一种电感元件的制作方法

文档序号:38566749发布日期:2024-07-05 11:36阅读:64来源:国知局

本技术涉及电感,尤其是涉及一种电感元件。


背景技术:

1、一体成型电感是将绕组本体埋入金属磁粉内部压铸而成的一种新型电感,具有良好的磁屏蔽性,且不会干扰周围元器件,较传统电感器件而言,具有电感量更高、漏电感更小的特性,因而在新一代移动设备、电脑主板、智能电子产品等领域获得广泛的应用。然而,5g技术的普及、新能源汽车和智能手机的快速发展,促进了一体成型电感的小型化、低背化和高频化,其中,以长度在4mm以上,高度在1.5mm以下的电感应用较为突出。

2、对于长度在4mm以上,高度在1.5mm以下的电感产品,在实际应用中,会遇到一些特殊的挑战,比如要求初始电感值在1.5μh以上,需要选择具有较高磁导率的材料来实现更稳定和可靠的电感要求,然而,由于厚度尺寸的限制,较为突出的是饱和电流值偏低的问题,即在较大的偏置电流下电感值降幅较大,容易导致电路性能的不稳定。

3、目前,虽然通过增加线圈圈数的方式有助于提高电感器件的电感,然而,增加线圈的圈数会导致线圈的直流电阻增加,从而导致线圈中的铜损增加,甚至还容易影响线圈的磁性能和稳定性。


技术实现思路

1、为了解决上述至少一种技术问题,开发一种初始电感值较高,且在加载电流条件下降幅较低的电感元件,本技术提供一种电感元件。

2、本技术提供的一种电感元件,包括线圈、磁芯、电磁面磁层和夹层磁体,所述夹层磁体设置在所述磁芯的一端,所述电磁面磁层设置在所述夹层磁体上,所述线圈绕制在所述磁芯上;所述夹层磁体的厚度为8-20μm,所述夹层磁体包括片状合金磁体和球状合金磁体,所述片状合金磁体和所述球状合金磁体的质量比为(7-9):(1-3)。

3、通过采用上述技术方案,本技术通过在磁芯与电磁面磁层之间设置夹层磁体,可保证所制得的电感元件具有较高的初始电感,且可提升电感元件的直流偏置性能,有效降低电感元件的电感值在加载电流条件下的降幅。且夹层磁体的厚度需要在合适的范围内,夹层磁体的厚度偏薄时,磁路的磁阻较低,导致在给定的磁势差下产生的磁通量较小,从而影响了电感元件的抗直流叠加能力,而夹层磁体的厚度偏厚时,磁路的磁阻会增加,导致需要更大的磁势差才能产生相同的磁通量,增加功耗,并且降低器件的效率。

4、本技术的夹层磁体中,采用片状合金磁体和球状合金磁体复配,所形成的复配体系可达到较好地压制效果,有助于提高夹层磁体的密实度,从而可较好地保证电感元件的初始电感值以及电感值的稳定性。此外,电磁面磁层可使泄漏磁束减少,有效保证电感元件电感值的稳定性。因此,本技术所制得的电感元件可较好地满足目前器件对低背、一体成型电感的需求。

5、优选的,所述夹层磁体的厚度为20μm,所述片状合金磁体和所述球状合金磁体的质量比为9:1。

6、可选的,所述片状合金磁体包括片状合金材料和包覆在所述片状合金材料上的绝缘膜三,所述球状合金磁体包括球状合金材料和包覆在所述球状合金材料上的绝缘膜四,所述片状合金材料和所述球状合金材料的制备原料均包括铁基合金材料,所述铁基合金材料包括如下重量百分比的原料:fe 87.7-93wt%,ni 2.5-5.5wt%,si 3.5-6.5wt%,cr 1.0-3.0wt%。

7、可选的,所述片状合金材料的平均长度为10-45μm,平均厚度为0.3-0.8μm,绝缘膜三的平均厚度为10-30nm,球状合金材料的平均粒径为0.5-2μm,绝缘膜四的平均厚度为5-10nm。

8、优选的,所述片状合金材料的平均长度为30μm,平均厚度为0.5μm,绝缘膜三的平均厚度为23nm,球状合金材料的平均粒径为1μm,绝缘膜四的平均厚度为7nm。

9、优选的,所述铁基合金材料的制备原料包括如下重量百分比的原料:fe 87.7wt%,ni 4.5wt%,si 5.5wt%,cr 2.3wt%。

10、可选的,所述磁芯和所述电磁面磁层均由合金磁性粉末和填充磁性粉末制成,所述合金磁性粉末和填充磁性粉末的质量比为(3-5):(5-7),所述合金磁性粉末包括纳米晶材料一和包覆在所述纳米晶材料一上的绝缘膜一,所述填充磁性粉末包括羰基铁粉和包覆在所述羰基铁粉上的绝缘膜二。

11、可选的,所述纳米晶材料一包括如下重量百分比的原料:fe 75-85.5wt%,co 7.5-13.5wt%,si 4.5-6.5wt%,b 1.5-3wt%,cr 0.5-1wt%,c 0.5-1wt%。

12、可选的,所述纳米晶材料一的平均粒径为15-37μm,所述绝缘膜一的平均厚度为15-30nm,所述羰基铁粉的平均粒径为4-6μm,所述绝缘膜二的平均厚度为15-30nm。

13、优选的,所述合金磁性粉末和填充磁性粉末的质量比为3:7,所述纳米晶材料一的平均粒径为25μm,所述绝缘膜一的平均厚度为25nm,所述羰基铁粉的平均粒径为6μm,所述绝缘膜二的平均厚度为19nm。

14、优选的,所述纳米晶材料一包括如下重量百分比的原料:fe 81.9wt%,co 9.3wt%,si 4.8wt%,b 2.4wt%,cr 0.8wt%,c 0.8wt%。

15、通过采用上述技术方案,合金磁性粉末和填充磁性粉末按照特定的比例复配,有助于增加材料的磁导率,同时进一步增加材料的饱和磁通密度,使得材料达到高饱和的特性。本技术在纳米晶材料一的表面和羰基铁粉的表面均包覆有特定厚度的绝缘膜,既可改善压制效果,提高密实性,还可降低金属颗粒间的涡流损耗。本技术所制得的磁芯、电磁面磁层皆有较高的磁导率,采用较高磁导率的磁芯和电磁面磁层,且采用特定的夹层磁体进行连接,可较好地保证所制得的电感元件具有较高的初始电感值,且电感值的稳定性较佳。

16、可选的,所述绝缘膜一、绝缘膜二、绝缘膜三和绝缘膜四的制备原料均包括聚硼硅氮烷,所述聚硼硅氮烷中硼的含量为3-5wt%。

17、优选的,所述聚硼硅氮烷中硼的含量为4wt%。

18、优选的,夹层磁体的制备方法为:将片状合金磁体和球状合金磁体按配比混合,然后以1000rpm的搅拌速率搅拌15min,形成混合粉末,将混合粉末与环氧酚醛树脂按质量比为100:5混合,以300rpm的搅拌速率搅拌20min,制得粘结材料,将粘结材料在保护气氛的条件下干燥,将干燥后的粘结材料置于模具中,在压力为900mpa的条件下,压制得到夹层磁体。

19、本技术将片状合金磁体和球状合金磁体按照特定配比混合后,再与环氧酚醛树脂混合,形成的复配体系可达到较好地压制效果,且密实度高,制得的夹层磁体可较好地保证电感元件电感值的稳定性。

20、优选的,球状合金磁体的制备方法为:将金属原料,即铁基合金材料中的金属原料混合后,进行加热处理,各金属原料熔融,形成合金液,通过水流雾化,形成球状合金磁体,压滤去除水分,真空干燥,进行退火处理,退火温度为430℃,通过气流分级,得到球状合金材料;将球状合金材料100g、聚硼硅氮烷0.15g、有机硅树脂0.5g和丙酮25ml混合,搅拌后干燥,使得球状合金材料表面包覆有绝缘膜四,即制得球状合金磁体。

21、优选的,片状合金磁体的制备方法为:将金属原料,即铁基合金材料中的金属原料混合后,进行加热处理,各金属原料熔融,形成合金液,通过水流雾化,形成球状合金磁体,压滤去除水分,真空干燥,进行退火处理,退火温度为430℃,通过气流分级,得到球状合金材料,将球状合金材料与不锈钢球一起放入球磨罐内,球料质量比为5:1,球磨转速为1000rpm,使得球状合金材料扁平化形成片状合金材料,将片状合金材料100g、聚硼硅氮烷0.5g、有机硅树脂0.9g和丙酮20ml混合,搅拌、干燥使得片状合金材料表面包覆绝缘膜三,即制得片状合金磁体。

22、优选的,磁芯的制备方法包括以下步骤:将金属原料,即纳米晶材料一中的各金属原料混合,进行加热处理,各金属原料熔融形成合金液,通过水流雾化,形成合金粉末,压滤去除水分,真空干燥,进行退火处理,退火温度为430℃左右,形成结晶型材料,通过气流分级,制得球形的纳米晶材料一;将球形的纳米晶材料一100g、聚硼硅氮烷0.6g、有机硅树脂1.1g和丙酮20ml混合,搅拌后干燥,使得纳米晶材料一的表面包覆有绝缘膜一,即制得球状合金磁性粉末;将羰基铁粉100g、聚硼硅氮烷0.35g、有机硅树脂0.7g和丙酮22ml混合,搅拌后干燥,使得羰基铁粉的表面包覆有绝缘膜二,即制得填充磁性粉末;将球状合金磁性粉末和填充磁性粉末按配比混合,充分搅拌后,制得磁芯/电磁面磁层材料;将磁芯/电磁面磁层材料置于模具中,在800mpa的压力下压制成型,制得磁芯。

23、优选的,电磁面磁层的制备方法:与上述磁芯的制备方法相同,制得磁芯/电磁面磁层材料,将磁芯/电磁面磁层材料置于模具中,在800mpa的压力下压制成型,制得电磁面磁层。

24、可选的,所述电感元件还包括电磁壳层和外部电极,所述外部电极设置在所述电磁面磁层上,所述线圈的端部贯穿所述电磁面磁层且与相应的所述外部电极相连,所述电磁壳层套设在所述线圈的外部,所述电磁壳层的端部与所述电磁面磁层相连。

25、可选的,所述电磁壳层的制备原料包括合金磁性材料和填充磁性材料,所述合金磁性材料和填充磁性材料的质量比为(3-5):(5-7),所述填充磁性材料包括填充磁性材料一和填充磁性材料二,所述填充磁性材料一和填充磁性材料二的质量比为(2-4):(6-8);所述填充磁性材料一包括平均粒径为2-4μm的羰基铁粉和包覆在所述羰基铁粉上的绝缘膜六;所述填充磁性粉末二包括平均粒径为4-6μm的羰基铁粉和包覆在所述羰基铁粉上的绝缘膜七,所述绝缘膜六和所述绝缘膜七的厚度为15-30nm;所述合金磁性粉末包括纳米晶材料二和包覆在所述纳米晶材料二上的绝缘膜五,所述纳米晶材料二的平均粒径为10-25μm,所述绝缘膜五的厚度为15-30nm。

26、优选的,所述电磁壳层中,合金磁性材料和填充磁性材料按质量比为3:7混合,填充磁性材料一和填充磁性材料二的质量比为2:8混合,填充磁性材料一包括平均粒径为3μm的羰基铁粉,填充磁性粉末二包括平均粒径为5μm的羰基铁粉,绝缘膜六的平均厚度均为20nm,绝缘膜七的平均厚度均为22nm;纳米晶材料二的平均粒径为15μm,绝缘膜五的平均厚度为24nm。

27、优选的,电感元件的制备方法为:将绕制有线圈的磁芯和电磁壳层材料置于模具中,进行热压处理,热压处理的条件为:温度160℃,压力为800mpa,热压时间为1h,制得成型体,其中,电磁壳层材料形成电磁壳层,在成型体的电磁面磁层表面通过pvd溅射cu形成与线圈端部结合的外部电极,外部电极上镀sn层,制得电感元件。

28、综上所述,本技术包括以下至少一种有益技术效果:

29、1. 本技术通过在磁芯与电磁面磁层之间设置夹层磁体,所制得的电感元件具有较高的初始电感值,且在加载电流的条件下,电感值降幅较低,可较好地满足目前器件对低背、一体成型电感的需求。

30、2. 本技术的夹层磁体中,采用片状合金磁体和球状合金磁体复配,所形成的复配体系可达到较好地压制效果,有助于提高夹层磁体的密实度,从而可较好地保证电感元件电感值的稳定性。

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