CN114743787B - 可拆分ltcc平面变压器的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可拆分LTCC平面变压器的制作方法，主要步骤包括：将所述生瓷片分别加工形成初级线圈介质层、次级线圈介质层以及连接生瓷带；形成由初级线圈介质层组成和连接生瓷带交替组成的第一层叠体，且相邻的初级线圈介质层之间由牺牲材料填充；形成由交替层叠连接生瓷带和次级线圈介质层组成的第二层叠体，且相邻的次级线圈介质层之间由牺牲材料填充；烧结成型，两层叠体相互嵌入组合形成LTCC平面变压器。该制作方法可制作的LTCC平面变压器的初级陶瓷部分和次级陶瓷部分可拆分，其转化效率高，并且针对不同使用条件，能够满足LTCC平面变压器不同的匝数比要求。
Description
技术领域
本发明属于平面变压器技术领域，具体涉及一种可拆分LTCC平面变压器的制作方法。
背景技术
微电子信息技术的不断进步，使得电子整机朝着小型化、便携化、多功能、数字化等方向发展，推动着电子元器件不断向微型化、集成化和高频化方向发展。而传统的绕组变压器已经无法满足小型化、集成化、低成本化的应用需求，因此，平面变压器的开发逐渐增多。
常见的平面变压器主要包括PCB变压器、压电陶瓷变压器和LTCC变压器三种。其中，PCB型变压器采用的是玻璃化温度比较低的环氧玻璃布材料，在高压下工作就会出现变形等机械性能下降的现象，会造成变压器的失效。而且，针对高压变换器的设计，变压器匝数比要大并且绕组要多。然而，由于多层PCB的制作层数有明显的限制，使得非常多圈的绕组很难实现，这样变压器很难升到高压；而压电陶瓷变压器的原理是利用压电陶瓷材料的正、逆压电效应，并以其谐振频率激发出电压。目前使用的压电陶瓷变压器多数为单片形或多层长条形，这种结构的器件制作工艺简单，升压比较高，但负载能力差，功率小，功率密度低，一般用于高电压、小电流、高阻抗负载。相比较而言，LTCC变压器的综合性能占有明显优势，尤其是其小体积和轻质量对于提高爆炸箔起爆系统抗高过载能力具有显著作用，LTCC变压器的材料系统包括物理和化学兼容的电介质浆料和导体材料，可与铁氧体LTCC基板共烧，产生具有优异磁耦合，高磁导率(相对磁导率>400)，高电阻率(>1012Ω·cm)和良好的饱和度(>0.3T)；共烧铁氧体和介电材料可以用于附接或容纳，从而作为电力电子系统的一部分的半导体部件和其它分立器件的基板。
LTCC平面变压器和传统铁芯式变压器在升压原理上是相通的，不同之处在于LTCC平面变压器没有闭合的铁芯，以多层铁氧体陶瓷为介质材料，将金属浆料丝网印刷在铁氧体陶瓷上形成初级、次级线圈，金属化通孔将对应瓷片上的金属线圈连接形成初级和次级绕组。LTCC平面变压器在体积和质量远小于传统铁芯式变压器，但是，目前的LTCC平面变压器还存在漏感大，转化效率不高等缺点；并且针对不同使用条件，对LTCC平面变压器具有不同的匝数比要求。
发明内容
有鉴于此，本发明有必要提供一种可拆分LTCC平面变压器的制作方法，将初级绕组和次级绕组分别在不同的层叠体中制备，悬空处采用牺牲材料填充后，后续烧结后，牺牲材料去除，分别形成由初级绕组组成的初级陶瓷部分和次级绕组组成的次级陶瓷部分，初级陶瓷部分和次级陶瓷部分具有相互嵌入的形状和尺寸，组合即可得到LTCC平面变压器，该LTCC平面变压器的初级陶瓷部分和次级陶瓷部分可拆分。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供了一种可拆分LTCC平面变压器的制作方法，包括以下步骤：
提供若干生瓷片；
将所述生瓷片分别加工形成初级线圈介质层、次级线圈介质层以及连接生瓷带；
任取一生瓷片，在其表面交替层叠连接生瓷带和初级线圈介质层，相邻初级线圈介质层之间形成悬空部并采用牺牲材料填充，形成第一层叠体；
任取另一生瓷片，在其表面交替层叠连接生瓷带和次级线圈介质层，相邻次级线圈介质层之间形成悬空部并采用牺牲材料填充，形成第二层叠体；
将所述第一层叠体和第二层叠体分别烧结成型后，相互嵌入组合形成可拆分LTCC平面变压器。
进一步方案，所述初级线圈介质层、次级线圈介质层的加工，包括以下步骤：
将生瓷片冲孔、填充后预成型，获得预成型生瓷片；
在所述预成型生瓷片的相对的表面分别印刷初级线圈和连通线，获得初级线圈介质层；
在所述预成型生瓷片的相对的表面分别印刷次级线圈和连通线，获得次级线圈介质层。
进一步方案，所述连接生瓷带的制作，具体步骤为：将生瓷片裁片、冲孔、填充后预成型。
进一步方案，所述牺牲材料选自石蜡。
进一步方案，所述生瓷片的材质为铁氧体磁性材料。
进一步方案，所述可拆分LTCC平面变压器中，初级线圈和次级线圈的匝数比为1：1-1：∞。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明将初级线圈部分和次级线圈部分分别制作，且利用牺牲材料的性质形成初级线圈介质层相互隔开的初级陶瓷部分和次级线圈介质层相互隔开的次级陶瓷部分，最后将初级陶瓷部分和次级陶瓷部分相互嵌入组合，形成可拆分LTCC平面变压器，由于初级陶瓷部分和次级陶瓷部分可拆分，从而使得LTCC平面变压器的匝数比可变，可适用于不同的使用条件。
该可拆分LTCC平面变压器仅需更换初级陶瓷部分或次级陶瓷部分即可实现匝数比可变，可降低成本，并且该可拆分LTCC平面变压器还具有漏感小、损耗低，体积小的优点。
附图说明
图1为本发明一较佳实施例中可拆分LTCC平面变压器的制作流程示意框图；
图2为图1中可拆分LTCC平面变压器的制作流程结构示意图。
图中：1-生瓷片、2-牺牲层、11-初级线圈介质层、12-次级线圈介质层、13-连接生瓷带。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将结合具体的实施例对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
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方式的目的，不是旨在于限制本发明。
本文的实施方式中公开了一种可拆分LTCC平面变压器的制作方法，如图1中所示的，包括以下步骤：
提供若干生瓷片，本文中所述的生瓷片为LTCC平面变压器常规采用的介质材料，可以市售获得，也可以采用本领域中的常规方法如流延法等自行制备获得，在本发明的实施方式中，直接市售获得，其材质为铁氧体磁性材料；
将所述生瓷片分别加工形成初级线圈介质层、次级线圈介质层以及连接生瓷带，本文中生瓷片的加工主要包括三个方面，一是加工形成初级线圈介质层，具体的说，将生瓷片冲孔形成金属化通孔，采用导体浆料填充金属化通孔，预成型后在生瓷片的其中一个表面丝网印刷初级线圈，在初级线圈印刷面相对的表面印刷连通线，从而使得初级线圈通过填充的金属化通孔和连通线连接；二是加工形成次级线圈介质层，其加工方式同初级线圈介质层，区别仅在于在预成型生瓷片的表面印刷次级线圈；三是加工形成连接生瓷带，本文中连接生瓷带的作用是设于相邻的线圈介质层之间，起到连接和通路的作用，因此，连接生瓷带的尺寸远小于线圈介质层，其仅仅在线圈介质层的侧边部分进行连接。其中，初级线圈介质层、次级线圈介质层以及连接生瓷带加工所用的生瓷片前加工工艺基本相同，具体的说，将生瓷片裁切形成合适的尺寸后，冲孔、填充后成型。可以理解的是，冲孔、填充导体浆料、印刷线路等均属于本领域中的常规手段，故这里不再具体阐述。
进一步方案，任取一生瓷片，将其作为可拆分LTCC平面变压器的其中一个端盖，在其上表面交替层叠连接生瓷带和初级线圈介质层，其中，连接生瓷带均位于初级线圈介质层的侧边，且与初级线圈介质层通过金属化通孔以及连通线连接。由于连接生瓷带的尺寸远小于初级线圈介质层，因此相邻初级线圈介质层之间形成悬空部，本文的实施方式中采用牺牲材料将初级线圈介质层之间的悬空部填充，从而形成整体的第一层叠体。
同样的，任取另一生瓷片，将其作为可拆分LTCC平面变压器的另一个端盖，在其下表面交替层叠连接生瓷带和次级线圈介质层，与第一层叠体类似，相邻次级线圈介质层之间形成悬空部并将悬空部采用牺牲材料填充，形成整体的第二层叠体。
可以理解的是，本文中采用的牺牲材料没有特别的限定，任意能在一定条件下去除且不损坏层叠体的材料均可。比如本文中所述的牺牲材料可以是聚合物，如通过热处理步骤去除的可热分解的聚合物；在另一个实施例中，牺牲材料是流体可溶性材料，如水溶性合成聚合物，因此，可以在水浴中去除牺牲材料；在又一实施例中，牺牲材料是在流体浴化学剂(如显影剂)中被去除的感光材料，该流体浴化学剂去除感光材料。在本文的一些具体实施方式中，采用的牺牲材料为石蜡，方便操作，可在烧结的同时去除牺牲材料。
将所述第一层叠体和第二层叠体分别烧结后，去除填充的牺牲材料，同时第一层叠体和第二层叠体分别成型得到初级陶瓷部分和次级陶瓷部分，将初级陶瓷部分和次级陶瓷部分相互嵌入组合形成可拆分LTCC平面变压器，该可拆分LTCC平面变压器具有上端盖和下端盖，且初级线圈介质层和次级线圈介质层交替层叠，且平面变压器内部通过连通线连通。
可以理解的是，可以根据需要设计初次级线圈介质层的层数以及初次级线圈介质层和连接生瓷带的连通线布局，实现组合后内部连通。并且可通过直接替换初级陶瓷部分或次级陶瓷部分获得不同的匝数比，本文中可拆分LTCC平面变压器的初级线圈和次级线圈的匝数比可在1：1-1：∞之间调整。
下面结合具体的实施例对本发明的技术方案进行进一步阐述。
如图2中所示的，提供若干材质为铁氧体磁性材料的生瓷片1，将生瓷片1分别裁片、冲孔、填充、印刷，形成初级线圈介质层11、次级线圈介质层12；将生瓷片1冲孔、填充形成连接生瓷带13。
取一生瓷片1作为下端盖，在其表面上依次交替层叠连接生瓷带13和初级线圈介质层11，相邻的初级线圈介质层11之间的悬空部分采用石蜡填充，形成牺牲层2，得到第一层叠体；同样的，另外取一生瓷片1作为上端盖，在其下表面依次交替层叠连接生瓷带13和次级线圈介质层12，相邻的次级线圈介质层12之间的悬空部分采用石蜡填充，形成牺牲层2，得到第二层叠体。
将第一层叠体和第二层叠体分别烧结成型，得到初级陶瓷部分和次级陶瓷部分，其中，初级陶瓷部分中，初级线圈介质层11相互隔开，并通过侧边的连接生瓷带13连接为整体，连接生瓷带13通过金属化通孔与初级线圈介质层11连接，形成初级绕组。次级陶瓷部分同初级陶瓷部分类似。
将成型的初级陶瓷部分和次级陶瓷部分相互嵌入组合，初级线圈介质层11和次级线圈介质层12交替层叠，形成可拆分LTCC平面变压器。
该可拆分LTCC平面变压器的初级陶瓷部分和次级陶瓷部分可以拆分，从而可根据不同的使用条件，进行匝数调整，在本实施例中，初次级线圈的匝数比为1：8。并且该可拆分LTCC平面变压器的漏感小、损耗低，体积小，转化效率高，可满足转化效率95％以上，体积≤0.4cm3的要求。
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 (4)
1.一种可拆分LTCC平面变压器的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供若干生瓷片；
将所述生瓷片分别加工形成初级线圈介质层、次级线圈介质层以及连接生瓷带；
任取一生瓷片，在其表面交替层叠连接生瓷带和初级线圈介质层，相邻初级线圈介质层之间形成悬空部并采用牺牲材料填充，形成第一层叠体；
任取另一生瓷片，在其表面交替层叠连接生瓷带和次级线圈介质层，相邻次级线圈介质层之间形成悬空部并采用牺牲材料填充，形成第二层叠体；
将所述第一层叠体和第二层叠体分别烧结成型后，相互嵌入组合形成可拆分LTCC平面变压器；
所述初级线圈介质层、次级线圈介质层的加工，包括以下步骤：
将生瓷片冲孔、填充后预成型，获得预成型生瓷片；
在所述预成型生瓷片的相对的表面分别印刷初级线圈和连通线，获得初级线圈介质层；
在所述预成型生瓷片的相对的表面分别印刷次级线圈和连通线，获得次级线圈介质层；
所述连接生瓷带的制作，具体步骤为：将生瓷片裁片、冲孔、填充后预成型。
2.如权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述牺牲材料选自石蜡。
3.如权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述生瓷片的材质为铁氧体磁性材料。
4.如权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述可拆分LTCC平面变压器中，初级线圈和次级线圈的匝数比为1：1-1：∞。
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