CN111415813B - 具有竖直绕组的电感的制备方法及其压注模具 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种具有竖直绕组的电感的制备方法及其压注模具。其中制备方法包括:提供导电件,所述导电件包括连接片以及立柱,所述连接片包括相对的第一表面和第二表面,所述立柱垂直设置在所述第一表面上;从所述立柱侧往所述导电件上压注磁性材料,以使所述磁性材料与所述导电件形成一体结构;对所述连接片进行切割,以形成所述竖直绕组。压注模具包括:上冲、模腔本体以及下冲;所述下冲用于承载导电件的连接片,所述模腔本体围设在所述导电件的立柱的外周,所述上冲用于冲压磁性材料,以将所述磁性材料和所述导电件压注成一体结构。本发明可以制备出具有竖直绕组的电感,并且能够降低竖直绕组发生变形或者移位的可能。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有竖直绕组的电感的制备方法及其压注模具,属于电力电子技术领域。
背景技术
电感作为电路的基础电子元件,其应用非常的广泛。现有的电感包括具有水平绕组的电感以及具有垂直绕组的电感这两大类。其中,具有竖直绕组的电感有利于竖直方向的散热,尤其是当此类电感与芯片堆叠设置形成电源模块的情况下,相比水平绕组的电感更加利于芯片的热量向上传热和散热。
随着应用环境的变化,越来越多的场合需要用到高频电源模块,故也就需要进一步降低电感的体积并提升其饱和电流来响应高频电源模块小型化的需求。因此,如何通过磁性材料压注的方式来生产适合应用于高频电源模块的电感就变得越来越迫切。然而,在现有技术中,通过磁性材料压注的方式制作电感需要先将绕组夹持并定位,这种方式对于水平绕组而言比较容易实现,但对于竖直绕组而言很难通过夹具将其夹持并定位,另外,当多个竖直绕组并排设置的耦合型电感由于很难通过将竖直绕组放平的方式进行压注,在压注磁性材料的过程中很容易导致竖直绕组发生变形或者使竖直绕组发生位移,从而严重影响电感的质量。
发明内容
本发明提供一种具有竖直绕组的电感的制备方法及其压注模具,以解决现有技术存在的上述或者其他潜在问题。
本发明一方面提供一种具有竖直绕组的电感的制备方法,包括:提供导电件,所述导电件包括连接片以及立柱,所述连接片包括相对的第一表面和第二表面,所述立柱设置在所述第一表面上;往所述导电件上压注磁性材料,以使所述磁性材料与所述导电件形成一体结构;对所述连接片进行切割,以形成所述竖直绕组。
如上所述的制备方法,其中,所述立柱为多个,从所述立柱侧往所述导电件上压注磁性材料,以使所述磁性材料与所述导电件形成一体结构。
如上所述的制备方法,其中,所述连接片上形成有通孔。
如上所述的制备方法,其中,所述立柱在所述连接片上呈矩阵排列。
如上所述的制备方法,其中,所述立柱包括四个立柱;对所述连接片进行切割,以形成所述竖直绕组,具体包括:在所述连接片上开设分隔槽,以使所述四个立柱中的两个立柱短路,并使所述四个立柱中的另外两个也短路,从而形成交叉绕组或者非交叉绕组。
如上所述的制备方法,其中,所述立柱包括四个立柱;对所述连接片进行切割,以形成所述竖直绕组,具体包括:在所述连接片上开设切割槽,以使所述四个立柱中的斜对称的两个立柱短路,并使这两个斜对称的立柱与所述四个立柱中的另外两个立柱相互之间均电绝缘;在所述另外两个立柱上设置连接绕组,以形成交叉绕组。
如上所述的制备方法,其中,所述磁性材料包围所述连接片的外周面。
如上所述的制备方法,其中,所述立柱包括:加强内芯以及包覆在该加强内芯外侧的导电层。
如上所述的制备方法,其中,所述立柱还包括包覆在所述导电层外侧的绝缘层。
如上所述的制备方法,其中,所述制备方法还包括:在压注有所述磁性材料的导电件上层叠金属化布线层,并形成用于连接所述立柱和所述金属化布线层的导电过孔。
如上所述的制备方法,其中,所述制备方法还包括:在所述连接片背离所述立柱的表面通过胶黏剂粘接加强件。
如上所述的制备方法,其中,往所述导电件上压注磁性材料,以使所述磁性材料与所述导电件形成一体结构,包括:所述磁性材料为压制而成的磁芯,所述磁芯的形状与所述导电件的形状相匹配;将所述磁芯和所述导电件放入模具中;对所述磁芯和导电件进行热压,以使所述磁芯与所述导电件形成一体结构。
如上所述的制备方法,其中,所述磁性材料包括第一磁粉和第二磁粉,所述立柱有多个,所述第二磁粉位于至少两个相邻的立柱之间,且被所述第一磁粉包围。
如上所述的制备方法,其中,所述磁性材料包括第一磁粉和第二磁粉,其中往所述导电件上压注磁性材料,以使所述磁性材料与所述导电件形成一体结构,包括:将所述第一磁粉压制成第一磁芯,所述第一磁芯的形状与所述导电件的形状相匹配;将所述第一磁芯和所述导电件放入模具中;在所述模具内填充第二磁粉;对所述第一磁芯、所述第二磁粉和所述导电件进行热压,以使所述第一磁芯、所述第二磁粉与所述导电件形成一体结构。
如上所述的制备方法,其中,所述磁性材料包括第一磁粉和第二磁粉,其中往所述导电件上压注磁性材料,以使所述磁性材料与所述导电件形成一体结构,包括:将所述第二磁粉压制成第二磁芯,所述第二磁芯的形状与所述导电件的形状相匹配;将所述第二磁芯和所述导电件放入模具中;在所述模具内填充第一磁粉;对所述第二磁芯、所述第一磁粉和所述导电件进行热压,以使所述第二磁芯、所述第一磁粉与所述导电件形成一体结构。
如上所述的制备方法,其中,所述磁性材料包括第一磁粉和第二磁粉,其中往所述导电件上压注磁性材料,以使所述磁性材料与所述导电件形成一体结构,包括:将所述第一磁粉压制成第一磁芯,将所述第二磁粉形成第二磁芯,所述第一磁芯,所述第二磁芯的形状与所述导电件的形状相匹配;将所述第一磁芯、所述第二磁芯和所述导电件放入模具中;对所述第一磁芯和所述第二磁芯和所述导电件进行热压,以使所述第一磁芯和所述第二磁芯与所述导电件形成一体结构。
如上所述的制备方法,其中,所述第二磁粉的相对磁导率小于所述第一磁粉的相对磁导率。
如上所述的制备方法,其中,所述第二磁粉的相对磁导率大于等于0.99且小于等于1.01。
本发明另一方面提供一种具有竖直绕组的电感的压注模具,其包括:上冲、模腔本体以及下冲;所述下冲用于承载导电件的连接片,所述模腔本体围设在所述导电件的立柱的外周,所述上冲用于冲压磁性材料,以将所述磁性材料和所述导电件压注成一体结构。
如上所述的压注模具,其中,所述上冲形成有正对所述立柱的通孔,所述通孔内设置有能够沿着通孔运动的柱塞。
如上所述的压注模具,其中,所述上冲的底部形成有凸块,所述凸块的形状与相邻两个所述立柱所围成的空腔的形状匹配。
如上所述的压注模具,其中,所述下冲上形成有用于真空吸附的吸附通孔。
根据本发明实施例的方案,可以制备出具有竖直绕组的电感,并且能够降低竖直绕组发生变形或者移位的可能。
本发明的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
通过参照附图的以下详细描述,本发明实施例的上述和其他目的、特征和优点将变得更容易理解。在附图中,将以示例以及非限制性的方式对本发明的多个实施例进行说明,其中:
图1a至图1h为本发明实施例1提供的制造方法的示意图;
图2为根据图1a至图1h的制造方法制得的一种电感的结构示意图;
图3a至图3c为本发明实施例2提供的制造方法的示意图;
图4为根据图3a至图3c的制造方法制得的一种电感的结构示意图;
图5a至图5d为本发明实施例3提供的制造方法的示意图;
图6为根据图5a至图5d的制造方法制得的一种电感的结构示意图;
图7a至图7d为本发明实施例4提供的制造方法的示意图;
图8为根据图7a至图7d的制造方法制得的一种电感的结构示意图;
图9为本发明实施例5提供的制造方法的示意图,其中,竖直绕组端部在压注后外露;
图10a至10d为本发明实施例6提供的制造方法的示意图,其中,竖直绕组之间设置不同导磁材料;
图11a至11i为本发明实施例7提供的制造方法的示意图,其中,竖直绕组之间设置不同导磁材料;
图12为本发明实施例8提供的制造方法的示意图;
图13a至13c为本发明实施例9提供的制造方法的示意图;
图14a和图14b为本发明实施例10提供的制造方法的示意图;
图15为本发明实施例11提供的制造方法的示意图;
图16a和16b为本发明实施例12提供的制造方法的示意图;其中,连接板和竖直绕组的表面包覆涂层或附加有复合材料;
图17a至图17c为本发明实施例13提供的通过金属化方法实现立体交叉绕组连接的示意图;
图18a至图18c为本发明实施例14提供的通过金属化方法实现双面交叉绕组连接的示意图;
图19a至图19f为本发明实施例15提供的一种制造方法的示意图,其中,导电件通过钣金冲压而成;
图20a至图20f为本发明实施例16提供的一种制造方法的示意图,其中,导电件通过金冲压而成;
图21a至图21f为本发明实施例17提供的一种制造方法的示意图,其中,导电件通过金冲压而成。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
应当理解的是,下面的实施例并不限制本发明所保护的方法中各步骤的执行顺序。本发明的方法的各个步骤在不相互矛盾的情况下能够以任意可能的顺序并且能够以循环的方式来执行。
实施例1
图1a至图1c为本实施例提供的一种制作具有竖直绕组的电感的制作方法的流程示意图,图2为根据图1a至图1c所示的方法制得的一种电感的结构示意图。
首先,如图1a,提供一种导电件20,其包括连接片20b以及连接片20b的表面设置的若干能够导电的立柱20a。该立柱20a可以垂直于连接片20b。立柱20a可以采用多种方式制作,例如采用在铜片上进行蚀刻的方式或电镀的方式制作,或冲压、或雕刻的方式制作,或者也可以在连接片20b上通过焊接的方式制作。
继续参考图1a,多个立柱20a在连接片的上表面间隔设置,例如,可以是线性排列,如排列成一排;也可以是矩阵式排列,比如排列成多行多列的形式,例如图1d或1e所示的两行两列形式。最优的,采用矩阵形式排列立柱20a的导电件20更加利于形成多相耦合型磁元件,或者采用矩阵式排列立柱20a的导电件20更加利于连片(panel)式生产方式,更利于提升生产效率。而本发明的工艺方法对于采用矩阵形式排列立柱20a的导电件20进行压注形成磁元件具有更好的适用性。立柱20a的侧面(也即纵截面)可以是如图1a所示的梯形,或者也可以是矩形。其中,具有梯形侧面的立柱20a更加利于磁材料压注过程中的流动,减少立柱20a在压注过程的受力;具有矩形侧面的立柱20a作为磁元件的绕组沿电流流动方向的电阻更加均匀,利于提升制作导电件20的材料的利用率。立柱20a的横截面可以是圆形,如图1e所示;也可以是矩形,如图2所示。当然,立柱20a的纵截面以及横截面的形状并不限于以上形状,其可以根据立柱20a的形成工艺而灵活设置成任意合适的形状。
然后如图1b,利用模具将磁性材料10压注到图1a所示的导电件20上,具体来说,是将磁性材料10从导电件20的上方(也即立柱侧)压注到导电件20上。在往导电件20上压注磁性材料10的时候,由于本实施例提供的导电件20的立柱20a与连接片20b为一体式的结构,故导电件20在整个压注过程中结构都比较稳定。举例而言,当使用粉芯类的磁性材料,例如磁粉,进行压注时,在压注的过程中对立柱20a的冲击力可以被连接片20b适当吸收,磁粉对立柱20a的冲击作用也就容易受到控制。在某些示例中,当立柱20a的高度较小,且截面为圆柱,特别是锥形圆柱的情况下,立柱20a之间的位移和变形会小很多,从而有利于提升磁元件的特性精度,例如电感量的精度,或漏感的精度等。
图1c在图1b的基础上示意出了一种压注模具的结构。如图1c所示,压注模具包括:上冲101,模腔本体102,以及下冲103。在压注时,先将导电件20的连接片放置在下冲103上,然后再放置模腔本体102,从而由模腔本体102、导电件20和下冲103围合成压注模腔。将磁性材料10填充到压注模腔中后,通过上冲101的下压,将磁性材料10与导电件20形成整体。当然,在压注的过程中,还可以对压注模具或磁性材料进行加热,以确保在合适的温度下将磁元件压注成型,提升其密度和性能。当然,也可以如图1c所示的,在连接片20b上设置通孔27。在一些示例中,磁性材料10可以如图1c所示的容纳在该通孔27内,以提高磁性材料10与导电件20的连接强度;在另一些示例中,该通孔27也可以用作磁路的一部分。
如图1d(其相当于图1b的底视图)所示,通过蚀刻、雕刻或其他合适的方式,在连接片20b上切割出环形的分隔槽29,以便将连接片20b分割成21b和22b两部分,从而使得绕组的一部分在磁通道外交叉,以图1d为例,即是绕组在磁通道的下端交叉,形成具有交叉绕组的电感。具体而言,图1d示出了将四个相邻的立柱所对应的连接片区域进行切割,以形成交叉的竖直绕组的方法。明显的,图1d中示出的四个相邻的立柱排列成了两行两列的矩阵式排列。
应当理解,虽然图1d通过分隔槽29将连接片20b分割成了两个较大的部分,但是,在另外一些示例中,还可以如图1f所示的在连接片上切割出竖直的分隔槽29(当然也可以切割出水平的分隔槽29),使得连接片被分割成了21b和22b两个部分,以便形成绕组不交叉的耦合电感。显然的,图1f中示出的四个相邻的立柱也排列成了两行两列。
此外,在其他一些示例中,还可以如下文将要描述到的那样将连接片20b继续切割成更小的部分。
图1f所示的电感的底部与图1d相同,都如图1e(其相当于图1b的顶视图)所示,在磁通道的另一端形成若干个焊盘50,以图1b为例,即是在磁通道的上端形成焊盘50。
在此需要说明一点,根据制造工艺的需要,在一些示例中,还可以对通过上述方法制得的电感进一步的切割,例如将连片(panel)的注塑(molding)件切割成单个磁元件或将连接片20b进行切割。例如,图1g和图1h示意出了将图1b切割成单相的电感,其中,图1g为俯视图,图1h为仰视图,50为焊盘。在另一些示例中,对切割后的表面(如磁表面)进行绝缘化处理;或者对部分由磁覆盖的导电部分进行去除毛刺或对覆盖绕组的溢出磁材料进行清除(deflashing)的处理,即去除部分磁性材料,以便露出导电部分,如焊盘50;又或者,在磁元件表面包覆高导磁性材料以利于磁场屏蔽。
进一步,在某些示例中,还可以在分隔槽29内压注磁性材料或填入导磁材料,也即从非立柱侧向导电件20二次压注磁性材料或填入导磁材料,以增加磁通道。
图2示意了一种根据图1所示的电感的制作方法所制作出的具有交叉绕组的电感,如图2所示,两个竖直的绕组21a和一个水平的绕组21b构成第一绕组,两个竖直的绕组22a和一个水平的绕组22b构成第二绕组,第一绕组和第二绕组在同一水平面内交叉,其交叉的部分为水平绕组21b和22b。竖直的绕组21a和22a可以是方形,也可以是圆形,或者其他的形状。当然,第一绕组和第二绕组外同样压注有磁性材料10。图2的俯视图和仰视图请参见图1d和图1e。
此外,图2同时还示出了竖直绕组21a和22a之间的间隙6以及间距t。在某些示例中,可以在竖直绕组21a和22a的间隙6内添加具有不同相对磁导率的磁性材料来调整耦合系数。在其他一些示例中,也可以通过诸如调整竖直绕组21a和22a的间距t来调整耦合系数。
实施例2
本实施例与实施例1的区别在于在连接片上形成的分隔槽29的形状不同。如图3a所示,本实施例在图1d的基础上,将分隔槽29的区域扩大,使得连接片21b被分割成了21b-1和21b-2两个独立的部分。然后,如图3b所示,将连接片21b-3焊接到21b-1和21b-2连接在一起,并与22b相互绝缘,以形成立体交叉的反耦合电感。图3c示出了图3b所示电感的剖视图,图4示出了图3b所示电感的爆炸图。如图4所示,在竖直绕组21a和22a之间具有间隙6,该间隙6的间距为t,间隙6和间距t在下文中将作为调整耦合系数之用。
实施例3
本实施例与实施例1的区别在于,磁性材料10包围整个导电件20。如图5a所示,导电件20包括连接片20b和能够导电的竖直的立柱20a,导电件20的制备方法请参见上述实施例,不再赘述。
如图5b至5d所示,将磁性材料10从导电件20的上方压注到导电件20上,以便使得磁性材料10与连接片20b和立柱20a形成一体式的结构。在本实施例中,磁性材料10在周边包裹连接片20b,如此,周边包裹的磁性材料10可以有效的提升环绕所有立柱20a的磁通量,提供有效的磁通道,利于降低磁损耗和提升饱和能力,利于提升效率和减小体积。
继续参考图5d,形成竖直的分隔槽29,将20b分割成21b和22b两个部分。当然,形成分隔槽29的方式也适用于上述实施例所记载的方法。同样的,在本实施例中,也可以同上述实施例一样在分隔槽29内添加磁性材料。
图6为图5b至图5d示出的电感的立体结构透视图,从图6可以看出,其是一个非交叉绕组的电感,也即图示中的四个排列成两行两列的立柱20a并不是如图2所示那样将斜对称的两个立柱20a电连接在一起,而是将相邻的两个立柱20a电连接在一起(图6中示出的是左边的两个立柱20a电连接在一起,同时,右边的两个立柱20a电连接在一起)。
实施例4
图7与实施例2的区别在于,实施例2中用于交叉的两个绕组均位于磁通道的同一端,而本实施例的用于交叉的两个绕组分别位于磁通道的两端,从而本实施例的用于交叉的两个绕组在磁通道端面的投影相互交叉。如图7a所示,在磁通道的一个端面,其在形成如图1d的分隔槽29时将连接片21b全部去除,仅剩下连接片22b。
图7b为图7a所示结构的磁通道另一个端面的视图,如图7b所示,连接片22b(虚线所示)以及与之电连接的2个立柱20a形成第一绕组,该第一绕组的两端形成两个焊盘50。然后,如图7c所示,在图7b所示磁通道端面基础上设置连接片21b,将另外两个立柱20a电连接,以形成第二绕组。图7d为沿图7c中A-A向的剖视图,图8为图7c所示电感的立体结构透视图。如图8所示,第一绕组和第二绕组在磁通道的两端交叉,也即二者在同一个平面内的投影发生交叉,可以理解,这个投影面可以是图8中磁通道的任意一个端面(也即图8中的上表面或者下表面)。
实施例5
如图9所示,本实施例与上述实施例的区别在于,压注模具的上冲对应立柱20a的位置设置有通孔109,以利于在压注磁性材料10时,磁性材料10不会从顶面下压立柱20a,并且可以使得压注完成后立柱20a的上表面外露以作为对外连接的焊盘。
通过本实施例的方法,可以避免立柱20a被磁性材料10包覆住,还需要后处理来露出立柱20a的上表面,从而简化了工艺并降低了成本。而且,上冲101不会对立柱20a上表面的磁性材料10施加压力,也即避免了这部分磁性材料10将压注模具的冲击力传递给立柱20a,从而避免了其溃缩,变形或弯曲,提高了成品性能。
可选地,为了便于对通孔109内部进行清理,避免使用一段时间后通孔109内堆积过多的磁性材料10,可以如图9所示的在通孔109内设置柱塞104。这样,在每次压注完成,或几次压注完成后,将柱塞104下冲一次,将通孔109内残留的磁性材料10或其他渣滓清理掉,以有效提升压注模具的压注效率,从而提高产品的良率和耐用性。
实施例6
本实施例与上述实施例的不同在于,本实施例中向导电件20压注的磁性材料10中包括了至少两种具有不同相对磁导率的磁粉。
继续参考图10a,在至少两个相邻的立柱20a之间填充第二磁粉61,第二磁粉61也可以是预压注成第二磁芯,与导电件20预装配后放入模具中,或交替放入模具中,或同时放入模具中,然后如图10b所示将第一磁粉62填充并压注在立柱20a的外侧,第一磁粉62包围第二磁粉61。图10c为图10b的仰视图,其示意出了第一磁粉62将导电件20包围。然后,如图10d所示的切割出分隔槽29,从而形成不交叉的第一绕组21和第二绕组22。在本实施例中,在绕组之间设置具有不同导磁性能的第二磁粉61利于调整两相绕组之间的耦合系数,可以扩展本工艺方法对多相耦合型磁元件的适用性。在本实施例中,第二磁粉61和第一磁粉62具有不同的相对磁导率。在某些示例中,第二磁粉61的磁导率相对磁导率小于第一磁粉62的相对磁导率。例如,第二磁粉61的相对磁导率大约等于1,例如大于等于0.99且小于等于1.01,比如环氧树脂类材料。当然,在其他一些示例中,也可以使用具有相同相对磁导率的第二磁粉61和第一磁粉62。
当然,在某些示例中,也可以将第二磁粉61压制成第二磁芯,和/或,将第一磁粉62压制成第一磁芯,与导电件20预装配后再加热加压,结合一体。例如,先将第二磁粉61和第一磁粉62分别预先压制成第二磁芯和第一磁芯,并与导电件20装配后再放入压注模具中加压加热使得第二磁芯,第一磁芯和导电件20结合成一体。
容易理解,在某些示例中,可以仅仅由磁性材料包裹在导电件20的周围,而不使用多种具有不同相对磁导率的磁性材料。在另一些示例中,也可以仅仅使用具有不同相对磁导率的多种磁性材料,而不使用磁性材料从导电件20的周围将该导电件20包裹住。
实施例7
本实施例与上述实施例的不同在于设置在连接片20b上的多个立柱20a先结合一体,并先压注第一磁粉62,然后再对结合一体的立柱20a分割并填充第二磁粉61,第二磁粉61可以与第一磁粉62具有不同的相对磁导率,形成复合材料的磁元件。
如图11a所示,在连接片20b上设置长条状的立柱20a,图11b是图11a的俯视图。然后,如图11c所示,在导电件20上压注磁性材料10(即第一磁粉62),或者将第一磁粉62预先压注层压制成第一磁芯,然后与导电件20装配在一起,应当理解,这种装配可以是在导电件20放入模具之前或者放入模具以后进行。图11d是图11c的仰视图,图11e是图11c的俯视图。然后,如图11f所示,在图11d的基础上形成分隔槽29,以便露出立柱20a的中间连接部分。然后,在中间连接部分上形成分隔槽28,例如可以通过蚀刻或者激光切割的方式去除中间连接部分以形成分隔槽28。然后,如图11g所示,在图11f的基础上,在分隔槽28内填充具有不同相对磁导率的第二磁粉61。
在另一些示例中,如图11h所示,也可以在图11e的基础上形成分隔槽28。然后,如图11i所示,在图11h的基础上,在分隔槽28内填充具有不同相对磁导率的第二磁粉61。较优地,第二磁粉61的相对磁导率小于第一磁粉61的相对磁导率。较优地,第二磁粉61的相对磁导率大于等于0.99且小于等于1.01,比如环氧树脂类材料。当然,也可以将由第二磁粉61预先压制成的第二磁芯放入到分隔槽28内。
实施例8
如图12所示,本实施例与上述实施例的区别在于,压注模具的上冲101设置有凸块105,压注时,将导电件20放入模具中,加入第一磁粉62或者由第一磁粉62压制成型的第一磁芯。当然,当加入的是第一磁芯时,则还可以是将第一磁芯与导电件20预先装配后再放入到模具内。由于上冲101设置有凸块105,使得竖直立柱20a之间可以被该凸块105填充,继而在压注完成后可以自然形成分隔槽28,然后就可以如实施例7所述的在图11g或11i所示的,向分隔槽28内填充第二磁粉61。较优地,第二磁粉61的相对磁导率小于第一磁粉62的相对磁导率。较优地,第二磁粉61的相对相对磁导率大于等于0.99且小于等于1.01,比如环氧树脂类材料。当然,也可以将由第二磁粉61预先压制成的磁芯放入到分隔槽28内。
需说明,实施例6到8中采用多种磁粉实现磁元件,可以实现多种结构形式的复合磁粉材料的磁元件。例如其中第二磁粉可以处于至少2个相邻的立柱20a之间,然后第一磁粉包围第二磁粉。所谓第一磁粉包围第二磁粉可能是第一磁粉将第二磁粉以及2个相邻的立柱20a都包围,如图10c和11i所示。另外,如果在图10b中,另外两个相邻立柱之间也设置了第二磁粉,且四段第二磁粉和立柱链接形成环状结构,则在所有立柱外围的第一磁粉实现了多所有立柱和第二磁粉的包围。一般的,所谓第一磁粉包围第二磁粉是指,由第二磁粉从平行于连接片20b的任意方向向外引出的射线与第一磁粉的交点,总可以选择其中的部分交点可以连成一个封闭的曲线包围第二磁粉。
实施例9
本实施例与上述实施例的区别在于,先将磁性材料预先压制成与导电件20形状相匹配的磁芯,然后在将磁芯和导电件20装配到一起,然后再压注结合成一体。
具体的,如图13a所示,提供导电件20,该导电件20包括连接片20b以及设置在连接片上且能够导电的立柱20a。如图13b所示,提供预先压制好的并且至少具有与立柱20a相匹配的孔结构的磁芯,也即是说,磁芯结构的形状与导电件20立柱侧的表面形状相匹配。然后,如图13c所示,将磁芯结构与导电件20先预装配,然后放入模具中,利用压注模具将磁芯结构与带有立柱20a的导电件20压注成为一体结构。在压注的过程中,可以将压注模具以及磁芯中的至少一者加热到合适的温度,以利于一体结构的成型。当然也可以将磁材料10预先压制成多个磁芯,然后与导电件20预装配,再放到模具到磨具中压注成一体。在某些示例中,而且每个磁芯的材料也可以使用不同的材料,例如可以分别使用具有不同的相对磁导率的材料。压注完成后的过程请参考上述实施例,不再赘述。
本实施例的制备方法,可以减小立柱20a在压注过程中的受力,从而减少立柱20a的变形。
实施例10
如图14a所示,本实施例与上述实施例的不同在于,当连接片20b较大或比较薄的时候,在连接片20b背离立柱20a的表面(图14a中的下表面)通过胶黏剂91粘接加强件92,以减少连接片20b的变形,从而提高电感的精度。
具体的,可以将连接片20b通过热敏胶,或化学脱敏胶,或光敏脱敏胶等与强度和刚度更大的零件(也即加强件92)结合成一体结构,从而通过该加强件92来提升连接片20b的强度。
然后,如图14b所示,将磁性材料10从导电件20的立柱侧压注到该导电件20上,以使磁性材料10与连接片20b和立柱20a形成一体结构。
接下来,可以根据实际需要,通过加热,化学的方法或光照的方法等将胶黏剂91进行脱胶处理,使得连接片20b从加强件92上脱离下来。容易理解,如果是采用化学方法脱胶,可能需要将加强件92制作成具有多个竖直通孔的多孔结构,以利于化学试剂渗入。同理的,如果采用光敏方法将加强件92和连接片20b分离,则可能需要将加强件92制作成能够透光。
实施例11
如图15所示,本实施例与上述实施例的区别在于,在下冲103上设置多个竖直的吸附通孔108,然后可以通过真空吸附的方式将连接片20b吸附到下冲103上,以利于后续在导电件20上压注磁性材料10。
实施例12
如图16所示,本实施例与上述实施例的区别在于,导电件20a由多层层结构构成。例如,在一些示例中,立柱20a可以包括加强内芯91以及包覆在该加强内芯91外侧的导电层95。例如,加强内芯91可以是诸如钢之类的高强材料,导电层95则可以是包覆在其外面的诸如铜或银之类的具有高导电性能的材料。基于此,可提高立柱20a的刚度和强度,从而在压注过程中减小立柱20a的变形。需要说明的是,由于高频应用场景下,磁元件的电流主要聚集在表面流动,因此,本实施例尤其适用于制作高频环境下的磁元件。
继续参考图16a,在某些示例中,还可以进一步在立柱20a和连接片20b的外表面涂覆一层其他材料71,然后如图16b所示在涂覆有其他材料71的导电件20的立柱侧压注磁性材料10。具体而言,其他材料71可以是耐高压的绝缘材料,以提升立柱20a之间的耐受电压等级;或者该其他材料71也可以是耐蚀刻材料,从而当蚀刻连接片20b以形成分隔槽29时,不会破坏到内部的磁性材料10。
实施例13
本实施例是在上述实施例的基础上,通过金属化布线的方式在立柱20a之间形成新的导电线路。
具体的,如图17a所示,其相当于图3a的剖视图,在图3a的上方(也即在导电件20背离立柱20a的表面)使用诸如PP材料、ABF材料等绝缘材料来形成绝缘层81。然后,如图17b所示,在连接片21b-1上方形成过孔82。最后,如图17c所示,通过金属化方法生成金属导电过孔21c和导电层21b。
实施例14
本实施例是在实施例13的基础上通过金属化布线层的方法在连接片立柱侧的表面也形成导电线路。
具体的,如图18a所示,在连接片20b立柱侧的表面(当然,此时导电件20已经压注了磁性材料10)使用诸如PP材料、ABF材料等绝缘材料来形成绝缘层83。然后,如图18b所示,在立柱21a上方形成过孔84。最后,如图18c所示,通过金属化方法生成金属导电过孔21e和导电层21d。
实施例15
本实施例与上述实施例的不同在于,本实施例的导电件20通过冲压方式制备而成。
如图19a所示,提供钣金,例如铜板,然后通过冲压的方式形成连接片20b以及垂直于该连接片20b表面的若干竖直的立柱20a,也即将该钣金冲压成导电件20。在图19a中冲压形成了两个立柱20a,两个立柱20a之间还通过短接片20c相互短接。当然,也可以将两个立柱20a以及短接片20c整体看作立柱。
图19b是图19a的俯视图。如图19b所示,相邻的两个立柱20a通过相连接的部分短接片20c连成一体。
如图19c至图19e所示(其中,图19d为图19c的俯视图,图19e为图19c的仰视图),在导电件20上压注磁芯10a,10b和10c,例如将这些磁芯10a,10b,10c与导电件20装配好了以后放入压注模具中进行压注,使得磁芯10a,10b,10c和导电件20形成一体式的结构。当然,也可以不在导电件20上压注磁芯10a,10b和10c,而是将导电件20放入压注模具后,通过填充磁粉的方式,然后将磁粉和导电件20压注成一体结构而制得成品。可以理解,成型的过程中可以进行加热。磁芯10a和10b可以预先是一体的结构。磁芯10a,10b和10c的材料可以相同,也可以不同,例如可以分别使用具有不同相对磁导率的材料。
最后,如图19f所示,在图19e的基础上在连接片20b上形成分隔槽29。其中,图19f示出的两个露出的导电部分50和51可以作为对外的引脚。
实施例16
本实施例与实施例15区别在于,其导电件20通过将整个连接片20b冲压折弯而成。
具体的,首先,对钣金进行冲压,使得被冲压后的钣金的侧面具有如图20a所示的形状。然后,在经过冲压的钣金的顶面开孔20d,以形成四个竖直的立柱20a。图20b为俯视图,从图20b中可以看出,相邻的两个立柱20a通过相连接的部分短接片20c相互连接。
然后,在导电件20上压注磁性材料,例如可以如图20c所示的在导电件20上压注磁芯10a,10b和10c。在某些示例中,磁芯10a和10b可以是一体的结构,也即,磁芯10a和10b为一体预成型的磁芯结构件,磁芯10a,10b和10c的材料可以相同或不同,例如分别使用具有不同相对磁导率的材料。将磁芯10a、10b和10c与导电件20装配后放入压注模具中压注,使得磁芯10a、10b、10c与导电件20形成一体式的结构。图20d是图20c的俯视图,图20e是图20c的仰视图。
应当理解,在某些示例中,也可以不采用磁芯10c,而是在磁芯10a和10b与导电件20组装好并放入压注模具后,再通过填注磁粉的方式来完成。换句话说,可以先使用上文中的第一磁粉62(或第二磁粉61)预先压制磁芯10a和10b;然后,将磁芯10a和10b与导电件20装配好以后放入压注模具内;接着,如图20c,在模具中磁芯10c的位置填充第二磁粉61(或第一磁粉62);然后,再对磁芯10a和10b,导电件20以及第二磁粉61(或第一磁粉62)进行压注。或者,也可以不采用磁芯10a和10b,而是在磁芯10c导电件20组装好并放入压注模具后,再通过填注磁粉的方式来完成。换句话说,可以先使用第一磁粉62(或第二磁粉61)预先压制磁芯10c;然后,将磁芯10c与导电件20装配好以后放入压注模具内;接着,如图20c,在模具中磁芯10a和10b的位置填充第二磁粉61(或第一磁粉62);然后,再对磁芯10c,导电件20以及第二磁粉61(或第一磁粉62)进行压注。同样的,本实施例在压注的时候也可以加热。
最后,如图20f所示,在图20e的基础上在连接片20b上形成分隔槽29,图20f中四个在底部露出的焊盘50可以作为对外的引脚。当然,在某些示例中,也可以去除掉图20f中的20b的部分。
实施例17
本实施例与实施例15或实施例16的区别在于,其导电件20通过钣金冲压的立柱没有短接片20c相互短接。
具体的,首先,对钣金进行冲压,使得被冲压后的钣金的侧面具有如图21a所示的形状,同时其顶面具有如图21b所示的形状。从图21b所示的俯视图可以看出,该钣金在冲压后中间具有开口,四个立柱20a则围绕该开口设置。中间的开口可以为立柱20a提供钣金料,当然,也可以是没有中间的开口,而是在连接片20的外围形成开口为立柱20a提供钣金料。由于各个立柱20a之间没有通过短接片20c相互连接,从而有利于压注时磁材料由立柱20a向连接片20b方向的流动。
如图21c所示,将导电件20放入模具中,然后将磁粉填注到模具内,并与导电件20压注成一体式的结构的侧视图。当然,在某些示例中,也可以先将磁粉预先压制成磁芯结构件,然后将磁芯结构件与导电件20装配后放入压注模具中压注,使得磁芯和导电件20形成一体式的结构。在压注的过程中同样可以加热。图21d为图21c的俯视图,图21e为图21c的仰视图。
如图21f所示,在图21e的基础上在连接片20b上形成分隔槽29,形成两个绕组。图21d中的4个立柱20a的外露端面可以形成对外连接的端子50。
前述各实施例中,磁性材料可以为预先压制而成的磁芯,磁芯的形状与导电件的形状相匹配;将磁芯和导电件放入模具中,即可以是磁芯与导电件组装好后放入模具中,也可以是都分别或同时放入模具中,最优的,在模具中磁芯和导电件相互匹配组合在一起;对磁芯和导电件进行热压,以使磁芯与导电件形成一体结构,在热压之前还可以加入其它的磁性材料,如其它的磁粉材料。另外,各实施例中的磁性材料可以包括多种磁性材料,例如两种磁性材料包括第一磁粉和第二磁粉,第一磁粉和第二磁粉的相对磁导率可以不同,往导电件上压注磁性材料,以使磁性材料与导电件形成一体结构。具体的,可以将第一磁粉压制成第一磁芯,第一磁芯的形状与导电件的形状相匹配;将第一磁芯和导电件放入模具中;在模具内填充第二磁粉;对第一磁芯、第二磁粉和导电件进行热压,以使第一磁芯、第二磁粉与导电件形成一体结构。或者,还可以将第二磁粉压制成第二磁芯,第二磁芯的形状与导电件的形状相匹配;将第二磁芯和导电件放入模具中;在模具内填充第一磁粉;对第二磁芯、第一磁粉和导电件进行热压,以使第二磁芯、第一磁粉与导电件形成一体结构。或者,还可以将第一磁粉压制成第一磁芯,将第二磁粉形成第二磁芯,第一磁芯和第二磁芯的形状与导电件的形状相匹配;将第一磁芯、第二磁芯和导电件放入模具中;对第一磁芯和第二磁芯和导电件进行热压,以使第一磁芯和第二磁芯与导电件形成一体结构。磁芯可以由立柱侧压注向导电件,也可以在导电件上与立柱侧相对另一侧设置磁芯,然后在立柱侧压注磁粉材料。
综上所述,为了形成一种具有竖直绕组的电感,总体上来讲,需要首先提供包括有连接片和立柱的导电件20,其中,立柱垂直设置在连接片其中一个表面上;然后,从立柱侧往该导电件20上压注磁性材料(该磁性材料可以是预先压制成的磁芯结构件,也可以是填充到压注模具中的磁粉),从而使得磁性材料与导电件形成一体结构;最后,对连接片进行切割,从而形成预设绕组,形成磁元件。其中,在某些情况下,导电件20可以通过蚀刻,焊接,电镀,雕刻,或冲压的等方式制备得到。另外,对于多相耦合磁元件,根据对连接片的切割方式和切割位置的不同,可以获得交叉或者不交叉的垂直绕组。
应当理解,上文所使用的术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中,“多个”的含义是至少两个,例如两个,三个等,除非另有明确具体的限定。
最后应说明的是:以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案,而非对其进行限制;尽管参照前述实施方式对本发明已经进行了详细的说明,但本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述实施方式所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施方式技术方案的范围。
Claims (21)
1.一种具有竖直绕组的电感的制备方法,其特征在于,包括:
提供导电件,所述导电件包括连接片以及立柱,所述连接片包括相对的第一表面和第二表面,所述立柱设置在所述第一表面上;
从所述立柱上方往所述导电件上压注磁性材料,以使所述磁性材料与所述导电件形成一体结构;
对所述连接片进行切割,以形成所述竖直绕组。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述连接片上形成有通孔。
3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述立柱为多个,所述多个立柱在所述连接片上呈矩阵排列。
4.根据权利要求3所述的制备方法,其特征在于,所述立柱包括四个立柱;对所述连接片进行切割,以形成所述竖直绕组,具体包括:
在所述连接片上开设分隔槽,以使所述四个立柱中的两个立柱短路,并使所述四个立柱中的另外两个也短路,从而形成交叉绕组或者非交叉绕组。
5.根据权利要求3所述的制备方法,其特征在于,所述立柱包括四个立柱;对所述连接片进行切割,以形成所述竖直绕组,具体包括:
在所述连接片上开设切割槽,以使所述四个立柱中的斜对称的两个立柱短路,并使这两个斜对称的立柱与所述四个立柱中的另外两个立柱相互之间均电绝缘;
在所述另外两个立柱上设置连接绕组,以形成交叉绕组。
6.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述磁性材料包围所述连接片的外周面。
7.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述立柱包括:加强内芯以及包覆在该加强内芯外侧的导电层。
8.根据权利要求7所述的制备方法,其特征在于,所述立柱还包括包覆在所述导电层外侧的绝缘层。
9.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述制备方法还包括:
在压注有所述磁性材料的导电件上层叠金属化布线层,并形成用于连接所述立柱和所述金属化布线层的导电过孔。
10.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述制备方法还包括:
在所述连接片背离所述立柱的表面通过胶黏剂粘接加强件。
11.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,往所述导电件上压注磁性材料,以使所述磁性材料与所述导电件形成一体结构,包括:
所述磁性材料为压制而成的磁芯,所述磁芯的形状与所述导电件的形状相匹配;
将所述磁芯和所述导电件放入模具中;
对所述磁芯和导电件进行热压,以使所述磁芯与所述导电件形成一体结构。
12.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述磁性材料包括第一磁粉和第二磁粉,所述立柱有多个,所述第二磁粉位于至少两个相邻的立柱之间,且被所述第一磁粉包围。
13.根据权利要求11所述的制备方法,其特征在于,所述磁性材料包括第一磁粉和第二磁粉,其中往所述导电件上压注磁性材料,以使所述磁性材料与所述导电件形成一体结构,包括:
将所述第一磁粉压制成第一磁芯,所述第一磁芯的形状与所述导电件的形状相匹配;
将所述第一磁芯和所述导电件放入模具中;
在所述模具内填充第二磁粉;
对所述第一磁芯、所述第二磁粉和所述导电件进行热压,以使所述第一磁芯、所述第二磁粉与所述导电件形成一体结构。
14.根据权利要求11所述的制备方法,其特征在于,所述磁性材料包括第一磁粉和第二磁粉,其中往所述导电件上压注磁性材料,以使所述磁性材料与所述导电件形成一体结构,包括:
将所述第二磁粉压制成第二磁芯,所述第二磁芯的形状与所述导电件的形状相匹配;
将所述第二磁芯和所述导电件放入模具中;
在所述模具内填充第一磁粉;
对所述第二磁芯、所述第一磁粉和所述导电件进行热压,以使所述第二磁芯、所述第一磁粉与所述导电件形成一体结构。
15.根据权利要求11所述的制备方法,其特征在于,所述磁性材料包括第一磁粉和第二磁粉,其中往所述导电件上压注磁性材料,以使所述磁性材料与所述导电件形成一体结构,包括:
将所述第一磁粉压制成第一磁芯,将所述第二磁粉形成第二磁芯,所述第一磁芯,所述第二磁芯的形状与所述导电件的形状相匹配;
将所述第一磁芯、所述第二磁芯和所述导电件放入模具中;
对所述第一磁芯和所述第二磁芯和所述导电件进行热压,以使所述第一磁芯和所述第二磁芯与所述导电件形成一体结构。
16.根据权利要求12至15任一项所述的制备方法,其特征在于,所述第二磁粉的相对磁导率小于所述第一磁粉的相对磁导率。
17.根据权利要求12至15任一项所述的制备方法,其特征在于,所述第二磁粉的相对磁导率大于等于0.99且小于等于1.01。
18.一种具有竖直绕组的电感的压注模具,其特征在于,包括:上冲、模腔本体以及下冲;所述下冲用于承载导电件的连接片,所述模腔本体围设在所述导电件的立柱的外周,所述上冲用于从所述立柱上方往所述导电件上冲压磁性材料,以将所述磁性材料和所述导电件压注成一体结构。
19.根据权利要求18所述的压注模具,其特征在于,所述上冲形成有正对所述立柱的通孔,所述通孔内设置有能够沿着通孔运动的柱塞。
20.根据权利要求18所述的压注模具,其特征在于,所述上冲的底部形成有凸块,所述凸块的形状与相邻两个所述立柱所围成的空腔的形状匹配。
21.根据权利要求18所述的压注模具,其特征在于,所述下冲上形成有用于真空吸附的吸附通孔。
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