CN101599347B - 生产多层平板变压器的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种线圈板的生产方法，根据生产需要的形状直接冲裁设有定位孔的金属板以形成所述线圈板，每张所述线圈板冲裁有多个平板式初级线圈和/或次级线圈，所述初、次级线圈中设有磁芯孔，所述初、次级线圈的起始端连接头和末端连接头与所述金属板连接。本发明还包括一种采用上述方法生产的线圈板以及采用该线圈板生产多层板变压器的生产方法。本发明中的生产方法具有生产效率高，变压器成本较低的优点，生产的多层板变压器具有结构紧凑、导电效率高、宽厚比大的优点。

Description

生产多层平板变压器的方法

技术领域

本发明涉及电感器件领域，具体的说是涉及用于多层平板变压器的线圈板及其生产方法，以及采用所述线圈板的多层板变压器的生产方法。 

背景技术

目前，现有技术中的平板变压器多采用初次级交替放置，初次级之间用绝缘层分隔，各层线圈之间采用外接头焊接连接，如中国专利文献CN201185124Y公开了一种全外接头式的多层组合式平板变压器，这种变压器的每层线圈独立加工，在紧贴安装后再串联连接，各层线圈之间采用外接头焊接连接。该制造工艺相对简单，体积相对较小，但仍有以下缺陷：1)每层线圈独立加工，生产效率低；2)因各层线圈之间采用外接头焊接连接，各层之间仍存有间隙，体积仍有缩小的空间；3)各层在外接头处没有绝缘层分隔，绝缘效果仍不太理想且各层之间容易产生电磁干扰。 

针对上述缺陷，美国专利文献US2001/0042905A1中公开了一种印制电路板式平板变压器，该专利文献将多层印制电路板的方法应用于多层平板变压器中，先用铜箔蚀刻法做出内层导线图形，然后根据设计要求，把几张内层导线图形重叠，放在专用的多层压机内，经过热压、粘合工序，制成具有内层导电图形的覆铜箔的层压板。采用该方法克服了专利文献CN201185124Y中的缺陷，使得生产变压器的效率提高，体积更小，绝缘效果更好。但是，该方法仍然如下缺陷：1)该现有技术采用铜箔蚀刻法来制作导电线圈，而刻蚀过程限制了电路板上导电层的厚度，因此必须采用多次电镀多次蚀刻的方法来增加每一层导电层的厚度来增加通过变压器的电流，使得变压器的制备成本高、生产工艺复杂；2)由于刻蚀效应的存在，刻蚀液会侵蚀刻蚀处周边的铜层，使得铜层表面至基层方向上被侵蚀的铜 层面积逐渐增加，造成电镀层中铜量的损失，使得电镀层的导电效果不理想。 

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题是：为了克服现有技术中采用成本低的生产方法其生产率低，所生产的变压器结构不紧凑，绝缘效果不佳，以及采用生产率高的生产方式生产的变压器成本高，制作工艺复杂的缺陷。 

为解决上述技术问题，本发明提供了生产线圈板的方法，根据生产需要的形状直接冲裁设有定位孔的金属板以形成所述线圈板，每张所述线圈板冲裁有多个平板式初级线圈和/或次级线圈，所述初、次级线圈中设有磁芯孔，所述初、次级线圈的起始端连接头和末端连接头与所述金属板连接。 

所述冲裁过程中，在所述初、次级线圈在所述起始端连接头和所述末端连接头上同时冲裁出金属孔。 

本发明进一步提供了一种线圈板，每片具有定位孔的所述线圈板上冲裁有多个初级线圈和/或次级线圈，所述的初、次级线圈中设有磁芯孔，所述各个初、次级线圈均具与所述金属板相连的起始端连接头和末端连接头。 

所述初、次级线圈在所述起始端连接头和所述末端连接头上具有金属孔。 

本发明还提供了一种多层平板变压器的生产方法，步骤如下： 

a)根据生产需要的形状直接冲裁设有定位孔的金属板以形成所述线圈板，每张所述线圈板冲裁有多个平板式初级线圈和/或次级线圈，所述初、次级线圈中设有磁芯孔，所述初、次级线圈的起始端连接头和末端连接头与所述金属板连接； 

b)将多张所述线圈板重叠，使得所述初级线圈与所述次级线圈交替重叠放置并通过定位孔定位，上层初级线圈的末端连接头与相邻下层初级线圈的起始端连接头重叠，上层次级线圈的末端连接头与相邻下层次级线圈的起始端连接头重叠，且相邻线圈间用绝缘层分隔，在加温、加压条件下 一次热压成型并形成层压板； 

c)在所述层压板上与所述初、次线圈的连接头对应位置上打孔，并作金属化孔，上层初级线圈的末端连接头与相邻下层初级线圈的起始端连接头导电连接，上层次级线圈的末端连接头与相邻下层次级线圈的起始端连接头导电连接，从而使得各初级线圈串联连接同时各次级线圈串联连接； 

d)将所述金属化孔后的层压板铣成具有中心磁芯孔的多层板线圈，加装磁芯后得到多层平板变压器，其中，所述各个连接头伸出于所述壳体外。 

所述步骤a中，在冲裁出所述各个初、次级线圈的过程中，同时在所述起始端连接头和末端连接头处冲裁出金属孔，所述金属孔与步骤c中形成的所述连接孔重合。 

所述步骤a中，每片所述金属板经冲裁后形成四个以上与所述金属板仍有连接的线圈，从而在所述步骤d中，所述打孔后的层压板同时铣成四个以上具有中心磁芯孔的多层板线圈。 

所述上层初级线圈的末端连接头与所述相邻下层初级线圈的起始端连接头通过金属化孔实现导电连接，所述上层次级线圈的末端连接头与所述相邻下层次级线圈的起始端连接头通过金属化孔实现导电连接。 

所述初级线圈的各个连接头所组成的初级线圈连接端与所述次级线圈的各个连接头所组成的次级线圈连接端相对设置于所述磁芯的两侧。 

所述初级线圈连接端左右两侧设有与外接电路连接的连接孔，所述次级线圈连接端左右两侧设有与外接电路连接的连接孔。 

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点： 

(1)本发明各线圈板由金属板直接冲裁得到，因此不存在现有技术采用刻蚀方法所伴随的刻蚀效应，使得冲裁后的导电层由上层面到下层面间的截面形状均相同，不存在导电层中金属量发生损失的情况，最大限度的保证了变压器具有理想的导电效果。 

(2)在一片金属板上可同时冲裁出多个线圈，再将多片冲裁出的初、 次级线圈交替水平放置，相邻线圈间用绝缘层分离后，再经过热压、铣削等步骤后加装磁芯可同时生产出多个变压器，极大的提高了生产效率，变压器成本较低。 

(3)本发明通过加温、加压一次热压成型使得各初级线圈板、次级线圈板和绝缘层形成了紧密连接的层结构的方法，使得变压器的导电层可根据需要加厚，而不需要增加额外的工序，从而使得其生产工艺简单，同时生产出的变压器结构紧凑，宽厚比大，可有效降低趋肤效应的影响，可作为中、大功率的平板变压器。 

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中， 

图1为本发明中冲裁前金属板的俯视图； 

图2为图1中所述金属板冲裁后所形成线圈排布形状的俯视图； 

图3a为图2中第一层初级线圈第一行第一列的冲裁形状的俯视图； 

图3b为图2中第二层初级线圈第一行第一列的冲裁形状的俯视图； 

图3c为图2中第三层初级线圈第一行第一列的冲裁形状的俯视图； 

图3d为图2中第四层初级线圈第一行第一列的冲裁形状的俯视图； 

图4a为图2中第一层次级线圈第一行第一列的冲裁形状的俯视图； 

图4b为图2中第二层次级线圈第一行第一列的冲裁形状的俯视图； 

图4c为图2中第三层次级线圈第一行第一列的冲裁形状的俯视图； 

图5为所述实施例1中各初、次级线圈交替放置且之间加有绝缘板后形成的层压板的俯视图； 

图6为图5中所述层压板的A-A剖面图； 

图7为图5中所述层压板中各初、次级线圈交替放置后的透视俯视图； 

图8为实施例1中加装的E型磁块主视图； 

图9为实施例1中加装的与所述E型磁块相对的I型磁块主视图； 

图10为实施例1制备的变压器成品俯视图； 

图11为图10中变压器成品俯视图的B-B剖面图。 

图12为实施例2中所述金属板冲裁后所形成的线圈排布形状的俯视图。 

具体实施方式

结合具体实施例，对本发明的线圈板及其采用该线圈板的多层平板变压器的生产方法进行详细的描述。 

实施例1 

如图1所示为一片设有定位孔21的金属板1，根据图3a所示的形状直接冲裁金属板1得到一片线圈板，冲裁后的线圈板如图2所示，该线圈板上排列有十个形状相同的线圈，每个线圈中设有磁芯孔20，假定所述各线圈左边的连接头为起始端，右边的连接头为末端，则冲裁后的线圈在起始端连接头5和末端连接头6处与金属板1连接。 

根据生产七层变压器的需要，可将3a所示的形状替换为图3b～3d所示的形状进行冲裁，可得到另外3片不同形状的线圈板，根据图3a～3d所示的形状冲裁的线圈板称为初级线圈板，或将3a所示的形状替换为图4a～4c所示的形状进行冲裁，可得到区别于图3a～3d所示形状的线圈板，根据图4a～4c所示的形状冲裁的线圈板称为次级线圈板。 

采用上述线圈板所生产的七层平板变压器的方法，其步骤如下： 

a)冲裁设有定位孔21的金属板1，如图1所示，本实施例中每片金属板1经冲裁后形成10个形状相同的线圈，所述线圈具有与所述金属板相连的起始端连接头和末端连接头；根据所要生产的七层平板变压器的需要，分别冲裁七片金属板，其中有四片金属板上形成初级线圈板2，三片金属板上形成次级线圈板3，所述各片金属板1上的线圈形状根据所处变压器中位置的不同而有所变化。 

首先，冲裁初级线圈板。根据图3a所示的形状直接冲裁金属板1得到一片线圈板，冲裁后的线圈板如图2所示，该线圈板上排列有十个形状相同的线圈，每个线圈中设有磁芯孔20，假定所述各线圈左边的连接头为起始端，右边的连接头为末端，则该线圈在起始端连接头5和末端连接头6处与金属板1连接。将3a所示的形状替换为图3b～3d所示的形状，重复上述的冲裁步骤，可得到另外3片不同形状的线圈板，根据图3a～3d所示的形状形成的线圈板依次称为第一层初级线圈板、第二层初级线圈板、第三层初级线圈板和第四层初级线圈板。将冲裁后的初级线圈板根据定位孔21定位并重叠时，使得各金属板上相同位置的初级线圈依次重叠放置，且第一层初级线圈的末端连接头6与第二层初级线圈的起始端连接头7重叠，第二层初级线圈的末端连接头8与第三层初级线圈的起始端连接头9重叠，第三层初级线圈的末端连接头10与第四层初级线圈的起始端连接头11重叠，且冲裁的初级线圈均具有磁芯孔20，冲裁后落下的是废料，初级线圈仍在各连接头处与金属板1有连接。 

其次，冲裁次级线圈板。重复上述的冲裁步骤，将3a所示的形状替换为图4a～4c所示的形状，可得到区别于图3a～3d所示形状的线圈板。假定各次级线圈左边的连接头为起始端，右边的连接头为末端。根据图4a～4c所示的形状形成的线圈板依次称为第一层次级线圈板、第二层次级线圈板和第三层次级线圈板。将冲裁后的三片次级线圈根据定位孔定位并重叠放置时，使得各金属板上相同位置的次级线圈重叠，且第一层次级线圈的末端连接头14与第二层次级线圈的起始端15连接头重叠，第二层次级线圈的末端连接头16与第三层次级线圈的起始端连接头17重叠，且冲裁的次级线圈均具有磁芯孔20，冲裁后落下的是废料，各次级线圈仍在各连接头处与金属板1有连接。 

b)将第a步聚中所生产的初级线圈板2和次级线圈板3交替重叠放置通过定位孔21定位，使得各片相应位置的磁芯孔20中心线重叠，且相邻线圈金属片之间用绝缘层4分隔，在加温、加压条件下，优选150-250℃、20-35kg/cm²压力，一次热压成型并形成层压板，如图5和图6所示，各绝 缘层在高温下受热软化并将各线圈层中间隙和空洞填封起来，使得层与层之间没有间隙，各线圈绝缘密封于各绝缘层中，从而使得生产出的变压器结构更加紧凑，导电效率更高。 

c)打孔并金属化孔，即在热压后的层压板上的各线圈连接头重叠位置打孔以形成连接孔19，如图5所示，并在所述连接孔19处镀导电金属，使得上层初级线圈的末端连接头与相邻下层初级线圈的起始端连接头导电连接，上层次级线圈的末端连接头与相邻下层次级线圈的起始端连接头导电连接，从而使得各初级线圈串联连接同时各次级线圈串联连接。 

d)铣削后加装磁芯，每组层压板可铣成十个具有中心磁芯孔20的多层平板线圈，加装磁芯26后即可得到多层平板变压器，初、次级线圈连接头伸出于磁芯26外，如图10和图11所示。所述磁芯26由E型磁块22和I型磁块24盖合而成，盖合后的磁芯26外部呈长方形，磁芯26内部中心位置为磁柱23，所述磁柱23与磁芯外框间的空间用以容纳初、次级线圈且使所述磁柱23穿过初、次级线圈的中心磁芯孔20。该步骤一次可同时生产出多个层平板变压器，提高了生产效率，降低了生产变压器成本，适用于大批量生产。 

上述实施例1为本发明的优选实施例，当然本发明中变压器及其制备方法还有其他变换形式。 

实施例2 

对实施例1中生产线圈板的过程进行变换，具体的说是在冲裁出所述各个初、次级线圈的过程中，同时在所述起始端连接头和末端连接头处冲裁出金属孔25，如图12所示。 

对实施例1中生产所述变压器的过程进行变换，具体的说是对步骤a与步骤c中涉及制备连接孔过程的变换，具体如下： 

步骤a中，在冲裁出所述各个初、次级线圈的过程中，同时在所述起始端连接头和末端连接头处冲裁出金属孔25，如图12所示。 

步骤b同实施例1。 

步骤c中，在热压后的层压板上的各线圈连接头与所述金属孔31重合位置打孔以形成连接孔，并在所述连接孔出镀导电金属。 

以下各步骤同实施例1。 

本实施例的主要优点是：步骤a中的冲裁过程，冲裁机通常冲裁单张或少量金属板以形成各个线圈，因此同时冲裁出连接头处的金属孔对冲裁机刀口磨损较小；步骤c中，由于所述各线圈连接头处已经冲裁出金属孔，因此打孔机的刀头仅需穿透与各金属孔相对应的硬度较低的各层绝缘板，大大降低了对刀头的损耗，延长刀头寿命。因此采用本实施例中的方法，可以大大降低对生产设备的损耗，间接降低了生产变压器的成本。 

实施例3 

本实施例是对实施例1生产的七层平板变压器的方法的步骤a中，金属板上冲裁出的线圈排布情况进行变化。本实施例中，可以按照图3a～3d以及图4a～图4c中所示形状，在一片金属板上冲裁出不同形状的线圈。在随后的步骤b中，按照需要生产的变压器的需要，将各初、次级线圈进行依次排列，并使得各金属板上相同位置的初级线圈板依次重叠放置，且第一层的末端连接头与第二层的起始端连接头重叠，第二层的末端连接头与第三层的起始端连接头重叠，第三层的末端连接头与第四层的起始端连接头重叠；各金属板上相同位置的次级线圈板重叠，且第一层的末端连接头与第二层的起始端连接头重叠，第二层的末端连接头与第三层的起始端连接头重叠。接下来的步骤与实施例1相同。 

实施例4 

本实施例对实施例1生产的七层平板变压器的方法的步骤c中的金属化孔过程进行变化。本实施例通过在打孔后产生的连接孔处先进行金属化孔，然后在孔中再填入焊锡以形成锡柱，以实现各上层初级线圈的末端连接头与相邻下层初级线圈的起始端连接头导电连接，这样可以大大提高各层线圈间导电连接性能，提高变压器的导电效率。 

上述各实施例中的初、次级线圈的层数可根据需要进行调整，每片金 属板中的初、次级线圈如何排列也可根据需要进行调整。 

本发明中所称的金属板通常情况下可以采用导电效果好且价格低廉的铜，在特殊环境中也可以采用贵金属金、银等以获得更优的导电效果；绝缘材料优选印刷电路板所使用的绝缘材料，这种材料具有一定厚度，且耐高温高压能力较强。 

本发明中的平板线圈不仅可生产变压器，同样也可以用于电感器件领域中的其他仪器中，如采用本发明中的平板线圈还可以生产平板电感器。 

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。 

Claims (6)

1.一种生产多层平板变压器的方法，步骤如下：

a)根据生产需要的形状直接冲裁设有定位孔的金属板以形成线圈板，每张所述线圈板冲裁有多个平板式初级线圈和/或次级线圈，所述初、次级线圈中设有磁芯孔，所述初、次级线圈的起始端连接头和末端连接头与所述金属板连接；

b)将多张所述线圈板重叠，使得所述初级线圈与所述次级线圈交替重叠放置并通过定位孔定位，上层初级线圈的末端连接头与相邻下层初级线圈的起始端连接头重叠，上层次级线圈的末端连接头与相邻下层次级线圈的起始端连接头重叠，且相邻线圈层间用绝缘层分隔，在加温、加压条件下一次热压成型并形成层压板；

c)在所述层压板上与所述初、次级线圈的连接头对应位置上打孔，并作金属化孔，上层初级线圈的末端连接头与相邻下层初级线圈的起始端连接头导电连接，上层次级线圈的末端连接头与相邻下层次级线圈的起始端连接头导电连接，从而使得各初级线圈串联连接同时各次级线圈串联连接；

d)将所述金属化孔后的层压板铣成具有中心磁芯孔的多层板线圈，加装磁芯后得到多层平板变压器，其中，所述各个连接头伸出于壳体外。

2.根据权利要求1所述多层平板变压器的生产方法，其特征在于：所述步骤a中，在冲裁出所述各个初、次级线圈的过程中，同时在所述起始端连接头和末端连接头处冲裁出金属孔，所述金属孔与步骤c中形成的连接孔重合。

3.根据权利要求1或2所述多层平板变压器的生产方法，其特征在于：所述步骤a中，每片所述金属板经冲裁后形成四个以上与所述金属板仍有连接的线圈，从而在所述步骤d中，所述打孔后的层压板同时铣成四个以上具有中心磁芯孔的多层板线圈。

4.根据权利要求1或2所述多层平板变压器的生产方法，其特征在于：所述上层初级线圈的末端连接头与所述相邻下层初级线圈的起始端连接头通过金属化孔实现导电连接，所述上层次级线圈的末端连接头与所述相邻下层次级线圈的起始端连接头通过金属化孔实现导电连接。

5.根据权利要求1或2所述多层平板变压器的生产方法，其特征在于：所述初级线圈的各个连接头所组成的初级线圈连接端与所述次级线圈的各个连接头所组成的次级线圈连接端相对设置于所述磁芯的两侧。

6.根据权利要求5所述多层平板变压器的生产方法，其特征在于：所述初级线圈连接端左右两侧设有与外接电路连接的连接孔，所述次级线圈连接端左右两侧设有与外接电路连接的连接孔。

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