高性能大電流功率電感器制造技術(shù)

一種電磁部件組件，包括一個預(yù)成型的導(dǎo)電繞組，其成形為第一和第二片，用于組裝到單個磁芯中，制造簡單且成本相對較低。該組件形成一種功率電感器，其具有減小的直流電阻，可在大電流、高功率的條件下運行。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
局性能大電流功率電感器
本專利技術(shù)的領(lǐng)域總地涉及電路板應(yīng)用的小型化磁性部件的結(jié)構(gòu)和制造，更具體地涉 及如功率電感器的小型化磁性部件的結(jié)構(gòu)和制造。
技術(shù)介紹
功率電感器應(yīng)用于電路板上的供電管理應(yīng)用程序以及電源管理電路中，電路板上 為眾多電子設(shè)備供電，這些電子設(shè)備包括但不限于手持電子設(shè)備。功率電感器被設(shè)計為通 過流經(jīng)一個或多個導(dǎo)電繞組的電流而感生磁場,并經(jīng)由在與繞組結(jié)合的磁芯中產(chǎn)生的磁場 而儲存能量。當(dāng)經(jīng)過繞組的電流下降時，功率電感還可將儲存的能量返回到相關(guān)的電氣電 路，并可從快速開關(guān)電源提供穩(wěn)定的電源。 為了滿足電子設(shè)備，特別是手持設(shè)備日益增長的需求，每一代的電子設(shè)備，不僅需 要體積更小，同時也要提供增強的功能特征和性能。其結(jié)果是，電子設(shè)備趨于越來越強大的 設(shè)備，以及越來越小的物理封裝。然而，滿足比以往更強大的電子設(shè)備的增長的電力需求， 同時繼續(xù)減小已經(jīng)相當(dāng)小了的電路板和元件如功率電感的尺寸，事實證明是富有挑戰(zhàn)性 的。 【附圖說明】 參照以下附圖，對非限制性和非窮盡的實施例進行描述，其中，除非另有規(guī)定，各 個附圖中相同的附圖標記指代相同的部件。 圖1是電路板應(yīng)中的表面安裝功率電感器的第一示例性實施例的立體圖。 圖2是圖1中所示的功率電感器的磁芯的側(cè)視立體圖。 圖3是圖2中所示的磁芯的端部視圖。 圖4是圖1中所示功率電感器的導(dǎo)電繞組的第一預(yù)成型部的立體圖。 圖5是圖2和3所示的磁芯裝配了圖4所示的導(dǎo)電繞組后的立體圖。 圖6是圖5中所示組件的相反側(cè)的立體圖。 圖7是圖1中所示的功率電感器的預(yù)成型端子部的一個示例性的立體圖。 圖8是圖1所示的磁性元件安裝了預(yù)成型端子部后的端部透視圖。 圖9是用于制造中應(yīng)用于電路板中的表面安裝型功率電感器的第二示例性實施 例的預(yù)成型端子部組件的立體圖。 圖10示出了圖9所示的預(yù)成型端子部組件，其裝配有磁芯。 圖11示出了功率電感器的第二示例性實施例中導(dǎo)電繞組的預(yù)成型導(dǎo)電主繞組 部。 圖12示出了圖11中的預(yù)成型導(dǎo)電主繞組部被安裝到圖10所示的一個磁芯上。 圖13示圖11中的預(yù)成型導(dǎo)電主繞組部被安裝到圖10所示的所有磁芯上，從而形 成各自具有單個導(dǎo)電繞組的多個分立的功率電感。 圖14是用于電路板的表面安裝功率電感器的第三示例性實施例的立體圖。 圖15示出了用于制造圖14所示功率電感器的第三示例性實施例的預(yù)成型端子部 組件。 圖16示出了組裝到預(yù)成型端子部組件并安裝了導(dǎo)電主繞組部的磁芯，從而形成 各自具有單個導(dǎo)電繞組的多個分立的功率電感器。 圖17是用于電路板的表面安裝功率電感器的第四示例性實施例的立體圖。 圖18示出了用于制造表面安裝功率電感器的第四示例性實施例的預(yù)成型端子部 組件。 圖19示出了組裝到預(yù)成型端子部組件并安裝了導(dǎo)電主繞組部的磁芯，從而形成 各自具有三個導(dǎo)電繞組的多個分立的功率電感器。 圖20是用于電路板中的表面安裝功率電感器的第五示例性實施例的磁芯的立體 圖。 圖21是圖20所示組件的端側(cè)視圖。 圖22示出了用于制造圖21中所示的第五示例性實施例的功率電感器的預(yù)成型端 子部組件。 圖23示出了圖22中的預(yù)成型端子部組件，其組裝有圖20和21所示的磁芯。 圖24示出了用于第五示例性實施例的功率電感器的導(dǎo)電繞組的預(yù)成型導(dǎo)電主繞 組部。 圖25示出了圖24中的預(yù)成型導(dǎo)電主繞組部，其被安裝到一個如圖25所示的一個 磁芯上。 圖26示出了示出了圖24中的預(yù)成型導(dǎo)電主繞組部，其被安裝到如圖25所示的所 有磁芯上，從而形成各自具有單個導(dǎo)電繞組的多個分立的功率電感。 【具體實施方式】 為了提供日益強大的、具有比以往更多特性和功能的電子設(shè)備，應(yīng)用于電源管理 電路的功率電感器在設(shè)備運行時，一般必須工作在較高的電流和功率水平。然而，用來制造 電路板中的小型化功率電感器的現(xiàn)有技術(shù)，在更大電流的應(yīng)用中存在問題。 為了提供用于電路板的更小的功率電感器組件，按照慣例，導(dǎo)電繞組和磁芯均需 具有更小的物理尺寸。從性能的角度來看，在較小的工作電流下，較小的繞組目前沒有特別 的問題，這樣的安排可能會工作得非常好。然而，對于大電流、高功率的應(yīng)用，導(dǎo)電繞組尺寸 的減小實際上是適得其反的。由于用于制造小型繞組的小導(dǎo)體，繞組中電流必須流經(jīng)的小 的橫截面面積導(dǎo)致整個功率電感的直流電阻（DCR)增大。在大電流、高功率應(yīng)用中，傳統(tǒng)的 小型繞組可能因此具有無法接受的大DCR，這會在電源管理電路中造成顯著的功率損耗。增 大繞組的橫截面面積可以減小功率電感器組件的DCR，但是，從制造的角度來看，這會帶來 其他的問題。 具體而言，已知的疊層功率電感器產(chǎn)品具有多個磁性層或基板，其上可形成導(dǎo)電 繞組的多個平面部分。當(dāng)各層的平面繞組部分彼此連接時，在設(shè)備的各層之間形成一個較 大的導(dǎo)電線圈。使用印刷技術(shù)，沉積技術(shù)或光刻技術(shù)在磁性基板和類似物的表面上形成精 細的導(dǎo)電繞組，可很好提供非常小的組件。然而，由這種技術(shù)制得的此類繞組在大電流、高 功率時性能是相當(dāng)有限的，它們也不具有為了在大電流，高功耗的應(yīng)用將DCR減小到可接 受的水平時所需的相對較大的繞組橫截面面積。 代替在磁性基板等的表面上形成導(dǎo)電繞組，成型的磁芯有時候與單獨制造的、獨 立的導(dǎo)體元件組合使用，功率電感器的制造時這些導(dǎo)體元件成形或彎曲為導(dǎo)電繞組的最終 形式。在多數(shù)情況下，這種獨立的導(dǎo)體元件圍繞所利用的一個或多個磁芯件的表面成形或 彎曲。具體而言，該導(dǎo)體的一端或兩端通常是圍繞磁芯的相對的側(cè)邊緣彎曲，以形成表面安 裝端子部，用于將功率電感器端接到電路板上相應(yīng)的電路安裝連接盤上。 然而，由于成型的磁芯片相對較小的，它們也比較脆弱，如果在組件制造過程中磁 芯件或?qū)w被損壞，將獨立的導(dǎo)體圍繞磁芯片彎曲或成形就可能會產(chǎn)生問題。當(dāng)然，增大用 于制造繞組的導(dǎo)體的橫截面面積，會帶來更難以彎曲的更硬的導(dǎo)體，因此，增加了在不開裂 或以其他方式損壞磁芯片的情況下制造功率電感器的難度。磁芯件的損壞是難以控制或檢 測，這可導(dǎo)致所制得的功率電感器存在相當(dāng)大的性能波動，這是所不期望的。再進一步，當(dāng) 圍繞磁芯彎曲時，更硬的導(dǎo)體元件難以形成完全平坦的表面安裝端子。如果表面安裝端子 不平坦，設(shè)備被安裝到電路板時，機械和電氣連接可能會受到損害。 最近，已經(jīng)提出了使用所謂的預(yù)成型的導(dǎo)電繞組，這些導(dǎo)電繞組與磁芯分開獨立 制造，并完全預(yù)先成形為包括需要用于將繞組連接到電路板的表面安裝端子盤。這種預(yù)成 型的導(dǎo)電繞組可具有一個C形夾結(jié)構(gòu)，其被配置為可滑動地組裝到磁芯片，而無需在所使 用的磁芯片上彎曲或成形繞組的任何部分。 雖然這種預(yù)成型的繞組避免了組件制造時損壞磁芯，同時也易于提供平坦的端子 盤，從制造角度來看，它們也存在某些缺點。例如，預(yù)成型的繞組通常需要至少兩個具有不 同形狀的磁芯件，以用于所制造的每個功率電感元件。預(yù)成型的繞組首先組裝到第一磁芯 件，然后第二磁芯件組裝到第一磁芯件，以在兩個磁芯片之間嵌入繞組。雖然在這種組件 中，預(yù)成型的線圈可增大橫截面面積，以減少使用中功率電感器的DCR，這往往會進一步使 得制造功率電感器所需的磁芯件本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種電磁部件組件，包括：具有相對的第一端部邊緣和第二端部邊緣的磁芯；以及至少一個與所述磁性體分別制造的預(yù)成型導(dǎo)電繞組，所述至少一個預(yù)成型導(dǎo)電繞組包括：預(yù)成型的第一端子部，成型的第二預(yù)端子部，以及在第一和第二端子部中間延伸的預(yù)成型的主繞組部，其中，所述主繞組部由獨立的導(dǎo)體元件制得，該導(dǎo)體元件具有第一端、第二端以及從第一端完全延伸到第二端的直部；其中，所述第一端子部和第二端子部分別從所述磁芯的第一端部邊緣和第二端部邊緣延伸，每個所述第一端子部和第二端子部均包括一個直部，所述直部垂直于所述主繞組部的直部延伸；其中，所述第一端子部和所述第二端子部中的至少一個與主繞組部分開制造，并在所述磁芯的相對端部邊緣中的一個處與所述主繞組部機械和電氣地連接。

【技術(shù)特征摘要】
1. 一種電磁部件組件，包括： 具有相對的第一端部邊緣和第二端部邊緣的磁芯；以及 至少一個與所述磁性體分別制造的預(yù)成型導(dǎo)電繞組，所述至少一個預(yù)成型導(dǎo)電繞組包 括： 預(yù)成型的第一端子部，成型的第二預(yù)端子部，以及在第一和第二端子部中間延伸的預(yù) 成型的主繞組部， 其中，所述主繞組部由獨立的導(dǎo)體元件制得，該導(dǎo)體元件具有第一端、第二端以及從第 一端完全延伸到第二端的直部； 其中，所述第一端子部和第二端子部分別從所述磁芯的第一端部邊緣和第二端部邊緣 延伸，每個所述第一端子部和第二端子部均包括一個直部，所述直部垂直于所述主繞組部 的直部延伸； 其中，所述第一端子部和所述第二端子部中的至少一個與主繞組部分開制造，并在所 述磁芯的相對端部邊緣中的一個處與所述主繞組部機械和電氣地連接。2. 如權(quán)利要求1所述的電磁部件組件，其特征在于，每個所述第一端子部和所述第二 端子部均與主繞組部分開制造。3. 如權(quán)利要求1所述的電磁部件組件，其特征在于，每個所述第一端子部和所述第二 端子部均包括預(yù)成型的表面安裝端子盤，該端子盤平行于主繞組部的直部延伸。4. 如權(quán)利要求3所述的電磁部件組件，其特征在于，所述磁芯進一步包括互連相對的 所述第一端部邊緣和第二端部邊緣的底表面，所述表面安裝端子盤平行于所述底表面延 伸。5. 如權(quán)利要求4所述的電磁部件組件，其特征在于，所述磁芯的所述底表面形成有凹 部，該凹部相鄰于所述相對的第一和第二端部邊緣中的每一個延伸，每個所述第一端子部 和第二端子部的所述表面安裝端子盤在各自的凹部中延伸。6. 如權(quán)利要求1所述的電磁部件組件，其特征在于，所述第一端子部與所述主繞組部 一體形成。7. 如權(quán)利要求1所述的電磁部件組件，其特征在于，所述主繞組部具有矩形的橫截面。8. 如權(quán)利要求1所述的電磁部件組件，其特征在于，所述主繞組部具有圓形的橫截面。9. 如權(quán)利要求1所述的電磁部件組件，其特征在于，所述磁芯形成有在所述相對的端 部邊緣之間延伸的導(dǎo)體通孔開口，所述主繞組部通過所述導(dǎo)體通孔開口延伸。10. 如權(quán)利要求1所述的電磁部件組件，其特征在于，所述磁芯形成有在所述相對的端 部邊緣之間延伸的物理間隙。11. 如權(quán)利要求10所述的電磁部件組件，其特征在于，所述物理間隙垂直于所述主繞 組部延伸。12. 如權(quán)利要求1所述的電磁部件組件，其特征在于，所述磁芯的所述相對端部邊緣中 的至少一個所形成有凹部，所述第一端子部和所述第二端子部的至少一部分被定位在所述 凹部中。13. 如權(quán)利要求1所述的電磁部件組件，其特征在于，所述第一端子部和所述第二端子 部的至少一個形成有一個開口，所述主繞組部的一部分被接納在所述開口中。14. 如權(quán)利要求13所述的電磁部件組件，其特征在于，所述開口為矩形。15. 如權(quán)利要求13所述的電磁部件組件，其特征在于，所述開口為圓形。16. 如權(quán)利要求1所述的電磁部件組件，其特征在于，所述主繞組部的所述第一端和第 二端為漸縮的。17. 如權(quán)利要求1所述的電磁部件組件，其特征在于，所述主繞組部具有第一寬度尺 寸，所述第一端子部和所述第二端子部中的至少一個具有與第一寬度尺寸不同的第二寬度 尺寸。18. 如權(quán)...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：顏毅鵬，R·J·博格特，B·埃利奧特，歐陽過，
申請(專利權(quán))人：庫柏技術(shù)公司，
類型：發(fā)明
國別省市：美國;US