线圈元件及其制造方法 【技术领域】
本发明涉及用于各种电子设备的线圈元件及其制造方法。
技术背景
参考下列图面将描述一传统的线圈元件。
图9是一传统的线圈元件的透视图。图10是线圈元件的剖面图。图11表示线圈元件部分制造过程的剖面图。
在图9-11中，传统的线圈元件包含一带有通孔的线圈52，用磁性材料制成的包装件53，其中置有线圈52，以及和线圈52连接的接线端。包装件53是将磁性粉末55加压模压成形的，使覆盖线圈。
包装件53是在将其整个部件置于恒定的模压下形成地，而且包装件53在其整个部件上的密度非常均匀。
在这种传铳的线圈结构中，当要求降低线圈元件的高度时，为了完全压缩包装件53，需要增加施于包装件53上的压力。
然而，可以压缩包装件53来降低包装件的高度，但同时也将包装件53的顶部和底部的厚度减少了。因此就有一个问题，即易于产生磁饱和，当磁力线经过线圈53的通孔穿过包装件53的顶部和低部时，降低了它的可靠性。
为了解决上述问题，本发明提供了一种提高了可靠性的线圈元件，其中，即使为了降低线圈元件的高度而将线圈元件的厚度减少时，也不易发生磁饱和。
【发明内容】
本发明线圈元件的包装是一含有磁粉的压缩粉块(compressed powder)磁芯，它包括一处于线圈上部的顶部、一处于线圈下部的底部和一相当于线圈高度的中部。还有，包含线圈的包装的中部的外层厚度(线圈和包装外表间的距离)比线圈的通孔直径为小，并且同时，在顶部和底部的密度要比中部的更大。
用上述结构，即使当包装件的顶部和底部由于被加压而使含有线圈的中部的外层厚度变成比线圈的通孔的直径为小，致使包装件的顶部和底部的高度降低，但有可能消除在顶部和底部磁饱和的发生。这是因为顶部和底部的密度比中部的更大。
这就是，线圈的通孔的内部即相当于包装件的中部的密度比包装件的顶部和底部的密度为小。因此即使当通过通孔的磁力线经过厚度比通孔的直径为小的顶部和底部时，在顶部和底部磁饱和并不发生，从而使线圈元件降低高度成为可能。这是因为在顶部和底部包装件的密度比中部的大，因此可以提高顶部和底部的磁导率。
附图简要说明
图1是本发明的一较佳实施例中线圈元件的剖面图。
图2是该线圈元件的透视图。
图3(a)至3(e)分别表示线圈元件的部分制造过程。
图4是供线圈元件生产的压缩粉块的透视图。
图5是连有接线端的线圈的透视图。
图6是线圈元件在接线端形成前的透视图。
图7(a)至7(e)表示本发明的其它线圈元件的部分制造过程。
图8(a)至8(d)分别表示本发明的另些其它线圈元件的部分制造过程。
图9是一传统线圈元件的透视图。
图10是该传统线圈元件的剖面图。
图11表示该传统线圈元件的部分制造过程的剖面图。
实施本发明的最件方式
第一实施例
在下列实施例中将参考附图对本发明加以说明。
图1是本发明的一较佳实施例中线圈元件的剖面图。图2是该线圈元件的透视图。图3(a)至3(e)表示本线圈元件的部分制造过程。图4是供线圈元件生产的压缩粉块的透视图。图5是一连有接线端的线圈的透视图。图6是该线圈元件在接线端形成之前的透视图。
从图1至图6，在本发明的一实施例中线圈元件的外形为高2至5mm和10mm四方，其中有带通孔1的线圈2、含有线圈2的包装件3和连接线圈2的接线端4。
还有，包装件3是一含有磁粉的压缩粉块的磁芯(粉芯)。包装件3的材料包含热固性粘合树脂，它由韧性树脂成分和弹性树脂成分的硅树脂和磁粉组成。这些材料在不加热状态下混合，这样热固性树脂不会凝固，并在0.5至2.0t/cm2的压力下加压成形，从而形成压缩粉块5。再有，压缩粉块5还要承受3.0至5.0t/cm2的压力下再次模压，加热到100℃至180℃，将线圈封装，这样，热固性树脂完全凝固，从而将包装件3模压成型。
压缩粉块磁芯(粉芯)使用经热处理的软性磁合金粉末作为磁性粉末。磁性合金粉末的平均颗粒直径为1μm至100μm，它包括成分A、铬(Cr)、氧(O)、镁(Mn)、碳(C)和铁(Fe)。成分A至少包括从由下列成分组成的一组中选出的一种成分：硅(Si)、铝(Al)、钛(Ti)和镁(Mg)。上述每种成分的组成如下：1％重量≤成分A≤7％重量，2％重量≤Cr≤8％重量，0.05％重量≤O≤0.6％重量，0.01％重量≤Mn≤0.2％重量，0.005％重量≤C≤0.2％重量，其余是铁(Fe)。还要根据线圈元件的使用环境条件，有可能使用镍(Ni)以2％重量≤Ni≤15％重量来代替成分A。
如图3(b)所示，使用两块压缩粉块5进行包装件3的模压。压缩粉块5具有一强部分，该部分的压缩粉块的形状不会在再次模压时被压力所崩坍，还有一弱部分，该部分的压缩粉块5的形状在再次模压时将被压力所崩坍。
如图4所示，压缩粉块5呈盆状，其剖面成“E”字形，并有背部6、中心部7和外侧部8，背部6用作强部分，而中心部7和外侧部8分别用作弱部分。弱部分和强部分是通过控制压缩粉块的密度而形成。这就是，压缩粉块的密度在弱部分处较小，而在强部分处较大。弱部分的强度要能在受到不多几kg/cm2的压力时其形状即被破坏。
这里，所谓压缩粉块5的形状被“崩坍”，意思是其形状被压碎成磁粉颗粒大小的尺寸。在强部分压缩粉块5有足够的强度可保持其形状，而在弱部分不希望它被压碎成团块，也即其形状未被压碎成磁粉的颗粒大小。
如图3(a)至3(d)，在对包装件3进行模压时压缩粉块在压力下被再次模压，将线圈2的顶部和底部保持在两块压缩粉块5的强部分之间，并使线圈2的外周边和通孔1的内部被崩坍的弱部分所覆盖。还有，压缩粉块在再次模压时在压力下加热，使热固性树脂完全凝固。
在此情况下，包装件3被模压成以下状态：如图1所示，含有线圈2的中部的外层厚度(W1)比线圈2的通孔1的直径为小。并且，对于在线圈2的上部的顶部11、在线圈2的下部的底部12和在线圈2的高度部分的中部13，顶部11和底部12的密度比中部13的大。
尤其是，中部13被形成为：中部外侧面14的密度比中部内侧15的大。
关于这些密度，顶部11和底部12的密度处在5.0至6.0g/cm3范围内，而中部内侧15的密度为顶部11和底部12密度的85％至95％。
本发明的制造方法将说明如下。
本发明的制造方法包括：将线圈2封装于由磁性材料制成的包装件3中的包装模压过程；以及，将接线端4连接于线圈2上的接线端形成过程。
首先，包装模压过程包括一个将两块压缩粉块5模压的步骤，其中，一种包含坚韧树脂成分和弹性树脂成分的硅树脂和磁性粉末不加热而混合，这样热固性树脂不会凝固，在压力下可模压成形。
压缩粉块5呈盆状，其剖面成“E”字形，并带有背部6、中心部7和外侧部8。背部6是一强部分，能够在再次加压进行模压时保持压缩粉块的原形，而中心部分7和外侧部分8分别用作弱部分，不能在再次加压模压时保持压缩粉块的原形。
其次，线圈2被放入模具中，使其顶部和底部被两块压缩粉块5的强部分所夹持，然后两块压缩粉块5在加热加压下进行再次模压成包装件3。在本模压过程中，线圈2的外周和通孔1的内侧均被弱部分所覆盖。
如图3(b)所示，在再次模压中，当两块压缩粉块5的背部6夹持住线圈2时，两冲头9压向中心部分7和外侧部分8，这两部分是压缩粉块5的弱部分，从而将压缩粉块5的弱部分压碎并覆盖线圈2的外周和通孔1的内侧。
特别是，由于再次模压时施加压力，压缩粉块5的背部6(强部分)对着线圈2的通孔1的内部被压埋入线圈2的通孔1中成块状。还有，当压缩粉块5的背部6(强部分)对着接线端4成块状被埋入接线端中时，压缩粉块5的中心部分7(弱部分)和外侧部分8(弱部分)被压碎，由此覆盖了线圈2的另一外周和通孔1的内部。
在模压包装件的过程中，经恰当设计模具，就有可能将含有线圈2的中部的外层厚度(W1)做得比线圈2的通孔1的直径为小。还有，按照本发明的制造方法，在线圈2上部的顶部11和在线圈2下部的底部12做得其密度比相当于线圈2的高度部分的中部13的密度更大。
还有，关于中部13，那里对应于线圈2的通孔1设置有内侧中部15，对应于线圈2的外周设置有外侧中部14，外侧中部14的密度制得比内侧中部15的更大。
另外，包装件3被模压成其顶部11和底部12的密度在5.0至6.0g/cm3范围内，而内侧中部15的密度为上述的85％至98％。
用上述结构和方法，将含有线圈的中部的外层厚度(W)制成比通孔1的直径更小，并减小顶部11和底部12的厚度，从而整体降低线圈元件的高度，就有可能将顶部11和底部12的密度制成比中部13的更大。结果是，有可能抑制在顶部11和底部12处磁饱和的发生。
也就是说，包装件3的顶部11和底部12的密度比中部13的内部(相当于通孔1的内部)更大。因此，当通过通孔1的磁力线通过厚度(W2、W3)小于通孔1的直径的顶部11和底部12时，由于顶部11和底部12的密度大于中部13，顶部11和底部12有可能获得较大的磁导率。其结果是，可以降低线圈元件的高度而不会发生在顶部11和底部12处的磁饱和。
还有，中部13包括相当于通孔1的内侧中部15和相当于线圈2的外侧部分的外侧中部14。因为外侧中部14的密度大于内侧中部15，外侧中部14有可能获得较大的磁导率。因此，有可能减小磁圈元件在其横向的尺寸，并节省线圈的安装尺寸而不致发生在外侧中部14的磁饱和。
特别是，包装件3被模压成其顶部11和底部12的密度在5.0至6.0g/cm3范围内，而内侧中部13的密度为上述的85％至98％，所以，不会有过度的应力施加于线圈2上。同时，由于当抑制线圈2的破裂而产生的内应力之类，就有可能抑制包装件3本身的破裂。再有，有可能抑制磁饱和的发生，并将线圈元件的尺寸做得小些。
包装件3是一个压缩粉块磁芯，并有特殊的成分。也就是说，Fe成分的比例较高，它对DC-偏压持性有利。再有，含有Cr成分可抑制由于Fe成分而生锈。另外，因为Cr的含量不超过8％重量，有可能消除频率范围大于100kHz的损失。这样，本发明能实现混合磁性材料具有良好的抗腐蚀性而不损害磁特性。
还有，通常的粉末模压一般使用粉末来模压，但在本发明中是用实心的压缩粉块5，当加压进行再次模压时，在冲头9和线圈2之间的压缩粉块5的量不会有变化，并且容易使包装件3上的覆盖厚度均匀分布在线圈2的整个外周上。因此，当电感的DC-偏压时，有可能抑制在诸如电感、饱和特性和磁漏之类的特性中的偏移现象。再有，因为线圈2能保持在压缩粉块5之间，线圈2就能精密定位，而且可防止包装件3的模压缺陷。至于压缩粉块5，磁性粉末和含有热固树脂的粘合剂相混合并被压成压缩粉块5。热固树脂包括含有韧性树脂成分和弹性树脂成分的硅树脂，模压的包装件可能在强度和脆性上良好平衡，从而使包装件3的缺陷降到最低。
再有，当压缩粉块5在再次模压中加压时，线圈2被覆盖住并且位置精确。而且，由于压缩粉块5和线圈2之间的缝隙能被完全填充，就有可能减小隙缝而改进磁效。
特别是，当压缩粉块5的强部分可靠地夹持住线圈2的一面时，线圈2的位置在再次模压期间在加压下不会配准不良，并且当压缩粉块5的弱部分被压碎后能将线圈2的另一面轻易覆盖住。因此，有可能使包装件3覆盖在线圈2整个外周上的厚度均匀，并抑制线圈元件特性的偏移。
再有，压缩粉块5呈盆状，其剖面成“E”字形，并带有背部6、中心部7和外侧部8，背部6是一强部分，而中心部分7和外侧部分8分别用作弱部分。其结果是，由于压缩粉块5的强部分不会发生位置配置不准现象，并能轻易覆盖线圈2的另一面，而且能减少线圈元件特性的偏移。
如上所述，按照本发明的实施例，包装件3在线圈2的整个外周上的覆盖层厚度更易均匀，并且由于包装件3的顶部11和底部12的密度比中部13的大，就有可能减少各特性的偏移，还能获得在顶部11和底部12中更高的磁导率。还有，其高度可以降低而不会在顶部11和底部12中发生磁饱和。
在本发明的实施例中，压缩粉块5具有“E”状剖面，但仍可能把中心部分7制得比外侧部分8长一点或短一点，即，使其形状仍在本发明的范围之内。特别是，与本发明的E状剖面等同的，可以考虑一种“T”状剖面，在背部6上形成唯一的中心部分7，还有一种“C”状剖面，在背部形成唯一的外侧部分8。
再有，关于线圈2和压缩粉块5的相对位置，线圈2的一面可由一个压缩粉块5的强部分夹持，而线圈2的另一面则由另一个压缩粉块5的弱部分支承。在这情况下，还可以将“E”状压缩粉块5的强部分的密度制得比弱部分更大。
此外，关于线圈2，不但容许将一根圆金属丝而且还可将扁金属丝盘绕成一扁立线圈(edgewise coil)。在这种情况，有可能增强线圈的空间系数并使它和大电流相兼容。尤其是，当用一扁丝紧紧盘绕时，以致包装件3将不能模压入相邻的扁丝之间，就有可能抑制环绕扁丝流通的磁力线的产生，并因包装件3没有模压入扁丝之间从而减少了漏损。
如图7和图8所示，作为模压的其它例子，压缩粉块5之一在压力下进行再次模压，使线圈2的一面被强部分的背部6所夹持，而另一个压缩粉块5被安放成使其中心部分7被插入线圈2的通孔1之中。还有，如图8所示，用两个压缩粉块5来进行再次模压，该压缩粉块在中心部分7或外侧部分8的顶端部分具有小的峰顶和峡谷10并互相对立。此外，还可以在压缩粉块5的背部6设有一个或多个分割槽来进行再次模压。如上所述利用多种压缩粉块5的安排，将有可能更容易覆盖线圈2和使线圈元件特性的偏移最小。
在本发明的本实施例中，当在加压再次模压时或加压之前，线圈2的一面是被压缩粉块5的强部分所支承，但更可取的是，甚至在加压再次模压之后让线圈2的一面被压缩粉块的强部分所支承。
工业适用性
按照上述本发明，当线圈元件的高度被整体降低，其方法是将对应于线圈的上部的包装件的顶部和对应于线圈下部的包装件的底部两者的厚度做得小些，直到含有线圈的中部的外层厚度变为小于线圈的通孔的直径，这时就有可能抑制在顶部和底部发生磁饱和，因为顶部和底部的密度大于中部。
也就是说，线圈通孔内侧的密度(对应于包装件的中部)小于包装件顶部和底部的密度。因此，由于顶部和底部的密度大于中部的密度，在顶部和底部的磁导率就会增加。这样，就可提供一线圈元件及其制造方法，用这方法可以降低其高度而不会在顶部和底部发生磁饱和，那时，通过线圈通孔的磁力线经过顶部和底部，其厚度小于通孔的直径。
标记号码
1. 通孔
2. 线圈
3. 包装件
4. 接线端
5. 压缩粉末
6. 背部
7. 中心部份
8. 外侧部份
9. 冲头
10.小峰顶和峡谷
11.顶部
12.底部
13.中部
14.中部外层厚度
15.内侧中部
52.线圈
53.包装件
54.接线端
55.磁粉
59.冲头