TW200952006A - Miniature shielded magnetic component - Google Patents

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200952006 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明大體係關於電子元件之製造，且更具體言之，係 關於諸如電感器之微型磁性元件之製造。 【實施方式】 • 本文揭示磁性元件之例示性實施例，其克服此項技術中 - 為了以合理成本可靠地製造用於電子裝置之扁平化元件之 取多挑戰。更特定言之，揭示例示性微型屏蔽電力元件 〇 (諸如電感器及變壓器）及其製造方法。該等元件利用獨特 的磁心結構、預成形線圈，以及用於形成該預成形線圈之 端接（termination)結構之溶接（weiding)及鑛敷技術。在大 生產批量下可嚴密地控制磁心中之間隙大小，從而提供更 嚴密控制之電感值。憑藉與已知的用於電路板應用之已知 磁性元件相比之更易之組裝及更佳之產率，該元件可以更 低之成本來提供。該等元件亦提供相對於已知元件之增加 之電力密度，且因此該等元件特別適用於電子裝置之電力 ® 供應電路。 為了最完全地瞭解本發明，以下揭示内容將被分成不同 - #分，其中第1部分揭示習知屏蔽元件部件以及與其相聯 • 之挑戰；且第11部分揭示根據本發明之例示性實施例形成 的磁性元件之例示性實施例。 I.發明介紹 在許多類型的的電子裝置中，已變得需要在較小實體封 裝大小中提供不斷增加之特徵及功能性陣列。舉例而言， 132194.doc 200952006 諸如蜂巢式電話、假人數位助理（PDA)裝置以及個人音樂 及娛樂裝置之手持式電子裝置現在包括增加數目之電子元 件，以在此等裝置中容納所要之增加的功能性。對於此等 裝置，在減小之實體封裝大小中容納増加數目之元件已經 導致大量使用"扁平化"元件，該等"扁平化"元件具有自電 &板表面突出之相對小之高度。元件之扁平化降低電子裝 置内的板上所需之餘隙（Clearance)，且允許多個電路板堆 疊於裝置中減小之空間量内。 ❹ 然而，此等扁平化元件之製造提出多種實際挑戰，使得 生產越來越小之裝置所要求之更較小的扁平化之製造困難 且昂貴。在非常小之磁性元件（例如電感器和變壓器）中產 生均一的效能係困難的，特別是當該元件涉及在製造期間 難以控制之帶間隙之磁心結構時，從而導致效能及成本問 題。在大量電子元件之情況下，元件間任何效能上之可變 性均為不期望的，且即使相對小之成本節省亦可能為顯著 的。 ❹ 多種用於電路板應用之磁性元件（包括但不限於用於電 子裝置的電感器和變壓器）包括至少一個安置於磁性磁心 - 周圍之導電繞組（Winding)。在一些磁性元件中，磁心總成 • 係由帶間隙且接合在一起之鐵氧體（ferrite)磁心製成。在 使用中’要求磁心之間的間隙儲存磁心中之能量，且該間 隙影響磁特性’該磁特性包括（但不限於）開路電感及DC偏 壓特性。尤其在微型元件中，在磁心之間產生均一間隙對 於可靠、高品質之磁性元件之一致製造係重要的。 132194.doc 200952006 因此，需要為電路板應用提供一種具有提高之效率及改 良及可製造性的磁性元件，而無需增加部件之大小以及過 度佔用印刷電路板上之空間量。 圖1為用於電子裝置之已知磁性元件100之透視圖。如圖 1中所說明’元件100為包括基座102之電力電感器，該基 座102由（例如）非導電性電路板材料（例如酚醛樹脂）製成。 鐵氧體鼓形磁心（drum core)104(有時被稱為繞組軸）藉由 諸如基於環氧樹脂之膠之黏著劑1 〇6附著至基座丨〇2 ^繞組 ❹ 或線圈108以捲繞該鼓形磁心1〇4指定匝數之導線形式提 供’且繞組108終止於自鼓形磁心1 〇4延伸之線圈引線 110、112中的每一相對端。在基座1〇2之相對側邊緣上提 供金屬端接夾片（clip) 114、116，且夾片114、116可由（例 如）金屬薄片單獨地製成，且被組裝至基座102。各別夾片 114、116之部分可被焊接（solder)至電子裝置之電路板（未 示出）的導電迹線，且夾片114及116之部分機械且電連接 至線圈引線110、112。鐵氧體屏蔽環形磁心118實質上圍 ® 繞鼓形磁心104 ’且以相對於鼓形磁心1〇4有間隙之方式被 間隔開。 繞組108直接纏繞在鼓形磁心1 〇4上，且屏蔽環形磁心 . 11 8被組裝至鼓磁心104 »要求鼓形磁心1 04相對於屏蔽磁 心11 8總成細緻地中心以控制電感值，且保證導體之dc偏 壓效能。通常利用相對高溫之焊接製程來將線引線110、 112製程至端接夾片114、116。 於對微型化扁平化元件，鼓形磁心104在屏蔽磁心u 8内 132194.doc 200952006 之定中心提出多種實踐上之困難。在一些情況下，已經使 用環氧樹脂來接合鐵氧體磁心104與118，以產生用於磁性 70件之接合的磁心總成。為了使磁心保持一致之間隙，有 時將非磁性珠粒（通常為玻璃球）與黏著性絕緣材料混合， 且散布在磁心丨〇4與118之間以形成間隙。當被熱固化時， 環氧樹脂接合磁心1〇4與118，且該等珠粒將磁心1〇4與ιΐ8 隔開以形成間隙。然而，磁心1〇4與118之間的接合主要取 決於環氧樹脂之黏度以及散布在磁心之間的黏著性混合物 β 中環氧樹脂與珠粒之比率。已經注意@，在__些應用中， 接合的磁心104與118對於其所期望之應用來說並未足夠地 接合，且已證明控制黏著性混合物中環氧樹脂與玻璃球之 比率也非常困難。 鼓形磁心104在屏蔽磁心118中定中心之另一已知方法涉 及置放於磁心104與118之間的非磁性間隔材料（未圖 不）。間隔材料通常由紙或聚酯薄膜絕緣材料製成。通 ❹常，磁心HM及118以及間隔材料藉由捲繞在該兩個半磁心 外之條帶緊固至彼此，其中以黏著劑將該兩個半磁心堅固 在一起，或者以夾持件堅固該兩個半磁心且保持位於該兩 個半磁心之間的間隙。很少使用多件（亦即，兩件以上）隔 離材料，因為將結構緊固在一起之問題變得非常複雜、困 難及昂貴。 在將線圈引線110、112電連接至端接夾片114及116及焊 接製程過程中，已發現在鼓形磁心1〇4及屏蔽磁心ιΐ8中之 一者或兩者中可能出現裂痕，特別是在利用非常小之磁心 132194.doc 200952006 時此外在焊接製程期間在繞組108中可能出現電短 路。任-種狀況均提出電感器元件在使用中的效能及可靠 性問題。 圖2及圖3分別說明另一#已知類型的屏蔽磁纟元件15〇 之分解圈及透視圖，該屏蔽磁性元件15〇在一些方面比圖上 展示之元件100要易於製造及組裝。此外，元件15〇亦可以 比元件100要低之輪廓來提供。 7L件150包括鼓形磁心152(線圈或繞組154在該鼓形磁心 ❹ I52上延伸多匝）及收納該鼓形磁心之屏蔽磁心150。屏蔽 磁心156包括形成於其表面上之經電鍍端接件16〇。引線 162、164自繞組154延伸’且在端接件158及16〇之側邊緣 上與端接件158及160電連接。經電鑛端接件16〇避免單獨 製造之端接失片（諸如圖1中所示之夾片114及116)以及夹片 114及116組裝至的基座102(亦也在圖1中展示）。消除原本 將需要之夾片114、116及基座1〇2節省材料及組裝成本， 且為元件150提供比元件100(圖〇低之輪廓高度。 然而’對於以更扁平化進行製造，元件i 5〇仍然為挑 戰。鼓形磁心152相對於屏蔽磁心！ 56之定中心仍然困難且 昂貴。在元件1 50之製造期間，元件丨5〇亦容易受到用於將 線圈引線162及164端接至屏蔽磁心156上的端接件158及 160之高溫焊接操作之熱衝擊及潛在損害之影響，或者容 易受至在元件150被表面黏著至電路板時所經歷之熱衝擊 之影響。熱衝擊傾向於降低磁心1 〇4、11 8中之一者或兩者 之結構強度。伴隨朝向更扁平化元件之趨勢，鼓形磁心 132194.doc -10· 200952006 152及屏蔽磁心156之尺寸正被減小，從而致使其更易受熱 衝擊問題之影響。已經在形成端接件之電鍍製程中觀察到 屏蔽磁心1 56之破裂，從而導致效能及可靠性問題，以及 合格元件之不期望之低產率。 圖4及圖5說明在一些方面類似於元件15〇之元件18〇之另 一實施例。在圖4及圖5中，對於共同特徵使用與圖2及圖3 中相同之參考符號》與元件i 5〇不同，元件180包括嵌入於 屏蔽磁心156中之端接槽182、184(圖4)。嵌入式端接槽182 © 及184在屏蔽磁心156之表面上收納繞組引線166、168(圖 5)，該屏蔽磁心156可表面黏著至電子裝置之電路板。與 元件150相比’嵌入式端接槽ι82及184允許減小元件高 度’或者減小元件之輪廟，但仍經受在為磁心定中心時之 前述困難、端接件158及160之電鍍對磁心之潛在損害，以 及在元件180被表面黏著至電路板時由於高溫焊接操作而 導致之熱衝擊問題。 圖6說明又一已知元件200，該元件200可根據元件150或 180而加以建構’但包括更牢固地固持線圈引線166、 168(囷2-5)之單獨提供的線圈端接夾片2〇2、2〇4。夾片 202、204係提供於經電鍍端接件158、16〇(圖2至圖5)之 • 上，且俘獲（caPture)線圈引線166、168。除了更可靠地端 接線圈引線166、168以外，元件2〇〇遭受在屏蔽磁心156中 為鼓形磁心154定中心之類似困難、與電鍍端接件時對磁 心之損害相Μ的類似問題，以及在使用時可能不利地影響 件200之可靠性及效能的類似熱衝擊問題。 132194.doc 200952006 為了避免將線圈纏繞至越來越小之鼓形磁心1 52上之困 難’且伴隨進一步減小此等元件之扁平化高度之目標，已 經提議利用預成形線圈結構，替代纏繞至磁心結構上，該 預成形線圈結構可單獨製造並組裝至磁心結構中。圖7為 一種此習知預成形線圈220之頂部平面圖，該預成形線圈 220可用以建構扁平化電感器元件。線圈22〇具有第一引線 222及第二引線224，以及在第一引線222與第二引線224之 間纏繞多E之一段線。由於纏繞線圈220所使用之習知方 〇 式’ 一引線222自線圈220之内周邊延伸，且另一引線224 自線圈220之外周邊延伸。 II·本發明之例示性實施例 圖8為用於根據本發明所形成之微型或扁平化磁性元件 之預成形繞組或線圈24〇之頂部平面圖。與線圈22〇(圖7)類 似’線圈240具有第一引線242及第二引線244，以及在第 一引線242與第二引線244之間纏繞多匝以達成所要效應之 一段線’該所要效應諸如用於選定之最終用途應用之所要 電感值。 在說明性實施例中’線圈240可由導線根據已知技術形 成。若需要’用於形成線圈240之線可塗佈瓷漆（enamel)s 層等’以改良線圈240之結構及功能方面。如熟習此項技 術者將瞭解’線圈24〇之電感值部分取決於線之類型、線 圈中線之匝數，以及線之直徑。由此，線圈240之電感額 定值可對於不同應用而顯著不同。 與線圈220不同，引線242及244皆自線圈240之外周邊 132194.doc •12· 200952006 246延伸。換言之，引線242及244皆不自線圈240之内周邊 248或中心開口延伸。因為引線242及244皆不自線圈内周 邊248延伸，可以比使用線圈22〇更有效之方式來使用所以 磁心結構（圖8中未展示，但在下文描述）中之繞組空間◊更 有效地使用線圈240之繞組空間提供效能優勢，且進一步 降低磁性元件之扁平化高度。 • 此外，更有效地使用繞組空間提供額外益處，包括在佔 用與由較小線規（wire gauge)製成的習知線圈相同之實體 © 面積之同時’使用更大之線規來製造線圈。或者，對於給 定線規，藉由消除不使用之空域，可在習知線圈在較少阻 數下將佔用的相同之實體空間内提供更多線圈匝數。再 者，更有效地使用繞組空間可減少元件260在使用時之直 流電阻（DCR)，且降低電子裝置中之電力損耗。 預成形線圈240可以與任何磁心結構獨立地製造，且可 隨後在指定製造階段與磁心結構加以組裝。據信與下文所 描述之實質上自定中心之磁性磁心結構一起利用時，線圈 240之構造為有利的。 圖9至圖12說明根據本發明之例示性實施例形成的磁性 元件260之各種視圖。元件260包括第一磁心262、可播入 於屏蔽磁心262中之預成形線圈240(亦在圖8中展示），以及 上覆於線圈240且以自定中心方式收納於第一磁心262内之 第一磁心2 6 4。第一磁心2 6 2有點類似於先前描述之屏蔽磁 心’而第二磁心264有時稱為將線圈240封閉於第—磁心 262内之護罩。 132194.doc 13 200952006 如自圖9中最佳地看到，第一磁心262可由導磁材料 (magnetic permeabie material)形成於實心（solid)平坦基座 266中’其中直立壁268、270在法線或大體垂直之方向上 自基座266延伸。壁268及270可在其間或在基座266上方界 . 疋大體為圓柱形之繞組空間或繞組收容器（receptacle)272 以收納線圈240。切口或開口 273在側壁268及270之末端之 * • 間延伸’且為各別線圈引線242及244提供餘隙。 已知多種適於製造磁心262之磁性材料。舉例而言，已 ® 知且可取決於元件將用於電力供應還是電力轉換電路，還 疋用於另一種應用（諸如，濾波電感器）而使用鐵粉磁心， 具有叔狀鎳、鐵及翻之翻鎳鐵粉末（111〇1^61>1];^11〇丫 p〇wder, MPP);鐵氧體材料；以及高通量環材料。例示性鐵氧體 材料包括商業上已使用且廣泛可得之錳鋅鐵氧體及特定之 電力鐵氧體、鎳辞鐵氧體、鋰辞鐵氧體、鎂猛鐵氧體等 等。進一步預期低損耗鐵粉、基於鐵之陶瓷材料或其他已 知材料可被用於製造磁心，同時達成本發明之至少一些優 ❹點。 一 如圖10至圖12所示，第一磁心262亦可包括形成於第一 磁心262之外表面上之表面黏著端接件276、278。端接件 . 2<76、278可由導電材料以（例如）物理氣相沈積（pVD)製程 而非如此項技術中所通常使用之電鍍形成於磁心262上。 與習知使用之電鍍製程相比，物理氣相沈積准許更大程度 之製程控制，以及端接件268、270在非常小之磁心結構上 的增強之品質。物理氣相沈積亦可避免電鍍所呈現之磁心 132194.doc -14· 200952006 損害及相關問題。雖然據信對於形成端接件268、27〇物理 氣相沈積製程為有利的，但應認識到，同祥可提供其他端 接結構，包括經電鍍端接件、端接夾片、將磁心262之一 部分浸潰於導電墨水等中而形成之表面端接件，以及此項 技術者已知之其他端接方法及結構。 亦如圖10至圖12中所示，端接件276及278可各自形成為 具有嵌入式端接槽280,該等端接槽28〇收納線圈引線242 及2 44之末端。在圖式中所示之實例中，如於圖9中最佳看 到的’當將線圈240組裝至第一磁心262時，線圈240之引 線可鄰近基座266而定向，且引線可經彎曲而與端接槽28〇 嚙合。引線242及244可接著被（例如）熔接至端接件276及 278 ’以確保線圈引線242及244至端接件276及278之足夠 之機械和電連接。詳言之，可利用火花熔接及雷射熔接來 端接線圏引線242及244。 與焊接操作相反，將線圈引線242及244熔接至端接件 276及278避免焊接對元件260總高度之不期望之影響且 亦避免對線圈240之不期望之熱衝擊問題及高溫效應，以 及焊接必然導致之潛在的磁心損害。然而，儘管炼接有益 處，但應瞭解，可在本發明之一些實施例中使用焊接而仍 然獲得本發明之許多益處。 端接件276及278捲繞至第一磁心基座266之底部表面， 且提供表面黏著襯墊以用於電連接至電路板上之導電電路 迹線。 第二磁心264可與第一磁心262獨立地製造且與第—磁、 132194.doc 15 200952006 262隔開，且隨後如下文之解釋而組裝至第一磁心262。第 二磁心264可由導磁材料（諸如上文描述之彼等導磁材料） 製造為大體平坦之碟狀主體290,該主體290具有第一直徑 及與主體290 —體形成且自其一側向外延伸之定中心突出 部292。定中心突出部292位於主體290之中心，且可（例如） ' 形成為具有比主體290小之直徑之圓柱形插塞（plug)或柱 (post)。此外，柱292可經調整尺寸以與線圈240之内周邊 248緊密匹配但收納於線圈240之内周邊248内。因此，當 〇 組裝元件260時，柱292可充當第二磁心264之對準或定中 心特徵。柱292可延伸至在線圈内周邊248處之線圈開口 中，且主體290之外周邊可固定為抵靠第一磁心262之側壁 268、270之上表面。當使用（例如）基於環氧樹脂之黏著劑 將磁心262與264接合在一起時，線圈240被夾在磁心262與 264之間，且由第二磁心264之柱292而維持於其位置。 尤其是當線圈240之外周邊（由圖8中的參考數字246表 示）與第一磁心262中之收容器272之内部尺寸緊密匹配 ® 時，磁心262及264與線圈240之互配組裝提供特別緊密且 機械上穩定之元件260，在元件260中無需外部定中心組 件。與其中線圈直接纏繞在小磁心結構上之習知元件組裝 . 相反，獨立且單獨地製造磁心262及264以及預成形線圈 240提供元件260之組裝之便捷性及簡化之製造。 如於圖1 2中最佳看到的（在側視圖中，其中未展示線圈 240)，第二磁心264之柱292穿過線圈内周邊248(圖9)延伸 自主體290至第一磁心262之基座266之距離之部分。亦 132194.doc 16 200952006 即’柱292之一末端並不延伸至第一磁心262之基座266且 與之隔開’以提供實體磁心間隙296。實體間隙296允許能 量儲存於磁心中’且影響元件260之磁特性（諸如開路電感 及DC偏壓特性）。藉由在柱292與基座266之間提供間隙 296 ’以與用於電子裝置之習知扁平化磁性元件相比直接 且相對低成本之方式提供在大量元件260上之間隙296之穩 定且一致之製造。因此，與現有元件構造相比，可以相對 低之成本嚴密地控制元件260之電感值。更好之製程控制 φ 導致可接受元件之更高產率。 圖13至圖16說明根據本發明之另一實施例所形成之另一 元件300之各種視圖。元件300在許多方面類似於上文關於 圖9至圖12描述之元件260 ’且因此在圖14至圖16中使用相 同參考符说來指示共同特徵。除下文所指出的，元件3〇〇 在構造上實質上與元件260相同，且提供實質上類似之益 處。 與元件260不同，元件300的第一磁心2Q經形成具有實 ® 質上實心且連續之側壁3〇2 ’該側壁302界定用於預成形線 圈240之收容器272。亦即，元件300不包括圖9甲展示之第 一磁心262中之切口 273。又，如圖14中最佳地展示，線圈 - 240經定向使得引線242、244自線圈240之上表面延伸，而 非呈圖9中所展示之組態，在圖9中所展示之組態中引線定 位於線圈240鄰近基座266之底部表面上。由於線圈24〇之 定向及無切口之實心壁302 ’與圖9令所示之實施例相反 (其中端接糟280僅延伸基座266之高度），端接件276及278 132194.doc 200952006 中之端接槽280在第一磁心162之整個高度上延伸。端接件 276及278以及槽280伸長側壁302之整個高度在端接件276 及278上為線圈引線242及244提供增加之接合面積’且可 便利於將線圈引線242及244緊固至第一磁心262之端部 276、278之焊接或熔接操作。 圖1 7至圖21以各種視圖說明根據本發明之另一實施例形 成的另一元件320。元件320在許多方面類似於上文關於圖 9至圖12描述之元件260，且因此在圖17至圖21中使用相同 Ο 參考符號來指示共同特徵。除相同所指出的的，元件320 在構造上實質上與元件260相同，且提供實質上類似的之 處。 如圖17至圖22所示’元件320包括預成形導電端接夾片 322及324 ’該等端接夾片322及324與磁心262獨立地製造 為組裝到磁心262的獨立式結構。夾片3 22及3 24可（例如）由 導電金屬薄片製成，且經衝壓、彎曲或以其他方式形成所 要形狀。端接夾片322及324提供線圈引線242及244之端接 響 以及用於電路板之表面黏著端接襯墊。夹片322可替代或 附加於上文描述之端接件276、278來使用。 圖22至圖25說明根據本發明之另一例示性實施例所形成 之又一磁性元件350之各種視圖。元件350在許多方面類似 於上文關於圖9至圖12描述之元件260，且因此在圖22至圖 25中使用相同參考符號來指示共同特徵。除下文所指出 的’元件350在構造上實質上與元件260相同，且提供實質 上類似之益處。 132194.doc -18 - 200952006 與元件260不同，元件350包括形成於第一磁心262而非 如上文所描述形成於第二磁心264中之定中心突出部或柱 352。柱352可以位於第一磁心262之收容器272之中心，且 可自第一磁心262之基座266向上延伸。由此，柱352可向 上延伸至線圈240之内周邊248中，以使線圈240相對於磁 ’ 心262維持於固定、預先確定且位於中心之位置。然而， 磁心264僅包括主體290。亦即，在例示性實施例中，磁心 264不包括圖9及圖12中所示之柱292。 φ 柱352可僅延伸第一磁心262之基座266與磁心264之主體 292之間距離之一部分，且因此可以一致且可靠之方式在 柱352之末端與磁心264之間提供間隙。若需要，可在磁心 262及磁心264之上表面上提供由（例如）紙或聚脂薄膜絕緣 體材料製成之非磁性間隔組件（未圖示），且該間隔組件在 磁心262與264之間延伸，以使磁心262升高且與柱352分 開，以整體或部分地界定間隙。另外，柱352可形成為具 有比界定收容器272之磁心262之側壁相對低之高度，藉此 ® 導致當組裝元件時在柱352及磁心264之間的實體間隙。 在另一/或替代實施例巾，磁心262及磁心264中之每一 者可經形成具有定中心突出部或柱，其中柱之尺寸經選擇 以在柱之末端之間提供間隙。在此實施例中，可提供間隔 組件以整體或部分地界定間隙。 圖26至圖29說明根據本發明之另一例示性實施例形成之 另一磁性元件370之各種視圖。元件370在許多方面類似於 上文關於圖22至圖25描述之元件350，且因此在圖26至圖 132194.doc -19- 200952006 29中使用相同參考符號來指示共同特徵。除下文所指出 的，元件370在構造上實質上與元件35〇相同，且提供實質 上類似之益處。 Ο

元件370中之線圈240包括多個繞組，每一繞組與一對引 線相關聯。亦即，提供第一線圈引線242及第二線圈引線 244以知接並電連接線圈240中之第一組繞組匝，且提供第 三線圈引線372及第四線圈引線374以端接並電連接線圈 240中之第二組繞組匝。因此，磁心262經提供具有分別用 於第一線圈引線242及第二線圈引線244之端接件276及 278，且磁心264經提供具有分別用於第三線圈引線π〗及 第四線圈引線374之端接件376及378。可提供額外線圈引 線及端接件以容納線圈240中之額外繞組組。 當需要耦合之電感器時，或者對於諸如閘極驅動變壓器 等之變壓器之製造，線圈240中之多個繞組組可能尤其有 益。 ' 本文所提供之電感器可用於多種裝置中，例如步降或步 升轉換器。舉例而言’圖3G說明步降或降壓轉換器咖仏 C〇nVerter)之典型電路圖，且圖31說明步升或升壓轉換器 之典型電路圖。根據本發明製備之電感器亦可用於多種電 子裝置，例如行動電話、PDA及Gps裝置等等。在—例八 性實施例中，如圖32中所提供之電路圖所示，根據本^ 描述方法製備之電感器可包括於經設計用於媒動電致發光 燈之高壓驅動器中’該電致發光燈用於諸如行動電話之雷 子裝置中。 $ 132194.doc -20- 200952006 在例示性實施例中，電感器經提供具有2.5 mm χ 2.5 mm X 0.7 mm之尺寸。該例示性裝置之峰值電感為4.7 uH土 20%，具有0.7 A之峰值電流及0.46 A之平均電流。線之電 阻測得為0.83歐姆。如表1中所示，該例示性裝置之特性 與兩個競爭裝置之特性相對比。比較實例1為Murata電感 器，型號為LQH32CN，且比較實例2為TDK電感器，型號 • 為_。如表中所示，例示性電感器（實施例1)以 小得多的封裝在電感及峰值電流方面提供相同效能。實例 ❹ 1之效能在圖33中展示，其中電感展示為電流之函數。實 例1之電感器之滚降（隨電流增加電感損失之百分比）在圖34 中展示，且在峰值電流為0.7 A時約為20%。 表1 樣本 裝置尺寸 (長X寬X南） 最大電感 (μΗ) 峰值電流 (Isat) 平均電流 (Irms) 直流電阻 實施例1 2.5 mmx 2.5 mmx 0.7 mm 4.7±20°/〇 0.7A 0.46A 0.83歐姆 比較實例1 3.2 mmx 2.5 mmx 1.56 mm 4.7±20°/〇 0.65A … 0.195歐姆 比較實例2 2.8 mmx 2.6 mmx 1.0 mm 4.7±20% 0.7A 0.82A 0.24歐姆 III.結論 現在據信本發明之益處及優點已在上述實施例中得到詳 盡的論證。獨特之磁心結構、預成形線圈，以及用於為預 成形線圈形成端接結構之熔接和鍍敷技術避免習知元件構 132194.doc •21 - 200952006 造所易受到其影響之熱衝擊問題，避免用於形成帶間隙磁 心結構之外部成隙組件及媒介物（agent)，且准許在大生產 批量下嚴密地控制磁心中之間隙大小，以為該等元件提供 更嚴密控制之電感值。由於與用於電路板應用之已知磁性 &件相比之更易之組裝性和更高之產率，可以更低之成本 提供該等元件。 雖然已揭示各種實施例，但可預期本文所揭示之例示性 實施例之其它變化及調適屬於熟習此項技術者之能力範圍 Ο 内，而不偏離本發明之範疇及精神。舉例而言，具有（例 如）以微粒級互相混合之鐵粉及樹脂接合劑（藉此產生間隙 效應而無需在結構中形成離散間隙）之分布式氣隙磁心材 料亦為可用的，且可用來在無需離散實體間隙之情況下產 生很大程度上自定中心之磁心及磁心構造，以迸一步簡化 製造製程，且潛在地改良DC偏壓特性並降低元件之AC繞 組損耗。 已描述扁平化磁性元件，其包括由導磁材料製成且其中 包括收容器之第一磁心，以及由導磁材料製成之第二磁 心，其中第二磁心係獨立於第一磁心而製造。該元件進一 步包括獨立於該第一及第二磁心而製造之線圈，其中該線 圈包括至少第一引線、第二引線及在該等引線之間的複數 個匝。第一磁心包括經調適用於收納該線圈之收容器，且 該第一磁心及該第二磁心中之至少一者包括擬合於該線圈 的突出部。 在一實施例中，該突出部自該第二磁心延伸至該線圈之 132194.doc •22- 200952006 中心開口中。在另一實施例中，當組裝該磁心時，該突出 部延伸至該收容器中達比該第一磁心與該第二磁心之間的 距離小之距離，藉此在該第一磁心與該第二磁心之間形成 間隙。在另一實施例中，該第一磁心包括延伸穿過該線圈 之中心開口之突出部。在又一實施例中，該突出部自該第 一磁心之基座延伸’使得當組裝該該第一磁心及該第二磁 心時’柱與該第二磁心隔開。 在另一實施例中’該第一磁心包括用於線圈引線之表面 Ο 黏著端接件。另一實施例中，該元件亦包括經調適用於分 別收納第一及第二線圈引線之第一和第二導電夾片。在另 一實施例中，該線圈進一步包括第三及第四引線。在另一 實施例中，該線圈包括内周邊及外周邊，其中第一及第二 引線中之每一者在該外周邊處連接至該線圈。此扁平化磁 性元件可用作電力電感器。 在另一態樣中，已描述一種扁平化磁性元件，其包括由

收納該第一線圈引線及該第二 例中，該元件進一步包含分別 二線圈引線之第一導電夾片及 I32194.doc -23- 200952006 。在另一實施例巾，該線圈進一纟包含第三 線。在又一實施例中，該線圈包含一内周邊 且該第-引線及該第二引線中在該外周邊處 。在又-實施例中，該第—磁心包括基座及 之直立側壁，且—間隙在該基座與該柱之末 。在另-實施例中，該柱實質上為圓柱形。 中，該第-磁心進一步包含一上覆於該線圈 體具有一大於該柱之外周邊。 ❺ 在另一態樣中，已描述一種扁平化磁性元件，其包括一 由導磁材料製成之第一磁心，其中該第一磁心包括一收容 器及一向上突出至該收容器中之柱。該元件包括一收納於 該磁心之該收容器中之預成形線圈，其中該柱延伸穿過該 線圈之一内周邊。該線圈包括至少一第一引線第二引線 以及在該等引線引線之間的複數個匝。

第二導電夾片 引線及第四引 及一外周邊， 連接至該線圈 自該基座延伸 稍端之間延伸 在另一實施例 之主體，該主 在一實施例中，該元件包括一由導磁材料製成之第二磁 其中该第二磁心獨立於該第一磁心而製造，且上覆於 該線圈。在另一實施例中，該第二磁心包括一實質上平坦 之本體，該本體具有一大於該柱之外周邊。在另一實施例 中，該第一磁心包含用於該等線圈引線之表面黏著端接 件。在另一實施例中，該元件包含安裝至該第一磁心且分 別收納該第一線圈引線及該第二線圈引線之第一導電夹片 及第二導電夾片。在另一實施例中，該線圈進一步包含第 三引線及第四引線。在另一實施例中，該線圈包含一内周 邊及一外周邊’其中該第一引線及該第二引線中之每一者 132194.doc -24- 200952006 在該外周邊處連接至該線圈 電力電感器。在另一實施例 一自該基座延伸之直立側壁 柱之末稍端之間。 。在另—實施例中，該元件為 中，該第一磁心包括一基座及 ’且一間隙延伸在該基座與該 ❹ ❿ 在另-態樣中，—㈣平化磁性元件包括預成形線圈、 用於提供第-磁性磁心並收納預成形線圈之第—構件，以 及用於提供第二磁性磁心之第二構件。該第二構件獨立於 該用於提供第-磁性❹之構件而提供，且將該預成形線 圈封閉在該第-構件内。該元件亦包括詩相對於該磁心 為該線圈定中心之構件’該定中心構件以整體之方式提供 於用於提供磁性磁心之第一及第二磁性磁心中之一者中。 在另一態樣中，已描述一種製造扁平化磁性元件之方 法，該方法包括以下步驟：（a)提供由導磁材料製成之第一 磁心’其中該第一磁心包括收容器；(b)提供由導磁材料製 成之第二磁心，其中該第二磁心獨立於該第一磁心而製 造=及⑷提供獨立於該第-及第二磁心而形成之線圈，其 中該線圈包括第-引線、第二引線以及在該等引線之間的 複數個e ’且其中形成於該第—磁心中之該收容器收納該 線圈’且該第一及第二磁心中之至少—者包括擬合於該線 圈中之突出部。 在另一態樣中，已描述一種扁平化磁性元件，其包括第 一磁心，其中該第一磁心由導磁材料製成。該第一磁心包 括形成於其中之收容器。該磁性元件亦包括第二磁心，其 中該第二磁心由導磁材料製成且獨立於該第—磁心而製 132194.doc •25- 200952006 k。該元件包括獨立於該該第一磁心及該第二磁心而形成 之線圈，其中該線圈包括第一引線、第二引線以及在該等 引線之間的複數個匝。該線圈包括内周邊及外周邊，其中 第一及第二引線在該外周邊處連接至該線圈。該元件亦包 括用於分別收納第一及第二引線之第—及第二導電夾片。 形成於該第一磁心中之該收容器經調適用於收納該線圈， 且其中該第一磁心及第二磁心中之至少一者包括突出部， 該突出部經調適用於插入於該線圈中。 儘管已關於各種特定實施例描述本發明，但熟習此項技 術者將認識到，可在申請專利範圍之精神及範疇内藉由修 改來實踐本發明。 【圖式簡單說明】 圖1為用於用於電子裝置之已知磁性元件之透視圖。 圖2為習知屏蔽磁性元件之分解圈。 圖3為圖2所示之元件的底部總成視圖。 圖4為另一習知屏蔽磁性元件之分解圖。 圖5為圖4中所示元件之底部總成視圖。 圖6為另一習知屏蔽磁性元件之底部總成視圖。 圖7為用於扁平化電感器元件之f知預成形線圈之頂部 平面圖。 圖8為根據本發明所形成之線圈之頂部平面圖。 圖9為根據本發明之例示性實施例所形成之元件的分解 圖。 圖10為圖9中展示之元件在已組裴狀況下之透視圖。 132194.doc -26- 200952006 圖11為圖10中所示元件之底部透視圖。 圖12為圖10至圖12中所示元件之部分被移除之侧面透視 圖。 圖13為根據本發明之另一實施例所形成的元件之分解 圖。 圖14為圖13中展示之元件在已組裝狀況下的透視圖。 . 圖15為圖14中所示元件之底部透視圖。 圖16為圖13至圖15中所示元件之側面示意圖。 ® 圖17為根據本發明之例示性實施例所形成的另—元件之 部分分解圖。 圖18為圖17中所示元件之部分被移除之侧面透視圖。 圖19說明部分已組裝狀況下的圖17中所示之元件。 圖20說明圖19中所示元件之底部透視圖。 圖21為圖17所示元件在完全組裝狀況下之頂部透視圖。 圖22為根據本發明之另—例示性實施例所形成的又一磁 性元件之透視圖。 •圖23說明處於另—製造階段的圖22中所示之元件。 圖24為圖23中所示元件在完全組裝狀況下之頂部透視 圖。 圖25為圖23中所示元件之底部透視圖。 圖26為根據本發明之另—例示性實施例所形成的又一磁 性元件之透視圖。 圖27說明處於另-製造階段的圖26中所示之元件。 圖2 8為圖2 6中所示元件在完全組裝狀況下之頂部透視 132194.doc -27- 200952006 圖。 圖29為圖28中所示元件之底部透視圖。 圖30為步降轉換器之基本電路圖。 圖31為步升轉換器之基本電路圖。 圖32為高壓驅動器之電路圖。 圖33為展示例示性裝置之電感對電流效能之圖。 圖34為展示例示性裝置示出之電感滾降（rolloff)之圖。 【主要元件符號說明】 Ο

100 磁性元件 102 基座 104 106 108 110 112 114 116 118 150 152 154 156 158 160 鐵氧體鼓形磁心 黏著劑 繞組或線圈 線圈引線 線圈引線 端接夾片 端接失片 鐵氧體屏蔽環形磁心 屏蔽磁性元件 鼓形磁心 線圈或繞組 屏蔽磁心 端接件 端接件 132194.doc -28- 200952006

162 引線 164 引線 166 繞組引線 168 繞組引線 180 元件 182 端接槽 184 端接槽 200 元件 202 線圈端接夾片 204 線圈端接夾片 220 預成形線圈 222 第一引線 224 第二引線 240 預成形繞組或線圈 242 第一引線 244 第二引線 246 外周邊 248 内周邊 260 磁性元件 262 第一磁心 264 第二磁心 266 基座 268 側壁 270 側壁 132194.doc -29- 200952006 ❹ ⑩ 272 繞組空間或繞組收容器 273 切口或開口 276 端接件 278 端接件 280 端接槽 290 主體 292 定中心突出部/柱 296 實體間隙 300 元件 302 側壁 320 元件 322 端接夾片 324 端接夾片 350 磁性元件 352 定中心突出部或柱 370 磁性元件 372 第三線圈引線 374 第四線圈引線 376 端接件 378 端接件 132194.doc -30-

Claims (1)

1. 200952006 十、申請專利範圍： 1. 一種扁平化磁件元件，其包含： —由一導磁材料製成且界定一收容器之第一磁心； > 一由一導磁材料製成之第二磁心，該第二磁心獨立於 該第一磁心而製造；及 ' 獨立於該第一磁心及該第二磁心而形成之線圈， 線圈包含至少-第-引線、-第二引線及在該等引線： 間的複數個匝； 、 ο 其中邊第一磁心界定一收納該線圈之收容器，且該第 磁心及該第二磁心中之至少一去自人 中之突出部。中之至乂者“-擬合於該線圈 2. :清求項i之扁平化磁性元件，其中該第二磁心界定誃 突出部，該突出部延伸至該線圈之一中心開口中。μ 3 之扁平化磁性元件，其中當組裝該等磁心 …犬出部延伸比介於該第-磁心與該第二磁心之間 φ 的：離小之距離’藉此在該第-磁心與該第二磁心之門 形成一間隙D 之間 4.如請求項丨之扁平化磁性元 1 突出部，該突出部延伸穿過該線圈二第 5· 項1之扁平化磁性元件’其中該突出部包含—自 :一磁心之一基座延伸之柱，當組裝該第一磁心及該 第一磁心時，該柱與該第二磁心隔開。 μ 6 之扁平化磁性元件’其中該第-磁心包含用 於该等線圈？I線之表面黏著端接件。 〇含用 I32194.doc 200952006 :月夂項1之扁平化磁性元件，其進一步包含分別收納 該第一線圈引線及該第二線圈引線之第一導電夾片及第 二導電夾片。 8. 如印求項1之扁平化磁性元件，其中該線圈進一步包含 第二引線及第四引線。 9. 如請求項1之扁平化磁性元件，其中該線圈包含一内周 邊及一外周邊，其中該第一引線及該第二引線中之每一 者在該外周邊連接至該線圈。 © ι〇.如凊求項1之扁平化磁性元件，其中該元件為一電力電 感器。 11. 一種扁平化磁件元件，其包含： 一由一導磁材料製成並界定一收容器之第一磁心； 一收納於該第一磁心之該收容器中之預成形線圈，該 線圈包含至少一第一引線、一第二引線及在該等引線之 間的複數個匝；及 一由一導磁材料製成之第二磁心，該第二磁心獨立於 ❹ 該第一磁心而製造，該第二磁心包含一柱，該柱延伸穿 . 過該線圈之一中心開口且建立一與該第一磁心之間隙。 . 12.如請求項11之扁平化磁性元件，其中該第一磁心包含用 * 於该等線圈引線之表面黏著端接件。 13. 如請求項11之扁平化磁性元件，其進一步包含分別收納 該第一線圈引線及該第二線圈引線之第一導電夾片及第 一導電夹片。 14. 如請求項11之扁平化磁性元件，其中該線圈進一步包含 132194.doc -2 - 200952006 第三引線及第四引線。 15. 如請求項11之扁平化磁性元件，其中該線圈包含一内周 邊及一外周邊，纟中該第一引線及該第二引線在該外周 邊連接至該線圈。 16. 如請求項11之扁平化磁性元件，其中該元件為一電力電 感器。 17. 如請求項11之扁平化磁性元件，其中該第一磁心包含一 基座及自該基座延伸之直立側壁，且其中該間隙在該基 © 座與該柱之一末稍端之間延伸。 18. 如請求項η之扁平化磁性元件，其中該第一磁心進一步 包含一上覆於該線圈之主體，該主體具有一大於該柱之 外周邊。 19. 如請求項11之扁平化磁性元件’其中該柱實質上為圓柱 形。 20· —種扁平化磁件元件，其包括： ❹ 一由一導磁材料製成且界定一收容器之第一磁心，且 該磁心包括一向上突出至該收容器中之柱； 一收納於該磁心之該收容器中之預成形線圈，其中該 柱延伸穿過該線圈之一内周邊，該線圈包含至少一第一 * 引線、一第二引線及在該等引線之間的複數個匝。 21·如請求項20之扁平化磁性元件，其進一步包含由一導磁 材料製成之第二磁心’該第二磁心獨立於該第一磁心而 製造且上覆於該線圈。 22.如請求項20之扁平化磁性元件，其中該第二磁心包含一 132194.doc 200952006 實質上平坦之本體，該本體具有一大於該柱之外周邊。 23. 如請求項20之鳥平化磁性元件，其中該第一磁心包含用 於該等線圈引線之表面黏著端接件。 24. 如請求項20之扁平化磁性元件，其進一步包含安裝至該 第一磁心且分別收納該第一線圈引線及該第二線圈引線 之第一導電夹片及第二導電夾片。 25. 如請求項20之扁平化磁性元件，其中該線圈進一步包含 第三引線及第四引線。 © 26.如請求項20之扁平化磁性元件，其中該線圈包含一内周 邊及一外周邊，其中該第一引線及該第二引線中之每一 者在該外周邊處連接至該線圈。 27. 如請求項20之扁平化磁性元件，其中該元件為一電力電 感器。 28. 如請求項20之扁平化磁性元件，其中該第一磁心包含一 基座及自該基座延伸之直立側壁，該間隙延伸在該第二 磁心與該柱之一末稍端之間。 ❹ 29. —種扁平化磁件元件，其包含： 一預成形線圈； 用於提供一第一磁性磁心且收納該預成彩線圈之第一 - 構件；及 用於提供一第二磁性磁心之第二構件，該第二構件獨 立於該用於提供一第一磁性磁心之構件而提供且將該預 成形線圏封閉於該第一構件内；及 用於相對於該磁心為該線圈定中心之構件，該定中心 132194.doc 200952006 構件以整體之方式提供於用於提供一磁性磁心之該第一 磁性磁心及該第二性磁心中之一者中。 30. 31. Ο 32. 33. 34. ❹ 35. 如請求項29之扁平化磁性元件，其中該第一磁性磁心、 該第二磁性磁心與該預成形線圈互相擬合。 如請求項29之扁平化磁性元件，其中該線圈包含一第一 引線、一第二引線、一内周邊及一外周邊，且其中該第 引線及該第一引線中之每一者在該外周邊連接至該線 圈。 如請求項29之扁平化磁性元件，其中該元件為一電力電 感器。 如請求項29之扁平化磁性元件，其中該線圈包含一個以 上繞組。 一種扁平化磁件元件，其包含： 提供一由一導磁材料製成之第一磁心，該第一第一磁 心界定一收容器； k供一由一導磁材料製成之第二磁心，該第二磁心係 獨立於該第一磁心而製造；及 提供一獨立於該第一磁心及該第二磁心而形成之線 圈’該線圈包含第一引線及第二引線以及在該等引線之 間的複數個匝，其中該收容器收納該線圈，且該第一磁 心及該第二磁心中之至少一者包括一擬合於該線圈中之 突出部。 如請求項34之方法，其中該線圈包括一内周邊及一外周 邊，其中該第一引線及該第二引線十之每一者在該外周 132194.doc 200952006 邊連接至該線圈。 36. 如請求項34之方法，其中該線圈經組態使得該第一磁心 與第一磁心之間的距離最小化。 37. —種扁平化磁件元件，其包含： 一第一磁心，該第一磁心由一導磁材料製成，且包括 一收容器； 一第二磁心，該第二磁心由一導磁材料獨立地製成且 獨立於該第一磁心而製造； 獨立於該第一磁心及該第二磁心而形成之線圈該 線圈包含-第—引線、—第二引線及在該等引線之間的 複數個匝，該線圈包含一内周邊及一外周邊，其中該第 引線及該第一引線在該外周邊連接至該線圈；及 用於分別收納該第一引線及第二引線之第一導電夾片 及第一導電夾片； 其中該第一磁心界定一經調適用於收納該線圈的之收 容器，且其中 "X第一磁心及該第二磁心中之至少一者包 括大出’該突出部經調適用於插入於該線圈中。 132194.doc