[发明专利]强电流磁性部件及制造方法

说明书

技术领域

本发明总地涉及电子部件以及制造这些部件的方法、更确切地涉及电感器、变压器以及制造这些零件的方法。

背景技术

典型的电感器可包括环形芯部和成形芯部，而成形芯部又包括屏蔽芯部和鼓形芯部、U形芯部和I形芯部、E形芯部和I形芯部以及其它匹配的形状。用于这些电感器的典型芯部材料是铁氧体或常规粉末芯部材料，包括铁、铝硅铁(Sendust)(Fe-Si-Al)、钼镍铁(MPP)(Ni-Mo-Fe)、镍铁(HighFlux)(Ni-Fe)。电感器通常具有卷绕在芯部周围的导电绕组，该绕组可包括但不局限于会是平的或圆的磁性导线线圈、冲压铜箔或线夹。该线圈可直接卷绕在鼓形芯部或其它线轴芯部上。绕组的每个端部可称作引线并且用于将电感器联接于电路。绕组可根据应用需求而预成型、半预成型或非预成型。离散芯部可通过粘合剂来粘结在一起。

随着功率电感器的趋势朝更高强度电流行进，存在提供如下电感器的需求：这些电感器具有更灵活的形状因素、更坚固的构造、更高的功率和能量密度、更高的效率以及更高精度的电感和直流电阻(“DCR”)容差。直流对直流转换器和调压器模块(“VRM”)应用通常需要具有更高精度DCR容差的电感器，但由于产成品制造工艺，目前难于提供此种电感器。用于在典型的电感器中提供更高的饱和电流和更高精度容差的DCR的现有解决方案已变得非常困难和昂贵，并且从这些典型的电感器中无法提供最佳性能。因此，需要对当前的电感器进行这些改进。

为了改进某些电感器特征，最近已使用无定形粉末材料用于芯部材料来制造环形芯部。环形芯部需要直接卷绕在芯部上的线圈或绕组。在此种卷绕工艺中，芯部会非常易于破裂，由此致使该制造工艺在表面安装技术中的使用方面较为困难并且更为昂贵。此外，由于在环形芯部中的不均匀线圈卷绕和线圈张力变化，DCR并不十分恒定，而在直流对直流转换器和VRM中通常需要此种恒定性。由于在压制工艺过程中所涉及的高压，无法使用无定形粉末材料来制造成形芯部。

由于电子封装中的先进性，现在的趋势是制造具有小型结构的功率电感器。因此，芯部结构须具有越来越低的轮廓，使得它们可由调制解调器电子装置所容纳，而其中一些调制解调器电子装置可能是细长的或具有非常薄的轮廓。制造具有低轮廓的电感器已致使制造商遇到许多困难，由此致使制造工艺较为昂贵。

例如，在部件变得越来越小的情形下，由于部件手工卷绕的性质，难度会上升。这些手工卷绕的部件使得产品本身不一致。另一个所遇到的困难包括：在整个制造工艺中，成形芯部非常易碎并且易于破裂。其它困难在于：在组装过程中，由于两个离散芯部之间的间隙偏差，电感是不恒定的，且这两个离散芯部包括但不局限于鼓形芯部和屏蔽芯部、ER芯部和I形芯部以及U形芯部和I形芯部。又一困难在于：在卷绕工艺中，由于不均匀的卷绕和张力，DCR是不恒定的。这些困难代表在试图制造具有小型结构的电感器中所遇到的许多困难中的仅仅一些困难。

类似于其它部件那样，用于电感器的制造工艺已被仔细审查，以减小高度竞争的电子制造业的成本。当被制造的电子部件是低成本的并且是高产量的部件时，对于制造成本的降低是尤为理想的。在高产量的部件中，制造成本的任何减小当然是显著的。制造中使用的一种材料会比另一种材料具有更高的成本。然而，通过使用较贵材料，可使整体制造成本较低，这是由于产品在制造工艺中的可靠性和恒定性大于利用较低成本材料制成的相同产品的可靠性和恒定性。因此，可售出更多数量的有效制成的产品，而非被销毁。此外，在制造部件中使用的一种材料会比另一种材料具有更高的成本，但人工成本比对于材料成本增加的补偿节省得更多。这些示例仅仅是用于降低制造成本的许多方式中的一些。

希望提供一种磁性部件，该磁性部件具有芯部和绕组构造并且能实现一些改进中的一个或多个：更灵活的形状因素、更坚固的构造、更高的功率和能量密度、更高的效率、更宽的工作频率范围、更宽的工作温度范围、更高的饱和磁通密度、更高的有效渗透率以及更高精度的电感和DCR容差，但又不会显著地增大部件的尺寸并占据多度的空间，且在用于电路板应用上时尤为如此。还希望提供如下一种具有芯部和绕组构造的磁性部件：该磁性部件可允许较低成本的制造并实现更恒定的电气和机械性能。此外，希望提供一种磁性部件，该磁性部件在大批量生产上紧密地控制DCR。

发明内容