磁性部件及其製造方法

2023-11-05 13:04:17 3

專利名稱：磁性部件及其製造方法
磁性部件及其製造方法
背景技術：
本發明領域總地涉及磁性部件及其製造，並且更確切地涉及諸如電感器和變壓器之類的磁性表面安裝電子部件。隨著電子封裝的進步，製造更小但具更大功率的電子裝置已變得可行。為了減小這些電子裝置的總體尺寸，用於製造這些電子裝置的電子部件已變得日益小型化。製造電子部件來滿足這些需求存在許多困難，因此使得製造工藝更加昂貴，並且不理想地增大電子部件的成本。類似於其它部件那樣，用於諸如電感器和變壓器之類的磁性部件的製造工藝已被仔細審查，以減小高度競爭的電子製造業的成本。當被製造的電子部件是低成本的並且是高容量的部件時，對於製造成本的降低是尤為理想的。在這些電子部件、以及使用這些電子部件的電子裝置的高容量大規模生產工藝中，製造成本的任何降低當然是顯著的。


參照以下附圖來描述非限制性的和非窮舉的實施例，其中，除非另有說明，在各附圖中，類似的附圖標記表示類似部件。圖1是根據本發明一示例性實施例所形成的第一示例磁性部件組件的分解視圖。圖2是用於圖1所示磁性部件組件的第一示例線圈的立體圖。圖3是圖2所示線圈的導線的剖視圖。圖4是用於圖1所示磁性部件組件的第二示例線圈的立體圖。圖5是圖4所示線圈的導線的剖視圖。圖6是根據本發明一示例性實施例所形成的第二示例磁性部件組件的立體圖。圖7是根據本發明一示例性實施例所形成的第三示例磁性部件組件的立體圖。圖8是圖7中所示部件的組裝圖。
具體實施例方式本文描述了獨創的電子部件設計的示例實施例，這些電子部件克服了本領域的各種難題。為了最完整地理解本發明，以下披露具有不同部段或部分，其中部分I討論具體問題和難題，而部分II描述用於克服這些問題的示例部件構造和組件。I.本發明的引言諸如電感器之類的用於電路板應用的傳統磁性部件通常包括磁性芯部和位於磁性芯部內的導電繞組(有時被稱為線圈)。芯部可由離散的芯部件製成，這些芯部件由磁性材料製成，同時將繞組放置在芯部件之間。各種形狀和類型的芯部件以及組件對於那些本領域技術人員是已知的，包括但並不必要局限於U芯部和I芯部組件、ER芯部和I芯部組件、ER芯部和ER芯部組件、壺形芯部和T芯部組件以及其它匹配的形狀。這些離散芯部件可利用粘合劑粘結在一起，並且通常在物理上彼此隔開或間隔開。例如，在一些已知的部件中，線圈由導電金屬絲製成，該導電金屬絲卷繞於芯部或端子線夾。也就是說，在芯部件已完全形成之後，金屬絲可圍繞於芯部件，該芯部件有時稱為滾筒芯部或線軸芯部。線圈的每個自由端可稱作引線，並且可用於經由直接附連於電路板或者經由通過端子線夾的間接連接、而將電感器聯接於電路。尤其是對於較小的芯部件來說，以成本有效並且可靠的方式來卷繞線圈是富有挑戰性的。手繞部件在它們的性能方面趨於不穩定。芯部件的形狀致使它們相當脆弱，並且在卷繞線圈時、芯部易於破裂，且芯部件之間的間隙變化會使部件性能產生不理想的變化。又一難題在於DC阻抗(「DCR」) 會由於在卷繞工藝過程中、不均勻地卷繞和張力而不理想地變化。在其它的已知部件中，已知表面安裝磁性部件的線圈通常與芯部件分開製成，並且之後與芯部件組裝起來。也就是說，這些線圈有時被認為是被預成形或預卷繞的，以避免手繞線圈所產生的問題，並且簡化磁性部件的組裝。這些預成形線圈對於較小的部件尺寸來說尤其有利。為了當將磁性部件表面安裝於電路板上時、進行與線圈的電連接，通常提供導電端子或線夾。線夾組裝在成形芯部件上，並且電連接於線圈的相應端部。端子線夾通常包括大體平坦且平面的區域，這些區域可使用例如已知的軟釺焊(soldering)技術電連接於電路板上的導電跡線和焊盤。當如此連接時並且當電路板通電時，電流可從電路板流至其中一個端子線夾、通過線圈流至另一個端子線夾並返回至電路板。在電感器的情形中，流過線圈的電流會在磁性芯部中感應產生磁場和磁能。可提供一個以上的線圈。在變壓器的情形中，設置有初級線圈和次級線圈，其中流過初級線圈的電流在次級線圈中感應產生電流。變壓器部件的製造具有與電感器部件類似的問題。對於日益小型化的部件來說，提供在物理上間隔開的芯部是具有挑戰性的。難於以成本有效的方式來可靠地實現建立並維持恆定間隙尺寸。關於在小型化的表面安裝磁性部件中、在線圈和端子線夾之間進行電連接方面也存在多個實際問題。線圈和端子線夾之間的相當易損連接通常在芯部外部進行，且因此在分開時易損壞。在一些情形中，已知將線圈的端部圍繞於線夾的一部分纏繞，以確保線圈和線夾之間的可靠機械和電連接。然而，從製造角度，這已被證明是繁瑣的，且更容易且更快速的端接方案會是理想的。此外，線圈端部的纏繞對於某些類型的線圈並不適用，例如具有帶有平坦表面的矩形橫截面的線圈，此種線圈並不具有如薄且圓的導線構造那樣的撓性。隨著電子裝置持續變得日益大功率化的近期趨勢，還需要諸如電感器之類的磁性部件來傳導增大的電流量。於是，通常增大用於製造線圈的線規。由於用於製造線圈的導線的尺寸增大，當圓形導線用於製造線圈時，端部通常壓扁至合適的厚度和寬度，以令人滿意地適用例如軟釺焊、熔焊或導電粘合劑之類與端子線夾進行機械和電連接。然而，線規越大，則越難於將線圈的端部壓扁，以適當地將這些端部連接於端子線夾。這些難題已在線圈和端子線夾之間引致不穩定的連接，而這會在使用中使磁性部件產生不理想的性能問題和變化。減小此種變化已被證明非常困難且成本。對於某些應用來說，由扁平的而非圓形導電體製造線圈可緩解這些問題，但扁平的導電體首先趨於更剛性並且更難於成形為線圈，因此引起其它的製造問題。與圓形導電體相反，使用扁平的導電體還會有時不理想地在使用中改變部件的性能。此外，在一些已知構造中，尤其是那些包括由扁平導電體製成的線圈的構造中，諸如鉤或其它結構特徵之類的端接特徵可形成到線圈的端部中，以便於與端子線夾的連接。然而，將這些特徵形成到線圈的端部中會在製造工藝中引起進一步的費用。對於減少電子裝置的尺寸、但又要增大它們的功率和容量的新趨勢仍存在更多的挑戰。隨著電子裝置的尺寸減小，用於這些電子裝置中的電子部件的尺寸須相應地減小，因此已試圖經濟地製造功率電感器和變壓器，而這些功率電感器和變壓器具有相對較小、有時是微型化的結構，但又承載增大電流量來為電子裝置供電。磁性芯部結構理想地相對於電路板具有低得多的輪廓(型面高度低)，以獲得細長且有時非常薄的電子裝置輪廓。滿足這些需求還存在更多的困難。對於連接於多相電力系統的部件來說還存在其它一些難題， 其中在小型化裝置中容納電源的不同相位是困難的。試圖使磁性部件的基底面和輪廓優化、對於期望滿足現代電子裝置的尺寸需求的部件製造商來說具有更大的意義。電路板上的每個部件可通常由在平行於電路板的平面中所測得的垂直的寬度和深度尺寸所限定，該寬度和深度的乘積確定由部件在電路板上所佔據的表面積，該表面積有時被稱為部件的「基底面(覆蓋面積)」。另一方面，在沿正交於或垂直於電路板的方向所測得的部件總高有時被稱為部件的「輪廓」。部件的基底面部分地確定有多少部件可安裝在電路板上，而輪廓部分地確定在電子裝置中、平行的電路板之間所允許的空間。較小的電子裝置通常需要存在更多的部件安裝於每個電路板上，減小相鄰電路板之間的間隙，或者同時需要上述兩者。II.示例的創造性磁性部件組件及其製造方法下文描述的磁芯部件的各種實施例包括磁性體構造和線圈構造，並且提供優於現有的用於電路板應用的磁芯部件的製造和組裝優點。從下文中應理解的是，能夠提供這些優點，至少部分地是由於所使用的磁性材料可模製在線圈之上，由此消除對離散的、間隔開的芯部和線圈進行組裝的步驟。此外，磁性材料具有分布式間隙特性，這避免了對於將磁性材料的不同部件物理隔開或者分開的任何需求。這樣，有利地避免了與建立並維持一致的物理間隙尺寸相關聯的困難和費用。還有其它優點部分地是顯而易見的，而部分地在下文中指出。與所描述裝置相關聯的製造步驟部分顯而易見而部分在下文進行確切地描述。類似的，與所描述方法步驟相關聯的裝置部分顯而易見而部分在下文進行確切地描述。也就是說，本發明的裝置和方法將沒有必要在下文的描述中進行分別地描述，而被相信適當地在本領域技術人員的認識範圍內，而無需進一步解釋。現在參見圖1，以分層構造來製造磁性部件組件100，其中在分批生產過程中，多
個層堆疊並且組裝在一起。所示出的組件100包括多層，這些層包括外部磁性層102和104、內部磁性層106 和108以及線圈層110。內部磁性層106和108定位在線圈層110的相對兩側上，並且將線圈層110夾在它們之間。外部磁性層102和104定位在內部磁性層106和108的與線圈層 110相對的表面上。在一示例實施例中，磁性層102、104、106以及108中的每一個由可模製磁性材料所製成，該可模製磁性材料可例如是具有分布式間隙特性的磁性粉末顆粒和聚合物粘結劑的混合物，正如在本領域中無疑可以理解的那樣。因此，磁性層102、104、106以及108可圍繞線圈層110壓制並且彼此壓緊，以在線圈層110上方、下方和周圍形成一體的或單體的磁性體112。儘管示出四個磁性層和一個線圈層，但應理解到在其它和/或替代的實施例中可使用更多或更少的數量的磁性層以及超過一個的線圈層110。在一示例實施例中，用於製造磁性層的材料具有遠大於一的相對磁導率yr，從而使小型化功率電感器部件產生足夠的電感值。更確切地說，在一示例實施例中，磁導率yr 可以是至少10.0或更高。如圖1所示，線圈層110包括有時也被稱作繞組的多個線圈。在線圈層110中可使用任何數量的線圈。線圈層110中的線圈能以任何方式、包括但不局限於在上文所參照的同樣由本申請人所有的相關專利申請中所描述的那些方式由導電材料所製成。例如，不同實施例中的線圈層110可各自通過繞軸線而卷繞多圈平導線導電體、繞軸線而卷繞多圈圓導線導電體所形成，或者通過印刷技術之類形成在剛性或柔性基質材料上。線圈層110中的每個線圈可包括任何數量的匝圈或線環，包括小於一個完整匝圈的局部的或部分的線匝，以實現所希望的磁性效果，例如磁性部件的電感值。匝圈或線環可包括在它們的端部處連結的多個直線導電通路、弧形導電通路、螺旋導電通路、蛇形導電通路或者又一些其它的已知形狀和構造。線圈層110中的線圈可形成為大體扁平的元件，或者可替代地形成為三維的獨立式線圈元件。在後者使用獨立式線圈元件的情形中，獨立式元件可為了便於製造而聯接於引線框。在各種實施例中，用於形成這些磁性層102、104、106和108的磁性粉末顆粒可以是鐵氧體顆粒、鐵顆粒、鐵矽鋁(Sendust)顆粒、鎳鉬鐵(MPP)顆粒、鎳鐵(HighFlux)顆粒、 鐵矽合金(Megaflux)顆粒、鐵基無定形粉末顆粒、鈷基無定形粉末顆粒或者本領域已知的其它等同材料。當這些磁性粉末顆粒與聚合物粘結劑材料混合時，所合成的磁性材料呈現分布式間隙特性，而這種特性避免了對於物理間隙或者分開的不同磁性材料件的任何需要。這樣，有利地避免了與建立並維持一致的物理間隙尺寸相關聯的困難和費用。對於高電流的應用來說，與聚合物粘結劑組合的、預退火的磁性無定形金屬粉末被認為是有利的。在不同的實施例中，磁性層102、104、106和108可由相同類型的磁性顆粒或者不同類型的磁性顆粒所製成。也就是說，在一實施例中，所有的磁性層102、104、106和108可由一種或相同類型的磁性顆粒所製成，使得這些磁性層102、104、106和108具有即使不相同也是基本類似的磁性。然而，在另一實施例中，磁性層102、104、106和108中的一層或多層可由與其它磁性層不同類型的磁性粉末顆粒所製成。例如，內部磁性層106和108可包括與外部磁性層102和104不同類型的磁性顆粒，使得內部磁性層106和108具有與外部磁性層102和104不同的磁性。因此，所完成部件的性能特徵可根據所使用的磁性層數量和用於形成每個磁性層的磁性材料的類型而改變。用於形成板102、104、106和108的磁性複合材料的各種配方可實現使部件組件在使用中具有各種水平的磁性。然而，通常在功率電感器應用中，材料的磁性大體與用在磁性層中的磁性顆粒的磁通密度飽和點(Bsat)、磁性顆粒的磁導率(μ)、磁性層中的磁性顆粒的加載量(重量百分比)以及磁性層在如下所述壓制在線圈周圍之後的體積密度成比例。 也就是說，通過增大磁性飽和點、磁導率、加載量以及體積密度，會得到更高的電感值並且會改進性能。另一方面，部件組件的磁性與用在各磁性層102、104、106和108中的粘合材料量成反比。因此，隨著粘合材料的加載量增大，最終部件的電感值趨於減小，並且部件的整體磁性也降低。Bsat和μ中的每個是與磁性顆粒相關聯的材料特性，並且在不同類型的顆粒之間會改變，而磁性顆粒的加載量和粘結劑的加載量在不同配方的磁性層之間會改變。對於電感器部件來說，上述考慮可用於策略地選擇材料和層配方，以實現特定的目的。作為一個示例，金屬粉末材料會優於鐵氧體材料，而在較高功率的電感器應用中用作磁性粉末材料，這是由於諸如鐵-矽顆粒之類的金屬粉末具有較高的Bsat值。Bsat值指代通過施加外部磁場強度H而可在磁性材料中可得到的最大磁通密度B。磁化曲線可揭示任何給定材料的Bsat值，該磁化曲線有時稱作B-H曲線，其中在磁場強度H的範圍中繪製磁通密度B。B-H曲線的初始部分限定待磁化的材料的磁導率或傾向。Bsat指代B-H曲線中的一點，在該點處建立材料的磁化或磁通最大狀態，而即使磁場強度持續增大，磁通或多或少地保持恆定。換言之，B-H到達並且維持最小斜率的一點代表磁通密度飽和點(Bsat)。此外，諸如鐵-矽顆粒之類的金屬粉末顆粒具有相對較高水平的磁導率，而諸如鐵鎳(磁透合金)之類的鐵氧體材料具有相對較低的磁導率。一般而言，所使用的金屬顆粒的B-H曲線中磁導率斜率越大，則複合材料將磁通和感生出產生磁通的磁場的能量保持於特定的當前水平的能力越大。如圖1所示，磁性層102、104、106和108可設置成相對較薄的板，這些板可在層疊過程中或者經由本領域中已知的其它技術與線圈層110進行堆疊並彼此連結。如本文所用，術語「層疊」應指代如下過程其中磁性層連結或整合成多層結構，並且在被連結和整合之後保持為可識別的各層。此外，用於製造磁性層的聚合物粘合材料可包括熱塑性樹脂， 而熱塑性樹脂允許在層疊過程中、在不加熱的條件下對粉末板進行壓力層疊。因此，排除了與其它已知的層疊材料所需要的熱層疊的升溫相關聯的費用和成本，從而壓力層疊是有利的。磁性板可放置在模具或其它壓力容器中並且壓縮，以使磁性粉末板彼此層疊。磁性層 102、104、106以及108可在單獨的製造階段預先製成，以簡化後續組裝階段中磁性部件的形成。此外，磁性材料有益地可例如通過壓縮模製技術或其它技術而模製成所希望的形狀，以將磁性層聯接於線圈並且將磁性體限定成所希望的形狀。能夠對磁性材料進行模製是有利的，這是由於磁性體可圍繞線圈層110形成為包括線圈的一體或單體結構，並避免了將線圈組裝至磁性結構的單獨製造步驟。在各種實施例中可提供各種形狀的磁性體。一旦部件組件100固定在一起，該組件100可切分、切割、單分(singulated)或者以其它方式分成離散的單獨部件。每個部件可以是基本上矩形的小片部件，但其它變形也是可以的。每個部件可根據所希望的最終使用或應用而包括單個線圈或多個線圈。可在部件被單分之前或之後、為組件100提供諸如在通過參見方式引入的相關申請或上文所述中所描述的任何一種端接結構之類的表面安裝端接結構。這些部件可使用已知的軟釺焊技術之類安裝於電路板的表面，以在電路板上的電路和磁性部件中的線圈之間建立電連接。這些部件可特定地適於在直流(DC)電源應用、單相電壓變換器電源應用、二相電壓變換器電源應用、三相電壓變換器電源應用以及多相電源應用中用作變壓器或電感器。 在各種實施例中，線圈可在部件本身中或者經由其上安裝有這些線圈的電路板中的電路而串聯或並聯地電連接，以實現不同的目的。當兩個或多個獨立線圈設在一個磁性部件中時，線圈可設置成使得在這些線圈之間存在磁通共享。也就是說，這些線圈利用通過單個磁性體各部分的共同磁通通路。雖然在圖1中示出分批製造工藝，但應理解的是，如果需要的話，可使用其它製造工藝來製造單獨的離散磁性部件。也就是說，可模製磁性材料可例如僅僅壓制在單個裝置的所希望數量的線圈的周圍。作為一個示例，對於多相電源應用來說，可模製磁性材料可壓制在兩個或多個單獨的線圈周圍，提供一體的磁性體和線圈結構，而該一體的磁性體和線圈結構可通過添加任何必需的端接結構而完成。圖2是第一示例導線線圈120的立體圖，該導線線圈可用於構造例如上文所述那些磁性部件。如圖2所示，導線線圈120包括有時被稱為引線的相對端部122和124，而繞組部件1 在端部120和122之間延伸。用於製造線圈120的線導體可由銅或者本領域已知的另一導電金屬或合金所製成。導線能以已知方式柔性地卷繞於軸線1 周圍，以提供具有多個匝圈的繞組部分 126，從而實現所希望的效果，例如用於部件的所選定最終使用或應用的所希望電感值。本領域那些技術人員應理解的是，繞組部分126的電感值主要取決於導線的匝數、用於製造線圈的導線的特定材料以及用於製造線圈的導線的橫截面積。於是，通過改變線圈匝數、 線匝構造以及線圈線匝的橫截面積，磁性部件的電感額定值對於不同應用來說可顯著地改變。許多線圈120可預先製造並且連接於引線框，以形成線圈層110(圖1。圖3是線圈端部124的剖視圖，示出用於製造線圈120的導線的又一特徵(圖2)。 雖然僅僅示出一個線圈端部124，但應理解的是，整個線圈設有類似的特徵。在其它實施例中，可在線圈的一些部分中而非所有部分中設有圖3所示的特徵。作為一個示例，可在繞組部分126(圖2)而非端部122、124中設有圖3所示的特徵。其它變形同樣也是可能的。在橫截面的中心處可觀察到線導體130。在圖3所示的示例中，線導體130在橫截面上大體是圓形的，由此線導體有時被稱作圓導線。絕緣層132可設置在線導體130之上， 以避免在所完成的組件中導線與相鄰磁性粉末顆粒的電氣斷路，並且在製造過程中為線圈提供一定程度的保護。可以採用已知的方式、包括但不局限於塗敷技術或浸漬技術來設置足以實現該目的的任何絕緣材料。此外，如圖3所示，還提供粘合劑134。在部件組件的製造過程中，粘合劑能可選地被熱激化或化學激化。該粘結劑有益地提供線圈和磁性體之間附加的結構強度和整體性以及改進粘結性。可以採用任何已知的方式、包括但不局限於塗敷技術或浸漬技術來設置適用於該目的的粘結劑。雖然絕緣體132和粘合劑134是有利的，但可設想在不同的實施例中，它們可以被認為是可選的，即單獨地和共同地選擇這兩者。也就是說，絕緣體132和/或粘合劑134無需存在於所有的實施例中。圖4是第二示例導線線圈140的立體圖，該導線線圈可代替線圈120(圖2)而用於磁性部件組件(圖1)。如圖4所示，導線線圈140包括有時被稱為引線的相對端部142 和144，而繞組部件146在端部142和144之間延伸。用於製造線圈140的線導體可由銅或者本領域已知的另一導電金屬或合金所製成。導線能以已知方式柔性地卷繞於軸線148周圍，以提供具有多個匝圈的繞組部分 146，從而實現所希望的效果，例如達到用於部件的所選定最終使用應用的所希望電感值。如圖5所示，在橫截面的中心處可觀察到線導體150。在圖5所示的示例中，線導體150在橫截面上大體是細長的和矩形的，並且具有相對的且大體平坦和平面的側部。因此，線導體150有時稱作平導線。能如上所述可選地設有高溫絕緣體132和/或粘合劑134並且具有類似的優點。又一些其它形狀的線導體可用於製造線圈120或140。也就是說，如果需要的話， 導線無需是圓形或平坦的，而可具有其它形狀。圖6示出另一磁性部件組件160，該組件大體包括限定磁性體162的可模製磁性材料以及連接於該磁性體的多個多匝圈的導線線圈164。類似於前述的實施例，磁性體162能以相對簡單的製造過程壓制於線圈164周圍。線圈164在磁性體中彼此隔開並且在磁性體 162中可獨立地操作。如圖6所示，雖然提供三個導線線圈164，但在其它實施例中可提供更多或更少數量的導線線圈164。此外，雖然圖6所示的線圈164由圓的線導體所製成，但可替代地使用其它類型的線圈，包括但不局限於本文所描述的那些線圈或者在上文所指出的相關申請中的任何線圈。線圈164能可選地設有上文所述的高溫絕緣體和/或粘合劑。限定磁性體162的可模製磁性材料可以是上述材料中的任何一種或者本領域已知的其它合適材料。雖然混合有粘合劑的磁性粉末材料被認為是有利的，但對於使磁性材料形成磁性體162來說，粉末顆粒或者非磁性粘合劑都不是必需的。此外，可模製磁性材料無需設置成上述板或層，而是可使用壓縮模製技術或本領域已知的其它技術直接聯接於線圈164。雖然圖6中所示的本體162通常是細長的和矩形的，但其它形狀的磁性體164也是可以的。線圈164可設在磁性體162中，使得在它們之間存在磁通共享。也就是說，相鄰線圈164可共享通過磁性體各部分的共同磁通通路。圖7和8示出另一小型化磁性部件組件170，該組件大體包括限定磁性體172的粉末狀磁性材料以及與該磁性體聯接的線圈120。磁性體172由線圈120的一側的可模製磁性層174、176、178以及線圈120的相對側的可模製磁性層180、182、184所製成。儘管示出六層磁性材料，但應理解到在其它和/或替代的實施例中可設置更多或者更少的磁性層數。還可設想，在某些實施例中，諸如上板178之類的單板可限定磁性體172，而無需使用任何其它板。在一示例實施例中，磁性層174、176、178、180、182、184可包括諸如上文所述的粉末狀材料或本領域已知的粉末狀磁性材料中任一種的粉末狀磁性材料。儘管在圖7中示出多層磁性材料，但這種粉末狀的磁性材料能可選地以粉末形式壓制或者以其它方式連接於線圈，而無需預製步驟來形成如上所述的各層。所有層174、176、178、180、182、184可在一個實施例中由相同的磁性材料製成，使得這些層174、176、178、180、182、184具有即便不是完全相同也是相似的磁性特性。在另一實施例中，層174、176、178、180、182、184中的一層或多層可由與磁性本體172中其它層不同的磁性材料製成。例如，層176、180和184可由具有第一磁性特性的第一可模製材料製成，而層174、178和182可由具有與第一磁性特性不同的第二磁性特性的第二可模製材料製成。不同於前述的實施例，磁性部件組件170包括通過線圈120插入的成形芯部元件 186。在示例性實施例中，成形芯部元件186可由與磁性體172不同的磁性材料製成。成形芯部元件186可由本領域中已知的任何材料製成，包括但不限於已述的那些。如圖7和8 中所示，成形芯部元件186可成形成與線圈120的中心開口 188的形狀互補的大體圓柱形形狀，但也可設想，非圓柱形的形狀可類似地用於具有非圓柱形開口的線圈。在又一些其它實施例中，成形芯部元件186和線圈開口不必具有互補形狀。成形芯部元件186可延伸穿過線圈120內的開口 188，而然後可模製磁性材料模製到線圈120和成形芯部元件186周圍，以完成磁性體172。當為成形芯部元件186選擇的材料具有比用於形成磁性本體172的可模製磁性材料更好的特性時，成形芯部元件186和磁性本體172的不同磁性特性可以是特別有利的。因此，穿過芯部元件186的磁通路徑可提供比磁性本體否則將提供的更好的性能。與如果整個磁性體由成形芯部元件186的材料製成相比，可模製磁性材料的製造優點在於可實現更低的部件成本。雖然圖7和8中示出了一個線圈120和芯部元件186，但也可設想多於一個線圈和線圈元件可類似地設置在磁性體172中。此外，包括但不限於上述那些類型或者在上面所指出的相關申請中的那些類型的其它類型的線圈可以根據需要而代替線圈120使用。表面安裝端接結構也可設在磁性部件組件170上，以提供類似於本領域那些部件的小片類型的部件。此種表面安裝端接結構可包括本文通過參見方式所引入的相關申請中所指出的任何端接結構或者本領域已知的其它端接結構。因此，部件組件170可使用表面安裝端接結構和已知的技術來安裝於電路板。因此，小型化低型面的部件組件170便於使相對高功率的高性能磁性部件在較大的電路板組件中佔據相對較小的空間(在基底面和型面高度方面)，並且允許進一步減小電路板組件的尺寸。因此，可實現包括電路板的更大功率但更小的電氣裝置。III.公開的示例性實施例現在可認為，本發明的益處通過前述示例和實施例是顯而易見的。磁性部件組件的一示例實施例包括層疊結構，包括至少一個磁性板材料的預製層；以及至少一個預製線圈；至少一個預製層壓制在預製線圈周圍，由此形成容納線圈的單件式磁性體。在磁性體中不形成物理間隙，且該組件可限定功率電感器。可選的是，至少一個磁性板材料的預製層包括磁性粉末顆粒和聚合物粘結劑的混合物。磁性顆粒可選自鐵氧體顆粒、鐵顆粒、鐵矽鋁(Sendust)O^-Si-Al)顆粒、鎳鉬鐵 (MPP) (Ni-Mo-Fe)顆粒、鎳鐵合金(HighFlux) (Ni-Fe)顆粒、鐵矽合金(Megaflux) (Fe-Si 合金)顆粒、鐵基無定形粉末顆粒、鈷基無定形粉末顆粒和等同物以及它們的組合的組。至少一個磁性板材料的預製層可包括至少兩層磁性板材料，而至少一個預製線圈夾在至少兩層磁性板材料之間。至少兩層磁性板材料可各自由不同類型的磁性粉末顆粒製成，由此多層磁性板材料中的至少兩層具有彼此不同的磁性特性。磁性板材料的至少一個預製層可具有大於約10的相對磁導率。聚合物粘結劑可以是熱塑性樹脂。線圈可限定中心開口，而部件組件還可包括成形磁性芯部元件。成形磁性芯部元件可與成形芯部元件單獨地提供，並且裝配在中心開口內。至少一個磁性板材料的預製層可包括至少兩層磁性板材料，而至少一個預製線圈夾在至少兩層磁性板材料之間，並且成形磁性芯部元件也夾在至少兩層磁性板材料之間。成形磁性芯部元件可以是基本上圓柱形的。線圈可包括線導體，該線導體繞軸線柔性地卷繞多圈，以限定繞組部分。線導體可以是圓形的或扁平的。多個線匝可包括在它們的端部處連結的直線導電通路、弧形導電通路、螺旋導電通路以及蛇形導電通路中的至少一種。線圈可成形為三維的、獨立式線圈元件。線圈可設有粘合劑。該線圈可連接於引線框。還披露一種製造磁性部件的方法。部件包括線圈繞組和磁性體，由此該方法包括 將至少一個磁性板材料的預製層壓制在至少一個預製線圈繞組的周圍，由此形成容納線圈繞組的層疊式磁性體。壓縮模塑可不涉及熱層疊。線圈繞組可包括中心開口，且該方法還可包括將單獨製成的成形芯部元件施加於中心開口。可通過該方法來獲得產品。至少一個磁性板材料的預製層可具有至少約10的相對磁導率。至少一個磁性板材料的預製層可包括磁性粉末顆粒和聚合物粘結劑的混合物。 聚合物粘結劑可以是熱塑性樹脂。至少一個磁性板材料的預製層可包括至少兩層磁性板材料，且這至少兩層磁性板材料包括不同類型的磁性顆粒並且由此具有不同的磁性特性。該產品可以是小型化功率電感器。此書面描述使用示例來披露包括最佳模式的本發明，並且還用於使本領域任何技術人員能實踐本發明，包括製造並使用任何設備或系統以及實施任何所包含的方法。本發明可取得專利的範圍由權利要求所限定，並且可包括由本領域技術人員所想到的其它示例。如果一些其它示例具有並不與權利要求的字面語言不同的結構元件，或者這些示例包括不與權利要求的字面語言具有本質差別的等同結構元件，則這些示例仍可被認為落在這些權利要求的範圍內。
權利要求
1.一種磁性部件組件，包括層疊結構，包括至少一個磁性板材料的預製層；以及至少一個預製線圈；所述至少一個預製層壓制在所述預製線圈周圍，由此形成容納線圈的單件式磁性體。
2.如權利要求1所述的磁性部件組件，其特徵在於，所述至少一個磁性板材料的預製層包括磁性粉末顆粒和聚合物粘結劑的混合物。
3.如權利要求2所述的磁性部件組件，其特徵在於，所述磁性顆粒選自鐵氧體顆粒、 鐵顆粒、鐵矽鋁(Fe-Si-Al)顆粒、鎳鉬鐵(Ni-Mo-Fe)顆粒、鎳鐵(Ni-Fe)顆粒、鐵矽合金 (Fe-Si合金)顆粒、鐵基無定形粉末顆粒、鈷基無定形粉末顆粒和等同物以及它們的組合的組。
4.如權利要求2所述的磁性部件組件，其特徵在於，所述至少一個磁性板材料的預製層包括至少兩層磁性板材料，而所述至少一個預製線圈夾在所述至少兩層磁性板材料之間。
5.如權利要求1所述的磁性部件組件，其特徵在於，所述至少一個磁性板材料的預製層包括至少兩層磁性板材料，所述至少兩層磁性板材料各自由不同類型的磁性粉末顆粒製成，由此所述多層磁性板材料的至少兩層具有彼此不同的磁性特性。
6.如權利要求1所述的磁性部件組件，其特徵在於，所述至少一個磁性板材料的預製層具有大於約10的相對磁導率。
7.如權利要求2所述的磁性部件組件，其特徵在於，所述聚合物粘結劑包括熱塑性樹脂。
8.如權利要求1所述的磁性部件組件，其特徵在於，所述線圈限定中心開口，且所述部件組件還包括成形磁性芯部元件。
9.如權利要求8所述的磁性部件組件，其特徵在於，所述成形磁性芯部元件與所述成形芯部元件單獨地提供並且裝配在所述中心開口內。
10.如權利要求9所述的磁性部件組件，其特徵在於，所述至少一個磁性板材料的預製層包括至少兩層磁性板材料，而所述至少一個預製線圈夾在所述至少兩層磁性板材料之間，並且所述成形磁性芯部元件也夾在所述至少兩層磁性板材料之間。
11.如權利要求8所述的磁性部件，其特徵在於，所述成形磁性芯部元件是基本上圓柱形的。
12.如權利要求1所述的磁性部件，其特徵在於，所述線圈包括線導體，所述線導體繞軸線柔性地卷繞多圈，以限定繞組部分。
13.如權利要求12所述的磁性部件，其特徵在於，所述線導體是圓形的。
14.如權利要求12所述的磁性部件，其特徵在於，所述線導體是扁平的。
15.如權利要求12所述的磁性部件，其特徵在於，多個線匝包括在它們的端部處連結的直線導電通路、弧形導電通路、螺旋導電通路以及蛇形導電通路中的至少一種。
16.如權利要求12所述的磁性部件，其特徵在於，所述線圈成形為三維的、獨立式線圈元件。
17.如權利要求12所述的磁性部件，其特徵在於，所述線圈設有粘合劑。
18.如權利要求12所述的磁性部件，其特徵在於，所述線圈連接於引線框。
19.如權利要求1所述的磁性部件，其特徵在於，在所述磁性體中不形成物理間隙。
20.如權利要求1所述的磁性部件組件，其特徵在於，所述組件限定功率電感器。
21.一種製造部件組件的方法，所述部件包括線圈繞組和磁性體；且所述方法包括 將至少一個磁性板材料的預製層壓制在至少一個預製線圈繞組的周圍，由此形成容納所述線圈繞組的層疊式磁性體。
22.如權利要求21所述的方法，其特徵在於，所述壓縮模塑不涉及熱層疊。
23.如權利要求21所述的方法，其特徵在於，所述線圈繞組包括中心開口，且所述方法還包括將單獨製成的成形芯部元件施加於所述中心開口。
24.一種由如權利要求21所述方法所獲得的產品。
25.如權利要求23所述的產品，其特徵在於，所述至少一個磁性板材料的預製層具有至少約10的相對磁導率。
26.如權利要求25所述的產品，其特徵在於，所述至少一個磁性板材料的預製層包括磁性粉末顆粒和聚合物粘結劑的混合物。
27.如權利要求沈所述的產品，其特徵在於，所述聚合物粘結劑是熱塑性樹脂。
28.如權利要求27所述的產品，其特徵在於，所述至少一個磁性板材料的預製層包括至少兩層磁性板材料，且所述至少兩層磁性板材料包括不同類型的磁性顆粒並且由此具有不同的磁性特性。
29.如權利要求M所述的產品，其特徵在於，所述產品是小型化功率電感器。
全文摘要
有利地使用包括分層的可模製磁性材料和線圈的磁性部件組件，以提供諸如電感器和變壓器之類的表面安裝磁性部件。
文檔編號H01F17/04GK102460613SQ201080028152
公開日2012年5月16日 申請日期2010年4月26日 優先權日2009年5月4日
發明者F·A·多爾傑克, H·P·卡馬斯, R·J·博格特, 顏毅鵬 申請人:庫柏技術公司