一种电气元件及其制造方法与流程

1.本发明涉及一种电气元件及其制造方法，有关于一种用于形成电感器的方法，特别是用于在单一过程中形成多个电感器的方法。


背景技术：

2.现有的电子结构，传统的功率电感器是通过将磁性粉末填充到其中放置有线圈的单一电感器模具中，然后通过高吨位压制或加热而形成的。由于单一电感器模具的空间限制，必须将磁性粉末的粒径保持在适当的粒径以下，以避免桥接效应妨碍粉末的堆积。此外，由于压制工艺的限制，用于粘结粉末的胶合材料需要保持在适当的比率以下，以避免胶合材料粘附到模具上并造成模具损坏。
3.此外，传统的功率电感器是通过缠绕在凸块或柱体上的线圈挤压填充的磁性粉末而制成的，此后，使用引线框架形成功率电感器的电极。但是，引线框架的使用需要大量空间，这不适合用作较小的功率电感器的电极。另外，由于凸块和填充的磁性粉末之间的压力差，线圈在被加热和加压之后容易变形，从而使磁性粉末的颗粒渗透到线圈的绝缘层中，这可能导致短路并增加线圈的电阻。
4.因此，业界需要一更好的解决方案来解决上述问题。


技术实现要素：

5.本发明的一个目的是提供一种在单一过程中形成多个电感器的方法，以节省批量生产的成本和时间。
6.本发明的一个目的是提供一种组装不同部件而形成电感器的方法，该方法为每个部件选择合适的材料来调节电感器的电感。
7.本发明的一个目的是提供一种在不使用单一电感器的模具的情况下形成多个电感器的方法，从而避免了现有技术中的上述问题。
8.本发明的一实施例揭露一种电气元件，包括：一磁性体以及设置在所述磁性体中的一线圈，其中，所述磁性体由多个部分形成，其中，所述多个部分包括：一第一部分，其包括一基座；一第二部分，其包括一柱体；一第三部分，其包括一通孔；一第四部分，其包括一盖体，其中，所述柱体的一下表面设置在所述基座的一上表面的上方，以及所述柱体的至少一部分放置在所述线圈的一中空部位中，其中所述第三部分设置在所述基座的上表面的上方，且所述线圈和所述柱体的至少一部分放置在所述第三部分的所述通孔中，其中，所述盖体设置在所述柱体和所述线圈的上方，以及所述盖体和所述基座位于所述柱体下表面的相对两侧。
9.在一实施例中，所述电气元件是一电感器，其中，所述多个部分是预先形成的并且彼此分开地制成。
10.在一实施例中，所述基座由一第一磁性材料制成，所述柱体由一第二磁性材料制成，其中所述第一磁性材料和所述第二磁性材料为不同的磁性材料，所述第二磁性材料的
磁导率不同于所述第一磁性材料的磁导率。
11.在一实施例中，所述第二磁性材料的磁导率大于所述第一磁性材料的磁导率。
12.在一实施例中，该第三部分由一第三磁性材料制成，其中该第一磁性材料、该第二磁性材料和该第三磁性材料互不相同。
13.在一实施例中，该盖板由一第四磁性材料制成，其中该第一磁性材料、该第二磁性材料、该第三磁性材料和该第四磁性材料互不相同。
14.在一实施例中，该第一磁性材料包括一第一磁粉，其中该第一磁粉的d50介于0.5um至50um之间。
15.在一实施例中，所述一第一磁性材料包括第一磁粉和一第二磁粉，其中所述第一磁粉的d50与所述第二磁粉的d50的比值等于或大于7。
16.在一实施例中，所述第一磁性材料包括至少一种磁性粉末和一聚合物材料，其中，所述至少一种磁性粉末的重量为所述至少一种第一磁性粉末和所述聚合物材料的总重量的3～8wt％。
17.在一实施例中，所述第二磁性材料包括至少一种第一磁性粉末和一聚合物材料，其中，所述至少一种磁性粉末的重量为所述至少一种第一磁性粉末和所述聚合物材料的总重量的3～8wt％。
18.在一实施例中，所述第一磁性粉末包括一第一多个颗粒和一第二多个颗粒，其中，所述第一多个颗粒中的每个颗粒都完全设置在所述磁性体内，且所述第二多个中的每个颗粒的一部分被放置在磁性体中而具有从所述磁性体暴露出来的一基本上实质平坦的表面。
19.在一实施例中，在所述基座的两个角落处形成有一第一开口和一第二开口，其中，形成所述线圈的导线的两个端部分别放置于所述第一开口和所述第二开口中。
20.在一实施例中，所述线圈是预绕成形的线圈。
21.本发明的一实施例揭露一种电感器，包括一磁性体以及设置在所述磁性体中的一线圈，其中，所述磁性体由多个部分形成，其中，所述多个部分包括：一第一部分，其包括一基座；一第二部分，其包括一柱体；一第三部分，其包括一通孔；一第四部分，其包括一盖体，其中，所述柱体的一下表面设置在所述基座的一上表面的上方，以及所述柱体的至少一部分放置在所述线圈的一中空部位中，其中所述第三部分设置在所述基座的上表面的上方，且所述线圈和所述柱体的至少一部分放置在所述第三部分的所述通孔中，其中，所述盖体设置在所述柱体和所述线圈的上方，以及所述盖体和所述基座位于所述柱体下表面的相对两侧，其中，所述基座是由一第一磁性材料制成，且所述柱体由一第二磁性材料制成，其中，所述第一磁性材料和所述第二磁性材料为不同的磁性材料。
22.在一实施例中，所述线圈是预绕成形的线圈。
23.本发明的一实施例揭露一种形成电气元件的方法，包括：形成一第一磁性片，其中多个基座形成在所述第一磁性片中；形成一第二磁性片，其中多个柱体在所述第二磁性片；形成一第三磁性片，其中在第三磁性片中形成多个通孔；形成一第四磁性片，其中在第四磁性片中形成多个盖体；堆叠所述第一磁性片，所述第二磁性片，所述第三磁性片和所述第四磁性片以形成一磁性体，其中所述磁性体中设置有多个线圈，其中，其中一柱体的底面设置在一相对应的基座的顶面的上方，所述柱体的至少一部分放置在一相对应的线圈的一中空空间中，其中，所述线圈和柱体至少一部分放置在一相对应的通孔中，其中所述通孔位于所
述基座的上方，一盖体设置于所述柱体与所述线圈的上方；以及将所述磁性体切割成多个区块，其中每个区块包括由所述磁性体的一相对应的部分以及被其封装的一相对应的线圈。
24.在一实施例中，所述堆叠步骤包括：在所述第一磁性片上设置多个线圈，其中每个线圈设置在所述第一磁性片的一相对应的基座上；将所述第二磁性片堆叠在所述第一磁性片上，其中所述第二磁性片的每个柱体放置在一相对应的线圈的一中空部位中；将所述第三磁性片堆叠在所述第一磁性片上，其中，所述第三磁性片的每个通孔放置在所述第一磁性片的一相对应的基座上，且围绕所述线圈和所述柱体；以及将所述第四磁性片堆叠在所述第二磁性片和所述第三磁性片上，其中所述第四磁性片的每个盖体设置在所述线圈和所述柱体上。
25.在一实施例中，所述堆叠步骤包括：将所述第三磁性片堆叠在所述第四磁性片上；在所述第四磁性片上设置多个线圈，其中每个线圈放置在所述第三磁性片的一相对应的通孔中；将所述第二磁性片堆叠在所述第四磁性片上，其中所述第二磁性片的每个柱体放置在一相对应的线圈的一中空部位中；以及将所述第一磁性片堆叠在所述第二磁性片和所述第三磁性片上。
26.在一实施例中，所述基座由一第一磁性材料制成，且所述柱体由一第二磁性材料制成，其中，所述第一磁性材料和所述第二磁性材料为不同的磁性材料。
27.在一实施例中，所述第二磁性材料包括至少一种磁性粉末和一聚合物材料，其中，所述至少一种磁性粉末的重量为所述至少一种第一磁性粉末和所述聚合物材料的总重量的3～8wt％。
28.为使本发明的上述和其他特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下。
附图说明
29.包括附图以提供对本发明的进一步理解且附图包含在本说明书中并构成本说明书的一部分。附图示出本发明的实施例并与说明书一起用于解释本发明的原理。
30.图1示出了本发明的一实施例的电气元件的侧视图。
31.图2a示出了本发明的一实施例的一磁性片，用于形成电气元件的磁性体的各部件。
32.图2b示出了根据本发明的实施例的磁性片，用于形成磁性体的基底部件。
33.图2c示出了根据本发明的实施例的磁性片，用于形成磁性体的柱体部件。
34.图2d示出了根据本发明的实施例的磁性片，用于形成磁性体的中空部件。
35.图2e示出了根据本发明的实施例的磁性片，用于形成磁性体的盖体部件。
36.图3示出了根据本发明一实施例的形成电气元件的方法的流程图。
37.图4a至图4e示出了根据本发明的一实施例的用于形成电感器的磁性体的一过程。
38.图4f示出了根据本发明实施例的涂覆在磁性体上的保护层。
39.图4g示出了根据本发明实施例的电感器的仰视图，其中导线的两个端部设置在磁性体的下表面上。
40.图4h示出了根据本发明的一实施例，覆盖铜及/或锡在导线的端部上。
41.图4i示出了根据本发明的一实施例的电感器的磁性体的侧视图。
42.图5a-5d示出了根据本发明的一实施例的形成电感器的磁性体的一过程。
43.图6a示出了根据本发明的一实施例的电感器的俯视图。
44.图6b是表示本发明的一实施方式电感器的的柱体与其他部分之间的导磁率的曲线图。
45.图6c示出本发明的一实施例的柱体和其他部分之间的磁导率的表格。
46.附图标记列表：100电气元件；100a盖体；100b基座；100c柱体；100d中空部件；100e线圈；100dt通孔；100s磁性片；100u单元；100cl切割线；100m磁性体；100u单一件；100mu磁性体的相应部；100pl保护层；100ct铜层/锡层；100p多个颗粒；100pc一颗粒；t1，t2端部；u1导磁率；u2导磁率。
具体实施方式
47.图1示出了电气元件100的侧视图，其中电气元件100包括：磁性体和设置在磁性体中的线圈100e，其中磁性体由多个部分100a，100b，100c，100d形成，其中多个部分100a，100b，100c，100d包括包含基座的第一部分100b，包含柱体的第二部分100c，其中包含通孔的第三部分100d和包含盖子的第四部分100a，其中第二部分100c的柱体的下表面设置在第一部分100b的基座的上表面上方，第二部分100c的柱体的至少一部分放置在线圈100e的中空部位中，其中第三部分100d设置在第一部分100b的底部的上表面上方，第二部分100c的柱体和线圈100e被放置在第三部分100d的通孔中，其中第四部分100a的盖体覆盖在第二部分100c的柱体和线圈100e上，其中第一部分100b的基座和第四部分100a的盖体位于第二部分100c的柱体下表面的相对两侧。
48.在一实施例中，每个部分彼此分开地预先成形。
49.图2a示出了根据本发明的实施例的一磁性片100s，其可以用于形成电气元件的磁性体的特定部分。
50.例如，磁性片100s可形成多个包括基座的第一部分100b，其中，在磁性片100s的每个单元100u中，如图2b所示，第一部分100b包括基座。
51.例如，另一磁性片100s可形成多个第二部分100c，如图2c所示，其中在磁性片100s的每个单元100u中具有包括一柱体的第二部分100c。
52.例如，另一磁性片100s可形成多个第三部分100d，其中，在磁性片100s的每个单元100u中，第三部分100d包括一通孔100dt，如图2d所示。
53.例如，如图2e所示，可以使用另一磁性片100s来形成多个第四部分100a，其中在磁性片100s的每个单元100u中具有包括一盖体的第四部分100d。
54.请注意，磁性片100s的材料可以不同，以形成磁性体的不同部分。
55.在一实施例中，电气元件100是一电感器，例如一扼流圈或一功率电感器。
56.在一实施例中，将至少一种磁性粉末与聚合物系列材料混合以通过刮的方式生产磁性片100s。
57.与制造感应器的单件模具中的传统方法相比，本发明的磁性片100s不需要考虑粒状粉末的堆积密度和流动性的限制。
58.在本发明中，可以根据磁性要求选择粉末尺寸。当对的磁性片100s进行热压时，可
以添加上下垫片以与模具隔离，因此可以进一步增加制造磁性片的聚合物材料的比例，并且可以提高的磁性片100s的高温流动性，可以在保持粉末堆积密度的同时降低压力。
59.在一实施例中。可以选择磁性粉末的粒径以达到粉末的最大堆积密度。在一实施例中，磁性粉末的d50在0.5um至50um的范围内。
60.在一实施例中，形成磁性片100s的磁性材料包括第一磁性粉末和第二磁性粉末，其中第一磁性粉末的d50与第二磁性粉末的d50之比等于或大于7。
61.在一实施例中，为了进一步提高磁性片100s的高温流动性，可以进一步增加高分子材料的比例。在一实施例中，粉末占粉末和聚合物材料总重量的3-8wt％。在一实施例中，粉末占粉末和聚合物材料总重量的4-6wt％。
62.为了提高特性，可以采用不同形状的磁性片100s制作电感的不同部分，每片磁粉可以采用不同的磁粉材料。在一实施例中，磁粉材料为铁基粉末或铁基合金粉末或铁基纳米晶粉末或非晶粉末。
63.在一实施例中，包括基部的第一部分100b由第一磁性材料制成并且包括柱体的第二部分100c由第二磁性材料制成，其中第一磁性材料和第二磁性材料具有不同的磁性。
64.在一实施例中，包括通孔的第三部分100d由第三磁性材料制成，其中第一磁性材料，第二磁性材料和第三磁性材料彼此不同。
65.在一实施例中，包括盖的第四部100a由第四磁性材料制成，其中第一磁性材料，第二磁性材料，第三磁性材料和第四磁性材料彼此不同。
66.在一实施例中，包括基座的第一部分100b由第一磁性材料制成，第二部分100c，第三部分100d和第四部分100a均由第二磁性材料制成，其中第一磁性材料和第二磁性材料是不同的磁性材料。
67.在一实施例中，柱体由具有导磁率u1的第一磁性材料制成，而其他部分由具有与导磁率u1不同的导磁率u2的第二磁性材料制成。在一实施例中，磁导率u1大于磁导率u2。
68.在一实施例中，第一磁性材料包括至少一种磁性粉末和聚合物材料，其中至少一种磁性粉末的重量为至少一种第一磁性粉末和聚合物材料的总重量的3～8wt％。
69.在一实施例中，第一磁性材料包括至少一种第一磁性粉末和聚合物材料，其中至少一种磁性粉末的重量为至少一种第一磁性粉末和聚合物的总重量的4～6wt％材料。
70.在一实施例中，第二磁性材料包括至少一种磁性粉末和聚合物材料，其中至少一种磁性粉末的重量为至少一种第一磁性粉末和聚合物材料的总重量的3～8wt％。
71.在一实施例中，第二磁性材料包括至少一种第一磁性粉末和聚合物材料，其中至少一种磁性粉末的重量为至少一种第一磁性粉末和聚合物的总重量的4～6wt％材料。
72.在一实施例中，第二磁性材料包括以下至少之一：mn和zn。
73.在一实施例中，第二磁性材料包括mn和zn。
74.在一实施例中，第二磁性材料包括以下至少一种：ni，zn和铁氧体。
75.在一实施例中，形成线圈100e的导线的端部的一侧表面从磁性体暴露出来，用以形成电气元件的电极。
76.在一实施例中，形成线圈100e的导线的端部t1，t2的一侧表面从磁性体暴露出来，用以形成电气元件的电极。
77.在一实施例中，导线的两个端部t1，t2设置在磁性体的下表面上。
78.在一实施例中，可以在磁性体上涂覆保护层。
79.在一实施例中铜层覆盖在导线的端部t1，t2上。
80.在一实施例中，锡层可以覆盖在铜层上。
81.图3示出了本发明的一实施例的形成电气元件的方法的流程图，该方法包括：步骤s101：形成第一磁性片，其中在第一磁性片中形成多个基座；形成第二磁性片，其中在第二磁性片中形成多个柱体；形成第三磁性片，其中在第三磁性片中形成多个通孔；形成第四磁性片，其中在第四磁性片中形成多个盖体；步骤s102：将第一磁性片，第二磁性片，第三磁性片和第四磁性片堆叠在一起形成一磁性体，并在磁性体内设置多个线圈，其中，每个柱体的底面设置在一个相应的基座的上表面上，其中至少一部分柱体放置在相应的线圈的中空部位中；包含通孔的第三部分设置在基座的上表面上，柱体和线圈放置在相应的通孔中，其中柱体和线圈上方设有相应的盖体；步骤s103：将磁性体切成多片，每片包括由磁性体的一相应部分封装的一相应线圈。
82.在一实施例中，电气元件100是电感器。
83.在一实施例中，包括基座的第一部分100b由第一磁性材料制成，而包括柱体的第二部分100c由第二磁性材料制成，其中第一磁性材料和第二磁性材料是不同的磁性材料。
84.在一实施例中，包括通孔的第三部分100d由第三磁性材料制成，其中第一磁性材料，第二磁性材料和第三磁性材料彼此不同。
85.在一实施例中，包括盖的第四部分100a由第四磁性材料制成，其中第一磁性材料，第二磁性材料，第三磁性材料和第四磁性材料彼此不同。
86.在一实施例中，第一磁性材料包括第一磁性粉末，其中第一磁性粉末的d50在0.5um至50um的范围内。
87.在一实施例中，第一磁性材料包括第一磁性粉末和第二磁性粉末，其中第一磁性粉末的d50与第二磁性粉末的d50之比等于或大于7。
88.在一实施例中，第二磁性材料包括至少一种磁性粉末和聚合物材料，其中至少一种磁性粉末的重量为至少一种第一磁性粉末和聚合物材料的总重量的3～8wt％。
89.在一实施例中，第二磁性材料包括至少一种第一磁性粉末和聚合物材料，其中至少一种磁性粉末的重量为至少一种第一磁性粉末和聚合物材料的总重量的4～6wt％。
90.在一实施例中，第二磁性材料包括以下至少之一：mn和zn。
91.在一实施例中，第二磁性材料包括mn和zn。
92.在一实施例中，第二磁性材料包括以下至少之一：ni，zn和铁氧体。
93.在一实施例中，第二磁性材料包括ni，zn和铁氧体。
94.在一实施例中，第二磁性材料包括合成烧结块状材料。
95.在一实施例中，线圈100e是预绕线圈，其中，预绕线圈设置在第一部分100b的基座上并且围绕第二部分100c的柱体。
96.在一实施例中，第一磁性材料的磁导率大于第二磁性材料的磁导率。
97.在一实施例中，柱体具有磁导率u1，其余部分具有相同的磁导率u2，其中磁导率u1不等于磁导率u2。
98.第一实施例
99.如图4a至图4i所示，在第一磁性片上设置多个线圈，其中在磁性片的每个单元中，
线圈100e设置在第一磁性片的的基座100b上，如图4a所示；然后，将第二磁性片堆叠在第一磁性片上，其中第二磁性片的每个柱体100c被放置在线圈100e的中空部位中，如图4b所示，其中线圈100e由对应的导线形成，导线的每个端部t1，t2分别设置在基座100b的对应的一贯穿开口中；然后，将第三磁性片堆叠在第一磁性片上，其中线圈100e设置在中空部分100d的贯穿开口中，如图4c所示；然后，将第四磁性片堆叠在第二磁性片和第三磁性片之上，其中具有盖体100a的第四磁性片被放置在线圈100e和柱体100c上，如图4d所示；然后，如图4e所示，可以沿着多条切割线100cl将磁性体100m切割成多片，其中每件100u包括由磁性体100mu的一相应部分封装的一相应线圈，如图4f所示。
100.在一实施例中，可以在电感器的磁性体100mu上涂覆保护层100pl，如图4f所示。
101.在一实施例中，形成线圈的导线为扁平线。
102.在一实施例中，形成线圈的导线为圆线。
103.在一实施例中，如图4h所示，导线的端部t1，t2上覆盖铜层及/或锡层100ct。
104.在一实施例中，如图4i所示，其中，第一多个颗粒100p中的每一个都完全设置在磁性体100mu内部，在沿着切割线100cl切割磁性体100m之后，颗粒100pc设置在磁性体100mu中，并且从磁性体100mu暴露出一基本平坦的表面。
105.第二实施例
106.如图5a-5d所示，将包括通孔的第三磁性片堆叠在包括盖体的第四磁性片上，其中，在每个单元中，盖体设置在具有通孔100dt的第三部分100d上，如图5a所示；然后，将多个线圈设置在第四磁性片上，其中在每个单元中，线圈100e放置在通孔100dt中，如图5b所示；然后，将第二磁性片堆叠在第四磁性片上，其中在每个单元中，如图5c所示，柱体100c放置在线圈100e的中空部位中；然后，将第一磁性片堆叠在第二磁性片和第三磁性片上以形成磁性体，其中在每个单元中，第一部分100b的基座放置在柱体100c和线圈100e上，如图5d所示；然后，如图4e所示，可以沿着多条切割线100cl将磁性体100m切割成多片，其中每个件100u包括被磁性体100m的对应部分封装的对应的线圈100e。其他描述请参照图4f-4i及其描述，将不再描述。
107.在本发明的一实施例中，在压制及/或加热所述磁性片材之前，所述磁性片材或磁性层可以处于半固化状态；然后可以对半固化的磁性片材进行加压及/或加热，以形成用于后续切割步骤的磁性体。
108.图6a示出了根据本发明的一实施例的电气元件的俯视图，其中线aa
′
是穿过磁性体的水平线，其中磁性体的柱具有磁导率u1，磁性体的其余部分具有相同的磁导率u2。
109.图6b示出了柱的磁导率u1与磁性体的其他部分的磁导率u2之间的磁导率曲线，以得出如图6c所示的电感器的基本上固定的电感l，通过在柱体和磁性体的其余部分之间选择合适的磁导率，可以调节电感器的电感l。
110.尽管已经参考上述实施例描述本发明，但是对于本领域普通技术人员来说显而易见的是，在不脱离本发明的精神的情况下，可以对所描述的实施例进行修改。因此，本发明的范围将由所附权利要求限定，而不是由上面详细描述限定。