CN103887041A - 一种贴片式共模扼流器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种贴片式共模扼流器及其制造方法，该贴片式共模扼流器包括磁芯、盖板、第一金属线圈以及第二金属线圈，第一金属线圈和第二金属线圈焊接在磁芯上，所述第一金属线圈和所述第二金属线圈相互绞合在一起形成线圈组件，所述线圈组件缠绕在磁芯上。本发明还公开了一种制造上述贴片式共模扼流器的方法。本发明揭示的贴片式共模扼流器改善了产品的插损性能和平衡性性能，使其能运用于汽车电子网络系统中；同时降低对线圈的排布需求，可通过机械设备机器对贴片式共模扼流器进行批量生产，进而降低了生产成本，提高了产品的生产效率。

Description

一种贴片式共模扼流器及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种贴片式共模扼流器及其制造方法，特别是应用于汽车电子网络系统的高性能贴片式共模扼流器及其制造方法。

背景技术

共模扼流器的应用非常广泛，在电源系统，高速信号传输系统中都会用到。贴片式共模扼流器目前主要应用于高速信号传输系统中，如USB2.0，USB3.0，HDMI，DVI等高速信号接口，主要起到抑制共模噪声的作用。另外也可作为巴伦来使用，起到单端信号与差分信号的转换作用。传统的使用领域，对共模扼流器的电学性能要求主要是共模阻抗，差模阻抗，直流电阻等，这些指标用传统的绕线技术，制作技术一般都能达到。但在一些对电性能要求较高的领域，如汽车电子网络系统，对共模扼流器的电感，插损，以及信号平衡性性能要求都很高，目前应用在此系统中的共模扼流器大多是手工绕制的磁环结构的扼流器，由于是手工制作，所以存在效率低，成本高，产品性能一致性差等缺陷，客户都希望能实现自动化生产，以降低成本，提高产品的一致性，但传统的贴片式共模扼流器的电性能又达不到要求，这就对行业提出了新的挑战。

目前行业中使用较多的技术方案如下：

如附图1所示，传统的贴片式共模扼流器包括磁芯3’、盖板4’以及第一金属线圈1’、第二金属线圈2’，制造时将两个金属线圈分层平绕，即先绕第二金属线圈2’，绕满磁芯3’中柱，再在第二金属线圈2’的上面绕同样圈数的第一金属线圈1’(如附图1所示)。这种结构的产品绕线均匀，产品插损性能可以得到很大的改善，但对两线圈的绕制均匀性要求相当高，只要两组线圈绕制时稍有点杂乱，则产品的插损性能会大大下降，不利于批量生产，且此方案对产品的平衡性性能无明显改善，满足不了汽车电子网络系统对共模扼流器的性能要求。

针对汽车电子对平衡性性能要求较高的特点，日本TDK公司推出了一种新型结构的共模扼流器(ACT45L系列)，其横截面剖视图如2所示，其绕线结构为将两组线圈1’、2’分成前后两段绕制。根据TDK的推广资料介绍，ACT45L系列产品的平衡性性能有较大改善。但从理论与经验上分析，ACT45系列产品由于在两段绕制的线圈之间有间隙，会导致漏感的增大，从而增大产品的插损；此外，该产品的绕线方式对线圈排布的一致性与整齐性要求非常高，增大了生产的难度。可以说，TDK公司ACT45L系列产品的平衡性性能的提高是以降低插损性能与降低生产效率为代价的。

发明内容

本发明所要解决的一个技术问题是克服背景技术中的现有技术的缺陷，提供一种可有效提高插损和信号平衡性性能的贴片式共模扼流器，且该贴片式共模扼流器对线圈的排布要求较低，可通过机器批量生产，因此生产成本较低。

本发明所要解决的另一技术问题是提供一种制造贴片式共模扼流器的方法，该方法制造出来的贴片式共模扼流器可有效改善其插损性能和平衡性性能，且该方法对贴片式共模扼流器的线圈排布要求较低，可通过机器批量生产，因此生产成本较低。

本发明的技术原理如下：

将贴片式共模扼流器的第一金属线圈和第二金属线圈绞合成线圈组件，具有以下优点：

1.可减小线圈间的杂散电容，从而提高贴片式共模扼流器的谐振频率，进而改善其插损性能；

2.可增加两组线圈之间的一致性，从而减小信号在第一、第二金属线圈上传输时的相位差，进而改善贴片式共模扼流器的平衡性性能；

3.由于将第一、第二金属线圈绞合在一起，从而使缠绕在磁芯同一周的两组线圈保持相对稳定地靠近在一起，因此对线圈的排布需求较低。

本发明提供的贴片式共模扼流器通过以下技术方案予以解决：

一种贴片式共模扼流器，包括磁芯、盖板、第一金属线圈以及第二金属线圈，第一金属线圈和第二金属线圈焊接在磁芯上，所述第一金属线圈和所述第二金属线圈相互绞合在一起形成线圈组件，所述线圈组件缠绕在磁芯上。

进一步地，所述磁芯包括第一信号输入电极、第二信号输入电极、第一信号输出电极以及第二信号输出电极；所述第一金属线圈一端焊接在第一信号输入电极，另一端焊接在第一信号输出电极；所述第二金属线圈的一端焊接在第二信号输入电极，另一端焊接在第二信号输出电极。

进一步地，所述第一金属线圈和所述第二金属线圈的表面涂有绝缘保护膜。

优选地，所述线圈组件每缠绕磁芯一周，所述第一金属线圈和所述第二金属线圈相互交叉一次或一次以上。

优选地，所述磁芯和盖板通过胶水(粘合剂)粘合在一起。

本发明提供的制造贴片式共模扼流器的方法通过以下技术方案予以解决：

一种制造贴片式共模扼流器的方法，所述贴片式共模扼流器包括磁芯、盖板、第一金属线圈和第二金属线圈，所述磁芯上设有电极，所述贴片式共模扼流器通过以下步骤制得：

1)将第一金属线圈及第二金属线圈的一端分别焊接在磁芯的电极上；

2)将第一金属线圈和第二金属线圈相互绞合形成一个线圈组件；

3)将线圈组件缠绕在磁芯上；

4)将第一金属线圈和第二金属线圈的另一端分别焊接在磁芯的电极上；

5)将盖板和磁芯固定在一起。

通过上述5个步骤，即可制成符合要求的贴片式共模扼流器。

优选地，在步骤3)中，所述线圈组件每绕制在磁芯上一周，所述第一金属线圈和所述第二金属线圈相互交叉一次或一次以上。

优选地，在步骤3)中，包括通过单层绕制或多层绕制的方式将线圈组件缠绕在磁芯上。

优选地，所述线圈组件是通过多层、多段绕制的方式缠绕在磁芯上，所述步骤3)包括以下子步骤：

3-1)将线圈组件从磁芯的一端向另一端按顺序绕磁芯缠绕预订圈数或距离；

3-2)将线圈组件沿步骤3-1)相反的方向绕磁芯缠绕预订的圈数或距离；

3-3)重复步骤3-1)至3-2)直到线圈组件在磁芯上缠绕预订的层数；

3-4)重复步骤3-1)至3-3)直到线圈组件在磁芯上完成预订段数的多层绕制。

进一步地，在步骤5)中，包括以下子步骤：

5-1)将盖板通过胶水(粘合剂)固定在磁芯上；

5-2)将贴片式共模扼流器放进烤箱进行烘烤直到盖板稳固在磁芯上。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1.改善了贴片式共模扼流器的插损性能；

2.降低对线圈的排布需求，可通过机器对贴片式共模扼流器进行批量生产，进而降低了生产成本，提高了生产效率；

3.改善了贴片式共模扼流器的平衡性性能，使其能运用于汽车电子网络系统中。

附图说明：

图1是传统贴片式共模扼流器的剖面示意图；

图2是日本TDK公司的共模扼流器(ACT45L系列)的横截面剖视图；

图3是本发明一个实施例中的线圈组件单层缠绕在磁芯上时的示意图；

图4是图3的另一视角图；

图5是图3中的线圈组件相互绞合时的示意图；

图6是本发明线圈组件多层多段绕制在磁芯上时的示意图；

图7是平衡性性能(Scd21)对比图；

图8是本发明方法的实施例1中绕线工序开始端挂线示意图；

图9是将图8中的第一、第二金属线圈开始端分别焊接在磁芯电极上的示意图；

图10是将图9中第一、第二金属线圈相互绞合时的示意图；

图11是图10中绕线工序结束端挂线示意图；

图12是将图11中的第一、第二金属线圈的结束端分别焊接在磁芯电极上的示意图；

图13是将盖板贴在图12中的磁芯上的示意图；

图14是按照本发明方法的实施例1中的工序完成获得的贴片式共模扼流器的示意图；

图15是本发明方法实施例2中线圈组件绕制磁芯第一段第一层的绕线示意图；

图16是图15中的线圈组件绕制磁芯第一段第二层的绕线示意图；

图17是图15中的线圈组件绕制磁芯第一段第三层的绕线示意图；

图18是图17中的线圈组件完成第二段绕线时的示意图；

图19是图18中的线圈组件完成第三段绕线时的示意图；

图20是将图19中的第一、第二金属线圈的结束端分别焊接在磁芯电极上的示意图；

图21是将盖板贴在图20中的磁芯上的示意图；

图22是按照本发明方法的实施例2中的工序完成获得的贴片式共模扼流器的示意图。

附图标记说明：

1-第一金属线圈；2-第二金属线圈；3-磁芯；4-盖板；5-胶水(粘合剂)；6-第一信号输入电极；7-第一信号输出电极；8-第二信号输入电极；9-第二信号输出电极；12-汽车网络系统中对共模扼流器平衡性性能的要求曲线；13-传统分层平绕共模扼流器的平衡性性能曲线；14-本发明的共模扼流器平衡性性能曲线；17-引导针嘴；18-引导针嘴；19-定位针脚；20-定位针脚；21-定位针脚。

具体实施方式

下面将结合具体实施方式并对照附图对本发明贴片式共模扼流器及其制造方法进行进一步详细说明。

首先对本发明贴片式共模扼流器的结构进行说明。

如图3至图5所示，为本发明贴片式共模扼流器的一个较佳实施例。本发明贴片式共模扼流器包括磁芯3、盖板4、第一金属线圈1以及第二金属线圈2，磁芯和盖板通过胶水5(或其他粘合剂)固定在一起。

磁芯3为贴片式磁芯，可通过自动化技术将由该磁芯制成的共模扼流器贴装到PCB板上，本实施例中，磁芯3大致呈长方体，长为4.5mm，宽为3.2mm，高为2.2mm，相对磁导率为800，磁芯3在同一端面设有第一信号输入电极6、第二信号输入电极8、第一信号输出电极7和第二信号输出电极9。

盖板4与磁芯3大小相适应，大致为长方体，长为4.5mm，宽为3.2mm，高为0.5mm，相对磁导率为800，盖板4通过粘合剂(如环氧树脂胶水或磁性胶水等)与磁芯3粘接在一起(本实施例中盖板4贴合在磁芯3上设有电极的端面相反的端面上)，形成一个良好的闭磁路，增大贴片式共模扼流器的电感值或阻抗值。

第一金属线圈1和第二金属线圈2外包覆有绝缘材料，如绝缘套管等。在本实施例中，第一金属线圈1和第二金属线圈2为表面涂有绝缘漆膜的铜线，内径为0.045mm，外径为0.055mm。该两个金属线圈相互绞合形成线圈组件(如附图4所示)，第一金属线圈1的开始端和结束端分别焊接在第一信号输入电极6和第一信号输出电极8上，第二金属线圈2的开始端和结束端分别焊接在第二信号输入电极7和第二输出电极9上。

如图3、图4所示，所述由第一金属线圈1和第二金属线圈2构成的线圈组件每绕磁芯一周，第一金属线圈1和第二金属线圈2相互交叉多次(理论上，只要交叉1次即可，可根据实际情况增加和减少交叉次数)，优选的交叉次数为4～6次。此外，线圈组件绕在磁芯的圈数可根据实际情况增加或减少。

如图5所示，为将第一金属线圈1和第二金属线圈2绞合形成线圈组件的示意图，这里的绞合指将两个金属线圈相互缠绕。

线圈组件在磁芯上的缠绕包括单层缠绕(如图3、图4所示)和多层缠绕，多层缠绕指线圈组件在磁芯上缠绕两层或两层以上，以增加线圈组件的电感。其中，多层缠绕还可分成多段进行缠绕以改善贴片式共模扼流器的平衡性性能，如图6所示，是将第一金属线圈1和第二金属线圈2构成的线圈组件分成三段(a段，b段，c段)并进行多层缠绕后形成的贴片式共模扼流器。

如图7所示，为上述实施例中的贴片式共模扼流器与传统分层平绕的贴片式共模扼流器的平衡性性能(Scd21)对比图。由图中可以看出，本发明的产品明显地改善了共模扼流器的平衡性性能，可满足汽车网络中对共模扼流器的平衡性性能的要求，因此可应用在汽车电子网络中。

接下来对制造本发明贴片式共模扼流器的方法进行详细说明。

实施例1

如图8至图14所示，为本发明方法的第一实施例，该实施例详细说明了将线圈组件(第一金属线圈1和第二金属线圈2绞合形成)单层缠绕在磁芯3上以制作贴片式共模扼流器的步骤。

步骤1)将第一金属线圈及第二金属线圈的一端分别焊接在磁芯的电极上。

首先将第一金属线圈1与第二金属线圈2一端分别固定在绕线设备(如绕线机)的定位针脚19和定位针脚20上；然后将第一金属线圈1与第二金属线圈2另一端分别连接至引导针嘴17和引导针嘴18；接着通过设备将第一金属线圈1与第二金属线圈2分别挂在磁芯3的第一信号输入电极6与第二信号输入电极8上(如附图7所示)，再通过焊接头将第一金属线圈1与第二金属线圈2的开始端分别焊接在第一信号输入电极6与第二信号输入电极8上(如附图8所示)。

步骤2)将第一金属线圈和第二金属线圈相互绞合形成一个线圈组件。

通过绕线设备(如绕线机)上的特殊控制程序控制引导针嘴17和引导针嘴18相对交叉运动，使得第一金属线圈1与第二金属线圈2相互绞合在一起(如图10所示)。

步骤3)将线圈组件缠绕在磁芯上；

将线圈组件按从左到右的顺序缠绕在磁芯上(如图11所示)。

步骤4)将第一金属线圈和第二金属线圈的另一端分别焊接在磁芯的电极上；

在完成步骤3)后，将第一金属线圈1与第二金属线圈2的另一端分别通过定位针脚(第一金属线圈1通过定位针脚21，参考图11，第二金属线圈的定位针脚未在图10中标示)分别挂在第一输出电极7与第二输出电极9上，再通过焊接头将第一金属线圈1与第二金属线圈2的结束端分别焊接在第一信号输出电极7与第二信号输出电极9上(如图12所示)。

步骤5)将盖板和磁芯固定在一起。

先在磁芯3的背面(相对设有电极的端面的相反的端面上)两端各点上一滴胶水5(也可为其他粘合剂)，再将盖板4贴合在该端面使盖板4和磁芯3粘合在一起(如图13所示)，完成贴片式共模扼流器的组装；然后再组装完成的产品放进烤箱进行烘烤，烘烤结束后即可得到符合要求的贴片式共模扼流器(如图14所示)。

实施例2

如图15至图22所示，为本发明方法的第二实施例，该实施例详细说明了将线圈组件(第一金属线圈1和第二金属线圈2绞合形成)多段、多层缠绕在磁芯3上以制作贴片式共模扼流器的步骤。这里的多段绕制指的是相邻两段线圈组件之间间隔一段较大的未被线圈缠绕的部分磁芯(如图22所示)。

本实施例以线圈组件在磁芯3上分成三段、三层缠绕进行说明，本领域的一般技术人员可根据实际情况进行分段数目、缠绕层数的增加或减少。

本实施例与实施例1中的步骤基本相同，不同的地方在于：

如图14所示，将线圈组件按从左至右的顺序(a1-a1’的方向)缠绕在磁芯3上，在磁芯3长度的大约三分之一(也可为预订的其他线圈缠绕距离或预订的线圈缠绕圈数)处后停止；如图16所示，此时将线圈组件从右至左的顺序(a2’-a2的方向，即与a1-a1’的相反的方向)进行缠绕大约三分之一的磁芯长度(优选方案是与a1-a1’方向的缠绕距离或圈数相同，当然，反向缠绕距离或圈数也可不同)至磁芯3左端；如图17所示，再将线圈组件从左至右的顺序(a3-a3’的方向，即与a1-a1’的相同的方向)缠绕在磁芯3上，直到磁芯长度的大约三分之一处，从而完成了a段的缠绕，此时a端的线圈层数为3层。

类似地，如图18、图19所示，也可按照a段的绕制方法将线圈组件依次完成磁芯b段、c段的缠绕。

如图20至21所示，可通过实施例1中的步骤4)、步骤5)依次完成线圈组件的焊接、磁芯3与盖板4的组装，最后得到多段、多层线圈绕制的贴片式共模扼流器(如图22所示)。

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做出的等同替代或明显变形，且性能或用途相同，都应当视为属于本发明所提交权利要求书所确定的专利保护范围。

Claims (10)

1.一种贴片式共模扼流器，包括磁芯、盖板、第一金属线圈以及第二金属线圈，第一金属线圈和第二金属线圈焊接在磁芯上，其特征在于：所述第一金属线圈和所述第二金属线圈相互绞合在一起形成线圈组件，所述线圈组件缠绕在磁芯上。

2.如权利要求1所述贴片式共模扼流器，其特征在于：所述磁芯包括第一信号输入电极、第二信号输入电极、第一信号输出电极以及第二信号输出电极；所述第一金属线圈一端焊接在第一信号输入电极，另一端焊接在第一信号输出电极；所述第二金属线圈的一端焊接在第二信号输入电极，另一端焊接在第二信号输出电极。

3.如权利要求1所述的贴片式共模扼流器，其特征在于：所述第一金属线圈和所述第二金属线圈的表面涂有绝缘保护膜。

4.如权利要求1所述的贴片式共模扼流器，其特征在于：所述线圈组件每缠绕磁芯一周，所述第一金属线圈和所述第二金属线圈相互交叉一次或一次以上。

5.如权利要求1所述的贴片式共模扼流器，其特征在于：所述磁芯和盖板通过胶水粘合在一起。

6.一种制造贴片式共模扼流器的方法，所述贴片式共模扼流器包括磁芯、盖板、第一金属线圈和第二金属线圈，所述磁芯上设有电极，其特征在于：所述贴片式共模扼流器通过以下步骤制得：

1)将第一金属线圈及第二金属线圈的一端分别焊接在磁芯的电极上；

2)将第一金属线圈和第二金属线圈相互绞合形成一个线圈组件；

3)将线圈组件缠绕在磁芯上；

4)将第一金属线圈和第二金属线圈的另一端分别焊接在磁芯的电极上；

5)将盖板和磁芯固定在一起。

7.如权利要求6所述的制造贴片式共模扼流器的方法，其特征在于：在步骤3)中，所述线圈组件每绕制在磁芯上一周，所述第一金属线圈和所述第二金属线圈相互交叉一次或一次以上。

8.如权利要求6所述的制造贴片式共模扼流器的方法，其特征在于：在步骤3)中，包括通过单层绕制或多层绕制的方式将线圈组件缠绕在磁芯上。

9.如权利要求6所述的制造贴片式共模扼流器的方法，其特征在于：在步骤3)中，所述线圈组件是通过多层、多段绕制的方式缠绕在磁芯上，所述步骤3)包括以下子步骤：

3-1)将线圈组件从磁芯的一端向另一端按顺序绕磁芯缠绕预订圈数或距离；

3-2)将线圈组件沿步骤3-1)相反的方向绕磁芯缠绕预订的圈数或距离；

3-3)重复步骤3-1)至3-2)直到线圈组件在磁芯上缠绕预订的层数；

3-4)重复步骤3-1)至3-3)直到线圈组件在磁芯上完成预订段数的多层绕制。

10.如权利要求6至9任意一项所述的制造贴片式共模扼流器的方法，其特征在于：在步骤5)中，包括以下子步骤：

5-1)将盖板通过胶水(粘合剂)固定在磁芯上；

5-2)将贴片式共模扼流器放进烤箱进行烘烤直到盖板稳固在磁芯上。

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