CN113724975A - 一种平面变压器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种平面变压器,包括:平面绕组,磁芯,以及设置于所述平面绕组之上的至少一个电子元件。其中,所述平面绕组包括至少一个平面绕组单元,所述至少一个平面绕组单元通过层叠方式以形成所述平面绕组;每一个平面绕组单元包括至少一个磁芯孔,平面绕组单元的顶部表面和/或底部表面包括空白区域,以及环绕所述磁芯孔的导电区域,所述导电区域构成所述平面绕组单元的绕组线圈,各平面绕组单元的绕组线圈依次以导电孔相连接;所述磁芯通过所述至少一个磁芯孔嵌入所述平面绕组中;所述至少一个电子元件设置于所述平面绕组的顶部平面绕组单元的顶部表面的空白区域和/或所述平面绕组的底部平面绕组单元的底部表面的空白区域。
Description
技术领域
本发明涉及一种变压器,特别是涉及一种集成有电子元件的平面变压器以及该平面变压器的制备方法。
背景技术
在现代设备(例如,通信设备)的生产中,小尺寸、精密与轻薄已成为基准要求。因此,出现了应用于其中的平面变压器。平面变压器相较于导线缠绕所得到的传统变压器而言,具有尺寸更小的优点。现有的平面变压器由磁芯和绕组组装后得到。但组装完毕后,绕组上会存在空白区域。在现代产品追求小尺寸、精密和轻薄的要求下,这部分空间存在着浪费。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于,提供一种平面变压器,能够在芯片变压器的绕组的空白部分集成电子元件,充分利用芯片变压器的空余空间。
为了解决上述技术问题,本发明提供了一种平面变压器,包括:平面绕组,磁芯,以及设置于所述平面绕组之上的至少一个电子元件。其中,所述平面绕组包括至少一个平面绕组单元,所述至少一个平面绕组单元通过层叠方式以形成所述平面绕组;每一个平面绕组单元包括至少一个磁芯孔,以及环绕所述磁芯孔的导电区域,所述导电区域形成所述平面绕组单元的绕组线圈,各平面绕组单元的绕组线圈依次以导电孔相连接;所述磁芯通过所述至少一个磁芯孔嵌入所述平面绕组中;所述平面绕组的顶部平面绕组单元的顶部表面和/或所述平面绕组的底部平面绕组单元的底部表面包括空白区域,所述至少一个电子元件设置于所述空白区域。
在一个可行的实现方式中,所述至少一个平面绕组单元通过粘结层相互层叠以形成所述平面绕组单元。
在一个可行的实现方式中,所述粘结层包括绝缘粘结剂。
在一个可行的实现方式中,所述磁芯由纳米晶材料、铁粉材料或铁氧体材料制成。
在一个可行的实现方式中,所述磁芯具有一形状,所述形状选自以下至少一种:圆环形、U形或E形。
在一个可行的实现方式中,所述电子元件至少包括以下一种:电阻、电容、电感、二极管或晶体管。
在一个可行的实现方式中,所述平面绕组的顶部平面绕组单元的顶部表面的空白区域和/或所述平面绕组的底部平面绕组单元的底部表面的空白区域包括耦接区域,所述电子元件设置于所述耦接区域之上以于所述平面绕组之上。
在一个可行的实现方式中,所述耦接区域包括铜箔、钛箔、锆箔、钽箔、镍箔或钼箔。
在一个可行的实现方式中,所述至少一个电子元件通过导线与所述平面绕组的接口端相连,以通过所述接口端与外部设备相连接。
在一个可行的实现方式中,所述至少一个电子元件通过导线直接与外部设备相连接。
相应地,本发明还提供了一种平面变压器的制备方法,包括:获取平面绕组以及磁芯;所述平面绕组包括至少一个平面绕组单元,所述至少一个平面绕组单元通过层叠方式以形成所述平面绕组;每一个平面绕组单元包括至少一个磁芯孔,以及环绕所述磁芯孔的导电区域,所述导电区域形成所述平面绕组单元的绕组线圈,各平面绕组单元的绕组线圈依次以导电孔相连接;组装所述平面绕组以及所述磁芯,其中,所述磁芯通过所述至少一个磁芯孔嵌入所述平面绕组中以完成组装;设置至少一个电子元件于所述平面绕组之上,其中,所述平面绕组的顶部平面绕组单元的顶部表面和/或所述平面绕组的底部平面绕组单元的底部表面包括空白区域,所述至少一个电子元件设置于所述空白区域。
实施本发明,具有如下有益效果:可以在平面绕组的空白区域集成电子元件,充分利用平面变压器的空余空间,提高平面变压器的利用率,减少资源消耗。
附图说明
图1A是根据本申请的一些实施例所示的平面变压器的示例性结构示意图;
图1B是根据本申请的一些实施例所示的平面变压器的另一种示例性结构示意图;
图2是根据本申请的一些实施例所示的平面绕组单元的示例性结构示意图;
图3A是根据本申请的一些实施例所示的平面变压器的另一种示例性结构示意图;
图3B是根据本申请的一些实施例所示的平面变压器的另一种示例性结构示意图;
图4是根据本申请一些实施例所示的平面变压器的制备方法。
图中的附图标记:100-平面变压器,110-磁芯,110-1-第一磁芯,110-2- 第二磁芯,120-平面绕组,122-磁芯孔,130-电子元件,140-接口端,150- 导线,160-导线,210-空白区域,220-导电区域,230-导电区域,240-导电孔,250-导电孔。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施,本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进,因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
需要说明的是,当元件被称为“固定于”另一个元件,它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件,它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
图1是根据本申请一些实施例所示的芯片变压器的实例性示意图。如图1所示,平面变压器100包括磁芯110,平面绕组120以及电子元件130。磁芯110可以是由磁性材料制成。例如,纯铁、铁粉、低碳钢、铁硅合金、铁铝合金、铁硅铝合金、镍铁合金、钴铁合金、铁氧体材料、铁基非晶合金、铁基纳米晶等。在一些实施例中,磁芯100可以具有一形状。该形状可以包括圆环形、U形、E形等。如图1所示的示例性中,磁芯100可以为 U形磁芯,其包括一个相互对置的磁芯组:第一磁芯110-1(本说明书中也可以称为上磁芯110-1)以及第二磁芯110-2(本说明书中也可以称为下磁芯110-2)。可以理解,平面变压器100的磁芯110的形状可以是根据不同的应用场景而发生改变。图1中的示例仅仅出于说明的目的。
平面绕组120可以包括至少一个平面绕组单元。每个平面绕组单元可以是处于完全固化状态的组件。例如,平面绕组单元可以是采用电路印刷的方式制备的。在绝缘基板上覆盖有导电材料例如铜箔后,依照预先确定的电路图对铜箔进行刻蚀,去除不需要的铜箔部分,保留下导通的线路,从而得到平面绕组单元。
在一些实施例中,所述至少一个平面绕组单元可以通过层叠方式以形成所述平面绕组。在一些实施例中,所述至少一个平面绕组单元通过粘结层相互层叠以形成所述平面绕组单元。作为示例,假定三个平面绕组单元层叠形成的一个平面绕组,最底层的平面绕组单元的顶层表面可以覆盖上一层粘结层,然后与中间层的平面绕组单元的底层表面粘结至一体。同样的,中间层的平面绕组单元的顶层表面也可以覆盖上一层粘结层,与顶层的平面绕组单元的底层表面粘结至一体,从而得到所述平面绕组。在一些实施例中,所述粘结层可以包括绝缘粘结剂,例如,聚酯、环氧树脂、聚氨酯、聚丁二烯酸、有机硅、聚酯亚胺、聚酰亚胺等。
在一些实施例中,每个平面绕组单元可以至少包括一个磁芯孔。所述磁芯孔可以与磁芯110的形状匹配,以接收磁芯110。参考图1,磁芯100 是U形磁芯,平面绕组120的各个平面绕组单元上都具有两个磁芯孔122。磁芯孔122的形状可以是匹配磁芯110的形状。例如,磁芯孔122的形状可以是长方形。平面绕组单元的磁芯孔可以是预先开口的。例如,在绝缘基板上根据制备要求在预设的位置进行开口。平面绕组单元在组成平面绕组时,每个平面绕组单元的磁芯孔将对齐,以实现在组装时磁芯的顺利通过。
在一些实施例中,平面绕组单元还包括环绕所述磁芯孔的导电区域。所述导电区域可以构成所述平面绕组单元的绕组线圈。例如,所述导电区域可以包括在覆铜后的绝缘基板上刻蚀得到的导电线路。每个平面绕组单元的绕组线圈可以依次以导电孔相连接,构成整个平面变压器中,围绕磁芯的线圈。在平面绕组单元上,除去所述导电区域之外的区域可以被称为非不导电区域。例如,所述非导电区域可以是在覆铜后的绝缘基板上进行刻蚀时除去铜后得到的区域。
在一些实施例中,所述平面绕组的顶部平面绕组单元的顶部表面和/或所述平面绕组的底部平面绕组单元的底部表面可以包括空白区域。所述空白区域可以是顶层平面绕组单元的顶部表面和/或所述平面绕组的底部平面绕组单元的底部表面上的非导电区域。所述空白区域也可以是磁芯和平面绕组组装后,平面绕组的顶层平面绕组单元的顶部表面和/或所述平面绕组的底部平面绕组单元的底部表面除去被磁芯覆盖的部分。
关于平面绕组单元的其他描述可以参考本说明书图2部分。
电子元件130可以包括电子电路中的基本元素器件,包括但不限于电阻、电容、电感、二极管、晶体管等或其任意组合,例如,振荡器、滤波器等。电子元件130可以设置于所述平面绕组的顶部平面绕组单元的顶部表面的空白区域和/或所述平面绕组的底部平面绕组单元的底部表面的空白区域。在一些实施例中,所述空白区域可以包括耦接区域,电子元件130 可以设置于该耦接区域。作为示例,所述耦接区域可以包括铜箔、钛箔、锆箔、钽箔、镍箔、钼箔等或其任意组合。例如,在刻蚀时可以不将所有不属于导电区域的铜箔去掉,而保留一部分。这部分可以被称为耦接区域。作为另一示例,所述耦接区域可以是所述空白区域内的一任意大小的区域。电子元件130可以通过粘结剂比如绝缘粘结剂以设置于平面绕组之上。
在一些实施例中,电子元件130的高度可以在磁芯110的高度范围之内。参考图1B,图1B是根据本说明书一些实施例所示的平面变压器的示例性结构图。图1B是组装完毕的平面变压器的侧视图。磁芯(包括第一磁芯110-1以及第二磁芯110-2)通过磁芯孔嵌入平面绕组120之内。电子元件130设置于平面绕组120之上。如图1B所示,电子元件130的高度在第一磁芯110-1的高度范围之内。这样,无论是平面变压器100在后续单独封装时,可以做到最优化封装条件,而不因为所集成的电子元件的大小而改变封装手段。
在一些实施例中,电子元件130可以通过导线与所述平面绕组的接口端相连,以通过所述接口端与外部设备相连接。在一些实施例中,电子元件130可以通过导线直接与外部设备相连接。关于电子元件130的连接的更多描述可以参考图3A-图3B部分。
图2是根据本说明书一些实施例所示的平面绕组单元的示例性结构示意图。如图2所示,平面绕组单元200可以包括空白区域210,导电区域 220以及230。空白区域210以及导电区域220/230可以是在平面绕组单元 200的制备过程中产生的。作为示例,假定平面绕组单元200是由绝缘基板上覆铜后刻蚀得到的。则空白区域210则是刻蚀掉的覆铜区域,而导电区域220/230则是在刻蚀时铜保留的区域。在一些实施例中,导电区域220/230 构成了平面绕组单元200的绕组线圈,并围绕磁芯孔122,组成了在平面变压器中围绕磁芯110的螺旋线圈的一部分。平面绕组的至少一个平面绕组单元的绕组线圈依次以导电孔相连接,如图2中的导电孔240以及250。图 2中只示出了平面绕组单元的一面,但可以理解,平面绕组单元的可以是单层绕组单元或双层绕组单元。单层绕组单元可以指平面绕组单元可供设置绕组线圈的两面(例如,顶部表面以及底部表面)中只有一面设置了绕组线圈。而双层绕组单元则可以是两面都设置了绕组线圈。通过导电孔 240/250,平面绕组单元的绕组线圈可以与上一层以及下一层的平面绕组单元的绕组线圈相连接,共同构成了平面变压器的螺旋线圈。
图3A是根据本说明书一些实施例所示的平面变压器的示例性示意图。图3A所示的是平面变压器的俯视图。平面变压器组装完毕后,与外界设备的连接可以通过连接端实现。例如,平面绕组的接口端140。接口端140 可以是引脚。电子元件130可以通过导线150以及160与接口端140相连,以通过接口端140与外部设备相连接。例如,电子元件130可以通过接口端140与集成电路的主板相连接。电子元件130还可以通过导线150/160 直接与外部设备相连接(本示例图中未示出)。
在一些实施例中,磁芯110可以覆盖平面绕组120的顶部平面绕组单元的顶部表面和平面绕组的底部平面绕组单元的底部表面的一部分。电子元件130可以设置在平面绕组120的顶部平面绕组单元的顶部表面的空白区域和/或平面绕组的底部平面绕组单元的底部表面的空白区域的未被覆盖部分。参考图3B,图3B是根据本说明书一些实施例所示的平面变压器的另一示意图。图3B中的虚线框是磁芯110在平面绕组120的垂直投影部分。电子元件130可以设置在空白区域上未被虚线框所覆盖的部分。
图4是根据本说明书一些实施例所示的平面变压器的制备方法。如图4 所示,流程400可以包括以下操作。
步骤S410,获取平面绕组以及磁芯。
在一些实施例中,磁芯可以是由磁性材料制成。例如,纯铁、铁粉、低碳钢、铁硅合金、铁铝合金、铁硅铝合金、镍铁合金、钴铁合金、铁氧体材料、铁基非晶合金、铁基纳米晶等。在一些实施例中,磁芯可以具有一形状。该形状可以包括圆环形、U形、E形等。
在一些实施例中,平面绕组可以包括至少一个平面绕组单元。每个平面绕组单元可以是处于完全固化状态的组件。所述至少一个平面绕组单元可以通过层叠方式以形成所述平面绕组。在一些实施例中,所述至少一个平面绕组单元通过粘结层相互层叠以形成所述平面绕组单元。所述粘结层可以包括绝缘粘结剂,例如,聚酯、环氧树脂、聚氨酯、聚丁二烯酸、有机硅、聚酯亚胺、聚酰亚胺等。
在一些实施例中,每个平面绕组单元可以至少包括一个磁芯孔。所述磁芯孔可以与磁芯的形状匹配,以接收磁芯。平面绕组单元在组成平面绕组时,每个平面绕组单元的磁芯孔将对齐,以实现在组装时磁芯的顺利通过。
在一些实施例中,平面绕组单元的顶部表面和/或底部表面可以包括空白区域,以及环绕所述磁芯孔的导电区域。所述导电区域可以构成所述平面绕组单元的绕组线圈。
步骤S420,组装所述平面绕组以及所述磁芯。
在一些实施例中,可以将所述磁芯通过所述至少一个磁芯孔嵌入所述平面绕组中以完成组装。
步骤S430,设置至少一个电子元件于所述平面绕组之上以获取平面变压器。
在一些实施例中,电子元件可以包括电子电路中的基本元素器件,包括但不限于电阻、电容、电感、二极管、晶体管等或其任意组合,例如,振荡器、滤波器等。电子元件可以设置于所述平面绕组的顶部平面绕组单元的顶部表面的空白区域和/或所述平面绕组的底部平面绕组单元的底部表面的空白区域。在一些实施例中,所述空白区域可以包括耦接区域,电子元件可以设置于该耦接区域。作为示例,所述耦接区域可以包括铜箔、钛箔、锆箔、钽箔、镍箔、钼箔等或其任意组合。例如,在刻蚀时可以不将所有不属于导电区域的铜箔去掉,而保留一部分。这部分可以被称为耦接区域。作为另一示例,所述耦接区域可以是所述空白区域内的一任意大小的区域。电子元件可以通过粘结剂比如绝缘粘结剂以设置于平面绕组之上。
在一些实施例中,电子元件可以通过导线与所述平面绕组的接口端相连,以通过所述接口端与外部设备相连接。在一些实施例中,电子元件可以通过导线直接与外部设备相连接。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (11)
1.一种平面变压器,包括:
平面绕组;
磁芯;以及
设置于所述平面绕组之上的至少一个电子元件;
其中,
所述平面绕组包括至少一个平面绕组单元,所述至少一个平面绕组单元通过层叠方式以形成所述平面绕组;每一个平面绕组单元包括至少一个磁芯孔,以及环绕所述磁芯孔的导电区域,所述导电区域形成所述平面绕组单元的绕组线圈,各平面绕组单元的绕组线圈依次以导电孔相连接;
所述磁芯通过所述至少一个磁芯孔嵌入所述平面绕组中;
所述平面绕组的顶部平面绕组单元的顶部表面和/或所述平面绕组的底部平面绕组单元的底部表面包括空白区域,所述至少一个电子元件设置于所述空白区域。
2.根据权利要求1所述的平面变压器,其中,所述至少一个平面绕组单元通过粘结层相互层叠以形成所述平面绕组单元。
3.根据权利要求2所述的平面变压器,其中,所述粘结层包括绝缘粘结剂。
4.根据权利要求1所述的平面变压器,其中,所述磁芯由纳米晶材料、铁粉材料或铁氧体材料制成。
5.根据权利要求1所述的平面变压器,其中,所述磁芯具有一形状,所述形状选自以下至少一种:圆环形、U形或E形。
6.根据权利要求1所述的平面变压器,其中,所述电子元件至少包括以下一种:电阻、电容、电感、二极管或晶体管。
7.根据权利要求1所述的平面变压器,其中,所述平面绕组的顶部平面绕组单元的顶部表面的空白区域和/或所述平面绕组的底部平面绕组单元的底部表面的空白区域包括耦接区域,所述电子元件设置于所述耦接区域之上。
8.根据权利要求7所述的平面变压器,其中,所述耦接区域包括铜箔、钛箔、锆箔、钽箔、镍箔或钼箔。
9.根据权利要求1所述的平面变压器,其中,所述至少一个电子元件通过导线与所述平面绕组的接口端相连,以通过所述接口端与外部设备相连接。
10.根据权利要求1所述的平面变压器,其中,所述至少一个电子元件通过导线直接与外部设备相连接。
11.一种平面变压器的制备方法,其中,所述方法包括:
获取平面绕组以及磁芯;所述平面绕组包括至少一个平面绕组单元,所述至少一个平面绕组单元通过层叠方式以形成所述平面绕组;每一个平面绕组单元包括至少一个磁芯孔,以及环绕所述磁芯孔的导电区域,所述导电区域形成所述平面绕组单元的绕组线圈,各平面绕组单元的绕组线圈依次以导电孔相连接;
组装所述平面绕组以及所述磁芯,其中,所述磁芯通过所述至少一个磁芯孔嵌入所述平面绕组中以完成组装;
设置至少一个电子元件于所述平面绕组之上,其中,所述平面绕组的顶部平面绕组单元的顶部表面和/或所述平面绕组的底部平面绕组单元的底部表面包括空白区域,所述至少一个电子元件设置于所述于空白区域。
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