TWI588847B - 電感、用於電感的磁性材料主體及電子零件之製造方法 - Google Patents
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Description
本揭露內容是有關於一種電感、用於電感的磁性材料組成及電子零件之製造方法，且特別是有關於一種具有高硬度且抗腐蝕的電感、用於電感的磁性材料組成及電子零件之製造方法。
基於目前行動裝置之尺寸縮小化的趨勢，電池儲存電量亦因裝置的尺寸減小而隨之減少，基於行動裝置的充電需求，變壓器及其電感元件普遍設置於各式電子產品中。
一般而言，電感元件的製作方式大致上是將導線纏繞在磁性主體上，再以外裝樹脂包覆並保護纏繞的導線。磁性主體的組成基本上包括鐵和矽，甚至可進一步添加鉻(例如10wt%以上的鉻)於磁性主體的組成中，鉻可以形成絕緣氧化物層(例如是和鐵一起形成鐵鉻氧化物層)在磁性主體中的粒子表面上，而可以對於電感元件的整體電性表現有所幫助。然而，磁性主體的組
成包括鉻而形成多孔質結構，因此外裝樹脂會穿過磁性主體的表面而滲入磁性主體之內，滲入的深度甚至可以到達30微米的程度，因此對於磁性主體的硬度有不良的影響，進而可能影響電感元件的可靠性及元件特性。
因此，業界均致力於發展具有良好可靠性及電磁特性的電感元件。
本揭露內容係有關於一種電感、用於電感的磁性材料組成及電子零件之製造方法。
根據本揭露內容之一實施例，係提出一種用於電感的磁性材料組成。磁性材料組成包括100重量份的一磁性金屬粉體以及0.05~1重量份的一無機陶瓷粉體。磁性金屬粉體包括94.5wt%以上的鐵，無機陶瓷粉體包括氧化鋁。
根據本揭露內容之另一實施例，係提出一種電感。電感一磁性材料主體、一導線以及一外裝樹脂部。磁性材料主體的組成包括100重量份的一磁性金屬粉體以及0.05~1重量份的一無機陶瓷粉體，磁性金屬粉體包括94.5wt%以上的鐵，無機陶瓷粉體包括氧化鋁。導線捲繞磁性材料主體，外裝樹脂部覆蓋導線。
根據本揭露內容之又一實施例，係提出一種電子零件之製造方法。電子零件之製造方法包括以下步驟：提供一磁性材料組成，磁性材料組成包括100重量份的一磁性金屬粉體以及0.05~1重量份的一無機陶瓷粉體，磁性金屬粉體包括94.5wt%以
上的鐵，無機陶瓷粉體包括氧化鋁；燒結此磁性材料組成以製作一磁性材料主體，磁性材料主體包括主要由磁性金屬粉體所構成的一磁性芯體及主要由無機陶瓷粉體所構成的一無機陶瓷表面層，無機陶瓷表面層具有一陶瓷外表面；將一被覆導線捲繞於磁性材料主體上；以及於被覆導線之外周上塗佈一樹脂材料以構成一外裝樹脂部，外裝樹脂部覆蓋被覆導線之外周，且接觸磁性材料主體之部分表面，受到無機陶瓷表面層阻擋，陶瓷外表面成為外裝樹脂部與磁性材料主體接觸之交界面，無機陶瓷表面層形成於外裝樹脂部與磁性芯體之間，使外裝樹脂部無法接觸磁性芯體。
為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
10‧‧‧電感
100‧‧‧磁性材料主體
110‧‧‧磁性芯體
110a‧‧‧中心柱
110c‧‧‧環狀凹槽
120‧‧‧無機陶瓷表面層
120a‧‧‧陶瓷外表面
200‧‧‧導線
200A、200B‧‧‧端子
300‧‧‧外裝樹脂部
300b‧‧‧樹脂表面
400A、400B‧‧‧槽
500A、500B‧‧‧端子電極
600A、600B‧‧‧焊錫
2-2’‧‧‧剖面線
T1‧‧‧厚度
第1圖繪示本揭露內容之一實施例之電感之上視圖。
第2圖繪示沿剖面線2-2’之剖面示意圖。
根據本揭露內容之實施例，電感的磁性材料主體之組成中，無機陶瓷粉體所形成的無機陶瓷表面層可以有效保護磁性芯體以達到抗腐蝕的效果，並且可以進一步提升磁性材料主體的整體硬度，進而可以達到防止外裝樹脂部之樹脂材料滲入磁性材料主體的效果。圖式中相同的標號係用以標示相同或類似之部
分。需注意的是，圖式係已簡化以利清楚說明實施例之內容，實施例所提出的細部結構僅為舉例說明之用，並非對本揭露內容欲保護之範圍做限縮。具有通常知識者當可依據實際實施態樣的需要對該些結構加以修飾或變化。
第1圖繪示本揭露內容之一實施例之電感10之上視圖，第2圖繪示沿剖面線2-2’之剖面示意圖。如第1~2圖所示，電感10包括一磁性材料主體100、一導線200以及一外裝樹脂部300。磁性材料主體10的組成包括100重量份的一磁性金屬粉體以及0.05~1重量份的一無機陶瓷粉體，磁性金屬粉體包括94.5wt%以上的鐵，無機陶瓷粉體包括氧化鋁。導線200捲繞磁性材料主體100，外裝樹脂部300覆蓋導線200。
如第2圖所示，磁性材料主體100包括一磁性芯體110以及一無機陶瓷表面層120，無機陶瓷表面層120具有一陶瓷外表面120a。一實施例中，無機陶瓷表面層120例如可包覆磁性芯體110的整個外表面，而將磁性芯體110和外裝樹脂部300完全隔離開來。
根據本揭露內容之實施例，由0.05~1重量份的無機陶瓷粉體所形成的無機陶瓷表面層120可以有效保護磁性芯體110以達到抗腐蝕的效果，可防止後續的電鍍製程損傷磁性芯體110；並且，無機陶瓷表面層120可以進一步提升磁性材料主體100的整體硬度，進而可以達到防止外裝樹脂部300之樹脂材料滲入磁性材料主體10的效果。
根據本揭露內容之實施例，若無機陶瓷粉體的含量高於1重量份，無機陶瓷材料可能會在製程當中形成團聚於磁性芯體110的表面，因而造成表面電阻和感值下降，對於電感10的電磁特性有不良的影響。若無機陶瓷粉體的含量低於0.05重量份，則無法形成具有足夠包覆性的無機陶瓷表面層120。
一些實施例中，磁性金屬粉體例如是主要由鐵所組成。一些其他實施例中，磁性金屬粉體更可包括3~5.5wt%的矽；舉例而言，磁性金屬粉體例如是由鐵和矽所組成。
實施例中，無機陶瓷粉體可包括10~20wt%的氧化硼(B2O3)。舉例而言，一實施例中，無機陶瓷粉體例如是包含10~20wt%的氧化硼之硼酸矽玻璃。
實施例中，無機陶瓷粉體可包括10~20wt%的氧化磷(P2O5)。舉例而言，一實施例中，無機陶瓷粉體例如是包含10~20wt%的氧化磷之磷酸矽玻璃。
一般來說，經常在電感的磁性主體之組成中添加鉻(Cr)以達到抗腐蝕的作用；相對地，根據本揭露內容之實施例，磁性材料主體10的組成不包括鉻，磁性材料主體10的組成包括0.05~1重量份的無機陶瓷粉體，因而可以大幅提高磁性材料主體10的硬度，進而可以達到抗腐蝕並且防止外裝樹脂部300之樹脂材料滲入磁性材料主體10的效果。
實施例中，無機陶瓷粉體可包括氧化鋅(ZnxO)。
實施例中，無機陶瓷粉體的平均粒徑例如是2~12
微米(μm)。
實施例中，磁性金屬粉體的平均粒徑例如是大於或等於無機陶瓷粉體的平均粒徑。舉例而言，一實施例中，磁性金屬粉體的平均粒徑例如是無機陶瓷粉體的平均粒徑之2~5倍。如此一來，無機陶瓷粉體可以填充在堆疊的磁性金屬粉體之間的縫隙，因此可以進一步提供磁性金屬粉體之間更佳的絕緣效果，且不會因為無機陶瓷粉體的添加而減少磁性金屬粉體的堆疊密度，因此能夠維持預定的感值，尚可以增加磁性芯體110的結構強度。
如第2圖所示，磁性芯體110具有一環狀凹槽110c與一中心柱110a，導線200設置在環狀凹槽110c中且捲繞中心柱110a，無機陶瓷表面層120至少覆蓋環狀凹槽110c的內表面與中心柱110a的側表面。
實施例中，無機陶瓷表面層120的厚度T1例如是15~60微米。
實施例中，如第2圖所示，外裝樹脂部300具有一樹脂表面300b，受到無機陶瓷表面層120阻擋，無機陶瓷表面層120的陶瓷外表面120a成為外裝樹脂部300與磁性材料主體100接觸之交界面，無機陶瓷表面層120形成於外裝樹脂部300與磁性芯體110之間，使外裝樹脂部300無法接觸磁性芯體110。
實施例中，如第2圖所示，電感100更可包括端子電極500A、500B，端子電極500A、500B分別設置於槽400A、
400B之內部且連接至導線200的端子200A、200B，而導線200的端子200A、200B分別藉由焊錫600A、600B電性連接至端子電極500A、500B。
根據本揭露內容之實施例，以下係提供一種電子零件之製造方法。
請參照第1~2圖，首先，提供一磁性材料組成。此磁性材料組成包括100重量份的一磁性金屬粉體以及0.05~1重量份的一無機陶瓷粉體，磁性金屬粉體包括94.5wt%以上的鐵，無機陶瓷粉體包括氧化鋁。
接著，燒結此磁性材料組成以製作如本文前述之一磁性材料主體100。此磁性材料主體100包括主要由前述之磁性金屬粉體所構成的磁性芯體110以及主要由前述之無機陶瓷粉體所構成的無機陶瓷表面層120，無機陶瓷表面層120具有一陶瓷外表面120a。實施例中，燒結溫度例如是高於無機陶瓷粉體的玻璃轉換溫度(Tg)。一實施例中，燒結溫度例如是700℃~900℃。
詳細來說，經過熱處理之後，由於熱處理的燒結溫度高於無機陶瓷粉體(陶瓷材料)的玻璃轉換溫度(Tg)，無機陶瓷粉體會轉換為液相而流動至磁性材料主體100的表面區域，而於磁性芯體110的表面上形成無機陶瓷表面層120。無機陶瓷表面層120可以有效保護磁性芯體110以達到抗腐蝕的效果。
接著，將一被覆導線捲繞於磁性材料主體100上，此被覆導線例如是本文前述的導線200。
接著，於被覆導線之外周上塗佈一樹脂材料以構成如本文前述之一外裝樹脂部300。樹脂材料例如可包括磁性材料。外裝樹脂部300覆蓋被覆導線之外周，且接觸磁性材料主體100之部分表面，受到無機陶瓷表面層120阻擋，陶瓷外表面120a成為外裝樹脂部300與磁性材料主體100接觸之交界面，無機陶瓷表面層120形成於外裝樹脂部300與磁性芯體110之間，使外裝樹脂部300無法接觸磁性芯體110。至此，係製作完成電子零件，電子零件例如是如本文所述的電感10。
以下係就實施例作進一步說明。以下係列出數個實施例之磁性材料主體的磁性材料組成以及其特性測試結果，以說明應用本揭露內容所製得之電感的特性。然而以下之實施例僅為例示說明之用，而不應被解釋為本揭露內容實施之限制。各實施例之磁性材料組成如表1，特性測試結果如表2。
實施例1~7和比較例1所採用的磁性金屬粉體均為鐵矽混合粉體，主要由95wt%的鐵和5wt%的矽組成，其D50粒徑為10~20微米。實施例1~4所採用的無機陶瓷粉體FRA-119為磷酸矽玻璃，其組成為Al2O3-P2O5-R2O-F2，其中R表示雜質微量金屬，且其中P2O5的含量為10~20wt%，無機陶瓷粉體FRA-119的玻璃轉換溫度(Tg)為351℃，軟化溫度(softening temperature)為380℃。實施例5~7所採用的無機陶瓷粉體4960F(S)為硼酸矽玻璃，其組成為SiO2-Al2O3-B2O3-R2O-BaO-ZnO，其中R表示雜質微量金屬，且其中B2O3的含量為10~20wt%，無機陶瓷粉體
4960F(S)的玻璃轉換溫度(Tg)為464.5℃，軟化溫度為530℃。實施例1~7和比較例1中的磁性金屬粉體均為100重量份。
將表1所列的實施例1~7的磁性材料組成中的磁性金屬粉體和無機陶瓷粉體混合均勻而得到磁性材料組成粉體後，將磁性材料組成粉體成型、切削後形成如第1~2圖所示的磁性材料主體100之工字扣形狀，而比較例1則是將磁性金屬粉體成型、切削後形成如第1~2圖所示的磁性材料主體100之工字扣形狀。接著，對實施例1~7和比較例1之成型的材料主體以850℃進行燒結後製得實施例1~7之磁性材料主體100和比較例1之磁性材料主體。接著，將導線200捲繞於磁性材料主體上後，進行如表2所列之電性測量。實施例1~7和比較例1製成的工字扣形
狀之磁性材料主體具有長度約2.0±0.2毫米(mm)、寬度約1.6±0.2毫米及最大高度約1.0毫米，實施例1~7和比較例1所採用的導線200具有線徑約為0.06毫米、且捲繞磁性材料主體26.5圈。
表2中所列的尺寸為實施例1~7和比較例1製成的工字扣形狀之磁性材料主體的長度、寬度及高度。表2中所列的耐電流(%)係指施加電流之後的電感值相較於施加電流之前的電感值之下降的比例。詳細來說，施加電流之後的電感值為L0，施加電流之前的電感值為L1，則耐電流等於(L1-L0)/L0。表2中所列的耐壓表示從工字扣形狀之磁性材料主體的周圍部分(也就是環狀凹槽110c的上方)向下施壓至磁性材料主體斷裂時的施加壓力。
如表2所示，實施例1~7之磁性材料主體相較於比較例1之磁性材料主體均具有較大的尺寸，這是由於無機陶瓷粉體析出形成無機陶瓷表面層120於磁性芯體110的表面上而造成。
如表2所示，相較於比較例1，實施例1~7之磁性材料主體的組成均包括0.05~1重量份的無機陶瓷粉體，因此均具較佳的耐電流表現(電感值下降比例較低)以及較高的表面電阻，並且還能夠保持與比較例1之磁性材料主體相近的耐壓強度。
綜上所述，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，
然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
10‧‧‧電感
100‧‧‧磁性材料主體
110‧‧‧磁性芯體
110a‧‧‧中心柱
110c‧‧‧環狀凹槽
120‧‧‧無機陶瓷表面層
120a‧‧‧陶瓷外表面
200‧‧‧導線
200A、200B‧‧‧端子
300‧‧‧外裝樹脂部
300b‧‧‧樹脂表面
400A、400B‧‧‧槽
500A、500B‧‧‧端子電極
600A、600B‧‧‧焊錫
T1‧‧‧厚度
Claims (19)
- 一種用於電感的磁性材料主體，該磁性材料主體的組成包括：100重量份的一磁性金屬粉體，該磁性金屬粉體包括94.5wt%以上的鐵；以及0.05~1重量份的一無機陶瓷粉體，該無機陶瓷粉體包括氧化鋁，其中該磁性金屬粉體及該無機陶瓷粉體係經過燒結溫度700~900℃之燒結以形成該磁性材料主體。
- 如申請專利範圍第1項所述之磁性材料主體，其中該磁性金屬粉體更包括3~5.5wt%的矽。
- 如申請專利範圍第1項所述之磁性材料主體，其中該無機陶瓷粉體更包括10~20wt%的氧化硼(B2O3)。
- 如申請專利範圍第1項所述之磁性材料主體，其中該無機陶瓷粉體更包括10~20wt%的氧化磷(P2O5)。
- 如申請專利範圍第1項所述之磁性材料主體，其中該無機陶瓷粉體更包括氧化鋅(ZnxO)。
- 如申請專利範圍第1項所述之磁性材料主體，其中該無機陶瓷粉體的平均粒徑係為2~12微米(μm)。
- 如申請專利範圍第1項所述之磁性材料主體，其中該磁性金屬粉體的平均粒徑大於或等於該無機陶瓷粉體的平均粒徑。
- 如申請專利範圍第7項所述之磁性材料主體，其中該磁性金屬粉體的平均粒徑係為該無機陶瓷粉體的平均粒徑之2~5倍。
- 一種電感，包括：一磁性材料主體，該磁性材料主體的組成包括：100重量份的一磁性金屬粉體，該磁性金屬粉體包括94.5wt%以上的鐵；及0.05~1重量份的一無機陶瓷粉體，該無機陶瓷粉體包括氧化鋁；一導線，捲繞該磁性材料主體；以及一外裝樹脂部，覆蓋該導線，其中該磁性金屬粉體及該無機陶瓷粉體係經過燒結溫度700~900℃之燒結以形成該磁性材料主體。
- 如申請專利範圍第9項所述之電感，其中該磁性金屬粉體更包括3~5.5wt%的矽。
- 如申請專利範圍第9項所述之電感，其中該無機陶瓷粉體更包括10~20wt%的氧化硼(B2O3)。
- 如申請專利範圍第9項所述之電感，其中該無機陶瓷粉體更包括10~20wt%的氧化磷(P2O5)。
- 如申請專利範圍第9項所述之電感，其中該無機陶瓷粉體的平均粒徑係為2~12微米。
- 如申請專利範圍第9項所述之電感，其中該磁性金屬粉體的平均粒徑大於或等於該無機陶瓷粉體的平均粒徑。
- 如申請專利範圍第9項所述之電感，其中該磁性材料主體包括一磁性芯體以及一無機陶瓷表面層，該無機陶瓷表面層具有一陶瓷外表面。
- 如申請專利範圍第15項所述之電感，其中該磁性芯體具有一環狀凹槽與一中心柱，該導線設置在該環狀凹槽中且捲繞該中心柱，該無機陶瓷表面層至少覆蓋該環狀凹槽的一內表面與 該中心柱的一側表面。
- 如申請專利範圍第15項所述之電感，其中該無機陶瓷表面層的一厚度為15~60微米。
- 如申請專利範圍第15項所述之電感，其中該外裝樹脂部具有一樹脂表面，受到該無機陶瓷表面層阻擋，該陶瓷外表面成為該外裝樹脂部與該磁性材料主體接觸之一交界面，該無機陶瓷表面層形成於該外裝樹脂部與該磁性芯體之間，使該外裝樹脂部無法接觸該磁性芯體。
- 一種電子零件之製造方法，其特徵在於包括如下步驟：提供一磁性材料組成，該磁性材料組成包括：100重量份的一磁性金屬粉體，該磁性金屬粉體包括94.5wt%以上的鐵；及0.05~1重量份的一無機陶瓷粉體，該無機陶瓷粉體包括氧化鋁；以燒結溫度700~900℃燒結該磁性材料組成以製作一磁性材料主體，該磁性材料主體包括：主要由該磁性金屬粉體所構成的一磁性芯體；及主要由該無機陶瓷粉體所構成的一無機陶瓷表面層，該無機陶瓷表面層具有一陶瓷外表面； 將一被覆導線捲繞於該磁性材料主體上；以及於該被覆導線之外周上塗佈一樹脂材料以構成一外裝樹脂部，該外裝樹脂部覆蓋該被覆導線之外周，且接觸該磁性材料主體之部分表面，受到該無機陶瓷表面層阻擋，該陶瓷外表面成為該外裝樹脂部與該磁性材料主體接觸之交界面，該無機陶瓷表面層形成於該外裝樹脂部與該磁性芯體之間，使該外裝樹脂部無法接觸該磁性芯體。
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