高電流功率電感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明的領(lǐng)域涉及電子元件和制造這些元件的方法，以及更特別地涉及電感器、 變壓器和制造這些器件的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 典型的電感器可包括環(huán)狀芯和成型芯，其中包含屏蔽芯和鼓芯、U型芯和I型芯、E 型芯和I型芯以及其它匹配形狀。這些電感器的典型芯材料是鐵氧體或標(biāo)準(zhǔn)的粉芯材料， 其包括鐵（Fe)、鋁硅鐵粉（Al-Si-Fe)、MPP(M〇-Ni-Fe)和"高磁通（HighFlux) "(Ni-Fe)。電 感器典型地具有環(huán)繞芯的導(dǎo)電繞組，其可包括但不限于平面或圓形的磁體線圈、沖壓銅箔、 或夾子。繞組可直接纏繞在鼓芯或其它線筒芯上。繞組的每一個(gè)末端可被看作是引線并用 于將電感器耦合到電路。根據(jù)應(yīng)用的要求，繞組可以是預(yù)成型的、半預(yù)成型的、或不成型的。 不連續(xù)的芯可通過(guò)粘接劑粘到一起。
[0003] 隨著功率電感器向更高電流的趨勢(shì)發(fā)展，提供的電感器需要存在有更靈活的形 狀因數(shù)、更強(qiáng)大的配置、更高的功率和能量密度、更高的效率，和更嚴(yán)格的電感和直流電阻 ("DCR"）容差。DC-DC變換器和電壓調(diào)節(jié)模塊（"VRM"）的應(yīng)用經(jīng)常要求電感器具有更嚴(yán) 格的DCR容差，由于成品的制造工藝現(xiàn)在很難提供。在典型的電感器中提供更高的飽和電 流和更嚴(yán)格的容差DCR，目前的解決方案已經(jīng)變得非常困難和昂貴，并從這些典型的電感器 不能提供最好的性能。因此，電流電感器需要這樣的改善。
[0004] 為了改善某些電感器的特性，近來(lái)環(huán)狀芯已經(jīng)使用非晶粉末材料作為芯材料來(lái)制 造。環(huán)形芯要求線圈或繞組被直接纏繞在芯上。在這個(gè)繞制工藝期間，該芯可能很容易破 碎，因此導(dǎo)致制造工藝?yán)щy和它使用在表面貼裝中更昂貴的費(fèi)用。此外，由于在環(huán)形芯中不 均勻的線圈繞組和線圈張力變化，DCR不是很一致，而這在DC-DC變換器和VRM中是特別需 要的。由于在壓制過(guò)程期間涉及高的壓力，不可能使用非晶粉末材料制造成型芯。
[0005] 由于在電子封裝中的進(jìn)展，制造具有微型結(jié)構(gòu)的功率電感器是趨勢(shì)。因此，芯結(jié)構(gòu) 必須具有小而再小的外形，從而它它們可以適應(yīng)現(xiàn)代電子器件，它它們中的一些可以是微 小的或具有非常薄的外形。制造小外形的電感器已經(jīng)使制造商遇到了許多困難，因此使得 制造工藝變得昂貴。
[0006] 例如，當(dāng)組件變得越來(lái)越小的時(shí)候，由于元件手繞的性質(zhì)，困難增加了。這些手繞 的組件在自身的生產(chǎn)中產(chǎn)生了矛盾。另一個(gè)遇到的困難包括成型芯是非常脆的且整個(gè)制造 工藝芯傾向于破碎。另外的困難是由于裝配期間兩個(gè)分離的芯之間的間隙誤差，電感是不 一致的，兩個(gè)芯包括但不限于鼓芯和屏蔽芯，ER型芯和I型芯，以及U型芯和I型芯。進(jìn)一 步困難是由于繞制工藝期間不均勻的纏繞和張力，DCR是不一致的。當(dāng)想要制造微小結(jié)構(gòu) 電感器時(shí)，這些困難僅僅代表了許多遇到的困難中的一些例子。
[0007] 像其它組件，在競(jìng)爭(zhēng)激烈的電子設(shè)備制造業(yè)中，檢查電感器的制造工藝件已經(jīng)作 為減小花費(fèi)的方法。當(dāng)制造的組件是低費(fèi)用、高容量的組件時(shí)，制造費(fèi)用的減少是特別想要 的。在高容量組件中，當(dāng)然制造成本的任何減少是重要的。制造中使用的一種材料可能比 另一種材料具有更高的花費(fèi)是可能的。但是，使用更昂貴的材料，整個(gè)制造成本可能是較少 的，因?yàn)橹圃旃に囍挟a(chǎn)品的穩(wěn)定性和一致性比用較少費(fèi)用的材料制造的相同產(chǎn)品的穩(wěn)定性 和一致性更高。因此，大量實(shí)際制造的產(chǎn)品可以被銷(xiāo)售，而不是被丟棄。此外，也可能的是， 用于制造組件的一種材料可能比另一種材料具有更高的成本，但是人力成本的節(jié)約遠(yuǎn)遠(yuǎn)補(bǔ) 償了材料成本的增加。這些例子僅僅是許多減少制造成本中的一些。
[0008] 提供具有芯和繞組結(jié)構(gòu)的磁組件變成想要的，它能允許下面一個(gè)或多個(gè)的改進(jìn)， 更靈活的形狀因子、更堅(jiān)固的構(gòu)造、更高的功率和能量密度、更高的效率、更寬的工作頻率 范圍、更寬的工作溫度范圍、更高的飽和磁通量密度、更高的有效透磁率，和更嚴(yán)格的電感 和DCR容差，而基本上沒(méi)有增加組件的大小和占據(jù)不適當(dāng)?shù)目臻g，特別當(dāng)在電路板的應(yīng)用 上使用時(shí)。提供具有芯和繞組結(jié)構(gòu)的磁組件也變成想要的，它能允許制造成本更低和獲得 更一致的電力和機(jī)械性能。甚至，想要提供磁組件，嚴(yán)格控制大批量生產(chǎn)DCR。
【附圖說(shuō)明】
[0009] 前述和其它的特征以及本發(fā)明的方面參考下面本發(fā)明的一些示例實(shí)施例的描述 將被最好地理解，同時(shí)結(jié)合附圖一起閱讀。
[0010] 附圖1舉例說(shuō)明了根據(jù)示例實(shí)施例在制造工藝的多個(gè)階段期間具有ER-I成型芯 的功率電感器的透視圖。
[0011] 附圖2舉例說(shuō)明了根據(jù)示例實(shí)施例在制造工藝的多個(gè)階段期間具有U-I成型芯的 功率電感器的透視圖。
[0012] 附圖3A舉例說(shuō)明了根據(jù)示例實(shí)施例的對(duì)稱(chēng)U型芯的透視圖。
[0013] 附圖3B舉例說(shuō)明了根據(jù)示例實(shí)施例不對(duì)稱(chēng)的U型芯的透視圖。
[0014] 附圖4舉例說(shuō)明了包括功率電感器的電路板組件。
[0015] 附圖5圖示地舉例說(shuō)明了包括附圖4中示出的功率電感器的電子電路。
[0016] 附圖6舉例說(shuō)明了在制造工藝的多個(gè)階段期間具有U-I型芯的功率電感器的另一 個(gè)示例實(shí)施例的透視圖。
[0017] 附圖7是附圖6示出的I型芯的透視圖。
[0018] 附圖8是附圖7示出的I型芯的頂視圖。
[0019] 附圖9是附圖7示出的I型芯的側(cè)視圖。
[0020] 附圖10舉例說(shuō)明了根據(jù)示例實(shí)施例在制造工藝的多個(gè)階段期間具有U-I成型芯 的功率電感器的透視圖。
[0021] 附圖11是附圖10中示出的U型芯的透視圖。
[0022] 附圖12是附圖10示出的組裝的組件功率電感器的第一側(cè)視圖。
[0023] 附圖13是附圖10的組裝組件的第二側(cè)視圖。
[0024] 附圖14是包括第一和第二成型芯的功率電感器的另一個(gè)實(shí)施例的組裝透視圖。
[0025] 附圖15是附圖14示出的功率電感器組裝之后的第一側(cè)視圖。
[0026] 附圖16是附圖15的功率電感器的第二側(cè)視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 參考附圖1-5,示出的是磁性組件或器件的示例實(shí)施例的多個(gè)舉例說(shuō)明的視圖。在 一個(gè)示例實(shí)施例中，器件是電感器，盡管認(rèn)為下面描述的本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)可歸于其它種類(lèi)的 器件。當(dāng)下面所描述的材料和技術(shù)被認(rèn)為對(duì)扁平電感器的制造是特別有好處時(shí)，公認(rèn)的電 感器是一種電子組件，在其中本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)也是可以預(yù)期的。因此，說(shuō)明書(shū)的闡述僅僅是為 了說(shuō)明的目的，且預(yù)期的是本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)歸于其它尺寸和種類(lèi)的電感器，以及其它電子組 件，包括但不限于變壓器。因此，本文中發(fā)明構(gòu)思的實(shí)踐并不唯一限于本文描述的示例實(shí)施 例和附圖中的舉例說(shuō)明。此外，理解的是，附圖并不是限制，各種組件的厚度和其它尺寸為 了清楚的目的已經(jīng)被放大。
[0028] 圖1舉例說(shuō)明了根據(jù)示例實(shí)施例在制造工藝的多個(gè)階段期間具有ER-I成型芯的 功率電感器的透視圖。在這個(gè)實(shí)施例中，功率電感器100包括ER型芯110、預(yù)制線圈130和 I型芯150。
[0029] ER型芯110形狀總體是方形或矩形，并具有基底112，兩個(gè)側(cè)壁114、115，兩個(gè)端壁 120、121，插座124,和中心突起或桿126。兩個(gè)側(cè)壁114、115延伸到基底112的整個(gè)縱向長(zhǎng) 度并具有外表面116和內(nèi)表面117,其中內(nèi)表面117最接近中心突起126。兩個(gè)側(cè)壁114、 115的外表面116基本是平的，該兩個(gè)側(cè)壁的內(nèi)表面117是凹的。兩個(gè)端壁120、121從基底 112的每一個(gè)側(cè)壁114、115的端部延伸了基底112寬度的部分，如此間隙122、123分別形成 在兩個(gè)端壁120、121的每一個(gè)中。這個(gè)間隙122、123可基本形成在兩個(gè)端壁120、121的每 一個(gè)的中心，如此兩個(gè)側(cè)壁114、115彼此成鏡像。插座124由兩個(gè)側(cè)壁114、115和兩個(gè)端 壁120、121定義。中心突起126可位于ER型芯110的插座124的中心并可從ER型芯110 的基底112向上延伸。中心突起126可延伸到基本上與兩個(gè)側(cè)壁114、115和兩個(gè)端壁120、 121相同的高度，或延伸的高度小于兩個(gè)側(cè)壁114、115和兩個(gè)端壁120、121的高度。這樣， 中心突起126延伸進(jìn)入預(yù)制線圈130的內(nèi)周132,以保持預(yù)制線圈130相對(duì)于ER型芯110 在固定、預(yù)定和中心的位置。
[0030] 預(yù)制線圈130具有一匝或多匝的線圈，和兩個(gè)端子134、136,或引線，它們彼此以 180°從預(yù)制線圈130延伸。兩個(gè)端子134、136從預(yù)制線圈130以向外的方向延伸，然后以 向上的方向，然后返回以向內(nèi)的方向朝向預(yù)制線圈130,因此每一個(gè)形成U型結(jié)構(gòu)。預(yù)制線 圈130定義了預(yù)制線圈130的內(nèi)周132。預(yù)制線圈130的結(jié)構(gòu)被設(shè)計(jì)成憑借中心突起126 耦合預(yù)制線圈130到ER型芯110,如此中心突起126延伸進(jìn)入預(yù)制線圈130的內(nèi)周132。預(yù) 制線圈130由銅制成并電鍍有鎳和錫。盡管預(yù)制線圈130由銅制成并具有鎳和錫鍍層，其它 合適的導(dǎo)電材料，包括但不限于鍍金和焊錫，可用于制造預(yù)制線圈130和/或兩個(gè)端子134、 136而沒(méi)有脫離本發(fā)明的范圍或精神。此外，盡管預(yù)制線圈130已經(jīng)被描述為一種可在該實(shí) 施例中