CN218996510U - 一种pcb埋磁变压器结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种PCB埋磁变压器结构，包括PCB基板；绝缘片，设于PCB基板中；一次侧电磁组件，设于PCB基板中，包含第一导电线圈绕组和第一导磁磁体，第一导磁磁体包括第一磁柱和第一磁板，第一磁柱横截面积小于第一磁板横截面积，第一磁柱压合在绝缘片上表面，第一磁板设于第一磁柱上表面，第一导电线圈组环绕第一磁柱；二次侧电磁组件，设于PCB基板中，包含第二导电线圈绕组和第二导磁磁体，第二导磁磁体包括第二磁柱和第二磁板，第二磁柱的横截面积小于第二磁板的横截面积，第二磁柱压合在绝缘片下表面，第二磁板设于第二磁柱下表面，第二导电线圈组环绕第二磁柱；外层电路，设于PCB基板表面。本实用新型可使线圈占板面积增大和耐压可靠性提高。

Description

一种PCB埋磁变压器结构

技术领域

本实用新型属于变压器领域，具体涉及一种PCB埋磁变压器结构。

背景技术

随着PCB埋磁技术的发展，越来越高的电源产品期望把电路板上的变压器埋入系统电路板内，这样可以把电路板板面的面积用来焊接其他小型元器件，从而大幅缩小电源模块的体积；但众所周知，变压器作为电源变换器中的功率传输与电气隔离器件，首先要满足需求的高耐压和耐压可靠性，在满足高耐压和高耐压可靠性的基础上，还应尽量减小体积，提高传输效率。

目前，行业上通用的做法之一请参考图1，一次侧线圈绕组①和二次侧线圈绕组②环绕导磁体磁柱③，其中为了在一次侧线圈绕组①与二次侧线圈绕组②间保证高耐压，方式一需要让导磁体③紧挨一次侧绕组线圈①，远离二次侧绕组②；或者方式二让导磁磁体③紧挨二次侧绕组线圈②，远离一次侧绕组①；则无论是方式一还是方式二，均会牺牲远离导磁体③的线圈绕组的布线空间W，使W尺寸变小，导致线圈可设置的圈数减少或者可设置的线宽减小，影响变压器传输效率。

另外，如参考图2，让导磁体③作为中间体，同时远离①和②，这种做法使一次侧线圈绕组①和二次侧线圈绕组②的布线空间W同时减少，同样是不利的。

且，因为到磁磁芯纵向“贯穿”一次侧线圈301和二次侧线圈401，若PCB厂商制程质量不稳定，或埋磁变压器经受恶劣环境造成层与层之间结合力变差从而分层，也会造成耐压不良，产品存在可靠性隐患。

实用新型内容

有鉴如此，本实用新型要解决的技术问题是克服上述现有技术中至少一种缺陷，提供一种埋磁变压器结构，使得线圈占板面积下降和耐压可靠性提高。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种PCB埋磁变压器结构，包括：

PCB基板；

绝缘片，设于所述PCB基板之中；一次侧电磁组件，设于所述PCB基板之中，所述一次侧电磁组件包含第一导电线圈绕组和第一导磁磁体，所述第一导磁磁体包括第一磁柱和第一磁板，所述第一磁柱的横截面积小于所述第一磁板的横截面积，所述第一磁柱压合在所述绝缘片上表面，所述第一磁板设于所述第一磁柱的上表面，所述第一导电线圈绕组环绕所述第一磁柱设置；

二次侧电磁组件，设于所述PCB基板之中，所述二次侧电磁组件包含第二导电线圈绕组和第二导磁磁体，所述第二导磁磁体包括第二磁柱和第二磁板，所述第二磁柱的横截面积小于所述第二磁板的横截面积，所述第二磁柱压合在所述绝缘片下表面，所述第二磁板设于所述第二磁柱的下表面，所述第二导电线圈绕组环绕所述第二磁柱设置；

外层电路，设于所述PCB基板的表面，所述外层电路通过通孔或盲孔与所述第一导电线圈绕组和所述第二导电线圈绕组实现电气连接，所述外层电路用于实现所述PCB埋磁变压器与外部电路的电气连接。

优选地，所述第一磁板和所述第二磁板形状相同，且沿所述PCB基板厚度方向间隔对齐设置；所述第一磁柱垂直设于所述第一磁板的中部区域，所述第二磁柱垂直设于所述第二磁板的中部区域，且所述第一磁柱和所述第二磁柱沿所述PCB基板厚度方向间隔对齐设置。

优选地，述第一磁板至少一个边缘与所述PCB基板的对应边缘平齐，所述第二磁板至少一个边缘与所述PCB基板的对应边缘平齐；所述第一磁板的横截面积小于所述PCB基板的横截面积；所述第二磁板的横截面积小于所述PCB基板的横截面积。

优选地，所述第一磁板和/或第二磁板的厚度小于0.2mm。

进一步地，所述第一磁柱与所述第一磁板之间设置有第一气隙；或者所述第二磁柱与所述第二磁板之间设置有第二气隙；或者所述第一磁柱与所述第一磁板之间设置有第一气隙，并且所述第二磁柱与所述第二磁板之间设置有第二气隙；所述第一气隙、所述第二气隙用导磁性树脂填充。

优选地，所述第一磁柱和第二磁柱的形状相同，且形状为预制成形的圆柱体、椭圆柱体、多边形柱体的一种磁柱。

优选地，所述第一导电线圈绕组为平面螺旋形结构，所述第一导电线圈绕组的最内层与所述第一磁柱的间距在0.25mm至0.5mm之间；所述第二导电线圈绕组为平面螺旋线结构，所述第二导电线圈绕组的最内层与所述第二磁柱的间距在0.25mm至0.5mm之间。

优选地，所述绝缘片的厚度大于或等于0.1mm。

本实用新型把磁芯一分为二，避免了埋磁PCB中磁芯同时“贯穿”一次侧和二次侧线圈的情况，从而获得了如下有益效果：

(1)线圈与磁芯可以尽可能靠近，充分利用板面空间实现线圈的线宽增加，可降低线圈的直流电阻或增加线圈的圈数；

(2)两半磁芯之间存在绝缘片，一次侧线圈与磁芯置于绝缘片上表面，二次侧线圈与磁芯置于绝缘片下表面，这样即使因制程质量问题或恶劣环境问题导致PCB轻微分层，一次侧与二次侧仍有中间绝缘片隔离，耐压可靠性高。

附图说明

图1为行业上第一种PCB埋磁变压器结构沿厚度方向的剖视图；

图2为行业上第二种PCB埋磁变压器结构沿厚度方向的剖视图；

图3本实用新型第一个实施例PCB埋磁变压器结构沿厚度方向的剖视图；

图4为图3中的PCB埋磁变压器结构垂直于厚度方向的剖视图；

图5本实用新型第二个实施例PCB埋磁变压器结构沿厚度方向的剖视图；

图6为本实用新型第三个实施例PCB埋磁变压器结构沿厚度方向的剖视图。

其中，上述附图中的附图标记如下：

100.PCB基板，200.绝缘片，300.一次侧电磁组件，301.第一导电线圈绕组，302.第一磁柱，303.第一磁板，304.一次侧盲孔，305.第一边柱，400.二次侧电磁组件，401.第二导电线圈绕组，402.第二磁柱，403.第二磁板，404.二次侧通孔，405.第二边柱。

具体实施方式

下面将结合具体实施方式和说明书附图对本实用新型及其有益效果作进一步详细说明，但是，本实用新型的具体实施方式并不局限于此。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

除非另有指明，本申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

在本实用新型中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”等通常是针对附图所示的方向而言的，或者是针对部件本身在竖直、垂直或重力方面的方向而言的；同样地，为便于理解和描述，“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外，但上述方位词并不用于限制本实用新型。

图3本实用新型第一个实施例PCB埋磁变压器结构沿厚度方向的剖视图，图4为图3中的PCB埋磁变压器结构垂直于厚度方向的剖视图；请参见图3和图4，本实施例中的PCB埋磁变压器结构包括：

PCB基板100；

绝缘片200，设于PCB基板100之中；

一次侧电磁组件300，设于PCB基板100之中，一次侧电磁组件300包含第一导电线圈绕组301和第一导磁磁体，第一导磁磁体包括第一磁柱302和第一磁板303，第一磁柱302的横截面积小于第一磁板303的横截面积，第一磁柱302压合在绝缘片200上表面，第一磁板303设于第一磁柱302的上表面，第一导电线圈绕组301环绕第一磁柱302设置；

二次侧电磁组件400，设于PCB基板100之中，二次侧电磁组件400包含第二导电线圈绕组401和第二导磁磁体，第二导磁磁体包括第二磁柱402和第二磁板403，第二磁柱402的横截面积小于第二磁板403的横截面积，第二磁柱402压合在绝缘片200下表面，第二磁板403设于第二磁柱402的下表面，第二导电线圈绕组401环绕第二磁柱402设置；

外层电路，设于PCB基板100的表面，外层电路通过通孔或盲孔与第一导电线圈绕组301和第二导电线圈绕组401实现电气连接，外层电路用于实现PCB埋磁变压器与外部电路的电气连接。

其中，绝缘片200选用的材料例如为具有高介电常数的环氧树脂类复合材料或聚酰亚胺类复合材料，具体选用何种材料，本领域的技术人员可以根据需要进行选择，本发明不做限定。

其中，外层电路一般设置为焊盘，也可为平面变压器所应用的装置(如开关电源等)的其他电路走线，外层电路还可以通过阻焊(油墨)、电镀(电极镀镍/镍靶金)等操作，以方便焊接或提高可靠性。

需要说明的是，采用本发明实施例的PCB埋磁变压器结构直接设计PCB埋磁变压器时，外层电路会设置为焊盘，此时为了避免PCB出现分层问题，外层电路优选通过盲孔与第一导电线圈绕组301和第二导电线圈绕组401实现电气连接，避免虽然磁柱不贯通PCB基板100，但是通孔贯通了PCB基板100，PCB分层问题解决不彻底；当使用本发明实施例埋磁PCB变压器结构的PCB基板100直接作为所应用的装置的PCB基板的一部分时，PCB基板面积较大，埋磁工艺对基板的分层影响不大，PCB埋磁变压器外层电路与外部电路的连接采用通孔还是盲孔来实现无需特别考虑。

本实施例把磁芯分拆为第一导磁磁体和第二导磁磁体，设定第一导磁磁体与第一导电线圈绕组301同侧，第二导磁磁体与第二导电线圈绕组401同侧，从而避免了埋磁PCB中磁芯同时“贯穿”第一导电线圈绕组301和第二导电线圈绕组401的情况，使得线圈与磁芯可以尽可能靠近，增加导电线圈绕组的布线空间尺寸，进而可以设置更多的圈数，或者增加导线的线宽降低线圈的直流电阻；并且在一次侧电磁组件300和二次侧电磁组件400之间增加绝缘片200，使得一次侧电磁组件300置于绝缘片200上表面，二次侧电磁组件400置于绝缘片200下表面，这样即使因制程质量问题或恶劣环境问题导致PCB轻微分层，一次侧与二次侧仍有中间绝缘片200隔离，耐压可靠性高。

进一步地，第一磁板303和第二磁板403形状相同，且沿PCB基板100厚度方向间隔对齐设置；第一磁柱302垂直设于第一磁板303的中部区域，第二磁柱402垂直设于第二磁板403的中部区域，且第一磁柱302和第二磁柱402沿PCB基板100厚度方向间隔对齐设置，从而有利于提升感量，进而提高变压器传输效率。

进一步地，第一磁板303至少一个边缘与PCB基板100的对应边缘平齐，第二磁板403至少一个边缘与PCB基板100的对应边缘平齐，参见图3，其中第一磁板303左边缘、第二磁板403的左边缘均与PCB基板100的左边缘平齐；第一磁板303的横截面积小于PCB基板100的横截面积；第二磁板403的横截面积小于PCB基板100的横截面积，采用这种结构设计有利于增大磁板的面积，进一步提升感量，提高变压器传输效率。

优选地，第一磁板303和/或第二磁板的厚度小于0.2mm，目的在于降低变压器的厚度，做成超薄型器件，便于变压器应用在芯片级封装。

进一步地，为了提高变压器的抗饱和能力，第一磁柱302与第一磁板303之间设置有第一气隙；或者第二磁柱402与第二磁板403之间设置有第二气隙；或者第一磁柱302与第一磁板303之间设置有第一气隙，并且第二磁柱402与第二磁板403之间设置有第二气隙；第一气隙与第二气隙中用导磁性树脂填充，这样的设置既便于PCB埋磁的压合，又进一步提高了气隙的磁导率，同样提升了感量的目的。

优选地，第一磁柱302和第二磁柱402形状相同；设置形状相同有助于减少物料的品类，降低物料成本和提高生产效率；第一磁柱302和第二磁柱402的形状优选为预制成形的圆柱体、椭圆柱体、多边形柱体中的一种，以方便加工脱模。

优选地，第一导电线圈绕组301和第二导电线圈绕组401为平面螺旋形结构，需要说明的是，因一次侧电磁组件300中第一导电线圈绕组301与第一导磁磁体位于同侧，因此无需考虑电气绝缘的要求，可以尽可能地靠近；但因第一磁柱302置于PCB所开设的容置孔中，考虑到开孔的精度误差，第一导电线圈绕组301的最内层与第一磁柱302的间距D1设置在0.25～0.5mm之间是合适的；同样地，第二导电线圈绕组401的最内层与第二磁柱402的间距设置在0.25～0.5mm之间。

容易理解的是，为了提高变压器传输效率的需求，需要尽可能地降低绝缘片的厚度，以减小一次侧电磁组件300与二次侧电磁组件400之间的距离，从而提升变压器的电感量及耦合系数；但同时又需要满足需求的高耐压以及安规标准所要求的绝缘厚度标准，因此绝缘片的厚度优选为大于或等于0.1mm。

图5是本实用新型第二个实施例PCB埋磁变压器结构沿厚度方向的剖视图，与图3不同之处在于，图5的一次侧导磁体增加了第三磁柱305、二次侧导磁体增加了第四磁柱405，第三磁柱305垂直设于第一磁板303的边缘区域且与第一磁柱302平行，第四磁柱405垂直设于第一磁板403的边缘区域且与第二磁柱402平行，从而使一次侧导磁体和二次侧导磁体分别形成磁路闭合，进一步提升感量。

图6是本实用新型的第三个实施例PCB埋磁变压器结构沿厚度方向的剖视图，与图5的不同之处在于，在PCB的内层中，第一磁板之上设置所应用的装置的线路走线，第二磁板之下设置所应用的装置的线路走线，从而使该埋磁PCB变压器的PCB基板100直接作为所应用的装置的PCB基板的一部分，降低整个应用装置的体积。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本实用新型的限制。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型的精神和范围内，还可以做出若干等同替换、改进和润饰，这些等同替换、改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围，这里不再用实施例赘述，本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (8)

1.一种PCB埋磁变压器结构，其特征在于，包括：

PCB基板；

绝缘片，设于所述PCB基板之中；

一次侧电磁组件，设于所述PCB基板之中，所述一次侧电磁组件包含第一导电线圈绕组和第一导磁磁体，所述第一导磁磁体包括第一磁柱和第一磁板，所述第一磁柱的横截面积小于所述第一磁板的横截面积，所述第一磁柱压合在所述绝缘片上表面，所述第一磁板设于所述第一磁柱的上表面，所述第一导电线圈绕组环绕所述第一磁柱设置；

二次侧电磁组件，设于所述PCB基板之中，所述二次侧电磁组件包含第二导电线圈绕组和第二导磁磁体，所述第二导磁磁体包括第二磁柱和第二磁板，所述第二磁柱的横截面积小于所述第二磁板的横截面积，所述第二磁柱压合在所述绝缘片下表面，所述第二磁板设于所述第二磁柱的下表面，所述第二导电线圈绕组环绕所述第二磁柱设置；

外层电路，设于所述PCB基板的表面，所述外层电路通过通孔或盲孔与所述第一导电线圈绕组和所述第二导电线圈绕组实现电气连接，所述外层电路用于实现所述PCB埋磁变压器与外部电路的电气连接。

2.根据权利要求1所述PCB埋磁变压器结构，其特征在于：所述第一磁板和所述第二磁板形状相同，且沿所述PCB基板厚度方向间隔对齐设置；所述第一磁柱垂直设于所述第一磁板的中部区域，所述第二磁柱垂直设于所述第二磁板的中部区域，且所述第一磁柱和所述第二磁柱沿所述PCB基板厚度方向间隔对齐设置。

3.根据权利要求2所述PCB埋磁变压器结构，其特征在于：所述第一磁板至少一个边缘与所述PCB基板的对应边缘平齐，所述第二磁板至少一个边缘与所述PCB基板的对应边缘平齐；所述第一磁板的横截面积小于所述PCB基板的横截面积；所述第二磁板的横截面积小于所述PCB基板的横截面积。

4.根据权利要求1所述PCB埋磁变压器结构，其特征在于：所述第一磁板和/或第二磁板的厚度小于0.2mm。

5.根据权利要求1所述PCB埋磁变压器结构，其特征在于：

所述第一磁柱与所述第一磁板之间设置有第一气隙；或者所述第二磁柱与所述第二磁板之间设置有第二气隙；或者所述第一磁柱与所述第一磁板之间设置有第一气隙，并且所述第二磁柱与所述第二磁板之间设置有第二气隙；

所述第一气隙、所述第二气隙用导磁性树脂填充。

6.根据权利要求1所述PCB埋磁变压器结构，其特征在于：所述第一磁柱和第二磁柱的形状相同，且形状为预制成形的圆柱体、椭圆柱体、多边形柱体的一种磁柱。

7.根据权利要求1所述PCB埋磁变压器结构，其特征在于：

所述第一导电线圈绕组为平面螺旋形结构，所述第一导电线圈绕组的最内层与所述第一磁柱的间距在0.25mm至0.5mm之间；所述第二导电线圈绕组为平面螺旋线结构，所述第二导电线圈绕组的最内层与所述第二磁柱的间距在0.25mm至0.5mm之间。

8.根据权利要求1所述的一种PCB埋磁变压器结构，其特征在于：所述绝缘片的厚度大于或等于0.1mm。

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