[發明專利]一種基于3D打印的微型功率電感元件的制備方法與應用

在審

• 申請號: 202111336656.7
• 申請日: 2021-11-11
• 公開（公告）號: CN114188148A
• 公開（公告）日: 2022-03-15
• 發明（設計）人: 孫海波;王敬慧;朱鋒;郭志力;黃皓輝;陳東初;聶寶華
• 申請（專利權）人: 佛山科學技術學院
• 主分類號: H01F41/04
• 分類號: H01F41/04;B22F3/115;H01F41/02;H01F41/06;H01F27/36
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 廖奇麗

本發明屬于電感元件技術領域，具體公開了一種基于3D打印的微型功率電感元件的制備方法與應用。微型功率電感元件的制備方法，包括以下步驟：模壓磁性粉料制得磁芯后，對所述磁芯進行退火處理，得預制磁芯；在預制磁芯上進行3D繞制打印線圈，制得磁芯線圈，線圈通過同軸雙層針頭一次打印而成；在磁芯線圈上3D打印屏蔽層和端電極，制得微型功率電感元件。本發明采用模壓磁性粉料制備磁芯，無需燒結，通過對壓制的磁芯進行退火處理，以消除磁芯的應力，提升電感元件的磁導率，并降低電感元件的損耗；整個制備過程無需采用電鍍處理工藝，所制備的微型功率電感元件，體積更小，短路風險小，并具有良好的良品率。

技術領域

本發明涉及電感元件技術領域，具體涉及一種基于3D打印的微型功率電感元件的制備方法與應用。

背景技術

隨著5G技術的快速發展，對電子元器件的性能要求也越來越高，一方面要求其具有更小的體積，另一方面，要求電子元器件具有更高的可靠性。而對于制造更小體積的功率電感元器件，就對所選用的磁性材料的高性能、制造設備的精度以及優異的結構設計提出更高的要求。

對于目前的電感制備工藝，主要有繞線電感工藝制備電感，低溫共燒陶瓷 (LTCC)疊層工藝制備電感，一體成型模壓工藝制備電感技術，以及通過厚膜工藝技術制備出體積更小的功率電感。但繞線電感工藝是在燒制好的磁芯上進行繞制銅線，由于銅線本身會有針孔，繞制過程中也會有擦傷的風險，所以存在一定的短路風險；LTCC疊層工藝技術制備電感是采用流延的方式制備磁性基板，電感磁體密度低，電感的電磁性能得不到優化；一體成型技術制備的電感，成型壓力大(500-800MPa)，銅線變形嚴重，存在很高的短路風險。

因此，亟待研發一種能夠制備更小體積，同時保證電感元件具備較高電磁性能的方法。

發明內容

本發明提出一種基于3D打印的微型功率電感元件的制備方法與應用，以解決現有技術中存在的一個或多個技術問題，至少提供一種有益的選擇或創造條件。

為克服上述技術問題，本發明的第一個技術方案是，提供了一種微型功率電感元件的制備方法。

具體地，一種微型功率電感元件的制備方法，包括以下步驟：

(1)模壓磁性粉料制得磁芯后，對所述磁芯進行退火處理，得預制磁芯；

(2)在所述預制磁芯上進行3D繞制打印線圈，制得磁芯線圈；所述線圈通過同軸雙層針頭一次打印而成；

(3)在所述磁芯線圈上3D打印屏蔽層和端電極，制得所述微型功率電感元件。

相對于通過在燒結的磁芯上進行繞線，由于燒結的磁芯比較堅硬，繞結時容易刮傷，加之金屬導線在制備過程中容易產生針眼，這些因素均易造成電感線圈層間產生短路。本發明采用模壓磁性粉料制備磁芯，無需燒結，通過對壓制的磁芯進行退火處理，以消除磁芯的應力，從而減少應力對電感元件電磁性能的影響；同時，通過3D打印的方式繞制打印線圈，采用同軸雙層針頭一次打印自帶絕緣層的線圈，可有效杜絕電感線圈層間產生短路的缺陷。

本發明通過在預制磁芯上采用3D打印的方式繞制電感線圈，并通過3D打印屏蔽層和端電極，整個制備過程無需采用電鍍處理工藝，可有效解決一體成型制備電感中因為成型壓力過大而造成的線圈變形以及短路的問題。

作為上述方案的進一步改進，步驟(1)中，所述模壓磁性粉料的壓力為 1800-2200MPa；所述退火的溫度為400-750℃，所述退火的時間為1-2小時。

具體地，采用1800-2200MPa的壓力對粉料進行模壓成型，可壓制成致密的磁芯；退火溫度和退火時間可據不同粉料的特性進行選擇。本發明在特定條件下對磁芯進行壓制退火處理，不僅能夠快速批量的制備磁芯，而且能夠消除磁性粉料在壓制過程中產生的內部應力，從而提高電感元件的磁導率，降低磁滯損耗。

優選地，所述磁芯的形狀為工字型或T型。