CN204834293U - 一种采用ltcc技术布线的网络变压器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种采用LTCC技术布线的网络变压器，包括变压器壳体，位于壳体内的多个信号通道，所述每个信号通道包括相互耦合构成变压器的原边线圈及副边线圈，以及与所述原边线圈相连的共模电感，所述原边线圈、副边线圈及共模电感的绕组均为层叠片式结构，单独每层所述线圈及绕组为印刷在绝缘层表面的金属导电薄膜。通过采用LTCC布线技术将线圈印刷在陶瓷层表面，使得产品封装密度大，有利于产品小型化，采用陶瓷作为绝缘层，使绕组耐高压，具有更好的防击穿及散热效果；具有更高的机械强度及较好的力学性能；壳体采用分体结构，并将磁芯与对应的盖板及底座设计为一体成型结构，使整个网络变压器结构简单，便于自动化生产，从而提高生产效率。

Description

一种采用LTCC技术布线的网络变压器

技术领域

本申请涉及变压器领域，尤其涉及一种采用LTCC技术布线的网络变压器。

背景技术

网络变压器是通信网络中一个必不可少的磁性器件之一。主要应用于高性能数字交换机、SDH/ATM传输设备、ISDN、ADSL、VDSL、POE受电设备综合业务数字设备等。其作用为信号传输、阻抗匹配、波形修复、信号杂波抑制、高电压隔离等功能。传统的网络变压器如图1所示，主要包括底座1＇、引脚2＇、主磁环绕组3＇及副磁环绕组4＇及盖板(图中未示出)，其中主磁环绕组3＇及副磁环绕组4＇是通过人工缠线，效率不高且容易发生缠错，导致产品的合格率低。绕组之间的绝缘处理往往由普通绝缘皮包裹，再外加电压下极易击穿。缠绕好的磁环又要进行人工定位，并加以固定，磁环间的间距及摆放位置采用人工完成，因此没有一个标准的参数，使生产的变压器质量及性能良莠不齐。变压器内部单一零散零部件较多，导致结构复杂，而生产过程又严重依赖人工，极大的影响了产品的生产及装配效率。

发明内容

本申请提供一种采用LTCC技术布线的网络变压器，诣在解决现有网络变压器通过人工缠绕绕组导致生产效率低、质量差的问题。

根据本申请的第一方面，本申请提供一种采用LTCC技术布线的网络变压器，包括变压器壳体，位于壳体内的多个信号通道，所述每个信号通道包括相互耦合构成变压器的原边线圈及副边线圈，以及与所述原边线圈相连的共模电感，所述原边线圈、副边线圈及共模电感的绕组均为层叠片式结构，相邻两层线圈及绕组之间设有绝缘层，单独每层所述线圈及绕组为印刷在所述绝缘层表面的金属导电薄膜。

所述的网络变压器，其中，所述壳体包括盖板、与所述盖板对应设置的底座，以及位于所述盖板与底座之间的外框；所述盖板包括相并排设置的第一盖板、第二盖板，所述底座包括分别与所述第一盖板及第二盖板相对应设置的第一底座、第二底座，所述外框侧表面印刷有与所述原边线圈及副边线圈分别对应的多个引脚。

所述的网络变压器，其中，所述第一盖板与所述第一底座之间设有至少一个用于缠绕共模电感绕组的电感磁芯；所述第二盖板与所述第二底座之间设有至少一个用于缠绕原边线圈及副边线圈的变压器磁芯。

所述的网络变压器，其中，每个所述信号通道至少包括一个变压器磁芯及一个电感磁芯。

所述的网络变压器，其中，所述电感磁芯包括沿其轴向相正对设置的电感上磁芯、电感下磁芯；所述电感上磁芯与所述第一盖板一体成型，并沿所述第一盖板伸展方向至少设置一个；所述电感下磁芯与所述第一底座一体成型，并沿所述第一底座伸展方向至少设置一个。

所述的网络变压器，其中，所述变压器磁芯包括沿其轴向相正对设置的变压器上磁芯、变压器下磁芯；所述变压器上磁芯与所述第二盖板一体成型，并沿所述第二盖板伸展方向至少设置一个，所述变压器下磁芯与所述第二底座一体成型，并沿所述第二底座伸展方向至少设置一个。

所述的网络变压器，其中，所述共模电感绕组采用将原线圈输出端与输入端对折的双线并绕结构，并且双线同向缠绕相邻的两个电感磁芯。

所述的网络变压器，其中，所述绝缘层为陶瓷材料，并采用LTCC技术烧结而成，所述变压器磁芯外表面设有用于与原边线圈及副边线圈相互隔离的陶瓷层，所述电感磁芯外表面设有用于与共模电感绕组相互隔离的陶瓷层。

所述的网络变压器，其特征在于，所述每个信号通道包括相邻的第一变压器磁芯、第二变压器磁芯，以及相邻的第一电感磁芯及第二电感磁芯；所述原线圈输入端与输出端对折后以双线并饶在第一电感磁芯上，并以相同的绕向缠绕第二电感磁芯；所述原线圈由第二电感磁芯绕组中其中一根单线与副线圈一端共同缠绕在第一变压器磁芯上，并以相同的绕向继续缠绕第二变压器磁芯。

所述的网络变压器，其中，所述原线圈与副线圈还分别连接一抽头，所述抽头另一端连接有一接地电容。

本申请的有益效果是：通过采用LTCC布线技术将线圈印刷在陶瓷层表面，使得产品封装密度大，有利于产品小型化，采用陶瓷作为绝缘层，使绕组耐高压，具有更好的防击穿及散热效果；将线圈埋置于陶瓷内层，具有更高的机械强度及较好的力学性能；壳体采用分体结构，并将磁芯与对应的盖板及底座设计为一体成型结构，使整个网络变压器结构简单，便于自动化生产，从而提高生产效率。

附图说明

图1为现有技术中网络变压器的机构示意图；

图2为本申请实施例中，网络变压器的整体结构示意图；

图3为本申请实施例中，网络变压器内部绕线结构示意图；

图4为本申请实施例中，网络变压器内部绕线的电路图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本申请作进一步详细说明。

随着LTCC技术和电子技术不断革新的大环境下，结合LTCC与薄膜布线技术可实现更高组装密度和更好性能的混合多层基板和混合型多芯片组件。同时采用LTCC材料作为线圈载体，对大电流及耐高温具有更优良的热传导性。LTCC非连续式生产工艺，便于成品制成前对每一层布线和互连通孔进行质量检查，有利于提高多层基板的成品率和质量，缩短生产周期，降低成本。利用该技术制造的诸如电感、电容、滤波器、耦合器已成为主流技术，能够实现电子元器件以小型化、平面化、功能化、性能优越化、节能、绿色环保等优势。

在本申请实施例中，网络变压器的原副线圈及共模电感绕组均采用层叠片式结构，在每层线圈及绕组之间设有采用LTCC技术烧结而成的陶瓷绝缘层，在每层陶瓷绝缘层表面印刷一层金属导电薄膜，在将多层陶瓷绝缘层叠加构成原副线圈及共模电感绕组。

请参考图2及图4，本实施例所给出的采用LTCC技术布线的网络变压器，包括变压器壳体1，位于壳体内的多个信号通道10，所述每个信号通道10包括相互耦合构成变压器5的原边线圈2及副边线圈3，以及与所述原边线圈相连的共模电感4，其特征在于，所述原边线圈2、副边线圈3及共模电感4的绕组均为层叠片式结构，相邻两层线圈及绕组之间设有陶瓷绝缘层，单独每层所述线圈及绕组为印刷在所述绝缘层表面的金属导电薄膜。在经过热处理技术将金属导电薄膜制备成环形片状金属线圈，再将多层印刷有该金属线圈的绝缘层相互叠加，使得金属线圈埋置于逐层叠加的绝缘层内部，然后采用LTCC技术烧结后形成变压器5原边线圈2、副边线圈3，以及共模电感4的绕组。

较佳的，本实施例中金属导电薄膜采用导电性较高的金属银制备，绝缘层采用抗高压防击穿的陶瓷层。其制备过程是先将陶瓷层表面涂银，在经过热处理工艺烧银结晶形成金属线圈，然后将逐层叠加的陶瓷层进行烧结形成完整的线圈绕组。

进一步地，如图2所示，壳体1包括盖板11、与所述盖板11对应设置的底座12，以及位于所述盖板11与底座12之间的外框13；其中外框13为上下开口，四周封闭的结构，盖板11位于外框13的正上方，与其上端开口相契合；底座12与盖板11相正对的位于外框13的下端，并与其下端开口相契合。这样由外框13上端的盖板11及下端的底座12相对的扣合在外框13的两侧，并加以固定，就构成了封闭的壳体1。外框13侧表面印刷有与原边线圈2及副边线圈3分别对应的多个引脚14，其用过外框13侧表面印刷银薄膜，在经烧结后形成，其根部分别与每个信号通道10的原边线圈2及副边线圈3的接线端电性相连。

具体地，如图2及图4所示，盖板1包括相并排设置的第一盖板111、第二盖板112，所述底座包括分别与第一盖板111及第二盖板112相对应设置的第一底座121、第二底座122。第一盖板111与第一底座121之间设有至少一个用于缠绕共模电感绕组41的电感磁芯42；第二盖板112与第二底座122之间设有至少一个用于缠绕原边线圈2及副边线圈3的变压器磁芯52。

进一步地，电感磁芯42包括沿其轴向相正对设置的电感上磁芯421、电感下磁芯422；所述电感上磁芯422与所述第一盖板111一体成型，并沿所述第一盖板111伸展方向至少设置一个；所述电感下磁芯422与所述第一底座121一体成型，并沿所述第一底座121伸展方向至少设置一个。相对应地，变压器磁芯52包括沿其轴向相正对设置的变压器上磁芯521、变压器下磁芯522；所述变压器上磁芯522与所述第二盖板112一体成型，并沿所述第二盖板112伸展方向至少设置一个；所述变压器下磁芯522与所述第二底座122一体成型，并沿所述第二底座122伸展方向至少设置一个。

较佳的，如图2所示，电感上磁芯421与电感下磁芯422相对的一端截面相契合，当第一盖板111与第一底座121相互扣合在外框13的两侧时，电感上磁芯421与电感下磁芯422刚好对接，并穿过位于外框内的共模电感绕组41中心位置。变压器上磁芯521与变压器下磁芯522相对的一端截面相契合，当第二盖板112与第二底座122相互扣合在外框13的两侧时，变压器上磁芯521与变压器下磁芯522刚好对接，并穿过位于外框内的原副线圈51中心位置。

进一步地，本实施例中的电感磁芯42、变压器磁芯52、盖板11及底座12均采用相同的磁性材料制成，为了使通过磁芯的磁漏最低，电感上磁芯421与电感下磁芯422为直径相同的圆柱形磁芯，两者相正对的两个截面均为水平截面。同样的，变压器上磁芯521与变压器下磁芯522为直径相同的圆柱形磁芯，两者向正对的两个截面为水平截面。

较佳的，如图2所示，在原边线圈2、副边线圈3以及共模电感绕组41与磁芯相接处的内侧均设有绝缘层，绝缘层优选的材料为绝缘性能好，且抗击穿的陶瓷材料。在本实施例中，每层线圈之间的均设有陶瓷层，并在线圈内部环绕中心形成中空的管状陶瓷隔离带6，将线圈与磁芯隔离。当盖板11与底座12相互扣合时，电感上磁芯421与电感下磁芯422分别由电感绕组41的两端插入陶瓷隔离带6，变压器上磁芯521与变压器下磁芯522分别由原边线圈2、副边线圈3的两端插入中空的陶瓷隔离带6。陶瓷隔离带6可以与陶瓷层靠近绕组内部中空的一侧一体成型，再经LTCC技术烧结而成。

下面结合图3及图4具体描述网路变压器内各线圈的缠绕方式及电路结构，如图3所示，原边线圈2的两接线端分别标记为线21、线22，副线圈3的两端标记为线31及线32，每个信号通道10内设有两个相邻的电感磁芯42A、42B，以及两个相邻的变压器磁芯52A、52B。线21及线22沿顺时针由第一电感磁芯42A底部向上缠绕，再由第一电感磁芯42A顶部以相同绕向(顺时针)首尾相接的缠绕第二电感磁芯42B，即由相邻的第二电感磁芯42B的顶部向下方缠绕。这样就形成了以电感磁芯42A及42B为磁路中心的两个双线并绕的共模电感。由于线21与线22构成原边线圈2的整个回路，这样线21与线22并饶在电感磁芯42上后，电感磁芯42相邻的两层线圈中流经的信号电流方向相反，因此对正常信号电流不会产生影响。而当电路产生共模干扰电流时，由于共模干扰电流的同向性，会使共模电感瞬间产生加大的感抗，从而阻止共模电流流过，起到滤除共模干扰电流的作用。在本实施例中，采用双线并饶第一电感磁芯42A后，又以相同绕向首尾相接的缠绕第二电感磁芯42B，使得这两个电感磁芯的绕组产生同向的磁场，这样就由第一电感磁芯42A、第二电感磁芯42B以及两者之间的第一盖板111、第一底座121构成了一个封闭的磁环，起到了磁场叠加的效果，增加耦合系数。当有共模电流流经时，由于耦合系数的增加，瞬时产生更大的感抗，滤除共模干扰电流的效果更佳。同理，为了增大耦合系数，变压器5同样采用双线并饶的方式缠绕相邻的两个变压器磁芯52。此外，由于采用双磁芯的结构，增加了耦合系数的同时，有不会导致磁芯偏高而限制网络变压器外形尺寸。

进一步地，线21由第二电感磁芯42B底端引出并与线31并绕第一变压器磁芯52A，其绕线方式具体为，由第一变压器磁芯52A底端以顺时针/逆时针向上缠绕至顶端，线31在此处的引出端与线32连接，线21由第一变压器磁芯52A顶端与线32以相同绕向经第一变压器磁芯52A顶端向第二变压器磁芯52B顶端缠绕，线32由第二变压器磁芯52B底端引出作为引出线。

进一步地，如图3-图4所示，本实施例中，网络变压器包括4个相互独立的信号通道10，每个信号通道10中包括位于原边线圈2电路中的两个电感磁芯42，及用来耦合原边线圈2及副边线圈3的两个变压器磁芯52。第一盖板111及第一底座121上设置的电感上磁芯421、电感下磁芯422的数量与网络变压器信号通道10的个数相匹配。同样的，第二盖板121及第二底座122上设置的变压器上磁芯521、变压器下磁芯522的数量与网络变压器信号通道10的个数相匹配。其中，每两个通道10构成一组网络变压器内部电路的最小结构单元，如图4所示，TX1端口与TD1端口构成网络变压器发射侧，RX1端与RD1端口构成网络变压器的接收侧。具体地，由收发器送出的上行数据信号从络变压器TD1的Pin21-Pin22进入，由TX1的Pin31-Pin32输出，经RJ45型转接头，再通过非屏蔽双绞线送往服务器；服务器送来的下行数据信号经另一对非屏蔽双绞线和RJ45型转接头，由RX1的Pin31＇-Pin32＇进入，由RD1的Pin21＇-Pin22＇输出，然后送到网卡的收发器上。本实施例中给出的网络变压器包括4个独立通道构成的两组结构单元，另一组由TX2端与TD2端构成网络变压器的发送通道，RX2端口与RD2端口构成接收通道。

较佳的，如图3及图4所示，在原边线圈2与副边线圈3还分别设有一抽头，即线23、线33。线23作为原边线圈2的抽头，线23的输入端连接原边线圈绕组，输出端分为两个支路，其中一个支路连接有直流电源(图中未示出)，为流经变压器5输入输出信号提供直流偏置，另一支路通过一电容接地(图中未示出)，从而滤过电路中的共模电流。线33作为副边线圈3的抽头，同样的，线33的输入端连接副边线圈绕组，输出端分为两个支路，其中一个支路连接有直流电源，为流经副边线圈3的信号电流提供直流偏置，另一支路通过一电容接地，从而将电路中的共模电流导入大地。络变压器中存在多个信号通道时，可以选择将相邻的抽头进行并联，例如，将相邻信号通道中的线23并联在一起，然后在其输出端支路上并联接地电容及直流电源，线33亦如此连接。也可以采用将所有信号通道中的线23或线33先行并联起来，然后在干路输出端并联直流电源及接地电容。

本申请提供的网络变压器，由于采用LTCC布线技术将线圈印刷在陶瓷层表面，使得网络变压器封装密度大，有利于变压器的小型化，采用陶瓷作为绝缘层，使绕组耐高压，具有更好的防击穿及散热效果；将线圈埋置于陶瓷内层，具有更高的机械强度及较好的力学性能；壳体采用分体结构，并将磁芯与对应的盖板及底座设计为一体成型结构，使整个网络变压器结构简单，便于自动化生产，从而提高生产效率。

以上内容是结合具体的实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。

Claims (10)

1.一种采用LTCC技术布线的网络变压器，包括变压器壳体，位于壳体内的多个信号通道，所述每个信号通道包括相互耦合构成变压器的原边线圈及副边线圈，以及与所述原边线圈相连的共模电感，其特征在于，所述原边线圈、副边线圈及共模电感的绕组均为层叠片式结构，相邻两层线圈及绕组之间设有绝缘层，单独每层所述线圈及绕组为印刷在所述绝缘层表面的金属导电薄膜。

2.根据权利要求1所述的网络变压器，其特征在于，所述壳体包括盖板、与所述盖板对应设置的底座，以及位于所述盖板与底座之间的外框；所述盖板包括相并排设置的第一盖板、第二盖板，所述底座包括分别与所述第一盖板及第二盖板相对应设置的第一底座、第二底座；所述外框侧表面印刷有与所述原边线圈及副边线圈分别对应的多个引脚。

3.根据权利要求2所述的网络变压器，其特征在于，所述第一盖板与所述第一底座之间设有至少一个用于缠绕共模电感绕组的电感磁芯；所述第二盖板与所述第二底座之间设有至少一个用于缠绕原边线圈及副边线圈的变压器磁芯。

4.根据权利要求3所述的网络变压器，其特征在于，每个所述信号通道至少包括一个变压器磁芯及一个电感磁芯。

5.根据权利要求3所述的网络变压器，其特征在于，所述电感磁芯包括沿其轴向相正对设置的电感上磁芯、电感下磁芯；所述电感上磁芯与所述第一盖板一体成型，并沿所述第一盖板伸展方向至少设置一个；所述电感下磁芯与所述第一底座一体成型，并沿所述第一底座伸展方向至少设置一个。

6.根据权利要求3或5所述的网络变压器，其特征在于，所述变压器磁芯包括沿其轴向相正对设置的变压器上磁芯、变压器下磁芯；所述变压器上磁芯与所述第二盖板一体成型，并沿所述第二盖板伸展方向至少设置一个，所述变压器下磁芯与所述第二底座一体成型，并沿所述第二底座伸展方向至少设置一个。

7.根据权利要求6所述的网络变压器，其特征在于，所述共模电感绕组采用将原线圈输出端与输入端对折的双线并绕结构，并且双线同向缠绕相邻的两个电感磁芯。

8.根据权利要求3或5所述的网络变压器，其特征在于，所述绝缘层为采用LTCC技术烧结而成的陶瓷层，所述变压器磁芯外表面设有用于与原边线圈及副边线圈隔离的陶瓷层，所述电感磁芯外表面设有用于与共模电感绕组相互隔离的陶瓷层。

9.根据权利要求3或5任一项所述的网络变压器，其特征在于，所述每个信号通道包括相邻的第一变压器磁芯、第二变压器磁芯，以及相邻的第一电感磁芯及第二电感磁芯；所述原线圈输入端与输出端对折后以双线并饶在第一电感磁芯上，并以相同的绕向缠绕第二电感磁芯；所述原线圈由第二电感磁芯绕组中其中一根单线与副线圈一端共同缠绕在第一变压器磁芯上，并以相同的绕向继续缠绕第二变压器磁芯。

10.根据权利要求1至5任一项所述的网络变压器，其特征在于，所述原线圈与副线圈还分别连接一抽头，所述抽头另一端连接有一接地电容。