[发明专利]一种用于开关电源模块无源基板的铁氧体嵌板和磁芯结构

说明书

技术领域

本发明涉及开关电源模块，特别涉及一种用于开关电源模块无源基板的 铁氧体嵌板和磁芯装置。

背景技术

高功率密度、超薄的厚度和低成本一直是开关电源模块追求的目标。超 薄尺寸的电力电子元件，尤其是超薄尺寸的磁芯元件是实现开关电源小型化、 扁平化的关键。将磁芯元件嵌入印刷电路板形成无源基板来实现电感和变压 器是实现超薄功率变换器的一个技术趋势。中国专利文献CN101018446已经 提出了采用与印刷电路板兼容的工艺制作无源基板的方法，但是该方法中用 于无源基板的磁芯元件选用商用铁氧体扁平磁芯，是采用金刚石切割机切割 而成，或是采用烧结炉按设计需要烧结压制而成的。这种制备无源基板磁芯 的方法存在以下两方面主要缺点：一方面是不利于磁芯的标准化、模块化设 计，磁芯生产效率低，成本高；另一方面，在无源集成模块中，由于电感磁 芯的扁平结构，磁芯横截面的纵横比往往十分悬殊，出现气隙长度比横截面 宽度大很多的情况，这样会导致电感的磁场在气隙处产生很大的边缘效应， 常规的电感设计方法不再适用。即使通过对常规电感设计公式加入修正系数 可以减少设计误差，由扁平电感磁芯中的气隙产生的边缘效应，仍旧会加剧 电流在绕线中的不均匀分布，从而导致额外的铜损。另外，由于整块扁平磁 芯表面积较大且比较薄，在压制到无源基板中时容易碎片，成品率不高。针 对扁平磁芯装置，也有人提出采用铁氧体聚合物来制作磁芯。铁氧体聚合物 是将铁氧体做成粉末，通过参入聚合物形成的复合体。通过控制铁氧体粉末 和聚合物的比例可以控制铁氧体聚合物的平均磁导率。虽然铁氧体聚合物材 料制作的磁芯通过等效，将集中的气隙平均分布到整段磁路中，从而减小了 边缘效应对铜损的影响，但是这种材料的磁导率往往过低，磁芯损耗过大， 也不适用于有高频率高效率要求的开关电源模块。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种用于开关电源模 块无源基板的磁芯装置，它能够使磁芯的设计标准化、模块化，提高生产效 率，降低生产成本；同时，能够降低磁芯气隙处的边缘效应，减小了铜损， 提高效率；另外，压制到无源基板中时不宜碎片，成品率高。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

技术方案1：一种用于开关电源模块无源基板的铁氧体嵌板，其特征在 于，包括垫板以及粘贴在垫板上的铁氧体单元，所述铁氧体单元为长方体， 所述铁氧体单元之间的气隙中固化有铁氧体胶状聚合物。

本技术方案的进一步特点在于：

所述铁氧体胶状聚合物由铁氧体粉末和环氧树脂类聚合物混合而成，或 由铁氧体粉末和有机硅类聚合物混合而成。

所述垫板为塑料薄膜，或者绝缘纸，或者PCB板，或者铁氧体聚合物薄 膜。

所述铁氧体单元的上下表面为正方形。

所述铁氧体单元之间的纵向气隙和横向气隙宽度相等。

技术方案2：一种用于开关电源模块无源基板的磁芯装置，其特征在于， 由上述铁氧体嵌板经过裁剪、层叠、拼接或者其组合的方法而做成。

由于本发明将铁氧体烧结或切割成标准形状为长方体的铁氧体单元，将 铁氧体单元粘贴在垫板上，然后经过裁剪、层叠、拼接成所需几何形状和尺 寸的磁芯装置，使磁芯的设计更加标准化、模块化，生产更加简单，成本低， 效率高。同时，在铁氧体单元之间的气隙中固化有铁氧体胶状聚合物，铁氧 体聚合物由铁氧体粉末和环氧树脂类聚合物混合而成，或由铁氧体粉末和有 机硅类聚合物混合而成。铁氧体胶状聚合物相对磁导率大于1，铁氧体单元之 间的等效气隙长度会减小，从而减小了磁阻，可获得高电感值的磁芯。

另外，本发明的磁芯装置可以通过将集中的气隙分段平均分布在磁路 中，降低边缘效应，使铜损得以减小；本发明通过较小面积磁块拼接成大面 积磁芯，压制到无源基板时不宜碎片，提高了成品率。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

图1是铁氧体单元的示意图；

图2是单层布满铁氧体单元的嵌板的立体示意图；

图3是铁氧体嵌板成型过程示意图；

图4是不带中心柱的卧式磁芯装置成型过程示意图；

图5是带有中心柱的卧式磁芯结构成型过程示意图；

图6(a)是带有多个中心柱的单层卧式磁芯装置成型过程示意图；