电感器及其制作方法 【技术领域】
本发明涉及电子元件，特别是一种电感器及其制作方法。
背景技术
近年来，随着电子元器件的广泛应用，在注重元件性能的同时，更加关注元件的可靠性，尤其是寿命可靠性。图1a为一个叠层片式陶瓷电感器的立体透视示意图，其内部含有线圈电极。伴随着电感器超大感量的发展趋势，现阶段大感量产品电感量已经远远不能满足实际需求，需要进一步开发更大感量的产品。根据电感量的计算公式：
L＝u0ueNαS/l
在元件材料Ue和元件尺寸固定的前提下，要想提高电感量L，必需提高线圈面积S。常规电感器设计时，为了保证元件正常工作，往往要求线圈距离磁体表面留有一定余量，避免线圈裸露在磁体外表面遭到腐蚀。如图1b所示，即电感器留边量L存在下限，这就限制了线圈面积S，从而限制了元件电感量。如图1c，电感器留边量接近于0，线圈面积S很大，可以形成较大的电感量。但这种电感器内部电极15在切割成叠层元件个体后，电感器内部部分电极会裸露在磁体外表面。由于裸露的电极会被缓慢氧化，进而失效导致产品失效，故这种大电感量设计方案实际很少被使用到。
【发明内容】
本发明的主要目的就是针对现有技术的不足，提供一种电感器及其制作方法，既能通过减小电感器的线圈留边量来提高电感量和电感器品质因子，又能确保电感器的可靠性。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种电感器，包括磁体和端子电极，所述磁体内部设置有线圈，所述线圈电连接所述端子电极，所述线圈的边缘接近所述磁体的表面，所述磁体的表面除所述磁体的端头处覆盖有玻璃层，所述端子电极直接与所述磁体的端头结合。
一种电感器制作方法，包括以下步骤：
a.准备磁体，包括在所述磁体内部设置边缘接近所述磁体表面的线圈；
b.在所述磁体的除其端头的表面形成玻璃层；和
c.在所述磁体的端头形成端子电极连接所述线圈。
优选地，所述步骤b包括以下子步骤：
b1.采用易分解的封端材料包覆所述磁体的端头，形成封端磁体；
b2.在所述封端磁体的表面形成所述玻璃层；
b3.烘焙所述封端磁体以使所述封端材料及封端处的玻璃从所述磁体的端头脱离；
优选地，所述封端材料为树脂类材料。
优选地，所述步骤b2包括以下子步骤：
将玻璃与异丙醇等有机化合物混合形成溶液；
在所述溶液中加入刚玉小球，滚磨直到玻璃颗粒粒度D50达到2～5um；
通过喷枪在所述封端磁体喷涂所述溶液，或将所述封端磁体在所述溶液中浸渍，从而在所述封端磁体的表面形成一层玻璃液膜；和
低温烘干固化所述玻璃液膜。
优选地，所述步骤b3包括以下子步骤：
将所述封端磁体烘焙1～3小时，使玻璃颗粒软化且连接致密化；
所述封端材料在烘焙时受热膨胀，所述磁体的端头处的玻璃由于该膨胀作用而破裂和剥离；和
所述封端材料随着温度继续升高而分解气化。
优选地，所述步骤b3中，在烘焙之后还进行倒角，将端头残余玻璃去除以平滑所述磁体的端头。
优选地，所述步骤c中，形成所述端子电极的导电材料中含有玻璃，所述导电材料与所述磁体的端头以及所述磁体表面玻璃层部分相结合。
优选地，所述步骤c包括以下子步骤：
c1.在平整的金属基板上形成具有一定厚度的浆料银膜作为所述导电材料；和
c2.将所述磁体的端头插入所述浆料银膜，所述浆料银膜的尺寸大于所述玻璃层与所述磁体形成的横截面的尺寸。
优选地，所述磁体由所述端子电极包覆的长度与由所述封端材料包覆的长度的差值不超过电感器长度的1/4。
本发明有益的技术效果是：
根据本发明的电感器，其磁体内部的线圈按照边缘接近磁体表面的方式设置，即线圈的留边量L接近为0，增大了电感器的线圈面积，同时，由于在磁体除其端头的表面形成有玻璃保护层，磁体的端头形成端子电极直接连接所述线圈，因此，不但防止了当线圈留边量很小时易与外界接触而导致被缓慢氧化，还能避免涂敷玻璃对产品内部电极与外部电极的连接性带来的不良影响。从而，本发明在确保电感器的可靠性的基础上提高了电感器的电感量和电感品质因子Q值。
优选地，通过控制端子电极尺寸，使导电材料与磁体的端头结合的同时也与玻璃层相结合，可以有效增加端子电极与磁体地粘结力，增强元件端头附着力，进一步提高元件的可靠性。
【附图说明】
图1a是叠层片式电感器内部线圈立体透视示意图；
图1b是叠层片式电感器内部线圈留边量示意图；
图1c是将已知的叠层片式电感器内部线圈留边量减小至接近0后，导致电感器内部部分电极裸露在磁体外表面的示意图；
图2是本发明的一种叠层片式电感器的实施例的截面图；
图3a是本发明的电感器制作方法实施例的流程图；
图3b是与图3a中各工序对应的产品状态示意图(未示线圈)；
图4是一种实施例中封端材料和端子电极分别包覆磁体的长度示意图，a为封端材料包覆长度，b为端子电极包覆长度；
图5是伴随端子电极与封端材料包覆磁体尺寸差距变化，引起的磁体端头附着力变化示意图；
图6是伴随本发明电感器元件留边量减小，电感量逐步提高的示意图；
图7是伴随本发明电感器元件留边量减小，电感器品质因子Q逐步提高的示意图。
【具体实施方式】
以下结合附图对本发明的实施例进行进一步的详细说明。
图2、图3a和图3b展示了一种实施例的叠层片式电感器21及其制作方法，所述电感器包括磁体10和端子电极12、13，所述磁体内部设置有线圈15，所述线圈15电连接所述端子电极12、13(未图示)，所述线圈15的边缘接近所述磁体10的表面，所述磁体10的表面除所述磁体的端头处覆盖有玻璃层11，所述端子电极直接与所述磁体的端头结合。
请参见图3a和图3b，根据本发明的方法制作一种叠层片式电感器的实施例包括以下步骤：
步骤1.磁体准备工序
可采用已知的工艺，形成如图3b所示的磁体准备工序对应的叠层陶瓷主体10。
步骤b.封端工序
使用易分解的树脂类材料，包覆叠层陶瓷主体的两端，形成如图3b所示的封端工序对应的封端磁体14。
所用的树脂材料可以是环氧树脂，但不限于此。
应指出，在能够充分保护磁体端面的前提下，封端部分尺寸越小越好。
步骤c.涂敷工序
即通过采用涂布或浸渍的方法，在元件外表面形成一层玻璃层11。
首先，可将玻璃与异丙醇等有机化合物混合形成溶液，加入刚玉小球，滚磨24～36小时，待玻璃颗粒粒度D50达到2～5um左右时停止滚磨；
然后，再通过喷枪喷涂或将元件在玻璃溶液中浸渍，从而在磁体表面形成一层玻璃液膜；
接下来通过低温烘干固化后，形成如图3b所示的涂敷工序对应的磁体。
步骤d.烘焙工序
本工序也可称作去封端化工序，主要作用在于使得磁体表面的玻璃层致密化，并同步去除封端材料。
首先，将涂敷完成的元件在高温(例如大于500℃)中烘焙2小时，可根据选择的玻璃材料不同而调整实际操作温度。在高温处理中，玻璃颗粒软化，并相互连接致密化。与此同时，封端材料受热膨胀，端头部分玻璃先由于膨胀的封端材料而出现破裂剥离。随着温度继续升高，封端材料开始分解气化，并从元件端头消失，进而磁体的端头重新裸露在空气中，即得到如图3b所示的烘焙工序对应的磁体。
实际制作时，考虑到玻璃破裂剥离时破裂界面不规则，部分玻璃可能不会剥离完全，因此优选在烘焙完成后还进行倒角，将端头残余玻璃去除以平滑磁体的端头。
步骤e.端子化工序
即形成外部连接的端子电极，本工序可采用在元件端头沾上导电浆料实现。
首先，在平整的金属基板上形成具有一定厚度的银膜，接着将已经固定好的元件磁体插入银膜，从而形成如图3b所示的端子化工序对应的端子电极12、13。
优选地，形成所述端子电极的银膜中含有玻璃，银膜包覆磁体的尺寸大于封端材料包覆磁体的尺寸，使端子电极与玻璃层相接触。这可以通过以下方式实现，即沾银时，使磁体所进入的银膜尺寸大于封端材料与所述玻璃层与所述磁体形成的横截面的尺寸。银浆玻璃与磁体相互融合而结合，同时，由于形成端子电极的银浆含有一定比例的玻璃且端子电极与玻璃层具有一定的接触面积，所以银浆玻璃与磁体结合的同时还与玻璃层相互结合。此时，银浆玻璃与磁体结合力及银浆玻璃与涂敷的玻璃层结合力两个部分共同组成了元件的端子电极附着力。
图4为两种尺寸比较的图示，a为封端材料与磁体接触尺寸(即长度方向上包覆磁体的尺寸)，b为端子电极与磁体接触尺寸，b大于a。实验结果表明，这可以有效提高元件端子电极与磁体之间的结合力，增加元件机械可靠性。图5为|b-a|值对元件端子附着力的影响示意图。
实际元件制作时，考虑到端子电极太大会影响元件性能及元件外观，优选|b-a|不超过元件长度的1/4尺寸。
叠层片式电感器21表面涂覆有玻璃保护层，同时由于封端以及去封端工序的作用，不必考虑表面玻璃对产品内部电极与外部端子电极连接性的不良影响，从而可以在有效提高产品电感量的同时，大幅降低产品电极开路风险。表1示出了不同涂敷层厚度对产品可靠性的影响结果。
表1不同玻璃层厚度对电感元件可靠性影响
其中各可靠性实验条件如下：
高低温冲击：温度125℃时间30分钟，20秒切换至低温-55℃保持30分钟，经历100循环；
湿热冲击：温度55℃，湿度95％RH，实验时间1000小时；
高温负载：温度125℃，接通电流情况下，实验1000小时，电流大小由电感器额定电流决定；
湿热负载：温度55℃，湿度95％RH，实验1000小时，电流大小由电感器额定电流决定。
如图6所示，根据本发明的实施例，电感器在线圈长度不变的情况下，逐步增大线圈宽度，减小线圈留边量L，线圈面积S增加，从而电感量稳步提高。如图7所示，与此对应的是，伴随线圈留边量L的减小，电感器的品质因子Q值也在增加。造成这种现象的可能原因是随着留边量L不断减小，线圈与磁体表面间距减小，磁感线穿透磁体时损失能量降低，电感器储能增加，所以Q值增加。
实验结果表明，本发明提供了一种线圈留边量可以减小至接近0，而电感器可靠性又不受影响的解决方案。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。