本發(fā)明涉及一種電感成型方法，具體涉及一種電感溫壓成型方法，本發(fā)明還涉及利用該成型方法成型的電感，屬于電子元器件加工成型技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著現(xiàn)代集成電路設(shè)計(jì)及制造工藝、半導(dǎo)體設(shè)計(jì)及制造工藝、機(jī)器人自動(dòng)化制造技術(shù)、電子元器件技術(shù)以及互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的發(fā)展，智能化已經(jīng)成為信息社會(huì)乃至下一代工業(yè)技術(shù)革命的主流技術(shù)趨勢(shì)。當(dāng)前，各種具有智能運(yùn)算功能的直流負(fù)載(包含傳感器)在快速地改造著傳統(tǒng)行業(yè)及人類的生存狀態(tài)，把人與人、物與物、人與物相互連接起來。

這些復(fù)雜的連接都有賴于信息的傳遞、通訊與計(jì)算，因此智能化的終端應(yīng)運(yùn)而生，它可以是信息的傳送端，也可以是信息的接收端以及信息通訊、運(yùn)算的工具。一般而言，這些智能化的終端都需要采用芯片作為運(yùn)算的工具，因此為其提供電能的前置電感就必不可少。其中，模壓電感作為主流的前置電感之一具有能量轉(zhuǎn)換效率高、體積小、EMI特性好、頻率范圍寬等特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用，例如智能手機(jī)、智能電視、平板電腦、筆記本電腦、LED電視、各種通訊終端及服務(wù)器、智能家電等。

模壓電感在各種應(yīng)用中的應(yīng)用原理是BUCK或BOOST電路，其通過電感磁通量的變化在電感兩端產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的變化，再利用這個(gè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與電路中的其它電壓配合從而產(chǎn)生降壓或升壓的功能，同時(shí)具備能量有序存儲(chǔ)及有序傳遞功能。

模壓電感又稱為“Power Choke”，它的主要技術(shù)特征在于將勵(lì)磁的銅線圈置于軟磁金屬粉末內(nèi)部并在成型機(jī)上與軟磁金屬粉末同時(shí)成型并構(gòu)成封閉磁回路，因此免去了繁瑣的繞線工序并獲得良好的EMI(電磁干擾)特性，同時(shí)依靠模具設(shè)計(jì)構(gòu)成的電極方便在集成電路上自動(dòng)化貼裝?？偠灾?，模壓電感是一類具有短流程、高性能、自動(dòng)化程度高的現(xiàn)代電子元器件，是現(xiàn)代直流負(fù)載設(shè)備(尤其是智能電子設(shè)備)不可或缺的重要電子元器件。

模壓電感的材料由金屬軟磁粉末和銅線構(gòu)成，金屬軟磁粉末通常是羰基鐵粉、FeCrSi合金粉末、FeSi合金粉末、霧化鐵粉等，以上金屬粉末具有較好的軟磁特性、較好的成型性以及合適的成本并得到廣泛使用。

但是，隨著移動(dòng)電子設(shè)備尤其是智能手機(jī)的發(fā)展電路集成系統(tǒng)要求電子元器件功率密度越來越高、體積越來越小、厚度越來越薄、效率越來越高，因此常規(guī)的技術(shù)越來越難以滿足行業(yè)的發(fā)展要求。于是各種提高模壓電感特性的技術(shù)逐漸出現(xiàn)，具有代表性的有采用非晶軟磁粉末的模壓電感、溫壓法模壓電感、積層式電感(材料為鎳鋅鐵氧體)。對(duì)于非晶材料的模壓電感，非晶材料其固有的高硬度、高強(qiáng)度使之難以適用于現(xiàn)有的模壓工藝；而積層式電感的材料是軟磁鐵氧體類，因此其功率密度相較于金屬軟磁材料而言相差較大；溫壓法模壓電感是目前業(yè)界較為普遍的提升電感特性的方法，該方法制造的電感其功率密度較高、電感尺寸較小，可廣泛應(yīng)用于移動(dòng)智能終端(例如智能手機(jī))。但是，該方法目前不足之處在于生產(chǎn)效率低、單位生產(chǎn)能耗高，這極大程度上影響了該技術(shù)在模壓電感領(lǐng)域的應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種生產(chǎn)效率高、能耗低的電感溫壓成型方法，本發(fā)明的目的還在于提供一種利用本發(fā)明電感溫壓成型方法制備的電感，該電感磁導(dǎo)率高、直流電阻小、外觀缺陷少。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種電感溫壓成型方法，利用置于成型模腔外圍的感應(yīng)線圈通電后于模腔中心產(chǎn)生的縱向交流或帶有紋波的直流的變化磁場(chǎng)將模腔中的磁性粉末快速加熱，然后被加熱的磁性粉末將熱量傳遞給磁性粉末表面的粘結(jié)劑并使之軟化，并在模腔中將磁性粉末與粘結(jié)劑組成的造粒粉末模壓成型后成為電感。

優(yōu)選方案，所述磁性粉末為經(jīng)過表面處理并獲得核殼結(jié)構(gòu)的金屬軟磁材料。

優(yōu)選方案，所述感應(yīng)線圈沿著模腔外圍布置，且感應(yīng)線圈的形狀與模腔輪廓相似。

優(yōu)選方案，具體包括如下成型步驟：

1)調(diào)制粘結(jié)劑：選取包覆層樹脂,并用稀釋劑將其配成粘結(jié)劑溶液；所述包覆層樹脂為磁性粉末重量的1.0-10.0wt％；稀釋劑含量為磁性粉末重量的1.0-50.0％；

2)然后將所述金屬軟磁材料與粘結(jié)劑溶液混合并攪拌，直至充分混合均勻?yàn)橹梗?/p>

3)制粒：攪拌好的物料進(jìn)行制顆粒；

4)烘干：所制顆粒經(jīng)過烘干，使其所含稀釋劑完全去除且干燥；

5)模壓成型：所制顆粒置于成型模腔內(nèi)，置于成型模腔外圍的感應(yīng)線圈通電后于模腔中心產(chǎn)生的縱向交流或帶有紋波的直流的變化磁場(chǎng)將顆粒模壓成型后成為模壓電感。

優(yōu)選方案，所述顆粒由若干個(gè)具有核殼結(jié)構(gòu)的金屬粉末團(tuán)聚構(gòu)成，每一個(gè)具有核殼結(jié)構(gòu)的金屬粉末中心由軟磁金屬材料構(gòu)成；所制顆粒外殼由包覆層樹脂構(gòu)成。

優(yōu)選方案，所述包覆層樹脂包括環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂以及改性環(huán)氧樹脂、改性酚醛樹脂等樹脂的一種及一種以上混合樹脂，也包括硅樹脂及其改性樹脂、聚酰亞胺及其改性樹脂、聚硫亞胺及其改性樹脂、聚楓及其改性樹脂、雙馬來酰亞胺及其改性樹脂、氰酸脂及其改性樹脂等耐高溫工程樹脂的一種及以一種以上混合樹脂。

優(yōu)選方案，所述金屬軟磁材料可以選用還原鐵粉、霧化鐵粉、羰基鐵粉、以鐵硅為主要元素的軟磁金屬粉末、以鐵硅鉻為主要元素的軟磁金屬粉末、坡莫合金軟磁合金粉末、Sendust粉末、鐵基非晶態(tài)金屬軟磁金屬粉末的一種及一種以上混合粉末。

優(yōu)選方案，選用所述鐵基非晶態(tài)金屬軟磁金屬粉末，模壓后鐵芯密度達(dá)到5.8-6.5/cm³。

優(yōu)選方案，所述感應(yīng)線圈為螺旋形的空心銅管結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明的另外一個(gè)目的是保護(hù)基于利用本發(fā)明的電感溫壓成型方法制備的模壓電感，其鐵心相對(duì)磁導(dǎo)率>＝30。

由于上述技術(shù)方案的運(yùn)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明的電感溫壓成型方法制造的電感磁導(dǎo)率高、直流電阻小、外觀缺陷少，且該方法在生產(chǎn)實(shí)際中具有以下特點(diǎn)：

(1)加熱時(shí)間短，粉末依靠電磁感應(yīng)原理而受熱，加熱時(shí)間可由電源頻率和電流值大范圍調(diào)整，因此加熱時(shí)間短，且受熱均勻；

(2)模具不受熱，因此模具可以在遠(yuǎn)低于粉末受熱溫度的條件下長(zhǎng)時(shí)間工作，也不會(huì)造成粉末因受熱而粘性增加的問題；

(3)成型壓力低，粉末溫度升高后硬度和強(qiáng)度會(huì)下降且樹脂包覆層受熱后會(huì)軟化，因此所需成型壓力大幅度降低；

(4)依以上所述，該方法具有生產(chǎn)效率高、能耗低的特點(diǎn)。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作進(jìn)一步說明：

附圖1為本發(fā)明的電感溫壓成型方法及其利用該方法制備的電感所采用的模具結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

一種電感溫壓成型方法及其利用該方法制備的電感，其具體步驟如下：

(一)金屬粉末表面改性

金屬軟磁粉末不能直接用于模壓成型，須對(duì)其表面進(jìn)行處理并獲得核殼結(jié)構(gòu)。

電感中心是金屬軟磁材料，該材料可以是還原鐵粉、霧化鐵粉、羰基鐵粉、以鐵硅為主要元素的軟磁金屬粉末、以鐵硅鉻為主要元素的軟磁金屬粉末、坡莫合金軟磁合金粉末、Sendust粉末、鐵基非晶態(tài)金屬軟磁金屬粉末的一種及一種以上混合粉末，以上材料可以是原始粉末，也可以是經(jīng)過鈍化的粉末。

電感外殼(以下稱為包覆層)材料須是樹脂材料，包括環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂以及改性環(huán)氧樹脂、改性酚醛樹脂等樹脂的一種及一種以上，也包括硅樹脂及其改性樹脂、聚酰亞胺及其改性樹脂、聚硫亞胺及其改性樹脂、聚楓及其改性樹脂、雙馬來酰亞胺及其改性樹脂、氰酸脂及其改性樹脂等耐高溫工程樹脂的一種及以上。為獲得該包覆層，需要進(jìn)行一系列的工作，第一，稱取一定量的包覆層樹脂(一般為粉末重量的1.0-10.0wt％),并用相應(yīng)的稀釋劑將其配成粘結(jié)劑溶液，稀釋劑含量一般為粉末重量的1.0-50.0％，粘結(jié)劑可以是以上所述任一樹脂及樹脂混合物，然后將需要表面處理的金屬粉末與粘結(jié)劑溶液混合并攪拌，直至充分混合均勻?yàn)橹梗坏诙?，攪拌好的物料可以采用擠壓造粒法、噴霧造粒法、流化床造粒法、圓盤造粒法等任一造粒方法進(jìn)行制粒，所制顆粒由若干個(gè)具有核殼結(jié)構(gòu)的金屬粉末團(tuán)聚構(gòu)成，每一個(gè)具有核殼結(jié)構(gòu)的金屬粉末中心由軟磁金屬材料構(gòu)成，外殼由包覆層樹脂構(gòu)成；第三，所制顆粒經(jīng)過一定溫度烘干，使其所含稀釋劑完全去除且干燥后顆粒具有一定流動(dòng)性，該粉末有利于在模壓成型時(shí)計(jì)量穩(wěn)定一致。

(二)顆粒模壓成型

實(shí)施例一，造粒所得顆粒需要經(jīng)過模壓成型后成為電感鐵芯及電感。如附圖1所示，該模具由四部分組成：

(1)成型機(jī)構(gòu)

該部分由型腔及上沖頭1、下沖頭2構(gòu)成。型腔3和沖頭的形狀是根據(jù)產(chǎn)品而定，理論上可以是任意形狀，通常的形狀包括圓環(huán)形、圓柱形、正方體、長(zhǎng)方體等。型腔是金屬軟磁粉末最終成型的空間，粉末在沖頭的壓力下密度逐漸增加直至最終成型。

在粉末成型過程中，粉末需要克服粉末與模壁的摩擦力、粉末之間的內(nèi)摩擦力以及粉末變形所需的壓力等。通常通過施加足夠大的成型壓力即可實(shí)現(xiàn)，但是由于過多的壓力在成型后以殘余應(yīng)力的方式存在，因此極大地降低了材料的磁導(dǎo)率以及增加了材料的鐵損；更有甚者，當(dāng)成型空間中不止一種材料時(shí)會(huì)產(chǎn)生宏觀裂紋及內(nèi)裂紋，造成產(chǎn)品開裂；此外，過大的成型壓力造成模具材料的過多磨損，從而影響模具的使用壽命；最后，過大的成型壓力造成成型機(jī)生產(chǎn)力的下降。本發(fā)明的金屬粉末在變形過程中所需壓力較小，通常只有傳統(tǒng)壓制壓力的一半及以下，其原因在于粉末受熱后金屬粉末的抗壓縮強(qiáng)度降低以及樹脂包覆層軟化，所需的變形壓力大幅度降低。材料的溫度可以根據(jù)輸入的電源功率調(diào)節(jié)，因此可以實(shí)現(xiàn)材料在短時(shí)間內(nèi)即可上升到60℃-350℃之間，所需加熱時(shí)間在0.1秒-60.0秒之間可調(diào)。成型時(shí)粉末溫度越高保壓時(shí)間越短、保壓壓力越小，通常保壓時(shí)間在1-60秒之間可調(diào)，保壓壓力在50MPa-1000MPa之間可調(diào)。此外，所有該部分的材質(zhì)必須是非磁性材料，即外磁場(chǎng)的作用不會(huì)使該結(jié)構(gòu)受熱。

(2)料靴

料靴的作用在于存放造粒粉末并在開始?jí)褐浦敖o型腔填充定量的造粒粉末，為了使料靴內(nèi)造粒粉末溫度不被成型時(shí)的受熱粉末干擾，料靴與模具上表面不直接接觸，而是保持1毫米及以上的間距。在送料之后，料靴應(yīng)立即離開型腔模具的上方并退回送料的初始位置，以便于下一個(gè)壓制動(dòng)作的啟動(dòng)(通常是上沖頭開始下降并進(jìn)入模腔進(jìn)行成型)。料靴的形狀可以是方形、原型、錐形、方錐形等，不僅限于以上形狀。

(3)感應(yīng)線圈機(jī)構(gòu)

感應(yīng)線圈4的作用在于在通電的情況下線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)可以是交變磁場(chǎng)，也可以是在直流工作條件下帶有紋波電流的混合電流，其目的在于使磁性材料產(chǎn)生鐵損，鐵損以熱的形式使磁性材料溫度上升，該熱量再以熱傳導(dǎo)的方式給包覆層材料加熱。線圈的位置一定是沿著型腔的結(jié)構(gòu)外圍布置，且線圈的形狀盡量與型腔輪廓相似，以便于型腔中的磁場(chǎng)均勻分布，從而使磁性材料的受熱均勻。磁場(chǎng)的開關(guān)應(yīng)根據(jù)壓制動(dòng)作有所設(shè)計(jì)，例如，型腔中的磁性材料未在開始?jí)褐魄氨仨毻ㄟ^磁場(chǎng)的變化產(chǎn)生足夠的熱量是軟磁金屬粉末達(dá)到變形所需的溫度(此過程稱為預(yù)熱)，否則壓制壓力不會(huì)明顯降低；還有，當(dāng)軟磁金屬粉末在保壓時(shí)間達(dá)到前或達(dá)到的那一瞬間必須停掉磁場(chǎng)的變化(此過程稱為加熱)，以便于鐵芯退模；最后，在“加熱”結(jié)束后、“預(yù)熱”開始前不允許磁場(chǎng)產(chǎn)生變化。

線圈的材質(zhì)通常選用非磁性材料，一般可以選金屬銅，但不僅限于此，且線圈材質(zhì)的形狀是管型，此功能在于給線圈降溫，其次還可以給模具降溫(模具或多或少會(huì)被粉末通過熱傳導(dǎo)而加熱)。

(4)加熱電源及冷卻系統(tǒng)

加熱電源的功能在于給線圈加變化的電流，從而產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)。電源可以是交流電也可以是帶有紋波的直流電。冷卻系統(tǒng)的功能在于給線圈的管路通以冷卻劑，以保證線圈和模具的溫度不會(huì)過高，否則線圈附近的模具部分會(huì)超溫工作甚至工作失效，冷卻劑可以是水，也可以是其它無腐蝕性的液體冷卻劑。

實(shí)施例二，造粒所得粉末需要經(jīng)過模壓成型后成為模壓電感。如圖1所示，該模具由三部分組成：

(1)成型機(jī)構(gòu)

成型機(jī)構(gòu)有兩種結(jié)構(gòu)，先介紹第一種形式：

該部分包括上模11、下模12和中模13；上模11包括上沖頭1；下模12包括下沖頭2。型腔3和沖頭的形狀是根據(jù)產(chǎn)品而定，理論上可以是任意形狀，通常的形狀包括圓柱形、正方體、長(zhǎng)方體等。型腔是金屬軟磁粉末最終成型的空間，粉末在沖頭的壓力下密度逐漸增加直至最終成型。

在填充粉末前，先將電感線圈放置于中模13內(nèi)，線圈4的兩只出線腳置于中模13上表面的凹槽內(nèi)，然后將上模11降下并與中模13密閉結(jié)合；之后，料靴給型腔送粉并成型壓制，粉末送粉也可以分兩次，例如先將未合模的中模填粉，之后中模上升到一定位置使線圈可以被置入，接著上模11與中模13合模，隨后進(jìn)行第二次送粉。

成型機(jī)構(gòu)的第二種結(jié)構(gòu)介紹如下：

該部分由中模13、上沖頭1、下沖頭2構(gòu)成，下沖頭2上有兩個(gè)孔，該孔的作用在于使線圈的兩只出線角可以置入其中，起到定位的作用，出線角的長(zhǎng)度根據(jù)產(chǎn)品而定。型腔和沖頭的形狀是根據(jù)產(chǎn)品而定，理論上可以是任意形狀，通常的形狀包括圓柱形、正方體、長(zhǎng)方體等。型腔是金屬軟磁粉末最終成型的空間，粉末在沖頭的壓力下密度逐漸增加直至最終成型。先將線圈置于定位孔內(nèi)，然后料靴送粉并退回，接下來進(jìn)行成型壓制。

兩種模式下粉末在成型過程中，粉末需要克服粉末與模壁的摩擦力、粉末之間的內(nèi)摩擦力以及粉末變形所需的壓力等。通常通過施加足夠大的成型壓力即可實(shí)現(xiàn)，但是由于過多的壓力在成型后以殘余應(yīng)力的方式存在，因此極大地降低了材料的磁導(dǎo)率以及增加了材料的鐵損；更有甚者，退模后產(chǎn)生宏觀裂紋或內(nèi)裂紋，以及電感在固化處理后產(chǎn)生宏觀裂紋或內(nèi)裂紋，造成最終產(chǎn)品開裂；此外，過大的成型壓力造成模具材料的過多磨損，從而影響模具的使用壽命；最后，過大的成型壓力造成成型機(jī)生產(chǎn)力的下降。本發(fā)明的金屬粉末在變形過程中所需壓力較小，通常只有傳統(tǒng)壓制壓力的一半及以下，其原因在于粉末受熱后金屬粉末的抗壓縮強(qiáng)度降低以及樹脂包覆層軟化，所需的變形壓力大幅度降低。材料的溫度可以根據(jù)輸入的電源功率調(diào)節(jié)，因此可以實(shí)現(xiàn)材料在短時(shí)間內(nèi)即可上升到60℃-350℃之間，所需加熱時(shí)間在0.1秒-60.0秒之間可調(diào)。成型時(shí)粉末溫度越高保壓時(shí)間越短、保壓壓力越小，通常保壓時(shí)間在1-60秒之間可調(diào)，保壓壓力在100MPa-1000MPa之間可調(diào)。此外，所有該部分的材質(zhì)必須是非磁性材料，即外磁場(chǎng)的作用不會(huì)使該結(jié)構(gòu)受熱。

(2)料靴

料靴的作用在于存放造粒粉末并在開始?jí)褐浦敖o型腔填充定量的造粒粉末，為了使料靴內(nèi)造粒粉末溫度不被成型時(shí)的受熱粉末干擾，料靴與模具上表面不直接接觸，而是保持1毫米及以上的間距。在送料之后，料靴應(yīng)立即離開型腔模具的上方并退火送料的初始位置，以便于下一個(gè)壓制動(dòng)作的啟動(dòng)(通常是上沖頭開始下降并進(jìn)入模腔進(jìn)行成型)。料靴的形狀可以是方形、原型、錐形、方錐形等，不僅限于以上形狀。

(3)感應(yīng)線圈機(jī)構(gòu)

感應(yīng)線圈的作用在于在通電的情況下線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)可以是交變磁場(chǎng)，也可以是在直流工作條件下帶有紋波電流的混合電流，其目的在于使磁性材料產(chǎn)生鐵損，鐵損以熱的形式使磁性材料溫度上升，該熱量再以熱傳導(dǎo)的方式給包覆層材料加熱。線圈的位置一定是沿著型腔的結(jié)構(gòu)外圍布置，且線圈的形狀盡量與型腔輪廓相似，以便于型腔中的磁場(chǎng)均勻分布，從而使磁性材料的受熱均勻。磁場(chǎng)的開關(guān)應(yīng)根據(jù)壓制動(dòng)作有所設(shè)計(jì)，例如，型腔中的磁性材料未在開始?jí)褐魄氨仨毻ㄟ^磁場(chǎng)的變化產(chǎn)生足夠的熱量是軟磁金屬粉末達(dá)到變形所需的溫度(此過程稱為預(yù)熱)，否則壓制壓力不會(huì)明顯降低；還有，當(dāng)軟磁金屬粉末在保壓時(shí)間達(dá)到前或達(dá)到的那一瞬間必須停掉磁場(chǎng)的變化(此過程稱為加熱)，以便于鐵芯退模；最后，在“加熱”結(jié)束后、“預(yù)熱”開始前不允許磁場(chǎng)產(chǎn)生變化。

線圈的材質(zhì)通常選用非磁性材料，一般可以選金屬銅，但不僅限于此，且線圈材質(zhì)的形狀是管型，此功能在于給線圈降溫，其次還可以給模具降溫(模具或多或少會(huì)被粉末通過熱傳導(dǎo)而加熱)。

(4)加熱電源及冷卻系統(tǒng)

加熱電源的功能在于給線圈加變化的電流，從而產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)。電源可以是交流電也可以是帶有紋波的直流電。冷卻系統(tǒng)的功能在于給線圈的管路通以冷卻劑，以保證線圈和模具的溫度不會(huì)過高，否則線圈附近的模具部分會(huì)超溫工作甚至工作失效，冷卻劑可以是水，也可以是其它無腐蝕性的液體冷卻劑。

以上僅是本發(fā)明的具體應(yīng)用范例，對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍不構(gòu)成任何限制。凡采用等同變換或者等效替換而形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明權(quán)利保護(hù)范圍之內(nèi)。