專利名稱：塑化磁性元件及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種電子元件及其制作方法，特別是一種塑化磁性元件及其制作方法。
電子元件的封裝件一般是采用塑化材料(例如樹脂)，藉其簡易制作和易塑的特性而保護內(nèi)部的磁性體(例如鐵芯)和線圈。在該塑化材料的外表面則習慣加入一磁性材料以達到屏蔽的效果，并藉此提升了元件的電感值(單位μH)。
此外，耐電流值(current capability)亦是該電子元件的一重要的電氣規(guī)格。一般而言，是采用設(shè)置間隙的方式來增加耐電流值。但元件的電感值和耐電流值往往呈現(xiàn)反比的關(guān)系而難以預(yù)測適合的操作區(qū)間，且因同時制作屏蔽及間隙的方法非常復(fù)雜，亦不適合大量生產(chǎn)的需求。
本發(fā)明的目的是在于提供一種同時具有屏蔽及絕緣特性的塑化磁性元件，以節(jié)省封裝的成本。
本發(fā)明的另一目的是在于提供一種塑化磁性元件，該元件可以再循環(huán)的方式使用已設(shè)定為廢料的磁性材料，以節(jié)省材料成本。
本發(fā)明的再一目的是在于提供一種塑化磁性元件的制作方法，該制作方法可利用射出成型(injection molding)等簡易方式完成，以節(jié)省制作成本。
本發(fā)明的又一目的是在于提供一種塑化磁性元件的制作方法，該制作方法可利用塑化材料的可塑性而彈性地在該元件的適當位置留下間隙(gap)，以得到最佳的電感值及耐電流值，且避免習知技藝須花費多道制造步驟又難以處理的缺點。
為了達到上述目的，本發(fā)明提供一種塑化磁性元件的制作方法，其特征在于包含下列步驟
(a)選擇磁性材料和可塑性材料，且依比例調(diào)配為塑化磁性材料；(b)纏繞線圈于磁性體，且規(guī)劃間隙于該元件的位置及大??；(c)將該塑化磁性材料及磁性體置于一模具內(nèi)，且進行該元件的成型處理；以及(d)對該元件進行表面處理。
所述的塑化磁性元件的制作方法，其特征在于該磁性材料可為鐵芯。
該磁性材料也可選自錳鋅鐵芯、鎳鋅鐵芯、純鐵粉未、鎳鐵合金、鉬鎳鐵合金或非晶系合金。
該可塑性材料可選自熱固性材料或熱塑性材料。
所述的塑化磁性元件的制作方法，其特征在于在步驟(a)，該磁性材料可預(yù)先處理成小顆粒粉末，再和該可塑性材料均勻攪拌以產(chǎn)生該塑化磁性材料。
所述的塑化磁性元件的制作方法，其特征在于在步驟(b)，該間隙是以隔板的方式留出所需間隙的大小及位置。
所述的塑化磁性元件的制作方法，其特征在于在步驟(b)，該間隙也可以砂芯的方式留出所需間隙的大小及位置。
所述的塑化磁性元件的制作方法，其特征在于在步驟(b)，該間隙也可以涂臘的方式留出所需間隙的大小及位置。
所述的塑化磁性元件的制作方法，其特征在于在步驟(c)，該成型的方式可以為射出成型、澆鑄成型、擠制成型或旋鍍成型。
所述的塑化磁性元件的制作方法，其特征在于在步驟(c)之前預(yù)先也可在該元件表面涂阻絕劑，并于步驟(c)之后去除該阻絕劑。
所述的塑化磁性元件的制作方法，其特征在于在步驟(c)之前也可預(yù)先在該元件表面以隔板區(qū)隔，并于步驟(c)之后去除該隔板。
所述的塑化磁性元件的制作方法，其特征在于在步驟(c)之后可另以加工改變該間隙的位置及大小。
本發(fā)明還提供一種塑化磁性元件的制作方法，其特征在于包含下列步驟(a)選擇磁性材料和可塑性材料，且依比例調(diào)配為塑化磁性材料；(b)纏燒線圈于磁性體；(c)將該塑化磁性材料及磁性體置于一模具內(nèi)，且進行該元件的成型處理；(d)加工設(shè)定間隙于該元件的位置及大??；以及(e)對該元件進行表面處理。
所述的塑化磁性元件的制作方法，其特征在于該磁性材料可以為鐵芯。
該磁性材料也可選自錳鋅鐵芯、鎳鋅鐵芯、純鐵粉未、鎳鐵合金、鉬鎳鐵合金或非晶系合金。
該可塑性材料可選自熱固性材料或熱塑性材料。
所述的塑化磁性元件的制作方法，其特征在于在步驟(c)，該成型的方式為射出成型、澆鑄成型、擠制成型或旋鍍成型。
本發(fā)明還提供一種塑化磁性元件，包含至少一磁性體；至少一組線圈，纏繞于該磁性體；一封裝件，用于包覆該磁性體和線圈；其特征在于該封裝件是采用塑化磁性材料，且包含至少一空隙，其中該塑化磁性材料是磁性材料與可塑性材料的混合物。
所述的塑化磁性元件，其特征在于其中該塑化磁性材料內(nèi)所包含的磁性材料可以是鐵芯。
該塑化磁性材料內(nèi)所包含的磁性材料也可選自錳鋅鐵芯、鎳鋅鐵芯、純鐵粉未、鎳鐵合金、鉬鎳鐵合金或非晶系合金。
所述的塑化磁性元件，其特征在于該塑化磁性材料內(nèi)所包含的可塑性材料可以是選自熱固性材料或熱塑性材料。
本發(fā)明是利用塑化材料與磁性材料的不同混合比例而調(diào)配為一塑化磁性材料，設(shè)計者可經(jīng)由改變間隙大小和位置而達成所需的電氣規(guī)格(例如電感值及耐電流值)的要求，且經(jīng)由一簡單的成型方式而完成本發(fā)明元件的制作，本發(fā)明因以塑化磁性材料取代習知技藝僅采用的磁性材料或塑化材料，因此同時具有屏蔽及絕緣的特性，另因本發(fā)明的材料具有可塑性，因此該間隙大小和位置很容易調(diào)整，亦可于成型后再以加工的方式制作。
為了能更進一步了解本發(fā)明的特征及目的，茲配合較佳實施例和圖式詳細說明如后圖式的簡單說明

圖1是本發(fā)明的塑化磁性元件的制作流程圖；圖2是本發(fā)明的電源電感器的立體圖；圖3是本發(fā)明的繞線式晶片電感器的立體圖；圖4是本發(fā)明的變頻器用的變壓器的立體圖；圖5是本發(fā)明的屏蔽裝置的立體圖；圖6是本發(fā)明的一實施例的高感值塑化磁性元件的電感位和耐電流值的關(guān)系圖；圖7是本發(fā)明的一實施例的低感值塑化磁性元件的電感值和耐電流值的關(guān)系圖；圖8顯示使用不同塑化磁性材料的電感值和耐電流值的關(guān)系圖。
圖1是本發(fā)明的塑化磁性元件的制作流程圖。在步驟11，本發(fā)明啟始。在步驟12，選擇適合的磁性材料及可塑性材料；其中該磁性材料可為，例如錳鋅鐵芯(Mn-Zn-ferrite)、鎳鋅鐵芯(Ni-Znferrite)、純鐵粉末(Ion-powder)、鎳鐵合金(Ni-Fe alloy)、鉬鎳鐵合金(Mo-Ni-Fe alloy)及非晶系合金(amorphous alloy)等，而該可塑性材料可包含熱固性或熱塑性材料等，本發(fā)明對此并未有任何限制。熱塑性材料例如聚乙烯(poly ethylene，PE)、聚氯乙烯(poly vinylchloride，PVC)、聚苯乙烯(poly styrene，PS)、聚醋酸乙烯(poly vinylacetate)、聚醯銨(耐隆，nylon)、纖維素衍生物(cellulose derivatives)、ABS共聚體(ABS copolymer)、聚偏二氯乙烯(poly vinylidenechloride)、壓克力樹脂(acrylic resin)、聚丙烯(polypropylene，PP)、聚丁烯(PB)等，熱固性材料例如酚樹脂(phenolic resin)、尿素樹脂、三聚氰銨樹脂(melamine resins)、環(huán)氧樹脂(epoxy resin)、酸醇樹脂(alkyd resins)等。在步驟13，將該磁性材料處理成直徑約40至50μm大小的粉粒，再與可塑性材料依一定比例調(diào)配，該比例范圍例如為1∶(0.05～9)。隨后均勻攪拌以產(chǎn)生一塑化磁性材料。在步驟14，依所需要電氣規(guī)格纏繞適當圈數(shù)的線圈(coil)于至少一磁性體(例如為鐵芯)，及規(guī)劃適當?shù)拈g隙大小和位置。該間隙大小的設(shè)計可例如以一隔板(或砂芯)隔離所需留置的間隙，于塑化后將隔板(或砂芯)分離，即可得到所要的間隙大小和位置，另一可行的間隙設(shè)計是于絕緣材料及線圈間使用涂蠟或其他易于作消除處理材料，并于塑化后將蠟去除以得到所需的間隙。此外，利用涂蠟方式亦可使該間隙達到多層(multi-layer)設(shè)計的優(yōu)點，在步驟15，進行一成型設(shè)計，其在元件表面涂布一適當?shù)淖杞^劑或以隔板間隔，而將元件置于模具內(nèi)。之后，利用各種成型方法，例如射出、澆鑄、擠制和旋鍍，而作成一多層的封裝，最后去除阻絕劑或取出隔板后，并對元件作最后階段的表面處理。阻絕劑是例如蠟系列(Wax)、熱塑性高分子(thermoplastic polymer)、熱固性高分子(thermosettingpolymer)等。值得注意的是該間隙的控制除可以在步驟14中依電氣規(guī)格而設(shè)計留置外，亦可于步驟15的元件成型后以再加工的方式制作。本發(fā)明的元件包含可塑性材料，因其特殊的化學特性而可于成型后進行加工以改變間隙大小，而這點也是本發(fā)明的技術(shù)特征之一。在步驟16，本發(fā)明結(jié)束。
本發(fā)明的塑化磁性元件可應(yīng)用于電源電感器(power inductor)、繞線式晶片電感器(wire wound chip inductor)、變頻器用的變壓器(inverter transformer)及屏蔽裝置(shielding device)等。本發(fā)明的特性除可以有效調(diào)整所需要的電感值及耐電流值外，亦因其制作方法簡單而利于大量生產(chǎn)制造。
如圖2所示，依據(jù)本發(fā)明的電源電感器(power inductor)，包含至少一磁性體(圖未示出)、纏繞該磁性體的線圈(圖未示出)、一封裝件22及一間隙23，且該封裝件22是采用塑化磁性材料。本發(fā)明的技術(shù)特征是以塑化磁性材料取代習知技藝的磁性材料，因此該封裝件22將同時具有屏蔽及絕緣的特性。就習知技藝而言，若要達成本發(fā)明的功效，須在磁性材料外再包覆一層絕緣層，故而在制程上較復(fù)雜，本發(fā)明因為同時具有塑化材料的可塑性，因此在制作間隙23的大小和位置上亦較習知技藝容易完成。該間隙23可讓元件設(shè)計者得到所需的電感值及耐電流值，如圖3所示，是依據(jù)本發(fā)明的繞線式晶片電感器(wire wound chipinductor)，包含至少一間隙31、至少一磁性體(圖未示出)、繞線該磁性體的線圈32及一封裝件33，且該封裝件33是采用塑化磁性材料，本發(fā)明的技術(shù)特征之一是以該塑化磁性材料取代習知技藝的塑膠材料，因此同時具有屏蔽及絕緣的特性，而較習知技藝增加電感效應(yīng)(inductance)。此外，利用該間隙31可得到所需電氣規(guī)格的電感值及提高耐電流值，本發(fā)明的特色之一是可依設(shè)計需要，于適當位置預(yù)留適當?shù)拈g隙大小，使元件的應(yīng)用更具彈性。
如圖4所示，是依據(jù)本發(fā)明的變頻器用的變壓器(invertertranformer)，包含至少一間隙43、一I型芯42(I core)及一U型芯41(U core)。本發(fā)明的技術(shù)特征之一是將該U型芯41的材料由習知技藝的塑膠材料轉(zhuǎn)換為塑化磁性材料，因此同時具有屏蔽及絕緣的特性，且較習知技藝增加電感效應(yīng)。此外，利用調(diào)整設(shè)定該1型芯42和U型芯41之間的間隙43，可得到所需電氣規(guī)格的電感值及提高耐電流值。本發(fā)明的塑化磁性元件可降低U型芯41的制造難度、改良間隙誤差且降低制程的復(fù)雜度和成本。
如圖5所示，是依據(jù)本發(fā)明的屏蔽裝置，包含一基板52、位于該基板52的至少一磁性體54、纏繞于該磁性體54的線圈53及一封裝件51，且該封裝件51是采用塑化磁性材料。本發(fā)明的技術(shù)特征之一是以塑化磁性材料取代習知技藝的塑膠材料，因為本發(fā)明同時具有屏蔽及絕緣的特性，因此可以較習知技藝減少外界雜訊的干擾，習知技藝若要達成本發(fā)明的功效，則需提高繞線線圈的圈數(shù)，因此本發(fā)明亦有較習知技藝減少所需繞線圈數(shù)的優(yōu)點。
圖6是依據(jù)本發(fā)明的一實施例的高感值塑化磁性元件(Mn-Zn系統(tǒng))的電感值和耐電流值的關(guān)系圖，測試條件為使用線徑0.3mm的線圈及纏繞43圈，縱軸代表電感值(μH，橫軸代表耐電流值，在圖6中包含五條曲線，分別為間隙0％、50％、67％、75％及100％，其中該百分比代表該間隙大小和該元件縱向高度的比率。由該實驗數(shù)據(jù)顯示出，本發(fā)明的屏蔽效果非常明顯。當元件完全封閉后(gap為0％)的電感值為最大間隙(gap為100％)時的5/3至2倍。而隨著間隙大小的增加，該耐電流值亦可相對提升。設(shè)計者可依循圖6的引導(dǎo)，依據(jù)所需的電氣規(guī)格而選擇適合的間隙大小。
圖7是依據(jù)本發(fā)明的一實施例的低感值塑化磁性元件的電感值和耐電流值的關(guān)系圖，相同地，低導(dǎo)磁性材料實驗數(shù)據(jù)亦顯示和該高導(dǎo)磁性材料實驗數(shù)據(jù)相同的屏蔽效果。換言的，本發(fā)明的制作方法可經(jīng)由控制間隙的大小而調(diào)整元件的電感值及耐電流特性，使其應(yīng)用更具彈性。
圖8顯示使用不同塑化磁性材料的電感值和耐電流值的關(guān)系圖，其中該可塑性材料是使用環(huán)氧樹脂及壓克力。圖8的實驗結(jié)果顯示相同于圖6及圖7的屏蔽效應(yīng)，因此可以推論出本發(fā)明的制作方法可適用于所有的可塑性材料(包含熱固性材料及熱塑性材料)。
本發(fā)明的制作方法的一實施例是使用錳鋅(Mn-Zn)磁性粉末(＜50μm)，以1∶1比例混合壓克力樹脂攪拌均勻而成，將Mn-Zn磁性材料的磁棒燒結(jié)體以線徑1mm纏繞7圈后以隔離劑(低溫石蠟)涂布欲分隔的界面。將包含線圈的Mn-Zn磁棒體置于模具內(nèi)，快速將塑化磁性材料注入模具內(nèi)。待壓克力樹脂硬化后，自模具內(nèi)取出，并于100℃加熱溶出隔離劑，且修整元件表面。
本發(fā)明的制作方法的另一實施例系使用鎳鋅(Ni，Zn磁性粉末(＜50μm)，以1∶0.5比例混合環(huán)氧樹脂，經(jīng)攪拌20分鐘后加入硬化劑攪拌2分鐘，將Ni，Zn磁性材料的磁棒燒結(jié)體以線徑1mm纏繞7圈后，以一隔板分隔間隙。將包含線圈的Ni-Zn磁棒體置于模具內(nèi)，快速將塑化磁性材料注入模具內(nèi)。待環(huán)氧樹脂硬化后，自模具內(nèi)取出，且修整元件表面。
權(quán)利要求
1.一種塑化磁性元件的制作方法，其特征在于包含下列步驟(a)選擇磁性材料和可塑性材料，且依比例調(diào)配為塑化磁性材料；(b)纏繞線圈于磁性體，且規(guī)劃間隙于該元件的位置及大小；(c)將該塑化磁性材料及磁性體置于一模具內(nèi)，且進行該元件的成型處理；以及(d)對該元件進行表面處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的塑化磁性元件的制作方法，其特征在于該磁性材料為鐵芯。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的塑化磁性元件的制作方法，其特征在于該磁性材料選自錳鋅鐵芯、鎳鋅鐵芯、純鐵粉未、鎳鐵合金、鉬鎳鐵合金或非晶系合金。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的塑化磁性元件的制作方法，其特征在于該可塑性材料選自熱固性材料或熱塑性材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的塑化磁性元件的制作方法，其特征在于在步驟(a)，該磁性材料預(yù)先處理成小顆粒粉末，再和該可塑性材料均勻攪拌以產(chǎn)生該塑化磁性材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的塑化磁性元件的制作方法，其特征在于在步驟(b)，該間隙是以隔板的方式留出所需間隙的大小及位置。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的塑化磁性元件的制作方法，其特征在于在步驟(b)，該間隙是以砂芯的方式留出所需間隙的大小及位置。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的塑化磁性元件的制作方法，其特征在于在步驟(b)，該間隙是以涂臘的方式留出所需間隙的大小及位置。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的塑化磁性元件的制作方法，其特征在于在步驟(c)，該成型的方式為射出成型、澆鑄成型、擠制成型或旋鍍成型。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的塑化磁性元件的制作方法，其特征在于在步驟(c)之前預(yù)先在該元件表面涂阻絕劑，并于步驟(c)之后去除該阻絕劑。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的塑化磁性元件的制作方法，其特征在于在步驟(c)之前預(yù)先在該元件表面以隔板區(qū)隔，并于步驟(c)之后去除該隔板。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的塑化磁性元件的制作方法，其特征在于在步驟(c)之后另以加工改變該間隙的位置及大小。
13.一種塑化磁性元件的制作方法，其特征在于包含下列步驟(a)選擇磁性材料和可塑性材料，且依比例調(diào)配為塑化磁性材料；(b)纏燒線圈于磁性體；(c)將該塑化磁性材料及磁性體置于一模具內(nèi)，且進行該元件的成型處理；(d)加工設(shè)定間隙于該元件的位置及大??；以及(e)對該元件進行表面處理。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的塑化磁性元件的制作方法，其特征在于該磁性材料為鐵芯。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的塑化磁性元件的制作方法，其特征在于該磁性材料選自錳鋅鐵芯、鎳鋅鐵芯、純鐵粉未、鎳鐵合金、鉬鎳鐵合金或非晶系合金。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的塑化磁性元件的制作方法，其特征在于該可塑性材料選自熱固性材料或熱塑性材料。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的塑化磁性元件的制作方法，其特征在于在步驟(c)，該成型的方式為射出成型、澆鑄成型、擠制成型或旋鍍成型。
18.一種塑化磁性元件，包含至少一磁性體；至少一組線圈，纏繞于該磁性體；一封裝件，用于包覆該磁性體和線圈；其特征在于該封裝件是采用塑化磁性材料，且包含至少一空隙，其中該塑化磁性材料是磁性材料與可塑性材料的混合物。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的塑化磁性元件，其特征在于其中該塑化磁性材料內(nèi)所包含的磁性材料為鐵芯。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的塑化磁性元件，其特征在于其中該塑化磁性材料內(nèi)所包含的磁性材料系選自錳鋅鐵芯、鎳鋅鐵芯、純鐵粉未、鎳鐵合金、鉬鎳鐵合金或非晶系合金。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的塑化磁性元件，其特征在于該塑化磁性材料內(nèi)所包含的可塑性材料是選自熱固性材料或熱塑性材料。
全文摘要
一種塑化磁性元件及其制作方法,該制作方法包含下列步驟:(a)選擇磁性材料和可塑性材料,且依比例調(diào)配為塑化磁性材料;(b)纏繞線圈于磁性體,且規(guī)劃間隙于該元件的位置及大小;(c)將該塑化磁性材料及磁性體置于一模具內(nèi),且進行該元件的成型處理;以及(d)對該元件進行表面處理。本發(fā)明制作的塑化磁性元件同時具有屏蔽及絕緣特性,該制作方法可以節(jié)省封裝的成本。
文檔編號H01F41/00GK1369885SQ01103810
公開日2002年9月18日 申請日期2001年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月15日
發(fā)明者李明宗, 裘以達, 侯春樹 申請人:創(chuàng)世紀科技股份有限公司