一种高磁导低损耗一体成型电感及其制备方法与流程

1.本发明属于电感器件技术领域，尤其涉及一种高磁导低损耗一体成型电感及其制备方法。


背景技术：

2.本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
3.近年来，伴随电子便携设备的轻薄化和高集成化，迫切要求其电子电路转型升级，高能效、大电流化成为产品竞争优势。为了满足大环境下的市场需求，电感制造技术也越来越先进，产品实用性和可靠性也越来越高，一体成型电感成为电感行业技术进步的标志。一体成型电感与传统电感相比，体积小、电流大、耐高温、寄生电容小、产品尺寸精度高、良品率高，具有在高频和高温环境下高稳定性等特点。
4.目前研究中，在结构设计层面上，多数设计者本着结构简单、成本节约、制备效率高的目标，不断对器件进行结构升级。对于工字型电感设计，kr 2020090004493u、kr 1020190085828a、cn 108565994 a和cn 200941331y等均采用t core芯柱与绕柱线圈进行简单装配，使得制备出的工字型电感易于安装，并且电感的精准度较高，但是未考虑线圈裸露造成的老化失效和励磁场的磁通泄露等问题；cn 110718386 a优化了t core电感器的绕线模式，采用扁形线圈进行α绕线模式，提高了器件的饱和值和产品良品率；对于一体成型电感设计，cn 1019786066 a和cn 109741918 a用同种磁性材料制备t core芯柱和外部套盒进行组装制备出一种新型电感，该类型电感结构简单，成本低廉，并且有较高的导磁率。但由于t core芯柱是采用粉末冶金压铸成型，这类芯柱存在较大的孔隙率，远不及烧结制备的高致密柱块，因而磁性能提高空间有限。
5.cn 104240898 a是相对较理想的电感设计，其主要由“t形”芯棒、线圈、电极与外包覆层组成，t芯材料多为铁基合金粉末或铁氧体金属粉末，外包覆层材料为已进行绝缘包覆的金属磁粉，芯柱与外包覆层可以是同种材料亦可以是不同种材料。芯棒部分完全置入于线圈的内径之中，电极端子引出并弯曲贴附于外包覆层的表面，具有提高电感性能和可制造性的优点；kr 100764555 b1在利用铁氧体芯柱作为t core的基础上，外部通过磁性粉末与底座进行压铸成型制备电感，进一步提高了电感器的性能，但未进行退火热处理，器件内部残留的压制应力，对于器件的稳定性造成影响。
6.综上所述，传统的一体成型电感常用单一磁粉压铸而成，其技术缺陷在于产品密度限制与压制应力残留，导致电感的重要特性一直没有明显的提升，特别是电感量、饱和电流、电磁损耗及可靠性等。另外，电感器内的磁通量分布并不均匀，常常出现漏磁线现象。


技术实现要素：

7.为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种高磁导低损耗一体成型电感及其制备方法，克服了现有技术中一体成型电感的电磁特性较差的不足，提升了一体成型电感
的高磁导和低损耗特性，并提升了产品性能与可靠性。
8.为实现上述目的，本发明的一个或多个实施例提供了如下技术方案：
9.本发明第一方面提供了一种高磁导低损耗一体成型电感。
10.一种高磁导低损耗一体成型电感，包括芯柱、绕制线圈、包埋磁粉和引脚，所述绕制线圈绕制于芯柱外侧，所述绕制线圈的两端均点焊连接有引脚，所述绕制线圈与引脚构成导电圈架，所述包埋磁粉填充于导电圈架周侧，并与导电圈架恒压为一体成型结构。
11.优选的，所述芯柱为mn-zn铁氧体粉末烧结制成的柱体；所述包埋磁粉为绝缘材料包覆磁性金属粉末制成。
12.本发明第二方面提供了制备高磁导低损耗一体成型电感的方法。
13.一种制备第一方面所述高磁导低损耗一体成型电感的方法，包括以下步骤：
14.(1)采用mn-zn铁氧体粉末，经700～900℃n2气氛中烧结，得到高于98％相对烧结密度的铁氧体芯柱；
15.(2)制作绕制线圈，将绕制线圈在芯柱上进行均匀间隔绕制；
16.(3)将绕制线圈用点焊的方法焊接在镀锡铜片引脚上，装配成导电圈架，将焊接好的导电圈架放入模具中部；
17.(4)采用无机-有机复合包覆法在导电圈架上包埋磁粉；
18.(5)将包埋磁粉后的导电圈架放入模具中成型，制备成一体成型电感元件。
19.优选的，所述包埋磁粉由羰基铁粉、铁硅铬合金粉、fesibcr非晶粉三者之一或两种粉末复合组成，所述羰基铁粉的原子百分比组成为：99.5％～99.9％ fe；所述铁硅铬合金粉的原子百分比为：87.80％～91.75％ fe，3.65～8.20％ si，4.00～6.00％ cr；所述fesibcr非晶粉的原子百分比为：71.10％ fe，8.94％ si，14.96％～16.89％ b，3.07～5.00％ cr。
20.优选的，所述无机-有机复合包覆法，具体为：将称量好的磁粉用磷酸表面钝化处理，磷化后的干燥磁粉加入有机粘接剂，混合均匀后，干燥并进行过筛和造粒。
21.优选的，所述磷酸的用量的质量百分比为0.5～1.5％，磷化时间为2h；所述有机粘结剂的质量百分比为1％～5％；所述过筛和造粒的目数范围是40～200目；所述的润滑剂为硬脂酸钡或硬脂酸锌，用量为磁粉总质量百分比的1～3wt.
‰
。
22.优选的，在步骤五之后，还包括步骤六：将一体成型电感元件进行退火热处理，退火的温度在220度以内，保温时间在60-120分钟之间。
23.优选的，在步骤六之后，还包括：将一体成型电感元件两侧的镀锡铜片引脚进行切脚弯脚。
24.优选的，所述的铁氧体粉末是利用共沉淀法制备，包括mno、zno、fe2o3三类氧化物。
25.优选的，所述绕制线圈是圆线、绞线或扁螺旋线圈，线圈表面利用绝缘漆进行绝缘处理。
26.以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：
27.本发明提供了一种高磁导低损耗一体成型电感及其制备方法，所制备的一体成型电感元件具有高电磁特性、高强度、易加工等特点；同时能够缩短器件生产周期，减少劳动成本；在高频和高温环境下能保持高稳定性。
28.本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得
明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
29.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
30.图1为本发明一体成型电感器整体结构立体示意图。
31.图2为本发明一体成型电感器正视结构示意图。
32.图3为本发明一体成型电感器俯视结构示意图。
33.图4为本发明一体成型电感器仰视结构示意图。
34.图5为本发明一体成型电感器左视结构示意图。
35.图6为本发明一体成型电感器右视结构示意图。
36.图7为本发明实施例一、实施例二、对比例一、对比例二制备的电感器模拟磁感应强度分布的结果图。
37.附图中，各标号所代表的部件列表如下：1芯柱、2绕制线圈、3包埋磁粉、4引脚、5点焊端、6铜片贴槽。
具体实施方式
38.应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
39.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。
40.在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
41.整体发明构思：
42.传统的一体成型电感常用单一磁粉压铸而成，其技术缺陷在于产品密度限制与压制应力残留，导致电感的重要特性一直没有明显的提升，特别是电感量、饱和电流、电磁损耗及可靠性等。另外，电感器内的磁通量分布并不均匀，常常出现漏磁线。磁导率与电感成正相关联系，高磁导率对磁通的束缚能力越强。
43.因此本发明提出了一种高磁导低损耗一体成型电感及其制备方法，通过增加高磁导低损耗高致密烧结铁氧体磁柱来使得磁力线集中均匀分布，解决漏磁通问题，同时提高整体电感器的磁导率。
44.一种新型一体成型电感元件的制备方法，包括以下步骤：(1)芯柱制作；(2)绕制线圈制作；(3)导电圈架点焊；(4)包埋磁粉制作；(5)包埋磁粉导电圈架一体成型；(6)退火热处理；(7)电感加工分检、印字。
45.本发明第一方面公开了一种高磁导低损耗一体成型电感。
46.如图1-图6所示，一种高磁导低损耗一体成型电感，包括芯柱1、绕制线圈2、包埋磁粉3和引脚4，所述绕制线圈2绕制于芯柱1外侧，所述绕制线圈2的两端均点焊连接有引脚4，在绕制线圈2与引脚4的焊接点设置有点焊端5，所述绕制线圈2与引脚4构成导电圈架，所述包埋磁粉3填充于导电圈架周侧，并与导电圈架恒压为一体成型结构。
47.如图1所示，所述引脚4设置有弯折处，弯折处朝向绕制线圈2的方向设置，形成铜片贴槽6。
48.所述芯柱为mn-zn铁氧体粉末烧结制成的柱体；所述包埋磁粉为绝缘材料包覆磁性金属粉末制成。
49.设计和制造一种新型一体成型电感，如图1，由芯柱、绕制线圈、包埋磁粉和镀锡铜片引脚组成，所述绕制线圈与镀锡铜片点焊构成“导电圈架”，铁氧体芯柱装配于导电圈架芯部，包埋磁粉填充并恒压成型为一体成型电感元件。所述芯柱制作使用的材料是mn-zn铁氧体粉末烧结柱体。所述包埋磁粉由绝缘材料包覆的磁性金属粉末组成。
50.本发明第二方面公开了一种制备高磁导低损耗一体成型电感的方法。
51.一种制备实施例一所述高磁导低损耗一体成型电感的方法，包括以下步骤：
52.(1)采用mn-zn铁氧体粉末，经700～900℃n2气氛中烧结，得到高于98％相对烧结密度的铁氧体芯柱；
53.(2)制作绕制线圈，将绕制线圈在芯柱上进行均匀间隔绕制；
54.(3)将绕制线圈用点焊的方法焊接在镀锡铜片引脚上，装配成导电圈架，将焊接好的导电圈架放入模具中部；
55.(4)采用无机-有机复合包覆法在导电圈架上包埋磁粉；
56.(5)将包埋磁粉后的导电圈架放入模具中成型，制备成一体成型电感元件；
57.(6)退火热处理；
58.(7)电感加工分检、印字。
59.所述的铁氧体粉末是利用共沉淀法制备，其主要含有mno、zno、fe2o3三类氧化物组成。经700～900℃n2气氛中烧结2h得到高于98％相对烧结密度的铁氧体芯柱。
60.所述的包埋磁粉由羰基铁粉、铁硅铬合金粉、fesibcr非晶粉三者之一或两种粉末复合组成。所述羰基铁粉的成分(原子百分比at.％)组成：99.5％～99.9％ fe。所述铁硅铬合金粉的成分(原子百分比at.％)组成：87.80％～91.75％ fe，3.65～8.20％ si，4.00～6.00％ cr。所述fesibcr非晶粉的成分(原子百分比at.％)组成：组成：71.10％ fe，8.94％ si，14.96％～16.89％b，3.07～5.00％ cr。
61.所述步骤(1)中，所述的芯柱制作，是用共沉淀法制备的锰锌铁氧体粉末，先冷压成具有一定尺寸特征的柱体胚，然后在通有氮气气氛的热处理马弗炉中，700～900℃高温环境下进行热烧结，得到高于98％相对烧结密度的铁氧体芯柱。
62.所述步骤(2)中，所述绕制线圈是圆线，绞线或扁螺旋线圈在铁氧体芯柱上进行均匀间隔绕制。线圈表面利用绝缘漆进行绝缘，防止短路。
63.所述步骤(3)中，对于导电圈架，是指将绕制线圈两端用点焊的方法与镀锡铜片连接，装配成导电圈架。所述步骤(5)中包埋磁粉导电圈架一体成型：是指将点焊后的导电圈架放入特制模具中成型，达到线圈和包埋磁粉一体的成型效果。
64.制作磁粉设备一般包括熔炼炉、雾化器、振动筛。所述的步骤(4)中，所述包埋磁粉由羰基铁粉、铁硅铬合金粉、fesibcr非晶粉三者之一或两种复合组成。所述磁粉制作采用无机-有机复合包覆法，具体为：将称量好的磁粉用磷酸表面钝化处理，磷化后的干燥磁粉加入有机粘接剂，混合均匀后，干燥并进行过筛和造粒。造粒后的粉末加入适量的润滑剂便于成型后的脱模。
65.在一实施例中，磁粉的包覆处理方法：无机-有机复合包覆法。
66.以羰基铁粉、铁硅铬合金粉为原料，先将称量好的磁粉用磷酸溶液表面处理，磷化剂的使用量在0.5～1.5％，磷化时间控制在2h，磷化后的磁粉在110℃恒温干燥箱中干燥1h，磷化后的干燥磁粉加入1％～5％质量分数的有机粘接剂，混合均匀后，干燥过筛40～200目进行造粒。造粒后的粉末加入1～3wt.
‰
质量分数的硬脂酸钡润滑剂得到包埋磁粉，将包埋磁粉通过一体成型电感工艺进行成型加工。成型后的一体成型电感的在退火温度220℃以内进行退火处理，保温时间在60-120min。最后将一体成型电感元件两侧的镀锡铜片引脚进行切脚弯脚。便于表面贴装应用。
67.以下为两个优选实施例：
68.实施例一：
69.制作尺寸为：
70.电感尺寸：长*宽*高＝7.3mm*6.8mm*5.0mm；铁氧体芯柱尺寸：外径*高＝3.0mm*5.0mm；绕制线圈线径：0.4mm；绕制圈数：20ts。
71.包埋粉末是以羰基铁粉为原材料(以质量分数为计)，将称量好的羰基铁粉用磷酸溶液表面处理，磷化剂的使用量在0.7％～1.0％，磷化时间控制在2h，磷化后的磁粉在110℃恒温干燥箱中干燥1h，磷化后的干燥磁粉加入4％质量分数的有机粘接剂，混合均匀后，干燥过筛40～200目进行造粒。造粒后的粉末加入3wt.
‰
质量分数的硬脂酸钡润滑剂得到包埋磁粉，将包埋磁粉通过一体成型电感工艺进行成型加工。成型后的一体成型电感的在退火温度220℃以内进行低温退火处理，保温时间120min。最后将一体成型电感元件两侧的镀锡铜片引脚进行切脚弯脚。便于表面贴装应用。模拟出的电感量为24.245μh
±
20％(1mhz 0.5v)，其中柱的磁感应强度分布如图7中的(b)所示。
72.实施例二：
73.制作尺寸为：电感尺寸：长*宽*高＝7.3mm*6.8mm*5.0mm；铁氧体芯柱尺寸：外径*高＝3.0mm*5.0mm；绕制线圈线径：0.4mm；绕制圈数：20ts。
74.包埋粉末是以铁硅铬粉为原材料(以质量分数为计)，将称量好的铁硅铬粉用磷酸溶液表面处理，磷化剂的使用量在0.5％～1.5％，磷化时间控制在2h，磷化后的磁粉在110℃恒温干燥箱中干燥1h，磷化后的干燥磁粉加入4％质量分数的有机粘接剂，混合均匀后，干燥过筛40～200目进行造粒。造粒后的粉末加入3wt.
‰
质量分数的硬脂酸钡润滑剂得到包埋磁粉，将包埋磁粉通过一体成型电感工艺进行成型加工。成型后的一体成型电感的在退火温度220℃以内进行低温退火处理，保温时间120min。最后将一体成型电感元件两侧的镀锡铜片引脚进行切脚弯脚。便于表面贴装应用。模拟出的电感量为30.293μh
±
20％(1mhz 0.5v)，其中柱的磁感应强度分布如图7中的(c)所示。
75.与此同时，作为对照组，采用先前技术，即通过不包含铁氧体芯柱，利用单一的包埋磁粉直接压铸成型制备的两种同规格一体成型电感(对照组1、对照组2)在同等测试条件下的模拟出的电感性能结果模拟如下。
76.对照例一：
77.对照组1(无铁氧体芯柱，羰基铁为原料制备的一体成型电感)模拟出的电感量为9.329μh
±
20％(1mhz 0.5v)，其中柱的磁感应强度分布如图7中的(d)所示。
78.对照例二：对照组2(无铁氧体芯柱，铁硅铬为原料制备的一体成型电感)模拟出的
电感量为11.815μh
±
20％(1mhz 0.5v)，其中柱的磁感应强度分布如图7中的(e)所示。
79.表1总结了实施例和对比例制备一体成型电感的模拟结果。并且，从实施例与对照例的中柱磁感应强度分布结果来看，显然更高的磁导率(含铁氧体芯柱)能带来更高的磁感应强度，从而提高电感器的感量，有利于电感器件的小型化。
80.表1实施例和对比例制备一体成型电感的模拟结果
[0081][0082][0083]
注：电感尺寸：长*宽*高＝7.3mm*6.8mm*5.0mm；铁氧体芯柱尺寸：外径*高＝3.0mm*5.0mm；绕制线圈线径：0.4mm；绕制圈数：20ts。
[0084]
由实施例可知，本一体成型电感不仅解决电磁特性较差的不足，在高频和高温环境下磁特性能保持高稳定性，提升产品性能与可靠性，还能缩短器件生产周期，减少劳动成本。
[0085]
本领域技术人员应该明白，上述本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算机装置来实现，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。本发明不限制于任何特定的硬件和软件的结合。
[0086]
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

技术特征：
1.一种高磁导低损耗一体成型电感，其特征在于，包括芯柱、绕制线圈、包埋磁粉和引脚，所述绕制线圈绕制于芯柱外侧，所述绕制线圈的两端均点焊连接有引脚，所述绕制线圈与引脚构成导电圈架，所述包埋磁粉填充于导电圈架周侧，并与导电圈架恒压为一体成型结构。2.如权利要求1所述的高磁导低损耗一体成型电感，其特征在于，所述芯柱为mn-zn铁氧体粉末烧结制成的柱体；所述包埋磁粉为绝缘材料包覆磁性金属粉末制成。3.一种制备权利要求1-2任一项所述高磁导低损耗一体成型电感的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)采用mn-zn铁氧体粉末，经700～900℃n2气氛中烧结，得到高于98％相对烧结密度的铁氧体芯柱；(2)制作绕制线圈，将绕制线圈在芯柱上进行均匀间隔绕制；(3)将绕制线圈用点焊的方法焊接在镀锡铜片引脚上，装配成导电圈架，将焊接好的导电圈架放入模具中部；(4)采用无机-有机复合包覆法在导电圈架上包埋磁粉；(5)将包埋磁粉后的导电圈架放入模具中成型，制备成一体成型电感元件。4.如权利要求3所述的高磁导低损耗一体成型电感的制备方法，其特征在于，所述包埋磁粉由羰基铁粉、铁硅铬合金粉、fesibcr非晶粉三者之一或两种粉末复合组成，所述羰基铁粉的原子百分比组成为：99.5％～99.9％fe；所述铁硅铬合金粉的原子百分比为：87.80％～91.75％fe，3.65～8.20％si，4.00～6.00％cr；所述fesibcr非晶粉的原子百分比为：71.10％fe，8.94％si，14.96％～16.89％b，3.07～5.00％cr。5.如权利要求3所述的高磁导低损耗一体成型电感的制备方法，其特征在于，所述无机-有机复合包覆法，具体为：将称量好的磁粉用磷酸表面钝化处理，磷化后的干燥磁粉加入有机粘接剂，混合均匀后，干燥并进行过筛和造粒。6.如权利要求5所述的高磁导低损耗一体成型电感的制备方法，其特征在于，所述磷酸的用量的质量百分比为0.5～1.5％，磷化时间为2h；所述有机粘结剂的质量百分比为1％～5％；所述过筛和造粒的目数范围是40～200目；所述的润滑剂为硬脂酸钡或硬脂酸锌，用量为磁粉总质量百分比的1～3wt.
‰
。7.如权利要求3所述的高磁导低损耗一体成型电感的制备方法，其特征在于，在步骤五之后，还包括步骤六：将一体成型电感元件进行退火热处理，退火的温度在220度以内，保温时间在60-120分钟之间。8.如权利要求3所述的高磁导低损耗一体成型电感的制备方法，其特征在于，在步骤六之后，还包括：将一体成型电感元件两侧的镀锡铜片引脚进行切脚弯脚。9.如权利要求3所述的高磁导低损耗一体成型电感的制备方法，其特征在于，所述的铁氧体粉末是利用共沉淀法制备，包括mno、zno、fe2o3三类氧化物。10.如权利要求3所述的高磁导低损耗一体成型电感的制备方法，其特征在于，所述绕制线圈是圆线、绞线或扁螺旋线圈，线圈表面利用绝缘漆进行绝缘处理。

技术总结
本发明提出了一种高磁导低损耗一体成型电感及其制备方法，涉及电感制备技术领域。高磁导低损耗一体成型电感包括芯柱、绕制线圈、包埋磁粉和引脚，所述绕制线圈绕制于芯柱外侧，所述绕制线圈的两端均点焊连接有引脚，所述绕制线圈与引脚构成导电圈架，所述包埋磁粉填充于导电圈架周侧，并与导电圈架恒压为一体成型结构。本发明克服了现有技术中一体成型电感的电磁特性较差的不足，提升了一体成型电感的高磁导和低损耗特性，并提升了产品性能与可靠性。靠性。靠性。


技术研发人员：余红雅 陈榕寅 郭宝春 陈熹
受保护的技术使用者：东莞铭普光磁股份有限公司
技术研发日：2023.07.10
技术公布日：2023/9/20