用于安装在印刷电路板上的表面安装感应线圈组件的制作方法

本发明一般而言涉及被特别设计用于安装在印刷电路板(pcb)上的感应线圈(coiled)组件的领域。在大多数情况下，这些组件结合了旨在连接至pcb的机械接口，并且这通常用于小电流，例如通过pth(引脚通孔)或smt(表面安装技术)引脚/焊盘(pads)在电子设备中使用的小电流。一般地，这些感应组件由三个主要元件组成：磁芯；保持磁芯的基座或绕线架(bobbin)；以及缠绕磁芯的线圈或绕组。上述三种主要元件的材料具有相当不同的导电和导磁特性。基座或绕线架通常包括基于诸如酚醛塑料、聚酰胺等技术的塑料的聚合材料，而且是高度绝缘的，允许引脚/焊盘(smd或pth)被容纳在其上(钉住或注射)，以连结和焊接绕组导线。基座或绕线架因此具有结构性功能(其支撑和容纳磁芯和绕组)，并且还具有功能性功能(其提供必要的电绝缘)。另一方面，磁芯通常由金属基材料、这些金属基材料的无定形或结晶合金或金属氧化物或合金的烧结的或压实的粉末制成。这些材料通常具有一定的导电性，这会增加涡电流和感应损耗，并需要通过塑料基座或绕线架使磁芯相对于绕组和pcb电隔离。这些感应线圈组件的一种可能应用是用于rfid的低频线圈天线，例如用于无钥匙进入系统，其中钥匙掉落或震动的风险应当是必须被考虑的变量。亦即，被安装在钥匙上的感应组件必须能够承受跌落而不损坏。本发明的目的是获得这样的感应组件，其成功地支持行业内的标准跌落测试，并且不需要基座或绕线架来保持安装在smt或pth上的磁芯，从而简化感应组件的制造成本，并且不会损害感应组件的特性(感应、q因数、dc电阻和灵敏度)。

背景技术：

1、感应线圈组件的标准结构包括一不导电的基座或绕线架(例如由塑料制成)，该基座或绕线架容纳磁芯，线圈/绕组被缠在磁芯上。仅作为示例，可指出以下专利文献：us20150155629、cn201789061u、es2459892以及ep2911244。

2、此外，us2013033408a1公开了一种用于三轴线天线的芯组件，其包括：第一芯元件，具有一本体，x轴线线圈和y轴线线圈缠绕该本体；第二芯元件，包括一本体，x轴线线圈和y轴线线圈缠绕该本体；以及绕线架，包括环形部分，其功能是作为空间，从一侧设置所述第一芯元件，且从另一侧接纳所述第二芯元件的本体的至少一部分，使得所述第一芯元件的本体与所述第二芯元件的本体至少部分地彼此相邻。

3、欧洲专利ep1620920b1公开了一种感应微型组件，其包括：由铁氧体材料制成的绕组元件，该绕组元件被实施为基本扁平的多面体部件，其中，三个绕组被设置在所述绕组元件上，使得所述绕组的轴线在三个空间方向上延伸，这三个空间方向分别相互垂直；第一和第二引导元件；以及由非导电(聚合材料)、非铁磁性材料制成的线圈板，其中，所述绕组元件和所述线圈板被放置在一起，且互连并胶合来确保固定连接。

4、为防止芯在意外撞击时从基座/绕线架上脱离从而将导线拉开并使这些导线断裂，行业内已使用双组分结构粘合剂，该粘合剂经常是单独环氧基的或与环氧输送注射成型(epoxy transfer injection moulding)结合使用。然而，因为所用机器类型(即带有固化炉的装配机和带有复杂精密模具的环氧注射成型机)，上述感应线圈组件的制造工艺昂贵且耗时。

5、此外，在许多情况下，需提供吸收性泡沫片来缓冲组件在跌落测试期间受到的冲击，防止组成组件的构件的破裂或分离。

6、本发明的相同申请人的国际专利申请wo2014072075a1公开了一种整体磁芯，其被构造为通过pth或smt引脚/焊盘连接至pcb，且涉及芯的金属化。带有提供线圈的缠绕路径的结构的整体磁芯非常贵，具有芯体破裂以及铁氧体的脆性的风险。另外，芯的电导率将解决方案限制在非常小的金属化铁氧体以及铁和镍的氧化物上(低磁导率，但高电阻率)。

7、换言之，这些解决方案还需要缓冲元件来抵抗冲击，因此增加了解决方案的成本。

8、欧洲专利ep2928039b1公开了一种无线电力传输设备的软磁性基底，其包括被构造为容置传输线圈的一侧，其中，在被构造为容置第一传输线圈和被设置成与第一传输线圈平行的第二传输线圈以及被设置在第一传输线圈和第二传输线圈上的第三传输线圈的该一侧中，形成有与传输线圈的形状对应的凹槽，其中，该凹槽包括一壁，该壁被构造为围绕第一传输线圈的外周的至少一部分、第二传输线圈的外周的至少一部分以及第三传输线圈的外周的至少一部分。上述软磁性基底通过复合材料的注射成型而一体形成，该复合材料具有83至87wt％(重量百分比)的fe-si-al合金粉末/碎片和fe-si-cr合金粉末/碎片中的至少一种，以及13至17wt％的聚氯乙烯(pv)基树脂、聚乙烯(pe)基树脂和聚丙烯(pp)基树脂中的至少一种。不同于本发明，这一专利并未公开或建议一种感应组件，该感应组件被特别设计成利用基底的电绝缘特性来进行表面安装(参见其附图中的图6和相关说明)。

9、因此，需要提供一种更便宜且不易破损的感应线圈组件，该组件能够承受跌落测试而无需泡沫、减震体、添加芯片粘结剂(bonders)，特别是在组件被安装在钥匙上或移动或便携式装置上的情况下，消除了跌落产生冲击使芯体破裂的风险。

技术实现思路

1、鉴于上述，本发明的一目的是以更柔性且不易破损的感应线圈组件来克服跌落测试，并简化工艺且将感应组件的元件数量从三个减少至两个，尽管混合解决方案仍是可行的并且是创新的。

2、为此，本发明包括通过注射成型将芯元件和基座元件或绕线架熔合为一个整体芯，提供容纳连接接口的元件，该元件是铁磁性的、结构稳定的，提供电绝缘，并且具有足够的柔性和塑性以吸收冲击能量而不破碎。

3、本发明涵盖被包括在以下说明中的权利要求的内容。

4、所提出的用于安装在印刷电路板上的感应线圈组件包括：如现有技术中已知的，至少一个绕组槽，用于设置缠绕整体芯的至少一个导电线圈；以及若干个连接接口，附接至整体芯，用于将至少一个导电线圈连接至电路板的轨迹。

5、其特征在于，整体芯由包含磁荷的可注射成型式聚合物本体制成，所包含磁荷的重量百分比被选择为介于70％与高达85％的最大比例之间，用以提供磁感应且确保被集成在导热的整体芯中的各连接接口之间的电隔离，而且其中，磁荷包括粉末化磁荷。

6、在一些实施例中，本发明提出了一种感应线圈组件，其包括带有集成式连接接口(被嵌入其中)的整体芯，该整体芯提供磁感应且由包含磁荷的可注射成型式聚合物本体制成，所包含磁荷的重量百分比介于70％与高达85％的最大比例之间，其中，上限被选择为确保导热的整体芯的各上述连接接口之间的电隔离。磁荷包括整个的或部分的粉末化(微米或纳米颗粒)磁荷。

7、在一实施例中，聚合物本体由pbm材料(pbt、pa 66、lcp、聚醚醚酮、聚酰亚胺的聚合物，加上分散剂和阻燃添加剂，具有至少70％的重量百分比、典型地为铁氧体或铁粉或粉状铁磁性合金的铁磁性微米和纳米颗粒)、特别是由基于具有适当尺寸和适当初始磁导率的纳米和微米颗粒制成；因此所获得的新芯现在具有先前由芯加上绕线轴或基座占据的整个体积。

8、虽然pbm芯的有效磁导率低于根据上述用于感应线圈组件的标准结构被整合在电绝缘基座中的相同材料的致密芯，但本发明通过增加总的磁芯体积解决了所引用的现有技术的问题，该磁芯在包含磁荷的可模制聚合物本体(例如在pbm的情况下)中整合了标准芯的体积再加上基座或绕线架的体积。通过这种方式，能够实现感应组件的足够磁导率和最终灵敏度。

9、亦即，将基座或绕线架所占据的整个体积视为额外的芯体积，通过对前者添加额外的功能(导磁性、导热性、以及减震性)，将模式(paradigm)从塑料改变为单一的多功能复合材料。

10、到目前为止，公知技术认为pbm作为芯材与致密材料相比在技术上没有竞争力，这是因为在基体中密度的损失、碎裂和粒度限制并且显著减小了所追求的主要变量，即磁导率。

11、并不显而易见的是，80％或更大重量百分比的磁荷可在pbm中获得，或上述磁荷不会导致渗滤(percolation)现象。

12、本发明利用了聚合物、挤制和纳米技术(诸如行星式锆质球磨)的进步，以及混合的可用性，允许具有可变流变学(viable rheology)的材料在传统的塑料注射成型机中以高压和高温被注射，允许芯和基座或绕线架制造工艺的垂直集成，从而降低成本。

13、此外，与上述基于整体磁芯的解决方案不同，所述pbm集成组件除了解决上述的缺点之外，当通过注射成型来制造(芯和基座)时，还可具有由传统工艺、在通过1000℃以上的熔炉中压制和烧结所获得的铁氧体或烧结芯中无法获得的形状。

14、在一实施例中，构成磁芯的聚合物本体中包含的所有磁荷均为粉末化磁荷。

15、替代性地，磁荷包括粉末化磁荷和至少一个嵌入聚合物本体中的磁性材料的实心(solid)烧结芯。应理解的是，实心烧结芯是一种非粉末芯。

16、在任何情况下，磁荷可以是微米和/或纳米铁磁颗粒。在此情况下，微米和/或纳米铁磁颗粒可以是铁氧体颗粒和/或铁粉和/或铁磁合金。

17、在一实施例中，聚合物本体中的磁荷的最大比例为约75％重量百分比。

18、聚合物本体可由包含分散剂添加物和/或阻燃材料的pbm材料制成。

19、根据一特定实施例，本发明的整体感应组件包括至少三个绕组槽，每个绕组槽被设置成围绕三个正交轴线x、y和z之一，以环绕该整体感应组件定位三个正交导电线圈。

20、在一实施例中，整体感应组件的形状被选择成能够在两件式模具中生产，即整体芯的形状允许该整体芯的制造在仅由两个部件制成的模具中完成，从而一旦两件式模具打开便允许所生产的芯从该两件式模具中取出。为取得这一结果，整体芯的形状为，在整体芯的周边表面特别地没有凹槽或凹陷。

21、在另一实施例中，还可利用混合解决方案来提高感应组件的磁导率，在该混合解决方案中，形状非常简单(例如立方体、球体、四面体、圆盘或圆柱体)的简单且廉价的芯被包括在模具中，从而使其产生提供上述功能的包覆成型或包覆注射的pbm。利用这种混合解决方案，能够以较高的灵敏度和磁导率以及较低的成本来克服跌落测试阻碍。

22、此外，本发明由于能够由废弃的铁氧体和其它回收的芯来制造用于注射的pbm小球(pellet)，而允许将其整合进循环经济。

23、因此，本发明通过使用废物来避免铁氧体的烧结，并从对能源和co2产成而言肮脏且密集的工艺转移到清洁的注射工艺。