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CN116666064A - 磁粉-绕组共烧式电感元件及其制备方法 - Google Patents

磁粉-绕组共烧式电感元件及其制备方法 Download PDF

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CN116666064A CN202310877677.2A CN202310877677A CN116666064A CN 116666064 A CN116666064 A CN 116666064A CN 202310877677 A CN202310877677 A CN 202310877677A CN 116666064 A CN116666064 A CN 116666064A
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张云帆
郭雄志
张丽娜
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Huizhou Boke Industry Co ltd
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Huizhou Platinum Science And Technology Co ltd
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Heyuan Boke New Material Co ltd
Huizhou Boke Industry Co ltd
Poco Holding Co ltd
Huizhou Platinum Science And Technology Co ltd
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Abstract

本发明公开了磁粉‑绕组共烧式电感元件及其制备方法。其中磁粉‑绕组共烧式电感元件形成由软磁性粉末制成的磁性部和埋入磁性部内部的绕组，所述软磁性粉末包括组成比例占50％以上、球形度大于95％的球形粉；所述磁粉‑绕组共烧式电感元件是通过模压成型制成，成型压力为12～24T/cm2。本发明通过使用高球形度磁性粉末，进行高压成型，得到成型压力很高的情况下也可以保持高绝缘耐压值、且具有高磁导率的电感元件。

Description

磁粉-绕组共烧式电感元件及其制备方法
技术领域
本发明主要涉及电感元件领域，特别涉及磁粉-绕组共烧式电感元件及其制备方法。
背景技术
功率电感器一般是指用于DC-DC转换器等电源电路中的电感器，主要在电路中起到稳压、滤波及信号处理的作用。随着电子技术的高速发展，CPU、GPU等频率越来越高，对电路的稳定供电和滤波提出了更高的需求，推动功率电感向小型化、薄型化和轻量化等方向发展。同时，还要求功率电感具有高可靠性，以维持电子设备的正常运行。
常见的功率电感有两种，绕线式和一体成型式。
绕线式电感器主要使用铁氧体作为磁性材料。铁氧体材料具有饱和磁通密度低的劣势，如果工作电流较大会产生饱和现象；同时绕线式为组装结构，铁氧体和绕组之间存在空隙，两方面均从原理上阻碍了电感器的小型化。
一体成型式电感是将磁性粉末与有机树脂混合，将复合物和绕组放置在模具中并加压成型，来得到磁性部内部埋设线圈的电感。对于一体成型电感，如果成型压力太小，则会导致电感中磁性部密度低、初始磁导率小，从而无法达到所需的电磁特性；如果成型压力太大，则会造成位于磁性粉末内部的绕组(线圈)受到过大的挤压力，漆包铜线表面的绝缘层因摩擦而破损，导致产品绝缘耐压低、甚至短路，产品可靠性风险大。现有技术的体成型式电感成型时，成型压力低于10T/cm2，否则因线圈绝缘电阻较低，组合到电路中时容易出现短路。
中国发明公告第CN103714961B号发明专利揭露的电感，绕线部内周部的磁性体密度高于外周部磁性体，以达到起始磁导率高的效果。但该方式需要多次填粉、多次压制，增加了制作工序和难度，降低了生产效率。中国专利公告第CN111151740B号发明专利揭露的电感，采用注射成型的方式，磁导率为21.6，为达到所需感量要求，需使用多层线圈，导致电感直流电阻大，降低效率，同时不利于产品扁平化。另外注射成型的生产效率较低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种磁粉-绕组共烧式电感元件及其制备方法，解决现有技术制备的电感无法达到所需的电磁特性，或者制作工序或材料选择受限、生产效率低等问题。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种磁粉-绕组共烧式电感元件，形成由软磁性粉末制成的磁性部和埋入磁性部内部的绕组，所述软磁性粉末中包含50wt％以上的球形粉；所述磁粉-绕组共烧式电感元件是通过模压成型制成，成型压力为12～24T/cm2。
在一些实施例中，所述球形粉的球形度≥95％；所述软磁性粉末中包含80wt％以上的球形粉；所述成型压力为16～22T/cm2。
进一步地，所述软磁性粉末全部使用球形粉；所述成型压力为18～20T/cm2。
在一些实施例中，所述软磁性粉末为Fe、Fe-Si、Fe-Ni、Fe-Si-Cr、Fe-Si-Al金属磁性粉、Fe基非晶磁性粉、纳米晶磁性粉中的一种或两种以上的混合物。
在一些实施例中，所述绕组可以采用截面为矩形或圆形的金属导体；所述绕组为直线型或螺旋形线圈，其中，螺旋形线圈的螺线圈数小于4。
在一些实施例中，所述螺旋形线圈的螺线圈数为2。
在一些实施例中，所述软磁性粉末表面设有绝缘层。
本发明还提供一种制备方法，用于制备如上任一实施例所述的磁粉-绕组共烧式电感元件，包括以下工序：
成型工序，将软磁性粉末和绕组放置于模具中，施加压力进行模压成型，成型压力为12～24T/cm2，得到绕组埋于磁性部内部的电感生坯，引脚/电极暴露于磁性部表面；其中，所述软磁性粉包含50wt％以上的球形粉；
退火工序，将电感生坯放置于热处理炉内并加热保温，使电感生坯内部因部的残余应力得以释放，获得电感元件。
在一些实施例中，退火温度为400～850℃。
本发明的有益效果是：
本发明提供的电感元件，具有初始磁导率高和绝缘耐压特性好的优势。即该电感即使在大的成型压力下，依旧能保持高耐压特性，确保该电感同时具有优秀的电磁特性和可靠性。同时该电感制备方法简便，生产效率高。
上述技术特征，以及本发明技术方案的其他特征、目的和优点将结合本发明的各种实施例及附图进行描述。然而，所揭露的说明性实施例仅仅是示例，并不用于限定本发明的范围。
附图说明
图1是本发明实施例软磁性粉末的球形度标示图。
图2是本发明实施例球形度≥95％的铁硅铝合金粉末SEM图像。
图3是本发明实施例球形度≥50％的铁硅铬合金粉SEM图像
图4是异形的铁硅铝合金粉末SEM图像。
图5是成型压力与电感磁性部相对密度的关系曲线图。
图6是磁导率与绝缘电阻的关系曲线图。
图7(a)粉末颗粒与绕组铜线的作用原理图。
图7(b)粉末颗粒之间的作用原理图。
图8(a)-8(e)为绕组与磁性部的结构示意图，其中8(a)、8(d)、8(e)为1圈绕组；图8(b)为2圈绕组，图8(c)为3圈绕组。
具体实施方式
本发明所提供的附图及下述某些实施例的描述并非将发明限制在这些实施例中，而是提供给本领域任何一个普通技术人员来制造和使用本发明。
下述实例中所述实验方法或检测方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
本发明所披露的端点值的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应视为在本文中具体公开。
本发明提供了一种电感元件，包含由软磁性粉末制成的磁性部和埋入磁性部内部的绕组。制备磁性部的软磁性粉末包含：球形度大于95％、且表面没有明显凸起、组成比例50wt％以上的球形粉。
软磁性粉末球形粉，其球形度通过以下公式计算。
参照图1所示，其中，Rmax是指：与粉末外轮廓相切的最小圆的半径；Rmin是指：与粉末外轮廓相切的最小圆的圆心O到粉体表面距离的最小值。
本发明通过使用表面光滑的高球形度磁性粉末，因此可进行高压成型(成型压力大于10T/cm2)，得到成型压力很高的情况下可保持高绝缘耐压值、且具有高磁导率的电感元件。
高压成型使磁性部具有高磁导率(磁性部磁导率大于40)，可减少绕组铜线使用量，降低直流电阻，有利于降低铜损，提高大电流下的电感效率；高磁导率同时可以减小磁性部体积，使电感更加小型化、薄型化。
本发明的电感元件为磁粉-绕组共烧式电感元件，结构紧凑，磁性部与绕组之间无空隙或近似于无间隙，有利于实现小型化。
此外，而本发明提供的磁粉-绕组共烧式电感元件同时具有高绝缘耐压特性(200V/10s的绝缘阻抗值大于1MΩ)，可以提高电源效率且保证产品可靠性。高可靠性的产品一方面可提高生产效率、降低质检成本，另一方面可以确保电子设备长期稳定运行。
本发明磁粉-绕组共烧式电感元件的制备方法中，制备电感磁性部的软磁材料不限定软磁性合金粉末的种类，可使用各种成分的软磁性合金粉末，因此降低了生产难度。同时，制备本发明的电感元件，不限定所使用的合金粉末的粒度大小，且无需通过限定粉末的粒度来达到高密度、高磁导率，因此避免造成合金粉末原材料的浪费、成本高。
本发明磁粉-绕组共烧式电感元件的制备方法包括以下工序：
成型工序，将软磁性粉末和绕组放置于模具中，施加压力进行模压成型，得到绕组埋于磁性部内部的电感生坯(引脚/电极部分暴露在磁性部外)，电极部分暴露在磁性部外；
退火工序，将电感生坯放置于热处理炉内进行加热保温，使电感生坯内部因成型工序引入的残余应力得以释放，达到所需电磁特性的电感元件。
其中，成型工序中，制作电感磁性部的软磁性粉末采用球形度≥95％的球形粉末，球形粉的比例为50wt％以上；优选为球形粉末的比例≥80wt％，更优选为全部使用球形粉。如果球形粉比例过低，则会导致电感元件的绝缘耐压特性较差；添加适当比例的非球形粉，可以增加电感元件的密度，提高磁导率；如果全部使用球形粉，可获得耐压特性最好的电感元件，同时由于使用大压力成型，该电感元件依旧能够达到高磁导率。本发明软磁性粉末采用圆球形粉末的原理为：对于表面有尖角或凸起的非球形粉末，在高压下容易被挤压进入绕组铜线(参照图7(a))或软磁性粉末内部(参照图7(b))：对于圆球形粉末，粉末表面与相邻的绕组铜线或粉末表面相切，不会进入铜线内部；一处有尖角凸起、其余部分为光滑表面的粉末，当尖角处与相邻的绕组铜线或软磁性粉末接触，容易切入内部，导致导通；而多边形粉末则切入相邻的绕组铜线或粉末内部的概率更高，产品更容易导通。
软磁性粉末可以为Fe、Fe-Si、Fe-Ni、Fe-Si-Cr、Fe-Si-Al等铁系的金属磁性粉、Fe基非晶磁性粉、纳米晶磁性粉中的一种或两种以上的混合物。粉末表面具有绝缘层，绝缘层材料具有高电阻率和柔韧性，以保证粉末之间并非完全接触以降低磁性粉末之间的涡流，提高绝缘电阻值；同时绝缘材料具有一定的粘结特性，以提高电感生坯的强度。
绕组可以采用截面为矩形或圆形的金属导体，绕组可以为直线型或螺旋形线圈，其中，螺旋形线圈的螺线圈数小于4，优选为2圈，为完全确保高耐压特性，最佳为1圈；绕组最佳为直线型。由公式L∝μT2(L为电感量，μ为磁导率，T为圈数)可知，圈数增加可以提高电感器的电感量，但圈数过多导致直流电阻高，且阻碍了电感的扁平化。本发明的电感元件由于磁性部具有较高的磁导率，绕组不需要多圈数就能达到所需的电感量。圈数少有利于降低导线与导线之间因挤压直接接触导通或者磁性粉末中若一颗多边尖角凸起的粉末同时嵌入相邻两根导线导致接触导通的风险。因此优选使用直线型绕组，可完全避免相邻导线短路的风险。绕组圈数为金属导体穿过磁场(磁力线)的次数，参照图8(a)-8(e)，图8(a)、8(d)、8(e)为1圈绕组，图8(b)为2圈绕组，图8(c)为3圈绕组。其中，“直线型”主要指代磁性部中心处导线形状，磁性部边缘及外部形状可为非直线，如图8(d)、8(e)。
本发明采用模压成型，成型压力为12～24T/cm2，例如12T/cm2、13T/cm2、14T/cm2、15T/cm2、16T/cm2、17T/cm2、18T/cm2、19T/cm2、20T/cm2、21T/cm2、22T/cm2以及任意两端点之间区间的任一值；优选为16～22T/cm2，更优选为18～20T/cm2。适当提高压力可以增加磁性部密度使磁导率升高，但压力过大有降低电感绝缘特性的风险，尤其是圈数大于1的螺线型线圈，此外，压力增大至一定程度后，磁性部密度趋于平稳，不会持续变大，压力过大反而有损经济效益；压力过低则可能导致电感强度差、磁导率低，电磁特性不能满足需求。
模压成型会使软磁性粉末发生弹性形变及塑性形变，因此需对电感生坯进行退火处理，以去除内部应力。同时退火还可以消除粉末制备工序中产生的粉末内部的缺陷。因此退火可以提高磁性部的初始磁导率、降低铁损，提高电感元件的机械强度。根据软磁粉末种类的不同，退火温度一般在400～850℃之间，例如400℃、450℃、500℃、550℃、600℃、650℃、700℃、750℃、800℃、850℃以及任意两端点之间区间的任一值。退火温度过低则不足以释放内部残余应力，导致磁导率偏低、损耗偏高；退火温度过高会导致粉末表面的绝缘层破坏，反而使初始磁导率降低，涡流损耗增加。
本发明由软磁性粉末制成的磁性部和埋入磁性部内部的绕组制成磁粉-绕组共烧式电感元件，较佳采用Fe基软磁性粉末，用球形度≥95％的球形粉末，球形粉的比例为50wt％以上，优选为球形粉末的比例≥80wt％，更优选为全部使用球形粉；绕组优先为铜导体，优选为直线型铜导体，按上述方法制备获得铜铁共烧电感元件。
在一些实施例，本发明的制得的电感元件绝缘阻抗值(200V/10s)大于1MΩ，磁性部磁导率大于40。在一些实施例中，电感元件的磁导率为40～75，相对密度为70％-95％，10V/10s的绝缘电阻大于5MΩ，200V/10s的绝缘电阻大于1MΩ。
结合参照图2-8，其中图2-4粉末颗粒上标示的数字为球形度。以下结合多种非限定性实施例以及对比例具体说明本发明的磁粉-绕组共烧式电感元件的制备方法，并对获得的电感元件进行性能测试。
对比例1
本对比例的电感元件的制备方法包括以下工序：
成型工序，将软磁性合金粉和绕组放置于模具中进行模压成型，压力为8T/cm2，得到绕组埋于磁性部内部的电感生坯(引脚和电极部分暴露在磁性部外)；其中，制备磁性部的软磁性合金粉为铁硅铝合金粉末，球形度≥95％，球形粉组成比例100％，本实施例的铁硅铝合金粉末的形貌参照图2；绕组采用直线型铜导体；退火工序，将电感生坯放置于热处理炉内部并加热保温，使电感生坯因成型工序引入的残余应力得以释放，达到所需电磁特性的电感元件。其中，退火温度为700℃，保温时间1小时。
实施例1
本实施例电感元件的制备方法包括以下工序：
成型工序，将软磁性合金粉和绕组放置于模具中进行模压成型，压力为12T/cm2，得到绕组埋于磁性部内部的电感生坯(引脚/电极部分暴露在磁性部外)；其中，制备磁性部的软磁性合金粉为铁硅铝合金粉末，球形度≥95％，球形粉组成比例100％，本实施例的铁硅铝合金粉末的形貌参照图2；绕组采用直线型铜导体；退火工序，将电感生坯放置于热处理炉内部并加热保温，使电感生坯因成型工序引入的残余应力得以释放，达到所需电磁特性的电感元件。其中，退火温度为700℃，保温时间1小时。
实施例2
本实施例电感元件的制备方法包括以下工序：
成型工序，将软磁性合金粉和绕组放置于模具中进行模压成型，压力为16T/cm2，得到绕组埋于磁性部内部的电感生坯(引脚/电极部分暴露在磁性部外)；其中，制备磁性部的软磁性合金粉为铁硅铝合金粉末，球形度≥95％，球形粉组成比例100％，本实施例的铁硅铝合金粉末的形貌参照图2；绕组采用直线型铜导体；退火工序，将电感生坯放置于热处理炉内部并加热保温，使电感生坯因成型工序引入的残余应力得以释放，达到所需电磁特性的电感元件。其中，退火温度为700℃，保温时间1小时。
实施例3
本实施例电感元件的制备方法包括以下工序：
成型工序，将软磁性合金粉和绕组放置于模具中进行模压成型，压力为20T/cm2，得到绕组埋于磁性部内部的电感生坯(引脚/电极部分暴露在磁性部外)；其中，制备磁性部的软磁性合金粉为铁硅铝合金粉末，球形度≥95％，球形粉组成比例100％，本实施例的铁硅铝合金粉末的形貌参照图2；绕组采用直线型铜导体；退火工序，将电感生坯放置于热处理炉内部并加热保温，使电感生坯因成型工序引入的残余应力得以释放，达到所需电磁特性的电感元件。其中，退火温度为700℃，保温时间1小时。
对比例2
本对比例的电感元件的制备方法包括以下工序：
成型工序，将软磁性合金粉和绕组放置于模具中进行模压成型，压力为8T/cm2，得到绕组埋于磁性部内部的电感生坯(引脚/电极部分暴露在磁性部外)；其中，制备磁性部的软磁性合金粉为铁硅铝合金粉末和铁硅合金粉末的混合体，混合比例按重量比为8：2，其中铁硅铝合金粉末球形度≥95％(粉末形态参照图2)，铁硅合金粉末球形度≥50％(粉末形态参照图3)；球形粉组成比例80％；绕组采用直线型铜导体；
退火工序，将电感生坯放置于热处理炉内部并加热保温，使电感生坯因成型工序引入的残余应力得以释放，达到所需电磁特性的电感元件。退火温度为700℃，保温时间1小时。
实施例4
本实施例电感元件的制备方法包括以下工序：
成型工序，将软磁性合金粉和绕组放置于模具中进行模压成型，压力为12T/cm2，得到绕组埋于磁性部内部的电感生坯(引脚/电极部分暴露在磁性部外)；其中，制备磁性部的软磁性合金粉为铁硅铝合金粉末和铁硅合金粉末的混合体，混合比例按重量比为8：2，其中铁硅铝合金粉末球形度≥95％(粉末形态参照图2)，铁硅合金粉末球形度≥50％，(粉末形态参照图3)，球形粉组成比例80％；绕组采用直线型铜导体；
退火工序，将电感生坯放置于热处理炉内部并加热保温，使电感生坯因成型工序引入的残余应力得以释放，达到所需电磁特性的电感元件。退火温度为700℃，保温时间1小时。
实施例5
本实施例电感元件的制备方法包括以下工序：
成型工序，将软磁性合金粉和绕组放置于模具中进行模压成型，压力为16T/cm2，得到绕组埋于磁性部内部的电感生坯(引脚/电极部分暴露在磁性部外)；其中，制备磁性部的软磁性合金粉为铁硅铝合金粉末和铁硅合金粉末的混合体，混合比例按重量比为8：2，其中铁硅铝合金粉末球形度≥95％(粉末形态参照图2)，铁硅合金粉末球形度≥50％(粉末形态参照图3)；球形粉组成比例80％；绕组采用直线型铜导体；
退火工序，将电感生坯放置于热处理炉内部并加热保温，使电感生坯因成型工序引入的残余应力得以释放，达到所需电磁特性的电感元件。其中，退火温度为700℃，保温时间1小时。
实施例6
本实施例电感元件的制备方法包括以下工序：
成型工序，将软磁性合金粉和绕组放置于模具中进行模压成型，压力为20T/cm2，得到一绕组埋于磁性部内部的电感生坯(引脚/电极部分暴露在磁性部外)；其中，制备磁性部的软磁性合金粉为铁硅铝合金粉末和铁硅合金粉末的混合体，混合比例按重量比为8：2，其中铁硅铝合金粉末球形度≥95％(粉末形态参照图2)，铁硅合金粉末球形度≥50％(粉末形态参照图3)；球形粉组成比例80％；绕组采用直线型铜导体；
退火工序，将电感生坯放置于热处理炉内部并加热保温，使电感生坯因成型工序引入的残余应力得以释放，达到所需电磁特性的电感元件。其中，退火温度为700℃，保温时间1小时。
对比例3
本实施例电感元件的制备方法包括以下工序：
成型工序，将软磁性合金粉和绕组放置于模具中进行模压成型，压力为8T/cm2，得到绕组埋于磁性部内部的电感生坯(引脚/电极部分暴露在磁性部外)；其中，制备磁性部的软磁性合金粉为铁硅铝合金粉末和铁硅合金粉末的混合体，混合比例按重量比为5：5，其中铁硅铝合金粉末球形度≥95％(粉末形态参照图2)，铁硅合金粉末球形度≥50％(粉末形态参照图3)；球形粉组成比例50％；绕组采用直线型铜导体；
退火工序，将电感生坯放置于热处理炉内部并加热保温，使电感生坯因成型工序引入的残余应力得以释放，达到所需电磁特性的电感元件。其中，退火温度为700℃，保温时间1小时。
实施例7
本实施例电感元件的制备方法包括以下工序：
成型工序，将软磁性合金粉和绕组放置于模具中进行模压成型，压力为12T/cm2，得到绕组埋于磁性部内部的电感生坯(引脚/电极部分暴露在磁性部外)；其中，制备磁性部的软磁性合金粉为铁硅铝合金粉末和铁硅合金粉末的混合体，混合比例按重量比为5：5，其中铁硅铝合金粉末球形度≥95％(粉末形态参照图2)，铁硅合金粉末球形度≥50％(粉末形态参照图3)；球形粉组成比例50％；绕组采用直线型铜导体；
退火工序，将电感生坯放置于热处理炉内部并加热保温，使电感生坯因成型工序引入的残余应力得以释放，达到所需电磁特性的电感元件。其中，退火温度为700℃，保温时间1小时。
实施例8
本实施例电感元件的制备方法包括以下工序：
成型工序，将软磁性合金粉和绕组放置于模具中进行模压成型，压力为16T/cm2，得到绕组埋于磁性部内部的电感生坯(引脚/电极部分暴露在磁性部外)；其中，制备磁性部的软磁性合金粉为铁硅铝合金粉末和铁硅合金粉末的混合体，混合比例按重量比为5：5，其中铁硅铝合金粉末球形度≥95％(粉末形态参照图2)，铁硅合金粉末球形度≥50％(粉末形态参照图3)；球形粉组成比例50％；绕组采用直线型铜导体；
退火工序，将电感生坯放置于热处理炉内部并加热保温，使电感生坯因成型工序引入的残余应力得以释放，达到所需电磁特性的电感元件。其中，退火温度为700℃，保温时间1小时。
实施例9
本实施例电感元件的制备方法包括以下工序：
成型工序，将软磁性合金粉和绕组放置于模具中进行模压成型，压力为20T/cm2，得到绕组埋于磁性部内部的电感生坯(引脚/电极部分暴露在磁性部外)；其中，制备磁性部的软磁性合金粉为铁硅铝合金粉末和铁硅合金粉末的混合体，混合比例按重量比为8：2，其中铁硅铝合金粉末球形度≥95％(粉末形态参照图2)，铁硅合金粉末球形度≥50％(粉末形态参照图3)；球形粉组成比例80％；绕组采用直线型铜导体；
退火工序，将电感生坯放置于热处理炉内部并加热保温，使电感生坯因成型工序引入的残余应力得以释放，达到所需电磁特性的电感元件。其中，退火温度为700℃，保温时间1小时。
对比例4
本对比例的电感元件的制备方法包括以下工序：
成型工序，将软磁性合金粉和绕组放置于模具中进行模压成型，压力为8T/cm2，得到绕组埋于磁性部内部的电感生坯(引脚/电极部分暴露在磁性部外)；其中，制备磁性部的软磁性合金粉为铁硅铬合金粉末，球形度≥50％，粉末形态参照图3；球形粉组成比例100％；绕组采用直线型铜导体；
退火工序，将电感生坯放置于热处理炉内部并加热保温，使电感生坯因成型工序引入的残余应力得以释放，达到所需电磁特性的电感元件。其中，退火温度为700℃，保温时间1小时。
对比例5
本对比例的电感元件的制备方法包括以下工序：
成型工序，将软磁性合金粉和绕组放置于模具中进行模压成型，压力为12T/cm2，得到绕组埋于磁性部内部的电感生坯(引脚/电极部分暴露在磁性部外)；其中，制备磁性部的软磁性合金粉为铁硅铬合金粉末，球形度≥50％，粉末形态参照图3；球形粉组成比例100％；绕组采用直线型铜导体；
退火工序，将电感生坯放置于热处理炉内部并加热保温，使电感生坯因成型工序引入的残余应力得以释放，达到所需电磁特性的电感元件。其中，退火温度为700℃，保温时间1小时。
对比例6
本对比例的电感元件的制备方法包括以下工序：
成型工序，将软磁性合金粉和绕组放置于模具中进行模压成型，压力为16T/cm2，得到绕组埋于磁性部内部的电感生坯(引脚/电极部分暴露在磁性部外)；其中，制备磁性部的软磁性合金粉为铁硅铬合金粉末，球形度≥50％，粉末形态参照图3；球形粉组成比例100％；绕组采用直线型铜导体；
退火工序，将电感生坯放置于热处理炉内部并加热保温，使电感生坯因成型工序引入的残余应力得以释放，达到所需电磁特性的电感元件。其中，退火温度为700℃，保温时间1小时。
对比例7
本对比例的电感元件的制备方法包括以下工序：
成型工序，将软磁性合金粉和绕组放置于模具中进行模压成型，压力为20T/cm2，得到绕组埋于磁性部内部的电感生坯(引脚/电极部分暴露在磁性部外)；其中，制备磁性部的软磁性合金粉为铁硅铬合金粉末，球形度≥50％，粉末形态参照图3；球形粉组成比例100％；绕组采用直线型铜导体；
退火工序，将电感生坯放置于热处理炉内部并加热保温，使电感生坯因成型工序引入的残余应力得以释放，达到所需电磁特性的电感元件。其中，退火温度为700℃，保温时间1小时。
对比例8
本实施例电感元件的制备方法包括以下工序：
成型工序，将软磁性合金粉和绕组放置于模具中进行模压成型，压力为8T/cm2，得到绕组埋于磁性部内部的电感生坯(引脚/电极部分暴露在磁性部外)；其中，制备磁性部的软磁性合金粉为异形铁硅铝合金粉末，为非球形粉，粉末形态参照图4；绕组采用直线型铜导体；
退火工序，将电感生坯放置于热处理炉内部并加热保温，使电感生坯因成型工序引入的残余应力得以释放，达到所需电磁特性的电感元件。其中，退火温度为700℃，保温时间1小时。
对比例9
本对比例的电感元件的制备方法包括以下工序：
成型工序，将软磁性合金粉和绕组放置于模具中进行模压成型，压力为12T/cm2，得到绕组埋于磁性部内部的电感生坯(引脚/电极部分暴露在磁性部外)；其中，制备磁性部的软磁性合金粉,为异形铁硅铝合金粉末，为非球形粉，粉末形态参照图4；绕组采用直线型铜导体；
退火工序，将电感生坯放置于热处理炉内部并加热保温，使电感生坯因成型工序引入的残余应力得以释放，达到所需电磁特性的电感元件。其中，退火温度为700℃，保温时间1小时。
对比例10
本对比例的电感元件的制备方法包括以下工序：
成型工序，将软磁性合金粉和绕组放置于模具中进行模压成型，压力为16T/cm2，得到绕组埋于磁性部内部的电感生坯(引脚/电极部分暴露在磁性部外)；其中，制备磁性部的软磁性合金粉为异形铁硅铝合金粉末，为非球形粉，粉末形态参照图4；绕组采用直线型铜导体；
退火工序，将电感生坯放置于热处理炉内部并加热保温，使电感生坯因成型工序引入的残余应力得以释放，达到所需电磁特性的电感元件。其中，退火温度为700℃，保温时间1小时。
对比例11
本对比例的电感元件的制备方法包括以下工序：
成型工序，将软磁性合金粉和绕组放置于模具中进行模压成型，压力为20T/cm2，得到绕组埋于磁性部内部的电感生坯(引脚/电极部分暴露在磁性部外)；其中，制备磁性部的软磁性合金粉为异形铁硅铝合金粉末，为非球形粉，粉末形态参照图4；绕组采用直线型铜导体；
退火工序，将电感生坯放置于热处理炉内部并加热保温，使电感生坯因成型工序引入的残余应力得以释放，达到所需电磁特性的电感元件。其中，退火温度为700℃，保温时间1小时。
对上述实施例1-9以及对比例1-11获得的成品电感元件进行测试磁性部的密度及磁导率。切割电感获得小块磁性部，使用排水法测量磁性部密度，相对密度＝磁性部密度/粉末真密度。使用LCR表测试电感的初始电感量，并通过公式μ＝L*le/(Ae*N2)计算出磁导率μ，其中le、Ae为电感的有效磁路长度及有效截面积，N为绕组圈数。使用耐压测试仪测试绝缘耐压，将电感置于两块平行电极板间，在两电极间施加特定的电压，检查耐压情况。测试结果如表1。
表1成品电感元件性能测试结果
表1的结果显示：本发明实施例提供的电感器，相比于现有技术制作的电感器，磁性部具有更高的磁导率，且绝缘耐压更高。
上述实施例1-9以及对比实施例1-11中，对成型压力与电感磁性部相对密度进行测试，测试结果参照图5，测试结果显示，成型压力越大，磁性部相对密度越高。
对上述实施例1-9以及对比实施例1-6所获得的电感元件进行磁导率与绝缘电阻进行测试，参照图6所示的磁导率与绝缘电阻的关系线图，其中，实线代表10V/10s的绝缘电阻，虚线代表200V/10s的绝缘电阻。测试结果显示：
电感磁性部全部使用球形度高的软磁粉末制成时，具有最高的绝缘耐压，磁导率为29～62，且磁导率由41升至62的情况下，绝缘耐压不会降低；
电感磁性部使用80％的球形度高的粉末，绝缘耐压降低2个数量级，磁导率在31～58之间；使用50％的球形度高的粉末，绝缘耐压继续降低一个数量级，同时，随着成形压力升高，磁导率升高、绝缘压力恶化；
不使用球形度高的粉末，则该电感的绝缘耐压大幅恶化，尤其在200V/10s的条件下，会出现导通的情况。
同时，当成型压力为8T/cm2时，尽管球形粉保证了电感的绝缘耐压，但磁导率低，不利于实现电感的小型化，影响电源模块的效率。
由此可知，选择合适比例的高球形度软磁粉末和相应的成型压力，可以获得高磁导率和高绝缘耐压的一体成型电感。本发明由软磁性粉末制成的磁性部和埋入磁性部内部的绕组制成磁粉-绕组共烧式电感元件，较佳采用Fe基软磁性粉末，用球形度≥95％的球形粉末，球形粉的比例为50wt％以上，优选为球形粉末的比例≥80wt％，更优选为全部使用球形粉；绕组优先为铜导体，优选为直线型铜导体，按上述方法制备获得铜铁共烧电感元件。成型压力为12～24T/cm2，优选为16～22T/cm2，更优选为18～20T/cm2。适当提高压力可以增加磁性部密度使磁导率升高，但压力过大有降低电感绝缘特性的风险，尤其是圈数大于1的螺线型线圈；压力过低则可能导致电感强度差、磁导率低，电磁特性不能满足需求。
在一些实施例，本发明制得的磁粉-绕组共烧式电感元件绝缘阻抗值(200V/10s)大于1MΩ，磁性部磁导率大于40。在一些实施例中，电感元件的磁导率为40～75，相对密度为70％-95％，10V/10s的绝缘电阻大于5MΩ，200V/10s的绝缘电阻大于1MΩ。
本发明上述具体实施方案以及他们之间的所有可能的组合。出于简洁的目的，本申请没有逐一记载实施方案的各种具体组合方式，但应当认为本申请具体记载并涵盖了所述技术方案的所有可能的组合方式。
上述实施例对本发明技术方案进行了系统详细的说明，应理解的是上述所实例仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明。凡在本发明原则范围内所做的任何修改、修补或等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种磁粉-绕组共烧式电感元件，形成由软磁性粉末制成的磁性部和埋入磁性部内部的绕组，其特征在于，所述软磁性粉末中包含50wt％以上的球形粉；所述磁粉-绕组共烧式电感元件是通过模压成型制成，成型压力为12～24T/cm2。
2.如权利要求1所述的电感元件，其特征在于，
所述球形粉的球形度≥95％；
所述软磁性粉末中包含80wt％以上的球形粉；
所述成型压力为16～22T/cm2。
3.如权利要求2所述的电感元件，其特征在于，
所述软磁性粉末全部使用球形粉；
所述成型压力为18～20T/cm2。
4.如权利要求1所述的电感元件，其特征在于，所述软磁性粉末为Fe、Fe-Si、Fe-Ni、Fe-Si-Cr、Fe-Si-Al金属磁性粉、Fe基非晶磁性粉、纳米晶磁性粉中的一种或两种以上的混合物。
5.如权利要求1-4任一项所述的电感元件，其特征在于，所述绕组为直线型或螺旋形线圈，其中，螺旋形线圈的螺线圈数小于4。
6.如权利要求5所述的电感元件，其特征在于，所述螺旋形线圈的螺线圈数为2。
7.如权利要求1任一项所述的电感元件，其特征在于，所述软磁性粉末表面设有绝缘层。
8.一种制备方法，用于制备如权利要求1-7任一项所述的磁粉-绕组共烧式电感元件，包括以下工序：
成型工序，将软磁性粉末和绕组放置于模具中，施加压力进行模压成型，成型压力为12～24T/cm2，得到绕组埋于磁性部内部的电感生坯；其中，所述软磁性粉包含50wt％以上的球形粉；
退火工序，将电感生坯放置于热处理炉内并加热保温，使电感生坯内部因部的残余应力得以释放，获得电感元件。
9.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，退火温度为400～850℃。
10.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述绕组为直线型或螺旋形线圈，其中，螺旋形线圈的螺线圈数小于4。
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