一种一体成型电感及其制备方法与流程

1.本发明属于电子设备技术领域，涉及一种一体成型电感及其制备方法。


背景技术：

2.电感器又称为电感线圈，能够将电能转化为磁能而存储起来，是组成电子电路的基本元件之一，在电子电路中广泛采用。电感器的结构类似于变压器，但只有一个绕组，其具有一定的电感，只阻碍电流的变化，因此电感器在交流电路中起到阻流、降压、交联耦合以及负载等作用。
3.随着电子元器件的尺寸越来越小，电感器也不断向小型化发展，同时也要求提高电感器的空间利用率。早期的电感器主要是绕线式电感器，其结构是将漆包线绕制于导磁体的外面以形成圆柱形、工字形或环形电感器等。然而，由于此种绕线式电感器的线圈和导磁体不是一体式结构，存在电感值偏低、难以保证产品参数一致性及加工生产效率低等问题。目前应用较所得是一体成型电感器，但其在结构及成型方法上通常存在缺陷。一体成型电感为全封闭结构，磁屏蔽效果好，能有效降低电磁干扰，可避免发生噪音，直流阻抗低，又可确保耐电流电感值降幅平顺，应用频率可达5mhz，已广泛应用于车载、医用、笔电设备、航空航天等领域。
4.cn 111243853a公开了一种一体成型大密度电感的制作方法，所述一体成型大密度电感的制作方法包括以下步骤：1)绕制线圈，将线圈上的线圈层之间间隔绕制；2)在绕制完成的线圈上连接电极：3)将连接了电极的线圈与磁性材料一起压制形成一体成型大密度电感。该方法在线圈被压制前，使线圈的线圈层之间间隔设置，处于预拉伸状态，这样在压制过程中，每层线圈层之间的间隙被磁性材料填充，压制后线圈的层间是被磁性材料隔开的，避免了线圈层间相互短路的问题，由于线圈层间互相隔离，所以压制压力不会对线圈造成短路影响，这样就可以提升压制压力，来增加产品密度，密度的提升可以使电感得到更优异的电磁特性，但该方法同样存在上面所述的无法满足小体积的高感要求。
5.cn 101377975a公开了一种一体式电感器及其制作方法，该电感器包括压制成型的金属磁粉块体和电感线圈，电感线圈包括圈体和两个端子，圈体采用金属漆包线制成，圈体内嵌于金属磁粉块体中，端子分处于金属磁粉块的两例外，圈体为双向螺旋结构，而在制作方法包括先绕制电感线圈，电感线圈的两端子焊接在电极框架上，金属磁粉和电感线圈混合压制时，金属磁粉包裹于线圈外侧，并未提及线圈内部磁芯的使用，同样需要先压制形成，工艺较为复杂，需要两步完成，无法形成完全的一体化电感器。
6.cn 112201463a公开了一种一体成型电感的制备方法及一体成型电感，所述一体成型电感的制备方法包括如下步骤：a、用包覆剂溶剂对线圈及导线架的部分区域或全部区域进行喷涂；b、将喷涂完的线圈和导线架进行固化；c、将线圈和导线架放入磁粉中进行封装，形成一体成型电感半成品：d、将封装好的半成品进行烘烤及折弯脚处理，形成一体成型电感。该方法制备得到的电感虽为一体型电感，但是无法覆盖小尺寸电感。
7.综上所述，对于电感器的制作成型，上述方法均介绍了一体成型电感的制备方法，
但是所述方法只能制备一颗一体成型电感，不能满足电感的多种尺寸要求。因此，提供一种一体成型电感的制备方法，使得制备得到的电感可以满足多种尺寸要求，实现多颗电感单个模穴成型，已经成为本领域亟需解决的问题之一。


技术实现要素：

8.本发明的目的在于提供一种一体成型电感及其制备方法，所述制备方法可以实现小尺寸电感的制备，且多颗电感单个模穴成型，后经过切割的方式形成单颗电感，稼动率高。
9.为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
10.第一方面，本发明提供了一种一体成型电感的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
11.(1)混合磁性粉末、胶水以及挥发性溶剂，搅拌、脱泡后得到浆料；
12.(2)对步骤(1)所得浆料依次进行流延成型和干燥后得到胚带；
13.(3)裁切步骤(2)所得胚带得到i-a、i-b、o-core以及中柱；
14.(4)依次叠加放置i-b、o-core、空心线圈、中柱以及i-a，而后在上下层封装pet膜，得到电感前驱体；
15.(5)对步骤(4)所得电感前驱体依次进行热压成型和切割后得到所述一体成型电感。
16.本发明所述一体成型电感的制备方法生产工艺简单，通过流延得到制备所述一体成型电感的部件，然后再通过热压成型得到一颗整体电感，而后通过切割工艺可以得到成千上百颗一体成型电感，且》0.1mm以上的尺寸都可以做到，大大降低了机台投入和成本，提高了生产效率。
17.优选地，步骤(1)所述磁性粉末包括合金粉、非晶粉或纳米晶粉中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括合金粉和非晶粉的组合，合金粉和纳米晶粉的组合，非晶粉和纳米晶粉的组合，或合金粉、非晶粉和纳米晶粉的组合。
18.优选地，所述合金粉包括铁硅合金粉、铁硅铝合金粉或铁镍合金粉中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括铁硅合金粉和铁硅铝合金粉的组合，铁硅合金粉和铁镍合金粉的组合，或铁硅合金粉、铁硅铝合金粉和铁镍合金粉的组合。
19.优选地，所述非晶粉包括铁硅硼非晶粉、铁镍硼非晶粉或铁铬硼硅非晶粉中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括铁硅硼非晶粉和铁镍硼非晶粉的组合，铁镍硼非晶粉和铁铬硼硅非晶粉的组合，铁硅硼非晶粉和铁铬硼硅非晶粉的组合，或铁硅硼非晶粉、铁镍硼非晶粉和铁铬硼硅非晶粉的组合。
20.优选地，所述纳米晶粉包括铁硅铌纳米晶粉、铁硅铌硼纳米晶粉或铜锌锡硫纳米晶粉中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括铁硅铌纳米晶粉和铁硅铌硼纳米晶粉的组合，铁硅铌硼纳米晶粉和铜锌锡硫纳米晶粉的组合，铁硅铌纳米晶粉和铜锌锡硫纳米晶粉的组合，或铁硅铌纳米晶粉、铁硅铌硼纳米晶粉和铜锌锡硫纳米晶粉的组合。
21.优选地，步骤(1)所述胶水包括环氧树脂、硅树脂或氨基树脂中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括环氧树脂和硅树脂的组合，环氧树脂和氨基树脂
的组合，硅树脂和氨基树脂的组合，或环氧树脂、硅树脂和氨基树脂的组合。
22.优选地，步骤(1)所述挥发性溶剂包括乙酸乙酯和/或egda。
23.优选地，步骤(1)所述磁性粉末、胶水以及挥发性溶剂的质量比为(90-110):(3-5):(2-8)，例如可以是90:4:5、100:5:8、110:5:8、100:4:5或100:4:8，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用。
24.优选地，步骤(1)所述搅拌包括机械搅拌。
25.优选地，步骤(1)所述搅拌的时间为5-15min，例如可以是5min、7min、9min、11min、13min或15min，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用。
26.优选地，步骤(1)所述搅拌的转速为800-1200r/min，例如可以是800r/min、850r/min、900r/min、950r/min、1000r/min、1050r/min、1100r/min、1150r/min或1200r/min，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用。
27.优选地，步骤(1)所述脱泡包括离心脱泡。
28.优选地，步骤(1)所述脱泡的时间为3-8min，例如可以是3min、4min、5min、6min、7min或8min，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用。
29.优选地，步骤(1)所述浆料的粘度为550-850cp，例如可以是550cp、600cp、650cp、700cp、750cp、800cp或850cp，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用。
30.优选地，步骤(2)所述流延成型中流延速度为5-20m/min，例如可以是5m/min、10m/min、15m/min或20m/min，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用。
31.优选地，步骤(2)所述流延成型中刮刀高度为30-250μm，例如可以是30μm、50μm、80μm、100μm、120μm、150μm、180μm、200μm、230μm或250μm，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用。
32.优选地，步骤(2)所述流延成型中烘道温度为22-28℃，例如可以是22℃、23℃、24℃、25℃、26℃、27℃或28℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用。
33.优选地，步骤(2)所述干燥包括真空干燥或链条炉干燥。
34.优选地，步骤(2)所述干燥的温度为22-28℃，例如可以是22℃、23℃、24℃、25℃、26℃、27℃或28℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用。
35.优选地，步骤(2)所述干燥的时间为100-150min，例如可以是100min、110min、120min、130in、140min或150min，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用。
36.优选地，步骤(3)所述i-a、i-b以及o-core的宽度和长度相同。
37.优选地，步骤(3)所述o-core上设置有圆形通孔。
38.优选地，步骤(3)所述中柱的个数与圆形通孔的个数相同。
39.优选地，步骤(4)所述空心线圈包括圆形空心线圈、椭圆形空心线圈或跑道型空心线圈。
40.优选地，所述圆形通孔的直径与中空线圈的外径相同。
41.优选地，所述中空线圈的内径与中柱的直径相同。
42.优选地，步骤(4)所述pet膜包括mylar膜。
43.优选地，所述pet膜与i-a具有相同的尺寸。
44.本发明按照pet膜—i-b—o-core—空心线圈—中柱—i-a—pet膜的顺序依次叠加放置，以pet膜为外壳，空心线圈放置在o-core的圆形通孔内，中柱放置在空心线圈的内部。
45.本发明所述空心线圈的两端通过激光去除铜线绝缘层，由此形成电感内部的电流回路。
46.优选地，步骤(5)所述热压成型的压力为1-6t/cm2，例如可以是1t/cm2、2t/cm2、3t/cm2、4t/cm2、5t/cm2或6t/cm2，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用。
47.优选地，步骤(5)所述热压成型的温度为150-200℃，例如可以是150℃、160℃、170℃、180℃、190℃或200℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用。
48.优选地，步骤(5)所述热压成型的时间为100-150s，例如可以是100s、110s、120s、130s、140s或150s，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用。
49.作为本发明的优选技术方案，本发明所述一体成型电感的制备方法包括如下步骤：
50.(1)混合磁性粉末、胶水以及挥发性溶剂，以800-1200r/min的搅拌速率机械搅拌5-15min、离心脱泡3-8min后得到粘度为550-850cp浆料；所述磁性粉末、胶水以及挥发性溶剂的质量比为(90-110):(3-5):(2-8)；
51.(2)对步骤(1)所得浆料进行流延成型，以22-28℃的温度干燥100-150min后得到胚带；所述流延成型中流延速度为5-20m/min，刮刀高度为30-250μm，烘道温度为22-28℃；
52.(3)裁切步骤(2)所得胚带得到i-a、i-b、o-core以及中柱；所述i-a、i-b以及o-core的宽度和长度相同；
53.(4)依次叠加放置i-b、o-core、空心线圈、中柱以及i-a，而后在上下层封装pet膜，得到电感前驱体；
54.(5)在1-6t/cm2的压力下，以150-200℃的温度对步骤(4)所得电感前驱体进行热压成型100-150s后切割得到所述一体成型电感。
55.第二方面，本发明提供了一种一体成型电感，所述一体成型电感通过第一方面所述一体成型电感的制备方法制备得到。
56.本发明所述的数值范围不仅包括上述例举的点值，还包括没有例举出的上述数值范围之间的任意的点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
57.相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
58.(1)本发明所述制备方法工艺过程简单，大大降低了机台投入和成本，提高了生产效率，有利于工业化生产；
59.(2)本发明通过流延得到制备所述一体成型电感的部件，然后再通过热压成型得到一颗整体电感，而后通过切割工艺可以得到成千上百颗一体成型电感，且可以满足》0.1mm以上尺寸的电感。
附图说明
60.图1是本发明实施例1提供的i-a、i-b、o-core以及中柱的结构示意图；
61.图2是本发明实施例1提供的空心线圈的结构示意图；
62.图3是本发明实施例1提供的叠加过程示意图。
具体实施方式
63.下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
64.实施例1
65.本实施例提供了一种一体成型电感，所述一体成型电感的制备方法包括如下步骤：
66.(1)混合磁性粉料、氰基丙烯酸乙酯及乙酸乙酯，以1000r/min的搅拌速率机械搅拌10min、离心脱泡5min后得到粘度为600cp浆料；所述磁性粉料、双酚a型环氧树脂以及乙酸乙酯的质量比为100:4:5；所述磁性粉末为合金粉和非晶粉的混合粉料，其中合金粉的质量分数为70wt％；
67.(2)对步骤(1)所得浆料进行流延成型，以25℃的温度干燥120min后得到胚带；所述流延成型中流延速度为12m/min，刮刀高度为100μm，烘道温度为25℃；
68.(3)裁切步骤(2)所得胚带得到如图1所示的i-a、i-b、o-core以及中柱；所述i-a、i-b以及o-core的宽度和长度相同；
69.(4)如图3所示依次叠加放置i-b、o-core、空心线圈、中柱以及i-a，而后在上下层封装pet膜，得到电感前驱体；所述空心线圈如图2所示；
70.(5)在4t/cm2的压力下，以180℃的温度对步骤(4)所得电感前驱体进行热压成型120s后切割得到所述一体成型电感。
71.实施例2
72.本实施例提供了一种一体成型电感，所述一体成型电感的制备方法包括如下步骤：
73.(1)混合磁性粉料、聚乙烯醇以及乙酸乙酯，以800r/min的搅拌速率机械搅拌15min、离心脱泡3min后得到粘度为850cp浆料；所述磁性粉料、硅树脂以及乙酸乙酯的质量比为90:5:2；所述磁性粉末为纳米晶粉和非晶粉的混合粉料，其中纳米晶粉的质量分数为60wt％；
74.(2)对步骤(1)所得浆料进行流延成型，以22℃的温度干燥150min后得到胚带；所述流延成型中流延速度为5m/min，刮刀高度为250μm，烘道温度为28℃；
75.(3)裁切步骤(2)所得胚带得到i-a、i-b、o-core以及中柱；所述i-a、i-b以及o-core的宽度和长度相同；
76.(4)依次叠加放置i-b、o-core、空心线圈、中柱以及i-a，而后在上下层封装pet膜，得到电感前驱体；
77.(5)在1t/cm2的压力下，以200℃的温度对步骤(4)所得电感前驱体进行热压成型100s后切割得到所述一体成型电感。
78.实施例3
79.本实施例提供了一种一体成型电感，所述一体成型电感的制备方法包括如下步骤：
80.(1)混合磁性粉料、聚丁二烯树脂以及egda，以1200r/min的搅拌速率机械搅拌5min、离心脱泡8min后得到粘度为550cp浆料；所述磁性粉料、氨基树脂以及egda的质量比为110:3:8；所述磁性粉末为合金粉和非晶粉的混合粉料，其中合金粉的质量分数为50wt％；
81.(2)对步骤(1)所得浆料进行流延成型，以28℃的温度干燥100min后得到胚带；所述流延成型中流延速度为20m/min，刮刀高度为30μm，烘道温度为22℃；
82.(3)裁切步骤(2)所得胚带得到i-a、i-b、o-core以及中柱；所述i-a、i-b以及o-core的宽度和长度相同；
83.(4)依次叠加放置i-b、o-core、空心线圈、中柱以及i-a，而后在上下层封装pet膜，得到电感前驱体；
84.(5)在6t/cm2的压力下，以150℃的温度对步骤(4)所得电感前驱体进行热压成型150s后切割得到所述一体成型电感。
85.实施例4
86.本实施例提供了一种一体成型电感，所述一体成型电感的制备方法包括如下步骤：
87.(1)混合磁性粉料、氰基丙烯酸乙酯以及egda，以1050r/min的搅拌速率机械搅拌12min、离心脱泡6min后得到粘度为700cp浆料；所述磁性粉料、氨基树脂以及egda的质量比为100:4.5:5.2；所述磁性粉末为合金粉和非晶粉的混合粉料，其中合金粉的质量分数为50wt％；
88.(2)对步骤(1)所得浆料进行流延成型，以26℃的温度干燥110min后得到胚带；所述流延成型中流延速度为20m/min，刮刀高度为180μm，烘道温度为26℃；
89.(3)裁切步骤(2)所得胚带得到i-a、i-b、o-core以及中柱；所述i-a、i-b以及o-core的宽度和长度相同；
90.(4)依次叠加放置i-b、o-core、空心线圈、中柱以及i-a，而后在上下层封装pet膜，得到电感前驱体；
91.(5)在3t/cm2的压力下，以170℃的温度对步骤(4)所得电感前驱体进行热压成型130s后切割得到所述一体成型电感。
92.实施例5
93.本实施例提供了一种一体成型电感，所述一体成型电感的制备方法除将步骤(1)所述磁性粉料、环氧树脂以及乙酸乙酯的质量比为100:6:5，所述浆料的粘度更改为860cp，其余均与实施例1相同。
94.实施例6
95.本实施例提供了一种一体成型电感，所述一体成型电感的制备方法除将步骤(1)所述磁性粉料、环氧树脂以及乙酸乙酯的质量比为100:2:5，所述浆料的粘度更改为500cp，其余均与实施例1相同。
96.实施例7
97.本实施例提供了一种一体成型电感，所述一体成型电感的制备方法除将步骤(2)
所述刮刀高度更改为280μm，其余均与实施例1相同。
98.实施例8
99.本实施例提供了一种一体成型电感，所述一体成型电感的制备方法除将步骤(2)所述刮刀高度更改为25μm，其余均与实施例1相同。
100.对比例1
101.本对比例提供了一种一体成型电感，所述一体成型电感的制备方法包括如下步骤：
102.(1)混合磁性粉料、环氧树脂以及乙酸乙酯，以1000r/min的搅拌速率机械搅拌10min、离心脱泡5min后得到粘度为600cp浆料；所述磁性粉料、环氧树脂以及乙酸乙酯的质量比为100:4:5；所述磁性粉末为合金粉和非晶粉的混合粉料，其中合金粉的质量分数为70wt％；
103.(2)对步骤(1)所得浆料进行流延成型，以25℃的温度干燥120min后得到胚带；所述流延成型中流延速度为12m/min，刮刀高度为100μm，烘道温度为25℃；
104.(3)裁切步骤(2)所得胚带得到i-a、i-b以及o-core；所述i-a、i-b以及o-core的宽度和长度相同；
105.(4)依次叠加放置i-b、o-core、空心线圈以及i-a，而后在上下层封装pet膜，得到电感前驱体；
106.(5)在4t/cm2的压力下，以180℃的温度对步骤(4)所得电感前驱体进行热压成型120s后切割得到所述一体成型电感。
107.与实施例1的不同之处在于：本对比例步骤(3)省略了对中柱的裁切。
108.对比例2
109.本对比例提供了一种一体成型电感，所述一体成型电感的制备方法包括如下步骤：
110.(1)混合磁性粉料、环氧树脂以及乙酸乙酯，以1000r/min的搅拌速率机械搅拌10min、离心脱泡5min后得到粘度为600cp浆料；所述磁性粉料、环氧树脂以及乙酸乙酯的质量比为100:4:5；所述磁性粉末为合金粉和非晶粉的混合粉料，其中合金粉的质量分数为60wt％；
111.(2)对步骤(1)所得浆料进行流延成型，以25℃的温度干燥120min后得到胚带；所述流延成型中流延速度为12m/min，刮刀高度为100μm，烘道温度为25℃；
112.(3)裁切步骤(2)所得胚带得到o-core以及中柱；
113.(4)依次叠加放置o-core、空心线圈以及中柱，而后在上下层封装pet膜，得到电感前驱体；
114.(5)在4t的压力下，以180℃的温度对步骤(4)所得电感前驱体进行热压成型120s后切割得到所述一体成型电感。
115.与实施例1的不同之处在于：本对比例步骤(3)省略了i-a和i-b的裁切。
116.将实施例1-8以及对比例1-2制备得到的一体成型电感进行特性进行检测，其检测结果如表1所示。
117.表1
[0118][0119][0120]
由表1可知，分析实施例1与实施例7-8可知，刮刀高度的改变会影响制备得到的电感的电感值，刮刀高度过高或过低均会降低电感值；分析实施例1与对比例1可知，省略中柱，会使得电感感值偏低，原因为成型过程中线圈内部缺少粉末，需i-a、i-b部位粉流入进行填充，实际又由于线圈的存在，往往中柱密度较其余区域偏低。在磁路中，中柱的磁力线是密集程度最高，对电感感值的影响最大，此区域密度低，导致电感感值低。
[0121]
分析实施例1与对比例1可知，省略i-a和i-b会使得电感感值偏低，原因为在一体式电感中，磁力线是依次通过中柱、i-a、侧壁、i-b、中柱形成回路，其中中柱的影响程度最大，如对比例2。减少磁力线回路中任一部位的粉材，都会导致电感感值的下降。
[0122]
综上所述，本发明提供的一体成型电感的制备方法，工艺过程简单，大大降低了机台投入和成本，提高了生产效率，有利于工业化生产；此外，本发明通过流延成型得到制备所述一体成型电感的部件，然后再通过热压成型得到一颗整体电感，而后通过切割工艺可以得到成千上百颗一体成型电感，且可以满足》0.1mm以上尺寸的电感。
[0123]
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。