一体成型电感及其制备方法、电子产品与流程

1.本发明涉及一体成型电感技术领域，特别是涉及一种一体成型电感及其制备方法、电子产品。


背景技术：

2.近些年消费类电子产品发展迅速，早期的ei形铁氧体功率电感器因为饱和磁通密度较小，已无法满足现代电子产品小型化的需求。电子产品迫切需要一种体积小、成本低、功率大并且适合集成安装的新型电感产品。于是一体成型电感应运而生。
3.一体成型电感由于噪音小，漏磁少等优点被广泛的应用于各行各业中，其中在车载市场上的应用对一体电感的耐温性有着较高的要求，aec-q200文件中等级0对被动元器件的要求电感在155℃下工作1000小时，在高温工作条件工作前后一体成型电感的感值波动在10％以内，同时不能出现外观缺陷的问题。


技术实现要素：

4.基于此，为了提高一体成型电感的耐热性，在155℃下工作1000小时电感的感值波动在10％以内，本发明提供了一体成型电感及其制备方法、电子产品。
5.本发明提供一种一体成型电感的制备方法，包括以下步骤：
6.提供线圈以及软磁复合材料，所述软磁复合材料的原料以重量份数计包括90～110份的软磁金属、2～5份的树脂粘接剂以及0.1～0.6份的纳米二氧化硅；
7.混合所述软磁复合材料的原料，制备所述软磁复合材料；
8.将线圈埋设于所述软磁复合材料内在1t/cm2～5t/cm2的压力下进行压制后，烘烤。
9.在其中一个实施例中，所述软磁金属选自铁硅铬合金、铁硅合金、铁镍合金、非晶金属铁、纳米晶金属铁以及羰基铁中的一种或多种。
10.在其中一个实施例中，所述树脂粘接剂包括质量比为100:1～100:5的树脂以及固化剂。
11.在其中一个实施例中，所述树脂粘接剂具备如下至少一个特征：
12.(1)所述树脂选自环氧树脂、酚醛树脂、酚醛环氧树脂、氰酸酯以及硅树脂中的一种或多种；
13.(2)所述固化剂选自酸酐类固化剂、胺类固化剂以及咪唑类固化剂中的一种或多种。
14.在其中一个实施例中，所述纳米二氧化硅的质量为所述软磁金属质量的0.1％～0.6％。
15.在其中一个实施例中，混合所述软磁复合材料的原料以及有机溶剂，制备所述软磁复合材料。
16.在其中一个实施例中，制备软磁复合材料之后以及将所述线圈埋设于所述软磁复合材料内之前，还包括所述软磁复合材料进行造粒的步骤。
17.在其中一个实施例中，具备如下至少一个特征：
18.(1)所述压制的条件包括：压制温度为150℃～200℃，压制时间为20s～40s；
19.(2)所述烘烤的条件包括：烘烤温度为160℃～190℃，烘烤时间为1h～3h。
20.进一步地，本发明还提供一种一体成型电感，按照上述的制备方法制得的。
21.本发明还更进一步地提供一种电子产品，包含上述的一体成型电感。
22.通过在软磁复合材料中加入纳米二氧化硅改性降低树脂固化过程中产生的固化应力，进一步配合低压成型的制备方法，同时也可以降低在粉末冶金过程中引入的残余应力。二者协同作用可以降低在高温放置过程中因应力释放带来的感值上升的现象，确保一体成型电感的电感在155℃*1000h的高温放置过程中感值不会出现超过10％的涨幅。
具体实施方式
23.为了便于理解本发明，下面将参照相关实施例对本发明进行更全面的描述。实施例中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
24.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。在本发明的描述中，“若干”的含义是至少一个，例如一个，两个等，除非另有明确具体的限定。
25.本发明中的词语“优选地”、“更优选地”等是指，在某些情况下可提供某些有益效果的本发明实施方案。然而，在相同的情况下或其他情况下，其他实施方案也可能是优选的。此外，对一个或多个优选实施方案的表述并不暗示其他实施方案不可用，也并非旨在将其他实施方案排除在本发明的范围之外。
26.当本文中公开一个数值范围时，上述范围视为连续，且包括该范围的最小值及最大值，以及这种最小值与最大值之间的每一个值。进一步地，当范围是指整数时，包括该范围的最小值与最大值之间的每一个整数。此外，当提供多个范围描述特征或特性时，可以合并该范围。换言之，除非另有指明，否则本文中所公开之所有范围应理解为包括其中所归入的任何及所有的子范围。
27.除非另外指明，所有百分比、分数和比率都是按本发明组合物的总质量计算的。除非另外指明，有关所列成分的所有质量均给予活性物质的含量，因此它们不包括在可商购获得的材料中可能包含的溶剂或副产物。本文术语“质量百分比含量”可用符号“％”表示。除非另外指明，在本文中所有的分子量都是以道尔顿为单位表示的重均分子量。除非另外指明，在本文中所有配制和测试发生在25℃的环境。本文中“包括”、“包含”、“含”、“含有”、“具有”或其它变体意在涵盖非封闭式包括，这些术语之间不作区分。术语“包含”是指可加入不影响最终结果的其它步骤和成分。本发明的组合物和方法/工艺包含、由其组成和基本上由本文描述的必要元素和限制项以及本文描述的任一的附加的或任选的成分、组份、步骤或限制项组成。本文中术语“效能”、“性能”、“效果”、“功效”之间不作区分。
28.除了在操作实施例中所示以外或另外表明之外，所有在说明书和权利要求中表示
成分的量、物化性质等所使用的数字理解为在所有情况下通过术语“约”来调整。例如，因此，除非有相反的说明，否则上述说明书和所附权利要求书中列出的数值参数均是近似值，本领域的技术人员能够利用本文所公开的教导内容寻求获得的所需特性，适当改变这些近似值。用端点表示的数值范围的使用包括该范围内的所有数字以及该范围内的任何范围，例如，1至5包括1、1.1、1.3、1.5、2、2.75、3、3.80、4和5等等。
29.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
30.本发明提供一种一体成型电感的制备方法，包括以下步骤：
31.提供线圈以及软磁复合材料，软磁复合材料的原料以重量份数计包括90～110份的软磁金属、2～5份的树脂粘接剂以及0.1～0.6份的纳米二氧化硅；
32.混合软磁复合材料的原料，制备软磁复合材料；
33.将线圈埋设于软磁复合材料内在1t/cm2～5t/cm2的压力下进行压制后，烘烤。
34.在一个具体示例中，上述压制压力可以但不限于是1t/cm2、2t/cm2、3t/cm2、4t/cm2或5t/cm2。在一个具体示例中，上述纳米二氧化硅颗粒的粒径为5nm～30nm，具体地，纳米二氧化硅的粒径可以但不限于是5nm、10nm、15nm、20nm、25nm或30nm。
35.在一个具体示例中，软磁金属不做限制，选用本领域常用的即可，示例性的，选自铁硅铬合金、铁硅合金、铁镍合金、非晶金属铁、纳米晶金属铁以及羰基铁中的一种或多种。
36.优选地，软磁金属为铁硅铬合金以及羰基铁的混合物，具体地，铁硅铬合金以及羰基铁的质量比为1:1。
37.在一个具体示例中，树脂粘接剂包括质量比为100:1～100:5的树脂以及固化剂。
38.进一步地，树脂粘接剂中树脂以及固化剂的质量比可以但不限于是100:1、100:2、100:3、100:4或100:5。
39.在一个具体示例中，树脂可以为本领域常用于制备树脂粘接剂的任意树脂，包括但不限于选自环氧树脂、酚醛树脂、酚醛环氧树脂、氰酸酯以及硅树脂中的一种或多种，优选地，树脂为氰酸酯。
40.在一个具体示例中，固化剂也可以选用本领域任意公知的固化剂，包括但不限于选自酸酐类固化剂、胺类固化剂以及咪唑类固化剂中的一种或多种。
41.进一步地，酸酐类固化剂包括邻苯二甲酸酐、顺丁烯二酸酐及六氢邻苯二甲酸酐中的一种或多种。
42.更进一步地，胺类固化剂包括二氨基二苯甲烷、间苯二胺及4,4-二氨基苯砜中的一种或多种。
43.可以理解地，咪唑类固化剂可以但不限于是2-甲基咪唑。
44.在一个具体示例中，纳米二氧化硅的质量为软磁金属质量的0.1％～0.6％，优选地，纳米二氧化硅的质量为软磁金属质量的0.15％～0.5％。
45.可以理解地，纳米二氧化硅的质量可以但不限于是软磁金属质量的0.15％、0.2％、0.25％、0.3％、0.35％、0.4％、0.45％或0.5％。
46.在一个具体示例中，混合软磁复合材料的原料以及有机溶剂，制备软磁复合材料，
其中有机溶剂的重量份数为10～15份。
47.可以理解地，本领域技术人员可以根据实际需求对本领域任意公知的有机溶剂进行选择，示例性的，有机溶剂可以为丙酮、n,n-二甲基甲酰胺及醋酸甲酯中的一种或多种，有机溶剂优选为丙酮。
48.制备软磁复合材料的步骤包括：树脂、固化剂以及有机溶剂进行初混，再加入软磁金属后搅拌20min～40min至混合均匀。
49.进一步地，上述搅拌时间可以但不限于是20min、22min、24min、26min、28min、30min、32min、34min、36min、38min或40min。
50.在一个具体示例中，制备软磁复合材料之后以及将线圈埋设于软磁复合材料内之前，还包括软磁复合材料进行造粒的步骤。
51.可以理解地，将软磁复合材料进行造粒处理，制备粒度为0.048mm～0.425mm的造粒粉。可以理解地，上述造粒粉的粒度范围为-40目+300目，即造粒粉可以过40目的筛但是不能过300目的筛，优选地，造粒粉可以过70目的筛但是不能过140目的筛。
52.在一个具体示例中，可以选用本领域常用的造粒方法进行造粒，比如可以采用团聚式造粒、挤出式造粒等。优选地，使用摇摆造粒机进行造粒制备得到造粒粉。
53.在一个具体示例中，压制的条件包括：压制温度可以为150℃～200℃之间的任意值，压制时间可以为20s～40s之间的任意值。
54.进一步地，压制温度可以但不要限于是150℃、160℃、170℃、180℃、190℃或200℃。
55.更进一步地，压制时间可以但不限于是20s、25s、30s、35s或40s。
56.可以理解地，在进行压制处理之间还需要对模具进行预热，预热时间为5s～20s，具体地，预热时间可以但不限于是5s、10s、15s或20s。
57.预热处理指的是将烘烤去除溶剂后的磁性复合材料置于热压模具中，并对磁性复合材料进行热压前的初步加热并使得磁性复合材料升温至热压温度的步骤。传统的预热处理的作用是降低粘结剂的粘性、提高粘结剂的流动性，便于粘结剂在热压过程中被塑型。同时为了避免粘结剂在热压成型前就发生固化，传统的预热处理的时间通常控制在10s以内。
58.在一个具体示例中，烘烤的条件包括：烘烤温度可以为160℃～190℃之间的任意值，烘烤时间可以为1h～3h之间的任意值。
59.进一步地，烘烤温度可以但不限于是160℃、170℃、180℃或190℃。
60.进一步地，烘烤时间可以但不限于是1h、2h或3h。
61.在一个具体示例中，线圈的材质和形状不作限制，例如可以为铜线圈，线圈形状可以为圆形、方形、扁平形或是多股组合形等。
62.进一步地，本发明还提供一种一体成型电感，按照上述的制备方法制得的。
63.在一个具体示例中，一体成型电感的机种型号也可以为本领域常用的机种型号，比如可以为一体成型电感0420-2r2机种，但不限于此。
64.本发明还更进一步地提供一种电子产品，包含上述的一体成型电感。
65.通过在软磁复合材料中加入纳米二氧化硅改性降低树脂固化过程中产生的固化应力，进一步配合低压成型的制备方法，同时也可以降低在粉末冶金过程中引入的残余应力。二者协同作用可以降低在高温放置过程中因应力释放带来的感值上升的现象，确保一
体成型电感的电感在155℃*1000h的高温放置过程中感值不会出现超过10％的涨幅。
66.以下提供具体的实施例对本发明的一体成型电感及其制备方法作进一步详细地说明。以下具体实施方式所涉及到的原料，若无特殊说明，均可来源于市售。
67.以下实施例以及对比例中的软磁金属粉末从安泰科技股份有限公司购买得到d50＝10um的fesicr-a粉末，从天一超细粉末有限公司购买得到rzel-1粉末，实施例以及对比例中的纳米二氧化硅从湖北汇富纳米材料有限公司购买得到的hb-151型纳米二氧化硅。
68.实施例1
69.本实施例提供的一体成型的电感中软磁复合材料的组成包括：100份的软磁金属、3份的树脂粘接剂以及0.15份的纳米二氧化硅hb-151，其中软磁金属中fesicr-a与rzel-1质量比为5:5的混合粉末，树脂粘接剂中氰酸酯和2甲基咪唑质量比为100:3。
70.本实施例提供的一体成型电感的制备方法，包括以下步骤：将氰酸酯和2甲基咪唑以及hb-151溶解与12质量份的丙酮中，最后与粉末混合搅拌30min，最后通过摇摆造粒机制备成-70+140目的造粒粉。将铜线圈置于模具中，然后加入造粒粉通过热压成型压制制备得到一体成型电感0420-2r2，热压压制参数为温度为180℃，压制压力为3t/cm2，模具预热时间为15s，保压时间为30s，得到的电感在180℃烘烤2h成型。
71.最后取10颗上述实施例制得的电感在155℃下放置1000h，对比放置前后的感值数据，计算上述制备得到的一体成型电感在上述高温放条件置过程中的感值变化率为8.21％。
72.实施例2
73.本实施例提供的一体成型的电感中软磁复合材料的组成包括：100份的软磁金属、3份的树脂粘接剂以及0.5份的纳米二氧化硅hb-151，其中软磁金属为fesicr-a与rzel-1质量比为5:5的混合粉末，树脂粘接剂中氰酸酯和2甲基咪唑质量比为100:3。
74.本实施例提供的一体成型电感的制备方法，包括以下步骤：将氰酸酯和2甲基咪唑以及hb-151溶解与12质量份的丙酮中，最后与粉末混合搅拌30min，最后通过摇摆造粒机制备成-70+140目的造粒粉。将铜线圈置于模具中，然后加入造粒粉通过热压成型压制制备得到一体成型电感0420-2r2，热压压制参数为温度为180℃，压制压力为3t/cm2，模具预热时间为15s，保压时间为30s，得到的电感在180℃烘烤2h成型。
75.最后取10颗上述实施例制得的电感在155℃下放置1000h，对比放置前后的感值数据，计算上述制备得到的一体成型电感在上述高温放条件置过程中的感值变化率为6.32％。
76.实施例3
77.本实施例提供的一体成型的电感中软磁复合材料的组成包括：100份的软磁金属、3份的树脂粘接剂以及0.15份的纳米二氧化硅hb-151，其中软磁金属中fesicr-a与rzel-1质量比为5:5的混合粉末，树脂粘接剂中氰酸酯和二氨基二苯甲烷ddm质量比为100:5。
78.本实施例提供的一体成型电感的制备方法，包括以下步骤：将氰酸酯和2甲基咪唑以及hb-151溶解与12质量份的丙酮中，最后与粉末混合搅拌30min，最后通过摇摆造粒机制备成-70+140目的造粒粉。将铜线圈置于模具中，然后加入造粒粉通过热压成型压制制备得到一体成型电感0420-2r2，热压压制参数为温度为180℃，压制压力为3t/cm2，模具预热时间为15s，保压时间为30s，得到的电感在180℃烘烤2h成型。
79.最后取10颗上述实施例制得的电感在155℃下放置1000h，对比放置前后的感值数据，计算上述制备得到的一体成型电感在上述高温放条件置过程中的感值变化率为7.21％。
80.对比例1
81.本对比例提供的一体成型的电感中软磁复合材料的组成包括：100份的软磁金属、3份的树脂粘接剂以及纳米二氧化硅0.15份的hb-151，其中软磁金属为fesicr-a与rzel-1质量比为5:5的混合粉末，树脂粘接剂中氰酸酯和2甲基咪唑质量比为100:3。
82.本对比例提供的一体成型电感的制备方法，包括以下步骤：将氰酸酯和2甲基基咪唑以及hb-151溶解与12质量份的丙酮中，最后与粉末混合搅拌30min，最后通过摇摆造粒机制备成-70+140目的造粒粉。将铜线圈埋设于造粒粉通过室温压制，压制力为6t/cm2制备得到一体成型电感0420-2r2，得到的电感在180℃烘烤2h成型。
83.最后取10颗上述对比例制得的电感在155℃下放置1000h，对比放置前后的感值数据，计算上述制备得到的一体成型电感在上述高温放条件置过程中的感值变化率为12.87％。
84.对比例2
85.本对比例提供的一体成型的电感中软磁复合材料的组成包括：100份的软磁金属以及3份的树脂粘接剂，其中软磁金属为fesicr-a与rzel-1质量比为5:5的混合粉末，树脂粘接剂中氰酸酯和2甲基咪唑质量比为100:3。
86.本对比例提供的一体成型电感的制备方法，包括以下步骤：将氰酸酯和2甲基基咪唑溶解与12质量份的丙酮中，最后与粉末混合搅拌30min，最后通过摇摆造粒机制备成-70+140目的造粒粉。将铜线圈埋设于造粒粉通过室温压制，压制力为3t/cm2制备得到一体成型电感0420-2r2，得到的电感在180℃烘烤2h成型。
87.最后取10颗上述对比例制得的电感在155℃下放置1000h，对比放置前后的感值数据，计算上述制备得到的一体成型电感在上述高温放条件置过程中的感值变化率为10.37％。
88.上述实施例以及对比例分别制得的电感在155℃下放置1000h后，对比放置前后的感值数据，具体感值变化率如下表所示。
[0089][0090]
通过在软磁复合材料中加入纳米二氧化硅改性降低树脂固化过程中产生的固化应力，进一步配合低压成型的制备方法，同时也可以降低在粉末冶金过程中引入的残余应力。二者协同作用可以降低在高温放置过程中因应力释放带来的感值上升的现象，确保一体成型电感的电感在155℃*1000h的高温放置过程中感值不会出现超过10％的涨幅。
[0091]
本发明提供了软磁复合材料的制备方法，使用本领域技术人员已知的标准合成技术或使用本领域已知的方法与本发明描述的方法组合可以制备软磁复合材料。本发明给出的混合条件、所用的溶剂和其它反应条件可以根据本领域技术而改变。
[0092]
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实
施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0093]
应该理解的是，除非本文中有明确的说明的步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且本发明提供的制备步骤的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
[0094]
以上所述实施例仅表达了本发明的多种实施方式，便于具体和详细地理解本发明的技术方案，但并不能因此而理解为对发明专利保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。应当理解，本领域技术人员在本发明提供的技术方案的基础上，通过合乎逻辑的分析、推理或者有限的试验得到的技术方案，均在本发明所附权利要求的保护范围内。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求的内容为准，说明书可以用于解释权利要求的内容。