DE102015012104A1

DE102015012104A1 - Sockel zur montage eines planartransformators auf einem motherboard

Info

Publication number: DE102015012104A1
Application number: DE102015012104.9A
Authority: DE
Inventors: Lee Francis
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2014-09-19
Filing date: 2015-09-16
Publication date: 2016-03-24
Also published as: GB201416626D0; CN105448470B; US10178787B2; GB2530321A; US20160088754A1; CN105448470A; GB2530321B

Abstract

Es wird ein Sockel zur Montage eines Planartransformators an einer Grundplatine bzw. einem Motherboard offenbart, um elektrische Isolierung und mechanische Halterung vorzusehen. Der Sockel stützt die Spule und Nebenplatine eines Planartransformators über einem Motherboard oder einer Hauptplatine mechanisch, bei solchen Sicherheitsabständen und Kriechstrecken, dass Isolationsanforderungen entsprochen wird. Der Sockel umfasst eine Wanne zum Halten der Planartransformatorspule und Befestigungsflächen zum Anliegen an den Haupt- und Nebenplatinen. Es sind Festhaltemittel vorgesehen, um den Sockel am Planartransformator befestigen zu können und um den Sockel an der Hauptplatine befestigen zu können, beispielsweise durch Löten.

Description

Diese Anmeldung betrifft einen Sockel zur Montage eines Planartransformators auf einer Grundplatine bzw. einem Motherboard und betrifft insbesondere einen Sockel zum Bereitstellen von elektrischer Isolierung und mechanischer Halterung des Planartransformators.
Planartransformatoren werden üblicherweise bei Stromversorgungseinheiten verwendet und werden oft bei Motherboards oder Haupt-Leiterplatten bzw. Haupt-Platinen (nachfolgend auch PCBs für Printed Circuit Boards) anstelle von anderen Arten von Transformatoren verwendet, wenn ein niedriges Ausgestaltungsprofil erforderlich ist. In diesen Fällen können die Transformatorwicklungen in dem Haupt-PCB enthalten sein, obwohl dies zu Lasten der Platinengrundfläche des Haupt-PCBs geht, die ansonsten dafür genutzt werden könnte, andere, zum Versorgungsstromkreis zugehörige Komponenten zu montieren.
Alternativ zu einer Aufnahme der Transformatorwicklungen direkt in dem Haupt-PCB kann der Transformator stattdessen über dem PCB montiert sein. Dies erhöht zwangsläufig das Ausgestaltungsprofil der Platine wegen des größeren Ausmaßes, in dem der Planartransformator aus ihr hervorsteht, hat aber den Vorteil, dass die Standfläche, die der Transformator auf der Platine ausmacht, verringert werden kann. Dies erhöht den Raum auf der Platine, der zum Montieren anderer Komponenten genutzt werden kann.
Unabhängig davon, ob ein Transformator über einem Haupt-PCB (oder Motherboard) angebracht wird oder die Wicklungen in dem Haupt-PCB unmittelbar aufgenommen werden, ist es bekannt, dass der Transformator von den Komponenten auf dem PCB, an das er montiert wird, isoliert sein muss. Dies ist besonders wichtig, wenn der Transformator Teil eines isolierten Hochspannungskreises bildet. In einer derartigen Situation erfordern Industrienormen wie die Normenwerk-Richtlinie EN/UL60950, dass bestimmte Mindestabstände und -kriechstrecken eingehalten werden. Somit muss die kürzeste Distanz zwischen zwei Leiterbahnen auf dem Transformator und dem PCB – Luftlinienmessung (auch lichte Weite genannt) – über dem Industrienormwert gehalten werden. Ihn ähnlicher Weise muss der kürzeste Abstand zwischen zwei Leiterbahnen auf dem Transformator und dem PCB, so wie er entlang der Oberfläche der Isolierung gemessen wird (auch Kriechstrom genannt), auch über dem Industrienormwert gehalten werden.
Es ist im Stand der Technik bekannt, einen dünnen Isolator oder eine Beilagscheibe zwischen dem Transformator und dem Haupt-PCB, auf dem er befestigt wird, vorzusehen. Vorbehaltlich dessen, dass die Beilagscheibe eine bestimmte Mindestdicke hat, können die Anforderungen bezüglich Luftstrecke und Kriechstrom bei Anwendung dieses technischen Verfahrens erfüllt werden. Die Verwendung einer Beilagscheibe ist jedoch oft nicht ideal, da sie dem Transformator schlechte bauliche Abstützung bietet und die Herstellung von Platinen schwierig gestaltet, besonders wenn automatisierte Lötverfahren wie Aufschmelzlötung verwendet werden.
Es ist im Stand der Technik ebenfalls bekannt, den Transformator in einem Epoxidharz oder ähnlichen Material vollständig zu umgießen und zu versiegeln, ehe er am Haupt-PCB befestigt wird. Eine derartiges Verfahren ist jedoch wiederum ungeeignet für Aufschmelzlötverfahren aufgrund der Migration von Lot in das Epoxidharz sowie der Möglichkeit, dass sich im Epoxid Hohlräume bilden, die sich während der Aufschmelzlötung ausdehnen und zu einem Versagen der Vorrichtung führen können.
Unserer Einschätzung zufolge wäre es daher wünschenswert, eine verbesserte Befestigung eines Planartransformators auf einem Motherboard vorzusehen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung wird in den unabhängigen Ansprüchen definiert, auf die sich nun bezogen wird. Vorteilhafte Merkmale sind in den abhängigen Ansprüchen dargelegt.
In einem ersten Aspekt sieht die Erfindung eine elektronische Vorrichtung vor, welche umfasst: einen Sockel umfassend ein isolierendes Sockelgehäuse mit einer oberen Befestigungsfläche und einer unteren Befestigungsfläche; ein erstes Trägermaterial bzw. Substrat bzw. einen ersten Träger, welches/welcher an der oberen Befestigungsfläche befestigt ist, wobei das erste Trägermaterial einen Transformator mit einem Kern, elektrischen Eingangswicklungen und elektrischen Ausgangswicklungen umfasst, wobei die elektrischen Eingangswicklungen und die elektrischen Ausgangswicklungen isoliert sind; ein zweites Trägermaterial bzw. Substrat bzw. einen zweiten Träger, welches/welcher an der unteren Befestigungsfläche befestigt ist, wobei das zweite Trägermaterial umfasst: eine Eingangsschaltung einschließlich mindestens eine mit den elektrischen Eingangswicklungen in Verbindung stehende elektrische Komponente; eine Ausgangsschaltung einschließlich mindestens eine mit den elektrischen Ausgangswicklungen in Verbindung stehende elektrische Komponente; einen ersten Verbinder bzw. ein erstes Verbindungsstück, welcher/welches durch das isolierende Sockelgehäuse, das erste Trägermaterial und das zweite Trägermaterial vorgesehen ist und die Eingangsschaltung mit den elektrischen Eingangswicklungen verbindet; einen zweiten Verbinder bzw. ein zweites Verbindungsstück, welcher/welches durch das isolierende Sockelgehäuse, das erste Trägermaterial und das zweite Trägermaterial vorgesehen ist und die Ausgangsschaltung mit den Ausgangswicklungen verbindet; wobei das zweite Trägermaterial einen ersten Isolationsspalt zwischen der Eingangsschaltung und der Ausgangsschaltung aufweist; wobei das erste Trägermaterial einen zweiten Isolationsspalt zwischen dem Kern und dem ersten Verbinder sowie zwischen dem Kern und dem zweiten Verbinder aufweist; und wobei das isolierende Sockelgehäuse eine Isolationsbarriere zwischen dem Kern und der Eingangsschaltung sowie zwischen dem Kern und der Ausgangsschaltung aufweist.
Die elektronische Vorrichtung kann des Weiteren umfassen: einen ersten Hohlraum im isolierenden Sockelgehäuse, in dem zumindest ein Teil des Kerns aufgenommen ist.
Die elektronische Vorrichtung kann des Weiteren umfassen: einen zweiten Hohlraum im isolierenden Sockelgehäuse an der dem ersten Hohlraum gegenüberliegenden Seite, in dem elektrische Komponenten der Eingangs- und Ausgangsschaltung aufgenommen sind.
Die Isolationsbarriere kann eine Oberfläche der Oberseite und eine Oberfläche der Unterseite umfassen, die eine Seitenwand der ersten und zweiten Hohlräume definieren.
Der Sockel kann mindestens eine, sich von der oberen Befestigungsfläche erstreckende obere Seitenwand umfassen.
Der erste Hohlraum kann mindestens ein Abflussloch umfassen. Mindestens eine Wand des Hohlraums ist geneigt, um Flüssigkeit zum mindestens einen Abflussloch zu leiten.
Die elektronische Vorrichtung kann des Weiteren eine untere Seitenwand umfassen, die sich vom isolierenden Sockelgehäuse zum zweiten Trägermaterial erstreckt. Die untere Seitenwand kann das Abflussloch einkapseln. Dies hält die Isolierung zwischen der Oberseite des Sockels und der Unterseite aufrecht.
Die untere Oberfläche der unteren Seitenwand kann koplanar mit einer unteren Befestigungsfläche des isolierenden Sockelgehäuses sein.
Die ersten und zweiten Verbinder können umfassen: eine Vielzahl von Stiften, die mit dem isolierenden Sockelgehäuse verbunden sind und ausgelegt sind, mit entsprechenden Löchern in dem ersten und/oder zweiten Trägermaterial in Eingriff zu sein.
Die Stifte können derart angeordnet bzw. vorgesehen sein, dass sie durch Löten an das erste und/oder zweite Trägermaterial befestigt werden.
Mindestens eine Haltevorrichtung in Form eines Federhaltebügels bzw. Clips kann mit dem isolierenden Sockelgehäuse verbunden sein, wobei der Clip bzw. die Clips ausgelegt sind, mit dem ersten und/oder zweiten Trägermaterial in Eingriff zu sein.
Die elektronische Vorrichtung kann des Weiteren mindestens einen verformbaren Vorsprung bzw. Opfervorsprung umfassen, der sich von der oberen Befestigungsfläche und/oder unteren Befestigungsfläche erstreckt und ausgelegt ist, eine Kraft auf das erste und/oder zweite Trägermaterial auszuüben, um das Trägermaterial gegen den mindestens einen Clip zu halten.
Der Sockel kann eine oder mehrere weitere untere Befestigungsflächen umfassen, von denen jede weitere untere Befestigungsfläche koplanar mit der unteren Befestigungsfläche ist.
Die elektronische Vorrichtung kann des Weiteren in der oberen Befestigungsfläche vorgesehene Sekundärlöcher umfassen.
Der Sockel der elektronischen Vorrichtung kann aus einem warmfesten Kunststoff hergestellt sein.
Der warmfeste Kunststoff kann geeignet sein, dem Wärmeprofil eines Aufschmelzlötverfahrens standzuhalten.
Die Dicke des Materials, aus dem der Sockel gebaut ist, ist im Wesentlichen gleich 0,4 mm.
Die elektronische Vorrichtung kann einen Sockel mit äußeren Wänden und Oberflächen haben, die im Wesentlichen orthogonal zueinander sind, so dass der Sockel ein im Wesentlichen quadratisches oder rechteckiges Profil hat.
In einem zweiten Aspekt sieht die Erfindung ein Verfahren zum Befestigen eines Planartransformators umfassend eine Nebenplatine an einer Hauptplatine vor, welches umfasst: In-Eingriff-Bringen des Planartransformators mit dem Sockel nach einem der vorhergehenden Ansprüche; Befestigen des Planartransformators an einer Hauptplatine unter Verwendung des Sockels, indem: die Nebenplatine an der oberen Befestigungsfläche des Sockels befestigt wird und die mindestens eine untere Befestigungsfläche des Sockels an der Hauptplatine befestigt wird.
Das Verfahren kann des Weiteren die Befestigung des Sockels mit befestigtem Planartransformator und Haupt-PCB an einem Motherboard umfassen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun nur beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Sockels mit einem an der Verwendungsstelle befestigten Planartransformator und Haupt-PCB darstellt;
2 eine perspektivische Ansicht der Oberseite des Sockels gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel darstellt, in der der Planartransformator und das Haupt-PCB weggelassen sind;
3 eine perspektivische Ansicht der Unterseite des Sockels gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel darstellt, in der der Planartransformator und das Haupt-PCB weggelassen sind;
4 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht durch den Planartransformator zeigt, in der die Transformatorwicklungen darstellt sind;
5 eine Querschnittsansicht durch den Sockel des ersten Ausführungsbeispiels ist;
6 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Sockels mit einem an der Verwendungsstelle befestigen Planartransformator und Haupt-PCB darstellt;
7 eine perspektivische Ansicht der Oberseite des Sockels gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel darstellt, in der der Planartransformator weggelassen ist, aber das Haupt-PCB an der Verwendungsstelle ist;
8 eine perspektivische Ansicht der Unterseite des Sockels gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel darstellt, in der der Planartransformator und das Haupt-PCB weggelassen sind;
9 ein drittes Ausführungsbeispiel eines Sockels darstellt, in dem ein Planartransformator und Haupt-PCB weggelassen sind;
10 eine perspektivische Ansicht der Unterseite des Sockels gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel darstellt, in der der Planartransformator und das Haupt-PCB weggelassen sind; und
11 und 12 Nahansichten eines Details der in den zweiten und dritten Ausführungsbeispielen gezeigten Sockelausführungsbeispiele sind.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nun im Zusammenhang einer Stromversorgungseinheit umfassend einen Sockel zum Befestigen eines Planartransformators und eines Haupt-PCBs (Leiterplatte) beschrieben. Die Erfindung ist jedoch ganz allgemein für die Verwendung in jeglichen Situationen geeignet, in denen das Befestigen eines Planartransformators oder Induktors an einem Haupt-PCB erforderlich ist.
Erstes Ausführungsbeispiel
1 zeigt eine vollständige Stromversorgungseinheit 10 umfassend einen Sockel 20, einen Planartransformator 30 und ein Haupt-PCB 40. 2 und 3 zeigen den Sockel 20 aus unterschiedlichen Ansichten ohne den Planartransformator 30 oder das Haupt-PCB 40. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht der Oberseite des Sockels 20, und 3 zeigt eine perspektivische Ansicht der Unterseite des Sockels 20. 4 zeigt eine Querschnittsansicht durch den Planartransformator, in dem die Transformatorwicklungen dargestellt sind. 5 zeigt einen Querschnitt des Sockels. In den 1 bis 5 bezeichnen die gleichen Bezugszeichen die gleichen Merkmale.
Wie 1 zeigt, umfasst der Sockel 20 eine Vielzahl von Seitenwänden 21 und elektrischen Verbindern 22, die von der Oberseite des Sockels 20 zur Unterseite verlaufen und sowohl mechanische als auch elektrische Verbindungen bereitstellen, durch die der Planartransformator 30 und das Haupt-PCB 40 mit dem Sockel 20 und miteinander verbunden sind.
Der Planartransformator 30 umfasst ein Trägermaterial 31 und einen umgebenden Magnetkern 32. Der Magnetkern kann zum Beispiel aus einem Ferritmaterial hergestellt sein und kann durch Clips 33 an seinem Platz im Sockel 20 gehalten bzw. fixiert bzw. befestigt sein. Das Trägermaterial 31 ist typischerweise ein einzelnes Stück aus harzartigem Material, das von einer Eingangsseite zu einer Ausgangsseite durch den Magnetkern 32 verläuft.
Wie 4 deutlicher zeigt, enthält das Trägermaterial 31 eine Vielzahl von eben gewickelten Transformatorenwicklungen 35, die sich in seinem Inneren umgeben vom Magnetkern 32 befinden. In 4 sind das Trägermaterial 31 und der Magnetkern 32 weggelassen, aber ihre Lage ist durch gestrichelte Linien gezeigt. Die Transformatorenwicklungen sind aus Kupferspuren bzw. -bahnen 35 hergestellt, die in einer Spulenanordnung 36 ausgebildet sind. In diesem Beispiel hat die Spulenanordnung 36 eine Wicklungsachse, die rechtwinklig zu den Oberflächen der Oberseite und Unterseite des Trägermaterials ist, um dadurch die Wicklungen des Planartransformators zu bilden. Die Spulenanordnung umfasst Primärspulenwicklungen 36a, die durch Bahnen 35a mit den Eingangs- oder Primärseitenverbindern 22a des Sockels 20 verbunden sind (links in 4), und Sekundärspulenwicklungen 36b, die durch Bahnen 35b mit den Ausgangs- oder Sekundärseitenverbindern 22b des Sockels 20 verbunden sind (rechts in 4). Die Verbinder 22 können durch plattierte Durchgangslöcher 34 durch das Trägermaterial 31 verlaufen. Die plattierten Durchgangslöcher 34 und die Verbinder 22 treten von einer Seite des Trägermaterials 31 zur anderen durch das Trägermaterial 31 hindurch. Dies bedeutet, dass elektrische Verbindungen zu den sich im Inneren des Trägermaterials 31 befindenden Kupferbahnen 35a und 35b bequem hergestellt werden können, wie auch zu verschiedenen vertikalen Positionen und unabhängig von ihren vertikalen Positionen innerhalb des Trägermaterials 31.
Es können Lötflächen bzw. Anschlussflächen sowohl auf dem Planartransformatorträgermaterial 31 als auch auf dem Haupt-PCB 40 derart vorgesehen sein, dass jedes Durchgangsloch 24 umschlossen ist. Dies ermöglicht es den Stiften 22, durch Löten dauerhaft mit dem ebenen Trägermaterial 31 und dem Haupt-PCB 40 verbunden zu sein.
Die Transformatorenwicklungen in dem Trägermaterial 31 und die zu den Ausgangsanschlüssen führenden Bahnen befinden sich ausreichend weit von den Außenkanten des Trägermaterials 31 entfernt, um jeglichen gewünschten Isolationsanforderungen zu entsprechen. Die einzigen freiliegenden Komponenten des Planartransformators, die leitend sind, sind deshalb der Magnetkern 32 und die Durchgangslöcher 34 und Verbindungen an den Verbindern 22.
Das Haupt-PCB 40 umfasst eine Steuerschaltung zum Steuern des Transformators. Die Steuerschaltung ist in zwei Abschnitte unterteilt, von denen einer mit der Eingangsseite (Primärseite) des Transformators und der andere mit der Ausgangsseite (Sekundärseite) des Transformators verbunden ist. Die Steuerschaltung auf dem Haupt-PCB 40 wird nachfolgend in Bezug auf 5 schematisch erläutert.
2 zeigt eine isometrische Ansicht der Oberseite des Sockels 20, in der weder der Planartransformator 30 noch das Haupt-PCB 40 gezeigt sind. Der Sockel umfasst obere Befestigungsflächen 23 zum Kontaktieren des Trägermaterials 31 des Planartransformators 30, und eine Vielzahl von unteren Befestigungsflächen 24, die sich vom Sockelgehäuse 20 nach unten erstrecken, um das Haupt-PCB 40 zu kontaktieren. Wie hier zu sehen ist, hat der Sockel 20 aus einer orthogonal zur Ebene der oberen Befestigungsfläche 23 entlang verlaufenden Betrachtungsrichtung eine im Wesentlichen quadratische oder rechteckige Form. Das Herstellen von zueinander rechtwinkligen oder orthogonalen Wänden und Flächen des Sockels 20, so dass die Vorrichtung ein im Wesentlichen quadratisches oder rechteckiges Profil hat, ist während der Bestückung beim Ergreifen des Sockels 20 durch einen Bestückungsautomat hilfreich.
Die Vielzahl von unteren Befestigungsflächen umfasst eine untere, an jeder Ecke des Sockelgehäuses 20 vorgesehene Befestigungsfläche 24 und zwei weitere quadratische, U-förmige untere Befestigungsflächen 24a, die mittig entlang zwei gegenüberliegender Kanten des Sockels 20 vorgesehen sind. Wie in Bezug auf 5 zu sehen sein wird, definiert der Abstand zwischen den unteren Befestigungsflächen 24 und dem Sockelgehäuse 20 einen Hohlraum unter dem Sockelgehäuse 20, in dem Komponenten auf dem Haupt-PCB 40 aufgenommen sein können. Die Position der quadratischen, U-förmigen unteren Befestigungsflächen wird des Weiteren so zu verstehen sein, dass sie in einen zwischen der Eingangs- und Ausgangsschaltung auf dem Haupt-PCB 40 vorgesehenen Isolationsspalt fällt.
Die Seitenwände 21 und das Sockelgehäuse 20 besitzen eine Mindestwanddicke, die über die gesamte Erstreckung um die gesamte Stromversorgungseinheit herum aufrechterhalten wird. Eine geeignete Mindestwanddicke ist 0,4 mm. Diese Dicke wird gewählt um sicherzustellen, dass die Wände ausreichend steif sind, um den Planartransformator 30 angemessen stützen zu können. Diese stellen auch sicher, dass die erforderliche elektrische Isolierung, die durch Mindestabstände und -kriechstrecken parametrisiert ist, durch den Sockel 20 bereitgestellt wird.
Auf der Oberseite des Sockels 20 ist eine Wanne oder ein Hohlraum 25 zwischen den oberen Befestigungsflächen 23 zum Aufnehmen des Planartransformators 30 und des Kerns 32 vorgesehen. In der Wanne 25 sind Abflusslöcher 26 vorgesehen, damit beim Reinigen des Sockels, der PCBs und des Planartransformators verwendete Flüssigkeit abfließen kann. Die Abflusslöcher 26 werden in dem Sockel 20 durch Öffnungen in der Wanne 25 auf der Oberseite des Sockels 20 und Seitenwände 27 definiert, die sich von der Oberseite des Sockels 20 zur Unterseite des Sockels 20 erstrecken, wo sie in der oben erwähnten U-förmigen Befestigungsfläche 24a enden. Die Oberfläche der Wanne 25 kann geneigte Abschnitte 25a umfassen, um das Abfließen von jeglichen Flüssigkeiten in Richtung der Löcher 26 zu unterstützen.
Durch die Seitenwände 21 des Sockels 20 hindurchgehende Stifte oder Verbinder 22 sind vorgesehen, die eine Befestigung sowohl des Trägermaterials 31 des Planartransformators 30 als auch des Haupt-PCBs 40 am Sockel 20 ermöglichen.
Es sind zwei erhöhte Seitenwände 28 entlang derjenigen Kanten 21 des Sockels vorgesehen, die keine aus ihnen herausragenden Verbinder oder Stifte 22 aufweisen. Die erhöhten Seitenwände 28 definieren des Weiteren eine Vertiefung oder einen Hohlraum für den Planartransformator 30 und helfen, diesen in seiner Position innerhalb des Sockels 20 zu halten und seitliche Bewegungen zu verhindern. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Ecken 28a der Seitenwände 28 abgerundet oder schräg geschnitten, um zu vermeiden, dass sie eine scharfe Ecke haben, und um das Profil des Sockels geringfügig zu verkleinern.
Eine Ansicht der Unterseite des Sockels ist 3 gezeigt, auf die nun Bezug genommen wird. Die Seitenwände 27 der Abflusslöcher 25 sind detaillierter zu sehen, ebenso wie die Befestigungsflächen 24 und 24a. Der Hohlraum oder die Vertiefung zum Aufnehmen der Schaltung, die sich auf dem Haupt-PCB 40 befindet, kann demzufolge als Raum zwischen den jeweiligen Befestigungsflächen 24 und Seitenwänden 27, so wie sie aus der Unterseite des Sockels 20 hervorstehen, verstanden werden.
Der Betrieb der Stromversorgungseinheit 10 wird nun in Bezug auf 5 beschrieben werden, die eine Querschnittsansicht des Sockels 20 mit dem Planartransformator 30 und dem Haupt-PCB 40 in befestigtem Zustand zeigt. Das Haupt-PCB 40 ist auch als über Träger 41 des Haupt-PCB auf einer weiteren bzw. dritten Grundplatine 50 befestigt dargestellt.
Wie 5 zeigt, ist ein Haupt-PCB-Träger 41 nahe jedem Ende des Haupt-PCBs 40 vorgesehen. In anderen Ausführungsbeispielen kann auch nur ein einziger Haupt-PCB-Träger vorgesehen sein, oder es können auch mehr als zwei Haupt-PCB-Träger 41 vorgesehen sein. Das Haupt-PCB 40 umfasst die Steuerschaltung 42, und insbesondere sind auf ihm elektrische Komponenten befestigt, die mit dem Eingang und Ausgang der im Planartransformator 30 vorgesehenen Transformatorspule zusammenhängen. Diese Komponenten können oberhalb und/oder unterhalb des Haupt-PCB 40 befestigt sein. In dem Beispiel von 5 beziehen sich die elektrischen Komponenten, die schematisch durch schraffierte Bereiche 42a dargestellt sind, auf die Eingangsseite der Transformatorwicklungen und sind über bzw. unter dem Haupt-PCB 40 befestigt. In ähnlicher Weise beziehen sich die elektrischen Komponenten, die durch die schraffierten Bereiche 42b schematisch dargestellt sind, auf die Ausgangsseite der Transformatorwicklungen und sind auch über bzw. unter dem Haupt-PCB 40 befestigt. Weil die Eingangs- und Ausgangsseiten des Transformators elektrische Isolierung voneinander erfordern, ist es notwendig, die eingangsseitigen Komponenten 42a von den ausgangsseitigen Komponenten 42b entfernt zu positionieren und sie durch einen Isolationsspalt oder -abstand 60 zu trennen. Diese Komponenten müssen auch ausreichend von dem Motherboard 50 isoliert sein. Dies kann dadurch erreicht werden, dass sichergestellt wird, dass das Haupt-PCB 40 von Leiterbahnen und Komponenten unmittelbar unter dem Haupt-PCB auf dem Motherboard 50 ferngehalten wird.
Der Sockel 42 hat untere Befestigungsflächen 24, die das Haupt-PCB 40 kontaktieren. In der Querschnittsansicht von 5 ist eine dieser unteren Befestigungsflächen 24 an einem der Enden der Hauptplatine 40 gezeigt. Der Sockel 20 hat auch obere Befestigungsflächen 23, auf denen das Planartransformatorträgermaterial 31 aufsitzt. Auch hier ist eine dieser oberen Befestigungsflächen 23 an einem der Enden des Sockels 20 gezeigt. Befestigungsstifte 22 verlaufen von der oberen Befestigungsfläche 23 zur unteren Befestigungsfläche 24 durch jedes Ende des Sockels 20 und erstrecken sich von beiden dieser Flächen nach außen. Dort, wo sie durch den Sockel 20 oder das Trägermaterial 31 und das Haupt-PCB 40 verlaufen, sind diese Stifte 22 durch gestrichelte Linien gezeigt. Von der Oberseite der Figur aus gesehen, sind Befestigungsstifte 22 an das Planartransformatorträgermaterial 31 angelötet und verlaufen durch im Trägermaterial 31 gebohrte Löcher. Sie verlaufen dann durch die oberen Befestigungsflächen 23 des Sockels 20, verlaufen weiter durch das Sockelmaterial und ragen an den unteren Befestigungsflächen 24 heraus. Die Stifte 22 verlaufen dann durch im Haupt-PCB 40 gebohrte Löcher und sind an der unteren Oberfläche des Haupt-PCB 40 wie gezeigt angelötet. Es sind daher mindestens zwei elektrische Verbindungen zwischen dem Haupt-PCB 40 und dem Planartransformatorträgermaterial 31 hergestellt. In diesem Fall ist die Eingangsseite des Planartransformators mit den Verbindern 22a, und der Ausgang mit den Verbindern 22b in Verbindung stehend gezeigt.
Obwohl dies in den vorherigen Darstellungen nicht ersichtlich ist, sind in 5 die Wicklungen 35 des Planartransformators innerhalb des Trägermaterials 31 schematisch gezeigt.
Im vorliegenden Beispiel ist der Stift 22a links in 5 über (nicht gezeigte) Leiterbahnen auf dem Haupt-PCB 40 mit Eingangsschaltungskomponenten 42a verbunden. Der Stift 22b rechts in 5 ist in ähnlicher Weise über (nicht gezeigte) Leiterbahnen auf dem Haupt-PCB 40 mit Ausgangsschaltungskomponenten 42b verbunden. Genau wie ein erster Isolationsabstand 60 zwischen den elektrischen Eingangskomponenten 42 und den elektrischen Ausgangskomponenten 42b erforderlich ist, ist deshalb auch ein zweiter Isolationabstand 62 zwischen dem Stift 22a linkerhand und dem Stift rechterhand oder Ausgangsstift 22b auf der Oberseite des Sockels 20 erforderlich. Wie zuvor erläutert, sind die einzigen leitenden Komponenten des Planartransformators, die freiliegend sind, die Verbinder 22a und 22b und der Magnetkern 32. Da der Magnetkern 32 selbst ein leitendes, sich zwischen den Stiften 22a und 22b befindendes Material ist, ist der zweite Isolationsabstand 62 zwischen den Stiften 22a und 22b exakter dargestellt als die Summe des Abstands zwischen dem Stift 22a und dem Kern 32 und des Abstands zwischen dem Kern 32 und dem Stift 22b. Dies wird durch die Bezugsziffern 62a und 62b dargestellt. Wenn daher der erste Isolationsabstand 60 beispielsweise 7 mm beträgt, sollte der Abstand zwischen den Verbindern 22a bzw. 22b und dem Kern 32 beispielsweise 3,5 mm betragen.
Es ist anzumerken, dass wenn Anschlussflächen um die Durchgangslöcher 34 vorgesehen sind, der zweite Isolationabstand der Abstand zwischen dem Kern 32 und den Anschlussflächen sein wird. Da die Anschlussflächen elektrisch mit den Verbindern 22a oder 22b verbunden sind, können die Anschlussflächen 34 in einem derartigen Fall als Teil des ersten Verbinders oder des zweiten Verbinders ausgelegt werden.
Wie in 5 gezeigt ist, erstreckt sich die Wanne 25 zwischen den Seitenwänden 21 und trennt den Planartransformator 30 und den Kern 32 von der Schaltung 42, die auf dem Haupt-PCB 40 darunter befestigt ist. Die Höhe der Seitenwände 21 dort, wo sie sich über die Wanne 25 hinaus erstrecken, ermöglicht es, vielerlei Größen von Transformatorkernen 32 innerhalb der Wanne aufzunehmen. Die Dicke der Wanne 25, die durch den Pfeil 64 angezeigt ist, wirkt als Isolationsbarriere zwischen dem Transformatorkern 32 und den auf dem Haupt-PCB 40 befestigten Komponenten 42. In Ausführungsbeispielen der Erfindung hat diese Isolationsbarriere 64 eine Dicke von beispielsweise mindestens 0,4 mm. Dies bedeutet, dass die Isolationsbarriere 64 als Klebeverbindung bzw. verklebter Spalt zwischen dem Planartransformator 30 und dem Haupt-PCB 40 dienen kann.
Wie in Bezug auf 3 zu sehen ist, wo Abflusslöcher 25 in der Wanne 25 vorgesehen sind, sind die Seitenwände 27 so ausgebildet, dass sie sich ausreichend weit von der Wanne 25 weg erstrecken, um die Oberfläche des Haupt-PCB 40 zu berühren und als Befestigungsfläche zu wirken, an der der Haupt-PCB 40 verbunden sein kann. Dadurch werden Spalte zwischen den Seitenwänden 27 und dem Haupt-PCB 40 vermieden, die sonst die Länge des Isolationswegs zwischen dem Magnetkern 32 und der Eingangsschaltung 42a oder der Ausgangsschaltung 42b verkürzen könnten. Obwohl dort, wo die Seitenwände zur Außenseite des Sockels zeigen und somit von der eingangsseitigen Schaltung 42a und der ausgangsseitigen Schaltung 42b weg, ein Spalt 27a in den Seitenwänden 27 vorgesehen sein kann, ist dieser Spalt 27a aus dem vorgenannten Grund nicht zum Inneren des Haupt-PCB 40 hin zeigend vorgesehen. Auch ist zu verstehen, dass die Seitenwände 27 und die Abflusslöcher 25 nicht notwendigerweise in der Mitte der Wanne 25 vorgesehen sind. Das Positionieren der Abflusslöcher 25 und der Seitenwände 27 hängt stattdessen vom Positionieren des Isolationsspalts 60 ab, der zwischen der Eingangsschaltung 42a und der Ausgangsschaltung 42b des Haupt-PCBs 40 vorgesehen ist.
Die Seitenwände 28, die den Durchgang der Abflusslöcher 25 durch das Sockelgehäuse 20 definieren, sollte dieselbe Dicke wie die Isolationsbarriere 64 besitzen. Dies stellt sicher, dass die Isolierung, die durch die Isolationsbarriere 62 vorgesehen ist, nicht durch das Vorhandensein von den sich durch die Isolationsbarriere hindurch erstreckenden Seitenwänden 27 vermindert oder geschwächt wird. Es kann daher das mindestens eine Abflussloch 25 in der Isolationsbarriere 64 vorgesehen sein, um zu verhindern, dass Reinigungslösungen oder andere Flüssigkeiten in der Wanne 25 gefangen werden, wobei die Lage der Abflusslöcher 25 innerhalb der Isolationsbarriere 64 derart gewählt ist, dass ausreichend elektrische Isolierung zwischen dem Kern 32 und den Komponenten 42 verbleibt, und zugleich dennoch ein wirksames Abfließen von der Wanne 450 ermöglicht wird.
Zweites Ausführungsbeispiel
Ein zweites Ausführungsbeispiel 100 der Erfindung wird nun in Bezug auf 6 bis 8 beschrieben werden.
Wie im vorangehenden Ausführungsbeispiel umfasst die Stromversorgungseinheit 100 einen Planartransformator 106, einen Sockel 120 und ein Haupt-PCB 102. Der Planartransformator 106 umfasst einen Magnetkern 108, der auf und um das ebene Trägermaterial 110 herum gestützt wird, das eine Vielzahl von ebenen Eingangs- und Ausgangswicklungen aufweist. Der Sockel 120 umfasst das Hauptgehäuse 121, welches mehrere Wände und Oberflächen aufweist, die eine obere, durch den Planartransformator 106 kontaktierte Befestigungsfläche 128 bereitstellen, sowie Seitenwände 130, die derart positioniert sind, dass sie die Seiten des Planartransformators 106 kontaktieren und diesen seitlich in seiner Position halten. In diesem Ausführungsbeispiel bieten verlängerte Seitenwände 130 und optionale Clips 140 dem Planartransformator weiteren mechanischen Halt, wenn dieser auf dem Sockel 120 befestigt ist.
Die oberen Befestigungsflächen 128 und die Seitenwände 130 bilden eine Vertiefung, in der der Magnetkern 108 aufgenommen ist. Wie zuvor umgibt der Magnetkern das Trägermaterial 110 des Planartransformators 106. Die Seitenwände 130 und das Sockelgehäuse 121 haben eine Mindestwanddicke 126, die über die gesamte Erstreckung um die gesamte Stromversorgungseinheit herum aufrechterhalten wird. Eine geeignete Mindestwanddicke ist 0,4 mm. Diese Dicke wird gewählt um sicherzustellen, dass die Wände ausreichend steif sind, um den Planartransformator 106 angemessen stützen zu können. Diese stellen auch sicher, dass die erforderliche elektrische Isolierung, die durch Mindestabstände und -kriechstrecken parametrisiert ist, von dem Sockel 120 bereitgestellt wird.
Zusätzlich zu den oberen Befestigungsflächen 128 und den Seitenwänden 130 sind mehrere untere Befestigungsflächen 132 vorgesehen, die das Haupt-PCB 102 kontaktieren. In dem Ausführungsbeispiel von 6, in dem der Sockel 120 aus einer orthogonal zur Ebene des Haupt-PCB 102 verlaufenden Betrachtungsrichtung eine quadratische oder rechteckige Form hat, ist eine untere Befestigungsfläche 132 an jeder der vier Ecken des Sockels 120 vorgesehen. Weitere untere Befestigungsflächen 132 sind auch mittig entlang zwei gegenüberliegender Kanten des Sockels vorgesehen und sind am besten in der Ansicht von 7 zu sehen. Diese weiteren unteren Befestigungsflächen können beispielsweise eine quadratische U-Form haben und ermöglichen es, wie zuvor, dass Abflusslöcher 152 im Sockelgehäuse vorgesehen sind.
Die unteren Befestigungsflächen 132 erstrecken sich von der Basis bzw. dem Fuß 121b des Sockelhauptgehäuses 121 weg. Die Basis 121b und die unteren Befestigungsflächen 132 bilden zusammen einen Hohlraum oder eine Vertiefung, in dem bzw. in der Komponenten des Haupt-PCBs aufgenommen sein können.
In diesem Ausführungsbeispiel sind die Wände und Oberflächen des Sockels 120 orthogonal zueinander, so dass die Vorrichtung ein im Wesentlichen quadratisches oder rechteckiges Profil hat. Dies ist während der Bestückung beim Ergreifen des Sockels 120 durch einen Bestückungsautomat hilfreich.
Der Sockel 120 ist sowohl mit dem Haupt-PCB 102 als auch mit dem Planartransformator 106 in Eingriff. Wie zuvor sind eine Vielzahl von Befestigungsstiften 122 steif mit dem Sockelgehäuse 121 verbunden. Die Befestigungsstifte 122 stehen oben und unten vertikal aus dem Sockelgehäuse 121 hervor und können an einer oder mehreren Kanten des Sockelgehäuses 121 vorgesehen sein. Die Befestigungsstifte 122 sind so ausgebildet, dass sie durch sowohl im Haupt-PCB 102 als auch im ebenen PCB 110 gebohrte Löcher 124 verlaufen derart, dass das Haupt-PCB 102 und das ebene PCB 110 sicher am Sockel 120 befestigt sind. Zur Klarheit sei angemerkt, dass in den 6 bis 8 nicht alle der Löcher 124 mit Bezugsziffer versehen sind. Stifte 122 verlaufen durch Löcher 124, wenn die gesamte Stromversorgungseinheit montiert ist. Eine derartige Montage beinhaltet eine Befestigung des Sockels 120 am Haupt-PCB 102 derart, dass die nach unten zeigenden Stifte durch die Löcher des Haupt-PCBs verlaufen und der Sockel das Haupt-PCB 102 kontaktiert, sowie des Weiteren ein In-Eingriff-Stehen des Planartransformators 106 mit dem Sockel 120 derart, dass die nach oben weisenden Stifte durch die Löcher des ebenen PCBs verlaufen und der Planartransformator 106 den Sockel 120 kontaktiert. Weitere Details bezüglich der die PCBs kontaktierenden Abschnitte des Sockels sind nachfolgend beschrieben. Anschlussflächen sind sowohl auf dem Haupt-PCB 102 als auch auf dem ebenen PCB 110 derart vorgesehen, dass sie jedes Loch 124 umschließen. Dies ermöglicht es den Stiften 122, durch Löten dauerhaft mit dem Haupt-PCB 102 und/oder dem ebenen PCB 110 verbunden zu sein.
In diesem Ausführungsbeispiel ist mindestens ein oberer Clip 140 und mindestens ein unterer Clip 142 mit dem Gehäuse 121 des Sockels 120 verbunden. Die oberen und unteren Clips bewirken, dass sowohl der ebene PCB 110 als auch der Haupt-PCB 102 an den oberen Befestigungsflächen 128 bzw. den unteren Befestigungsflächen 130 befestigt sind. Sowohl die oberen Clips 140 als auch die unteren Clips 142 haben im Wesentlichen dieselbe Form und bestehen aus einem Vorsprung, der sich vom Gehäuse 121 des Sockels 120 zum gegenüberliegenden Ende des Planartransformators 106 oder des Haupt-PCBs 102 erstreckt, sowie einem breiteren Kopfabschnitt des Clips, der sich teilweise über die Oberfläche des PCBs erstreckt und eine Lippe bildet. Die oberen und unteren Clips werden nachfolgend in Bezug auf 10 näher beschrieben. Es sind eine Vielzahl oberer und unterer Clips vorgesehen, um den Planartransformator 106 und den Haupt-PCB 102 sicher zu halten. In einigen Ausführungsbeispielen sind nur obere Clips 140, oder auch nur untere Clips 142 vorgesehen.
In dem in den 6 bis 8 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die zwei oberen Clips 140 an diagonal gegenüberliegenden Ecken des Sockels 120 positioniert, wohingegen zwei untere Clips 142 jeweils mittig entlang zwei gegenüberliegender Sockelkanten positioniert sind. Die quadratischen, U-förmigen unteren Befestigungsflächen 132, die mittig entlang zwei gegenüberliegender Kanten des Sockels vorgesehen sind, sind derart angeordnet, dass sie die unteren Clips 142 teilweise umschließen.
In diesem Beispiel stehen die unteren Clips 142 weiter aus dem Gehäuse 121 des Sockels 120 hervor als die oberen Clips 140, weil die unteren Befestigungsflächen 132 sich unter der Basis 121b des Sockelgehäuses 121 beabstandet von ihr befinden. Die Abstände, in denen die Clips hervorstehen, hängen auch von den Dicken des Haupt-PCBs 102 und des ebenen PCBs 110 ab.
Der Planartransformator 106 und der Haupt-PCB 102 müssen nicht die gleiche Dicke besitzen, und wie 6 zeigt kann der Planartransformator 106 eine größere Dicke besitzen als das Haupt-PCB 102, was unterschiedlich große Clips 140, 142 erfordert. Der Abstand zwischen den unteren Befestigungsflächen 132 und dem Sockelgehäuse 121 wird so gewählt, dass sichergestellt ist, dass die Mindestanforderungen bezüglich Luftstrecken und Kriechstrom gemäß den einschlägigen Industrienormen eingehalten werden.
Eine andere Überlegung beim Wählen dieses Abstands ist der zwischen dem Sockelgehäuse 121 und dem Haupt-PCB 102 vorgesehene Platz. Es ist wünschenswert, diesen Platz zu maximieren, um Raum zum Anlöten von genormten Oberflächenbefestigungskomponenten am Haupt-PCB 102 unter dem Sockel 120 zu ermöglichen. Einschränkungen hinsichtlich der Gesamthöhe der Stromversorgungseinheit, die beispielsweise durch die Abmaße des Gehäuses entstehen können, verhindern jedoch, dass der Abstand zwischen den unteren Befestigungsflächen 132 und dem Sockelgehäuse 121 zu groß wird.
Die Ansicht von 7 zeigt eine Transformatorkernwanne 150, die durch eine Vertiefung im Sockelgehäuse 121 gebildet wird. Die Transformatorkernwanne 150 hat eine geeignete Größe, um ein Planartransformatorträgermaterial 110 und einen Kern 108 aufzunehmen, der unter dem Planartransformatorträgermaterial 110 hervorsteht und es am Platz hält. Somit entspricht die Tiefe der Wanne 150, d. h. der Abstand, in dem sich die Wanne unter die obere Befestigungsfläche 128 erstreckt, dem Abstand zwischen dem Transformatorkern und dem ebenen PCB. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Form der Wanne 150 aus zur Ebene des ebenen PCB sowohl parallelen als auch orthogonalen Blickrichtungen betrachtet rechteckig dargestellt. Es sind jedoch auch verschieden geformte Wannen möglich, um alternative Planartransformatorkerne aufzunehmen. Die obere Befestigungsfläche 128 wird durch zwei Schultern der Wanne 150 definiert, die auf gegenüberliegenden Seiten der rechteckigen Form der Wanne positioniert sind, die es ermöglichen, dass der ebene PCB nahe dem Planartransformatorkern gestützt wird.
Abflusslöcher 152 sind im Transformatorkernwannenboden vorgesehen. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind zwei Abflusslöcher vorgesehen, wobei jeweils eines über jedem der unteren Clips 142 liegt. Der Zweck der Abflusslöcher 152 ist es, es Flüssigkeiten von Reinigungsvorgängen zu ermöglichen, von unterhalb der Lage des Planartransformatorkerns weg abzufließen und nicht in der Wanne 150 gefangen zu werden. Derartige Flüssigkeiten können beispielsweise verwendet werden, um nach einem Lötvorgang Rückstand von Flussmittel zu entfernen. In alternativen Ausführungsbeispielen kann die Anzahl der Abflusslöcher 152 und deren (dessen) Position(en) innerhalb der Transformatorkernwanne 150 variieren. Die Form der Abflusslöcher 152 ist rechteckig dargestellt, obwohl andere Formen genauso gut verwendet werden können, je nachdem wie problemlos die Herstellung ist und wie wirksam Flüssigkeit aus der Wanne 150 abfließt.
Drittes Ausführungsbeispiel
Die 9 und 10 zeigen ein drittes Ausführungsbeispiel eines Sockels 220 gemäß der vorliegenden Erfindung. 9 zeigt eine perspektivische Ansicht der Oberseite, und 10 zeigt eine perspektivische Ansicht der Unterseite. In den 9 und 10 bezeichnen die gleichen Bezugszeichen die gleichen Merkmale des Sockels. Der Planartransformator 106 und das Haupt-PCB 102 sind in diesen Figuren nicht gezeigt. Wie im ersten Ausführungsbeispiel umreißt das Sockelgehäuse 221 eine im Wesentlichen quadratische oder rechteckige Form und es sind mit ihm eine Vielzahl von Stiften 222 verbunden, um mit einem Haupt-PCB und einem Planartransformator in Eingriff zu sein. Der Isolationsabstand 221a zwischen der Oberseite und der Unterseite des Sockelgehäuses 221 stellt sicher, dass den erforderlichen elektrischen Isolationsanforderungen entsprochen wird und trennt auf dem ebenen PCB und/oder dem Planartransformator befestigte Komponenten von denjenigen Komponenten, die auf dem Haupt-PCB 102 befestigt sind, wodurch diese Komponenten voneinander isoliert sind. Die Art und Weise, in der die Stifte mit den PCBs in Eingriff stehen, kann dieselbe sein wie vorstehend beim ersten Ausführungsbeispiel beschrieben, zum Beispiel indem Löcher in die PCBs gebohrt werden, die auf die Lage der Stifte 222 ausgerichtet sind, und die PCBs durch Anlöten an die Stifte fixiert werden.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind sechs Stifte auf einer Seite des (links gezeigten) Sockelgehäuses vorgesehen, die in einer Vierergruppe und einer Zweiergruppe gruppiert sind, und weitere vier Stifte sind auf der gegenüberliegenden Seite des (rechts gezeigten) Sockelgehäuses vorgesehen, die in zwei Paaren gruppiert sind. Die genaue Anordnung der Stifte hängt von einer Reihe von Faktoren ab wie beispielsweise der Größe und Form des Sockels 220 in Relation zum Haupt-PCB 102, dem Raum auf dem Haupt-PCB 102 und dem Planartransformator 106 zum Anlöten der Stifte, und der Verteilung des Gewichts des Planartransformators innerhalb des Sockels 220. Es sind daher viele Konfigurationen möglich. Wenn zum Beispiel eine Seite des Planartransformators größere Masse besitzt oder anfälliger für Schaden durch Vibrationen ist als die andere Seite, ist eine sicherere Verbindung zwischen dem Sockel und dem Planartransformator auf dieser Seite wünschenswert. Dies kann dadurch erreicht werden, indem mehr Stifte 222 auf der entsprechenden Seite des Sockels vorgesehen werden. Im Allgemeinen ist es wünschenswert, die Stifte in Paaren vorzusehen, um eine örtlich begrenzte Drehung der PCBs zu verringern, die auftreten könnte, wenn nur einzelne, abgesonderte Stifte vorgesehen werden.
Das Sockelgehäuse 221 definiert eine obere Befestigungsfläche 228, die von dem Trägermaterial eines Planartransformator 106 kontaktiert wird, wenn dieses in den Sockel eingesetzt ist, zusammen mit einer Vielzahl von unteren Befestigungsflächen 232, die ein Haupt-PCB 102 kontaktieren, wenn der Sockel daran befestigt ist. Das vorliegende Ausführungsbeispiel sieht eine untere Befestigungsfläche 232 an jeder Ecke des Sockels 220 vor, und es sind auch zwei weitere quadratische, U-förmige untere Befestigungsflächen mittig entlang zwei gegenüberliegender Kanten des Sockels 220 vorgesehen (diese sind am deutlichsten in der Ansicht von 10 zu sehen). Der Abstand, in dem die unteren Befestigungsflächen unter der Basis 221b des Sockelgehäuses 221 positioniert sind, stellt sicher, dass die Mindestanforderungen bezüglich Luftstrecken und Kriechstrom gemäß den einschlägigen Industrienormen eingehalten werden. Der Abstand maximiert auch den Platz zwischen dem Sockelgehäuse 221 und dem Haupt-PCB, wenn der Sockel auf das Haupt-PCB montiert ist. Dies ermöglicht ausreichend Raum zum Anlöten von genormten Oberflächenbefestigungskomponenten am Haupt-PCB unterhalb des Sockels wie vorstehend beschrieben.
Ehe die Stifte 222 durch Löten am ebenen PCB befestigt werden, wird das ebene PCB sicher mittels oberer Clips 240 gegen die obere Befestigungsfläche 228 gehalten. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind vier obere Clips 240 nahe jeder Ecke des Sockels 220 vorgesehen, wobei die oberen Clips paarweise auf gegenüberliegenden Kanten des Sockelgehäuses 221 vorgesehen sind. Andere Konfigurationen von Clips sind ebenso möglich. Es können beispielsweise nur zwei obere Clips 240 jeweils auf gegenüberliegenden Kanten des Sockelgehäuses 221 vorgesehen sein, oder es können auch obere Clips 240 an allen vier Kanten des Sockelgehäuses 221 vorgesehen sein. Wenn nur zwei obere Clips 240 vorgesehen sind, könnten diese an diagonal gegenüberliegenden Ecken des Sockelgehäuses 221 positioniert sein, um dem Planartransformator die bestmöglichste Abstützung zu bieten. Das in 9 gezeigte Ausführungsbeispiel umfasst keine Seitenwände, die von denjenigen Seitenwänden getrennt sind, die durch die schmalen Oberflächen der oberen Clips 240 vorgesehen sind. Denn zusätzliche seitliche Befestigungsflächen sind nicht immer notwendig, wenn eine ausreichende Anzahl von Clips verwendet wird. Wenn weniger obere Clips verwendet werden, zum Beispiel nur zwei obere Clips, dann kann die mechanische Abstützung des ebenen PCBs dadurch verbessert werden, indem seitliche Befestigungsflächen vorgesehen werden ähnlich denjenigen, die in den 6 bis 8 mit der Bezugsziffer 130 gezeigt sind.
In ähnlicher Weise können die unteren Befestigungsflächen 232 sicher mittels unterer Clips 242 gegen das Haupt-PCB gehalten werden, ehe die Stifte 222 durch Löten am Haupt-PCB befestigt werden. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind zwei untere Clips 242 mittig entlang gegenüberliegender Kanten des Sockelgehäuses 221 vorgesehen und sind teilweise durch untere Befestigungsflächen 232 umschlossen. Wie bei den oberen Clips 240 sind alternative Konfigurationen der unteren Clips 242 möglich.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Clips 240, 242 auf zwei gegenüberliegenden Kanten des Sockelgehäuses 221 vorgesehen, welche keine mit ihnen verbundenen Stifte 222 aufweisen. Der Sockel ist somit mit den PCBs durch Stifte 222 und Clips 240, 242 auf alternierenden Kanten verbunden. Dies dient dazu, sicherzustellen, dass nach dem Fertigstellen des Anlötens der Stifte an die PCBs über den gesamten Umfang des Sockelgehäuses Abstützung zwischen den PCBs und dem Sockel bereitgestellt ist. Es ist deshalb eine feste Befestigung des ebenen Leiters vorgesehen, die Kräften standhalten kann, die durch Vibrationen der Stromversorgung beim Gebrauch entstehen.
Die Ansicht von 9 zeigt eine Transformatorkernwanne 250, die durch eine Vertiefung im Sockelgehäuse 221 gebildet wird. Wie die Wanne 150 des vorangehenden Ausführungsbeispiels besitzt die Wanne 250 eine geeignete Größe, um einen Planartransformatorkern aufzunehmen, der unter dem ebenen PCB hervorsteht und diesen an seinem Platz hält. Wie zuvor sind verschieden geformte Wannen auch möglich, um alternative Planartransformatorkerne aufzunehmen. Die obere Befestigungsfläche 228 wird durch zwei Schultern der Wanne 250 definiert, welche auf gegenüberliegenden Seiten der rechteckigen Form der Wanne positioniert sind und es dem ebenen PCB ermöglichen, nahe dem Planartransformatorkern gestützt zu werden.
Wie 9 zeigt, sind im Transformatorkernwannenboden 250 Abflusslöcher 252 vorgesehen, und in der oberen Befestigungsfläche 228 können weitere, sich nahe der oberen Clips 240 nahe der Ecken des Sockelgehäuses 221 befindende Abflusslöcher 254 vorgesehen sein. Diese weiteren Abflusslöcher 254 ermöglichen es Flüssigkeiten, von der oberen Befestigungsfläche 228 abzufließen und verhindern, dass Tropfen einer Flüssigkeit zwischen der oberen Befestigungsfläche 228 und dem Planartransformatorträgermaterial 110 gefangen werden.
Verformbare Vorsprünge bzw. Opfervorsprünge 260 können optional auf der oberen Befestigungsfläche 228 vorgesehen sein. Die Opfervorsprünge 260 können aus demselben Material wie das Sockelgehäuse 221 hergestellt sein und bestehen aus keilförmigen Vorsprüngen, die sich von der oberen Befestigungsfläche 228 nach oben erstrecken und sich nach oben hin verjüngen. Wie in den 10 und 11 gezeigt ist, müssen sich die Vorsprünge 260 nur über einen kleinen Abstand über die obere Befestigungsfläche 228 hinaus erstrecken und können nahe der oberen Clips 240 vorgesehen sein. So sind beispielsweise Opfervorsprünge 260 benachbart zu jedem der Sekundärlöcher 254 vorgesehen, die wiederum benachbart zu jedem der oberen Clips 240 vorgesehen sind. Die Opfervorsprünge 260 sind derart ausgebildet, dass sie zusammengedrückt werden, wenn ein ebener PCB in den Sockel 220 geklemmt wird, was bewirkt, dass der ebene PCB nach oben gegen die oberen Clips 240 gedrückt wird, wodurch sichergestellt wird, dass der ebene PCB vom Sockel fest gegriffen wird. Sie ermöglichen es auch dem Sockel 220, ebene PCBs unterschiedlicher Dicken zu stützen, was erforderlich sein kann, wenn es während dem PCB-Herstellvorgang Schwankungen innerhalb der festgelegten Toleranz bezüglich der PCB-Dicken gibt. Obwohl dies in den Figuren nicht gezeigt ist, ist es auch möglich, Opfervorsprünge auf der (den) unteren Befestigungsfläche(n) 232 vorzusehen, die bewirken, dass eine enge Passung zwischen dem Haupt-PCB und den unteren Clips 242 sichergestellt ist.
11 zeigt einen oberen Clip 240 detaillierter. Obwohl die nachfolgenden Erläuterungen sich auf einen oberen Clip 240 beziehen, haben die unteren Clips 242 eine im Wesentlichen gleiche Form wie die oberen Clips 240 und funktionieren in entsprechender Weise. Der Clip besteht aus einem sich von der oberen Befestigungsfläche 228 des Sockels 220 weg erstreckenden Vorsprung 243, an dem der Kopf 244 des Clips verbunden ist. Der ebene PCB (bzgl. der oberen Befestigungsclips) oder das Haupt-PCB (bzgl. der unteren Befestigungsclips) kontaktiert bei richtiger Positionierung in Bezug auf den Sockel 220 (siehe beispielsweise 6) den Vorsprung 243 in ähnlicher Weise wie die Seitenwände 130. Der Kopf 244 des Clips umfasst eine Lippe 245, die, wenn der ebene PCB in den Sockel eingesetzt ist, sich teilweise über die Oberfläche des ebenen PCBs erstreckt. Die untere Oberfläche der Lippe erstreckt sich in einer zur oberen Befestigungsfläche 228 im Wesentlichen parallelen Richtung. Der Kopf 244 des Clips umfasst auch eine abgewinkelte bzw. abgeschrägte Oberfläche 246, um das Einsetzen des PCBs in die Clips zu erleichtern. Wenn daher ein PCB nach unten in Richtung der oberen Befestigungsfläche 228 in den Clip hineingedrückt wird, wird durch die abgewinkelte Oberfläche 246 der Clip geringfügig nach außen, im Wesentlichen in Richtung des Pfeils 247 und weg vom PCB, gedrückt. Der Vorsprung 243 biegt sich, um dies geschehen zu lassen. Dies ermöglicht es dem PCB, gegen die entsprechende Befestigungsfläche positioniert zu werden, woraufhin der Clip in seine Position zurückfedert, wobei die Lippe 245 den PCB überlappt und den PCB sicher am Platz hält. In 12 sind auch optionale Sekundärabflusslöcher 254 und optionale Opfervorsprünge 260 gezeigt. Die in der Figur gezeigten Clips sind als identisch mit denjenigen zu verstehen, die im zweiten Ausführungsbeispiel in 6 bis 8 verwendetet sind, wo diese optionalen Merkmale nicht als beinhaltet gezeigt sind.
Eine Druckkraft wird durch den Clip auf den PCB in einer zur Ebene des PCBs orthogonalen Richtung ausgeübt, die den PCB gegen seine entsprechende obere oder untere Befestigungsfläche hält. Dies kann erreicht werden, indem der Abstand zwischen der oberen Befestigungsfläche 228 und der Lippe 245 gleich oder geringfügig kleiner gestaltet wird als die Dicke des PCBs. Des Weiteren werden die seitlichen Positionen der Clips auf dem Sockel derart gewählt, dass wenn die Clips in ihre Positionen zurückfedern, durch die Clips auch eine Druckkraft in einer zur Ebene des PCBs parallelen Richtung vorgesehen wird. Der PCB wird somit gegen eine Seitenbefestigungsfläche 130 und/oder einen weiteren Clip gedrückt, je nachdem welche dieser Merkmale vorhanden sind. Durch das Platzieren von Clips auf unterschiedlichen Kanten des Sockelgehäuses können seitliche Druckkräfte in unterschiedlichen Richtungen auf den PCB ausgeübt werden. Der ebene PCB wird deshalb mittels oberer Clips 240 sicher am Sockel gehalten, und der Sockel wird mittels unterer Clips 242 sicher am Haupt-PCB gehalten, auch wenn die Stifte 122, 222 nicht durch Löten an den PCBs befestigt sind. Die oberen Clips 240 und die unteren Clips 242 ermöglichen es deshalb dem Sockel 220 und den PCBs, während dem Lötvorgang fest in einer zueinander unbeweglichen Position gehalten zu werden, und bieten auch Schutz vor Vibrationen, wenn die Vorrichtung in Gebrauch ist.
12 zeigt eine vergrößerte Ansicht der Transformatorkernwanne 250 von oben gesehen. Abflusslöcher 252 sind an gegenüberliegenden Enden der Wanne vorgesehen. Die Abflusslöcher 252 besitzen eine ausreichende Größe, um es Flüssigkeit zu ermöglichen, von der Transformatorkernwanne 250 abzufließen, ohne die Eigenschaften des Sockels 220 betreffend mechanische Festigkeit oder elektrische Isolierung zu beeinträchtigen. Die Anzahl der Abflusslöcher, ihre Formen und Größen und die Lage der Abflusslöcher (des Abflusslochs) innerhalb der Wanne kann in anderen Ausführungsbeispielen wie vorstehend erläutert variieren.
Geeignete Materialien zur Herstellung des Sockels der vorstehend dargelegten Ausführungsbeispiele sind Kunststoffe, und insbesondere Kunststoffe, die den hohen Temperaturen standhalten können, die bei einem automatisierten Lötverfahren erforderlich sind. Ein derartiges Lötverfahren, beispielsweise ein Aufschmelzlötverfahren, wird ein Wärmeprofil haben, dem der Sockel, Platinen und elektrische Komponenten während der Herstellung ausgesetzt sind. Der Kunststoff sollte deshalb der Höchsttemperatur des Wärmeprofils ohne Verformung standhalten können, um sicherzustellen, dass der Planartransformator und Sockel in Bezug auf den Haupt-PCB während dem Löten sicher fixiert sind. Der Kunststoff sollte auch eine Mindestdicke besitzen, beispielsweise 0,4 mm, um den einschlägigen Isolationsanforderungen der Industrienormen, beispielsweise der Industrienorm EN/UL60950, zu entsprechen. Andere elektrisch isolierende Materialien, die nicht notwendigerweise Kunststoffe sein müssen, können auch verwendet werden, vorausgesetzt, dass sie den hohen Temperaturen, die bei einem Lötverfahren benötigt werden, standhalten können und zugleich ausreichend Halt gegen Vibrationen bieten.
Nach unserer Einschätzung kann daher eine verbesserte bauliche Abstützung einer Planartransformatorspule während dem Herstellverfahren einer Hauptplatine und verbesserter Schutz vor Vibrationen während dem Gebrauch durch die Verwendung des Sockels der vorliegenden Erfindung erzielt werden. Der Sockel entspricht auch etablierten Industrienormen in Bezug auf elektrische Isolierung der Komponenten.
Verschiedene Abänderungen der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele sind möglich und werden Fachleuten einfallen, ohne vom Schutzumfang der Erfindung, der durch die nachfolgenden Ansprüche definiert wird, abzuweichen. Insbesondere ist klarzustellen, dass Merkmale, die in Bezug auf ein einziges Ausführungsbeispiel beschrieben sind, in anderen Ausführungsbeispielen vorhanden sein können. Des Weiteren sind andere Arten von Transformatoren, wie beispielsweise eingebettete Magnetkerntransformatoren auch möglich, obwohl ein Planartransformator in den beigefügten Ausführungsbeispielen beschrieben worden ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

Normenwerk-Richtlinie EN/UL60950 [0004]
EN/UL60950 [0091]

Claims

Eine elektronische Vorrichtung umfassend: einen Sockel umfassend ein isolierendes Sockelgehäuse mit einer oberen Montagefläche und einer unteren Montagefläche; ein erstes, an der oberen Montagefläche montiertes Trägermaterial, wobei das erste Trägermaterial einen einen Kern, elektrische Eingangswicklungen und elektrische Ausgangswicklungen aufweisenden Transformator umfasst, wobei die elektrischen Eingangswicklungen und die elektrischen Ausgangswicklungen isoliert sind; ein zweites, an der unteren Montagefläche montiertes Trägermaterial, wobei das zweite Trägermaterial umfasst: eine Eingangsschaltung umfassend eine oder mehrere elektrische Komponenten, die mit den elektrischen Eingangswicklungen in Verbindung stehen; eine Ausgangsschaltung umfassend eine oder mehrere elektrische Komponenten, die mit den elektrischen Ausgangswicklungen in Verbindung stehen; einen ersten, durch das isolierende Sockelgehäuse, das erste Trägermaterial und das zweite Trägermaterial hindurch vorgesehener Verbinder, der die Eingangsschaltung mit den elektrischen Eingangswicklungen verbindet; einen zweiten, durch das isolierende Sockelgehäuse, das erste Trägermaterial und das zweite Trägermaterial hindurch vorgesehener Verbinder, der die Ausgangsschaltung mit den Ausgangswicklungen verbindet; wobei das zweite Trägermaterial einen ersten Isolationsspalt zwischen der Eingangsschaltung und der Ausgangsschaltung aufweist; wobei das erste Trägermaterial einen zweiten Isolationsspalt zwischen dem Kern und dem ersten Verbinder und zwischen dem Kern und dem zweiten Verbinder aufweist; und wobei das isolierende Sockelgehäuse eine Isolationsbarriere zwischen dem Kern und der Eingangsschaltung, und zwischen dem Kern und der Ausgangsschaltung aufweist.
Die elektronische Vorrichtung nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend: einen ersten Hohlraum in dem isolierenden Sockelgehäuse, in dem zumindest ein Teil des Kerns aufgenommen ist.
Die elektronische Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, des Weiteren umfassend: einen zweiten Hohlraum in dem isolierenden Sockelgehäuse auf der dem ersten Hohlraum gegenüberliegenden Seite, in welchem die elektrischen Komponenten der Eingangs- und Ausgangsschaltung aufgenommen sind.
Die elektronische Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Isolationsbarriere eine Oberfläche der Oberseite und eine Oberfläche der Unterseite umfasst, die eine Seitenwand der ersten und zweiten Hohlräume definieren.
Die elektronische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Sockel eine oder mehrere obere Seitenwände umfasst, die sich von der oberen Montagefläche her erstrecken.
Die elektronische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Hohlraum ein oder mehrere Abflusslöcher umfasst.
Die elektronische Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei mindestens eine Wand des Hohlraums geneigt ist, um Flüssigkeit zu dem mindestens einen Abflussloch zu leiten.
Die elektronische Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, des Weiteren umfassend eine untere Seitenwand, die sich vom isolierenden Sockelgehäuse zum zweiten Trägermaterial erstreckt.
Die elektronische Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die untere Seitenwand das Abflussloch einkapselt.
Die elektronische Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, wobei die untere Oberfläche der unteren Seitenwand mit einer unteren Montagefläche des isolierenden Sockelgehäuses koplanar ist.
Die elektronische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jeder der ersten und zweiten Verbinder umfasst: eine Vielzahl von an das isolierende Sockelgehäuse gefügten Stiften, die dazu ausgelegt sind, mit entsprechenden Löchern in den ersten und/oder zweiten Trägermaterialien in Eingriff zu sein.
Die elektronische Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Stifte derart vorgesehen sind, dass sie durch Löten an das erste und/oder zweite Trägermaterial befestigt werden.
Die elektronische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein oder mehrere Clips mit dem isolierenden Sockelgehäuse verbunden sind, wobei die Clips ausgelegt sind, mit dem ersten und/oder zweiten Trägermaterial in Eingriff zu sein.
Die elektronische Vorrichtung nach Anspruch 13, die des Weiteren mindestens einen Opfervorsprung umfasst, der sich von der oberen Montagefläche und/oder der unteren Montagefläche erstreckt und dazu ausgelegt ist, eine Kraft auf das erste und/oder zweite Trägermaterial auszuüben, um das Trägermaterial gegen den mindestens einen Clip zu halten.
Die elektronische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Sockel eine oder mehrere weitere untere Montageflächen umfasst, wobei jede weitere untere Montagefläche mit der unteren Montagefläche koplanar ist.
Die elektronische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung in der oberen Montagefläche vorgesehene Sekundärlöcher umfasst.
Die elektronische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Sockel aus einem warmfesten Kunststoff hergestellt ist.
Die elektronische Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei der warmfeste Kunststoff geeignet ist, dem Wärmeprofil eines Aufschmelzlötvorgangs standzuhalten.
Die elektronische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Dicke des Materials, aus dem der Sockel gebaut ist, im Wesentlichen gleich 0,4 mm ist.
Die elektronische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wände und Oberflächen des Sockels zueinander orthogonal sind, so dass der Sockel ein im Wesentlichen quadratisches oder rechteckiges Profil hat.
Ein Verfahren zum Montieren eines Planartransformators mit einer Nebenplatine an einer Hauptplatine, umfassend: In-Eingriff-Bringen des Planartransformators mit dem Sockel nach einem der vorhergehenden Ansprüche; Montieren des Planartransformators an einer Hauptplatine unter Verwendung des Sockels, durch: Befestigen der Nebenplatine an der oberen Montagefläche des Sockels, und Befestigen der mindestens einen unteren Montagefläche des Sockels an der Hauptplatine.
Das Verfahren nach Anspruch 21, umfassend das Montieren des Sockels mit befestigtem Planartransformator und Haupt-PCB an einem Motherboard.