-
Stand der Technik
-
Die Erfindung betrifft einen Schaltungsträger, insbesondere eine Multilayer-Leiterplatte. Der Schaltungsträger weist wenigstens zwei elektrisch isolierende Schichten, und wenigstens eine elektrisch leitfähige Schicht auf. Der Schaltungsträger weist auch wenigstens eine Induktionsspule auf, wobei die Induktionsspule durch wenigstens eine oder nur eine elektrisch leitfähige Schicht der Leiterplatte gebildet ist. Die Leiterplatte weist wenigstens eine ferromagnetische, insbesondere magnetfeldverstärkende und/oder zum Führen von Magnetfeldlinien ausgebildete Schicht auf, wobei die ferromagnetische Schicht ausgebildet und angeordnet ist, ein von der Spule erzeugtes Magnetfeld im Inneren des Schaltungsträgers zu führen. Die Spule weist eine von den Spulenwindungen umwundene Zentralachse auf.
-
Aus der
DE 10 2020 209 543 A1 der Anmelderin ist eine Leiterplatte mit einer ferromagnetischen Schicht bekannt, wobei die ferromagnetische Schicht mittels eines elektrisch leitfähigen Via, elektrisch isoliert von dieser, durchsetzt ist.
-
Aus der
WO 2020 229 975 A1 ist ein Magnetschild bekannt, bei dem eine Vielzahl an magnetisch permeablen Partikeln, bei dem die Partikel in derselben Richtung ausgerichtet sind.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Erfindungsgemäß weist bei dem Schaltungsträger der eingangs genannten Art, die ferromagnetisch ausgebildete Schicht ferromagnetische Partikel auf, wobei die Partikel in einem Zentrumsbereichs eines Eintritts des Magnetfeldes, im Bereich der Zentralachse, mit wenigstens einer Richtungskomponente stärker in Richtung der Zentralachse ausgerichtet sind, als in einem daran angrenzenden, von der Zentralachse radial beabstandeten Übergangsbereich.
-
Vorteilhaft kann so ein Bogenabschnitt innerhalb der ferromagnetischen Schicht gebildet sein, entlang dem die ferromagnetischen Partikel in ihrer Ausrichtung folgen, und so entlang des Bogenabschnitts ausgerichtet sind. Vorteilhaft kann das von der Spule erzeugte Magnetfeld so entlang eines Bogens, und auf diese Weise entlang einer Kurve in der ferromagnetischen Schicht geführt werden, wodurch Feldverluste verringert sein können.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Partikel in einem von der Zentralachse beabstandeten, äußeren Austrittsbereich in der ferromagnetischen Schicht, - insbesondere im Bereich eines Spulenrandes der Spule -, mit wenigstens einer Richtungskomponente, nur einer insbesondere räumlichen Richtungskomponente, wenigstens oder nur zwei Richtungskomponenten, oder drei insbesondere räumlichen Richtungskomponenten stärker quer zur flachen Erstreckung des Schaltungsträgers ausgerichtet, als in einem daran angrenzenden, von der Zentralachse radial beabstandeten Übergangsbereich. Die zwei oder drei Richtungskomponenten sind bevorzugt orthogonal zueinander ausgerichtet.
-
Vorteilhaft können die Partikel so sowohl im Eintrittsbereich des Magnetfeldes, als auch im Austrittsbereich des Magnetfeldes, das Magnetfeld entlang eines Kurvenbogens führen. Dadurch werden vorteilhaft Feldverluste, verursacht durch eine insbesondere rechtwinklige Feldlinienführung, vermieden.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Austrittsbereich wenigstens teilweise, oder vollständig ringförmig ausgebildet. Vorteilhaft kann so das Magnetfeld einer Ringspule im Austrittsbereich entlang des Ringes geführt werden.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform des Schaltungsträgers ist der Zentralbereich kreisförmig ausgebildet. Vorteilhaft kann der Zentralbereich so an eine ringförmige, insbesondere kreisringförmige oder spiralförmige Spule angepasst sein.
-
Die Spule ist bevorzugt eine Ringspule, insbesondere Kreisringspule, oder eine Spule mit rechteckförmigen, oder quadratischen, in einer Ebene gebildeten Windungen. Vorteilhaft kann die Spule so aufwandsgünstig, sich flach erstreckend, in dem Schaltungsträger im Inneren gebildet sein.
-
Bevorzugt ist bei der Spule mit der Kreisringform, oder der Spiralform, der Eintrittsbereich, und der Austrittsbereich entsprechend der Spulenform, ringförmig, insbesondere kreisringförmig, ausgebildet.
-
Im Falle einer Rechteckspule sind der Eintrittsbereich und der Austrittsbereich ringförmig, insbesondere rechteck-ringförmig ausgebildet. Vorteilhaft kann so die Ausrichtung der Partikel in der ferromagnetischen Schicht an die Geometrie der Spule - insbesondere an das Feld der Spule orientiert - angepasst sein.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Partikel im Übergangsbereich in Richtung der flachen Erstreckung des Schaltungsträgers ausgerichtet. Vorteilhaft kann das Magnetfeld so in der Ebene des Schaltungsträgers, und bevorzugt im Inneren des Schaltungsträgers geführt werden.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform des Schaltungsträgers sind die Partikel im Eintrittsbereich, und/oder im Austrittsbereich, wobei der Eintrittsbereich, beziehungsweise der Austrittsbereich zu dem Übergangsbereich benachbart angeordnet ist, zwischen 30 Grad und 60 Grad, zur flachen Erstreckung des Schaltungsträgers ausgerichtet. Vorteilhaft kann das Magnetfeld so entlang der abgewinkelten Partikel mit einer weichen Kurve aus dem feldverstärkenden, sich flach erstreckenden Bereich der ferromagnetischen Schicht eingeführt oder herausgeführt werden.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform des Schaltungsträgers weist die ferromagnetische Schicht ein elektrisch isolierendes Matrixmaterial auf. Die Partikel sind weiter bevorzugt in dem Matrixmaterial voneinander elektrisch isoliert eingebettet. Die Partikel, insbesondere die Partikel, können so hinreichend voneinander beabstandet sein, dass sich zwischen zueinander benachbarten, insbesondere unmittelbar einander benachbarten Partikeln, das Matrixmaterial befindet. Vorteilhaft kann so in der ferromagnetischen Schicht eine Ausbildung von Wirbelströmen in dem ferromagnetischen Material verhindert werden.
-
Bevorzugt ist das Matrixmaterial ein insbesondere elektrisch isolierender Kunststoff, beispielsweise Polyimid, Polyester, Polyurethan, Polyethylen, Polypropylen, Polybutylenterephthalat, oder Polyamid, Polyether, Polycarbonat, Polysulphon, Polyphenylen-oxide, Polyacrylat, Polymethacrylat, Polyolefin, Polystyrol oder Styrol-Copolymer, Vinyl-Polymer, oder ein Harz, insbesondere Epoxidharz. Vorteilhaft kann so aufwandsgünstig eine laminierfähige Schicht mit eingebetteten ferromagnetischen Partikeln in dem Schaltungsträger ausgebildet sein.
-
Bevorzugt können die ferromagnetischen Partikel jeweils mit einer Kunststoffschicht oder Lackschicht umhüllt sein, und so in dem Matrixmaterial - insbesondere einem von der Kunststoffschicht oder Lackschicht verschiedenen Material - eingebettet sein. Vorteilhaft kann so auch bei einer Berührung der Partikel im Matrixmaterial kein Wirbelstrom über mehrere zueinander benachbarte Partikel fließen.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform des Schaltungsträgers beträgt der Anteil der Partikel, insbesondere Ferritpartikel, 90 Prozent, wobei der Rest der ferromagnetischen Schicht durch das Matrixmaterial gebildet ist. Vorteilhaft kann so eine hohe Feldverstärkung durch die ferromagnetische Schicht gebildet werden. Die Ferritpartikel sind beispielsweise Mangan-Zink-Ferritpartikel oder Nickel-Zink-Ferritpartikel oder Eisenpartikel.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Spule eine Flachspule, die sich in der Ebene des Schaltungsträgers erstreckt. Vorteilhaft kann die Spule so in dem Schaltungsträger, insbesondere als eine Innenschicht des Schaltungsträgers, zwischen weiteren Schichten des Schaltungsträgers eingebettet sein. Die Flachspule ist beispielsweise eine spiralförmige Flachspule, welche sich in nur einer Ebene des Schaltungsträgers erstreckt, oder eine zylinderförmige Spule, bei der die Spulenwindungen, oder wenigstens zwei aufeinanderfolgende Spulenwindungen, sich in entlang der Dickenerstreckung des Schaltungsträgers zueinander benachbarten, und so übereinander angeordneten elektrisch leitfähigen Schichten erstrecken. Die elektrische Verbindung zwischen den Spulenwindungen kann beispielsweise durch elektrisch leitfähige Via-Verbindungen gebildet sein.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform des Schaltungsträgers weist der Schaltungsträger zwei Spulen auf, welche gemeinsam einen Transformator ausbilden. Weiter bevorzugt ist die räumliche Ausrichtung der Partikel derart bogenförmig gebildet, dass die Magnetfeldlinien der Spulen innerhalb des Schaltungsträgers in einem geschlossenen Magnetkreis geführt werden können. Vorteilhaft kann so ein Schaltungsträger mit einem Transformator gebildet sein, wobei sowohl die Spulen in dem Schaltungsträger aufgenommen sind, als auch das von den Spulen erzeugte Magnetfeld im Inneren des Schaltungsträgers verlustarm geführt werden kann.
-
Die Erfindung betrifft auch einen Inverter, wobei der Inverter den Schaltungsträger mit den zwei Spulen umfasst, und wenigstens eine Leistungsendstufe, welche ausgebildet ist, eine der zwei Spulen, insbesondere eine Primärspule der zwei Spulen, mit einem Wechselstrom zu bestromen. Vorteilhaft kann so innerhalb des Schaltungsträgers ein Energiewandler gebildet sein, welcher ausgebildet ist, eine Spannung eines Hochvolt-Bordnetzes, insbesondere eine Spannung zwischen 800 und 1000 Volt, zu einer Spannung eines Niedervolt-Bordnetzes, insbesondere zwischen zwölf Volt und 48 Volt, zu transformieren.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform des Schaltungsträgers ist die ferromagnetische Schicht als eine Innenschicht ausgebildet, wobei die Innenschicht zwischen wenigstens zwei äußeren Schichten, insbesondere elektrisch isolierenden Schichten des Schaltungsträgers, eingeschlossen ist. Vorteilhaft kann so im Inneren des Schaltungsträgers der Transformator gebildet sein, und weitere elektronische Bauelemente, insbesondere Halbleiterbauelemente, Widerstände oder Kondensatoren, mit dem Schaltungsträger auf nach außen weisenden Schichten, insbesondere Umverdrahtungsschichten, elektrisch verbunden, insbesondere verlötet sein. Auf diese Weise kann der Schaltungsträger eine elektronische Schaltungsanordnung ausbilden, welche einen Transformator im Inneren des Schaltungsträgers ausgebildet, aufweist.
-
Der Schaltungsträger ist bevorzugt eine Leiterplatte, insbesondere Prepreg-Leiterplatte, beispielsweise eine FR4-Leiterplatte. Die Leiterplatte weist insbesondere faserverstärkte Epoxidharzschichten als elektrisch isolierende Schichten und Kupfer- oder Aluminiumschichten als elektrisch leitfähige Schichten auf.
-
Der Schaltungsträger kann in einer anderen Ausführungsform als keramischer Schaltungsträger ausgebildet sein, welcher als elektrisch isolierende Schicht eine Keramikschicht, insbesondere Aluminiumoxidschicht, aufweist und als elektrisch leitfähige Schicht eine Kupferschicht aufweist.
-
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Erzeugen einer ferromagnetischen Schicht für einen Schaltungsträger, insbesondere eine Leiterplatte, gemäß der vorbeschriebenen Art.
-
Bei dem Verfahren werden ferromagnetische Partikel in ein Matrixmaterial, insbesondere Kunststoffmaterial, eingebettet und die Partikel werden in einem Magnetfeld ausgerichtet.
-
Bevorzugt wird bei dem Verfahren das Magnetfeld durch eine Spule erzeugt, deren Zentralachse quer zu einer flachen Erstreckung der Schicht verläuft, sodass die Partikel entlang eines Bogens insbesondere gekrümmt, durch ein in die Schicht eintretendes, und aus der Schicht wieder austretendes Magnetfeld ausgerichtet werden. Der Rundbogen, gebildet durch die Partikel, ist bevorzugt durch eine Mehrzahl von hintereinander angeordneten Partikeln, und/oder nebeneinander angeordneten Partikeln gebildet.
-
In einem bevorzugten Verfahrensschritt werden die Partikel durch Härten des Matrixmaterials in der Bogenform wenigstens im Eintrittsbereich der Magnetfeldlinien und/oder im Austrittsbereich der Magnetfeldlinien, in der Schicht, insbesondere dem Matrixmaterial, den Magnetfeldlinien folgend, fixiert.
-
Vorteilhaft kann so eine ferromagnetische Schicht erzeugt werden, welche eine Magnetfeldausrichtung der ferromagnetischen Partikel aufweist, die genau dem Spulenfeld der Spule entsprechen, die in dem Schaltungsträger eingebettet, mit der ferromagnetischen Schicht zusammenwirkt.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens entspricht die Größe und die Anordnung der Spulen in dem Transformator den Spulen, welche zum Erzeugen der ferromagnetischen Schicht die Partikel in der ferromagnetischen Schicht ausgerichtet haben. Vorteilhaft kann durch die Entsprechung der Spulen die Ausrichtung der Partikel in der ferromagnetischen Schicht den Feldlinien folgend, optimal gebildet sein.
-
Die Erfindung wird nun im Folgenden anhand von Figuren und weiteren Ausführungsbeispielen beschrieben. Weitere vorteilhafte Ausführungsvarianten ergeben sich aus einer Kombination der in den abhängigen Ansprüchen und in den Figuren beschriebenen Merkmale.
-
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für einen Schaltungsträger, der einen durch Flachspulen gebildeten Transformator aufweist, und ferromagnetische Schichten, die Spulen des Transformators zwischeneinander einschließen und ein von den Spulen erzeugtes Magnetfeld umlenken und in der ferromagnetischen Schicht führen können, so dass das Magnetfeld nach außen hin abgeschirmt ist;
-
2 zeigt die in 1 dargestellte ferromagnetische Schicht mit anisotrop in der Schicht ausgerichteten Partikeln in einer Aufsicht;
-
3 zeigt eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erzeugen einer ferromagnetischen Schicht für einen Schaltungsträger gemäß 1.
-
1 zeigt - schematisch - ein Ausführungsbeispiel für einen Schaltungsträger 1, welcher in diesem Ausführungsbeispiel durch eine Multilayer-Leiterplatte gebildet ist, in einer Schnittdarstellung. Der Schaltungsträger 1 weist elektrisch isolierende Schichten auf, und auch elektrisch leitfähige Schichten, von denen zwei elektrisch leitfähige Schichten im Inneren des Schaltungsträgers 1 jeweils eine Spule, insbesondere Transformatorspule, ausbilden.
-
Der Schaltungsträger 1 weist in diesem Ausführungsbeispiel zwei Schaltungsträgerteile 2 und 3 auf, welche jeweils einen Laminatverbund ausbilden. Die Schaltungsträgerteile 2 und 3 sind mittels einer Laminatschicht 18, insbesondere Prepreg-Schicht 18, miteinander entlang ihrer flachen Erstreckung flächig verbunden.
-
Auf diese Weise ist eine Multilayer-Leiterplatte gebildet, die im Inneren zwei Transformatorspulen aufweist.
-
Der Schaltungsträger 1 weist in diesem Ausführungsbeispiel im Inneren des Schaltungsträgerteils 2 eine Transformatorspule 5 auf, welche in diesem Ausführungsbeispiel als Flachspule, gebildet durch eine elektrisch leitfähige, insbesondere geätzte Schicht in dem Schichtverbund des Schaltungsträgerteils 2 ausgebildet ist. Die Flachspule 5 ist innerhalb einer elektrisch isolierenden Schicht 4 ausgebildet. Der Teilschaltungsträger 2 umfasst auch eine ferromagnetische Schicht 6 und eine elektrisch isolierende Schicht 14. Die ferromagnetische Schicht 6 ist - insbesondere nach Art eines Sandwichs - zwischen den elektrisch isolierenden Schichten 4 und 14 eingeschlossen. Die Spule 5 ist ausgebildet, ein Magnetfeld zu erzeugen, welches einer Ausrichtung der in der ferromagnetischen Schicht 6 eingeschlossenen ferromagnetischen Partikeln entspricht.
-
Die ferromagnetische Schicht 6 weist dazu ein Matrixmaterial 28 auf, in welchem die ferromagnetischen Partikel voneinander isoliert eingebettet sind.
-
Die ferromagnetischen Partikel, zuvor auch Partikel genannt, weisen in zueinander verschiedenen Radialbereichen, ausgehend von einer Zentralachse 25 des Schaltungsträgers 1, zueinander verschiedene räumliche Ausrichtungen auf, welchen so ein von der Spule 5 erzeugtes Magnetfeld folgen kann.
-
Von der Zentralachse 25 ausgehend, welche durch einen Zentralbereich 24 verläuft, sind die Partikel 9 von radial außen her kommend, zu der Zentralachse 25 hingerichtet bogenförmig ausgerichtet, sodass ein Magnetfeld, welches von der Spule 5 erzeugt, sich parallel zur Zentralachse 25 erstreckt, in dem Zentralbereich 24 trichterförmig in die flache Erstreckung des Schaltungsträgers 1, und so quer zur Zentralachse 25, umlenken lässt.
-
An den Zentralbereich 24, welcher sich in der flachen Erstreckung des Schaltungsträgers 1 kreisförmig erstreckt, und einen sich entlang eines Radialabschnitts 21 erstreckenden Radius aufweist, schließt radial nach außen ein ringförmiger Bereich 20 an, welcher einen Übergangsbereich bildet, in dem die Spulenwindungen der Spule 5, insbesondere Flachspule, angeordnet sind. Die ferromagnetischen Partikel 7 sind in diesem Übergangsbereich 20 eingebettet, und weisen eine überwiegend sich in der flachen Erstreckung des Schaltungsträgers 1, und so in der flachen Erstreckung der ferromagnetischen Schicht 6, und so quer zur Zentralachse gerichtete Ausrichtung aus.
-
Die ferromagnetischen Partikel 7 sind so in der flachen Erstreckung des Schaltungsträgers 1 von der Zentralachse 25 radial abweisend, insbesondere nach Art von Sonnenstrahlen, nach außen gerichtet.
-
An den Bereich 20 schließt radial nach außen ein ringförmig gebildeter Bereich 19 an, welcher einen zuvor genannten Austrittsbereich für die Magnetfeldlinien des von der Spule 5 erzeugten Magnetfeldes ausbildet. Die ferromagnetischen Partikel 8, welche in dem Bereich 19 in der ferromagnetischen Schicht 6 eingebettet sind, sind von dem Bereich 20 anschließend, in den Bereich 19 hinein, und so vom Übergangsbereich in den Austrittsbereich hinein, bogenförmig angeordnet, sodass Magnetfeldlinien, welche sich in dem Übergangsbereich 20 in der flachen Erstreckung des Schaltungsträgers 1 geführt erstrecken, entlang der Bogenform in Richtung der Zentralachse 25, und in diesem Ausführungsbeispiel radial von der Zentralachse 25 zu dieser parallel erstreckend umgelenkt werden können.
-
Der Schaltungsträgerteil 3 weist in diesem Ausführungsbeispiel eine in den Schaltungsträgerteil 3 eingebettete Spule 15 auf, welche eine Sekundärspule für den in dem Schaltungsträger 1 ausgebildeten Transformator bildet.
-
Der Schaltungsträgerteil 3 weist - wie der Schaltungsträgerteil 2 - zwei elektrisch isolierende Schichten auf, zwischen denen eine ferromagnetische Schicht 16 angeordnet ist. Die ferromagnetische Schicht 16 weist eine Vielzahl von in Matrixmaterial eingebettete ferromagnetische Partikel auf, welche derart angeordnet sind, dass das Magnetfeld, erzeugt von der Spule 5, welche sich parallel zur Zentralachse 25 in dem Schaltungsträger 1 erstreckt und diesen durchsetzt, in der ferromagnetischen Schicht im Bereich 19 in die ferromagnetische Schicht 16 hineintritt, und durch die bogenförmig angeordneten Partikel 13 so in die flache Erstreckung des Schaltungsträgers 1 zu dem Bereich 20 hin umgelenkt werden können.
-
In dem Übergangsbereich 20 sind die ferromagnetischen Partikel 12 derart ausgerichtet, dass die Feldlinien des Magnetfelds in der flachen Erstreckung des Schaltungsträgers geführt werden können.
-
Der Zentralbereich 24, insbesondere auf dem Radialabschnitt 21, kann einen zuvor genannten Zentrumsbereich eines Eintritts des Magnetfeldes ausbilden, in welchem die Partikel 11 derart ausgerichtet sind, dass von dem Übergangsbereich 20 in der flachen Erstreckung des Schaltungsträgers 1 geführte Magnetfeld in Richtung der Zentralachse 25, und so parallel zur Zentralachse 25 umzulenken.
-
Die ferromagnetische Schicht 16 des Teilschaltungsträgers 3 ist in diesem Ausführungsbeispiel zwischen eine elektrisch isolierende Schicht 17 und eine elektrisch isolierende Schicht 10 eingebettet.
-
Das Matrixmaterial 28 der ferromagnetischen Schicht 6, und auch der ferromagnetischen Schicht 16, ist in diesem Ausführungsbeispiel ein Kunststoff, beispielsweise Polyethylen, Polypropylen, Polybutylenterephthalat, oder Polyamid, oder ein Harz, insbesondere Epoxidharz.
-
Der Schaltungsträger 1 weist in diesem Ausführungsbeispiel eine an die elektrisch isolierende Schicht 14 angrenzende Umverdrahtungsschicht 22 und eine an die elektrisch isolierende Schicht 17 angrenzende Umverdrahtungsschicht 29 auf. Mit den elektrisch isolierenden Schichten sind jeweils elektronische Bauelemente verbunden, insbesondere verlötet. Ein Bauelement 27, insbesondere ein Mikroprozessor, ist beispielhaft bezeichnet.
-
Die elektrisch isolierende Schicht 4 weist beispielsweise eine Dickenerstreckung auf welche die Hälfte oder weniger als der Hälfte der Dickenerstreckung der äußeren elektrisch isolierenden Schicht 14 beträgt. Die Schichtdicke der ferromagnetischen Schicht 6 kann der Schichtdicke der äußeren elektrisch isolierenden Schicht entsprechen. Die Schichtdicke der ferromagnetischen Schicht beträgt beispielsweise zwischen 100 Mikrometer und 300 Mikrometer, oder 200 Mikrometer.
-
2 zeigt - schematisch - die ferromagnetische Schicht 6 des Schaltungsträgers 1 in einer Aufsicht. In 2 ist eine durch die Zentralachse 25 verlaufende Schnittlinie 26 dargestellt, welche einen Schnitt durch den in 1 dargestellten Schaltungsträger 1 repräsentiert, welchem die in 1 dargestellte Schnittdarstellung des Schaltungsträgers 1 entspricht.
-
Von der Zentralachse 25 ausgehend, erstreckt sich der Zentralbereich 24, in dem die ferromagnetischen Partikel derart ausgerichtet sind, dass Magnetfeldlinien, welche sich parallel zur Zentralachse 25 erstrecken, bogenförmig in die flache Erstreckung des Schaltungsträgers umgelenkt werden können. An den Zentralbereich 24, welcher einen Eintrittsbereich für die Magnetfeldlinien bildet, schließt radial nach außen der Bereich 20 an, welcher einen Übergangsbereich bildet, und welcher die Spulenwindungen der Flachspule, welche sich parallel zur ferromagnetischen Schicht 6 erstreckt - insbesondere in einer Projektion -, abdeckt.
-
An den Übergangsbereich schließt radial nach außen hin der Bereich 19 an, welcher einen Austrittsbereich für die Magnetfeldlinien aus der ferromagnetischen Schicht heraus und in den Schaltungsträger hinein, insbesondere ins Innere des Schaltungsträgers hinein, ausbildet. In dem Bereich 19 sind die ferromagnetischen Partikel 8 derart bogenförmig ausgerichtet, dass von dem Übergangsbereich, insbesondere dem Bereich 20, herkommende Magnetfeldlinien quer zur flachen Erstreckung des Schaltungsträgers, und so orthogonal zur Schaltungsträgerebene umgelenkt werden können, und so aus der ferromagnetischen Schicht 6 austretend, zur Zentralachse 25 parallel im Inneren des Schaltungsträgers 1 verlaufen können.
-
Die ferromagnetische Schicht weist in diesem Ausführungsbeispiel auch ein den insbesondere zylinderförmig ausgebildeten Bereich 19 umschließenden Umgebungsbereich 23 auf, in welchem eine Konzentration der ferromagnetischen Partikel kleiner ausgebildet ist, als in den von dem Umgebungsbereich 23 umschlossenen Bereichen, welche die Flachspule bedecken, und die Magnetfeldlinien führen können.
-
Der Umgebungsbereich 23 kann durch Ausstanzen und Einsetzen eines ferromagnetischen Materials in die Aussparung gebildet sein, oder die Partikel können während des Erzeugens der ferromagnetischen Schicht während eines Ausrichtvorgangs in dem noch viskosen ungehärteten Matrixmaterial, durch ein hinreichend starkes Magnetfeld in den Bereichen hoher magnetischer Feldstärke konzentriert werden, so dass der Umgebungsbereich eine kleinere Partikelkonzentration aufweist als die Bereiche 19, 20 und 24, in denen das Spulenmagnetfeld der Spule 5 geführt werden kann.
-
Die ferromagnetischen Partikel in den Bereichen 24, 19 und 20 weisen beispielsweise einen Volumenanteil von 90 Prozent in der ferromagnetischen Schicht auf, wobei ein Rest durch das Matrixmaterial gebildet ist. In dem Umgebungsbereich 23 weist die ferromagnetische Schicht 6 beispielsweise einen Partikelanteil von weniger als 50 Volumenprozent, weniger als 20 Volumenprozent, weniger als zehn Volumenprozent, oder keinen Anteil an magnetfeldverstärkenden Partikeln, zuvor auch ferromagnetische Partikel genannt, auf.
-
3 zeigt - schematisch - ein Ausführungsbeispiel für eine Vorrichtung 30 zum Erzeugen einer ferromagnetischen Schicht, insbesondere der ferromagnetischen Schicht 6 in 1.
-
Die Vorrichtung 30 weist einen Extruder 31 auf, welcher ausgebildet ist, ein Matrixmaterial, insbesondere ein thermoplastisches Polymer oder ein Harz, insbesondere Epoxidharz, mittels einer Matrixmaterialzufuhrvorrichtung 34 einer Schneckenmischvorrichtung des Extruders 31 zuzuführen.
-
Der Extruder 31 weist auch eine Zufuhrvorrichtung 33 auf, welche ausgebildet ist, ferromagnetische Partikel, insbesondere als Bestandteil eines Stoffgemisches, der Schneckenmischvorrichtung zuzuführen. Der Extruder 31 ist ausgebildet, die ferromagnetischen Partikel mit dem Matrixmaterial, in diesem Ausführungsbeispiel Epoxidharz, homogen zu durchmischen, und ausgangsseitig das Gemisch 35 auszugeben. Das Gemisch 35 weist in diesem Ausführungsbeispiel eine Platten- oder Strangform auf.
-
Die Vorrichtung 30 weist auch einen weiteren Extruder 32 auf, welcher das Stoffgemisch 35 empfangen kann, und dem Stoffgemisch einen Härter, insbesondere einen Radikalbildner, hinzumischen kann. Dazu weist der weitere Extruder 32 eine Härterzufuhrvorrichtung 36 auf.
-
Die Vorrichtung 30 weist auch einen Plattenformer 37 auf, welcher ausgebildet ist, aus dem von dem weiteren Extruder 32 erzeugten Stoffgemisch eine Plattenform zu erzeugen, und so einen plattenförmigen Strang ausgangsseitig auszugeben.
-
Die Vorrichtung 30 weist auch eine Magnetisiervorrichtung 45 auf, welche in diesem Ausführungsbeispiel - insbesondere nach Art eines Förderbandes - miteinander verkettete Magnetisierplatten 47 aufweist, welche durch Walzen 46 entlang einer Förderrichtung bewegt werden können.
-
Die Magnetisierplatten 47 sind ausgebildet, das von dem Plattenformer 37 geformte Stoffgemisch, umfassend das Matrixmaterial, mit den ferromagnetischen Partikeln, mittels eines ausreichend starken Magnetfeldes entsprechend der in 2 dargestellten Anordnung auszurichten.
-
Die Vorrichtung 30 weist auch eine Trennvorrichtung 38 auf, welche ausgebildet ist, von dem plattenförmigen Strang, ausgegeben von dem Plattenformer 37, einen Längsabschnitt abzutrennen.
-
Der so abgetrennte Längsabschnitt kann dann auf den Magnetisierplatten 47 - nach Art eines Förderbandes - geführt werden.
-
An einem Ort 39 kann das Magnetfeld, erzeugt durch die Magnetisierplatte 47, eingeschaltet werden, sodass der Längsabschnitt, welcher auf der Magnetisierplatte liegt, magnetisiert werden kann, um so das in 2 und in 1 dargestellte Ausrichtungsmuster der Partikel innerhalb des Matrixmaterials, und so innerhalb der ferromagnetischen Schicht zu erzeugen.
-
Die Vorrichtung 30 weist auch eine Pressvorrichtung 40 auf, welche ausgebildet ist, das plattenförmige Stoffgemisch zu verdichten, und/oder zu erwärmen, um so ein Aushärten des Matrixmaterials zu beschleunigen.
-
Vor dem Auswerfen oder Ausgeben des mittels der Magnetfeldplatten 47 magnetisierten Schichtabschnitts kann das Magnetfeld in einem Verfahrensschritt 41 nach erfolgter Partikelausrichtung ausgeschaltet werden.
-
Die Vorrichtung 30 weist auch eine Vereinzelungsvorrichtung 42 auf, welche die magnetisierten Plattenabschnitte, welche jeweils eine ferromagnetische Schicht mit einer Mehrzahl an - insbesondere in einer Matrix angeordneten - zylinderförmig magnetisierten Bereichen aufweisen, weiter vereinzeln kann, sodass eine so vereinzelte ferromagnetische Schicht das Magnetfeld einer Spule umlenken und beeinflussen kann.
-
Die Magnetisierplatten 47 können dazu eine Mehrzahl in einer Matrix angeordnete Spulen zum Magnetisieren zueinander benachbarter Bereiche in dem Plattenabschnitt aufweisen.
-
In einem weiteren Schritt 43 kann die so erzeugte ferromagnetische Schicht 6 mit faserverstärkten Epoxidharzschichten, insbesondere Prepreg-Schichten, zu einem Laminatverbund, insbesondere zu einem in 1 gezeigten Teilschaltungsträger verpresst werden.
-
Die Teilschaltungsträger können jeweils - wie in 1 gezeigt - zueinander verschieden dicke elektrisch isolierende Schichten aufweisen, die jeweils eine ferromagnetische Schicht zwischeneinander einschließen. Zusammengefügt können zwei teilschaltungsträger so eine achsensymmetrische Anordnung bilden, so dass ein aus zwei - insbesondere asymmetrisch ausgebildeten - Teilschaltungsträgern zusammengefügter Schaltungsträger nicht verkrümmen kann.
-
Die Vorrichtung 30 weist in diesem Ausführungsbeispiel auch eine Steuereinheit 44 auf, welche ausgebildet ist, den Magnetisiervorgang, und so das Ausrichten der ferromagnetischen Partikel in dem Matrixmaterial der auf den Magnetisierplatten 47 aufliegenden Schichtabschnitte zu steuern. Die Steuereinheit 44 ist ausgebildet, die Magnetisierplatten 47 einzuschalten oder auszuschalten, und ein Bewegen der Förderwalzen 46 zum Fortbewegen der Magnetisierplatten 47 zu steuern.
-
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 Patentliteratur
-
- DE 102020209543 A1 [0002]
- WO 2020229975 A1 [0003]