[发明专利]一种基于3D打印的微型功率电感元件的制备方法与应用

说明书

本发明属于电感元件技术领域，具体公开了一种基于3D打印的微型功率电感元件的制备方法与应用。微型功率电感元件的制备方法，包括以下步骤：模压磁性粉料制得磁芯后，对所述磁芯进行退火处理，得预制磁芯；在预制磁芯上进行3D绕制打印线圈，制得磁芯线圈，线圈通过同轴双层针头一次打印而成；在磁芯线圈上3D打印屏蔽层和端电极，制得微型功率电感元件。本发明采用模压磁性粉料制备磁芯，无需烧结，通过对压制的磁芯进行退火处理，以消除磁芯的应力，提升电感元件的磁导率，并降低电感元件的损耗；整个制备过程无需采用电镀处理工艺，所制备的微型功率电感元件，体积更小，短路风险小，并具有良好的良品率。

技术领域

本发明涉及电感元件技术领域，具体涉及一种基于3D打印的微型功率电感元件的制备方法与应用。

背景技术

随着5G技术的快速发展，对电子元器件的性能要求也越来越高，一方面要求其具有更小的体积，另一方面，要求电子元器件具有更高的可靠性。而对于制造更小体积的功率电感元器件，就对所选用的磁性材料的高性能、制造设备的精度以及优异的结构设计提出更高的要求。

对于目前的电感制备工艺，主要有绕线电感工艺制备电感，低温共烧陶瓷 (LTCC)叠层工艺制备电感，一体成型模压工艺制备电感技术，以及通过厚膜工艺技术制备出体积更小的功率电感。但绕线电感工艺是在烧制好的磁芯上进行绕制铜线，由于铜线本身会有针孔，绕制过程中也会有擦伤的风险，所以存在一定的短路风险；LTCC叠层工艺技术制备电感是采用流延的方式制备磁性基板，电感磁体密度低，电感的电磁性能得不到优化；一体成型技术制备的电感，成型压力大(500-800MPa)，铜线变形严重，存在很高的短路风险。

因此，亟待研发一种能够制备更小体积，同时保证电感元件具备较高电磁性能的方法。

发明内容

本发明提出一种基于3D打印的微型功率电感元件的制备方法与应用，以解决现有技术中存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。

为克服上述技术问题，本发明的第一个技术方案是，提供了一种微型功率电感元件的制备方法。

具体地，一种微型功率电感元件的制备方法，包括以下步骤：

(1)模压磁性粉料制得磁芯后，对所述磁芯进行退火处理，得预制磁芯；

(2)在所述预制磁芯上进行3D绕制打印线圈，制得磁芯线圈；所述线圈通过同轴双层针头一次打印而成；

(3)在所述磁芯线圈上3D打印屏蔽层和端电极，制得所述微型功率电感元件。

相对于通过在烧结的磁芯上进行绕线，由于烧结的磁芯比较坚硬，绕结时容易刮伤，加之金属导线在制备过程中容易产生针眼，这些因素均易造成电感线圈层间产生短路。本发明采用模压磁性粉料制备磁芯，无需烧结，通过对压制的磁芯进行退火处理，以消除磁芯的应力，从而减少应力对电感元件电磁性能的影响；同时，通过3D打印的方式绕制打印线圈，采用同轴双层针头一次打印自带绝缘层的线圈，可有效杜绝电感线圈层间产生短路的缺陷。

本发明通过在预制磁芯上采用3D打印的方式绕制电感线圈，并通过3D打印屏蔽层和端电极，整个制备过程无需采用电镀处理工艺，可有效解决一体成型制备电感中因为成型压力过大而造成的线圈变形以及短路的问题。

作为上述方案的进一步改进，步骤(1)中，所述模压磁性粉料的压力为 1800-2200MPa；所述退火的温度为400-750℃，所述退火的时间为1-2小时。

具体地，采用1800-2200MPa的压力对粉料进行模压成型，可压制成致密的磁芯；退火温度和退火时间可据不同粉料的特性进行选择。本发明在特定条件下对磁芯进行压制退火处理，不仅能够快速批量的制备磁芯，而且能够消除磁性粉料在压制过程中产生的内部应力，从而提高电感元件的磁导率，降低磁滞损耗。

优选地，所述磁芯的形状为工字型或T型。