一种电感器及其压制成型的方法
阅读说明：本技术 一种电感器及其压制成型的方法 (Inductor and compression molding method thereof ) 是由 娄海飞 方萌 杜阳忠 卢军伟 陈胜齐 于 2020-12-31 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种电感器及其压制成型的方法,所述方法包括以下步骤：将电感线圈置于模具中,然后加入磁性粉体将电感线圈内部和外侧填充,在模具内压制成型,得到成型件；将成型件固化后绝缘处理,得到电感器。本发明所述方法采用一次压制成型的方式制备电感器,将电感线圈的磁芯和外侧成型件一体成型,构成一个整体,避免了电感线圈结构不稳定的问题,保证电感器的强度较高,电感器性能优异；所述方法简化了电感器的制备工艺,无需再分次压制磁芯和外侧成型件,所述电感器线圈绕制时的空间利用率高,有助于电感器的小型化发展。(The invention provides an inductor and a method for press forming the same, wherein the method comprises the following steps: placing the inductance coil in a mold, then adding magnetic powder to fill the inside and the outside of the inductance coil, and performing compression molding in the mold to obtain a molded part; and curing the formed part, and performing insulation treatment to obtain the inductor. According to the method, the inductor is prepared in a one-step compression molding mode, and the magnetic core of the inductance coil and the outer side molding part are integrally molded to form a whole, so that the problem of unstable structure of the inductance coil is solved, the high strength of the inductor is ensured, and the performance of the inductor is excellent; the method simplifies the preparation process of the inductor, the magnetic core and the outer side forming part do not need to be pressed in a sub-step mode, the space utilization rate of the inductor coil during winding is high, and the miniaturization development of the inductor is facilitated.)
技术领域
本发明属于电子设备技术领域，涉及一种电感器及其压制成型的方法。
背景技术
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。
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线绕式电感器，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，由于此种线绕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。目前应用较多的是一体成型电感器，但其在结构及成型方法上通常存在缺陷。例如，导线架通常焊接到导电元件的端子，但导线框架通常会占用相当大的空间，空间利用率降低，造成导线框架不适合电子元器件小型化发展的趋势。
CN 202183292U公开了一种改进型一体成型电感器，该电感器包括线圈、磁性实心体和两个电极脚，线圈镶嵌在磁性实心体内，电极脚一端为第一端部，另一端为第二端部，两个电极脚的第一端部分别嵌装在磁性实心体内，两个电极脚分别与线圈的两端焊接在一起。该电感器成型步骤包括制作电极脚、组装线圈、过烘烤炉、压粉成型磁性实心体、切电极脚以及折弯电极脚，其改进主要在于对电极脚与电极片之间的焊接，对于压粉成型并未着重陈述，而且该电感器的中心磁芯和线圈外的磁性实心体也是分隔的两部分，同样需要两次压制成型。
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侧外，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。
综上所述，对于电感器的制作成型，还需要选择合适的方式，使之能够省去压制磁芯的步骤，使其可以一次压制成型，同时保证线圈的强度，提高电感器的性能。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种电感器及其压制成型的方法，所述方法采用一次压制成型的方式制备电感器，将电感线圈的磁芯和外侧成型件一体成型，减少了单独压制磁芯的步骤，且能够提高所述电感器的强度，提高了线圈绕制的空间利用率，有助于电感器的小型化发展。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一方面，本发明提供了一种电感器压制成型的方法，所述方法包括以下步骤：
(1)将电感线圈置于模具中，然后加入磁性粉体将电感线圈内部和外侧填充，在模具内压制成型，得到成型件；
(2)将步骤(1)得到的成型件固化后绝缘处理，得到电感器。
本发明中，对于电感器的制备采用一次压制成型的方式，将电感线圈置于模具后，在其内部和外侧同时填充磁性粉体，通过压制成型的方式将各部分构成一个整体，避免了电感线圈结构不稳定的问题，保证电感器的强度较高，电感器性能优异；所述方法简化了电感器的制备工艺，无需分次压制磁芯和外侧成型件，同时将线圈端部与电极片的连接放在电感器外侧，无需电感器内部复杂结构的设计；所述电感器线圈绕制时的空间利用率高，有助于电感器的小型化发展。
以下作为本发明优选的技术方案，但不作为本发明提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好地达到和实现本发明的技术目的和有益效果。
作为本发明优选的技术方案，步骤(1)所述电感线圈由漆包线绕制成螺旋形。
优选地，所述螺旋形的中柱形状包括圆形或椭圆形。
优选地，所述电感线圈一端的两侧设有两个端子，所述两个端子与电感线圈的径向平面平行或垂直。
本发明中，绕制所述电感线圈的漆包线的主要材质为铜，外侧包覆的是聚酰亚胺，其线材使用类型有扁线、圆线，扁线宽度约为0.2～1.0mm，厚度约为0.05～0.25mm，圆线直径约为0.1～0.8mm，未设置磁芯即可保持线圈形状。
作为本发明优选的技术方案，步骤(1)所述模具的尺寸大于电感线圈的尺寸。
优选地，所述电感线圈的径向平面面积是模具横向截面积的35％～45％，例如35％、36％、38％、40％、42％、44％或45％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，所述电感线圈通常为圆形，而模具的截面形状通常为正四边形，根据线圈中柱的尺寸以及外侧的漆包线的厚度，选择相应尺寸的模具，例如选择4mm*4mm的模具，其中线圈内径即中柱直径为1.9mm，漆包线选用0.8*0.25mm的扁平线，线圈外侧距离模具内腔边缘剩余一定距离。
优选地，步骤(1)所述模具的底部设有固定槽或穿孔，用于电感线圈的端子的固定或穿出。
本发明中，所述模具底部固定槽的设置与电感线圈端子的尺寸相匹配，避免磁性粉末进入固定槽，使成型后的线圈端子裸露出来，方便后续操作。
作为本发明优选的技术方案，步骤(1)所述磁性粉体由金属颗粒外侧包覆粘结剂构成。
优选地，步骤(1)所述磁性粉体的平均粒径为60～150目，例如60目、80目、100目、120目、140目或150目等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述金属颗粒包括合金铁粉和/或羰基铁粉。
优选地，所述合金铁粉包括铁硅铬合金、铁硅铝合金或铁硅合金中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：铁硅铬合金和铁硅铝合金的组合，铁硅铝合金和铁硅合金的组合，铁硅铬合金、铁硅铝合金和铁硅合金的组合等。
本发明中，所述合金铁粉除了从上述元素组成上来划分，还可从晶体种类上来区分，例如分为非晶粉、纳米晶粉等类型。
优选地，所述粘结剂包括环氧树脂、硅树脂或氨基树脂中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：环氧树脂和硅树脂的组合，硅树脂和氨基树脂的组合，环氧树脂、硅树脂和氨基树脂的组合等。
本发明中，由于电感器一次压制成型，能够保证较高的强度，因此所需粘结剂的含量无需过高，相应的磁性金属颗粒的含量可以提高，提高电感器的性能，其中所用粘结剂的含量为磁性粉体的0.8～3.5wt％，例如0.8wt％、1wt％、1.5wt％、2wt％、2.5wt％、3wt％或3.5wt％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，步骤(1)所述磁性粉体填充后压制成型的压力为600～1000MPa，例如600MPa、650MPa、700MPa、750MPa、800MPa、850MPa、900MPa、950MPa或1000MPa等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(1)所述压制成型的温度为100～180℃，例如100℃、110℃、120℃、130℃、140℃、150℃、160℃、170℃或180℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(1)所述成型件从模具中取出方式为由脱模机构顶出。
作为本发明优选的技术方案，步骤(2)所述固化的方式为烘烤。
优选地，所述烘烤的温度为150～180℃，例如150℃、155℃、160℃、165℃、170℃、175℃或180℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述烘烤的时间为60～400min，例如60min、120min、180min、240min、300min、360min或400min等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，步骤(2)所述绝缘处理为在成型件表面包覆一层绝缘材料。
本发明中，所述绝缘材料经常使用的有绝缘漆，除了之外，还可选择环氧树脂、聚酯树脂等。
优选地，所述包覆方式为喷涂或涂覆。
作为本发明优选的技术方案，步骤(2)完成后将电感线圈中未被包裹的端子的绝缘层剥离，制备形成电极或连接电极片。
优选地，所述电感器制备后，所述端子进行弯折与电感器主体横截面平行。
作为本发明优选的技术方案，所述方法包括以下步骤：
(1)将电感线圈置于模具中，所述电感线圈由漆包线绕制成螺旋形，电感线圈一端的两侧设有两个端子，所述两个端子与电感线圈的径向平面平行或垂直，所述模具的尺寸大于电感线圈的尺寸，电感线圈的内部径向平面截面积是模具横向截面积的35％～45％，所述模具的底部设有固定槽或穿孔，用于电感线圈的端子的固定或穿出，然后加入磁性粉体将电感线圈内部和外侧填充，所述磁性粉体由金属颗粒外侧包覆粘结剂构成，所述磁性粉体的平均粒径为60～150目，在模具内压制成型，所述压制成型的压力为600～1000MPa，温度为100～180℃，得到成型件；
(2)将步骤(1)得到的成型件固化后绝缘处理，所述固化的方式为烘烤，所述烘烤的温度为150～180℃，时间为60～400min，所述绝缘处理为在成型件表面包覆一层绝缘材料，包覆方式为喷涂或涂覆，得到电感器，然后将电感线圈中未被包裹的端子的绝缘层剥离，制备形成电极或连接电极片。
另一方面，本发明提供了一种采用上述的方法制备得到的电感器。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明所述方法采用一次压制成型的方式制备电感器，将电感线圈的磁芯和外侧成型件一体成型，构成一个整体，避免了电感线圈结构不稳定的问题，保证电感器的强度较高，电感器性能优异；
(2)本发明所述方法简化了电感器的制备工艺，无需再分次压制磁芯和外侧成型件，所述电感器线圈绕制时的空间利用率高，有助于电感器的小型化发展。
具体实施方式
为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，下面对本发明进一步详细说明。但下述的实施例仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明保护范围以权利要求书为准。
本发明具体实施方式部分提供了一种电感器压制成型的方法，所述方法包括以下步骤：
(1)将电感线圈置于模具中，然后加入磁性粉体将电感线圈内部和外侧填充，在模具内压制成型，得到成型件；
(2)将步骤(1)得到的成型件固化后绝缘处理，得到电感器。
以下为本发明典型但非限制性实施例：
实施例1：
本实施例提供了一种电感器压制成型的方法，所述方法包括以下步骤：
(1)将电感线圈置于模具中，所述电感线圈由漆包线绕制成螺旋形，中柱形状为圆形，电感线圈一端的两侧设有两个端子，所述两个端子与电感线圈的径向平面平行，所述电感线圈的内部径向截面积是模具横向截面积的40％，所述模具的底部设有固定槽，用于电感线圈的端子的固定，然后加入磁性粉体将电感线圈内部和外侧填充，所述磁性粉体由铁硅铬合金和羰基铁粉颗粒的外侧包覆环氧树脂粘结剂构成，其中粘结剂在磁性粉体中所占比例为2.0wt％，所述磁性粉体的平均粒径为100目，在模具内压制成型，所述压制成型的压力为800MPa，温度为，得到成型件；
(2)将步骤(1)得到的成型件固化后绝缘处理，所述固化的方式为烘烤，所述烘烤的温度为160℃，时间为180min，所述绝缘处理为在成型件表面包覆一层绝缘漆，包覆方式为喷涂，得到电感器，然后将电感线圈中未被包裹的端子的漆包线绝缘层剥离，制备形成电极。
本实施例中，根据上述方法制备的电感器强度较高，电感性能强，使用时电感值达到0.47μH，直流电阻DCR为3.9mΩ。
实施例2：
本实施例提供了一种电感器压制成型的方法，所述方法包括以下步骤：
(1)将电感线圈置于模具中，所述电感线圈由漆包线绕制成螺旋形，中柱形状为椭圆形，电感线圈一端的两侧设有两个端子，所述两个端子与电感线圈的径向平面垂直，所述电感线圈的内部径向截面积是模具横向截面积的35％，所述模具的底部设有穿孔，用于电感线圈的端子的穿出，然后加入磁性粉体将电感线圈内部和外侧填充，所述磁性粉体由羰基铁粉颗粒外侧包覆硅树脂粘结剂构成，其中粘结剂在磁性粉体中所占比例为3.0wt％，所述磁性粉体的平均粒径为75目，在模具内压制成型，所述压制成型的压力为，温度为，得到成型件；
(2)将步骤(1)得到的成型件固化后绝缘处理，所述固化的方式为烘烤，所述烘烤的温度为180℃，时间为120min，所述绝缘处理为在成型件表面包覆一层绝缘漆，包覆方式为涂覆，得到电感器，然后将电感线圈中未被包裹的端子的漆包线绝缘层剥离，制备形成电极。
本实施例中，根据上述方法制备的电感器强度较高，电感性能强，使用时电感值达到0.44μH，直流电阻DCR为3.9mΩ。
实施例3：
本实施例提供了一种电感器压制成型的方法，所述方法包括以下步骤：
(1)将电感线圈置于模具中，所述电感线圈由漆包线绕制成螺旋形，中柱形状为圆形，电感线圈一端的两侧设有两个端子，所述两个端子与电感线圈的径向平面平行，所述电感线圈的内部径向截面积是模具横向截面积的45％，所述模具的底部设有固定槽，用于电感线圈的端子的固定，然后加入磁性粉体将电感线圈内部和外侧填充，所述磁性粉体由铁硅铬合金铁粉颗粒外侧包覆氨基树脂粘结剂构成，其中粘结剂在磁性粉体中所占比例为1.0wt％，所述磁性粉体的平均粒径为140目，在模具内压制成型，所述压制成型的压力为1000MPa，温度为100℃，得到成型件；
(2)将步骤(1)得到的成型件固化后绝缘处理，所述固化的方式为烘烤，所述烘烤的温度为150℃，时间为360min，所述绝缘处理为在成型件表面包覆一层环氧树脂绝缘材料，包覆方式为喷涂，得到电感器，然后将电感线圈中未被包裹的端子的漆包线绝缘层剥离，连接电极片使用。
本实施例中，根据上述方法制备的电感器强度较高，电感性能强，使用时电感值达到0.51μH，直流电阻DCR为3.9mΩ。
实施例4：
本实施例提供了一种电感器压制成型的方法，所述方法包括以下步骤：
(1)将电感线圈置于模具中，所述电感线圈由漆包线绕制成螺旋形，中柱形状为椭圆形，电感线圈一端的两侧设有两个端子，所述两个端子与电感线圈的径向平面垂直，所述电感线圈的内部径向截面积是模具横向截面积的40％，所述模具的底部设有穿孔，用于电感线圈的端子的穿出，然后加入磁性粉体将电感线圈内部和外侧填充，所述磁性粉体由铁硅铝合金和羰基铁粉颗粒外侧包覆硅树脂粘结剂构成，其中粘结剂在磁性粉体中所占比例为1.5wt％，所述磁性粉体的平均粒径为120目，在模具内压制成型，所述压制成型的压力为900MPa，温度为120℃，得到成型件；
(2)将步骤(1)得到的成型件固化后绝缘处理，所述固化的方式为烘烤，所述烘烤的温度为170℃，时间为150min，所述绝缘处理为在成型件表面包覆一层绝缘漆，包覆方式为涂覆，得到电感器，然后将电感线圈中未被包裹的端子的漆包线绝缘层剥离，制备形成电极。
本实施例中，根据上述方法制备的电感器强度较高，电感性能强，使用时电感值达到0.48μH，直流电阻DCR为3.95mΩ。
实施例5：
本实施例提供了一种电感器压制成型的方法，所述方法包括以下步骤：
(1)将电感线圈置于模具中，所述电感线圈由漆包线绕制成螺旋形，中柱形状为圆形，电感线圈一端的两侧设有两个端子，所述两个端子与电感线圈的径向平面平行，所述电感线圈的内部径向截面积是模具横向截面积的40％，所述模具的底部设有固定槽，用于电感线圈的端子的固定，然后加入磁性粉体将电感线圈内部和外侧填充，所述磁性粉体由铁硅铝合金铁粉颗粒外侧包覆环氧树脂粘结剂构成，其中粘结剂在磁性粉体中所占比例为2.5wt％，所述磁性粉体的平均粒径为90目，在模具内压制成型，所述压制成型的压力为700MPa，温度为160℃，得到成型件；
(2)将步骤(1)得到的成型件固化后绝缘处理，所述固化的方式为烘烤，所述烘烤的温度为165℃，时间为240min，所述绝缘处理为在成型件表面包覆一层聚酯树脂绝缘材料，包覆方式为喷涂，得到电感器，然后将电感线圈中未被包裹的端子的漆包线绝缘层剥离，连接电极片使用。
本实施例中，根据上述方法制备的电感器强度较高，电感性能强，使用时电感值达到0.46μH，直流电阻DCR为3.85mΩ。
综合上述实施例可以看出，本发明本发明所述方法采用一次压制成型的方式制备电感器，将电感线圈的磁芯和外侧成型件一体成型，构成一个整体，避免了电感线圈结构不稳定的问题，保证电感器的强度较高，电感器性能优异；所述方法简化了电感器的制备工艺，无需再分次压制磁芯和外侧成型件，所述电感器线圈绕制时的空间利用率高，有助于电感器的小型化发展。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明方法的等效替换及辅助步骤的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
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