TWI643221B - 功率電感器及其製作方法 - Google Patents

Abstract

一種功率電感器包含主體、隔離層、電感線圈、第一電極和第二電極。該主體包含第一端部和第二端部，該第二端部位於該第一端部的相對側。隔離層至少包覆該主體中除了第一端部和第二端部之外的表面。該電感線圈設置於所述主體中，包含自該主體中延伸至該第一端部的第一延伸端，以及自該主體中延伸至該第二端部的第二延伸端。第一電極設於該第一端部，且連接該第一延伸端。第二電極設於該第二端部，且連接該第二延伸端。

Description

功率電感器及其製作方法

本發明係關於一種電感器(inductor)及其製作方法，特別是關於一種功率電感器(power inductor)及其製作方法。

電感器是一種經常與電容器一起組成電子電路的被動元件，主要應用於如電子裝置中的DC-DC轉換器等的電源電路中，也可被用於消除雜訊的元件，或者是形成LC諧振電路的元件。其中隨著手機、平板電腦、數位相機的發展，功率電感器應用逐漸增加，用來減少電流損失及增進效率。

功率電感器是一種兩端子的被動元件，以磁場形式儲存能量。習知的功率電感器包括主體及電感線圈。電感線圈乃是利用導線形成一繞線體，通常為螺旋狀且具有多數圈。繞線體置入於鑄模中，並於鑄模中注入較佳為膠狀的磁性混合材料成型。該磁性混合材料通常包含樹脂以及其中的金屬磁性材料。磁性混合材料乾燥後成為塊體，脫模後，於塊體兩端製作連接於繞線體兩端的外接電極，即得習知的貼片式(surface-mount type)功率電感器。

然而，習知的功率電感器中主體暴露於外界環境中，在不利或不穩定的溫度或濕度條件下，金屬磁性材料有氧化等風險，容易造成功率電感器外觀氧化和電性偏差。另外，傳統製作過程中，主體進行切割時，可能發生切割面中的磁性材料掉落形成孔洞的問題，而影響後續與電極的連接。

為解決前述問題，本發明提供一種功率電感器及其製作方法，利用隔離層覆蓋功率電感器的主體來隔絕外界環境，避免功率電感器因受潮或氧化，而降低其電性表現。

根據本發明的第一方面，揭露一種功率電感器，其包含主體、隔離層、電感線圈、第一電極和第二電極。該主體包含第一端部和第二端部，該第二端部位於該第一端部的相對側。隔離層至少包覆該主體中除了第一端部和第二端部之外的表面。該電感線圈設置於所述主體中，包含自該主體中延伸至該第一端部的第一延伸端，以及自該主體中延伸至該第二端部的第二延伸端。第一電極設於該第一端部，且連接該第一延伸端。第二電極設於該第二端部，且連接該第二延伸端。

一實施例中，該隔離層用於隔離氧氣和水氣。

一實施例中，該隔離層的氧滲透率在0.35 cm ³⋅mm/m ²⋅atm⋅day以下。

一實施例中，該主體包含聚合物及散佈其中的金屬磁性填料。

一實施例中，該磁性填料包含鐵(Fe)、矽(Si)、鉻(Cr)、鎳(Ni)、鈷(Co)之合金。

一實施例中，該隔離層還覆蓋第一端部和第二端部的部分表面。

一實施例中，該隔離層於第一端部所佔面積比大於75%，且該隔離層於該第二端部所佔面積比大於75%。

一實施例中，該隔離層的材質包含氧化矽類、烷類或苯環類官能基的聚合物。

一實施例中，該隔離層的附著強度F/T在0.2~3kg/mm，其中F為施加於隔離層的推力值，T為隔離層厚度。

一實施例中，該電感線圈的橫切面為垂直向，且包含由外而內的上部纏繞和由內而外的下部纏繞。

根據本發明的第二方面，揭露一種功率電感器的製作方法，包含以下步驟：(1)壓合製造一聚集體，該聚集體包含複數個元件體，各元件體包含主體和設置於所述主體中的電感線圈，各電感線圈包含兩側的延伸端，相鄰元件體中相鄰或相連接的延伸端間隔地橫向依序排列於該聚集體的上半部及下半部；(2)切割該延伸端相應處之主體，形成橫向間隔排列的上下缺口；(3)形成隔離層包覆該聚集體；(4)於該缺口處切斷該聚集體及相應處的隔離層，分割出複數個上下表面具有該隔離層的元件體；以及(5)分別於該元件體的第一端部形成第一電極和第二端部形成第二電極。

本發明利用創新的製作方法，利用隔離層覆蓋主體以阻絕水氣和氧氣的侵入，從而防止功率電感器中材料的氧化，因而可避免電性偏差，可延長使用壽命和避免功率電感器失效。

為讓本發明之上述和其他技術內容、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉出相關實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

圖1~4顯示本發明一實施例之功率電感器的製作過程。參照圖1，利用堆疊和壓合技術，將電感線圈13置於主體12中而製作出聚集體10。壓合可使用熱壓或冷壓技術，將主體12和電感線圈13壓合製作出片狀或條狀的聚集體10。申言之，聚集體10包含複數個元件體11（以兩虛線之間表示單一個元件體），各元件體11包含主體12和設置於所述主體12中的電感線圈13。電感線圈13為利用導線形成的繞線體，為螺旋狀且具有多數圈，其表面可包覆絕緣層。各電感線圈13包含兩側的延伸端14，相鄰元件體11中該電感線圈13的延伸端14相連接。因應電感線圈13的繞線體結構，連接的延伸端14間隔地橫向依序排列於該聚集體10的上半部及下半部。

參照圖2，於相鄰電感線圈13的延伸端14的連接位置相應處的主體12切出多個缺口15，但僅止於主體12本身，不會切割到電感線圈13的延伸端14。換言之，切割深度需具有一定的精準度。依本實施例而言，因應延伸端14間隔地橫向依序排列於該聚集體10的上半部及下半部，缺口15依序橫向間隔地以開口朝下和朝上的方式排列。另一實施例中，電感線圈13間的延伸端14不見得是連續的，當延伸端14是不連續時，仍能夠透過整列治具的調控得到類似或相同的線圈排列，從而進行如圖2所示上下輪替的半切割以形成缺口15。參照圖3，於聚集體10表面披覆一層隔離層16，而將主體12整個包覆於該隔離層16內，從而隔絕主體12與外界的接觸。該隔離層16會填入缺口15中，相當於在元件體11的端部也形成隔離保護。之後，於該缺口15相應處進行第二次切割，切斷各元件體11之間的連接部分，從而獨立出個別的元件體11。接著於個別元件體11左邊的第一端部21和右邊的第二端部22分別例如以電鍍方式製作第一電極17和第二電極18，形成如圖4所示的功率電感器40。圖5為圖4之功率電感器40的立體示意圖。圖中的電感線圈13的纏繞方式和緊密度僅為示意，並不以此為限。電感線圈13表面可以披覆如漆包線的絕緣層，如此電感線圈13纏繞時即使上下圈直接接觸，其間也有絕緣層作為隔離。

綜言之，製作功率電感器40大致包含幾個步驟：(1)壓合製造一聚集體10，該聚集體10包含複數個元件體11，各元件體11包含主體12和設置於所述主體11中的電感線圈13，各電感線圈13包含兩側的延伸端14，相鄰元件體11中該電感線圈13的延伸端14相連接，且該連接的延伸端14間隔地橫向依序排列於該聚集體10的上半部及下半部；(2) 切割該延伸端14相應處之主體12，形成橫向間隔排列的上下缺口15；(3)形成隔離層16包覆該聚集體10；(4)於該缺口15處切斷該聚集體10及相應處的隔離層16，分割出複數個表面具有該隔離層16的該元件體11；以及(5)分別於該元件體11的第一端部21形成第一電極17和第二端部22形成第二電極18。本製作方法整合堆疊、壓合、切割等技術，製程簡單，具成本效益。

一般來說，若先分割成個別元件後再形成隔離層，隔離層通常會想到以浸泡或噴塗來施作，因此必須先保護產品端面的線圈之引出端，隔離層施作後再去除保護層，避免污染導致內外電極的接觸不良，但保護層的施作與去除本身也是相當麻煩的。因此本發明作法是在切割時先切一半(無引出端處)，再進行隔離層的施作，再把連接部份切斷（二次切割），如此的作法可省去保護層的施作與去除，省時也省材料。

復參圖4和圖5，功率電感器40包含主體12、電感線圈13、隔離層16、第一電極17及第二電極18。該主體12包含左側的第一端部21和右側的第二端部22，該第二端部22位於該第一端部21的相對側。電感線圈13設置於所述主體12中，包含分別延伸或連接至第一端部21的第一延伸端14，和延伸或連接至第二端部22的第二延伸端14’。本實施例中，隔離層16包覆主體12未被第一電極17和第二電極18覆蓋的部分，亦即包覆該主體12中除了第一端部21和第二端部22以外的表面。換言之，隔離層16包覆主體12的第一端部21和第二端部22以外的四個表面，也就是主體12的上表面、下表面和兩個側表面。另外，隔離層16也覆蓋第一端部21和第二端部22的大部分區域，只有第一延伸端14連接第一端部21的部位附近以及第二延伸端14’連接第二端部22的部位附近沒有隔離層16覆蓋。一實施例中，隔離層16佔第一端面21的面積比例大於75%，或85%，隔離層16佔第二端面22的面積比例也是大於75%，或85%。第一電極17設於第一端部21，且連接至該電感線圈13位於第一端部21的第一延伸端14。第二電極18設於該第二端部22，且連接至該電感線圈13位於第二端部22的第二延伸端14’。主體12包含聚合物及散佈於聚合物中的金屬磁性填料。該金屬磁性填料包含Fe、Si、Cr、Ni、Co之合金。該金屬磁性材料占該主體12的重量百分比為10~95%。傳統上，形成電極的端部通常為切割面，主體中的金屬磁性填料常會因切割作用掉落而形成孔洞。本發明的第一電極17和第二電極18大部分面積直接接觸該隔離層16，只有小部分接觸包含金屬磁性填料的主體12，因此第一電極17和第二電極18基本上不受切割面金屬磁性填料掉落而產生孔洞的影響。

一實施例中，該隔離層16的材質包含氧化矽類((SiO ₂) _n)、烷類(C _nH _2n+1)或苯環類(C ₆H ₆) _n(n≧1)官能基的聚合物。該隔離層16的氧滲透率在0.35 cm ³⋅mm/m ²⋅atm⋅day以下，提供優良的氧氣阻絕效果。隔離層16是在具有在一平方公尺的面積上透過一毫米的厚度樣品的氧的立方公分數所測得的氧滲透率，在24小時期間內，在0%相對濕度、23 ^oC的溫度下在1大氣壓的分壓差下測量滲透率。氧滲透率可以根據ASTM F1927規範測得。因應前述氧滲透率，該隔離層16的厚度較佳地小於1mm或特別是小於0.5mm。

前述實施例的電感線圈是以臥式纏繞，亦即電感線圈橫切面為水平向。實務上依據不同的感值需求，電感線圈可作出多種纏繞方式。圖6顯示以立式纏繞的另一實施例電感線圈功率電感器，也就是電感線圈橫切面為垂直向。功率電感器60包含主體62、電感線圈63、隔離層66、第一電極67及第二電極68。該主體62包含左側的第一端部71和右側的第二端部72，該第二端部72位於該第一端部71的相對側。電感線圈63設置於所述主體62中，包含分別延伸或連接至第一端部71的第一延伸端64，以及延伸或連接至第二端部72的第二延伸端64’。本實施例中，隔離層66包覆主體62未被第一電極67和第二電極68覆蓋的部分，亦即包覆該主體62中除了第一端部71和第二端部72以外的表面。換言之，隔離層66包覆主體62的第一端部71和第二端部72以外的四個表面，也就是主體62的上表面、下表面和兩個側表面。另外，隔離層66也覆蓋第一端部71和第二端部72的大部分區域，只有第一延伸端64連接第一端部71的部位附近以及第二延伸端64’連接第二端部72的部位附近沒有隔離層66覆蓋。一實施例中，隔離層66佔第一端面71的面積比例大於75%，或85%，隔離層66佔第二端面72的面積比例也是大於75%，或85%。第一電極67設於第一端部71，且連接至該電感線圈63位於第一端部71的第一延伸端64。第二電極68設於該第二端部72，且連接至該電感線圈63位於第二端部72的第二延伸端64’。該電感線圈63採用立式纏繞，因此電感線圈63橫切面為垂直向，第一延伸端64自第一端部71上方延伸入主體62且由外而內纏繞形成上部纏繞，之後延伸至下方由內而外纏繞形成下部纏繞，之後由第二延伸端64’延伸至第二端部72。類似的，主體62包含聚合物及散佈於聚合物中的金屬磁性填料。功率電感器60可以利用類似於圖1~3所示製程加以製作。

以下進行功率電感器的防鏽或抗氧化測試。先將主體進行長短邊裁切，形成長寬厚分別為2.15mm、1.42mm及1.0mm的元件。之後，浸泡披覆隔離層，烘烤進行固化。功率電感器製作隔離層且固化後的長寬厚分別約2.6mm、1.9mm、1.5mm。之後在溫度37℃、鹽量5 wt%的鹽霧中進行防鏽測試48小時。測試完後測量功率電感器的電阻達10 ³~10 ⁷Ω，顯示仍具有良好的絕緣性，而有優異的抗氧化及防鏽效果。

以下就功率電感器進行不同的隔離層厚度的推膠測試，其中先行製作主體，其長寬厚分別為1cm、0.5cm及0.5cm，之後將隔離層膠體形成於主體側邊，並通過萬能拉力機由上而下以定速施加推力於隔離層，記錄拉力機上反饋的推力值F，此推力值F即為隔離層附著於主體的剪力強度。總共測試4組不同的隔離層厚度A、B、C和D，各組取10個樣本，測試結果如下表1所示，其中顯示功率電感器的隔離層的推力F除以隔離層厚度T的附著強度值F/T在0.2~3kg/mm，足夠的附著強度方能抵抗後續製程而提供良好的抗氧化保護。

表1 <TABLE border="1" borderColor="#000000" width="85%"><TBODY><tr><td> 組別 </td><td> A </td><td> B </td><td> C </td><td> D </td></tr><tr><td> 隔離層厚度T (mm) </td><td> 0.25~0.76 </td><td> 0.24~0.67 </td><td> 0.19~0.61 </td><td> 0.25~0.81 </td></tr><tr><td> 推力F (kg) </td><td> 0.2~0.5 </td><td> 0.3~0.6 </td><td> 0.1~0.5 </td><td> 0.4~0.7 </td></tr><tr><td> F/T(kg/mm) </td><td> 0.5~2.4 </td><td> 0.4~2.9 </td><td> 0.3~2.6 </td><td> 0.5~3 </td></tr></TBODY></TABLE>

本發明的功率電感器提供絕佳的耐候特性，可有效阻絕氧氣和水氣，排除其對材料的影響，而維持長期電性的穩定，且隔離層有良好的端面附著強度。本發明技術特性為習知的功率電感器所不及，具有實質上的特點和突出的進步。

本發明之技術內容及技術特點已揭示如上，然而本領域具有通常知識之技術人士仍可能基於本發明之教示及揭示而作種種不背離本發明精神之替換及修飾。因此，本發明之保護範圍應不限於實施例所揭示者，而應包括各種不背離本發明之替換及修飾，並為以下之申請專利範圍所涵蓋。

10‧‧‧聚集體

11‧‧‧元件體

12、62‧‧‧主體

13、63‧‧‧電感線圈

14、64‧‧‧第一延伸端

14’、64’‧‧‧第二延伸端

15‧‧‧缺口

16、66‧‧‧隔離層

17、67‧‧‧第一電極

18、68‧‧‧第二電極

21、71‧‧‧第一端部

22、72‧‧‧第二端部

40、60‧‧‧功率電感器

圖1至圖4顯示本發明之功率電感器的製作方法； 圖5顯示圖4之功率電感器的立體示意圖；以及 圖6顯示本發明另一實施例的功率電感器示意圖。

Claims (12)

1. 一種功率電感器，包含：主體，包含第一端部和第二端部，該第二端部位於該第一端部的相對側；隔離層，至少包覆該主體中除了第一端部和第二端部之外的表面；電感線圈，其設置於所述主體中，包含自該主體中延伸至該第一端部的第一延伸端，以及自該主體中延伸至該第二端部的第二延伸端；第一電極，設於該第一端部，連接該第一延伸端；以及第二電極，設於該第二端部，連接該第二延伸端；其中該隔離層還覆蓋第一端部和第二端部的部分表面。
2. 根據請求項1所述之功率電感器，其中該隔離層可隔離氧氣和水氣。
3. 根據請求項1所述之功率電感器，其中該隔離層的氧滲透率在0.35cm³．mm/m²．atm．day以下。
4. 根據請求項1所述之功率電感器，其中該主體包含聚合物及散佈其中的金屬磁性填料。
5. 根據請求項4所述之功率電感器，其中該金屬磁性填料包含Fe、Si、Cr、Ni、Co之合金。
6. 根據請求項1所述之功率電感器，其中該隔離層於第一端部所佔面積比大於75%，且該隔離層於該第二端部所佔面積比大於75%。
7. 根據請求項1所述之功率電感器，其中該隔離層的材質包含氧化矽類、烷類或苯環類官能基的聚合物。
8. 根據請求項1所述之功率電感器，其中該隔離層的附著強度F/T在0.2~3kg/mm，其中F為施加於隔離層的推力值，T為隔離層厚度。
9. 根據請求項1所述之功率電感器，其中該電感線圈的橫切面為垂直向，且包含由外而內的上部纏繞和由內而外的下部纏繞。
10. 一種功率電感器的製作方法，包含：壓合製造一聚集體，該聚集體包含複數個元件體，各元件體包含主體和設置於所述主體中的電感線圈，各電感線圈包含兩側的延伸端，相鄰元件體中相鄰或相連接的延伸端間隔地橫向依序排列於該聚集體的上半部及下半部；切割該延伸端相應處之主體，形成橫向間隔排列的上下缺口；形成隔離層包覆該聚集體；於該缺口處切斷該聚集體及相應處的隔離層，分割出多個上下表面覆蓋有該隔離層的元件體；以及分別於該元件體的第一端部形成第一電極和第二端部形成第二電極。
11. 根據請求項10所述之功率電感器的製作方法，其中切割該延伸端相應處之主體，並不會切到該延伸端。
12. 根據請求項10所述之功率電感器的製作方法，其中該隔離層還覆蓋該元件體的第一端部和第二端部的部分表面。