CN117831907B - 高电阻率电感器 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及电子设备技术领域，尤其涉及一种高电阻率电感器，高电阻率电感器包括磁体和绕组，绕组分布于磁体内部，同时，绕组外延出磁体以形成电极，使得高电阻率电感器无需电镀其它材料以减小材料间的接触电阻，磁体由Fe基纳米晶和FeSiAl粉、FeSi粉、FeNi粉中的一种或几种组成。在本申请提供的高电阻率电感器中，通过结构设计和材料配比，设计出一种高电阻率电感器，以解决传统的电感器的电阻率较小而导致感应电流较大，进而导致电感器损耗上升的技术问题。
Description
技术领域
本申请涉及电子设备技术领域，尤其涉及一种高电阻率电感器。
背景技术
随着AI服务器的对算力的持续提升，其核心计算芯片功率随着算力提升而大幅度提高且电流持续增大，导致电路内的电感器中的磁体的感应电流迅速增大，伴随而来的发热问题越来越严重。
降低感应电流需要增加电感器的电阻率，由于传统电感器中的合金磁体往往通过磷化物或滑石粉等陶瓷材料包覆，磷化物和滑石粉等陶瓷材料的电阻率相对较低且包覆密度小，进一步降低了电阻率，导致电感器的感应电流较大，进而导致电感器损耗上升。
发明内容
本申请提供一种高电阻率电感器，以解决传统的电感器的电阻率较小而导致感应电流较大，进而导致电感器损耗上升的技术问题。
为解决上述技术问题，本申请采用的一个技术方案是：提供一种高电阻率电感器，所述高电阻率电感器包括：磁体和绕组；
所述绕组分布于所述磁体内部，同时所述绕组外延出所述磁体以形成电极，使得所述高电阻率电感器无需电镀其它材料以减小材料间的接触电阻；
所述磁体由Fe基纳米晶以及FeSiAl粉、FeSi粉、FeNi粉中的一种或几种组成。
可选的，所述绕组包括绕组外延部分、绕组斜线部分及绕组直线部分，所述绕组外延部分与所述绕组斜线部分的夹角在110°～170°以便于减小绕组在工作过程中因绕组加工导致的残余应力释放而导致磁体开裂的风险以及减小电感值的波动。
可选的，所述绕组斜线部分与所述绕组直线部分的长度比为1:1～5:1，以便于减小热效应导致的应力集中问题。
可选的，所述磁体的边缘与所述绕组直线部分的距离大于0.2mm。
可选的，所述Fe基纳米晶的成分为76.5wt％～82wt％Fe、7.0wt％～9.5wt％Si、1.5wt％～2.5wt％Al、6.0wt％～8.0wt％B、1.5wt％～2.5wt％P、0.5wt％～1.5wt％Cu。
可选的，所述Fe基纳米晶的粉末粒度为5～25um，所述Fe基纳米晶的粉末表面有20～50nm的氧化层。
可选的，所述FeSiAl粉和/或FeSi粉和/或FeNi粉的表面设有一层氧化硅或氧化铝的包覆层，所述包覆层厚度大于10nm，所述FeSiAl粉和/或FeSi粉和/或FeNi粉的粒度为0.7～3.5um。
可选的，所述高电阻率电感器还包括硅树脂或硅溶胶，所述硅树脂或硅溶胶的质量为所述FeSiAl粉和/或FeSi粉和/或FeNi粉总质量的1.0wt％～1.5wt％。
可选的，所述硅树脂或硅溶胶与所述FeSiAl粉和/或FeSi粉和/或FeNi粉形成粒度为10～20um的团聚颗粒，所述团聚颗粒与树脂混合物以及Fe基纳米晶级配形成混合粉末，所述混合粉末中含有所述树脂混合物的含量为0.7wt％～1.5wt％，所述树脂混合物为聚乙烯缩丁醛树脂、有机硅树脂、硅酮树脂中的一种或几种。
可选的，所述树脂混合物与所述磁体和所述绕组在1500MPa～2000MPa的压力下形成电感坯体，并通过450～600℃下0.5～1.5H的氮气气氛下退火形成所述高电阻率电感器。
本申请的有益效果是：在本申请提供的高电阻率电感器中，通过结构设计和材料配比，设计出一种高电阻率电感器，以解决传统的电感器的电阻率较小而导致感应电流较大，进而导致电感器损耗上升的技术问题。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。其中：
图1为本申请实施例提供的高电阻率电感器的结构剖面图；
图2为本申请实施例提供的高电阻率电感器的结构剖面图。
附图标记说明：1、磁体；2、绕组；3、绕组直线部分；4、绕组斜线部分；5、绕组外延部分。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动情况下所获得的所有其他实施例，均属于本申请保护的范围。
需要说明，若本申请实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、移动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，若本申请实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本申请要求的保护范围之内。
如图1至图2所示，本申请提供一种高电阻率电感器，高电阻率电感器包括磁体1和绕组2，绕组2分布在磁体1内部，同时绕组2外延出磁体1以形成电极。
绕组2包括绕组外延部分5、绕组斜线部分4及绕组直线部分3，绕组外延部分5与绕组斜线部分4的夹角在110°～170°，绕组斜线部分4与绕组直线部分3的长度比为1:1～5:1，磁体1的边缘和绕组直线部分3的距离大于0.2mm。
磁体1由Fe基纳米晶和FeSiAl和/或FeSi和/或FeNi粉其中一种或几种组成，Fe基纳米晶的成分为76.5wt％～82wt％Fe、7.0wt％～9.5wt％Si、1.5wt％～2.5wt％Al、6.0wt％～8.0wt％B、1.5wt％～2.5wt％P、0.5wt％～1.5wt％Cu。其中Fe基纳米晶的粉末粒度为5～25um，Fe基纳米晶的粉末表面有20～50nm的氧化层。
高电阻率电感器还包括硅树脂或硅溶胶，硅树脂或硅溶胶的质量为FeSiAl粉和/或FeSi粉和/或FeNi粉总质量的1.0wt％～1.5wt％。
硅树脂或硅溶胶与FeSiAl粉和/或FeSi粉和/或FeNi粉形成粒度为10～20um的团聚颗粒，团聚颗粒与树脂混合物以及Fe基纳米晶级配形成混合粉末，混合粉末中含有树脂混合物的含量为0.7wt％～1.5wt％，树脂混合物为聚乙烯缩丁醛树脂、有机硅树脂、硅酮树脂中的一种或几种，Fe基纳米晶的质量占混合粉末的质量的25wt％～55wt％。
FeSiAl粉和/或FeSi粉和/或FeNi粉表面设有一层氧化硅或氧化铝的包覆层，其中包覆层的厚度大于10nm，FeSiAl粉和/或FeSi粉和/或FeNi粉的粒度为0.7～3.5um。
树脂混合物与磁体1和绕组2在1500MPa～2000MPa的压力下形成电感坯体，并通过450～600℃下0.5～1.5H的氮气气氛下退火形成高电阻率电感器。
在具体实施例1中：
一种高电阻率电感器由磁体1和绕组2组成，其中绕组2分布在磁体1内部，同时绕组2外延出磁体1以形成电极，电极长度为0.3mm。
绕组2包括绕组外延部分5、绕组斜线部分4及绕组直线部分3，绕组外延部分5与绕组斜线部分4的角度为110°，绕组斜线部分4与绕组直线部分3的长度比为1:1，磁体1的边缘到绕组直线部分3的距离为0.6mm。
磁体1由Fe基纳米晶和FeSiAl粉组成，其中Fe基纳米晶的成分为82wt％Fe、7.0wt％Si、1.5wt％Al、6.0wt％B、1.5wt％P、0.5wt％Cu，Fe基纳米晶的粉末粒度为5～25um，Fe基纳米晶的粉末表面有50nm的氧化层。
FeSiAl粉与占FeSiAl粉质量1.0wt％的硅树脂形成粒度为20um的团聚颗粒，团聚颗粒再与Fe基纳米晶以及树脂混合物级配形成混合粉末，Fe基纳米晶的质量占混合粉末的质量的25wt％。FeSiAl的成分为83wt％Fe、10wt％Si、7wt％Al，在FeSiAl粉的表面设有一层氧化铝的包覆层，包覆层的厚度为20nm，FeSiAl粉的粒度为3.5um。
混合粉末中还含有0.7wt％的树脂混合物，树脂混合物为含有聚乙烯缩丁醛树脂、有机硅树脂的一种混合树脂，聚乙烯缩丁醛的质量占混合粉末质量的0.5wt％，有机硅树脂的质量占混合粉末质量的0.2wt％。
树脂混合物与磁体1和绕组2在1500MPa的压力下形成电感坯体，并通过600℃下0.5H的氮气气氛下退火形成最终电感器。
在具体实施例2中：
高电阻率电感器由磁体1和绕组2组成，其中绕组2分布在磁体1内部，同时绕组2外延出磁体1形成电极，电极长度为2mm。
绕组2包括绕组外延部分5、绕组斜线部分4及绕组直线部分3，绕组外延部分5与绕组斜线部分4的夹角为170°，绕组2的斜线部分与绕组直线部分3的长度比为5:1，磁体1的边缘和绕组直线部分3的距离为0.5mm。
磁体1包括Fe基纳米晶和FeNi粉，其中Fe基纳米晶的成分为76.5wt％Fe、9.5wt％Si、2.5wt％Al、8.0wt％B、2.5wt％P、1.5wt％Cu。Fe基纳米晶的粉末粒度为5～25um，Fe基纳米晶粉末表面有20nm的氧化层。
FeNi粉的成分为53wt％Fe、47wt％Ni，其中FeNi粉表面设有一层氧化硅的包覆层，包覆层的厚度为15nm，FeNi粉的粒度为0.7um。
FeNi粉与占FeNi粉质量1.5wt％的硅溶胶形成粒度为10um的团聚颗粒，团聚颗粒再与Fe基纳米晶及树脂混合物级配形成混合粉末，树脂混合物的质量为混合粉末质量的1.5wt％，Fe基纳米晶的质量占混合粉末的质量的55wt％。
树脂混合物由聚乙烯缩丁醛树脂、硅酮树脂组成，其中聚乙烯缩丁醛的质量占混合粉末质量的0.8wt％，硅酮树脂的质量占混合粉末质量的0.7wt％。
树脂混合物与磁体1和绕组2在2000MPa的压力下形成电感坯体，并通过450℃下1.5H的氮气气氛下退火形成最终电感器。
在具体实施例3中：
一种高电阻率电感器由磁体1和绕组2组成，绕组2分布在磁体1内部，同时绕组2外延出磁体1形成电极，电极长度为0.85mm。
绕组2包括绕组外延部分5、绕组斜线部分4及绕组直线部分3，绕组外延部分5与绕组斜线部分4的夹角为30°，绕组斜线部分4与绕组直线部分3的长度比为3:1，磁体1的边缘和绕组直线部分3的距离为0.5mm。
磁体1由Fe基纳米晶、FeSi粉及FeNi粉组成，其中Fe基纳米晶的成分为79.4wt％Fe、8.5wt％Si、2.0wt％Al、7.1wt％B、1.8wt％P、1.2wt％Cu。Fe基纳米晶的粉末粒度为5～25um，Fe基纳米晶的粉末表面有30nm的氧化层。
FeSi的成分为94.5wt％Fe、5.5wt％Si，FeNi粉的成分为53wt％Fe、47wt％Ni，FeSi粉和FeNi粉的表面设有一层氧化硅的包覆层，其中包覆层的厚度为18nm，FeSi粉和FeNi粉的粒度为1.7um，FeSi粉和FeNi粉的比例为3:7。
FeSi粉和FeNi粉与占FeSi粉和FeNi粉总质量1.2wt％的硅树脂形成粒度为15um的团聚颗粒，团聚颗粒再与Fe基纳米晶及树脂混合物级配形成混合粉末，树脂混合物的质量占混合粉末质量的1.2wt％，Fe基纳米晶的质量占混合粉末的质量的35wt％。
树脂混合物由有机硅树脂、硅酮树脂组成，有机硅树脂的质量占混合粉末质量的0.5wt％，硅酮树脂的质量占混合粉末质量的0.7wt％。
树脂混合物与磁体1和绕组2在1800MPa的压力下形成电感坯体，并通过520℃下1.0H的氮气气氛下退火形成最终电感器。
在对比例1中：
一种高电阻率电感器由磁体1和绕组2组成，绕组2分布在磁体1内部，同时绕组2外延出磁体1以形成电极，电极长度为2mm。
绕组2包括绕组外延部分5、绕组斜线部分4及绕组直线部分3，磁体1的边缘到绕组直线部分3的距离0.5mm。
磁体1由Fe基纳米晶和FeNi粉组成，Fe基纳米晶的成分为76.5wt％Fe、9.5wt％Si、2.5wt％Al、8.0wt％B、2.5wt％P、1.5wt％Cu，Fe基纳米晶的粉末粒度为5～25um，Fe基纳米晶的粉末表面有20nm的氧化层。
FeNi粉表成分为53wt％Fe、47wt％Ni，FeNi粉表面设有一层氧化硅的包覆层，包覆层的厚度为15nm，FeNi粉的粒度为0.7um，FeNi粉与占FeNi粉质量1.5wt％的硅溶胶形成粒度为10um的团聚颗粒，团聚颗粒再与Fe基纳米晶及树脂混合物级配形成混合粉末，树脂混合物的质量占混合粉末的质量的1.5wt％，Fe基纳米晶的质量占混合粉末的质量的55wt％。
树脂混合物由聚乙烯缩丁醛树脂、硅酮树脂组成，聚乙烯缩丁醛的质量占混合粉末质量的0.8wt％，硅酮树脂的质量占混合粉末质量的0.7wt％。
树脂混合物与磁体1和绕组2在2000MPa的压力下形成电感坯体，并通过450℃下1.5H的氮气气氛下退火形成最终电感器。
在对比例2中：
一种高电阻率电感器由磁体1和绕组2组成，绕组2分布在磁体1内部，同时绕组2外延出磁体1以形成电极，电极长度为0.3mm。
绕组2包括绕组外延部分5、绕组斜线部分4及绕组直线部分3，绕组外延部分5与绕组斜线部分4的夹角为110°，绕组斜线部分4与绕组直线部分3的长度比为1:1，磁体1的边缘和绕组直线部分3的距离0.6mm。
磁体1由Fe基纳米晶和FeSiAl粉组成，Fe基纳米晶的成分为82wt％Fe、7.0wt％Si、1.5wt％Al、6.0wt％B、1.5wt％P、0.5wt％Cu，Fe基纳米晶的粉末粒度为5～25um，Fe基纳米晶的粉末表面有50nm的氧化层。
Fe基纳米晶与树脂混合物级配形成混合粉末，Fe基纳米晶的质量占混合粉末的质量的99.3wt％，混合粉末中含有树脂混合物的含量为0.7wt％，树脂混合物为含有聚乙烯缩丁醛树脂、有机硅树脂的一种混合树脂，聚乙烯缩丁醛的质量占混合粉末质量的0.5wt％，有机硅树脂的质量占混合粉末质量的0.2wt％。
树脂混合物与磁体1和绕组2在1500MPa的压力下形成电感坯体，并通过600℃下0.5H的氮气气氛下退火形成最终电感器。
在对比例3中：
一种高电阻率电感器由磁体1和绕组2组成，绕组2分布在磁体1内部，同时绕组2外延出磁体1以形成电极，电极长度为0.85mm。
绕组2包括绕组外延部分5、绕组斜线部分4及绕组直线部分3，绕组外延部分5与绕组斜线部分4的夹角为30°，绕组斜线部分4与绕组直线部分3的长度比为3:1，磁体1的边缘到绕组直线部分3的距离0.5mm。
磁体1由FeSi粉和FeNi粉组成，FeSi粉包括94.5wt％的Fe及5.5wt％的Si，FeNi粉包括为53wt％的Fe及47wt％的Ni，FeSi粉和FeNi粉表面设有一层氧化硅的包覆层，包覆层的厚度为18nm，FeSi粉和FeNi粉的粒度为5～25um，FeSi粉和FeNi粉的比例为3:7，FeSi粉和FeNi粉以及与占FeSi粉、FeNi粉总质量1.2wt％的硅树脂形成粒度为15um的团聚颗粒，团聚颗粒再与树脂混合物混合形成混合粉末，树脂混合物的质量占混合粉末质量的1.2wt％。
树脂混合物由有机硅树脂和硅酮树脂组成，有机硅树脂的质量占混合粉末质量的0.5wt％，硅酮树脂的质量占混合粉末质量的0.7wt％。
树脂混合物与磁体1和绕组2在1800MPa的压力下形成电感坯体，并通过520℃下1.0H的氮气气氛下退火形成最终电感器。
对热处理后的产品进行性能评估，产品的尺寸为长10.0mm、宽10.0mm、高6.0mm，使用3260B型LCR测试仪(1V/800kHz)的电感值和饱和电流及采用绝缘耐压测试仪TH2683测试电感器的电极和磁体间的绝缘阻抗；
实施例和对比例性能对比：
比较各具体实施例和各对比例得到：不同的材料和结构在同样的制备条件下生产的产品的饱和电流和绝缘阻抗要明显不同，这表明成分控制和结构设计对产品的绝缘电阻和产品的饱和电流的影响十分重要。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种高电阻率电感器，其特征在于，包括：
所述高电阻率电感器由磁体（1）和绕组（2）组成，其中所述绕组（2）分布在所述磁体（1）内部，同时所述绕组（2）外延出所述磁体（1）以形成电极，所述电极长度为2mm；
所述绕组（2）包括绕组外延部分（5）、绕组斜线部分（4）及绕组直线部分（3），所述绕组外延部分（5）与所述绕组斜线部分（4）的夹角为170°，所述绕组斜线部分（4）与所述绕组直线部分（3）的长度比为5:1，所述磁体（1）的边缘和所述绕组直线部分（3）的距离为0.5mm；
所述磁体（1）包括Fe基纳米晶和FeNi粉，其中所述Fe基纳米晶的成分为76.5wt%Fe、9.5wt%Si、2.5wt%Al、8.0wt%B、2.5wt%P、1.5wt%Cu，所述Fe基纳米晶的粉末粒度为5~25um，所述Fe基纳米晶粉末表面有20nm的氧化层；
所述FeNi粉的成分为53wt%Fe、47wt%Ni，其中所述FeNi粉表面设有一层氧化硅的包覆层，所述包覆层的厚度为15nm，所述FeNi粉的粒度为0.7um；
所述FeNi粉与占所述FeNi粉质量1.5wt%的硅溶胶形成粒度为10um的团聚颗粒，所述团聚颗粒再与所述Fe基纳米晶及树脂混合物级配形成混合粉末，所述树脂混合物的质量为所述混合粉末质量的1.5wt%，所述Fe基纳米晶的质量占所述混合粉末的质量的55wt%；
所述树脂混合物由聚乙烯缩丁醛树脂、硅酮树脂组成，其中所述聚乙烯缩丁醛的质量占所述混合粉末质量的0.8wt%，所述硅酮树脂的质量占所述混合粉末质量的0.7wt%；
所述树脂混合物与所述磁体（1）和所述绕组（2）在2000MPa的压力下形成电感坯体，并通过450℃下1.5H的氮气气氛下退火形成最终的所述高电阻率电感器。
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