DE10334830A1

DE10334830A1 - Spule mit einem magnetischen Kern integriert in eine Leiterplatte

Info

Publication number: DE10334830A1
Application number: DE2003134830
Authority: DE
Inventors: Roger Vesterling
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2003-07-30
Filing date: 2003-07-30
Publication date: 2005-05-19

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Spule mit einem magnetischen Kern (9), wobei der magnetische Kern (9) in einer Leiterplatte (19 integriert ist und die Wicklung als Leiterbahnen (5, 3) oberhalb und unterhalb der Leiterplatte (1) ausgebildet sind und wobei die Leiterbahnen (5, 3) an entsprechenden Stellen (15) durchkontaktiert sind, um eine durchgehende Wicklung zu bilden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Spule mit einem magnetischen Kern integriert in eine Leiterplatte.
In der Fahrzeugtechnik werden seit geraumer Zeit Spulen mit einem magnetischen Kern als Ferritantenne verwendet. Beispielsweise als LF-Antenne für die Kommunikation mit einem ID-Geber, welcher von einer Bedienperson am Körper getragen wird. Über diesen ID-Geber wird drahtlos über eine Funkstrecke das passive Zugangssystem eines Fahrzeuges gesteuert. Weiterhin befinden sich in moderneren, komfortableren Fahrzeugen eine Reifendruck- und Temperaturüberwachung, wobei am Rad eine sogenannte Radeinheit angeordnet ist, welche ebenfalls mit dem Steuergerät des Fahrzeuges über eine LF-Strecke kommuniziert.

Herkömmliche Ferritantennen haben jedoch nachteiligerweise eine gewisse Bauhöhe, welche der Forderung nach möglichst geringem Platzbedarf, insbesondere in ID-Gebern und Radeinheiten, entgegensteht. Zudem besitzen herkömmliche Ferritantennen ein relativ hohes Gewicht und sind aufgrund ihres spröden Werkstoffes und ihrer exponierten Lage anfällig gegen mechanische Erschütterungen, so dass die Ferritantenne eines ID-Gebers durch mechanische Erschütterung, beispielsweise durch Herunterfallen, leicht beschädigt oder gar zerstört werden kann.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Spule mit einem magnetischen Kern zu schaffen, welche die vorstehenden Nachteile überwindet, insbesondere eine geringe Bauhöhe aufweist bzw. weniger Platz benötigt, ein ge ringeres Gewicht besitzt und gegenüber mechanischen Erschütterungen weniger anfällig ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Spule mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Durch die integrierte Bauweise in eine Leiterplatte, insbesondere eine herkömmliche Leiterplatte, wird der magnetische Kern von dem auch sonst vorhandenen Leiterplattenbasismaterial umschlossen, so dass dieser in seiner Lage besser fixiert ist, wodurch eine gleichbleibende Performance (Induktivität) der Spule gewährleistet ist. Zudem schützt das umgebende Leiterplattenbasismaterial den magnetischen Kern vor Beschädigungen durch mechanische Erschütterungen.

Zudem weist die erfindungsgemäße Spule durch das Integrieren des Kerns in das Basismaterial und der Ausbildung der Wicklung in Form von Leiterbahnen auf beiden Seiten der Leiterplatte eine äußerst geringe Bauhöhe auf, so dass eine solche Spule vorteilhafterweise auch in Anwendungen mit sehr geringem Raum eingesetzt werden kann.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung basiert der Kern überwiegend auf einer amorphen Kobaltbasis, bzw. einer nanokristallinen FE-Basis-Legierung mit sehr guten weichmagnetischen, elektrischen und mechanischen Eigenschaften, was nicht nur in einer weiteren Verbesserung der Performance der Spule auswirkt, sondern auch eine höhere Unempfindlichkeit gegenüber mechanischen Erschütterungen zur Folge hat.

Das isolierende Basismaterial der Leiterplatte, welches den magnetischen Kern zumindest an Ober- und Unterseite umgibt, kann hierbei – wie bei herkömmlichen Leiterplatten – aus starrem Material, insbesondere Kunstharz bestehen oder, in besonderer Ausführungsform, aus einem flexiblen Material, insbesondere Polymid, um gegen mechanische Erschütterungen einen noch besseren Schutz zu bieten.

Selbstverständlich kann die auf die vorstehende Art in eine Leiterplatte integrierte Spule, abgesehen von den für eine Wicklung notwendigen Leiterbahnen, auf einer oder beiden Seiten der Leiterplatte weitere Leiterbahnen bzw. Anschlusspunkte für elektrische Bauelemente (aktive wie passive), insbesondere Spulen, Widerstände oder Kondensatoren (beispielsweise im SMD-Verfahren) aufweisen.

Hierdurch kann auf einfache und kostengünstige Weise eine Schaltung, wie beispielsweise ein Schwingkreis, bestehend aus einer Antenne, mit einer erfindungsgemäßen Spule, einem Kondensator und weiteren Bauelementen zur Abstimmung des Schwingkreises realisiert werden.

Zudem können auf einer solchen Leiterplatte weitere Bauelemente, wie Verstärkerschaltung, Sensoren, etc. untergebracht werden, so dass vorteilhafterweise kleine Funkeinheiten, wie beispielsweise ID-Geber und Radeinheiten in der Fahrzeugtechnik, auf geringstem Raum realisiert werden können.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
1 eine schematische Ansicht bzw. Schnittansicht einer Leiterplatte mit einem integrierten magnetischen Kern und
2 eine schematische Draufsicht auf 1.
Wie in 1 als Querschnitt durch einen Teil einer Leiterplatte 1 dargestellt, befindet sich ein magnetischer Kern 9 innerhalb dieser Leiterplatte und ist hierbei von dem übrigen Basismaterial 7 zumindest an Ober- und Unterfläche umgeben.
Eine vordere und hintere Stirnfläche des Kerns 9 kann hierbei von außen zugänglich sein oder ebenfalls von dem Basismaterial 7 umgeben sein. Dieses Basismaterial 7 einer Leiterplatte 1 ist üblicherweise der isolierende Träger einer Leiterplatte, welcher nach der Erfindung aus starrem Kunstharz oder auch flexiblem Polymid bestehen kann. An Ober- und Unterseite dieses isolierenden Basismaterials 7 befindet sich eine obere Leiterbahnschicht 3 und eine untere Leiterbahnschicht 5.
In 1 sind diese Schichten der Einfachheit halber als durchgehende Kupferschichten dargestellt, wobei diese Schichten nach einem Herstellungsprozess, wie beispielsweise Ätzen, Tauchbad oder ähnlichem, die gewünschte Leiterbahnstrukturen aufweisen.
In 2 ist in einer schematischen Draufsicht dargestellt, wie eine solche Leiterbahnstruktur zur Realisierung einer Wicklung einer Spule nach der Erfindung aussehen kann.
Oberhalb des magnetischen Kerns 9, welcher beispielsweise einen rechteckigen Grundriss aufweist, befindet sich eine Leiterbahn 11, welche die ober- und unterhalb der Längsseiten des Grundrisses liegenden Anschlusspunkte 15 miteinander verbindet. Diese Anschlusspunkte liegen in bevorzugter Ausführungsform nahe am Rand des Kerns 9, so dass kein unnötiges Material aufgewendet wird und die erfindungsgemäße Spule möglichst gute elektrische Eigenschaften aufweist.
Wie aus 2 ersichtlich, werden über Anschlusspunkte 21 ein erster Anschlusspunkt 15' und ein letzter Anschlusspunkt 15'' nach außen elektrisch leitend verbunden. Diese Anschlusspunkte 15' und 15'' sind ebenso wie alle übrigen Anschlusspunkte 15 durchkontaktiert, d.h. sie bilden mit den Anschlusspunkten auf der Unterseite bzw. unteren Leiterbahnschicht 5 der Leiterplatte 1 eine durchgehende Verbindung.
Der Anschlusspunkt 15' an der oberen Leiterbahnschicht 3 ist demzufolge mit dem Anschlusspunkt an der entsprechenden Stelle auf der gegenüber liegenden Leiterbahnschicht 5 verbunden, wobei dieser Punkt auf der gegenüber liegenden Schicht 5, wie in 2 gestrichelt dargestellt mit dem auf der anderen Seite des Kerns 9 liegenden Anschlusspunkt verbunden ist.
Dieser Anschlusspunkt ist wiederum, wie alle anderen Anschlusspunkte, durchkontaktiert zu dem an entsprechender Stelle in der oberen Schicht 3 liegenden Anschlusspunkt, welcher wiederum auf der vorderen Seite 3 als durchgehende Linie gezeichnete Leiterbahnstrecke mit dem nächsten (in der Zeichnung schematisch leicht schräg gegenüber des Kerns 9) liegenden Anschlusspunkt 15 verbunden ist.
Die übrigen Anschlusspunkte sind jeweils auf der Vorder- bzw. oberen Schicht 3 und Rückseite bzw. unteren Schicht 5 in entsprechender Weise verbunden. Hierdurch entsteht, wie für einen Fachmann leicht ersichtlich, eine durchgehende Wicklung um den Kern 9, welche als Anfangspunkt den ersten Anschlusspunkt 15' und als Endpunkt den letzten Anschlusspunkt 15'' hat.
Wie in 2 schematisch dargestellt, kann die erfindungsgemäße Spule bzw. die Leiterbahn 11 zur Bildung der Wicklung weitere Anschlusspunkte, wie beispielsweise den Anschlusspunkt 13 für ein elektrisches Bauelement, wie beispielsweise einen Kondensator aufweisen, um einen Schwingkreis zu bilden.
Durch die Ausbildung auf einer Leiterplatte bzw. integriert in eine Leiterplatte kann die erfindungsgemäße Spule direkt in eine Schaltung, wie beispielsweise in eine Verstärkerschaltung oder ähnliches eingebunden werden, so dass erfindungsgemäß nicht nur eine Antenne, insbesondere LF-Antenne, sondern ganze Schaltungskomponenten oder gar fertige Einheiten auf einfachste Weise mit geringer Bauhöhe realisiert werden können.
Abgesehen von der kompakten Bauweise reduzieren sich durch die erfindungsgemäße Spule die Fertigungsschritte, insbesondere bei Verwendung in einer Schaltung, da eine Leiterplatte nicht mehr extra bestückt werden muss, sondern die Spule oder zumindest deren magnetischer Kern in dieser schon fertig vorhanden ist.
Zusätzlich können weitere elektrische Bauelemente auf einer solchen Leiterplatte leicht integriert werden. Neben der Reduzierung von Bauteilen, da Spulenkörper, Gehäuse, Verguss, Draht, Anschlusspins, etc. entfallen, liegt der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Spule und Antenne im geringen Platzbedarf, welcher bei besonderen Verwendungen mit höchsten Anforderungen bezüglich geringem Platzbedarf eine einfache und kostengünstige Realisierung darstellen.

Claims

Spule mit einem magnetischen Kern (9), dadurch gekennzeichnet, dass a) der magnetische Kern (9) in einer Leiterplatte (1) integriert ist und b) die Wicklung als Leiterbahnen (5, 3) oberhalb und unterhalb der Leiterplatte (1) ausgebildet sind, c) wobei die Leiterbahnen (5, 3) an entsprechenden Stellen (15) durchkontaktiert sind, um eine durchgehende Wicklung zu bilden.
Spule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der magnetische Kern (9) aus einer Legierung mit einem Hauptanteil von Kobalt oder Eisen besteht.
Spule nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der magnetische Kern (9) stab- oder quaderförmig ausgebildet ist.
Spule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der magnetische Kern (9) von einem isolierenden Leiterbahnbasismaterial (7) umgeben ist.
Spule nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Basismaterial (7) aus einem starren Material, insbesondere Kunstharz, besteht.
Spule nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Basismaterial (7) aus einem flexiblen Material, insbesondere Polymid, besteht.
Spule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (1) weitere Anschlusspunkte (21) für elektrische Bauelemente aufweist.
Antenne mit einer Spule nach einem der vorhergehenden Ansprüche.