取值范围为270° ( I Θ I < 360°，考虑到在贴片焊接时PCB板焊盘上涂覆有焊锡，为了防止出脚上的锡层终点距离PCB板太近使其与PCB板上的焊锡融合形成闭合的焊锡环，可将Θ的取值范围适当缩小为270° < I Θ I < 340°，以加大锡层终点与PCB板的距离。
[0035]作为本实施的一种优选实施方式，出脚的锡层覆盖范围可以为线圈一个单位螺旋周长的3/4，如图SB。
[0036]与现有贴片空芯线圈电感只能在底面(BOTTOM面)与PCB印制板进行焊接不同，本发明所提出的新型贴片空芯线圈电感，在线圈顶面(TOP面)和底面(BOTTOM面)都能与PCB印制板进行焊接，即元件无论正向放置在PCB印制板上，还是上下颠倒放置在PCB印制板上都能可靠焊接，没有上下的方向选择性。如图9所示，无论电感正向或倒向贴装，在计算电感参数时都应比绕制匝数少计算1/2圈，即电感参数不变。
[0037]根据上述实施例的教导本领域技术人员不难想到本发明的电感轴截面还可以为其他扁平几何形状，如图7A的长方形、图7B的顶角为圆弧过渡的长方形、图7C的椭圆形、图7D的长方形与椭圆形结合的形状，其上下边平直，上下边的连接处通过椭圆弧过渡。图8B^8E分别示出了轴截面为图7A~7D的电感的出脚端锡层分布情况。
[0038] 当然本发明电感的轴截面并不局限于上述实施方式，还可以是其他上下对称或不对称，左右对称或不对称的扁平状图形。具有以下特征的贴片空芯线圈电感，也可以作为本发明的一种实施例:线圈轴截面的长径与短径垂直，长径与短径可以相互平分也可以不相互平分，长径是指连接轴截面轮廓线上任意两点线段中的最长线段，短径则是指连接轴截面轮廓线上任意两点线段中的最短线段。线圈两端的出脚分别位于线圈的顶面与底面且出脚朝向一致，这里的顶面或底面是指与长径方向平行的边所在的线圈侧面，这里所说的出脚朝向一致，同前述实施例，即出脚均朝向线圈同一个非顶面也非底面的侧面。位于线圈顶面的出脚的方向与过线圈轴截面上半段弧的短径端点的切线方向一致，位于线圈底面的出脚的方向与过线圈轴截面下半段弧的短径端点的切线方向一致，进一步所述线圈的两端出脚末端由垂直于长径的一个平面截断绕线的两个自由端而得，所述平面包含轴截面长径的一个端点；如图10 ;所述绕线自由端为在绕制线圈时未绕成线圈的那部分绕线。
[0039]本实施例中，线圈两端出脚上的锡层分布与前述实施例基本一样，但是考虑到本实施例包含了轴截面不是对称结构的情形，因此，在进一步说明出脚镀锡的范围时，极坐标的极点定义有所变化，即设定出脚上锡层的起点为出脚末端，所述锡层的终点位于绕线上，以轴截面长径与短径的垂点为极点、以极点与锡层的起点连线为极轴建立极坐标，锡层的终点坐标的极角为θ，Θ的取值范围及选取理由与前述实施例一样，在此不再赘述。根据本实施例的教导，本领域技术人员不难理解，当线圈轴截面为对称结构时，所述极点为轴截面长径与短径的垂点等同于极点为轴截面的中心点。
[0040]本发明并不局限于前述的【具体实施方式】。本发明扩展到任何在本说明书中披露的 新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
【权利要求】
1.一种贴片空芯线圈电感，其特征在于， 线圈轴截面的高度小于宽度； 线圈两端的出脚与线圈的螺旋绕制方向一致且与相邻的绕线紧贴，同时所述线圈的两端出脚分别位于线圈的顶面与底面且出脚朝向一致，进一步所述线圈的两端出脚末端分别与其所在边的拐点齐平； 线圈出脚上镀有锡层，锡层长度小于线圈一个单位螺旋的周长且大于线圈一个单位螺旋周长的1/2 ； 所述贴片空芯线圈电感的贴片焊接面为线圈顶面或线圈底面。
2.根据权利要求1所述的一种贴片空芯线圈电感，其特征在于，所述轴截面为长方形或顶角为圆弧过渡的长方形。
3.根据权利要求1所述的一种贴片空芯线圈电感，其特征在于，在线圈任意一端出脚上，锡层的起点为出脚末端，所述锡层的终点位于绕线上，以轴截面中心点为极点、以极点与锡层的起点连线为极轴建立极坐标，锡层的终点坐标的极角为θ，270° ( I Θ<360。。
4.根据权利要求3所述的一种贴片空芯线圈电感，其特征在于，270° < I Θ<340。。
5.根据权利要求1所述的一种贴片空芯线圈电感，其特征在于，在线圈任意一端出脚上，锡层长度基本等于线圈一个单位螺旋周长的3/4。
6.一种贴片空芯线圈电感，其特征在于， 线圈轴截面的长径与短径垂直； 线圈两端的出脚分别位于线圈的顶面与底面且出脚朝向一致，位于线圈顶面的出脚的方向与过线圈轴截面上半段弧的短径端点的切线方向一致，位于线圈底面的出脚的方向与过线圈轴截面下半段弧的短径端点的切线方向一致，进一步所述线圈的两端出脚末端由垂直于长径一个平面截断绕线的两个自由端而得，所述平面包含轴截面长径的一个端点；线圈出脚上镀有锡层，锡层长度小于线圈一个单位螺旋的周长且大于线圈一个单位螺旋周长的1/2 ； 所述贴片空芯线圈电感的贴片焊接面为线圈顶面或线圈底面。
7.根据权利要求6所述的一种贴片空芯线圈电感，其特征在于，所述线圈轴截面的长径与短径垂直且相互平分。
8.根据权利要求7所述的一种贴片空芯线圈电感，其特征在于，所述轴截面为椭圆形或椭圆与长方形结合的扁平形状。
9.根据权利要求6或7所述的一种贴片空芯线圈电感，其特征在于，在线圈任意一端出脚上，锡层的起点为出脚末端，所述锡层的终点位于绕线上，以轴截面长径与短径的垂点为极点、以极点与锡层的起点连线为极轴建立极坐标，锡层的终点坐标的极角为Θ，270。( I Θ I < 360。。
10.根据权利要求9所述的一种贴片空芯线圈电感，其特征在于，270° < I Θ<340。。
【文档编号】H01F27/29GK104008849SQ201410226400
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年5月27日 优先权日:2014年5月27日
【发明者】郑彦智 申请人:四川福润得数码科技有限责任公司, 郑彦智