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Die
Erfindung betrifft einen Übertrager
für ein Gerät der Hochfrequenztechnik
gemäß den Merkmalen
des Oberbegriffes des Patentanspruches 1.
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In
Geräten
der Hochfrequenztechnik werden Übertrager
vorzugsweise zur Impedanzanpassung und zur Energieverteilung eingesetzt.
Auf Grund der Automatisierung der Bestückung von Leiterplatten der
Geräte
sind diese Bauteile zwecks Automatisierung und besserer Handhabbarkeit
als SMD-Bauteil ausgeführt.
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Ein Übertrager
für ein
Hochfrequenzgerät
ist aus der
DE 199
56 828 A1 bekannt. Dieser Übertrager weist einen Kern
auf, um den ein Wickeldraht geführt
ist, wobei die Enden des Wickeldrahtes mit Lötflächen verbindbar sind. Bei diesem
bekannten Übertrager
handelt es sich auch um ein SMD-Bauteil, bei dem der Kern des Übertragers
auf einer Grundplatte angeordnet ist, die abstehende Füße aufweist,
um die herum die Enden des Wickeldrahtes geführt sind und anschließend verlötet werden.
Nach der Herstellung des Übertragers
wird dieser als SMD-Bauteil
auf der Leiterplatte des Hochfrequenz-Gerätes angeordnet und mit den
abstehenden Füßen verlötet. Obwohl der Übertrager,
der aus der
DE 199
56 828 A1 bekannt ist, schon hinsichtlich einer Verringerung
eines Abgleichaufwandes verbessert ist, ist immer noch ein nachteilig
hoher Abgleichaufwand erforderlich. Außerdem bestehen konstruktive
und fertigungstechnische Probleme, da z. B. der als Ferritkern ausgebildete
Kern zunächst
auf die Grundplatte aufgeklebt werden muss. Anschließend wird
der Ferritkern mit dem Wickeldraht bewickelt. Um genügend Spannung auf
die gesamte Wicklung zu bekommen, werden die Enden des Wickeldrahtes
um die abstehenden Metallfüße der Grundplatte
mehrmals gewickelt. Dadurch ist schon ein hoher Montageaufwand gegeben. Danach werden
die Metallfüße im Lötbad verlötet, um die
Enden des Wickeldrahtes festzulegen. Anschließend wird der als SMD-Bauteil
gestaltete Übertrager komplett
gewaschen, die Metallfüße ausgerichtet und
der fertige Übertrager
einer Hochfrequenz-Prüfung
unerzogen. Dabei ist es auf Grund von Fertigungstoleranzen erforderlich,
einen Abgleich der Wicklungslage vorzunehmen. Danach kann ein solcher Übertrager
auf die Leiterplatte aufgebracht und erneut verlötet werden, wodurch die Gefahr
besteht, dass sich die Lage der Wicklungsdrähte auf dem Kern verschiebt
und erneut ein Abgleich erforderlich ist. Auf Grund der Zwischenanordnung
der Grundplatte zwischen dem Kern und der Leiterplatte lassen sich
solche Übertrager
im Regelfall nur bis zu Frequenzen von 1 Gigahertz einsetzen, so
dass deren Einsatzbereich bei modernen Geräten der Hochfrequenztechnik
eingeschränkt
ist.
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Aus
der gattungsbildenden
DE
28 25 854 C2 , der
DE
37 20 739 C2 oder der
DE 44 10 956 A1 geht ein Übertrager für ein Gerät der Hochfrequenztechnik mit
einer Leiterplatte sowie mit einem Kern, um den ein Wickeldraht
geführt
ist, wobei Enden der Wickeldrähte
mit Leiterbahnen auf der Leiterplatte verbindbar sind, als bekannt
hervor. Diesen bekannten Übertragern
ist gemeinsam, dass sie keinen aus einem elektrisch nicht leitfähigen Material
bestehenden Träger
aufweisen, so dass auch nicht offenbart ist, dass der Träger mit
einem Kern versehen wird und anschließend der zumindest eine Kontaktpunkt
mit einem Ende des Wickeldrahtes mit der zugehörigen Leiterbahn auf der Leiterplatte
elektrisch verbunden wird.
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Aus
der
EP 0 693 757 A1 geht
ein Übertrager als
bekannt hervor, der einen rechteckförmig gestalteten und flachen
Träger
aufweist, auf den koplanar ein Kern aufsetzbar ist. Koaxial innerhalb
dieses Kernes sind ebenfalls koplanar Wicklungen angeordnet, die
mit Kontaktpunkten auf dem Träger
kontaktiert werden, die wiederum mit entsprechenden Kontaktpunkten
auf der Leiterplatte kontaktiert werden.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, einen Übertrager
für Geräte der Hochfrequenztechnik
bereitzustellen, der die eingangs geschilderten Nachteile vermeidet,
der insbesondere kostengünstig
als Serie herstellbar ist, der für Frequenzen
auch oberhalb von 1 Gigahertz eingesetzt werden kann und der möglichst
keinen Abgleichsaufwand erfordert.
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Diese
Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen,
dass auf der Leiterplatte ein aus einem elektrisch nicht leitfähigen Material
bestehender und an seinem oberen Ende Kontaktpunkte aufweisender
Träger
angeordnet ist, wobei der Träger
mit dem Kern versehen wird und anschließend der zumindest eine obere
Kontaktpunkt mit einem Ende des Wickeldrahtes mit der zugehörigen Leiterbahn
auf der Leiterplatte elektrisch verbunden wird, wobei der Träger entsprechend
der Anzahl der Wickeldrähte
senkrecht zu der Oberfläche
der Leiterplatte ausgerichtete Nuten zur Aufnahme für jeweils
einen Wickeldraht aufweist.
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Zur
Realisierung des Übertragers
ist der Träger
vorhanden, der auf einfache Art und Weise auf der Leiterplatte z.
B. durch Verkleben oder in Reflow-Technik auf der Leiterplatte angeordnet
werden kann. Damit ist zunächst
dieser Vorgang, der Anordnung des Übertragers auf der Leiterplatte
automatisierbar und kann von einem entsprechenden Automaten durchgeführt werden.
Durch das Vorhandensein von Kontaktpunkten auf dem Träger, die
in besonders vorteilhafter Weise durch Beschichtung mit einem elektrisch
leitfähigen
Material auf dem elektrisch nicht leitfähigen Träger erfolgt, besteht die Möglichkeit,
die Wickeldrähte
automatisiert zur Realisierung des Übertragers anzuordnen. Dazu
erstrecken sich die Wickeldrähte,
die in entsprechender Anzahl in Abhängigkeit der Funktionsweise
des Übertragers
vorhanden sind, ausgehend von der Leiterplatte, insbesondere von
dort aus von einer Leiterbahn oder einem unterem Kontaktpunkt, der
mit einer zugehörigen
Leiterbahn verbunden ist, in Richtung der Kontaktpunkte an dem Träger, so
dass sich die Wickeldrähte
entsprechend den geometrischen Abmessungen des Trägers erstrecken.
Die Verbindung der oberen Kontaktpunkte auf dem Träger mit
den zugehörigen
Leiterbahnen (bzw. Kontaktpunkten auf der Leiterplatte) kann ebenfalls
automatisiert mit einem entsprechenden Automaten (Bond-Automat)
erfolgen. Damit entfallen auch hier manuelle Handarbeiten. Zur abschließenden automatisierten
Herstellung des Übertragers
ist es noch erforderlich, zuvor diesen mit dem Kern zu versehen,
der ebenfalls automatisiert und in besonders bevorzugter Weise konzentrisch über den
Kontaktträger
geschoben und ebenfalls auf der Leiterplatte befestigt wird. Ebenso ist
zur automatisierten Herstellung folgende Reihenfolge möglich: Zunächst wird
der Kontaktträger
gefertigt und bereitgestellt. Anschließend wird der Kern aufgebracht
und schließlich
die elektrische Kontaktierung (vorzugsweise mittels Bonden) vorgenommen.
Zum Schutz dieser Anordnungen ist es noch denkbar, den über den
Träger übergestülpten Kern nach
dem Bonden noch zusätzlich
eine Abdeckung (Schutzhaube) zu stülpen. Der spezielle Grundgedanke
ist also, beispielsweise mit einer SMD-Bestückung einen mehrpoligen Kontakt-
und Wicklungsträger
auf die Leiterplatte zu setzen und diesen in einem Reflow-Verfahren
auf der Leiterplatte mit den korrespondierenden Leiterbahnen bzw.
Kontaktpunkten zu verlöten.
Danach wird der beispielsweise als Rohrkern oder als Doppellochkern
(wozu dann zwei Träger
erforderlich sind) ausgebildete Kern aufgesetzt. Die gesamte Einheit
wird mittels eines Bonders (Bond-Automat) zur geschlossenen Windungen
des Übertragers
vervollständigt.
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Damit
wird es in erfindungsgemäßer Weise möglich, einen Übertrager
für ein
Gerät der
Hochfrequenztechnik herzustellen, dessen beteiligte Bauelemente
einfach gestaltet sind und daher vorzugsweise preiswert in hohen
Stückzahlen
hergestellt werden können,
wobei zusätzlich
einen einfache und kostengünstige,
weil automatisierte Montage möglich
ist. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass mit der gleichen Leiterplatte
und dem gleichen Kontaktträger (sozusagen
eine Standardausführung)
bei der Produktion (Fertigungsband) verschiedene Übertragertypen
(zum Beispiel durch Bondung mit unterschiedlichen Windungszahlen)
realisierbar sind. Dadurch entfällt
in besonders vorteilhafter Weise die Herstellung und Lagerhaltung
von zahlreichen verschiedenen SMD-Übertragertypen.
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Weitere
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben,
aus denen sich entsprechende Vorteile ergeben.
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Ein
Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Übertragers,
auf das die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist, ist im Folgenden beschrieben und
anhand der Figuren erläutert.
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Es
zeigen:
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1:
einen Schnitt durch den Aufbau eines erfindungsgemäßen Übertragers,
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2:
eine dreidimensionale Ansicht des Aufbaus des erfindungsgemäßen Übertragers,
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3:
Montageschritte für
die Herstellung eines erfindungsgemäßen Übertragers.
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4:
Kern zur Aufnahme von mehr als einem Träger als Doppellochkern oder
Mehrlochkern ausgebildet.
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1 zeigt
einen Schnitt durch den Aufbau eines erfindungsgemäßen Übertragers,
wobei die Basis für
den Aufbau eine Leiterplatte 1 eines hier nicht weiter
dargestellten Gerätes
der Hochfrequenztechnik ist. Bei einem solchen Gerät kann es
sich beispielsweise um Verstärker,
Antennendosen oder dergleichen handeln. Die Leiterplatte 1 aus
einem elektrisch nicht leitfähigem
Material weist an ihrer Unterseite (bei Betrachtung der 1)
entsprechend der Funktion des Gerätes Leiterbahnen 2 auf.
Ebenso trägt
die Leiterplatte 1 weitere elektrische bzw. elektronische
Bauteile, die für
die Funktion des Gerätes erforderlich
sind, hier jedoch zwecks besserer Darstellbarkeit weggelassen worden
sind. Auf die den Leiterbahnen 2 abgewandte Seite wird
automatisiert ein Träger 3 aus
einem elektrisch nicht leitfähigen Material
aufgesetzt, der vorzugsweise rund ist und eine für die Funktion erforderliche
Höhe sowie
ebenfalls einen für
die Funktion erforderlichen Durchmesser aufweist. Konzentrisch um
den Träger 3 herum
ist ein Kern 4, insbesondere ein Ferritkern angeordnet, der
ebenfalls mit der Leiterplatte 1 verbindbar ist. Diese
Verbindung kann ebenfalls durch einen Klebevorgang erfolgen. Die
Verbindungspunkte des Trägers 3 mit
der Leiterplatte 1 sind als Klebepunkte 5 (insbesondere
Reflow-Klebepunkte) ausgeführt.
Auf der der Leiterplatte 1 abgewandten Seite weist der
Träger 3 an
seiner oberen Stirnseite mehrere Kontaktpunkte 6 auf, die
mit jeweils einem Ende eines Wickeldrahtes 7 verbindbar
(insbesondere verlötbar oder
bondfähig)
sind. Das andere Ende des Wickeldrahtes 7 wird automatisiert
in Richtung der Leiterplatte 1 geführt und dort mit den zugehörigen Leiterbahnen 2 verbunden.
In 1 ist dargestellt, dass die Leiterplatte 1 auf
ihrer Oberseite in Richtung des Trägers 3 Kontaktpunkte 8 aufweist,
die zu den zugehörigen
Leiterbahnen 2 durchkontaktiert sind. Durch die entsprechende
Verbindung der Leiterbahnen 2 (bzw. der Kontaktpunkte 8)
und der Kontaktpunkte 6 mittels der Wicklungsdrähte 7 kann
der Übertrager automatisiert
hergestellt werden.
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2 zeigt
eine dreidimensionale Ansicht des Aufbaus des erfindungsgemäßen Übertragers, wobei
hier zwecks besserer Darstellbarkeit nur der Träger 3 dargestellt
ist. Dieser Träger 3 befindet
sich auf der Leiterplatte 1 und weist an seiner oberen Stirnseite
mehrere Kontaktpunkte 6 auf. Diese Kontaktpunkte 6 auf
der Stirnseite de Trägers 3 sind,
wie auch die Kontaktpunkte 8 auf der Leiterplatte 1,
als Beschichtung aus einem elektrisch leitfähigen Material ausgebildet.
Damit können
diese Kontaktpunkte 6, 8 auf einfache Art und
Weise sowie schnell auf dem elektrisch nicht leitfähigen Material
der Leiterplatte 1 bzw. des Trägers 3 aufgebracht
werden und stehen dann für
die spätere
automatisierte Kontaktierung zur Verfügung. Weiterhin ist gemäß 2 erkennbar,
dass der Träger 3 entsprechend
der Anzahl der Wickeldrähte 7 Nuten 9 zur
Aufnahme für
jeweils einen Wickeldraht 7 aufweist. Damit ist für den Herstellvorgang
(Bestückung
und Kontaktierung) für
den jeweiligen Wickeldraht 7 eine Fixierung seiner Lage und
Führung
gegeben. Außerdem
haben die Nuten 9 die Funktion, dass die dort liegenden
Wickeldrähte 7 hinter
der äußeren Oberfläche des
Trägers 3 zu
liegen kommen, damit sie keinen Kontakt zu dem über den Träger 3 übergestülpten Kern 4 erhalten,
so dass eine elektrischer Kurzschluss vermieden wird. Außerdem reduziert
sich durch die vertiefte Lage der Wickeldrähte 7 in den Nuten 9 eine
unerwünschte Windungskapazität. Alternativ
zu dem Einsatz von Wickeldrähten
kann auch an eine metallische Beschichtung des Kontaktträgers 3 gedacht werden, wobei
diese Beschichtung die Funktion des Wickeldrahtes übernimmt.
Für den
Fall, dass zwischen der äußeren Oberfläche des
Kontaktträgers 3 und
der inneren Oberfläche
des Kerns 4 ein ausreichend großer Spalt vorhanden ist, können die
Nuten 9 weggelassen und die Beschichtung direkt auf die äußere Oberfläche des
Kontaktträgers 3 aufgebracht
werden. Dabei muß der
Spalt so dimensioniert sein, dass keine Berührung zwischen der Beschichtung
und dem Kern 4 möglich
ist. Das bedeutet, dass unter dem Begriff „Wickeldraht" in den Patentansprüchen auch
eine elektrisch leitfähige
Beschichtung zu verstehen ist.
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3 zeigt
die Montageschritte für
die Herstellung des erfindungsgemäßen Übertragers. Im automatisierten
Herstellschritt 1 wird der Träger 3 mit der Leiterplatte 1 verbunden,
insbesondere die leitfähige
Verbindung (5) hergestellt (vorzugsweise im Reflow-Verfahren).
Im Herstellschritt 2 wird der Kern 4 übergestülpt, während danach
im Herstellschritt 3 die elektrische Verbindung der Kontaktpunkte 6 und 8 mittels
der Wickeldrähte 7 erfolgen
kann. Diese erfolgt mittels an sich bekannter Bestückungsautomaten,
insbesondere mit Bond-Automaten.
Im Herstellungsschritt 4 kann der fertige Übertrager
noch mit einer Abdeckung 10 versehen werden, um den Übertrager
vor äußeren Einflüssen zu
schützen.
Auch diese Abdeckung 10 kann gegebenenfalls mit der Oberfläche der
Leiterplatte 1 verklebt oder auf sonstige Art und Weise
(lösbar,
wie zum Beispiel kraft- oder formschlüssig mittels einer Rast- oder
Clipsverbindung, oder unlösbar)
befestigt werden. Die in 3 dargestellte Abdeckung 10 ist
nur schematisch gezeigt. Der Innendurchmesser dieser Abdeckung 10 richtet sich
nach dem Außendurchmesser
des Kernes 4 und ggfs. der dort aufliegenden Wickeldrähte 7.
Im Regelfall wird sich ein Spalt zwischen Abdeckung 10 (innen)
und Kern 4 (außen)
ergeben, der möglichst
klein gehalten werden sollte. Die lichte innere Höhe der Abdeckung 10 richtet
sich nach der Höhe
des Kern 4 und des Kontaktträgers 3, ggfs. wieder
unter Berücksichtigung
der Wickeldrähte 7 und
deren Befestigung (zum Beispiel Löt- oder Bonpunkt auf der Kontaktfläche). Auch
hier sollte versucht werden, den Spalt zwischen der unteren inneren
Oberfläche
der Abdeckung 10 und der oberen äußeren Oberfläche des Kontaktträgers 3 zu
minimieren, um eine möglichst kompakte
und damit platzsparende Bauweise des Übertragres zu erzielen. Es
kann auch noch daran gedacht werden, die Spalte mit einem elektrisch
nicht leitfähigen
Material auszugießen
oder auszuspritzen.
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4 zeigt
schließlich,
dass der Kern (4) zur Aufnahme von mehr als einem Träger (3)
als Doppellochkern oder Mehrlochkern (mit zum Beispiel vier Löchern) ausgebildet
ist.
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- 1
- Leiterplatte
- 2
- Leiterbahn
- 3
- Träger
- 4
- Kern
- 5
- Klebepunkt
(auch innerer Kontaktpunkt)
- 6
- Kontaktpunkt
(auf dem Träger)
- 7
- Wickeldraht
- 8
- Kontaktpunkt
(auf der Leiterplatte)
- 9
- Nut
- 10
- Abdeckung