DE102020209543A1 - Printed circuit board with a ferromagnetic layer - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Leiterplatte, insbesondere eine Multilayer-Leiterplatte. Die Leiterplatte weist wenigstens zwei elektrisch isolierende Schichten, und wenigstens eine elektrisch leitfähige Schicht auf. Die Leiterplatte weist wenigstens eine Induktionsspule auf, die durch die elektrisch leitfähige Schicht der Leiterplatte gebildet ist. Erfindungsgemäß weist die Leiterplatte wenigstens eine ferromagnetische Schicht auf, wobei die ferromagnetische Schicht zwischen wenigstens zwei Schichten, insbesondere elektrisch isolierenden Schichten, der Leiterplatte eingeschlossen ist. Die Leiterplatte weist ein elektrisch leitfähiges Via auf, welches durch die Leiterplatte hindurchgeführt ist. Das Via umfasst ein elektrisch leitfähiges Element, wobei ein Anschluss der Induktionsspule mit einer in einer dazu parallelen Ebene der Leiterplatte geführten elektrisch leitfähigen Schicht mittels des Via elektrisch verbunden ist. Bevorzugt durchsetzt das Via die ferromagnetische Schicht. Die Leiterplatte weist ein elektrisch isolierendes Element auf, wobei die ferromagnetische Schicht von dem elektrisch leitfähigen Element des Via mittels des elektrisch isolierenden Elements elektrisch isoliert ist.

Figure DE102020209543A1_0000
The invention relates to a printed circuit board, in particular a multilayer printed circuit board. The circuit board has at least two electrically insulating layers and at least one electrically conductive layer. The printed circuit board has at least one induction coil, which is formed by the electrically conductive layer of the printed circuit board. According to the invention, the printed circuit board has at least one ferromagnetic layer, the ferromagnetic layer being enclosed between at least two layers, in particular electrically insulating layers, of the printed circuit board. The printed circuit board has an electrically conductive via, which is led through the printed circuit board. The via includes an electrically conductive element, with a connection of the induction coil being electrically connected to an electrically conductive layer that is routed in a parallel plane of the printed circuit board by means of the via. The via preferably penetrates the ferromagnetic layer. The printed circuit board has an electrically isolating element, the ferromagnetic layer being electrically isolated from the electrically conductive element of the via by means of the electrically isolating element.
Figure DE102020209543A1_0000

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft eine Leiterplatte, insbesondere eine Multilayer-Leiterplatte. Die Leiterplatte weist wenigstens zwei elektrisch isolierende Schichten, und wenigstens eine elektrisch leitfähige Schicht auf. Die Leiterplatte weist wenigstens eine Induktionsspule auf, die durch die elektrisch leitfähige Schicht der Leiterplatte gebildet ist.The invention relates to a printed circuit board, in particular a multilayer printed circuit board. The circuit board has at least two electrically insulating layers and at least one electrically conductive layer. The printed circuit board has at least one induction coil, which is formed by the electrically conductive layer of the printed circuit board.

Aus der DE 10 2009 046 183 A1 ist ein Mehrschicht-Substrat mit einer ersten Wicklung eines magnetischen Bauelements, die in einer ersten Metallisierungsschicht ausgebildet ist, und einer elektrisch isolierenden Schicht bekannt, wobei das Mehrschicht-Substrat ein Polymer umfasst, welches eine ferromagnetische Komponente aufweist, und auf einer Oberfläche des Mehrschicht-Substrats oberhalb der ersten Wicklung aufgebracht ist.From the DE 10 2009 046 183 A1 is a multi-layer substrate with a first winding of a magnetic component, which is formed in a first metallization layer, and an electrically insulating layer is known, wherein the multi-layer substrate comprises a polymer which has a ferromagnetic component, and on a surface of the multi-layer Substrate is applied above the first winding.

Aus der US 6 603 080 B2 ist ein Schaltungsträger bekannt, welcher ausgebildet ist, elektromagnetische Interferenzen zu unterdrücken. Der Schaltungsträger weist eine elektrisch leitfähige Schicht, und eine elektrisch isolierende Schicht auf, welche eine Ferrit-Schicht zwischeneinander einschließen, wobei die Ferrit-Schicht Ferritpulver aufweist.From the U.S. 6,603,080 B2 a circuit carrier is known which is designed to suppress electromagnetic interference. The circuit carrier has an electrically conductive layer and an electrically insulating layer, which enclose a ferrite layer between one another, the ferrite layer having ferrite powder.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention

Erfindungsgemäß weist die Leiterplatte wenigstens eine ferromagnetische Schicht auf, wobei die ferromagnetische Schicht zwischen wenigstens zwei Schichten, insbesondere elektrisch isolierenden Schichten, der Leiterplatte eingeschlossen ist. Die Leiterplatte weist ein elektrisch leitfähiges Via auf, welches durch die Leiterplatte hindurchgeführt ist. Das Via umfasst ein elektrisch leitfähiges Element, wobei ein Anschluss der Induktionsspule mit einer in einer dazu parallelen Ebene der Leiterplatte geführten elektrisch leitfähigen Schicht mittels des Via elektrisch verbunden ist. Bevorzugt durchsetzt das Via die ferromagnetische Schicht. Die Leiterplatte weist ein elektrisch isolierendes Element auf, wobei die ferromagnetische Schicht von dem elektrisch leitfähigen Element des Via mittels des elektrisch isolierenden Elements elektrisch isoliert ist.According to the invention, the printed circuit board has at least one ferromagnetic layer, the ferromagnetic layer being enclosed between at least two layers, in particular electrically insulating layers, of the printed circuit board. The printed circuit board has an electrically conductive via, which is led through the printed circuit board. The via includes an electrically conductive element, with a connection of the induction coil being electrically connected to an electrically conductive layer that is routed in a parallel plane of the printed circuit board by means of the via. The via preferably penetrates the ferromagnetic layer. The printed circuit board has an electrically isolating element, the ferromagnetic layer being electrically isolated from the electrically conductive element of the via by means of the electrically isolating element.

Vorteilhaft kann eine solche Leiterplatte mit einer ferromagnetischen Schicht aufwandsgünstig bereitgestellt werden. Vorteilhaft kann nämlich das Via in dem elektrisch isolierenden Element erzeugt werden, welches in einer durchgehenden Bohrung in der Leiterplatte ausgebildet ist.Advantageously, such a printed circuit board with a ferromagnetic layer can be provided in a cost-effective manner. This is because the via can advantageously be produced in the electrically insulating element, which is formed in a through hole in the printed circuit board.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Spule in zueinander verschiedenen Ebenen gebildet, und weist jeweils durch eine elektrisch leitfähige Schicht ausgebildete Spulenwindungen auf. Die in zueinander verschiedenen Ebenen ausgebildeten Spulenwindungen der Induktionsspule sind mittels wenigstens eines Via elektrisch miteinander verbunden. Vorteilhaft kann die Induktionsspule so kompakt im Inneren eines Schaltungsträgers ausgebildet sein. An den Außenflächen des Schaltungsträgers können so elektronische Bauelemente angeordnet sein. Weiter vorteilhaft kann die Induktionsspule so Spulenwindungen mit jeweils demselben Windungsdurchmesser aufweisen.In a preferred embodiment, the coil is formed in mutually different planes and has coil turns formed by an electrically conductive layer. The coil windings of the induction coil, which are formed in mutually different planes, are electrically connected to one another by means of at least one via. Advantageously, the induction coil can be made compact inside a circuit carrier. Electronic components can thus be arranged on the outer surfaces of the circuit carrier. In a further advantageous manner, the induction coil can thus have coil windings with the same winding diameter in each case.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Induktionsspule durch eine elektrisch leitfähige Schicht der Leiterplatte gebildet, deren Windungen - anders als zuvor beschrieben - jeweils in derselben Ebene verlaufen. Bevorzugt kann die Spule so spiralförmig - insbesondere als archimedische Spirale - ausgebildet sein. Die Windungen der Induktionsspule weisen dazu einen Windungsradius auf, der von Windung zu Windung radial nach innen verkleinert ist.In a preferred embodiment, the induction coil is formed by an electrically conductive layer of the printed circuit board, the turns of which--unlike described above--each run in the same plane. The coil can preferably be designed in the form of a spiral, in particular as an Archimedean spiral. For this purpose, the windings of the induction coil have a winding radius which is reduced radially inwards from turn to turn.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Via-Element eine elektrisch leitfähige Hülse auf. Die elektrisch leitfähige Hülse kann beispielsweise mit Lotmittel gefüllt sein. Die elektrisch leitfähige Hülse ist beispielsweise galvanisch in dem isolierenden Element erzeugt.In a preferred embodiment, the via element has an electrically conductive sleeve. The electrically conductive sleeve can be filled with solder, for example. The electrically conductive sleeve is generated, for example, galvanically in the insulating element.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das elektrisch isolierende Element entlang einer vollen Dickenerstreckung der Leiterplatte ausgebildet. Das elektrisch isolierende Element kann so beispielsweise als Kunststoffkörper in die Leiterplatte, insbesondere eine Bohrung oder einen Durchbruch in der Leiterplatte, eingepresst werden. Das elektrisch isolierende Element kann in einer anderen Ausführungsform in Form eines pastösen Harzes in den Durchbruch eingerakelt werden, und anschließend ausgehärtet werden. Das elektrisch isolierende Element kann so vorteilhaft in einem Leiterplattenprozess aufwandsgünstig integriert werden.In a preferred embodiment, the electrically insulating element is formed along a full thickness extension of the printed circuit board. The electrically insulating element can thus be pressed into the printed circuit board, in particular a bore or an opening in the printed circuit board, for example as a plastic body. In another embodiment, the electrically insulating element can be doctored into the opening in the form of a pasty resin and then cured. The electrically insulating element can thus advantageously be integrated in a printed circuit board process at low cost.

In einer Variante der Leiterplatte kann das elektrisch isolierende Element die Leiterplatte entlang der vollen Dickenerstreckung, ausgenommen einen Lotstopp-Lack, durchsetzen.In a variant of the printed circuit board, the electrically insulating element can penetrate the printed circuit board along the entire extent of its thickness, with the exception of a solder resist.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Leiterplatte ist das Material des elektrisch isolierenden Elements von dem Material der elektrisch isolierenden Schicht verschieden. Beispielsweise ist das Material der elektrisch isolierenden Schicht aus faserverstärktem Epoxidharz gebildet. Das Material des elektrisch isolierenden Elements ist beispielsweise aus einem Thermoplast gebildet.In a preferred embodiment of the circuit board, the material of the electrically insulating element is different from the material of the electrically insulating layer. For example, the material of the electrically insulating layer is made of fiber-reinforced epoxy resin. The material of the electrically insulating element is formed from a thermoplastic, for example.

In einer anderen vorteilhaften Ausführungsform ist das elektrisch isolierende Element durch einen insbesondere faserverstärkten Kunststoff, insbesondere Epoxidharz, gebildet. Das elektrisch isolierende Element kann in dieser Ausführungsform aus demselben Kunststoff gebildet sein, wie die elektrisch isolierende Schicht.In another advantageous embodiment, the electrically insulating element is formed by a particularly fiber-reinforced plastic, particularly epoxy resin. In this embodiment, the electrically insulating element can be formed from the same plastic as the electrically insulating layer.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Leiterplatte zwei Induktionsspulen auf, welche angeordnet und ausgebildet sind, elektromagnetisch miteinander wirkverbunden zu sein. Die Leiterplatte weist in dieser Ausführungsform einen Transformator auf, welcher vorteilhaft in der Leiterplatte integriert ist.In a preferred embodiment, the printed circuit board has two induction coils, which are arranged and designed to be operatively connected to one another electromagnetically. In this embodiment, the printed circuit board has a transformer which is advantageously integrated in the printed circuit board.

Bevorzugt sind die zwei Induktionsspulen einander gegenüberliegend angeordnet, sodass Feldlinien einer Erregerspule der zwei Induktionsspulen eine Empfängerspule der zwei Induktionsspulen durchtreten können. Vorteilhaft kann so eine platzsparende Kopplung der zwei Induktionsspulen gebildet sein.The two induction coils are preferably arranged opposite one another, so that field lines of an exciter coil of the two induction coils can pass through a receiver coil of the two induction coils. In this way, a space-saving coupling of the two induction coils can advantageously be formed.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Induktionsspulen jeweils als innenliegende elektrisch leitfähige Schicht in der Leiterplatte ausgebildet. Vorteilhaft kann der Transformator so platzsparend in der Leiterplatte integriert sein, sodass die äußeren Oberflächen der Leiterplatte mit elektronischen Bauelementen, insbesondere SMD-Bauelementen (SMD = Surface-Mouted-Device), bestückt sein können.In a preferred embodiment, the induction coils are each formed as an internal electrically conductive layer in the printed circuit board. Advantageously, the transformer can be integrated into the printed circuit board in a space-saving manner, so that the outer surfaces of the printed circuit board can be equipped with electronic components, in particular SMD components (SMD=Surface-Mouted Device).

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Verbinden einer durch eine elektrisch leitfähige Schicht gebildeten Spule an eine Leiterplatte. Bei dem Verfahren wird ein Durchbruch in der Leiterplatte erzeugt, der eine in der Leiterplatte ausgebildete ferromagnetische Schicht durchsetzt. In einem weiteren Schritt wird der Durchbruch mit insbesondere faserverstärktem Kunststoff verfüllt. Bevorzugt wird der Kunststoff in den Durchbruch eingerakelt. In einem weiteren Schritt wird in dem so erzeugten Kunststoff-Inlay, das den Durchbruch ausfüllt, ein elektrisch leitfähiges Via erzeugt, das gegenüber der ferromagnetischen Schicht isoliert ist.The invention also relates to a method for connecting a coil formed by an electrically conductive layer to a printed circuit board. In the method, a breakthrough is produced in the printed circuit board, which penetrates a ferromagnetic layer formed in the printed circuit board. In a further step, the opening is filled with, in particular, fiber-reinforced plastic. The plastic is preferably scraped into the opening. In a further step, an electrically conductive via, which is insulated from the ferromagnetic layer, is created in the plastic inlay produced in this way, which fills the opening.

Bevorzugt verbindet das Via einen Anschluss der Spule mit einer äußeren Umverdrahtungsebene der Leiterplatte. Bevorzugt ist der Anschluss der Spule mittels des elektrisch leitfähigen Via mit einem Spulentreiber, oder einem Empfänger verbunden. Vorteilhaft kann so ein platzsparender Aufbau gebildet sein.The via preferably connects a connection of the coil to an outer rewiring level of the printed circuit board. The connection of the coil is preferably connected to a coil driver or a receiver by means of the electrically conductive via. A space-saving structure can advantageously be formed in this way.

Die Erfindung wird nun im Folgenden anhand von Figuren und weiteren Ausführungsbeispielen beschrieben. Weitere vorteilhafte Ausführungsvarianten ergeben sich aus einer Kombination der in den Figuren und in den abhängigen Ansprüchen und in den Figuren beschriebenen Merkmale.

  • 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Verfahren zum Erzeugen einer Leiterplatte, bei dem ein elektrisch isoliertes Via in einem Durchbruch in der Leiterplatte ausgebildet wird, in der als Innenlage eine ferromagnetisch ausgebildete Schicht eingebettet ist;
  • 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Multilayer-Leiterplatte, in der ein Transformator als innenliegendes elektronisches Bauelement in Schichtform in der Multilayer-Leiterplatte ausgebildet ist.
The invention is now described below with reference to figures and further exemplary embodiments. Further advantageous embodiment variants result from a combination of the features described in the figures and in the dependent claims and in the figures.
  • 1 shows an exemplary embodiment of a method for producing a printed circuit board, in which an electrically insulated via is formed in an opening in the printed circuit board, in which a ferromagnetic layer is embedded as the inner layer;
  • 2 shows an embodiment of a multilayer printed circuit board in which a transformer is formed as an internal electronic component in layered form in the multilayer printed circuit board.

1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Verfahren zum Erzeugen einer Leiterplatte 1. Die Leiterplatte 1 weist in diesem Ausführungsbeispiel zwei elektrisch isolierende Schichten 2 und 52 auf, welche eine ferromagnetische Schicht 3 - insbesondere nach Art eines Sandwichs - zwischeneinander einschließen. Der in 1 gezeigte Schichtstapel, umfassend die zwei elektrisch isolierenden Schichten 2 und 52, und die dazwischen eingeschlossene ferromagnetische Schicht 3 kann in einem Verfahrensschritt 10 durch Laminieren erzeugt werden. Die elektrisch isolierenden Schichten sind beispielsweise durch faserverstärkte Epoxidharz-Schichten, auch Prepreg-Schichten genannt, gebildet. Die ferromagnetische Schicht 3 ist beispielsweise durch eine partikelgefüllte Kunststoffschicht gebildet, wobei die Partikel durch ferromagnetische Partikel, insbesondere Mangan-Ferrit-Partikel, gebildet sind. 1 1 shows an exemplary embodiment of a method for producing a printed circuit board 1. In this exemplary embodiment, the printed circuit board 1 has two electrically insulating layers 2 and 52, which enclose a ferromagnetic layer 3—in particular in the manner of a sandwich—between one another. the inside 1 The layer stack shown, comprising the two electrically insulating layers 2 and 52 and the ferromagnetic layer 3 enclosed between them, can be produced in a method step 10 by lamination. The electrically insulating layers are formed, for example, by fiber-reinforced epoxy resin layers, also called prepreg layers. The ferromagnetic layer 3 is formed, for example, by a particle-filled plastic layer, the particles being formed by ferromagnetic particles, in particular manganese ferrite particles.

1 zeigt auch einen Schritt 11 zum Erzeugen eines isolierten Via-Durchbruchs, in dem ein Durchbruch 4 in der Leiterplatte erzeugt wird, und somit eine gebohrte, oder gestanzte, oder gefräste Leiterplatte 1' erzeugt wird. Der Durchbruch 4 weist in diesem Ausführungsbeispiel eine Durchbruch-Breite 7 auf, und ist beispielsweise als zylindrische Bohrung gebildet. Der Durchbruch 4 erstreckt sich durch die ferromagnetische Schicht 3', und die elektrisch isolierenden Schichten 2' und 52'. 1 12 also shows a step 11 for producing an isolated via opening, in which an opening 4 is produced in the printed circuit board, and thus a drilled, or punched, or milled printed circuit board 1' is produced. In this exemplary embodiment, the opening 4 has an opening width 7 and is formed, for example, as a cylindrical bore. The opening 4 extends through the ferromagnetic layer 3' and the electrically insulating layers 2' and 52'.

In einem Verfahrensschritt 12 wird der Durchbruch 4 mittels eines Rakels 6 mit einer Kunststoffmasse 5 gefüllt. Die Kunststoffmasse 5 füllt den Durchbruch 4 in diesem Ausführungsbeispiel vollständig aus. Nach einem Aushärten der Kunststoffmasse 5, beispielsweise mittels eines radikalischen Vernetzungsmittels, oder mittels UV-Strahlen, kann die im Schritt 12 mit der Kunststoffmasse 5 gefüllte Leiterplatte 1" im Schritt 13 mit einem weiteren Durchbruch 9 versehen werden. Der Durchbruch 9 wird dazu in dem in Schritt 12 erzeugten Kunststoff-Inlay 5 erzeugt. Das Kunststoff-Inlay 5 bildet in diesem Ausführungsbeispiel das zuvor genannte elektrisch isolierende Element.In a method step 12 the opening 4 is filled with a plastic compound 5 by means of a doctor blade 6 . The plastic compound 5 completely fills the opening 4 in this exemplary embodiment. After the plastic compound 5 has hardened, for example by means of a radical crosslinking agent or by means of UV rays, the circuit board 1" filled with the plastic compound 5 in step 12 can be provided with a further opening 9 in step 13. The opening 9 is made for this purpose in the plastic inlay 5 produced in step 12. In this exemplary embodiment, the plastic inlay 5 forms the aforementioned electrically insulating element.

Der in Schritt 13 erzeugte Durchbruch 9, welcher in diesem Ausführungsbeispiel als zylindrische Bohrung ausgebildet ist, weist einen Durchmesser 8 auf. Der Durchmesser 8 des in dem Kunststoff-Inlay 5 erzeugten Durchbruchs 9 ist kleiner ausgebildet, als der Durchmesser 7 des Kunststoff-Inlays 5. Auf diese Weise verbleibt in der Leiterplatte 1''' - insbesondere bei einer zentrischen Anordnung des Durchbruchs 9 in dem Kunststoff-Inlay 5 - eine elektrisch isolierende Hülse, welche den Durchbruch 9 gegenüber der ferromagnetischen Schicht 3' isoliert.The opening 9 produced in step 13, which in this exemplary embodiment is designed as a cylindrical bore, has a diameter 8. The diameter 8 of the opening 9 produced in the plastic inlay 5 is smaller than the diameter 7 of the plastic inlay 5. In this way, the circuit board 1''' remains in the plastic, particularly if the opening 9 is arranged centrally -Inlay 5 - an electrically insulating sleeve which insulates the opening 9 from the ferromagnetic layer 3'.

In einem Verfahrensschritt 14 kann dann der in Schritt 13 erzeugte Durchbruch 9 in dem Kunststoff-Inlay 5 metallisiert werden, sodass ein elektrisch leitfähiges Via erzeugt ist, welches zwei zueinander entgegengesetzte Außenseiten der Leiterplatte 1 elektrisch miteinander verbindet. Die Leiterplatte 1'''' ist in Schritt 14 - insbesondere durch Laminieren - mit zwei elektrisch leitfähigen Schichten 15 und 16 versehen worden, welche jeweils mit den elektrisch isolierenden Schichten 2 beziehungsweise 52 verbunden worden sind. Die elektrisch leitfähigen Schichten 15 und 16 erstrecken sich an zueinander entgegengesetzten Seiten der Leiterplatte 1''''. Der Via-Durchbruch 9 ist in diesem Ausführungsbeispiel - insbesondere mittels Galvanisieren - mit einer elektrisch leitfähigen Schicht ausgekleidet worden, welche eine elektrisch leitfähige Hülse 17 bildet. Die elektrisch leitfähigen Schichten 15 und 16 sind mittels der elektrisch leitfähigen Hülse 17 in dem Durchbruch elektrisch miteinander verbunden. Die elektrisch leitfähige Hülse 17 ist durch das Kunststoff-Inlay 5' von der ferromagnetischen Schicht 3' elektrisch isoliert.In a method step 14, the opening 9 produced in step 13 in the plastic inlay 5 can then be metalized, so that an electrically conductive via is produced, which electrically connects two opposite outer sides of the printed circuit board 1 to one another. In step 14--in particular by lamination--the circuit board 1'''' has been provided with two electrically conductive layers 15 and 16, which have each been connected to the electrically insulating layers 2 and 52, respectively. The electrically conductive layers 15 and 16 extend on opposite sides of the printed circuit board 1''''. In this exemplary embodiment, the via opening 9 has been lined with an electrically conductive layer, in particular by means of electroplating, which forms an electrically conductive sleeve 17 . The electrically conductive layers 15 and 16 are electrically connected to one another by means of the electrically conductive sleeve 17 in the opening. The electrically conductive sleeve 17 is electrically insulated from the ferromagnetic layer 3' by the plastic inlay 5'.

In diesem Ausführungsbeispiel ist der Durchbruch 9 - insbesondere zu einer Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit - mit einem Lotmittel 18, insbesondere einem Reflow-prozessfähigen Lotmittel, gefüllt.In this exemplary embodiment, the opening 9 is filled with a solder 18, in particular a reflow-processable solder, in particular to improve the electrical conductivity.

Der in dem Schritt 14 erzeugte, elektrisch leitfähige Via-Durchbruch kann vorteilhaft in Standard-Leiterplattenfertigungsprozesse integriert werden. Solche Standardprozesse umfassen beispielsweise das Aufeinanderlaminieren von elektrisch leitfähigen und elektrisch isolierenden Schichten, sowie das Bohren der so laminierten Schichten und das Galvanisieren von Durchbrüchen zum Erzeugen von elektrisch leitfähigen Via-Durchbrüchen in der Leiterplatte.The electrically conductive via opening produced in step 14 can advantageously be integrated into standard printed circuit board production processes. Such standard processes include, for example, the laminating of electrically conductive and electrically insulating layers on top of one another, and the drilling of the layers laminated in this way and the electroplating of openings to produce electrically conductive via openings in the printed circuit board.

2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Leiterplatte 20, welche als Multilayer-Leiterplatte ausgebildet ist. In der Multilayer-Leiterplatte 20 ist ein innenliegender Transformator gebildet, wobei die Leiterplatte 20 zur elektromagnetischen Kopplung der Primär- und der Sekundärspule wenigstens eine, oder wie in diesem Ausführungsbeispiel gezeigt, zwei ferromagnetische Schichten 24 und 26 aufweist, mittels deren das die Spulen koppelnde Magnetfeld verstärkt werden kann. 2 shows an embodiment of a printed circuit board 20, which is designed as a multilayer printed circuit board. An internal transformer is formed in the multilayer printed circuit board 20, the printed circuit board 20 having at least one, or as shown in this exemplary embodiment, two ferromagnetic layers 24 and 26 for electromagnetic coupling of the primary and secondary coils, by means of which the magnetic field coupling the coils can be reinforced.

Die Leiterplatte 20 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel zwei Teilleiterplatten 21 und 22, welche mittels einer elektrisch isolierenden Schicht 54, insbesondere Prepreg-Schicht, beispielsweise faserverstärkte Epoxidharz-Schicht, miteinander verbunden sind, und die elektrisch isolierende Schicht 54 zwischeneinander einschließen.In this exemplary embodiment, the printed circuit board 20 comprises two sub-printed circuit boards 21 and 22, which are connected to one another by means of an electrically insulating layer 54, in particular a prepreg layer, for example a fiber-reinforced epoxy resin layer, and enclose the electrically insulating layer 54 between one another.

Die Teilleiterplatten 21 und 22 sind beispielsweise mittels des in 1 dargestellten Verfahrens erzeugt, und weisen jeweils zwei elektrisch leitfähige Via-Durchbrüche auf. Die Teilleiterplatten 21 und 22 weisen jeweils eine innenliegende, zwischen elektrisch isolierenden Schichten - insbesondere nach Art eines Sandwich - eingeschlossene ferromagnetische Schicht 24 beziehungsweise 26 auf, welche jeweils gegenüber den elektrisch leitfähigen Via-Durchbrüchen elektrisch isoliert sind. Die Teilleiterplatte 21 weist in diesem Ausführungsbeispiel einen Via-Durchbruch 28 und einen Via-Durchbruch 27 auf, welche zueinander beabstandet angeordnet sind. Von den elektrisch isolierenden Schichten der Teilleiterplatten 21 und 22 ist die Schicht 23 der Teilleiterplatte 21 und die Schicht 25 der Teilleiterplatte 22 beispielhaft bezeichnet. Der Via-Durchbruch 28 ist mittels eines elektrisch isolierenden Kunststoff-Inlays 37 gegenüber der ferromagnetischen Schicht 24 isoliert, und der Via-Durchbruch 27 ist mittels eines elektrisch isolierenden Inlays 38 gegenüber der ferromagnetischen Schicht 24 isoliert. Der Via-Durchbruch 28 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel einen insbesondere galvanisch erzeugten elektrisch leitfähigen Metallkragen 51, der an die durch eine elektrisch leitfähige Schicht, insbesondere Leiterbahn gebildete Spulenwindung 34 anschließt und mit dieser elektrisch verbunden ist.The circuit boards 21 and 22 are, for example, by means of the in 1 produced method shown, and each have two electrically conductive via openings. The sub-circuit boards 21 and 22 each have an internal ferromagnetic layer 24 or 26 enclosed between electrically insulating layers—in particular in the manner of a sandwich—which are each electrically insulated from the electrically conductive via openings. In this exemplary embodiment, the sub-circuit board 21 has a via opening 28 and a via opening 27 which are arranged at a distance from one another. Of the electrically insulating layers of the circuit boards 21 and 22, the layer 23 of the circuit board 21 and the layer 25 of the circuit board 22 are designated as examples. Via opening 28 is insulated from ferromagnetic layer 24 by means of an electrically insulating plastic inlay 37 , and via opening 27 is insulated from ferromagnetic layer 24 by means of an electrically insulating inlay 38 . In this exemplary embodiment, the via opening 28 comprises an electrically conductive metal collar 51, in particular produced galvanically, which adjoins the coil winding 34 formed by an electrically conductive layer, in particular a conductor track, and is electrically connected to it.

Die Teilleiterplatte 21 weist eine durch eine elektrisch leitfähige Schicht gebildete, spiralförmige Primärspule auf, welche zwei Primärspulenwindungen 34 und 35 aufweist. Die Primärspulenwindung 34 bildet dabei eine äußere Windung, welche die innere Windung 35 umschließt. Ein elektrischer Anschluss 36 der innenliegenden Primärspulenwindung 35 ist mittels des elektrisch leitfähigen Via 27 zu einer zur Primärspule entgegengesetzten Seite der Teilleiterplatte 21 geführt. Die zur Primärspule entgegengesetzte Seite der Teilleiterplatte 21 bildet eine Bestückungsseite, welche mit elektronischen Bauelementen, in diesem Ausführungsbeispiel mit einem Treiberbaustein 31, bestückt ist. Der Treiberbaustein 31 ist in diesem Ausführungsbeispiel als SMD-Bauelement ausgebildet, und weist zwei elektrische Ausgangsanschlüsse 32 und 33 auf. Die Teilleiterplatte 21 weist zwei elektrisch leitfähige Schichten 29 und 30 auf, welche jeweils mit den Anschlüssen 32 beziehungsweise 33 verbunden sind. Die elektrisch leitfähige Schicht 29, welche eine Leiterbahn auf der Bestückungsseite der Teilleiterplatte 21 bildet, ist mittels des Via-Durchbruchs 27 mit dem Anschluss 36 der Primärspule verbunden. Die äußere Primärspulenwicklung 34 ist mittels des Via 28 mit der elektrisch leitfähigen Schicht 30 auf der Bestückungsseite, und somit mit dem weiteren elektrischen Ausgangsanschluss 33 des Treibers 31 verbunden. Der Treiber 31 kann so die Primärspule auf der entgegengesetzten Seite der Teilleiterplatte 21 zur Erzeugung eines elektromagnetischen Wechselfeldes bestromen.The sub-circuit board 21 has a spiral-shaped primary coil formed by an electrically conductive layer, which has two primary coil turns 34 and 35 . The primary coil turn 34 forms an outer turn which encloses the inner turn 35 . An electrical connection 36 of the internal primary coil turn 35 is routed by means of the electrically conductive via 27 to a side of the circuit board part 21 opposite the primary coil. The side of the sub-circuit board 21 opposite the primary coil forms a component side, which is fitted with electronic components, with a driver module 31 in this exemplary embodiment. In this exemplary embodiment, the driver module 31 is in the form of an SMD component and has two electrical output connections 32 and 33 . The partial circuit board 21 has two electrically conductive layers 29 and 30, which are each connected to the terminals sen 32 and 33 are connected. The electrically conductive layer 29, which forms a conductor track on the component side of the partial circuit board 21, is connected to the terminal 36 of the primary coil by means of the via opening 27. The outer primary coil winding 34 is connected to the electrically conductive layer 30 on the component side by means of the via 28 and is thus connected to the further electrical output connection 33 of the driver 31 . The driver 31 can thus energize the primary coil on the opposite side of the sub-circuit board 21 to generate an electromagnetic alternating field.

Die Teilleiterplatte 22 ist zur Teilleiterplatte 21 entsprechend gebildet, und weist eine Sekundärspule auf, welche durch eine elektrisch leitfähige Schicht der Teilleiterplatte 22 gebildet ist. Die Sekundärspule weist zu der Primärspule der Teilleiterplatte 21 entgegen. Die Sekundärspule umfasst zwei Spulenwindungen, nämlich eine äußere Spulenwindung 48, und eine von dieser umschlossene innere Spulenwindung 49. Ein elektrischer Anschluss 50 der inneren Spulenwindung 49 ist mittels eines elektrisch leitfähigen Via-Durchbruchs 39 mit einer Leiterbahn 44 auf der zur Sekundärspule entgegengesetzten Seite der Teilleiterplatte 22 verbunden. Die äußere Sekundärspulenwindung 48 ist mittels eines elektrisch leitfähigen Via 40 mit einer Leiterbahn 45 verbunden, welche auf der Bestückungsseite der Teilleiterplatte 22 mit der Teilleiterplatte 22 verbunden ist.The circuit board part 22 is formed correspondingly to the circuit board part 21 and has a secondary coil which is formed by an electrically conductive layer of the circuit board part 22 . The secondary coil faces the primary coil of the sub-circuit board 21 . The secondary coil comprises two coil turns, namely an outer coil turn 48 and an inner coil turn 49 surrounded by this. An electrical connection 50 of the inner coil turn 49 is connected to a conductor track 44 by means of an electrically conductive via opening 39 on the side of the circuit board part opposite to the secondary coil 22 connected. The outer secondary coil winding 48 is connected by means of an electrically conductive via 40 to a conductor track 45 which is connected to the circuit board part 22 on the component side of the circuit board part 22 .

Die Teilleiterplatte 22 weist in diesem Ausführungsbeispiel auf einer Bestückungsseite einen Empfänger 41 auf, welcher zwei Eingangsanschlüsse 42 und 43 aufweist, welche jeweils mittels der elektrisch leitfähigen Via-Verbindungen 39 und 40 mit der Sekundärspule eingangsseitig verbunden sind. Ein Eingangsanschluss 42 des Empfängers 41 ist mit der elektrisch leitfähigen Schicht 44, und somit mittels des Via 39, mit dem Anschluss 50 der inneren Sekundärspulenwindung verbunden. Ein weiterer Eingangsanschluss 43 des Empfängers 41 ist mittels der Leiterbahn 45, und so auch mittels des Via 40, mit der äußeren Sekundärspulenwindung 48 elektrisch verbunden.In this exemplary embodiment, the sub-circuit board 22 has a receiver 41 on one component side, which has two input connections 42 and 43 which are each connected to the secondary coil on the input side by means of the electrically conductive via connections 39 and 40 . An input terminal 42 of the receiver 41 is connected to the electrically conductive layer 44 and thus by means of the via 39 to the terminal 50 of the inner secondary coil turn. Another input terminal 43 of the receiver 41 is electrically connected to the outer secondary coil winding 48 by means of the conductor track 45 and thus also by means of the via 40 .

Die Via-Verbindung 40 ist mittels eines elektrisch isolierenden Kunststoff-Inlays 46 gegenüber der ferromagnetischen Schicht 26 isoliert, und das Inlay 39 ist mittels eines elektrisch isolierenden Kunststoff-Inlays 47 gegenüber der ferromagnetischen Schicht 26 isoliert.The via connection 40 is insulated from the ferromagnetic layer 26 by means of an electrically insulating plastic inlay 46 , and the inlay 39 is insulated from the ferromagnetic layer 26 by means of an electrically insulating plastic inlay 47 .

Die Primärspule und die Sekundärspule sind in diesem Ausführungsbeispiel jeweils als Spiralwindungs-Spulen, insbesondere archimedische Spiralwindungs-Spulen ausgebildet. Die Spulen des Transformators können in einer anderen Ausführungsform auch als Spulen ausgebildet sein, welche jeweils wenigstens zwei Spulenwindungen mit demselben Windungsdurchmesser gebildet sind, wobei unmittelbar aufeinanderfolgende Spulenwindungen derselben Spule mittels eines elektrisch leitfähigen Via miteinander verbunden sind. Zwischen den einzelnen Spulenwindungen, welche jeweils als elektrisch leitfähige Schicht, insbesondere Leiterbahn, ausgebildet sind, erstreckt sich bei dieser Ausführungsform eine elektrisch isolierende Schicht. Die Spule kann auf diese Weise als Multilayer-Spule in einer Multilayer-Leiterplatte ausgebildet sein.In this exemplary embodiment, the primary coil and the secondary coil are each designed as spiral winding coils, in particular Archimedean spiral winding coils. In another embodiment, the coils of the transformer can also be embodied as coils, each of which has at least two coil turns with the same winding diameter, with consecutive coil turns of the same coil being connected to one another by means of an electrically conductive via. In this embodiment, an electrically insulating layer extends between the individual coil turns, which are each formed as an electrically conductive layer, in particular a conductor track. In this way, the coil can be designed as a multilayer coil in a multilayer printed circuit board.

Die Primärspule und die Sekundärspule des in der Leiterplatte 20 innenliegend ausgebildeten Transformators schließen in diesem Ausführungsbeispiel die elektrisch isolierende Schicht 54 zwischeneinander ein. Die Primärspule und die Sekundärspule sind in diesem Ausführungsbeispiel jeweils ausgebildet, mittels eines elektromagnetischen Feldes 53 miteinander verkoppelt zu werden. Das elektromagnetische Feld 53 erstreckt sich in diesem Ausführungsbeispiel in der elektrisch isolierenden Schicht 54, wobei Feldlinien des Koppelfeldes quer, oder mit wenigstens einer Querkomponente, zur flachen Erstreckung der Leiterplatte 20 verlaufen, und so auch die ferromagnetischen Schichten 24 und 26 durchsetzen. Das elektromagnetische Feld 53 kann so mittels der ferromagnetischen Schichten 24 und 26 verstärkt werden.In this exemplary embodiment, the primary coil and the secondary coil of the transformer formed internally in the printed circuit board 20 enclose the electrically insulating layer 54 between one another. In this exemplary embodiment, the primary coil and the secondary coil are each designed to be coupled to one another by means of an electromagnetic field 53 . In this exemplary embodiment, the electromagnetic field 53 extends in the electrically insulating layer 54, with field lines of the coupling field running transversely, or with at least one transverse component, to the flat extension of the printed circuit board 20 and thus also penetrating the ferromagnetic layers 24 and 26. The electromagnetic field 53 can thus be strengthened by means of the ferromagnetic layers 24 and 26.

Vorteilhaft sind bei der Multilayer-Leiterplatte 20 sämtliche Komponenten des Transformators, insbesondere die Primärspule und die Sekundärspule, und auch die ferromagnetischen Schichten 24 und 26, welche feldverstärkend wirken, als innenliegende Schichten in der Multilayer-Leiterplatte 20 ausgebildet.All components of the transformer, in particular the primary coil and the secondary coil, and also the ferromagnetic layers 24 and 26, which have a field-reinforcing effect, are advantageously formed as internal layers in the multilayer circuit board 20 in the multilayer circuit board 20.

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • DE 102009046183 A1 [0002]DE 102009046183 A1 [0002]
  • US 6603080 B2 [0003]US 6603080 B2 [0003]

Claims (10)

Leiterplatte (1, 20), insbesondere Multilayer-Leiterplatte, mit wenigstens zwei elektrisch isolierenden Schichten (2, 52, 54) und wenigstens einer elektrisch leitfähigen Schicht (15, 16, 34, 48), wobei die Leiterplatte (1, 20) wenigstens eine Induktionsspule (34, 48) umfasst, die durch eine elektrisch leitfähige Schicht der Leiterplatte (1, 20) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (1, 20) wenigstens eine ferromagnetische Schicht (3, 24, 26) aufweist, wobei die ferromagnetische Schicht (3, 24, 26) als Innenschicht ausgebildet ist und zwischen wenigstens zwei Schichten (2, 52), insbesondere elektrisch isolierenden Schichten der Leiterplatte (1, 20) eingeschlossen ist, und durch die Leiterplatte (1, 20) ein elektrisch leitfähiges Via (17, 5) geführt ist, wobei das Via ein elektrisch leitfähiges Element (17, 18, 27, 28, 39, 40) umfasst, wobei ein Anschluss (36, 50) der Induktionsspule (34, 48) mit einer in einer dazu parallelen Ebene der Leiterplatte (1, 20) geführten elektrisch leitfähigen Schicht (15, 16) mittels des Via (17, 18, 27, 28, 39, 40) elektrisch verbunden ist, wobei das Via (17, 18, 27, 28, 39, 40) die ferromagnetische Schicht (3, 24, 26) durchsetzt und die Leiterplatte (1, 20) ein elektrisch isolierendes Element (5, 37, 38, 46, 47) auf, wobei die ferromagnetische Schicht (3, 24, 26) von dem elektrisch leitfähigen Element (17, 27, 28, 39, 40) des Via mittels des elektrisch isolierenden Elements (5, 37, 38, 46, 47) elektrisch isoliert ist.Printed circuit board (1, 20), in particular a multilayer printed circuit board, with at least two electrically insulating layers (2, 52, 54) and at least one electrically conductive layer (15, 16, 34, 48), the printed circuit board (1, 20) having at least an induction coil (34, 48) which is formed by an electrically conductive layer of the circuit board (1, 20), characterized in that the circuit board (1, 20) has at least one ferromagnetic layer (3, 24, 26), wherein the ferromagnetic layer (3, 24, 26) is designed as an inner layer and is enclosed between at least two layers (2, 52), in particular electrically insulating layers of the circuit board (1, 20), and through the circuit board (1, 20) an electrically conductive via (17, 5), the via comprising an electrically conductive element (17, 18, 27, 28, 39, 40), a connection (36, 50) of the induction coil (34, 48) having an in out a parallel plane of the circuit board (1, 20). en electrically conductive layer (15, 16) is electrically connected by means of the via (17, 18, 27, 28, 39, 40), the via (17, 18, 27, 28, 39, 40) connecting the ferromagnetic layer (3rd , 24, 26) and the printed circuit board (1, 20) has an electrically insulating element (5, 37, 38, 46, 47), the ferromagnetic layer (3, 24, 26) being separated from the electrically conductive element (17, 27, 28, 39, 40) of the via is electrically insulated by means of the electrically insulating element (5, 37, 38, 46, 47). Leiterplatte (1, 20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktionsspule (34, 48) in zueinander verschiedenen Ebenen und jeweils durch eine elektrisch leitfähige Schicht ausgebildete Spulenwindungen (34, 35, 48, 49) aufweist und in zueinander verschiedenen Ebenen ausgebildete Spulenwindungen der Induktionsspule mittels wenigstens eines Via (27, 28, 29, 40) elektrisch miteinander verbunden sind.Circuit board (1, 20) after claim 1 , characterized in that the induction coil (34, 48) has coil windings (34, 35, 48, 49) formed in mutually different planes and each formed by an electrically conductive layer and coil windings of the induction coil constructed in mutually different planes by means of at least one via (27 , 28, 29, 40) are electrically connected to each other. Leiterplatte (1, 20) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktionsspule (34, 48) durch eine elektrisch leitfähige Schicht der Leiterplatte gebildet ist, deren Windungen (34, 35, 48, 49) jeweils in derselben Ebene verlaufen.Circuit board (1, 20) after claim 1 or 2 , characterized in that the induction coil (34, 48) is formed by an electrically conductive layer of the printed circuit board, whose windings (34, 35, 48, 49) each run in the same plane. Leiterplatte (1, 20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Via (17, 18) eine elektrisch leitfähige Hülse (17) aufweist.Circuit board (1, 20) according to one of the preceding claims, characterized in that the via (17, 18) has an electrically conductive sleeve (17). Leiterplatte (1, 20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch isolierende Element (5, 37, 38, 46, 47) entlang einer vollen Dickenerstreckung der Leiterplatte (1, 20) ausgebildet ist.Printed circuit board (1, 20) according to any one of the preceding claims, characterized in that the electrically insulating element (5, 37, 38, 46, 47) is formed along a full thickness extension of the printed circuit board (1, 20). Leiterplatte (1, 20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des elektrisch isolierenden Elements (5, 37, 38, 46, 47) von dem Material der elektrisch isolierenden Schicht (2, 52, 23, 25) verschieden ist.Circuit board (1, 20) according to one of the preceding claims, characterized in that the material of the electrically insulating element (5, 37, 38, 46, 47) differs from the material of the electrically insulating layer (2, 52, 23, 25). is. Leiterplatte (1, 20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch isolierende Element (5, 37, 38, 46, 47) durch einen insbesondere faserverstärkten Kunststoff, insbesondere Epoxidharz gebildet ist.Printed circuit board (1, 20) according to one of the preceding claims, characterized in that the electrically insulating element (5, 37, 38, 46, 47) is formed by a particularly fiber-reinforced plastic, particularly epoxy resin. Leiterplatte (1, 20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (1, 20) einen Transformator mit zwei Induktionsspulen (34, 48) aufweist, welche angeordnet und ausgebildet sind, elektromagnetisch miteinander wirkverbunden zu sein.Printed circuit board (1, 20) according to one of the preceding claims, characterized in that the printed circuit board (1, 20) has a transformer with two induction coils (34, 48) which are arranged and designed to be electromagnetically operatively connected to one another. Leiterplatte nach Anspruch8, bei der die Induktionsspulen (34, 48) jeweils als innenliegende elektrisch leitfähige Schicht in der Leiterplatte (1, 20) ausgebildet sind.Printed circuit board according to Claim 8, in which the induction coils (34, 48) are each formed as an internal electrically conductive layer in the printed circuit board (1, 20). Verfahren zum Verbinden einer durch eine elektrisch leitfähige Schicht gebildete Spule an einer Leiterplatte, wobei die Induktionsspule (34, 48) bei dem ein Durchbruch (4) in der Leiterplatte (1, 20) erzeugt wird, der eine in der Leiterplatte (1, 20) ausgebildete ferromagnetische Schicht (3, 24, 26) durchsetzt, und der Durchbruch (4) mit insbesondere faserverstärktem Kunststoff (5) verfüllt wird, und in dem so erzeugten Kunststoff-Inlay (5) ein elektrisch leitfähiges Via (17, 18) erzeugt wird, das gegenüber der ferromagnetischen Schicht (5) isoliert ist und einen Anschluss der Induktionsspule (36, 50) mit einer äußeren Umverdrahtungsebene der Leiterplatte (1, 20) verbindet.Method for connecting a coil formed by an electrically conductive layer to a printed circuit board, wherein the induction coil (34, 48) produces an opening (4) in the printed circuit board (1, 20) which penetrates a ferromagnetic layer (3, 24, 26) formed in the printed circuit board (1, 20), and the opening (4) is filled with, in particular, fiber-reinforced plastic (5), and an electrically conductive via (17, 18) is produced in the plastic inlay (5) produced in this way, which is insulated from the ferromagnetic layer (5) and connects a connection of the induction coil (36, 50) to an outer rewiring level of the printed circuit board ( 1, 20) connects.
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